(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気により供給されたフラフ燃料を二次空気により燃焼させるフラフバーナを備えた溶融室と、この溶融室の下流側で燃焼ガスにより供給された灰を溶融させ溶融スラグを生成してスラグ抜出し口から抜出す連通部と、この連通部の下流側で燃焼ガスを完全燃焼させる二次燃焼室とを具備したフラフバーン式灰溶融炉において、
前記溶融室に、フラフバーナが上流側に設けられるとともに燃焼空気を供給する三次空気ノズルが下流側に配置された燃焼部と、この燃焼部の下流側で絞り部を介して形成され燃焼空気を供給する四次空気ノズルが配置された加熱部とを設け、
前記三次空気ノズルを、上流側から下流側に複数段に配置するとともに、その吹込み方向が、炉軸心を中心とし溶融室の内面より内側の円の接線方向となるように配置し、
前記三次空気ノズルのうちの複数本が、残りの三次空気ノズルの吹込み流速より高速となる吹込み流速８５ｍ／秒以上の高速空気流を、炉軸心に直交する面上の０°を越えて上流側に２０°の範囲内で前記円に接する方向に吹込むように構成された
ことを特徴とするフラフバーン式灰溶融炉。
【請求項２】
高速空気流を１５０ｍ／秒以上とした
ことを特徴とする請求項１記載のフラフバーン式灰溶融炉。
【請求項３】
三次空気ノズルが上流側から下流側に三段に配置された場合は、中段の三次空気ノズルから高速空気流を吹込むように構成し、
三次空気ノズルが上流側から下流側に二段に配置された場合は、下段の三次空気ノズルから高速空気流を吹込むように構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載のフラフバーン式灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックや紙などの高カロリー廃棄物を数ミリ程度に粉砕したフラフ燃料を使用するフラフバーナを使用した灰溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等はたとえば特願平１１−２９４２７号でフラフ燃料を使用する灰溶融炉を提案した。この灰溶融炉は、図６，図７に示すように、上流側から天壁にフラフバーナ２１が取付けられて燃焼ガスを下方に送出す溶融室２２と、上流側側部から灰プッシャ装置２３により灰が供給されるとともに中央部にスラグ抜出し口２４が形成された連通部２５と、燃焼ガスを完全燃焼する二次燃焼室２６とが形成されている。そして溶融室２２は、上部の燃焼室２２ａと下部の加熱室２２ｂとが絞り部２２ｃを介して連通され、燃焼室２２ａには、炉壁内面に沿って接線方向に旋回流を形成する複数の三次空気ノズル２７が配設されている。また加熱室には横断する方向に四次空気を吹込む複数の四次空気ノズル２８が配設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成では、三次空気ノズル２７から吹込まれる燃焼空気により、高速の旋回燃焼を行い、その結果連通部２５の上部を目標温度、たとえば１３５０℃以上に保持するように運転されるが、燃焼空気温度を２５０℃以下とすると、目標温度に達することができないという問題があった。これは溶融室２２での燃焼ガスの滞留時間が短いため、高温燃焼域が下流側に移動してしまい、連通部２５で灰の溶融に必要な温度が得られなくなるためである。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決して、連通部において灰溶融に十分な高温を確保できるフラフバーン式灰溶融炉を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、一次空気により供給されたフラフ燃料を二次空気により燃焼させるフラフバーナを備えた溶融室と、この溶融室の下流側で燃焼ガスにより供給された灰を溶融させ溶融スラグを生成してスラグ抜出し口から抜出す連通部と、この連通部の下流側で燃焼ガスを完全燃焼させる二次燃焼室とを具備したフラフバーン式灰溶融炉において、前記溶融室に、フラフバーナが上流側に設けられるとともに燃焼空気を供給する三次空気ノズルが下流側に配置された燃焼部と、この燃焼部の下流側で絞り部を介して形成され燃焼空気を供給する四次空気ノズルが配置された加熱部とを設け、前記三次空気ノズルを、上流側から下流側に複数段に配置するとともに、その吹込み方向が、炉軸心を中心とし溶融室の内面より内側の円の接線方向となるように配置し、前記三次空気ノズルのうちの複数本が、残りの三次空気ノズルの吹込み流速より高速となる吹込み流速８５ｍ／秒以上の高速空気流を、炉軸心に直交する面上の０°を越えて上流側に２０°の範囲内で前記円に接する方向に吹込むように構成されたものである。
