(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰を溶融する火炉と該火炉の一壁面に設けられた灰を火炉内に供給する灰供給口と該灰供給口に相対向する火炉壁面または火炉内に形成される灰層の斜め上方の火炉壁面に配置された灰層の加熱熱源と溶融スラグ抜出口を傾斜状の炉床部の下端部に備えた灰溶融炉において、
灰溶融炉の燃焼排ガス出口流路を炉床部を流下する溶融スラグの流れ方向と交差する方向に排ガスが流れるように炉床部の内部に設け、
火炉内の灰層から炉床部を貫通して炉床内部の燃焼排ガス出口流路内まで達するようにスタッドを一本以上設置し、当該スタッドの燃焼排ガス出口流路内に突き出した部分に伝熱フィンを取り付け、
燃焼排ガス出口流路内の排ガスの熱が前記伝熱フィンからスタッドを介して前記灰層内部に伝わるようにしたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項２】
灰溶融炉の燃焼排ガス出口を灰供給口近傍の火炉天井壁面にも設けたことを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉。
【請求項３】
炉床内部の燃焼排ガス出口流路は溶融スラグ抜出口から分岐して設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉などから排出される灰をバーナにより加熱溶融した後、冷却固化して減容化および無害化をするための灰溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来技術による補助バーナ付きの溶融炉の例である。灰溶融炉３の炉床は該炉床上を流下する灰層の流れの上流側から下流側へ向けて下方に傾斜させている。灰溶融炉３の上流側の側壁面に設置した灰供給口２０の上部に灰ホッパ２を設置し、灰供給口２０に連結したプッシャー１を油圧シリンダ１７により往復動させ、灰ホッパ２からの灰を灰供給口２０から炉内に送り込んでいる。灰溶融炉３の天井壁面にはバーナ５を配置して、さらに、炉床に設けたスラグ抜出口１８に臨む壁面に補助バーナ２１を配置している。また、傾斜状の炉床下端部から鉛直方向下方に向けて出滓ダクト１９を設けており、出滓ダクト１９には、このダクト１９から分岐したガス流路からなる排ガス出口７Ｂが設けられている。
【０００３】
バーナ５および補助バーナ２１からの燃焼排ガスは炉内下側へ向かって流れ、出滓ダクト１９を通過し、排ガス出口７Ｂへ導かれる。排ガス出口７Ｂを出た排ガスは空気予熱器１０において、押込送風機１５から送られた燃焼用空気を予熱した後、ガス冷却塔９で冷却され、さらにバグフィルタ１１で除塵され、煙突１６から排出される。また、燃焼用空気は押し込み送風機１５より空気予熱器１０へ送風され、予熱された後、バーナ５および補助バーナ２１に供給される。
【０００４】
灰は灰溶融炉３の一側壁面に設けられた灰ホッパ２に貯蔵されており、プッシャー１により灰ホッパ２内の灰は灰溶融炉３の炉内に供給される。炉内に供給された灰層４の表面は火炉の他方の壁面の上方に設けられたバーナ５により加熱され、溶融される。この場合の伝熱は輻射伝熱が主体である。灰層４表面の溶融灰は灰層表面の斜面を流下し、スラグ抜出口１８より流下し、出滓ダクト１９を通過した後スラグ水槽６に入り、急冷、水砕される。
【０００５】
排ガス出口７Ｂとその近傍の拡大断面図を図５に示すが、排ガス出口７Ｂと出滓ダクト１９は灰溶融炉３の灰供給口２０とは反対方向の傾斜状炉床下端部に配置されている。このため、排ガスは灰溶融炉３内を溶融スラグと並行して流れた後、さらに出滓ダクト１９を落下するスラグと分離され、排ガス出口７Ｂから排出される。
【０００６】
この方式では、１，２００〜１，４００℃の溶融スラグがスラグ抜出口１８から流下する過程で１００℃以下のスラグ水槽６により輻射伝熱により熱を奪われるため、スラグ抜出口１８での溶融スラグの温度が約１００〜２００℃程度に低下し、固化してスラグ抜出口１８を閉塞するおそれがある。そのため、スラグ抜出口１８に対向した炉内の位置に補助バーナ２１を設置し、この補助バーナ２１でスラグの固化とダクト１９の閉塞を防止する。
【０００７】
