(57)【要約】【課題】粉体溶融バーナーの火炎中に供給された粉体の一部が火炎の外へ逃げ出し、未溶融のまま排ガスに混在して炉外へ排出されるキャリーオーバー現象を回避することを解決課題とする。【解決手段】バーナーヘッド３０から粉体と燃料と酸素とを炉中へ個別に噴射し、前記燃料を酸素支援下に燃焼させた火炎中で前記粉体の溶融を行なう粉体溶融バーナー１０において、バーナーヘッド３０の中心に設けた単一の粉体噴射孔１２と、前記粉体噴射孔１２を中心として半径方向に所要の中心角で配設した複数の燃料噴射孔１４と、前記燃料噴射孔１４の夫々に同心的に設けた単一の１次酸素噴射孔１６と、前記粉体噴射孔１２および燃料噴射孔１４の夫々を囲むよう所要間隔で多数配置され、全体として環状をなす複数の２次酸素噴射孔１８とから構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーヘッド(30)から粉体と燃料と酸素とを炉中へ個別に噴射し、前記燃料を酸素支援下に燃焼させた火炎中で前記粉体の溶融を行なう粉体溶融バーナー(10)において、
バーナーヘッド(30)の中心に設けた単一の粉体噴射孔(12)と、
前記粉体噴射孔(12)を中心として半径方向に所要の中心角で配設した複数の燃料噴射孔(14)と、
前記燃料噴射孔(14)の夫々に同心的に設けた単一の１次酸素噴射孔(16)と、
前記粉体噴射孔(12)および燃料噴射孔(14)の夫々を囲むよう所要間隔で多数配置され、全体として環状をなす複数の２次酸素噴射孔(18)とから構成した
ことを特徴とする粉体溶融バーナー。
【請求項２】
前記複数の燃料噴射孔(14)は、前記粉体噴射孔(12)を中心として半径方向に１２０度の中心角で設けられる請求項１記載の粉体溶融バーナー。
【請求項３】
前記バーナーヘッド(30)の裏側でかつ前記複数の燃料噴射孔(14)を設けた領域に冷却チャンバー(20)が設けられ、バーナー本体(24)の外周に配設した冷却ジャケット(22)からの冷却液が該冷却チャンバー(20)へ循環供給されて、該バーナーヘッド(30)の平面部(31)が冷却される請求項１記載の粉体溶融バーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粉体溶融バーナーに関し、更に詳細には、例えば電炉ダスト、還元スラグ、焼却灰その他プラスチック廃棄物を破砕した粉粒物等を高温の火炎中で溶融させて、炉中に溶融スラグとして回収するのに使用される粉体溶融バーナーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記粉体溶融バーナーとして、例えば特開２０００−１０３６５６号公報に記載のものが存在する。この公報に開示の粉体溶融バーナー５は、図3に示すように、先端面の中央に開口した燃料供給孔５ａと、該燃料供給孔５ａの外側に開口したリング形状の１次酸素供給スリット５ｂと、該１次酸素供給スリット５ｂの外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔からなるダスト及び還元スラグ供給孔５ｄと、該ダスト及び還元スラグ供給孔５ｄの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔５ｅからなる２次酸素供給孔５ｆとを有している。
【０００３】
前述した従来技術に係る粉体溶融バーナー５は、図4に示すように、粉体溶融炉６に垂直に挿入され、そのバーナーヘッドから還元スラグ等の粉体、燃料および酸素が個別に炉中へ噴射される。炉中で点火された燃料は酸素支援下に燃焼して高温の火炎を形成し、前記粉体は該火炎中で溶融されて炉体６ａの底部に溶融スラグとして回収され、また無害化した２次ダストが炉外へ回収される。溶融スラグは、炉体６ａから取出されて冷却された後に、例えば路盤材等の用途に再利用される。
【特許文献１】特開２０００−１０３６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記粉体溶融バーナー５における炉中での火炎の挙動を観察すると、重油等の燃料はバーナーヘッドの中心から供給され、フレア状の火炎として形成される。また粉体は、燃料供給孔５ａの外側に環状に配列された複数の長孔５cから噴出し、前記フレア状に拡がった火炎中に供給されて溶融するに到る。
【０００５】
