(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路を配設し、その外周に燃料を噴出する流路と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路とを配設し、前記噴出口先端と電気炉炉室との間に燃焼空間を設け、前記燃焼空間内に気送搬送される廃プラスチックを吹き込む吹き込み口を複数設けた電気炉用廃プラスチック燃焼バーナーにおいて、前記複数の吹き込み口のうち、少なくとも１個の吹き込み口から気送搬送する廃プラスチックを吹き込み、他の吹き込み口からは気体のみを吹き込むと共に、前記燃焼空間の内壁に螺旋状の羽根を配設したことを特徴とする電気炉用廃プラスチック燃焼バーナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料の溶解および／または溶融金属の精錬に使用される電気炉の炉壁、炉蓋に設けられる廃ブラスチック燃焼バーナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物あるいは一般廃棄物として排気される廃プラスチックが増加の一途をたどっている。一方、地球的規模での環境保全の大きなテーマとして、炭酸ガス即原への要求が高まっており、廃プラスチックを従来の単純焼却を埋め立てで処理するのではなく、素材おるいは熱源としてリサイクルすることに取り組むケースが増えている。
特に、現状の廃プラスチックが多種類のプラスチックが混在する状況にある中で、処理コスト面からサーマルリサイクルが注目され、多くの工業炉で廃プラスチックのサーマルリサイクルの実用化、あるいは実用化研究がなされており、廃プラスチックを効率的に燃焼させるためのバーナーが種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平７−７１７２８号公報においては、粒径１ｍｍ以下の廃プラスチックの粉体を吹き込むノズルの外周に液体燃料を噴霧するノズルを配置することで、廃プラスチックの粉体を確実に着火・安定燃焼させるバーナー構造が提案されている。
また、特開平１０−１８５１１５号公報においては、従来技術として着火バーナーから供給される燃料用の一次燃焼空気によって細粒化された１〜２ｍｍ程度の金属被覆の廃プラスチックを円筒形の燃焼筒にその内部で旋回流を生じさせて焼却炉に噴出し、さらに二次燃焼空気を吹き込むことで、廃プラスチックを燃焼させて焼却炉に噴出する方法が提案されている。
しかし、これらの方法によれば、前記燃焼筒を構成する耐火物が廃プラスチックの燃焼で過熱されるため、それを防ぐべくバーナー後端から焼却炉内に直線的に金属被覆の廃プラスチックを噴出する噴出ノズルと、その周囲に着火用バーナーを設けて廃プラスチックを燃焼させる改良技術が提案されている。
【０００４】
上記公報に提案されているバーナーはいずれも１〜２ｍｍ程度の紛状の廃プラスチックを吹き込みの対象としているが、一般に廃プラスチックを１〜２ｍｍ程度に粉砕架構すると加工費がかかり、さらに嵩比重が小さくなり運送費がかかるために、熱源として廃プラスチックを利用するメリットが小さくなってしまうという問題がある。廃プラスチックのサーマルリサイクルによって十分なコストメリットを享受しようとする場合には、吹き込みに利用する廃プラスチックのサイズが数ｍｍ〜数十ｍｍ程度にすることが望ましい。
【０００５】
また、上記バーナーは排気部焼却炉などのバーナー前面の炉内側に空間が存在する炉で使用することを前提としている。このため、特開平７−７１７２８号公報で提案されているバーナーでは、バーナー自体に燃焼室を有しておらず、特開平１０−１８５１１５号公報の改良技術のバーナーではその記載内容にあるように、噴出ノズルから吹き込まれる廃プラスチックはバーナー内で十分に燃焼する必要はなく、おる割合の廃プラスチックが炉内で燃焼する構造とすることによって、バーナーの燃焼筒の耐火物を保護することが提案されている。
【０００６】
このように、従来から、廃プラスチック燃焼バーナーについては、種々の構造が提案されているが、ほとんど焼却炉に採用されているもので、電気炉に採用されているものはほとんど提案されていない。
【０００７】
電気炉では原料であるスクラップを炉内に充満する形で投入し、主として炉の中央部で発生させるアークエネルギーでスクラップを溶解し、アーク発生部から遠い炉壁近傍のスクラップの溶解を補助するために、油や気体燃料の燃焼バーナーが利用されている。従ってバーナー前面にはスクラップが存在することが前提であり、特にスクラップの溶解初期の段階では、バーナー前面にほとんど空間が存在しない。
