(57)【要約】【課題】火炎や高温の既燃ガスと燃焼室の周壁とを燃焼室内に形成される旋回流によって遮ることにより、高温の火炎や既燃ガス、又は燃焼時に生じる粉体粒子の周壁への影響を緩和・抑制した廃棄物処理装置用燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼室１１の周壁内面１４にほぼ沿って開口する流体供給孔１５から流入される流体である予混合気１３によって燃焼室１１内に旋回流１３ａが形成される。旋回流１３ａによって周壁内面１４は温度の低い気体の流れで覆われ、高温の既燃ガスは燃焼室１１の中心軸の近傍に閉じ込められ、周壁内面１４に直接に接触することがない。廃棄物１７は、燃焼室１１の端壁１６に接続されている廃棄物供給管１８を通して燃焼室１１内に流入され、混合気と共に燃焼室１１内にて燃焼又は燃焼室内の高温雰囲気によって熱分解される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が端壁によって且つ周囲が周壁によって定められた筒形の燃焼室を備え、前記燃焼室内に燃料と空気とから成る混合気旋回流を形成するための流体を前記周壁の内面にほぼ沿って前記燃焼室内に流入させる流体供給孔が前記周壁に開口し、前記端壁には廃棄物を前記燃焼室内に流入する廃棄物供給管が接続され、前記混合気旋回流が燃焼するときに生じる火炎及び高温の既燃ガスによって前記廃棄物を熱的に処理することを特徴とする廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項２】
前記流体は、空気、ガス燃料、燃料と空気の予混合気、及び燃料粒子が浮遊する空気から成る一群の流体から選択された一種類又は複数種類の流体であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項３】
前記流体供給孔は、前記燃焼室の軸方向と平行な方向に延びるスロットであることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項４】
前記流体供給孔は、前記燃焼室の前記周壁に分布し且つ前記燃焼室の軸方向に傾斜して形成された複数の孔であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項５】
前記周壁の他端に形成される前記燃焼室の排出端は、前記周壁の断面形状よりも拡大された断面形状を有していることから成る請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項６】
前記廃棄物供給管の出口端は、前記燃焼室の前記端壁よりも前記燃焼室内に突き出ていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項７】
前記廃棄物供給管の流路内に、前記燃焼室内に流入する前記廃棄物の流れに旋回を与える旋回手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【請求項８】
前記旋回手段による前記廃棄物の流れ方向は、前記燃焼室内における前記混合気旋回流の旋回方向とは逆方向であることを特徴とする請求項７に記載の廃棄物処理用燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種産業において発生する廃棄物を燃料の燃焼によって生じた火炎及び高温の既燃ガスによって熱的に処理する廃棄物処理用燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種産業においては、気体、液体ミスト、固体粒状物質等の各種形態の廃棄物が発生する。これらの廃棄物は、そのままでは有害な物質や悪臭を放つ物質があり、それらの処理方法のひとつに燃焼によるものがある。即ち、可燃性の廃棄物質の多くは、空気等の酸化剤との燃焼反応によって水や二酸化炭素のような無害で無臭の物質に変化させることができ、また、難燃性や難分解性の物質の中にも高温燃焼ガス雰囲気により分解し、最終的に無害な物質に変化させることができるものがある。特に、半導体や液晶の製造過程等では、大気に触れると発火する気体、難分解性の気体、生物に有害な気体等の廃棄処理すべき各種気体が使用されており、それらの処理方法として燃焼による処理装置が実用化されている。これらの気体の中には、燃焼によって粉体が発生するときもある。
【０００３】
