(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端面におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼用ガス供給ノズル、被処理物供給ノズル及び二次燃焼用ガス供給ノズルの順で全体として同心円状に配列されている焼却飛灰溶融処理用酸素バーナにおいて、前記一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用い、前記被処理物として焼却飛灰単独あるいは焼却飛灰と塩基度調整用のガラスとの混合物を用い、前記一次燃焼用ガス供給ノズルの先端を、前記燃料供給ノズルの先端開口部を包囲する円環状に開口していることを特徴とする焼却飛灰溶融処理用酸素バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却飛灰溶融処理用酸素バーナに関する。都市ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各種の廃棄物を焼却処理すると、焼却炉に残る焼却灰と焼却炉の排ガス処理系で捕捉される焼却飛灰とが発生する。焼却炉の排ガス処理系では、排ガスに同伴する各種の酸性ガスやダイオキシン等の有害物質を中和するため、通常は排ガス中に石灰を吹込むので、結果的に排ガス処理系で捕捉される焼却飛灰中には相当量の石灰中和物や未反応石灰が含まれてくる。このような焼却飛灰は、これを減容化及び安定化するため、アーク炉や抵抗炉等の電気炉或はバーナ炉を用いて溶融処理される。本発明は上記のような焼却飛灰を、バーナ炉を用いて溶融処理する際に用いられる焼却飛灰溶融処理用の酸素バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物をバーナ炉を用いて溶融処理する場合、空気を燃焼用ガスとするバーナの火炎に対し、廃棄物を横方向或は斜め方向から供給することが行われている（特開昭６３−７００１５号公報参照）。ところが、かかる従来のものには次のような欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１）バーナの燃焼用ガスとして空気を用いるため、その火炎温度が低く、また排ガス量が大きい。火炎温度が低いと、前述したような相当量の石灰中和物や未反応石灰を含む焼却飛灰は融点が高いため、これを充分に溶融処理できない。また排ガス量が大きいと、これに伴う熱損失が大きく、しかも大型の排ガス処理設備が必要である。
【０００４】
２）バーナの火炎に対して廃棄物を横方向或は斜め方向から供給するため、双方の接触時間が短く、また供給した廃棄物のなかにはバーナの火炎から外れるものがある。バーナの火炎と供給した廃棄物との接触時間が短いと、また供給した廃棄物がバーナの火炎から外れると、その溶融処理が不完全になる。
【０００５】
本発明は、上述のようなバーナ炉を用いて、融点の高い焼却飛灰の溶融処理を確実に行うことのできる焼却飛灰溶融処理用酸素バーナを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明は、先端面におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼用ガス供給ノズル、被処理物供給ノズル及び二次燃焼用ガス供給ノズルの順で全体として同心円状に配列されている焼却飛灰溶融処理用酸素バーナにおいて、前記一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用い、前記被処理物として焼却飛灰単独あるいは焼却飛灰と塩基度調整用のガラスとの混合物を用い、前記一次燃焼用ガス供給ノズルの先端を、前記燃料供給ノズルの先端開口部を包囲する円環状に開口していることを特徴としている。
【０００７】
しかして、本発明の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理するに当たり、焼却飛灰を気体搬送により下向きで燃焼する高温火炎中へ供給して溶融するもので、生成した溶融物を炉側壁下部の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上部の排気口から排気して排ガス中の焼却飛灰をバグフィルタにより捕集する。
【０００８】
