JPS6034007B2 - 高負荷燃焼法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼炉へフィードして頃霧燃焼することの困難
な自然性を有する高粘度物質や固体及び自然性を有しな
い低発熱量の物質を燃焼炉に直接フィードして効率よく
燃焼させる方法に関する。

従来燃焼炉内に燃焼空気を接線方向から送入して旋回流
を形成させて、廃液等の頃霧流体をこの旋回気流に乗せ
て焼却を行うことは公知である。また、比較的少量の煤
等の可燃性固体粒子を含有する不完全燃焼ガスを処理す
る方法として、不完全燃焼ガスを下方に底のない直立円
筒状炉の下方から導入し、同円筒の上部から特定のノズ
ルによって惹起された旋回下降する高温ガス膜の中を上
昇させて焼却するもの（袴開昭５３−３００４３号公報
）、また被燃焼物供給口側に向けて燃焼用空気を送入す
る構成の見られるロータリーキルン型焼却炉（持関昭４
８−８３６６７号公報）、同じく額斜した炉床を有する
廃油等の燃煉炉（持公昭５２一４９６８０号公報）、あ
るいは微粉砕可能な燃料である石炭を噂霧に近い状態で
旋回気流にのせて燃焼するサイクロンファーネスの様な
横型炉も知られている。然しながら、常温で団体ではあ
るが、微粉砕の困難な、また僅かの加熱によって熔融粘
着したり、高粘度の物質となる、硬ピッチやプラスチッ
ク類、それ自身極めて高粘度か、あるいは加熱によって
変質し粘鋼なあるいは流動化困難な物質化し易い童者油
やアスファルトや軟ピッチ、残澄油の様な燃焼炉への項
姦困難なもの、一方粉砕可能であってもそれ自身燃焼性
の悪い廃活性炭や、石炭のガス化あるいは液化工程で発
生するチャ−と称せられるもの、更には自然性の少ない
廃液、廃スラッジ、あるいは更に原子力発電所等で発生
する放射性の粒状もしくは粉状の廃イオン交換樹脂等々
は、上記の様な従来公知の炉と方法をもってしては高負
荷燃焼法が極めて困難であって、多量の未燃物が燃焼ガ
スに同伴したり、炭化物が炉内に、あるいは炉の下部に
落下堆積してしまうので、完全燃焼はおろか、燃焼の継
続そのものが困難であるという問題点を有していた。

本願の発明者らは、これらの問題点を解決すべく鋭意研
究の結果、未燃物が落下した際の床燃焼も可能な炉とし
ての横型炉において、燃焼用空気の旋回流の流線の位置
や方向、吹込速度等が上記の様な難燃性物質の完全燃焼
にとって極めて重要な因子となることを発見して本発明
を完成するに至った。

即ち本発明は燃焼対象物をコの字型あるいは台型の端部
を有する横型焼却炉内の前部にノズル等によって流下又
は落下させてフィードし、このフィード部に向けて燃焼
用空気を燃焼炉の内壁に対して接線方向且つ上流方向斜
の好ましくは特定の角度をもった方向に高速で送入する
ことにより、燃焼対象物を燃焼室前部に抑えつけると同
時に強力な旋回火炎をも燃焼室前部に抑えつける効果が
あることを発見し本願発明に到達した。

本願発明はこの効果（以下フレームホールドボルテツク
ス流と称す）を高粘度液体や常温では固体であるが常温
で高粘度液体となる宮燃性の物質やスラリー物質又は自
然性を有しないが補助燃料により樽暁の可能な廃液や廃
スラッジ更に粉砕によって固体のままフィード出来る可
燃性ではあるが隙霧焼却し難い物質（以下燃料と称する
）の燃焼に利用して高負荷燃焼を達成し、炉の燃焼負荷
を従来法に比して大中に高めるものである。上記燃料と
しては各種油性のスラッジ、ピッチ、アスファルト、減
圧蒸留残澄、抽出残澄、その他の車質油、ＣＯＭ（石炭
末と油の混合物）、ポリオレフィンその他合成高分子物
質、各種有機合成プロセスからの蒸留残檀、有機物を含
む廃液及び固体としては廃粉末活性炭、徴粉炭等が考え
られる。本願発明においては必要に応じて補助バーナー
を設けて補助燃料を使用するが、これは自然性を有する
燃料に対しては炉の予熱用であり、自然性を有しない低
発熱量廃液、廃スラツジ等に対しては着火源乃至は炉温
の保持用である。

