(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを含む排ガスを二次燃焼室に導入して二次燃焼させるに際して、
排ガス導入口から二次燃焼室に排ガスを導入し、
この排ガス流の上部で排ガスの導入方向とは逆方向に１０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の高速で二次空気を吹込み、
この二次空気流を、排ガス導入口の上方に広がる旋回用傾斜壁に衝突させ下方に転向させて排ガス流に合流させ、排ガス流と二次空気流とで旋回流を形成し、
この旋回流の上部で排ガスを二次燃焼バーナーにより加熱して二次燃焼させる
ことを特徴とする排ガスの二次燃焼方法。
【請求項２】
請求項１記載の排ガスの二次燃焼方法を実施するための排ガスの二次燃焼装置であって、
二次燃焼室に、排ガスを導入する排ガス導入口に臨んで混合部を形成し、この混合部の上部に燃焼部を形成するとともに、混合部の下部に塵埃排出空間を形成し、
前記混合部で、排ガス導入口に対向する側壁の上部に、二次空気を高速で吹込む二次空気高速ノズルを設けるとともに、排ガス導入口の上部に前記二次空気高速ノズルから吹き込まれた二次空気流を下方に転向させて排ガス流に合流させ排ガス流と二次空気流とで旋回流を形成する旋回用傾斜壁を設け、
この二次空気高速ノズルの上部に二次燃焼バーナーを配設した
ことを特徴とする排ガスの二次燃焼装置。
【請求項３】
二次燃焼バーナーの対向壁で二次燃焼バーナーのバーナー軸より上部に、燃焼ガスを滞留させる膨出部を形成した
ことを特徴とする請求項２記載の排ガスの二次燃焼装置。
【請求項４】
電気式灰溶融炉から排出される排ガスを二次燃焼させるように構成した
ことを特徴とする請求項２または３記載の排ガスの二次燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性ガスを多く含む排ガス、たとえばアーク式や抵抗式、プラズマ式などの電気式灰溶融炉から排出される排ガスを燃焼させる排ガスの二次燃焼方法および二次燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば電気式灰溶融炉では、特にカーボン電極などを使用すると、電極の消耗が激しくなるため、炉内に大気が混入されないようにして、電極を介して抵抗やアーク、プラズマなどの電気エネルギーを灰に付与し、加熱溶融している。このため、ＣＯやＨ2、炭化水素などの可燃性ガスを多量に含んだ排ガスが発生する。
【０００３】
従来の電気式灰溶融炉では、溶融室と別に図７，図８に示す二次燃焼室１を形成して、溶融室から排ガス導入口２を介して排ガスを導入し、排ガス導入口２から少し上方の側壁に配置した排ガス加熱用の二次燃焼バーナー３により排ガスを加熱した後、二次燃焼バーナー３の上部に配置した２個の二次空気ノズル４から二次空気を吹込んで完全燃焼を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成では、加熱後の排ガスと二次空気との混合が不完全になったり、また二次空気の吹込みにより再加熱した排ガスの温度低下を生じることがあり、これにより排ガス中の可燃分を完全燃焼できないという問題があった。本発明は上記問題点を解決して、溶融室から排出される排ガスを完全燃焼できる排ガスの二次燃焼方法および二次燃焼装置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本発明の請求項１に係る排ガスの二次燃焼方法は、可燃性ガスを含む排ガスを二次燃焼室に導入して二次燃焼させるに際して、排ガス導入口から二次燃焼室に排ガスを導入し、この排ガス流の上部で排ガスの導入方向とは逆方向に１０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の高速で二次空気を吹込み、この二次空気流を、排ガス導入口の上方に広がる旋回用傾斜壁に衝突させ下方に転向させて排ガス流に合流させ、排ガス流と二次空気流とで旋回流を形成し、この旋回流の上部で排ガスを二次燃焼バーナーにより加熱して二次燃焼させるものである。
【０００６】
上記構成によれば、高速で吹き込まれた二次空気流を旋回用傾斜壁により転向させて、排ガス導入口から導入された排ガス流に合流させて形成された旋回流により、排ガスの可燃成分と二次空気とを効果的に混合攪拌させて二次燃焼バーナーにより加熱着火することで完全燃焼を実現することができる。
【０００７】
また本発明の請求項２に係る排ガスの二次燃焼装置は、請求項１記載の排ガスの二次燃焼方法を実施するための排ガスの二次燃焼装置であって、二次燃焼室に、排ガスを導入する排ガス導入口に臨んで混合部を形成し、この混合部の上部に燃焼部を形成するとともに、混合部の下部に塵埃排出空間を形成し、前記混合部で、排ガス導入口に対向する側壁の上部に、二次空気を高速で吹込む二次空気高速ノズルを設けるとともに、排ガス導入口の上部に前記二次空気高速ノズルから吹き込まれた二次空気流を下方に転向させて排ガス流に合流させ排ガス流と二次空気流とで旋回流を形成する旋回用傾斜壁を設け、この二次空気高速ノズルの上部に二次燃焼バーナーを配設したものである。
