JPH0251088B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は灰分（アツシユ）を多量に含む固体可
燃物を燃焼させ、灰分を結晶スラグとして得るス
ラグタツプ式サイクロン燃焼炉（以下本明細書に
おいてはスラグタツプ炉と略称する）の改良に関
する。

（従来の技術） 灰分を多量に含む固体可燃物、例えば下水汚泥
や微粉炭を燃焼させる場合、多量のフライアツシ
ユを伴う。このフライアツシユはボイラ伝熱面等
に付着して熱伝導を妨げたり、大気汚染を招く虞
れがあるので捕捉して取出さねばならない。しか
し、このアツシユは、乾燥状態で取出す場合、他
に有益な用途が無いため投棄せざるを得ないが、
その量が年々増大するため投棄場所にも困るとい
う新たな問題を含んでいる。そこで、アツシユを
スラグに再生して建材等として利用することが考
えられている。例えば、下水汚泥から得られるア
ツシユも溶融してスラグ化すれば六価クロムの溶
出もほとんど見られずセメントの骨材や断熱材等
として安全に再利用できる。

そこで、従来から、灰分の多い石英の場合、微
粉炭に粉砕してからスラグタツプ炉で燃焼させ、
灰分を溶融状態で取出すようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この従来のサイクロン燃焼炉１
０１はいずれも第１図に示すように溶融灰を冷却
水１０２によつて急冷することによりスラグを得
るものである。このため、スラグは細かくひびが
入り脆く崩れ易いものとなる。しかも、スラグタ
ツプ口から流下する溶融スラグをそのまま冷却す
るため、棒状ないし大塊状となり均一な粒径のス
ラグ粒としては得られない。したがつて、この水
冷スラグは１mm程度に細かく砕かれて砂などの代
用品として使用する以外使用法がなく商品価値の
低いものである。

また、従来のスラグタツプ炉は、スラグタツプ
口に冷却槽が接続されているため、ふく射熱損失
および冷却水の蒸発潜熱に因る炉内温度の低下を
防ぐのにスラグタツプ口を絞らざるを得ず、ター
ンダウン時に絶えずスラグタツプ口が閉塞される
不具合を伴なうものである。

本発明は、灰分を多量に含む固体可燃物を燃焼
させ且つ灰分を結晶スラグとして回収し得るスラ
グタツプ炉を提供することを目的とする。また、
本発明は均一粒径の結晶スラグを得ることができ
るスラグタツプ炉を提供することを目的とし、更
にターンダウン時にスラグタツプ口の閉塞の虞の
ないスラグタツプ炉を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明のスラグタ
ツプ炉は、スラグタツプ口にスラグ冷却槽を接続
し、該冷却槽内の前記スラグタツプ口直下に前記
スラグタツプ口と対向させて回転板を設置する一
方、前記冷却槽の周壁面に沿つて冷却空気の膜を
形成する冷却空気噴射口を設け、かつ前記スラグ
タツプ口と前記冷却空気噴射口との間に前記スラ
グタツプ口を通過した直後の排ガスを吸引して外
部へ排出させる排ガス流路を形成し、炉内の溶融
スラグを前記スラグタツプ口から前記回転円板上
に落下させ、周囲に飛散させて粒状物に形成する
と共に冷却空気流と接触させてその表面を急速に
固化させ、表面のみが固まつた粒状スラグとして
取出すようにしている。

（実施例） 以下本発明の構成を図面に示す一実施例に基づ
いて詳細に説明する。

第２図に本発明に係るスラグタツプ炉の一実施
例を中央縦断面図で示す。このスラグタツプ炉
は、旋回火炎を形成するサイクロンバーナ２と、
溶融スラグ膜をライニング壁に形成して灰分を捕
捉する炉本体１及びこの炉本体１の直下に接続さ
れているスラグ冷却槽とからなる立形炉である。

前記サイクロンバーナ２は、燃焼用空気の旋回
流に固体燃料を乗せて粗粒と微粒に遠心分離し、
微粒固体燃料を空間燃焼させる一方粗粒固体燃料
を炉本体１の内壁面に向けて吹き飛ばす旋回火炎
を形成するものであつて、強力に旋回する燃焼用
空気の流れに沿つて固体燃料を噴射させる。本実
施例におけるバーナ２は、輸送空気に乗せて供給
される粉体燃料の内側から燃料用空気を旋回させ
つつ噴射させ、旋回空気の外側即ち自由渦部分に
燃料を供給するように設けられている。旋回空気
の自由渦部分に供給された燃料は渦流のなかで剪
断力を受けて細かく分断され速やかに燃焼用空気
と混合される。したがつて、粒径の細かなものは
自由渦内において空間燃焼し、粒径の大きなもの
は旋回する燃焼用空気によつて激しい加速旋回作
用を受けて炉内壁面へ向けて飛び散り溶融スラグ
膜に捕獲されてから高い火炉負荷の下に燃焼す
る。尚、図中符号３は燃焼用空気を噴射するエア
ノズル、４は旋回器、５は固体燃料を噴射する燃
料ノズルである。

