(57)【要約】      （修正有）【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、小型化も可能で、窒素酸化物の生成を抑制することができる粉体燃焼装置を提供する。【解決手段】長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体とから成り、副燃焼室には可燃粉体を燃焼させるバーナを備え、副燃焼室から燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する粉体燃焼装置。ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、バーナスロートの形成位置よりも副燃焼室の開口側に堰を形成する仕切り板とを有し、バーナは可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、バーナスロートに装着され、ケーシングの内周面に沿った周方向に可燃粉体を噴射可能とし、空気投入手段は燃焼室本体内に燃焼用空気を投入する。【選択図】図１
2005127538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、
前記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、前記バーナスロートの形成位置よりも前記副燃焼室の開口側に堰を形成することができる仕切り板とを有し、
前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、前記バーナスロートに装着されて、前記ケーシングの内周面に沿った周方向に前記可燃粉体を噴射可能とし、
前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置。
【請求項２】
前記粉体燃焼装置は、前記副燃焼室内に気体を投入する気体噴射ノズルを有し、
前記気体噴射ノズルは、前記ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着され、前記気体を前記可燃粉体と同一周方向に噴射可能とし、
前記バーナスロートと前記気体噴射スロートとの相対的な位置関係は、その一方が前記ケーシングの閉塞側に位置し、その他方が前記ケーシングの開口側に位置するものであり、
前記仕切り板は、前記バーナスロートおよび気体噴射スロートの両方の形成位置よりも、前記開口側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の粉体燃焼装置。
【請求項３】
前記バーナが、前記第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、前記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路と、前記第２流路または前記第３流路を流れる流体に旋回を与える旋回付与手段とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉体燃焼装置。
【請求項４】
長手方向の両端にバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の燃焼室本体側開口端に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、
前記ケーシングは、前記バーナ側開口端に設置されたバーナスロートと、堰を形成することができる仕切り板とを有し、
前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路と、前記可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、前記バーナスロートに装着され、前記旋回発生手段により前記可燃粉体を旋回させながら、前記ケーシングの長手方向に噴射可能とするものであり、
前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置。
【請求項５】
前記粉体燃焼装置は、前記副燃焼室内に気体を投入する気体噴射ノズルを有し、前記気体噴射ノズルは、前記ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着され、前記気体を前記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能とするものであり、前記仕切り板は、気体噴射スロートの形成位置よりも、前記燃焼室本体側開口端側に設けられることを特徴とする請求項４に記載の粉体燃焼装置。
【請求項６】
前記バーナが、前記第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、前記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路とを有し、前記旋回発生手段は、前記第２流路または前記第３流路を流れる流体に旋回を与える手段であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の粉体燃焼装置。
【請求項７】
前記空気投入手段は、燃焼用空気が前記ケーシングの長手方向に平行となる方向に投入されるように形成され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装置。
【請求項８】
前記仕切り板が、前記副燃焼室の燃焼室本体側の端部に形成されており、前記空気投入手段は、前記仕切り板の前記燃焼室本体側の側面に形成された空気投入口から前記燃焼室本体内に空気を投入するものであ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装置。
【請求項９】
前記粉体燃焼装置は、前記副燃焼室内に水蒸気を投入することが可能な水蒸気投入手段を有することを特徴とする請求項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装置。
【請求項１０】
副燃焼室と、可燃粉体が前記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を前記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、前記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、前記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側で前記副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板と、前記堰から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置を用いて可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法であって、
前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、前記空気投入手段により投入される燃焼用空気の量との総計が、前記可燃粉体の化学量論的量の１．１〜１．６倍であり、
さらに、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量が、前記化学量論的量の４０〜９０％の範囲内であることを特徴とする粉体燃焼方法。
【請求項１１】
前記副燃焼室内に水蒸気を投入して前記可燃粉体の燃焼を行い、前記水蒸気の投入重量が前記バーナから噴射される可燃粉体重量の１０〜４０％の範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の粉体燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃粉体、特に廃プラスチック粉末を燃焼するのに好適な粉体燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、素材あるいは燃料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。燃料として廃プラスチックを粒状に粉砕し、バーナーに供給し燃焼させる場合、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、燃料として用いると、既存の炉に用いた場合でも、化石燃料を当該廃プラスチック微粉末で約１００％置換することが可能である。この置換率は、廃プラスチック粉末の粒径が３００μｍ以下であれば７０％程度、３８０μｍ以下であれば３３％程度となる。したがって、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。
【０００３】
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】
しかしながら、このように廃プラスチックを燃料として用いると、固体燃料のため発熱量が大きいこと、および、若干の窒素含有物が混入していることから、排ガス中における窒素酸化物の含有量が高くなるという問題があった。また、粉砕処理の軽減のため粗粒を用いる場合には十分なガス化時間を確保する必要から、この場合においても窒素酸化物の生成量が増加するといった問題があった。
【０００５】
そこで、窒素酸化物などの環境汚染物質を減らす燃焼装置として、特許文献１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おり、ほぼ円筒状の本体と、廃プラスチック粉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、廃プラスチック粉に着火するための着火バーナとを備えた粉体燃焼用バーナが開示されている。
【０００６】
しかしながら、この粉体燃焼用バーナは、廃プラスチック粉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。
【０００７】
さらに、特許文献２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、廃プラスチック粉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。また、焼却炉本体につながる直前に円筒部内表面に２次空気投入口を散在させ、燃焼空気の２段階投入により燃焼温度の引き下げ、窒素酸化物の生成の抑制を行っている。
【０００８】
しかしながら、この方法では、旋回流により燃焼ガスがバーナ側に逆流する再循環域が形成されるため十分な温度抑制効果が得られないといった問題があった。
【０００９】
また、特許文献３および特許文献４には、水冷管を内巻きにした円筒構造の２段燃焼で、燃焼空気を二次燃焼ゾーン内に接線方向に噴射する燃焼装置が開示されている。この装置では、熱回収の高効率化を目的として裸の鋼管を内表面としている。
【００１０】
