JPH0799256B2 - 燃焼ボイラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体廃棄物や廃ガス、特にハロゲン化炭化水
素を含有する液体廃棄物および廃ガスの焼却処理によっ
て発生する熱の回収に関するものである。さらに詳しく
は、本発明は通常の場合より低い燃料価の、より高塩素
化度の炭化水素を含む廃棄供給物を効率良く焼却処理す
るための、特別に設計された煙管ボイラーシステムに関
するものである。

ハロゲン化炭化水素物質を内だき水平煙管ボイラー中で
燃焼させ、燃焼熱を利用して飽和蒸気を造り出す。ハロ
ゲン有価物は、例えば水に吸収させるなどして、液体廃
棄物および廃ガスの燃焼により回収される。ハロゲン有
価物を効率的に再生利用するため、高塩素化度、低燃料
価の物質の燃焼は、断熱条件又はできるだけ断熱条件に
近い条件で、また燃焼に必要な過剰酸素の量は最小限に
抑えて行わなければならない。より高塩素化度の炭化水
素廃棄物を焼却する際、通常燃料価が低いので、燃焼を
効率的に行なうにはさらに燃料の供給が必要であり、ま
たこうした煙管ボイラーの場合、燃焼温度は通常のとき
より高いのが普通である。廃棄供給物の物理的・化学的
物質がそれぞれ異なること、廃棄供給物の燃焼生成物が
腐食性を示すこと、および有毒物質を効果的に分解する
のに必要な運転温度がかなり高いことなどにより、熱の
回収は困難の多い問題となっている。工業用のパッケー
ジ蒸気ボイラーや、従来の蒸気発生熱交換器を取り付け
た焼却炉などは、ハロゲン化炭化水素を含有した廃液や
廃ガスを燃やす場合には、ある欠点が伴なうことがわか
っている。燃焼を効率的に行なうにはかなり多くの熱が
必要となるため、また燃焼によって発生した煙道ガスの
腐食性が極めて高いために、ボイラー装置の構造物が有
害な影響をこうむるのである。チューブシートボイラー
のチューブシートが炭素鋼のような従来の金属物で造ら
れているときは、比較的短時間のうちに腐食によって破
壊されるので、極めて多くの装置メンテナンス費用が必
要となる。耐食性を増すために、煙管ボイラーに新種の
金属を組み込んだ場合には、ボイラー自体のコストが高
くなって不都合である。

本発明では、ハロゲン化炭化水素を分解するため工業用
パッケージ煙管ボイラーを利用し、また従来のエンドシ
ートメタル材料を利用して、ボイラーのコストを可能な
限り低く抑えている。さらに本発明では、標準的な煙管
ボイラーに高ハロゲン化度の炭化水素を効率よく燃焼さ
せるようにする適切な改良法をも与えている。

高塩素化炭化水素廃棄物を焼却するのに工業用煙管ボイ
ラーを利用する場合、燃焼室（炉）の容積が小さすぎ
て、必要とされる通常の大きめの炎を収容することがで
きず、またこうした廃棄物を燃焼させるのに、燃焼室内
での滞留時間が充分得られないということが明らかとな
っている。さらに、これらの廃棄物は好ましくない物理
的性質を有していることが多く、このため均一な供給調
整や液体を霧化して微細液滴とすることなどか難しくな
る。この結果、炎が不安定となり、耐火物ライニングお
よび／または金属伝熱面と接触するような長さの炎とな
るため、破損が起こるか又はボイラーの実用寿命がかな
り短くなる。

さらに普通知られていることがあるが、高塩素化炭化水
素の廃液および廃ガスには多量の不活性物質が含まれて
いるため、発熱量が少ない。パッケージ煙管ボイラーの
水冷炉中でこれらの廃棄物を燃焼させるには、安定な炎
を保持するため、また有機廃棄物を完全に分解させるた
めの燃焼を維持するため、廃棄供給物に対し、天然ガス
又は燃料油のような燃焼支援燃料が高い割合で必要とな
る。

場合によっては、米国特許4,198,384に記載されている
「直流（Straight through）」型の一般的性質を有する
従来の蒸気発生熱交換器を備えた焼却炉を使用して、パ
ッケージ煙管ボイラーに関する上記問題点を解消するこ
とができる、しかしこのタイプの焼却炉にも固有の問題
点が存在する。有毒物質を充分に（米国政府規制レベル
にまで）分解させるには、1,000℃〜1,800℃（実際には
1,200℃〜1,500℃が多い）というかなり高い燃焼温度が
必要となる。直流型熱交換器の前管部は、高温燃焼ガス
や炉の耐火壁からの放射熱に直接さらされると、急激に
破損される。こうしたシステムがうまく機能するには、
チューブシートの温度を下げるため特殊な設計および特
殊な構造材料が要求される。一方、当然なことである
が、特殊設計物および新種材料を使用すれば、このよう
な特性をもたせた直流型焼却炉のコストが大幅にアップ
し、従って工業的には好ましくないことになる。

本発明では、耐火物内張り炉の利点を利用し、さらに煙
管ボイラーと相互連結させた大型水冷炉を使用して、ボ
イラー中の燃焼ガスの温度をかなり低下（1,000℃程度
にまで）させ、標準的構造材料および設計物を、蒸気発
生器のチューブシート用に使用できるようにしている。
従って適切なコストで実用性の高い焼却炉が得れること
となる。

有用性の高い煙管ボイラー構造物が米国特許4,125,593;
4,195,569および4,476,791に記載されている。廃棄供給
物から出るハロゲン化炭化水素物質が、この煙管ボイラ
ー構造物中で、通常の方法で燃焼される。本発明では、
こうした煙管ボイラーシステムに対する改良について開
示しており、通常発生する過剰な腐食作用によって破損
することのない標準的なボイラー材料を使用して、燃料
価が低く塩素化度の高い炭化水素を燃焼してHClの回収
および蒸気の発生が効率的に行えるようになっている。
このように、本発明による燃焼室と煙管ボイラーの集成
体は、液体又はガス廃棄物（通常ハロゲン化炭化水素）
のいずれかの焼却処理により発生する熱の付随的な回収
が可能であり、こうした処理作業に対し常に満足できる
状態で行なうことができる。