このような状態下で、上記公報に提案されているような廃プラスチック燃焼バーナーを油や気体燃料のバーナーの代替として使用すると、特に廃プラスチックの流量とそれを搬送するための空気等の気体流量が多くなると、バーナー中央部から噴出する廃プラスチックと搬送ガスが燃料の燃焼によって形成された廃プラスチックが炉壁近傍のスクラップに衝突して跳ね返り、水冷の炉壁に付着した後に燃焼する。あるいは、炉壁近傍のスクラップと水冷の炉壁のわずかな空間を通って炉から集塵されてしまうため燃焼熱がスクラップの溶解に十分寄与しないという問題が発生する。
【０００８】
また、当然のことではあるが、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の経済的な大きさの廃プラスチックを吹き込む場合には、その燃焼速度が遅いため上述の燃焼熱の効率が一層低下することとなる。
さらには、特開平１０−１８５１１５号公報の従来技術において、着火バーナーから供給される燃焼用に一次燃焼空気によって、細粒化された１〜２ｍｍ程度の金属線被覆の廃プラスチックを円筒形の燃焼筒に内部旋回流を生じさせるように噴出し、さらに二次燃焼空気を吹き込むことで廃プラスチックを燃焼させて焼却炉に噴出する方法が提案されている。
【０００９】
しかし、この方法では、燃焼筒に噴出した廃プラスチックはそのほとんどが燃焼されるものの、旋回流に沿ってガス化し燃焼筒の内壁近傍で燃焼するため、燃焼筒内壁を構成する耐火物が廃プラスチックの燃焼で過熱されてしまうという問題がある。
また、上記従来技術のバーナーでは、燃焼用として空気を利用し、大きな空間内で廃プラスチックを完全に燃焼することになり、炉周囲に十分なスペースを確保することが困難な電気炉には適用できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、数十ｍｍの廃プラスチックの投入が可能となり、廃プラスチックをサーマルリサイクルするための事前処理設備が簡素化され、設備費を大幅に削減することができる電気炉用廃プラスチック燃焼バーナーを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【００１２】
（１）中央部にスクラップカッティング用酸素を噴出する流路を配設し、その外周に燃料を噴出する流路と燃料燃焼用の酸素を噴出する流路とを配設し、前記噴出口先端と電気炉炉室との間に燃焼空間を設け、前記燃焼空間内に気送搬送される廃プラスチックを吹き込む吹き込み口を複数設けた電気炉用廃プラスチック燃焼バーナーにおいて、前記複数の吹き込み口のうち、少なくとも１個の吹き込み口から気送搬送する廃プラスチックを吹き込み、他の吹き込み口からは気体のみを吹き込むと共に、前記燃焼空間の内壁に螺旋状の羽根を配設したことを特徴とする電気炉用廃プラスチック燃焼バーナー。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の廃プラスチック燃焼バーナーを配置した電気炉の縦断面図で、図２は、本発明の廃プラスチック燃焼バーナーの詳細断面図で、図３は図２のＢ−Ｂ矢視図、図４は図２のＡ−Ａ矢視図、図５は図２のＣ−Ｃ矢視図である。図１において、電気炉は炉体１とアーク４を発生するための可動電極２が貫通する炉蓋３で構成されており、炉体１および炉蓋３にはアーク４による熱に耐え得るよう水冷構造のパネル５が取り付けられている。また、炉蓋３には炉内で発生するガスを吸引するためのダクト６が設けられている。
【００１５】
電気炉では原料であるスクラップ７を炉内に充填する形で投入し、炉の中央部で発生するアーク４のエネルギーでスクラップ７を溶解する。また、アーク４の発生部から遠い炉壁近傍のスクラップの溶解を補助するために、従来から油や気体燃料の燃焼バーナーが設置されており、図１では油や気体燃料の燃焼バーナーの代わりに、廃プラスチック燃焼バーナー８を設置した状態を示している。スクラップ７を溶解しているとき、特に溶解の初期段階ではバーナー８の前面にはスクラップ７が存在し、バーナー８とスクラップ７の間の空間９は極めて小さい状態にある。こうした状態の下で、吹き込んだ廃プラスチックが燃焼されないか又は加熱されただけで炉壁近傍のスクラップに衝突して跳ね返り、炉壁のパネル５に付着した後に燃焼するあるいは炉壁近傍のスクラップ７と炉壁のパネル５のわずかな空間を通ってダクト６から吸引されてしまわないように、バーナー８の内部で極力廃プラスチックを燃焼し、その熱をスクラップの溶解に十分利用することが重要である。
【００１６】
