JP7208607B2

JP7208607B2 - 焼却装置

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Publication number: JP7208607B2
Application number: JP2019088958A
Authority: JP
Inventors: 喜美雄樋口
Original assignee: 株式会社環健スーパーテクノ
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2023-01-19
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: JP2020183843A

Description

本発明は、廃棄された石油製品を焼却処分するための焼却装置に関するものである。

従来から古タイヤや廃プラスチックの焼却のための装置が開発されているが、廃プラスチック等の焼却の際に発生する多量の黒煙等を除去することが課題とされていた。そこで、これを解消するべく排気筒に昇温用バーナーを取り付け、排気筒の内部においてバーナーの火炎を渦巻状に回流させるものが開発されている（特許文献１参照）。

特開２００５－２４９３０６号公報

前掲の特許文献１に開示される技術は、黒煙等を防止するために排気筒内に昇温用バーナーを斜め上方に向けて配置し、排気筒を二次燃焼室として利用するものであるが、結局のところバーナーによって再燃焼させることが目的である。また、ロストルの上面位置に段差を設け、液化した廃プラスチックを灰受箱に滞留させながら燃焼させて完全燃焼させることを意図しているが、滞留させることによって完全燃焼させることができることについて懸念されるものとなっていた。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、古タイヤや廃プラスチックなどの石油製品の完全燃焼化を促進させることのできる焼却装置を提供することである。

そこで、本発明は、廃棄された石油製品を焼却処分するための焼却装置であって、下部燃焼室と、上部燃焼室とを備え、下部燃焼室は、内部を中空とする中空層を有する二重構造の外壁部と、非焼却物の投入部と、吸気部とを備え、前記中空層は耐熱鉱石が充填された耐熱鉱石層構成部として機能させるものであり、上部燃焼室は、内部を中空とする内側中空層および外側中空層を有する三重構造の外壁部と、該外壁部を貫通しつつ外気を供給する吸気部と、耐熱鉱石の粉体を供給する粉体供給部と、乾燥蒸気を供給する乾燥蒸気供給部とを備え、前記内側中空層は、耐熱鉱石が充填された耐熱鉱石層構成部として機能させ、前記外側中空層は、水が貯留された液体層構成部として機能させるものであることを特徴とするものである。

上記構成によれば、下部燃焼室の中空層および上部燃焼室の内側中空層には耐熱鉱石が充填されることから、焼却室内の温度が上昇することに伴って、室内の内部壁面の熱が耐熱鉱石に伝達され、室内の内部壁面における極端な温度上昇を抑制するとともに、耐熱鉱石を加熱することによって、室内壁面の酸化（鋼製材料の酸化）を抑制し、他方において、耐熱鉱石からの遠赤外線等の放出を促進させることができる。さらに、耐熱鉱石の粉体を供給させることにより、燃焼ガスまたは被燃焼物に耐熱鉱石が付着し、遠赤外線等の放出による燃焼効果を向上させることができる。また、上部燃焼室には乾燥蒸気を強制的に供給することができるため、乾燥蒸気（過熱蒸気）をさらに加熱させることによって、水素ガスを含むブラウンガスを発生させることができ、これにより燃焼効率を向上させることができる。なお、耐熱鉱石とは、石英斑岩その他の天然鉱石のうち、耐熱温度が１，０００℃以上のものをいい、一般的な天然鉱石の耐熱温度は９００℃に満たないことから、これらの一般的な天然鉱石と区別され得るものである。耐熱温度の指標としては、該当温度まで加熱した後に室温まで冷却した際のひび割れ等による損壊の発生としている。

上記構成の発明において、前記下部燃焼室と上部燃焼室は、上下方向に区分されて配置されるとともに、連通部を介して部分的に連通されているものとすることができる。この場合には、下部燃焼室には固形物が、上部燃焼室には上昇ガスが、それぞれ区分されて存在させることとなり、両燃焼室における焼却対象を区別しつつ効率的な焼却を可能にすることとなる。

また、上記各構成の発明において、前記下部燃焼室は、複数の燃焼室に区分され、個々の燃焼室ごとに異なる石油製品を焼却するものとすることができる。この場合には、下部燃焼室が複数の燃焼室に区分されて個別に異なる石油製品を燃焼させることとなるから、個々の燃焼室における燃焼温度を個別に管理することにより、好適な環境下において焼却させることが可能となる。

