(57)【要約】  【課題】  一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理した湿潤状態の微粉炭を微粉炭バーナにて安定して燃焼処理することにある。  【解決手段】  微粉炭を微粉炭ノズル５から噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナ２であって、前記微粉炭ノズル５を直管状としてこの微粉炭ノズル５の噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズル１１を連結し、前記外気導入ノズル１１からの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル５内の混合気を所要の旋回流として分散状態に火炎中に吹き込んで燃焼するようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナであって、前記微粉炭ノズルを直管状としてこの微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結し、
前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を所要の旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むようにしたことを特徴とする微粉炭バーナ装置。
【請求項２】
外気導入ノズルを微粉炭ノズルの両側に対してそれぞれ接線方向から連結し、外気導入ノズルに外気の流速を調整自在に外気流速調整装置を設け、バーナ燃焼量に応じて導入外気の流速を増減調整して微粉炭を安定燃焼するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の微粉炭バーナ装置。
【請求項３】
湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから微粉炭バーナに供給するもので、微粉炭バーナから排出される高温ガスを前記微粉炭ノズルの基端部に導入するように連結して微粉炭を加熱するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の微粉炭バーナ装置。
【請求項４】
一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナ燃焼方法であって、
直管状の微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結して、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むことを特徴とする微粉炭バーナの燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の一般廃棄物の炭化処理物の微粉炭を燃料とする微粉炭バーナ装置およびその燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却処理していた一般廃棄物（都市ゴミ等）を低酸素、あるいは無酸素下で炭化処理して炭化物を得て、該炭化物を化石燃料の一部と代替させることで化石燃料の使用量を減らし、環境負荷の低減を図るといったことが行われている。
【０００３】
しかし、一般廃棄物を原料とする前記炭化物中には塩素が含有しており、燃料として燃焼させる際にはダイオキシンを発生させる懸念があるため、例えば、生成した炭化物を水槽内に投入し、流水にて水洗して塩素分を洗い出すといった脱塩処理が行われる。そして、脱水機（フィルタープレス等）にてある程度（例えば、含水率で約３０％程度）まで脱水した後、乾燥機にて絶乾状態まで乾燥処理される。
【０００４】
そして、前記脱塩処理を経た炭化物は、例えばペレット状にして焼却炉等に投入して補助燃料として使用したり、粉砕機（ミル等）にて微粉炭化してバーナ燃料として使用したりする。なお、前記脱塩処理後、脱水した後に、敢えて乾燥処理せず、ある程度水分を残した湿潤状態に保てば、粉塵爆発や自然発火等の不具合を防げてハンドリング性を高められる可能性がある。
【０００５】
微粉炭バーナとしては、例えば特許文献１、２のように重油ノズルの周囲に複数の微粉炭ノズルを配置し、前記重油ノズルの前方に形成される火炎中に、各微粉炭ノズルからの微粉炭と圧送空気との混合気を噴射投入することにより、混合気中の微粉炭をガス化して燃焼させる構成のものがある。
【０００６】
