(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体本体の一端側に灰供給口を設け、他端側に溶融灰の排出口を形成し、前記灰供給口から供給された灰を傾斜した炉底に沿って前記排出口側へ移動させながらバーナにより加熱溶融する灰溶融炉において、
前記バーナを首振り機構を介して首振り可能に構成し、前記首振り機構は、炉天井に設けた回動体の回転軸線の軸線周り方向に回動自在に設けた回動体を含む旋回機構と、前記回動体に取り付けられ、前記バーナを垂直断面内で左右に揺動させる角度揺動機構により構成し、前記旋回機構は最大回動角が１回転以下に抑えられているとともに、
前記角度揺動機構は、灰の加熱溶融する溶融温度領域を炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたる角度範囲に亘って前記バーナを揺動させるように構成されていることを特徴とする灰溶融炉。
【請求項２】
前記灰溶融炉に、炉内での灰溶融状態を監視する温度分布検知手段を設けるとともに、該温度分布検知手段からの出力に基づく溶融灰の温度分布状態に応じて前記バーナの首振り機構の駆動を制御するバーナ駆動制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物の焼却炉並びに石炭焚事業用ボイラなどより排出される焼却灰や飛灰等の被溶融部材である灰の表面をバーナにより加熱溶融して、溶融灰を溶融スラグとして排出する灰溶融炉に関し、特に広域溶融を可能とした灰溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に使用されているバーナ式灰溶融炉には、円形回転式表面溶融炉と角型固定式表面溶融炉とがあるが、簡単のため角型固定式表面溶融炉により概略の機能を説明する。
図４に示すように、従来の灰溶融炉は、斜めに下降する傾斜状の炉底５５と、炉体本体の一端側に設けた灰供給部５３と、他端側に設けた排出口５７と、炉天井５６に設けた固定バーナ５２とよりなる。前記灰供給部５３は下端に灰供給口５４を備えた灰貯留部６０よりなり、灰貯留部６０は焼却灰等の被溶融部材を貯留し、その下部より貯留する前記被溶融部材である灰５０をプッシャ５８を介して排出口５７に向け押し出し、炉底５５の傾斜面に沿って灰供給層５９を形成させる構造にしている。
【０００３】
そして、前記固定バーナ５２は、炉天井５６の中央軸線上に設けられ、該バーナ内に圧送された液体燃料を高圧空気ないし排熱ボイラの蒸気により微粒子化して噴射し、それとともに供給される高温の燃焼空気と混合させて前記微粒化された燃料を燃焼させ、その火炎輻射熱が灰供給層５９の表面に溶融温度領域を形成して溶融灰２５を形成するようにしている。
前記排出口５７に向け移動を続ける灰供給層５９の外表面の灰５０は、上記のように加熱溶融され溶融灰２５を形成して溶融スラグ２５ａとして炉底５５の末端に設けた堰６３のスラグ出滓口６４を介して排出口５７の下部へ滴下させ、図示してない水封コンベアを介して外部へ排出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記固定バーナ５２は炉天井５６の中央軸線上に固定されているため、図５に示すように固定バーナ５２の火炎輻射熱による前記灰供給層５９の表面に形成される灰を加熱溶融する溶融温度領域７１を、炉底５５上の炉壁７０、７０の間を移動する灰供給層５９の全幅に亙って形成することは無理で、図に示すように加熱溶融される前記溶融温度領域７１の外側には固形状の灰焼結部７２を形成するため、炉壁７０との間の灰の移動は困難となり灰堆積部７３を形成する。
【０００５】
ところで、上記溶融温度領域７１の外側に固形円弧状の灰焼結部７２が形成されるため、灰焼結部７２の近傍より炉壁７０に到る間の灰の移動は阻害され前記したように灰堆積部７３ができ、堆積量がその限度を越すと雪崩現象を起こし、炉底５５の末端へ向け逸走し未溶融の灰を溶融スラグの中に混入させ、溶融スラグの品質の低下の原因を形成する問題がある。
また、前記灰焼結部７２の内側においても、固形円弧状の灰焼結部７２が溶融灰２５の下方への流れの阻害を起こすとともに、それ自身の成長肥大化と増殖が起こり、ついには溶融灰２５の流れの閉塞状態を惹起し運転停止に到る問題がある。
しかも上記閉塞状態の解消には、上記肥大化した灰焼結部７２の破砕が必要で、これの解消には多大の困難を伴う問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点の解決のためになされたもので、バーナによる灰の加熱溶融する溶融温度領域を広域化し、炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたり、移動するすべての灰の加熱溶融を可能としたもので、しかも一個のバーナにより低コスト、省スペースのもとに可能とするため、溶融加熱域を適宜選択制御可能の構造とした効率的灰溶融炉の提供を目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の灰溶融炉は、炉体本体の一端側に灰供給口を設け、他端側に溶融灰の排出口を形成し、前記灰供給口から供給された灰を傾斜した炉底に沿って前記排出口側へ移動させながらバーナにより加熱溶融する灰溶融炉において、
