JPWO2021029028A1 - 可燃性廃棄物吹込装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

可燃性廃棄物の着地燃焼を抑制すると共に、可燃性廃棄物の使用割合が変動してもセメントキルン用バーナからの火炎の状態が過剰に変化することを抑制できる、可燃性廃棄物吹込装置及びその運転方法を提供する。本発明に係る可燃性廃棄物吹込装置は、最内殻の空気流路の内側に配置され、セメントキルン用バーナ装置の軸方向に平行に設置された、可燃性廃棄物流を送流させるための可燃性廃棄物流路と、可燃性廃棄物流路の吹込口近傍において可燃性廃棄物流路の軸心に向かって前記可燃性廃棄物流路内にアシスト空気流を流入可能なアシスト空気流入口とを備え、アシスト空気流入口は、周方向に関して複数の箇所に配置されている。

Description

本発明は、セメントキルン用バーナ等に附設される可燃性廃棄物吹込装置、及びその運転方法に関する。

廃プラスチック、木屑、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ：automobile shredder residue）等の可燃性廃棄物は、焼成用燃料として利用可能な程度の熱量を有している。そこで、セメントクリンカの焼成に用いるロータリーキルンにおいて、主燃料である微粉炭の補助燃料として、可燃性廃棄物の有効利用が推進されている。以下では、セメントクリンカの焼成に用いるロータリーキルンを、「セメントキルン」と称する。

従来、セメントキルンでの可燃性廃棄物の燃料リサイクルは、セメントクリンカの品質への影響が小さい、窯尻部に設置される仮焼炉での利用が進められていた。しかし、仮焼炉での可燃性廃棄物の使用量が飽和に近づいたため、窯前部に設置されている主バーナでの利用技術の開発が進められている。

ここで、セメントキルンの主バーナ（以下、「セメントキルン用バーナ」と称する。）において可燃性廃棄物を補助燃料として利用した場合、セメントキルン用バーナから噴出された可燃性廃棄物がセメントキルン内のセメントクリンカ上に着地しても燃焼を継続する現象（以下、「着地燃焼」と称する。）が生じる場合がある。かかる着地燃焼が生じた場合、可燃性廃棄物の着地燃焼が生じた周辺のセメントクリンカは還元焼成され、セメントクリンカの白色化やセメントクリンカ生成反応の異常を生じさせる。

セメントキルン用バーナから噴出された可燃性廃棄物を着地燃焼させないためには、いくつかの方法が考えられる。一つの方法は、セメントキルン内での可燃性廃棄物の浮遊状態を長時間継続させて浮遊状態のまま当該可燃性廃棄物の燃焼を完了させることである。別の一つの方法は、可燃性廃棄物の好適な燃焼環境を形成して可燃性廃棄物の燃焼速度を速めることである。更に別の方法は、可燃性廃棄物をセメントキルン内の遠方（窯尻側）に着地させてセメントクリンカ生成反応の主反応域にクリンカ原料が達する前に当該可燃性廃棄物の燃焼を完了させることである。

例えば、下記特許文献１には、セメントキルン内の遠方（窯尻側）に可燃性廃棄物を着地させるためのエネルギー消費量の低減を図る技術として、ロータリーキルンの端部を回転自在に支承する、窯前部の端壁からの突出量が２００〜５００ｍｍの複数の可燃性廃棄物バーナからなる可燃性廃棄物の投入構造が開示されている。また、下記特許文献２には、可燃性廃棄物の吹き込みに起因する弊害の発生を回避しつつ可燃性廃棄物をより効率良く燃焼させる技術として、主燃料バーナの外周面であって、且つ主燃料バーナよりも鉛直上方位置に、可燃性廃棄物を主燃料バーナに対して上向きの吹き込み角度によって吹き込む補助バーナが併設された、セメント製造用ロータリーキルンが開示されている。

特開２００３−９０５２２号公報 特開２０１１−２０７６８２号公報

通常、セメントキルン用バーナでの主燃料である微粉炭の使用量と補助燃料である可燃性廃棄物の使用量の割合は、それら燃料の入手状況や性状などによって変動する場合があり、そのような燃料構成の変動が生じてもセメントクリンカの品質を変化させないために、セメントキルン用バーナからの火炎の状態を安定化させる技術が求められる。しかし、特許文献１や２の方法では、セメントキルン用バーナからの火炎の状態が、セメントキルン内に吹き込まれる可燃性廃棄物の量及び吹込角度によって大きく変動してしまうという課題を有している。

本発明は、上記の課題に鑑み、セメントクリンカの製造に可燃性廃棄物を補助燃料として使用する場合において、可燃性廃棄物の着地燃焼を抑制すると共に、可燃性廃棄物の使用割合が変動してもセメントキルン用バーナからの火炎の状態が過剰に変化することを抑制できる、可燃性廃棄物吹込装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題についての鋭意検討の結果、セメントキルン用バーナ装置に附設され、セメントキルン用バーナ装置の中心部付近に吹込口が配置された可燃性廃棄物吹込装置において、当該吹込口近傍の可燃性廃棄物の導管（以下、「可燃性廃棄物流路」と称する。）内に、当該可燃性廃棄物流路の軸心に向かって空気（以下、「アシスト空気」と称する。）を流入させるための空気流入口（以下、「アシスト空気流入口」と称する。）を複数の箇所に備えた可燃性廃棄物吹込装置であれば、上記課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明は、固体粉末燃料用流路の内側に少なくとも１つの空気流路を備えるセメントキルン用バーナ装置に附設可能な可燃性廃棄物吹込装置であって、
最内殻の前記空気流路の内側に配置され、前記セメントキルン用バーナ装置の軸方向に平行に設置された、可燃性廃棄物流を送流させるための可燃性廃棄物流路と、
前記可燃性廃棄物流路の吹込口近傍において、前記可燃性廃棄物流路の軸心に向かって前記可燃性廃棄物流路内にアシスト空気流を流入可能な、アシスト空気流入口とを備え、
前記アシスト空気流入口は、周方向に関して複数の箇所に配置されていることを特徴とする。

