(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体搬送により供給された粉体を噴射させつつ溶融する粉体溶融バーナにおいて、中心部から外周部に向かい燃料用ノズル、酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス用ノズル、粉体と搬送気体との固気混合物用ノズル及び酸素ガスを主成分とする二次支燃ガス用ノズルがこの順で同心円状に配列されており、燃料用ノズルのノズル先端が一次支燃ガス用ノズルのノズル先端よりも後退していて、一次支燃ガス用ノズルのノズル先端が軸線方向に絞り込まれ、固気混合物用ノズルのノズル先端に円環状若しくは円環の一部を構成する円環部状のノズル孔が開かれていて、前記の一次支燃ガス用ノズルを先端側ノズルとその外周部に配列された基端側ノズルとで構成し、双方の接合部において先端側ノズルに双方のガス流路が連通することとなる孔を開設して、この孔を通すことにより一次支燃ガスが一次支燃ガス用ノズルのガス流路で旋回流を与えられ、そのノズル先端から旋回しつつ噴射されるようにして成ることを特徴とする粉体溶融バーナ。
【請求項２】
更に水蒸気が燃料用ノズル及び二次支燃ガス用ノズルに供給され、水蒸気の燃料ノズルへの供給及び燃料ノズルからの噴射と二次支燃ガス用ノズルへの供給及び二次支燃ガス用ノズルからの噴射とが独立して制御されるようにした請求項１記載の粉体溶融バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉体溶融バーナに関する。都市ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各種の廃棄物を焼却処理すると、焼却炉に残る焼却灰と焼却炉の排ガス処理系で捕捉される焼却飛灰とが発生する。また上記のような廃棄物を熱分解処理すると、熱分解残渣が発生する。更に鋼原料をアーク炉で溶解すると、アーク炉の排ガス処理系で捕捉されるダストが発生する。焼却灰、焼却飛灰、熱分解残渣、ダスト等を減容化及び安定化する場合、必要に応じて乾燥及び粉砕した後、これらを溶融処理し、またアルミナ、シリカ等のセラミックス原料を溶融加工する場合にもこれらを溶融処理する。本発明はかかる溶融処理に用いる粉体溶融バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような粉体溶融バーナとして、中心部に粉体と燃料ガスとの固気混合物用ノズルを設け、またその外周部に支燃ガス用ノズルを設けると共に、ノズル先端部に予混合・燃焼室を形成し、支燃ガスとして酸素ガスを用いるものが提案されている（特開昭５５−１１１８６０、特開昭５５−１１１８６１）。これらの粉体溶融バーナは、粉体と燃料ガスとの固気混合物と支燃ガスとを、予混合・燃焼室において予め混合しつつ燃焼させるというものである。ところが、かかる従来の粉体溶融バーナには、ノズル先端部に形成した予混合・燃焼室の壁面に粉体の溶融物が固着して目詰まりを起こし易く、バーナの継続的な安定着火及び安定燃焼に支障をきたすという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来の粉体溶融バーナでは、ノズルが目詰まりを起こし易く、バーナの継続的な安定着火及び安定燃焼に支障をきたす点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明は、気体搬送により供給された粉体を噴射させつつ溶融する粉体溶融バーナにおいて、中心部から外周部に向かい燃料用ノズル、酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス用ノズル、粉体と搬送気体との固気混合物用ノズル及び酸素ガスを主成分とする二次支燃ガス用ノズルがこの順で同じ円状に配列されており、燃料用ノズルのノズル先端が一次支燃ガス用ノズルのノズル先端よりも後退していて、一次支燃ガス用ノズルのノズル先端が軸線方向に絞り込まれ、固気混合物用ノズルのノズル先端に円環状若しくは円環の一部を構成する円環部状のノズル孔が開かれていて、前記の一次支燃ガス用ノズルを先端側ノズルとその外周部に配列された基端側ノズルとで構成し、双方の接合部において先端側ノズルに双方のガス流路が連通することとなる孔を開設して、この孔を通すことにより一次支燃ガスが一次支燃ガス用ノズルのガス流路で旋回流を与えられ、そのノズル先端から旋回しつつ噴射されるようにして成ることを特徴とする粉体溶融バーナに係る。
