(57)【要約】【課題】流動床における一次燃焼をより完全なものにするとともに、流動媒体の流出に伴う諸問題を解消することが可能な、合理的な構成の多重旋回流動床式焼却炉と、それを組み込んだ焼却システムを提供する。【解決手段】流動床と、該流動床に対し該流動床を流動させるとともに一次燃焼用の空気を供給する一次燃焼用空気供給手段と、二次燃焼用空間としてのフリーボードとを有する流動床式焼却炉において、一次燃焼用空気供給手段が、流動床に上下方向の旋回流を付与して該流動床を流動化させる上下方向旋回流付与手段と、上下方向の旋回流が付与され流動化された流動床に水平方向の旋回流を付与する水平方向旋回流付与手段とを併せ持つことを特徴とする多重旋回流動床式焼却炉、およびそれを用いた焼却システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内下部に、流動可能な流動媒体により流動床が形成され、該流動床に対し該流動床を流動させるとともに一次燃焼用の空気を供給する一次燃焼用空気供給手段が設けられ、炉内上部に、二次燃焼用空間としてのフリーボードが形成され、該フリーボードに対し二次燃焼用の空気を供給する二次燃焼用空気供給手段が設けられた流動床式焼却炉において、前記一次燃焼用空気供給手段が、前記流動床に上下方向の旋回流を付与して該流動床を流動化させる上下方向旋回流付与手段と、上下方向の旋回流が付与され流動化された流動床に水平方向の旋回流を付与する水平方向旋回流付与手段とを併せ持つことを特徴とする多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項２】
前記水平方向旋回流付与手段は、流動床に炉壁部から炉心に向かう向心流の水平方向旋回流を付与する手段からなる、請求項１に記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項３】
前記水平方向旋回流付与手段が、炉内水平方向に向けて一次燃焼用空気を噴出する水平方向一次燃焼用空気噴出口を複数有する、請求項１または２に記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項４】
前記複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口が炉の周方向に等ピッチで配設されている、請求項３に記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項５】
前記水平方向一次燃焼用空気噴出口が、噴出方向の角度を少なくとも上下方向に微調整可能に構成されている、請求項３または４に記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項６】
前記上下方向旋回流付与手段が、上方に向けて一次燃焼用空気を噴出する上方向一次燃焼用空気噴出口を複数有する、請求項１〜５のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項７】
前記フリーボードに対し、被焼却物の投入口が開口されている、請求項１〜６のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項８】
前記二次燃焼用空気供給手段が、二次燃焼用空気を炉内に旋回流にて供給する手段からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項９】
炉頂部に前記フリーボードからの排気口が設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項１０】
炉内適所に、燃焼状態を検知するセンサーが設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の多重旋回流動床式焼却炉を組み込んだ、少なくとも、多重旋回流動床式焼却炉への被焼却物の投入手段、多重旋回流動床式焼却炉からの排気の処理手段を含む焼却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低レベル放射性廃棄物から、ＰＣＢや各種廃液、一般廃棄物に至るまでの多種の廃棄物等を多目的にて効率よく焼却処理可能な、新しいタイプの多重旋回流動床式焼却炉と、それを用いた焼却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉の種類としては、従来から、流動床式焼却炉やストーカ式焼却炉、ロータリキルンを組み込んだ回転式焼却炉など、各種のものが知られている。これらのうち、炉内に流動媒体(流動砂)による流動床を形成し、流動床で主として一次燃焼を行い、その上方のフリーボードで二次燃焼を行って、一般的な被焼却物であればほぼ完全燃焼が可能な流動床式焼却炉は、炉自体に駆動部分がないため炉の内部構造を比較的簡素に構成でき、流動砂の蓄熱による炉内の保温効果のため、炉の起動、停止を容易に短時間で行うことができるという利点を有している。
