(57)【要約】【課題】平均粒径が比較的大きな可燃粉体でも良好に燃焼させることを可能とする粉体燃焼用バーナを提供することを主目的とするものである。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、多重管構造であり、旋回発生手段を有するバーナ本体と、可燃粉体をガス化する副燃焼室とを有する粉体燃焼用バーナにおいて、上記副燃焼室は、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端と火炉側開口端とを有するケーシングにより画定されており、上記バーナ本体側開口端には、上記バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が略平行となるように、上記バーナ本体が接続されており、上記副燃焼室の内周面は、上記バーナ本体のバーナ噴出口に接続され、可燃粉体の進行方向に向かって除々に広がる拡径部と、上記拡径部の火炉側開口端側に位置し、拡径部の最大開口よりも火炉側開口が狭い縮径部とにより形成されていることを特徴とする粉体燃焼用バーナを提供する。【選択図】　図１
2004100967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部と、前記中心部外周に形成されたガス燃料用または液体燃料用の第１流路と、前記第１流路外周に形成された気体により搬送される可燃粉体用の第２流路と、前記第２流路外周に形成された燃焼用空気用の第３流路とからなる多重管構造を有し、前記第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つに流路内を流れる流体に対して旋回を与える旋回発生手段を有するバーナ本体と、前記可燃粉体をガス化する副燃焼室とを有する粉体燃焼用バーナにおいて、
前記副燃焼室は、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端と火炉側開口端とを有するケーシングにより画定されており、前記バーナ本体側開口端には、前記バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が略平行となるように、前記バーナ本体が接続されており、
前記副燃焼室の内周面は、前記バーナ本体のバーナ噴出口に接続され、可燃粉体の進行方向に向かって除々に広がる拡径部と、前記拡径部の火炉側開口端側に位置し、拡径部の最大開口に対して、火炉側開口が狭い縮径部とにより形成されていることを特徴とする粉体燃焼用バーナ。
【請求項２】
前記拡径部は、前記バーナ本体のバーナ噴出口に接続される部分の広がりが、６０°〜１２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項３】
前記縮径部は、前記拡径部の最大開口よりも開口が狭い絞り部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項４】
前記絞り部における開口部の形状は円形状であり、かつ前記開口部の最大内径をｄとし、前記副燃焼室の内周面における最大内径をＤとし、前記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとすると、ｄ／Ｄが１／２以下であり、かつｄ／Ｂが１．０以上であることを特徴とする請求項３に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項５】
前記副燃焼室の内周面の横断面形状は円形状であり、かつ前記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとし、前記副燃焼室の内周面における最大内径をＤとすると、Ｄ／Ｂが４．０以上であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項６】
前記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとし、前記副燃焼室内の内長をＬとすると、Ｌ／Ｂが５．０以上であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項７】
前記副燃焼室は、副燃焼室の内周面に沿った周方向に燃焼用空気を噴出し供給する空気供給手段を有していることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項８】
前記可燃粉体としてプラスチックを含む可燃粉体を用いることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナ。
【請求項９】
前記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナを用い、可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法において、バーナ本体の少なくとも一つの流路内を流れる流体の旋回強度を示すスワール数が０．６以上であり、前記可燃粉体がプラスチックを含む可燃粉体であることを特徴とする粉体燃焼方法。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナと、火炉本体とを有することを特徴とする焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃粉体、特に廃プラスチックの粗粒の粉末を燃焼するのに好適な粉体燃焼用バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物あるいは一般廃棄物として廃棄される廃プラスチックが増加の一途をたどっている。一方、地球規模での環境保全の大きなテーマとして、炭酸ガス削減への要求が高まっており、廃プラスチックを従来の単純焼却や埋め立てで処理するのではなく、素材あるいは熱源としてリサイクルすることに取り組むケースが増えている。
【０００３】
例えば、廃プラスチックを粒径１０μｍ程度以下の微粉末に粉砕して燃料として用いると、既存の炉を用いた場合でも、化石燃料を当該廃プラスチック粉微末で略１００％置換することが可能である。廃プラスチックを化石燃料の代替として使用することによって、実質的に大きな省エネルギー効果が得られる。このため、多くの工業炉で廃プラスチックのサーマル・リサイクルの実用化、あるいは実用化研究がなされ、廃プラスチックを効率的に燃焼させるための燃焼装置または燃焼方法が種々提案されている。
【０００４】
例えば特開平８−５０１５号公報には、バーナ本体のプラスチック粒子流出口に金網を設け、金網末端までにガス化を完結しない廃プラスチック粒子はこの金網で捕捉されガス化を行うこと、また、火炉本体内にも金網を設け、火炉本体内に浮遊するガス化が完結していない廃プラスチック粒子を捕捉し、さらに、溶融、ガス化する方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、金網で捕捉された廃プラスチック粒子が溶融ガス化するために必要な熱を供給しつづけることが困難であり、また、廃プラスチック粒子を火炉内に噴出する粉体ノズルにおいて、粉体ノズルの噴出口の前方に設けられた重油着火領域で廃プラスチック粒子が軟化、溶融、凝集することによりガス化が妨げられるといった問題があった。
【０００６】
特開平８−１３５９４２号公報では、特徴があるルーバ板を火炉出口に設け、ガス化が完結していない廃プラスチック粒子を捕捉し、溶融、ガス化を図ることにより煙道の保護を目的とした方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、ガス化が完結していない廃プラスチック粒子が火炉内のボイラーチューブ上に落下し灰分が残ること、また、ルーバ板により捕捉された未燃焼の廃プラスチック粒子が火炉出口付近で燃焼した際に、発生する熱が煙道へ流れ、火炉内で有効に熱が利用されないといった問題があった。
【０００８】
