JPS6125964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃棄物焼却炉に関し、より詳細にはフ
ライアツシユ等の灰塵の飛散を防止した無煙燃焼
の廃棄物焼却炉に関する。

古くから固体の無煙燃焼に関しては多くの試み
がなされ、多くの装置が製作されているが、いず
れも液体燃焼、気体燃焼ほど満足すべき結果が得
られないのが実状である。

即ち、本発明の目的は廃棄物等の固体燃焼に関
し無煙燃焼を行い得る焼却炉を提供するにある。

本発明によれば、 (A) １次空気供給孔を備えた廃棄物貯留室とその
下方に位置し且つ２次空気供給孔を備えた第１
の燃焼室とから成る第１の炉体、 (B) 第１の燃焼室と連通する第２の燃焼室とその
上部に設けられ排気筒とから成る第２の炉体、 (C) 第２の燃焼室と連通する収塵室、 とから成る焼却炉であつて、前記廃棄物貯留室と
第１の焼却室とか開口を有する遮熱板によつて区
画さらており、前記２次空気供給孔は第１の燃焼
室の下方側壁に設けられているとともに前記第２
の燃焼室を縦型円筒状とし、その側壁接線方向に
設けた第１の連通孔を介して第１の燃焼室と連通
せしめ且つ該側壁の最下部に設けられた第２の連
通札を介して収塵室と連通せしめた焼却炉におい
て、前記収塵室は排ガス口及びフイルターを有す
るとともに、該排ガス口は送風機を介して第２の
炉体の排気筒に連通しており、該送風機の駆動に
より、第２の燃焼室より灰塵を含有するガスを収
塵室内に速やかに導入せしめ且つ該ガスを前記フ
イルターを通して排気筒まで送風し、また第２の
燃焼室よりのガスの排気が速やかに行なわれるこ
とを特徴とする廃棄物焼却炉が提出される。

一般的に燃焼とは、空気中の酸素による可燃性
物質の酸化発熱反応の連鎖であることは云うまで
もないことであり、従つて無煙燃焼を達成するた
めには、先ずこの酸化反応の完結条件を考えなけ
ればならない。

即ち、一般的な不可逆性化学反応の完結に必要
な三大条件、物質バランス、反応系の温度、
反応時間の三条件を満たさなければならないこ
とは、無煙燃焼の達成にも不可欠なことである。

先ずの物質バランスについて考えて見ると、
燃焼器の型成、大きさを定めれば、必らず供給し
得る空気量に限界が生じ、燃焼もその範囲でコン
トロールされなければ物質バランスを保つことが
出来ない。液体燃焼、気体燃焼に於いては燃料の
供給を容易にコントロールすることが出来るので
物質バランスの保持は極めて容易である。

しかし、固体燃料、特に廃棄物燃焼に於ける供
給量のコントロールは至難の技で、殆んど不可能
に近いとされている。

こゝで固体燃焼のメカニズムについて考察する
と次の通りである。

(イ) 燃料の加熱による温度上昇、水分の蒸発、 (ロ) 温度上昇による熱分解、乾留反応によるガ
ス、及び液体の発生、 (ハ) 乾留反応によつて発生した液体の蒸発気化、 (ニ) 残留炭素の固形化遊離、 (ホ) 発生ガスの着火燃焼、 (ヘ) 残留炭素の着火燃焼、 この過程が順調に進行する場合は、固体層の温
度は(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)、(ヘ)と次第に温度
が高く
なつて居る。しかしこれらの中で、(イ)から(ニ)まで
は通常吸熱反応と見られるもので、(ホ)、(ヘ)のみが
発熱反応である。従つて(イ)から(ニ)までは、外部か
ら熱を与えなければ停止してしまう性質のもので
ある。このことから空気を絶つた密閉容器の中で
乾留反応を行なわせ、発生したガスを取り出して
燃焼させれば無煙燃焼は可能になると考えられ
る。実際にこのような廃棄物の燃焼方法も試みら
れている例がある。しかし、実際には大量のター
ルの発生、残留カーボンの固着等によるトラブル
が多過ぎて実用的ではないとも云われている。

しかしこのことからも、乾留、熱分解が行なわ
れている固体層に対する伝熱量をコントロールす
ることによつて、固体燃料の供給量とは関係なく
燃焼量のコントロールが可能であることが知られ
る。

一般に廃棄物のような固形物は、気化成分が多
く、木材、石炭のような固定炭素として残留する
可燃性分が非常に少ない。従つて、燃焼熱は大部
分がガス燃焼に於いて発生するのが通例である。
そこでガス燃焼室からの伝熱を制限することによ
つて固体燃焼量の制御が可能となることが想像さ
れる。