【０００６】
上記構成によれば、溶融室の燃焼部で三次空気ノズルから複数段に三次空気を炉内面より内側の円の接線方向に吹込むので、循環旋回流が形成されてフラフ燃料と空気との混合を促進させるとともに滞留時間を延長させることができ、燃焼を促進させて連通部に高温域を形成することができる。したがって、燃焼用に吹込む空気温度が２５０℃未満であっても、フラフ燃料による灰溶融を効果的に実施することができる。また溶融室では、炉内面の内側をフラフ燃料が旋回移動して燃焼するので、炉壁の焼損を少なくすることができ、炉壁の長寿命化を図ることができる。さらに高速空気流の吹込み方向を上流のフラフバーナ側に向けることにより、三次空気を同伴してフラフバーナ側に戻るような旋回流を形成し、フラフ燃料の循環流を促進させるとともにフラフ燃料を混合攪拌させ、滞留時間を延ばして燃焼を促進させ、連通部の高温化に寄与することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るフラフバーン式灰溶融炉の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１０】
図１に示すように、この灰溶融炉は、フラフ燃料を燃焼させるフラフバーナ１を備えた溶融室２と、この溶融室２の下流側で燃焼ガスにより供給された灰を溶融させて溶融スラグを生成し、スラグ抜出し口４から抜出す連通部３と、この連通部３の下流側で燃焼ガスを完全燃焼させる二次燃焼室５とが具備されている。また連通部３は、上部の燃焼部２ａに溶融室側絞り部（絞り部）２ｃを介して下部の加熱部２ｂが形成されており、燃焼部２ａには、本発明に係る燃焼空気を供給する三次空気ノズル６Ａが配設され、また加熱部２ｂにも、燃焼空気を供給する四次空気ノズル６Ｂが設置されている。
【００１１】
また加熱部２ｂの下部で連通部３の上流側の側壁には、プッシャー式灰供給装置７が配設されており、この灰供給装置７は、灰供給ホッパ（図示せず）と、灰供給ホッパの底部に配置された押出体７ｃを出退するシリンダ装置７ｂにより構成され、灰供給ホッパ内の灰を間欠的に加熱部２ｂの下方で連通部３の上流端に押し出すことができる。そしてこの連通部３には、底壁の中央部にスラグ抜出し口４が形成されており、スラグ抜出し口４の灰供給装置７側に、スラグ抜出し口４の手前で溶融スラグを受け止める堰９ａが突設された上位底壁９Ａが設けられ、上位底壁９Ａからスラグ抜出し口４の両側の傾斜底壁９Ｂを伝って流れ落ちる溶融スラグを受け止めてスラグ抜出し口４に案内する下位底壁９Ｃが設けられている。１０はスラグ抜出し口８の下方に設置され溶融スラグを冷却水により水冷して水砕スラグを生成するスラグ水砕ピットである。
【００１２】
二次燃焼室５は、中間部で二次側絞り部５ａにより流路が絞られるとともに、第２絞り部５ａの入口側に空気ノズル８が設けられている。
前記フラフバーナー１は、着火および予熱を行うバーナ部１ａと、フラフ燃料を気送空気（一次空気）により供給する燃料供給筒１ｂと、二次燃焼空気を旋回翼１ｃにより旋回流として送り込む二次空気筒１ｄが具備されている。
【００１３】
前記溶融室２の燃焼部２ａには、複数本、たとえば６本の三次空気ノズル６Ａが上下３段に所定間隔をあけて配設されている。そしてこれら三次空気ノズル６Ａは、図３に示すように、溶融室２の内面に沿う接線方向（従来）に三次空気を吹込むのではなく、炉軸心Ｏを中心とする１／２程度の直径の円ｃに対して接線方向に三次空気を吹込むようにノズル本体の吹込み方向が設定されており、これは炉中心に向くノズル６Ａ′を同一方向にそれぞれθ＝約３０゜隔てた位置に平行移動した状態である。これにより、従来のようにフラフ燃料が炉壁の内面に沿って移動しつつ燃焼するのが防止されるので、炉壁の長寿命化をはかることができる。ここで三次空気の吹込み流速は、たとえば約６５m/secである。
【００１４】
このように上下３段に三次空気ノズル６Ａを配置することで、効果的な高速の旋回流を形成してフラフ燃料を攪拌混合させ、滞留時間を延長して燃焼を促進させることにより、燃焼用の空気温度が２５０℃未満であっても、連通部３の温度を灰の溶融に必要な温度に高めることができる。
【００１５】
