(57)【要約】【課題】突沸の発生を抑制する。【解決手段】燃焼炉１００から排出された排出物Ｄを冷却する冷却装置１０において、冷却水１１を蓄えた冷却槽１２を備え、冷却槽１２内の冷却水１１の水面に、排出物Ｄに対する緩衝部３０を設けた。この緩衝部３０は、冷却水１１の水面に向かって落下する排出物Ｄを一旦受け止めてから通過を許容する構造とする。特に、回転体形状の浮遊物３１の集合で構成してもよい。  緩衝部３０により、高温の排出物Ｄが直接的に冷却水１１の水面に落下することが回避されるので、突沸の発生を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉から排出された排出物を冷却する冷却装置において、
冷却水を蓄えた冷却槽を備え、
前記冷却槽内の冷却水の水面に、前記排出物に対する緩衝部を設けた冷却装置。
【請求項２】
前記緩衝部は、前記冷却水の水面に向かって落下する前記排出物を一旦受け止めてから通過を許容する構造である請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記緩衝部は、回転体形状の浮遊物の集合からなる請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記緩衝部は、前記冷却水に浮遊した状態で転動可能な浮遊物の集合からなる請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記緩衝部は水面を被覆するように敷設されている請求項２から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼炉からの排出物を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉、溶融炉、ボイラ等のような燃焼室を有する燃焼炉からは、燃焼により微細なダストが発生する。
これらの燃焼炉には、水が張られた冷却槽を有する水封式コンベアからなる冷却装置が接続されている。そして、この冷却装置の冷却槽にダストを落として冷却しながら排出が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダストは微細な状態で冷却槽内の水面に落下した場合には、問題なく冷却されて排出される。しかしながら、燃焼の過程で熱化学的にバインダーとなる物質が生じて、ダスト同士が付着してある程度の塊となる場合がある。このような塊の状態でダストが冷却槽の水面に落下し、水中で分解すると、分解されたダストから瞬時にエネルギーが放出され、突沸現象が生じる場合があった。
【０００５】
本発明は、水面に落下するダストによる突沸現象を抑制することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷却装置は、
燃焼炉から排出された排出物を冷却する冷却装置において、
冷却水を蓄えた冷却槽を備え、
前記冷却槽内の冷却水の水面に、前記排出物に対する緩衝部を設ける構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃焼炉から排出された高温の排出物が緩衝部に受け止められ、直接的に冷却槽内の冷却水の水面に落下することを抑制できる。これによって、排出物が一旦冷却されてから冷却水に入るので、突沸の発生を抑制する、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却装置を示す概略断面図である。
【図２】図２（Ａ）は緩衝部の斜視図、図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）は緩衝部を構成する浮遊物としての浮体の例を示す図である。
【図３】緩衝部を構成する浮遊物としての浮体の例を示す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、緩衝部が設けられた冷却槽の冷却水の水面にダストが降下した場合の状態説明図である。
【図５】燃焼炉の他の例(1)を示す概略断面図である。
【図６】燃焼炉の他の例(2)を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
［発明の実施形態の概要］
図１は本発明の実施形態に係る冷却装置１０を示す概略断面図である。