上記問題点を認識した上で、本発明はハロゲン化炭化水
素の焼却炉に関するものであり、発熱量のかなり少ない
液状又はガス状の高ハロゲン化炭化水素廃棄物の雑多な
供給物から熱を取り出し、これによって水冷水平煙管ボ
イラーによりハロゲン酸や飽和蒸気が形成される。高温
燃焼ガスと接触する金属表面の内部腐食は、ボイラーに
よって発生する飽和蒸気の温度を制御することにより防
止される。したがって、焼却炉の内部表面又は使用面、
特にチューブシートと接触するガスの腐食作用は最小限
に抑えられる。本発明による焼却炉では、燃焼室におい
て廃棄物のより長い滞留時間が得られ、これにより廃棄
物は燃焼室の長さの範囲内で完全に焼却処理されるよう
になる。さらに、燃焼室の構造は、最小量の支援燃料で
廃棄物を効率的に燃焼させ、高い塩素濃度（HClとし
て）の煙道ガスを生成するような構造となっている。ま
た燃焼室は、この種の廃棄物を焼却処理したときに通常
発生する熱の約50％の範囲内で煙道ガスの温度に、チュ
ーブシート（組立て品又は通常のチューブシート材料）
が確実にさらされるように設計されている。廃棄物の物
理的性質が種々異なること、および霧化が不規則となる
ことを考慮すると、普通炎はその温度、大きさ、および
場所が一定しないこととなる。本発明による改良された
構造物は、移動する炎前部を有し、この炎が従来型ボイ
ラーの奥深くにまで伸び広がるため、耐火物ライニング
および／または金属伝熱面およびチューブ支持シートの
損傷が防げる。

さらに詳しくは、本発明による装置は水冷水平煙管ボイ
ラーの改良物であり、次のような部分から構成されてい
る；（ａ）通常閉じたシェルを有するボイラー部で、こ
のシェルは各端部に垂直状に配置された金属チューブシ
ートを有する。当該シェルは当該端部間に水を収容し、
燃焼室が長さ方向に沿って伸びている。当該シェルは当
該チューブシートで通じ合っており、複数個の比較的小
さな金属製もどりチューブが当該ボイラーシェルの長さ
方向およびボイラーシェルの内部で伸びており、当該チ
ューブシートで通じ合っていて、燃焼室ともどりチュー
ブは水平位置関係に配置している、そして当該ボイラー
部が折りたたまれた状態のマルチセグメント煙道ガス排
出通路の形状を規定している；（ｂ）二つの末端部手段
で、このうちの少なくとも一つが固定されている；
（ｃ）当該シェルおよび当該端部手段でボイラーが運転
中、燃焼ガスにさらされる表面を有する（但し、チュー
ブシート表面は除く）。この表面は耐食性材料で造られ
ているか、又は運転中このような表面の温度をあらかじ
め設定した温度範囲内に保持するために前もって選定し
たある量の断熱材で被覆されている；（ｄ）燃焼室に隣
接した前端ノズル部分；（ｅ）当該シェルに水を供給す
るための手段；（ｆ）当該シェルから蒸気を取除くため
の手段；および（ｇ）端部の一つから燃焼ガスを取り除
くための炎管手段；本発明の改良点は（ｈ）二つの燃焼
室からなり、ここで（ｉ）一次燃焼室は、燃焼ガスを含
むための限定された一次燃焼室に隣接した前端ノズル部
を有する；（ii）当該一次燃焼室は二次燃焼室および当
該もどりチューブと通じ合っている；（iii）当該前端
ノズル部はエアー、補助燃料、およびハロゲン化炭化水
素を、一次燃焼室内で、バーナーノズルに供給するため
の供給手段を有する；（iv）エアーを当該ノズルに吹き
込んで1,000〜1,800℃の範囲の温度を有する火炎前面と
するための手段で、これによりハロゲン化炭化水素を燃
焼させる；（ｖ）当該一次燃焼室は、火炎前面を十分に
囲い込むだけの伸び広がりを有しており、このとき当該
一次燃焼室の端が向かい側の当該バーナーノズルと、一
直線状かつ流線形の関係を保って境界を形成している。
また断熱材を被覆した壁体手段により、当該一次燃焼室
からの煙道ガスの流れを当該二次燃焼室に導く出口が規
定されている；（vi）当該二次燃焼室は、比較的長さが
あり、当該シェル内でシェルの長さ方向に沿って伸び広
がっており、チューブシートを通して通じ合っている；
（vii）煙道ガスの流れを導く出口は火炎前面から十分
スペースを採ってあり、しかも十分長いので当該二次燃
焼室の端部における煙道ガスの温度は、折りたたんだ状
態のマルチセグメント煙道ガス排出通路に入ってくると
きは1,000℃以下となる；および（viii）端部手段は燃
焼ガスを含むための限定されたスペースを有し、当該ス
ペースは当該二次燃焼室および当該もどりチューブと通
じ合っていて、当該折りたたみマルチセグメント煙道ガ
ス排出通路の一部を限定している。

