(57)【要約】【課題】火炎の発する光（紫外線等）を検知する形態の火炎検知器を備えた炉において、バーナが正常に燃焼しているにもかかわらず、火炎検知器が失火と誤検知してしまうのを効果的に回避する。【解決手段】燃料ノズル１２と酸化剤ノズル１３を備えた酸素燃焼バーナ１０ａを熱源に持つ炉１において、火炎検知器２０を燃料ノズル１２のノズル軸線Ｌ方向での噴出口１４とは反対側の位置に配置させる。燃料ガスの噴出力により火炎検知器２０の前方を掃気できるので、火炎の光が減衰するのを抑えることができ、火炎検知器２０の失火誤検知を効果的に阻止できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源にバーナを持つ炉における当該バーナ火炎を検知する方法であって、火炎検知器として火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器を使用し、少なくとも火炎の検知時には、火炎検知器から検知されるべき火炎に向けて気体を噴出させた状態で火炎の検知を行うことを特徴とする炉におけるバーナ火炎検知方法
【請求項２】
バーナが燃料ノズルと酸化剤ノズルを備えた酸素燃焼バーナであり、火炎検知器を燃料ノズルおよび酸化剤ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置に配置させて、火炎の検知を行うことを特徴とする請求項１に記載の炉におけるバーナ火炎検知方法。
【請求項３】
バーナが燃料ノズルと空気ノズルを備えた空気燃焼バーナであり、火炎検知器を燃料ノズルおよび空気ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置に配置させて、火炎の検知を行うことを特徴とする請求項１に記載の炉におけるバーナ火炎検知方法。
【請求項４】
燃料ノズルと酸化剤ノズルを備えた酸素燃焼バーナを熱源として持つ炉であり、酸素燃焼バーナの燃料ノズルおよび酸化剤ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置には、バーナの火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器が備えられていることを特徴とするバーナ火炎検知装置を備えた炉。
【請求項５】
燃料ノズルと空気ノズルを備えた空気燃焼バーナを熱源として持つ炉であり、空気燃焼バーナの燃料ノズルおよび空気ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置には、バーナの火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器が備えられていることを特徴とするバーナ火炎検知装置を備えた炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源にバーナを持つ炉におけるバーナ火炎検知方法およびバーナ火炎検知装置を備えた炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや下水汚泥等の廃棄物は、焼却処理により衛生化、減容化され、一般に海洋埋め立て等の最終処分場に埋め立て処理される。近年、最終処分場の不足、廃棄物に含まれる重金属類等有害物質の流出による環境汚染の懸念から、さらなる減容化、無害化（安定化）、あるいは再資源化が求められ、それを実現化するための手段として、炉内において焼却灰等を溶融処理する技術が開発されつつある。焼却灰等は高温で溶融されてガラス状に固化（溶融スラグ）し、建築骨材などにリサイクルされると共に、重金属類など有害物質はスラグ中に固定化されて安定化する。
【０００３】
溶融方式には、電気エネルギを利用する方式と、都市ガスや灯油のような各種燃料によるバーナ燃焼加熱方式が採用されている。いずれの場合も、焼却灰等を溶融固化するためには、約１２００〜１３００℃程度以上の高温が必要となるため、膨大なエネルギ消費を余儀なくされており、新規溶融技術開発による溶融原単位の向上が望まれている。バーナ燃焼加熱方式による場合、燃料の酸化剤として空気の代わりに酸素を用いる酸素燃焼は、空気燃焼に比べて高い火炎温度が得られることに加え、燃焼排ガス体積が減少するために排ガス損失が低減し、大幅な溶融原単位の向上が期待される。このような酸素燃焼方式は、工業用加熱炉の分野で実用に供せられつつあり、特許文献１（特開平９−１１２８１４号公報）、特許文献２（特開２０００−１６１６１４号公報）などにおいて、種々の提案がなされている。なお、酸素燃焼における酸化剤としては、純酸素と共にいわゆる酸素富化空気も用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１１２８１４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６１６１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