図示のように、冷却装置１０は燃焼炉１００に接続されている。この冷却装置１０は、燃焼炉１００から排出された排出物としてのダストＤを外部の回収先に向かって搬送するために冷却する構成となっている。搬送するための構成としては、乾式または、湿式コンベア等が挙げられる。
【００１１】
一方、燃焼炉１００は、焼却炉、溶融炉、ボイラ等の用途で使用され、内部で被処理物を燃焼させるためのものである。
ここでは、燃焼炉として、ロータリーキルン型のものを例示する。ロータリーキルン型の燃焼炉は、周知であることから、ここでは簡単にその構造を説明する。
燃焼炉１００は、キルン本体１０１、フロントウォール１０２、投入部１０３、煙道１０４を主に備えている。
【００１２】
キルン本体１０１は、円筒状であって、その内部で被処理物を燃焼させる。
フロントウォール１０２は、煙道１０４と共にキルン本体１０１を回転可能に支持する。
投入部１０３は、フロントウォール１０２に設けられ、キルン本体１０１の一端部側から被処理物を投入する。
煙道１０４は、縦型筒状体であり、キルン本体１０１の他端部が挿入されている。また、煙道１０４は、キルン本体１０１内で発生した煙を外部に排出する機能を有している。
この煙道１０４は、上端部からは排気が行われ、下端部には冷却装置１０が装備されている。
キルン本体１０１は、煙道１０４側に下降する方向に傾斜しており、被処理物の燃焼によって生じたダストＤは、キルン本体１０１の傾斜に従って移動し、徐々に煙道１０４内に落下するようになっている。
また、一部のダストＤは、燃焼によって生じたバインダー物質により塊の状態となって落下したり、煙道１０４の内部壁面に付着した状態から塊の上体で落下したりする。
【００１３】
［冷却装置の概略構成］
図１に示すように、冷却装置１０は、冷却水１１を貯留する冷却槽１２と、冷却槽１２内に配設されたコンベア機構２０と、冷却槽１２内の冷却水１１の水面に設けられた、ダストＤに対する緩衝部３０とを備えている。
【００１４】
冷却槽１２は、ダストＤの搬送方向に長く延びている。そして、冷却槽１２の搬送方向下流側の端部は、全体的に上り勾配が形成されており、冷却水の水面より高くなったところにダストＤの排出口が形成されている。
冷却槽１２の内底部には、水没した状態で、当該冷却槽１２に沿ってコンベア機構２０が配設されている。
コンベア機構２０は、一対の無端状のチェーンと、チェーンの間に設けられた複数のスクレーパと、チェーンを支持する複数のローラとを備えている。
チェーンは、冷却槽１２に沿って排出口まで配設されており、ローラの回転駆動により、ダストの送り出す方向に沿って周回する。これにより、チェーンの間に設けられた複数のスクレーパは、冷却槽１２内において、冷却水１１に沈んだダストＤを掻き払って冷却水１１の外部の排出口まで運ぶ。さらに、当該排出口から冷却槽１２の外部に排出することができる。
【００１５】
前述した煙道１０４の下端部は、冷却槽１２内の冷却水１１の水面に没入している。これにより、煙道１０４内を落下するダストＤは全て冷却水１１の水面に向かい、直接、冷却装置１０の外部の外気に飛散しないようになっている。
また、冷却槽１２内の冷却水１１の水面における煙道１０４の下端部に囲繞された領域Ｓ内には、緩衝部３０が設けられている。
【００１６】
図２（Ａ）は緩衝部３０の斜視図、図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）は緩衝部３０を構成する浮遊物としての浮体の例を示している。
この緩衝部３０は、煙道１０４の下端部に囲繞された矩形の領域Ｓ内において、冷却水１１の水面全体を被覆するように設けられている。なお、ダストが通過する領域Ｓの形状は矩形に限定されず、いかなる形状であっても良い。
即ち、緩衝部３０は、煙道１０４の下端部に囲繞された矩形の領域Ｓ内に敷き詰められた複数の浮体３１からなる。
【００１７】
浮体３１は、例えば、図２（Ｂ）に示すように、内部中空であって空気が封入された真球体である。浮体３１は、耐熱性を有する材料、例えば、金属やセラミック等から形成されている。