従来の廃棄物処理用の燃焼装置の一例について、図５に基づいて説明する。図５は、半導体製造工程で発生する廃棄ガスの処理用燃焼装置の主要部を示す概略図である。図５に示す燃焼装置５１においては、天然ガス、プロパン、水素などが、燃料として用いられる。燃焼装置５１の燃焼室５４は円筒形状に形成されており、バーナ５２において燃料と空気とが部分的に予混合され、バーナ５２から噴射された予混合気が燃焼することによる火炎５３が燃焼室５４内に形成される。バーナ５２は、火炎５３による既燃ガス５５の旋回流れが燃焼室５４内に形成されるような角度で燃焼装置５１の側壁５１ａに取り付けられている。この旋回流れは、燃焼ガスと処理される廃棄物５６との混合や燃焼の促進に有効である。廃棄物５６は、燃焼室５１の底面５１ｂに開口する廃棄物供給管５７から燃焼室５４内に流入し、バーナ５２によって発生された高温の既燃ガス５５により燃焼処理される。廃棄物５６が液体ミストや固体粒状物質の場合、廃棄物５６は、空気又は窒素などの気体により搬送されて廃棄物供給管５７から燃焼室５４内に流入する。廃棄物５６の燃焼による生成物は、燃焼ガスと共に燃焼器出口５８から流出し、その下流において大量の空気５９で希釈されて、温度が下げられ、有害な生成物がない場合はそのまま大気に放出される。燃焼による生成物の種類によっては、大気に放出される前にフィルターによる徐塵や水洗浄が行わる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の燃焼装置による廃棄物処理方式においては、燃焼室壁面が燃焼による高温ガスに曝されるので燃焼室壁面を背面から冷却する必要があること、廃棄物の燃焼処理によって腐食性のガスが発生する場合には、燃焼室壁面はそれらのガスと接触するのが避けられないために侵食が進みやすいこと、などの問題がある。また、燃焼処理により粉体が発生する場合には、燃焼室壁面へ粉体が堆積するという厄介な問題がある。半導体や液晶の製造に広く使用されるモノシラン、ジシランや六フッ化タングステンは、燃焼によって粉体状の酸化物を発生する。この粉体は燃焼室内の燃焼ガスの旋回により燃焼室壁面に輸送され、付着し、堆積が進む。粉体の堆積が一定量を超えないように、燃焼室の側壁面にほぼ接触しながら回転する金属製の板等の器具で機械的に掻き落とす必要があり、場合によっては、廃棄物の燃焼処理を中断する必要が生じる。
【０００５】
燃焼室周壁への粉体の堆積の問題を解決する方法として、燃焼室周壁を通気性のある多孔質セラミック製円筒で形成し、その表面から常に空気を滲出あるいは噴出させることにより粉体が周壁内面に付着するのを防止する方法や、燃焼室の周壁内面に沿って水を流して、粉体を流し去る方法が実用化されている。これらの方法は周壁の冷却を兼ねることができるが、装置が複雑になり、コスト高になるという問題がある。また、廃棄物の処理に伴って、塩素のように水に溶解すると腐食性の液体となるガスを発生する場合には、水を使用する方法は採用することができない。水が使用できる場合でも、水への熱損失の分だけ燃料消費量が増えるという問題がある。
【０００６】
本発明は、従来の廃棄物処理用燃焼装置の上記の問題を解決するため、火炎や高温の既燃ガスと燃焼室の周壁とを燃焼室内に形成される混合気旋回流によって遮って、火炎や高温の既燃ガスの周壁への影響を緩和・抑制する点で解決すべき課題がある。この発明の目的は、火炎や既燃ガスが高温であることによる周壁への熱的作用を緩和させると共に、特に燃焼時に粉体粒子を生じる廃棄物を処理する場合に問題となる燃焼室の周壁内面への粉体粒子の付着・堆積を抑制できる廃棄物処理装置用燃焼器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による廃棄物処理用燃焼装置は、一端が端壁によって且つ周囲が周壁によって定められた筒形の燃焼室を備え、前記燃焼室内に燃料と空気とから成る混合気旋回流を形成するための流体を前記周壁の内面にほぼ沿って前記燃焼室内に流入させる流体供給孔が前記周壁に開口し、前記端壁には廃棄物を前記燃焼室内に流入する廃棄物供給管が接続され、前記混合気旋回流が燃焼するときに生じる火炎及び高温の既燃ガスによって前記廃棄物を熱的に処理することを特徴としている。
【０００８】
この廃棄物処理用燃焼装置によれば、燃焼室内に旋回流を形成するための流体は、燃焼室の周壁内面にほぼ沿って開口する流体供給孔から燃焼室内に流入されるので、燃焼室壁面は温度の低い流体の流れで覆われると共に、高温の既燃ガスを燃焼室の中心軸の近傍に閉じ込め、高温の既燃ガスが燃焼室の周壁内面に接触するのを防止することができる。また、廃棄物は、燃焼室の端壁に接続されている廃棄物供給管を通して燃焼室内に流入され、流入された燃料と空気の混合気と共に燃焼室内にて燃焼するか或いは燃焼室内の高温雰囲気によって熱分解する等の熱的な処理が施される。
【０００９】
