JPH0336412A - 多段式旋回溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、下水汚泥の乾燥物、焼却残渣、都市ごみ焼
却残渣等に含まれる可燃分即ち被溶融物を燃焼させて天
分を溶融固化してスラグとして得ることかできる多段式
旋回溶融炉に関する。

〔従来の技術〕

近年、下水汚泥、都市ごみ焼却残渣等の廃棄物の発生量
は年々増加する傾向にあり、また、埋立処分地の確保も
次第に困難な状況になってきている。また、廃棄物中に
含まれる水銀、銅、Ｃｒ。

Ｃｄ等の有害な重金属の溶出による汚染の危険性が、長
期的問題としてとりあげられている。そして、廃棄物処
理では、−層の減容化と無害化が重要な課題となってき
ている。そこで、このような廃棄物処分の問題に対応で
きる新しい技術として、旋回溶融炉が注目されるように
なった。

この旋回溶融炉は、例えば、第３図に示すように、単段
式旋回溶融炉であり、円筒状の炉本体２４の上部に設け
た被溶融物の供給口２１及び燃焼空気吹込口２２を炉本
体２４の接線方向に配置し、頂部に補助燃料供給口２３
を配備し、炉本体２４の下部にスラグ排出口２７を設け
、該スラグ排出口２７にスラグ受け（図示せず）を取り
換え可能に設置する。また、炉本体２４の下部側方に伸
びる排ガス出口２６を形成し、該排ガス出口２６は、例
えば、熱交換器、サイクロン、バグフィルタ等に接続し
て、炉本体２４で発生した排ガスは処理されるように構
成されている。

このような旋回溶融炉において、例えば、下水汚泥の乾
燥物を処理する場合は、まず炉本体２４の上部から強力
に旋回する燃焼用空気の流れに沿って下水汚泥乾燥物を
炉内に噴射する。この旋回流によって乾燥物粒子には遠
心力が作用し、微細粒子と粗い粒子の分離が起こり、微
細粒子は浮遊状態で揮発分と共に、短時間で燃焼でき、
粗い粒子は炉内壁面に形成する溶融スラグ面にｔｔｔｔ
促され、効率良く燃焼することで高い火炉負荷が実現で
きる。従って、汚泥の燃焼熱により、炉内を高温に保持
することが可能となり、燃焼と同時に灰分の溶融が達成
される。溶融物は炉壁面で捕集され、炉内にスラグ面を
形威しながら流下し、炉下部のスラグ排出口２７から取
り出し、冷却固化される。

溶融スラグは一般の焼却灰に比べ、比重が３〜５倍大き
く、大幅な減容化が可能である。また、有害な重金属を
スラグ中に固定できるため溶出による問題がないばかり
か、その物理的特性から建築用骨材、道路用砥石等の資
源としての再生利用が期待できる。このように旋回溶融
炉は、廃棄物中の可燃分による発生熱を灰分の溶融に効
果的に利用できることから、補助燃料や溶融助剤の大幅
な低減を可能にし、経済的にも優れた装置として、廃棄
物処分の猪問題に対応できるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の単段式旋回溶融炉は、スラグの捕集効
率を高めるために、第３図に示すように、炉本体２４の
スラグ流出口である出口の口径を絞って出口絞り部２５
を形威し、ガスと同伴して流出していた未燃粒子や溶融
物のスラグ面での捕獲を促進するように、構造上の工夫
がされている。

しかしながら、炉本体２４の出口絞り部２５と下部のス
ラグ排出口２７は、炉本体２４の主燃焼ゾーンＡから離
れている構造であるため、炉本体２４の上部から炉内に
導入された下水汚泥乾燥物等の被溶融物は、被溶融物や
運転条件によっては、不十分な燃焼状態即ち溶融状態で
スラグ排出口２７へ送り込まれ、主燃焼ゾーンＡと離れ
た構造により被溶融物自体の温度低下が発生し、咳被溶
融物中の溶融成分が残った状態で排出されたり、被溶融
物の性状や運転条件によっては、核溶融成分が下部の出
口絞り部２５でスラグが該スラグ溶融温度以下になって
固り、該固化した被熔融物が炉壁面に堆積して、出口絞
り部２５におけるガス流路を狭め、遂には閉塞してしま
うという危険があった。スラグの閉塞は、炉内圧の大幅
な変動とスラグ流出を困難とするため、旋回溶融炉の運
転が不可能となる。また、堆積したスラグは溶融炉を構
成している炉材と一体的に固化しているため、除去作業
も容易ではなかった。

