(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路を配置し、その周囲に燃料を噴出する流路と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路を配置したバーナを用い、該バーナの噴出口先端とアーク炉炉室との間に燃焼空間を設け、前記燃焼空間内において、前記燃料の噴出流とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流間に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とするアーク炉用廃プラスチックの吹き込み方法。
【請求項２】
中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路を配置し、その周囲に燃料を噴出する流路と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路を配置したバーナブロックと、該バーナブロックの噴出口先端とアーク炉炉室との間にあって内部が燃焼空間となる燃焼筒と、前記燃焼筒内において前記燃料の噴出流とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流間に廃プラスチックを吹き込む吹き込み口を設けたことを特徴とするアーク炉用廃プラスチック燃焼バーナ。
【請求項３】
前記廃プラスチック吹き込み口を前記燃焼筒内に１個ないしは複数個設けたことを特徴とする請求項２記載のアーク炉用廃プラスチック燃焼バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料の溶解、溶融金属の精錬に使用されるアーク炉の炉壁、炉蓋に設けられる廃プラスチック燃焼バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物あるいは一般廃棄物として廃棄される廃プラスチックが増加の一途をたどっている。一方、地球規模での環境保全の大きなテーマとして、炭酸ガス削減への要求が高まっており、廃プラスチックを従来の単純焼却や埋め立てで処理するのではなく、素材あるいは熱源としてリサイクルすることに取り組むケースが増えている。特に、現状の廃プラスチックが多種類のプラスチックが混在する状況にある中で、処理コスト面からサーマル・リサイクルが注目され、多くの工業炉で廃プラスチックのサーマル・リサイクルの実用化、あるいは実用化研究がなされており、廃プラスチックを効率的に燃焼させるためのバーナ構造が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平７−７１７２８号公報においては、粒径１ｍｍ以下の廃プラスチックの粉体を吹き込むノズルの外周に液体燃料を噴霧するノズルを配置することで、廃プラスチックの粉体を確実に着火・安定燃焼させるバーナ構造が提案されている。また、特開平１０−１８５１１５号公報においては、従来技術として、着火バーナから供給される燃料用の一次燃焼空気によって、細粒化された１〜２ｍｍ程度の金属線被覆の廃プラスチックを円筒形の燃焼筒にその内部で旋回流を生じるように噴出し、さらに二次燃焼空気を吹き込むことで、廃プラスチックを燃焼させて焼却炉に噴出する方法が提案されている。しかしこの方法によれば、前記燃焼筒を構成する耐火物が廃プラスチックの燃焼で過熱されるために、それを防ぐべくバーナ後端から焼却炉内に直線的に金属線被覆の廃プラスチックを噴出するノズルと、その周囲に着火用バーナを設けて廃プラスチックを燃焼させる改良技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に提案されているバーナはいずれも１〜２ｍｍ程度の粉状の廃プラスチックを吹き込みの対象としているが、一般に廃プラスチックを１〜２ｍｍ程度に粉砕加工すると加工費がかかり、さらに嵩比重が小さくなり輸送費がかかるために、熱源として廃プラスチックを利用するメリットが小さくなってしまうという問題がある。廃プラスチックのサーマル・リサイクルによって十分なコストメリットを享受しようとする場合には、吹き込みに利用する廃プラスチックのサイズが数ｍｍ〜十数ｍｍ程度とすることが望ましい。
【０００５】
また、上記バーナは廃棄物焼却炉などのバーナ前面の炉内側に空間が存在する炉で使用することを前提としている。このため、特開平７−７１７２８号公報で提案されているバーナではバーナ自体に燃焼室を有しておらず、特開平１０−１８５１１５号公報の改良技術のバーナではその記載内容にあるごとく、噴出ノズルから吹き込まれる廃プラスチックはバーナ内で十分に燃焼する必要はなく、ある割合の廃プラスチックが炉内で燃焼する構造とすることによって、バーナの燃焼筒の耐火物を保護することが提案されている。
【０００６】
このように、従来より廃プラスチック燃焼バーナについては、種々の構造が提案されているが、ほとんど焼却炉に採用されているもので、アーク炉に採用されているものはほとんど提案されていない。
【０００７】
