(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、少なくとも該二次燃焼域に耐火物を介して水管集合体が配設されているボイラ付廃棄物焼却炉において、
前記二次燃焼域を囲撓する、耐火ブロックとモルタルで形成された耐火物を上下に区分けし、下層耐火物を上層耐火物に対し相対的に熱伝導性の良い材料で形成するとともに、
前記耐火ブロックの内、下層耐火ブロックがＳｉＣを主成分とする材料で形成され、一方、前記上層耐火ブロックがＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯのいずれかを主成分とする材料で形成されていることを特徴とするボイラ付廃棄物焼却炉。
【請求項２】
廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、少なくとも該二次燃焼域に耐火物を介して水管集合体が配設されているボイラ付廃棄物焼却炉において、
前記二次燃焼域を囲撓する、耐火ブロックとモルタルで形成された耐火物を上下に区分けし、下層耐火物を上層耐火物に対し相対的に熱伝導性の良い材料で形成するとともに、
前記耐火ブロックの内、下層耐火ブロックが薄肉キャスタブルであり、一方、前記上層耐火ブロックが厚肉キャスタブルであることを特徴とするボイラ付廃棄物焼却炉。
【請求項３】
廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、少なくとも該二次燃焼域に耐火物を介して水管集合体が配設されているボイラ付廃棄物焼却炉において、
前記二次燃焼域を囲撓する、耐火ブロックとモルタルで形成された耐火物を上下に区分けし、下層耐火物を上層耐火物に対し相対的に熱伝導性の良い材料で形成するとともに、
前記耐火ブロックと水管集合体との間のモルタルを２種類以上の異なる熱伝導率を持ったモルタルで構成し、二次燃焼域下部と二次燃焼域上部とで下方が相対的に良熱伝導性になる様に熱伝導率の異なるモルタルを上下に張り分けたことを特徴とするボイラ付廃棄物焼却炉。
【請求項４】
前記二次燃焼域のうち、上層二次燃焼域が略８５０℃〜９５０℃の温度で燃焼ガス生成物等が燃焼され、一方下層二次燃焼域の耐火物表面温度が略８５０℃以下の温度で燃焼ガス生成物等が燃焼されるように、前記耐火物材料と水管集合体形状を選択し、
前記水管集合体形状が、ボイラ水管と該水管同士を水平方向、あるいは垂直方向に接続して補強する平面リブとで構成され、前記耐火物材料が前記水管集合体の水管の外周面及び平面リブの表面の形状に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１、２若しくは３記載のボイラ付廃棄物焼却炉。
【請求項５】
前記ボイラ付廃棄物焼却炉がストーカ式焼却炉であって、前記二次燃焼域が、二次空気供給ノズルが配設され燃焼ガスの混合が促進される混合部より上方に位置する二次燃焼室であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１記載のボイラ付廃棄物焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボイラ付廃棄物焼却炉に係り、特に廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、少なくとも該二次燃焼域の外内壁側に耐火物を介して水管集合体が囲撓されているボイラ付廃棄物焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より廃棄物焼却炉にはストーカ式焼却炉と流動層式焼却炉が主流を占めているが、いずれも廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、二次空気により燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、二次空気を効果的に吹き込むことにより完全燃焼を達成させ、ダイオキシン等の低減を図るように構成している。
一方、前記廃棄物から得られる排熱の有効利用を図るために、前記一次燃焼室及びその上方の二次燃焼域を形成する炉壁内壁側(炉壁内も含む)にボイラ水管を配設している。
図４は従来のストーカ式焼却炉にボイラ水管を配設したボイラ付廃棄物焼却炉の概略側面を示している。