【０００５】
本発明の粉体溶融バーナは、前述したような焼却灰、焼却飛灰、熱分解残渣、ダスト、セラミックス原料等の粉体を気体搬送、例えば空気搬送でノズルに供給し、供給した粉体をノズル先端から噴射させつつ溶融するものである。本発明の粉体溶融バーナでは、中心部から外周部に向かい燃料用ノズル、酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス用ノズル、粉体と搬送気体との固気混合用ノズル及び酸素ガスを主成分とする二次支燃ガス用ノズルがこの順で同心円状に配列されている。また燃料用ノズルのノズル先端が一次支燃ガス用ノズルのノズル先端よりも後退しており、一次支燃ガス用ノズルのノズル先端が軸線方向に絞り込まれていて、固気混合物用ノズルのノズル先端に円環状若しくは円環の一部を構成する円環部状のノズル孔が開かれている。
【０００６】
本発明の粉体溶融バーナでは、中心部から外周部に向かい、各ノズル先端から燃料、酸素を主成分とする一次支燃ガス、粉体と搬送気体との固気混合物及び酸素を主成分とする二次支燃ガスがこの順で噴射される。前述した従来の粉体溶融バーナのようにノズル先端部に予混合・燃焼室は形成されておらず、予混合・燃焼室において粉体と燃料ガスとの固気混合物と支燃ガスとを予め混合しつつ燃焼させるというものではないので、その壁面に粉体の溶融物が固着して目詰まりを起こすことはない。また本発明の粉体溶融バーナでは、固気混合物用ノズルのノズル先端には円環状若しくは円環の一部を構成する円環部状のノズル孔が開かれているので、かかるノズル孔では粉体のブリッジ現象は殆ど起きず、したがって粉体のブリッジ現象により固気混合物用ノズルが目詰まりするのを防止できる。しかも本発明の粉体溶融バーナでは、燃料用ノズルのノズル先端が一次支燃ガス用ノズルのノズル先端よりも後退していて、一次支燃ガス用ノズルのノズル先端が軸線方向に絞り込まれるので、燃料ノズルのノズル先端から噴射された燃料はその周囲を取り巻く酸素を主成分とする一次支燃ガスと直ちに接触して混合状態となり、混合状態となったものが一次支燃ガス用ノズルのノズル先端から噴射されるので、その噴射直後に速やかに着火し、速やかに燃焼して高温火炎を形成する。したがって本発明によると、バーナの継続的な安定着火及び安定燃焼を図ることができる。
【０００７】
また本発明によると、結果として中心部では上記のように混合状態となったものが一次支燃ガス用ノズルのノズル先端から噴射されて柱状の高温火炎を形成し、外周部では酸素ガスを主成分とする二次支燃ガスが二次支燃ガス用ノズルのノズル先端から噴射されて筒状の高温火炎を形成し、かかる柱状の高温火炎と筒状の高温火炎との間に粉体と搬送気体との固気混合物が固気混合物用ノズルのノズル先端から噴射されるので、粉体の完全溶融を図ることができる。
【０００８】
また本発明の粉体溶融バーナでは、一次支燃ガスに一次支燃ガス用ノズルのガス流路で旋回流を与え、そのノズル先端から旋回しつつ噴射させるようになっている。前述したような燃料と一次支燃ガスとの混合を促し、同時にその高温火炎と粉体との接触を促すことができるからである。かかる旋回流は一次支燃ガス用ノズルの内壁面に螺旋溝を設けたり或はそのガス流路に螺旋部材を介装することでも発生させることができるが、本発明の粉体溶融バーナでは、一次支燃ガス用ノズルを先端側ノズルとその外周部に配列された基端側ノズルとで構成し、双方の接合部において先端側ノズルに双方のガス流路が連通することとなる孔を開設して、この孔を通すことにより旋回流を発生させるようになっている。また二次支燃ガスは二次支燃ガス用ノズルの先端から軸線方向に沿い直進して噴射させるのが好ましい。前述したような二次支燃ガスの筒状高温火炎内に粉体を確実に捕らえ、粉体の完全溶融を促すことができるからである。