この場合に、火炎中に供給された粉体の大部分は前記の如く溶融して炉底へ落下回収されるが、供給された粉体の一部(５〜８％程度)は火炎の外へ逃げ出し、未溶融のまま排ガスに混在して炉外へ排出される(キャリーオーバー現象)。このキャリーオーバー現象は、粉体が溶融されることなく炉外逃出するという操業ロスを招くものであるから、その低減が望まれている。
【０００６】
更に、従来の粉体溶融バーナー５では、炉内へ投入した燃料当りの火炎長が長く、その火炎長が炉中に収まるように炉を高く設計する必要があり、設備コストが嵩む難点がある。また炉の高さが同じ場合は、火炎長が長くなると炉底の溶融物に当たった火炎が周囲の炉壁に達し、この高温火炎により炉壁耐火物の損耗を早める難点がある。
【０００７】
そこで発明者は、前記課題の解決策を求めて種々検討したところ、前述したキャリーオーバー現象は、バーナーヘッドの中心から噴出される燃料を取り囲む形で粉体が外方から供給されるので、火炎の比較的外側に供給された粉体の一部が、火炎流に伴われることなく外方へ弾き出されるため生ずることが確認された。従って、粉体を燃料の外側から供給する従来の方式に替えて、粉体をバーナーヘッドの中心から供給すると共に、燃料は該粉体の外側における複数個所から供給するようにすれば、火炎中から粉体が逃出する前記キャリーオーバー現象を大幅に抑制し得ることを突き止めた。
【０００８】
また火炎長が長くなるのは、燃料を１個所から供給していることが要因と思われるので、前記の如く発想を転換して粉体をバーナーヘッドの中心の１個所から供給し、燃料は該粉体を取り囲む複数の個所から供給するようにすれば、同じ量の燃料であっても分散状態で燃焼されるため、火炎全体の長さを小さくなし得ることが判った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を克服し、所期の目的を好適に達成するため本発明は、バーナーヘッドから粉体と燃料と酸素とを炉中へ個別に噴射し、前記燃料を酸素支援下に燃焼させた火炎中で前記粉体の溶融を行なう粉体溶融バーナーにおいて、
バーナーヘッドの中心に設けた単一の粉体噴射孔と、
前記粉体噴射孔を中心として半径方向に所要の中心角で配設した複数の燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔の夫々に同心的に設けた単一の１次酸素噴射孔と、
前記粉体噴射孔および燃料噴射孔の夫々を囲むよう所要間隔で多数配置され、全体として環状をなす複数の２次酸素噴射孔とから構成した
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
粉体をバーナーヘッドの中心から供給すると共に、燃料は該粉体の外側における複数個所から供給することで、炉中へ噴射供給された直後の粉体は周りを燃料で囲われた状態になっているから、火炎中からの粉体逃出が抑制され、操業ロスを低減させ得るものである。
【００１１】
また燃料は、バーナーヘッドの１個所から炉中へ噴射供給されるのでなく、複数個所から供給されて燃焼するため、個々の火炎の長さは必然的に短くなり、従って炉体の高さも小さく設計できて製造コストを抑えることができる。更に、同じ高さの炉を使用する場合は、火炎長が短くなるために該火炎が周囲炉壁に達することがなく、炉壁耐火物の損耗を軽減させ得る利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係る粉体溶融バーナーにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら説明する。なお実施例では、燃料として重油を、またバーナー本体やバーナーヘッドの冷却媒体としては水を、更に粉体としては電炉ダスト、還元スラグ、焼却灰等を想定しているが、本発明の範囲は、これ等に限定されないことは勿論である。
【００１３】
更に、本発明において使用する「粉体」という用語は、純然たる所謂パウダー状粉体に限るものでなく、粒状や顆粒状のもの、更にはチップ状の所謂細小片の集合からなる流動体までも含むものである。
【００１４】
図１は、実施例に係る粉体溶融バーナー１０を正面から見たバーナーヘッド３０を示し、また図２は、前記粉体溶融バーナー１０を軸方向に縦断した断面図である。粉体溶融バーナー１０は、全体として円筒状で所要長の筒体をなし、図4に関して述べた如く、炉体に垂直に挿入されて、そのバーナーヘッド３０を炉底に指向させている。