バーナ炉は、少なくともその内周が耐火物で構築されており、耐火物で囲まれた炉内空間部において、焼却飛灰を焼却飛灰溶融処理用酸素バーナの高温火炎で溶融する。焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、その燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用いるので、燃焼用ガスとして空気を用いる場合に比べて高温火炎が得られ、融点の高い焼却飛灰でも確実に溶融できるが、より確実に溶融するためには、酸素濃度９０容量％以上の燃焼用ガスを用いるのが好ましい。燃焼用ガスの酸素濃度を高くするほど高温火炎が得られ、焼却飛灰をより確実に溶融でき、同時に排ガス量が小さくなるため、これに伴う熱損失が小さくなって、排ガス処理施設を小型化することができる。
【０００９】
この焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、少なくともその先端が鉛直下向きとなるようにバーナ炉内の空間部に挿入される。したがって、通常は炉蓋から炉内空間部へ鉛直方向に挿入される。このように挿入された焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、下向きで燃焼する高温火炎が得られる。先端部が上向きで挿入されると、生成した溶融物が先端部のノズルを閉塞する恐れがあり、また、先端部が横向きであると、その高温火炎が対向する炉壁を局部的に著しく損なう。
【００１０】
本発明においては、下向きで燃焼する焼却飛灰溶融処理用酸素バーナの高温火炎中へ焼却飛灰を気体搬送により直接供給して溶融する。このような直接供給は、先端面におけるノズルが、上述の構成であることによって達成できる。焼却飛灰溶融処理用酸素バーナの高温火炎が下向きで燃焼していても、かかる高温火炎に対して焼却飛灰が横方向或いは斜め方向から気体搬送により供給されると、双方の接触時間が短く、しかも焼却飛灰のなかには高温火炎から外れるものもあるため、その溶融が不完全になる。
【００１１】
本発明の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、中心部に燃料供給ノズルを設け、またその外周において、燃焼用ガス供給ノズルを内側の一次燃焼用ガス供給ノズルと外側の二次燃焼用ガス供給ノズルとに分け、双方のノズルをこれらが焼却飛灰供給ノズルを両側から挟むように設ける。各ノズルをこのように配列すると、中心部に燃料過剰の燃焼安定帯を形成することができ、また焼却飛灰を最も高温の火炎中に供給できるとともに供給した焼却飛灰が未溶融のまま高温火炎から飛び出してしまうのを防止できるため、焼却飛灰をより確実に溶融できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナの一形態例の先端面を示す拡大図、図２は図１の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナを用いた焼却飛灰にガラス廃棄物を混合した被処理物の溶融処理を説明するバーナ炉の図、図３は図２のバーナ炉における酸素バーナの溶融処理用挿入部を示す拡大縦断面図である。
【００１３】
バーナ炉１１は炉本体１２と炉本体１２に被着された炉蓋１３とを備えており、これらの内周は耐火物で構築されている。炉蓋１３から耐火物で囲まれた炉内空間部へ耐火物製の保護筒２１が鉛直方向に挿入されており、保護筒２１で囲まれた空間部に水冷の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナ３１が挿入されていて、保護筒２１と該酸素バーナ３１との間の隙間にパージガスの流路２２が形成されている。
【００１４】
焼却飛灰溶融処理用酸素バーナ３１は多重構造になっており、その先端面におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル３２ａ、一次燃焼用ガス供給ノズル３３ａ、被処理物供給ノズル３４ａ及び二次燃焼用ガス供給ノズル３５ａの順で全体として同心円状に配列されている。また、先端部における二次燃焼用ガス供給ノズル３５ａの外周には、冷却水の流路３６ａが形成されている。さらに、前記一次燃焼用ガス供給ノズルの先端は、前記燃料供給ノズルの先端開口部を包囲する円環状に開口している。
【００１５】
焼却飛灰溶融処理用酸素バーナ３１の燃料供給ノズル３２ａと連通する燃料供給口３２ｂには、燃料供給系４１が接続されており、また一次燃焼用ガス供給ノズル３３ａと連通する一次燃焼用ガス供給口３３ｂには、一次燃焼用ガス供給系４２が接続されていて、さらに被処理物供給ノズル３４ａと連通する被処理物供給口３４ｂには被処理物供給系４３が接続され、また、二次燃焼用ガス供給ノズル３５ａと連通する二次燃焼用ガス供給口３５ｂには、二次燃焼用ガス供給系４４が接続されている。被処理物供給系４３は、その上流側で焼却飛灰供給系４５とガラス廃棄物供給系４６とに分岐されており、焼却飛灰供給系４５には、ロータリバルブ５１を介しホッパ５３が装備され、また、ガラス廃棄物供給系４６にはロータリバルブ５２を介しホッパ５４が装備されていて、ホッパ５３には焼却飛灰Ａが貯留され、ホッパ５４には粉砕し、乾燥して、篩分けしたガラス廃棄物Ｂが貯留されている。さらに、前記一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用いる。
