(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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または炉蓋に燃焼筒を介して設けられ、廃プラスチックを燃焼させる燃焼用バーナーであって、中央部に前記廃プラスチックを噴出する流路を配設し、該流路の先端に廃プラスチックを旋回噴出させる旋回羽根を配設し、その外周に燃料を噴出する複数の燃料流路を配設し、該複数の燃料流路の外方に、前記廃プラスチックの噴出流路と同芯状の燃料燃焼用酸素を噴出する流路を配設するとともに、該酸素流路の先端に噴出する酸素に前記廃プラスチックの旋回流と同方向の旋回流を発生させる旋回羽根を配設したことにより、燃焼筒内での廃プラスチックの滞留時間を長くして、数十ｍｍサイズの廃プラスチックを燃焼させる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／または金属材料の精錬に使用される電気炉の炉壁、炉蓋に設けられる廃プ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廃棄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、地球規模での環境保全の大きなテーマとして、炭酸ガス削減への要求が高まっており、廃プラスチックを従来の単純消却や埋め立てで処理するのではなく、素材あ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。
しかし、この方法によれば、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に、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】
【発明が解決しようとする課題】
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程度に粉砕加工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程度とすることが望ましい。
【０００５】
また、上記バーナーは廃棄物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、あ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の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。したが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、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、上記後方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る火炎と接触しないまま吹き抜ける状態となり、燃焼されないか又は、加熱されただけの廃プラスチックが、１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２．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に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。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に上述の燃焼熱の利用効率が一層低下することとなる。
【０００８】
さらには、特開平１０−１８５１１５号公報の従来技術おいて、着火バーナーから供給される燃焼用の一次燃焼空気によって、細粒化された１〜２ｍｍ程度の金属線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。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、旋回流れに沿ってガス化し燃焼筒の内壁近傍で燃焼するために、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。
【０００９】
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。
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載された通りの下記の内容である。
（１）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または炉蓋に燃焼筒を介して設けられ、廃プラスチックを燃焼させる燃焼用バーナーであって、中央部に前記廃プラスチックを噴出する流路を配設し、該流路の先端に廃プラスチックを旋回噴出させる旋回羽根を配設し、その外周に燃料を噴出する複数の燃料流路を配設し、該複数の燃料流路の外方に、前記廃プラスチックの噴出流路と同芯状の燃料燃焼用酸素を噴出する流路を配設するとともに、該酸素流路の先端に噴出する酸素に前記廃プラスチックの旋回流と同方向の旋回流を発生させる旋回羽根を配設したことにより、燃焼筒内での廃プラスチックの滞留時間を長くして、数十ｍｍサイズの廃プラスチックを燃焼させる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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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Ａ方向の矢視図である。
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及び炉蓋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がとりつけられているまた、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。
【００１３】
電気炉では原料であるスクラップ７を炉内に充満する形で投入し、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を設置して状態を示している。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。
【００１４】
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１の側壁に設置したものである。
図２において、中央部に廃プラスチックを噴出する廃プラスチック流路１０を設け、その外周に複数個の燃料流路１１を設け、そしてその燃料流路の外周に酸素流路１２を設ける。廃プラスチック流路１０と燃料流路１１の間および酸素流路１２に外周には冷却水を通水する冷却水流路１３を設けている。このような構成でバーナーブロックを形成している。このバーナーブロックを炉体５に設置した燃焼筒１４に連結している。
【００１５】
酸素流路１２の先端には酸素流路１２より酸素を噴出させる際、燃焼筒１４内で噴出させた酸素を旋回させるため、旋回羽根１６を設置している。バーナーブロックの中央部に配置した廃プラスチック流路１０の先端には廃プラスチックを前記旋回流酸素の旋回流に沿わせるため、分散板１５を設置している。噴射される廃ブラスチックは、この旋回流酸素の流れに沿って旋回しながら燃焼筒１４内を通過していく。
【００１６】
この燃焼筒１４内の旋回流酸素の流れ１７に沿って廃プラスチックが流れるので、燃焼筒１４での廃プラスチックの滞留時間が廃プラスチックをストレートに噴射させる場合に比べて約３倍の滞留時間となり、燃焼筒１４内で完全燃焼させることができる。また、酸素をいくら旋回させても、廃プラスチックの流れが、この旋回流に沿わない限り燃焼筒１４での滞留時間を確保することは困難であり、廃プラスチック流路１０の先端に廃プラスチックを分散噴射させる分散板１５を設置することでこの問題を解消する。
【００１７】
また、廃プラスチック流路１０の先端に分散板の代わりに噴射させる廃プラスチックに旋回流を発生させる旋回羽根を設置すると、旋回流酸素の流れ１７に一層沿って流れやすくなり、燃焼筒１４内で廃プラスチックは完全に燃焼させることかできる。
【００１８】
図３は、図２のＡ−Ａ矢視図で中央部に廃プラスチックを噴射させる廃プラスチック流路１０を配設し、この流路１０には搬送される廃プラスチックを燃焼筒１４内で分散させる分散板１５を配設している。そして、この流路１０の外周に燃料を噴出させる燃料流路１１を所定の間隔で６ケ所配置している。本図では６ケ所の燃料流路１１を配設しているが、流量に応じて、適切な数量の流路を配設することができる。
そしてこの燃料流路１１の外周に燃料燃焼用酸素流路１２を配設している。酸素流路１２の燃焼筒１４側には燃焼筒１４内で旋回流を発生させるため、旋回羽根１６を配設している。この旋回羽根１６を設けることで、燃焼筒１４内に噴出される酸素に旋回流を発生させる。この旋回流に廃プラスチック流路１０に設けた分散板１５によって分散される廃プラスチックを沿わせる。これにより廃プラスチックは酸素旋回流の渦に沿って燃焼筒１４内を旋回しながら燃焼される。旋回流を発生させて、この旋回流に廃プラスチックを混入させるため、燃焼筒１４内での廃プラスチックの滞留時間がストレートに噴出させる場合に比べて、約３倍となり、吹き込まれる廃プラスチックを完全に燃焼させることができる。
したがって、燃焼筒１４内での廃プラスチックの滞留時間が長くなることで、廃プラスチックの数十ｍｍのものまで採用が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、従来、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、酸素旋回流に廃プラスチックを沿わせて燃焼させるので、燃焼筒内の滞留時間で延長され、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電気炉の炉壁に取り付けた縦断面図である。
【図２】本発明の廃プラスチック燃焼バーナーの断面図である。
【図３】図２のＡ方向の矢視図である。
【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：廃プラスチック流路
１１：燃料流路
１２：酸素流路
１３：冷却水流路
１４：燃焼筒
１５：分散板
１６：旋回羽根
１７：酸素の流れ
１８：廃プラスチックの流れ
１９：燃焼空間
【図１】
0003793466.tif 000002
【図２】
0003793466.tif 000003
【図３】
0003793466.tif 000004