| 【発明の名称】 |
粉体溶融炉の燃焼装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】野上 正弘
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| 【要約】 |
【課題】酸素ランスから吹き出す酸素が炉床にある灰を飛散させることなく、加熱バーナの火炎の先端部分のみの温度を上昇させることができ、灰溶融の処理効率が高く炉壁材寿命が長い粉体溶融炉の燃焼装置を提供すること。
【解決手段】粉体溶融炉の燃焼装置は、炉壁材３に取付けられた加熱バーナ４と加熱バーナの近接位置の炉壁材３に、加熱バーナ４の燃焼火炎７に、酸素を吹き付けて火炎温度を上昇させるための酸素ランスを有し、燃焼火炎７に酸素を吹き付けて火炎温度を上昇させることを目的とする燃焼装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 焼却灰、飛灰あるいは、下水汚泥等の粉体の溶融炉の壁に取り付けられた加熱バーナから粉体に対して燃焼火炎を下方方向に吹き出す粉体溶融炉の燃焼装置において、該加熱バーナの燃焼火炎に酸素を吹き付けて火炎温度を上昇させるための酸素ランスが該炉壁材に取り付けられていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】 前記酸素ランスから吹き出される酸素の燃焼火炎に対する吹き付け部位が該燃焼火炎の先端部であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】 前記ランスから吹き出される酸素の流速が６０ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２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】本発明は、廃棄物を焼却施設において焼却した残渣である焼却灰および飛灰を溶融するための粉体溶融炉、あるいは、下水汚泥、アスベスト等の粒径の小さな粉体を直接溶融するための粉体溶融炉用の燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ゴミ等の廃棄物の焼却施設では、焼却残渣である焼却灰および飛灰を高温で溶融し、ガラス状のスラグとすることで、残渣の減容化、無害化が図られている。また、このようにして得られた溶融スラグは出滓口から炉外へ排出され、水砕等の手段により有効利用化することも図られている。同様に下水汚泥、アスベスト等の溶融炉もスラグ化することにより減容化、無害化が図られている。
【０００３】説明を簡単にするために、以下の説明は焼却灰および飛灰の溶融についてのみ述べる。
【０００４】焼却灰および飛灰の加熱溶融方法として各種の方法が知られている。例えば、表面溶融炉においては、加熱バーナを用いて溶融スラグ化している。ここで使用されている加熱バーナは、気体燃料、液体燃料、または固体燃料等の可燃性物質と空気を混合させて燃焼させ、焼却灰および飛灰を加熱している。
【０００５】焼却灰および飛灰を溶融するためには、焼却灰および飛灰の温度をそれらの融点以上にする必要がある。灰の融点は、灰の組成により１１７０℃から１３２０℃まで様々であり、融点の高い灰の混合割合が増えると、溶融されたスラグが出滓口で固まることもあった。この場合、機械あるいは、人手により、固化したスラグを除去する作業が必要であった。
【０００６】溶融スラグの凝固を防ぐ手段として、炉内温度を上げて溶融スラグの温度を通常温度以上に上げるという手段が考えられる。炉内温度を上げるためには、加熱バーナの燃焼容量を増やす必要があるが、その結果として、燃焼ガス流速が増え、加熱対象物である焼却灰または飛灰を燃焼ガスの流速により飛散させるという問題が起こる。さらに、炉内温度の上昇により炉壁材の損耗が激しくなる、また、加熱バーナーの容量増加に伴い排ガス量も増加する、という欠点がある。
【０００７】従来から、加熱バーナの火炎温度を高めるために酸素富化させた燃焼空気を用いることが知られている。しかし、従来の酸素富化燃焼では、溶融スラグ温度を通常の空気燃焼の場合以上に上昇させることができるが、炉内温度も同時に上昇するため、炉壁材の損耗を増加させるという問題があった。
