(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を形成する炉本体と、前記燃焼室内に長手方向に傾斜して配置され、傾斜方向下端から灰が溶融して形成された溶融スラグを流下させる溝状の炉床部と、前記炉床部の傾斜方向の上端に灰を供給する灰投入装置と、前記炉本体の天井部に設けられ、前記炉床部の長手方向中間部に火炎を吹きつける第１のバーナと、前記炉床部の前記溶融スラグが流下する端部に火炎を吹きつける第２のバーナと、を有してなり、前記第１及び第２のバーナの少なくとも一方を、燃料噴射ノズルと、この燃料噴射ノズルを同軸的に囲み、且つ、先端に、該燃料噴射ノズルの噴射方向の先方に位置する混合流体噴射口を備えた筒状部材であって、基端側から燃焼用空気が供給されるエアパイプと、このエアパイプを同軸的に囲んで配置され、先端に、前記混合流体噴射口の噴射方向の先方に位置する出力開口を備え、且つ、前記エアパイプの外側に、前記出力開口に向かう螺旋流を形成するように、基端側の側面から空気が供給される旋回流形成パイプと、を有して構成したことを特徴とする灰処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記混合流体噴射口を、前方に拡開するテーパ開口としたことを特徴とする灰処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記炉床部の底面を、凹円弧形状としたことを特徴とする灰処理装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、前記灰投入装置を、前記炉床部の傾斜方向上端から燃焼室外に直線的に延在する灰投入管と、この灰投入管に燃焼室外で接続され、該灰投入管内に灰を落し込む灰ホッパーと、前記灰投入管と同軸的に配置され、前記灰ホッパーから灰投入管内に落し込まれた灰を、該灰投入管から前記炉床部上に押出すプッシャと、を含んで構成したことを特徴とする灰処理装置。
【請求項５】
請求項４において、前記灰投入管と前記炉床部との中心軸線を幅方向に略一致させて配置したことを特徴とする灰処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はごみ焼却灰等を加熱溶融して溶融スラグとして処理する灰処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や家庭から排出されたごみを焼却した灰を溶融して、溶融スラグとし、これによって灰の容積を大幅に減少させると共に、灰の中に含まれる有害金属等の飛散を防止し、更に、溶融固化したスラグを建築材料における骨材等として利用することが図られている。
【０００３】
このような焼却灰溶融処理装置の１つとして、例えば特開平７−２７３１５８号に記載にされるようなものがある。この特開平７−２７３１５８号公報に開示された灰処理装置は、ホッパーから落下する途中の灰にバーナからの火炎を吹き付けて加熱溶融して、燃焼室内で傾斜して配置された炉床部上に落下させ、この炉床部上を、溶融スラグが流下する際に、更にバーナによって加熱して完全溶融させ、傾斜した炉床部下端から、下方の水中に落下固化して、固形物スラグを回収するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−２７３１５８号公報に開示された灰処理装置は、ホッパー内に設けられたフィードスクリューによって灰を燃焼室内に下向きに突出する筒状部内に押し込み、この筒状部内で、バーナから吹き込まれた火炎に灰を接触させるようにされているが、ホッパー内の灰の量が十分でない場合は、燃焼ガスが筒状部からホッパー内に吹き上げてしまうという問題点がある。
【０００５】
又、筒状部の容積が小さいので、バーナから吹き込まれる火炎が十分な渦流を形成することができず、従って、灰を十分に加熱溶融できないことがあるという問題点がある。
【０００６】
更に、溶融スラグが、傾斜した炉床部に沿って流下するが、該炉床部の先端（下端）で温度が低下して、ここに固化堆積が生じ、このため、炉床部に溶融スラグが厚く溜ってしまい、場合によっては、温度の低い底面では溶融スラグが炉床部に付着、固化してしまうという問題点がある。
