JP5611448B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物の処理を行うと同時に、廃熱を回収し有効利用を行なうボイラ構造を備えた燃焼装置に関するものである。

従来より、廃棄物の処理装置としての燃焼装置が知られている（特許文献１参照）。この燃焼装置は主に旋回溶融炉と燃焼室とによって構成されている。
上記旋回溶融炉は、廃棄物焼却後に発生する灰分及びチャーを含む熱分解ガスが導入され、該熱分解ガスを高温で旋回燃焼、溶融させることにより溶融スラグを生成する。また、旋回溶融炉において生じた未燃ガスは当該旋回溶融炉の上方の上記燃焼室に排出されて再燃焼される。

上記溶融スラグの生成によって廃棄物の減容化が達成できる。また、この溶融スラグはコンクリートとの混合等により廃棄物の再資源化が可能となるので、埋立地等の最終処分場の延命に貢献する。さらに灰分、チャーに含まれるダイオキシン等の有害物質は、上記燃焼装置において高温燃焼、分解され無害化される。

上記燃焼室の側壁には、水管を設けたボイラ構造が採用されることが多くあり、当該燃焼室において発生した高温廃熱をボイラによって回収し、蒸気タービンへ送ることで発電等を行ない廃熱の有効利用を図っている。

特開２００７−２１８４５８号公報

上記燃焼装置は、燃焼室の側壁をボイラ構造として、当該燃焼室にて燃焼時に発生する廃熱を回収し利用することが可能である。しかし、旋回溶融炉と燃焼室との間に燃焼を効率化する絞り部を有しており、その特殊な形状のため当該旋回溶融炉の側壁へボイラを設置することができず、当該燃焼装置の側壁全域にわたる熱回収が困難であった。従って当該旋回溶融炉の側壁においては、ボイラによる廃熱回収を行なう代わりに、側壁を冷却するための水冷ジャケット等の熱交換器が備えられ、当該廃熱を燃焼装置の系外へ放出するのみとなっていた。即ち当該旋回溶融炉においては、廃熱分の熱エネルギーが無駄にされていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、効率的に廃熱回収を行なうことが可能なボイラ構造を備える燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃焼装置は、焼却後の廃棄物より生成される熱分解ガスを旋回させながら燃焼する旋回溶融炉の上方に、前記旋回溶融炉から排出される未燃ガスを燃焼させる燃焼室が設けられた装置本体と、前記装置本体の側壁を周囲から覆い、前記装置本体の上下方向全域にわたって前記側壁に沿って延びる複数の側壁ボイラ水管とを備え、前記装置本体の底部に、平面視渦巻き状に延在する底部ボイラ水管を備え、前記底部ボイラ水管は、旋回溶融炉の下方の空間の内壁より空間中心に向かって突設される突起の上に載置されている。

このような側壁ボイラ水管を備える燃焼装置によれば、上記燃焼装置上下方向全域の廃熱を当該側壁ボイラ水管によって効率的に回収できる。

また、この底部ボイラ水管により、これまで回収が困難であった溶融炉底部の廃熱を効率よく回収することができる。

また、ボイラ給水を底部ボイラ水管に流通させた後に回収し、当該ボイラ給水を貯水部を介して側壁ボイラ水管に下方から導入するボイラ水供給部を備えていてもよい。

このようなボイラ水供給部を備えることにより、底部ボイラ水管において回収した廃熱を利用し、側壁ボイラ水管への給水の余熱を行なう。従って側壁ボイラ水管における蒸気生成の効率化を図ることができる。

さらに前記装置本体の側壁の上下方向の一部が縮径することにより前記旋回溶融炉と前記燃焼室との間に絞り部が形成され、前記複数の側壁ボイラ水管の一部が前記側壁部から離間していてもよい。

このように離間した側壁ボイラ水管を備えることで、絞り部における装置本体の側壁の縮径による当該側壁ボイラ水管同士の干渉を回避することができる。即ち、上記装置本体の側壁の全域にわたって側壁ボイラ水管の本数を変化させることなく、当該側壁を覆うことが可能となる。その結果としてボイラ給水の循環不良を防止でき、かつより多くの廃熱回収ができる。

またさらに、上記のように一部が側壁より離間した側壁ボイラ水管によって、当該側壁ボイラ水管と側壁との間に空間が生まれる。この空間によって上記燃焼装置へ作業者が接近し易くなり、当該燃焼装置のメンテナンス容易化によるコスト削減に繋がる。

また本発明に係る前記燃焼室の上部に対して、空気を導入する吹込口が周方向に間隔をあけて少なくとも４つ設けられていてもよい。

このような吹込口を備えることにより、空気が燃焼室中心に向かって吹き込まれ、旋回溶融炉から排出され当該燃焼室中心部を吹き抜ける排ガスを効率的に再燃焼することができる。