前記バーナを首振り機構を介して首振り可能に構成し、前記首振り機構は、炉天井に設けた回動体の回転軸線の軸線周り方向に回動自在に設けた回動体を含む旋回機構と、前記回動体に取り付けられ、前記バーナを垂直断面内で左右に揺動させる角度揺動機構により構成し、前記旋回機構は最大回動角が１回転以下に抑えられているとともに、
前記角度揺動機構は、灰の加熱溶融する溶融温度領域を炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたる角度範囲に亘って前記バーナを揺動させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記灰溶融炉は、請求項２記載のように、炉内での灰溶融状態を監視する温度分布検知手段（サーモビューア等）を設けるとともに、該温度分布検知手段からの出力に基づく溶融灰の温度分布状態に応じて前記バーナの首振り機構の駆動を制御するバーナ駆動制御装置を設けるのがよい。
【００１０】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、移動する灰供給層の表面を加熱溶融するバーナを首振り構造としたため、溶融加熱領域は首振り半径に相応して加熱溶融領域の範囲を広げることができ、１台のバーナで炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたる角度範囲の広範囲の加熱溶融を可能とすることができ、灰溶融負荷の増大と安定運転が可能となる。
【００１１】
また、請求項１記載の発明によれば、炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたる角度範囲領域に対しては、旋回機構によりその周方向の所定角度変向と旋回（正逆回転も含む）により、１台のバーナで広域加熱を効率的に可能とすることが出来る。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によれば、温度分布検知手段（サーモビューア等）からの出力に基づく溶融灰の温度分布状態に対応して所用の溶融加熱を必要とする領域を演算設定して、首振り機構の旋回機構と角度揺動機構をそれぞれ駆動制御する構成にしてあるため、必要とする領域へのバーナを向けて加熱溶融を積極的に行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお従来例を示す図面と同一部材については同一符号を使用する。
【００１４】
図１は本発明の灰溶融炉の概略の構成を示す図で、本発明の灰溶融炉は、炉体本体の一端側には灰供給部５３とその下部に灰供給口５４が設けられ、灰５０は前記灰供給口５４よりその下部に設けられた炉底５５上に供給され、プッシャ５８により傾斜する炉底５５に沿って灰供給層５９を形成させながら炉底５５の末端に向け移動させるとともに、炉体本体の上部の炉天井５６の中央部の軸芯に設けた首振りバーナ１０により前記灰供給層５９の表面の灰を加熱溶融させ、溶融灰２５を得る構成にするとともに、前記首振りバーナ１０により広域の加熱溶融を可能としたものである。
なお、灰供給口５４には灰焼結部を破砕するための昇降による破砕可能の解砕機２０を設けて、灰の円滑な移動を可能にしてある。
【００１５】
また、炉体本体の他端側上部の端面に設けた赤外線ＣＣＤカメラ等の撮像部１６（サーモビューア）により炉内の溶融灰２５の温度分布状態を検出し、その状態に応じて首振りバーナ１０の首振り機構を制御して、広域の加熱溶融を可能とするバーナ駆動制御装置１５を設ける構成にしてある。
【００１６】
上記首振りバーナ１０は、図２に示すように炉天井５６に設けた回動体１４の回転軸線の軸線周り方向に回動自在に設けた回動体１４（図２（Ｂ）に回動体１４の回転軸線が１点鎖線で表示されており、その回転軸線の軸線周り方向に回動体１４の回動方向を示す矢印が付されている。）と該回動体１４に設けた歯車列１３と駆動用サーボモータ１２とよりなる旋回機構と、前記回動体１４に垂直断面内で左右揺動自在に回動軸１１ａを介して設けたバーナ１０ａと前記回動軸１１ａに直結する揺動用サーボモータ１１とよりなる角度揺動機構とより構成する。また首振りバーナ１０を支持する炉天井５６の内部は輻射熱を受けるため、遮蔽、耐熱、水冷構造５６ａ等の冷却構造を具備している。
【００１７】