【０００８】
上記構成によれば、排ガス導入口から導入された排ガスの上部に、二次空気を排ガス流と相対方向に高速で吹込み、この高速の二次空気流を旋回用傾斜壁により転向させて二次空気流に合流することにより、排ガス流と二次空気流と旋回用傾斜壁の作用で旋回流が形成されて効果的に排ガスと二次空気とが混合され、さらに二次燃焼バーナーにより加熱着火されることにより排ガス中の可燃成分を完全燃焼することができる。
【００１０】
さらに請求項３に係る排ガスの二次燃焼装置は、請求項２記載の構成において、二次燃焼バーナーの対向壁で二次燃焼バーナーのバーナー軸より上部に、燃焼ガスを滞留させる膨出部を形成したものである。
上記構成によれば、膨出部により二次燃焼バーナーによる燃焼ガスの上昇を抑制して高温のガス流を滞留させ、可燃成分の燃焼を促進することができる。
【００１１】
さらにまた、請求項４に係る排ガスの二次燃焼装置は、請求項２または３記載の構成において、電気式灰溶融炉から排出される排ガスを二次燃焼させるように構成したものである。
上記構成によれば、電気式灰溶融炉から排出される排ガスを効果的に二次燃焼させて完全燃焼をはかることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る電気式灰溶融炉の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
この電気式灰溶融炉設備は、図５，図６に示すように、たとえばプラズマを使用して灰を加熱溶融させるもので、炉本体１１に形成された溶融室１２にプラズマ作動ガスであるＡｒガスＮ２ガスなどの不活性ガスが充填されるとともに、天壁に昇降自在に貫通支持されたカーボン製電極１３Ａ，１３Ｂに電源電圧が印加されて、底部に収容されたベースメタル１４との間にプラズマが形成される。そして灰供給装置１５によりベースメタル１４上に投入された灰がプラズマにより加熱溶融されて溶融スラグ１６が生成される。この溶融スラグ１６が一定量溜まると、炉本体１１を水平軸心周りに傾動自在な炉体支持装置１７の傾動シリンダ１８を駆動して炉本体１を傾斜させ、下位となる排滓口１９から溶融スラグ１６を排出するように構成される。２０はベースメタル排出装置である。
【００１３】
本発明に係る二次燃焼室２１は炉本体１１の正面奥側に配設され、炉溶融室１２の奥側側壁に形成された排ガス導入口２２を介して接続されている。この二次燃焼室２１は、図１〜図２に示すように、縦長の角形ダクト状で、中間部で排ガス導入口２２が開口された混合部２３と、混合部２３から直上に立ち上がる燃焼部２４と、奥側下方に傾斜されるとともに下部ほど絞り込まれた塵埃排出部２５により構成されている。そして燃焼部２４の上部に排ガス排出口２６が形成され、また塵埃排出部２５の下端面に塵埃取出し口２７が開口されている。
【００１４】
前記混合部２３における正面側側壁は、排ガス導入口２２から上方に広がる上正面傾斜壁（旋回用傾斜壁）２３ａと、左右側方に広がる左右正面傾斜壁２３ｃと、下方に広がり塵埃排出部２５に連続する下正面傾斜壁２３ｄとで構成されている。また、背面側側壁は、排ガス導入口２２に対向する背面垂直壁２３ｅと、奥側上方に広がる上背面傾斜壁２３ｆとで構成され、排ガス導入口２２から導入された排ガスを背面垂直壁２３ｅで受け止めて同伴された塵埃を分離し、さらに奥側斜め上方の燃焼室２３にスムーズに案内するように構成される。
【００１５】
また前記背面垂直壁２３ｅの上端部近傍には、二次空気を高速で吹込む二次空気高速ノズル３１が配設されている。ここで二次空気の流速はたとえば１５ｍ／秒であり、従来の二次空気ノズルによる二次空気流速３ｍ／秒の約５倍である。（なお、吹込み量は同じ。）二次空気の適正速度の範囲は、１０ｍ／秒〜３０ｍ／秒であり、この範囲では旋回流が形成されて混合が良好に行われるが１０ｍ／秒以下では旋回流が形成されず、３０ｍ／秒以上であると二次空気量が過多となるからである。
【００１６】
さらに、この二次空気高速ノズル３１は、図３に示すように、上正面傾斜壁２３ａに向って吹込まれることにより、排ガスが排ガス導入口２２に逆流するのが防止されるとともに、二次空気流を下方に転向して排ガス流に合流させ、二次空気流と排ガス流とで旋回流を形成し、効率良く混合攪拌させることができる。
【００１７】
さらに混合部２３の上部で右側面壁２３ｇには、円筒と円錐台状のガイド筒２８を介して二次燃焼バーナー３２が配設されており、二次燃焼バーナー３２に対向する左側面壁２３ｆには、二次燃焼バーナー３２によるバーナー軸より所定距離上方に頂部が位置する円錐形の膨出部であるノーズ３３が設けられている。このノーズ３３により、二次燃焼バーナー３２で燃焼された燃焼ガスの上昇が妨げられて滞留時間が延長され、完全燃焼が図られる。
【００１８】