【００１５】
(バーナーヘッドの構成について)
バーナーヘッド３０は、その中心に所要径の粉体噴射孔１２を単体として開設しており、後述する粉体供給管２６を介して粉体が空気と共に圧送され炉中へ噴射供給される。この粉体噴射孔１２の孔径は、炉体の粉体溶融能力や容量に応じて、粉体を単位時間当りに最も効率良く供給でき得るよう寸法が設定される。また粉体噴射孔１２の内面には、粉体通過時の摺擦に起因する摩耗に耐え得るように、耐熱・耐摩耗性の薄層が被覆されている。
【００１６】
前記バーナーヘッド３０には、粉体噴射孔１２を中心として半径方向に１２０度の中心角で３つの燃料噴射孔１４が設けられ、この燃料噴射孔１４は後述する燃料ノズル４０および燃料供給管３６を介して重油を圧力下に炉中へ噴射供給する。本実施例では、粉体噴射孔１２を中心として１２０度の等角度で３つ設けられているが、その配設数や配設角度は設計事項であって、実際の設計に応じて適宜のものが採用される。また粉体噴射孔１２に対する個々の燃料噴射孔１４の離間距離も純然たる設計事項であり、具体的な設計段階で適宜の値が選択される。
【００１７】
またバーナーヘッド３０における前記燃料噴射孔１４の外周には、１次酸素を噴射供給する単一の１次酸素噴射孔１６が対応的に設けられる。この１次酸素噴射孔１６へは、後述する１次酸素ノズル３８および１次酸素供給管２８を介して１次酸素が燃焼支援ガスとして圧力下に供給される。
【００１８】
更にバーナーヘッド３０における粉体噴射孔１２および燃料噴射孔１４の夫々を取り囲むように、多数の通孔が所要間隔で開設され、これら通孔は粉体噴射孔１２および燃料噴射孔１４の夫々に関して、全体として環状の２次酸素噴射孔１８を構成している。この２次酸素噴射孔１８は、後述の如く、２次酸素供給管３２を介して２次酸素が燃焼支援ガスとして供給される。
【００１９】
(バーナーの全体構成について)
図２において、粉体溶融バーナー１０は長尺で中空円筒状をなすバーナー本体２４を基本とし、前記バーナーヘッド３０は該バーナー本体２４の一方の端面部をなしている。バーナー本体２４の円筒体内部には、該バーナー本体２４より小径の円筒体をなす２次酸素供給管３２が同心的に内挿されて軸方向に延在し、バーナーヘッド側の一端部は後述の如く２次酸素噴射孔１８に接続し、また他端部は図示しない２次酸素圧送源に接続している。
【００２０】
バーナー本体２４と２次酸素供給管３２との間には、筒状隔壁３４がスペーサ４８を介して介挿支持されて冷却ジャケット２２を構成し、この冷却ジャケット２２に液状冷却媒体、例えば水が循環供給される。
【００２１】
図２において、バーナーヘッド３０の中央には円筒状の２次酸素供給ブロック４６が埋込まれ、この２次酸素供給ブロック４６の中心に前記粉体噴射孔１２が開設されている。また２次酸素供給ブロック４６には、粉体噴射孔１２を中心として半径方向かつ周方向に多数の２次酸素噴射孔１８が所定間隔で穿設され、これら２次酸素噴射孔１８は全体として粉体噴射孔１２を取り巻く環状列を形成している。粉体噴射孔１２の後方は、バーナー本体２４の内部を軸方向に延在する粉体供給管２６に連通接続され、この粉体供給管２６は図示しない粉体圧送源に接続している。
【００２２】
前記２次酸素供給ブロック４６に環状列として多数穿設した２次酸素噴射孔１８は、前記２次酸素供給管３２にバーナー本体２４の内部で連通しているので、該２次酸素噴射孔１８からは、粉体噴射孔１２より供給される粉体を取り囲む形で２次酸素が供給される。
【００２３】
(燃料噴射部について)
バーナーヘッド３０において、粉体噴射孔１２を中心として１２０度の中心角で設けた３つの燃料噴射孔１４の夫々は、図２に示す燃料ノズル４０の先端に穿設されている。またバーナーヘッド３０において、燃料ノズル４０と同心をなす外周部には、中空円筒状の１次酸素ノズル３８の先端が臨んでいる。すなわち図２に示すように、２次酸素供給管３２の内部には、前記粉体供給管２６を中心として１２０度の中心角で、３本の１次酸素供給管２８が軸方向へ夫々延在している。
【００２４】
この１次酸素供給管２８は、その前方端が前記１次酸素ノズル３８に接続して、前記燃料ノズル４０の外周から１次酸素を支燃ガスとして供給すると共に、他方端は図示しない１次酸素圧送源に接続している。更に、前記１次酸素供給管２８の内部には、燃料供給管３６が同軸的に内挿されて延在し、その前端部は前記燃料ノズル４０に接続すると共に、後端部は図示しない燃料(重油)圧送源に接続している。