本発明の燃焼装置によれば、当該燃焼装置の装置本体側壁全域をボイラ化することによって、これまで廃棄していた旋回溶融炉の廃熱を効率的に回収することができる。

本発明の第一実施形態に係る燃焼装置を正面から見た際の縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼装置を構成する旋回溶融炉の底部に備えられた底部ボイラ水管であって、図１のＡ−Ａ断面示す図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼装置を構成する燃焼室に備えられた空気吹込口であって、図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の第一実施形態の燃焼装置１について説明する。
燃焼装置１は廃棄物焼却時に発生する灰分とチャーとを含む熱分解ガスＷを装置内部へ導入し、この熱分解ガスＷを旋回させながら高温燃焼し、溶融処理を行なう際に用いられる。
この燃焼装置１は、内部に旋回溶融炉３と燃焼室６とを有する装置本体２と、側壁ボイラ水管７と、底部ボイラ水管８と、ボイラ水供給部９と、吹込口１２とを備えている。

装置本体２は、鉛直方向に延在する筒状の側壁１３を有している。この側壁１３は、上下方向の一部が縮径しており、当該縮径した部分が装置本体２の絞り部１４とされている。
装置本体２内における上記絞り部１４の下方の空間は、上記旋回溶融炉３とされており、当該旋回溶融炉３の下部、即ち装置本体２の下部には、旋回溶融炉３にて生成される溶融スラグ４を排出するための出滓口５が設けられている。

また、装置本体２内における上記絞り部１４の上方の空間は、側壁１３が上方に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ状をなす燃焼室６とされている。
即ち本実施形態においては、旋回溶融炉３の上方に絞り部１４を介して燃焼室６が連続的に形成されることにより装置本体２が構成されている。

側壁ボイラ水管７は、装置本体２の側壁１３の上下にわたって、即ち旋回溶融炉３の下端から燃焼室６の上端にわたって、装置本体２の鉛直方向上向きに当該装置本体２の側壁１３全域を周囲から覆うよう設置されている。
また、上記絞り部１４においては一部の側壁ボイラ水管７（本実施形態では、全側壁ボイラ水管７のうち半数）が当該装置本体２の側壁１３から離間し、廃熱を回収しない非加熱管として構成されている。そしてこの非加熱管については、当該絞り部１４の上部の装置本体２の側壁１３がある程度拡径した位置において、再び装置本体２の側壁１３を覆うように形成され再度加熱管となる。

底部ボイラ水管８は、図２に示すような平面視渦巻き状に延在する水管であって、上記旋回溶融炉３の底部に配置される。この底部ボイラ水管８は支持台１５と固定され、旋回溶融炉３の下方の空間の内壁より空間中心に向かって突設する突起１６の上に載置される。当該突起１６と当該支持台１５とは完全には固定されず、当該底部ボイラ水管８自身の温度変化による伸縮を許容するような構造を備えている。さらに当該底部ボイラ水管８と側壁ボイラ水管７との間には隙間が設けられている。

ボイラ水供給部９は、底部ボイラ水管８へボイラ給水Ｗ２を供給する脱気給水器１８と、底部ボイラ水管８へボイラ給水Ｗ２を圧送し回収する第一ポンプ１１と、装置本体２の上方において側壁ボイラ水管７からボイラ給水Ｗ２の回収と貯水とを行い、側壁ボイラ水管７へボイラ給水Ｗ２を再度供給するドラム（貯水部）１０と、底部ボイラ水管８より回収したボイラ給水Ｗ２を脱気給水器１８からドラム（貯水部）１０へ圧送する第二ポンプ１７とにより構成される。
そして本実施形態におけるボイラ水供給部９は、強制循環および自然循環の二つのシステムが共存するように構成されている。即ち底部ボイラ水管は強制循環方式を採用しており、脱気給水器１８からのボイラ給水Ｗ２は当該底部ボイラ水管８内へ圧送され循環された後、再び脱気給水器１８へ返還される。
そして次に、底部ボイラ水管８内を循環し廃熱回収したボイラ給水Ｗ２は、ドラム（貯水部）１０を介して側壁ボイラ水管７の下方より導入され、当該側壁ボイラ水管７内において熱吸収する。これによりボイラ給水Ｗ２は比重を低下させ、上方に向かって上昇する。このように側壁ボイラ水管７では、ボイラ給水Ｗ２が自然に上昇しながら最終的に蒸気となるといった自然循環方式を採用している。

吹込口１２は、燃焼室６内外を連通する当該燃焼室６の中心に向かう空気導入口であり、当該燃焼室６の上部に対し周方向に少なくとも４つ（本実施形態では８つ）設けられている。

次に、上記構成の燃焼装置１の作用について説明する。
この燃焼装置１においては、廃棄物焼却時に発生する灰分とチャーとを含む熱分解ガスＷが、図示しない熱分解ガスダクトを通過し旋回溶融炉３内へ導入され、この熱分解ガスＷが旋回されながら燃焼することにより灰分とチャーとを溶融し、この結果生成された溶融スラグ４を出滓口５より排出する。

