(57)【要約】【課題】吹き抜け現象のために高濃度化する排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを、ライザー内で効果的に燃焼・分解させてその濃度を低減することが可能な循環流動層焼却炉を提供する。【解決手段】中空筒体状のライザー４上部に、エアリッチな火炎群Ｆ，…を生成する２基以上のトーチ１１からなるトーチ群１２を配置した。トーチ群１２は、ライザー４の軸中心Ｃを取り巻くように、当該ライザー４の軸中心Ｃから離れた当該軸中心Ｃ周辺に達する火炎群Ｆ，…を生成する。各トーチ１１は、ライザー４の軸中心Ｃに向かう当該ライザー４の半径方向Ｒに対し、１５〜２５°の角度をなす方向へ火炎Ｆを生成する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空筒体状のライザー上部に、エアリッチな火炎群を生成する２基以上のトーチからなるトーチ群を配置したことを特徴とする循環流動層焼却炉。
【請求項２】
前記トーチ群は、前記ライザーの軸中心を取り巻くように、当該ライザーの軸中心から離れた当該軸中心周辺に達する火炎群を生成することを特徴とする請求項１に記載の循環流動層焼却炉。
【請求項３】
前記トーチは、前記ライザーの軸中心に向かう該ライザーの半径方向に対し、１５〜２５°の角度をなす方向へ火炎を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の循環流動層焼却炉。
【請求項４】
前記トーチ群の各トーチは、前記ライザーの軸中心に関し、互いに点対称に配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の循環流動層焼却炉。
【請求項５】
前記トーチ群は、前記ライザーの上下方向に多段に配置されることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の循環流動層焼却炉。
【請求項６】
前記トーチには燃料として、液体燃料、気体燃料、あるいはこれらの混合燃料が供給されることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の循環流動層焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吹き抜け現象のために高濃度化する排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを、ライザー内で効果的に燃焼・分解させてその濃度を低減することが可能な循環流動層焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環流動層焼却炉は、熱容量の大きなけい砂などの流動媒体を循環させる方式であることから、炉内温度の均一化を確保しやすく、また激しく流動する流動媒体によって汚泥等の被焼却物を効率よく破砕・分散し、撹拌することができるため、負荷変動があってもその影響を受けにくいなど、各種の利点を有している。しかしながら、この循環流動層焼却炉にあっては、ライザー内を排ガスが高速で吹き上げる吹き抜け現象のために排ガスの炉内滞留時間が短く、このために排ガスを完全燃焼させることが難しくて、ライザーから排出される排ガス中に含まれるＣＯ等の未燃焼ガスの濃度が高い、という点が指摘されている。
【０００３】
この吹き抜け現象に起因する未燃焼ガスの高濃度化の対策として、例えば特許文献１〜４に開示されている技術が知られている。特許文献１は、焼却炉本体内で旋回流を生じさせないように、焼却炉本体内の周方向に略等間隔で少なくとも６つ設けた二次空気ノズルから、焼却炉本体内の２次燃焼領域の中心方向に向けて、具体的には円筒状であるフリーボードの径方向に向けて、少なくとも３００℃、好ましくは３００〜８００℃に予熱した二次空気を、少なくとも５０ｍ／ｓの噴射速度で噴射するようにしている。そして特許文献１では、噴射流の直進性を常に安定に確保し、噴射流をフリーボード中央部で互いに確実に衝突させて当該中央部の圧力を高め、この高圧部分で上昇ガスの一部を下方へ跳ね返し逆流させることにより、吹き抜け現象を抑制して良好な混合性を確保するようにし、これによってフリーボード内の燃焼温度を適正に維持して、ＣＯ等の未燃焼ガスの排出を低減するようにしている。
【０００４】
特許文献２は、フリーボードの２次空気供給手段とは別にその上方に、一つの多孔状筒体を炉内に直径方向に横断するように配設したり、あるいは一以上の多孔状筒体を炉内中心域まで達するように挿設し、これら筒体孔部より加熱された高速ガス、具体的には高圧空気、高圧スチームもしくはこれらの混合ガスを噴出させるようにし、この高速ガスによって未燃焼ガスが存在する気流層を撹拌混合して、未燃焼ガスを完全燃焼させるようにしている。
