(57)【要約】【課題】一般的なリサイクル済みの廃棄プラスチック粒片を活用して、火炎中での完全燃焼が十分に行え且つ安定した燃焼状態が得られる燃焼方法およびこれに好適に用いられる燃焼バーナを提供する。【解決手段】ミスト化された燃料を送給する内筒２０、および係る内筒２０の周囲を囲い且つ燃焼用エアａを送給する外筒１８、を含むバーナ本体１１と、係るバーナ本体１１の外筒１８の先端において火炎Ｆが吹き出す開口部２１寄りの先端付近に配置され、且つエアと共に廃棄プラスチック粒片ｐ群を外側から火炎Ｆ中に斜めに供給する補助燃料供給筒２２と、を備える、燃焼バーナ１０。【選択図】  図３
2005337511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄プラスチック粒片を補助燃料とする燃焼方法であって、
燃焼バーナの先端から吹き出すほぼ紡錘形状の火炎に対し、廃棄プラスチック粒片群を上記火炎の外側から傾斜しつつ当該火炎の中心付近に供給し、且つ当該火炎の先端寄りにほぼ軸方向に沿って送給する、
ことを特徴とする燃焼方法。
【請求項２】
前記廃棄プラスチック粒片は、平均粒径が８ｍｍ以下であり、エアと共に前記燃焼バーナの先端から放出される前記火炎中に供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼方法。
【請求項３】
ミスト化された燃料を送給する内筒、および係る内筒の周囲を囲い且つ燃焼用エアを送給する外筒、を含むバーナ本体と、
上記外筒の先端において火炎が吹き出す開口部寄りの先端付近、または係る開口部の外側付近に配置され、エアと共に廃棄プラスチック粒片群を外側から火炎中に供給する単数または複数の補助燃料供給筒と、を備える、
ことを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項４】
前記補助燃料供給筒の軸方向は、前記燃焼バーナにおける内筒および外筒の軸方向に対して３０°〜５０°の傾斜角度を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記補助燃料供給筒は、燃焼バーナのパイロットバーナを兼用したものである、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の燃焼バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄プラスチック粒片を補助燃料として用いる燃焼方法およびこれに好適な燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高揚に応じて、各種の廃棄プラスチックのリサイクルが広く行われている。係るリサイクルは、同種の廃棄プラスチック材を回収および選別し、ダストカッタなどにより、１０ｍｍ以下のサイズに裁断し且つ微細化して、粒状の廃棄プラスチック粒片としている。そして、多数の廃棄プラスチック粒片を加熱および溶融などして、例えばプラスチック容器などに再生している。
一方で、同種や異種の廃棄プラスチック材に限らず、上記のように裁断・微細化した粒状の廃棄プラスチック粒片は、各種の燃焼炉などの補助燃料として用いることで、燃料コストを低減し且つリサイクルを促進させる可能性がある。
【０００３】
ところで、廃棄プラスチックを補助燃料として用いる燃焼方法や燃焼装置としては、これまでは平均粒径が３００μｍ以下の廃棄プラスチック粉末を用いる燃焼装置および燃焼方法が提案されるに留まっている（例えば、特許文献１参照）。
このため、一般的なリサイクル済みの廃棄プラスチック粒片は、更に微細なサイズに細分化する工数およびコストが必要になる、という問題点が生じる。
しかも、上記燃焼装置は、バーナ本体の中心部の軸方向に沿って、微細な廃棄プラスチック粉末を細長い補助燃料供給ノズルの後端からバーナ本体の先端に向かう長い経路により噴射している。