そこで、上記構成の発明において、前記下部燃焼室に設けられる吸気部は、供給される空気量を調整可能としており、該空気量を調整することにより燃焼温度を３００℃以下に制御されるものとすることができる。燃焼温度を３００℃以下に調整することにより、可燃ガスを発生させることができ、この可燃ガスを用いて上部燃焼室における燃焼を可能にすることができる。また、石油製品を急激に加熱することによる不完全な燃焼煙を発生させることを抑制し、段階的な燃焼により完全燃焼化を即するものとなる。

さらに、上記構成の発明において、前記上部燃焼室に設けられる吸気部は、供給される空気量を調整可能としており、該空気量を調整することにより燃焼温度を１０００℃以上に制御されるものとすることができる。この場合には、下部燃焼室において発生する可燃ガスを用いて燃焼煙を再燃焼させることにより、完全燃焼化を促進することができる。

本発明によれば、耐熱鉱石を加熱することに伴う遠赤外線等の発生を促進させ、その遠赤外線等による燃焼効果を得ることができるほか、乾燥蒸気（過熱蒸気）をさらに加熱することによる水素ガスを含むブラウンガスを発生させることにより、上部燃焼室内における高温燃焼を可能とする。また、下部燃焼室における低温での燃焼により、古タイヤや廃プラスチックなどの異なる石油製品を個別に燃焼させ、低温燃焼により発生する可燃性ガスを用いて上部燃焼室で再燃焼させることによって完全燃焼化を促進させることができる。

本発明の実施形態を示す説明図である。炉内温度の調整構造を示す説明図である。煙突との連結を示す説明図である。耐熱試験の結果を示す成績書である。遠赤外線放射試験の結果を示す報告書である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の概略を示す図である。なお、図は、断面図として示しているが各部を構成する板材のハッチングは省略している。この図１に示されているように、本実施形態の焼却装置Ａは、複数（図は２個）の下部燃焼室１，２と、これに連続する上部燃焼室３とを備えるものである。下部燃焼室の上方には、上部燃焼室３との連通のための連通部１１，２１が設けられ、また、上部燃焼室３の下部には、これらとの連通のための連通部３１が設けられている。従って、下部燃焼室１，２の内部における燃焼によって生じる煤煙等は、これらの連通部１１，２１，３１を経由して上部燃焼室３に流入される構成となっている。

下部燃焼室１，２は、それぞれが独立して構成され、それぞれの周囲（底面および側面）は、底面構成部１２，２２および外壁部１３，２３によって形成されている。少なくとも外壁部１３，２３（図は底面構成部１２，２２を含む）は、基本的に、二重構造に構成され、内部は層状の中空部（中空層）が形成される構成となっている。さらに、この中空内部（中空層）には、それぞれ耐熱鉱石４が充填されることで耐熱鉱石層構成部として機能することとなる。耐熱鉱石としては、石英斑岩その他の天然鉱石であって、耐熱温度が１，０００℃以上のものが使用される。砕石とする場合の大きさは上記の中空部内に充填できる程度に破砕されたものが使用されている。なお、耐熱鉱石とは、各種の天然鉱石の中から耐熱温度が１，０００℃以上のものを意味し、一般的な天然鉱石と区別して使用に供されるものである。

また、下部燃焼室１，２のいずれにも、外壁部１３，２３を貫通する吸気部１４，２４が設けられるものである。この吸気部１４，２４は、ブロワ１５，２５によって外気を強制的に燃焼室内へ供給するものであり、外壁部１３，２３の適宜位置の１ヶ所に設けられ、下部燃焼室１，２の内部の所定方向に向かって送気させるものとなっている。なお、この吸気部１４，２４（供給箇所）は１ヶ所に限定されるものではなく、複数の吸気部１４，２４（または複数の供給箇所）を設けてもよいが、燃焼温度を比較的低温に制御する場合は、少ない数の吸気部１４，２４（または供給箇所）で対応させることができる。