酸素燃焼方式をとる炉に限らず、熱源にバーナを持つ炉では、安全性を高める目的で、通常、火炎が放出する紫外線などの光を検知する形態の火炎検知器が使用される。図４はその一例を示しており、炉１に燃料ノズル２が取り付けられ、その周囲に酸化剤ノズル３が取り付けられる。そして、炉内には燃料燃焼による火炎４が形成され、その火炎４が発する光を検知するための火炎検知器２０が、検知方向を火炎４に向けて取り付けられる。酸化剤が空気の場合には、空気燃焼が炉内に進行し、酸素あるいは酸素富化空気の場合には、酸素燃焼が炉内で進行する。このような火炎検知器２０を備える炉において、火炎検知器２０が正常に機能するために、火炎の発光強度が減衰することなく火炎検知器の検知部まで到達できるように、炉内環境を維持することが望まれる。
【０００６】
ところで、酸素燃焼バーナを熱源とする灰溶融炉などの場合、溶融炉内で灰中の重金属類が気化（揮散）した微粒子が煙状に発生する。酸素燃焼の場合、空気燃焼よりも燃焼ガス量が減少するために、相対的にこの微粒子濃度が高くなり、炉内は煙が充満したような状態となる。この炉内に充満した重金属類が揮散した微粒子や他のダスト類のために光の乱反射が生じ、火炎の発光強度が減衰して、火炎検知器に十分な量の光（紫外線等）が到達しなくなることが起こり得る。この場合、火炎検知器は、バーナは正常に燃焼しているにもかかわらず、誤って失火と判断し、燃焼安全装置が作動して燃焼を停止させてしまう。
【０００７】
自発光検知型火炎検知器を用いて安定した燃焼溶融を継続して行うためには、このような誤検知は回避しなければならない。このような現象は、酸素燃焼バーナを持つ灰溶融炉に限らす、他の目的の溶融炉においても、火炎検知器が自発光検知型のものである限り発生する。また、空気燃焼バーナを熱源とする炉においても、光量を減衰させるようなダスト類が非処理物から放出される環境に炉内がおかれている限りは発生する。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、火炎の発する光（紫外線等）を検知する形態の火炎検知器を備えた炉において、バーナが正常に燃焼しているにもかかわらす、火炎検知器が失火と誤検知してしまうのを効果的に回避するのできるバーナ火炎検知方法、およびそのようなバーナ火炎検知装置を備えた炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による炉におけるバーナ火炎検知方法は、熱源にバーナを持つ炉における当該バーナ火炎を検知する方法であって、火炎検知器として火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器を使用し、少なくとも火炎の検知時には、火炎検知器から検知されるべき火炎に向けて気体を噴出させた状態で火炎の検知を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記方法によれば、少なくともバーナ火炎を検知するときには、火炎検知器から検知すべき火炎に向けて気体が噴出する。噴出した気体の噴流により、前方に存在する光の直進を妨げる物質は吹き飛ばされ（掃気され）、火炎検知器前方の視界が良好となる。従って、炉内の非処理物がバーナからの熱により燃焼しあるいは溶融等をして、粉塵ダストや揮散した微粒子のように光の直進を妨げる物質が炉内に充満するようになっても、少なくとも火炎検知器と火炎との間では、そのような物質は排除されるので、火炎検知器は火炎からの光を減衰のない状態で確実に受光（検知）することができる。それにより、失火誤検知の可能性は大きく低減する。なお、他の要因により、燃焼異常が発生し、実際に失火した場合も、同様の理由により正確に失火を検知し安全に燃焼を停止させることができることは、いうまでもない。
【００１１】
本発明の炉におけるバーナ火炎検知方法において、火炎検知器側から噴出する気体は、炉内での燃焼および熱処理に悪影響を及ぼさないことを条件に任意の気体を用いることができる。例えば、炉に備えるバーナが燃料ノズルと酸化剤ノズルを備えた酸素燃焼バーナである場合には、火炎検知器を燃料ノズルあるいは酸化剤ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置に配置するようにし、各ノズルから酸素燃焼のために噴出する燃料ガスおよび／または酸化剤ガス（純酸素あるいは酸素富化空気）を、掃気用の気体としても用いるようにしてもよい。この場合には、単に自発光検知型の火炎検知器を、ノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置に取り付けるだけで、所期の目的を達成することができる利点がある。もちろん、酸素燃焼バーナとは別個に、炉壁に適宜の気体噴出機能を備えた火炎検知器を備えるようにしてもよい。その場合には、掃気用気体として、不活性ガス、空気などを用いることができる。
