(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、
前記燃焼室の上部に設置され、底板を逆円錐形状に形成し、前記燃焼室で発生した熱により蒸気を発生する蒸気生成用タンクと、
前記燃焼室内で燃焼時の炉内炎に旋回流を起こすようにエアを吹き出し可能に前記燃焼室の内壁に設けられた多数のエア吹出し口と、
前記燃焼室の上部に設けられ、前記燃焼室の外部に連通する排煙通路と、
前記排煙通路における燃焼室側の開口部周囲に位置し、この開口部より前記燃焼室の高さ方向上部に前記燃焼室の内壁周方向に沿って形成された未燃物捕集空間部であって、前記蒸気生成用タンクの前記逆円錐形状の底板を逆円錐形状の未燃物捕集板とし、前記燃焼室を縦断面で見て、前記未燃物捕集板と前記内壁とにより該内壁の周方向に沿って形成された三角形状の空間部である未燃物捕集空間部と、
前記未燃物捕集空間部と前記燃焼室とを連通する未燃物環流管と、
前記未燃物捕集空間部に捕集された未燃物を前記未燃物環流管に吸い込み、前記燃焼室へ送給する吸引手段と、
前記蒸気発生タンクで発生した蒸気を前記燃焼室下部から吹出し、前記エア吹出し口から吹き出された高温高圧のエアに水蒸気を混合させて燃焼力を高める蒸気吹出しノズルと
を備えて構成されていることを特徴とする焼却炉。
【請求項２】
前記未燃物捕集空間部に連通する前記未燃物環流管の導出用開口が、その導出方向を炉内炎の旋回流の流れ方向と同方向に向けて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の焼却炉。
【請求項３】
前記燃焼室に連通する前記未燃物環流管の導入用開口が、その導入方向を炉内炎の旋回流の流れ方向と同方向に向けて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の焼却炉。
【請求項４】
前記排煙通路における前記燃焼室側の開口部が、逆円錐形状の前記未燃物捕集板のほぼ中心部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却炉に関し、更に詳細には例えば、産業廃棄物その他の各種の廃棄物を焼却処理する焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物その他各種の廃棄物を焼却処理する焼却炉は、特開２００１−１０８２２１号公報に開示されているように既に周知である。この公開特許公報に開示されている従来の焼却炉では、産業廃棄物等を燃焼室で焼却する際に炉内炎が、一定方向に回転しながら上昇し、煙突を経由して外部に排出されていた。
【０００３】
すなわち、前記公開特許公報に開示されている従来の焼却炉は、円筒状の燃焼室を備え、この燃焼室に複数のエア供給管を炉中心方向に向って突設し、各エア供給管に複数のエア吹出し口を設けて燃焼室の周方向に高圧高温のエアを吹き出し、酸素の供給と共に高圧高温エアの吹き出しによって燃焼室に旋回流を起こすことで燃焼効率を上げかつ未燃物の発生を抑制するようにしたものであった。
【０００４】
この焼却炉には、燃焼室の上部に除塵装置が設置されている。この除塵装置は、排煙通路内で水をシャワーのように噴射させ、産業廃棄物が燃焼室で焼却された際に発生するダイオキシンや微細な焼却灰などを専ら捕集除去するためのものであり、未燃物のような比較的に大きなもの及び重さのあるものを捕集除去するためのものではない。と言うのも、この焼却炉では、前述したように燃焼室で炉内炎を旋回流として燃焼効率を上げるようにしたものであるから、本来的に未燃物などはほとんど発生しないことを前提としているからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の焼却炉では、燃焼室で炉内炎を旋回流として燃焼効率を上げ、未燃物の発生を抑制するようにしていたが、実際には焼却する産業廃棄物によって未燃物の発生も認められることがあった。