補助バーナ２１を用いないで、灰溶融炉３内の溶融スラグの固化、ダクト１９の閉塞を防止しようとした発明が特開平２−２９８７１３号公報に開示されている。その内容を図６に示す。
【０００８】
図６に示す灰溶融炉３において、灰層４の上流側から下流側へ向けて炉床は下方に傾斜して形成され、灰溶融炉３の上流側壁面に設置した灰供給口２０の上部に灰ホッパ２を設置し、灰供給口２０に連結したプッシャー１を油圧シリンダ１７により往復動させ、灰ホッパ２からの灰を炉内に送り込んでいる。炉内の天井部に第一の排ガス出口７を接続し、一方、出滓ダクト１９に第二の排ガス出口７Ｂを接続している。
【０００９】
灰は灰溶融炉３の一端の壁面に設けられた灰ホッパ２に貯蔵されており、プッシャー１により灰ホッパ２の灰を灰溶融炉３の炉内に供給し、炉内に供給された灰層４を火炉の灰ホッパ２に対向する壁面上部に設けられたバーナ５により灰層４の表面を加熱し、これを溶融する。灰層４表面の溶融灰は灰層表面の斜面を流下し、スラグ抜出口１８より流下し、出滓ダクト１９を通過した後スラグ水槽６に入り、急冷、水砕される。
【００１０】
バーナ５で燃焼した燃料から発生する排ガスの大部分は排ガス出口７から炉外に導かれる。このとき燃焼排ガスは、溶融スラグの灰層４に対向流として接触し、灰層４を十分に予熱した後、排ガス出口７へ送られる。また、溶融スラグと同じ方向に流れる一部の排ガスは排ガス出口７Ｂに排出される。排ガス出口７、７Ｂに導入されたそれぞれの排ガスは空気予熱器１０に導入され、ガス冷却塔９を通過して冷却され、バグフィルタ１１で除塵されて煙突１６から排出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、次のような欠点があった。すなわち、図４に示す従来技術においては、溶融スラグの温度低下によるスラグ抜出口１８の閉塞を防止するため及び未溶融灰を溶融スラグ化するために補助バーナ２１を設けているが、この方式では、溶融炉の構造が複雑になり設備コストが増すこと及び溶融スラグの抜出口１８に直接火炎が当たり過度に昇温するため耐火材の寿命を短くすること、あるいは装置全体のランニングコストが高くなるといった問題点があった。
【００１２】
また、図６に示す従来技術においては、排ガスが溶融スラグと交差して流れるよう排ガス出口７Ｂを設置しているが、排ガス出口７Ｂはスラグ抜出口１８の耐火材底部に直接接触しておらず、炉床部と煙道の間に空間があるために、炉床部へ排ガスの熱を伝導させることができない。さらに、排ガスの一部しかスラグ抜出口１８に導入しないため、スラグ抜出口１８における排ガスの熱量が少なく、溶融スラグがスラグ抜出口１８で固化し、スラグ抜出口１８を閉塞することを防止する効果はほとんど無かった。
【００１３】
また灰層４は粉体の充填層であるがために、熱伝導率が低く、いわゆる熱の不良導体である。したがって、前記従来技術の灰溶融炉３は、それが起動しても灰層４の昇温が遅く、灰の溶融開始が遅いことや、灰溶融炉３の停止の際は炉内および灰層をすみやかに冷却できない欠点があった。
【００１４】
本発明は上記の従来技術の欠点を解消するためのものであり、その課題とするところは、補助バーナを設置しなくとも、排ガス熱だけの利用により溶融スラグがスラグ抜出口で固化し、スラグ抜出口を閉塞するのを防止することである。
また、本発明の課題は排ガス熱を用いて、直接灰層の内部から灰を加熱し、溶融開始速度を速めること、さらに灰の溶融停止時には炉内および灰層をすみやかに冷却し、停止時間を短縮することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を達成するために、次のような構成を採用する。すなわち、灰を溶融する火炉と該火炉の一壁面に設けられた灰を火炉内に供給する灰供給口と該灰供給口に相対向する火炉壁面または火炉内に形成される灰層の斜め上方の火炉壁面に配置された灰層の加熱熱源と溶融スラグ抜出口を傾斜状の炉床部の下端部に備えた灰溶融炉において、灰溶融炉の燃焼排ガス出口流路を炉床部を流下する溶融スラグの流れ方向と交差する方向に排ガスが流れるように炉床部の内部に設け、火炉内の灰層から炉床部を貫通して炉床内部の燃焼排ガス出口流路内まで達するようにスタッドを一本以上設置し、当該スタッドの燃焼排ガス出口流路内に突き出した部分に伝熱フィンを取り付け、燃焼排ガス出口流路内の排ガスの熱が前記伝熱フィンからスタッドを介して前記灰層内部に伝わるようにした灰溶融炉である。