炉本体１は、火炎の旋回に好適なように円筒型
を成しており、その内壁６に耐火物のライニング
７を施している。この耐火物のライニング７は、
スポーリングを起こして崩れぬように内壁６と外
壁８との間の流路９に流される冷却流体によつて
冷却される。冷却流体は、上述した炉上流部を冷
却するものと同じく、水あるいは空気若くは油等
が使用可能である。

炉本体１の出口即ちスラグタツプ口１０は漸次
口径を絞られている。このスラグタツプ口の口径
ｄは、圧力損失とフライアツシユの捕集率との兼
ね合いから、炉内径Ｄに対しその口径比ｄ／Ｄが
0.2〜0.5の範囲に収まるように設定することが好
しい。また、炉本体１の長さは、抜熱量とフライ
アツシユの捕集率との兼ね合いから、内径Ｄに対
しそのｌ／Ｄ比が1.5〜3.5の範囲に収まるように
設定することが好ましい。

上述の炉本体１の直下にはスラグ冷却槽１１が
接続されている。このスラグ冷却槽１１は、スラ
グタツプ口１０の真下に位置する回転板１２と、
周壁１３に沿つて冷却空気の膜を形成する冷却空
気噴射口１４とを有する。また、このスラグ冷却
槽１１の上方には排ガス路１５が開口され、炉本
体１の排ガスを当該冷却槽１１を通過させてから
直ちに排出するように設けられている。本実施例
の場合、スラグ冷却槽１１と炉本体１とを接続す
る炉本体下部のフランジ１６にダクト・排ガス路
１５を接続し、炉本体１からスラグ冷却槽１１内
へ吹き出された直後の排ガスを炉外の排ガス冷却
塔１７へ導くように設けられているが、これに限
定されるものではない。例えば、第３図に示すシ
ステムの如く、スラグタツプ口１０の近傍を通過
させて排ガスを炉外へ引き出す排ガス路１５を炉
本体１と一体に形成し、その開口がスラグ冷却槽
１１に臨むように設けても良い。いずれにして
も、排ガスは、スラグタツプ口１０から溶融スラ
グと共にスラグ冷却槽１１内に流出した後回転板
１２を舐めるようにＵターンして、周壁近傍の冷
却空気と接触することなく槽外へ排出され、溶融
スラグと分離される。

回転板１２は、冷却槽１１の底部中央に設置さ
れ、その支持シヤフト１９が槽底部及び冷却槽支
持架台１８の軸受２０に支持されて回転自在に設
けられている。該回転板１２は冷却槽１１に設置
された駆動モータ２１と槽外において連結され、
溶融スラグの粒状化に最適な回転数、たとえば
500〜5000rpmで回される。また、この回転板１
２のシヤフト１９と冷却槽１１との間にはスワラ
ー２３を有する風箱２２が設けられ、外部から空
気を導入して回転板１２の裏面側に吹きつけて該
回転板１２の冷却が図られている。尚、回転板１
２には、概ね1000〜1300℃程度の溶融スラグと接
触するため、耐熱性、耐食性及び高温強度を有す
るものであれば如何なる材料でも良いが、好まし
くはステンレスステイール、更に好ましくはその
上にフアインセラミツクスのコーテイングを施し
たもので形成されている。この回転板１２の表面
にはスラグと衝突面の濡れ性を絶つて、溶融スラ
グの粒状化を促進するため、油等をコーテイング
することが好ましい。また、該回転板１２は平坦
な円板で形成しているが、その他の形状、場合に
よつては、カツプ型に形成して溶融スラグを貯留
し、遠心力によつて飛散させるように実施するこ
ともある。尚、回転板１２のシヤフト１９はグラ
ンドパツツキング２４の軸封が施され、この部分
からの排ガスの洩れを防ぐように設けられてい
る。