本明細書内における、「可燃性廃棄物」とは、上述したように、廃プラスチック、木屑、ＡＳＲや、肉骨粉又はバイオマス等の有機質を主体とする燃焼性を有する一般廃棄物及び産業廃棄物等からなる、補助燃料としての焼成用燃料であって、固体粉末燃料（主燃料）と共にバーナの燃料として利用されることが想定されているものを指す。より具体的には、可燃性廃棄物の粒径は３０ｍｍ以下である。また、「バイオマス」とは、化石燃料を除いた燃料として利用可能な生物由来の有機質資源であり、例えば、廃畳の粉砕物、建設廃木材の粉砕物、木粉及びおが屑等が該当する。

上記構成によれば、可燃性廃棄物流路の吹込口（セメントキルン側端部）近傍において、可燃性廃棄物流路の軸心に向かってアシスト空気流が流入されるため、可燃性廃棄物は可燃性廃棄物流路の吹込口から、セメントキルン内で上下方向に適度に拡散しながら噴出される。これによって、可燃性廃棄物吹込装置の吹込口を囲むように位置する固体粉末燃料用流路からセメントキルン内に吹き込まれる主燃料と、可燃性廃棄物（補助燃料）との混合状態が良好になると共に、セメントクーラからセメントキルン内に供給される高温空気（二次空気）に対しても、主燃料と共に良好に混合され、これらが同時的に進行することで、可燃性廃棄物と主燃料とが適度に混合しながら効率的に燃焼できる環境がセメントキルン内に形成される。これにより、可燃性廃棄物の好適な燃焼環境が形成されるため、上述したように、セメントキルン内での可燃性廃棄物の燃焼速度が速まり、浮遊しているままで可燃性廃棄物の燃焼を完了させることができる。

特に、前記アシスト空気流入口は、前記可燃性廃棄物流路の軸心に対して直交する面で切断したときの前記可燃性廃棄物流路の軸心を含む水平面を、鉛直方向に挟む複数の箇所に配置されているのが好ましい。

かかる構成によれば、前記アシスト空気流入口から流入した前記アシスト空気流によって、前記可燃性廃棄物流を軸心方向に縮小した後、前記可燃性廃棄物流を鉛直方向上向きに噴出させることが可能となる。この結果、可燃性廃棄物は、可燃性廃棄物吹込装置の吹込口から仰角を持って放出されることになる。このように鉛直方向上向きに可燃性廃棄物が放出されるため、セメントキルン内での可燃性廃棄物の浮遊状態が長時間継続し、浮遊状態のままで可燃性廃棄物の燃焼を完了させることができる。なお、本明細書において「軸心方向」とは、外周側から軸心に向かう方向を指す。

前記可燃性廃棄物吹込装置は、前記可燃性廃棄物流路の外側の位置において、前記可燃性廃棄物流路に対して平行に設置されたアシスト空気流路を備え、
前記アシスト空気流路は、前記アシスト空気流入口を介して前記可燃性廃棄物流路に連絡される一方、前記アシスト空気流入口よりも上流側においては前記可燃性廃棄物流路に対して遮蔽されているものとしても構わない。

アシスト空気流路を通流する空気流量は、可燃性廃棄物流路を通流する可燃性廃棄物流を軸心方向に縮小した後に鉛直方向上向きに噴出させるよう、運転中に独立して制御可能に構成されているのが好ましい。これによって、使用する固体粉末燃料（主燃料）及び可燃性廃棄物（補助燃料）の種類や使用割合に変更が生じても、セメントキルン用バーナの最適な火炎状態を維持するための調整を容易に行うことができる。

上記構成において、可燃性廃棄物流路は、吹込口から所定の距離に、アシスト空気流路と連絡される複数個のアシスト空気流入口を備えている。このとき、各アシスト空気流入口を通じて可燃性廃棄物流路内に流入されるアシスト空気の流量は、各アシスト空気流路に連接されるブロアーや流量調整弁によって、アシスト空気流路毎に独立して制御可能に構成されるのが好ましい。

更に、より好ましくは、可燃性廃棄物流路の軸心に対して直交する面で切断したときの前記軸心を含む水平面よりも鉛直方向下側に位置するアシスト空気流入口から可燃性廃棄物流路に対して流入される空気流量（「上向きアシスト空気流量」と称する。）は、前記水平面よりも鉛直方向上側から流入される空気流量（「下向きアシスト空気流量」と称する。）以上である。これにより、可燃性廃棄物は、可燃性廃棄物吹込装置の吹込口から仰角を持って放出されるため、上述したように、セメントキルン内での可燃性廃棄物の浮遊状態が長時間継続し、浮遊しているままで可燃性廃棄物の燃焼を完了させることができる。

