(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト部とこれに連なる朝顔部及びその下方の炉床部を備え、前記炉床部には下段羽口を、前記朝顔部には上段羽口をそれぞれ有し、前記下段羽口からは酸素及び燃焼支持ガスを吹き込み、前記上段羽口からは常温空気を吹き込む溶融炉にあって、前記上段羽口を、下側から上側に向けて内径が拡大する傾斜壁に設置し、且つ下段羽口は適宜、形成された垂直壁もしくは傾斜壁に設置した溶融炉において、
前記壁面に設置した上下各段羽口のそれぞれ１本当たりの空気及び酸素の吹き込み到達領域を０．４〜０．５ｍ２にして壁面に設置した上下各段羽口からの空気及び酸素吹き込み到達領域の総和が、少なくとも炉内全断面とほぼ等しくなるように羽口設定位置及び段数を設定してなる廃棄物の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般都市ごみ及び各種の産業廃棄物等を熱分解溶融する溶融炉に係り、特に炉体を大型とした場合であっても最適な燃焼溶融処理を可能とした炉構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物を乾燥，熱分解及び燃焼溶融の過程によって熱溶融する溶融式熱分解炉として、たとえば特公昭５３−１６６３３号公報や特公昭６０−１１７６６号公報に記載されたもの等がある。
【０００３】
これらの溶融炉はいずれも、円形断面の炉体を持ち、炉内での廃棄物の乾燥，熱分解，燃焼及び副原料であるコークスの燃焼を行わせるため、炉体の下部側に複数段の羽口を設け、これらの羽口のうち炉床部に設けた下段羽口からは酸素を富化した空気を、また下段羽口から相当の高さに設けられた上段羽口からは空気を吹き込むというものがその基本的な構造である。
【０００４】
図４の（ａ）はこのような溶融炉の概要を示すものであって、炉体１０は内径を一様としたシャフト部１０ａとこれに連なるテーパ状の朝顔部１０ｂを備えると共に、下端部に炉床部１０ｃを設けている。そして、図示の例では、朝顔部１０ｂと炉床部１０ｃとの境界部分に下段羽口１１が配置され、その上方には上段羽口１２を備えている。
【０００５】
溶融炉の設計に際して、図中に示したように、シャフト部１０ａ及び炉床部１０ｃのそれぞれの内径をＤ，ｄとし、炉底から下段羽口１１の中心までの高さをｈとするとき、これらのＤ，ｄ，及びｈの間の関係を適正にすることが必要である。たとえば、ｄとＤとの間の関係は、一般廃棄物の昇温，熱分解過程での容積減少率に基づく条件から導かれるものであり、炉内での充填廃棄物の降下速度を高さ方向に一定とする条件によって決められる。また、ｄとｈとの間の関係は、炉床部１０ｃでの燃焼ガス流れ条件，溶融物の安定流出条件及び熱放散条件等によって決まるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
下段羽口１１からの吹き込みガスの流速がたとえば３０〜７０ｍ／ｓの条件のときには、ガスの吹き込み最大到達距離は約５００〜１０００ｍｍが限界とされている（通常の一般廃棄物処理においては約５００ｍｍ程度である。）。このため、図４の（ａ）の大きさの場合であって炉床部１０ｃの内径ｄが２０００ｍｍ以下程度であれば、炉断面内でのガスの吹き込みの一様化は可能であるが、図４の（ｂ）のように炉体１０を大型化したときであれば図中の斜線を施した領域にはガス流れが到達し難いことになる。
【０００７】
このようにガス流れが炉内の中央部に到達しにくくなると、炉心部分での溶融が不活性となったり、炉底部の冷え込み等の発生により処理性に影響を及ぼすこととなる。
【０００８】
一方、炉体１０を大型化して溶融処理量を増大させる場合、単位面積当たりの処理量が適正値となるようにシャフト部１０ａ及び炉床部１０ｃの内径を選択することが必要になる。このような選択は、大型化にのみ対応したものではなく、通常のプロフィルの設計に際しても必要である。
【０００９】