【０００３】
流動床式焼却炉においては、通常、流動媒体(流動砂)を６５０〜８００℃程度に加熱するとともに、下方からの風圧により流動化させ、流動化された流動床が形成された炉内に被焼却物を小サイズに粉砕された状態で投入し、そこでの一次燃焼により大部分を燃焼させ、残りをその上方に形成された空間としてのフリーボードで二次燃焼させるようにしている。流動床を形成するためには、通常、下方からの空気流（通常は上下方向の一次燃焼用空気の旋回流として付与される）が必要と考えられている。
【０００４】
従来の流動床式焼却炉においては、流動床に対する上記下方からの空気流は、通常、炉床（散気床）に設けられた一次燃焼用空気噴出口(通常、複数設けられている)からの一次燃焼用空気噴出流として付与されている。このような空気流の付与により、流動媒体(流動砂)を流動化させることは可能にはなるものの、実質的に流動床の上方に位置するフリーボードへの流動媒体の流出は完全には防止できないため、フリーボード部や炉外部分から、流出した流動媒体を元の流動床部分に戻さざるを得ない構成となっている。流動床からの流動媒体の流出は、流動床部分での一次燃焼の能力や効率の低下、フリーボード部での二次燃焼の効率や能力の低下を招くとともに、流出した流動媒体の戻し機構は、焼却操作や制御の複雑化、装置全体の構造の複雑化や大型化、さらには高コスト化を招くこととなっている。
【０００５】
従来から、流動床式焼却炉に関して、各部の改良が試みられているが、基本的に上下方向に空気を噴出する一次燃焼用空気噴出口構造の改良(例えば、特許文献１)や、フリーボードにおける二次燃焼用空気の性能改善（例えば、特許文献２）等にとどまっており、流動床自体の流動化状態の改善およびそれによる燃焼改善や、流動媒体の流出防止を目指したものは見当たらず、それらを通して流動床式焼却炉全体の効率改善や構造の簡素化をはかったものは見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７７４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７３９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、流動床式焼却炉において流動床に本来要求されるべき機能に立ち返り、流動床における一次燃焼をより完全なものにするとともに、流動媒体の流出に伴う諸問題を一挙に解消することが可能な、極めて合理的な構成を有する新規な多重旋回流動床式焼却炉と、それを組み込んだ焼却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉は、炉内下部に、流動可能な流動媒体により流動床が形成され、該流動床に対し該流動床を流動させるとともに一次燃焼用の空気を供給する一次燃焼用空気供給手段が設けられ、炉内上部に、二次燃焼用空間としてのフリーボードが形成され、該フリーボードに対し二次燃焼用の空気を供給する二次燃焼用空気供給手段が設けられた流動床式焼却炉において、前記一次燃焼用空気供給手段が、前記流動床に上下方向の旋回流を付与して該流動床を流動化させる上下方向旋回流付与手段と、上下方向の旋回流が付与され流動化された流動床に水平方向の旋回流を付与する水平方向旋回流付与手段とを併せ持つことを特徴とするものからなる。
【０００９】
このような本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉においては、流動床は従来装置同様、上下方向旋回流付与手段による上下方向の旋回流の付与により流動化されるが、その流動化状態にて、さらに同時に、水平方向旋回流付与手段により水平方向の旋回流が付与される。すなわち、流動床の流動媒体は、上下方向に旋回されつつ、同時に、全体として、水平方向に渦流のように旋回されることになる。この水平方向の渦流の如き旋回流は、流動床に対して沈降方向の力を及ぼすので、流動床を形成している流動媒体が上方へ（つまり、フリーボード側へ）流出することがほぼ完全に抑えられ、流動床の望ましい流動化状態が維持されつつ、流動媒体の流出が防止されることになる。流動媒体の流出防止により、流動床の容量はそのまま望ましい設定容量に保たれるので、流動床における一次燃焼状態の性能、効率の低下は防止され、変動が抑制されてより完全な一次燃焼が可能になる。また、流動床からフリーボード内への流動媒体の流出がなくなることから、フリーボード内での二次燃焼状態も所望の安定した良好な状態に維持され、焼却炉内各部分で理想的に機能分離された優れた燃焼状態が実現される。さらに、流動媒体の流出防止により、流出した流動媒体の戻し機構等は不要になるから、流動床式焼却炉全体の、さらにはそれに付帯する設備の簡素化、小型化、低コスト化が可能になる。
【００１０】
