| 【発明の名称】 |
燃焼装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小関 秀規
【氏名】本田 哲也
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| 【要約】 |
【課題】被溶融物が灰混合微粒固体燃料などであっても取扱いが容易であり、火炎も安定し、炉底や炉壁の腐食が少ない混合燃料の燃焼装置を提供する。
【解決手段】気体、液体あるいは微粒子状固体の不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの混合物と、気体、液体あるいは微粒子状固体である燃料から構成され、これらの少なくとも１つを液体とすることによって流動性を持たせた混合燃料を、複数の微粒化手段に供給し、その微粒化手段により形成される複数火炎を互いに接触させて燃焼させ、火炎の安定化ならびに隣接火炎により高温を保持して不燃物を溶融し、難燃物を燃焼させる。接触後形成される一体化集合火炎を、その周囲の燃焼室壁に接触させることなく形成することで、不燃物の溶融を炉内空間で行い、溶融炉内壁材の交換を長期間不要にする。前記燃焼室壁に輻射熱を炉心に向けて反射する機能を設けることにより、効率的な燃焼を実現できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 気体、液体もしくは微粒子状固体である不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物と、気体、液体もしくは微粒子状固体である燃料とにより構成され、前記不燃物、難燃物、可燃物もしくは燃料の内少なくとも１つが液体からなる流動性を有する混合燃料を、燃焼装置に取り付けられて前記混合燃料を微粒化して燃焼室内に噴霧する複数の微粒化手段に供給し、各微粒化手段により燃焼室内に形成される複数の火炎を互いに接触させて燃焼させることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】 気体、液体もしくは微粒子状固体である不燃物、難燃物もしくはこれらの混合物と、気体、液体もしくは微粒子状固体である可燃物とにより構成され、前記不燃物、難燃物もしくは可燃物の内少なくとも１つが液体からなる流動性を有する混合燃料を、燃焼装置に取り付けられて前記混合燃料を微粒化して燃焼室内に噴霧する複数の微粒化手段に供給し、各微粒化手段により燃焼室内に形成される複数の火炎を互いに接触させて燃焼させることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】 気体である不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物と、気体である燃料とにより構成される混合燃料を、燃焼装置に取り付けられて前記混合燃料を燃焼室内に噴射する複数の燃料噴射手段に供給し、各燃料噴射手段により燃焼室内に形成される複数の火炎を互いに接触させて燃焼させることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】 気体である不燃物、難燃物もしくはこれらの混合物と、気体である可燃物とにより構成される混合燃料を、燃焼装置に取り付けられて前記混合燃料を燃焼室内に噴射する複数の燃料噴射手段に供給し、各燃料噴射手段により燃焼室内に形成される複数の火炎を互いに接触させて燃焼させることを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】 前記複数の火炎が、接触後に一体となって集合火炎を形成することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】 前記複数の火炎および接触後形成される一体化集合火炎を、前記燃焼室の燃焼室壁に接触させることなく形成したことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】 前記形成される一体化集合火炎の周囲に位置する前記燃焼室壁に、前記火炎によって生ずる輻射熱を前記火炎に向けて反射する機能が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】 前記複数の火炎またはその一部、または接触後に形成される前記一体化集合火炎に、不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物を直接供給することにより燃焼させることを持徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項９】 