(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンの一端から主燃料と共に可燃性廃棄物を投入して燃焼させ、ロータリーキルンの他端から被焼成物を供給してセメントクリンカーを製造する装置において、
中心部に形成され且つ平均重量６０ｍｇ以下の可燃性廃棄物をロータリーキルン内へ吹き込むための可燃性廃棄物流路と、可燃性廃棄物流路の外周部に形成され且つ燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための燃焼一次空気流路と、燃焼一次空気流路の外周部に形成され且つ搬送空気と共に主燃料をロータリーキルン内へ吹き込むための主燃料流路とを有する主燃料バーナーを備え、
燃焼一次空気流路から吹き込む一次空気により可燃性廃棄物流路の先端を冷却しつつ可燃性廃棄物流路から吹き込んだ可燃性廃棄物を着地させることなくロータリーキルン内で空間燃焼させることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼装置。
【請求項２】
主燃料バーナーは、主燃料流路の外周部に形成され且つ燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための第２の燃焼一次空気流路をさらに有する請求項１に記載の可燃性廃棄物の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可燃性廃棄物の燃焼装置に係り、特に廃プラスチック等の可燃性廃棄物を経済的に安定燃焼させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から廃プラスチック等の可燃性廃棄物をロータリーキルン内で燃焼させる方法が提案されている。例えば、特開平７−２７７７８８号公報には、セメントクリンカーを製造するためのロータリーキルンの一端から被焼成物を供給し、他端から石炭等の主燃料と共に可燃性廃棄物を焼成領域に投入して燃焼させ、被焼成物を焼成する方法が開示されている。この従来の方法では、図３に示されるようにロータリーキルン１の端部において主燃料バーナー２の上部に配設された投入ノズル３から可燃性廃棄物が投入されるが、可燃性廃棄物の到達（着地）領域４を、通過後の被焼成物が十分に酸化雰囲気に晒される位置、例えば、被焼成物の酸化雰囲気中での滞留時間が７分以上、さらには１０分以上となるような位置とするように可燃性廃棄物が投入される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法に従って廃プラスチックの燃焼テストを行ったところ、投入された廃プラスチックはほとんど着地燃焼し、製造されたセメントクリンカーの品質は短期的にはブランク実験により得られるセメントクリンカーの品質とほぼ同等であることが確認された。しかしながら、この燃焼テストは短期間であり、キルン内コーティングの付着状況に影響を与える長期間燃焼の場合、セメントクリンカー品質に対して影響を与える可能性がある。そして実際に長期間運転を実施したところ、廃プラスチックが着地燃焼したキルン内壁部分が局部的に著しく高温となるため、その部分のキルン内のコーティング材が剥離すると共にキルン内壁のレンガの劣化が著しくなり、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキが大きくなる等、安定してセメントクリンカーの生産を行うことができないという問題が生じた。
【０００４】
さらに、上記従来の方法では、図３に示されるように、廃プラスチックの投入ノズル３が主燃料バーナー２の上部に配置されているため、廃プラスチック投入ノズル３先端の冷却不足による廃プラスチックの溶着・ノズルの閉塞が発生したり、主燃料流と廃プラスチック流による非対称な火炎の生成並びに投入される廃プラスチックの熱量・形状等の変動によりキルン内壁のコーティング材が突然脱落したり、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキが大きくなる惧れがあった。
【０００５】
このような廃プラスチック投入ノズル先端の冷却不足による廃プラスチックの溶着・ノズルの閉塞を防止するための技術として、例えば、特開平８−２１６１３号公報には、水冷ノズルからの熱可塑性樹脂の噴出速度を８ｍ／ｓ以上、好ましくは１０ｍ／ｓ以上とする方法が開示されている。しかしながら、噴出速度を大きくするためには、必要以上の常温圧送空気が必要となり、この常温一次燃焼空気量が増えることで、クリンカークーラーからの高温（８００〜１２００℃）の熱回収二次空気量が減少する。