JPH0772608B2

JPH0772608B2 - 廃棄物の燃焼溶融装置

Info

Publication number: JPH0772608B2
Application number: JP3151635A
Authority: JP
Inventors: 富雄鈴木; 武男吉ケ江
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH051805A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃棄物の燃焼溶融装置に
関し、詳細には、石炭を燃料とするボイラ，キルン，工
業炉から排出される石炭灰、及び、都市ゴミ，下水汚
泥，一般廃棄物又はそれ等の焼却灰などの廃棄物を、高
温化で高効率に溶融し、固化する装置であって、廃棄物
の無害化，エネルギー回収及び固化物の建築用資材等へ
の再利用を可能とした燃焼溶融装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ボイラ，キルン及び加熱炉等の工
業炉においては、燃料コスト低減の観点から、石油やガ
ス燃料から石炭燃料への転換が積極的に推進されてい
る。かかる石炭燃料の使用量の増大に伴って、石炭燃料
燃焼後に残る石炭灰の排出量も年々増加しており、この
石炭灰を処理する必要が生じている。

【０００３】上記石炭灰の処理方法としては、従来、そ
の大部分は埋立てに利用して処理されるものであるが、
一部は建築用セメントの混和材として有効利用されてい
る。又、都市ゴミ、下水汚泥等や、それらの焼却炉から
排出される焼却灰は、全量埋立てにより処理されてい
る。

【０００４】しかしながら、近年、上記石炭灰，焼却灰
の埋立て地の確保が困難になってきており、又、有害物
質による海洋汚染防止の見地から廃棄基準が厳しく、そ
の結果、高コストの管理型埋立てになりつつあり、埋立
てによる処理は利用しにくくなっている。従って、今日
においては上記石炭灰や焼却灰等の廃棄物の後処理が非
常に重要な課題となっている。

【０００５】このような点から、本出願人は特願昭62-1
87453 号、特願昭62-187454 号などによって灰の溶融固
化処理を行う装置を提案した。これらの装置は、例えば
図２に示す如きものであって、この特徴は、石炭灰や焼
却灰を予め燃焼用空気に混合し、該混合された固気二相
流を旋回を与えつつ炉内に噴出させて溶融した後、固化
する点にある。その詳細を図２に基づき以下説明する。

【０００６】即ち、旋回流溶融炉１の上部に設けた主バ
ーナ２により、炉１の内部及び炉壁を加熱し、灰が溶融
し且つ流下し得る温度以上の温度に保持しておく。この
とき、該バーナ２から噴出される燃料を燃焼させるた
め、燃焼用空気を管９及び管10から吹き込む。尚、管10
は平面から見て燃焼用空気の吹き込み方向が炉壁の接線
方向になるように配されている。次いで、ホッパー３内
の灰をテーブルフィーダ４により定量的に切り出し、弁
５を介して管９内に落下させ、管９内を流れる燃焼用空
気内に混入せしめ、該空気と共に炉１内に吹き込む。こ
のようにすると、灰と空気とからなる固気二相流が炉１
内の炉壁面上で旋回しながら加熱され、灰は溶融し、ス
ラグ化する。

【０００７】上記溶融スラグＳは、炉壁に沿って流下
し、絞り部７を通り、出滓部８の傾斜部に落下し、該傾
斜部に沿って流下し、出滓部８の鉛直部から断熱フード
20の開口部を通過し、モールド13内に流れ落ち、該モー
ルド13と共にコンベア14により搬送される。該搬送の途
中で溶融スラグは冷却されて固化して固化スラグＣとな
り、固化スラグコンテナ16に落とされて回収される。

【０００８】又、特開昭63-70014号公報や特開昭63-700
15号公報では、造粒乾燥した下水汚泥を処理するサイク
ロン形下水汚泥焼却溶融炉として、炉頂に予熱バーナを
備えた円筒状の炉体に下水汚泥の造粒した乾燥ケーキを
圧縮空気にのせて炉内へ接線方向から供給する吹込口を
予熱バーナ近傍に複数個設けたものを開示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術は、廃
棄物の処理能力が比較的小さい場合には安定して溶融が
可能であった。即ち、脱水ケーキの処理能力が50トン／
日（灰処理能力約８トン／日）程度までの小形炉では、
炉体熱損失や排ガス顕熱が多いので溶融用予熱バーナ燃
料原単位（Kcal／ケーキKg）が大きく、結果的に廃棄物
の単位重量当りの空気量は多くて、廃棄物の炉内空間濃
度が低い水準にあるからである。