特に、アシスト空気流入口から可燃性廃棄物流路に対して流入される空気流量を調整したり、更には、このうちの、上向きアシスト空気流量と下向きアシスト空気流量との比率を調整することで、セメントキルン用バーナで使用する補助燃料の割合［＝（補助燃料）／（主燃料＋補助燃料）］、及び／又は、補助燃料として使用される可燃性廃棄物の種類や性状が変化しても、セメントキルン用バーナからの火炎の形状や温度分布が変動しないように制御することができる。

更に、アシスト空気流入口は、可燃性廃棄物流路を軸心に対して直交する面で切断したときの、軸心を含む鉛直面を水平方向に挟む複数の箇所に配置されているものとしても構わない。これにより、可燃性廃棄物流が、左右方向からの等しい空気流量のアシスト空気流を受けることで、鉛直方向（上下方向）に加えて左右方向にも絞られ、可燃性廃棄物吹込装置から吹き出された後のセメントキルン内での可燃性廃棄物が浮遊しつつ拡散する状態が上下左右の全周方向で良好に生じる。このことによって、前述の主燃料や二次空気と可燃性廃棄物との良好な混合状態が、全周にわたって、より確実に形成される。

前記アシスト空気流入口は、前記可燃性廃棄物流路の前記吹込口から１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲に設置されているものとしても構わない。この範囲であれば、内径が１５０ｍｍ〜２００ｍｍの一般的な大きさの可燃性廃棄物流路を備え、一般的な一次空気流量（６０ｍ³／分〜１２０ｍ³／分）で運転される可燃性廃棄物吹込装置において、可燃性廃棄物を浮遊状態のままで燃焼を完了促進できる。なお、アシスト空気流入口は、円周状に１周にわたって配置しても構わないし、２周以上にわたって、すなわち複数列に配置しても構わない。

アシスト空気流入口は、一次空気によって送流される可燃性廃棄物の流れ（可燃性廃棄物流）を、軸心方向に絞るものであれば、その形状は限定されない。なお、アシスト空気による絞り効果が得られやすいという観点からは、アシスト空気流入口は、直径が５ｍｍ〜２５ｍｍの円形状か、周方向を長辺とし流路方向を短辺とする短辺３ｍｍ〜１５ｍｍの長方形状（スリット状）が好ましい。アシスト空気流入口を円形状とする場合、円周上に等間隔に配置しても構わないし、非等間隔に配置しても構わない。後者の場合には、可燃性廃棄物流路を軸心に対して直交する面で切断したときの鉛直軸と可燃性廃棄物流路の内面との交差点（頂部及び底部）付近の分布が高くなるような非等間隔の配置とするのが好適である。

更に、前記アシスト空気流入口は、前記可燃性廃棄物流路内を送流する前記可燃性廃棄物流の送流方向を基準としたときの、前記可燃性廃棄物流路内に流入される前記アシスト空気流の流入角を調整可能な、アシスト空気送入具を備えるものとしても構わない。

また、本発明は、前記可燃性廃棄物吹込装置の運転方法であって、前記水平面よりも鉛直方向下側から流入される上向きアシスト空気流量が、前記水平面よりも鉛直方向上側から流入される下向きアシスト空気流量以上であることを特徴とする。この場合において、前記上向きアシスト空気流量に対する前記下向きアシスト空気流量の比が、０．５〜０．９とするのが好ましい。

また、前記アシスト空気流入口から前記可燃性廃棄物流路に対して流入される空気流量の合計量（ｍ³／分）は、前記可燃性廃棄物流路を流れる一次空気流量（ｍ³／分）の５体積％〜６５体積％とすることができる。なお、可燃性廃棄物吹込装置の運転方法において、可燃性廃棄物流路を流れる一次空気流量に制約はなく、通常の運転条件を採用することができる。

また、前記可燃性廃棄物流路内を送流する前記可燃性廃棄物流の送流方向を基準としたときの、前記可燃性廃棄物流路内に流入される前記アシスト空気流の流入角は、０°よりも大きく、９０°以下であるものとしても構わない。かかる構成によれば、アシスト空気流は、可燃性廃棄物流の送流方向に対して反対向きに衝突することが抑制されるため、可燃性廃棄物流の流れを必要以上に妨げることなく、可燃性廃棄物流を軸心方向に縮小した状態で吹込口から噴出させることができる。

本発明の可燃性廃棄物吹込装置、及びその運転方法によれば、セメントキルン用バーナからの火炎の状態を最適な状態に維持しながら、固体粉末燃料（主燃料）と廃プラスチック片などの可燃性廃棄物（補助燃料）の使用割合を任意に変更することが可能であると共に、例えば粒径３０ｍｍ以下の可燃性廃棄物（補助燃料）を有効利用することができる。

本発明の可燃性廃棄物吹込装置が附設されたセメントキルン用バーナ装置の一実施形態の先端部の中心部分を模式的に示す図面である。 本発明の可燃性廃棄物吹込装置の一実施形態の先端部分を模式的に示す縦断面図である。 本発明の可燃性廃棄物吹込装置の一実施形態の先端部分を模式的に示す横断面図である。 図２Ａの一部拡大図である。 本発明の可燃性廃棄物吹込装置の別の一実施形態の先端部分を模式的に示す縦断面図である。 本発明の可燃性廃棄物吹込装置の別の一実施形態の先端部分を模式的に示す横断面図である。 図４Ａ及び図４Ｂに示す可燃性廃棄物吹込装置の構造の一例を模式的に示す図面である。 シミュレーションで用いられた可燃性廃棄物吹込装置が附設されたセメントキルン用バーナ装置の一実施形態の先端部を模式的に示す図面である。 図６に示す可燃性廃棄物吹込装置によって、表２に示す運転条件で、補助燃料として直径３０ｍｍの廃プラスチックを、主燃料（微粉炭）に対して定量用いた場合の、実施例２〜４、６及び比較例１〜２に関するセメントキルン内のガス温度の分布に係るシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の可燃性廃棄物吹込装置及びその運転方法の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は実際の寸法比と一致していない。