各浮体３１は、例えば、外径50〜200[mm]程度とした場合、その浮力により水面上に50〜150[mm]程度の層を形成する。浮体３１のサイズは、上記範囲より小さいと、ダストＤが隙間に入り込みにくくなり、その上面にダストＤが停滞しやすくなる。また、上記範囲より大きいと、隙間が大きくなって粒の大きなダストＤが通過するおそれがあり、突沸を抑える効果が低減する。上記範囲内であれば、適度にダストＤを受け止めて効果的に突沸を抑制することができる。なお、これらの数値範囲外であっても、ダストＤが冷却されてから水面に送る効果を得ることは可能であり、これらの数値は参考であって、これらの数値範囲に限定されるものではない。
各浮体３１は回転体形状である真球体であることから、矩形の領域Ｓ内の水面全体を被覆するのに十分な個数を冷却槽１２内に投入すると、転動しながら自然に整列し、矩形の領域Ｓ内に敷き詰めることができる。
また、浮体３１を真球体とすることにより、転動が生じ易く、複数の浮体３１が相互に転動することでダストＤを挟みながら細かく砕くことができるので、突沸の発生をより効果的に低減することが可能となる。
【００１８】
また、例えば、図２（Ｃ）に示す浮体３１Ａのように、内部中空であって空気が封入された長球体としても良い。長球体は楕円をその長軸回り回転させて得られる回転体形状である。この場合も浮体３１Ａは、金属やセラミック等の耐熱性材料から形成される。
この場合、各浮体３１Ａは、長軸回りの外径を50〜200[mm]程度とした場合、その浮力により水面上に50〜150[mm]程度の層を形成する。この数値範囲ついては図２（Ｂ）の場合と同様である。この場合も数値は参考であって、これらの数値範囲に限定されるものではない。
この浮体３１Ａも回転体形状であることから、十分な個数を冷却槽１２内に投入すると、転動しながら自然に整列し、矩形の領域Ｓ内に敷き詰めることができる。
なお、浮体の形状としては、楕円をその短軸回りに回転させて得られる回転体（球体を幾分偏平にした形状）としても良い。その場合も矩形の領域Ｓ内に容易に敷き詰めることができる。
また、浮体３１Ａを長球体とした場合も転動が生じ易く、複数の浮体３１Ａが相互に転動することでダストＤを挟みながら細かく砕くことができるので、突沸の発生をより効果的に低減することが可能となる。
【００１９】
また、例えば、図２（Ｄ）に示す浮体３１Ｂのように、内部中空であって空気が封入された略球体状多面体としても良い。この場合も浮体３１Ｂは、金属やセラミック等の耐熱性材料から形成される。
この場合、各浮体３１Ｂも外径を50〜200[mm]程度とした場合、その浮力により水面上に50〜150[mm]程度の層を形成する。この数値範囲ついては図２（Ｂ）の場合と同様である。この場合も数値は参考であって、これらの数値範囲に限定されるものではない。
この浮体３１Ｂも回転体形状に準ずる転動可能な形状であることから、十分な個数を冷却槽１２内に投入すると、転動しながら自然に整列し、矩形の領域Ｓ内に敷き詰めることができる。
また、浮体３１Ｂを回転体形状に準ずる多面体状とした場合もある程度の転動は生じ易く、細かい平面で構成されることにより、ダストＤが滑り落ちにくくなり、冷却するのに適度な時間だけダストＤを浮体３１上に停滞させることが可能となる。
【００２０】
また、例えば、図３に示す浮体３１Ｃのように、内部中空であって空気が封入された断面真円状の丸棒としても良い。丸棒は回転体形状である。この場合も浮体３１Ｃは、金属やセラミック等の耐熱性材料から形成される。
この場合、各浮体３１Ｃは、外径を50〜200[mm]程度とした場合、その浮力により水面上に50〜150[mm]程度の層を形成する。この数値範囲ついては図２（Ｂ）の場合と同様である。この場合も数値は参考であって、これらの数値範囲に限定されるものではない。
この浮体３１Ｃも回転体形状であることから、向きを揃えて十分な個数を冷却槽１２内に投入すると、転動しながら自然に整列し、矩形の領域Ｓ内に敷き詰めることができる。
また、浮体３１Ｃを丸棒とした場合も転動が生じ易く、複数の浮体３１Ｃが相互に転動することでダストＤを挟みながら細かく砕くことができるので、突沸の発生をより効果的に低減することが可能となる。また、浮体３１Ｃの必要となる個体数を低減することが可能となる。
【００２１】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、緩衝部３０が設けられた冷却槽１２の冷却水１１の水面にダストＤが降下した場合の状態説明図である。
図４（Ａ）に示すように、敷き詰められた浮体３１からなる緩衝部３０の上からダストＤが降下してきた場合、水面上の各浮体３１の上側で受け止められた状態となり、直接的に冷却水１１の水面には落下しない。
