JPH0752003B2 - 灰溶融炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、都市ごみ、産業廃棄物などの固形廃棄物の焼
却残渣（焼却灰）を、炉体の通路内に形成した火床上に
移送させつつ、その焼却灰中の未燃焼炭素を燃焼させて
溶融処理する灰溶融炉に関するものである。

［従来の技術］ 従来、焼却炉から排出される焼却灰を、炉体の通路内に
形成した火床上に移送させつつ、焼却灰に空気を供給し
て焼却灰中の未燃焼炭素を燃焼させ、この燃焼発生熱を
溶融熱源として焼却灰を溶融処理する灰溶融炉が知られ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の灰溶融炉においては、燃焼用空気を供給
しているものの、炉体の通路が単調な下り傾斜の形態と
して構成されているため、燃焼ガス（火炎）の高温な部
分を焼却灰層に集中させることができず、火炎のもつ顕
熱を十分に利用し尽すことができないでいた。

本発明の目的は、火炎のもつ顕熱を十分に利用し燃焼・
溶融を促進させた灰溶融炉を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、炉体の通路内に形成した火床に空気ノズルを
配設すると共に、該火床上に燃焼灰を移送させつつ、そ
の燃焼灰中の未燃焼炭素を空気ノズルから空気で燃焼さ
せて溶融処理する灰溶融炉において、炉体の通路内の途
中に上方から垂下させた堰を設け、この堰により形成さ
れる通路の狭搾部を燃焼ガス速度を高める燃焼ゾーンと
し、焼却灰の移送方向に臨んで該狭搾部の手前側に焼却
灰の充填ゾーンを、該狭搾部の後部に狭搾部より大きい
フリーボードを形成し、上記火床を、溶湯を中央に集め
て流下させるべく横断面Ｖ字状に形成し、上記充填ゾー
ンに燃焼灰を移送する大プッシャーと、火床に湯道を形
成する小プッシャーを設けたものである。

［作用］ 炉体の通路内に形成した火床に配設される空気ノズルか
ら空気を供給して焼却灰中の未燃焼炭素を燃焼させ、か
つ炉体の通路の途中に狭窄部を設けてその下方に燃焼ゾ
ーン、その手前側に焼却灰の充填ゾーン、後側にフリー
ボードを形成することで、燃焼ゾーンを通る燃焼ガスの
流れが速くなり、その熱密度が高くなる。即ち、燃焼ゾ
ーンにおいて、火炎および燃焼ガスの高温な部分が焼却
灰層に集中して熱効率が上り、フリーボード内で焼却灰
の燃焼・溶融が促進される。また火床を、横断面Ｖ字状
にし、充填ゾーンに燃焼灰を移送する大プッシャーと火
床に湯道を形成する小プッシャーを設けることで、火床
上で溶湯を集めて能率的に流すことが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図において、１は灰溶融炉であり、都市ごみなどの
固形廃棄物を焼却処理する機械式の焼却炉（ストーカ式
炉、回転キルン式など）の端部に連設されており、焼却
炉から排出される未燃焼炭素を含んだ焼却残渣（焼却
灰）焼却灰20を火床上に移送させつつ燃焼させ、その熱
で焼却灰20を溶融スラグ（溶湯）21とする。

灰溶融炉１は耐火断熱材で覆った炉体２を備えており、
該炉体内部には下方に傾斜する通路３が形成されてい
る。炉体２の上部には、焼却炉からの焼却灰20を受け入
れる導入口としてのホッパ2aが形成してあり、該ホッパ
は通路３の上流側上部3aと連通している。また、炉体２
の下端はスラグ排出通路16と接続され、スラグ冷却水槽
へと続いている。燃焼排ガスは溶湯21が流れるのと同方
向に、煙道17よりブロワー（図示せず）によって吸引さ
れ排出される。

炉体２の通路３は、その途中に上壁より垂下させて設け
た堰４により、３つの領域に分れている。即ち、焼却灰
20の移送方向にみて堰４の手前側に位置する焼却灰の充
填ゾーン５と、堰４によって狭窄されている通路部分で
ある燃焼ゾーン６と、堰４の直後より拡大させた通路部
分であるフリーボード７とである。このように通路３の
途中に堰４を設けた理由は、充填ゾーン５の焼却灰を燃
焼させるに際し、その燃焼ガス（火炎）の通り路を狭く
して燃焼ガス速度を高め、これにより火炎による熱密度
（熱発生負荷）を高めて、焼却灰20の自燃焼熱のみによ
る溶融を促進させるためである。充填ゾーン５及びフリ
ーボード７の領域の存在は、この火炎ないし燃焼ガスの
高温な部分を焼却灰層に集中させ、燃焼溶融を促進させ
る有効な手段となるものである。