特開平１０−１８５１１５号公報には、廃プラスチックを産業廃棄物焼却炉内で燃焼させるための粉体燃焼用バーナが記載されている。このバーナは、ほぼ円筒状の本体と、廃プラスチック分と一次空気とを混合して本体内の円筒軸方向に直線的に噴射する噴射ノズルと、廃プラスチック分に着火するための着荷バーナとを備えている。
【０００９】
しかしながら、この粉体燃焼用バーナは、廃プラスチック分を本体内で十分には燃焼させずに産業廃棄物焼却炉内に噴射するものであるので、焼却炉内を傷め易く、産業廃棄物焼却炉以外の焼却炉には適用し難いという問題があった。
【００１０】
特開平１０−１８５１６２号公報には、金属被覆チップから分離した廃プラスチックを特定構造の粉体バーナを用いて処理する方法が記載されている。この方法で使用される粉体バーナは、ほぼ円筒状の粉体バーナ本体と、廃プラスチック分と一次空気との混合体が粉体バーナ本体内で旋回するようにして当該混合体を産業廃棄物焼却炉側へ噴射する粉体噴射手段とを有しており、炉内側に向かって下がるように傾斜して設けられる。
【００１１】
しかしながら、上記の粉体バーナによって廃プラスチックを完全にガス化するためには、上記の粉体バーナ本体を長尺化するか、粉体バーナ本体内の温度を高温にする必要があり、小型化が困難であるといった問題や、高価な耐火材を用いて粉体バーナ本体を作製しなければならないといった問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、平均粒径が比較的大きな可燃粉体でも良好に燃焼させることを可能とする粉体燃焼用バーナを提供することを主目的とするものである。
【００１３】
【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、請求項１に記載するように、中心部と、前記中心部外周に形成されたガス燃料用または液体燃料用の第１流路と、前記第１流路外周に形成された気体により搬送される可燃粉体用の第２流路と、前記第２流路外周に形成された燃焼用空気用の第３流路とからなる多重管構造を有し、前記第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つに流路内を流れる流体に対して旋回を与える旋回発生手段を有するバーナ本体と、前記可燃粉体をガス化する副燃焼室とを有する粉体燃焼用バーナにおいて、
前記副燃焼室は、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端と火炉側開口端とを有するケーシングにより画定されており、前記バーナ本体側開口端には、前記バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が略平行となるように、前記バーナ本体が接続されており、
前記副燃焼室の内周面は、前記バーナ本体のバーナ噴出口に接続され、可燃粉体の進行方向に向かって除々に広がる拡径部と、前記拡径部の火炉側開口端側に位置し、拡径部の最大開口に対して、火炉側開口が狭い縮径部とにより形成されていることを特徴とする粉体燃焼用バーナを提供する。
【００１４】
本発明においては、上述したような多重管構造であり、かつ旋回発生手段を有するバーナ本体とすることにより、副燃焼室内に噴出される可燃粉体に旋回を付与することができる。さらに、副燃焼室内においては、バーナ噴出口と接合されて拡径部が設けられていることから、バーナー本体から流入した可燃粉体は、拡径部の内周面に沿って旋回するため、副燃焼室内における滞留時間を長くすることができる。従って、比較的大きな平均粒径を有する可燃粉体であっても十分な滞留時間を容易に確保することができるのである。また、拡径部の火炉側開口端側には、縮径部が形成されているため、内部温度が上昇し、ガス化がより一層促進されるのである。
【００１５】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、上記拡径部は、上記バーナ本体のバーナ噴出口に接続される部分の広がりが、６０°〜１２０°の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、バーナー本体から旋回流状に噴出された可燃粉体が拡径部の内周面に衝突し、反射することにより、旋回に沿わず、未ガス化状態のまま火炉本体へ流入することを防止することができるからである。
【００１６】
上記請求項１または請求項２に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記縮径部は、上記拡径部の最大開口よりも開口が狭い絞り部であることが好ましい。絞り部の段差により、未ガス化可燃粉体が捕捉されるため、このような未ガス化可燃粉体が火炉本体へ流入することが防止され、副燃焼室内で可燃粉体のガス化を完了させることができるからである。
【００１７】
上記請求項３に記載された発明においては、請求項４に記載するように、上記絞り部における開口部の形状は円形状であり、かつ上記開口部の最大内径をｄとし、上記副燃焼室の内周面における最大内径をＤとし、上記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとすると、ｄ／Ｄが１／２以下であり、かつｄ／Ｂが１．０以上であることが好ましい。上記範囲よりも絞り部の最小内径を小さくすると、副燃焼室内の内圧が上昇し、また、バーナ本体から可燃粉体等を流入する際の供給圧が上昇するからである。
【００１８】
上記請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項５に記載するように、上記副燃焼室の内周面の断面形状は円形状であり、かつ上記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとし、上記副燃焼室の内周面における最大内径をＤとすると、Ｄ／Ｂが４．０以上であることが好ましい。上記範囲よりも低くすると、バーナ噴出口付近で可燃粉体が溶融、凝集し、可燃粉体の粒径が増大するため置換率が増加しないからである。
【００１９】
上記請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項６に記載するように、上記バーナ本体のバーナ噴出口における内径をＢとし、上記副燃焼室内の内長をＬとすると、Ｌ／Ｂが５．０以上であることが好ましい。上記範囲よりも低くすると、副燃焼室内における可燃粉体の滞留時間が短くなるため、縮径部が絞り部である場合には、絞り部により捕捉される未ガス化状態の可燃粉体の数よりも、未ガス化状態のまま火炉本体へ流入する可燃粉体が増加するからである。
【００２０】
上記請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項７に記載するように、上記副燃焼室は、副燃焼室の内周面に沿った周方向に燃焼用空気を噴出し供給する空気供給手段を有していることが好ましい。燃焼用空気を供給することにより、燃焼効率が向上し、さらに、上記方向から供給することにより、副燃焼室内での可燃粉体の旋回強度が低下することがなく、滞留時間の増加およびガス化の促進が図れるからである。
【００２１】
上記請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項８に記載するように、上記可燃粉体としてプラスチックを含む可燃粉体を用いることが好ましい。可燃粉体として廃プラスチックを用いることにより、本発明の粉体燃焼用バーナの利点を最大限に活かすことができるからである。
【００２２】
本発明においてはまた、請求項９に記載するように、上記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナを用い、可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法において、バーナ本体の少なくとも一つの流路内を流れる流体の旋回強度を示すスワール数が０．６以上であり、上記可燃粉体がプラスチックを含む可燃粉体であることを特徴とする粉体燃焼方法を提供する。この方法により可燃粉体を燃焼させることにより、当該可燃粉体を良好に燃焼させることが可能となり、可燃粉体を化石燃料の代替燃料として利用することが容易になる。
【００２３】