このため、ノズル詰まりを生じ易く、安定した燃焼状態が得られにくいと共に、火炎中での燃焼が不十分燃焼になり易い、という問題点もあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８５０９２号公報（第１〜３０頁、図４〜７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、一般的なリサイクル済みの廃棄プラスチック粒片を活用して、火炎中での完全燃焼が十分に行え且つ安定した燃焼状態が得られる燃焼方法、およびこれに好適に用い得る燃焼バーナを提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、発明者らによる鋭意研究および調査の結果、燃焼バーナからほぼ紡錘形状にして放出する火炎に対し、廃棄プラスチック粒片群を直に上記火炎の基端寄りから当該火炎のほぼ軸方向に沿って供給する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の燃焼方法（請求項１）は、廃棄プラスチック粒片を補助燃料とする燃焼方法であって、燃焼バーナの先端から吹き出すほぼ紡錘形状の火炎に対し、廃棄プラスチック粒片群を上記火炎の外側から傾斜しつつ当該火炎の中心付近に供給し、且つ当該火炎の先端寄りにほぼ軸方向に沿って送給する、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、廃棄プラスチック粒片群は、上記火炎の外側から傾斜して当該火炎における基端寄りの内炎付近に直に供給され、且つ内炎および外炎の軸方向に沿って最も先端で且つ高温の外炎の先端部寄りに送給される。この結果、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の廃棄プラスチック粒片であっても、確実に火炎中において完全燃焼させることができる。従って、一般にリサイクルされている廃棄プラスチック粒片を更に細かく裁断することなく、そのまま燃焼バーナの補助燃料として活用できるため、燃焼に要する熱エネルギの効率を高め、且つ燃料コストを低減できると共に、リサイクルを促進できるので、環境上の観点からも良好となる。
尚、前記燃焼バーナには、後述するように、エアと液体燃料とを混合した気・液混合ガスおよび燃焼用エアを用いて、火炎を先端から吹き出す形式の一般的な構造を有するもの、またはこれを僅かに改造した燃焼バーナが用いられる。
【０００８】
また、本発明には、前記廃棄プラスチック粒片は、平均粒径が８ｍｍ以下であり、エアと共に前記燃焼バーナの先端から放出される前記火炎中に供給される、燃焼方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、一般的にリサイクルされている廃棄プラスチック粒片を細分化することなく、そのまま燃焼バーナの補助燃料として確実に活用できる。このため、燃焼に要する熱エネルギの効率を高め、燃料コストを低減できると共に、社会全体のリサイクルを促進することも可能となる。
【０００９】
一方、前記燃焼方法に用いる本発明の燃焼バーナ（請求項３）は、ミスト化された燃料を送給する内筒、および係る内筒の周囲を囲い且つ燃焼用エアを送給する外筒、を含むバーナ本体と、前記外筒の先端において火炎が吹き出す開口部寄りの先端付近、または係る開口部の外側付近に配置され、エアと共に廃棄プラスチック粒片群を外側から火炎中に供給する単数または複数の補助燃料供給筒と、を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、上記内筒および外筒を含む燃焼バーナを用い、エアと液体燃料（例えば、重油）とを混合してミスト化した燃料および燃焼用エアにより、外筒の開口部から外側に吹き出す火炎に対し、廃棄プラスチック粒片群は、係る開口部の付近からエアと共に直に供給され、且つ当該火炎中において長い移動軌跡を辿る。この結果、前記平均粒径の廃棄プラスチック粒片であっても、火炎中において確実に完全燃焼させることができる。
従って、上記火炎が加熱すべき対象物（例えば、被熱処理材）や加熱用スペース（例えば、加熱炉の内側）を汚染することなく、燃料コストを低減しつつ加熱処理または乾燥処理することが可能となる。しかも、一般的な構造の燃焼バーナに上記補助燃料供給筒およびその付帯設備を追加するという、僅かの改造で良いため、設備コストも抑制することができる。
【００１１】
また、本発明には、前記補助燃料供給筒の軸方向は、前記燃焼バーナにおける内筒および外筒の軸方向に対して３０°〜５０°の傾斜角度を有する、燃焼バーナ（請求項４）も含まれる。
これによれば、廃棄プラスチック粒片群は、燃焼バーナの外筒から吹き出される火炎に対し、係る火炎の基端寄りの内炎の中心付近に外側から傾斜しつつ確実に供給されると共に、係る供給された廃棄プラスチック粒片群を完全燃焼させながら、当該火炎で最も先端で且つ高温の外炎の先端部寄りに送給できる。従って、係る移動過程において、前記平均粒径を有している廃棄プラスチック粒片群を容易に完全燃焼させることが可能となる。