しかしながら、このような燃焼装置では、廃プラスチック粒子、石炭粒子等の固体燃料では、軟化、溶融、ガス化の過程を経るため、燃料として固体燃料を用いると固体燃料のガス化が不十分となる問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１８５１１５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８５１６２号公報
【特許文献３】特開平６−２７２８１８号公報
【特許文献４】特開平７−４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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が可能で、小型化も可能であり、固体燃料特有の燃焼温度の高温化による窒素酸化物の生成を抑制することができ、良好な燃焼状態を得ることができる粉体燃焼装置を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、上記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、上記副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体と、上記副燃焼室から上記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、上記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、上記バーナスロートの形成位置よりも上記副燃焼室の開口側に堰を形成することができる仕切り板とを有し、上記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、上記バーナスロートに装着されて、上記ケーシングの内周面に沿った周方向に上記可燃粉体を噴射可能とし、上記空気投入手段は、上記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置を提供する。
【００１４】
本発明においては、空気投入手段を設けることにより、副燃焼室内での可燃粉体の燃焼に加え、副燃焼室から流出した未焼ガスを燃焼室本体で燃焼させることができる２段燃焼とすることができる。このような２段燃焼においては、副燃焼室内の温度の高温化を抑制することができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができる。さらに、燃焼室本体で行われる２次燃焼においては、副燃焼室から流出した未焼ガスの燃焼に必要な燃焼用空気が上記空気投入手段により供給されるので、未焼ガスの良好な燃焼状態を得ることができる。
【００１５】
さらに本発明においては、上記粉体燃焼装置は、上記副燃焼室内に気体を投入する気体噴射ノズルを有し、上記気体噴射ノズルは、上記ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着され、上記気体を上記可燃粉体と同一周方向に噴射可能とし、上記バーナスロートと上記気体噴射スロートとの相対的な位置関係は、その一方が上記ケーシングの閉塞側に位置し、その他方が上記ケーシングの開口側に位置するものであり、上記仕切り板は、上記バーナスロートおよび気体噴射スロートの両方の形成位置よりも、上記開口側に設けられることが好ましい。
【００１６】
本発明においては、副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナの他に、気体を副燃焼室内に投入する気体噴射ノズルを設けることにより、副燃焼室内における可燃粉体の旋回力を強化することができる。さらに、バーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係として、その一方がケーシングの開口側にあり、その他方がケーシングの閉塞側にあるように両者を配置することで、可燃粉体の旋回位置を開口側端部から離れた位置とすることができる。このようなことから、開口側端部からの未燃粉体の飛び出しを防止することができ、十分な滞留時間を確保することができるので、可燃粉体燃焼装置の小型化が容易である。
【００１７】
また本発明においては、上記バーナが、上記第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、上記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路と、上記第２流路または上記第３流路を流れる流体に旋回を与える旋回付与手段とを有することが好ましい。
【００１８】
このようなバーナは、バーナから噴射された可燃粉体を燃料と燃焼用空気とによって挟み込むことができ、可燃粉体、燃料および燃焼用空気が十分に混合した状態で着火させることが可能になる。その結果として、可燃粉体をさらに良好に燃焼させることができる。また、旋回付与手段を設けることにより、可燃粉体、燃料および燃焼用空気を積極的に混合することが可能となり、これによっても、可燃粉体を良好に燃焼させることが容易となる。
【００１９】
さらに、本発明においては、長手方向の両端にバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定される副燃焼室と、上記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、上記副燃焼室の燃焼室本体側開口端に配置された燃焼室本体と、上記副燃焼室から上記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、上記ケーシングは、上記バーナ側開口端に設置されたバーナスロートと、堰を形成することができる仕切り板とを有し、上記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路と、上記可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、上記バーナスロートに装着され、上記旋回発生手段により上記可燃粉体を旋回させながら、上記ケーシングの長手方向に噴射可能とするものであり、上記空気投入手段は、上記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置を提供する。
【００２０】
本発明においては、上記空気投入手段を設けることにより、副燃焼室から流出した未焼ガスを燃焼室本体内で燃焼させる２段燃焼とすることができる。このような２段燃焼とすることにより、副燃焼室内の温度の高温化を抑制することができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができる。また、燃焼室本体内で行われる２次燃焼においては、上記空気投入手段により燃焼用空気が供給されることから、未焼ガスを良好な燃焼状態で完全燃焼させることができる。
【００２１】
さらに本発明においては、上記粉体燃焼装置は、上記副燃焼室内に気体を投入する気体噴射ノズルを有し、上記気体噴射ノズルは、上記ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着され、上記気体を上記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能とするものであり、上記仕切り板は、気体噴射スロートの形成位置よりも、上記燃焼室本体側開口端側に設けられることが好ましい。
【００２２】
本発明においては、上記気体噴射ノズルを設けることにより、バーナから副燃焼室内に噴出された可燃粉体の旋回力を強化することができるので、燃焼室本体側開口端からの未燃粉体の飛び出しを防止することができ、十分な滞留時間を確保することができる。したがって、可燃粉体燃焼装置の小型化に効果を有する。
【００２３】
さらにまた本発明においては、上記バーナが、上記第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、上記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路とを有し、上記旋回発生手段は、上記第２流路または上記第３流路を流れる流体に旋回を与える手段であることが好ましい。
【００２４】
さらに本発明においては、上記空気投入手段は、燃焼用空気が上記ケーシングの長手方向に平行となる方向に投入されるように形成されていることが好ましい。燃焼用空気を副燃焼室から燃焼室本体へと流出する未焼ガスと、効率よく混合させることができるからである。
【００２５】
さらに、本発明においては、上記仕切り板が、上記副燃焼室の燃焼室本体側の端部に形成されており、上記空気投入手段は、上記仕切り板の上記燃焼室本体側の側面に形成された空気投入口から上記燃焼室本体内に空気を投入するものであることが好ましい。
【００２６】
このような空気投入手段であれば、仕切り板により形成された堰から流出した未焼ガスと、空気投入手段から投入された燃焼用空気とを効率良く混合させることができ、より良好な燃焼状態とすることが可能となるからである。
【００２７】
上記粉体燃焼装置は、上記副燃焼室内に水蒸気を投入することが可能な水蒸気投入手段を有することが好ましい。水蒸気を投入することにより副燃焼室内の温度を低下させることができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができるからである。
【００２８】
さらに本発明においては、副燃焼室と、可燃粉体が上記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を上記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、上記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、上記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側で上記副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板と、上記堰から上記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置を用いて可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法であって、上記仕切り板の上記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、上記空気投入手段により投入される燃焼用空気の量との総計が、上記可燃粉体の化学量論的量の１．１〜１．６倍であり、さらに、上記仕切り板の上記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量が、上記化学量論的量の４０〜９０％の範囲内であることを特徴とする粉体燃焼方法を提供する。
【００２９】
本発明においては、このような２段燃焼を行うものであるので、副燃焼室内における過剰空気量を減少させることができる。したがって、副燃焼室内における温度の低下を図ることができ、窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【００３０】
