(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体底部が火格子構造の焼却炉であって、前記火格子は炉の略中央で突き合わされ、炉の両側で軸支されて炉の下方に向かって観音開きするとともに、炉体底部側が炉の両側から炉の中央に向かって下向きに階段状に形成され、前記各階段状のステップ部に燃焼空気が噴出するノズル状の噴出口が１以上備えられていることを特徴とする焼却炉。
【請求項２】
前記燃焼空気は、前記火格子を軸支する軸に形成された通路に導入され、前記軸に形成された通路より前記火格子内部に設けられた空気室に供給されて、前記噴出口より噴出される請求項１に記載の焼却炉。
【請求項３】
前記各階段が下向きに傾斜している請求項１に記載の焼却炉。
【請求項４】
前記各階段の傾斜角度が、下段に行くに従い緩くなる請求項３に記載の焼却炉。
【請求項５】
前記各火格子の周囲に囲いが形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用廃棄物、低レベル放射性廃棄物等の焼却処理に使用される焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子力発電所などから発生する低レベル放射性廃棄物等の雑固体廃棄物の貯蔵場所が逼迫し、早期の対策が要望されている。これら低レベル放射性廃棄物の中には、塩化ビニル、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂製の高分子系廃棄物が混入している場合がある。これら廃棄物が多く含まれる場合には、焼却炉内で、これら廃棄物は溶融流動化し、灰出し室への流下、熱灼減量の上昇、空気通路の閉塞等の可能性が高く、その性能改善が望まれている。
【０００３】
従来より、これら低レベル放射性廃棄物等の焼却炉としては、炉底が火格子構造若しくは耐火物の蓋構造の固定床式焼却炉が使用されている。火格子構造の焼却炉として、炉底部が炉底中央に向かい両側より下がるように階段状に形成された火格子の、各階段状のステップ部にその略全面に開口部を設け、燃焼空気をこの火格子の下部灰出し室に導入して、この開口部を通して、火格子上の可燃物に燃焼空気を供給するものがある。
【０００４】
耐火物の蓋構造の固定床式焼却炉としては、特開平５−１６４８９７号公報に開示されているものがある。これは、図７に示すように、炉底蓋３１の上面を皿状に凹ませるとともに、その周囲にシール用空気を供給して溶融物の流出を防止し、また、炉体底部３２の側壁に残燃ノズル３３を設け、炉底蓋３１の残燃物に空気を吹き付けて残燃時間を短縮させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、火格子構造の焼却炉では、階段状のステップ部に設けられた開口部が大きく、また、火格子の側面、あるいは周囲の隙間から火格子をバイパスして流れる空気量が多く、十分な空気流速を取ることができない。また、火格子を通過する空気流速が遅いことから、灰を巻き上げない等の利点はあるものの、例えば、熱可塑性樹脂製の廃棄物を溶融した場合、これら空気通路や、火格子の合わせ部等から下部の灰出し室に落下したり、焼却灰等により開口部が塞がれ火格子の一部が焼損することがあった。
【０００６】
また、蓋構造の焼却炉では、熱可塑性樹脂等からなる高分子系廃棄物を焼却する場合、焼却に必要な空気量が不足し、これらの溶融物が炉底に固着し、炉底を閉塞する等の問題があった。このような溶融物の炉底への固着、閉塞は定期的に炉内部を点検、清掃すれば予防することはできるが、低レベル放射性廃棄物等の焼却炉の場合は、炉内の点検、清掃が困難であり、溶融物が、炉底へ固着、閉塞することが避けられないでいた。
【０００７】