しかし、この焼却炉で未燃物が発生すると、前述したように除塵装置では十分に捕集することができず、焼却炉の外部（炉外）に排出されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、各種の廃棄物の燃焼効率を高め、かつ未燃物が発生してもこれを効率よく捕集して燃焼室に環流させ、これを完全に燃焼するまで繰り返すようにした焼却炉を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、この発明の焼却炉は、燃焼室と、前記燃焼室の上部に設置され、底板を逆円錐形状に形成し、前記燃焼室で発生した熱により蒸気を発生する蒸気生成用タンクと、前記燃焼室内で燃焼時の炉内炎に旋回流を起こすようにエアを吹き出し可能に前記燃焼室の内壁に設けられた多数のエア吹出し口と、前記燃焼室の上部に設けられ、前記燃焼室の外部に連通する排煙通路と、前記排煙通路における燃焼室側の開口部周囲に位置し、この開口部より前記燃焼室の高さ方向上部に前記燃焼室の内壁周方向に沿って形成された未燃物捕集空間部であって、前記蒸気生成用タンクの前記逆円錐形状の底板を逆円錐形状の未燃物捕集板とし、前記燃焼室を縦断面で見て、前記未燃物捕集板と前記内壁とにより該内壁の周方向に沿って形成された三角形状の空間部である未燃物捕集空間部と、前記未燃物捕集空間部と前記燃焼室とを連通する未燃物環流管と、前記未燃物捕集空間部に捕集された未燃物を前記未燃物環流管に吸い込み、前記燃焼室へ送給する吸引手段と、前記蒸気発生タンクで発生した蒸気を前記燃焼室下部から吹出し、前記エア吹出し口から吹き出された高温高圧のエアに水蒸気を混合させて燃焼力を高める蒸気吹出しノズルとを備えて構成されていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の焼却炉は、前記未燃物捕集空間部に連通する前記未燃物環流管の導出用開口が、その導出方向を炉内炎の旋回流の流れ方向と同方向に向けて設けられていることを特徴としている。
【０００９】
さらにまた、本発明の焼却炉は、前記燃焼室に連通する前記未燃物環流管の導入用開口が、その導入方向を炉内炎の旋回流の流れ方向と同方向に向けて設けられていることを特徴とし、更に前記排煙通路における前記燃焼室側の開口部が、逆円錐形状の前記未燃物捕集板のほぼ中心部に形成されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の焼却炉を図に示される実施形態について更に詳細に説明する。図１には本発明の一実施形態に係る焼却炉１０の主要部が概略的に示されている。この焼却炉１０は、内壁１２によってその内部に形成された円筒状の燃焼室１１を備えている。内壁１２の外側には外壁１３が設けられ、内壁１２と外壁１３との間は水ジャケット１４とされている。
【００１１】
焼却炉１０の高さ方向中間部付近から下側における燃焼室１１の主たる部分及びそれより下方の基台部分では、その外壁１３の周囲を囲うジャケット区画壁１５が設置され、外壁１３とこのジャケット区画壁１５とで形成されるジャケットは高圧高温のエア室１６とされている。焼却炉１０の内壁１２には、多数のエア吹出し口１７ａが設けられ、これらのエア吹出し口１７ａは、図１に示されるように水ジャケット１４を横断しかつ外壁１３を貫通するエア供給通路１７によってエア室１６に連通している。
【００１２】
これによりエア室１６内の高圧高温エアは、エア供給通路１７を介してエア吹出し口１７ａから燃焼室１１に吹き込み可能となるが、多数のエア吹出し口１７ａは、燃焼室１１で産業廃棄物などが燃焼されているときに炉内炎に旋回流を起こすように燃焼室１１において一定の周方向に向いて設けられている。
【００１３】
燃焼室１１の上部には、蒸気生成用タンク１８が設置されている。この蒸気生成用タンク１８の底板１９は、図１から明らかなように逆円錐形状をしており、この底板１９が未燃物捕集板として機能する。この蒸気生成用タンク１８のほぼ中心部には、焼却炉１０の上部を介して外部に連通する排煙通路２０が形成されている。従って、排煙通路２０における燃焼室１１側の開口部２０ａは、蒸気生成用タンク１８における逆円錐形状の底板１９のほぼ中央部に形成されていることになる。この蒸気生成用タンク１８の内部は、前述した水ジャケット１４と連通し、内部に水が貯溜されている。１９ａは対流遮断板である。