図１は、本発明の可燃性廃棄物吹込装置が附設されたセメントキルン用バーナ装置の一実施形態の先端部の中心部分を模式的に示す図面である。図１において、（ａ）は、附設された可燃性廃棄物吹込装置を含むセメントキルン用バーナ装置の横断面図であり、（ｂ）は、同縦断面図である。なお、横断面図とは、セメントキルン用バーナ装置を、同装置の軸方向に直交する平面で切断した断面図を指し、縦断面図とは、セメントキルン用バーナ装置を、同装置の軸方向に平行な平面で切断した断面図を指す。

なお、図１においては、セメントキルン用バーナ装置の軸方向（一次空気流の方向）をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、ＹＺ平面に直交する方向をＸ方向として座標系を設定している。以下では、このＸＹＺ座標系を適宜参照しながら説明する。このＸＹＺ座標系を用いて記載すれば、図１（ａ）は、セメントキルン用バーナ装置をＸＺ平面で切断したときの断面図に対応し、図１（ｂ）は、セメントキルン用バーナ装置をＹＺ平面で切断したときの断面図に対応する。より詳細には、図１（ｂ）は、セメントキルン用バーナ装置を、セメントキルン側端部（セメントキルン用バーナ装置の先端面）において、ＹＺ平面で切断したときの断面図に対応する。

なお、後述される、図２Ａ〜図４Ｂ及び図６で図示されているＸＹＺ座標系は、いずれも図１で図示されているＸＹＺ座標系と同じ軸関係である。

図１（ａ）に示されるように、セメントキルン用バーナ装置１に附設される可燃性廃棄物吹込装置２の可燃性廃棄物流路３は、セメントキルン用バーナ装置１において同心円状に配置する固体粉末燃料用流路２１と、固体粉末燃料用流路２１に隣接して内側に配置された少なくとも１つの空気流路２２の内側に配置される。可燃性廃棄物吹込装置２の可燃性廃棄物流路３に隣接して、空気流路２２の内側には、重油等を供給するための油用流路３１等を配置することができる。

なお、図１では、空気流路２２は、セメントキルン側端部（吹込口側近傍）において、旋回手段としての旋回羽根２２ａを有している。すなわち、空気流路２２から噴出される空気流は、固体粉末燃料用流路２１から噴出される固体粉末燃料流に対して内側に位置する旋回空気流を形成する。この旋回羽根２２ａは、セメントキルン用バーナ装置１の運転開始前の時点において、旋回角度が調整可能に構成されているものとしても構わない。

図１（ｂ）に示されるように、セメントキルン用バーナ装置１の内部において、可燃性廃棄物流路３の外側にはアシスト空気流路４が備えられ、アシスト空気流入口５を経由してアシスト空気が可燃性廃棄物流路３内に流入可能に構成されている。この点につき、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の可燃性廃棄物吹込装置２の一実施形態の先端部を模式的に示す図面である。図２Ａは、可燃性廃棄物吹込装置２の縦断面図であり、図２Ｂは、図２Ａ内のＹ座標がＹ１の位置（以下、単に「Ｙ１の位置」と略記する。）における横断面図（（ａ）に対応）、及びＹ座標がＹ２の位置（以下、単に「Ｙ２の位置」と略記する。）における横断面図（（ｂ）に対応）である。Ｙ１の位置は、可燃性廃棄物流路３の先端部近傍（すなわち吹込口近傍）に対応し、Ｙ２の位置は、Ｙ１の位置よりも上流側であって、可燃性廃棄物流路３の先端部から離れた位置に対応する。

図２Ｂに示されるように、可燃性廃棄物流路３の外側にはアシスト空気流路４が配置される。より詳細には、本実施形態におけるアシスト空気流路４は、円筒形状を呈した可燃性廃棄物流路３の外側に同心円状に配置され、仕切部材６によって、鉛直上側のアシスト空気流路４−１と鉛直下側のアシスト空気流路４−２の２流路に分割されている。

更に、図２Ｂ（ｂ）に示されるように、Ｙ２の位置には、アシスト空気流路４（４−１，４−２）と可燃性廃棄物流路３とを連絡する、アシスト空気流入口５が設置されており、アシスト空気流路４を流れてきたアシスト空気を、可燃性廃棄物流路３の軸心３ｃに向かって、可燃性廃棄物流路３内に流入可能に構成されている。本実施形態では、可燃性廃棄物流路３は、Ｙ２の位置において、周方向の１０箇所に配置されたアシスト空気流入口５（５−１〜５−１０）を備えている。より詳細には、アシスト空気流路４−１側（鉛直上側）には５個のアシスト空気流入口（５−１〜５−３、５−９、５−１０）が配置されており、アシスト空気流路４−２側（鉛直下側）には５個のアシスト空気流入口（５−４〜５−８）が配置されている。

なお、図２Ａでは、図示の都合上、１０個のアシスト空気流入口５（５−１〜５−１０）のうちの、アシスト空気流入口（５−１，５−６）のみが図面上に現れている。

アシスト空気流路（４−１，４−２）には、それぞれ専用ブロアー（不図示）または流量調整弁（不図示）が連接されており、各アシスト空気流路（４−１，４−２）に送入されるアシスト空気流量を独立して制御することが可能になっている。