【０００７】
更に、上記のような灰処理に装置において、灰を加熱溶融するための火炎を形成するバーナは、例えば特開平６−２８１１１４号公報に開示されるようなものが用いられている。
【０００８】
このバーナは、燃焼用空気が供給される内側筒状部内に燃料を噴出するノズルを該内側筒状部材と同軸的に配置し、ノズルから噴出された燃料と内側筒状部材から供給される空気とを混合し、この混合気体を円錐状部材の先端によって、前方に拡開する円錐面状の流れとし、この混合気の流れに対して、前記円錐状部材の外側に配置された筒状部材の先端から螺旋空気流を噴出させ、前記混合気体をこの螺旋空気流に載せて燃焼室内で旋回させつつ燃焼が行われるようにしたものである。
【０００９】
上記のようなバーナは、ノズルから噴出された燃料と内側筒状部材から供給される空気とによって形成された混合気体が、円錐状部材に吹き付けられるので、該円錐状部材の外周に液状燃料が付着してしまい、混合気における燃料の濃度が低くなり、十分に高温な燃焼を得ることができないという問題点がある。
【００１０】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、炉床部の手前の筒状部材内で灰と火炎を接触させる必要がなく、炉床部上で灰を十分に加熱溶融することができるようにした灰処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
又、ホッパー内の灰が少ない場合でも、燃焼室から高温ガスがホッパーに逆流しないようにした灰処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
更に、炉床部の先端で溶融スラグが固化して、炉床部上に溶融スラグが堆積したりすることがないようにした灰処理装置を提供することを目的する。
【００１３】
又、灰の加熱溶融に用いるバーナにおいて、燃料を効率良く高温で燃焼させることができるようにした灰処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
この発明は、燃焼室を形成する炉本体と、前記燃焼室内に長手方向に傾斜して配置され、傾斜方向下端から灰が溶融して形成された溶融スラグを流下させる溝状の炉床部と、前記炉床部の傾斜方向の上端に灰を供給する灰投入装置と、前記炉本体の天井部に設けられ、前記炉床部の長手方向中間部に火炎を吹きつける第１のバーナと、前記炉床部の前記溶融スラグが流下する端部に火炎を吹きつける第２のバーナと、を有してなり、前記第１及び第２のバーナの少なくとも一方を、燃料噴射ノズルと、この燃料噴射ノズルを同軸的に囲み、且つ、先端に、該燃料噴射ノズルの噴射方向の先方に位置する混合流体噴射口を備えた筒状部材であって、基端側から燃焼用空気が供給されるエアパイプと、このエアパイプを同軸的に囲んで配置され、先端に、前記混合流体噴射口の噴射方向の先方に位置する出力開口を備え、且つ、前記エアパイプの外側に、前記出力開口に向かう螺旋流を形成するように、基端側の側面から空気が供給される旋回流形成パイプと、を有して構成したことを特徴とする灰処理装置により上記目的を達成するものである。
【００１５】
前記炉床部は溝状となっているため、ここに流下される灰に対して、第１のバーナからの火炎が、溝状の炉床部底面に沿って流れ、炉床部上の灰を効率よく十分に加熱溶融する。又、第２のバーナにより、炉床部の端部に火炎を吹き付けるようにしているので、炉床部の先端（下端）において、溶融スラグが固化して、炉床部上に溶融スラグが堆積することを防止する。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記混合流体噴射口を、前方に拡開するテーパ開口としたものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記炉床部の底面を、凹円弧形状としたものである。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において、前記灰投入装置を、前記炉床部の傾斜方向上端から燃焼室外に直線的に延在する灰投入管と、この灰投入管に燃焼室外で接続され、該灰投入管内に灰を落し込む灰ホッパーと、前記灰投入管と同軸的に配置され、前記灰ホッパーから灰投入管内に落し込まれた灰を、該灰投入管から前記炉床部上に押出すプッシャーと、を含んで構成したものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記灰投入管と前記炉床部との中心軸線を幅方向に略一致させて配置したものである。