さらに本発明においては、請求項１０に記載するように、上記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼用バーナと、火炉本体とを有すること特徴とする焼却炉を提供する。このような粉体燃焼用焼却炉とすることにより、燃焼されていない可燃粉体や灰分体積が少なくなり、火炉本体内で可燃粉体の燃焼を完結することができるため、可燃粉体を化石燃料の代替燃料として利用することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の粉体燃焼用バーナ、およびそれを用いた粉体燃焼方法、さらに、それを有する焼却炉について詳細に説明する。まず、本発明の粉体燃焼用バーナについて説明する。なお、以下の説明では、第１流路をガス燃料用として説明するが、本発明はこれに限定されず、第１流路が液体燃料用の場合も含むものである。
【００２５】
Ａ．粉体燃焼用バーナ
本発明の粉体燃焼用バーナは、中心部と、前記中心部外周に形成された燃料ガス用の第１流路と、前記第１流路外周に形成された気体により搬送される可燃粉体用の第２流路と、前記第２流路外周に形成された燃焼用空気用の第３流路とからなる多重管構造を有し、前記第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つに流路内を流れる流体に対して旋回を与える旋回発生手段を有するバーナ本体と、前記可燃粉体をガス化する副燃焼室とを有する粉体燃焼用バーナにおいて、前記副燃焼室は、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端と火炉側開口端とを有するケーシングにより画定されており、前記バーナ本体側開口端には、前記バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が略平行となるように、前記バーナ本体が接続されており、前記副燃焼室の内周面は、前記バーナ本体のバーナ噴出口に接続され、可燃粉体の進行方向に向かって除々に広がる拡径部と、前記拡径部の火炉側開口端側に位置し、拡径部の最大開口に対して、火炉側開口が狭い縮径部とにより形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明においては、多重管構造のバーナ本体において旋回発生手段を有することにより、副燃焼室内に流入される可燃粉体に旋回を付与することができる。さらに、副燃焼室内においては、バーナ噴出口と接合されて拡径部が設けられていることから、バーナー本体から流入された可燃粉体は、拡径部の内周面に沿って旋回し、副燃焼室内における滞留時間を長くすることができる。従って、比較的大きな平均粒径を有する可燃粉体であっても十分な滞留時間を容易に確保することができるのである。また、拡径部の火炉側開口端側には、縮径部が形成されており、当該縮径部の火炉側開口は、開口面積が狭められているため、副燃焼室内の内部温度が上昇し、ガス化がより一層促進されるのである。
【００２７】
このような利点を有する本発明の粉体燃焼用バーナについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の粉体燃焼用バーナの副燃焼室のその長手軸を含む断面における概略断面図を示したものである。
【００２８】
図１に示す粉体燃焼用バーナ１は、ケーシング２によって画定された副燃焼室３内で、廃プラスチック粉末等の可燃粉体がバーナ本体４によって旋回流入され、ガス化を図るものである。
【００２９】
図１に示すケーシング２は円筒状を呈し、その長手方向における一端においてバーナ本体４が接続されるバーナ本体側開口端５を有し、さらに他端には、火炉本体６が接続される火炉側開口端７が設けられている。また、ケーシング２の内部には、バーナ本体４のバーナ噴出口８に接合され、円錐状に広がりを有する拡径部９と、さらに、拡径部９の最大内径と同じ内径を有し筒状の円筒部１０と、さらに、円筒部１０の火炉本体開口端７側には、火炉側開口の内径が拡径部９の最大内径よりも狭い縮径部１１が設けられている。
【００３０】
以下、このような本発明の粉体燃焼用バーナについて、副燃焼室およびバーナ本体等の主たる構成に分けて説明する。
【００３１】
１．副燃焼室
まず、本発明における副燃焼室について説明する。本発明における副燃焼室は、長手方向の両端にバーナ本体側開口端と火炉側開口端とを有するケーシングにより画定されており、また、バーナ本体側開口端には、バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が略平行となるように、前記バーナ本体が接続されており、バーナ本体から噴出された可燃粉体のガス化を完結するように形成されたものである。
【００３２】
本発明者らは、可燃粉体の基礎的特性を示差熱分析や加熱過程での状態変化の観察等によって解析して、例えば可燃粉体として廃プラスチック粉末を用いた場合、当該廃プラスチックに含まれるガス化成分は概ね５００℃以下でガス化し、当該廃プラスチック粒子を良好に燃焼させるためには副燃焼室内で確実にガス化させることが重要である、との知見を得た。
【００３３】
図２は、廃プラスチック粉末をガス化するのに要する時間（以下、「ガス化完了時間」という。）と雰囲気温度との関係を廃プラスチック粉末の平均粒径ごとに示すものである。
【００３４】
なお、図２に示すデータは、廃プラスチック粉末として、ポリエチレン５０％、ポリプロピレン５０％の混合物を用い、大気圧力の窒素雰囲気中で、プラスチック形状を球形とし、空中に浮遊している状態で雰囲気温度、壁温度（雰囲気温度と同一）を受け、プラスチックが昇温、ガス化、消滅する時間を計算シミュレートしたものである。
【００３５】
図２から明らかなように、廃プラスチック粉末のガス化完了時間は、平均粒径が大きくなるほど長くなり、平均粒径が同じであれば、雰囲気温度が高くなるほど短くなる。
【００３６】
本発明においては、拡径部の火炉側開口端側に、拡径部の最大内径よりも火炉側開口が狭い縮径部を設けているので、副燃焼室内の内部温度が上昇し、ガス化の促進が図られている。
【００３７】
また、１２００℃の雰囲気温度の下で平均粒径が０．５ｍｍの廃プラスチックをガス化するためには０．４秒という比較的短い時間、燃焼室内に滞留させればよいわけであるが、平均粒径が１ｍｍになれば約０．８秒、平均粒径が２ｍｍになれば約１．７秒という比較的長い時間、廃プラスチック粉末を副燃焼室内に滞留させることが必要となる。
【００３８】
ところで、副燃焼室を画定するケーシングを比較的安価な耐火物によって作製する場合、その耐熱温度の上限は概ね１２００〜１４００℃の範囲内となるので、雰囲気温度の上限もこの範囲内となる。
【００３９】
したがって、比較的耐熱性の低い耐火材を用いて粉体燃焼用バーナを作製し、かつ、当該粉体燃焼用バーナによって粗粒の廃プラスチックを確実にガス化するためには、ガス化に必要な時間を副燃焼室内で如何にして確保し、またガス化を促進するかが大きな問題となる。
【００４０】
そこで本発明においては、上述した縮径部を、拡径部の最大開口よりも開口が狭い絞り部とすることにより、十分な時間を確保することを可能としている。すなわち、絞り部により形成される段差部分において、未ガス化状態の可燃粉体がせき止められ、捕捉されることから、副燃焼室内での滞留時間を長く確保することができるのである。
【００４１】
さらに、図３は、このような副燃焼室の横断面形状が円形状である場合に、バーナ噴出口の内径に対する副燃焼室の内周面における最大内径の比を変化させ、その際の置換率の変化による燃焼状態の良否判定を行い良判定となる置換率の上限を置換限界として示したものである。実験条件としては、バーナ噴出口の内径をＢとし、副燃焼室内の内長をＬとし、絞り部の内径をｄとすると、Ｌ＝５Ｂ、ｄ＝１．５Ｂとなるようにした。さらに、拡径部のバーナ噴出口と接続されている部分の広がりは、９０度とし、可燃粉体として平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックを用いた。
【００４２】