図３は、図２Ａに示した本発明の可燃性廃棄物吹込装置２の一実施形態の先端部について、アシスト空気流入口（５−１，５−６）の周辺を拡大して模式的に示す図面である。

図３に示されるように、可燃性廃棄物流路３とアシスト空気流路４を連絡するアシスト空気流入口（５−１，５−６）には、アシスト空気送入具７が設置されている。このアシスト空気送入具７は、可燃性廃棄物流路３内を流れる可燃性廃棄物ＲＦの方向に対して、可燃性廃棄物流路３内に流入されるアシスト空気ＡＡの方向が作る流入角θ（θ１，θ２）を制御するために備えられている。なお、図３では、流入角θ＝θ１とした場合と、θ＝θ２とした場合のアシスト空気送入具７のそれぞれの態様が模式的に図示されている。

流入角θは０°よりも大きく９０°以下とすることができる。アシスト空気ＡＡの流入角θが０°の場合、アシスト空気ＡＡによって可燃性廃棄物ＲＦの流れを変化させる効果はほとんど得られず、また流入角θが９０°を超える場合は、アシスト空気ＡＡによって可燃性廃棄物ＲＦの流れが減速すると共に過剰に撹拌されてしまうために、それぞれ好ましくない。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の可燃性廃棄物吹込装置２の別の一実施形態の先端部を模式的に示す図面である。図４Ａは、図２Ａと同様に、可燃性廃棄物吹込装置２の縦断面図であり、図４Ｂは、図２Ｂと同様に、図４Ａ内のＹ１の位置における横断面図（（ａ）に対応）、及びＹ２の位置における横断面図（（ｂ）に対応）である。なお、図示の都合上、図４Ａには、アシスト空気流入口５が図示されていない。

図４Ｂに示す実施形態では、可燃性廃棄物流路３は、Ｙ２の位置において、周方向の６箇所に配置されたアシスト空気流入口５（５−１１〜５−１６）を備えている。そして、可燃性廃棄物流路３は、それぞれのアシスト空気流入口（５−１１〜５−１６）毎に、専用のアシスト空気流路（４−３〜４−８）を備えている。これによって、アシスト空気流路４−３〜４−８に対して、それぞれ専用ブロアー（不図示）又は流量調整弁（不図示）を連接することによって、各アシスト空気流路（４−３〜４−８）に供給されるアシスト空気流量を独立して制御可能に構成されている。この点につき、図５を参照して説明する。

図５は、図４に示す可燃性廃棄物吹込装置の構造の一例を模式的に示す図面である。図５に図示された可燃性廃棄物吹込装置２は、制御のし易さを重視して構成したものであって、３基の送風ファン（Ｆ１〜Ｆ３）と、６個の流量調整弁（Ｂ１１３，Ｂ１１４，Ｂ１１８，Ｂ１３５，Ｂ１３６，Ｂ１３７）を備える。流量調整弁（Ｂ１１３，Ｂ１１４，Ｂ１１８，Ｂ１３５，Ｂ１３６，Ｂ１３７）は、例えばガスバルブなどで構成される。

可燃性廃棄物搬送配管１２に供給された可燃性廃棄物ＲＦは、送風ファンＦ１によって形成された空気流により、可燃性廃棄物吹込装置２の可燃性廃棄物流路３に供給される。送風ファンＦ２から供給される空気は、アシスト空気ＡＡとして、空気配管１１を介してアシスト空気流路４（４−３，４−４，４−８）へ供給される。より詳細には、空気配管１１は、３個の分岐管（１１３，１１４，１１８）によって分岐されており、各分岐管は、前記３本のアシスト空気流路（４−３，４−４，４−８）にそれぞれ連絡されている。同様に、送風ファンＦ３からアシスト空気ＡＡを供給している空気配管１３は、３個の分岐管（１３５，１３６，１３７）によって分岐されて３本のアシスト空気流路（４−５，４−６，４−７）に連絡されている。

各分岐管（１１３，１１４，１１８，１３５，１３６，１３７）には、それぞれ可変式の流量調整弁（Ｂ１１３，Ｂ１１４，Ｂ１１８，Ｂ１３５，Ｂ１３６，Ｂ１３７）が設けられており、かかる各流量調整弁の開度を調整することで、各分岐管（１１３，１１４，１１８，１３５，１３６，１３７）を通流するアシスト空気ＡＡの流量を独立して制御することが可能である。

すなわち、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示す可燃性廃棄物吹込装置２の場合、それぞれのアシスト空気流路４（４−３〜４−８）に対応して、アシスト空気流入口５（５−１１〜５−１６）が設けられているため、アシスト空気流入口５（５−１１〜５−１６）毎にアシスト空気ＡＡの流量を独立して制御できる。これにより、セメントキルン用バーナからの火炎の状態を最適な状態に維持しながら、固体粉末燃料（主燃料）と可燃性廃棄物（補助燃料）の使用割合を任意に変更することが容易にできる。

本発明者らは、可燃性廃棄物吹込装置２が附設されたセメントキルン用バーナ装置１の燃焼シミュレーション（ソフトウェア：ＡＮＳＹＳＪＡＰＡＮ社製、ＦＬＵＥＮＴ）によって、セメントキルン用バーナからの火炎形状、セメントキルン内のガス温度分布、セメントキルン内の酸素濃度分布、セメントキルン内の気流の乱流の程度の解析等を行うことにより、可燃性廃棄物吹込装置２の制御因子を最適化するための基本的な限定領域を見出した。