本発明においては、上記副燃焼室内に水蒸気を投入して上記可燃粉体の燃焼を行い、上記水蒸気の投入重量が上記バーナから噴射される可燃粉体重量の１０〜４０％の範囲内であることが好ましい。上記範囲の水蒸気を副燃焼室内に投入することにより、副燃焼室内の温度低下に効果を有し、窒素酸化物の生成を抑制することができるからである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明においては、空気投入手段を設けることにより、副燃焼室内のみならず、燃焼室本体内においても可燃粉体を燃焼させることが可能な２段燃焼とすることができる。このような２段燃焼とすることにより、副燃焼室の温度の高温化を抑制することができ、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができる。さらに、可燃粉体の完全燃焼を可能とするといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の粉体燃焼装置および粉体燃焼方法について説明する。
【００３３】
Ａ．粉体燃焼装置
まず、本発明の粉体燃焼装置について説明する。なお、本発明の粉体燃焼装置は、バーナの設置位置の違いにより２つの実施態様に分けることができる。以下、本発明の粉体燃焼装置について、第１実施態様および第２実施態様に分けて説明する。
【００３４】
１．第１実施態様
本実施態様の粉体燃焼装置は、長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、前記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、前記バーナスロートの形成位置よりも前記副燃焼室の開口側に堰を形成することができる仕切り板とを有し、前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、前記バーナスロートに装着されて、前記ケーシングの内周面に沿った周方向に前記可燃粉体を噴射可能とし、前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とするものである。
【００３５】
このような本実施態様の粉体燃焼装置について、図面を用いて説明する。
【００３６】
図１（Ａ）は、本実施態様の粉体燃焼装置の一例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したＩ−Ｉ線矢視断面の概略図である。なお、図１（Ａ）に示したＩ−Ｉ線断面上には、気体噴射スロート６は位置しないが、図１（Ｂ）には、便宜上、気体噴射スロート６を示している。
【００３７】
これらの図に示す粉体燃焼装置２０は、ケーシング１によって画定された副燃焼室１０内で、廃プラスチック粉末等の可燃粉体をバーナ１２によって加熱し、燃焼させるものである。
【００３８】
図１（Ａ）に示すケーシング１は円筒状を呈し、その長手方向の一端は側壁２によって閉塞され、他端は開口となっている。この開口側の端部である開口側端部３には、上記副燃焼室と連通するように、燃焼炉等の燃焼室本体２１が並設されている。
【００３９】
さらに、ケーシング１の外周壁４にはバーナスロート５が形成されており、さらに、副燃焼室１０の開口側端部３には、ケーシング１内周面からその径方向内側に張り出すようにして、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板７が設けられている。
【００４０】
バーナ１２は、上記バーナスロート５に装着されている。このバーナ１２には、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路（図示せず）が設けられており、第１流路に導入された可燃粉体は、当該バーナ１２の先端からケーシング１の内部（副燃焼室１０）に噴射される。
【００４１】
さらに、本実施態様においては、空気投入手段８が設けられている。この空気投入手段８として図１に示す例では、仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面に空気投入口３０ａを設け、空気投入通路３０ｂを通過した燃焼用空気が空気投入口３０ａから副燃焼室１０の長手方向に対して平行に投入されるようにしたものである。
【００４２】
本実施態様においては、このような空気投入手段を設けることにより、副燃焼室内での可燃粉体の燃焼に加え、燃焼室本体内において、副燃焼室から燃焼室本体へと流出した未焼ガスを燃焼させる２段燃焼とすることができる。このような２段燃焼とすることにより、副燃焼室内の温度の高温化を抑制することができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができる。また、空気投入手段により未焼ガスの燃焼に必要な燃焼用空気を供給しているので、未焼ガスの完全燃焼を可能とすることができる。
【００４３】
さらに、ケーシング１の外周壁にはバーナスロート５の他に気体噴射スロート６が設置されている。この気体噴射スロート６に気体噴射ノズル１１が装着される。気体噴射ノズル１１には、気体が導入される流路が設けられ、流路に導入された気体は副燃焼室内に噴射される。
【００４４】
図１に示す例では、バーナスロート５および気体噴射スロート６の相対的な位置関係を、閉塞側にバーナスロート５が位置し、開口側に気体噴射スロート６が位置するものとしている。この場合、バーナ１２の第１流路に搬送気体と共に可燃粉体を導入すると、可燃粉体はケーシング１の内周面に沿った周方向に噴射され、噴射された可燃粉体は副燃焼室１０内を螺族状に旋回しながら開口側に移動する。さらに、開口側に設けられた気体噴射スロート６に装着された気体噴射ノズル１１から、可燃粉体と同一周方向に気体が噴射されると、可燃粉体の旋回位置をケーシング１長手方向中心付近とすることができ、可燃粉体の副燃焼室１０内での滞留時間を増大させることができる。また、可燃粉体の旋回が強化され、未燃粉体の開口側端部３からの飛び出しを抑制することができる。
【００４５】
本実施態様においては、図１（Ｂ）に示すように、バーナ１２が装着されるバーナスロート５、および、気体噴射ノズル１１が装着される気体噴射スロート６は、ケーシング内周面の所望地点ＰおよびＱにおける接線（ケーシング１の長手軸に直交する方向に延在する接線）が当該バーナスロート５および気体噴射スロート６の内周面上に位置するように、または当該バーナスロート５および気体噴射スロート６の内部空間を通るように形成されている。また、バーナ１２は、可燃粉体を同図中に矢印Ａで示すケーシング１の内周面に沿った周方向に噴射可能とし、気体噴射ノズル６も、矢印Ａで示す向きに気体を噴射可能とする。このように、気体噴射ノズル１１から噴射される気体の方向が、可燃粉体と同一周方向となるように、気体噴射ノズル１１を設けているので、気体噴射ノズル１１から副燃焼室１０内に気体を吹き込むことにより可燃粉体の旋回力を強化することができる。
【００４６】
なお、バーナ１２および気体噴射ノズル１１については、便宜上、断面形状ではなく側面視上の形状を図１（Ｂ）に示している。
【００４７】
以下、本実施態様の粉体燃焼装置を構成する各部材について説明する。なお、本実施態様に用いられる燃焼室本体に関しては、通常の粉体燃焼装置に用いられるものであれば用いることが可能であるので、ここでの説明は省略する。
【００４８】
（１）空気投入手段
まず、本実施態様における空気投入手段について説明する。本実施態様における空気投入手段は、副燃焼室から燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を、燃焼室本体内に投入するように配置されたものである。
【００４９】
本実施態様においては、このような空気投入手段を設けたことにより、副燃焼室内でガス化され、副燃焼室から燃焼室本体へと流出した未焼ガスを燃焼室本体で燃焼させることが可能な２段燃焼とすることができる。これにより、副燃焼室内における温度を下げることができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を抑制することができる。さらに、未焼ガスの燃焼に必要な燃焼用空気を空気投入手段により供給することから、燃焼室本体内における燃焼状態を良好なものとすることができる。
【００５０】
このような空気投入手段において、燃焼用空気の投入方向としては、燃焼室本体へ燃焼用空気を投入することが可能な投入方向であれば特に限定はされない。具体的には、ケーシングの長手方向に平行となる方向、または、副燃焼室の内周面の周方向等を挙げることができる。中でも、本実施態様においては、ケーシングの長手方向に平行となる方向に空気を投入することが好ましい。これにより、燃焼用空気を副燃焼室から燃焼室本体へと流出する未焼ガスと効率的に混合させることができるからである。
【００５１】
なお、ここでいうケーシングの長手方向に平行となる方向とは、副燃焼室の閉塞側と開口側とを結ぶ長手方向に対して平行となる方向を意味し、厳密に平行となる方向に限らず、ケーシングの長手方向に対して±２°程度のずれを含むものとする。
【００５２】
上述したように、ケーシングの長手方向に平行となる方向に燃焼用空気を投入することにより、副燃焼室から燃焼室本体へと流出した未焼ガスと燃焼用空気との効率的な混合が図れる理由について説明する。図１（Ａ）に示すように、副燃焼室１０の開口側端部３に形成された仕切り板７により形成された堰から流出する燃焼ガスは、破線の矢印で示すように、堰の出側で、副燃焼室１０の径方向に急拡大し、旋回速度を減衰させながら、燃焼室本体２１内へと移動する。この際、実線矢印で示すように、ケーシング１の長手方向に燃焼用空気を投入すると、上述したような軌跡で進行する燃焼ガスと効率的に混合させることができるのである。これにより、燃焼ガス中に含まれる未焼ガスを燃焼させるために必要な燃焼用空気を効率良く供給することができるため、良好な燃焼状態を確保することができる。
【００５３】
このような空気投入手段としては、副燃焼室から燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を、燃焼室本体内に投入するように形成されたものであれば特に限定はされない。例えば、空気投入口を設け、この空気投入口から燃焼用空気を燃焼室本体内に投入可能とする手段を挙げることができる。このような場合の空気投入手段について図を用いて説明すると、図１（Ａ）に示すように、例えば、仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面に、空気投入口３０ａを設け、空気投入通路３０ｂを通過した燃焼用空気を空気投入口３０ａから投入するといった手段を挙げることができる。
【００５４】