【００１６】
灰溶融炉の下部の炉床部材内に直接燃焼排ガス出口流路を貫通して設け、かつ該燃焼排ガス出口流路での排ガスの流れは炉床部を流下する溶融スラグの流れ方向と交差する方向に流れるので、スラグの固化を防止できると同時に炉床部材を介して、この排ガスの熱により、灰層を予熱できるため溶融スラグは高温を維持して流下する。また、排ガス出口を炉床内部に設けたため、排ガスの熱が灰層よりも熱伝導率が高い炉床部材を通じて、スラグ溜めから溶融スラグ抜き出し口部分を満遍なく熱することができる。従って、従来技術とほぼ同じ熱量でスラグ溜めの温度を高温にできる。このようにして、高温の排ガス熱で溶融スラグおよびスラグ排出口の温度低下を防ぐことにより、スラグ抜出口での温度を高温に維持し、溶融スラグの固化、スラグ抜出口の閉塞を防止することができスラグ抜出口から溶融スラグを連続的に流下させることができる。
【００１７】
また、火炉内の灰層から炉床部を貫通して炉床内部の燃焼排ガス出口流路内まで達するように熱伝導率が高い材料で作った、例えば金属製のスタッドを一本以上設置し、当該スタッドの燃焼排ガス出口流路内に突き出した部分に伝熱フィンを取り付けることにより、排ガス熱を効率よく火炉内の灰層へ伝えることができるため、灰層内部温度は高温に維持できる。
【００１８】
さらに、炉床内部の燃焼排ガス出口流路の他に灰溶融炉の燃焼排ガス出口を灰供給口近傍の火炉天井壁面にも設けることで、一部の燃焼排ガスをこの天井壁面の排ガス出口へ向けて流している間に炉床部上の灰層表面を排ガス熱で加熱させることができる。この場合、灰溶融炉内の灰層は表面と内部及び下部から予熱されるため、溶融開始速度が速まり、灰溶融炉の起動開始時間は短縮される。一方、炉の停止時も冷空気がスタッドのフィンを直接冷却するため、灰層をすみやかに冷却する事ができる。その結果、炉の停止に要する時間を短縮できると同時に、炉停止時に炉内の残熱によって炉床上の灰層が焼結固化し、炉内の清掃、点検ができなくなることを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例を図１および図２を用いて説明する。
図１は本実施例による灰溶融炉３の系統図である。
灰溶融炉３の炉床部は灰供給口２０がある上流側から下流側へ下方に傾斜して形成され、上流側の壁面に存在する灰供給口２０の上部に灰ホッパ２が設置されている。灰供給口２０に連結したプッシャー１を油圧シリンダ１７により往復動させ、灰ホッパ２から投入される焼却灰を炉内に送り込んでいる。灰溶融炉３の一壁面に設けた灰ホッパ２よりプッシャー１で炉内に供給された灰層４を灰溶融炉３の他端の上方に設けたバーナ５により加熱し、灰層４の表面より溶融する。灰層４表面の溶融スラグは灰層４の斜面を流下し、スラグ抜出口１８より滴下し、スラグ水槽６に入り急冷、水砕される。
【００２０】
灰溶融炉のプッシャー１側の天井部に排ガス出口７を配置して、さらにバーナ５の設置面と対向する炉底部に設けられる鉛直方向に流路が形成されるスラグ抜出口１９から分岐させた排ガス出口７Ｂを設ける。この排ガス出口７Ｂは灰溶融炉下部の炉床部内に貫通して灰供給口２０側の下部近傍まで達する排ガス流路を構成している。
【００２１】
バーナ５で燃焼される燃料から発生する排ガスのうち一部は灰層４の表面を加熱しながら排ガス出口７から排出される。一方、排ガスの大部分はスラグ抜出口１８を介し、さらに出滓ダクト１９と直交する方向の排ガス出口７Ｂに流れる。このとき、滴下中の溶融スラグと交差する方向に排ガスは排ガス出口７Ｂに流れ込む。その後、排ガス出口７、７Ｂから排出させた両方の排ガスを、煙道８を通じて空気予熱器１０を通過させ、ガス冷却塔９により冷却され、バグフィルタ１１で除塵された後、煙突１６から排出される。なお、空気予熱器１０で加熱された空気は、バーナ５へ送られ燃焼用空気となる。
【００２２】
図２（ａ）は図１に示した本実施例の灰溶融炉の詳細図であり、炉内の排ガス流れおよび温度を示している。
【００２３】