【００１４】
このように燃焼室１１の上部に設置された蒸気生成用タンク１８の底板１９が逆円錐形状をしているため、焼却炉１０を図１のように縦断面で見ると、蒸気生成用タンク１８の底板１９と燃焼室１１の内壁１２とにより囲まれた三角形状の空間部２１が内壁１２に沿って周方向に形成される。そして、この空間部２１は、排煙通路２０における燃焼室１１側の開口部２０ａより燃焼室１１の高さ方向上部に位置していることになる。この三角形状の空間部２１が未燃物捕集空間部となる。
【００１５】
この未燃物捕集空間部２１の外周側を区画している内壁１２、水ジャケット１４及び外壁１３には、図１及び図２に示されるようにこれらの部分を貫通する導出口２２が設けられている。この導出口２２は、その軸線方向が図２から明らかなように燃焼室１１で発生する炉内炎の旋回方向（矢印３０）に向くように形成されている。具体的には、燃焼室１１を横断面で見たとき、導出口２２の中心軸線が、燃焼室１１を形成している円形空間の中心線に平行でかつ径方向外側に離れた位置にあって、しかも導出方向が旋回流３０の流れ方向とほぼ同じ方向となるように導出口２２が形成されている。
【００１６】
この導出口２２には、未燃物環流管２３の一端２３ａが接続されている。この未燃物環流管２３の他端２３ｂは、図１及び図３に示さるように燃焼室１１の高さ方向における適所において、前述した導出口２２と同様に、内壁１２、水ジャケット１４及び外壁１３を貫通して設けられた導入口２４に接続されている。この導入口２４は、前述した導出口２２とは逆に、燃焼室１１で発生する炉内炎の旋回流に導入未燃物がスムーズに乗るように導入方向を旋回方向（矢印３０）とほぼ同方向に向けて設けられている。
【００１７】
燃焼室１１上部の未燃物捕集空間部２１から未燃物を未燃物環流管２３に吸引し、燃焼室１１へ送給するために未燃物環流管２３の一端２３ａ側における内部気圧を下げる必要がある。そのため、図１及び図３に示されるように未燃物環流管２３の他端２３ｂ側には、ブロワーのような空気圧送機（図示せず）から延びるエア圧送管２５が、未燃物環流管２３の一端２３ａ側内部を減圧するように接続されている。
【００１８】
具体的には、図１及び図３から明らかなように、エア圧送管２５と未燃物環流管２３とは、未燃物環流管２３の他端２３ｂ近傍で、双方共が導入路２４に向かうように斜めに合流している。そのため、エア圧送管２５から合流部２３ｃを介して導入口２４へ高圧高温のエアを圧送すると、合流部２３ｃより未燃物環流管２３の上流側（一端２３ａ側）における内部気圧が低下する。その結果、燃焼室１１上部の未燃物捕集空間部２１に存在する未燃物等が導出口２２を介して未燃物環流管２３に吸引されることになる。このように未燃物環流管２３の他端２３ｂ近傍にエア圧送管２５を、未燃物環流管２３の上流側における内部気圧が低下するように合流させて高圧エアを送る一連の機構が吸引手段となる。
【００１９】
本発明において、未燃物環流管２３に吸引力を付与する吸引手段は、前述した機構に限定されず、他にも種々の機構を用いることができる。例えば、未燃物環流管２３の途中にポンプを直接介在させてもよい。ただし、この未燃物環流管２３は、燃焼室１１内から排煙通路２０を通って炉外へ出ようとする未燃物を回収して再び燃焼室１１へ戻すためのものであるから、未燃物の通過に障害とならない図１に示されるような構造が最も好ましい。
【００２０】
燃焼室１１の下部には、蒸気吹出し管２６が配置され、この蒸気吹出し管２６には多数の蒸気吹出しノズル２６ａが設けられている。この蒸気吹出し管２６は連通管２７を介して蒸気生成用タンク１８に接続されており、この蒸気生成用タンク１８で生成した蒸気が蒸気吹出しノズル２６ａから燃焼室１１内に吹き出される。
【００２１】