しかしながら、炉下部での燃焼状態を適正に維持するためには、下段羽口１１からのガスの吹き込み流量や流速には限界がある。すなわち、下段羽口１１からの吹き込み流量が羽口吹き込みレベルでの炉断面積に対して過大な場合では、炉内空塔速度も過大となり、特に比較的細粒の熱分解残渣が存在していると考えられる部位においては、物流安定性が懸念される。
【００１０】
また、本発明者等の経験によれば、羽口からの吹き込み流速を唯単に増やすような操作だけでは、炉心方向への送風到達深さを任意に設定したり、またはその分布の安定性を確保することは難しい。
【００１１】
このように、一般には下段羽口１１のみならず上段羽口１２においても、羽口からの酸素や空気等の吹き込み到達距離には限界があるため、羽口を設ける部分の炉体の大きさは制限を受け、したがって炉体全体の大きさにも限界があり、廃棄物の処理量を増やすために溶融炉を大型化するには、従来構造のものを唯単に大きくするという設計では対応が難しい。
【００１２】
本発明において解決すべき課題は、炉内全体に羽口からの吹き込みガスが一様に分布可能な炉体構造とすることによって溶融炉の大型化を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シャフト部とこれに連なる朝顔部及びその下方の炉床部を備え、前記炉床部には下段羽口を、前記朝顔部には上段羽口をそれぞれ有し、前記下段羽口からは酸素及び燃焼支持ガスを吹き込み、前記上段羽口からは常温空気を吹き込む溶融炉にあって、前記上段羽口を、下側から上側に向けて内径が拡大する傾斜壁に設置し、且つ下段羽口は適宜、形成された垂直壁もしくは傾斜壁に設置した溶融炉において、前記壁面に設置した上下各段羽口のそれぞれ１本当たりの空気及び酸素の吹き込み到達領域を０．４〜０．５ｍ２にして壁面に設置した上下各段羽口からの空気及び酸素吹き込み到達領域の総和が、少なくとも炉内全断面とほぼ等しくなるように羽口設定位置及び段数を設定してなることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上下各段羽口を、上側に向けて内径が拡大する傾斜壁に多段に配設することによって、各羽口からの空気や酸素の吹き込み領域を炉内全断面に及ぼすことができる。
【００１５】
すなわち、各羽口からの空気及び酸素の送風到達領域には自ずと限界がある。そこで、これら羽口を傾斜壁に設けることにより、羽口自体が炉心に近付くことになり、その分、空気及び酸素の到達領域は、より炉心に近付くことになる。
【００１６】
しかして、これら羽口を上下方向に適段数または周方向に複数個設けることにより、ガス流は炉内全断面に万遍なく分布させることができ、安定した燃焼及び溶融を確保することができる。この結果、本発明になる炉体構造は、溶融炉の大型化に充分対応可能となる。
【００１７】
なお、下段羽口を設ける炉床部の縦壁面は従来と同じように垂直壁でよいが、大型化して下段羽口からの酸素吹き込み到達領域が炉心部に到らない場合は、下段羽口を設置する炉床部の壁面を、上側に向けて拡大する傾斜壁とし、また下段羽口からのガス到達領域を勘案し、適宜その設定位置，段数を決定するものとする。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明の溶融炉のほぼ下半分を示す要部の縦断面図である。
【００１９】
図において、溶融炉の炉体１は、従来例でも示したようにシャフト部２と朝顔部３及び炉床部４を備え、炉床部４には出滓口５を設けている。この例では、左側に付しているように、シャフト部２は炉頂部分からＡの範囲であり、朝顔部３及び炉床部４はそれぞれＢ及びＣの範囲に属している。
【００２０】