図６は、本シミュレーションで用いられた、可燃性廃棄物吹込装置２を含むセメントキルン用バーナ装置１の構造を、図１にならって模式的に図示したものである。図６に示すセメントキルン用バーナ装置１は、図１に示す構成に加えて、更に、固体粉末燃料用流路２１よりも外側に配置され、旋回羽根２３ａが配置された空気流路２３と、空気流路２３よりも更に外側に配置された空気流路２４とを備えている。空気流路２４は、直進空気流を形成する流路である。すなわち、シミュレーションによる検証対象のセメントキルン用バーナ装置１は、図６（ａ）に示すように、内側から、旋回空気流を形成する空気流路２２、旋回主燃料流を形成する固体粉末燃料用流路２１、旋回空気流を形成する空気流路２３、及び直進空気流を形成する空気流路２４の合計４つの流路を備えた、いわゆる４チャンネル式のバーナ装置とした。

下記表１は、以下のセメントキルン用バーナ装置１の仕様及び運転条件において見出した、可燃性廃棄物吹込装置２に係る基本的限定領域の一例である。なお、表１は、図２に例示した可燃性廃棄物吹込装置２の実施形態に対応する。

＜セメントキルン用バーナ装置１の仕様＞
チャンネル数：４チャンネル（最内殻側から、旋回空気流、旋回主燃料流、旋回空気流、直進空気流）
可燃性廃棄物吹込装置２：旋回空気流を形成する空気流路２２の内側に配置されており、セメントキルン用バーナ装置１の軸心下側に附設されている。
セメントキルン用バーナ装置１のバーナ先端の直径：７００ｍｍ
可燃性廃棄物吹込装置２の吹込口の内径：１７５ｍｍ
アシスト空気流入口５：鉛直方向上側及び下側に直径１６ｍｍの円形孔を各５個（鉛直軸に対し±６０°の範囲に３０°間隔）

＜セメントキルン用バーナ装置１の運転条件＞
固体粉末燃料用流路２１を流れる主燃料Ｃの燃焼量：１２ｔ／時間
可燃性廃棄物ＲＦとしての廃プラスチック（軟質プラスチック）処理量：５ｔ／時間
可燃性廃棄物ＲＦとしての廃プラスチックの寸法：厚さ０．５ｍｍシートを直径３０ｍｍに打ち抜いた円形シート状
一次空気流量（４チャンネルの合計量）と温度：１５０００Ｎｍ³／時間、３０℃
二次空気流量と温度：１０００００Ｎｍ³／時間、９００℃
可燃性廃棄物吹込装置２からの一次空気流量と温度：５０００Ｎｍ³／時間、３０℃
可燃性廃棄物吹込装置２からのアシスト空気ＡＡの吹込方法と温度：可燃性廃棄物吹込装置２からの一次空気流量は上記値のままでアシスト空気ＡＡを追加する、３０℃

表１には、基本的限定領域として、アシスト空気ＡＡ量（可燃性廃棄物吹込装置２の一次空気流量に対する、全てのアシスト空気流量の体積％）、鉛直上側からと鉛直下側から流入される各アシスト空気流量の比率ｒ［（軸心を含む水平面よりも鉛直上側から流入される下向きアシスト空気流量）／（軸心を含む水平面よりも鉛直下側から流入される上向きアシスト空気流量）］、アシスト空気流入口５の可燃性廃棄物流路３の端部からの距離（ｍｍ）、及びアシスト空気流入口５から可燃性廃棄物流路３に対して流入されるアシスト空気ＡＡの流入角（°）が列挙されている。

上記各項目の中では、アシスト空気ＡＡの流量、アシスト空気流入口５の位置、及びアシスト空気ＡＡ量の上下方向の比率ｒが重要である。

なぜなら、上述したように、セメントキルン用バーナ装置１に用いられる燃料構成に変化が生じても安定した火炎を得るための調整を容易にするためには、可燃性廃棄物ＲＦ、主燃料Ｃ、及び二次空気の良好な混合状態の形成が必要であるところ、アシスト空気ＡＡの流量を調整することで、可燃性廃棄物流路３を流れる可燃性廃棄物流の絞りの程度を調整でき、これによって可燃性廃棄物吹込装置２から噴出される可燃性廃棄物ＲＦの拡散の程度を運転中に独立して調整することができるからである。

かかる事情に鑑み、単位時間にアシスト空気流入口５から可燃性廃棄物流路３に対して流入されるアシスト空気ＡＡの流量Ｖ（Ｎｍ³／時間）は、可燃性廃棄物流路３を流れる一次空気流量Ｖ₀（Ｎｍ³／時間）の５体積％〜６５体積％であるのが好ましい。Ｖ／Ｖ₀が５体積％未満の場合、アシスト空気ＡＡによる可燃性廃棄物流の絞り効果が得られず、また、Ｖ／Ｖ₀が６５体積％を超える場合、可燃性廃棄物流の拡散の程度が大きくなって、一部の可燃性廃棄物ＲＦがセメントキルンの上部内壁に衝突してしまうことがある。そして、このように可燃性廃棄物ＲＦの一部がキルン内壁に衝突する程に可燃性廃棄物が拡散するような場合は、セメントキルン用バーナの火炎形状が大きく乱れてしまい、セメントクリンカの品質が不安定になると共に、セメントキルン内の耐火レンガの熱損耗が大きくなる。