【００１２】
更に、本発明には、前記補助燃料供給筒は、燃焼バーナのパイロットバーナを兼用したものである、燃焼バーナ（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記ミスト化した燃料および燃焼用エアの混合ガスを着火させるパイロットバーナと補助燃料供給筒とを兼用化するため、上記着火の直後から上記パイロットバーナに連通するバルブなどを操作することで、係るパイロットバーナから、廃棄プラスチック粒片群を前記火炎中に直に供給することができる。従って、最小限の改造コストによって、廃棄プラスチック粒片群を補助燃料として活用できる燃焼バーナを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の燃焼方法および燃焼バーナ１０が適用されるバーナ加熱方式の加熱炉２４と、その付帯設備とを示す概略図であり、図２は、上記燃焼バーナ１０の付近を拡大して示す断面図である。
図１に示すように、加熱炉２４は、耐火性の炉底２５、炉壁２６、および炉蓋２７とからなる直方体を呈する。炉蓋２７には、これを垂直に貫通する燃焼バーナ１０と、排気ガス用のダクト２９に連通する排気口２８とが設けられている。
【００１４】
上記燃焼バーナ１０には、予め平均粒径が８ｍｍ以下に裁断された廃棄プラスチックｐが、図１に示すように、投入口２からホッパ１中に貯留された後、バルブ３および配管４を介して、エアと共に送給される。
また、図１に示すように、予めタンク５中に給油された重油のような液体燃料Ｌは、配管６をおよび図示しないポンプを介して、燃焼バーナ１０に送給されると共に、ブロワ７から取り込まれ且つ配管８を介して圧送されるエアａと混合され、ミスト化した気・液混合ガスの燃料とされる。
【００１５】
図２に示すように、燃焼バーナ１０は、炉蓋２７を貫通するテーパ孔２７ａに開口部２１が連通する円筒形の外筒１８、および係る外筒１８の内側に同軸心で囲まれた内筒２０を含むバーナ本体１１と、外筒１８の開口部２１寄りの先端付近に斜め下向きに貫通して配置された補助燃料供給筒２２と、を備えている。また、外筒１８と内筒２０との間には、同軸心の仕切筒１７が位置している。
外筒１８の上方（後端側）には、図２に示すように、前記配管８から圧送された燃焼用エアａを取り込む水平管１５、通し孔１４、およびリング形状の旋回部１３が位置している。これらの各部を経て圧送された燃焼用エアａは、バーナ本体１１の後端（図２で上端）側をＵターンした後、外筒１８と仕切筒１７との間に位置するリング状の流路１２を下向きに圧送され、開口部２１付近に放出される。因みに、係る燃焼用エアａの流量は、約７０〜１００ｍ３／時間である。
【００１６】
図２に示すように、仕切筒１７と間隔１６を置いて位置する内筒２０は、バーナ本体１１の後端部を貫通し、その上端には、気化器１９が取り付けられている。係る気化器１９は、前記配管６から送給された液体燃料Ｌを取り込む垂直ノズル１９ｂと、前記配管８から分岐して圧送された噴霧用エアｇを取り込む水平ノズル１９ａとを備えている。
上記気化器１９によって、液体燃料Ｌと噴霧用エアｇとが混合されてミスト化した気・液混合燃料は、内筒２０中を軸方向（図２で垂直方向）に沿って圧送され、開口部２１近傍に噴射される。内筒２０の先端から噴射された燃料は、流路１２から放出された燃焼用エアａと混合され、所定の濃度レベルに調整される。
【００１７】
前記のように濃度調整された燃料に対し、図示しないパイロットバーナを用いて着火すると、図３に示すように、炉蓋２７のテーパ孔２７ａを下向きに貫通し且つほぼ紡錘形状となった火炎Ｆが、開口部２１付近から炉内側にほぼ垂直に吹き出す。係る火炎Ｆは、外炎ｆ１、内炎ｆ２、および炎芯ｆ０からなり、長さが約２．５ｍで且つ最大直径が約８０ｃｍである。尚、炉蓋２７のテーパ孔２７ａの表面には、予めセラミックからなる耐火性のタイル（図示せず）が貼り付けられている。
図２，３に示すように、補助燃料供給筒２２は、前記配管４と連通し、係る配管４から高圧エアと共に送給された平均粒径８ｍｍ以下の廃棄プラスチック粒片ｐ群を、前記開口部２１付近に噴射して供給する。
【００１８】