シャフト部２の下端側であって朝顔部３の上端との間には、等径のシャフト部２の開口断面を縮小させる絞り部２ａを設ける。この絞り部２ａは、図中に示すように、上部絞り角αが７５°程度であり、下端側には内径を一定としたスロート２ｂを形成している。このような絞り部２ａを備えることによって、シャフト部２の下端部は、一旦流路面積が縮小して再びシャフト部２の内径の大きさに戻る断面形状を持つ。無論、スロート２ｂの内径は、シャフト部２の下端に連なる朝顔部３の上端の内径よりも小さい。なお、朝顔部３の下部絞り角βは充填物の安定降下性を考慮して４５〜８０°程度に設定することが好ましく、図示の例では約６５°としている。
【００２１】
朝顔部３と炉床部４との境界部分には、酸素及び常温空気等の燃焼支持ガスを吹き込むための下段羽口６を設ける。そして、朝顔部３からシャフト部２の下端部にかけて常温の空気を吹き込む合計３段の上段羽口を設ける。これらの上段羽口は、朝顔部３の上端近傍に位置する第１上段羽口７，シャフト部２ａの下端側であってスロート２ｂ真下のヘッダー空間部に位置する第２上段羽口８及び絞り部２ａの上端近傍に配置した第３上段羽口９の配列として構成されたものである。
【００２２】
下段羽口６は炉体１の周上に複数を配列したものであり、その本数は羽口断面負荷すなわち下段羽口６の設置レベル断面に対する羽口１本当たりの処理対応面積を適正値に設定したものとして決定する。そして、その好適な本数は処理対応炉床部断面積で０．４〜０．５ｍ2 当たり１本程度が設定の目安となり、もし炉床部４の内径が２０００ｍｍ程度までであれば下段羽口６は１段で６本程度である。
【００２３】
また、各上段羽口７〜９についてもその合計設置本数は同様の条件によって決定されるが、その好適な本数は処理対応シャフト部断面積で０．４〜０．５ｍ2 当たり１本程度が設定の目安となり、もしシャフト部２の内径が３０００〜４０００ｍｍ程度であれば上段３段分の合計で１８〜２０本程度である。
【００２４】
炉体１内に装入された廃棄物は、シャフト部２の上層から炉床部４までの乾燥，乾留熱分解及び燃焼溶融の過程を経過して溶融処理される。シャフト部２の下端部には乾留熱分解帯が位置し、朝顔部３から炉床部４へ降下して行くに従い、第３，第２及び第１上段羽口９，８，７から吹き込む常温空気によりチャー及び可燃性ガス主体の燃焼を行った後、下段羽口６によるコークス主体の高温燃焼により廃棄物は溶融される。
【００２５】
図２は下段羽口６からの酸素及び空気等の燃焼支持ガス及び各上段羽口７〜９からの常温空気のそれぞれの吹き込み時の炉内ガス流れを炉内壁プロフィルに対して表した概略図であり、同図の（ａ）は図１に示した炉体１に相当する例、同図の（ｂ）は炉床部４の炉底までをテーパ状として大型の炉構造に適用可能とした例である。
【００２６】
図２の（ａ）において、第１上段羽口７は、朝顔部３のテーパ壁の中途に組み込まれてそのガスの吹き込み端は下段羽口６の外殻側となる。このため、常温空気の吹き込み流量を適正に設定すれば、図示のように下段羽口６からのガス流れの層に沿う外側の流れ分布として設定することが可能である。
【００２７】
また、朝顔部３の上端の近傍に設けた第２上段羽口８はその下の第１上段羽口７の更に外殻側にある。この場合であっても、第２上段羽口８からの常温空気の吹き込み流量を適正に設定することによって、第１上段羽口７からの吹き込みガス流れの層の外側に沿ったガス流れの分布を得ることができる。
【００２８】
一方、第２上段羽口８からのガス流はスロート２ｂを通過する流れなので、その流れの主流はスロート２ｂの内径に相当する領域に分布することになる。更に、第３上段羽口９からの常温空気の吹き込み流量の適切な設定によって、第２上段羽口８からのガス流分布の外側と炉壁との間にガス流れの分布を持たせる操作が可能となる。
【００２９】
ここで、各羽口６〜９の合計設置本数は、先に説明した羽口断面負荷に対応した複数である。このため、各羽口６〜９から供給されて炉内でガス流として上昇するときには、図３に示す炉内断面流れとすることができる。すなわち、図において、中央の円の領域Ｋは下段羽口６からのガス流分布，その回りの環状の領域Ｌは第１上段羽口７からのガス流分布であり、同様に環状の領域Ｍ，Ｎはそれぞれ第２上段羽口８及び第３上段羽口９からのガス流分布に相当する。但し、実際のガス流分布は、図示のような一様な領域に分割されるものではなく、炉の周上への羽口の設置間隔に対応して流れの若干の密度差は生じるが、概略的には図示のような分布が実現可能である。