本実施例では、火床板８が形成する火床の長さ1800mmに
対し、堰４は、それにより形成される通路３の狭窄部
（燃焼ゾーン６）の中心が、火床の上部から400〜800mm
の位置に来るように設けてあり、また、火床板５から堰
４の下端までの狭窄部の高さが100〜400mmになるように
形成してある。フリーボード７の大きさは、狭窄部の高
さの倍以上の高さにとって比較的大きく形成し、また上
壁は平らに形成することが好ましい。フリーボード７の
高さが十分でなかったりフリーボード７の上壁に障害突
起などがあると、火炎の流下速度が低下し未溶融灰が増
大するからである。

炉体２の通路３内には、炭化珪素等のセラミックス製の
複数個の火床板８が段階状に配設され、傾斜した火床を
形成している。各火床板８には、棒状の炭化珪素発熱体
から成る高温電気ヒータ９が一体に組込まれている。10
は通路３の両側より送り込んだ高温の燃焼空気を噴出さ
せる空気ノズル（散気管）であり、この空気ノズル10
は、相隣接する火床板８同士の重ね合せ部に生ずる間隔
内に配設してある。

第２図及び第３図において、各火床板８は、溶湯のまわ
り込みを阻止するための鍔部81を有すると共に、火床板
本体80の下部には、ヒータ挿入穴84を穿設した絶縁材料
から成るヒータ保護体83が一体に設けてある。85は電熱
対のための穴を示す。

各火床板８の上面82は、溶湯を集めて流下させるためＶ
字状に形成されている。具体的には、火床板のＶ字状の
上面82は、これに沿って移送されながら溶融処理される
焼却灰20から生じる溶湯を中央の１箇所に集める傾斜案
内面82aと、集めた溶湯を焼却灰20の移送方向に流下さ
せる谷部82aとから成る。

第１図に戻り、上記構成の各火床板８は、その鍔部81を
焼却灰20の移送方向下流側に位置させ、順次に上側の火
床板８の鍔部81を相隣る下側の火床板８に重ね合せ、以
って段階状の火床を形成するように配列する。また、こ
れら火床板８は、段階状の火床を形成した場合に、その
各鍔部81の上角を結ぶ包絡線、即ち炉床の上面が一定の
傾斜角となるように配置する。一方、電気ヒータ９は、
ヒータ保護体83の挿入穴84に収めて火床板８と一体化さ
せ、これにより電気ヒータ９を溶湯の流入から保護する
と共に、内部から効率よく火床板８を加熱するようにす
る。

電気ヒータ９の役目の第１は、火床板８を内部から加熱
し、その火床板８の表面からの放射熱によって、燃焼ゾ
ーン６に積層した焼却灰20に、その下面から着火熱を与
えることにある。これは、空気ノズル10によって焼却灰
の内部下面に供給される高温空気とあいまって、燃焼ゾ
ーン６において焼却灰層の内部下面からの燃焼、溶融を
行うことを意味し、従って、最も高温を必要とする部分
を焼却灰層で覆って保温することになるので、熱損失が
少なくなるものである。また電気ヒータ９の他の役目
は、充填ゾーンに在る焼却灰20、即ち次に燃える焼却灰
20を高温に予熱し、燃焼溶融を促進するとともに、フリ
ーボード７の溶融帯における溶融スラグ即ち溶湯21が炉
体２内で固着するのを防ぐことにある。

そこで、電気ヒータ９をグループ分けして火床板８の温
度を数区画を分けて制御する。この実施例では、充填ゾ
ーン５の予熱帯は900℃、通路の狭窄部である燃焼ゾー
ン６の燃焼帯は1100℃、フリーボード７の溶融帯は1300
℃、排出口（湯口部）8dは1350℃の如く温度制御する。
このように予熱帯、燃焼帯、溶融帯及び湯口部に分けて
制御することによって、燃焼、溶融の適切な温度管理
と、加熱電力の節減が図れる。また、電気ノズル10から
の燃焼用空気の吹き込み量も、空気供給管11からの供給
圧を変えることにより、予熱帯では20％、燃焼帯では60
％の如く制御し、燃焼灰20の燃焼・溶融を効率的に行
う。