また、スラグ冷却槽１１の周壁１３に沿つて冷
却空気の膜即ちエアーカーテンを形成する冷却空
気噴射口１４は、スラグ冷却槽１１の上部接続筒
２５に設置された環状の風箱２６に周壁１３に沿
う連続的なあるいは断続的な環状のスリツトとし
て少なくとも１条形成されている。勿論、二重、
三重にスリツト状の環状噴射口１４を設けて冷却
空気の膜を複数層に形成すれば、より確実な空気
冷却層が達成できる。このスリツト状の冷却空気
噴射口１４は、送風機２７から供給される空気を
風箱２６において一旦整流した後、スラグ冷却槽
１１へ環状噴射させる。冷却空気は好ましくは旋
回流として噴射される。これによつて、スラグ粒
の冷却空気中における滞留時間を延し、スラグ粒
同士の融着あるいは周壁１３への付着を妨げるに
充分な表面冷却時間を得る。また、冷却空気は、
冷却効果を上げるため、僅かに微細な水滴を含む
場合がある。しかし、水分の添加は、過ぎると急
冷を起こし、結晶スラグを得る上で好ましくない
ので、少量に止めるべきである。

尚、本実施の場合、冷却空気は、燃焼系全体の
熱効率を向上させるため、第３図に示す如く循環
させ、その途中において熱回収が図られている。
即ち、スラグ冷却槽１１からスラグ粒と共に取り
出された空気はサイクロン２８においてスラグ粒
と分離され、次いで熱交換２９において水との間
で熱交換した後再び送風機２７によつて冷却空気
噴射口１４へ供給される。勿論、冷却空気の一部
は冷却槽上部の排ガス路１５から排ガスと共に排
出される。

更に、スラグ冷却槽１１は、周壁１３と槽底１
３ｂの大部分を構成する槽本体３０と、槽底の一
部を成す環状トラフ３１と、冷却空気用噴射口１
４並びに排ガス路１５を有する上部接続筒２５と
から成る。前記槽本体３０の円周壁１３及び傾斜
した槽底１３ｂには水冷ジヤケツト３２が設けら
れ、壁面が絶えず冷却され、槽内温度の上昇を抑
えてスラグ溶液の固化（冷却）が困難となるのを
防止している。また、スラグ冷却槽１１の底部周
縁にはスラグ粒３３を一箇所に集めて槽外へ取出
す環状トラフ３１が設けられている。該トラフ３
１は、両側壁部に冷却水が循環するウオータジヤ
ケツト３４を有しかつ底部に冷却空気が流れるエ
アージヤケツト３５を有する。そして、更にこの
トラフ３１の底部は、螺旋階段のようにスラグ取
出し口３６に向けて下りこう配で傾斜し、かつ各
段差部分において下流へ向けて僅かに開口する吹
出し口３７を有する。したがつて、エアージヤケ
ツト３５を流れる冷却空気の一部がトラフ底に沿
つて下流側へ向けて吹き出され、トラフ３１内に
落下したスラグ粒３３がスラグ取出し口３６に向
けて移動するのを助ける。

（作用） 以上のように構成された本発明のスラグタツプ
炉は、次のようにして、アツシユを捕捉しかつこ
れを粒状の結晶スラグとして回収する。

スラグタツプ炉１において、灰分を多く含む粉
状の固体可燃物は、燃焼用空気の自由うず部分に
おいて剪断力を伴う旋回力を受けて燃焼用空気と
速やかに混合し、微粒を瞬時に燃焼させると共に
空間燃焼し切れない粗粒を遠心力にて炉壁のスラ
グ膜に付着させてから燃焼させる。スラグ膜上に
付着した粗粒固体可燃物及び空間燃焼した微粒固
体可燃物は火炉内の高負荷燃焼によつて灰となつ
た後溶融し炉壁上を徐々に流れ落ちる。一方、燃
焼ガスは溶融灰と共にスラグタツプ口１０を通過
して炉本体１外へ排出された後回転板１２を舐め
るようにしてＵターンし、スラグ冷却槽１１に開
口する排ガス路１５から冷却塔１７へ抜き出され
る。したがつて、スラグタツプ口１０は燃焼ガス
によつて常時温められるため、燃焼量を1/4まで
絞つても灰の溶融温度以下に下がらない。このた
め、スラグタツプ口７の閉塞を招くことなく広い
範囲で炉を運転できる。

他方、スラグ冷却槽１１に直下する溶融スラグ
は、スラグタツプ口１０の直下の回転板１２上に
落下し、粒状となつて周囲に飛散する。このと
き、溶融スラグは、回転板１２に衝突し、回転板
１２に融着することなく跳ね返り粒状化される。
即ち、排ガスによつて加熱され融着の虞がない回
転板１２に垂直に落下した溶融スラグは、衝突面
で90゜向きを変え遠心力と相まつて衝突面・回転
板１２の表面に沿うようにリング状に半径方向に
広がつて行き、更に分断されて液滴となり周辺に
飛散する。このときのスラグ液滴の径は落差に依
存しているため、スラグタツプ口１０と回転板１
２との間にある程度の距離が必要となる。