【００３０】
なお、このような炉断面での一様なガス流断面を得るための条件として、各羽口６〜９の設置本数は先に挙げたものがあるが、上段羽口６〜９の互いの上下方向の間隔は、本発明者等の経験によれば、３００〜１５００ｍｍ程度とすることが好ましい。これは、各上段羽口７〜９から吹き込む空気により、炉内でのチャー及び可燃性ガスの燃焼性を維持するためには、直下の羽口燃焼による熱影響の及ぶ範囲内に次の上段羽口を設置する必要があるためと考えられる。
【００３１】
以上のように、各羽口６〜９によって、炉断面内で一様に吹き込みガスを分布させることができ、乾燥，乾留熱分解及び燃焼溶融の各過程に好適な熱交換及び燃焼が可能となる。
【００３２】
図２の（ｂ）は、朝顔部３から炉床部４までをテーパ状としたもので、炉底の径を同図（ａ）の例と同じ程度として炉床部４及び炉体１の全体の大型化を図った例である。
【００３３】
この炉構造では、炉床部４に上下に２段の下段羽口６ａ，６ｂを備え、朝顔部３から絞り部２ａにかけては、図２の（ａ）の例と同様な配置で第１〜第３上段羽口７〜９を設けている。そして、下段羽口６ａ，６ｂからの酸素及び燃焼支持ガスの供給及び各上段羽口７〜９からの常温空気のそれぞれの流量を適正値に設定することによって、炉内全断面にガス流を分布させることができ、図３に示した例のように炉心周りに５個の環状領域でのガス流分布を得ることができる。
【００３４】
このように、炉床部４の径を大型化する場合に単段の下段羽口だけではガス吹き込み到達領域に限界を生じ、ガス流れが炉内の中央部に到達しにくくなるが、炉床部４の側壁部も上側に向けて拡大する傾斜壁として、例えば２段の下段羽口６ａ，６ｂを配置することによって、炉を大型化しても炉床部４内における熱分解残渣の完全溶融化を図ることができる。
【００３５】
更に、図２の（ａ）の例では各羽口６〜９及び同図（ｂ）の例では各羽口６ａ，６ｂ，７〜９は、炉内断面でのチャー及び可燃性ガスの炉内燃焼位置及び燃焼量を決めるので、たとえば廃棄物中の可燃分や水分等の組成に合わせた自由度の高い操業が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により次の効果を奏する。
【００３７】
１）吹き込み燃焼支持ガス流を炉内全断面にわたり確実に到達させることができるので、炉の大型化の場合でも廃棄物の処理効率の向上が可能となる。
【００３８】
２）上段及び／又は下段の各羽口を多段としたことによる燃焼条件の確保だけでなく、炉内断面でのガス流の分布も変更できるので、炉内各部での温度や圧力等の各プロセス値の実現自由度が高くなり、より一層効率的な燃焼操作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶融炉のほぼ下半分を示す要部の縦断面図である。
【図２】各羽口からの吹き込みガスの流れを示す概略図である。
【図３】各羽口からの吹き込みガス流れの炉内分布を示す図である。
【図４】（ａ）は溶融炉の従来構造の概略図であり、（ｂ）は炉体の大型化による炉心への吹き込みガスの未到達現象を示す図である。
【符号の説明】
１    炉体
２    シャフト部
２ａ  絞り部
２ｂ  スロート
３    朝顔部
４    炉床部
５    出滓口
６    下段羽口
６ａ  下段羽口
６ｂ  下段羽口
７    第１上段羽口
８    第２上段羽口
９    第３上段羽口
【図１】
0003542831.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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