このような構成の下部燃焼室１，２は、それぞれが異なる被焼却物を燃焼させるものとして複数設けられている。例えば、本実施形態の場合は、第１の下部燃焼室１においては古タイヤを燃焼させ、第２の下部燃焼室では廃プラスチックを燃焼させるように構成することができる。そのため、本実施形態による例示においては、古タイヤは、第１の下部燃焼室１の上方にストッカ７が設けられ、上部蓋部７１の開放により古タイヤを追加するとともに、スライド可能な底面部７２のスライドによって、下部燃焼室１に落下供給可能としている。他方、廃プラスチックは、第２の下部燃焼室２の上方において、外壁部２３を貫通するスクリュコンベア８が設けられ、ホッパ８１から投入される廃プラスチックを圧縮混合しつつ、下部燃焼室２の内部に開口する先端へ搬送させる構成としている。なお、スクリュコンベア８の先端は開口した状態であるが、廃プラスチックが圧縮されることによって、内部空気も存在しないことから先端は閉栓された状態と近似した状態となる。この廃プラスチックの供給は、スクリュコンベア８を断続回転させることにより、間欠的に供給するものとしている。

上部燃焼室３は、基本的には、上下の隔壁を形成する隔壁部３２と側壁を形成する外壁部３３とで構成されている。隔壁部３２は、下部燃焼室１，２の外壁部１３，２３と同様に二重構造であり、内部に耐熱構成の砕石が充填されるものである。これに対し、外壁部３３は、内部を中空とする三重構造となっており、内部を中空とする二層の中空層が形成され、そのうちの内側中空層には耐熱鉱石５が充填されて耐熱鉱石層構成部であり、残りの外側中空層は液体層構成部である。この内側中空層（耐熱鉱石層構成部）に充填される耐熱鉱石５は、下部燃焼室１，２の場合と同様に、石英斑岩その他の天然鉱石であって、耐熱温度が１，０００℃以上のものの砕石が使用されるものである。また、外側中空層（液体層構成部）には、水６が貯留されるものである。

また、上部燃焼室３には、外壁部３３を貫通させた吸気部３４、粉体供給部３６および乾燥蒸気供給部３７が設けられている。吸気部３４は、外壁部３３の内側表面の全周に沿って配置されるチャンバ３８に連通されており、チャンバ３８の適宜箇所が開口されて上部燃焼室３の内部に外気を供給させることができるものである。この吸気部３４は、外気を燃焼室内へ供給するものであるため、下部燃焼室１，２の場合と同様にブロワ（図示省略）によって強制的に外気を供給するものである。なお、上部燃焼室３では燃焼温度を比較的高温に制御するため、下部燃焼室１，２とは異なり、チャンバ３８を介して内部全周から外気を供給させるものとしており、また使用されるブロワも大きい出力のものを使用するものとしている。

粉体供給部３６は、耐熱鉱石の粉体を供給するためのものであり、上部燃焼室３の外壁部３３を貫通する複数本の管体によって燃焼室内へ粉体を供給するものである。耐熱鉱石は、外壁部３３の中空層に充填されるものと同じ石英斑岩その他の天然鉱石であって、耐熱温度が１，０００℃以上のものを粉砕して微粉末としたものであり、この微粉末を効果的に供給するため、図示せぬブロワを使用して外気の送風による風圧によって供給するものである。この微粉末の供給により、煤煙等に含有される微粒に付着し、燃焼熱を効果的に伝達させることができる。

乾燥蒸気供給部３７は、乾燥蒸気（過熱蒸気）を供給するためのものであり、粉体供給部３６と同様に、上部燃焼室３の外壁部３３を貫通する複数本の管体によって燃焼室内へ供給する構成としている。乾燥蒸気（過熱蒸気）は、前述の液体層構成部の水６が、上部燃焼室３の熱によって加熱されるものを利用することができるが、十分な乾燥蒸気とするため、別途再加熱したものであってもよい。乾燥蒸気（過熱蒸気）を比較的高温に制御される上部燃焼室３の内部に供給することにより、さらに加熱され、水素ガスを含むブラウンガスを発生させることができる。このブラウンガスにより燃焼温度を高温に維持させることができる。