上記本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉においては、上記水平方向旋回流付与手段としては、流動床に炉壁部から炉心に向かう向心流の水平方向旋回流を付与する手段からなることが好ましい。このような向心流の水平方向旋回流は、海流の渦流の如き優れた沈降方向の力を発現できるから、流動媒体の流出をより効果的に防止できるようになる。
【００１１】
また、上記水平方向旋回流付与手段としては、炉内水平方向に向けて一次燃焼用空気を噴出する水平方向一次燃焼用空気噴出口を複数有する構成が好ましい。複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口を有することにより、容易に流動床全体にわたって望ましい水平方向旋回流を付与できるようになる。複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口を、例えば、炉の周方向に等ピッチで配設しておくことにより、より均一に望ましい水平方向旋回流を付与できるようになる。なお、このような複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口は、単列形態で炉の周方向に配設することもできるし、上下方向に複列で配設することもできる。
【００１２】
また、上記水平方向一次燃焼用空気噴出口は、噴出方向の角度を少なくとも上下方向に微調整可能に構成されていてもよい。このように構成すれば、投入された被焼却物の種類や形態に応じて、より最適な一次燃焼用流動状態に制御可能になる。なお、水平方向一次燃焼用空気噴出口の噴出方向の炉の周方向に対する角度は、基本的には炉壁の接線方向あるいはそれに近い固定角度でよいが、この方向に関しても微調整可能に構成しておくことも可能である。
【００１３】
上記上下方向旋回流付与手段については、基本的に従来構造と同等の構造を採用できるが、流動床全体にわたって良好な流動化状態を得るためには、上方に向けて一次燃焼用空気を噴出する上方向一次燃焼用空気噴出口が適切な配置で複数設けられていることが好ましい。
【００１４】
被焼却物の投入位置は、流動床よりも上位に位置であれば特に限定されず、例えば、上記フリーボードに対し、被焼却物の投入口が側方から開口されている構成を採ることができる。
【００１５】
また、本発明では、基本的に流動床からフリーボードへの流動媒体の流出は回避されるので、上記二次燃焼用空気供給手段の構成はとくに限定されず、例えば、上記二次燃焼用空気供給手段が、二次燃焼用空気を炉内に旋回流にて、とくに水平方向旋回流にて供給する手段からなる構成を採用できる。この水平方向旋回流は、複数段にて付与されてもよい。
【００１６】
被焼却物の種類にもよるが、フリーボード部で二次燃焼されると、ほぼ完全燃焼された状態となるので、二次燃焼後のガスは排気口を通して、外部に、あるいは後続のさらなる処理工程に送られればよい。このためには、例えば、炉頂部にフリーボードからの排気口が設けられている構造を採用できる。
【００１７】
また、本発明においては、流動床からの流動媒体の流出がなくなり、流動床部分とフリーボード部分がほぼ完全に機能分離されてそれぞれ常に安定した状態に維持されるので、各部分、ひいては焼却炉全体として、より細かな最適な状態への制御が可能になる。最適な状態への制御のためには、炉内適所に（つまり、それぞれの部位の状態を認識可能な箇所に）、燃焼状態を検知するセンサーが設けられていることが好ましい。このようなセンサーとして、例えば、紫外線センサー、温度センサー、流速センサー、ＣＯ２やＣＯ、Ｏ２等の各種ガスセンサーを用いることができる。
【００１８】
さらに、上記流動床において一次燃焼できなかった不燃物が生じた場合には、例えば、炉床に下方への排出路を接続しておき、該排出路を介して適宜不燃物を排出させるようにすることも可能である。
【００１９】
本発明に係る焼却システムは、上記のような多重旋回流動床式焼却炉を組み込んだ、少なくとも、多重旋回流動床式焼却炉への被焼却物の投入手段、多重旋回流動床式焼却炉からの排気の処理手段を含むシステムからなる。被焼却物の投入手段では、被焼却物の種類や形態、さらにはそのときの処理要求等に応じて、最適な被焼却物の投入量に制御され、排気の処理手段では、被焼却物の種類や性状に応じて、排気に対しさらなる処理が適宜加えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉によれば、流動床に上下方向旋回流と水平方向旋回流を併せ付与することで、流動床からの流動媒体の流出を防止でき、それを通して、流動床における一次燃焼とフリーボードにおける二次燃焼をともに安定したより理想的な状態に維持できるようになり、焼却炉全体としての性能、効率を格段に向上することが可能になる。流動媒体の流出防止により、焼却炉の構造の簡素化、小型化、操作や制御の容易化、さらにはコストダウンをはかることができる。さらに、この多重旋回流動床式焼却炉を組み込んだ焼却システムについても、流出流動媒体の戻し機構を考慮しなくてもよくなること、焼却炉自体の性能や安定性が向上されていることから、高性能で、小型かつ安価なシステムの構築が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施態様に係る多重旋回流動床式焼却炉の概略縦断面図である。