前記燃焼室内に供給される燃焼空気を、該燃焼装置から排出される燃焼ガスで予熱することを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の燃焼装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は燃焼装置、特に不燃物、難燃物もしくはこれらの混合物と可燃物とから構成される混合燃料、もしくは不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物に燃料を加えた混合燃料を燃焼させる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術による燃焼装置の例として、図４は、特開平８−６８５１７号公報に示された固体不燃物である灰の溶融装置を表したものである。図において、１は炉体、２は１次溶融バーナ、３は燃料供給部、４は支燃剤供給部、５は１次灰供給部、６は燃焼室、７は火炎、８は灰供給部、９は２次灰、１０は傾斜溶融部、１１はプッシャー、１２は溶融灰溜まり、１３は排出部である。
【０００３】このような構成にかかる燃焼装置の動作は次のようである。すなわち2次灰９は灰供給部８から投入され、プッシャー１１により傾斜溶融部１０に送られる。ここで、1次溶融バーナ２の火炎７により2次灰９は溶融され、排出部１３より排出される。
【０００４】上記特開平８−６８５１７号公報に示された従来の灰溶融装置の例では以上のように構成されているが、この構成であれば灰供給部８に灰を供給するに至るまでの間、粉体である灰の取り扱いに難点があった。すなわち、前記灰供給部８に灰を供給するためには大がかりな灰供給装置（図示せず）を必要とし、又同供給装置内部では、灰が粉体であるが故に空気中の水分を吸収するなどしてしばしば詰まりが発生するという問題点があった。一方、灰溶融装置においては、傾斜溶融部１０に灰を送るための専用の装置であるプッシャー１１を必要とし、又灰をうまく溶融させるために、１次溶融バーナ２を移動させるなどして火炎７と２次灰９の表面との距離を調節する必要があり、装置が複雑になるという欠点があった。
【０００５】次に図５は、特開平９−０６０８２９号公報に示された従来の技術による他の灰溶融装置の例を示したものである。図に於いて、１５は廃プラスチック、１６は灰、１７はバーナであり、１８は前記廃プラスチック１５及び灰１６をバーナ１７に送るためのブロア、又１９はバーナ１７に連通する供給管で、ブロア１８、廃プラスチック１５の容器２０、灰１６の容器２１ともつながっている。２２は燃焼室、２３は前記バーナ１７が取り付けられた炉体である。
【０００６】このような構成にかかる灰溶融装置では、前記廃プラスチック１５や灰１６の灰混合微粒固体燃料が、ブロア１８により供給管１９を通してバーナ１７に供給されて燃焼し、灰溶融が行われる。この時、符号２４で示す溶融後の灰が燃焼室２２の底部を流れるため、燃焼室底部は溶融灰２４によって腐食され、頻繁に燃焼室の耐火材を交換する必要があるという問題点があった。また、灰混合微粒固体燃料もブロア１８により供給管１９を通ってバーナ１７に空気搬送されるが、この時に灰混合微粒固体燃料が供給管１９内で詰まりを生じやすい、という難点があった。
【０００７】図６は、特開平９−１１７６３４号公報に開示された従来の技術における更に別の灰溶融装置を示したもので、図において２５は空気管、２６は空気管２５中に配置された燃料管、２７は燃焼部、２８は空気管２５に設けられた燃焼ガス通過用穴、２９は溶融灰の溜まり、３０は溶融灰排出部、３１は燃焼ガス排出部である。
【０００８】このように構成された灰溶融装置では、空気管２５中の空気、あるいは燃料管２６中の燃料、あるいはその両者に灰材を混入させ、燃料管２６の近傍の燃焼部２７で燃料と空気を混合燃焼させつつ灰材を溶融する。燃焼ガスは、燃焼部２７、燃焼ガス通過用穴２８を通り、空気管２５の周囲を通過し、その際空気管２５内の空気を予熱した後、燃焼ガス排出部３１から系外に排出される。
【０００９】一般に、燃料あるいは空気に灰材を混入させる場合には、火炎を安定的に形成することに困難が生じることが多く、特にここで用いられているような単一バーナではその傾向が強かった。また、本装置のように空気予熱により火炎安定性を向上させても十分とは言い難かった。