係る補助燃料供給筒２２の軸方向は、図２に示すように、内筒２０および外筒１８の軸方向に対し、３０°〜５０°（本実施形態では４５°）の傾斜角度θが付されている。また、係る補助燃料供給筒２２の中空部の内径は、約３０〜４０ｍｍである。因みに、補助燃料供給筒２２には、高圧エアと共に４０〜１００ｋｇ／時間の量の廃棄プラスチック粒片ｐが前記配管４から送給される。
尚、前記廃棄プラスチック粒片ｐは、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる裁断済みのプラスチック（ダスト）である。
【００１９】
図３中の破線の矢印で示すように、前記補助燃料供給筒２２の先端２３から外筒１８の開口部２１付近にエアと共に噴射された廃棄プラスチック粒片ｐ群は、全体がほぼ紡錘形状を呈する火炎Ｆにおける炎芯ｆ０付近から内炎ｆ２の中心付近に、外側から斜めに直接供給された後、当該火炎Ｆの噴出圧力に押されて内炎ｆ２の中心付近を軸方向に沿って圧送される。更に、係る廃棄プラスチック粒片ｐ群は、当該火炎Ｆ中で最高温度域である外炎ｆ１の先端部ｆ３側に圧送される。
この間において、平均粒径が当初８ｍｍ以下の粒状であった廃棄プラスチック粒片ｐ群は、内炎ｆ２の中心付近および外炎ｆ１の先端部ｆ３付近を移動する過程で、表面から内部に向かって順次完全燃焼すると同時に、酸化反応して炭化物系のガスとなる。
【００２０】
その結果、火炎Ｆを形成する熱エネルギの一部を、完全燃焼する廃棄プラスチック粒片ｐ群が補うと共に、前記加熱炉２４内の被加熱対象物を所定の温度域に加熱処理することができる。
換言すると、以上のような燃焼バーナ１０を用いる燃焼方法によれば、前記重油などの液体燃料Ｌの使用量を節約することができるため、燃料コストを低減することができる。しかも、一般にリサイクルされているサイズの廃棄プラスチック粒片ｐ群をそのまま火炎Ｆ中に供給できるため、裁断コストを要さず、且つ社会全体のリサイクルを一層促進することにも寄与できる。
尚、廃棄プラスチック粒片ｐが燃焼し且つ酸化して生じる炭素系の排気ガスは、前記図１で示したように、炉蓋２７の排気口２８から排気ガス用のダクト２９を経て排出される。係るダクト２９の途中には、図示しないブロワおよび除塵装置が配置されている。
【００２１】
図４は、前記燃焼バーナ１０を用いた本発明の異なる燃焼方法を示す。
図４に示すように、バーナ方式燃焼の加熱炉３０における耐火性の側壁３１を貫通するテーパ孔３３に対し、前記同様の内筒２０や外筒１８を含む燃焼バーナ１０が水平姿勢して連通するように取り付けられている。係る燃焼バーナ１０の補助燃料供給筒２２は、図４に示すように、外筒１８の下方位置を前記同様で且つ斜め上向きに開口部２１側に貫通するように、当該外筒１８に配置されている。
前記と同様に、気化器１９で液体燃料Ｌと噴霧用エアｇとがミスト化した燃料は、内筒２０を軸心方向に沿って圧送され、開口部２１側に噴射されると共に、流路１２から放出された燃焼用エアａと混合され、所定の濃度域に調整される。
【００２２】
上記燃料に対し、図示しないパイロットバーナを用いて着火すると、図４に示すように、炉壁３１のテーパ孔３２を横向きに貫通し且つほぼ紡錘形状となった火炎Ｆが、開口部２１付近から炉内側にほぼ水平方向に沿って吹き出す。
図４中の破線の矢印で示すように、補助燃料供給筒２２の先端２３からエアと共に外筒１８の開口部２１付近に斜め上向きに噴射された廃棄プラスチック粒片ｐ群は、全体がほぼ紡錘形状の火炎Ｆにおける炎芯ｆ０付近から内炎ｆ２と外炎ｆ１との境界付近に一旦上昇した後、当該火炎の噴出圧力と重力との影響を受け、内炎ｆ２の先端側および外炎ｆ１の先端部ｆ３側に緩くカーブしつつ降下する。
この間において、平均粒径が当初８ｍｍ以下の粒状であった廃棄プラスチック粒片ｐ群は、内炎ｆ２付近から外炎ｆ１の先端部ｆ３付近に移動する過程で、表面から内部に向かって順次完全燃焼し且つ酸化反応して炭化物系のガスとなる。
【００２３】
この結果、火炎Ｆを形成する熱エネルギの一部を、完全燃焼する廃棄プラスチック粒片ｐ群が補充すると共に、前記加熱炉３０内の被加熱対象物を所定の温度域に加熱処理することができる。
図４に示すような燃焼バーナ１０を用いる燃焼方法によっても、前記重油などの液体燃料Ｌの使用量を節約できるため、燃料コストを低減できる。しかも、一般にリサイクルされているサイズの廃棄プラスチック粒片ｐ群をそのまま火炎Ｆ中に直に供給できるため、裁断コストを要さず且つ社会全体のリサイクルを一層促進することにも寄与できる。尚、廃棄プラスチック粒片ｐが完全燃焼し且つ酸化して生じる炭化物系の排気ガスは、前記同様にして外部に排出される。