【０００５】
特許文献３は、ベッド部とフリーボードとの間に、燃料と空気との混合気を炉内に供給する混合気供給装置を備え、一次燃焼ガスの温度を、この混合気との混合・燃焼によって昇温させ、これによって高温状態でのフリーボード滞留時間を長く確保し、さらにフリーボードで二次空気により燃焼を完結させるようにしている。
【０００６】
特許文献４は、一次空気量や、フリーボード部に供給される二次空気量、その他の因子の制御によってフリーボード部内温度を、８５０〜９５０℃に維持するようにし、これにより高温の砂を炉内に分散させて焼却炉全体が均一な高温場となるようにし、これによって高い燃焼効率を確保して、燃焼に必要な空気比が低くてもＣＯ濃度を最小にするようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４１１７号公報（第３−４，６頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開２００１−２３５１２９号公報（第３−４頁、第１，３図）
【特許文献３】
特開２００１−２４８８０５号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献４】
特開２００２−１３０６４１号公報（第３−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１は、空気噴射によって吹き抜け現象を阻止する高圧部分を形成する作用だけであり、また特許文献２は、高速ガスによる気流層の撹拌混合作用だけであり、また特許文献３は、一次燃焼ガスを昇温させる作用だけであり、さらに特許文献４は、炉内全域を高温に維持する作用だけであって、いずれも未燃焼ガス濃度の低減化を単一の作用で一面的に達成しようとするものであり、効果的に未燃焼ガス濃度を低下させることは難しいと考えられる。
【０００９】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、吹き抜け現象のために高濃度化する排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを、ライザー内で効果的に燃焼・分解させてその濃度を低減することが可能な循環流動層焼却炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる循環流動層焼却炉は、中空筒体状のライザー上部に、エアリッチな火炎群を生成する２基以上のトーチからなるトーチ群を配置したことを特徴とする。各トーチはエアリッチな火炎を生成し、この火炎はエアリッチであるために、自然と細長く、勢いのあるものとなり、吹き抜け現象によって吹き消されることなく、ライザー内の排ガスを撹拌混合する炉機撹拌を促進するとともに、このような火炎を生成するトーチが２基以上配置されていて、直火をライザー内の未燃焼ガスに接触させて瞬時に分解し、かつその火炎により周辺のライザー内温度も上昇させることができて火炎に直接接触しない未燃焼ガスも分解し、これらの相乗効果により排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを効果的かつ大幅に低減することが可能である。
【００１１】
また、前記トーチ群は、前記ライザーの軸中心を取り巻くように、当該ライザーの軸中心から離れた当該軸中心周辺に達する火炎群を生成することを特徴とする。これにより、ライザー中心部を吹き抜けようとする排ガスに火炎を直接かつ効率よく接触させることが可能となる。
【００１２】
また、前記トーチは、前記ライザーの軸中心に向かう該ライザーの半径方向に対し、１５〜２５°の角度をなす方向へ火炎を生成することを特徴とする。これにより、ライザー中心部のガス流速を高めることなく、またライザー内に旋回流を生じさせることなく、ライザー内を上昇する排ガスと火炎とを効果的に接触・混合させ得る。
【００１３】
さらに、前記トーチ群の各トーチは、前記ライザーの軸中心に関し、互いに点対称に配置されることを特徴とする。これにより、炉機撹拌作用、未燃焼ガスとの接触作用、並びにライザー内温度の昇温作用を、ライザーの周方向に均一に生じさせることが可能となる。
【００１４】
また、前記トーチ群は、前記ライザーの上下方向に多段に配置されることを特徴とする。これにより、炉機撹拌をさらに促進できるとともに、火炎の未燃焼ガスとの接触機会を増やすことができ、ライザー内温度も全体的に均一に昇温させることが可能となる。
【００１５】