【０００８】また、燃焼火炎に酸素ガスを吹き付ける酸素ランスを用いることも知られている。例えば、酸素吹き出しノズルから６０ｍ／ｓ以上(好ましくは１２０ｍ／ｓ以上)の高速度で、円錐状に酸素を吹き出させる酸素ランス、あるいは、酸素吹き出しノズルで酸素導入管軸に対し扇状平面に吹き出す酸素ランス(特開平１−３００１０９号公報)が知られている。
【０００９】これらの酸素ランスは、加熱対象物の表面に沿ってほぼ平行に吹き出されている加熱バーナの燃焼火炎に対して酸素が吹き出されており、加熱対象物側の火炎全体の温度を上げるために用いられる。加熱対象物の表面にほぼ垂直に吹き出されている焼却灰や飛灰溶融炉の加熱バーナの燃焼火炎に対して、これらの酸素ランスで酸素を高速度で吹き出すと、吹き出し方向にある加熱対象物である焼却灰や飛灰を飛散させ、灰が溶融炉の外に炉内ガスに同伴されて流出するという問題が生じる。
【００１０】酸素吹き出し速度が低いものの例として、ガラス溶解炉内のガラス粒子が飛散しないように、６０ｍ／ｓ以下の速度で吹き出す酸素ランス(特開平９−３１５８２３号公報)が開示されている。ただし、この場合は、加熱対象物であるガラス浴より上の壁面に、ガラス浴と略平行に設置した酸素燃焼バーナ２本の間に酸素ランスを設置している。しかし、この配置は、酸素燃焼火炎の特徴である短炎を解消し、空気燃焼火炎と同じ長炎形状にするためのもので、火炎温度を上げるものではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、炉壁材の損耗を増やすことなく、焼却灰および飛灰の溶融スラグ温度を直接上げて溶融スラグの固化を防止し、かつ、加熱対象物である灰の飛散を防止する灰溶融炉用酸素ランスを用いた、粉体溶融炉の燃焼装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の粉体溶融炉の燃焼装置は、焼却灰、飛灰あるいは、下水汚泥等の粉体の溶融炉の壁に取り付けられた加熱バーナから粉体に対して燃焼火炎を下方方向に吹き出す粉体溶融炉の燃焼装置において、該加熱バーナの燃焼火炎に酸素を吹き付けて火炎温度を上昇させるための酸素ランスが該炉壁材に取り付けられていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】一つの実施態様では、前記酸素ランスから吹き出される酸素の燃焼火炎に対する吹き付け部位が該燃焼火炎の先端部である。
【００１４】一つの実施態様では、前記ランスから吹き出される酸素の流速が６０ｍ／ｓ以下である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照して次に説明する。
【００１６】まず、図１に示す灰溶融炉を参照して本発明の炉の燃焼装置について詳細に説明する。
【００１７】図１は燃焼装置を備えた灰溶融炉の長手方向の垂直断面を示す。灰溶融炉の長手方向に垂直な断面形状は典型的には長方形であり、炉は底面部３ｂと上面部３ａと、両側面部とを有する。炉の底面部の幅寸法は、典型的には１２０ｃｍ、高さ寸法は典型的には８０ｃｍである。
【００１８】炉の底面部３ｂは、通常下流側へゆるやかに下り傾斜した角度が設けられている。耐火煉瓦等で形成された炉壁材３の上面部３ａには、加熱バーナ４が、その燃焼火炎７が下方に吹き出すように炉壁材３に対して垂直に取り付けられている。そして、加熱バーナ４に近接した位置において、炉壁材３の上面部３ａの上流側には酸素ランス１３を挿通するための挿通孔１４が炉壁材３に対して斜めに穿孔されている。挿通孔１４に酸素ランス１３が挿通され、取り付けボス１６およびナット１７によって上面部３ａに固定されている。従って、酸素ランス１３の管軸と、加熱バーナ４の管軸は角度を有して交わる。なお、図中６は燃焼空気導入管であり、該燃焼空気導入管６からの空気と可燃性物質導入管５からの可燃性物質とが混合されて加熱バーナ４から炉内へ供給されるように構成されている。
【００１９】上記酸素ランス１３は、酸素導入管８と該酸素導入管８の先端部に設けられた酸素吹き出しノズル部９とを有する。酸素吹き出しノズル部９は酸素導入管８の先端部に一体に形成してもよく、あるいは、別部材を酸素導入管８の先端部に固着して形成してもよい。