また、蒸気吹出し管２６に接続している連通管２７は、炉外に設置された別の蒸気発生装置（図示せず）にも連通接続部２７ａを介して接続されている。このように連通管２７が別の蒸気発生装置にも連通されている理由は、焼却炉１０の動作開始時点では蒸気生成用タンク１８が未だ十分に加熱されていないために蒸気の十分な供給が望めず、よって焼却炉１０の動作開始から蒸気生成用タンク１８の蒸気発生が安定化するまでの間、別の蒸気発生装置から蒸気の供給を受けるためである。
【００２２】
また、エア室１６は、図示しない高圧エア供給源に連通され、この高圧エア供給源から高圧のエアが供給されている。その際、この高圧エア供給源から供給される高圧エアを、焼却炉１０の上部に設置されたエア加熱装置（図示せず）に送り、ここで加熱されて高温にされた後にエア室１６に供給されている。
【００２３】
次に、この焼却炉１０の動作について説明する。従来の焼却炉と同様に投入口２８から燃焼室１１に産業廃棄物その他の各種の廃棄物が投入され、燃焼室１１で燃焼される。その際、エア供給通路１７を介してエア吹出し口１７ａから燃焼室１１に高圧高温のエア（酸素）が吹き込まれる。エア吹出し口１７ａから吹出されるエアは、前述したように焼却炉１０の上部に設置されたエア加熱装置で加熱されているため、燃焼室１１に供給されたときに炉内温度の低下を招かず、しかも前述したように各エア吹出し口１７ａから吹出されたエアは、燃焼室１１全体を旋回する大きな渦流即ち旋回流となることから燃焼効果が著しく向上する。
【００２４】
また、燃焼室１１の上部に設けられた蒸気生成用タンク１８で発生した蒸気又は炉外に設置された別な蒸気発生装置から送られた蒸気は、連通管２７及び蒸気吹出し管２６を介して多数の蒸気吹出しノズル２６ａから燃焼室１１に吹き出される。この水蒸気の作用で燃焼効率を更に高めることができる。すなわち、エア吹出し口１７ａから吹き出される高圧高温のエアに水蒸気を混合することで燃焼力が高まり、燃焼が一層促進されるのである。
【００２５】
つまり、高圧高温のエアを燃焼室１１に供給するのは、エアに含まれる約２１％弱の酸素を助燃剤として利用するためであるが、これに対して水蒸気、即ち水の酸素含有量は３３％強である。従って、２１％弱の酸素含有率のエアで物を燃やすよりも、３３％強の酸素含有率の水を供給して物を燃やす方が燃焼効率はよいことになる。もっとも、水そのものが常態で燃えるわけではなく、水素と酸素に分離する高温状態下で燃焼させる必要がある。よって、本発明では、水を蒸気化し蒸気を燃焼室１１内に供給することで気化潜熱を奪われない高温・高濃度酸素の供給を行ない、炉内温度の上昇保持が図れる。
【００２６】
従って、高圧高温エアと加熱された水蒸気との供給量を調整し、適当なバランスをとることにより最も最適な燃焼効率を得ることができるのである。その点、この焼却炉１０では、図示しない制御装置により、燃焼室１１への高圧高温のエアと蒸気の供給量を制御できるようになっている。
【００２７】
この焼却炉１０では、前述したように燃焼室１１で炉内炎を旋回流とし、これにより燃焼効率を上げて未燃物の発生を抑制するようにしているが、実際には焼却する産業廃棄物によって未燃物が発生し、その未燃物は旋回流に乗って燃焼室１の上部に吹き上げられる。ところが、未燃物は、ほぼ燃焼し尽くしている燃焼排ガスに比べると重量があり、そのため燃焼室１１で発生する旋回流に乗って旋回させられると遠心作用が働いて内壁１２の近くを該内壁に沿って旋回しながら吹き上げられる。
【００２８】
そして、燃焼室１１の上部に設置された蒸気生成用タンク１８の逆円錐形状をした底板１９の下まで吹き上げられた未燃物は、内壁１２の近くをこれに沿って旋回しているため中央の排煙通路２０に入らずに、その開口部２０ａ外側の断面三角形状をした未燃物捕集空間部２１に集まり、下方からの吹き上げ力が作用して浮遊した状態で旋回する。その時、比較的に重量の軽い小さな未燃物も図１に矢印２９で示されるように逆円錐形状の底面１９に沿って、狭い未燃物捕集空間部２１に集まり、他の未燃物と一緒になって未燃物捕集空間部２１を浮遊状態で旋回することになる。
【００２９】