図４において、１１は廃棄物が入る投入ホッパーで１２はその廃棄物を乾燥させながらストーカ側へ押し出す供給フィーダ、１３はその乾燥した廃棄物を燃焼させるストーカで、該ストーカの上方に一次燃焼室１３Ａが形成される。３０はそのストーカ１３上の一次燃焼室１３Ａで廃棄物を燃焼させることにより発生する燃焼ガスである。
【０００３】
１４はそのストーカ１３上で発生する燃焼ガス３０の熱を回収するボイラであり、前記一次燃焼室１３Ａ及び二次燃焼室１６、更にその上方の炉壁内壁側に、図２、図３に示すような水管集合体２２（図２、図３は本発明の実施例）が囲撓されて構成されている。１５は燃焼ガス３０の通過断面積が縮小または、空気、排ガスの吹き込み等、燃焼ガス３０の混合が促進される混合部で、一般的には二次空気供給ノズル２９が配設されている。１６は、混合部１５より上方に位置する再燃焼域(二次燃焼域)で、燃焼ガス３０を略８５０℃以上で２秒以上滞留することによりダイオキシン等の低減が可能である。
炉壁内壁側には二次燃焼域１６の水管集合体２２を高温の燃焼ガス３０から保護する耐火物１７が配設されており、該耐火物によりその外側に位置するで水管集合体２２を燃焼ガス３０から覆うように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前記耐火物は一般に耐火ブロックとモルタルで形成されており、水管集合体２２を高温の燃焼ガス３０から保護する以外に、廃棄物が燃焼し飛灰となりその飛灰が溶融しクリンカとなって耐火物１７へ付着し成長し廃棄物焼却炉の運転ができなくなるのを防ぐ必要がある。そのため、耐火物１７の材質として、熱伝導率の高い、炭化珪素質の耐火物が主に使用される。
【０００５】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、次のような問題点を有している。
すなわち、近年、廃棄物焼却施設から排出されるダイオキシンが社会問題化しており、そのダイオキシンの排出を抑制するためには、二次燃焼域１６で燃焼ガス３０を高温で長時間滞留させることが望ましい。しかし従来、二次燃焼域１６全域では、クリンカの付着を防ぐために熱伝導率の高い炭化珪素質の耐火物が使用されており、二次燃焼域１６の燃焼ガス３０は、冷却されやすくなり、ダイオキシンの排出を抑制するためには逆効果として働く。
【０００６】
本発明はかかる技術的課題に鑑み、ボイラ水管を高温の燃焼ガスから保護しつつ、廃棄物の燃焼飛灰の溶融を阻止しクリンカとなって耐火物へ付着し成長するのを防ぎ、さらには高温で燃焼ガスの滞留時間を確保してダイオキシンの発生防止を図るボイラ付廃棄物焼却炉、特にボイラ水冷壁耐火物の構成を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、廃棄物が投入される一次燃焼室の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される二次燃焼域を設け、少なくとも該二次燃焼域に耐火物を介して水管集合体が配設されているボイラ付廃棄物焼却炉において、
前記二次燃焼域を囲撓する耐火物材料の少なくとも一部を上下に区分けし、下層耐火物を上層耐火物に対し相対的に熱伝導性の良い材料で形成することを第１の要旨としている。
【０００８】
又本発明は、前記二次燃焼域のうち、上層二次燃焼域が略８５０℃〜９５０℃の温度で燃焼ガス生成物等が燃焼され、一方下層二次燃焼域の耐火物表面温度が略８５０℃以下の温度で燃焼ガス生成物等が燃焼されるように、前記耐火物材料と水管集合体形状を選択し、
前記水管集合体形状が、ボイラ水管と該水管同士を水平方向、あるいは垂直方向に接続して補強する平面リブとで構成され、前記耐火物材料が前記水管集合体の水管の外周面及び平面リブの表面の形状に沿うように形成されている事も要旨とする。ここで略８５０℃としたのはダイオキシンの低減を図る燃焼温度を考慮したものである。
【０００９】
尚、前記耐火物は一般に耐火ブロックとモルタルで形成され、これらの耐火物材料の内下層耐火物材料がＳｉＣを主成分とするか若しくは薄肉キャスタブルであり、一方、前記上層耐火物材料がＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣのいずれかを主成分とするか若しくは厚肉キャスタブルであるのがよい。
【００１０】