図３によると、副燃焼室の内周面における最大内径がバーナ噴出口の内径の２倍以上から置換限界の上限値が上昇し、４倍以上で飽和している。副燃焼室の内周面における最大内径がバーナ噴出口の内径に近いと、バーナ噴出口付近が加熱される度合いが大きく、バーナ噴出口付近で廃プラスチック粒子が融着、凝集を引き起こし、見かけ上粗粒の粒子と同様となるため置換率が増加しないのである。このような理由から本発明における副燃焼室の内周面における最大内径は、当該最大内径をＤとし、バーナ噴出口の内径をＢとすると、Ｄ／Ｂが４．０以上の範囲内であることが好ましい。
【００４３】
尚、図３では、副燃焼室の横断面形状は円形状としているが、この場合の円形状とは、完全な円を意味するものではなく、楕円形状も含むものとする。楕円形状である場合の、内径としては、最も径が長い部分の内径とする。
【００４４】
一方、図４は、バーナ噴出口の内径に対する副燃焼室の内長の比を変化させ、その際の置換率の変化による燃焼状態の良否判定を行い良判定となる置換率の上限を置換限界として示したものである。実験条件としては、バーナ噴出口の内径をＢとし、副燃焼室の内周面における最大内径をＤとし、絞り部の内径をｄとすると、Ｄ＝４Ｂ、ｄ＝１．５Ｂとなるようにした。さらに、拡径部のバーナ本体のバーナ噴出口と接続されている部分の広がりは、４５度とし、可燃粉体として平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックを用いた。
【００４５】
図４によると、バーナ本体のバーナ噴出口の内径に対する副燃焼室の内長の比が概ね５倍となる点で置換率が飽和している。５倍以下であると、バーナ本体の旋回強度、副燃焼室内における廃プラスチック粒子の滞留時間が短くなるため、ガス化が完了していない状態で火炉本体に流入される粒子の数が増えると考えられる。
【００４６】
このような理由から、本発明における副燃焼室の内長は、当該内長をＬとし、バーナ噴出口の内径をＢとすると、Ｌ／Ｂが５．０以上であることが好ましい。
【００４７】
本発明は上記の知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明の粉体燃焼用バーナでは、比較的平均粒径の大きい可燃粉体であってもガス化を完了するために十分な滞留時間が確保でき、かつガス化が促進されるように、可燃粉体を旋回流状に噴射することができるバーナ本体を、ケーシングの長手方向の一端、すなわちバーナ本体側開口端に装着し、かつ、副燃焼室を拡径部と絞り部等の縮径部とから形成するものである。
【００４８】
なお、図３および図４における良否判定の基準は、燃焼中の廃プラスチック粒子が火炉本体に飛来しないか、または連続的に火炉本体に着床燃焼しない軽微なものを良判定とし、連続的に火炉本体で着床燃焼するものを不良とした。さらに、ここでいう置換率とは、石炭燃料等の他の燃料と燃焼させる際の可燃粉体の割合を表している。従って、置換率が高いほど可燃粉体の専焼化が実現し、可燃粉体の燃料としての利用価値が高まるのである。
【００４９】
このような副燃焼室を構成する拡径部および絞り部等の縮径部について、以下詳細に説明する。
【００５０】
（１）　拡径部
本発明における拡径部とは、その一端がバーナ本体のバーナ噴出口と接合しており、このバーナ噴出口に接合している部分は広がりを有し、可燃粉体の進行方向に向かって連続的に広がっているものである。
【００５１】
一般的に、バーナ噴出口の内径よりも大きい単純円筒を、バーナ噴出口と接合させると、バーナ本体と単純円筒とに段差が生じ、バーナ噴出口から旋回流状に流入した可燃粉体は、旋回し広がりながら単純円筒の内周面、すなわち副燃焼室の内周面に衝突する。この際、半溶融または溶融状態の可燃粉体の場合は、赤熱鋼板に水滴を落とした状況と似た状態となり、衝突後は副燃焼室の内側に向かって飛散する。飛散後は副燃焼室の軸中心部に飛来し、副燃焼室内の軸流方向の燃焼ガス等と共に、ガス化が完結していない状態で火炉本体へ流入され、火炉本体内に着床し、燃焼することにより灰分を堆積させるといった問題が生じる。
【００５２】
本発明においては、このように可燃粉体が副燃焼室に流入された際に、旋回流に沿わず、副燃焼室の内周面に衝突し、未ガス化状態のまま火炉本体へ移動することを防止するため、バーナ噴出口から流入した可燃粉体が無理なく副燃焼室の内周面に沿って旋回するように、錘状に広がりを有する拡径部を設けている。
【００５３】
このような拡径部のバーナ噴出口に接続する部分における広がりは、バーナ本体から流入された可燃粉体が拡径部の内周面に衝突し飛散することを防止できる広がりであれば特に限定されないが、具体的には、６０°〜１２０°の範囲内であることが好ましく、その中でも、６０°〜９０°の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、バーナ本体のバーナ噴出口から流入された可燃粉体は、旋回しながら拡径部の内周面の広がりに沿って無理なく旋回半径を広げることができるからである。
【００５４】
なお、ここでいう、拡径部のバーナ噴出口に接続する部分における広がりとは、内周面の角度を意味し、具体的には、図１に示すように、拡径部９のバーナ噴出口８と接合している部分の開口領域の内周面を、バーナ本体４側に延長した際に形成される角度を示している。
【００５５】
また、拡径部の火炉側開口端側は、可燃粉体の進行方向に向かって上記角度が徐々に小さくなるようにして、順次内径が拡大されることが好ましい。具体的に図を用いて説明すると、図５に示すようにバーナ噴出口８と接続している部分の拡径部９は上記範囲内の広がりを有し、可燃粉体の進行方向を示した矢印方向に向かうに従い、角度が徐々に小さくなるように変化している。そして、拡径部の火炉側開口部分の内周面においては、副燃焼室の長手方向と略平行となっている。
【００５６】
このような角度の変化としては、その角度変化により可燃粉体の旋回流が乱されることがないものであれば特に限定はされない。具体的には、１０度未満の範囲内で徐々に小さくなることが好ましく、その中でも、５°未満の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、拡径部の開口の拡大を無理なく一定の値に収束することができ、また、拡径部と後述する円筒部とを接合する場合には、その接合部分において可燃粉体の旋回流が乱れることを防止することができるからである。
【００５７】
さらに、拡径部の形状としては、可燃粉体を旋回流状に移動させるため、円錐状とすることが好ましい。具体的には、頂点がバーナ噴出口に接続された円錐状、または頂点がバーナ噴出口に接続された楕円錘状を挙げることができる。
【００５８】
（２）　縮径部
次に、縮径部について説明する。本発明における縮径部とは、上述した拡径部の最大開口よりも、縮径部の火炉側開口端側における開口が狭くなっているものである。
【００５９】
このような縮径部を設けることにより、縮径部の火炉側開口部分では開口面積が狭まるため、内部温度が上昇し、ガス化が促進されるのである。
【００６０】
このような縮径部としては、その火炉側開口端側における開口が、上述した拡径部の最大開口よりも狭くなっているものであれば特に限定はされない。具体的には、拡径部の最大開口に対する、縮径部の最小開口（面積）が、２０％〜３０％の範囲内、その中でも、２３％〜２７％の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、縮径部の火炉側開口部分において副燃焼室内の温度が好適に上昇し、可燃粉体のガス化が促進されるからである。
【００６１】
また、縮径部の形状としては、拡径部の最大開口よりも、縮径部の少なくとも火炉側開口端側の開口が狭くなっている形状であれば特に限定はされない。具体的には、火炉側開口端側に向かうに従い順次開口が狭まる錘状や、上述した拡径部の最大開口よりも開口が狭い円筒状または楕円筒状等を挙げることができる。
【００６２】
このような縮径部において、例えば、上述した拡径部に接合して設ける場合、縮径部の開口を拡径部の最大開口よりも狭くすると、拡径部と縮径部との接合部分において段差が生じる。また、後述する円筒部に接合して設ける場合でも、円筒部の開口よりも縮径部の開口を狭くすると、同様に接合部分において段差が生じる。このような段差部分では、未ガス化状態の可燃粉体がせき止められ、捕捉されることから、滞留時間をより一層長く確保する作用を有する。このような場合における縮径部を特に絞り部として、以下、この絞り部について詳細に説明する。