そこで、本発明は、熱可塑性樹脂やゴム類等が混入した低レベル放射性廃棄物であっても、それらの溶融物が炉底に固着または炉底を閉塞したり、灰出し室に落下したりすることが無く、また、火格子の焼損が少ない、火格子構造の焼却炉を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための請求項１の発明の焼却炉は、炉体底部が火格子構造の焼却炉であって、前記火格子は炉の略中央で突き合わされ、炉の両側で軸支されて炉の下方に向かって観音開きするとともに、炉体底部側が炉の両側から炉の中央に向かって下向きに階段状に形成され、前記各階段状のステップ部に燃焼空気が噴出するノズル状の噴出口が１以上備えられていることを特徴とする。
この構成によると、従来の火格子の様に溶融物が火格子の間を通って、下部に落下することがない。また、ノズル状の噴出口を１以上備え、下部から燃焼空気の供給を行うことができるため、燃焼空気と固形被焼却物との接触が少なくなることがなく、熱灼減量も小さくなる。
【０００９】
また、請求項２の焼却炉は、請求項１に記載の焼却炉において、前記燃焼空気は、前記火格子を軸支する軸に形成された通路に導入され、前記軸に形成された通路より前記火格子内部に設けられた空気室に供給されて、前記噴出口より噴出されるものである。
この構成によると、各火格子に空気室を形成することが可能となり、導入した空気が火格子周囲を通り抜ける事が無く、導入空気が有効に固形被焼却物と接触し、熱灼減量も小さくなる。また、高速で燃焼空気を噴出することにより、火格子そのものの焼損防止と燃焼空気の昇温が可能になる。
【００１０】
また、請求項３の焼却炉は、請求項１に記載の焼却炉において、前記各階段が下向きに傾斜しているものである。
この構成によると、被焼却物が、階段を流れ落ちるようにしながら焼却を続けることができ、炉底部の両側に堆積することがなくなる。
【００１１】
また、請求項４の焼却炉は、請求項３に記載の焼却炉において、前記各階段の傾斜角度が、下段に行くに従い緩くなるものである。
この構成によると、各ノズル状の噴出口から噴出する高速の空気流により、各階段を上面から冷却する事となり、火格子の焼損を防止することができる。
【００１２】
また、請求項５の焼却炉は、請求項１乃至４に記載のいずれかの焼却炉において、前記各火格子の周囲に囲いが形成されているものである。
この構成によると、火格子上で溶融した熱可塑性樹脂等が火格子下部へ流出することがなく、火格子上で蒸発、燃焼が可能になる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明にかかる焼却炉の全体構造図である。本発明にかかる焼却炉１は、大きく分けると、廃棄物を燃焼させる円筒形の耐火物からなる炉体３と、その下部に設けられた灰出し室４とで構成されている。炉体３には、処理廃棄物が供給される廃棄物供給口５と、２次空気導入口７と、助燃用の助燃バーナ６と、煙道に通ずるガス排出口８が設けられている。そして、炉体３と、その下部の灰出し室４との境に炉底蓋を兼ね、下部灰出し室に向かって観音開きする１対の階段状の火格子２が設けられており、火格子２より１次燃焼空気が導入されるようになっている。廃棄物供給口５より投入される廃棄物は、炉体３の内壁に沿って、火格子２上に落ち、燃焼を開始し、熱分解されて、ガス化し、炉体３の上部に設けられてガス排出口８より炉外に排出される。
【００１４】
図２は、火格子２によって、炉体３の底部が閉じられた状態を示す図である。図２（ａ）は、炉上方より見た断面概略図であり、図２（ｂ）は、側面から見た断面概略図を示す。図に示すように、炉体３は、円筒形をしており、火格子２の下部の灰出し室は断面が四角形状をしている。
【００１５】
火格子２は、炉体２の側壁から炉中心部に向かって下向きに階段状に形成されており、中央に空気通路１１を有する回転軸１５によって灰出し室４の上部両側に軸支され、炉体３の略中央で突き合わされている。このため、火格子でありながら、溶融物を火格子下に落下させず、火格子上に留められるような構造となっている。そして、突き合わせ部が、回転軸１５の回転中心よりも下部に位置するように各階段が下向きに傾斜している。このため、火格子２は、図３に示すように、灰出し室４方向に向かって、観音開きし、火格子２上に溜まった灰を灰出し室４に落下させるようになっている。
【００１６】