また、特許文献３のように微粉炭ノズルに微粉炭と圧送空気との混合気を供給する供給ダクトを直交方向に連結し、混合気が旋回流を形成するようにして重油ノズル前方に形成される火炎と効果的に混合させてガス化・燃焼させる構成のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１９−２７６４７号公報
【特許文献２】特開２０１９−２７６４８号公報
【特許文献３】特開２０１７−１５３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、湿潤状態の炭化物を微粉炭化してバーナに供給しようとすると、特許文献１、２のものでは、微粉炭ノズル途中の曲管部にて付着、閉塞を生じ、失火する可能性がある。
【０００９】
また、特許文献３のものでは、供給ダクトと微粉炭ノズルとが直交方向に連結されているため、直交部分にてやはり付着、閉塞を生じやすい。
【００１０】
さらに、微粉炭が約３０％程度もの湿潤状態であれば、微粉炭の粒子同士が（表面張力によって）互いに引っ付きやすく、大粒径化する結果、ノズル先端部からの噴射時の分散性が低下して火炎中に適正に吹き込めず、ガス化・燃焼効率が低下する可能性がある。そのため、脱塩処理によって水洗した炭化物をハンドリングを高めるためにも湿潤状態に保ちながらも、微粉炭バーナにて適正に燃焼可能にするのが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑み、上記の課題を解決するために、請求項１に記載のように微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナであって、前記微粉炭ノズルを直管状としてこの微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結し、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むようにしたことを特徴とする微粉炭バーナ装置を提供するにある。
【００１２】
また、請求項２に記載のように外気導入ノズルを微粉炭ノズルの両側に対してそれぞれ接線方向から連結し、外気導入ノズルに外気の流速を調整自在に外気流速調整装置を設け、バーナ燃焼量に応じて導入外気の流速を増減調整して微粉炭を安定燃焼するようにしたことを特徴とする微粉炭バーナ装置を提供するにある。
【００１３】
また、請求項３に記載のように湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから微粉炭バーナに供給するもので、微粉炭バーナから排出される高温ガスを前記微粉炭ノズルの基端部に導入するように連結して微粉炭を加熱するようにしたことを特徴とする微粉炭バーナ装置を提供するにある。
【００１４】
さらに、請求項４に記載のように一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナ燃焼方法であって、直管状の微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結して、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むことを特徴とする微粉炭バーナ燃焼方法を提供するにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る微粉炭バーナ装置は、請求項１に記載のように微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナであって、前記微粉炭ノズルを直管状としてこの微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結し、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むようにしたことによって、特に一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭であっても、微粉炭が微粉炭ノズルに付着したり、閉塞することなく、所要の外気の流速を調整して重油ノズルの前方に形成される火炎中に分散状態で適正に吹き込められて微粉炭バーナで適正に燃焼することができる。また、微粉炭が湿潤状態であれば、粉塵爆発や自然発火等の微粉炭特有の問題を解消できるとともにハンドリング性を高められ、上記のように燃焼処理することができる。
【００１６】