高塩素化炭化水素を含む廃棄物を焼却処理するための水
冷水平煙管ボイラーを改良したものとして、さらに実施
例を説明することができる。これは次のようなものから
構成されている：すなわち、 （ａ）冷却水チャンバーと複数個の水冷ガスフローチュ
ーブを保持している炭素鋼チューブシートからなるボイ
ラー装置； （ｂ）燃焼室；および （ｃ）焼却炉供給装置であって、改良は次の点からな
る：すなわち、 （ｄ）当該ボイラー装置が伸び広がった二次燃焼室を形
成している金属構造物を有する、またその近くに配置さ
れた冷却水チャンバーを有する； （ｅ）伸び広がった一次燃焼室が当該ボイラー装置の一
方の端部に連結され、また二次燃焼室と一直線状に配置
されて、煙道ガス移動手段を形成しており、当該一次燃
焼室が、あらかじめ定められた範囲の廃棄供給物の実質
的に断熱状態の焼却に対して予期される最大寸法の廃棄
物焼却用炎を収容するだけの物理的寸法がある； （ｆ）当該一次燃焼室が当該廃棄物焼却用炎の最高予期
温度以上の温度に十分耐える性質の耐火物ライニングを
有し、当該耐火物ライニングが当該煙道ガス移動手段に
対して耐熱性耐火物ライニングを形成する；および （ｇ）当該煙道ガス移動手段を冷却するための、また当
該二次燃焼室から流れる煙道ガスの温度を十分に低い温
度範囲にまで下げて、当該炭化鋼チューブシートの腐食
を最小限に抑えるための手段。

焼却用の燃料供給が正しく行われれば、1,000〜1,800℃
というかなり高い燃焼温度が得られて有毒物質がよく分
解され、従って生態学的に望ましい煙道流が得られる。
本発明による焼却炉構造物は、耐火物や金属伝熱面に対
する損傷の恐れを最小限に抑えながら、より高い温度や
大きめの火炎前面を受容することができる。従ってこの
焼却炉システムにより、燃焼供給物の付加、火炎前面の
安定化、比較的高い燃焼温度の維持が効果的に達成され
る。燃焼室は焼却処理すべき廃棄物の特性および廃棄物
の完全燃焼を行わせるのに必要な燃料の特性に応じた設
計寸法を有している。燃焼室の容積寸法は、その長さお
よび幅も含めて、燃焼室内における炎の最大推定容積に
よって決められる。本発明による改良した燃焼室又は炉
は、燃焼すべき廃棄混合物（具体的にはハロゲン化炭化
水素のガス又は液体）が、燃焼空気流に沿って供給物
（天然ガス又は燃料油）と一緒に注入されるように、水
平燃焼室が標準的煙管ボイラーと比較して、より伸び広
がっておりかつ大きめの寸法となるように特別に構成さ
れていて、これにより耐火物内張り伸長水平燃焼室内
で、高温の安定な火炎前面が確実に得られる。供給物は
四つあり、一つは燃料、二つめは霧化液体（通常はエア
ー又は蒸気）の流れ、三つめは液体および／またはガス
状の廃棄物、四つめは燃焼用酸素および／またはエアー
である。

火炎前面は、流出通路を有する耐火物内張り円筒形ハウ
ジングで形成されている燃焼室内で得られる。このとき
火炎前面は十分な大きさおよび温度を伴なって得られる
ので、炭化水素廃棄物を完全に分解することができる。
燃焼室からの流出物は適当に調節された温度を有し、燃
焼生成物を運ぶ。廃棄物は十分に分解焼失され、変化し
ているのでこの煙道ガスは安全に排出することができる
のである。燃焼室は伸長した煙道ガス受容通路のついた
標準煙管ボイラーの燃焼ガス入口部にしっかりと固定さ
れ、燃焼室からのガスフロー通路と一直線状に配置され
る。煙道ガス受容通路の端で、流路がチューブシートに
突き当たるので流路の向きが反対方向となる。ボイラー
の煙道ガス受容通路の長さも含めて、燃焼室からのガス
流路が長いことにより温度が下がり、従ってチューブシ
ートに突き当たる煙道ガスの温度は従来の金属チューブ
シートの実用寿命が長くなるような範囲の温度となる。
さらに、燃焼室のガス流路は、耐火物が内張りしてあ
り、水冷できるようになっていて、ボイラーのガス受容
通路の入口に十分伸びている。こうした特徴機能によ
り、煙道ガスがボイラー中に流れ込む間、高温に対しボ
イラーのガス入口部を効果的に保護することができる。

ここまで本発明による装置について簡単に述べてきた
が、以下に詳しく記載する。好ましい実施例の説明を理
解するには、添付した図面を見るとわかり易いと思われ
る。

添付した図面は本発明の代表的な実施例のみを示してい
るので、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
本発明には他にも同程度に有用な実施例がある。

図１は、本発明による改良されたハロゲン化炭化水素焼
却炉の断面を示す。構造の詳細についてはあとに述べ
る。

図２は、改良されたハロゲン化炭化水素焼却炉の断面図
であり、本発明の別のボイラー構造物の実施例を示す。

先ず図１についてみる。改良された焼却炉を番号10で示
す。本装置の説明は廃棄物を霧化ガス、燃焼エアーおよ
び燃料と共に焼却処理する部分から始め、次いで焼却炉
を通り、煙道の外へと続く燃焼生成物の流路について述
べる。一般的な術語として、番号12は火室すなわち細長
く通常円筒形の構造物である一次燃焼室を示す。この場
合燃焼室の形状は円筒形に限定されない。本発明の概念
範囲内において、他の適切な形状もとりうるからであ
る。一次燃焼室は遠隔未端壁14を有する。この壁体14が
マニホルド16を支持しており、マニホルド16に多量の燃
焼エアーが移送される。エアーはブロアー18によってマ
ニホルド16に吹き込まれる。充分な容積のエアーを送っ
て、確実に完全燃焼を起こさせる。番号20は制御された
流量の燃料、燃焼すべき廃棄物、および霧化液体を噴出
するノズルアセンブリを示す。ノズル20はマニホルド16
に隣接して設置され、これによって燃焼エアーの流出物
が、ノズル20から放出される羽毛状の霧化蒸気を取り囲
む。ノズル20には三つの送り装置が取り付けられてい
る。送り装置22はエアー又は蒸気の霧化流体を供給す
る。送り装置22は噴霧装置を形成しており、これは燃料
と焼却用廃棄物を保持し移送するノズル20から伸びてい
る。燃料は導管26を通ってノズル20に送られ、霧化液体
と共にノズルから噴出される。廃棄物（普通の閉止弁を
通して適当な廃棄物源から送られる、液状又はガス状廃
棄物）の流れは導管24を通して送られる。