ところで、下部燃焼室１，２および上部燃焼室３のそれぞれの室内温度は、温度センサ１０，２０，３０によって計測され、逐次個別のコントローラＣ１，Ｃ２，Ｃ３に入力される。コントローラＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、室内温度を安定化させるために、吸気部１４，２４，３４から供給される外気の供給量をコントロールするためのものであり、ここのコントローラＣ１，Ｃ２，Ｃ３から出力される制御信号（制御電圧）は、個々のブロワ１５，２５，３５に送られ、その出力が制御される。具体的には、これらのブロワ１５，２５，３５を作動させるモータ（サーボモータ）に対する出力電圧を変化させることにより、モータの出力に応じて外気の供給量を変化させるのである。なお、上部燃焼室３には、粉体供給部３６が微粉末の供給のために外気を供給していることから、この粉体供給部３６による外気の供給量を基礎供給量とし、これに加算すべき外気の供給量をブロワ３５によって制御することとなる。

例えば、下部燃焼室１，２の内部温度は３００℃以下に制御することにより、石油製品（古タイヤや廃プラスチックなど）自体を燃料として燃焼させることができ、上部燃焼室３の内部温度を１０００℃以上に制御することにより、煤煙等を完全燃焼させることができる。因みに、下部燃焼室１，２における初期燃焼（着火時）においては、ガスバーナ等の燃焼手段を使用することとしている。石油製品が吸気される外気の供給量を制御するのみで温度管理を行うためには、これらの石油製品が自ら燃料となって十分に燃焼している状態となることが必要だからである。

なお、これらの燃焼温度による温度管理によって、底面構成部１２，２２および隔壁部３２ならびに外壁部１３，２３，３３の中空内部に充填される耐熱鉱石が、十分に加熱されることとなり、この温度上昇に伴って遠赤外線を放出することとなる。また、各部１２，１３，２２，２３，３２，３３は、いずれも鋼製材料によって構成されることが想定されているため、その鋼製材料に作用する熱を外部（耐熱鉱石）に伝達させることにより、高温となることを抑制し、その劣化を抑えることとしている。特に、上部燃焼室３は比較的高温となるため、耐熱鉱石の外周を水６で包囲することにより、その温度上昇を抑制することができるものである。また、上部燃焼室３の内部温度が１０００℃以上に制御される場合には、この上部燃焼室３の外壁部３３から伝達される熱によって耐熱鉱石も１０００℃以上に加熱され得るものであるが、上述のように、中空内部に充填される砕石５が耐熱鉱石であることにより、当該加熱を原因とするひび割れ等による損壊を回避し得るものとなる。

また、液体層構成部に貯留される水６は、適宜補充されるものであり、上述のように乾燥蒸気（過熱蒸気）として利用する場合には、水６の供給により、液体層構成部内の温度を適宜低下させることとなることから、上部燃焼室３の外壁部３３を構成する鋼製材料の温度上昇を抑える効果を得ることができる。

実施形態は上記のような構成であることから、吸気部１４，２４，３４による外気の供給量を制御することにより、下部燃焼室１，２および上部燃焼室３の内部温度は所定温度に管理され、しかも下部燃焼室１，２における燃焼によって発生する煤煙等に含まれる微粒子は、上部燃焼室３において完全燃焼されることから、石油製品の全てを完全燃焼させることができるものである。

本発明の実施形態は上記のとおりであるが、上記実施形態は本発明の一例を示すものであって、本発明が上記実施形態に限定されることを趣旨とするものではない。従って、上記実施形態の構成を部分的に変更し、または他の構成を付加することは可能である。

例えば、上記実施形態における例示として、二つの下部燃焼室１，２を使用し、一方を古タイヤ、他方を廃プラスチックの燃焼のために使用するものを示したが、さらに下部燃焼室を増加し、他の石油製品を燃焼させるものとすることができる。この場合において、下部燃焼室ごとに制御温度を異ならせるものであってもよい。

そして、図１において示されているように、上部燃焼室３において焼却された残部（煙）は、上部に開口した排煙部３９から排出されることとなるが、この排煙部３９には、メッシュ状の底面部上に耐熱鉱石による砕石５が充填される構成とすることができる。この耐熱鉱石の設置により、最終的なフィルタ機能を発揮させるとともに、この耐熱鉱石を加熱させることによる最終的な焼却（完全燃焼化）を促進させることができる。

また、下部燃焼室１，２および上部燃焼室３の温度管理のために、異なるコントローラＣ１，Ｃ２，Ｃ３を用いているが、温度管理の制御の方法は全て同じであることから、単一のコントローラによって、各入力値を区別しつつ設定温度を記憶させ、当該設定温度に沿った出力信号を出力させる構成とすることも可能である。