図２は、本発明の廃プラスチック燃焼バーナーを電気炉炉体の側壁に設置したものである。図２において、中央部にスクラップカッティング用の酸素流路１３を設け、その周囲に複数個の燃料流路１１と燃料燃焼用の酸素流路１２を配置して、バーナーブロック１０を形成している。
図３に示す場合においては、中央部のスクラップカッティング用酸素流路１３の周りに、燃料流路１１と酸素流路１２が交互に配置されている。このバーナーブロック１０の噴出口先端と炉室との間には、燃焼筒１４に囲まれた念書空間２０が形成されている。燃焼筒１４には廃プラスチックを吹き込む吹き込み口１５を設けている。
【００１７】
このバーナーの燃焼空間２０内には中央部にスクラップカッティング用の酸素流れ１７が形成される。燃料流路１１から噴射した燃料は、燃焼筒１４の燃焼空間２０内で燃料噴出流１８となり、酸素流路１２から噴出した酸素は燃焼空間２０内で酸素噴出流１９となり、両噴出流は混合して火炎を発生する。
図４に示すように、廃プラスチック吹き込み口１５は燃焼筒１４内において気体搬送される廃プラスチックが旋回するように設けられている。
【００１８】
この廃プラスチック吹き込み口は燃焼筒１４に４個気設置して廃プラスチックを吹き込むようにしているが、廃プラスチックの吹き込みは４個の内１個の吹込み口だけから吹き込み、他の３個は気体のみを吹き込むようにしてもよい。このようにすることにより、燃焼筒に吹き込まれた廃プラスチックは他の３個から吹き込まれる気体により一層旋回流が発生しやすくなり、廃プラスチックの燃焼効率を向上させることができる。
【００１９】
図５は燃焼筒１４内の内壁に螺旋状の羽根２１を設けた図であり、この羽根２１に廃プラスチック吹き込み口１５から気体とともに吹き込まれた廃プラスチックは燃焼筒１４内を旋回して通過する。この羽根２１により旋回と廃プラスチック吹き込み口での旋回が相乗効果となって燃焼筒１４内に吹き込まれた廃プラスチックは一層、旋回して通過する。
【００２０】
燃焼筒１４内壁に固着した羽根は銅を採用した。燃焼筒１４内壁に固着することで燃焼筒１４の外周の水冷により羽根は冷却され、燃焼筒１４内では廃プラスチックの火炎が直接接触しても溶損することはない。
【００２１】
以上のように、本発明においては、中央部に形成されるスクラップカッティング用の酸素の流れ１７と、その周囲の燃料および燃焼用酸素によって形成される高温の火炎１６の周りに廃プラスチックは燃焼筒１４内壁に固着した羽根２１に燃焼空間２０に旋回されながら吹き込まれる廃プラスチックが一層燃焼筒内１４で旋回して通過するので、廃プラスチックの燃焼筒内での通過時間が長く保持でき、廃プラスチックのサイズが数ｍｍ〜数十ｍｍであっても、燃焼塔内１４で効率よく燃焼することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、従来は廃プラスチックを紛状にして、バーナーに投入しなければならなかったが、本発明により数十ｍｍの廃プラスチックの投入が可能となり、廃プラスチックをサーマルリサイクルするための事前処理設備が簡素化され、設備費を大幅に削減することができる。
また、燃焼筒内壁に廃プラスチックを旋回させる旋回羽根を固着したので廃プラスチックの燃焼筒内での滞留時間が延長され、数十ｍｍの廃プラスチックでも完全に燃焼することができ、サーマルリサイクルとして一層効果的であり、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の廃プラスチック燃焼バーナーを配置した電気炉の縦断面図である。
【図２】  本発明の廃プラスチック燃焼バーナーの詳細断面図である。
【図３】  図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】  図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】  図２のＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１  ：炉体
２  ：可動電極
３  ：炉蓋
４  ：アーク
５  ：水冷構造パネル
６  ：ダクト
７  ：スクラップ
８  ：バーナー
９  ：空間
１０：バーナーブロック
１１：燃料流路
１２：燃焼用酸素流路
１３：スクラップカッティング用酸素流路
１４：燃焼筒
１５：廃プラスチック吹き込み口
１６：火炎
１７：スクラップカッティング用の酸素の流れ
１８：燃料の噴出流
１９：燃焼用の酸素の噴出流
２０：燃焼空間
２１：羽根
【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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