【００１０】しかし、従来技術のままで、脱水ケーキ処
理能力：50トン／日（灰処理能力：約８トン／日）以上
を処理しようとすると、溶融用予熱バーナ燃料原単位は
大幅に向上するために、廃棄物の炉内空間濃度は極めて
高くなる。そのために、炉頂部の温度が低下して炉壁に
廃棄物が半溶融状態で付着して次第に成長し、閉塞して
溶解不可能になる。即ち、予熱バーナの近傍に熱吸収量
の大きい廃棄物があると、火炎温度を非常に低下させる
と共に、予熱バーナの燃料と燃焼空気との混合を抑制し
て燃焼遅れが生じて溶融不能となる。

【００１１】又、上記の如く廃棄物の炉内空間濃度が高
いために、火炎から放出された光が減衰され、火炎検知
器に十分な光が到達せず失火信号を発して燃焼遮断さ
れ、溶融不可能となるなどの問題がある。

【００１２】本発明は上記問題点の解決をはかるために
成されたものであって、その目的とするところは、この
種廃棄物の溶融固化に際し、高温の燃焼ガスを発生させ
る領域と、廃棄物を高温燃焼ガスに接触させて溶融する
ための領域とを溶融炉内において分離して設ける構成と
することによって、廃棄物の処理量が比較的大きい場合
においても廃棄物の完全溶融を可能とし、処理能力の増
強をはかり、しかも安定した燃焼溶融処理の実現を果た
させる点にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る廃棄物の燃焼溶融装置は次のような構
成としている。即ち、請求項１記載の廃棄物の燃焼溶融
装置は、バーナから供給される燃料と燃焼用空気を混合
し燃焼して高温燃焼ガスを生成させる燃焼帯を上流部に
有し、廃棄物供給孔を備え該供給孔から供給される廃棄
物を前記燃焼帯からの高温燃焼ガスによって溶融させる
溶融帯を下流部に有してなる燃焼溶融炉を備え、該燃焼
溶融炉により廃棄物を燃焼溶融する廃棄物の燃焼溶融装
置であって、前記バーナが前記燃焼溶融炉の頂壁部に配
設されると共に、前記燃焼溶融炉の燃焼帯の長さを該燃
焼帯の内径の 0.5〜1.5 倍にしてなることを特徴とする
廃棄物の燃焼溶融装置である。

【００１４】請求項２記載の廃棄物の燃焼溶融装置は、
前記燃焼帯と溶融帯の間に環状の隔壁が設けられ、該隔
壁が燃焼溶融炉内径の 0.6〜0.9 倍の内径の流路を有す
る請求項１記載の廃棄物の燃焼溶融装置である。

【００１５】

【作用】本発明に係る廃棄物の燃焼溶融装置は、前記の
如く、バーナから供給される燃料と燃焼用空気を混合し
燃焼して高温燃焼ガスを生成させる燃焼帯を上流部に有
し、廃棄物供給孔を備え該供給孔から供給される廃棄物
を前記燃焼帯からの高温燃焼ガスによって溶融させる溶
融帯を下流部に有してなる燃焼溶融炉を備え、該燃焼溶
融炉により廃棄物を燃焼溶融する廃棄物の燃焼溶融装置
であって、前記バーナが前記燃焼溶融炉の頂壁部に配設
されると共に、前記燃焼溶融炉の燃焼帯の長さを該燃焼
帯の内径の 0.5〜1.5 倍にしてなる。このように燃焼溶
融炉の上流部が燃焼帯であり、該燃焼帯へ燃料と燃焼用
空気を供給するバーナが燃焼溶融炉頂壁部即ち炉頂部
（燃焼帯の上流部相当位置）に配設されており、該燃焼
帯の長さが該燃焼帯の内径の 0.5〜1.5 倍であって充分
に長いので、該燃焼帯はバーナから供給される燃料と燃
焼用空気を混合し燃焼して良好な高温燃焼ガスを生成さ
せる機能（高温燃焼ガス生成機能）を有する燃焼帯とな
る。一方、燃焼溶融炉の下流部が溶融帯であり、該溶融
帯に廃棄物供給孔が備えられている（即ち、溶融帯位置
の燃焼溶融炉側壁部に廃棄物供給孔が設けられている）
ので、該溶融帯は廃棄物供給孔から供給される廃棄物を
前記燃焼帯からの高温燃焼ガスによって溶融させる機能
（廃棄物溶融機能）を有する溶融帯となる。それ故に、
かかる高温燃焼ガス生成機能を有する燃焼帯と廃棄物溶
融機能を有する溶融帯とが、各々燃焼溶融炉の上流部と
下流部とにあり、燃焼溶融炉内に位置的に分離されてい
るので、燃焼帯と溶融帯とは機能分離されて存在してい
ることになる。換言すれば、廃棄物供給孔が、燃焼溶融
炉上流部の燃焼帯のバーナ部ではなく、バーナ部から離
れ、燃焼溶融炉上流部に良好な高温燃焼ガス（廃棄物の
空間濃度が極めて少なくて温度低下が生じ難く、高温に
保持される高温燃焼ガス）を生成させ得る燃焼帯を形成
するに充分な位置であるところの燃焼溶融炉下流部の溶
融帯にあるので、燃焼帯と溶融帯とは燃焼溶融炉内に機
能分離されて存在し、燃焼帯では優れた高温燃焼ガス生
成機能を有し、一方の溶融帯では廃棄物溶融機能を有す
ることになる。以上より、燃焼帯においては廃棄物が殆
ど存在しなくて廃棄物の空間濃度が極めて低く、そのた
め生成される高温燃焼ガスは温度低下が生じ難くて高温
に保持される。この高温燃焼ガスは溶融帯に流下し、溶
融帯において廃棄物を完全に溶融させる。故に、炉壁へ
の半溶融物の付着が生じ難くて閉塞を防止し得、又、燃
焼遅れも生じなくなる。従って、廃棄物の処理量が比較
的大きい場合においても廃棄物の完全溶融を可能とし、
処理能力の増強がはかれ、しかも安定した燃焼溶融処理
を実現し得る。更には、上記の如く燃焼帯での廃棄物の
空間濃度が極めて低いので、火炎から放出された光の減
衰が生じ難く、そのため火炎検知器の失火信号による燃
焼遮断の発生を防止し得るようになる。