以下、空気投入手段として、空気投入口を設け、この空気投入口から燃焼用空気を燃焼室本体内に投入可能とする場合について説明する。具体的に空気投入口を設ける位置としては、上述したように、空気投入手段により投入される燃焼用空気の投入方向が、ケーシングの長手方向に平行となる方向であることが好ましいことから、このような方向で燃焼室本体内へ燃焼用空気を投入可能とする位置であることが好ましい。例えば、副燃焼室において燃焼室本体が配置される位置である開口側端部付近を挙げることができる。具体的には、図１（Ａ）に示すように、開口側端部３に仕切り板７が形成されている場合には、仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面７ａや、仕切り板７の内周面７ｂ、さらには、燃焼室本体２１のうち、副燃焼室１０に接続された部分の側面２１ａ等を上げることができる。また、図２（Ａ）に示すように、仕切り板７が開口側端部３よりも閉塞側に形成されている場合、開口側端部３の燃焼室本体２１側の側面３ａ、または開口側端部３の内周面３ｂ、さらには、この場合においても、燃焼室本体２１内へ燃焼用空気を投入可能であるならば、仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面７ａや、仕切り板７の内周面７ｂ等を挙げることができる。
【００５５】
中でも、本実施態様においては、仕切り板が開口側端部に形成されている場合であって、仕切り板の燃焼室本体側の側面に空気投入口が設けられていることが好ましい。上記位置に空気等入口を設けることにより、副燃焼室から燃焼室本体内へ流出する未焼ガスの流出方向と同方向に燃焼用空気を投入することができるので、両者を効率良く混合させることができ、未焼ガスの良好な燃焼が容易に可能となるからである。さらに、空気投入口の形成位置によって、福燃焼室から燃焼室本体へと流出する未焼ガスの燃焼位置が変化するため、用いる可燃粉体の燃焼性等を考慮して、空気投入口の形成位置を決定してもよい。
【００５６】
例えば、可燃粉体としてＡＢＣ樹脂を用いた場合には、難燃性で燃焼温度が低いことから、開口側端部に近接して空気投入口を設けても副燃焼室内の温度を低下させる効果を十分に得ることができる。さらに、可燃粉体としてポリエチレンまたはポリプロピレン等の廃プラスチックを用いた場合には、これらは易燃性で燃焼温度が高いことから、上記ＡＢＳ樹脂の場合よりも開口側端部から遠ざけて、例えば、燃焼室本体のうち、副燃焼室に接続された部分の側面等に形成することにより、２次燃焼における燃焼位置が開口側端部から遠ざかり、副燃焼室の高温化を抑制する効果を十分に得ることができる。
【００５７】
このような空気投入口は、単数設けてもよく、図３（Ａ）に示すように、複数設けてもよい。中でも、複数設けられていることが好ましい。より効率良く未焼ガスとの混合を図ることができるからである。
【００５８】
なお、一般的に空気投入口の形状としては円形のものが用いられ、その直径は装置によって大幅に異なるものであるが、通常、例えば、図３（Ａ）に示すように空気投入口が６箇所ある場合には、開口部の直径Ｄの１／１０程度であることが好ましい。さらに、空気投入口が６箇所よりも多い場合には、開口部の直径Ｄの１／１０以下であることが好ましく、６箇所よりも少ない場合には直径Ｄの１／１０以上とすることが好ましい。
【００５９】
さらに、例えば、図１（Ａ）に示すように、空気投入口３０ａを仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面７ａに設けた場合、仕切り板に対する空気投入口の形成位置としては、副燃焼室から流出した未焼ガスと効率良く燃焼用空気を混合させることが可能な位置であれば特に限定はされない。具体的には、図３（Ａ）に示すように、開口部３１の中心３１ｃから空気投入口３０ａの中心までの距離Ｐが、開口部３１の直径Ｄを基準として、２Ｄ以下、中でも、１．８Ｄ以下であることが好ましい。さらに、未燃ガスが難燃性の場合には１．５Ｄ以下とすることが好ましい。空気投入口を設ける位置が、開口部に近いほど、未焼ガスと燃焼用空気との混合の効率を向上させることができるからである。
【００６０】
さらに、図３（Ａ）に示すように、複数の空気投入口３０ａが一つの円を形成するように設ける場合に限らず、図３（Ｂ）に示すように、複数の円を形成するように設ける場合であってもよい。また、規則正しく設ける場合に限らず、不規則に配列した場合であってもよい。
【００６１】
このような空気投入手段において、燃焼用空気の噴出速度は、副燃焼室から燃焼室本体へと流出した未焼ガスと燃焼用空気とを良好に混合させることができるのであれば特に限定はされないが、１０ｍ／秒〜２０ｍ／秒の範囲内であることが好ましい。
【００６２】
さらに、例えば、図３に示すように、空気投入手段として複数の空気投入口を設けた場合、各々の空気投入口から噴出する燃焼用空気の噴出速度に差を設けてもよい。例えば、図３（Ｂ）に示すように、副燃焼室の径方向に複数の円を形成するように空気投入口３０ａを設けた場合、内側と外側とで異なる噴出速度とする場合を挙げることができる。このように噴出速度に差を設けることで、副燃焼室から燃焼室本体へと流出した未焼ガスと、燃焼用空気との混合位置を調整することができる。例えば、図３（Ｂ）に示すように、副燃焼室の径方向に対して２つの円を形成するように空気投入口３０ａを設けた場合、内側よりも外側の方の噴出速度を大きくすることにより、混合位置を、副燃焼室から離れた位置とすることができ、副燃焼室内の温度の低下に効果を有する。
【００６３】
また、本実施態様における空気投入手段により投入される燃焼用空気は、未焼ガスの燃焼を妨げないものであればよく、例えば可燃性を有していてもよいが、コスト面から空気を使用することが好ましい。
【００６４】
（２）バーナ
次いで、本実施態様におけるバーナについて説明する。バーナは、可燃粉体を噴射することができるものであれば特に限定されるものではないが、通常は、可燃粉体、ガス燃料または液体燃料、および燃焼用空気を噴射することができるものが用いられる。
【００６５】
バーナ中においてガス燃料が導入される流路、可燃粉体が導入される流路、および燃焼用空気が導入される流路それぞれの配置は適宜選定可能であるが、これらの流路が同軸状に配置された多重管構造のバーナを用いることが特に好ましい。
【００６６】
図４（Ａ）は、三重管構造のバーナの一例をその噴射口側からみた正面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したＩＶ−ＩＶ線矢視断面の概略図である。
【００６７】
これらの図に示すバーナ１２は、第１流路１３と、第１流路１３よりも内周に形成された第２流路１４と、第１流路１３よりも外周に形成された第３流路１５とを有している。
【００６８】
第１流路１３、第２流路１４および第３流路１５は、バーナ１２の中心軸と直交する方向に切ったときの断面（以下、「横断面」という。）形状が環形を呈する流路であることが好ましい。
【００６９】
気体搬送された可燃粉体を第１流路１３に導入し、ガス燃料を第２流路１４に導入し、燃焼用空気を第３流路１５に導入することにより、バーナ１２から噴射される可燃粉体をガス燃料と燃焼用空気とによって挟み込ませることができ、これによって、可燃粉体、ガス燃料、および燃焼用空気が十分に混合した状態で着火させることができる。その結果として、可燃粉体を良好に燃焼させることが容易になる。
【００７０】
また、第２流路に導入する燃料は、ガス燃料に限らず、液体燃料を導入するであってもよい。このような場合には、図４に示す三重管において、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２流路に取り付けたバーナを用い、副燃焼室に噴射すればよい。
【００７１】
第１流路１３に導入する可燃粉体としては、例えば廃プラスチック粉末、微粉炭、木屑、紙片、微粉バイオマス等や、これらの混合物を挙げることができる。本実施態様の粉体燃焼装置の利点を考慮すると、廃プラスチック粉末を用いることが好ましい。
【００７２】
廃プラスチック粉末を第１流路１３に導入する場合、当該プラスチック粉末の平均粒径（微粉から重量を積算して全重量の５０％となる粒径を意味する。以下同じ。）は、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、特に０．９ｍｍ以上であることが好ましい。この平均粒径が上記範囲より低い場合は、副燃焼室内の温度が上昇しすぎる傾向にあり、窒素酸化物の生成を促すため好ましくない。またこのような廃プラスチック粉末を得るためのコストが高くなる等の問題もある。
【００７３】
廃プラスチック粉末を搬送するための気体は、可燃粉体の燃焼を妨げないものであればよく、例えば可燃性を有していてもよいが、一般的には、コスト面から空気を使用することが好ましい。
【００７４】
必要に応じて、第２流路１４内または第３流路１５内に、当該第２流路１４または当該第３流路１５を流れる流体に旋回を与える旋回付与手段１６を設けることができる。図示の例では、第３流路１５内に旋回付与手段１６が設けられている。この旋回付与手段１６を設けることによって、第２流路１４および第３流路１５から噴射される流体と第１流路１３から噴射される可燃粉体とを積極的に混合することが容易になるので、可燃粉体を更に良好に燃焼させることが可能になる。
【００７５】
旋回付与手段１６は、流路内を流れる流体に対して旋回を与えることができる手段であれば特に限定されるものではない。例えば図４（Ｂ）に示すように、旋回羽根、すなわち流体を旋回に導く誘導羽根を、旋回付与手段１６として用いることができる。
【００７６】
（３）気体噴射ノズル
次に、気体噴射ノズルについて説明する。
【００７７】
本実施態様においては、副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと別個に、副燃焼室内に気体を投入する気体噴射ノズルを設けることが好ましい。副燃焼室内における可燃粉体の旋回力を強化することができるからである。
【００７８】
このような気体噴射ノズルは、ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着されるものであり、また、バーナスロートと前記気体噴射スロートの相対的な位置関係を、その一方が前記ケーシングの閉塞側に位置し、その他方が前記ケーシングの開口側に位置するものとし、バーナから噴出される可燃粉体と同一周方向に気体を噴射可能とするものであることが好ましい。
【００７９】
バーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係として、その一方がケーシングの開口側にあり、その他方がケーシングの閉塞側にあるように両者を配置することで、可燃粉体の旋回位置を開口側端部から離れた位置とすることができる。したがって、開口側端部からの未燃粉体の飛び出しを防止することができ、十分な滞留時間を確保することができるので、粉体燃焼装置の小型化が容易である。
【００８０】
このような気体噴射ノズルは、気体噴射スロートに装着され、気体を、上記バーナにより噴射される可燃粉体と、同一周方向に噴射し、副燃焼室内に投入することができるものである。このような気体噴射ノズルは、気体が導入される流路を有するものであれば特に限定はされない。具体的には、気体が導入される流路を有する単管構造のノズルを挙げることができる。また、必要に応じて、他の流体等を導入する流路を有する多重管構造のノズルとする場合であってもよい。
【００８１】
さらに、気体噴射ノズルから噴射される気体としては、可燃粉体の燃焼を妨げないものであれば特に限定はされるものではなく、例えば、可燃性を有していてもよいが、コスト等の観点から空気であることが好ましい。