一般的術語として、燃料は燃料油又は天然ガスである。
廃棄物はガス状でも液状でもよく、通常は焼却用として
多量のハロゲン化炭化水素が導入される。廃棄物と燃料
はいずれも霧化液体の流れに導入され、比較的高速で流
れて霧化分散状態となるにつれて、これらがよく混ざり
合い、ノズル20から噴出される。これらは燃焼エアーの
流れによって取り囲まれる。パイロット（図面には示さ
れていない）によって、燃焼物が点火され、一次燃焼室
12の中に炎が生成する。ノズルアセンブリおよび外部接
続ラインはやや概略的に表わされている。一次燃焼室用
に通常のプレパッケージノズルアセンブリを購入して使
用することもできる。（米国ペンシルバニア州のトレー
ンサーモルカンパニー（Trane Thermal Company）から
入手できる） 一次燃焼室は背壁14を含み、この壁体14がノズル20を中
心に位置するように支持し、従って一次燃焼室12の内部
において火炎前面が支持されその位置が決められてい
る。燃焼室は伸長した円筒形のボディー28を有してい
る。これは火炎前面の遠隔端が、一次燃焼室12を限定し
ている円筒容積の内部に含まれるような大きさの寸法に
なっている。一次燃焼室の物理的寸法は、焼却処理すべ
き廃棄物の特性に従って決められる。一般に、廃棄供給
物であるハロゲン化炭化水素の容積が大きくなればなる
ほど、一次燃焼室を大きくして、一次燃焼室内における
廃棄物の十分な滞留時間を与え、完全に燃焼させる必要
がある。一次燃焼室は出口導管すなわち通路30で終わ
る。通路30は、一次燃焼室の排出路であって、火炎前面
のダウンストリームによる高温にさらされる。

従って通路30は耐火物27で内張りされ、耐火物27は一次
燃焼室12の耐火ライニングから煙管ボイラー10のチャン
バー34の入口通路の十分内側の場所まで連続的に広がっ
ている。通路30を通過する煙道ガスを冷却するため、耐
火ライニング27は冷却水の流れる冷却チャンバー29によ
って取り囲まれる。冷却チャンバーには、水又は他の適
当な冷媒が供給される。煙道ガスは通路30を通って一次
燃焼室から流れながら、その温度は1,600℃〜1,800℃の
炎温度範囲から約1,100℃の温度レベルにまで低下す
る。煙道ガスをさらに冷却するには、ボイラー通路にお
いて、水ジャケット冷却システムにより行なう。ハロゲ
ン化炭化水素廃棄物の分解効率として99.99％の値が得
られ、全体としての燃焼効率として99.9％の値が得られ
る。この分解効率は、標準的ボイラーシステムと比べる
と、より少ない燃料ガスで、また炭素鋼の許容範囲の温
度メンテナンスで達成される。効率的な廃棄物の分解が
達成されるが、さらに重要なことは効率的な塩素の回収
（主たる検討事項）が効果的に行えることである。さら
に熱の回収（副次的な要求事項）も効率的に達成され
る。通路30はじょうご状の移行物32に向かって開いてお
り、この移行物32は水平煙道ガス受容室34に連結してい
る。スケールの点についてみると、一次燃焼室12と通路
30のサイズは第２図に示された一次燃焼室と通路との関
係のように、同程度であっても良い。チャンバー34は一
次燃焼室12からダウンストリームの方向に連続的につな
がっており、従ってある意味では、水平又は二次燃焼室
と呼ぶことができる。その意味において、燃焼は燃焼室
12で始まり、実質的にそこで完了する。別の面から見れ
ば、最終的に二次燃焼室34で燃焼される個々の小さな飛
沫が存在する可能性がある。火炎前面は移行通路30の中
に伸び広がることもできるが、一次燃焼室12の内部に含
まれるように意図されている。当然予想されることであ
るが、温度勾配があり、燃焼の殆どが燃焼室12内で起き
ているという事実を示している。このため二次燃焼室34
は燃焼室としての役割は小さい、しかし燃焼室12と一直
線状に配置されていて、有効燃焼室サイズと容量を拡大
し、これによって燃焼ガスの流出物が隣接した燃焼室内
に入り込むことができるようになる。従ってボイラーの
破損を引起こすことなく、本装置の連続使用および連続
運転が可能となるのである。

本装置の構成に使用されている材料について、若干述べ
る必要がある。一次燃焼室12は、少なくとも2,000℃に
耐えることのできる高性能セラミック耐火材でできてい
るのが好ましい。通常燃料流とエアー流は最高約1,800
℃の温度を保持できるようなものでなければならない。
供給物の特性によっては、廃棄物の十分な燃焼を行わせ
ながら、より低温を維持することができる。生態学的に
安全な煙道排出物とするため、燃焼させるのが最も困難
な物質に対して必要な最高温度が材料選定のための設計
基準とならねばならない。この点を考慮して、約2,000
℃で使用できる材料を用いた燃焼室構造物であれば十分
である。この部分に使用されるセラミック耐火物は、水
ジャケット管29から移行体32まで広がっている。すなわ
ち、温度がかなり下げられ、また煙道ガスの腐食性があ
まり高くないので、別の安価な代替材料を使用すること
ができる。