【００６３】
（絞り部）
本発明における絞り部としては、拡径部または円筒部との接合部分において、開口の差から段差を生じさせ、拡径部の最大開口よりも狭い開口を有するものであれば特に限定はされない。当該段差部分において、螺旋状に移動してきた可燃粉体が円運動を行ったり、段差部分においてせき止められ捕捉されたりすることから副燃焼室内での滞留時間をより長くすることができるからである。
【００６４】
図６（Ａ）は、本発明の粉体燃焼用バーナにおいて絞り部を設けた場合の、長手軸を含む概略断面図を示している。図６（Ａ）に示す副燃焼室３は、横断面形状が円形状を呈し、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端５と、火炉側開口端７とを有している。また、副燃焼室３は、拡径部９、円筒部１０および絞り部１１とからなっている。絞り部１１は、堰が副燃焼室の内周面から径方向に張り出し、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板２０により形成されている。
【００６５】
また、仕切り板２０を設けることによって副燃焼室３内に堰が形成され、副燃焼室３内を螺旋状に移動してきた可燃粉体が当該堰において円運動するようになったり、当該堰にトラップされたりすることから、堰がない場合に比べて、可燃粉体の副燃焼室３内での滞留時間を増大させることができる。従って、ガス化されないまま副燃焼室３外へ噴射される可燃粉体の量を大幅に低減させることができる。その結果として、副燃焼室３の雰囲気温度を比較的低くしても、可燃粉体を燃焼ないしガス化させるに十分な滞留時間を確保することが容易になる。
【００６６】
このような絞り部を構成する部材である仕切り板の形状としては、絞り部における開口部が拡径部の最大開口よりも狭くなっている形状であれば特に限定はされない。具体的には、図６（Ａ）に示したＸ−Ｘ線での概略断面図を示した図６（Ｂ）に示すように、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）とする場合や、また、図７に示すように、半円形の開口部を有する形状とする場合、さらに図示していないが、半楕円形や三日月状（弓形状）等の開口部を有する形状とする場合等を挙げることができる。
【００６７】
あるいは、図８（Ａ）に示すように、仕切り板２０の副燃焼室３の径方向内側に位置する縁部がバーナ本体側開口端５側に張り出している形状や、図８（Ｂ）に示すように、仕切り板２０が副燃焼室３の径方向内側に向かい、バーナ本体側開口端５側に斜めに張り出している形状等を挙げることができる。
【００６８】
また、絞り部を形成する仕切り板の形成位置としては、拡径部の火炉側開口端側に設けられていれば特に限定はされないが、本発明における絞り部は、ガス化が完了していない可燃粉体を捕捉し、火炉本体への流入を防止する役割を担うことから、副燃焼室の火炉側開口端に近いほど好ましい。
【００６９】
さらに、絞り部を設ける数としては、単数でも複数であっても良い。複数の絞り部を設けた場合には、未ガス化状態の可燃粉体を捕捉できる数が増えるので、副燃焼室内における滞留時間をより長くすることができる。
【００７０】
このように絞り部を複数設けた場合について、図面を用いて説明する。
【００７１】
図９は、本発明の粉体燃焼用バーナにおいて２つの絞り部を設けた場合の長手軸を含む概略断面図である。
【００７２】
図９に示す副燃焼室は、横断面形状が円形状を呈し、その長手方向の両端にバーナ本体側開口端５と、火炉側開口端７とを有している。また、副燃焼室３内には、拡径部９と、円筒部１０とが形成されている。さらに、副燃焼室３内には、第１絞り部１１ａと第２絞り部１１ｂとが設けられており、第１絞り部１１ａを形成するために、拡径部９および円筒部１０との間に、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板２０ａが副燃焼室の内周面から径方向内側に張り出すようにして設けられている。さらに、第２絞り部１１ｂを形成するために、円筒部１０の火炉側開口端７側に、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板２０ｂが副燃焼室の内周面から径方向内側に張り出すようにして設けられている。
【００７３】
また、バーナ本体４、拡径部９、第１絞り部１１ａ、第２絞り部１１ｂおよび円筒部１０はすべて副燃焼室３の長手方向に対して略平行となるように設けられ、かつ、副燃焼室の軸心に対して、同心円状となるように設けられている。
【００７４】
さらに、図１１では、本発明の粉体燃焼用バーナにおいて２つの絞り部を設けた場合の他の態様を示している。図１１に示すようにバーナ本体４、拡径部９および円筒部１０については図９と同様であるが、第１絞り部１１ａおよび第２絞り部１１ｂが、副燃焼室３の軸心に対して偏芯となるように設けられている。
【００７５】
このように複数の絞り部の軸心が重ならないように、複数の絞り部を設けることにより、第１絞り部では捕捉されなかった未ガス化状態の可燃粉体を、第２絞り部で捕捉できる場合があり、未ガス化状態のまま火炉本体内に流入される可燃粉体の数を減少させることができる。
【００７６】
また、絞り部における開口部の形状が円形状である場合に、その開口部の内径は、未ガス化状態の可燃粉体を捕捉することが可能な段差部分が確保できるのであれば特に限定はされない。具体的には、バーナ本体のバーナ噴出口の内径Ｂとし、副燃焼室内の内周面における最大内径（例えば拡径部の最大内径または円筒部の内径）をＤとし、絞り部における開口部の最大内径をｄとすると、ｄ／Ｄが１／２以下であることが好ましく、その中でも、１／３〜１／２の範囲内であることが好ましい。かつ、ｄ／Ｂは、１．０以上であることが好ましい。
【００７７】
尚、ここでいう円形状とは、完全な円を意味するものではなく、楕円形状も含むものとする。楕円形状である場合の、内径としては、最も径が長い部分とする。
【００７８】
図１２は、副燃焼室内に一つの絞り部を設け、当該絞り部における開口部の内径を変化させ、その際の置換率の変化による燃焼状態の良否判定を行い良判定となる置換率の上限を置換限界として示したものである。実験条件としては、バーナ噴出口の内径をＢとし、副燃焼室の内周面における最大内径をＤとし、副燃焼室内の内長をＬとすると、Ｄ＝４Ｂ、Ｌ＝５Ｂとなるようにした。さらに、拡径部のバーナ噴出口と接続されている部分の広がりは、４５度とし、可燃粉体として、平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックを用いた。
【００７９】
図１２によると、置換率上限値の増加は、バーナ噴出口の内径に対する絞り部における開口部の内径の比が２以下で始まり、また、開口部の内径を噴出口の内径に対して小さくしすぎると、副燃焼室の内圧が上がり、バーナ本体から可燃粉体を供給する際の圧力の上昇を招く等の理由から、絞り部における開口部の内径を上記範囲内と規定する。
【００８０】
（３）その他
以下、本発明の粉体燃焼用バーナを構成する上述した以外の各部材について詳述する。
【００８１】
▲１▼　円筒部
本発明における円筒部とは、拡径部の火炉側開口端側に設けられ、その内径が変化しない部分を意味する。このような円筒部の形状としては円筒状または楕円筒状であることが好ましい。
【００８２】
このような円筒部を形成する位置としては、拡径部の火炉側開口端側に設けられていれば、その形成位置は特に限定はされない。具体的には、拡径部に連続している場合や、拡径部に連続して絞り部が設けられている場合には、当該絞り部に連続して設けられる場合がある。
【００８３】
▲２▼　空気供給手段
本発明における空気供給手段とは、副燃焼室内部に燃焼用空気を供給する手段を意味する。このような空気供給手段を設けることにより、副燃焼室内における燃焼効率を向上させることができる。
【００８４】