【００１６】前記燃焼溶融炉の燃焼帯の長さを該燃焼帯
の内径の 0.5〜1.5 倍にしているのは、燃焼帯において
上記の如き良好な高温燃焼ガスを生成させると共に、燃
焼溶融炉の大型化を防止するためであって、燃焼帯の内
径に対する燃焼帯の長さと高温燃焼ガスの生成状態とは
密接な関係があり、かかる燃焼帯の長さを燃焼帯の内径
の 0.5倍未満にすると良好な高温燃焼ガス生成が阻害さ
れ、燃焼遅れが生じたり、燃焼が不安定になったりする
のに対し、 0.5倍以上にすると、上記の如き良好な高温
燃焼ガスを生成させることができるが、1.5 倍超では燃
焼溶融炉が大型化し大きくなり過ぎ、炉壁面積が増大し
て熱損失が増加し、引いては経済性の劣化を招くように
なるからである。換言すれば、燃焼帯の長さを燃焼帯の
内径に対して 0.5〜1.5 倍にすることにより、燃焼溶融
炉の大型化による熱損失の増加等の不具合を招くことな
く、上記の如き良好な高温燃焼ガスを生成させることが
できるのに対し、 0.5倍未満にしたときには上記の如き
良好な高温燃焼ガスを生成させることができなくなり、
1.5 倍超にしたときには燃焼溶融炉の大型化による熱損
失の増加等の不具合を招くことになるからである。尚、
高温燃焼ガスの生成状態は燃料の燃焼性もしくは火炎長
と関係するが、このことを含めて上記燃焼帯の長さは検
討され、設定されている。

【００１７】即ち、本発明において、燃焼帯は燃料と１
次燃焼空気とを混合させ燃焼させる領域であり、燃料と
しては天然ガス，プロパンガス，ブタンガス等のガス燃
料、重油，灯油等の液体燃料、又、石炭等の固体燃料が
使用される。これらの燃料は、それぞれ燃焼性が異な
り、火炎長も異なる。一般には、ガス燃料，液体燃料，
固体燃料の順に燃焼性が悪く、火炎は長くなる傾向があ
る。そのため、かかる燃焼性もしくは火炎長によって燃
焼帯長さを設定する必要がある。

【００１８】この燃焼帯長さの設定に際し、高温燃焼ガ
スを溶融帯へ供給（流下）し、溶融帯で廃棄物を溶融さ
せることを考慮すると、燃焼帯で燃料を完全燃焼させる
ように燃焼帯長さを設定することが最も良いが、重要な
燃焼溶融炉のコンパクト化の点を考慮すると、燃焼帯で
50％以上の燃料が燃焼するように燃焼帯長さを設定する
のが実用的でよい。かかる実用的な燃焼帯長さは、燃焼
性の良いガス燃料を使用する場合は、燃焼帯の内径に対
し 0.5〜1.0 倍とすれば良く、次いで液体燃料では 0.8
〜1.2 倍、固形燃料では 1.0〜1.5 倍にすればよい。従
って、ガス燃料、液体燃料又は固体燃料のいづれを使用
する場合にも適応させるため、燃焼帯の長さは該燃焼帯
の内径の 0.5〜1.5 倍に設定しているのである。