本実施例の排ガスの流れは、図２（ａ）に示すように、炉天井部に設けている排ガス出口７へ流れる排ガスと炉床部の内部に直接設けている排ガス出口７Ｂへ導入されるように流れる排ガスと２種類ある。バーナ５からの排ガスのうち大部分をスラグ抜出口１８の表面から裏面へかけて炉床を包み込むように流し、スラグ抜出口１８の全周を満遍なく加熱しながら排ガス出口７Ｂへ排出する。このようにして、排ガス出口７Ｂの流路内部から、高温の排ガス熱で灰溶融炉の炉床部を高温に維持し、溶融スラグおよびスラグ抜出口１８の温度は従来法に比べ５０℃〜１００℃高くなる。すなわち、排ガス出口７Ｂを灰溶融炉３の炉底部の内部に設けたことにより、溶融スラグがスラグ抜出口１８で固化し、付着するのを確実に防ぐことができ、さらに溶融スラグの流動性を低下させずにスラグと抜出口１８から連続的に流下させることができる。同時に未溶融灰も完全に溶融できるため、水砕スラグの品質が向上する。
【００２４】
また、灰溶融炉３の各部分の温度は、例えば、灰の溶融温度が約１３５０℃の時について示したものであり、灰の溶融温度より、約５０℃〜１００℃高くできる。
【００２５】
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図３は図２（ａ）のＢ−Ｂ’矢視図である。排ガス出口７Ｂは灰溶融炉３の炉床内部に設置しされていて、排ガス出口７Ｂの天井部は、灰層４の床部であり、灰層４から排ガス出口７Ｂまで炉床壁面を貫通させて設けたスタッド２２にフィン２３を配置する。
スタッド２２は図示したように炉床部に碁盤状に配置され、それぞれのスタッド２２の間隔を灰の移動の抵抗にならないように、最小３ｃｍとする。
【００２６】
このように、排ガス出口７Ｂを灰溶融炉の炉床内部に設け、該排ガス出口７Ｂを構成する排ガス流路内にフィン２３を配置したため、全排ガス量の大部分の排ガスを排出するとき、排ガスの熱がフィン２３からスタッド２２を伝わり、熱を効率よく炉内の灰層４へ伝えることができ、灰層内部は高温に維持できる。さらに、別の排ガス出口７を灰溶融炉の天井部に設け、全排ガス量の一部の排ガスを排出することで、灰層４の表面を排ガスの熱で加熱する。この結果、灰層４は表面と内部及び下部から加熱され、灰層４全体が短時間で高温になる。従って、灰は溶融されやすくなり、灰溶融炉３の熱効率が向上する。この結果、バーナ５の点火から灰の溶融開始までにかかる時間が短縮され、灰溶融炉３が迅速に起動できるため、炉内を加熱するバーナ５の燃料費や、人件費などのコスト低減が図れる。
【００２７】
一方、灰溶融炉３の運転停止時も冷空気がフィン２３を直接冷却するため灰層４をすみやかに冷却することができる。その結果、炉の運転停止を短縮できると同時に、炉運転停止時に炉内の残熱によって炉床上の灰層４が焼結固化し、炉内の清掃、点検ができなくなることを防止できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融スラグがスラグ抜出口で固化、閉塞するのを防止する。灰溶融炉の起動・停止時間が短縮できる。灰溶融炉の安定運転、信頼性向上によるメンテナンス費の節減、補助バーナ省略による製造コスト、ランニングコストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施例の系統図である。
【図２】  図１の詳細図である。
【図３】  図１の詳細図である。
【図４】  従来技術による灰溶融炉の系統図である。
【図５】  従来技術による灰溶融炉の排ガス流れの詳細図である。
【図６】  従来技術による他の灰溶融炉の系統図である。
【符号の説明】
１  プッシャー                    ２  灰ホッパ
３  灰溶融炉                      ４  灰層
５  バーナ                        ６  スラグ水槽
７、７Ｂ  排ガス出口              ８  煙道
９  ガス冷却塔                    １０  空気予熱器
１１  バグフィルタ                １６  煙突
１７  油圧シリンダ                １８  スラグ抜出口
１９  スラグ抜出口（出滓ダクト）  ２０  灰供給口
２２  スタッド                    ２３  フィン
【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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