更に、溶融灰溜まり２９に接する炉体の内壁が溶融灰のため溶損するという欠点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のような問題を解決するために行われたもので、被溶融物が灰や灰混合微粒固体燃料であってもその供給が容易であり、バーナ操作も簡単で安定した火炎を形成し、そして溶融灰による燃焼室の炉底や炉壁の腐食が少ない、不燃物、難燃物もしくはこれらの混合物と可燃物とからなる混合燃料、もしくは不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物と燃料とからなる混合燃料の燃焼装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる燃焼装置は、気体、液体あるいは微粒子状固体である不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物と、気体、液体あるいは微粒子状固体である燃料とにより構成され、これら構成物の内の少なくとも１つを液体とすることによって流動性を持たせた混合燃料を、複数の微粒化手段に供給し、前記複数の微粒化手段により形成される複数火炎を互いに接触させて燃焼させ、火炎の安定化ならびに隣接火炎により高温を保持して不燃物を溶融し、難燃物を燃焼させるとともに、接触後形成される一体化集合火炎を、その周囲の燃焼室壁に接触させることなく形成し、不燃物の溶融を炉内空間で行って溶融炉内壁材の交換を長期間不要にすることにより、上記課題を解決するものである。
【００１２】請求項２に記載の本発明にかかる燃焼装置は、上記混合燃料の内、可燃物が含まれている場合においてこれを燃料の代用として使用できる場合には、上記構成物の中から燃料を無くしても同様の効果を得ることができるため、これにより効率的に上記課題を解決するものである。
【００１３】請求項３及び請求項４に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記混合燃料が気体のみで構成される場合においては、混合燃料の流動化の必要が無く、そのままの形態で上記同様の燃焼をさせることにより処理するものである。この際、混合燃料が気体のみで構成されていることから、液体、固体の混合燃料で必要とされた微粒化手段は不要となり、燃料噴射手段を使用することで足りる。
【００１４】請求項５に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記複数の火炎が、接触後に一体となって集合火炎を形成することを特徴としている。
【００１５】請求項６に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記複数の火炎および接触後形成される一体化集合火炎を、前記燃焼室の燃焼室壁に接触させることなく形成したことを特徴としている。
【００１６】請求項７に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記火炎の周囲に位置する前記燃焼室壁が、輻射熱を反射する機能を有することを特徴としている。
【００１７】請求項８に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記複数の火炎またはその一部、または接触後に形成される前記一体化集合火炎に、不燃物、難燃物、可燃物もしくはこれらの組合せにかかる混合物を直接供給することにより燃焼させることを特徴としている。
【００１８】そして、請求項９に記載の本発明にかかる燃焼装置は、前記燃焼室内に供給される燃焼空気が、燃焼装置から排出される燃焼ガスで予熱されたものであることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞以下、本発明の実施の形態１にかかる燃焼装置につき、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる燃焼装置を示すもので、図に於いて、４１は炉体、４２は不燃物、難燃物もしくはこれらの混合物と可燃物とからなる混合燃料、もしくはこれらの組合せにかかる混合物と燃料とからなる混合燃料が供給される供給部、４３は前記混合燃料を例えば高圧空気により微粒化する燃料ノズル、４４は燃料ノズルヘの例えば高圧空気などの微粒化媒体を供給する微粒化媒体供給部、４５は支燃剤例えば燃焼空気等の供給部、４６はその支燃剤供給部４５の下流に設けられ、燃焼空気等の支燃剤に旋回を与えるスワーラであり、燃料ノズル４３とスワーラ４６でバーナ部４７を形成する。このバーナ部４７は、ここでは複数個が配置されている。４８は燃焼空気及び前記混合燃料が供給される燃焼室、４９は燃焼室内に形成される火炎、５０は排出部である。
【００２０】次に、上記のような構成の本発明にかかる燃焼装置の動作について説明する。先ず混合燃料は、例えば不燃物である灰、液体燃料である灯油に混合成分が分離しないように界面活性剤を混合して製造される。この場合、灰は飛灰等の微粒子状のもの、あるいは予め微細化しておいたものを使用する。これは、後に燃料ノズルで燃料を微粒化噴霧して燃焼室４８に供給するためである。混合燃料は流動性を保ち、かつその可燃性を保つために各成分の割合が調整される。ここで混合燃料は、流動性を保っているため、貯蔵性、運搬性、取り扱い性は極めて良好である。なお、本発明においては、混合燃料を構成する不燃物、難燃物もしくは可燃物、もしくはこれに燃料を加えた構成物の内、その全てが気体で構成されている場合を除き、それ以外の組合せにおいてはこれらの内少なくとも１つを液体とすることにより、混合燃料に上記のような流動性を持たせるものとしている。