ここで、従来方式により二次空気を二次燃焼室に吹込んだ場合と、本発明の方式により吹込んだ場合とを比較する実証実験を行った。この結果を図４に示す。なお、従来構成時にも、二次燃焼室にノーズ３３は取付けられている。またここでの排ガス量は３００Ｎｍ3／ｈ、二次空気ノズルまたは二次空気高速ノズル３１からの二次空気の供給量は１００Ｎｍ3／ｈ（二次燃焼バーナーの空気量を含めると１５０Ｎｍ3／ｈ）である。そして排ガス排出口２６で排ガス温度（℃）とＣＯ濃度（ｐｐｍ）とＯ2濃度（％）の変化を測定した。
【００１９】
図４によれば、従来形式で二次空気を供給した場合、ＣＯ濃度およびＯ2濃度とも高く、不完全燃焼しているのがわかる。ここから本発明の二次空気高速ノズル３１に変更して、二次空気を高速供給した場合には、ＣＯ濃度は激減して殆ど検出されなくなり、またＯ2濃度も１／２から２／３程度に減少しており、排ガス中の可燃物が完全燃焼しているのが確認できた。
【００２０】
上記実施の形態によれば、排ガス導入口２２から二次燃焼室２１の混合部２３に導入された排ガスは、背面垂直壁２３ｅに衝突されて排ガスが上方に転向され、また同伴された塵埃が下方の塵埃排出部２５に分離されて塵埃取出し口２７から排出される。そして、この排ガス流の上部で二次空気高速ノズル３１から高速の二次空気が吹込まれると、先の排ガス流が二次空気流に同伴されて正面側に迂回される。さらに二次空気流が上正面傾斜壁２３ａに衝突して下方に迂回されて排ガスに合流される。これにより旋回流が形成されて効果的に排ガスと二次空気とが混合される。そして二次燃焼バーナー３２により加熱着火されて排ガス中の可燃成分が完全燃焼される。さらにノーズ３３により、燃焼ガスの上昇が抑制されて高温の燃焼ガスが滞留され、可燃成分の燃焼がさらに促進される。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、プラズマ式灰溶融炉で説明したが、他の形式の抵抗式やアーク式でも、同様に可燃性成分の多い排ガスの燃焼を効果的に促進させることができる。
またこのように可燃性成分を多く含む排ガスを排出する低周波誘導炉や高周波誘導炉などでもこの二次燃焼室２１を適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明に係る排ガスの二次燃焼方法によれば、高速で吹き込まれた二次空気流を旋回用傾斜壁により転向させて、排ガス導入口から導入された排ガス流に合流させて形成された旋回流により、排ガスの可燃成分と二次空気とを効果的に混合攪拌させて二次燃焼バーナーにより加熱着火することで完全燃焼を実現することができる。
【００２３】
また請求項２に係る排ガスの二次燃焼装置の構成によれば、排ガス導入口から導入された排ガスの上部に、二次空気を排ガス流と相対方向に高速で吹込み、この高速の二次空気流を旋回用傾斜壁により転向させて二次空気流に合流することにより、排ガス流と二次空気流と旋回用傾斜壁の作用で旋回流が形成されて効果的に排ガスと二次空気とが混合され、さらに二次燃焼バーナーにより加熱着火されることにより排ガス中の可燃成分を完全燃焼することができる。
【００２５】
さらに請求項３に係る排ガスの二次燃焼装置によれば、膨出部により二次燃焼バーナーによる燃焼ガスの上昇を抑制して高温のガス流を滞留させ、可燃成分の燃焼を促進することができる。
【００２６】
さらにまた請求項４に係る排ガスの二次燃焼装置によれば、電気式灰溶融炉から排出される排ガスを効果的に二次燃焼させて完全燃焼をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気式灰溶融炉の二次燃焼室の実施の形態を示す側面断面図である。
【図２】同二次燃焼室の正面断面図である。
【図３】同二次燃焼室の混合部のガスの流れを示す解析図である。
【図４】同二次燃焼室の実証実験結果を示すグラフである。
【図５】同電気式灰溶融炉設備を示す正面断面図である。
【図６】同電気式灰溶融炉設備を示す側面断面図である。
【図７】従来の電気式灰溶融炉の二次燃焼室を示す側面断面図である。
【図８】従来の電気式灰溶融炉の二次燃焼室を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１１    炉本体
１２    溶融室
１３Ａ，１３Ｂ  電極
１４    ベースメタル
２１    二次燃焼室
２２    排ガス導入口
２３    混合部
２３ａ  上正面傾斜壁（旋回用傾斜壁）
２３ｅ  背面垂直壁
２４    燃焼部
２５    塵埃排出部
２６    排ガス出口
２８    ガイド壁
３１    二次空気高速ノズル
３２    二次燃焼バーナー
３３    ノーズ（膨出部）
【図１】
0003868138.tif 000002
【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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【図８】
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