回転円板１２から飛び散つた溶融スラグの液滴
は冷却槽１１の周壁１３に沿つて形成されている
冷却空気の層に突入して冷却される。空冷された
溶融スラグ３３は表面のみを固化させ、内部は溶
融状態のままあるいは半溶融の高温状態にある。
冷却空気によつて表面が冷却固化されたスラグ粒
３３は、粒どうしで融着したり周壁面１３に付着
したりすることなく、槽底部のトラフ３１に落下
し、そして螺旋状に下るトラフ３１の底を転がつ
てスラグ取出し口３６に集められ、サイクロン２
８に送られる。サイクロン２８において冷却空気
と分離され集められたスラグ粒３３は内部が未だ
溶融ないし半溶融状態にあり高温であるため、更
に徐冷例えば野積みによつて空冷されることによ
つて、結晶スラグを得る。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のスラ
グタツプ炉は、スラグタツプ口にスラグ冷却槽を
接続し、該冷却槽内の前記スラグタツプ口直下に
前記スラグタツプ口と対向させて回転円板を設置
する一方、前記冷却槽の周壁面に沿つて冷却空気
の膜を形成する冷却空気噴射口を設け、かつ前記
燃焼炉の排ガスを前記スラグタツプ口を通過させ
た後前記冷却空気流と接触させることなく外部へ
排出させる排ガス流路を形成し、炉内の溶融スラ
グを前記スラグタツプ口から前記回転板上に落下
させ、周囲に飛散させて粒状物に形成すると共に
冷却空気流と接触させてその表面を急速に固化さ
せ、表面のみが固まつた粒状スラグとして取出す
ようにしたので、その後徐冷することによつて結
晶スラグとして、しかも均一粒径の粒状物として
回収することができる。

また、本発明は、排ガスを溶融スラグと共にス
ラグタツプ口からスラグ冷却槽内に流入させ、ス
ラグタツプ直下の回転板を舐めるようにＵターン
させて排出させることにより、スラグタツプ口と
回転円板とを絶えず温める排ガス系路を形成した
ので、ターンダウン時においてもスラグタツプ口
を閉塞させずに溶融スラグを流下させかつこれを
回転板において溶融固化させることなく飛散させ
得る。依つて、ターンダウン時においても、スラ
グタツプ口の閉塞を招くことなく一定粒径の結晶
スラグ粒としてフライアツシユを回収できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスラグタツプ炉を示す中央縦断
面図、第２図は本発明に係るスラグタツプ炉の一
実施例を示す中央縦断面図、第３図は本発明に係
るスラグタツプ炉に熱回収システムを組込んだ一
実施例を示す概略説明図である。 １……炉本体、２……サイクロンバーナ、１０
……スラグタツプ口、１１……スラグ冷却槽、１
２……回転板、１４……冷却空気噴射口、１５…
…排ガス流路・排ガスダクト、３３……スラグ
粒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼用空気の旋回流に固体燃料を乗せて粗粒
   と微粒に分離し、微粒固体燃料を空間燃焼させる
   一方粗粒固体燃料を炉本体の内壁面に向けて吹き
   飛ばす旋回火炎を形成するサイクロンバーナを装
   備し、高火炉燃焼の下に炉壁に溶融スラグタツプ
   膜を形成してこの膜に前記粗粒固体燃料及び飛遊
   灰を捕捉させるスラグタツプ式サイクロン燃焼炉
   のスラグタツプ口にスラグ冷却槽を接続し、該冷
   却槽内の前記スラグタツプ口直下に前記スラグタ
   ツプ口と対向させて回転板を設置する一方、前記
   冷却槽の周壁面に沿つて冷却空気の膜を形成する
   冷却空気噴射口を設け、前記スラグタツプ口と前
   記冷却空気噴射口との間に前記スラグタツプ口を
   通過した直後の排ガスを吸引して外部へ排出させ
   る排ガス流路を形成し、炉内の溶融スラグを前記
   スラグタツプ口から前記回転円板上に落下させ、
   周囲に飛散させて粒状物に形成すると共に冷却空
   気流と接触させてその表面を急速に固化させ、表
   面のみが固まつた粒状スラグとして取出すことを
   特徴とするスラグタツプ式サイクロン燃焼炉。