【０００９】
一次支燃ガスの一次支燃ガス用ノズルへの供給及び一次支燃ガス用ノズルからの噴射と二次支燃ガスの二次支燃ガス用ノズルへの供給及び二次支燃ガス用ノズルからの噴射とは独立して制御するのが好ましい。支燃ガスを一括供給し、ノズル内で一次支燃ガスと二次支燃ガスとに分配するのではなく、供給から噴射までを一次支燃ガスと二次支燃ガスとで完全に分けて行なう。粉体の量や性状等に応じて、一次支燃ガスの噴射量と二次支燃ガスの噴射量とを調節することにより最適形状の高温火炎を形成させて、粉体の完全溶融を促すことができるからである。
【００１０】
また燃料用ノズル及び二次支燃ガス用ノズルには水蒸気を供給し、水蒸気の燃料用ノズルへの供給及び燃料用ノズルからの噴射と二次支燃ガス用ノズルへの供給及び二次支燃ガス用ノズルからの噴射とは独立して制御するのが好ましい。粉体の量や性状等に応じて、水蒸気の噴射量を調節することにより、高温火炎の温度を低くし、バーナの燃焼量を絞り込んだ時でも高温火炎の方向性を維持すると共に、粉体中に含まれる固形分炭素の燃焼を促して、粉体の最適な完全溶融を図ることができるからである。
【００１１】
燃料用ノズルのノズル先端には一つのノズル孔、例えば円状の単孔を開くのが好ましい。中心部で噴射された燃料の拡散を遅くし、噴射直後の燃料濃度を相対的に高くして、バーナの安定着火及び安定燃焼を図ることができるからである。固気混合物用ノズルのノズル先端には前記したように円環状若しくは円環の一部を構成する円環部状のノズル孔を開く。粉体のブリッジ現象により固気混合物用ノズルが目詰まりするのを防止できるからであるが、ノズル先端に円環の一部を構成する円環部状のノズル孔を開く場合には、かかる目詰まり防止をよりよく図るため、円環部状のノズル孔が全体として円環の３／４以上を占めるように開くのが好ましい。
【００１２】
酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス及び二次支燃ガスは酸素ガスを９０容量％以上含有するものが好ましい。形成される高温火炎の温度を高くし、発生する燃焼排ガス量を少なくすることができるからである。二次支燃ガス用ノズルの更に外周には水冷筒を配列するのが好ましい。高温雰囲気に晒されるノズル全体を保護できるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の粉体溶融バーナを示す一部省略の部分縦断面図、図２は図１と同じ粉体溶融バーナを示す横断面図である。図示した粉体溶融バーナは気体燃料用の粉体溶融バーナであり、図示した粉体溶融バーナではバーナに一般的な着火装置や取付金物等の付帯機器類の図示を省略している。図示した粉体溶融バーナでは、中心部から外周部に向かい燃料用ノズル１１、酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス用ノズル２１、粉体と搬送気体との固気混合物用ノズル３１及び酸素ガスを主成分とする二次支燃ガス用ノズル４１がこの順で同心円状に配列されている。燃料用ノズル１１のノズル先端１２は一次支燃ガス用ノズル２１のノズル先端２２よりも後退しており、一次支燃ガス用ノズル２１のノズル先端２２、固気混合物用ノズル３１のノズル先端３２及び二次支燃ガス用ノズル４１のノズル先端４２は同一面上にあって、一次支燃ガス用ノズル２１のノズル先端２２は軸線方向に絞り込まれている。
【００１４】
燃料用ノズル１１のノズル先端１２には円状の単孔１３が開設されている。一次支燃ガス用ノズル２１のノズル先端２２にも円状の単孔２３が開設されており、ノズル先端側から見て単孔２３は単孔１３を包囲している。一次支燃ガス用ノズル２１は先端側ノズル２４とその外周部に配列された基端側ノズル２５とで構成されており、先端側ノズル２４のガス流路と基端側ノズル２５のガス流路とは双方のノズルの接合部において先端側ノズル２４にその径方向へ開設された孔２６で連通されている。一次支燃ガスは、基端側ノズル２５のガス流路から孔２６を介して先端側ノズル２４のガス流路へ流れる際に旋回流を与えられ、したがって旋回しつつノズル先端２２から噴射される。