このとき、ダストＤは、浮体３１の上部に受け止められ、ある程度の時間が経過してから最終的に冷却水の水面に到達する。一方、浮体３１は冷却水に浮いているので、伝熱性により冷却水の沸点温度近くまで冷却されている。例えば、冷却水が通常の水である場合には100℃近くに維持されている。従って、浮体３１に受け止められたダストＤは、浮体３１上に滞留している間に当該浮体３１に熱を奪われて冷却される。
そして、各浮体３１の上側にダストＤが溜まってくると、それぞれの浮体３１は水面上に容易に浮遊することができるので、これにより、ダストＤが溜まっている部分はその重量によって浮体３１間の隙間を押し広げ、そこを通過してダストＤが冷却水の水面に到達し、水没する。これが領域Ｓ内でダストＤが堆積した随所で生じ、ダストＤは時間をかけて冷却されながら少しずつ冷却水に到達して、さらに、冷却水の沸点温度まで冷却されることとなる。
また、浮体３１は、回転を生じ易い形状であることから、ダストＤの溜まり具合に不均衡があるところには浮体３１の回転が発生する。その結果、その上に滞留していたダストＤは、浮体３１と浮体３１の間に巻き込まれ、バインダー等の存在により塊を生じていた場合に、隙間に押しつぶされ、細かく破砕されてから冷却水１１に落下する。
このように緩衝部３０は複数の浮体３１で構成されていることから、ダストＤは、その上に滞留し、時間をかけて隙間を通過して冷却水に到達することで十分に冷却される。また、各浮体３１の回転によりダストＤは、細かく押しつぶされてから冷却水に到達するので、塊が生じても、細かくされることで浮体３１へ効率的に熱が伝わり、効果的に冷却される。従って、ダストＤは、緩衝部３０により、突沸の要因となる高温状態、塊状態等が除去され、より効果的に突沸の発生を抑制することが可能となる。
図４の例では、浮体３１を例示したが、他の浮体３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの場合も同様である。即ち、他の浮体３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの場合も、ダストＤを受け止めて時間をかけて冷却水１１側に移動させる点、及び、回転を生じてダストＤの微量の移動と破砕とを促す点は同様である。
【００２２】
このように、冷却装置１０は、冷却槽１２内の冷却水１１の水面に、ダストＤに対する緩衝部３０を設けているので、ダストＤの冷却水１１内への直接落下を抑制することができ、突沸の発生を抑制することができる。
特に、緩衝部３０は、冷却水１１の水面に向かって落下するダストＤを一旦受け止めてから通過を許容する構造である。このため、ダストＤは、浮体３１の上に受け止められることで一旦冷却され、その状態から隙間を通って冷却水に到るので、ダストＤは少しずつ冷却水に水没することになり、突沸の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
また、緩衝部３０の浮体３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、回転体形状又は回転体形状に準ずる転動可能な形状である。このため、回転しながらダストＤを少しずつ冷却水１１に送り込むので、この点からも、突沸の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００２３】
また、緩衝部３０は、ダストＤが落下する範囲である矩形の領域Ｓ内において、冷却水１１の水面を被覆するように敷設されている。仮に、緩衝部３０がなかった場合には、炉内からの輻射熱伝導率が大きくなり、大きな熱損失が発生する。
しかしながら、緩衝部３０が冷却水１１の水面を被覆しているので断熱層として働き、炉内からの輻射熱伝導を低減するので、熱損失を低減することが可能となる。
【００２４】
［燃焼炉の他の例(1)］
図１の実施形態ではロータリーキルン型の燃焼炉１００に冷却装置１０を接続した例を示したが、燃焼の結果として排出物が発生するあらゆる燃焼炉に冷却装置１０を接続することが可能である。
例えば、図５に示すように、ストーカ型の燃焼炉２００に冷却装置１０を接続しても良い。
この燃焼炉２００は、投入部２０１、炉本体２０２、ストーカ２０３、煙道２０４、排出部２０５を備えている。