以下に本願発明を図面にもとづいて説明する。

第１図は灰分、金属等の燃焼残物質が発生する燃料を燃
焼させる場合の燃焼炉を示し、第２図は第１図のＡ−Ａ
断面図である。燃料が自然性を有する場合第１図及び第
２図に於いて補助バーナー６によりＬＰＧ、重油等の補
助燃料７を使用して燃焼炉１を燃料の自然温度（１１０
０〜２０００℃）もしくはそれ以上に予熱する。燃焼室
温度計８が所定の温度を示した時に、燃焼空気用ノズル
３より空気を噴出させる。炉上流側面中応附近の燃料フ
ィードノズル２より燃料を流下又は落下せしめる。第１
図では燃料フイードノズル２，２と２個所示したが実際
には何れか１個でよくこの燃料フィードノズル２，２′
は対象とする燃料によって例えば円筒炉壁上部上流側の
２′等の位置からフィードしてもよく、何れにするかは
燃料の性状によって事前に決定される。一般に液体では
燃料フィードノズル２よりフィードし、固体及び粉体は
燃料フィードノズル２′より落下フイードする。又フイ
−ド方法は高粘度液体の場合は燃焼排ガス、スチ−ム、
又は適宜の熱媒体で加熱溶解した後、ポンプフィードす
ることが望ましいがアシッドヱッグ式に圧力を加えてフ
イードすることも出来る。この際必要に応じてノズルを
先端部まで熱煤等により加熱保温する。又固体及び粉体
のフィードは定量性のあるテーブルフィーダ−やスクリ
ューフィーダ−を用いてフィードすることが好ましい。
さて、前記の如く、補助バーナーによって炉温が所定の
価に到達したならば燃焼用空気ノズル３より目的に合っ
た量の空気を送入し、同時に燃料を供給して着火させ安
定燃焼に至れば補助バーナーは止める。自然性のない燃
料では補助バーナーを継続することはいうまでもない。
燃焼空気の接線方向への流速は約６０〜１２０の／ｓｅ
ｃであることが望ましく、この流速は４０の／ｓｅｃ以
下では効果は少く１２０ｍ／ｓｅｃ以上では騒音や炉壁
の損傷等のため実用的ではない。又燃焼炉の大きさや燃
料のフィード量に応じて必要な空気量を均一に供孫舎す
るためにこの燃焼用空気ノズル３は１本だけでなく必要
に応じて教本から１０本以上多数設けてもよい。この燃
焼用空気ノズル３の設置位置は燃料供給口の下流部であ
り、炉内壁の水平方向の直線上に又は円筒炉１の断面の
円周上にあるいは任意の位置にそれぞれを単独に又は両
者を組合せ複合して設けることが出来る。又燃焼用空気
の流線と円筒炉の母線とのなす角度は４５〜７５度が望
ましい範囲である。この範囲外では本願発明のフレーム
ホールドボルテックス流による効果を維持することが困
難である。又炉の内壁に対して接線方向且つ上流に向け
て斜に入る燃焼空気は、炉内にフィードされる燃料が下
流側に流出するのを出来るだけ防止するために直接に燃
料にあたるのを避け該旋回流の流線の少くとも１本が炉
内の２回転以内において可燃物の落下点の直前乃至直上
附近を通過することが望ましい。２回転以上するときは
多少風力が弱まり効果は減殺される。