図２に戻り、火格子２は、火格子２を軸支する回転軸１５の中央に設けられた空気通路１１を経て導入される燃焼空気の空気室１０が形成されている。また、各階段状のステップ部には、この空気室１０に通ずるノズル状の複数の燃焼空気の噴出口１２、１３、１４が形成されている。空気室１０は、火格子２の内部の略全幅にわたって、形成されており、ノズル状の噴出口１２、１３、１４に通ずる開口部がそれぞれの噴出口に対応して設けられている。このように、各火格子２がそれぞれ内部に空気室１０を備えていることから、火格子２の焼損を防止できる。
【００１７】
噴出口１３、１４は、各階段面を十分に冷却できるように、各階段面の傾斜角に平行に形成されていることが好ましい。また、噴出口１３、１４から噴出される空気流の方向は特に限定されず、例えば、該噴出口１３、１４が設けられているステップ部に直交して噴出されても、また、炉中心に向かって噴出されるように設けられていてもよい。一方、突き合わせ部に形成されている噴出口１２は、該噴出口１２から噴出される空気流が上向きになるように形成されていることが好ましい。
【００１８】
これら噴出口１２、１３、１４のそれぞれの穴の形状は特に限定されず、円形、楕円形、スリット状等のいずれであってもよい。これら噴出口は、各階段状のステップ部の幅方向の半分以上の範囲にわたり、１．０〜５０ｍｍの間隔のピッチで形成されていることが好ましい。
【００１９】
さらに、噴出される燃焼空気は５〜５０ｍ／ｓ、好ましくは１０〜１５ｍ／ｓの流速で噴出されることが好ましい。５ｍ／ｓ以下の場合は、十分に火格子上を冷却できず、また、５０ｍ／ｓ以上では、被焼却物によっては、灰が巻き上がることがあるため好ましくない。これによって、被処理物と空気の接触が減ることがなく、熱灼減量を小さくすることができる。
【００２０】
本実施形態例における焼却炉１の火格子２は以上のように構成されている。以下、その作用について説明する。
【００２１】
本実施形態における焼却炉は、炉体３に設けられた廃棄物供給口５から熱可塑性樹脂製品の混入した低レベル放射性廃棄物がカートンボックス等に詰められて投入され、焼却されることは従来のこの種の焼却炉と変わらない。そして、カートンボックス等に詰められた廃棄物は、火格子２上で燃焼を開始し、溶融した熱可塑性樹脂製品は、下向きに傾斜した階段によって、留まることなく流れ落ちるようにしながら火格子２上の最下段に到達し、完全に燃焼する。
【００２２】
このとき、燃焼空気は、図示していない炉外に設けられたブロワー等により、空気通路１１に導入され、空気室１０に導入される。そして、各ステップ部に設けられたノズル状の多数の噴出口１２、１３、１４より噴出されている。このため、燃焼空気は常に被処理物である廃棄物の下から供給され、被処理物との接触が促進される。これによって、熱灼減量を小さくすることができる。また、これら噴出口１２、１３、１４は、ノズル状に形成されているため、開口部の絞り等を調整することで、流速を大きくすることが可能であり、また、燃焼空気流の方向も容易に設定することができる。さらに、噴出口１２、１３、１４が開口径の小さいノズル状であるため、溶融物がこれら噴出口１２、１３、１４を通って、灰出し室４に落下することも予防できる。
【００２３】
そして、燃焼空気は、空気通路１１より各階段状の下部空間に形成されている空気室１０に一端導入されたのち、噴出口１２、１３、１４から噴出される構造となっているため、空気室１０で又、噴出口１２、１３、１４通過時にこれら燃焼空気は火格子の熱が伝わり、昇温する。これによって供給される燃焼空気の昇温が可能となり、燃焼効率を高めることもできる。
【００２４】
また、噴出口１２が上向きに形成されているため、突き合わせ部において、それぞれの火格子２から噴出される燃焼空気がそれぞれぶつかり、炉上方に向かって燃焼空気が噴き上げられるようになる。このため、溶融物が突き合わせ部に形成される僅かな隙間から灰出し室４に落下するのを防ぐことが可能となる。
【００２５】
そして、火格子２上にある程度灰が溜まった場合や、或いは定期的に、火格子２を図３に示すように開き、溜まった灰を灰出し室４に落下させる。この場合、廃棄物の供給を一時中止し、空気のみ供給し、いわゆる後燃焼とよばれる処理を行った後に火格子２を開放することが好ましい。これによって、低レベル放射性廃棄物中に混入していた難燃物等を完全に燃焼させることができる。