【００１５】
固気混合物用ノズル３１のノズル先端３２には円環の一部を構成する円環部状のノズル孔３３が全体として円環のほぼ４／５を占めるように開設されている。二次支燃ガス用ノズル４１のノズル先端４２には全体としてリング状に複数のノズル孔４３が開設されており、これらのノズル孔４３は軸線方向に沿い開けられていて、したがって二次支燃ガスはノズル先端４２から軸線方向に沿い直進して噴射される。
【００１６】
一次支燃ガス用ノズル２１のガス流路と二次支燃ガス用ノズル４１のガス流路とはその途中で連通せず、独立している。一次支燃ガス用ノズル２１の基端には一次支燃ガス供給系２７が接続されており、一次支燃ガス供給系２７には開度調節バルブ２８が介装されている。また二次支燃ガス用ノズル４１の基端には二次支燃ガス供給系４４が接続されており、二次支燃ガス供給系４４には開度調節バルブ４５が介装されている。したがって一次支燃ガスの一次支燃ガス用ノズル２１への供給及び一次支燃ガス用ノズル２１からの噴射と二次支燃ガスの二次支燃ガス用ノズル４１への供給及び二次支燃ガス用ノズル４１からの噴射とは独立して制御される。
【００１７】
燃料用ノズル１１のガス流路と二次支燃ガス用ノズル４１のガス流路とはその途中で連通せず、独立している。燃料用ノズル１１の基端には燃料供給系１４が接続されており、燃料供給系１４には開度調節バルブ１５が介装されていて、燃料供給系１４には水蒸気供給系１６が接続され、水蒸気供給系１６には開度調節バルブ１７が介装されている。二次支燃ガス供給系４４にも水蒸気供給系４６が接続され、水蒸気供給系４６には開度調節バルブ４７が介装されている。したがって水蒸気の燃料用ノズル１１への供給及び燃料用ノズル１１からの噴射と二次支燃ガス用ノズル４１への供給及び二次支燃ガス用ノズル４１からの噴射とは独立して制御される。
【００１８】
図３は本発明の他の粉体溶融バーナを示す一部省略の部分縦断面図である。図示した粉体溶融バーナは液体燃料用の粉体溶融バーナであり、図示した粉体溶融バーナではバーナに一般的な着火装置や取付金物等の付帯機器類の図示を省略している。図示した粉体溶融バーナでは、中心部から外周部に向かい燃料用ノズル１１ａ、酸素ガスを主成分とする一次支燃ガス用ノズル２１ａ、粉体と搬送気体との固気混合物用ノズル３１ａ及び酸素ガスを主成分とする二次支燃ガス用ノズル４１ａがこの順で同心円状に配列されている。中心部に一つの噴出孔１１ｂと液体燃料に旋回を与える金具１１ｃを有する圧力噴霧ノズルが取付けられた燃料用ノズル１１ａのノズル先端１２ａは一次支燃ガス用ノズル２１ａのノズル先端２２ａよりも後退しており、一次支燃ガス用ノズル２１ａのノズル先端２２ａ、固気混合物用ノズル３１ａのノズル先端３２ａ及び二次支燃ガス用ノズル４１ａのノズル先端４２ａは同一面上にあって、一次支燃ガス用ノズル２１ａのノズル先端２２ａは軸線方向に絞り込まれている。そして説明を省略する他の構成は図１及び図２について前述した粉体溶融バーナと同様になっている。
【００１９】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、バーナの継続的な安定着火及び安定燃焼を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の粉体溶融バーナを示す一部省略の部分縦断面図。
【図２】  図１と同じ粉体溶融バーナを示す横断面図。
【図３】  本発明の他の粉体溶融バーナを示す一部省略の部分縦断面図。
【符号の説明】
１１，１１ａ・・・燃料用ノズル、１４・・・燃料供給系、１６，４６・・・水蒸気供給系、２１，２１ａ・・・一次支燃ガス用ノズル、２７・・・一次支燃ガス供給系、３１，３１ａ・・・固気混合物用ノズル、４１，４１ａ・・・二次支燃ガス用ノズル、４４・・・二次支燃ガス供給系、１２，１２ａ，２２，２２ａ，３２，３２ａ，４２，４２ａ・・・ノズル先端、１３，２３，３３，４３・・・ノズル孔
【図１】
0003968760.tif 000002
【図２】
0003968760.tif 000003
【図３】
0003968760.tif 000004