燃焼空気量の調節はバルブ、ダンパ−その他適宜の方法
によって行うことが出来る（図示せず）。燃焼ガスはダ
クト４から、フレームホールドボルテックス流と同方向
の接線方向に抜き出され、ボイラー、乾燥機等の熱ガス
を必要とする装置に導かれて適宜使用される。このよう
に燃焼炉１を出る燃焼ガスをフレームボールドボルテッ
クス流と同じ接線方向に抜き出すことはフレームホール
ドポルテツクス流を乱さないために重要である。燃焼残
物質は燃焼残物質排出口５より排出する。燃焼残物質は
燃料の種類により溶融状態又は粉体等の形で取り出され
る。第３図は燃焼残物質が生じない、分解性気化性の高
い燃料に特に好適に用いられる燃焼炉１０１を示す。

この場合は燃焼残物質排出口は不要である。ポリオレフ
イン等で灰分、金属を含まず、かつ分解性気化性の高い
物質は、燃焼炉１０１の前部の燃料フィード部にコの字
形または台形のコ−ン部１０９を設けて落下部分に熱頬
射が当り易くし気化を促進し、フレームホールドボルテ
ックス燃焼を行わせる。燃料は燃料フイードノズル１０
２よりフィードし、初期補助バーナ１０６を用いて、燃
焼を行うことは第１図の説明と同様である。第４図は補
助燃料としてＬ．Ｐ．Ｇを使用し第１図の燃焼炉１によ
ってマレィン酸とフタール酸を含む蒸留残澄の曙焼に従
来の旋回流方式と本願発明によるフレームホールドボル
テックス流方式を適用した燃焼結果を示す比較例である
。

この運転条件は次の通りである。樽隣対象物 マレィン
酸とフタール酸を含む蒸留残澄マレィン酸 ３３％ フタル酸 ５３％ Ｎａ ２．７％ Ｓ Ｉ．３％ ＱＯ Ｉ０ 発熱量 約３３０腿ｃａｌ／ｋ９ 使用した円筒炉 内径 ５０仇舷 長さ ２３０仇舷 炉の容積 ０．４５の 燃焼用空気／ズル １本 燃焼用空気流速 ８０ｍ／ｓｅｃ 燃料フイード量 ２０ｋｇ／日 補助燃料 Ｌ．Ｐ．Ｇ４．皿で／Ｈ燃焼温度
９５０〜１０００ｑｏ燃焼ガス中の残存酸
素 ８〜９％燃焼用空気量 ３２側め／Ｈ 燃焼用空気ノズル３が円筒炉の母線とのなす角度は本願
の方法としては上流に向けて７０度、従釆法の例として
は９０ 度であった。

又灰は炉の後部より下向きのダクト５より６００その水 中に燃焼ガスと共に導いて連続的 に構築し、時間と共にＣＯＤ値 （Ｍｎ）を測定した。

第４図に於いて縦軸はＣＯＤ値（Ｐ．Ｐ．Ｍ）、横軸は
運転時間であり、直線■，■は夫々本発明方式及び従来
法の旋回方式による結果を示す。

本発明方式では３時間の運転後のＣＯＤ値が２．沙ｐｍ
であるのに対して従来の旋回方式では同じ３時間後のＣ
ＯＤ値は１２０ｐｐｍを示した。これは従来法に比較し
て本発明のフレームホールドポルテックス方式の方が燃
焼が完全であることを示している。次に本発明方法によ
って各種燃料を用いた場合のこの実施例を第１表に示す
。この実験に用いた燃焼炉は内径３５仇奴×長さ１００
仇ゆであり、フィード量その他は前記比較例と同等であ
る。第１表 上表のテストＭ．３は２段燃焼の例を示すものである。

