JPS59183203A - スラグタップ炉用バ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灰分くアッシュ）を多用に含む固体可燃物を
燃焼させるスラグタップ式炉に用いて好適なバーナに関
する。

下水汚泥の処理方法として焼却はイｊ望なものの一つで
ある。しかし、灰分を多量に含む固体可燃物例えば微粉
炭や乾燥下水汚泥などを空間燃焼させる場合、フライア
ッシュの発生を伴う。このフライアッシュはボイラ伝熱
面等に付着して熱伝導を妨げたり、大気汚染を招く虞が
あるので取除がねばならない。特に、下水汚泥の焼却の
結果発生づるアッシ」は年々増大づるため、これを投棄
する場所にも困り新な問題を提起することとなった。

ところで、焼却によって得られた灰分は、溶融してスラ
グ化すれば、六価クロムの溶出もほとんど見られずレメ
ントの母料や断熱材等として安定して利用できることか
ら、再利用による資源の有効利用を図る上で溶融して取
出すことが望ましい。

一方、下水汚泥を焼却する際に生ずる灰を乾燥状態のま
ま取出し、これを電気炉、コークス炉あるいはマイクロ
波等で溶融して溶融灰を得ることが従来考えられた。し
かし、この方法は、高価な除去装置を用いて燃焼炉から
灰を取出さなければならないし、灰を再度溶融させるた
め多くのエネルギを要覆る欠点を有する。

そこで、本発明者等は、一つの流動層で下水汚泥の乾燥
と燃焼を図っていた従来の下水汚泥処理を改め、蒸発、
乾燥、燃焼を夫々別の装置で実施すること、即ち流動層
において汚泥を乾燥させて粉末状の乾燥汚泥を得る一方
これをスラグタップサイクロン燃焼炉において燃焼させ
ることを考えた。一般に、微粉炭を燃焼させるサイクロ
ン燃焼炉は、噴射燃料の外側に燃焼用空気を旋回させつ
つ噴射して燃料即ち微粉炭に強い旋回運動を与えて遠心
作用で粗粒と微粒に分離し燃焼させるものである。即ち
、このサイクロン燃焼炉は、粗粒石炭を壁内面の溶融ス
ラグ膜上に捕獲さヒ゛て空気との著しい相対速度の下に
燃焼に必要な滞留時間を与える一方、微粒石炭を浮遊状
態で揮発分とともに極めて短時間に燃焼させることによ
り、高い火炉負荷での燃焼を実現させて灰分の捕集を高
率で達成しようとするものである。しかるに、この従来
のサイクロン燃焼炉を使用しても、灰の捕集率を満足で
きるものにづることはできなかった。これは、従来のリ
ーイクロン燃焼炉が燃料の外側に燃焼用空気を旋回さぜ
つつ噴射するため、速やかに燃料と空気を混合させるこ
とができないことに起因している。燃焼用空気を旋回さ
せた場合、旋回流の内側には強制渦が発生し、外側には
自由渦が発生する。強制′渦は、旋回中心を離れる程周
速度を直線的に増づ渦である！こめこの部分即ち旋回す
る燃焼用空気の内側に供給された燃お１を第１図（ｂ）
に示すように燃焼用空気の旋回中心を中心として等角速
度で旋回させて引裂くことがない。

このため、従来のサイクロン燃焼炉は粗粒炭の一部が炉
壁にまで到達ゼずに落下してしまうので６０〜７０％程
度の灰を捕集することしかできない。

このことは微粉炭を燃焼させるばかりでなく、粉状の乾
燥下水汚泥やその他の固体可燃物を燃焼させる場合にも
言える。

本発明は、高負荷燃焼を実現して灰分の捕獲率を高めた
スラグタップ炉用バーナを提供することを目的とし、多
重管構造のバーナにおいて、粉状の固体燃料を噴射する
ノズルの内側に燃焼用空気を旋回させつつ噴射するエア
ノズルを配置Ｊることにより、燃焼用空気の自由うず内
に燃料を噴射させて燃焼用空気と速やかに混合させるよ
うにしたものであり、また多重管構造のバーナにおいて
、粉状の固体燃料を噴射するノズルの内側に主たる燃焼
用空気を旋回させつつ噴射するエアノズルを配置する一
方、前記燃料ノズルの外側に燃焼用空気の一部を旋回さ
せつつ噴射４゛る二次エアノズルを配置したものである
。

以下本発明の構成を図面に示す一実施例に基づいて詳細
に説明する。

第２図に本発明に係るスラグタップ炉用バーナの一実施
例を中央縦断面図で示す。このスラグタップ炉用バーナ
１は、粉状の固体燃料を噴射づ′る燃料ノズル２の内側
に燃焼用空気を旋回させつつ噴射するエアノズル３を配
置したことを特徴とする多重管構造のバーナである１１
本実施例の場合、燃料ノズル２．エアノズル３及び補助
燃お１ノズル４の三種のバーナを同心上に組合せた三重
管構造としている。