一次燃焼室の設計基準を2,000℃とすると、二次燃焼室3
4は900℃〜1,500℃のより低い温度用に設計することが
できる。この目的のため、特殊ニッケル鋼を暴露金属表
面として使用することが可能である。このような合金は
燃焼室34内の温度に耐えるので損傷を起こさず安全に使
用することができる。本装置は高温で作動して実質的に
廃棄物の完全燃焼を行なうので、二次燃焼室34内では特
に考慮すべき問題点は存在しない。二次燃焼室34はこの
ように金属壁体36によって取り囲まれている。通常この
金属壁体は環状体として構成され、一次燃焼室12と同一
中心の関係にあり、比較的大きな断面積を有する。金属
壁体36はこれを取囲むハウジング38によって支持されて
いる。壁体36の周りの空間は、以下に説明するように水
が充填されている。管状壁体36はもどりスペース40まで
伸び、そこが終端となっている。もどりスペース40は耐
火材で造られ、番号42で示されている特殊形状の部材内
に形成されている。この構造物42は曲がった形状の内表
面44を有し、おだやかな方向転換でガス流が送れるよう
になっている。セラミック耐火物42はこれを取り囲む二
次耐火物46によって支持され、この二次耐火物46はメタ
ルキャップ48によって支持されている。メタルキャップ
48は、その終端が円形フランジとなっている構造部材で
あって、十分な強度と構造上の保全性を有していて、こ
れに固定された種々のセラミック部材を強固に支持する
ものである。ガス流がもどりスペース40に達するときに
は、温度は1,000℃以下に下がり、従ってボイラーの炭
素鋼チューブシートの効率的実用の範囲内となる。

部材48によって支持されている構成要素をすべて取り除
くことによって、焼却炉の端部を取り外すことができる
ことがわかる。これは適当なナットおよびボルト（図に
は示されていない）を用いて部材48を構造物の残部に接
合することによって行なうことができる。一般的には、
高温での多量のガスフローは、もどりスペース40を通っ
て方向転換し、オーバーヘッドバリヤー50によって進路
変更される。ガスフローは１組のもどり管52の方向へ進
む。燃焼室34の上部で、数本のもどり管が燃焼室34に平
行に伸びている。これらは両端においてフローチャンバ
ー54に通じている。フローチャンバー54においては、金
属壁56と58がフローチャンバーを画定し、ガスフローが
方向転換をうけ、もどり管60を通って流れるようになっ
ている。次いでもどり管60は別のもどりスペース62とつ
ながっていて、ガスフローが再び方向転換をうけて別の
組のもどり管64に向かう。これらの管はマニホルド66に
つながっており、煙道68からガスが排出される。図面か
らわかるように壁体56が構造物の一方の端を画定してい
る。この壁体には直接ガスが当たるので、耐火物のよう
な断熱材によって被覆されている。左端でのガスフロー
は、このように壁体56に当たって完全に方向転換し、最
後にマニホルド66に達した後、煙道68から排出される。
この点は右端におけるフローパターンと似ている。右端
ではガスが二回別々に180°方向変換する。装置の両端
間に通常みられるように、セラミック耐火物を支持して
いる金属構造物が流路に沿ってガスを方向転換させる。

本装置のいくつかの特徴について述べる。右端は装置を
使い易くするため、分離形アセンブリで構成されてい
る。装置の連続正常運転に関するデータを得るため、熱
電対70と72が組込まれている。これらの熱電対は、装置
の異なった部分における温度を測定し、示すものであ
る。必要であれば、のぞき窓74を熱電対の場合と同じ様
に組み込み、チャンバーと燃焼室12が見えるように設置
する。のぞき窓を通しての観察および熱電対によるデー
タを検討すれば、作業者は装置内の状態がわかる。同じ
様に、類似の熱電対76を煙道の箇所に組み込む。

図面に示されている材料からわかるように、チューブシ
ートおよびもどり管を形成している構造物は、主に炭素
鋼で造られており、過剰な熱や腐食による損傷に対して
特に耐性が高いものどはない。管52,60,64は相互に平行
であり、チューブシートにより支持されている。右端に
おいて、チューブシート78が管を平行配列状に支持して
いる。同じ様に、左端において類似のチューブシート80
が管を平行配列状に支持している。もどり管52がいくつ
かあり、一次燃焼室12から出てくるガス流を適切に伝え
るための断面積を有している。もどり管52の数は、背圧
が最小に保持されるように選定されているので込み合い
具合は問題ない。同じ様に、管60および64が配置されて
おり、適切なガス流路となっている。

チューブシートによって支持されているもどり管は、頂
壁82および排出口84と組み合わさって蒸気室を画定して
いる。すなわち、水が導入され、この蒸気室が水で満た
されて、排出口84を通して蒸気が回収される。水は頂管
上少なくとも３インチの深さに保持される。排出口84を
通して、適当な圧力および温度で蒸気が送られ、それぞ
れの目的に応じて利用される。従って、水が二次燃焼室
34を画定している壁体36を全面的に取り囲んでいるチャ
ンバー又はキャビティーを満たし、上記した深さに保持
されて、二次燃焼室34、およびもどり管52,60,64を完全
に取り囲む。適当な給水制御システム（図面には示され
ていない）を用いて十分な流量の水を送ることにより蒸
気が排出されるようになるので、これを回収してユーテ
ィリティーとして利用することができる。水はチャンバ
ー36およびその上に存在する全ての管を通じて移される
熱によって加熱される。蒸気室中の蒸気により、金属部
分の温度が安定化される。

装置から排出される煙道ガスの温度は、蒸気の温度より
15℃〜50℃高いと推定される。煙道ガスは排出口68から
排出されるが、煙道ガス浄化装置へ送って塩酸蒸気を除
去するのが好ましい。