本発明を以下添付図面に示す具体例に基ずいて
詳細に説明する。

まず予備実験に使用した焼却炉の概略図を示す
第１図を参照して、この焼却炉は１次燃焼室１と
その上部に設けられた２次燃焼室２とから成つて
おり、１次燃焼室１には廃棄物供給用のピストン
３及び１次空気供給孔４，４が設けられ、２次燃
焼室２には２次空気供給孔５，５及び排気筒６が
設けられている。また１次燃焼室１と２次燃焼室
２との間には若干の間隙を有する耐火物製の遮熱
板７が設けられており、このタイプの焼却炉にお
ては１次燃焼室１は主に固体反応、２次燃焼室は
ガス反応が行なわれる。

即ち、ピストン３が最下降位置にある状態で１
次燃焼室１を満たすまで廃棄物８を投入し、次い
でその最上部に点火を行い、排気筒６のドラフト
によつて１次空気孔４から１次空気を供給し、１
次燃焼を行わせる。また廃棄物８はピストン３の
動作によつて徐々に上昇する。１次燃焼によつて
生じた１次ガスは遮熱板７の間隙を通つて２次燃
焼室２に入り、２次空気孔５から供給される２次
空気流と混合して２次燃焼を行い２次ガス流とな
つて排気筒６から排出されるのである。

この焼却炉により廃棄物の焼却を行つた結果、
排出ガスのリンゲルマン濃度は１〜２度であり良
好とは言えないが、濃厚な黒煙の発生は見られ
ず、また１次燃焼室１は１次燃焼部分Ａと未燃焼
部分Ｂとに分かれ、遮熱板７と廃棄物８の受熱面
制限による１次燃焼のコントロール作用は充分認
められた。

しかしながら、このタイプの焼却炉においては
廃棄物８の連続供給及び残灰の排出にも難点があ
る。また１次ガスは１次燃焼域Ａを離れたばかり
のガスであり高分子成分を含んでいるものと考え
られ、この高分子を含んだ１次ガスが常温で供給
される２次空気と接触し冷却されるために、反応
時間の不足及びクラツキングを生じカーボン粒子
を分離することにより薄い煙を発生するのであつ
てその排出ガスがリンゲルマン濃度が１〜２度と
なるものと考えられる。

次に上記の焼却炉を改良したものの概略側断面
を示す第２図及び正面断面を示す第３図を参照し
て、この焼却炉は廃棄物貯留室２０を有し且つ１
次空気孔２２，２２を備えた上部体２３及び該上
部体２３の下方に配置され且つ燃焼室２４を有す
る下部体２５とから成る。燃焼室２４は若干の間
隙を有する耐火物性の遮熱板２６を介して廃棄物
貯留室２０に連通しており、更にその側壁には２
次空気孔２７が設けられている。また燃焼室２４
はその下部側壁において排気筒２８に連通してい
る。

この改良型の焼却炉においては、廃棄物は上部
から投入され自然落下するものであり遮熱板２６
によつて支持され、廃棄物の連続供給等において
便宜が図られているのである。

即ち、廃棄物貯留室２０において廃棄物の支持
部に点火し、１次空気孔２２より１次空気を供給
し１次燃焼を行わせる。１次燃焼によつて生じた
１次ガスは廃棄物２６の間隙を通つて燃焼室２４
に入り、２次空気孔２７から供給される２次空気
流と混合して２次燃焼を行い２次ガス流となつて
排気筒２８から排出される。残渣（灰留）２９は
燃焼室２４の底部に留まる。

即ち、この態様においては、廃棄物に着火を行
うと貯留室２０内に１次燃焼域２１が形成され、
廃棄物は１次燃焼域２１の燃焼分解の進行につれ
で下降し、順次１次燃焼域２１に移行する。従つ
て廃棄物自体によつて１次燃焼域２１が覆われて
おり、上部から余分な空気の進入が防止され、１
次燃焼が制限される。また廃棄物中に含まれる熱
可塑性プラスチツク等は燃焼前に溶融して周囲の
紙屑等に吸収分散され、燃焼が始まつた段階では
下方に流下しないので黒煙の発生も有効に防止さ
れる。

この焼却炉を使用して廃棄物の焼却を行つた結
果、排出ガスのリンゲルマン濃度は殆んど０の状
態であつたが、灰化したものが遮熱板２６の間隙
から落下する際に微細なフライアツシユとなつて
排気筒２８から相当量排出されるのが観察され
た。これは、燃焼室２４において１次ガスは比重
が小であるため遮熱板２６に沿つて上部を流れ、
また２次空気は１次ガスに対して比重が３倍近く
もあることから２次空気と１次ガスの実質的な接
触が起らず、従つて１次ガスの冷却が生ぜずクラ
ツキング反応が無くなつたものと考えられる。