この廃棄物処理用燃焼装置において、前記流体は、空気、ガス燃料、燃料と空気の予混合気、及び燃料粒子が浮遊する空気から成る一群の流体から選択された一種類又は複数種類の流体とすることができる。空気は、燃料を燃焼させるための酸化剤として用いられる。燃料粒子は、液体燃料又は粉体状燃料の微粒子を含み、ガス化して空気との混合気を形成する。すべての流体供給孔から同じ種類の流体を燃焼室内に流入させることができるが、異なる種類の気体を区別された流体供給孔から燃焼室内に流入させてもよい。いずれの場合も、周壁内面に対する流入方向を揃えることで、燃焼室内には、ガス化した燃料と空気とが混合した混合気旋回流が形成される。旋回流を形成させるために周壁内面に沿って燃焼室内に流入させる流体を空気のみとする場合には、流体供給孔の周壁内面での開口近傍或いは周壁に燃料噴射の手段を設けて燃料と空気の流れを強く干渉させることで、燃焼室の内部に混合気旋回流を形成することができる。
【００１０】
この廃棄物処理用燃焼装置において、前記流体供給孔を、前記燃焼室の軸方向と平行な方向に延びるスロットとすることができる。流体供給孔をこのようなスロットとすることにより、スロットから燃焼室内に流入する流体は燃焼室の周壁内面に沿って広範囲に薄く且つ安定した混合気の層を形成する。また、前記流体供給孔を、前記燃焼室の前記周壁に分布し且つ前記燃焼室の軸方向に傾斜して形成された複数の孔とすることができる。流体供給孔を軸方向に傾斜して分布して形成された複数の孔とすることにより、燃焼室壁面に沿って安定な混合気の層を形成するという点だけでなく、冷却作用によって火炎からの輻射による側壁の温度上昇を抑制することもできる。
【００１１】
上記の廃棄物処理用燃焼装置において、前記周壁の他端に形成される前記燃焼室の排出端については、前記周壁の断面形状よりも拡大された断面形状を有することができる。燃焼室の排出端の断面形状を周壁の断面形状よりも拡大させることによって、周壁の内方に形成された混合気旋回流の渦が崩壊し、混合気と既燃ガスとの混合が進み、燃焼が促進される。また、上記の廃棄物処理用燃焼装置において、廃棄物供給管の出口端は、前記燃焼室の前記端壁よりも前記燃焼室内に突き出すことができる。廃棄物供給管の出口端を燃焼室内に突き出して配置することにより、廃棄物供給管からの廃棄物の流速が大きい場合でも、混合気の火炎の安定性を損うことなく、火炎を燃焼室の中心軸の近傍に閉じ込めた状態に維持することができる。
【００１２】
上記の廃棄物処理用燃焼装置において、前記廃棄物供給管の流路内に、前記燃焼室内に流入する前記廃棄物の流れに旋回を与える旋回手段を設けることができる。廃棄物の流れに旋回を与える旋回手段を設けることにより、廃棄物は燃焼室内に旋回しながら流入し、燃焼室内に形成されている既燃高温ガスとの混合と燃焼等の熱的処理とを促進することができる。
【００１３】
廃棄物の流れのための旋回手段を設けた廃棄物処理用燃焼装置において、前記旋回手段による前記廃棄物の流れ方向を、前記燃焼室内における前記混合気旋回流の旋回方向と逆方向にすることが好ましい。廃棄物の旋回方向を混合気旋回流の旋回方向と逆方向にすることにより、混合気と廃棄物との混合を一層促進することが可能となる。また、混合促進後においては、流れ全体の旋回を弱め、燃焼処理によって粉体粒子を生じる場合には粉体粒子がその壁面方向に向かう作用を弱めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面の記載に基づいて、この発明による廃棄物処理用燃焼装置の実施例を説明する。図１は、この発明による廃棄物処理用燃焼装置の第１実施例を示す図であり、（ａ）は（ｂ）の折れ線Ａ−Ａで切断した模式縦断面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂで切断した模式横断面図である。
【００１５】
廃棄物処理用燃焼装置１０は、筒状、好ましくは円筒状の燃焼室１１を備えており、燃焼室１１を定める周壁１２には、燃料と空気の予混合気１３を周壁内面１４のほぼ接線方向に燃焼室１１に流入させる予混合気供給孔１５が形成されている。予混合気供給孔１５は、流体供給孔に相当し、この例では、周壁１２の周壁内面１４に円筒形状の母線に沿う方向に細長のスロット状に開口している。予混合気供給孔１５がこのようなスロット状に開口することにより、流入した予混合気１３は、燃焼室１１内において旋回流１３ａを形成する。また、燃焼室１１の一端側を定める端壁１６には、廃棄物１７を燃焼室１１に流入させるための廃棄物供給管１８が設けられている。
【００１６】
燃焼室１１内に流入した予混合気１３は、燃焼室１１の周壁内面１４に沿って旋回流１３ａを形成し、着火して筒状の連続した火炎１９を形成する。火炎１９の内側には高温の既燃ガスが充満した既燃ガス領域１１ａが形成されるが、火炎１９の外側、即ち、火炎１９と周壁内面１４との間には未燃焼の予混合気１３が周壁内面１４にほぼ沿って旋回流１３ａとなって層状に安定して流れる比較的低温な混合気領域１１ｂが形成される。周壁内面１４は予混合気１３で覆われるので、高温の火炎１９や既燃ガス１３ｂからの周壁内面１４への影響が緩和される。廃棄物供給管１８から供給された廃棄物１７は、既燃ガス２０の中に流入し、既燃ガス２０と混合して、可燃性のガスであれば着火・燃焼する。難燃性ガスでも、予混合気１３との混合後の温度と時間を適切に設定することにより高熱によって分解する。また、廃棄物１７の処理によって粉体粒子が生成される場合であっても、燃焼室１１の周壁内面１４が予混合気１３の流動層で覆われている限りは、周壁内面１４に粉体粒子の堆積が生じないので、燃焼室１１の軸方向長さを適切に設定することによって、従来の処理装置の課題、すなわち燃焼室１１の壁面への粉体粒子の付着、堆積の問題を著しく軽減することができる。