そして前記耐火物は耐火ブロックとモルタルで形成されるが、この場合前記耐火ブロックと前記水管集合体との間のモルタルを２種類以上の異なる熱伝導率を持ったモルタルで構成し、二次燃焼域下部と二次燃焼域上部とで下方が相対的に良熱伝導性になる様に熱伝導率の異なるモルタルを上下に張り分けても良い。
【００１１】
かかる発明によれば、二次燃焼域において、二次燃焼域下部と二次燃焼域上部とで熱伝導率の異なる耐火物材料で上下に区分けし、下層耐火物を上層耐火物に対し相対的に熱伝導性の良い材料で形成した為、一次燃焼室上の二次空気混合部で発生した高温の燃焼ガスは熱伝導率の高い耐火物材料が施工されている２次燃焼部下層部ではボイラ水管により降温されるために、該下層部を通過する際は、耐火物表面温度が略８５０℃以下に低下しているために、廃棄物燃焼により生じた飛灰が溶融してクリンカとして炉壁に付着することなく、この付着を防止することが可能となる。
【００１２】
また略８５０℃〜９５０℃以下に一旦降温された燃焼ガスは２次燃焼部下層部１６ａ通過後、二次燃焼域上層部を通過するが、ここには熱伝導率の低い耐火物が施工されているためボイラ水管により降温されることなく燃焼ガス温度は約９００℃前後を維持した状態で再燃焼がなされ、これにより燃焼ガスを高温で長時間滞留させることが可能となりダイオキシンの発生を抑制することができる。
つまり、熱伝導率の異なる耐火物をこの二次燃焼域１６で上下に張り分けることにより、ボイラの水管を高温の燃焼ガス３０から保護しながら、廃棄物が燃焼し飛灰となりその飛灰が溶融しクリンカとなって耐火物へ付着し成長するのを防ぎ、さらには高温で燃焼ガスの滞留時間を確保することがを可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１４】
図１は本発明の実施形態にかかる図４は従来のストーカ式焼却炉にボイラ水管を配設したボイラ付廃棄物焼却炉の概略側面を示している。
図１において、１１は廃棄物が入る投入ホッパーで１２はその廃棄物を乾燥させながらストーカ側へ押し出す供給フィーダ、１３はその乾燥した廃棄物を燃焼させるストーカで、該ストーカの上方に一次燃焼室１３Ａが形成される。３０はそのストーカ１３上の一次燃焼室１３Ａで廃棄物を燃焼させることにより発生する燃焼ガスである。
【００１５】
１４はそのストーカ上で発生する燃焼ガス３０の熱を回収するボイラであり、前記一次燃焼室１３Ａ及び二次燃焼室１６、更にその上方の炉壁内壁側に、図２、図３に示す水管集合体２２が囲撓されて構成されている。１５は燃焼ガス３０の通過断面積が縮小または、空気、排ガスの吹き込み等、燃焼ガス３０の混合が促進される混合部で、一般的には二次空気供給ノズル２９が配設されている。１６ａ、１６ｂは、混合部１５より上方に位置する二次燃焼室(二次燃焼域の下部と上部)で、その炉壁内壁側には二次燃焼域１６の水管集合体２２を高温の燃焼ガス３０から保護する耐火物１７ａと１７ｂが上層部と下層部で熱伝導率を異ならせて上下に区分けして配設されており、該耐火物１７ａ、１７ｂによりその外側に位置する水管集合体２２を燃焼ガス３０から覆うように構成されている。
【００１６】
そして本実施形態においては前記耐火物を耐火ブロックとモルタルで形成しているが、本実施形態では耐火ブロックの熱伝導率を異ならせている。即ち１７ａは、二次燃焼域下部１６ａに施工される耐火ブロックであり、この下層部では燃焼ガス３０の温度は、かなり高く、クリンカが付着しやすいため、炭化珪素質等の比較的熱伝導率が高いものを使用してボイラ水管である水管集合体側の吸熱を多くして略８５０℃以下に降温を図っている。
１７ｂは、二次燃焼域上部１６ｂに施工される耐火ブロックであり、耐火ブロック１７ａと比較して熱伝導率の低い耐火物、例えばアルミナ質等を使用して、二次燃焼域下部１６ａを通過した燃焼ガス３０の再燃焼による温度を８５０℃以上に高温に維持しつつ、ダイオキシンの排出を抑制する。
【００１７】
図２及び図３は前記二次燃焼域下部１６ａと二次燃焼域上部１６ｂに施工される耐火ブロックの構成を示し、図において２０はボイラ水管、２１は該水管２０同士を水平方向、あるいは垂直方向に接続して補強するための平面リブで該水管２０及び平面リブ２１により水管集合体２２を構成する。
１７ａは、二次燃焼域下部１６ａにおいて前記水管集合体２１を燃焼ガス３０から覆うように設けられた耐火ブロックである。また、前記水管集合体２２の平面リブ２１にはアーム部１８が立設されている。一方、前記耐火ブロック１７ａには前記アーム部１８に対応する凹み部１９が形成されている。そして、それぞれのアーム部１８と凹み部１９との間及び水管集合体２２と耐火ブロックとの間にはモルタル２３が充填される。