【００８２】
また、気体噴射ノズルにおける気体の噴射速度としては、バーナにより噴射される可燃粉体と同一周方向に気体を噴射させることにより、可燃粉体の旋回力を強化させることができるのであれば特に限定はされないが、具体的には、１０〜１００ｍ／ｓの範囲内であることが好ましく、中でも、３０〜８０ｍ／ｓの範囲内であることが好ましい。気体噴射ノズルによる気体の噴射速度は、バーナのように火炎形成に伴う吹込み速度の制限はないので、気体噴射ノズルから噴射する気体の噴射速度を上記範囲内で高めることにより、可燃粉体の旋回力を強化することができる。
【００８３】
次に、バーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係について説明する。両者の位置関係は、バーナスロートおよび気体噴射スロートの一方が、ケーシングの閉塞側に位置し、当該バーナスロートおよび上記気体噴射スロートの他方が、ケーシングの開口側に位置するものであることが好ましい。このような両者の相対的な位置関係は、両者の形成位置が、同一周上にないのであれば特に限定はされず、バーナスロートおよび気体噴射スロートのいずれが、ケーシングの開口側および閉塞側のいずれにあってもよい。
【００８４】
例えば、図１に示す例では、バーナスロート５および気体噴射スロート６の相対的な位置関係として、閉塞側にバーナスロート５が位置し、開口側に気体噴射スロート６が位置する場合の例を示したが、本実施態様においては、両者の位置関係が逆であってもよい。図２は、このような場合の例を示しており、図２（Ａ）は、本実施態様の粉体燃焼装置の他の例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面の概略図である。図２に示す例では、バーナスロート５および気体噴射スロート６の相対的な位置関係として、閉塞側に気体噴射スロート６が位置し、開口側にバーナスロート５が位置する場合を示している。なお、図２（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線断面上には、バーナスロート５は位置しないが、図２（Ｂ）には、便宜上、バーナスロート５を示している。
【００８５】
このような場合、バーナスロート５に装着されるバーナ１２の第１流路に搬送気体と共に可燃紛体を導入すると、図２（Ｂ）に示すように、可燃粉体はケーシング１の内周面に沿った周方向に噴射され、仕切り板７により形成された堰近傍で円運動した後、副燃焼室１０内を螺碇状に旋回しながら閉塞側に移動する。また、閉塞側に形成された気体噴射スロート６には、気体噴射ノズル１１が装着されており、この気体噴射ノズル１１から気体が可燃粉体と同一周方向に噴射されると、可燃粉体の旋回力が強化され、未燃粉体の開口側端部からの飛び出しを抑制することができる。
【００８６】
このようなバーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係において、閉塞側に設けられたバーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターから、閉塞側の端部を形成する側壁までの距離は、特に限定はされないが、側壁から仕切り板までの全長に対して、側壁からバーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離が、４０％以下、中でも、２０％以下であることが好ましい。または、閉塞側に位置するバーナまたは気体噴射ノズルの直径を基準とした場合、側壁から、バーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離が、バーナまたは気体噴射ノズルの直径の３倍以内、中でも１．５倍以内にあることが好ましい。
【００８７】
また、具体的に側壁から、閉塞側に位置するバーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離は、３００ｍｍの範囲内、中でも、１５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００８８】
なお、ここでいう側壁から仕切り板までの全長とは、仕切り板の最もケーシング長手方向内側に位置する部分から、側壁までの長さを意味する。具体的に図１（Ａ）を用いて説明すると、仕切り板７の最もケーシング１長手方向内側に位置する部分７ｃから、側壁２までの長さｍに相当する。このような全長ｍに対して、側壁２から閉塞側に設けたバーナスロート５のセンター１２ｃまでの長さｘが、上記範囲内にあり、または、この長さｘが、バーナ１２の直径を基準とした場合や、その具体的数値が上記範囲内にあれば、開口側に設けられた気体噴射スロート６との位置関係により、未燃の可燃粉体の開口側端部３からの飛び出しを抑制することができ、滞留時間の増大を図ることができるのである。
【００８９】
また、後述するように仕切り板の形状が図５および図６に示すような形状である場合、側壁から仕切り板までの全長は、図５に示すように、仕切り板３７Ａの最もケーシング長手方向内側に位置する部分３７ａから、側壁２までの長さとする。さらに、図５に示す場合には、仕切り板３７Ｂの最もケーシング長手方向内側に位置する部分３７ｂから、側壁２までの長さとする。
【００９０】
さらに、後述するように仕切り板が複数設けられている場合には、バーナスロートおよび気体噴射スロートの両方の形成位置よりも開口側であって、開口側に位置するバーナスロートまたは気体噴射スロートに最も近く形成された仕切り板を基準とする。具体的には、図７に示すように、バーナスロート５および気体噴射スロート６の形成位置よりも開口側で、この開口端側に位置するバーナスロート５に最も近い位置に設けられた仕切り板３７Ｄを基準とする。
【００９１】
一方、開口側に設けられたバーナスロートまたは気体噴射スロートにおいて、そのセンターから仕切り板までの距離は、特に限定はされないが、仕切り板から側壁までの全長に対して、仕切り板からバーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離が、３０％以内、中でも、２０％以内にあることが好ましい。または、開口側に位置するバーナまたは気体噴射ノズルの直径を基準とした場合、仕切り板から、バーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離が、バーナまたは気体噴射ノズルの直径の３倍以内、中でも、１．５倍以内にあることが好ましい。
【００９２】
また、具体的に仕切り板から、開口側に位置するバーナスロートまたは気体噴射スロートのセンターまでの距離は、２５０ｍｍ以内、中でも、１５０ｍｍ以内であることが好ましい。
【００９３】
また、バーナスロートは閉塞側に位置することが好ましい。バーナスロートが閉塞側に位置することにより、投入直後の可燃粉体が開口側端部から飛び出すのを防止することができるからである。
【００９４】
具体的に図１（Ａ）を用いて説明すると、仕切り板７の最もケーシング１長手方向内側に位置する部分７ｃから、側壁２までの長さｍに対して、仕切り板７の最もケーシング１長手方向内側に位置する部分７ｃから開口側に設けた気体噴射スロート６のセンター１１ｃまでの長さｙが、上記範囲内にあり、または、この長さｙが、気体噴射ノズル１１の直径を基準とした場合、あるいはその具体的数値が上記範囲内にあれば、閉塞側に設けたバーナスロート５との位置関係により、未燃の可燃粉体の開口側端部からの飛び出しを抑制することができ、滞留時間の増大を図ることができるのである。
【００９５】
また、バーナスロートおよび気体噴射スロートは、ケーシングの外周壁に形成されるが、バーナスロートおよび気体噴射スロートを形成する際には、これらに装着されるバーナおよび気体噴射ノズルが、可燃粉体および気体等を同一周方向に噴射することができるように、バーナスロートおよび気体噴射スロートの形成位置を決定する。例えば、図１（Ｂ）に示すように、バーナスロート５に装着されたバーナ１２から噴射された可燃粉体が、矢印Ａで示す方向で、副燃焼室１０内に投入される場合には、気体噴射ノズル１１から噴射される気体も、矢印Ａで示す方向で、副燃焼室内に投入されることが可能となるように、気体噴射ノズルが装着される気体噴射スロートの形成位置を決定する。
【００９６】
さらに、バーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係において、ケーシング長手方向に垂直の面における上下位置関係は、これらに装着されるバーナおよび気体噴射ノズルが、可燃粉体および気体等を同一周方向に噴射することができるようであれば特に限定はされない。例えば、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように、バーナスロート５が、ケーシング１の上記垂直の面における上部に位置し、気体噴射スロート６が、ケーシング１の上記垂直の面における下部に位置する場合や、また、その逆の場合であってもよい。さらに、バーナスロート５および気体噴射スロート６が共にケーシング１の上記垂直の面において同程度の高さに位置する場合であってもよい。
【００９７】
このようなバーナスロートおよび気体噴射スロートの相対的な位置関係において、中でも、バーナスロートは上部に位置することが好ましい。上部から可燃粉体を投入することで重力を利用して旋回力を強化することができる。また、気体噴射ノズルは下部に位置することが好ましい。下部に気体を吹き付けることにより、可燃粉体の堆積を防止することができる。
【００９８】
（４）水蒸気投入手段
次いで、水蒸気投入手段について説明する。本実施態様に用いられる水蒸気投入手段は、副燃焼室内に水蒸気を投入することを可能とするものである。本実施態様においては、このような水蒸気投入手段を設けることが好ましい。水蒸気投入手段から水蒸気を投入することにより、副燃焼室内における燃焼温度を下げることができるので、副燃焼室内における高温化を防止することができる。また、副燃焼室内の温度が１０００℃を越える場合には、水性ガス反応による炭素のガス化により残留炭素を抑制することができ、さらに、排ガス中に含まれる煤塵濃度を下げる効果がある。これによって、燃焼に必要な空気量を下げることができるので、副燃焼室内の温度が上昇しすぎることを抑制し、窒素酸化物の生成を防止する効果を有する。
【００９９】
このような水蒸気投入手段は、副燃焼室内に水蒸気を投入するこができるものであれば特に限定はされない。具体的には、副燃焼室内に水蒸気投入口を設け、水蒸気投入通路を通じて水蒸気投入ノズルから水蒸気を投入する方法、または、バーナから噴出する可燃粉体自体に水分を含有させる方法等を挙げることができる。
【０１００】
さらに、水蒸気投入手段により水蒸気を投入する時期としては、特に限定はされないが、具体的には、副燃焼質内の温度が１２００℃以上となった際、中でも、１３００℃以上となった際に水蒸気を投入することが好ましい。副燃焼室内の温度が上記範囲を越えると、窒素酸化物の生成が促進するので、上記範囲で水蒸気を投入することにより、副燃焼室内の温度上昇を抑制し、窒素酸化物の生成を防止することができるからである。
【０１０１】