アーク炉では原料であるスクラップを炉内に充満する形で投入し、主として炉の中央部で発生させるアークのエネルギでスクラップを溶解し、アーク発生部から遠い炉壁近傍のスクラップの溶解を補助するために、油や気体燃料の燃焼バーナが利用されている。したがって、バーナ前面にはスクラップが存在することが前提で、特にスクラップの溶解初期の段階では、バーナ前面にはほとんど空間が存在しない。このような状態下で、上記公報に提案されているような廃プラスチック燃焼バーナを油や気体燃料のバーナの代替として使用すると、特に廃プラスチックの流量とそれを搬送するための空気等の気体の流量が多くなると、バーナ中央部から噴出する廃プラスチックと搬送ガスが燃料の燃焼によって形成される火炎と接触しないまま吹き抜ける状態となり、燃焼されないか又は加熱されただけの廃プラスチックが、▲１▼炉壁近傍のスクラップに衝突して跳ね返り、水冷の炉壁に付着した後に燃焼する、あるいは▲２▼炉壁近傍のスクラップと水冷の炉壁のわずかな空間を通って炉から集塵されてしまうために燃焼熱がスクラップの溶解に十分寄与しないという問題が発生する。また当然のことではあるが、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度の経済的な大きさの廃プラスチックを吹き込む場合には、その燃焼速度が遅いために上述の燃焼熱の利用効率が一層低下することとなる。
【０００８】
さらには、特開平１０−１８５１１５号公報の従来技術において、着火バーナから供給される燃料用の一次燃焼空気によって、細粒化された１〜２ｍｍ程度の金属線被覆の廃プラスチックを円筒形の燃焼筒にその内部で旋回流を生じるように噴出し、さらに二次燃焼空気を吹き込むことで廃プラスチックを燃焼させて焼却炉に噴出する方法が提案されている。しかしこの方法では、燃焼筒に噴出した廃プラスチックはそのほとんどが燃焼されるものの、旋回流れに沿ってガス化し、燃焼筒の内壁近傍で燃焼するために、燃焼筒内壁を構成する耐火物が廃プラスチックの燃焼で過熱されてしまうという問題がある。
【０００９】
また、上記従来技術のバーナでは、燃焼用として空気を利用し、大きな空間内で廃プラスチックを完全に燃焼することになり、炉の周囲に十分なスペースを確保することが困難なアーク炉には適用できない。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度の経済的な大きさの廃プラスチックを使用しつつ、且つバーナ内での廃プラスチックの燃焼率を向上し、その燃焼によって得られた熱を有効にスクラップの溶解に利用することが可能なアーク炉用廃プラスチック燃焼バーナを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路１３を配置し、その周囲に燃料を噴出する流路１１と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路１２を配置したバーナを用い、該バーナの噴出口先端とアーク炉炉室との間に燃焼空間２０を設け、前記燃焼空間２０内において、前記燃料の噴出流１８とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とするアーク炉用廃プラスチックの吹き込み方法であり、中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路１３を配置し、その周囲に燃料を噴出する流路１１と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路１２を配置したバーナブロック１０と、該バーナブロック１０の噴出口先端とアーク炉炉室との間にあって内部が燃焼空間２０となる燃焼筒１４と、前記燃焼筒１４内において前記燃料の噴出流１８とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間に廃プラスチックを吹き込む吹き込み口１５を設けたことを特徴とするアーク炉用廃プラスチック燃焼バーナである。また前記廃プラスチック吹き込み口１５を前記燃焼筒１４内に１個ないしは複数個設けたことを特徴とする上記バーナを採用することにより上記問題点を解決するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、アーク炉の縦断面図であり、本発明の廃プラスチック燃焼バーナ８を炉壁に取り付けた実施例を示している。図２（ａ）は、本発明の廃プラスチック燃焼バーナの切断断面図であり、図２（ｂ）がそのＡ−Ａの矢視であってバーナブロック１０の噴出口先端を示した図、図２（ｃ）が同じくＢ−Ｂの矢視であって燃焼筒１４内の各ガスの流路と廃プラスチックの吹き込み口１５を示した図である。
【００１３】
一般に、アーク炉は炉体１とアーク４を発生するための可動電極２が貫通する炉蓋３で構成されており、炉体１及び炉蓋３にはアーク４による熱に耐え得るよう水冷構造のバネル５が取り付けられている。また、炉蓋３には炉内で発生するガスを吸引するためのダクト６が設けられる。
【００１４】
アーク炉では原料であるスクラップ７を炉内に充満する形で投入し、炉の中央部で発生させるアーク４のエネルギでスクラップ７を溶解する。また、アーク４の発生部から遠い炉壁近傍のスクラップの溶解を補助するために、従来から油や気体燃料の燃焼バーナが設置されており、図１では油や気体燃料の燃焼バーナの代わりに、廃プラスチック燃焼バーナ８を設置した状態を示している。スクラップ７を溶解している時、特に溶解の初期段階ではバーナ８の前面にはスクラップ７が存在し、バーナ８とスクラップ７の間の空間９は極めて小さい状態にある。こうした状態の下で、吹き込んだ廃プラスチックが燃焼されないか又は加熱されただけで、▲１▼炉壁近傍のスクラップ７に衝突して跳ね返り、炉壁のパネル５に付着した後に燃焼する、あるいは▲２▼炉壁近傍のスクラップ７と炉壁のパネル５のわずかな空間を通ってダクト６から吸引されてしまわないように、バーナ８の内部で極力廃プラスチックを燃焼し、その熱をスクラップの溶解に十分に利用することが重要である。