【００１７】
図１では、スロット状の予混合気供給孔１５を示したが、これに限らず、流体供給孔の形状、方向及び個数は、燃焼室１１の周壁内面１４に沿って安定な混合気の旋回流れを形成し、火炎１９と同様の連続する円筒状の火炎を形成できるものであればよい。そうした例として、流体供給孔は、出口が周壁内面１４にほぼ沿うように斜めにあけられた多数の孔とすることができる。また、細長に開口する場合、燃焼室１１の軸方向に隔置して配置してもよい。
【００１８】
端壁１６に繋がる廃棄物供給管１８の出口は、燃焼室１１に対して偏芯して配置してもよいが、廃棄物１７の燃焼の促進や燃焼室１１の周壁内面１４への接触の防止の観点から、火炎１９よりも内側に存在する既燃ガス領域１１ａ内に廃棄物１７を確実に流入させることができる位置に配置することが望ましい。予混合気１３は完全に均質である必要はなく、予混合気１３を形成するため燃料と混合される気体としては、空気に代えて気体酸化剤でも構わない。また、廃棄物供給管１８を鉛直下向きになるよう装置全体を縦置きにすれば、固体の廃棄物でも自由落下により燃焼室１１内に供給することができる。
【００１９】
図２は、本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第２実施例を示す。図２（ａ）は（ｂ）の折れ線Ｃ−Ｃで切断した模式縦断面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｄ−Ｄで切断した模式横断面図である。図２に示す実施例において、図１に示す実施例の構成と機能において異ならないものには、同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。また、旋回流１３ａが流れる混合気領域２１ｂ及び火炎１９の形成、既燃ガス領域２１ａの形成、混合気領域２１ｂによる周壁内面１４の高熱からの保護等の各作用についても、図１に示す実施例と同様である。図２に示す廃棄物処理用燃焼装置２０においては、燃焼室２１は、上流側の円筒部２２と、その出口部近傍に、接続部２４を介してより大きな断面の拡大通路２３を接続した形態を有している。接続部２４は、段差状に急拡大する形状でも、或いは徐々に拡大するテーパー状の形状でもよい。接続部２４より下流の空間において、円筒部２２で形成された予混合気１３の旋回流１３ａの渦が崩壊し、予混合気１３と既燃ガスとの混合が進み、燃焼が促進される。なお、この例では予混合気１３が流入する流体供給孔としての予混合気供給孔２５は、周壁内面１４において、燃焼器１１の円筒形の軸線に対して下流側に傾斜した方向に開口しており、廃棄物１７を燃焼室２１内に引き込み導入するのに効果がある。
【００２０】
図３は、本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第３実施例を示す。図３（ａ）は（ｂ）の折れ線Ｅ−Ｅで切断した模式縦断面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｆ−Ｆで切断した模式横断面図である。図３に示す実施例において、図１に示す実施例の構成と機能において異ならないものには、同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。また、旋回流１３ａが流れる混合気領域３１ｂ及び火炎１９の形成、既燃ガス領域３１ａの形成、混合気領域３１ｂによる周壁内面１４の高熱からの保護等の各作用についても、図２に示す実施例と同様である。図３に示す廃棄物処理用燃焼装置３０においては、廃棄物供給管１８の出口端３８が燃焼室３１内に突き出た状態に設けられている。廃棄物供給管１８の出口端３８についてのこうした構成により、火炎１９の安定性が促進され、廃棄物１７が確実に燃焼処理できる。即ち、廃棄物１７の流入速度が大きい場合にも、火炎１９の安定性は損なわれず、燃焼室３１と同心円筒状の火炎１９を維持できる。この例では、予混合気１３を流入させるための予混合気供給孔（流体供給孔）３５は、燃焼器３１の周壁３２において、上流側に形成され且つ円筒形状の母線方向に延びた細長いスロット３６と、下流側に形成され且つ周方向に傾斜した多数の小円形孔３７とで構成されている。予混合気供給孔３５からの予混合気１３が周壁内面１４にほぼ沿うように流入するように傾斜して穿けられた多数の孔とすることにより、燃焼室３１の周壁内面１４に沿って安定な予混合気１３の層が形成されるばかりでなく、小円形孔３７を通る予混合気１３の冷却作用によって火炎１９からの輻射による周壁３２の温度上昇を抑制することができ、更に燃焼処理によって粉体粒子を生じる廃棄物であっても、小円形孔３７からの予混合気１３の吹き出しによって粉体粒子が周壁内面１４に接近するのを一層抑制することができる。