また、微粉炭バーナ装置は、請求項２に記載のように外気導入ノズルを微粉炭ノズルの両側に対してそれぞれ接線方向から連結し、外気導入ノズルに外気の流速を調整自在に外気流速調整装置を設け、バーナ燃焼量に応じて導入外気の流速を増減調整して微粉炭を安定燃焼するようにしたことによって、微粉炭ノズルの両側の接線方向から外気導入ノズルで外気の流速を調整自在に導入して、微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として微粉炭噴射角度を適正に調整できてバーナ燃焼量に応じて火炎中に適正に吹き込められて、微粉炭を安定して燃焼することができる。
【００１７】
また、微粉炭バーナ装置は、請求項３に記載のように湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから微粉炭バーナに供給するもので、微粉炭バーナから排出される高温ガスを前記微粉炭ノズルの基端部に導入するように連結して微粉炭を加熱するようにしたことによって、微粉炭バーナから排出される高温ガスで微粉炭ノズルに供給される湿潤状態の微粉炭を加熱して乾燥させることができ、微粉炭が微粉炭ノズルに付着したり、閉塞するのを抑制できて、上記のように噴射時の分散性の向上を図れて微粉炭バーナで適正に燃焼することができる。
【００１８】
またさらに、微粉炭バーナ燃焼方法は、請求項４に記載のように一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナ燃焼方法であって、直管状の微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結して、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むことによって、一般廃棄物を炭化処理して得られる炭化物を脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭であっても、微粉炭が微粉炭ノズルに付着したり、閉塞することなく、所要の外気の流速を調整して重油ノズルの前方に形成される火炎中に分散状態で適正に吹き込められて微粉炭バーナで適正に燃焼することができる。また、微粉炭が湿潤状態であれば、粉塵爆発や自然発火等の微粉炭特有の問題を解消できるとともにハンドリング性を高められ、上記のように燃焼処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例の概略系統図、
【図２】同上のバーナ本体部の拡大断面図、
【図３】同上の微粉炭バーナ部のＡ−Ａ断面図、
【図４】同上のスロート部のＢ−Ｂ断面図、
【図５】同上の試験設備の概略説明図、
【図６】同上の噴射角度測定説明図、
【図７】同上の導入外気の流速と噴射角度の関連図、
【図８】同上の微粉炭ノズルの管内付着状態説明図（ａ）、（ｂ）
【図９】同上の微粉炭噴射後の粒径分布図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の微粉炭バーナ装置およびその燃焼方法は、微粉炭を微粉炭ノズルから噴射してバーナ燃料とする微粉炭バーナであって、前記微粉炭ノズルを直管状としてこの微粉炭ノズルの噴射口付近に旋回流を発生させる外気導入ノズルを連結し、前記外気導入ノズルからの外気の流速を調整可能に導入して微粉炭ノズル内の混合気を旋回流として分散状態に火炎中に吹き込むことを特徴としている。
【００２１】
微粉炭バーナ装置１は、図１のように微粉炭バーナ２の円筒状のバーナ本体３の先端部に切頭円錐形状のスロート４を接続し、その中心部に微粉炭を噴射する所定径の微粉炭ノズル５を直管状として配設し、その両側部等に重油ノズル６を設けて所要の火力で燃焼できるようにしている。
【００２２】
これらのノズル５、６の前方のスロート４内には、バーナ本体３の内径より若干大径で環状の保炎板７を備え、前記の各ノズル５、６から保炎板７の前方のスロート４内に形成される火炎領域に吹き込めるようにしている。
【００２３】
前記微粉炭ノズル５の後端部には、図１のように微粉炭を貯蔵する微粉炭貯蔵ビン８から微粉炭を切り出し可能にロータリーバルブ９を接続するとともに微粉炭圧送用の微粉炭送風機１０を配設し、ロータリーバルブ９で切り出す微粉炭を前記微粉炭送風機１０の送風によって微粉炭ノズル５に圧送して供給するようにしている。
【００２４】
このような先端を逆テーパ形状とした微粉炭ノズル５の前方部の噴射口付近には、微粉炭ノズル５の両側の接線方向から左右または上下対称状に旋回流を発生させるために外気導入ノズル１１をそれぞれ連結し、外気の導入によって微粉炭ノズル５内の混合気を旋回状態として噴射時に分散状態で火炎に吹き込めるようにしている。１２はインバータの送風量調整装置で、前記微粉炭貯蔵ビン８からの微粉炭の切り出し量に応じて前記微粉炭送風機１０の送風量を調整可能にしている。
【００２５】