【００２１】前記混合燃料は、燃料タンクから例えばスネークポンプ等の高粘度燃料用の燃料ポンプ（いずれも図示せず）によって、炉体４１の複数個設置された混合燃料供給部４２に供給される。前記微粒化媒体供給部４４からは、混合燃料を微粒化噴霧するための例えば高圧空気などが供給される。混合燃料が気体のみで構成されているときには、圧縮ポンプを用いてこの混合燃料を圧縮して使用することができる。燃料ノズル４３において高圧空気により微粒化された混合燃料は、燃焼室４８に噴射される。燃焼空気は、燃焼空気供給部４５より供給され、スワーラ４６により旋回がかけられて燃焼室４８に供給される。ここで、微粒化噴霧された混合燃料と燃焼空気とが混合し、点火装置（図示せず）によって点火され、火炎４９が形成される。
【００２２】一方、他のバーナ部４７でも、同様に火炎４９が形成される。この時形成される火炎は、お互いに接するようにバーナ部４７が配置されているため、火炎から周囲への熱損失割合が単独火炎の場合よりも小さく、したがって高温度となる。また、火炎中には、反応途中の活性化学種がより多く存在し、通常単独バーナでは安定燃焼し難い不燃物を多く含む混合燃料でも、安定して燃焼させることができ、また灰を効率よく溶融することもできる。
【００２３】ここで、複数火炎は、接触後に一体化集合火炎となるようにバーナ部を配置する。更にその形成方向と火炎周囲の燃焼室出口方向を一致させ、また一体化火炎の形成方向を重力のそれと一致させることで、混合燃料中の不燃物からできた溶融物をそのまま燃焼室出口である排出部５０から排出できる。
【００２４】この時、燃焼室の直径、長さを前記複数火炎４９の大きさおよび、接触後形成される一体化集合火炎の大きさに比較して余裕のあるものとすることにより、火炎及び不燃物からできた溶融物が燃焼室壁と接触することがなく、したがって溶融物による燃焼室壁の浸食が起こらず、このため燃焼室内壁を長寿命化することができる。
【００２５】なお、燃焼室から排出された後の溶融灰は、その下流側に設置された冷却手段（図示せず）により冷却固化される。
【００２６】また、本実施の形態では、微粒化手段として空気を供給しているが、これを酸素を混入させた空気、あるいは純酸素を用いるものとしてもよく、このように酸素を用いた場合には火炎を更に高温化できる効果がある。
【００２７】更に、本実施の形態では、不燃物として固体の灰を例示したが、これは液体不燃物、気体不燃物であってもよい。この際気体不燃物を使用する場合には、前述のようにこれを高圧化することで、微粒化手段への微粒化用エネルギの供給媒体として利用することも可能である。
【００２８】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形態２にかかる燃焼装置につき、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる燃焼装置を示すもので、図において、５１は炉４１の排出部５０の下流に設けられた空気予熱器、５２は空気予熱器５１の空気入り口、５３は空気予熱器５１の空気出口、５４は空気予熱器５１の空気出口５３と燃焼空気供給部４５を連通する予熱空気供給管である。なお、図２において、先の実施の形態で使用した部品と同一機能を果たすものは同一の符号を付してあり、その説明を省略する。
【００２９】次に、以上のように構成された本実施の形態にかかる燃焼装置の動作について説明する。燃焼室での燃焼については、前と同様である。排出部５０から排出される燃焼ガスは、まだ多くの熱エネルギーを保有している。ここで、空気予熱器入口５２から供給された燃焼空気は、空気予熱器５１を介して燃焼ガスから熱エネルギーを回収し、高温の空気となって予熱空気供給管５４を通り、バーナ部４７の燃焼空気供給部に導入されて燃焼に供される。
【００３０】高温燃焼空気のバーナ部４７への供給により、燃焼反応は活発となって、火炎の安定性が更に向上する。また、燃焼空気の高温化による燃焼ガス温度の上昇に伴って、灰溶融のための液体燃料の供給量も減少させることができ、灰溶融も効率よく低コストで実施することができる。
【００３１】＜実施の形態３＞次に、本発明の実施の形態３にかかる燃焼装置につき、図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態にかかる燃焼装置を示すもので、図において、５５は炉体４１の燃焼室４８内壁に設けられた輻射熱反射機能を持つ部材、具体的には鏡面等を有する低輻射率材料よりなる部材であり、その焦点は、燃焼室４８の中心部にある。その他の構成品は、前記実施の形態１と同様である。