【００２１】
【発明の実施の態様】
以下図面を参照して本発明の実施の態様に係る灰処理装置を詳細に説明する。
【００２２】
図１〜４に示されるように、この実施の形態の例に係る灰処理装置１０は、燃焼室１２を形成する炉本体１４と、前記燃焼室１２内に長手方向に傾斜して配置され、傾斜方向下端１６Ａから灰が溶融して形成された溶融スラグを流下させる溝状の炉床部１６と、前記炉床部１６の傾斜方向上端１６Ｂに灰を供給する灰投入装置１８と、前記燃焼室１２上側の炉本体１４の天井部１５に配置された第１及び第２のバーナ２０、２２とを有してなり、前記第１のバーナ２０は炉床部１６の長手方向中間部にその火炎を吹き付けるようにされ、又、第２のバーナ２２は、炉床部１６の傾斜方向下端１６Ａに向けてその火炎を吹き付けるようにセットされている。
【００２３】
前記炉床部１６は、図２及び図３に示されるように、凹円弧状底面１７を備え、燃焼室１２を横切るように、図１において左右方向に約２０度の傾斜で、直線的に延在され、前記傾斜方向下端１６Ａは、垂直下方に形成されたスラグ落下口２４に臨んで配置されている。
【００２４】
前記灰投入装置１８は、前記炉床部１６の傾斜方向上端１６Ｂに、炉本体１４の壁を貫通して接続された直線状の灰投入管２６を備えている。
【００２５】
この灰投入管２６は、断面が長方形状であって、且つ、その長手方向は、図４に示されるように、中心軸線が前記炉床部１６の中心軸線と幅方向に一致するように、該炉床部１６と整列して配置されている。なお、上下方向には、灰投入管２６が炉床部１６よりも上方にずれている。
【００２６】
前記灰投入装置１８は、前記灰投入管２６と、この灰投入管２６の炉外での上端部近傍に上方から接続して配置された灰ホッパー２８と、前記灰投入管２６と同軸的に配置され、灰ホッパー２８の下端から灰投入管２６内に流出した灰を、炉床部１６の傾斜方向上端１６Ｂに向けて押し出すことができるようされたプッシャ３０とを備えて構成されている。
【００２７】
図１〜図４の符号３２は、炉本体１４の外側全体を被う冷却水ジャケット、図１、図３の符号３２Ａは冷却水入口、図２及び図３の符号３２Ｂは冷却水出口、３４は燃焼室１２内、特に炉床部１６の傾斜方向下端１６Ａ近傍を観察するための観察窓、図１〜４の符号３６は熱風吹出口をそれぞれ示す。
【００２８】
前記スラグ落下口２４の下方には、固化スラグ排出用スクリュー３８を備えた冷却水槽４０が配置されている。
【００２９】
又、前記炉本体１４内の、前記炉床部１６の下方には、２つの連通口４０Ａを介して前記冷却水槽４０の上方部と連通する煙溜り４２が設けらていて、図３に示されるように、この煙溜り内４２に溜った煙及び水蒸気は排煙口４４を通って熱交換器４６を経て２次燃焼炉４８に至り、ここで未燃部分が２次燃焼されて、外部に排出されるようになっている。
【００３０】
前記熱交換器４６には、図３に示されるように、一次燃焼用空気が空気入口４６Ａから導入され、反対側の空気出口４６Ｂから、一次燃焼によって生じた排煙及び水蒸気と熱交換により加熱された予熱空気が取り出され、この空気出口４６Ｂから、該予熱空気が、燃焼室１２に設けられた熱風吹出口３６から燃焼室１２内に吹き出されるようになっている。
【００３１】
次に、図５及び図６を参照して、前記第１及び第２のバーナ２０、２２について説明する。
【００３２】
これらの第１及び第２のバーナ２０、２２は、同一形状であるので、第１のバーナ２０を説明することによって、第２のバーナ２２については説明を省略するものとする。
【００３３】