【００２４】
図５は、前記加熱炉２４の炉蓋２７に取り付けられた異なる形態の燃焼バーナ１０ａを示す垂直断面図である。係る燃焼バーナ１０ａは、一対の補助燃料供給筒２２を有し、図５に示すように、外筒１８における対称な位置に前記同様に斜め下向きで且つ対称に配置されている。但し、一対の補助燃料供給筒２２の各先端２３は、エアと共に噴射する廃棄プラスチック粒片ｐ群が前記火炎Ｆ中で互いに干渉しないように、それらの向きを適宜ずらし、且つ前記図３中の破線の矢印で示した移動軌跡をそれぞれが描くように設定される。
【００２５】
係る一対の補助燃料供給筒２２を含む燃焼バーナ１０ａを用いることにより、前記液体燃料Ｌの使用量を更に節約し、燃料コストを一層低減できる共に、一般的なサイズ廃棄プラスチック粒片ｐ群を、そのまま外側から直接火炎Ｆ中に多量供給できる。このため、裁断コストを要さず且つ社会全体のリサイクルを一層促進することが可能となる。
尚、上記燃焼バーナ１０ａは、前記加熱炉３０の炉壁３１にも取り付け得るが、その際、一対の補助燃料供給筒２２は、例えば、それぞれの前記傾斜角度θを水平面にほぼ沿った横向きの斜め姿勢で外筒１８に対称に配置する。
【００２６】
図６は、燃焼バーナ１０（１０ａ）の異なる用途を示す概略図である。
燃焼バーナ１０（１０ａ）は、図６に示すように、取鍋３４の乾燥および予熱工程に活用される。係る取鍋３４は、耐火物からなる炉底３５およびほぼ逆円錐形状の炉壁３６からなり、その開口部は耐火性の蓋３７により閉塞されている。
燃焼バーナ１０（１０ａ）は、図６に示すように、蓋３７を前記同様に垂直に貫通すると共に、配管４，６，８を介して、廃棄プラスチック粒片ｐ群、液体燃料Ｌ、燃焼用エアａ（噴霧用エアｇを含む）が前記同様に供給可能とされている。
前記図３で示したと同様に、廃棄プラスチック粒片ｐ群を、図６に示す火炎Ｆ中の軸心付近に沿って外側から直に供給し、熱エネルギに活用することで、取鍋３４内を乾燥し且つ追って装入される溶鋼などの温度域に予熱することができる。
【００２７】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、燃焼バーナ１０，１０ａのように、専用の補助燃料供給筒２２を配置せず、既設のパイロットバーナを廃棄プラスチック粒片ｐ群の供給手段として兼用化することも可能である。但し、パイロットバーナによる燃料を着火した直後に、バルブの切換操作などによって、同じパイロットバーナから廃棄プラスチック粒片ｐ群を高圧エアと共に吐出させるように、装置の構成を行うものとする。
また、補助燃料供給筒２２は、燃焼バーナ１０，１０ａの外筒１８に取り付けるほか、係る外筒１８の先端寄りの外側に独立して配置することもできる。
更に、補助燃料供給筒２２は、燃焼バーナ１０，１０ａの外筒１８、または係る外筒１８の先端寄りの外側に、３つ以上をほぼ対称に配置しても良い。
尚、前記ミストした燃料を得るための液体燃料には、軽油、灯油、またはガソリンなどを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の燃焼バーナを用いた加熱炉などを示す概略図。
【図２】図１中の燃焼バーナ付近を示す拡大垂直断面図。
【図３】上記燃焼バーナを用いた本発明の燃焼方法を示す概略図。
【図４】上記燃焼バーナを用いた異なる形態の燃焼方法を示す概略図。
【図５】異なる形態の燃焼バーナを示す概略断面図。
【図６】上記燃焼バーナの異なる用途を示す概略図。
【符号の説明】
【００２９】
１０，１０ａ…燃焼バーナ
１１……………バーナ本体
１８……………外筒
２０……………内筒
２１……………開口部
２２……………補助燃料供給筒
ｐ………………廃棄プラスチック粒片
ａ………………燃焼用エア
Ｌ………………液体燃料
Ｆ………………火炎
ｆ３……………外炎の先端部（火炎の先端）
θ………………傾斜角度
【図１】
2005337511.tif 000003
【図２】
2005337511.tif 000004
【図３】
2005337511.tif 000005
【図４】
2005337511.tif 000006
【図５】
2005337511.tif 000007
【図６】
2005337511.tif 000008