更に、スラグと排ガスの分離効率が悪くなると、未燃粒
子や溶融物を同伴した高速ガスが排気ガス出口２６を通
って排出されるため、下流における炉壁、通路壁に対し
て摩擦接触して該壁面の摩耗が激しく発生し、炉材の侵
食や溶損が起こってしまうことがあった。そのため、炉
材の修復には大掛かすな工事を要し、損傷の頻度が高い
場合には、旋回流式溶融炉にとって致命的なものとなっ
てしまうことがあった。

この発明の目的は、旋回溶融炉における上記の問題点を
解決することであり、下水汚泥の乾燥物、焼却残渣、都
市ごみ焼却残渣等に含まれる可燃分を一層効率良く燃焼
させるため、旋回溶融室を多段に設け、しかも被溶融物
が第１段旋回溶触室と第２段旋回溶融室において固化す
ることなく、スムースに溶融した被溶融物を流動させ、
各出口絞り部で被溶融物中の溶融成分が固まって堆積す
ることを防止し、各旋回溶融室から１１実に且つスムー
スに排出でき、安定して被溶融物の溶融分離処理を行う
ことができる多段式旋回溶融炉を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を解決するため、次のように構
成されている。即ち、この発明は、円筒部の接線方向に
開口する被溶融物供給口と燃焼用空気吹込口を上部に及
び前記円筒部を傾斜面によって小さく構成した出口絞り
部を下部に備えた第１段旋回溶融室、該第１段旋回溶融
室に対して傾斜して配置し且つ前記出口絞り部と連通す
る入口部と円筒部の接線方向に開口する燃焼用空気吹込
口を上部に及び前記円筒部を傾斜面によって小さく構成
した出口絞り部を下部に備えた第２段旋回溶融室、並び
に前記各旋回溶融室の各上部にそれぞれ配備した各燃焼
用バーナから成る多段式旋回溶融炉に関する。

〔作用〕

この発明による多段式旋回溶融炉は、上記のように構成
されているので、次のように作用する。

即ち、この多段式旋回溶融炉は、上部に設は且つ接線方
向に開口する被溶融物供給口と燃焼用空気吹込口及び傾
斜面によって小さく構成した出口絞り部を備えた第１段
旋回溶融室、核溶融室の前記出口絞り部に対して傾斜し
て配置し且つ接線方向に設けた燃焼用空気吹込口及び傾
斜面によって小さく構成した下部に出口絞り部を備えた
第２段旋回溶融室、及び前記各旋回溶融室の各上部にそ
れぞれ配備した各燃焼用バーナから構成したので、該下
部に対して傾斜した円筒状の第２段旋回溶融室を連結し
て２段旋回方式を採用することで排ガスとスラグの分離
効率を高め、捕集効率を向上させることができ、該構造
により、前記第１段旋回溶融室の下部及び前記第２段旋
回溶融室の下部に、前記各出口絞り部を設けたので、前
記出口絞り部の傾斜面の程度を適宜に調節することによ
って、前記第１段旋回溶融室及び前記第２段旋回溶融室
における被溶融物の滞留時間を調節でき、被溶融物自体
を十分に溶融させると共に、遠心力が作用し、微細粒子
と粗い粒子の分離が十分に達成され、微細粒子は浮遊状
態で揮発分と共に短時間で燃焼でき、粗い粒子は炉内壁
面に形成する溶融スラグ面に捕捉され、燃焼のために適
した燃焼時間が与えられ、効率良く燃焼させることがで
き、高い火炉負荷が実現できる。

また、前記第１段旋回溶融室の前記出口絞り部の下方に
は前記第２段旋回溶融室が位置するので、前記第２段旋
回溶融室からの輻射熱を受けて前記第１段旋回溶融室の
前記出口絞り部での被溶融物の固化は殆どなく、被溶融
物はスムースに前記第２段旋回溶融室へと送り込まれて
、更に完全燃焼されて、しかも、前記第２段旋回溶融室
は傾斜しているので、スラグはスムースに流下して前記
出口絞り部へ到達し、該出口絞り部から前記スラグ排出
口へ流下するε共に、排ガスは前記第２段旋回溶融室の
前記出口絞り部から排ガス出口へと排気される。従って
、被溶融物は完全にスラグと排ガスとに分離されている
ので、排ガス中には、未燃粒子や溶融成分を同伴した状
態にはなっておらず、排ガス通路の壁面に対して従来の
ような未燃粒子や溶融成分が摩擦接触するようなことが
なく、炉材の侵食や溶損は発生しない。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による多段式旋回溶融
炉の実施例を説明する。