本発明においてこのような空気供給手段を設ける位置としては、副燃焼室内に燃料用空気を容易に供給することが可能な位置であれば特に限定されないが、副燃焼室の内周面に対して接線方向に設けることが好ましい。例えば、図９に示すように空気供給手段１５を円筒部１０の内周面の接線方向に設置すると、図９のＸ−Ｘ線における横断面を示した図１０に示すように、供給された燃料用空気は副燃焼室の内周面に沿って矢印方向に旋回移動するため、可燃粉体の旋回流を妨げることがないからである。
【００８５】
▲３▼　ケーシング
副燃焼室を画定するケーシングの形状は、可燃粉体を螺旋状に移動させるうえから、筒状とすることが好ましい。具体的は、円筒状とすることが好ましい。
【００８６】
粉体燃焼装置を低コストの下に作製するうえからは、比較的耐熱性の低い耐火材、例えば耐熱温度が１２００〜１４００℃程度の耐火材を用いてケーシングを作製することが好ましい。
【００８７】
ケーシングの内容積は、目的とする粉体燃焼装置の用途や、求められる処理能力等に応じて、適宜選定可能である。
【００８８】
▲４▼　仕切り板
仕切り板は、ケーシングと同程度の耐熱性を有する耐火材によって形成することが好ましく、熱膨張率の相違等による不具合の発生を防止するうえからは、ケーシングの材料と同じ材料によって形成することが好ましい。
【００８９】
この他、仕切り板の形状等に関することは、上述した（絞り部）の項目において説明したことと同様なのでここでの説明は省略する。
【００９０】
２．バーナ本体
次にバーナ本体について説明する。本発明におけるバーナ本体は、中心部と、前記中心部外周に形成されたガス燃料用の第１流路と、前記第１流路外周に形成された気体により搬送される可燃粉体用の第２流路と、前記第２流路外周に形成された燃焼用空気用の第３流路とからなる多重管構造を有し、前記第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つに流路内を流れる流体に対して旋回を与える旋回発生手段を有することを特徴とするものである。
【００９１】
このような多重管構造とすることにより、多孔ノズル等と比較してノズル構造がシンプルとなる。したがって、例えば可燃粉体が廃プラスチックの場合、廃プラスチックの溶着による種々の不具合の発生を抑えることができる。また、可燃粉体が空気により搬送される第２流路は、第１流路からの燃料ガスと第３流路からの燃焼用空気とに挟み込まれていることから、燃料と空気とが混合されて着火する段階で可燃粉体と十分混合されるものであり、火炎内で可燃粉体に十分に熱を与えることができる。さらに、第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つの流路において流路内を流れる気体が旋回手段により旋回するものであるので、可燃粉体と燃料および空気とが積極的に混合されることから可燃粉体の燃焼性を向上させることができる。
【００９２】
このような本発明におけるバーナ本体について、その構成ごとに説明する。
【００９３】
（１）第１流路
本発明の紛体燃焼用バーナの第１流路は、中心部の外周に形成されたものである。ここで、中心部とは横断面が円形もしくは楕円形を有する柱状の部分であり、必要に応じて後述する中心流路が形成される部分である。このように断面が円形もしくは楕円形を有する中心部の外周に形成される第１流路は、その形状が一般的には横断面が所定の幅を有するリング状となる流路である。
【００９４】
この第１流路の形状は、特に限定されるものではないが、上記中心部と同軸上に形成されていることが好ましく、特に横断面が円形の中心部と同軸上に形成されてなる横断面が円形のリング状であることが好ましいといえる。
【００９５】
この第１流路には、ガス燃料が導入される。図１３は、本発明におけるバーナ本体全体の一例を示す概略縦断面図である。ガス燃料は、例えば図１３に示すガス燃料導入口３７から第１流路内に導入され、途中に形成されている旋回羽根３６により旋回されて、バーナ噴出口３８から噴出される。
【００９６】
このような第１流路に導入されるガス燃料としては、例えば天然ガス、プロパンガス、コークス炉ガス（Ｃガス）等を挙げることができる。
【００９７】
（２）第２流路
本発明の紛体燃焼用バーナにおける第２流路は、上記第１流路の外周に形成されてなるものである。この第２流路の形状は、第１流路の外周に形成されたものであれば特に限定されるものではないが、一般的には第１流路の外周は横断面が円形もしくは楕円形を有するものであることから、第２流路も横断面が円形もしくは楕円形の所定の幅を有するリング状の形状をなすものである。
【００９８】
本発明における第２流路の形状は、中でも上記中心部および第１流路と同軸上に形成されていることが好ましく、特に横断面が円形の中心部および第１流路と同軸上に形成されてなる横断面が円形のリング状であることが好ましい。
【００９９】
この第２流路には、気体で搬送される可燃紛体が導入される。図１３の例では、可燃紛体導入口３９から導入され、バーナ噴出口３８から噴出される。
【０１００】
このような第２流路に導入される可燃紛体としては、微粉炭、廃プラスチック、木屑および紙片、微粉バイオマス等や、これらの混合紛体を挙げることができる。しかしながら、本発明の紛体燃焼用バーナの利点を考慮すると、廃プラスチックの紛体を用いることが好ましいといえる。
【０１０１】
このような廃プラスチック紛体の粒径としては、この紛体燃焼用バーナの使用方法、例えば、各流路における流量等により異なるものであるが、本発明においては、副燃焼室を上述した構成とすることにより、比較的粗粒の可燃粉体であっても燃焼させることが可能である。具体的には、２．７ｍｍ以下の粒径を有する粗粒であっても燃焼させることが可能であり、専焼化もしくは高い置換率を確保するためには、１．７ｍｍ以下の粒径とすることが好ましいといえる。
【０１０２】
また、上記可燃紛体を搬送するための気体としては、特に限定するものではなく、例えば可燃性の気体に搬送させてもよいが、一般的にはコスト面から空気が搬送用の気体として好適に用いられる。
【０１０３】
（３）第３流路
本発明の紛体燃焼用バーナにおいては、さらに上記第２流路の外周に第３流路が形成される。この第３流路の形状も、上記第２流路の外周に形成されたものであれば特に限定されるものではないが、一般的には第２流路の外周は横断面が円形もしくは楕円形を有するものであることから、第３流路も横断面が円形もしくは楕円形の所定の幅を有するリング状の形状をなすものである。
【０１０４】
本発明における第３流路の形状は、中でも上記中心部、第１流路および第２流路と同軸上に形成されていることが好ましく、特に横断面が円形の中心部、第１流路および第２流路と同軸上に形成されてなる横断面が円形のリング状であることが好ましい。
【０１０５】
この第３流路には、燃焼用空気が導入される。燃焼用空気は、例えば図１３に示す燃焼用空気導入口３０から第３流路内に導入され、途中に形成されている旋回羽根３６により旋回されて、バーナ噴出口３８から噴出される。
【０１０６】
この第３流路に導入される空気は、通常の空気の他、必要に応じて酸素ガスと空気とを混合して用いてもよく、このように酸素濃度の高い空気も本発明においては燃焼用空気と称することとする。
【０１０７】
（４）中心流路
本発明の紛体燃焼用バーナは、上述したように、第１流路、第２流路および第３流路が形成されるものであるが、必要に応じて、上記中心部に中心流路を形成してもよい。この中心流路に、第３流路に導入する燃焼用空気の補助として、同様の燃焼用空気を低流速で流すことにより、燃焼時に火炎の形状を安定化させる保炎効果を有するものである。
【０１０８】
この中心流路は、上記中心部に形成されるものであれば、その横断面形状は特に限定されるものではないが、一般的には横断面が円形か楕円形を有するものであり、特に円形を有するものが好適に用いられる。
【０１０９】
この中心流路に導入される気体は、保炎効果を発揮することができる気体であれば用いることが可能であり、特に限定されるものではないが、一般的には上述したように燃焼用空気が好適に用いられる。
【０１１０】
この燃焼用空気は、例えば図１３に示すように、補助燃焼用空気導入口４１から中心流路３２内に導入され、バーナ噴出口３８から噴出される。