図３において１７ｂは、二次燃焼域上部１６ｂにおいて前記水管集合体２１を燃焼ガス３０から覆うように設けられた耐火ブロックである。
【００１８】
そして本実施形態においては、耐火ブロック１７ａ、１７ｂとモルタル２３で形成される耐火物のうち、いずれか一方を物理的若しくは化学的に熱伝導率を異ならせれば良い。
物理的に異ならせる方法は、耐火ブロック１７ａ、１７ｂを形成するキャスタブルの厚みを変えることである。即ち耐火ブロックの内下層耐火ブロック１７ａを薄肉キャスタブル、一方、前記上層耐火ブロック１７ｂを相対的に厚肉のキャスタブルで構成する。
又モルタル側の厚みを変えても良いが、接着性の面で考慮する必要がある。
化学的に変える方法としては耐火ブロックの内下層耐火ブロック１７ａ材料をＳｉＣを主成分とするキャスタブルで形成し、一方、上層耐火ブロック１７ｂ材料をＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯのいずれかを主成分とするキャスタブルで構成すれば良い。
又耐火ブロック１７側でなく、前記耐火ブロックと前記水管集合体との間のモルタルを２種類以上の異なる熱伝導率を持ったモルタル２３で構成してもよい。
【００１９】
かかる実施形態によれば、二次燃焼域１６において、二次燃焼域下部１６ａと二次燃焼域上部１６ｂとで下方が相対的に良熱伝導性になる様に熱伝導率の異なる耐火ブロック１７ａと耐火ブロック１７ｂ若しくはモルタルを上下に張り分ける。これによりストーカ１３上の一次燃焼室で発生した高温の燃焼ガス３０は熱伝導率の高い耐火物が施工されている２次燃焼域下部１６ａを通過する際にボイラ水管側で吸熱されて、耐火物表面温度を略８５０℃以下の低い温度に設定でき、飛灰の溶融を防止しクリンカの発生及び付着を防止できる。
【００２０】
また２次燃焼域下部１６ａ通過後、約８５０℃前後に低下した燃焼ガスは再燃焼しながら二次燃焼域上部を通過するが、ここには熱伝導率の低い耐火物が施工されているため燃焼ガス温度は前記再燃焼により昇温し約９００℃前後の温度を維持する。これにより燃焼ガスを二次燃焼域上部で高温で長時間滞留させることが可能となりダイオキシンの発生を抑制することができる。
つまり、熱伝導率の異なる耐火ブロック若しくはモルタルをこの二次燃焼域１６で物理的若しくは化学的に下層が良熱伝導性になる様に上下層に張り分けることにより、ボイラ水管を高温の燃焼ガス３０から保護しながら、廃棄物が燃焼して生成した飛灰の溶融を阻止しこれによりクリンカとなって耐火物へ付着し成長するのを防ぐとともに、さらにはその上層部で高温で燃焼ガスの滞留時間を確保することがを可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ボイラ水管を高温の燃焼ガスから保護しつつ、廃棄物の燃焼飛灰の溶融を阻止しクリンカとなって耐火物へ付着し成長するのを防ぎ、さらには高温で燃焼ガスの滞留時間を確保してダイオキシンの発生防止を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボイラ付廃棄物焼却炉の概要を示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図で特に下層二次燃焼域を構成する耐火物と水管集合体の構成を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図で特に上層二次燃焼域を構成する耐火物と水管集合体の構成を示す断面図である。
【図４】従来技術にかかるボイラ付廃棄物焼却炉の概要を示す側面図である。
【符号の説明】
１１    投入ホッパー
１２    供給フィーダ
１３    ストーカ
１３Ａ  一次燃焼室
１４    ボイラ
１５    燃焼ガス混合部
１６    二次燃焼室(二次燃焼域)
１７ａ  二次燃焼域下部１６ａに施工される耐火ブロック
１７ｂ  二次燃焼域上部１６ｂに施工される耐火ブロック
２２    水管集合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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