投入部２０１は、炉本体２０２に被処理物を供給し、炉本体２０２では、供給された被処理物を燃焼させる。
ストーカ２０３は、前後に移動し、被処理物やダストＤを下流側に送る。
煙道２０４は、炉本体２０２内で発生した煙を外部に排出する機能を有している。
排出部２０５は煙道２０４の下端部に設けられ、排出部２０５の下端部には冷却装置１０が装備されている。
【００２５】
この燃焼炉２００において、被処理物の燃焼時には、燃焼によって生じたダストＤは、ストーカ２０３によって下流側に送られ、排出部２０５に到達すると、冷却装置１０の冷却槽１２に落下する。
落下したダストＤは、冷却装置１０の緩衝部３０に受け止められ、少しずつ冷却水１１に水没するので、突沸の発生を抑制することができる。
また、緩衝部３０が炉内からの輻射熱伝導を低減するので、熱損失を低減することが可能となる。
【００２６】
［燃焼炉の他の例(2)］
また、図６に示すように、微粉炭ボイラとしての燃焼炉３００に冷却装置１０を接続しても良い。
この燃焼炉３００は、炉本体３０１、バーナーユニット３０２、煙道３０３、排出部３０４を備えている。
バーナーユニット３０２は、炉本体３０１内に被処理物としての微粉炭を噴霧すると共に燃焼させる。
煙道３０３は、炉本体３０１内で発生した煙を外部に排出する機能を有している。
排出部３０４は炉本体３０１の下端部に設けられ、排出部３０４の下端部には冷却装置１０が装備されている。
【００２７】
この燃焼炉３００において、微粉炭の燃焼時には、燃焼によって生じたダストＤは、炉本体３０１から下方に移動し、排出部３０４から冷却装置１０の冷却槽１２に落下する。
この場合も、落下したダストＤは、冷却装置１０の緩衝部３０に受け止められ、少しずつ冷却水１１に水没するので、突沸の発生を抑制することができる。
また、緩衝部３０が炉内からの輻射熱伝導を低減するので、熱損失を低減することが可能となる。
【００２８】
このように、燃焼の結果として排出物が発生するあらゆる燃焼炉について、突沸の発生を抑えつつ排出物を冷却することができる。また、熱損失を低減することができる。
【００２９】
［その他］
なお、緩衝部３０として、均一なサイズの複数の浮体３１〜３１Ｃで構成される場合を例示したが、浮体３１〜３１Ｃとしては、大小のサイズのものを混在させてもよい。
また、浮体は、少なくとも冷却水の水面に浮くことが可能であれば、前述した浮体３１〜３１Ｃの形状に限られず、また、回転体にも限られず、多種多様な形状とすることが可能である。また、異なる形状の浮体を混合させて使用しても良い。
【００３０】
また、緩衝部３０として、複数の浮体３１〜３１Ｃで構成される場合を例示したが、浮遊物に限らず、冷却槽１２の冷却水１１の水面に向かう排出物を一旦受け止めることが可能な他の構造を採用しても良い。また、その構造は、排出物を少しずつ冷却槽１２側に通過させることを許容する構造であればより良い。
例えば、緩衝部として、冷却槽１２の冷却水１１の水面の真上に設けられたメッシュ等であっても良い。さらに、冷却水１１の水面の真上であって、排出物の自重や外部の駆動源、冷却水の蒸気によって回転或いは回動して通過を許容する部材を冷却槽１２に設けてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では冷却装置１０がコンベア機構２０を有する場合を例示したが、冷却装置は少なくともダストＤを冷却する機能を有していれば良く、コンベア機構２０は必須の構成ではない。
また、上記実施形態では、排出物としてダストＤを例示したが、燃焼によって排出されるあらゆる排出物を冷却の対象とすることができ、ダストＤに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１０  冷却装置
１１  冷却水
１２  冷却槽
２０  コンベア機構
３０  緩衝部
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ  浮体（浮遊物）
１００，２００，３００  燃焼炉
Ｄ  ダスト（排出物）
Ｓ  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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