さらに、水蒸気投入手段から投入する水蒸気の量は、副燃焼室内の温度低下に効果を有する量であれば特に限定はされないが、具体的には、バーナから噴射される可燃粉体重量の１０〜４０％の範囲内、中でも、２０〜３０％の範囲内であることが好ましい。
【０１０２】
（５）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、一端が閉塞された筒状とされる。具体的には、一端が閉塞された円筒状、または楕円筒状等を挙げることができる。また、本実施態様において上述した気体噴射ノズルを設けた場合には、図８に示すように副燃焼室１０長手方向の中心部Ｚに向うにしたがって、内径が大きくなる樽型とすることが好ましい。このような樽型の形状とすることにより、旋回流による遠心力で副燃焼室の長手方向中心付近で旋回させやすくすることができ、可燃粉体の開口側端部からの飛び出しを効果的に抑制することができるからである。
【０１０３】
なお、ここでいう樽型とは、副燃焼室の長手方向中心部に向うにしたがい内径が大きくなる形状のことを意味するが、具体的に、長手方向中心付近における内径の広がりの程度としては、閉塞側の端部または開口側端部における内径に対して、副燃焼室長手方向の中心付近の最も大きい部分の内径が、１．０倍〜１．８倍の範囲内、中でも、１．１倍〜１．４倍の範囲内であることが好ましい。
【０１０４】
具体的に図８を用いて説明すると、閉塞側における内径ｐよりも、副燃焼室１０長手方向の中心付近Ｚにおいて最も内径が大きい部分の内径ｑが上記範囲内にあるような形状の樽型であることが好ましく、これにより、可燃粉体の旋回位置を副燃焼室長手方向の中心付近とすることができ、開口側端部からの可燃粉体の飛び出しを抑制する効果を充分に得ることができる。
【０１０５】
また、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
（６）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。
【０１０８】
また、その形状は、堰として機能するのであれば特に限定されるものではなく、例えば、図１（Ｂ）等に示す仕切り板７のように、中央に開口部を有する円板状、図示していないが、半円形、半楕円形、三日月状（弓形状）等とすることができる。その中でも、中央に開口部を有する円板状であることが好ましい。
【０１０９】
また、図５に示す粉体燃焼装置における仕切り板３７Ａのように、ケーシング１の径方向内側に位置する縁部が側壁２方向に張り出した形状であってもよく、または、図６に示す粉体燃焼装置における仕切り板３７Ｂのように、ケーシング１の内周面から当該ケーシング１の径方向内側に向かうにしたがって側壁２方向に斜めに張り出した形状とすることもできる。
【０１１０】
さらに、上述したように、本実施態様における空気投入手段として、仕切り板の燃焼室本体側の側面に空気投入口を設け、この空気投入口から燃焼室本体内へと燃焼用空気を投入する手段とした場合は、本実施態様における仕切り板には、空気投入口が形成されている。このような場合の仕切り板に関しては、上述した「（１）空気投入手段」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【０１１１】
仕切り板の形成位置は、バーナスロートの形成位置よりも開口側であれば特に限定はされないが、上述したように気体噴射ノズルを設けた場合には、バーナスロートおよび気体噴射スロートの両方の形成位置よりも開口側に形成されていることが好ましい。例えば、図１に示すように、バーナスロート５および気体噴射スロート６の両者の位置関係において、気体噴射スロート６が開口側に形成されている場合には、当該気体噴射スロート６の形成位置よりも開口側に設ける。また、図２に示すように、バーナスロート５および気体噴射スロート６の両者の位置関係において、バーナスロート５が開口側に形成されている場合には、当該バーナスロート５の形成位置よりも開口側に設ける。中でも、本実施態様において仕切り板の形成位置は、開口側に形成されたバーナスロートまたは気体噴射スロートに近接する位置であることが好ましい。可燃粉体の副燃焼室内における滞留時間を長くすることができ、また、開口部からの粒子の飛び出し確率を低くすることができるといった効果を十分に得ることができるからである。
【０１１２】
具体的に仕切り板の位置は、開口側に設けられたバーナスロートのセンターまたは気体噴射スロートのセンターとの距離が、上記「（３）気体噴射ノズル」の中で記載した範囲となるような位置に形成することが好ましい。仕切り板と、開口側に形成されたバーナスロートまたは気体噴射スロートとの距離を、上述した範囲よりも離して形成すると、仕切り板側に吹き寄せられて旋回する粉体が増え、開口側端部からの飛び出しが増加する場合があり好ましくないからである。
【０１１３】
仕切り板を、上述した位置に配置することによって、所望の技術的効果を奏する粉体燃焼装置を得ることが可能になるのであるが、仕切り板は１つに限らず、２つ以上の仕切り板をケーシング１内に配置することもできる。例えば、図７に示すように、バーナスロート５および気体噴射スロート６の形成位置よりも開口側で、このバーナスロート５に最も近い位置に設けられた仕切り板３７Ｄの他に、開口側端部３の近傍に仕切り板３７Ｅを配置し、堰を複数形成する場合であっても良い。
【０１１４】
また、可燃粉体を良好に燃焼させるうえには、仕切り板を形成した箇所でのケーシング１での開口比（面積比）が５％〜６０％の範囲内、特に１５％〜３５％の範囲内となるように、当該仕切り板の大きさおよび形状を選定することが好ましい。ここで、開口比は仕切り板を形成した箇所の断面積（Ａ）に対する仕切り板を形成した箇所の開口部分の面積（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）で表される。
【０１１５】
開口比が大きすぎると、粉体噴射時の飛び出しを防止する効果が不充分となり、開口比が小さすぎると、仕切り板を形成した箇所での流速が大きくなり仕切り板が損傷されやすくなるからである。また、本実施態様において気体噴射ノズルを設けた場合には、可燃粉体の旋回を強化することができるので、副燃焼室内から未燃粉体の飛び出しを大幅に抑制することができ、上記範囲内での開口比を実現することができる。
【０１１６】
２．第２実施態様
次に、第２実施態様の粉体燃焼装置について説明する。本実施態様の粉体燃焼装置は、長手方向の両端にバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の燃焼室本体側開口端に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、前記ケーシングは、前記バーナ側開口端に設置されたバーナスロートと、堰を形成することができる仕切り板とを有し、前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路と、前記可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、前記バーナスロートに装着され、前記旋回発生手段により前記可燃粉体を旋回させながら、前記ケーシングの長手方向に噴射可能とするものであり、前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とするものである。
【０１１７】
このような本実施態様の粉体燃焼装置について図面を用いて説明する。図９は、本実施態様の粉体燃焼装置の一例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図である。
【０１１８】
図９に示す粉体燃焼装置９０は、ケーシング１によって画定された副燃焼室１０内で、廃プラスチック粉末等の可燃粉体がバーナ１２によって旋回流入され、ガス化を図るものである。
【０１１９】
図９に示すケーシング１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１２が接続されるバーナ側開口端９１を有し、さらに他端には、主燃焼室が接続される燃焼室本体側開口端９２が設けられている。また、バーナ側開口端９１には、バーナスロート５が設置され、このバーナスロート５にバーナ１２が装着されている。バーナ１２には、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路（図示せず）が設けられており、さらに、旋回発生手段（図示せず）を有することから、当該バーナ１２の先端から可燃粉体を旋回させながら副燃焼室１０内に噴出させることができる。
【０１２０】
さらに、副燃焼室１０内には、ケーシング１内周面から径方向内側に張り出すようにして、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板７が設けられている。
【０１２１】
本実施態様においては、仕切り板７に空気投入手段８として、仕切り板７の燃焼室本体２１側の側面７ａに空気投入口３０ａを設け、この空気投入口３０ａから、空気投入通路３０ｂを通過した燃焼用空気が燃焼室本体２１内へ投入される。この際、燃焼用空気の投入方向としては、ケーシング１の長手方向に平行となる方向であることが好ましい。
【０１２２】
なお、ここでいうケーシングの長手方向に平行となる方向とは、副燃焼室のバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを結ぶ方向に対して平行となる向きを意味する。また、厳密に平行となる方向に限らず、上記「１．第１実施態様、（１）空気投入手段」の中に記載した範囲のずれを含むものとする。
【０１２３】
本実施態様においては、このような空気投入手段８を設けることにより、副燃焼室１０内での燃焼に加え、上記副燃焼室１０から燃焼室本体２１へと流出した未焼ガスを、燃焼室本体２１内で燃焼させることを可能とし、２段燃焼とすることができる。このような２段燃焼とすることにより、副燃焼室１０内の温度の高温化を抑制することができるので、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を防止することができる。また、燃焼室本体２１で行われる２次燃焼においては、仕切り板７により形成された堰から流出した未焼ガスの燃焼に必要な燃焼用空気を、空気投入手段８により副燃焼室１０内に投入しているので、可燃粉体の十分なガス化が可能である。
【０１２４】
また、ケーシング１の外周壁には、仕切り板７のバーナ側開口端９１側に気体噴射スロート６が設置されている。この気体噴射スロート６に気体噴射ノズル１１が装着される。気体噴射ノズル１１には、気体が導入される流路が設けられ、流路に導入された気体は副燃焼室１０内に噴射される。このような気体噴射スロートを設けることにより、バーナから噴出された可燃粉体の旋回を強化することができ、燃焼室側開口端からの未燃粉体の飛び出しを抑制することができる。
【０１２５】
以下、本実施態様の粉体燃焼装置を構成する各部材について説明する。なお、空気投入手段、水蒸気投入手段、ケーシングおよび仕切り板については、上述した第１実施態様と同様なのでここでの説明は省略する。
【０１２６】
（１）バーナ
次いで、本実施態様におけるバーナについて説明する。