【００１６】
炉本体１２の炉側壁下部には溶融物の排出口６１が開設されており、排出口６１の下方における炉底部に溶融物Ｃの貯留部６２が形成されていて、酸素バーナ３１の先端部（下端部）よりも上方における炉側壁上部に排ガスの排気口６３が開設されている。炉外には排出口６１を上方に臨んで空冷パン７１が設置されており、排出口６１と空冷パン７１との間はカバー７２で密閉されている。排気口６３にはダクト７３が接続されており、ダクト７３の下流側にはバグフィルタ７４及び吸引ブロア７５が接続されている。
【００１７】
酸素バーナ３１の流路３６ａへ冷却水を流しつつ、酸素バーナ３１のそれぞれ相当する各ノズルへ燃料、一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスを供給して燃焼させると、酸素バーナ３１の先端部からは下向きで燃焼する高温火炎が形成される。この状態で、保護筒２１と酸素バーナ３１との間の流路２２へパージガスを流しつつ、搬送用ガスを用いた気体搬送により、酸素バーナ３１の被処理物供給ノズル３４ａへホッパ５３に貯留されている焼却飛灰Ａとホッパ５４に貯留されているガラス廃棄物Ｂとの混合物を供給する。この際、ロータリバルブ５１，５２の開度を調節して、混合物の成分中におけるＣａＯ／ＳｉＯ２（重量比）＝０．３〜１．２となるように双方の切り出し量を調節する。混合物は、下向きで燃焼する酸素バーナ３１の高温火炎中に直接供給され、溶融される。
【００１８】
生成した溶融物Ｃは貯留部６２に一時的に貯留された後、排出口６１からオーバーフローで空冷パン７１へと自重落下し、ここで冷却される。一方、発生した排ガスは空気で冷却されつつダクト７３を介してバグフィルタ７４へと吸引され、ここで排ガス中の溶融飛灰を取り除かれた後、放出される。
【００１９】
実施例１
図１〜図３について前述した一形態例にしたがい、下記の条件下で焼却飛灰とガラス廃棄物との混合物を溶融処理した。
【００２０】
条件
焼却飛灰：都市ごみを焼却炉で焼却処理したときに、その排ガス処理系の集塵装置で捕捉した焼却飛灰（水分０．５重量％、平均粒径０．０８ｍｍ）
ガラス廃棄物：ガラス製造工場で発生した製造残渣で、これを粉砕し、乾燥して、目開き０．１ｍｍの篩を通過したもの（水分２重量％、平均粒径０．０８ｍｍ）
混合物：焼却飛灰とガラス廃棄物とをこれらの成分中におけるＣａＯ／ＳｉＯ２（重量比）＝０．８となるように混合したもの（融点約１３５０℃）
燃料：プロパンガス
一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガス：酸素濃度９３容量％のガス（残部は殆どが窒素ガス）
搬送用ガス：空気
上記の条件下で混合物を溶融処理したところ、下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎は約１８００℃が得られ、混合物を安定して完全溶融することができた。尚、焼却飛灰を単独で溶融処理した場合も、その融点は約１５００℃であったが、同様に完全溶融することができた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナは、融点の高い焼却飛灰を確実に溶融処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の焼却飛灰溶融処理用酸素バーナの一形態例の先端面を示す拡大図。
【図２】  図１の酸素バーナを用いて焼却飛灰にガラス廃棄物を混合した被処理物の溶融処理を説明するバーナ炉の図。
【図３】  図２のバーナ炉における酸素バーナの溶融処理用挿入部を示す拡大縦断面図。
【符号の説明】
１１…バーナ炉，１２…炉本体，１３…炉蓋，２１…保護筒，３１…焼却飛灰溶融処理用酸素バーナ，３２ａ…燃料供給ノズル，３３ａ…一次燃焼用ガス供給ノズル，３４ａ…被処理物供給ノズル，３５ａ…二次燃焼用ガス供給ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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