第１図はこの発明による多段式旋回溶融炉の一実施例を
示す断面図、及び第２図は第１図の多段式旋回溶融炉の
平面図である。

第１図に示すように、この発明よる多段式旋回溶融炉Ｉ
は、主として、被溶融物の燃焼溶融を行う第１段旋回溶
融室４、第２段旋回溶融室５、排ガスと溶融スラグと分
離して排出する排ガス出口９、及びスラグ排出口１０か
ら構成されている。

更に、図示していないが、スラグ排出口１０の下方には
スラグ受けを取り換え可能に設置する。また、旋回溶融
炉１の側上方に伸びる排ガス出口９は、例えば、熱交換
器、サイクロン、バグフィルタ等に接続して、旋回溶融
炉１で発生した排ガスは処理されるように構成されてい
る。被溶融物こしては、下水汚泥乾燥物、焼却残渣、都
市ごみ焼却残渣等の廃棄物の他、徽扮炭、未燃カーボン
を含む固体燃料等であり、これらの被溶融物は、この発
明による多段式旋回溶融炉ｌにおいて効果的に溶融処理
される。

第１段旋回溶融室４は、円筒部を有し、上部に被溶融物
の供給口１３と燃焼用空気吹込口２を該円筒部の接線方
向に配設して室内で被溶融物の旋回気流を形成せしめて
、燃焼溶融を行わせるものである、この第１段旋回溶融
室４の下部については、溶融スラグの捕集効率を高める
ために、出口方向に炉内径が順次縮小する傾斜面１２で
構成された出口絞り部１１を設けている。また、第１段
旋回溶融室４の上部には、補助燃焼用バーナ６が円筒部
の接線方向に設けられている。この補助燃焼用バーナ６
は、符号８で示される部位から挿入して設けられてもよ
いものであるが、ここでは、符号８で示される部位には
、のぞき窓が設けられている。更に、第１段旋回溶融室
４の下部については、該下部に対して傾斜した円筒部を
有する第２段旋回溶融室５を接続し、第１段旋回溶融室
４の出口絞り部１１と第２段旋回溶融室５の入口部１８
とを連通している。

更に、第２段旋回溶融室５には、燃焼用空気吹込口３が
接線方向に配置されている。第２段旋回溶融室５は、傾
斜して下方に伸びる傾斜面１７を有し、該１頃斜面１７
の下部には傾斜面１６によって出口方向に炉内径が順次
縮小する出口絞り部１５が形成されている。この出口絞
り部１５は、上方に位置する排ガス出口９及び下方に位
置するスラグ排出口１０に接続されている。また、第２
段旋回溶融室５の上部には、補助燃焼用バーナ７が円筒
部の接線方向に設けられている。この補助燃焼用バーナ
７は、符号１４で示される部位から挿入して設けられて
もよいものであるが、ここでは、符号１４で示される部
位には、のぞき窓が設けられている。

この発明による多段式旋回溶融炉１は、上記のように２
段旋回燃焼方式を採用することによって、徘ガスとスラ
グの分離効率を高めると共に、この多段配置によって第
１段旋回溶融室４の下部即ち出口絞り部１１が第２段旋
回溶融室５からの輻射熱を受けることができる構造とな
っている。

上記のように構成したこの多段式旋回溶融炉１において
、例えば、被溶融物である下水汚泥乾燥物の処理をする
場合には、まず、補助燃焼用バーナ６．７により重油等
の燃焼ガスを第１段旋回溶融室４及び第２段旋回溶融室
５に吹込み、各旋回溶融室４，５の昇温を行う、この場
合、各補助燃焼用バーナ６．７は、円筒状の溶融室の接
線方向にそれぞれ配置されているので、第１段旋回溶融
室４及び第２段旋回溶融室５内には燃焼ガスによる旋回
気流が形成される。昇温により各旋回溶融室４．゛５の
温度を、汚泥の灰分が溶融し、融液が炉内を流動するの
に適当な温度にまで上昇させた後、汚泥乾燥物を汚泥乾
燥物供給口１３から第１段旋回溶融室４に接線方向から
吹込む、同時に、汚泥の理論空気量の約１．０５〜１．
４０倍の燃焼用空気を、例えば、第１段旋回溶融室４の
燃焼用空気吹込口２から全体空気量の５０〜８０％、及
び第２段旋回溶融室５の燃焼用空気吹込口３から残りの
空気をそれぞれ溶融室４．５に対して接線方向に吹き込
むように制御する。