【００１９】前記燃焼帯と溶融帯の間に環状の隔壁を設
け、該隔壁が燃焼溶融炉内径の 0.6〜0.9 倍の内径の流
路を有するようにすると、燃焼帯から溶融帯への高温燃
焼ガスの流下が阻害されることなく、溶融帯に供給され
た廃棄物や、溶融帯で生成した溶融物の燃焼帯への逆流
を防止し得、そのため燃焼帯の空間濃度を常に低くし
得、従ってより確実に、高温燃焼ガスを生成し得、又、
火炎検知器の失火信号による燃焼遮断の発生を防止し
得、燃焼溶融処理をより安定化し得るようになる。従っ
て、かかる隔壁を設けることが望ましい。これに対し、
隔壁の流路径を溶融炉内径の 0.9倍超にすると、隔壁の
流路径と溶融炉内径との差が小さく、廃棄物や溶融物の
燃焼帯への逆流を防止するという隔壁の機能が発揮され
ず、上記の如き作用効果が少なく、0.6 倍未満にすると
溶融炉内径に対して隔壁の流路径が小さくなり過ぎ、該
隔壁により燃焼帯から溶融帯への高温燃焼ガスの流下が
阻害されると共に、圧損が上昇し、旋回流が弱まり、引
いては溶融帯での廃棄物の完全溶融が困難となり、廃棄
物の完全溶融、処理能力の増強及び安定溶融処理の実現
という本発明の目的を達成し難くなる傾向にある。従っ
て、上記隔壁を設ける場合には、該隔壁が燃焼溶融炉内
径の 0.6〜0.9 倍の内径の流路を有するようにするのが
よい。換言すれば、上記の如き隔壁を設ける場合、隔壁
の流路径を燃焼溶融炉内径の 0.6〜0.9 倍にすると、燃
焼帯から溶融帯への高温燃焼ガスの流下が阻害されると
いう不具合を招くことなく、上記の如き廃棄物や溶融物
の燃焼帯への逆流を防止することが可能となるのに対
し、 0.9倍超にしたときには廃棄物や溶融物の燃焼帯へ
の逆流を防止するという隔壁の機能が発揮されず、0.6
倍未満にしたときには燃焼帯から溶融帯への高温燃焼ガ
スの流下が阻害される等の不具合を招くことになり、従
って、隔壁を設ける場合、隔壁の流路径を燃焼溶融炉内
径の 0.6〜0.9 倍とするのがよい。

【００２０】尚、前記燃焼溶融炉の溶融帯の炉壁の外壁
を水冷構造又は空冷構造とすることによって、炉壁の溶
損を抑制でき、溶融炉の耐用年数が延ばされる。又、本
炉の実施例はたて形であるが、横形であっても良いこと
はいうまでもない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。図１に、本発明の実施例に係る燃焼溶融装
置の断面側面図を示す。燃焼溶融装置は主に溶融炉１を
有してなり、該溶融炉１の下部に、図２で示した従来装
置と同様構造の出滓部８及び搬送手段19（図示していな
い）を連設し、全体として廃棄物の溶融固化処理装置が
形成される。

【００２２】溶融炉１は下部に絞り部７（図示していな
い）が設けられるとともに、絞り部７よりも上部の炉内
は、上部の燃焼帯22と下部の溶融帯23とから構成され
る。燃焼帯22は頂壁部に主バーナ２が設けられて、燃料
Ｆと１次燃焼空気A₁とを主バーナ２から供給させ、混合
させて燃焼させる領域に形成される。この燃焼帯22では
50％以上の燃料が燃焼すれば十分であり、それに必要な
燃焼帯22の長さＬはその内径Ｄに対して 0.5〜1.5 倍で
あるので、使用燃料の種別によって該範囲内の適当値を
選定すれば良い。尚、燃焼帯22を高温に保つために炉壁
は耐火物構造とすることが好ましい。