さらにまた、前記トーチには燃料として、液体燃料、気体燃料、あるいはこれらの混合燃料が供給されることを特徴とする。いずれの燃料によっても上記火炎を生成することが可能で、火炎の生成については高い汎用性を確保し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる循環流動層焼却炉の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる循環流動層焼却炉１は図１に示すように、炉床部２の流動層３で汚泥等の被焼却物がけい砂等の流動媒体によって燃焼処理される中空筒体状のライザー４と、ライザー４上部にダクト５を介して接続され、排ガスや軽い排出物、そしてこれらとともに吹き上げられた流動媒体を分離して、排ガス等を排出する一方で流動媒体を捕集するサイクロン６と、捕集された流動媒体を降下させるダウンカマー７と、炉内未燃焼ガスのサイクロン６への吹き抜けを防止するシール部８と、シール部８から炉床部２に連通され、導入される流動用空気によって流動媒体を流動させて炉床部２に戻す還流経路９とから主に構成される。
【００１７】
流動層３では、流動媒体がライザー４内に導入される１次空気によって流動し、この流動層３に投入された被焼却物は、流動媒体によって混合・撹拌されて微粒化されるとともに、乾燥・熱分解される。この流動層３からは排ガスや軽い排出物が吹き上げられ、これら排ガス等は、流動層３上方から導入される２次空気により流動媒体とともにライザー４上部のフリーボード１０へと搬送される。そしてフリーボード１０からダクト５へ流入した排ガス等はサイクロン６を介してライザー４外へ排出され、流動媒体はダウンカマー７およびシール部８等を介して、流動層３へと戻されるようになっている。
【００１８】
そして特に本実施形態にあっては、中空筒体状のライザー４の上部である２次燃焼空気の導入位置よりも上方のフリーボード１０にその内方に向けて、エアリッチな火炎群Ｆ，…を生成する２基以上のトーチ１１からなるトーチ群１２が配置される。図示例にあってはライザー４は中空円筒体状に形成されているけれども、その他の多角形の柱体状であっても良い。トーチ１１は、ライザー４の周壁部４ａにその周方向に沿って適宜間隔を隔てて、同一水平面内に配列され、これによりトーチ群１２が構成される。図示例にあっては、トーチ１１は２基設けられている。
【００１９】
これらトーチ１１には、燃料および当該燃料に対して高い比率で空気が供給され、エアリッチな火炎Ｆが生成される。空気比が高いエアリッチな火炎Ｆは、自然と細長く、勢いのあるものとなり、炉内空塔速度が４〜８ｍ／ｓという高速の排ガスに晒されても、それによって吹き消されるのが防がれる。また、トーチ１１の火炎温度は１４００℃近くにまで達し、これによりライザー４上部を高温状態にすることができる。燃料としては、重油や灯油などの液体燃料や、ＬＰＧや消化ガスなどの気体燃料、さらにはこれらを混合した混合燃料のいずれであっても良く、上記火炎Ｆの生成についてはその汎用性が高い。
【００２０】
各トーチ１１としては、未燃焼ガス濃度に応じて燃焼量を絞り制御できるように、大きな燃焼容量のものが用いられる。特にトーチ群１２は、助燃料として気体燃料を流動層内に供給するようにした場合に、流動層を吹き抜ける当該気体燃料が不完全燃焼することがないように燃焼動作される単一のトーチとは異なり、炉機撹拌を促進し、排ガスを燃焼させ、かつフリーボード１０内を高温状態に昇温させるべく、それよりも大きな燃焼容量でエアリッチな火炎群Ｆ，…を生成する２基以上のトーチ１１から構成される。このような相当の燃焼容量を有し、かつ吹き抜け現象に対し吹き消されることのないエアリッチな火炎を生成する燃焼動作を行うトーチ１１としては、例えば商品名「ハイスピードガスバーナ（中外炉株式会社製）」がある。
【００２１】
特にこれらトーチ１１からなるトーチ群１２は、中空筒体状のライザー４の上下方向軸中心Ｃを取り巻くように、当該ライザー４の軸中心Ｃから離れた当該軸中心Ｃ周辺に達する火炎群Ｆ，…を生成する。すなわち、図２および図３に平面視で示したように、トーチ１１が２基の場合には、ライザー４の軸中心Ｃを両側から挟む形態で、またトーチ１１が４基の場合には、ライザー４の軸中心Ｃを四方から取り囲む形態で火炎群Ｆ，…が生成される。これにより、ライザー４中心部を吹き抜けようとする排ガスに火炎Ｆを直接かつ効率よく接触させることができる。
【００２２】