【００２５】
また図１に示すように、バーナーヘッド３０には、３つの燃料噴射孔１４および１次酸素噴射孔１６の夫々について、これを取り囲むように多数の２次酸素噴射孔１８が穿設され、全体として環状列をなしている。これらの２次酸素噴射孔１８は、図２に示す如く、バーナーヘッド３０の裏側において前記２次酸素供給管３２に開口しているので、これら２次酸素噴射孔３２からも２次酸素が、前記燃料噴射孔１４より噴射される重油および１次酸素噴射孔１６より噴射される１次酸素を更に取り囲む形で噴射される。
【００２６】
(冷却チャンバーについて)
図２に示すように、バーナーヘッド３０の裏側でかつ前記複数の燃料噴射孔１４を設けた領域には、区画板４２が設けられて、内部に冷却チャンバー２０を画成している。この区画板４２の中心には、冷却水の流通孔４４が開設されて、前記冷却ジャケット２２からの冷却水が、該流通孔４４を介して冷却チャンバー２０に循環供給され、これによりバーナー１０の外筒部位だけでなく、バーナーヘッド３０の平面部３１を積極的に冷却し得る利点がある。
【００２７】
すなわちバーナーヘッド３０における前記粉体噴射孔１２、燃料噴射孔１４、１次酸素噴射孔１６および２次酸素噴射孔１８の周囲は、これらの孔を高速で流れる空気や酸素が冷却媒体(空冷)となって適切な冷却が行われる。しかるに、これらの孔から離れたバーナーヘッド３０の平面部３１の領域には、前記空冷による効果が及ばないため、水による冷却がなされない限り極めて高温となり、熱膨張や熱応力の増大を招き、多くの場合にこの部位を起点としてバーナー焼損に到ってしまう。従って、前記の如くバーナーヘッド３０の平面部３１を積極的に水循環により冷却することは、バーナー焼損を未然に防ぐと共に、バーナー寿命を著しく向上させ得るものである。
【００２８】
実施例に係る粉体溶融バーナー１０によれば、粉体はバーナーヘッド３０の中心に開孔する粉体噴射孔１２から噴射され、該バーナーヘッド３０の粉体噴射孔１２を中心として半径方向外方に位置する３つの燃料噴射孔１４からは重油が夫々噴射供給される。また燃料噴射孔１４と同心的に設けた１次酸素噴射孔１６から１次酸素も噴射供給される。この場合には、粉体噴射孔１２から噴出される粉体の周りを３本の重油の噴出流の束が囲むと共に、該粉体の周りおよび重油の周りを２次酸素噴射孔１８から噴射された２次酸素が囲んでいる。
【００２９】
このため重油に点火すると、１次酸素および２次酸素により支燃された高温の火炎の中心部分に粉体が封じ込められた形になるので、該粉体が火炎から外方へ飛び出すキャリーオーバー現象を著しく低減させることが出来る。またバーナーヘッド３０の裏側は冷却チャンバー２０を通過する液体により冷却されるので、結果としてバーナー外筒部分だけでなく該バーナーヘッド３０の平面部３１も冷却されることになり、従って粉体溶融バーナー１０の耐久寿命を長くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好適な実施例に係る粉体溶融バーナーであって、そのバーナーヘッドの正面図である。
【図２】図１に係る粉体溶融バーナーの縦断面図である。。
【図３】従来技術に係る粉体溶融バーナーにおいて、そのバーナーヘッドの正面図である。
【図４】粉体溶融バーナーを溶融炉に使用した際の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  粉体溶融バーナー
１２  粉体噴射孔
１４  燃料噴射孔
１６  １次酸素噴射孔
１８  ２次酸素噴射孔
２０  冷却チャンバー
２２  冷却ジャケット
２４  バーナー本体
２６  粉体供給管
２８  １次酸素供給管
３０  バーナーヘッド
３１  平面部(バーナーヘッドの)
３２  ２次酸素供給管
３４  筒状隔壁
３６  燃料供給管
３８  １次酸素ノズル
４０  燃料ノズル
４２  区画板
４４  流通孔
４６  ２次酸素供給ブロック
４８  スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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