【００１２】
酸素燃焼バーナでなく、燃料ノズルと空気ノズルを備えた空気燃焼バーナを熱源に持つ炉においても、本発明の方法は適用可能である。その場合にも、火炎検知器は、燃料ノズルおよび空気ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置に配置させればよい。この場合には、掃気ガスは燃料ガスおよび／または空気となる。空気燃焼バーナとは別個に、炉壁に適宜の気体噴出機能を備えた火炎検知器を備えるようにしてもよいことは、上記の場合と同様である。
【００１３】
本発明は、さらに、上記の方法を実行できる炉として、燃料ノズルと酸化剤ノズルを備えた酸素燃焼バーナを熱源として持つ炉であり、酸素燃焼バーナの燃料ノズルおよび酸化剤ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置には、バーナの火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器が備えられていることを特徴とするバーナ火炎検知装置を備えた炉、および、燃料ノズルと空気ノズルを備えた空気燃焼バーナを熱源として持つ炉であり、空気燃焼バーナの燃料ノズルおよび空気ノズルの一方または双方のノズル軸線方向での噴出口とは反対側の位置には、バーナの火炎が放出する自発光を検知する火炎検知器が備えられていることを特徴とするバーナ火炎検知装置を備えた炉、をも開示している。
【００１４】
本発明による方法および装置によれば、例えば酸素燃焼バーナを備える溶融炉の場合、燃焼中、燃料ノズルおよび酸素剤ノズルからは、燃料および酸化剤が炉内に噴出しており、バーナ近傍では、これら燃料噴流、酸化剤噴流により、炉内の揮散重金属類等のダストは吹き飛ばされて掃気されるため、燃料ノズルあるいは酸化剤ノズルを利用して炉内の火炎発光を検出する本発明においては、火炎発光強度が減衰されることなく、火炎検知器まで到達するようになり、炉内燃焼火炎の検知を確実に行うことができ、安定した溶融を実施することができる。本発明者らの実験では、従来のように火炎検知器を炉壁に備え炉での溶融実証試験時の誤検知トラブル発生が３回テスト中４回誤検知が発生したのに対して、本発明の方法を採用した場合には、１６回テスト中に１回も誤検知は生じなかった。
【００１５】
なお、酸素燃焼バーナを用いて、都市ごみや下水汚泥の焼却灰を溶融処理する加熱炉や、粗大ごみや車などの産業廃棄物の粉塵や破砕ダストおよび焼却残さなどの廃棄物を溶融処理する加熱炉の場合、特に、溶融炉内で灰中の重金属類が気化した微粒子が煙状に発生し易いことから、本発明による方法および装置をこのような分野に適用することは、特に有効である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は本発明によるバーナ火炎検知方法を説明するための概念図であり、図２はそれを実際の酸素燃焼バーナを熱源に持つ炉に適用した場合の一例を説明するための図である。また、図３は図２に示した炉を備えた処理システムの一例を示す概略図である。
【００１７】
図１に示す炉において、炉１はバーナ１０を有しており、火炎４が燃焼室１ａ内に形成される。バーナ１０は燃料ノズル１２と酸化剤ノズル１３とを備え、燃料ノズル１２からは都市ガスのような燃料が燃焼室１ａ内に噴出し、酸化剤ノズル１３からは空気あるいは酸素のような酸化剤が燃料に向けて噴出する。このバーナ１０において、燃料ノズル１２のノズル軸線方向における噴出口とは反対の位置には、火炎４の光（自発光）を検知することのできる火炎検知器２０が備えられ、酸化剤ノズル１３のノズル軸線方向における噴出口とは反対の位置にも、同様な火炎検知器２０が備えられる。なお、火炎検知器自体は従来知られたものをそのまま用いればよい。
【００１８】
このような形態のバーナ１０においては、燃料ノズル１２および酸化剤ノズル１３の前方は、そこから噴出する燃料ガスおよび酸化剤ガスにより、常時掃気される環境にあり、燃焼室１ａ内での加熱溶融処理などにより、火炎４の光強度を減衰させるような物質が炉内に充満したとしても、その物質は燃料ノズル１２の前方および酸化剤ノズル１３の前方からは排除される。そのために、火炎４の光（紫外線等）は、減衰することなく火炎検知器２０まで確実に到達する。それにより、火炎検知器２０は、炉内環境に左右されることなく火炎そのものを確実に検知することが可能となり、失火誤検知の確率は大幅に低減する。なお、図示の例では、燃料ノズル１２および酸化剤ノズル１３の双方に火炎検知器２０を取り付けているが、これはより安全性を高めるためであって、いずれか一方であっても、十分に所期の目的は達成できる。
【００１９】