この時、重油燃焼ガス量は各旋回溶融室４．５の温度が
過度に上昇しないように調節する必要があるが、汚泥の
発熱量が十分大きく、且つ灰の融点が極端に高くない場
合には、汚泥の燃焼熱だけで溶融温度が適当に保持され
るので、各補助燃焼用バーナ６．７を完全に停止するこ
とが可能である。また、補助燃焼用バーナ６．７はそれ
ぞれ別個に操作できるので、運転状況に合わせた補助燃
焼の方法を選択できる。

汚泥乾燥物は、熱風乾燥機や間接加熱乾燥機の乾燥物を
粉砕したものでも、気流乾燥機の乾燥物を未粉砕のまま
で使用してもよく、空気輸送によって汚泥乾燥物供給口
１３から１０〜５０ｓ／ｓｅｅの流速供給し得る性状で
あればよい０通常、この乾燥物は、水分２０％以下、粒
径１０００μ以下であることが多いが、これを汚泥乾燥
物供給口１３から旋回気流を形成させて供給すると、乾
燥物の中の微細粒子の一部が、大部分の粒子で形成する
旋回気流と分級され、その上部に滞留層を形成すること
があった。第１段旋回溶融室４の上部にこの滞留層が形
成されると、補助燃焼用バーナ６の吹出口上に堆積した
り、炉壁に未溶融灰の付着物を形成する原因となるので
、第１段旋回溶融室４の燃焼用空気吹込口２を汚泥乾燥
物供給口１３の上方に少なくとも１箇所以上設けること
により、微細粒子の滞留層の形成を防ぐようにすること
が好ましい。

第１段旋回溶融室４に吹き込まれた汚泥乾燥物は、搬送
空気、汚泥燃焼空気、バーナ燃焼ガスが形成する高速の
旋回気流に乗りながら、高温下で瞬時に空間燃焼する。

しかし、粒径の大きいものの一部が未燃粒子のままで強
い遠心力を受けて炉壁面に衝突し、溶融スラグ層に捕捉
されて燃焼する。汚泥中の灰分は溶融し、その大部分は
炉壁面を伝わりながら流下するが、一部は溶融ミストと
なって燃焼ガスと同伴しながら第２段旋回溶融室５に導
かれる。

第２段旋回溶融室５では、残りの燃焼空気と発熱量の低
い汚泥の場合には、補助燃焼用バーナ７からの燃焼ガス
が接線方向から吹き込まれ再び強い旋回気流が形成され
る。ここで、一部残存していた未燃ガスが完全燃焼しｔ
第２段旋回溶融室５の温度を高める一方、旋回気流によ
るサイクロン効果で溶融物が炉壁面に衝突し捕集される
ので、ガスと溶融物の分離が促進され、溶融スラグの捕
集率を高めることができる。

第２段旋回溶融室５は、ガスと溶融物とを徹底的に分離
することを主目的としているため、温度の降下がなけれ
ば、適当な容積、好ましくはその有効容積が第１段旋回
燃焼室４の容積の少なくとも５０％以上に形成するのが
好ましい。

また、運転状況により溶融物の粘性が低下する場合があ
るので、第２段旋回溶融室５は水平ではなり、傾斜角が
約５°以上に傾斜するように、出口絞り部１５を下方に
位置するように形成することが好ましい、第２段旋回溶
融室５では、炉壁面で捕集された溶融物が円筒下方面に
溜まりを形成しながら流下し、スラグ排出口１０に落下
し、該スラグ排出口１０に配置されるスラグ受けに投入
される。一方、溶融物と分離された排ガスは、排ガス出
口９より排気される。この排ガス出口９より排気された
排ガスは、例えば、後流に配置された第３段燃焼室を通
って熱交換器に送り込まれ、排ガスは熱交換されて熱エ
ネルギーが回収された後、サイクロンに送り込まれる。