このため、セメントキルン全体の熱利用効率が低下すると共に、実質的に空気比が高くなり、安定して経済的な燃焼を行うことが困難であるという問題点があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を燃焼しながらも経済的にセメントクリンカーを安定して製造することができる可燃性廃棄物の燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る可燃性廃棄物の燃焼装置は、ロータリーキルンの一端から主燃料と共に可燃性廃棄物を投入して燃焼させ、ロータリーキルンの他端から被焼成物を供給してセメントクリンカーを製造する装置において、中心部に形成され且つ平均重量６０ｍｇ以下の可燃性廃棄物をロータリーキルン内へ吹き込むための可燃性廃棄物流路と、可燃性廃棄物流路の外周部に形成され且つ燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための燃焼一次空気流路と、燃焼一次空気流路の外周部に形成され且つ搬送空気と共に主燃料をロータリーキルン内へ吹き込むための主燃料流路とを有する主燃料バーナーを備え、燃焼一次空気流路から吹き込む一次空気により可燃性廃棄物流路の先端を冷却しつつ可燃性廃棄物流路から吹き込んだ可燃性廃棄物を着地させることなくロータリーキルン内で空間燃焼させるものである。
さらに、主燃料バーナーが、主燃料流路の外周部に形成され且つ燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための第２の燃焼一次空気流路を有していてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係る可燃性廃棄物の燃焼装置で用いられる主燃料バーナー６の構造を示す。主燃料バーナー６の中心部に、可燃性廃棄物をロータリーキルン内へ吹き込むための可燃性廃棄物流路７が形成され、可燃性廃棄物流路７の外周部には燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための燃焼一次空気流路８が形成されている。さらに、燃焼一次空気流路８の外周部には搬送空気と共に主燃料をロータリーキルン内へ吹き込むための主燃料流路９が形成され、この主燃料流路９の外周部に燃焼用の一次空気をロータリーキルン内へ吹き込むための第２の燃焼一次空気流路１０が形成されている。
【０００９】
このような主燃料バーナー６を例えば図２に示されるニューサスペンションプレヒータ（ＮＳＰ）付きロータリーキルン１４の一端（キルン製品出口部）に取り付け、セメントクリンカーの製造と共に可燃性廃棄物の燃焼を行う。すなわち、調合原料サイロ１１からプレヒータ１２の上部へ原料が投入され、この原料はプレヒータ１２及び仮焼炉１３で予熱され、ロータリーキルン１４で焼成されてセメントクリンカーとなった後、クリンカークーラ１５で冷却され、クリンカーサイロ１６に貯蔵される。なお、仮焼炉１３にはクリンカークーラ１５から燃焼用空気が導入されている。ロータリーキルン１４内で発生した排ガスは、誘引ファン１７の誘引力によりプレヒータ１２及び廃熱ボイラ１８内を通り、大気中へ放出される。
【００１０】
ここで、主燃料バーナー６の可燃性廃棄物流路７から平均重量６０ｍｇ以下の可燃性廃棄物をロータリーキルン１４内へ吹き込むと共に燃焼一次空気流路８から流量５０〜１００ｍ／ｓの一次空気を、主燃料流路９から流量２０〜４０ｍ／ｓの搬送空気に乗せて微粉炭を、第２の燃焼一次空気流路１０から流量１００〜１５０ｍ／ｓの一次空気をそれぞれロータリーキルン１４内へ吹き込んで、燃焼させる。
これにより、吹き込まれた可燃性廃棄物はロータリーキルン１４の内壁上に着地することなく空間燃焼する。従って、着地燃焼によるキルン内壁のレンガの劣化が回避され、セメントクリンカーの安定生産が可能となる。
【００１１】
また、可燃性廃棄物流路７の外周部に燃焼一次空気流路８、主燃料流路９及び第２の燃焼一次空気流路１０が配されているので、一次空気流及び微粉炭の搬送空気流によって可燃性廃棄物流路７の投入口が十分に冷却され、この可燃性廃棄物流路７の投入口における可燃性廃棄物の溶着及び閉塞が防止される。さらに、可燃性廃棄物流路７の投入口近傍が一次空気流及び微粉炭の搬送空気流により負圧に保たれているため、可燃性廃棄物を可燃性廃棄物流路７に沿ってロータリーキルン１４内まで空気輸送するに必要十分な少量の圧送空気があればよく、低空気比での経済的な安定運転が可能となる。また、可燃性廃棄物、微粉炭及び一次空気が同軸状に吹き込まれるので、可燃性廃棄物の熱量・形状等が多少変動しても火炎は対称形を保ち、セメントクリンカーの安定生産が可能となる。
【００１２】
【実施例】
実施例１〜４．
図２に示される装置を用いて廃プラスチックを微粉炭と共に１週間程度連続して燃焼させた。ロータリーキルン１４としては、直径５．８ｍ、長さ１１０ｍのものを用いた。実施例１〜４として、廃プラスチックの平均重量、供給量、吹出速度及び微粉炭供給量をそれぞれ表１に示すような条件に設定して実験を行った。そして、廃プラスチックの燃焼状態、廃プラスチック投入口の溶着・閉塞の有無を確認すると共に、得られたセメントクリンカー中に残存する遊離酸化カルシウム量をセメント協会標準試験方法（Ｉ−０１）に従って測定した。遊離酸化カルシウム量測定のためのセメントクリンカーのサンプリングは１時間毎に実施し、１週間の平均遊離酸化カルシウム量（％）及びバラツキ（２σ）で評価した。また、得られたセメントクリンカー１００重量部に二水石膏３重量部を添加し、ブレーン値３３００ｃｍ2／ｇとなるようにボールミルで混合・粉砕し、ＪＩＳＲ  ５２０１に従ってセメントのモルタル２８日強さを測定した。さらに、燃焼時のキルン外壁シェル温度異常及びキルン内壁コーティングの脱落の有無をモニタすると共にキルン内壁レンガの状況を確認した。これらの結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004090621.tif 000002