次に図面２について述べる。この図面は90において外部
ボイラーシェル92を有する煙管ボイラーの概略を示して
いる。この外部ボイラーシェルは、外部装置を取付けた
炭素鋼のような従来の安価な材料で形成されている。ボ
イラー90は、水ジャケット98によって取り囲まれている
炭素鋼ライニング96を有する二次燃焼室94を形成してい
る。このボイラー構造物は、複数個の平行パスチューブ
104の構造支持物となっているフロントチュブシート100
と燃焼室チューブシート102を有している。これらのチ
ューブ体は炭素鋼のような標準的な安価材料で造られて
おり、ボイラー水チャンバー106を通って二次燃焼室94
から煙道ガスの流れを伝える働きをする。ボイラーチャ
ンバー中の水はチューブ体の上のあるレベルに保持され
る。三番目のパスチューブ体108は一端がチューブシー
ト100で、また他端が後部チューブシート110で支持され
ている。ボイラーチューブ104および108は、チューブシ
ート100に連結している煙道チャンバー壁構造物114によ
って形成される煙道チャンバー112と通じ合っている。
煙道チャンバー112の中で、二番目のパスチューブ体104
からの流れが方向を反転し、三番目のパスチューブ体10
8に入り込む。三番目のパスチューブ体108から出てくる
煙道ガスが、後部チューブシート110に連結している後
部煙道チャンバーハウジング118によって形成されるガ
ス排出通路116に入っていく。排出通路116における燃焼
生成ガスの温度は、飽和蒸気の温度より15℃〜35℃高
い。この温度は温度センサー120によって測定される。

ボイラー水チャンバー106には蒸気排出口122が取り付け
てあり、蒸気排出口122はボイラー上部において蒸気チ
ャンバー124と通じ合っている。ボイラーの後端に耐火
プラグ126が取り付けられており、これによって燃焼室
のマンウェイ開口が閉じられている。この耐火プラグに
はサイドグラス128が取り付けてあって、燃焼室内が目
視で調べられるようになっており、また温度センサー13
0がついていて、二次燃焼室における煙道ガスの温度が
検知できるようになっている。

煙管ボイラー90は従来のタイプの特徴を有しており、炭
素鋼のような安価材料で造られている。このボイラーは
高ハロゲン化炭化水素廃棄物の燃焼時に生じるようなか
なり高い温度には普通耐えられず、また炭素鋼材料がか
なり高温の煙道ガスと接触するときに通常起こる過度の
腐食作用に耐えられない。従ってこのボイラーシステム
90に改良を加え、伸長したバーナー又は一次燃焼室を備
え付けた。これは番号132で示されており、ボイラーの
フロントチューブシート100の前方へ伸びている。一次
燃焼室132は高温耐火物136をライニングしたハウジング
構造物134で画定されており、この耐火物136は2,000℃
程度の火炎前面温度に耐えることができる。耐火ライニ
ングは熱損失を最小にするように設計されているので、
燃焼は断熱状態に近づくことができ、従って少ない供給
燃料で低燃料価の廃棄物を燃焼させることができる。一
次燃焼室132の最初の部分はアルミナ含量の多い耐火れ
んが材で形成されている。この耐火れんが材は耐酸性メ
ンブレンを形成する断熱性耐火物によって取り囲まれて
いる。外部ハウジング134も防護処理を施してあり、バ
ーナー機構部を風雨などの天候の影響を受けないように
シールドしてある。

一次燃焼室132とフロントチューブシート100との接続部
において、耐火ライニングがフロントチューブシートか
ら二次燃焼室94にまで伸びており、これによって炭素鋼
金属表面は、煙管ボイラーの入口開口部における1,100
℃〜1,550℃の高温煙道ガスによる腐食に対して保護さ
れる。水ジャケット138はフロントチューブシートにし
っかり固定されており、冷却水チャンバー又は「湿潤開
口部（Wet throat）」を形成していて、これは開口部14
0においてボイラーチャンバー106と通じ合っている。こ
の湿潤開口ボイラーによって形成された広がりにより、
耐火ライニングした燃焼室から水壁ボイラー炉まで煙道
ガスが移送されるときに、炭素鋼は所望の温度に保持さ
れる。

一次燃焼室132の前端に、エアーノズル142（ハステロイ
−Ｃ又はインコネルで構成されているようなもの）を取
り付け、このバーナーエアーノズル142に、燃焼エアー
バッフル144と複数個の燃焼エアー旋回羽根146を接続す
る。液体およびガス供給噴射ノズルはエアー旋回羽根に
より支持され、空気噴霧のための適当なチップがついて
いる。液体およびガス供給物をエアーで噴霧化するため
ハステロイ−Ｃチップが、また蒸気噴霧化するためにタ
ンタルチップが取り付けられる。ノズルには液体噴霧化
（蒸気又はエアーによる）のための供給ライン150と、
燃料ガスを送るための供給ライン152が組み込まれてい
る。RClおよびHC（種々の炭化水素の混ざり合った塩素
化炭化水素廃棄物）を送るために、供給ライン154が、
また燃料油を送るために供給ライン156が組み込まれて
いる。もう一つのライン158は燃焼エアーをシステムに
送るためのもので、燃焼エアー旋回羽根により廃棄物RC
lおよび燃料供給物と適当に混合される。RClを含んだ不
活性廃棄ガスの温度を上げなければならないときのため
に別の燃料供給ライン160（エアーと混合される）が取
り付けてある。燃焼室132中の火炎前面の温度は温度セ
ンサー162により測定される。

これまで述べてきたことから明らかなように、本発明は
塩素化炭化水素を燃焼させて、蒸気としてエネルギーを
回収すると共に、塩酸として塩素を回収するための改良
された装置および方法を与えるものである。廃棄物の燃
焼をできるだけ少ない熱損失と、できるだけ少ない容積
で行なうことのできる特別設計のバーナーを用いて、腐
食による破損を防止する条件で運転することのできる改
良されたパッケージ煙管ボイラーに改装すれば、支持燃
料の必要量は25％〜50％の範囲に低減させることができ
る。支持燃料必要量が低減すると、燃焼生成ガス中のHC
l濃度がかなり増大し、従ってHClの回収量も増す。さら
に支持燃料必要量が低減すると、それに伴なってエアー
必要量も低減できるので、装置のサイズを小さくするこ
とができ、また運転コストも下げられる。