【００２６】
なお、本発明は、以上説明してきた実施形態に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、各階段の傾斜角度を下段に行くにしたがって緩くすることで、各階段面に平行な空気流が１段下の階段面に衝突するようになり、冷却効果が一層強まり、火格子の耐久性をより一層向上させることができる。
【００２７】
また、図５に示すように、火格子２の周囲に囲い２０を設けることもできる。図６にその全体斜視概略図を示す。このように、火格子２の周囲に囲いを設けることによって、溶融物の落下を完全に防止することができ、火格子上で溶融した高分子系廃棄物を蒸発・燃焼させることが可能となる。
【００２８】
以上のように、本発明の火格子２は、炉底部に設けられ、炉底蓋を兼ねるものである。本実施形態例では、断面が四角形状の灰出し室４の上方に取り付けられた場合について説明したため、その全体形状が四角形状の場合を示しているが、本発明の火格子２は炉底部を形成し、炉底蓋を兼ねるような構造であればよく、全体を円形とし、円筒形の炉体３の最下部に設ける場合であっても、炉体１そのものが四角形状でも、同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、請求項１の発明によると、溶融物が火格子の間を通って、下部に落下することがない。また、ノズル状の噴出口を１以上備え、下部からの燃焼空気供給を行うことができるため、燃焼空気と固形被焼却物との接触が少なくなることがなく、熱灼減量も小さくなる効果を奏する。
【００３０】
また、請求項２の発明によると、各火格子に空気室を形成することが可能となり、空気導入部の機構を簡単にすることが可能になるとともに、高速で燃焼空気を流出することにより、火格子そのものの焼損防止と燃焼空気の昇温が可能になる効果を奏する。
【００３１】
また、請求項３の発明によると、被焼却物が、階段を流れ落ちるようにしながら焼却を続けることができ、炉底部の両側に堆積することがなくなる効果を奏する。
【００３２】
また、請求項４の発明によると、各ノズル状の噴出口から噴出する空気流により、各階段を上面から冷却する事となり、冷却能力を増大させ、火格子の焼損防止に効果を奏する。
【００３３】
また、請求項５の発明によると、熱可塑性樹脂等が火格子下部へ流出することがなく、火格子上で蒸発、燃焼が可能になる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる焼却炉の全体構造図である。
【図２】（ａ）は、本発明にかかる焼却炉の火格子が閉じた状態を、炉上方より見た断面概略図である。
（ｂ）は、図２（ａ）を、炉側面より見た断面概略図である。
【図３】図２における火格子が開いた状態を示す断面概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例の焼却炉の火格子が閉じた状態を炉側面より見た断面概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態例の焼却炉の火格子が閉じた状態を炉側面より見た断面概略図である。
【図６】図５における焼却炉の火格子の全体斜視図である。
【図７】従来の、炉底が耐火物の蓋構造の焼却炉の断面概略図である。
【符号の説明】
１  焼却炉
２  火格子
３  炉体
４  灰出し室
５  廃棄物供給口
６  助燃バーナ
７  ２次燃焼空気供給口
８  ガス排出口
１０  空気室
１１  空気通路
１２  噴出口
１３  噴出口
１４  噴出口
１５  回転軸
２０  囲い
【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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【図７】
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