主燃料は、補助燃料を併用噴射づ−る本実施例の場合、
最も外側に位置するバーナノズル２から噴射する。この
燃料ノズル２は、その噴射口部分に軸流式あるいは混流
式の旋回器５を設けており、導入された主燃料を接線方
向へ噴き出させて燃焼用空気の自由渦内へ確実に供給す
るように炉内へ噴射させる。尚、主燃料の導入は燃料の
噴射が偏るのを防ぐための接線方向から行なう。ここで
、主燃料としては、灰分を多く含む固体可燃物、例えば
微分法や乾燥下水汚泥等が使用可能である。

燃焼用空気は、モの主たる部分が燃料ノズル２の内側の
ノズル、例えば補助燃料を使用づ゛る本実施例の場合、
中心のノズル３から噴き出される。

このエアノズル３には噴射口部に軸流式あるいは合流式
の旋回器６が設けられており、燃焼用空気に強い旋回力
を与えて炉内へ噴ぎ出される。ここで、エアノズル３か
ら噴き出される燃焼用空気が主たる燃焼用空気と呼ばれ
るのは、粉体燃料を供給するための輸送空気が炉内にお
いて燃焼用空気として使われること及び仮想線で示ずよ
うに燃料ノズル２の外側に二次エアノズル７を配置して
燃焼用空気の一部例えば理論燃焼空気量の１０％程度を
燃料ノズル２の外方から噴き出させることもあるからで
ある。燃料の外側から燃焼用空気を旋回させて噴き出す
場合ミ燃焼用空気の旋回流が炉壁を冷却し温度上昇を抑
える。即ち炉壁温度を所望温度、例えば灰溶融温度より
若干高く設定覆ることができる。尚、二次エアノズル７
には旋回器８が設けられている。

また、本実施例にあっては、燃焼用空気と主燃料との間
に補助燃料を噴き出づ補助ノズル４が設置されている。

この補助燃料は、スタートアップ時に炉内を燃焼に適し
た温度まで常温させるために燃焼させるのが主であるが
、主燃料たる微粉炭や乾燥下水汚泥が不足しているとき
にら燃焼させる。この補助燃料としては、ガス燃料が好
適であるが、油も使用可能である。

以上のように本発明のバーナは、燃料噴流の内側に燃焼
用空気を旋回させつつ噴射して燃焼用空気の旋回によっ
て形成される自由うず部分に燃ｆ３＋が必ず吹ぎ出され
るようにしたので、第１図（ａ　）に示す如く旋回空気
流によって燃１′３１が剪断力を受けて■かく分断され
る。即ち、燃料は速やかに燃焼用空気と混合される。こ
のため、粒径の細′かな固体燃料は自由うず内において
空間燃焼し、粒径の大ぎな固体燃料は旋回づる燃焼用空
気によって激しい加速旋回作用を受けて炉壁内面の溶融
スラグ膜」２に付着する。スラグ膜上に付着した粗粒固
体燃料は燃焼用空気との著しい相対速度の下に燃焼に必
要な滞留時間が与えられて燃焼し、灰となつｌζ後は溶
融して流れ落ちる。この溶融灰は、炉底からそのまま取
り出したりあるいは冷却槽等を通してスラグ化してから
取り出づ。また、燃料の外側から燃焼用空気の一部を噴
き出すことにより、炉壁温度を灰分の溶融に適した湿度
に抑えることができる。炉壁温度は灰分を溶融させるの
に高温であることを必要とづるが、高くなり過ぎても耐
火レンガがスポーリングを起して崩れるからである。