一方、炉体２の上流側の端壁には、主として充填ゾーン
５及び燃焼ゾーン６における焼却灰20の撹拌・移送を行
う大プッシャー12と、主としてフリーボード７の溶融帯
にある焼却灰20の中に、湯道となる穴を空けるための細
長い小プッシャー13とが設けてある。小プッシャー13
は、その油圧シリンダーと共に大プッシャー12内に収容
され、その先細状の先端部13aが、火床板８の中央の直
上部を挿抜動作するように配設されている。小プッシャ
ー13を火床板８から浮かせて挿抜させ、火床板８上に摺
動させていない理由は、火床板８上に溶湯の永久層を残
し、火床板８の保護膜を作るためである。しかし、あま
り小プッシャー13を火床板８から離しすぎると、火床板
８と焼却灰との間に空けられる穴が湯道として機能しな
くなるので、適度な間隙としなければならない。この間
隙は、第１図の実施例の場合、30〜50mmの間隙とするの
が良好であった。このときの小プッシャー13の径は50〜
100mm程度としたが、湯道を確保するには細い方が好ま
しい。

大プッシャー12及び小プッシャー13には、その突出し速
度及び現在位置を検出する目的でエンコーダ14が付設し
てある。エンコーダ14からの出力パルスは、コンピュー
タ（CPU）を内蔵したプレッシャーコントローラ15に入
力され、このコントローラ15により、大小２つのプッシ
ャー12、13が連係して制御される。

次に、上記構成の灰溶融炉の動作について説明する。

都市ごみなどの固形廃棄物７は、図示してない焼却炉に
供給され、そこで助燃バーナで着火され、以後燃焼空気
によって自燃し、その焼却灰20が、ホッパー部2aから灰
溶融炉２に導入される。その際、焼却灰20中には未燃炭
素が残留するが、特にその量が７〜25重量％好ましくは
10〜20重量％の範囲に残留するように、焼却炉内での燃
焼が制御される。具体的には、ごみの投入量、燃焼用空
気量及びストーカ式炉ではストーカの送り速度、回転キ
ルン式炉では、回転速度などを調節することで残存させ
る。

未燃炭素を含んだ焼却灰20は、ホッパー部2aを通って溶
融炉２内の火床板８上に積層し、充填ゾーン５で約900
℃に予熱されてから燃焼ゾーン６に移る。燃焼ゾーン６
の火床板８の温度は、通常は1100℃に制御されているの
で、焼却灰20の内部下面に位置する空気ノズル10から吹
き出す高温の燃焼空気により、まず焼却灰20の内部下面
の未燃焼炭素が着火し、焼却灰20はその内部から自燃す
る。この燃焼時に発生する火炎ないし燃焼ガスは燃焼ゾ
ーン６からフリーボード７に抜けるが、堰４によって燃
焼ゾーン６が狭窄されていることから、燃焼ゾーン６に
おける燃焼ガス速度は高速となり、その熱密度が高くな
る。即ち、この高密度の自燃焼熱が焼却灰20に集中さ
れ、熱効率よく焼却灰20が加熱溶融され、溶融スラグ即
ち溶湯21となる。

この溶湯21が火床板８上を流れるのには最低1250℃を必
要とするため、火床板８の温度は、既に述べたように、
フリーボード７の溶融帯で1300℃、更に湯口部（火床部
８の最先端部）8dでは若干高めの1350℃に制御され、炉
内での溶湯の固着化が防止される。

各火床板８上の溶湯21は、Ｖ字状の傾斜案内面82a上を
谷部82aに向って進み谷部82aに集められた後、谷部82a
に沿う一条の流れとなって湯口部8dへ流れる。溶湯は火
床板８上の１箇所に集中して流れ火床板８上に広がらな
いので、溶湯の流れは良好であり、平らな火床板の場合
のような固着の微候を示さない。こうして火床板８上を
流れて湯口部8dから出た溶湯21は、スラグ排出通路16を
経てスラグ冷却水槽（図示せず）に落ち、そこで冷却固
化される。

大プッシャー12及び小プッシャー13は連係動作により焼
却灰20の撹拌・移送を行い、以って焼却灰20の燃焼・溶
融制御に寄与すると共に、焼却灰20の架橋防止、溶融不
適物の強制排出を行う。このとき、送り出した大プッシ
ャー12が規定ストローク長に達する前において停止した
場合には、通路３内にクリンカ（固着スラグ）が発生し
たと考えられる。また、大プッシャー12の送り出し速度
が規定速度より遅れた場合には、通路３内にスラグ固着
の微候即ちクリンカが発生しつつあると考えられる。