【０１２７】
本実施態様に用いられるバーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路と、可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、バーナスロートに装着され、旋回発生手段により可燃粉体を旋回させながら、ケーシングの長手方向に噴射可能とするものである。
【０１２８】
本実施態様におけるバーナは、旋回発生手段を有していることから、可燃粉体を旋回させた状態で、ケーシングの長手方向に噴出させることができる。これによって、噴射された可燃粉体は、ケーシングの内周面に沿った周方向に旋回しながら、燃焼室本体側開口端へと移動していくため、副燃焼室内における可燃粉体の滞留時間を長くすることができる。また、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。
【０１２９】
このような本実施態様におけるバーナにおいて、旋回発生手段としては、可燃粉体に対して旋回を与えるものであれば特に限定はされない。具体的には、上述した第１実施態様における旋回付与手段と同様であるのでここでの説明は省略する。
【０１３０】
また、本実施態様におけるバーナは、その軸が副燃焼室の長手方向と平行となるように設置されるが、副燃焼室の長手方向に対して、バーナの軸が多少ずれるような略平行の状態も含むものとする。
【０１３１】
その他、本実施態様におけるバーナに関しては、上述した「１．第１実施態様」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【０１３２】
（２）気体噴射ノズル
次に、気体噴射ノズルについて説明する。
【０１３３】
本実施態様における気体噴射ノズルは、ケーシングの外周壁に形成された気体噴射スロートに装着され、気体を前記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能とするものである。
【０１３４】
本実施態様においては、副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと別個に、副燃焼室内に気体を投入する上記気体噴射ノズルを設けることが好ましい。副燃焼室内における可燃粉体の旋回力を強化することができるからである。
【０１３５】
このような気体噴射ノズルの形成位置は、仕切り板の形成位置よりもバーナ側開口端側であることが好ましい。仕切り板を設けたことによる効果を有効に活かすことができるからである。したがって、副燃焼室内における可燃粉体の滞留時間を長くすることができるため、燃焼室本体側開口端からの未燃粉体の飛び出しを抑制することができる。中でも、仕切り板に近接して設けることが好ましい。燃焼室本体側開口端からの未燃粉体の飛び出し確率を低くすることができるといった効果を十分に得ることができるからである。
【０１３６】
具体的に、気体噴射ノズルを装着する気体噴射スロートのセンターから仕切り板までの距離は、仕切り板からバーナ側開口端までの全長に対して、仕切り板から気体噴射スロートのセンターまでの距離が、３０％以内、中でも、２０％以内にあることが好ましい。または、気体噴射ノズルの直径を基準とした場合、仕切り板から、気体噴射スロートのセンターまでの距離が、気体噴射ノズルの直径の３倍以内、中でも、１．５倍以内にあることが好ましい。
【０１３７】
また、具体的に仕切り板から気体噴射スロートのセンターまでの距離は、２５０ｍｍ以内、中でも、１５０ｍｍ以内であることが好ましい。
【０１３８】
その他、本実施態様における気体噴射ノズルに関することは、上述した「１．第１実施態様」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【０１３９】
（３）副燃焼室
ついで、本実施態様における副燃焼室について説明する。本実施態様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燃焼室本体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平行となるように、上記バーナが接続されており、バーナから噴出された可燃粉体のガス化が十分に行われるように形成されたものである。
【０１４０】
このような副燃焼室内の形状としては、バーナから噴出された可燃粉体の旋回を妨げることがないのであればいかなる形状であっても特に限定はされないが、例えば、単純円筒状、または単純楕円筒状等を挙げることができる。さらに、図９に示すように、バーナの噴出口９３と副燃焼室１０とが接合している部分の段差が小さく、かつ、バーナ側開口端９１側から燃焼室本体側開口端９２側へ向って、副燃焼室１０における径が連続的に広がるような形状であってもよい。本実施態様における副燃焼室の形状としては、図９に示すように、バーナの噴出口９３と副燃焼室１０とが接合している部分の段差が小さく、かつ、バーナ側開口端９１側から燃焼室本体側開口端９２側へ向って、副燃焼室における径が連続的に広がるような形状であることが好ましい。
【０１４１】
例えば、バーナの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、バーナと単純円筒とに段差が生じるため、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燃焼室本体側開口端から流出し、主燃焼室において灰分を堆積させるといった問題が生じる場合がある。しかしながら、図９に示すように、バーナの噴出口９３と副燃焼室１０とが接合している部分の段差が小さく、かつ、バーナ側開口端９１側から燃焼室本体側開口端９２側へ向って、副燃焼室における径が連続的に広がるような形状とすることにより、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ので、上記問題を容易に解決することができるからである。
【０１４２】
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。本発明の粉体燃焼方法は、副燃焼室と、可燃粉体が前記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を前記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、前記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、前記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側で前記副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板と、前記堰から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置を用いて可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法であって、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、前記空気投入手段により投入される燃焼用空気の量との総計が、前記可燃粉体の化学量論的量の１．１〜１．６倍であり、さらに、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量が、前記化学量論的量の４０〜９０％の範囲内であることを特徴とするものである。
【０１４３】
本発明の粉体燃焼方法においては、上記空気投入手段を有する粉体燃焼装置を用いていることから、副燃焼室内での可燃粉体の燃焼に加え、堰から燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼室本体内で燃焼させる２段燃焼を可能とする。この２段燃焼において、副燃焼室内での一次燃焼に要する空気量および燃焼室本体での二次燃焼に要する空気量を併せて上記範囲とし、さらに、上記一次燃焼の際に供給される空気量を上記範囲とすることにより、過剰に空気を供給することを抑制しているので、副燃焼室内の温度が上昇しすぎることを防止し、高温化を要因とする窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【０１４４】
なお、ここでいう、仕切り板のバーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量とは、本発明に用いられる粉体燃焼装置において、副燃焼室内で行われる一次燃焼の際に使用される燃焼用の空気の量を意味する。具体的には、バーナから供給される燃焼用空気および可燃粉体の搬送に用いる搬送空気、また、本発明の粉体燃焼方法において上述した粉体燃焼装置を用いた場合であり、さらに、上記気体噴射ノズルを設置した場合には、この気体噴射ノズルから供給される空気も含まれ、これらの空気の総量が該当する。
【０１４５】
このような本発明の粉体燃焼方法において、使用される粉体燃焼装置としては、副燃焼室と、可燃粉体が前記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を前記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、前記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、前記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側で前記副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板と、前記堰から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有するものであれば特に限定はされない。具体的には、上記第１実施態様および第２実施態様に記載した粉体燃焼装置を用いることが好ましい。このような本発明に用いられる粉体燃焼装置については、上記「Ａ．粉体燃焼装置」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【０１４６】
本発明において化学量論的量とは、バーナから噴出された可燃粉体を完全燃焼させるために必要な理論上の空気量を意味する。このような化学量論的量に対して、仕切り板のバーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、空気投入手段により投入される燃焼用空気の量とを併せた空気量の総計は、１．１〜１．６倍の範囲内であり、中でも、１．１倍〜１．４倍の範囲内、さらには、１．１倍〜１．２倍の範囲内とすることが好ましい。空気量が上記範囲よりも少ないと、未燃ガスや煤が発生しやすくなる場合があるため好ましくなく、空気量が上記範囲よりも多いと、排ガス量が多くなる場合があり、環境上好ましくない。また、煙突などの排気装置が大型化するといった問題が生じる場合もあり好ましくない。したがって、空気量が２段燃焼を可能とする粉体燃焼装置において、その２段燃焼に要する全体的な空気量を上記範囲とすることにより、空気の過剰供給を防止することができるので、副燃焼室の高温化を抑制することができる。なお、ＣＯガス等の難燃性ガスを用いる場合には、燃焼炉出口で未燃ガスが検出されない程度に上記空気量を増加してもよい。
