(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天部に細粒可燃物を燃料とするフラフバーナーが配置されるとともに底部に灰が供給される溶融室と、
この溶融室の中間部に配設されて溶融室の断面積を絞る絞り壁と、
この絞り壁の上部燃焼空間でフラフバーナーの火炎流の旋回方向と同一の接線方向に燃焼空気を吹き込み細粒可燃物燃料の滞留時間を延長する滞留用空気ノズルと、
絞り壁の下部燃焼空間で、フラフバーナーの火炎流と逆方向に燃焼空気を吹き込み細粒可燃物燃料の攪拌混合を促進する攪拌用空気ノズルと
を具備したことを特徴とするフラフ燃料を使用するバーナー式灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみを乾燥破砕して得られるフラフ燃料を使用して、焼却灰等を加熱溶融するためのバーナー式灰溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバーナー式灰溶融炉は、燃料として灯油や重油などを使用しており、運転コストが嵩むため、本発明者等は、収集した都市ごみから形成される細粒可燃物燃料（以下フラフ燃料という）を使用することを提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、都市ごみを乾燥破砕して得られるフラフは、低カロリーでかつ粒径が荒いため、燃焼性が悪く、灰の溶融に必要な加熱温度１４００℃まで昇温させることができないという問題があり、これを解決するために、灯油や燃料ガスなどの補助燃料を混合して燃焼させる、あるいは酸素富化空気を燃焼空気に使用するといった措置が必要となる。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題点を解決して、補助燃料や酸素富化空気を必要とせずに、低カロリーのフラフ燃料を使用して灰の溶融に必要な加熱温度が得られるフラフ燃料を使用するバーナー式灰溶融炉を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、天部に細粒可燃物を燃料とするフラフバーナーが配置されるとともに底部に灰が供給される溶融室と、この溶融室の中間部に配設されて溶融室の断面積を絞る絞り壁と、この絞り壁の上部燃焼空間でフラフバーナーの火炎流の旋回方向と同一の接線方向に燃焼空気を吹き込み細粒可燃物燃料の滞留時間を延長する滞留用空気ノズルと、絞り壁の下部燃焼空間で、フラフバーナーの火炎流と逆方向に燃焼空気を吹き込み細粒可燃物燃料の攪拌混合を促進する攪拌用空気ノズルとを具備したものである。
【０００６】
上記構成によれば、絞り壁により、輻射熱の拡散を防止して炉内を昇温することにより、細粒可燃物燃料の燃焼を促進させ、さらに滞留用空気ノズルから吹き込まれる燃焼空気により、火炎流の旋回を加速して上部燃焼空間での細粒可燃物燃料の滞留時間を延長させ、これにより細粒可燃物燃料をより効果的に燃焼させて、灰の加熱温度を上昇させることができ、補助燃料や酸素富化空気を使用しなくても、灰の溶融に必要な温度を確保することができる。
【０００７】
さらに、絞り壁の開口部から出る火炎流中に、攪拌用空気ノズルから燃焼空気を噴射して攪拌することにより、さらに細粒可燃物燃料をより効果的に燃焼させて灰を高温に加熱することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る灰溶融炉の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
このバーナー式灰溶融炉は、図１に示すように、傾斜底壁１の上流側から灰ホッパ２と予熱室３と溶融室４とを具備し、灰ホッパ２の底部にはプッシャー５ａおよびプッシュシリンダ５ｂからなる灰供給装置５が設けられている。
【０００９】
前記溶融室４は、円筒形側壁４ａの天壁４ｂからなり、天壁４ｂの開口部に、細粒可燃物であるフラフを燃料とするフラフバーナー６が取付けられている。このフラフバーナー６は、軸心位置に気送空気（一次燃焼空気）によりフラフ燃料が供給される燃料供給筒６ａが配設され、その外周部に旋回翼６ｃを有して二次燃焼空気を供給する燃焼空気筒６ｂが配置されている。また図示しないが、着火装置が配設されている。
【００１０】
この溶融室４は、側壁４ａの中間部に、中央の開口部７ａにより溶融室４の断面を絞る絞り壁７が内周面に突設され、絞り壁７によりフラフバーナー６からのフラフ燃料および燃焼空気を充分に滞留可能な容積を有する上部燃焼空間４Ａと、フラフ燃料および燃焼空気を充分に攪拌可能な容積を有する下部燃焼空間４Ｂが形成されている。この絞り壁７は、開口部７ａの面積が溶融室４の断面積の１／１．５〜１／６（開口率０．６７〜０．１６）の範囲に設定されて、火炎流の輻射熱の拡散を防止して炉の温度を高め、フラフ燃料の燃焼を促進させるように構成されている。また火炎流の流れをスムーズにするために、絞り壁７の上面に中央部下方に傾斜するテーパ面７ｂが形成される。
【００１１】