なお、外気導入ノズル１１の接続位置は、ノズル先端からの距離が遠くなると旋回力が減衰してしまい、逆に近すぎても十分な旋回効果が得られず、ノズル先端から１００〜２００ｍｍ程度の位置が好ましい。また、外気導入ノズル１１からは７０〜１２０ｍ／ｓ程度の外気流入速度として、微粉炭ノズル５内の混合気の流速を１０〜２０ｍ／ｓ程度として旋回状態で火炎中に吹き込めるようにしている。
【００２６】
微粉炭ノズル５には、外気導入ノズル１１をその接線方向からこれらの内周面に段差がなく接続できるようにして連結すると、図３のように外気が微粉炭ノズル５内をその内壁面にそってスムーズに旋回し、圧送される微粉炭を旋回流として噴射時に効果的に分散状態として噴射でき、適正な火炎にできて好ましい。なお、外気導入ノズル１１は、微粉炭ノズル５の長手方向に対し、図１、２に示すように、略直交状態に連結することで混合気に最も効率よく旋回力を付与できて好ましいが、旋回流を生じさせられる範囲で前後方向に数十度程度傾斜状態に連結することもできる。
【００２７】
図４のように前記微粉炭ノズル５の両側に備えた重油ノズル６には、それぞれ重油タンクから供給される重油燃料を重油供給ポンプ１３と流量調整バルブ１４とで所要量を供給自在とし、上記のように各重油ノズル６前方に形成される火炎領域に前記微粉炭ノズル５から噴射する微粉炭を吹き込んでガス化して着火燃焼できるようにしている。
【００２８】
前記バーナ本体３の後端部には、図１のように送風ダクト１５を介して燃焼用空気供給用の燃焼用空気送風機１６を配設し、インバータの風量調整装置１７を介して前記燃焼用空気送風機１６の送風量を調整してバーナ燃焼量に見合った燃焼用空気量をバーナ本体３に供給できるようにしている。また、１８は前記外気導入ノズル１１に外気を供給する外気送風機、１９はそのインバータの風量調整装置である。
【００２９】
なお、バーナ燃焼量の全開時では、前記燃焼用空気送風機１６からの送風量が増加して保炎板７裏面の背圧が高くなる結果、重油ノズル６の前方に形成される火炎は保炎板７側に強く吸い寄せられ、保炎板７に近接する（図２中のｆ１）。一方、バーナ燃焼量が落ちると、前記燃焼用空気送風機１６からの送風量が減少して保炎板７裏面の背圧が低下する結果、重油ノズル６の前方の火炎の位置が保炎板７から離間する（図２中のｆ２）。
【００３０】
また、外気流速が速い程微粉炭ノズル５内の混合気に旋回力が付与され、分散性が増して微粉炭噴射時の噴射角度が広がる（図２中のα１）。逆に、外気流速が遅いと分散力が低下し、微粉炭噴射時の噴射角度が狭くなる（図２中のα２）。このように外気流速と微粉炭噴射角度とには相関性があり、バーナ燃焼量に応じてスロート４内を前後（図２中では左右）に移動する火炎に対し、外気導入ノズル１１からの導入外気の流速を増減調整して微粉炭噴射角度を調整することで常に微粉炭を火炎中に適正に吹き込められて、微粉炭を未燃分なく安定してガス化燃焼することができる。なお、本実施例では、微粉炭噴射角度を約４５〜７５度程度の範囲で調整可能としている。
【００３１】
また、上記微粉炭バーナ装置１は、燃焼制御器２０等を設けて、前記したロータリーバルブ９、微粉炭送風機１０、重油供給ポンプ１３、燃焼用空気送風機１６、外気送風機１８等の稼働及び出力を装置の運転に際して所要のバーナ燃焼に対応し、増減等を適正に調整制御可能としている。
【００３２】
なお、微粉炭バーナ２から排出される高温ガスを微粉炭ノズル５の基端部に導入するようにして微粉炭を加熱するようにし、排出される高温ガスで湿潤状態の微粉炭を加熱して乾燥させることもできる。
【００３３】
本発明では、特に、都市ごみ等の一般廃棄物を炭化処理した炭化物を脱塩処理し、脱水後、未乾燥の湿潤状態（例えば、含水率３０％程度）の微粉炭を対象とすることができる。脱塩処理後、乾燥処理せずに、３０％程度の含水状態に維持することで、粉塵爆発や自然発火等の問題が生じなく、かつハンドリング性を向上でき、その上でバーナ燃料として支障なく利用できて用途を広げられて有効である。なお、本発明は、付着しやすい湿潤状態の微粉炭に好適に適用できるが、乾燥状態の各種微粉炭に対しても適用することができる。
【実施例】
【００３４】
図１以下は、本発明の実施例を示すものである。微粉炭バーナ装置１は、図１、図２のように微粉炭バーナ２の円筒状のバーナ本体３の先端部に切頭円錐形状のスロート４を接続し、その中心部に微粉炭を噴射する所定径の微粉炭ノズル５を直管状として配設し、図３、図４のようにその両側部に重油ノズル６を設け、各ノズル５、６から保炎板７の前方のスロート４内に形成される火炎領域に吹き込めるようにしている。
【００３５】