上記したことから明らかなように、標準タイプ又は従来
のタイプの直火型パッケージ煙管ボイラーを改良して塩
素化炭化水素（RClおよびHC）を燃焼できるようにすれ
ば、標準タイプの煙管ボイラー設計物の場合に必要とさ
れるより長い滞留時間を必要とする物理的および／また
は化学的性質を有するある種の塩素化炭化水素を十分燃
焼させることができるようになる。特定の要求事項（乱
流、個々の塩素化炭化水素廃棄供給物、規格外不良品、
副生物、および使用済み溶媒など）に対する特別設計の
バーナーを取り付けた改良形ボイラーに改装すれば生成
物やエネルギーの回収を、従来より大幅に増大させるこ
とができる。

標準タイプ又は従来タイプの直火型パッケージ煙管ボイ
ラーのバーナー設計は、本発明に従って塩素化炭化水素
を燃焼できるように改変することが可能であり、これに
よって種々の特性を有する各種多様の液状およびガス状
塩素化炭化水素供給物を処理することのできる改良され
たボイラーが得られる。特別設計のバーナーを有するボ
イラー装置に改装すれば、少量のRClやHCを含有した本
質的に不活性のガスを、支持燃料やRCl供給物と別々に
注入することができ、安全確実な燃焼制御を維持しなが
ら、これらの有害汚染物を効率的に分解することができ
る。RClの燃焼から、蒸気の形でエネルギーを回収する
のにボイラー装置を使用すると、ダウンストリーム吸収
装置におけるHCl回収の際の高温燃焼ガスの冷却に有効
である。従来のRClバーナー設計からなる蒸気冷却シス
テムの代わりに、燃焼ガス冷却用のボイラーを使用する
と、高濃度の塩酸生成物としてHClの回収量が増大す
る。これはHCl吸収装置内において、吸収される他の燃
焼生成物としては、燃焼エアーから発生する水蒸気しか
存在しないからである。