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の廃プラスチック燃焼バーナをアーク炉炉体１の側壁に設置したものである。図２（ａ）において、中央部にスクラップカッティング用の酸素流路１３を設け、その周囲に複数個の燃料流路１１と燃料燃焼用の酸素流路１２を配置して、バーナブロック１０を形成している。図２（ｂ）に示す場合においては、中央部のスクラップカッティング用酸素流路１３の周りに、燃料流路１１と酸素流路１２が交互に配置されている。このバーナブロック１０は、燃焼筒１４を介してアーク炉の側壁に配置している。バーナブロック１０の噴出口先端と炉室との間には、燃焼筒１４に囲まれた燃焼空間２０が形成される。燃焼筒１４には廃プラスチックを吹き込む吹き込み口１５を設けている。
【００１６】
このバーナの燃焼空間２０内には、中央部にスクラップカッティング用の酸素流れ１７が形成される。燃料流路１１から噴出した燃料は燃焼筒１４の燃焼空間２０内で燃料噴出流１８となり、酸素流路１２から噴出した酸素は燃焼空間２０内で酸素噴出流１９となり、両噴流は混合して火炎１６を発生する。
【００１７】
図２（ｃ）に示すように、廃プラスチック吹き込み口１５は、燃焼筒１４内において、燃料の噴出流１８とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流１９間に廃プラスチックを吹き込むように設けられる。燃焼筒１４内においてプラスチック吹き込み口１５から燃料噴出流１８と酸素噴出流１９の間に吹き込まれた廃プラスチック２１は、火炎１６とスクラップカッティング用の酸素流れ１７の間に形成されている空間に入り、噴流内で均一に撹拌されて高温の火炎に包まれて効率的に燃焼することが可能となる。
【００１８】
図２（ｃ）では複数の廃プラスチック吹き込み口１５を各々独立に設置しているが、スペース上の制約等がある場合には燃焼筒１４の廻りに分配ヘッダーを設け、ヘッダーに設ける複数の支管から廃プラスチックを吹き込むこともできる。図２（ｂ）は、燃料流路１１と酸素流路１２が交互に配置された例を示しているが、燃料とその燃焼用酸素が十分に混合され、火炎１６が安定的に形成されれば、配置はこの限りではない。例えば、燃料流路１１がスクラップカッティング用の酸素流路１３の外側に、さらにその外周に酸素流路１２を配置してもよい。また、スクラップカッティング用の酸素流路１３については、その噴出口がストレートに形成された例を示しているが、酸素によるスクラップのカッティング能力を向上する目的で、噴出口の形状をラバールノズルとしてもよい。
【００１９】
以上のように、本発明においては廃プラスチックは燃焼筒１４の燃焼空間２０内において吹き込まれるので、燃焼空間２０におけるバーナブロック１０の前方中央部に形成されるスクラップカッティング用の酸素流れ１７と、その周囲の燃料およびその燃焼用の酸素によって形成される高温の火炎１６とが形成する空間に入り、廃プラスチックのサイズが数ｍｍ〜数十ｍｍであっても、燃焼筒１４内で効率よく燃焼される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の効果は、次のとおりである。
本発明による廃プラスチック燃焼バーナにおいては、バーナの後端部に設けられるバーナブロックの中央部から噴出されるスクラップカッティング用の酸素流れと、その周囲の燃料およびその燃焼用の酸素によって形成される高温の火炎とが形成する空間に、燃焼筒から噴出された廃プラスチックが燃料流路から噴出する燃料の噴出流とそれと隣り合う燃焼用の酸素の噴出流の間、あるいは互いに隣り合う燃焼用の酸素の噴出流間を通過する形で入るため、スクラップカッティング用の酸素流れと火炎とによって効率的に燃焼するため、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度の経済的な大きさの廃プラスチックを使用しつつ、且つバーナ内での廃プラスチックの燃焼率を向上でき、その燃焼によって得られた熱を有効にスクラップの溶解に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃プラスチック燃焼バーナをアーク炉の炉壁に取り付けた縦断面図である。
【図２】本発明の廃プラスチック燃焼バーナであり、（ａ）がその切断断面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａの矢視であってバーナブロックの噴出口先端を示した図、（ｃ）が（ａ）のＢ−Ｂの矢視であって燃焼筒内の各ガスの流路と廃プラスチックの吹き込み口を示した図である。
【符号の説明】
１  炉体
２  可動電極
３  炉蓋
４  アーク
５  水冷構造のパネル
６  ダクト
７  スクラップ
８  バーナ
９  空間
１０  バーナブロック
１１  燃料流路
１２  燃料燃焼用の酸素流路
１３  スクラップカッティング用の酸素流路
１４  燃焼筒
１５  廃プラスチックの吹き込み口
１６  火炎
１７  スクラップカッティング用の酸素流れ
１８  燃料の噴出流
１９  燃焼用の酸素の噴出流
２０  燃焼空間
２１  廃プラスチック
【図１】
0003715851.tif 000002
【図２】
0003715851.tif 000003