【００１４】
実施例１〜４のように平均重量６０ｍｇ以下の廃プラスチックを主燃料バーナー６の中央部に配置された可燃性廃棄物流路７から噴出させた場合には、廃プラスチックは空間燃焼し、廃プラスチック投入口の溶着・閉塞も見られず、燃焼時のキルン外壁シェルの温度異常、キルン内壁コーティングの脱落及びキルン内壁レンガの溶損も確認されなかった。また、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキ並びにセメントのモルタル２８日強さは、廃プラスチックを投入しないブランク実験における値とほとんど変わりがなかった。
【００１５】
比較例１．
平均重量１００ｍｇの廃プラスチックを主燃料バーナー６の中央部に配置された可燃性廃棄物流路７から噴出させたところ、廃プラスチックは主燃料バーナー６の先端から到達距離約２０〜３０ｍの箇所に着地して燃焼した。その結果、燃焼時のキルン外壁シェルの温度異常、キルン内壁コーティングの脱落及びキルン内壁レンガの溶損が確認された。また、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキがブランク実験における値に比べて大きく、セメントのモルタル２８日強さはブランク実験における値よりも低くなった。
【００１６】
比較例２．
図４に示したように主燃料バーナーの上部に配置された廃プラスチック投入ノズルから平均重量１５０ｍｇの廃プラスチックを噴出させたところ、廃プラスチックは到達距離約２５〜３５ｍの箇所に着地して燃焼した。その結果、燃焼時のキルン外壁シェルの温度異常、キルン内壁コーティングの脱落及びキルン内壁レンガの溶損が確認された。また、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキがブランク実験における値に比べて大きく、セメントのモルタル２８日強さはブランク実験における値よりも低くなった。
【００１７】
比較例３．
図４に示したように主燃料バーナーの上部に配置された廃プラスチック投入ノズルから平均重量１０ｍｇの廃プラスチックを噴出させたところ、廃プラスチックは空間燃焼したが、キルン内壁コーティングの脱落が確認された。また、セメントクリンカー中の遊離酸化カルシウム量及びバラツキがブランク実験における値に比べて大きく、セメントのモルタル２８日強さはブランク実験における値よりも低くなった。
【００１８】
比較例４．
図４に示したように主燃料バーナーの上部に配置された廃プラスチック投入ノズルから平均重量０．３ｍｇの廃プラスチックを速度７ｍ／ｓで噴出させたところ、廃プラスチックは空間燃焼したが、廃プラスチック投入口の溶着・閉塞が発生してしまった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、外周部に燃焼一次空気流及び主燃料搬送空気流を配置した主燃料バーナーの中心部から平均重量６０ｍｇ以下の可燃性廃棄物をロータリーキルン内へ吹き込み、可燃性廃棄物を着地させることなくロータリーキルン内で空間燃焼させるので、着地燃焼によるキルン内壁のレンガの劣化が回避され、セメントクリンカーの安定生産が可能となる。また、一次空気流及び主燃料の搬送空気流によって可燃性廃棄物の投入口が冷却され、可燃性廃棄物の溶着及び閉塞が防止される。さらに、可燃性廃棄物の投入口近傍が一次空気流及び主燃料の搬送空気流により負圧に保たれるため、可燃性廃棄物を空気輸送するに必要十分な少量の圧送空気があればよく、熱効率が高く経済的な安定運転が可能となる。また、可燃性廃棄物、主燃料及び一次空気が同軸状に吹き込まれるので、可燃性廃棄物の熱量・形状等が多少変動しても火炎は対称形を保ち、セメントクリンカーの安定生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態に係る可燃性廃棄物の燃焼装置で用いられる主燃料バーナーの構造を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態に係る可燃性廃棄物の燃焼装置を備えたセメント製造装置を示す図である。
【図３】  ロータリーキルン内で着地燃焼する様子を概略的に示す図である。
【符号の説明】
６  主燃料バーナー、７  可燃性廃棄物流路、８  燃焼一次空気流路、９  主燃料流路、１０  第２の燃焼一次空気流路、１４  ロータリーキルン。
【図１】
0004090621.tif 000003
【図２】
0004090621.tif 000004
【図３】
0004090621.tif 000005