本発明の特に重要な利点は、完全に不活性なガスを炎の
中に導入して、燃焼処理できることである。体積流量が
減るにつれて（不活性ガスを処理する場合でも）、運転
コストが低減するが、このとき蒸気の回収に一部運転コ
ストがかかる。必要であれば、適切に接続されたダウン
ストリーム装置を用いて煙道ガス排出物から塩酸を回収
することにより、より経済的な排出煙道ガスの回収が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による改良されたハロゲン化炭化水素
焼却炉の断面を示す。構造の詳細についてはあとに述べ
る。 第２図は、改良されたハロゲン化炭化水素焼却炉の断面
図であり、本発明の別のボイラー構造物の実施例を示
す。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷式水平燃焼管ボイラーにおいて； （ａ）各端部に垂直に配置された金属チューブシートを
   有する概略閉じられたシェルを含むボイラー部であっ
   て、当該シェルが当該端部間に水を保持し、燃焼室が当
   該シェルの長さの範囲内でその長さ方向に沿って伸びて
   当該チューブシートと連絡しており、複数の比較的小さ
   な金属製もどりチューブがボイラーシェルの長さの範囲
   内で、その長さ方向に伸びて当該チューブシートと連絡
   しており、燃焼室およびもどりチューブが水平状態で一
   定の間隔をおいて配置されており、そして当該ボイラー
   部が折りたたまれた形のマルチセグメント煙道ガス排出
   通路を形成しているボイラー部： （ｂ）二つの末端部手段で、少なくとも一つが固定され
   ている末端部手段； （ｃ）チューブシート表面を除き、ボイラー運転時に、
   燃焼ガスにさらされ、耐食性材料で造られているか、又
   はあらかじめ定められたある量の断熱材で被覆されて、
   これにより表面の温度が運転時に予期される温度範囲内
   に維持されるようにした表面を有する当該シェルおよび
   当該端部手段； （ｄ）燃焼室に隣接したフロントエンドノズル部； （ｅ）水を当該シェルに供給するための手段； （ｆ）蒸気を当該シェルから取り出すための手段；およ
   び （ｇ）燃焼ガスを端部手段の一つから取り出すための煙
   道手段；改良は以下の点からなる、 すなわち： （ｈ）二つの燃焼室 〔（ｉ）一次燃焼室は燃焼ガスを含むための限定された
   一次燃焼室に隣接してフロントエンドノズル部を有す
   る； （ii）当該一次燃焼室、二次燃焼室及びもどりチューブ
   はガスが流れるように連絡しており； （iii）当該フロントエンドノズル部は、エアー、補助
   燃料、ハロゲン化炭化水素を一次燃焼室内にあるバーナ
   ーノズルに供給するための供給手段を有する； （iv）当該ノズルからエアーを吹き込む手段により、1,
   000〜1,800℃の範囲の温度を有する火炎前面が形成され
   て、ハロゲン化炭化水素が燃焼する； （ｖ）当該一次燃焼室は火炎前面を収容するのに十分な
   広がりがあり、該バーナー及び該一次燃焼室とが同軸に
   あり、断熱被覆壁体が煙道ガスの流れを当該一次燃焼室
   から当該二次燃焼室へ導くアウトレットを画成してい
   る； （vi）当該二次燃焼室は比較的長く、当該シェルの長さ
   の範囲内でその長さの方向に沿って伸びて、当該チュー
   ブシートと連絡している； （vii）ガスフローを導くアウトレットは火炎前面から
   十分間隔をあけて配置されており、かつ二次燃焼室の端
   部に設けられており、また十分長いので当該二次燃焼室
   の端部における煙道ガスの温度は、折りたためられた状
   態のマルチセグメント煙道ガス排出通路へ入るときには
   1,000℃以下となる；そして （viii）端部手段は燃焼ガスを含むための限定されたス
   ペースを有しており、当該スペースは当該二次燃焼室お
   よび当該もどりチューブと通じ合っていて、当該折りた
   たみマルチセグメント煙道ガス排出通路の一部を形成し
   ている〕 を含む燃焼ボイラー。
2. 【請求項２】当該一次燃焼室が当該燃焼室に対して開い
   ている伸長した円筒状側壁を有し、当該側壁上に設置さ
   れて当該一次燃焼室中へ注入するための補助廃棄物注入
   ノズルを有する特許請求の範囲第１項記載のボイラー。
3. 【請求項３】当該二次燃焼室が、耐火材でライニングさ
   れた伸長した円形構造物からなり、当該一次燃焼室と連
   結して相当の長さとなって充分に長い高温領域を形成す
   ることにより、ハロゲン化炭化水素廃棄物が当該マルチ
   セグメント煙道ガス排出通路に入って行く前に酸化され
   るための最小限度の時間を越える滞留時間が得られる特
   許請求の範囲第１項記載のボイラー。
4. 【請求項４】当該一次燃焼室が当該ノズルを支持する円
   形端部からなり、当該ノズルは当該一次燃焼室中の火炎
   前面と当該二次燃焼室とが一直線状となるように位置決
   めされ、当該ノズルが特定のガスフローと組み合わさっ
   て火炎前面を形成し、1,000℃以下で廃棄煙道ガスがマ
   ルチセグメント煙道ガス流路中に速いＵターンとなって
   排出される特許請求の範囲第３項記載のボイラー。
5. 【請求項５】ニッケル合金部材が当該二次燃焼室を形成
   し、当該二次燃焼室が、その外部および当該シェル内に
   おいて、水で取り囲まれている特許請求の範囲第４項記
   載のボイラー。
6. 【請求項６】煙道ガスを当該煙道手段に流すための、全
   体として十分な断面積を有する、一番目および二番目の
   連続的に配置されたもどりチューブからなる特許請求の
   範囲第４項記載のボイラー。
7. 【請求項７】当該一次燃焼室と当該二次燃焼室との間に
   移行手段が接続されており、当該移行手段が二つの円形
   端の間にテーパーをもっていて、耐火材で造られている
   特許請求の範囲第４項記載のボイラー。
8. 【請求項８】当該一次燃焼室が、不活性ハロゲン化炭化
   水素廃棄物の流れを、火炎前面から現れる前に、燃焼の
   ための当該ノズルからの流れの中に注入するための補助
   ノズル手段を支持している、取り巻いた状態の円筒壁体
   からなる特許請求の範囲第４項記載のボイラー。
9. 【請求項９】当該ハロゲン化炭化水素廃棄物と共に霧化
   液体を移送するための手段からなる特許請求の範囲第８
   項記載のボイラー。
10. 【請求項１０】（ａ）冷却水チャンバーと、複数の水冷
    ガスフローチューブを支持している炭素鋼チューブシー
    トを有するボイラー手段； （ｂ）燃焼室；および （ｃ）冷却炉供給手段； を有する高塩素化炭化水素を含む廃棄物を焼却処理する
    ための、水冷式水平燃焼管ボイラーにおいて、 （ｄ）伸長した二次燃焼室を形成している金属構造物を
    有し、そのまわりに配置された冷却水チャンバーを有す
    る当該ボイラー手段； （ｅ）伸長した一次燃焼室が当該ボイラー手段の一方の
    端部に接続され、二次燃焼室と一直線状の配列となって
    煙道ガス移送手段を形成していて、当該一次燃焼室が、
    予め定められた範囲の廃棄供給物を実質的に断熱焼却処
    理するための、最大予想寸法の炎を含むだけの物理的寸
    法を有している； （ｆ）当該一次燃焼室が、当該廃棄物を焼却する炎の最
    高推定温度以上の温度に十分耐えるだけの特性をもつ耐
    火物ライニングを有し、さらに当該耐火物ライニングが
    当該煙道ガス移送手段のための耐熱性耐火物ライニング
    をも形成している；および （ｇ）当該煙道ガス移送手段を冷却するための、また当
    該二次燃焼室から流れる煙道ガスの温度を十分に低い温
    度範囲にまで低下させて当該炭素鋼チューブシートの腐
    食を最小限に抑えるための手段を含むことを特徴とする
    燃焼管ボイラー。
11. 【請求項１１】当該煙道ガス移送手段が、当該一次燃焼
    室の寸法と比べて小さな断面寸法を有し、これによって
    当該ボイラーの当該一次燃焼室と当該二次燃焼室の間の
    流れが制限される特許請求の範囲第10項記載のボイラ
    ー。
12. 【請求項１２】水ジャケットが当該煙道ガス移送手段の
    周りに配置されて、当該煙道ガス移送手段のための移送
    冷却液チャンバーを形成し、当該冷却液チャンバーが当
    該冷却水チャンバーと通じ合っている特許請求の範囲第
    11項記載のボイラー。
13. 【請求項１３】当該煙道ガス移送手段の断面寸法が、当
    該ボイラーの当該二次燃焼室の断面寸法と実質上同じで
    ある特許請求の範囲第10項記載のボイラー。
14. 【請求項１４】水ジャケットが当該煙道ガス移送手段の
    周りに配置されて、当該煙道ガス移送手段のための移送
    冷却液チャンバーを形成し、当該移送冷却液チャンバー
    が当該冷却水チャンバーと通じ合っている特許請求の範
    囲第13項記載のボイラー。
15. 【請求項１５】当該一次燃焼室が、ハロゲン化炭化水素
    の燃焼のために1,000℃〜1,800℃の温度範囲の冷却炎が
    当該一次燃焼室中に保持される必要に応じて、廃棄物、
    エアー、燃料、および蒸気を選択的に供給するための供
    給手段を含む特許請求の範囲第10項記載のボイラー。
16. 【請求項１６】当該一次燃焼室が通常円筒状の形成をし
    ており、十分に伸長していてその中にかなり大きめの焼
    却炎を封じ込んで、ハロゲン化炭化水素を含む供給物を
    実質的に完全燃焼させる特許請求の範囲第10項記載のボ
    イラー。