また、可燃性廃棄物吹込装置２から噴出する可燃性廃棄物ＲＦの拡散の程度は、アシスト空気ＡＡの流量が一定の場合には、アシスト空気流入口５の位置（より詳細には、Ｙ方向の位置）を変えることによって調整することができる。

かかる事情に鑑み、可燃性廃棄物流路３の吹込口（端部）からアシスト空気流入口５までのＹ方向に係る距離は、１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲であるのが好ましい。かかる距離が１０ｍｍ未満の場合、可燃性廃棄物ＲＦの流れの拡散の程度が大きくなって、一部の可燃性廃棄物ＲＦがセメントキルンの上部内壁に衝突してしまうことがある。また、可燃性廃棄物流路３の吹込口からアシスト空気流入口５までのＹ方向に係る距離が６００ｍｍを超える場合、アシスト空気ＡＡによる可燃性廃棄物ＲＦの拡散の効果が消失する場合がある。

アシスト空気ＡＡの流量の上下方向の比率が重要なのは、鉛直上側から流入される下向きアシスト空気流量と鉛直下側から流入される上向きアシスト空気流量の比率を調整することで、可燃性廃棄物ＲＦが噴出する方向の上下を調整することが可能になり、これによって可燃性廃棄物吹込装置２から可燃性廃棄物ＲＦを上向きに噴出できるからである。この結果、アシスト空気ＡＡによって良好な拡散状態で噴出される可燃性廃棄物ＲＦの浮遊状態を長時間継続することができる。

かかる事情に鑑み、鉛直下側から流入される上向きアシスト空気流量に対する、鉛直上側から流入される下向きアシスト空気流量の比率ｒは、０．５〜０．９の範囲とするのが好ましい。比率ｒが０．５未満の場合、可燃性廃棄物流の下側からの吹き上げが大きくなって、一部の可燃性廃棄物ＲＦがセメントキルンの上部内壁に衝突してしまうことがある。また、比率ｒが０．９よりも大きい場合、可燃性廃棄物流が上向きになる効果が得られず、着地燃焼する可燃性廃棄物ＲＦが多量に生じる場合がある。

以上のように、本発明によれば、可燃性廃棄物吹込装置２の運転前に、アシスト空気流入口５の位置及び流入角θを表１に示した範囲内に設定し、更に、可燃性廃棄物吹込装置２の運転時に、送風ファン及び／又は流量調整弁などによってアシスト空気流量Ｖ及びアシスト空気流量の上下方向からの比率ｒの調整を行うことにより、可燃性廃棄物吹込装置２の運転条件を最適化して、セメントキルン用バーナの火炎状態を安定化することができる。

次に、表１の各項目を変化させた場合の、可燃性廃棄物ＲＦ（ここでは軟質プラスチック）が着地燃焼する割合（キルン内落下率）に係る燃焼シミュレーションについて説明する。

具体的には、前述のセメントキルン用バーナ装置１の仕様と運転条件を固定した場合において、表１の各項目を変化させた場合についてシミュレーション（ソフトウェア：ＡＮＳＹＳ ＪＡＰＡＮ社製：ＦＬＵＥＮＴ）によって検証した。シミュレーションにおける各項目の設定値を表２に示す。なお、アシスト空気ＡＡを用いない現状の例（比較例）としては、可燃性廃棄物ＲＦ処理量を２水準（５ｔ／時間、２ｔ／時間）設定した。

このシミュレーションの結果として得られた、可燃性廃棄物ＲＦ（直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの軟質プラスチック）のキルン内落下率を表３に、実施例２〜４、６と比較例１〜２のキルン内のガス温度分布を図７に示す。

表３の結果によれば、各実施例１〜８の水準において、可燃性廃棄物ＲＦの処理量の条件を５ｔ／時間で共通とした比較例１の水準よりも、可燃性廃棄物ＲＦのキルン内落下率を十分に低下できていることが確認される。特に、実施例２〜４は、現状の運転条件である比較例１と比べて、キルン内落下率の値を１／３以下に低減できている。これにより、本発明の可燃性廃棄物吹込装置、及び可燃性廃棄物吹込装置の運転方法によれば、可燃性廃棄物ＲＦを有効に燃焼させることができることが確認される。

なお、アシスト空気流入口５の位置を、可燃性廃棄物流路３の吹込口（セメントキルン側端部）から極めて離れた位置に設けた参考例１によれば、各実施例と比べてキルン内落下率が高い値となった。これは、アシスト空気流入口５が吹込口よりもかなり上流側に設置されたことで、吹込口の近傍においては、可燃性廃棄物ＲＦの流れを軸心方向に絞る効果が充分に得られなかったことを示唆するものである。

また、アシスト空気流入口５から可燃性廃棄物流路３内に流入されるアシスト空気ＡＡの流入角を０°とした参考例２においても、各実施例と比べてキルン内落下率が高い値となった。これは、そもそもアシスト空気ＡＡが、可燃性廃棄物流路３内の可燃性廃棄物流にほとんど影響を及ぼさないことを示唆するものである。