この第１のバーナ（以下バーナ）２０は、燃料噴射ノズル５２と、この燃料噴射ノズル５２を同軸的に囲み、且つ、先端に該燃料噴射ノズル５２の噴射方向の先方位置で混合流体噴射口５４を備えた筒状部材であって、基端側から燃焼用空気が供給されるエアパイプ５６と、このエアパイプ５６を同軸的に囲んで配置され、先端が前記混合流体噴射口５４の噴射方向の先方の出力開口５８とされ、且つ、前記エアパイプ５６の外側に、前記出力開口５８に向う螺旋流を形成するように基端側の外側面から空気が供給される旋回流形成パイプ６０と、を含んで構成されている。
【００３４】
前記燃料噴射ノズル５２は前記エアパイプ５６内にその基端側から挿入固定されている燃料パイプ６２の先端に設けられている。又この燃料パイプ６２には、燃料タンク６３からの燃料が、燃料ポンプ６４により、バルブ６６を介して加圧供給されるようになっている。
【００３５】
又、前記エアパイプ５６には、その基端周壁に形成されたエアポート５６Ａに、エアポンプ６８からバルブ７０を介して圧縮空気が供給されるようになっている。
【００３６】
又、前記旋回流形成パイプ６０には、前記エアパイプ５６の軸方向略中間位置に相当する部位で、側方から吹き込みパイプ７２が、前記エアパイプ５６の中心とオフセットして接続され、該吹き込みパイプ７２、エアポンプ７４からの圧縮空気が供給されることによって、エアパイプ５６の外周に沿って、旋回流が形成されるようになっている。
【００３７】
ここで、前記エアパイプ５６は多段構成とされ、先端の混合流体噴射口５４を備えた先端チップ５５及び基端部分を除き、複数のモジュールパイプ５６Ｂを、必要に応じて接続してその軸方向長さを調整できるようにされている。図５の符号５７Ａは各モジュールパイプ５６Ｂの先端に形成されたおねじ部、５７Ｂは該おねじ部５７Ａに螺合するように、各モジュールパイプ５６Ｂ及び先端チップ５５の基端側に形成されためねじ部をそれぞれ示す。
【００３８】
前記混合流体噴射口５４は、図６に拡大して示されるように、先方に拡大するテーパ状に形成され、これによって該混合流体噴射口５４から、燃料と空気の混合流体が拡散しつつ噴射されるようになっている。
【００３９】
次の上記灰処理装置１０により灰を溶融する過程について説明する。
【００４０】
第１のバーナ２０及び第２のバーナ２２に点火して、火炎を燃焼室１２内に吹き込み予熱した状態で、灰ホッパー２８から灰投入管２６内に落下した灰を、プッシャ３０により、炉床部１６の傾斜方向上端１６Ｂ上に押し出す。
【００４１】
第１のバーナ２０及び第２のバーナ２２においては、燃料噴射ノズル５２から噴出された燃料がエアパイプ５６内で空気と混合され、且つ混合流体噴射口５４から燃焼室内に吹き込まれる際に、旋回流形成パイプ６０内から供給される空気流に乗って燃焼室１２内に流入する。
【００４２】
旋回流形成パイプ６０内では、吹き込みパイプ７２の中心軸がエアパイプ５６とオフセットされているので、エアポンプ７４から供給される圧縮空気がエアパイプ５６の周囲に沿う旋回流を形成し、従って、混合流体噴射口５４から噴射された混合流体がこの旋回流に乗って旋回しつつ燃焼室１２内に吹き込まれることになる。なお、混合流体に対する着火は混合流体噴射口５４出口近傍で行われる。
【００４３】
前記炉床部１６は、その幅方向のサイズが、混合流体噴射口５４よりもかなり大きいが、該混合流体噴射口５４が前方に拡開するテーパ状に形成されているので、火炎が広く放射して、炉床部１６の長手方向及び幅方向のかなりの部分を被うようにして火炎が到達することになる。
【００４４】
特に、炉床部１６は、その底面が凹円弧状底面１７とされているので、第１のバーナ２０から吹き付けられた火炎は、該凹円弧状底面１７に沿って炉床部１６の幅方向及び長手方向に流れ、その間に、該炉床部１６上の灰を十分に加熱溶融する。
【００４５】
炉床部１６上で灰が加熱溶融され、溶融スラグとなり、炉床部１６の傾斜方向下端１６Ａに到達すると、第１のバーナ２０の火炎が届かないこと及び炉床部１６がとぎれて下方に放熱されやすいために、ここで溶融スラグが冷却固化されやすいが、ここでは、前記第２のバーナ２２からの火炎が吹き付けられるので、溶融スラグが炉床部１６上に堆積することなく、スラグ落下口２４を介して冷却水槽４０内に落下する。
【００４６】
冷却水槽４０内に落下した溶融スラグは、冷却により固化され、且つその冷却が瞬間的であるので細く砕ける。この細く砕けた固形スラグは、スクリュー３８によって外部に排出され、コンクリート骨材等に利用される。