また２次燃焼が拡散燃焼に変わつたために反応
時間が長くなり排気筒２８に設けた観測孔から
屡々炎の立ち昇るのが観測された。通常はこの様
な場合には黒煙を発生するものであるが、この焼
却炉においてはそれは観測されなかつた。これは
２次燃焼室２４に導入され通過する２次空気がそ
の間に充分高温度に加熱されたためと考えられ
る。

またこの場合には、廃棄物中のプラスチツクゴ
ミ等の混入率が30％を超えると黒煙を生じた。

以上の結果を考慮してレイアウトされた本発明
の焼却炉の側断面を示す第４図及び一部平断面を
示す第５図を参照して、本発明の焼却炉は廃棄物
貯留室３０と該貯留室３０の下方に配置された第
１の燃焼室３１とを備えた第１の炉体３２、第２
の燃焼室３３を備えた第２の炉体３４及び収塵室
３５とから成つている。

第１の炉体３２は上述の如く廃棄物貯留室３０
と第１の燃焼室３１とを備えており、これらは若
干の間隙を有する耐火物製の遮熱板３６により上
下に区画されている。

この第１の炉体３２における燃焼機構は、第２
図及び第３図に示した焼却炉のそれと略同じであ
る。

即ち、廃棄物貯留室３０には１次空気供給孔３
９を設け、廃棄物４０の下方に着火するとともに
該１次空気供給孔３９より常温の１次空気を供給
し、１次燃焼を行わなしめるのである。この際廃
棄物貯留室３０の下方には１次燃焼域３８が形成
され、廃棄物４０は１次燃焼域３８の燃焼分解の
進行につれて下降し、順次１次燃焼域３８に移行
する。従つて廃棄物４０自体によつて１次燃焼域
３８が覆われており、上部から余分の空気の進入
が防止され、１次燃焼が制限されるのである。更
に廃棄物中に含まれる熱可塑性プラスチツク等
は、燃焼前に溶融して周囲の紙屑等に吸収分散さ
れ、燃焼が始まつた段階では下方に流下しないの
で黒煙の発生も有効に防止されるのである。

また本発明において１次燃焼の際に供給する１
次空気は、１次燃焼制限のために冷却要素を考慮
して常温とすることが望ましいが、廃棄物が湿分
を50％以上含まれる様な難燃性の場合には、加熱
して供給してもよい。

尚、廃棄物４０の着火は第１の炉体３２の側壁
に点火孔（図示せず）を設け、点火用バーナー或
いは手動等の公知の着火手段を用いて行う。この
場合、点火孔は後述する第２の炉体３４とは反対
側に設けることがよく、廃棄物４０の底部から着
火を行うことが望ましい。

また第１の燃焼室３１には、その下方側壁部分
に２次空気供給孔４１及びその反対側側壁の若干
上方部分に第２の炉体３４の第２の燃焼室３３に
連通する第１の連通孔４２が設けられている。

即ち、１次燃焼により発生した１次ガス流（矢
線Ｅ）は高温であり比重が小さいために第１の燃
焼室３１の上方部分を通つて第１の連通孔４２へ
導入される。また２次空気孔４１より供給される
常温の２次空気流（矢線Ｆ）は比重が大であるた
め第１の燃焼室３１の下方部分を通つて第１の連
通孔４２へ導入され、この間に約600℃以上に加
熱される。

従つて第１の燃焼室３１内においては１次ガス
流Ｅと２次空気流Ｆとは実質上混合されず、この
燃焼室３１では所謂拡散燃焼が行われることにな
る。

また本発明において第２の炉体３４内の第２の
燃焼室３３は縦型円筒状をなしており、第１の連
通孔４２の第２の燃焼室３３側は該側壁の接線方
向に指向されている。

また３次燃焼室３３の天井壁の中央部分には排
気筒４３が設けられ、更にその側壁の底部分には
収塵室３５に連通する第２の連通孔４４が設けら
れている。

即ち、第１の連通孔４２より導入される１次ガ
ス流Ｅと２次空気流Ｆとの混合ガス流Ｇは通常10
〜20m/secの速度で流入し混合燃焼を行いつつ、
第２の燃焼室３３の側壁に沿つて下降し渦流を形
成し、その結果高温の比重の小さいガスは矢線Ｈ
の如きガス流を形成し30〜40m/secの速度で旋回
上昇し排気筒４３より排出される。また比較的低
温のガスや灰塵等は側壁に沿つて下降し、遠心力
により第２の連通孔４４を介して収塵室３５に導
入される。この場合灰塵等が第２の燃焼室３３の
底部に貯留することなく速やかに第２の連通孔４
４に入るために、第２の連通孔４４はその側壁の
接線方向を指向していることが望ましい。