この車質油中には窒素が０．４ｗｔ％含まれており、ご
＝１．２で一段の酸化燃焼を行うとＮＯが４５０ｐｐｍ
発生したのに対して、このテストＮｏ．３でご＝０．６
で還元燃焼を行ったのち、後段に設けた別の同型炉で酸
化燃焼（総合ど＝１．２）を行い、この２段燃焼によっ
てＮＯを１５０ｐｐｍ迄低下することが出来た。又すす
の発生量はテストＭ．１〜５を通じて１０〜２０の９／
Ｎで以下であった。

尚本願発明は屑紙や木材片の様な易燃物の焼却あるいは
徴粉炭の高負荷燃焼法にも充分適用可能である。

以上のように従来のように従来の旋回流方式では比較的
燃焼し易いものでも燃焼負荷が１５０×１ぴ〜２００×
１０１Ｋｃａｌ／の日であるのに対して本願発明による
フレームホールドボルテックス流による燃焼負荷は最高
で５００×１ぴ〜６００×１ぴＫｃａｌ／で日と増大し
燃料の種類によっては燃焼炉の容積は従来の炉容積に対
して１／３〜１／４にまで縮少させることが可能である
。

又この燃焼方法により今まで利用価値が低く燃焼が困難
であった低廉な重質欄、廃プラスチッタ、石油蒸留残澄
及びＣＯＭが燃料として利用することが出来る。

更に本願の方法によると酸化雰囲気では燃料の自然下限
であるご＝２．５、燃焼温度１０００００からご＝１．
０、例えば燃焼温度２０００００、及びどく１の還元燃
焼までのあらゆる範囲での完全燃焼が可能であり、すす
の発生も殆どなく灰分のＣＯＤも少く、更に建設費、運
転費も大中に節約出来て産業上公害防止上極めて有利で
ある。図面の簡単な説明第１図は灰分、金属等燃焼残物
質を残留する燃料を燃焼させる場合の燃焼炉を示し、第
２図は第１図のＡ−Ａ断面図を示す。

第３図は燃焼残物質がない分解性気化性の高い燃料を燃
焼させる場合の燃焼炉を示し、第４図は補助燃料として
Ｌ．Ｐ・Ｇを使用して第１図の燃焼炉にってマレィン酸
ケーキを燈燈したときの従釆の旋回流方式と本発明によ
るフレームホールドボルテックス流方式との燃焼結果を
示す比較例である。１，１０１・・・燃焼炉、２，２′
，１０２・・・燃料フィードノズル、３，１０１・・・
燃焼用空気ノズル、４，１０４…ダクト、５・・・燃焼
残物質排出口、６，１０６・・・補助バーナー、７，Ｉ
Ｑ７・・・補助燃料、８，１０８・・・燃焼室温度計、
１０９・・・台形コーン部、１０，１１０・・・耐火、
断熱レソガ、１１，１１１・・・看視用覗窓、１３，１
１３・・・補助燃料用空気ノズル。

第１風 好２凪 濠５図 ※４・図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒炉の可燃物供給端側内壁の横断面がコの字形ま
   たは台形をなしている模型円筒炉の一端部に可燃物を供
   給し、強力な施回火焔流を当刻可燃物供給口の近傍内周
   に保持させるべく、当該可燃物供給口の下流部から、炉
   の内壁面に対して接線方向であり、かつ円筒炉の母線に
   対して上流方向に斜傾した流線をなす高速度の燃焼用空
   気流を吹き込むことにより、高負荷燃焼の維持と促進と
   を計ることを特徴とする高負荷燃焼法。 ２ 燃焼用空気の旋回流の流線の少くとも１本が、炉内
   の２回転以内において可燃物の落下点の直前乃至直上附
   近を通過するごとくなした特許請求の範囲第１項の高負
   荷燃焼法。 ３ 燃焼用空気の吹き込み口における流速が少くとも６
   ０ｍ／ｓｅｃであり、その流線と円筒炉の内面の母線と
   のなす角度が４５〜７５度の範囲内であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項及び第２項の高負荷燃焼法。