さらに図４に示すように、これら６本の三次空気ノズル６Ａのうち、中段の２本にそれぞれ三次空気ノズル６Ａより高速の高速空気を吹込む可変ノズル１１が内蔵されている。これら可変ノズル１１は、三次空気ノズル６Ａ内に挿入された高速空気管１１ａに可変継手１１ｂを介して上下方向に回動可能な吹込みノズル１１ｃが設けられており、高速空気を炉軸心に直交する面上の０゜から上流側に２０゜までの範囲βで吹込み方向を設定することができる。この高速空気の吹込み流速は、三次空気の吹込み流速は、他の三次空気ノズル６Ａの流速６５m/secを越える８５m/sec以上で、１５０m/sec以上がのぞましい。
【００１６】
これら可変ノズル１１により、吹込まれる高速空気流に三次空気を巻き込んで、フラフ燃料と空気との混合攪拌が促進されるとともに循環流が形成され、さらに循環流がフラフバーナ１側（上方）に押し上げられて循環流の滞留時間が延長されることから、フラフ燃料の燃焼を促進させることができる。
【００１７】
なお、上下二段に三次空気ノズル６Ａを設けた場合には、下段の２本の三次空気ノズル６Ａにそれぞれ可変ノズル１１が内蔵される。
図５（ａ）は、図６に示す従来のフラフバーン式灰溶融炉の炉内温度と、可変ノズル１１から高速空気を吹込んだ本発明のフラフバーン式灰溶融炉の炉内温度とを比較したもので、本願発明の三次空気ノズル６Ａからの吹込み流速は６５m/sec、可変ノズル１１からの高速空気の吹込み流速は１６５m/secでβ＝上向き１０゜により実施したものである。また図５（ｂ）に示したスラグ中のイグロス量は、二次燃焼室５から排出される排ガスに含まれる炭素量を示し、少ないほど完全燃焼されている。
【００１８】
上記実験によれば、連通部３の上部温度を１２８０℃から１４３０℃と大幅に昇温させることができた。また二次燃焼室５の出口側の温度を、１３５０℃から１２７０℃に低下させることができ、さらにイグロス量の低下により完全燃焼されていることが判明した。これにより可変ノズル１１を使用することにより、灰溶融炉内における高温域がフラフバーナー１側に移動して連通部３をより高温化することができ、燃焼用の空気温度が２５０℃未満であっても、十分に灰を溶融することが可能となった。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、溶融室の燃焼部で三次空気ノズルから複数段に三次空気を炉内面より内側の円の接線方向に吹込むので、循環旋回流が形成されてフラフ燃料と空気との混合を促進させるとともに滞留時間を延長させることができ、燃焼を促進させて連通部に高温域を形成することができる。したがって、燃焼用に吹込む空気温度が２５０℃未満であっても、フラフ燃料による灰溶融を効果的に実施することができる。また溶融室では、炉内面の内側をフラフ燃料が旋回移動して燃焼するので、炉壁の焼損を少なくすることができ、炉壁の長寿命化を図ることができる。さらに高速空気流の吹込み方向を上流のフラフバーナ側に向けることにより、三次空気を同伴してフラフバーナ側に戻るような旋回流を形成し、フラフ燃料の循環流を促進させるとともにフラフ燃料を混合攪拌させ、滞留時間を延ばして燃焼を促進させ、連通部の高温化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフラフバーン式灰溶融炉の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】同溶融室の拡大縦断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】同可変ノズルを装着した三次空気ノズルを示す縦断面図である。
【図５】（ａ）は従来例と本発明の灰溶融炉内の温度差を示すグラフ、（ｂ）は従来例と本発明の灰溶融炉の排ガスのスラグ中のイグロス量を示すグラフである。
【図６】従来のフラフバーン式灰溶融炉を示す縦断面図である。
【図７】図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１    フラフバーナ
２    溶融室
２ａ  燃焼部
２ｂ  溶融室側絞り部
２ｃ  加熱部
３    連通部
４    スラグ抜出し口
５    二次燃焼室
６Ａ  三次空気ノズル
６Ｂ  四次空気ノズル
７    灰供給装置
１０    スラグ水砕ピット
１１    可変ノズル
【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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