【００２０】酸素吹き出しノズル部９から吹き出される酸素の吹き出し方向１０は、酸素導入管８の管軸と同じ方向である。酸素ランス１３は、ノズル部９から吹き出す酸素が、燃焼火炎７の最も温度を上げたい部分(図１では、燃焼火炎の中心を原点１５として水平軸、鉛直軸により分割したときのＩＩＩの部分）に、加熱バーナ４の燃焼容量に応じた流量で集中して吹き出されるように炉壁材３に取り付けられる。次に、焼却残渣である灰の溶融炉について本発明の燃焼装置を用いた場合の作用について詳述する。都市ゴミ等の廃棄物の焼却残渣である焼却灰および飛灰は、炉の上流側に設置された投入手段、移動手段および炉の底面の傾斜の作用により、出滓口に向けて順次移動する。
【００２１】灰１が加熱バーナ４の下方位置に達したとき、可燃性物質(燃料)導入管５と燃焼空気導入管６で構成される適当な燃焼容量の加熱バーナ４より吹き出される燃焼火炎７で灰１は加熱溶融され、溶融スラグ２となり、出滓口１１から炉外へ排出される。可燃性物質（燃料）は固体、液体または気体燃料であり得る。
【００２２】酸素ランス１３のノズル部９から吹き出す酸素は、燃焼火炎７の最も温度を上げたい部分に、加熱バーナ４の燃焼容量に応じた流量で集中して吹き出される。その結果、炉全体の温度を上げることなく、灰１に近い部分の火炎温度のみを上げることができる。
【００２３】従って、炉壁材３の損耗を増加させることなく溶融スラグ温度を上昇することができる。しかし、従来の酸素ランスから高速度で吹き出される酸素は、吹き出し方向にある灰に直接当たるため、灰の飛散が見られた。酸素吹き出しノズルからの酸素吹き出し速度を適度に抑えることで炉床にある灰１の飛散を抑制できる。酸素の吹き出し速度は６０ｍ／ｓ以下が望ましい。
【００２４】
【実施例】（実施例１）図１に示すように酸素ランス１３を用いた燃焼装置を使用し、酸素ランス１３の酸素吹き出しノズル部９出口での酸素の吹き出し流速を６０ｍ／ｓに設定して酸素を吹き出した。その結果、灰の飛散は観察されなかった。
【００２５】そのときの酸素流量、炉内温度、灰表面温度、溶融スラグ温度、溶融スラグ量を表１に示す。
（比較例１）図２に示すように酸素ランスを使用しない燃焼装置を使用し、その他の条件は実施例１と同様で灰の溶融を実施した。その結果を表に示す。
（比較例２）図２に示すように酸素ランスを使用しない燃焼装置を使用し、かつ、加熱バーナに酸素富化された燃焼空気を供給し、その他の条件は実施例１と同様で灰の溶融を実施した。その結果を表に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】溶融スラグ温度を上げるには、酸素富化（比較例２）でも可能である。しかし、その場合、炉内温度は空気燃焼（比較例１）に比して６０℃も上昇している。
【００２８】本発明の酸素ランス用いた燃焼装置を用いると、炉内温度は酸素富化した場合に比べ５４℃低いにもかかわらず、また、酸素使用量は６Ｎｍ3／ｈ少ないにもかかわらず、灰表面温度は８２℃、溶融スラグ温度は５９℃高くなり、その結果溶融スラグ量は５Ｋｇ／ｈも増えることがわかった。つまり、少ない酸素で大きい効果が得られた。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、焼却灰および飛灰の溶融処理を行う灰溶融炉において、燃焼火炎先端部の温度を部分的に上昇させることができ、その結果炉内温度を大きく上げることなく溶融スラグの温度を上昇させることができ、炉壁材の損耗を増やすことがない。また、その際、灰を飛散させることなく、溶融スラグを生成することができるので、処理の高効率化を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２０５５１３
【氏名又は名称】大阪酸素工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８２８２
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２７２０（Ｐ２００１−１２７２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１９日（２００１．１．１９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１８６９７８ |
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