【００４７】
溶融スラグが冷却水槽４０内の水によって冷却される際に、多量の水蒸気が発生する。又、この冷却水槽４０の上方には、燃焼室１２内で発生した煙、及び高温の燃焼ガスが流下してきて、水蒸気と共に煙溜り４２内に流出する。
【００４８】
該煙溜り４２に流出した煙及び水蒸気を含む高熱ガスは、排煙口４４から熱交換器４６を経て、２次燃焼炉４８に至り、ここで２次燃焼用空気によって完全燃焼され、外部に排出れさる。
【００４９】
前記熱交換器４６には、空気入口４６から外気が導入され、高温ガスとの熱交換によって加熱された後に、空気出口４６Ｂを経て、燃焼室１２の熱風吹出口３６から、燃焼室１２内吹き出され、炉本体１４上の灰の加熱効率を向上させる。
【００５０】
上記灰処理装置１０においては、灰ホッパー２８内の灰が一旦灰投入管２６に落下した後、プッシャ３０によって炉床部１６上に押し出されるので、灰の量が少ない場合でも、灰投入管２６を灰によって閉じておくことができ、従って、燃焼室１２内の燃焼ガスが灰ホッパー２８に逆流したりすることがない。
【００５１】
又、炉床部１６と灰投入管２６は、その中心軸線が幅方向に一致して配置されているので、プッシャ３０によって投入された灰は、円滑に炉床部１６に移載される。
【００５２】
更に、炉床部１６は、凹円弧状底面１７を備えているので、第１のバーナ２０からの火炎が該凹円弧状底面１７に沿って炉床部１６内を幅方向及び長手方向に流れるので、火炎と灰の接触時間が長くなり、灰を十分に加熱溶融することができる。
【００５３】
なお、炉床部１６は円弧状以外の底面形状の溝であってもよい。例えばＶ字形状、凹字形状であってもよい。但し、これらの場合、吹き付けられた火炎が長手方向には円滑に流れるが幅方向の流れが形成され難いことがある。
【００５４】
更に、第１のバーナ２０からの火炎の一部が、傾斜した炉床部１６に沿って流下するか、第２のバーナ２２もこれと同一方向に火炎を吹き付けるので、燃焼室１２内で強い渦流が形成されて、燃料が効率的に燃焼することによって、灰を高温で加熱溶融することができる。
【００５５】
特に、第１及び第２のバーナ２０、２２は、その混合流体噴射口５４が前方に拡開するテーパ状に形成されているので、旋回流形成パイプ６０によって発生した空気の旋回流に乗って、燃焼室１２内に拡散しつつ放射され、炉床部１６上の灰を効率よく加熱することができる。
【００５６】
なお、上記灰処理装置１０において、第１及び第２のバーナ２０、２２は共に前方に拡開する混合流体噴射口５４を備えているが、本発明はこれに限定されるものでなく、少なくとも第１のバーナ２０がテーパ状の混合流体噴射口５４を有するものであればよい。第２のバーナ２２については、炉床部１６の下端部１６Ｂを集中して加熱するものであればよいので、噴出する火炎を大きく拡散しなくてもよい場合がある。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、効率よく灰を溶融することができるとともに、燃焼ガスが炉外に吹き抜けたり、炉床部上に溶融スラグが固化して堆積したりすることがないという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係る灰処理装置を示す断面図
【図２】図１のII-II 線沿う断面図
【図３】図１のIII-III 線沿う断面図
【図４】図１のIV-IV 線沿う断面図
【図５】同灰処理装置に用いられるバーナを示す断面図
【図６】同バーナの要部を拡大して示す断面図
【符号の説明】
１０…灰処理装置
１２…燃焼室
１４…炉本体
１６…炉床部
１６Ａ…傾斜方向下端
１６Ｂ…傾斜方向上端
１７…凹円弧状底面
１８…灰投入装置
２０…第１のバーナ
２２…第２のバーナ
２６…灰投入管
２８…灰ホッパー
３０…プッシャ
５２…燃料噴射ノズル
５４…混合流体噴射口
５６…エアパイプ
５８…出力開口
６０…旋回流形成パイプ
【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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