尚、本発明において第２の炉体３４内の第２の
燃焼室３３の内径Ｄ、高さＨ及び排気筒４３の排
気口の内径ｄとの間に、下記式 Ｈ≧1.2D（支配要素） ｄ≦1/2Ｄ（補助要素） が満足する様な関係があることが、上述した様な
渦流を形成する上で望ましい。

更に収塵室３５には耐熱性のフイルター４５が
設けられ、収塵室３５に導入されたガスはフイル
ターを通つて排管４６に流れ込む。またこの排管
４６はダンパー４９、エゼクター送風機４７を介
して排気筒４３に連通しており、更にその排気筒
４３内先端にはエゼクター４８が設けられ、ダン
パー４９の調節によつて適当量のガスを吸引する
構造となつている。

即ち、エゼクター送風機の駆動によつて収塵室
３５内に速やかに灰塵を含むガスが導入され、こ
のガスはフイルター４５によつて浄化され、エゼ
クター送風機の吸込口から吹入される空気ととも
にエゼクター４８に送り込まれる。更にエゼクタ
ー４８の作用により第２の燃焼室３３内のガス流
Ｈは速やかに排気筒４３を通つて系外に排出され
る。尚、灰塵は収塵室３５の底に溜まることとな
る。

かくして本発明の焼却炉によれば、第１の炉体
３２において１次燃焼及び２次燃焼のコントロー
ルが極めて有効に行われ、更に第２の炉体３４に
おいて高速旋回燃焼を行うことにより無煙燃焼が
行われる。しかも灰塵等も有効に収塵室内に回収
され、排出ガス中に含まれて飛散することが極め
て有効に防止される。

実際に第５図及び第６図に示す本発明の焼却炉
を使用して廃棄物の焼却を行つたところ、着火時
のみにおいてリンゲルマン濃度が２度程度の白煙
を生じたのみで、以後は常時リンゲルマン濃度が
０の状態で排気がされた。

また、プラスチツクゴミ等の混入率が50％を越
えても黒煙を出すことなく排気が行われた。これ
は第２の燃焼室が高温を保ちながら高速の施回燃
焼を行う効果が大きく作用しているものと考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、予備実験に使用した焼却炉の側断面
図、第２図は、第１図の焼却炉を改良したものの
側断面図、第３図は、第２図の焼却炉の正面図断
面図、第４図は、本発明の焼却炉の側断面図、第
５図は、第４図の焼却炉の一部平断面図である。 引照数字１は１次燃焼室、２は２次燃焼室、３
はピストン、４は１次空気供給孔、５は２次空気
供給孔、６は排気筒、７は収塵室、８は廃棄物、
２０は廃棄物貯留室、２１は１次燃焼域、２２は
１次空気供給孔、２３は上部体、２４は燃焼室、
２５は下部体、２６は収塵室、２７は２次空気供
給孔、２８は排気筒、３０は廃棄物貯留室、３１
は第１の燃焼室、３２は第１の炉体、３３は第２
の燃焼室、３４は第２の炉体、３５は収塵室、３
６は収塵室、３８は１次燃焼域、３９は１次空気
供給孔、４０は廃棄物、４１は２次空気供給孔、
４２は第１の連通孔、４３は排気筒、４４は第２
の連通孔、４５はフイルター、４６は排管、４７
はエゼクター送風機、４８はエゼクター、４９は
ダンパーを夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (A) １次空気供給孔を備えた廃棄物貯留室と
   その下方に位置し且つ２次空気供給孔を備えた
   第１の燃焼室とから成る第１の炉体、 (B) 第１の燃焼室と連通する第２の燃焼室とその
   上部に設けられら排気筒とから成る第２の炉
   体、 (C) 第２の燃焼室と連通する収塵室、 とから成る焼却炉であつて、前記廃棄物貯留室と
   第１の燃焼室とは開口を有する遮熱板によつて区
   画さらており、前記２次空気供給孔は第１の燃焼
   室の下方側壁に設けられているとともに前記第２
   の燃焼室を縦型円筒状とし、側壁の接線方向に設
   けた第１の連通孔を介して第１の燃焼室と連通せ
   しめ且つ該側壁の最下部に設けた第２の連通孔を
   介して収塵室と連通せしめた焼却炉において、 前記収塵室は排ガス口及びフイルターを有する
   とともに、該排ガス口は送風機を介して第２の炉
   体の排気筒に連通しており、該送風機の駆動によ
   り、第２の燃焼室より灰塵を含有するガスを収塵
   室内に速やかに導入せしめ且つ該ガスを前記フイ
   ルターを通して排気筒まで送風し、また第２の燃
   焼室よりのガスの排気が速やかに行なわれること
   を特徴とする廃棄物焼却炉。