そして上部燃焼空間４Ａの側壁４ａには、図２に示すように、複数たとえば４本の滞留用空気ノズル８が貫通して配設され、フラフバーナー６の火炎旋回流ａに沿う接線方向に燃焼空気（三次燃焼空気）ｂを吹き込むように設定される。これにより、火炎流の旋回をさらに促進してフラフ燃料の滞留時間を従来の１．５〜２倍に延長させ、フラフ燃料の燃焼率の向上をはかることができる。
【００１２】
また下部燃焼空間４Ｂの側壁４ａには、図３に示すように、複数たとえば４本の攪拌用空気ノズル９が貫通し配設され、しかもフラフバーナー７の火炎旋回流ａと逆方向に燃焼空気（三次燃焼空気）ｃを吹き込むように設定される。これにより、上部燃焼空間４Ａで十分に滞留された火炎流およびフラフ燃料を混合攪拌して一気に燃焼させ、高温の燃焼熱を発生させて灰Ａを効果的に加熱溶融し溶融スラグＭＳを生成することができる。
【００１３】
なお、図３に仮想線で示すように、攪拌用空気ノズル９′を、火炎旋回流ａを横切るように燃焼空気ｄを吹き込むように配置することも可能である。
前記予熱室３には天部に排ガスダクト１１が接続され、灰Ａの送り方向と燃焼排ガスＧとの流れが互いに逆方向の向流方式で、溶融後の燃焼排ガスＧを傾斜床１上の灰Ａに接触させて予熱させた後、燃焼排ガスＧを排ガスダクト１１から排出するように構成される。
【００１４】
溶融室４の下流端には、溶融スラグＭＳを排出するスラグ排出口１２が形成され、スラグ排出口１２の下部に、落下排出した溶融スラグＭＳを水冷して水砕スラグＷＳを生成する水砕ピット１３が配置されている。なお、水砕ピット１３内には水砕スラグＷＳを排出するスクレーパコンベヤ１３ａが配設されている。
【００１５】
上記構成において、灰ホッパ２に供給された灰Ａは、灰供給装置５により、一定量ずつ傾斜底壁１に沿って予熱室３から溶融室４に送られ、溶融室４から排出されるフラフバーナー６の燃焼排ガスＧにより予熱される。溶融室４では、フラフバーナー６が燃焼され、絞り壁７により絞られた上部燃焼空間４Ａで、滞留用空気ノズル８から燃焼空気が火炎旋回流ａと同一方向に吹き込まれることから、旋回流がさらに加速されてフラフ燃料の滞留時間が延長され、良好に燃焼される。またこの上部燃焼空間４Ａで発生される燃焼熱が絞り壁７により拡散が防止されることから、溶融室４が加熱昇温されてフラフ燃料の燃焼を促進させる。ついで絞り壁７の開口部７ａから下部燃焼空間４Ｂに移動した火炎流中に、攪拌用空気ノズル９から吹き込まれた燃焼空気によりフラフ燃料の混合攪拌が促進されて良好に燃焼され、傾斜底壁１上の灰Ａを１４００℃以上に加熱して溶融させ、溶融スラグＭＳを生成する。溶融スラグＭＳは、スラグ排出口１２から水砕ピット１３に排出されて水冷され、水砕スラグＷＳが生成される。
【００１６】
図４は、上記構成における溶融室４の下部のＰ地点における温度の測定結果を示す。ここで、溶融室４の内径ｄは７００ｍｍ、溶融室４の高さＨが２０００ｍｍ、天壁４ｂからの距離ｈが７５０ｍｍの位置に絞り壁７を配置し、熱量が３５７５ｋｃａｌ／ｋｇのフラフ燃料を３５０ｋｇ／ｈｒで燃焼させた結果を示す。横軸に絞り比、縦軸に温度を示し、実験結果は実線で示すようにあらわれたが、溶融炉の規模、すなわち溶融室４の大きさやフラフバーナー６の能力、炉の処理能力が大きくなれば、仮想線で示すように温度が上昇する結果が見られた。その結果、絞り壁７の開口部７ａの開口率は、開口率０．６７〜０．１６が適正であり、この範囲を逸脱すると、灰を溶融可能な１４００℃以上の加熱が期待できないことがわかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の構成によれば、絞り壁により、輻射熱の拡散を防止して炉内を昇温させることにより、細粒可燃物燃料の燃焼を促進させると同時に、滞留用空気ノズルから吹き込まれる燃焼空気により、火炎流の旋回を加速して上部燃焼空間での細粒可燃物燃料の滞留時間を延長させる。これにより細粒可燃物燃料をより効果的に燃焼させて、灰の加熱温度を上昇させることができ、補助燃料や酸素富化空気を使用しなくても、灰の溶融に必要な温度を確保することができる。また、絞り壁の開口部から出る火炎流中に、しかもこの火炎流とは逆方向に攪拌用空気ノズルから燃焼空気を噴射して攪拌することにより、さらに細粒可燃物燃料をより効果的に燃焼させて灰を高温に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバーナー式灰溶融炉の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】上部燃焼空間の平面断面図である。
【図３】下部燃焼空間の平面断面図である。
【図４】同バーナー式灰溶融炉の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２    灰ホッパ
３    予熱室
４    溶融室
４Ａ  上部燃焼空間
４Ｂ  下部燃焼空間
６    フラフバーナー
６ｃ  旋回翼
７    絞り壁
７ａ  開口部
８    滞留用空気ノズル
９    攪拌用空気ノズル
Ａ    灰
ＭＳ  溶融スラグ
Ｇ    燃焼排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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