なお、図２（Ａ）はバーナ１０ａを角度揺動機構により左右に揺動させる状況を示す図で、（Ｂ）は旋回機構により（Ａ）に示すバーナ１０ａを９０度回動させた状態を示す図である。
なお、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バーナ１０ａを作動させる灯油と、酸素と高温高圧空気との混合体とは外部より個別に回動体１４に導入され、次いでフレキシブルパイプを介してバーナ１０ａに導入可能にしてあり、前記旋回機構の最大回動角は１回転以下に抑え、導入パイプの絡み付きを防止する必要がある。
また、前記駆動用サーボモータ１２の代わりに、停止位置自己保持可能のパルスモータを用いても良い。
【００１８】
前記バーナ駆動制御装置１５は、炉体本体の他端側の排出口５７上部の端面に設けた赤外線ＣＣＤカメラ等の撮像部１６と、画像処理部１７と、温度分布比較部１８と、揺動制御部１９ａと旋回制御部１９ｂとよりなる制御部１９とより構成する。
上記赤外線ＣＣＤカメラ等の撮像部１６は炉体本体の他端側端面の排出口５７の上部に設け、炉内の灰供給層５９の表面の加熱溶融の状況を把握できるようにしてある。
【００１９】
上記構成により、赤外線ＣＣＤカメラ等の撮像部１６で得られた画像は画像処理部１７で画像分析され、炉内の灰供給層５９表面の温度分布状態を検出する。ついで、温度分布比較部１８で、加熱を必要とする部位を演算し併せて所用の旋回角及び揺動角を演算して制御指令を制御部１９に出力する。次いで、指令を受けた揺動制御部１９ａ及び旋回制御部１９ｂは角度揺動機構及び旋回機構の夫々のサーボモータ１１、１２を駆動制御させる。斯くして、バーナ１０ａを所要位置にセットし広域加熱を可能とする構成にしてある。
【００２０】
上記広域加熱制御の状況を図３に示す。図に見るように灰供給層５９の上には広域加熱の結果もたらされた溶融温度領域２１が示されており、中央軸芯Ｙ−Ｙに対して均一な灰の溶融を可能にし、従来の固定バーナに見られた灰焼結部や灰堆積部の形成を完全防止し、溶融灰の閉塞等を皆無とするばかりでなく、未溶融の灰の溶融スラグへの混入も完全防止できる。
なお、同図に見るように、バーナ１０ａを例えば灰供給層の矢印Ａ方向の移動に対し、左右方向にバーナを揺動させる場合は旋回機構により図の仮想線で示す位置に９０度回動させるとともに、角度揺動機構により垂直断面面内において所定角度の揺動をさせる必要がある。このような操作により１台のバーナにより図に示す広域の加熱溶融を可能とすることが出来る。
【００２１】
【発明の効果】
上記記載のように、請求項１記載の発明によれば、バーナを首振り構造としたため、加熱溶融領域は炉底に沿い形成される灰供給層の全幅にわたる角度範囲に範囲を広げることができ、１台のバーナで広範囲の加熱溶融を可能とすることができ、灰溶融負荷の増大と安定運転が可能となる。
【００２２】
また、請求項１記載の発明により、溶融加熱を必要とする領域に対しては、旋回機構によりその周方向の首振り方向を設定した後、必要に応じ角度揺動機構により垂直断面面内において揺動角を設定すれば良く、１台のバーナで広域の加熱溶融を可能とすることが出来る。
【００２３】
また、請求項２記載の発明により、赤外線カメラ等の温度分布検知手段（サーモビューア等）からの出力に基づく溶融灰の温度分布状態に対応して所用の溶融加熱を必要とする領域を演算設定し、首振り機構を介してバーナを所定方向位置に駆動制御する構成にしてあるため、適宜必要とする領域の加熱溶融を積極的効率的に可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰溶融炉の概略の構成を示す図である。
【図２】図１の首振りバーナの構成を示す図で、（Ａ）は角度揺動機構の揺動状況を示し、（Ｂ）旋回機構により（Ａ）に示す位置より９０度回動させた状態を示す図である。
【図３】図１のバーナ駆動制御装置の作動の結果得られた広域の溶融加熱領域を形成した灰供給層の状況とバーナの揺動及び旋回制御の状況を示す図である。
【図４】従来の灰溶融炉の概略の構成を示す図である。
【図５】図４の固定バーナを使用した場合の灰供給層面に形成される、灰の溶融温度領域及び灰焼結部および灰堆積部発生の状況を示す図である。
【符号の説明】
１０    首振りバーナ
１０ａ  バーナ
１１、１２    サーボモータ
１３    歯車列
１４    回動体
１５    駆動制御装置
１６    赤外線ＣＣＤカメラ等の撮像部
１７    画像処理部
１８    温度分布比較部
１９    制御部
２０    解砕機
２１    溶融温度領域
２５    溶融灰
２５ａ  溶融スラグ
【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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