また、図７に示すセメントキルン内のガスの温度分布において、実施例２〜４、６のガスの温度分布は、比較例２の現状の運転条件で可燃性廃棄物ＲＦ処理量を２ｔ／時間とした場合とほぼ同じである。比較例２の運転条件は、可燃性廃棄物ＲＦの供給量を各実施例よりは少なくしたものであり、可燃性廃棄物ＲＦのキルン内落下率が０．５質量％と、良好なキルンバーナ燃焼状態のものである。一方、現状の運転条件で、本実施例と同じ可燃性廃棄物ＲＦ処理量（５ｔ／時間）である比較例１では、セメントキルン内のガスの温度が大きく低下すると同時に、可燃性廃棄物ＲＦのキルン内落下率が３．０質量％と多量の可燃性廃棄物ＲＦが着地燃焼している。すなわち、本発明によれば、セメントキルン内のガスの温度分布を大きく変えることなく、可燃性廃棄物ＲＦを補助燃料として活用できることが確認される。

つまり、本発明によれば、セメントキルン用バーナの最適な燃焼状態を保持しつつ、可燃性廃棄物を補助燃料として活用することを容易に行えることが分かる。

なお、可燃性廃棄物吹込装置が備えるアシスト空気流入口の設置数や、設置場所は、上記実施形態の構成に限定されない。

１ ： セメントキルン用バーナ装置
２ ： 可燃性廃棄物吹込装置
３ ： 可燃性廃棄物流路
３ｃ ： 可燃性廃棄物流路の軸心
４ ： アシスト空気流路
４−１，４−２ ： アシスト空気流路
４−３，４−４，４−５，４−６，４−７，４−８ ： アシスト空気流路
５ ： アシスト空気流入口
５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７，５−８，５−９，５−１０ ： アシスト空気流入口
５−１１，５−１２，５−１３，５−１４，５−１５，５−１６ ： アシスト空気流入口
６ ： 仕切部材
７ ： アシスト空気送入具
１１ ： 空気配管
１２ ： 可燃性廃棄物搬送配管
１３ ： 空気配管
２１ ： 固体粉末燃料用流路
２２ ： 空気流路（第一の空気流路）
２２ａ ： 旋回羽根
３１ ： 油用流路
１１３，１１４，１１８ ： 分岐管
１３５，１３６，１３７ ： 分岐管
ＡＡ ： アシスト空気
Ｂ１１３、Ｂ１１４、Ｂ１３５、Ｂ１３６、Ｂ１３７、Ｂ１１８ ： 流量調整弁
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ ： 送風ファン
ＲＦ ： 可燃性廃棄物
θ ： 流入角

Claims (10)

1. 固体粉末燃料用流路の内側に少なくとも１つの空気流路を備えるセメントキルン用バーナ装置に附設可能な可燃性廃棄物吹込装置であって、
   最内殻の前記空気流路の内側に配置され、前記セメントキルン用バーナ装置の軸方向に平行に設置された、可燃性廃棄物流を送流させるための可燃性廃棄物流路と、
   前記可燃性廃棄物流路の吹込口近傍において、前記可燃性廃棄物流路の軸心に向かって前記可燃性廃棄物流路内にアシスト空気流を流入可能な、アシスト空気流入口とを備え、
   前記アシスト空気流入口は、周方向に関して複数の箇所に配置されていることを特徴とする、可燃性廃棄物吹込装置。
2. 前記アシスト空気流入口は、前記可燃性廃棄物流路の軸心に対して直交する面で切断したときの前記可燃性廃棄物流路の軸心を含む水平面を、鉛直方向に挟む複数の箇所に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の可燃性廃棄物吹込装置。
3. 前記可燃性廃棄物流路は、前記アシスト空気流入口から流入した前記アシスト空気流によって、前記可燃性廃棄物流を軸心方向に縮小した後、前記可燃性廃棄物流を鉛直方向上向きに噴出可能に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の可燃性廃棄物吹込装置。
4. 前記可燃性廃棄物流路の外側の位置において、前記可燃性廃棄物流路に対して平行に設置されたアシスト空気流路を備え、
   前記アシスト空気流路は、前記アシスト空気流入口を介して前記可燃性廃棄物流路に連絡される一方、前記アシスト空気流入口よりも上流側においては前記可燃性廃棄物流路に対して遮蔽されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物吹込装置。
5. 前記アシスト空気流入口が、前記可燃性廃棄物流路の前記吹込口から１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲に設置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物吹込装置。
6. 前記アシスト空気流入口は、前記可燃性廃棄物流路内を送流する前記可燃性廃棄物流の送流方向を基準としたときの、前記可燃性廃棄物流路内に流入される前記アシスト空気流の流入角を変化可能な、アシスト空気送入具を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物吹込装置。
7. 請求項２に記載の可燃性廃棄物吹込装置の運転方法であって、
   前記アシスト空気流入口から前記可燃性廃棄物流路に対して流入される空気流量は、前記水平面よりも鉛直方向下側から流入される上向きアシスト空気流量が、前記水平面よりも鉛直方向上側から流入される下向きアシスト空気流量以上であることを特徴とする、可燃性廃棄物吹込装置の運転方法。
8. 前記アシスト空気流入口から前記可燃性廃棄物流路に対して流入される空気流量の合計量は、前記可燃性廃棄物流路を流れる一次空気流量の５体積％〜６５体積％であることを特徴とする、請求項７に記載の可燃性廃棄物吹込装置の運転方法。
9. 前記上向きアシスト空気流量に対する前記下向きアシスト空気流量の比が、０．５〜０．９であることを特徴とする、請求項７又は８に記載の可燃性廃棄物吹込装置の運転方法。
10. 前記可燃性廃棄物流路内を送流する前記可燃性廃棄物流の送流方向を基準としたときの、前記可燃性廃棄物流路内に流入される前記アシスト空気流の流入角が、０°よりも大きく、９０°以下であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物吹込装置の運転方法。
    

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