【図２】本発明における水平方向旋回流の概念を示す焼却炉の概略横断面図である。
【図３】本発明における複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口の配設例を示す焼却炉の概略横断面図である。
【図４】水平方向一次燃焼用空気噴出口の角度微調整機構の一例を示す拡大部分縦断面図である。
【図５】各種センサーの取付け例を示す焼却炉の概略横断面図である。
【図６】各種センサーによる測定感度領域の例を示すグラフである。
【図７】本発明の多重旋回流動床式焼却炉を組み込んだシステムの一例を示す機器系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る多重旋回流動床式焼却炉を示している。図１において、多重旋回流動床式焼却炉１は、本実施態様では略円筒状の炉２を有しており、炉２内下部に、流動可能な流動媒体により流動床３が形成されている。流動床３の上方の炉２内上部には、二次燃焼用空間としてのフリーボード４が形成されている。この炉２には、フリーボード４の下部側に開口し、そこから流動床３に向けて被焼却物（図示略）を投入可能な投入口５が設けられており、炉２の頂部には、フリーボード４からの排気口６が設けられている。炉２の底部には、流動床３で一次燃焼できなかった不燃物７等を下方に向けて選択的に排出する排出路８が設けられており、排出路８から排出されてきた不燃物７等に対しては、例えば、スクリューフィーダ９、振動篩１０等によって送給、分類などの処理が行われる。
【００２３】
流動床３に対しては、該流動床３を流動させるとともに一次燃焼用の空気を供給する一次燃焼用空気供給手段が設けられている。この一次燃焼用空気供給手段は、流動床３に上下方向の旋回流を付与して該流動床３を流動化させる上下方向旋回流付与手段と、上下方向の旋回流が付与され流動化された流動床３に水平方向の旋回流を付与する水平方向旋回流付与手段の両方を併せ持っている。本実施態様では、流動床３は散気壁１１上に形成され、上記上下方向旋回流付与手段は、該散気壁１１に設けられ、一次燃焼用空気供給口１２から風箱１３を介して供給されてきた一次燃焼用空気を流動床３に対し上方に向けて噴出する複数の上方向一次燃焼用空気噴出口１４から構成されている。これら上方向一次燃焼用空気噴出口１４から噴出された空気が、流動床３に対し上下方向旋回流１５を付与し、それによって流動床３は流動化状態となる。上記水平方向旋回流付与手段は、炉壁１６に設けられた、炉壁１６の略接線方向に向けて、かつ、炉内水平方向に向けて一次燃焼用空気を噴出する複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口１７から構成されている。これら水平方向一次燃焼用空気噴出口１７から噴出された空気が、流動床３に対し、図２にも示すように、炉壁１６部から炉心に向かう向心流の水平方向旋回流１８を付与する。すなわち、流動化された流動床３には、上下方向旋回流１５と水平方向旋回流１８がともに付与される。
【００２４】
本実施態様では、上記複数の上方向一次燃焼用空気噴出口１４からの噴出流の強さは、強弱に調整できるようになっており、それによって、より適切に上下方向旋回流１５の状態を制御でき、流動床３の流動化状態を所望の状態に制御できるようになっている。また、上記複数の水平方向一次燃焼用空気噴出口１７は、図３に示すように、炉２の周方向に等ピッチ（等間隔）で配設されており（例えば、周方向の円周角で１０〜３０度程度の等ピッチで配設されており）、より円滑に所望の水平方向旋回流１８を発生させることができるようになっている。これら水平方向一次燃焼用空気噴出口１７は、図１に示すように、上下方向において、複数段に配設することもできる。さらに、各水平方向一次燃焼用空気噴出口１７は、図４に示すように、噴出方向の角度を少なくとも上下方向に、例えば−５度〜＋１５度程度の範囲内で微調整（例えば、１度単位で微調整）可能に構成することもできる。この微調整機構は、水平方向における角度微調整にも展開させることが可能である。
【００２５】
また、炉内上部に二次燃焼用空間として形成されたフリーボード４に対しては、二次燃焼用の空気を供給する二次燃焼用空気供給手段としての二次燃焼用空気噴出口１９が設けられている。本実施態様では、この二次燃焼用空気噴出口１９も周方向に複数設けられ、かつ、上下方向に多段に配設されている。これら二次燃焼用空気噴出口１９から噴出された空気は、フリーボード４内に、複数段状態にて、二次燃焼用空気の水平方向旋回流２０を生じさせることができるようになっている。なお、本実施態様では、フリーボード４内での二次燃焼をより効率よく円滑に行うことができるように、必要に応じて加熱を追加可能な予備バーナー２１が設けられている。