【００３２】基本動作の火炎形成の状況も、これまでの実施の形態と同様である。混合燃料中あるいは炉内雰囲気中に不燃物や難燃物が含まれる場合、火炎中にはその不燃物や難燃物由来の固体微粒子が存在し、これらにより輝炎あるいは黄色火炎が形成される。この場合の火炎の輻射率は大きく、周囲への熱輻射が非常に大きくなる。この輻射熱を火炎周囲に設置した輻射熱反射部材５５により火炎方向に戻すことにより、炉体４１の断熱層５６を通過して逃げる外部への熱損失を減少させることができる。尚、輻射熱反射部材５５は、その機能が損なわれないように必要に応じ冷却されるよう構成することができる。
【００３３】＜実施の形態４＞次に、本発明の実施の形態４にかかる燃焼装置につき、説明する。本実施の形態では、特に図示はしないが、炉体４１に外部から燃焼室４８内部に通じる開口部を設け、そこから例えば長尺物を火炎に直接接触させて、焼却溶融させるようにしたものである。このような形態とすることで、これら不燃物、難燃物、可燃物あるいは混合物の形状や性状に応じて適切な燃焼方法を実現することができる。
【００３４】以上、これまでに各種実施の形態に基づき説明してきたが、これまで言及されていない難燃物の具体例として、固体難燃物としては熱可塑性樹脂、液体難燃物ではトランス絶縁油等があり、また可燃物の具体例として、固体可燃物では廃プラスチック、液体可燃物では廃油、気体可燃物では可燃成分を含む空気等があり、これら全ては本発明にかかる燃焼装置を用いて燃焼・溶融することが可能である。そして上記可燃物は、燃料の代用として使用することで燃料の節減が可能である。
【００３５】なお、上記各実施の形態では、燃料として液体燃料である灯油を用いたが、固体燃料として例えば微粉炭、気体燃料として例えば天然ガスやＬＰＧなどを用いても良い。但し固体燃料を使用する場合には、混合燃料としての流動性を確保するため、燃料以外の構成物、すなわち不燃物、難燃物、可燃物のいずれかを液体とする必要がある。被燃焼物である不燃物、難燃物、可燃物あるいはこれらの混合物が全て気体である場合には、燃料も気体とすることで、取扱いを更に容易にすることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、不燃物、難燃物、可燃物あるいはこれらの混合物と燃料とによりなる混合燃料を複数の微粒化手段に供給し、前記複数の微粒化手段により形成される火炎を互いに接触させて燃焼させるので火炎が安定し、灰等の不燃物を効率よく溶融できる。また、炉内の空間で不燃物等が溶融できるので、溶融炉の暖機運転が必要なく、ランニングコストを低くできる。
【００３７】さらに、前記複数火炎は、接触後に一体化集合火炎を形成したので、混合燃料中の不燃物からできた溶融物が一方向に排出され、排出処理がしやすい。
【００３８】前記複数火炎および接触後形成される一体化集合火炎を、その周囲の燃焼室壁に接触することなく形成したので、火炎中で溶融された溶融灰が燃焼室壁を浸食せず、燃焼室壁を長寿命化できる。
【００３９】さらに、不燃物、難燃物、可燃物あるいは燃料のうちの少なくとも一つが液体である混合燃料を作り、これが流動性を持つので混合燃料の取り扱いが容易となるので、燃料供給装置、燃焼装置が単純化できる。
【００４０】さらに、火炎周囲の燃焼室壁が輻射熱反射機能を持つので燃焼室壁から外部への熱損失が減るとともに、火炎からの熱輻射を火炎方向に戻すので、火炎を高温に保つことができる。
【００４１】さらに、複数火炎またはその一部、または接触後に形成された単一火炎に対して不燃物、難燃物、可燃物あるいはこれらの混合物を直接供給するので、これら不燃物、難燃物、可燃物あるいは混合物の形状や性状に応じた適切な燃焼方法を実現できる。
【００４２】そして、燃焼装置から排出される燃焼ガスを利用してバーナ部へ供給する空気を予熱することにより、燃焼反応は活発となって、火炎の安定性が更に向上、また燃焼空気の高温化による燃焼ガス温度の上昇に伴って、灰溶融のための液体燃料の供給量も減少させることができ、灰溶融も効率よく低コストで実施することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月２１日（１９９９．５．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２９３１７（Ｐ２０００−３２９３１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４１５１６ |
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