【０１１１】
（５）旋回手段
本発明においては、上記第１流路、第２流路、および第３流路の内の少なくとも一つの流路に旋回手段が形成されている必要がある。このように旋回を与えることにより、可燃粉体と燃料および空気とが積極的に混合されることから可燃粉体の燃焼性を向上させることができるからである。
【０１１２】
本発明においては、特に少なくとも第３流路に旋回手段が形成されていることが好ましい。第３流路は燃焼用空気が導入される流路であり、一般的にこの燃焼用空気の流量が他の流路を流れる気体の流量よりも多量であることから、この第３流路を流れる燃焼用空気に旋回を与えることが、可燃紛体と燃料および空気とを積極的に混合させる点において効率的であるからである。また、第３流路は最外周であるので、旋回を与えた場合に旋回半径が大きい点も可燃紛体と燃料および空気との混合に効果的だからである。
【０１１３】
また、本発明の紛体燃焼用バーナにおいては、可燃紛体が導入される第２流路に旋回手段が設けられていることが好ましい。第２流路は可燃紛体が搬送用気体により導入されている流路である。この流路に旋回手段を設けることにより、固体である可燃紛体に対して旋回を与えることができる。したがって、旋回についての運動エネルギーの面からは、この第２流路に旋回手段を設けることが好ましいといえるからである。
【０１１４】
本発明に用いられる旋回手段としては、流路内を流れる気体に対して旋回を与える手段であれば特に限定されるものではない。例えば図１４に示すように、流路内部に旋回羽根を形成する方法、すなわち流路内に気体を旋回に導く誘導羽根を設ける方法を挙げることができる。
【０１１５】
しかしながら、第２流路において、可燃紛体が廃プラスチック紛体である場合は、流路内に旋回手段を設けると、旋回手段、例えば旋回羽根等に廃プラスチックが溶着し、流路を詰まらせる可能性があることから、第２流路に関しては、流路外に設けられた旋回手段であることが好ましい。
【０１１６】
このような旋回手段としては、例えば図１５に示す手段を挙げることができる。図１５は、第２流路３４内に導入する気体に搬送される可燃紛体に旋回を与える手段を示すものであり、第２流路３４の横断面における接線方向から気体に搬送された可燃紛体４０を導入することにより、第２流路３４内に旋回を与えるものである。
【０１１７】
本発明においては、このように第２流路に関しては、旋回手段を設ける場合は、外部に設けられた旋回手段であることが好ましく、具体的には、第２流路の横断面における接線方向から気体により搬送される可燃紛体を導入することにより旋回を生じさせる方法であることが好ましい。
【０１１８】
なお、第２流路の横断面における接線方向とは、第２流路の横断面形状における外周もしくは内周の接線の方向を示すものである。上述したように、第２流路の横断面形状は、中心部および第１流路と同軸で所定の幅を有する円形状であることが好ましいことから、この場合は、この円形状の流路の外周の接線方向から気体により搬送される可燃紛体が導入されることが好ましい。
【０１１９】
また、この場合の気体で搬送される可燃紛体の第２流路の軸方向に対する導入角度は、ほぼ直角であることが好ましい。ほぼ直角に導入することにより、効率的に旋回を与えることができるからである。
【０１２０】
本発明においては、このような旋回手段は、第２流路に限定するものではないが、装置が大掛かりとなる関係上、第２流路にこのような旋回手段を設け、他の流路に関しては、上述した旋回羽根等の流路内部に形成される旋回手段を採用することが好ましいといえる。
【０１２１】
したがって、本発明における最も好ましい態様としては、上記第１流路および第３流路に旋回羽根からなる旋回手段を設け、上記第２流路に上述した第２流路横断面における接線方向から気体により搬送される可燃紛体を導入する旋回手段を設ける態様を挙げることができる。この場合は、全ての流路に旋回手段が設けられていることから、可燃紛体と燃料および空気とが積極的に混合され、可燃紛体を効果的に燃焼させることが可能となる。また、第２流路に設けられた旋回手段が、上述したように流路内部に形成されたものではないことから、流路内で廃プラスチック等の可燃流体が、旋回羽根等の旋回手段に溶着して流路を詰まらせるといった不具合を防止することができる。
【０１２２】
図１６は、廃プラスチックの平均粒径０．４ｍｍと０．９ｍｍの場合とでスワール数を変化させ、その際の置換率の変化による燃焼状態の良否判定を行い良判定となる置換率の上限を置換限界として各スワール数毎に示したものである。実験条件としては、バーナ本体のバーナ噴出口の内径をＢとし、副燃焼室の内周面における最大内径をＤとし、副燃焼室内の内長をＬとし、絞り部の内径をｄとすると、Ｄ＝４Ｂ、Ｌ＝５Ｂ、ｄ＝１．５Ｂとなるようにした。さらに、拡径部のバーナ本体のバーナ噴出口と接続されている部分の広がりは、４５度とし、、バーナ燃焼容量は２０万キロカロリー毎時とした。
【０１２３】
なお、ここでいうスワール数とは、流路内を流れる流体の旋回強度を示すものであり、流体の旋回強度が突出流の軸方向運動量に対する周方向角運動量の比で表されるものである。
【０１２４】
図１６より、スワール数で約０．４となる旋回強度から良判定となる置換率が増大し、スワール数０．６以上で置換率の上限値は飽和していることが確認される。
【０１２５】
図１６から確認された理由により、本発明に用いられる旋回手段の能力としては、スワール数が０．６以上、特に、十分供給圧力の確保が可能な場合は、１．０以上の強旋回とすることができる程度であることが好ましい。
【０１２６】
上記範囲内とすることにより、旋回強度が高まり、可燃粉体の副燃焼室内周面近傍における周回流速も高まるため、可燃粉体は遠心力により、一層副燃焼室の内周面に押し付けられながら旋回するようになる。この際、直接高温の副燃焼室内周面に接触することから極めて大きな伝熱速度で熱を享受されるため、ガス化が促進される効果を有する。
【０１２７】
なお、ここでいう良否判定は上述したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１２８】
Ｂ．粉体燃焼方法
次に、本発明の粉体燃焼方法について説明する。
【０１２９】
本発明の粉体燃焼方法は、上述した粉体燃焼用バーナを用い、可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法において、バーナ本体の各流路内を流れる流体の旋回強度を示すスワール数が０．６以上であり、前記可燃粉体がプラスチックを含む可燃粉体であることを特徴とするものである。
【０１３０】
この方法によれば、既に説明した本発明の粉体燃焼用バーナの利点を生かして、可燃粉体を燃焼させることができる。
【０１３１】
なお、スワール数に関しては、上記バーナ本体の中に記載したことと同様であるのでここでの説明は省略する。
【０１３２】
このような粉体燃焼方法とすることにより、たとえ可燃粉体として廃プラスチック粉末を用いた場合でも、当該廃プラスチック粉末を良好に燃焼ないしガス化させることが可能になる。
【０１３３】
Ｃ．焼却炉
次に、本発明の燃焼炉について説明する。
【０１３４】
本発明の燃焼炉は、上述した粉体燃焼用バーナと、火炉本体とを有することを特徴とするものである。
【０１３５】
上述した粉体燃焼用バーナを用いることにより、バーナ本体から流入された可燃粉体は、副燃焼室内でガス化を完了し、火炉本体内では、気体燃焼として燃焼させることが実現される。
【０１３６】
このような焼却炉について図面を用いて説明する。
【０１３７】
図１７は、本発明の焼却炉の長手軸を含む概略断面図である。まず、上述した粉体燃焼用バーナ１が、火炉本体５０の長手方向の一端に接続されている。粉体燃焼用バーナ１においては、バーナ本体４が副燃焼室３に接続されており、上述したようにバーナ本体４から噴出された可燃粉体が副燃焼室３内で十分に滞留し、ガス化される。ガス化された可燃粉体は火炉本体５０に移動し、燃焼される。
【０１３８】
必要に応じて、火炉本体内の燃焼状況を観察するため、火炉本体の炉尻部または炉腹部等に観察窓５１を設けることができる。
【０１３９】