そこで、コントローラ15は、大プッシャー12の送り出し
に際し、エンコーダ13から発生される単位時間当りの出
力パルス数（送り出し速度）が所定値を下まわるかどう
かを監視し、所定値を下まわる場合には、スラグ固着の
微候があると判断する。また、エンコーダ13から発生さ
れる単位時間当りの出力パルス数がゼロ、即ち大プッシ
ャー12が停止した場合には、大プッシャー12が原位置か
ら停止するまでの間にエンコーダ13から発生された出力
パルス数の積算値を予め定めた設定値と比較し、積算値
がまだ設定値に達していなければ、クリンカの発生が原
因して停止したと判断する。そして、コントローラ15
は、このようなクリンカを検出したときは、クリンカ発
生部分の電気ヒータ９の通電を強めると共に、大プッシ
ャー12、小プッシャー13のコンビネーション動作によ
り、固着スラグの剥離、排出を行う。

一方、溶湯21は未溶融灰が妨げとなって流れ出し難くい
ことが多い。溶融が滞留すると、火床板８上での固着を
招いたり、未溶融灰の伴流れを起したり、未溶融灰との
混在によって焼却灰層への通気抵抗を増大させ、焼却灰
の燃焼を阻害する。そこでコントローラ15は、特にフリ
ーボード７の溶融帯においては、小プッシャー13を作動
させて、小プッシャー13を火床板８の中央の直上部を挿
抜させる。これにより火床板８と焼却灰20との間に湯道
となる穴を空け、この湯道により溶湯の流れを良くす
る。

上記実施例では、複数個の火床板８により炉床を形成し
た灰溶融炉について説明したが、一板の平らな火床板を
利用した灰溶融炉や、更にはオイルバーナ等の熱で溶融
する灰溶融炉にあっても、堰４を設けて燃焼ゾーン６の
燃焼ガス速度を高めることにより、そこの熱密度を高
め、熱効率を増大させることできるものである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、炉体の通路内に形成した火床
に配設される空気ノズルから空気を供給して焼却灰中の
未燃焼炭素を燃焼させ、かつ炉体の通路の途中に狭窄部
を設けてその下方に燃焼ゾーン、その手前側に焼却灰の
充填ゾーン、後側にフリーボードを形成することで、燃
焼ゾーンを通る燃焼ガスの流れが速くなり、その熱密度
が高くなる。即ち、燃焼ゾーンにおいて、火炎および燃
焼ガスの高温な部分が焼却灰層に集中され、火炎のもつ
顕熱が十分に利用されて熱効率が上り、フリーボード内
で焼却灰の燃焼・溶融が促進される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の灰溶融炉の実施例を示す断面図、第２
図はその火床板の正面図、第３図はその側面図である。 図中、１は灰溶融炉、２は炉体、３は通路、４は堰、５
は充填ゾーン、６は燃焼ゾーン、７はフリーボード、８
は火床板、９は電気ヒータ、10は空気ノズル、12は大プ
ッシャー、13は小プッシャー、14はエンコーダ、15はプ
ッシャーコントローラ、20は焼却灰、21は溶湯を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮越 實 東京都江東区豊洲２丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第１工場内 (72)発明者 本村 武彦 東京都江東区豊洲２丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第１工場内 (72)発明者 関 昌夫 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−33418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−154170（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−24010（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉体の通路内に形成した火床に空気ノズル
   を配設すると共に、該火床上に燃焼灰を移送させつつ、
   その燃焼灰中の未燃焼炭素を空気ノズルからの空気で燃
   焼させて溶融処理する灰溶融炉において、炉体の通路内
   の途中に上方から垂下させた堰を設け、この堰により形
   成される通路の狭搾部を燃焼ガス速度を高める燃焼ゾー
   ンとし、焼却灰の移送方向に臨んで該狭搾部の手前側に
   焼却灰の充填ゾーンを、該狭搾部の後部に狭搾部より大
   きいフリーボードを形成し、上記火床を、溶湯を中央に
   集めて流下させるべく横断面Ｖ字状に形成し、上記充填
   ゾーンに燃焼灰を移送する大プッシャーと、火床に湯道
   を形成する小プッシャーを設けたことを特徴とする灰溶
   融炉。