以上のように構成された本発明のスラグタップ炉用バー
ナを下水汚泥処理システムに組込んだ実施例を第３図に
示す。本実施例の下水汚泥、処理システムは、脱水装置
を経た含水率９０％程麿の下水汚泥を予熱器１０で４０
〜５０℃に予熱の後、蒸発器１１において８０〜７０％
程度に蒸９発淵縮させる。その後、流動層１２において
３００〜４５０℃の過熱蒸気を使って加熱し乾燥させる
。乾燥した下水汚泥は、過熱蒸気と共に流動＠１２のフ
リーボードを上昇してナイフロン１３内に導入され、過
熱蒸気と分離される。乾燥下水汚泥は、スクリューコン
ベア１４によってスラグタップ炉１５へ輸送される。こ
のとき、乾燥下水汚泥は平均約１００　ＩＩ　ｍ程度の
粉末となっており、燃焼し易いものである。この乾燥汚
泥は、ポンプから圧送されてくる空気によって輸送され
、炉頂部に設置された本発明バーナ１の燃料ノズル２か
ら吹き出される。他方、バーナのエアノズル３からは炉
壁内部を通過して温められた燃焼用空気が燃料の内側か
ら旋回力を受けで吹き出される。あらかじめ補助ノズル
４から噴出づる補助燃料を燃焼させて昇温されていた炉
１５内に吹き出された固体燃料は、第１図（ａ　）に示
す如（外側で旋回する燃焼用空気の自由うず部分におい
て剪断力を伴う旋回力を受けて燃焼用空気と速やかに混
合し、細かな乾燥下水汚泥を瞬時に燃焼させる。また、
空間燃焼し切れない粗粒下水汚泥は旋回する燃焼用空気
により遠心力を受は炉壁のスラグ膜に付着してから燃焼
する。スラグ膜上に付着した乾燥下水汚泥は火炉内の高
負荷燃焼によって灰となった後溶融し徐々に流れ落ちる
。このとき、炉壁温度が灰分を溶融させるに必要な温度
をはるかに超える温度となった場合には二次エアノズル
７がら燃焼用空気の一部例えば１０％程度を噴き出させ
て、炉壁を冷づ゛。この二次エアは、常時噴射していて
も良いし、必要に応じて噴射しても足りる。あるいは、
この二次エアに代えて２壁を直接冷却しても良い。溶融
灰は、炉底部の冷却水槽１６内に落下し固化する。この
−次燃焼炉における燃焼は、理論空気量の７０〜９０％
で部分燃焼させて窒素酸化物（ＮＯｘ　）の発生を抑え
る。そして、未燃分は二次燃焼炉１７で完全燃焼させる
。尚、灰ガスの顕熱は流動層１２に送り込まれる加熱蒸
気を加熱づる加熱器１８の熱源として利用し、熱エネル
ギを回収する。

尚、蒸気実施例においては、乾燥下水汚泥を燃料とした
ものを挙げたが、灰分を多く含むその伯の固体可燃物例
えば微粉炭を燃料とする燃焼システムに利用することが
できることは言うまでもない。この場合、微粉炭は燃焼
し難いので燃焼用空気に酸素を富化したものを用いたり
、かなり高温（２００℃程度以上）に予熱された燃焼用
空気を使用する。

以上の説明より明らかなように、本発明は、燃料の内側
から燃焼用空気を旋回させつつ噴射し、燃焼用空気の旋
回流の外側に形成される自由うず内に必ず供給されるよ
うにしたので、強い剪断力を受けて燃料が分散し燃焼用
空気と速やかに混合する。したがって、粒径が充分細か
い固体燃料は自由うず内において空間燃焼し、粒径の大
きいものは燃焼用空気の旋回力を十分に受りて遠心力に
より炉壁まで飛ばされて高い火炉ず１荷で燃焼覆る。

このため、灰分の捕集率が高く、９０％以上を捕集でき
る。また、必要に応じて燃お１の外側から燃焼用空気の
一部を二次エアとして旋回噴射させることにより、炉壁
を冷して灰分を溶融づるに適した温度範囲に収めるよう
に抑えるようにしたので、耐火レンガがスポーリングを
起して崩れるようなことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気を旋回させた場合の渦と燃料の関係を示す
説明図で、（ａ　）は自然渦、（ｂ）は強制渦を夫々示
づ。第２図は本発明に係るスラグタップ炉用バーナの一
実施例を示す中央断面図、第３図は同バーナを利用した
下水汚泥焼却システムの（１λ略説明図である。 １・・・バージ、２・・・燃料ノズル、３・・・エアノ
ズル、５．６・・・旋回器、７・・・二次エアノズル、
８・・・旋回器。 特許出願人　　　口木ファーネス丁業株式会社第１図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２図 萬３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重管構造のバーナにおいて、粉状の固体燃料を
   噴射するノズルの内側に主たる燃焼用空気を旋回させつ
   つ噴射するエアノズルを配置したことを特徴とするスラ
   グタップ炉用バーナ。
2. （２）固体燃料の内側から噴射する主たる燃料用空気は
   理論燃焼空気量の３０〜９５％であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のスラグタップ炉用バーナ
   。
3. （３）固体燃料の内側から噴射する主たる燃料用空気は
   理論燃焼空気量の７５〜８５％であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のスラグタップ炉用バーナ
   。
4. （４）固体燃料の内側から噴射する主たる燃料用空気は
   理論燃焼空気量の８０％であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のスラグタップ炉用バーナ。
5. （５）多重管構造のバーナにおいて、粉状の固体燃料を
   噴射づ−るノズルの内側に主たる燃焼用空気を旋回さぜ
   つつ噴射するエアノズルを配置する一方、前記燃料ノズ
   ルの外側に燃焼用空気の一部を旋回させつつ噴射する二
   次エアノズルを配置したことを特徴とするスラグタップ
   炉用バーフ。
6. （６）前記二次エアノズルから噴射される一部の燃焼用
   空気は、理論燃焼空気ｍの１０％以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載のスラグタップ炉用
   バーナ。