【００２１】
本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第４実施例を図４に示す。図４（ａ）は（ｂ）の折れ線Ｇ−Ｇで切断した模式縦断面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｈ−Ｈで切断した模式横断面図である。図４に示す実施例において、図１に示す実施例の構成と機能において異ならないものには、同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。また、旋回流１３ａが流れる混合気領域４１ｂ及び火炎１９の形成、既燃ガス領域４１ａの形成、混合気領域４１ｂによる周壁内面１４の高熱からの保護等の各作用についても、図２に示す実施例と同様である。図４に示す廃棄物処理用燃焼装置４０は、廃棄物１７の流れに旋回を与える旋回器４８が廃棄物供給管１８内に配置されている。こうした構成により、燃焼室４１内において、高温の既燃ガスと廃棄物１７との混合と燃焼処理とが促進される。特に、廃棄物１７の旋回方向が予混合気１３の旋回方向と逆の場合には、混合促進後は流れ全体の旋回が弱まる。その結果、粉体粒子を周壁内面１４の方向に向かわせる輸送作用が弱まり、粉体粒子が燃焼室４１の周壁内面１４に付着・堆積するのを抑制する効果がある。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の廃棄物処理用燃焼装置によれば、筒形状の燃焼室において、その周壁に開口する流体供給孔から、燃焼室の内部に燃料と空気の混合気旋回流を形成するための流体を燃焼室に流入させることにより、燃焼室壁面を温度の低い混合気の流れで覆い、高温の既燃ガスを燃焼室中心軸の近傍に閉じ込めることが可能になる。従って、この廃棄物処理用燃焼装置によれば、燃焼室の周壁内面に沿って混合気旋回流が流れる混合気領域が形成されるので、燃焼室の周壁内面が高温既燃ガスに接触するのを防ぐことができ、火炎や高温の既燃ガスによる周壁への熱的作用が緩和されて、燃焼装置の耐久性が向上する。また、燃焼時に粉体粒子を生じる廃棄物を処理する場合に問題となる燃焼室の周壁内面への粉体粒子の付着・堆積が、混合気領域の存在によって抑制することができる。このように、この廃棄物処理用燃焼装置によれば、熱損失が抑制され、より高温な既燃ガスを発生し、廃棄物の燃焼や分解による熱的処理を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第１実施例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第２実施例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第３実施例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明による廃棄物処理用燃焼装置の第４実施例を示す模式的断面図である。
【図５】従来の廃棄物処理用燃焼装置の代表的な例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０　廃棄物処理用燃焼装置
１１，２１，３１，４１　燃焼室
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ　既燃ガス領域
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ　混合気領域
１２，２２，３２，４２　周壁
１３　予混合気
１３ａ　旋回流
１４　周壁内面
１５，２５，３５（３６，３７），４５　流体供給孔
１６　端壁面　　　　　　　　　　　　　１７　廃棄物
１８　廃棄物供給管　　　　　　　　　　１９　火炎
２２　円筒部　　　　　　　　　　　　　２３　拡大通路
２６　スロット　　　　　　　　　　　　２７　孔
３８　出口部　　　　　　　　　　　　　４８　旋回器
【図１】
2004069269.tif 000003
【図２】
2004069269.tif 000004
【図３】
2004069269.tif 000005
【図４】
2004069269.tif 000006
【図５】
2004069269.tif 000007