排ガスは、該サイクロンでガスと固体が分離された後、
ガス分は、更にバグフィルタに送り込まれて、完全に分
離処理される。

〔発明の効果〕

この発明による多段式旋回溶融炉は、上記のように構造
されており、次のような効果を有する。

即ち、この多段式旋回溶融炉は、円筒部の接線方向に開
口する被溶融物供給口と燃焼用空気吹込口を上部に及び
前記円筒部を傾斜面によって小さく構成した出口絞り部
を下部に備えた第１段旋回溶融室、該第１段旋回溶融室
に対して傾斜して配置し且つ前記出口絞り部と連通ずる
入口部と円筒部の接線方向に開口する燃焼用空気吹込口
を上部に及び前記円筒部を傾斜面によって小さく構成し
た出口絞り部を下部に備えた第２段旋回溶融室、並びに
前記各旋回溶融室の各上部にそれぞれ配備した各燃焼用
バーナから構成したので、咳下部に対して傾斜した円筒
状の第２段旋回溶融室を連結して２段旋回方式を採用す
ることで排ガスとスラグの分離効率を高めることができ
、膜構造により、前記第１段旋回溶融室の下部及び前記
第２段旋回溶融室の下部に、前記各出口絞り部を設けた
ので、前記出口絞り部の傾斜面の程度を適宜に調節する
ことによって、前記第１段旋回溶融室及び前記第２段旋
回溶融室における被溶融物の滞留時間を調節でき、被溶
融物自体を十分に溶融させると共に、遠心力が作用し、
微細粒子と粗い粒子の分離が十分に達成され、微細粒子
は浮遊状態で揮発分と共に短時間で燃焼でき、粗い粒子
は炉内壁面に形成する溶融スラグ面に捕捉され、燃焼の
ために適した燃焼時間が与えられ、効率良く燃焼させる
ことができ、高い火炉負荷が実現できる。

また、前記第１段旋回溶融室の前記出口絞り部の下方に
は前記第２段旋回溶融室が位置するので、前記第２段旋
回溶融室からの輻射熱を受けて前記第１段旋回溶融室の
前記出口絞り部での被溶融物の固化は殆どなく、被溶融
物はスムースに前記第２段旋回溶融室へと送り込まれて
、更に完全燃焼されて、しかも、前記第２段旋回溶融室
は傾斜しているので、スラグはスムースに流下して前記
出口絞り部へ到達し、該出口絞り部から前記スラグ排出
口へ流下すると共に、排ガスは前記第２段旋回溶融室の
前記出口絞り部から排ガス出口へと排気される。

従って、下水汚泥の乾燥物、焼却残渣、都市ゴミ焼却残
渣等に含まれる可燃分を一層効率良く燃焼させ、被溶融
物が常にスムースに流動して溶融炉から排出でき、安定
した溶融分離処理ができ、廃棄物等の溶融処理を極めて
効率良く、且つ安定して行うことができる。また、被溶
融物は完全にスラグと排ガスとに分離されているので、
排ガス中には、未燃粒子や溶融成分を同伴した状態には
なっておらず、排ガス通路の壁面に対して従来のような
未燃粒子や溶融成分が摩擦接触するようなことがなく、
該壁面の高速ガスによる摩耗で炉材の侵食や溶損は発生
しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による多段式旋回溶融炉の一実施例を
示す概略断面図、第２図は第１図の多段式旋回溶融炉の
平面図、及び第３図は従来の旋回溶融炉を示す概略説明
図である。 １−・−・・−・多段式旋回溶融炉、２．３−・・・・
・・燃焼用空気吹込口、４−・−・第１段旋回溶融室、
５−・−・第２段旋回溶融室、６．７・−・・・・・補
助燃焼用バーナ、９−・・・・・・排ガス出口、１０・
・・・・−スラグ排出口、１１゜１５・−・・−出口絞
り部、１３・・・・・・・汚泥乾燥物供給口、１７・・
・−・・・傾斜面、１８・−・−・人口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒部の接線方向に開口する被溶融物供給口と燃焼用空
   気吹込口を上部に及び前記円筒部を傾斜面によって小さ
   く構成した出口絞り部を下部に備えた第１段旋回溶融室
   、該第１段旋回溶融室に対して傾斜して配置し且つ前記
   出口絞り部と連通する入口部と円筒部の接線方向に開口
   する燃焼用空気吹込口を上部に及び前記円筒部を傾斜面
   によって小さく構成した出口絞り部を下部に備えた第２
   段旋回溶融室、並びに前記各旋回溶融室の各上部にそれ
   ぞれ配備した各燃焼用バーナから成る多段式旋回溶融炉
   。