さらに、側壁ボイラ水管７の一部が上記絞り部１４において側壁１３より離間され設置されることにより、当該絞り部１４において装置本体２の側壁１３が縮径することによる、側壁ボイラ水管７同士の干渉を回避することができ、当該側壁ボイラ水管７の本数を側壁１３全域にわたって変化させることなく覆うことができる。また側壁ボイラ水管７が上記側壁１３と離間して設置された結果、上記非加熱管と当該側壁１３との間に空間が形成される。

さらに本実施形態においては、上記突起１６と上記支持台１５との間が滑動可能な構造とされることにより、当該底部ボイラ水管８が廃熱を回収する際の熱膨張及び収縮による亀裂が発生することを回避する。また側壁ボイラ水管７が底部ボイラ水管８との間に隙間を設け設置されることにより、当該側壁ボイラ水管７と当該底部ボイラ水管８との間に温度差を原因とした熱膨張及び収縮による亀裂の発生も防止できる。従って底部ボイラ水管８の破損を伴わず、当該底部ボイラ水管８を旋回溶融炉３の底部に設置できる。

そして本実施形態のボイラ水供給部９においては、ボイラ給水Ｗ２の強制循環および自然循環を共存させたことにより、水平方向に延在するため自然循環が困難な底部ボイラ水管８を用いて、旋回溶融炉３の底部の廃熱回収を可能とする。

また燃焼装置１上部に配置される燃焼室６においては、旋回溶融炉３より排出される未燃ガスの再燃焼を行なう。その際、本実施形態においては当該燃焼室６上部に配置された８箇所の吹込口１２より当該燃焼室６の中心部へ向かって空気を吹込み、上記未燃ガスの燃焼効率を向上する。

このような燃焼装置１においては、旋回溶融炉３及び燃焼室６の側壁１３全域から廃熱を回収できる側壁ボイラ水管７と、また当該旋回溶融炉３の底部から発生する廃熱を回収できる底部ボイラ水管８とによって、燃焼装置１から発生する廃熱をより多く回収できる。そして回収した廃熱により生成された蒸気を蒸気タービンの動力源とすることにより電力を得ることができ、得られた電力を売る等してコスト削減が達成できること、さらに燃焼装置１からの廃熱の無駄を削減することにより、地球温暖化防止にも貢献できる。

さらに非加熱管と装置本体２の側壁１３との間に形成された空間によって、装置本体２のメンテナンスが容易になりコスト削減効果がある。

なおここで、燃焼室６の上部に８箇所の吹込口１２を設けることにより、旋回溶融炉３における未燃分がより効率的に燃焼されるため、ＣＯ等の排ガス中に含まれる有害物質の削減効果に繋がり、地球環境保護に貢献できるのであるが、本発明の技術的思想を逸脱しないため、この未燃分燃焼用に設置された吹込口１２は必ずしも４箇所以上備えなくともよい。

なおさらに本実施形態の燃焼装置１においては、装置本体２の内部の付着灰除去手段として内部設置式のスートブローを備えていてもよく、この場合抜き差し式のスートブローと比較し当該燃焼装置１の設置スペースを縮小することができるためコスト削減効果がある。ここで内部設置式のスートブローは、４００℃以上の高温環境における腐食とクリープ破壊に耐える特殊材料とする必要がある。

１…燃焼装置、
２…装置本体、
３…旋回溶融炉、
４…溶融スラグ、
５…出滓口、
６…燃焼室、
７…側壁ボイラ水管、
８…底部ボイラ水管、
９…ボイラ水供給部、
１０…ドラム（貯水部）、
１１…第一ポンプ、
１２…吹込口、
１３…側壁、
１４…絞り部、
１５…支持台、
１６…突起、
１７…第二ポンプ、
１８…脱気給水器、
Ｗ…熱分解ガス、
Ｗ２…ボイラ給水

Claims (4)

1. 焼却後の廃棄物より生成される熱分解ガスを旋回させながら燃焼する旋回溶融炉の上方に、前記旋回溶融炉から排出される未燃ガスを燃焼させる燃焼室が設けられた装置本体と、
   前記装置本体の側壁を周囲から覆い、前記装置本体の上下方向全域にわたって前記側壁に沿って延びる複数の側壁ボイラ水管とを備え、
   前記装置本体の底部に、平面視渦巻き状に延在する底部ボイラ水管を備え、
   前記底部ボイラ水管は、旋回溶融炉の下方の空間の内壁より空間中心に向かって突設される突起の上に載置されている燃焼装置。
2. ボイラ給水を底部ボイラ水管に流通させた後に回収し、当該ボイラ給水を貯水部を介して側壁ボイラ水管に下方から導入するボイラ水供給部を備える請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記装置本体の側壁の上下方向の一部が縮径することにより前記旋回溶融炉と前記燃焼室との間に絞り部が形成され、
   前記複数の側壁ボイラ水管の一部が前記側壁から離間している請求項１または２に記載の燃焼装置。
4. 前記燃焼室の上部に対して空気を導入する吹込口が、周方向に間隔をあけて少なくとも４つ設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼装置。

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