微粉炭ノズル５の先端を逆テーパ形状とし、前方部の噴射口付近のノズル先端から１００〜２００ｍｍ程の位置に図１〜図３のように微粉炭ノズル５の両側の接線方向から左右対称状に旋回流を発生させるための外気導入ノズル１１を微粉炭ノズル５の長手方向に対してそれぞれ直交状に連結し、外気の導入によって微粉炭ノズル５内の混合気を旋回状態として、バーナ燃焼量に応じて噴射時に所要の分散状態で火炎に吹き込めるようにしている。
【００３６】
上記微粉炭バーナ装置１について、図５の試験設備で試験した。図５中の１０１は本試験装置、１０５は微粉炭ノズル、１０８は微粉炭投入用の投入ホッパ、１０９はロータリーバルブ、１１０は微粉炭送風機、１１１は外気導入ノズル、１１８は外気送風機、１２１はスクリューコンベア、１２２及び１２３は風量センサ、１２４は温度センサ、１２５はカメラである。
【００３７】
なお、本試験装置１０１では、微粉炭の噴射状態を確認するため、実際に燃焼までは行わず、微粉炭の噴射試験のみを行った。前記試験において、微粉炭送風機１１０や外気送風機１１８からの送風量を前記風量センサ１２２、１２３にて検出して各流速を演算し、前記温度センサ１２４にてノズル先端部から噴射直後（１ｍの地点）の出口空気温度を検出し、前記カメラ１２５にて微粉炭の噴射状態を撮影してその画像データを基に噴射角度を測定した。なお、微粉炭噴射角度αは図６のように微粉炭ノズル１０５の先端中心部から２５０ｍｍの地点での噴射域外縁部を結んだ角度とした。
【００３８】
湿潤状態（含水率約３１〜３３％）の微粉炭の炭化燃料を投入ホッパ１０８からスクリューコンベア１２１を介してロータリーバルブ１０９で切り出して直管状の微粉炭ノズル１０５内に送給し、微粉炭送風機１１０での所要量の圧送空気で圧送し、微粉炭を下記条件下で噴射した。
【００３９】
外気導入ノズル１１１の連結位置はノズル先端から１５０ｍｍ位置、微粉炭供給量は９０Ｋｇ／ｈ、微粉炭圧送空気流速は１５ｍ／ｓとし、導入外気流速を５０ｍ／ｓ（低速）または１００ｍ／ｓ（高速）の２パターン、また微粉炭ノズル１０５の出口空気温度を１０℃（常温）または９０℃（高温）の２パターンで試験した。その結果は図７に示す。
【００４０】
微粉炭ノズル１０５の出口空気温度が１０℃の場合、導入外気の風速が５０ｍ／ｓのときに微粉炭の噴射角度はおよそ３８°（Ｎｏ．１）で、導入外気の流速が１００ｍ／ｓのときには微粉炭の噴射角度はおよそ６１°（Ｎｏ．２）となり、導入外気の流速を速めるほど微粉炭の噴射角度は大きくなることが確認できた。
【００４１】
また、出口空気温度が９０℃の場合、導入外気の風速が５０ｍ／ｓのときに微粉炭の噴射角はおよそ４９°（Ｎｏ．３）で、導入外気の風速が１００ｍ／ｓのときには微粉炭の噴射角はおよそ７２°（Ｎｏ．４）となり、出口空気温度を高めることで微粉炭の噴射角が若干大きくなることも確認できた。このとき、微粉炭ノズル１０５から噴射した微粉炭の含水率を確認したところ、出口空気温度１０℃の場合が約２９〜３０％であるのに対し、９０℃の場合では約２１〜２３％で含水率が７〜８％程度下がっており、高温の圧送空気による加熱乾燥に伴って微粉炭の分散性が向上したことによるものと予想される。
【００４２】
また、図８は微粉炭ノズル１０５管内での微粉炭の付着状態を表したもので、図８（ａ）のように微粉炭ノズル１０５の出口空気温度が１０℃の場合、外気導入口付近に微粉炭付着物が僅かに確認され、図８（ｂ）のように出口空気温度を９０℃にすると、付着物は確認されなかった。これも、高温の圧送空気による加熱乾燥に伴って微粉炭の付着性が軽減したことによるものと予想される。
【００４３】
また、図９は微粉炭ノズル１０５から噴射直後の微粉炭の粒径の分布図であって、微粉炭ノズル１０５の出口空気温度が９０℃（Ｎｏ．４）の場合、１０℃（Ｎｏ．２）の場合と比較して５００〜６００μｍのピークが無くなる。これも、前記同様に、高温の圧送空気による加熱乾燥に伴って微粉炭同士の付着力（表面張力）が低下し、粒子径が細かくなったことによるものと予想される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、都市ごみ等の一般廃棄物を炭化処理した微粉炭、特に脱塩処理後、未乾燥の湿潤状態の微粉炭を燃料とする微粉炭バーナに対して広く利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１…微粉炭バーナ装置    ２…微粉炭バーナ    ４…スロート    ５…微粉炭ノズル１１…外気導入ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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