【００２６】
さらに、焼却炉１には、図５に例示するように、より最適な焼却状態に制御可能とするために、炉２内適所に、燃焼状態を検知するセンサーを適宜配設することができる。例えば、紫外線センサー２２や、温度や流速の状態を検知するセンサー２３、ＣＯ２やＣＯ、Ｏ２等の各種ガスを検知するセンサー２４を設けておくことが可能である。このような各種センサーを設けておくことにより、例えば図６に例示するように、波長域毎に、相対感度やふく射熱の強さの状態を検知することが可能になり、より最適な燃焼状態への制御に供することができるとともに、有害物質の排出抑制や追加処理の必要性の把握、さらには炉壁の耐熱温度に対する安全性の確認等に供することができる。
【００２７】
上記のような多重旋回流動床式焼却炉１では、とくに流動床３に、該流動床３を流動化させる上下方向旋回流１５と、水平方向旋回流１８とを同時に付与するようにしたので、必要な流動化状態が得られつつ、流動床３を形成している流動媒体の上方への流出が防止される。その結果、流動床３においては望ましい一次燃焼状態が安定して継続され、併せて、フリーボード４での望ましい二次燃焼状態が安定して維持されることになり、焼却炉１全体として、理想的な望ましい燃焼、焼却状態に常時保たれる。また、流動媒体の流出防止により、流出した流動媒体の戻し機構等は不要であり、焼却炉１および付帯設備の簡素化、小型化、低コスト化が可能になる。
【００２８】
このような優れた性能を有する多重旋回流動床式焼却炉１は、焼却プラントを構成する焼却システム内に組み込むことができる。例えば図７に例示するように焼却システムを構築することが可能である。図７に示す焼却システム３１においては、上記のような多重旋回流動床式焼却炉１が組み込まれ、それに始動用バーナー３２が付設されている。流動床式焼却炉１には、定量フィーダ３３、圧力計３４、流量計３５などからなる被焼却物の供給手段３６や、その他の供給手段３７から被焼却物が投入され、補助燃料３８等も用いて燃焼が行われる。焼却炉１からの排ガス３９の熱量は、空気予熱器４０等を介して一次燃焼用空気や二次燃焼用空気の予熱に利用でき、導入されてきた空気４１を加熱し予熱空気４２として焼却炉１に供給できる。さらに、導入空気４３も用いて、白煙防止予熱器４４による白煙防止処理を付加することもできる。高温の排ガスは、冷却塔４５で冷却、分離処理可能であり、分離された灰分は、フィーダ４６を介して灰ホッパ４７に導入し、そこから必要に応じて、取り扱いやすいように灰加湿器４８で加湿処理することもできる。冷却塔４５で分離されたガス成分は、例えばバグフィルタ４９で濾過し、捕捉成分を上記同様に灰ホッパ４７に導入することができる。バグフィルタ４９で濾過されたガス成分は、例えば排煙処理塔５０に導入され、苛性ソーダ５１による処理や冷却水５２による冷却処理が施された後、誘引ファン５３により煙突５４から排出される。白煙防止予熱器４４の段階で無害化されている場合には、そこから直接煙突５４を通して排出すればよい。このように、本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉１は、各種の焼却システム内に効果的に組み込むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る多重旋回流動床式焼却炉は、低レベル放射性廃棄物から、ＰＣＢや各種廃液、一般廃棄物に至るまでの多種の廃棄物等の焼却処理に、多目的にて利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  多重旋回流動床式焼却炉
２  炉
３  流動床
４  フリーボード
５  投入口
６  排気口
７  不燃物
８  排出路
９  スクリューフィーダ
１０  振動篩
１１  散気壁
１２  一次燃焼用空気供給口
１３  風箱
１４  上方向一次燃焼用空気噴出口
１５  上下方向旋回流
１６  炉壁
１７  水平方向一次燃焼用空気噴出口
１８  水平方向旋回流
１９  二次燃焼用空気噴出口
２０  二次燃焼用空気の水平方向旋回流
２１  予備バーナー
２２、２３、２４  センサー
３１  焼却システム
３２  始動用バーナー
３３  定量フィーダ
３４  圧力計
３５  流量計
３６、３７  供給手段
３８  補助燃料
３９  排ガス
４０  空気予熱器
４１  空気
４２  予熱空気
４３  導入空気
４４  白煙防止予熱器
４５  冷却塔
４６  フィーダ
４７  灰ホッパ
４８  灰加湿器
４９  バグフィルタ
５０  排煙処理塔
５１  苛性ソーダ
５２  冷却水
５３  誘引ファン
５４  煙突
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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