また、火炎Ｆの生成方向としては図２および図３に示すように、ライザー４の軸中心Ｃに向かう当該ライザー４の半径方向Ｒに対し、１５〜２５°の角度をなす方向へ火炎Ｆを生成することが好ましく、この角度範囲でトーチ１１を設置すれば、火炎Ｆとライザー４内を上昇する排ガスとを効果的に接触・混合させることができる。火炎Ｆを半径方向Ｒに沿わせて（半径方向Ｒとなす角度を０°に設定して）ライザー４の中央である軸中心Ｃに向けた場合、ライザー４中心部のガス流速が高くなり吹き抜け現象を起こして好ましくなく、また火炎Ｆをライザー４の周方向、例えば半径方向Ｒに対し４５°の角度をなす方向に向けると、旋回流が生じてライザー４中心部のガスとの混合が行われないという不具合がある。
【００２３】
トーチ１１の配置についてはさらに、ライザー４の軸中心Ｃに関し、互いに点対称に配置することが好ましい。図２では、１８０°点対称の関係で２基のトーチ１１が配置されている。他方、図３では、９０°ピッチで配置された４基のトーチ１１が２基ずつ１組で点対称の位置関係になるように配置されている。これにより、炉機撹拌作用、未燃焼ガスとの接触作用、並びにライザー４内温度の昇温作用を、ライザー４の周方向に均一に生じさせることができる。しかしながら、トーチ１１の配置は、５基を７２°ピッチで配置するなど、点対称に配置する形態に限られない。
【００２４】
さらに、トーチ群１２は図４に示すように、ライザー４の上下方向に多段に配置するようにしても良い。例えば、図３に平面視した４基のトーチ１１の場合を例にとって説明すると、点対称配置の一方の２基一組のトーチ群１２を上方に配置するとともに、他方の２基一組のトーチ群１２を下方に配置するなど、多段に配置しても良い。この場合、上下で配置を互い違いに、もしくは千鳥に配置することが好ましい。これにより、排ガスの撹拌作用を増強することができるとともに、排ガスが火炎Ｆに接触する機会を多く確保することができて燃焼作用も促進でき、さらにはフリーボード１０内の温度もその高さ方向にわたって広範にかつ均一に上昇させることができる。
【００２５】
本実施形態にかかる循環流動層焼却炉１の作用について説明すると、ライザー４の中央部を高速で吹き抜けようとする排ガス等は、トーチ群１２が配置されたライザー４上部のフリーボード１０に達すると、トーチ１１で生成された火炎Ｆによって撹拌・混合され、その一部は火炎Ｆに直接晒されて未燃焼ガス分が瞬時に分解されるとともに、火炎Ｆに直接晒されない未燃焼ガス分も、当該火炎Ｆによって高温に昇温されたフリーボード１０内雰囲気によって分解作用が促進され、これらの相乗作用によって未燃焼ガスの完全燃焼が促進される。
【００２６】
すなわち、本実施形態にあってはトーチ群１２は、撹拌機能を有し、かつ燃焼作用とライザー４内温度の昇温作用とを兼備した二次燃焼設備として機能する。さらに具体的には各トーチ１１はエアリッチな火炎Ｆを生成し、この火炎Ｆはエアリッチであるために、自然と細長く、勢いのあるものとなり、吹き抜け現象によって吹き消されることなく、ライザー４内の排ガスを撹拌混合する炉機撹拌を促進するとともに、このような火炎Ｆを生成するトーチ１１が２基以上配置されていて、直火をライザー４内の未燃焼ガスに接触させて瞬時に分解し、かつその火炎Ｆにより周辺のライザー４内温度も上昇させることができて当該火炎Ｆに直接接触しない未燃焼ガスも分解し、これらの相乗効果によって排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを効率よく低減することができる。これにより、投入される被焼却物の量や質に関わらず、ライザー４内、特にフリーボード１０での燃焼完結を安定的に確保することができ、ＣＯ等の未燃焼ガスの濃度を効果的かつ効率よく低減することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上要するに、本発明にかかる循環流動層焼却炉にあっては、吹き抜け現象のために高濃度化する排ガス中のＣＯ等の未燃焼ガスを、ライザー内で効果的に燃焼・分解させてその濃度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる循環流動層焼却炉の好適な一実施形態を示す概略側断面である。
【図２】図１に示した循環流動層焼却炉に配置されるトーチの配列状態の一例を示す概略平面断面図である。
【図３】図１に示した循環流動層焼却炉に配置されるトーチの配列状態の他の例を示す概略平面断面図である。
【図４】図１に示した循環流動層焼却炉に配置されるトーチの配列状態のさらに他の例を示す概略部分側断面図である。
【符号の説明】
１  循環流動層焼却炉
４  ライザー
１１  トーチ
１２  トーチ群
Ｃ  ライザーの軸中心
Ｆ  火炎
Ｒ  ライザーの半径方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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