本発明においては、上述した粉体燃焼用バーナを用いていることにより、ガス化が完了していない可燃粉体が火炉本体内に流入する可能性を大幅に少なくすることができるので、火炉本体内でもやり、黒煙発生といった現象がみられず、また置換率を高くすることができる。
【０１４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１４１】
例えば、本実施形態の説明では、燃料としてガス燃料を用い、ガス燃料用の第１流路を備える場合を示したが、燃料として液体燃料を用いる場合には、例えば、図１４において、液体燃料を噴霧するオイルガンなどの噴霧発生手段を第１流路に取り付けたバーナとすればよい。第１流路に取り付けた噴霧発生手段に導入される液体燃料としては灯油、重油等の石油系燃料やメタノールなどが例示される。
【０１４２】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【０１４３】
［実施例］
炉内径８００ｍｍ、炉内長２８００ｍｍの小型燃焼炉に助燃料であるコークス炉ガス、プラスチック粒子と搬送空気、燃焼空気にスワール数０．６５の旋回を付与できる燃焼容量２０万ｋｃａｌ／ｈの噴出口の内径７０ｍｍのバーナ本体、および噴出口に接続している部分の広がりが９０°であり、その後１０°以内の角度変化で徐々に内径が広がる拡径部と、内径２８０．５ｍｍの円筒部とが接続されており、さらに円筒部には開口部の内径が１４０ｍｍである絞り部を接続した。これらからなる内長６００ｍｍの副燃焼室を設置し、さらにこの副燃焼室に火炉本体を接続した焼却炉を用いた。このような焼却炉にて平均粒径０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．９ｍｍ、１．２ｍｍ、２．０ｍｍのプラスチック粒子の燃焼性を確認した。
【０１４４】
［比較例］
特開平１０−１８５１１５に開示されている方法に準拠して、実施例における副燃焼室の代わりに内径２６７．５ｍｍの単純円筒の一端にバーナ本体を接続し、他端を２８０．５ｍｍのまま内径８００ｍｍの火炉本体に接続した。
【０１４５】
（評価）
小型焼却炉の炉尻部の観察窓、副燃焼室出口付近の炉腹部の観察窓により観察した。
【０１４６】
比較例においては、平均粒径が０．３ｍｍのプラスチック粒子でプラスチックの燃焼割合が３０％で、副燃焼室内においてガス化が完結した。また、火炉本体に燃焼中のプラスチック粒子が浮遊しない限界であり、３０％以上にプラスチック粒子の燃焼割合を高くすると溶融したプラスチック粒子が燃焼しながら、副燃焼室下部から火炉本体へ流入する状態となり、更なる燃焼割合の増加により、火炉本体内を浮遊し、火炉本体の下部に着床、燃焼するもの、溶融し焼却炉へ流入する量が増加した。プラスチック粒子の平均粒径を大きくすると、副燃焼室内でガス化完結するものが減少し、旋回の影響を受けた放物線を描き火炉本体内に着床燃焼する。プラスチックの燃焼割合、粒子径を共に増加させると、火炉本体内でも着床燃焼が主体となり、火炉本体内でのもやりや黒鉛の発生を伴うようになる。
【０１４７】
これに対し、実施例に示したものは、０．３ｍｍ、０．４ｍｍの平均粒子径のものでプラスチック燃焼割合９０％、０．９ｍｍのものでプラスチック燃焼割合７０％、２ｍｍのもので５０％まで、火炉本体内に飛来する未ガス化状態のプラスチック粒子は稀に見られる程度であった。従って、副燃焼室内でのガス化が促進されていることとなる。また、副燃焼室の絞り部からは重油燃焼時の輝炎に似た火炎を形成していることが観察から判る。平均粒子径が大きなプラスチックを高い燃焼割合で燃焼させても火炉本体内がもやり、黒鉛等の発生がないのは、プラスチック粒子をガス化が完結するまで副燃焼室内に留めておくことができているからであり、副燃焼室内は、バーナ本体による旋回流がプラスチック粒子のガス化可燃分と空気の混合を良好な状態とし、黒鉛が生成されるような過度な空気不足を防止しているためである。
【０１４８】
さらに、４０時間燃焼し、燃焼を終了した後、副燃焼室、火炉本体より灰分を収集したところ、プラスチック持ち込みの灰分の約６％が火炉本体より、約８０％が副燃焼室で採集された。残りは、火炉本体から浮遊しながら持ちさられたものと考えられ、副燃焼室、火炉本体を併せた灰分の９０％以上が副燃焼室内に捕捉されていたことが判る。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によれば、多重管構造であり、旋回発生手段を有するバーナ本体とすることにより、副燃焼室内に流入される可燃粉体に旋回を付与することができる。さらに、副燃焼室内においては、バーナ噴出口と接合されて拡径部が設けられていることから、バーナー本体から流入された可燃粉体は、拡径部の内周面に沿って旋回するため、副燃焼室内における滞留時間を長くすることができる。従って、比較的大きな平均粒径を有する可燃粉体であっても十分な滞留時間を容易に確保することができるのである。また、拡径部の火炉側開口端側には、縮径部が形成されており、当該縮径部の末端部分においては、その形状から体積が狭められているため、内部温度が上昇し、ガス化がより一層促進されるのである。従って、副燃焼室の内長を短くしても、拡径部および縮径部により比較的平均粒径が大きい可燃粉体のガス化が容易であるため、小型化が可能であるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体燃焼用バーナの一例を示す概略縦断面図である。
【図２】廃プラスチック粉末をガス化するのに要する時間と雰囲気温度との関係を廃プラスチック粉末の平均粒径ごとに示すグラフである。
【図３】バーナ噴出口に対する副燃焼室内の最大内径比と置換限界との関係を平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックごとに示すグラフである。
【図４】バーナ噴出口に対する副燃焼室内の内長比と置換限界との関係を平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックごとに示すグラフである。
【図５】本発明における拡径部の角度変化の一例を示す概略縦断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の粉体燃焼用バーナの他の例を示す概略縦断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）に示すＸ−Ｘ線における概略横断面図である。
【図７】本発明における仕切り板の一例を示す概略横断面図である。
【図８】本発明の粉体燃焼用バーナの他の例を示す概略縦断面図である。
【図９】本発明の粉体燃焼用バーナの他の例を示す概略縦断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘにおける概略横断面図である。
【図１１】本発明の粉体燃焼用バーナの他の例を示す概略縦断面図である。
【図１２】バーナ噴出口に対する絞り部の内径比と置換限界との関係を平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックごとに示すグラフである。
【図１３】本発明のバーナ本体の全体を示す概略縦断面図である。
【図１４】本発明のバーナ本体の一例における先端部分を示す概略縦断面図である。
【図１５】第２流路に対する旋回手段の一例を示す概略縦断面図である。
【図１６】スワール数と置換限界との関係を平均粒径が０．４ｍｍと０．９ｍｍの廃プラスチックごとに示すグラフである。
【図１７】本発明の焼却炉の一例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１　…　粉体燃焼用バーナ
２　…　ケーシング
３　…　副燃焼室
４　…　バーナ本体
５　…　バーナ本体側開口端
６　…　火炉本体
７　…　火炉側開口端
８　…　バーナ噴出口
９　…　拡径部
１０　…　円筒部
１１　…　縮径部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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