さらに、実施形態の焼却装置には煙突部分について説明を省略しているが、本実施形態の焼却装置には、本願発明者が開発した特願２０１８－００６３７７号に記載される煙突を設置することができる。この煙突を設置する状態を図３に示す。この煙突Ｂは、焼却装置Ａの排煙部３９に連続して設置できる流入部９１が下端に設けられ、内部を通過した後の処理気体を排出するための排出口９２が上端に設けられており、その中間において、散水部９３およびドレン部９４を備える構成である。従って、焼却装置Ａの上部燃焼室３の上部に設けられる排煙部３９に煙突Ｂの流入部９１を連結することにより、さらに排気される処理気体の清浄化に資することができる。なお、散水部９３は排出気体の温度低下を目的とするものであり、ドレン部９４は、散水された液体（水）を排除するためのものである。流入部９１から散水部９３の中間において斜状に誘導されることにより、散水された液体が流入部９１から逆流しないように構成したものである。

なお、本発明の実施形態に使用される耐熱鉱石については、種々の天然鉱石の中から特定の石英斑岩を選出し、その中でも耐熱性に優れた鉱石を見出した。また、同時に当該鉱石における遠赤外線放射率が高い鉱石を見出した。それらの性質を両立する天然鉱石を選定することにより、本発明の実施形態に示される砕石等に供することができるものである。ここに、選定した特定の天然鉱石にかかる試験結果を示すこととする。図４には、耐熱試験（焼成収縮試験）の結果を示し、図５は遠赤外線放射試験の結果を示す。なお、図中における「環境ダイヤ」（登録商標）は、本願の発明者が当該鉱石について使用する登録商標であり、本願の実施形態に使用される耐熱鉱石である。

上記の両試験から明らかなとおり、本発明の実施形態に使用される耐熱鉱石は、１４００℃に加熱した際に溶融するまで、１３００℃まで加熱した状態においても破損することがなかったものであり、また、４５℃の低温環境下における遠赤外線放射性能においても優れるものであった。なお、比較のために黒体の理論値と比較（図５（ｃ）参照）した場合においても大きく劣ることがないものであった。

１，２下部燃焼室
３上部燃焼室
４，５耐熱鉱石（砕石）
６水
７ストッカ
８スクリュコンベア
１０，２０，３０温度センサ
１１，２１，３１連通部
１２，２２底面構成部
１３，２３，３３外壁部
１４，２４，３４吸気部
１５，２５，３５ブロワ
３２隔壁部
３６粉体供給部
３７乾燥蒸気供給部
３８チャンバ
３９排煙部
７１蓋部
７２底面部
８１ホッパ
９１流入部
９２排出口
９３散水部
９４ドレン部
Ａ焼却装置
Ｂ煙突
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３コントローラ

Claims

廃棄された石油製品を焼却処分するための焼却装置であって、
下部燃焼室と、上部燃焼室とを備え、
下部燃焼室は、内部を中空とする中空層を有する二重構造の外壁部と、被焼却物の投入部と、吸気部とを備え、前記中空層は耐熱鉱石が充填された耐熱鉱石層構成部として機能させるものであり、
上部燃焼室は、内部を中空とする内側中空層および外側中空層を有する三重構造の外壁部と、該外壁部を貫通しつつ外気を供給する吸気部と、耐熱鉱石の粉体を供給する粉体供給部と、乾燥蒸気を供給する乾燥蒸気供給部とを備え、前記内側中空層は、耐熱鉱石が充填された耐熱鉱石層構成部として機能させ、前記外側中空層は、水が貯留された液体層構成部として機能させるものである
ことを特徴とする焼却装置。
前記下部燃焼室と上部燃焼室は、上下方向に区分されて配置されるとともに、連通部を介して部分的に連通されているものである請求項１に記載の焼却装置。
前記下部燃焼室は、複数の燃焼室に区分され、個々の燃焼室ごとに異なる石油製品を焼却するものである請求項２に記載の焼却装置。
前記下部燃焼室に設けられる吸気部は、供給される空気量を調整可能としており、該空気量を調整することにより燃焼温度を３００℃以下に制御されるものである請求項２または３に記載の焼却装置。
前記上部燃焼室に設けられる吸気部は、供給される空気量を調整可能としており、該空気量を調整することにより燃焼温度を１０００℃以上に制御されるものである請求項４に記載の焼却装置。