【０１４７】
さらに、仕切り板のバーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量は、上記化学量論的量の４０％〜９０％の範囲内であり、中でも、６０％〜７０％の範囲内とすることが好ましい。空気量が上記範囲よりも少ないと、煤が発生し、また、熱量の不足によりガス化が不充分となるといった問題が生じる場合があるため好ましくない。上記範囲とすることにより、副燃焼室内で行われる一次燃焼において、供給される空気量が可燃粉体のガス化に必要とされる空気量より過剰となることがないので、副燃焼室内の温度が高温化することを防止でき、窒素酸化物の生成を抑制することができるからである。
【０１４８】
また、本発明の粉体燃焼方法においては、副燃焼室内に水蒸気を投入して可燃粉体を燃焼させることが好ましい。具体的に、副燃焼室内に水蒸気を投入する方法としては、上述した「第１実施態様」に記載した水蒸気投入手段を用いることができる。
【０１４９】
さらに、副燃焼室内に水蒸気を投入する場合、その投入量としては、バーナから噴射される可燃粉体重量の１０〜４０％の範囲内であることが好ましく、中でも、２０〜３０％の範囲内であることが好ましい。
【０１５０】
その他、副燃焼室内に水蒸気を投入する場合については、上記「第１実施態様」における水蒸気投入手段の項目において記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【０１５１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態は例示であり、本明細書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の構成を有し、同様の効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１５２】
また、本発明に用いられるガス燃料としては、コークス炉ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧおよび各種副性ガスが例示され、液体燃料としては、灯油、重油などの石油系燃料あるいはメタノールが例示される。
【実施例】
【０１５３】
以下、実施例を例示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【０１５４】
（実施例１）
図１と同様の構造の粉体燃焼装置を用いた。ケーシングの内径（直径）は７６２ｍｍ、長さ（内寸）は７６８ｍｍであり、仕切り板の中央部には直径４００ｍｍの円形の開口部が形成されている。
【０１５５】
バーナスロートには、三重管構造のバーナを装着した。バーナを構成している第１流路には、空気搬送された廃プラスチック粉末（主成分はポリスチレン）を導入し、第２流路にはガス燃料としてのコークス炉ガスを導入し、第３流路には燃焼用空気を導入した。仕切り板には、開口部に対し同心円となる直径７０ｃｍの位置に内径が３８ｍｍの空気投入口を円周上に均等に６個設けた。
【０１５６】
上述の粉体燃焼装置をケーシングの長手軸が水平となるように設置し、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の１０％となるように調整しながら燃焼試験を行った。なお、副燃焼室内の雰囲気温度が１０００℃に達するまではコークス炉ガスの燃焼比率を高くして燃焼を行い、副燃焼室の雰囲気温度が１０００℃を超えた後は、コークス炉ガスの入熱量が上記の値となるよう調節した。また、バーナから噴出する廃プラスチック粉末の流速（初速度）は、８ｍ／秒とし、１時間当たり最大１００ｋｇの割合で燃焼させた。
【０１５７】
バーナと気体噴射ノズルとから副燃焼室内に投入する空気すなわち１次燃焼用空気の量と空気投入口から投入する空気すなわち２次燃焼用空気の量との合計（総空気量）を燃料すなわち廃プラスチック粉末とコークス炉ガスの化学量論的量の１．１倍に調整し、１次燃焼用空気と２次燃焼用空気の投入量を変更して、排ガス中の窒素酸化物濃度を調査した。
【０１５８】
なお、バーナから投入する可燃粉体の搬送用空気と気体噴射ノズルから投入する空気の量は、それぞれ化学量論的量の１０％とした。
【０１５９】
図１０にポリスチレン３．２ｍｍ粒子を用いた試験結果を示す。縦軸は２次燃焼用空気の投入量を０、すなわち１次燃焼用空気を化学量論的量の１．１倍としたときの窒素酸化物濃度を６％Ｏ２換算で１としたときの相対値で、横軸は化学量論的量に対する１次燃焼空気量の割合（１次空気比）である。図１０に示すように、１次空気比を下げることにより、排ガス中の窒素酸化物濃度が減少する。例えば、１次空気比を０．５とすると窒素酸化物生成量を約１／５程度まで抑えることができる。
【０１６０】
（実施例２）
廃プラスチック粉末としてＡＢＳ樹脂を主成分とする粒子径３．２ｍｍのプラスチック粉末を用い、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の７０％となるようにした以外は実施例１と同様の条件で試験を行った。
【０１６１】
図１１に試験結果を示す。２段燃焼を行うことにより実施例１と同様に排ガス中の窒素酸化物の濃度を低く抑えることができる。なお、ＡＢＳ樹脂は窒素分を含有しているため、排ガス中の窒素酸化物は実施例１に比べ高い値を示した。１次空気比が約０．６で下限値を示すのは、副燃焼室内の部分燃焼により生じた窒素酸化物前駆体すなわち燃料中の窒素が燃焼反応により生じるＨＣＮが、２次燃焼の際の高温化により窒素酸化物（ＮＯｘ）に転化するためであると推察される。また、１次空気比が過小となると、副燃焼室内の燃焼温度が低下しすぎるので、副燃焼室内に固形未焼分が残留した。
【０１６２】
（実施例３）
廃プラスチック粉末としてＡＢＳ樹脂を主成分とする粒子径３．２ｍｍのプラスチック粉末を用い、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の１５％で、１次空気比が８２％で、かつ水蒸気を投入した以外は実施例１と同様の条件で試験を行い、排ガス中の窒素酸化物濃度、二酸化炭素濃度および酸素濃度を調査した。
【０１６３】
図１２から図１４に、水蒸気投入量を変更したときの、副燃焼室の開口側端部に配置した燃焼炉本体の出口における排ガス中の窒素酸化物濃度、二酸化炭素濃度および酸素濃度のそれぞれの調査結果を示す。なお、図１２から図１４の横軸は、可燃粉体重量に対する水蒸気投入重量の比（水蒸気投入重量／可燃粉体重量）を示し、これを水蒸気添加比率として示した。図１２から図１４の縦軸はそれぞれ水蒸気未添加の場合の窒素酸化物濃度を１としたときの窒素酸化物濃度の割合、水蒸気未添加の場合の二酸化炭素濃度を１としたときの二酸化炭素濃度の割合、水蒸気未添加の場合の酸素濃度を１としたときの酸素濃度の比率を示している。
【０１６４】
図１２に示す結果から、水蒸気添加比率を０．２程度とすることで、２段燃焼により抑制した排ガス中の窒素酸化物濃度をさらに２割程度の引き下げが可能であることが示唆される。
【０１６５】
図１３および図１４に示すように、水蒸気を投入することにより、排ガス中の二酸化炭素濃度が上昇し、酸素濃度が低下しており、少ない過剰空気で可燃粉体の燃焼が可能であることが明らかである。例えば水蒸気添加比率を０．２とすることで、過剰空気量を水蒸気添加比率が０の場合の約７０％程度に引き下げることができることが示唆される。これにより、燃焼用空気の投入に伴い投入される窒素量が減少し、窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【０１６６】
（実施例４）
廃プラスチックとしてそれぞれポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）を主成分とする粒径３．２ｍｍの３種類のプラスチックを用い、コークス炉ガスの入熱量を全入熱量の１０％とし、１次空気比を６０％とし、かつ水蒸気を投入した以外は実施例１と同様の条件で試験を行った。図１５に試験結果を示す。
【０１６７】
図１５に示す結果から、ＰＰ、ＰＥおよびＰＳをそれぞれ主成分とするプラスチックは２０〜３０％の水蒸気添加で６０％程度にまで排ガス中の窒素酸化物濃度を抑制することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の粉体燃焼装置の一例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したＩ−Ｉ線矢視断面の概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の粉体燃焼装置の他の例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面の概略図である。
【図３】本発明における空気投入手段の例を示した概略図である。
【図４】図４（Ａ）は、三重管構造のバーナの一例をその噴射口側からみた正面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したＩＶ−ＩＶ線矢視断面の概略図である。
【図５】副燃焼室内に堰を形成するための仕切り板の他の例を示す概略断面図である。
【図６】副燃焼室内に堰を形成するための仕切り板の他の例を示す概略断面図である。
【図７】副燃焼室内に堰を形成するための仕切り板の他の例を示す概略断面図である。
【図８】ケーシングの形状の他の例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図である。
【図９】本発明の粉体燃焼装置の他の例をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図である。
【図１０】実施例１における結果を示したグラフである。
【図１１】実施例２における結果を示したグラフである。
【図１２】実施例３における結果を示したグラフである。
【図１３】実施例３における結果を示したグラフである。
【図１４】実施例３における結果を示したグラフである。
【図１５】実施例４における結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１６９】
１  …  ケーシング
２  …  側壁
３  …  開口側端部
４  …  外周壁
５  …  バーナスロート
６  …  気体噴射スロート
７  …  仕切り板
８  …  空気投入手段
１０  …  副燃焼室
１１  …  気体噴射ノズル
１２  …  バーナ
【図１】
2005127538.tif 000003
【図２】
2005127538.tif 000004
【図３】
2005127538.tif 000005
【図４】
2005127538.tif 000006
【図５】
2005127538.tif 000007
【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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