図２は、実際の炉１に備えられた酸素燃焼バーナ１０ａに本発明を適用した場合を示している。図２ａは断面図（図２ｂのａ−ａ線による）、図２ｂは底面図である。また、図３は上記炉１を備えた処理システムの一例を示しており、例えば各種工業加熱炉や溶融処理炉のような高温加熱である炉１の下流に、燃焼排ガス浄化の目的で、二次燃焼室５，排ガス処理装置６などが備えられ、そこを通って浄化された燃焼排ガスが煙突７から大気に放出される。
【００２０】
この酸素燃焼バーナ１０ａは中央に燃料ノズル１２を備え、都市ガス等の燃料が該ノズル１２から炉１の燃焼室１ａ内に噴出する。燃料ノズル１２を中心に、その同心円上に４個の酸素ノズル１３が９０°の開き角度で位置している。各酸素ノズル１３の上端は分配室１５に連通しており、分配室１５には酸素あるいは酸素富化空気のような酸素リッチな酸化剤が送り込まれる。１７はパイロットバーナを示す。なお、上記の構成は、従来知られた酸素燃焼バーナと同じであってよい。
【００２１】
本発明による酸素燃焼バーナ１０ａにおいて、燃料ノズル１２のノズル軸線Ｌの方向における噴出口１４とは反対の位置には、中空管２１を介して火炎検知器２０が備えられる。燃料ノズル１２内と中空管２１内は、火炎検知器２０の受光を妨げない石英ガラスのような透明な耐熱性ガラス２２によって隔離されている。中空管２１には冷却空気導入孔２３と排出口２４が設けられていて、中空管２１中に冷却空気が常時供給され、炉内の熱により火炎検知器２０が損傷を受けるのを防いでいる。冷却空気は耐熱性ガラス２２により遮蔽されるので炉内に流入することはない。冷却空気は図示しないフィルターでろ過してから中空管２１中に供給することが望ましく、それにより、光の減衰を一層確実に阻止することができる。
【００２２】
なお、図２に示される酸素燃焼バーナ１０ａは、燃料ノズル１２を中心とする同心円上に位置するようにして、空気ノズル４１を備えている。この空気ノズル４１は、炉の運転開始前に、炉内および燃焼排ガス浄化の目的で備えられる二次燃焼室５，排ガス処理装置６などの排ガス浄化装置などを予め所定温度まで昇温するときに用いられるものであり、空気ノズル４１から供給する空気と燃料ノズル１２から供給する燃料との間で空気燃焼を行い、酸素燃焼に比較して多量に発生する燃焼排ガスにより、短時間で必要な昇温行程を終了させることを目的としている。所要の昇温行程が終了した時点で、酸素ノズル１３から酸素リッチな酸化剤を噴出して酸素燃焼に切り換え、通常の酸素燃焼による加熱や溶融を行う。なお、等量の燃料を完全燃焼させるのに、純酸素に比べて、空気の場合はほぼ５倍の量が必要となるので、それらを考慮して、設計流速条件が実現できるように、空気ノズル径の寸法が設計される。空気ノズルからの空気はプレパージ用空気としても用いることができる。
【００２３】
前記したように、図２に示すような酸素燃焼バーナ１０ａを熱源とする灰溶融炉などの場合、溶融炉内で灰中の重金属類が気化（揮散）した微粒子が煙状に発生する。そして、酸素燃焼の場合、空気燃焼よりも燃焼ガス量が減少するために、相対的にこの微粒子濃度が高くなり、火炎の発光強度の減衰割合が、空気燃焼バーナを備える炉と比較して、きわめて高くなる。従って、酸素燃焼バーナを備えた炉において、図２に示すような形態で火炎検知器２０を備えておくことは、実用上、きわめて大きな効果をもたらす。
【００２４】
なお、上記した酸素ノズル１３および／または空気ノズル４１にも、燃料ノズル１２の場合と同様にして火炎検知器２０を取り付けることもできる。また、空気ノズル４１を省略することも可能であり、空気ノズル４１を持たない酸素燃焼バーナを備えた炉においても、本発明を等しく適用できることは当然である。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、火炎の発する光（紫外線等）を検知する形態の火炎検知器を備えた炉において、バーナが正常に燃焼しているにもかかわらず、火炎検知器が失火と誤検知してしまうのを効果的に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバーナ火炎検知方法を説明するための概念図。
【図２】実際の酸素燃焼バーナを熱源に持つ炉に本発明を適用した場合の一例を説明するための図。
【図３】図２に示した炉を備えた処理システムの一例を示す概略図である。
【図４】従来のバーナを備えた炉における火炎検知器の使用態様を示す図。
【符号の説明】
１…炉、１ａ…燃焼室、４…火炎、５…二次燃焼室、６…排ガス処理装置、７…煙突、１０，１０ａ…バーナ、１２…燃料ノズル、１３…酸化剤ノズル（酸素ノズル）、２０…火炎検知器、１７…パイロットバーナ、２１…中空管、２２…耐熱性ガラス、２３…冷却空気導入孔、２４…排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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