【００２３】この燃焼帯22と内周壁を耐火物で形成した
溶融帯23との間には隔壁24が設けられる。又、溶融帯23
の上部で隔壁24の直下部の側壁には、２次燃焼空気A₂を
吹込ませる管９が接続される。この管９の途中には、ホ
ッパー３，テーブルフィーダ４及び弁５からなる廃棄物
供給装置が分岐接続され、テーブルフィーダ４により定
量的に切り出した廃棄物を管９内に弁５を介して落下さ
せ、管９内を流れる２次燃焼空気A₂内に混入させて、こ
の空気A₂と共に溶融帯23内に吹き込ませるようになって
いる。廃棄物と空気とからなる固気二相流が溶融帯23内
の炉壁面上で旋回しながら前記隔壁24の内壁に囲まれる
流路から送り込まれる高温燃焼ガスによって加熱され、
廃棄物は溶融し、スラグ化する。

【００２４】上記隔壁24は、溶融帯23に供給された廃棄
物が燃焼帯22へ逆流入しないように設けたものであり、
１次空気A₁は旋回流であって、燃焼帯22出口の中心部、
即ち、隔壁24の流路の部分に逆流域を発生するために、
隔壁を設けることによって廃棄物（被溶融物）の流入を
防止できる。この隔壁24の流路内径ｄは、流入防止及び
圧損の上昇の点から炉壁の内径Ｄに対して、ｄ／Ｄ＝
0.6〜0.9 の範囲で選定すれば良い。但し、炉内壁の構
造によっては隔壁24を設けることを要しない。

【００２５】一方、燃焼帯22の上層部には火炎検知器25
が設けられていて、燃焼帯22が溶融帯23から分離されて
いることにより、燃焼帯22に廃棄物が殆ど存在しないの
で、火炎の検知が正確になる。即ち、火炎検知器の失火
信号による燃焼遮断の発生を防止し得るようになる。
又、炉頂部の温度をも高温に保つことができ、バーナタ
イルへの廃棄物の灰付着トラブルをも防止することがで
きる。

【００２６】尚、溶融帯23の炉壁構造は、通常の耐火物
では溶損が激しいことが考えられるので、外壁を水冷ジ
ャケット又は空冷ジャケット26の構造とし、その内側を
耐火物27として、セルフコーティングで保護することが
好ましい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上説明した如き構成を有し作
用をなすものであり、燃焼溶融炉内に燃焼帯と溶融帯と
が分離されて存在しており、燃焼帯では廃棄物の空間濃
度が極めて低く、燃料と燃焼用空気との間での燃焼だけ
を行わせることができ、それにより、高温の燃焼ガスを
確実かつ効率的に発生させることが可能であり、一方の
溶融帯では被溶融物である廃棄物と燃焼帯からの高温燃
焼ガスとによる溶融・スラグ化を行わせることができ、
それによって、溶融処理が円滑に行えると共に、そのた
めに炉壁への半溶融物の付着が生じ難くて閉塞を防止し
得、又、燃焼遅れも生じなくなり、従って、廃棄物の処
理量が比較的大きい場合においても廃棄物の完全溶融を
可能とし、処理能力の増強がはかれ、しかも安定した燃
焼溶融処理を実現し得、更には、上記燃焼帯での空間濃
度が低いことにより、火炎から放出された光の減衰が生
じ難く、そのため火炎検知器の失火信号による燃焼遮断
の発生を防止し得るようになるという効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る燃焼溶融装置の断面側面
図である。

【図２】従来提案されている灰の溶融固化処理装置の一
例を示す断面側面図である。

【符号の説明】１--溶融炉２--主バーナ３--ホッパー
４--テーブルフィーダ５--弁９--管 22--燃焼帯
23--溶融帯 24--隔壁 25--火炎検知器 26--水冷ジャケッ
ト 27--耐火物Ｆ--燃料 A₁--１次燃焼空気 A₂--２次燃焼
空気

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナから供給される燃料と燃焼用空気
を混合し燃焼して高温燃焼ガスを生成させる燃焼帯を上
流部に有し、廃棄物供給孔を備え該供給孔から供給され
る廃棄物を前記燃焼帯からの高温燃焼ガスによって溶融
させる溶融帯を下流部に有してなる燃焼溶融炉を備え、
該燃焼溶融炉により廃棄物を燃焼溶融する廃棄物の燃焼
溶融装置であって、前記バーナが前記燃焼溶融炉の頂壁
部に配設されると共に、前記燃焼溶融炉の燃焼帯の長さ
を該燃焼帯の内径の 0.5〜1.5倍にしてなることを特徴
とする廃棄物の燃焼溶融装置。
【請求項２】前記燃焼帯と溶融帯の間に環状の隔壁が
設けられ、該隔壁が燃焼溶融炉内径の 0.6〜0.9 倍の内
径の流路を有する請求項１記載の廃棄物の燃焼溶融装
置。