この未燃物捕集空間部２１には、未燃物環流管２３の一端２３ａが導出口２２を介して連通し、しかもこの未燃物環流管２３には前述したように一端２３ａから他端２３ｂに向かって吸引力が作用していることから未燃物捕集空間部２１に集まった未燃物は、この未燃物捕集空間部２１を旋回中に未燃物環流管２３に吸い込まれて再び燃焼室１１に送給され、再燃焼させられる。それでもなお完全燃焼できずに未燃物となると、再び旋回流に乗って燃焼室１１の上部に吹き上げられ、未燃物捕集空間部２１で捕集された後に、未燃物環流管２３を介して再度燃焼室１１に送り込まれ、これが繰り返される。
【００３０】
その結果、この焼却炉１０では、未燃物が発生しても、未燃物は何度でも捕集されて燃焼室１１に環流され、再燃焼される構造となっているため、最終的には極めて未燃物の発生が少なく、更に排煙通路２０から排出される燃焼排ガスもその途中の集塵装置（図示せず）を通すことにより、大気に放出される燃焼排ガスは相当に浄化されることになる。
【００３１】
このように前述した焼却炉１０では、炉内炎の旋回流を利用して、未燃物を排煙通路２０から炉外に出すことなく、未燃物捕集空間部２１に効率よく集めることができ、しかも捕集された未燃物は未燃物環流管２３を介して燃焼室１１に何度でも環流されて再燃焼されることから、最終的には未燃物の発生を非常に抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、前述した焼却炉１０では、未燃物捕集空間部２１おいて浮遊状態で旋回する未燃物を燃焼室へ環流する未燃物環流管２３が、未燃物捕集空間部２１と燃焼室１１とを、どこも迂回することなく直接連通させていたが、本発明はこのような例に限定されるものではない。すなわち、未燃物環流管２３内は未燃物だけが流れるのではなく、一緒に燃焼排ガスも流れるため未燃物環流管２３は相当の高温となる。そのため、この未燃物環流管２３を炉外の遠方に延長して、例えばハウス栽培の加温として、又は各種建物の暖房用としてこの未燃物環流管２３から発生する熱を利用することもできる。
【００３３】
前述した本発明の実施形態では、産業廃棄物その他の各種の廃棄物を焼却処理する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、焼却可能な物であればあらゆる物の焼却処理に適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の焼却炉によると、炉内炎の旋回流を利用して未燃物を排煙通路から炉外に出すことなく、未燃物捕集空間部に効率よく集めることができ、更に未燃物捕集空間部に捕集された未燃物は未燃物環流管を介して燃焼室に何度でも環流されて再燃焼させるようにしたことから、最終的には未燃物の発生を非常に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼却炉の主要部を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示される焼却炉のＡ−Ａ線で切断して示す横断図である。
【図３】図１に示される焼却炉のＢ−Ｂ線で切断して示す横断図である。
【符号の説明】
１０  焼却炉
１１  燃焼室
１２  内壁
１３  外壁
１４  水ジャケット
１５  ジャケット区画壁
１６  エア室
１７  エア供給通路
１７ａ  エア吹出し口
１８  蒸気生成用タンク
１９  蒸気生成用タンクにおける逆円錐形状の底板
１９ａ  対流遮断板
２０  排煙通路
２０ａ  排煙通路の開口部
２１  未燃物捕集空間部
２２  環流入口
２３  未燃物環流管
２３ａ  未燃物環流管の一端
２３ｂ  未燃物環流管の他端
２３ｃ  未燃物環流管と空気圧送管との合流部
２４  環流出口
２５  エア圧送管
２６  蒸気吹出し管
２６ａ  蒸気吹出しノズル
２７  連通管
２８  廃棄物投入口
【図１】
0004010538.tif 000002
【図２】
0004010538.tif 000003
【図３】
0004010538.tif 000004