特開 2015-190701 表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-190701(P2015-190701A)

(43)【公開日】2015年11月2日

(54)【発明の名称】表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/00 20060101AFI20151006BHJP

   F23G 5/44 20060101ALI20151006BHJP

【ＦＩ】

   F23G5/00 115A

   F23G5/44 FZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-68666(P2014-68666)

(22)【出願日】2014年3月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100107478

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 薫

(72)【発明者】

【氏名】上林 史朗

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 洋仁

(72)【発明者】

【氏名】寳正 史樹

(72)【発明者】

【氏名】岡田 正治

(72)【発明者】

【氏名】篠原 健一郎

【テーマコード（参考）】

3K065

3K161

【Ｆターム（参考）】

3K065AA05

3K065AB03

3K065AC01

3K065AC02

3K065AC11

3K065AC12

3K065BA03

3K065BA06

3K065GA12

3K065GA22

3K065GA35

3K161AA08

3K161CA05

3K161DA24

3K161EA22

3K161EA32

3K161EA42

3K161FA03

3K161FA23

3K161FA38

3K161FA64

(57)【要約】

【課題】リン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する場合でも、リンの揮散を抑制するとともに溶融処理効率を向上させることができる表面溶融炉を提供する。
【解決手段】炉天井２の略中央部に助燃バーナ及び空気供給機構１１が設置されるとともに炉底部３に出滓口３ａが形成された炉室４と、前記炉室４の周囲に設けられた被処理物収容部７から被処理物を前記炉室４に供給する被処理物供給機構８とを備えて構成され、リン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する表面溶融炉１であって、前記被処理物供給機構８によって炉室４に投入された直後の被処理物の表面に向けて空気を供給して可燃性廃棄物に含有するリン酸化物の還元反応を抑制する縁部空気供給機構２０を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに出滓口が形成された炉室と、前記炉室に連通して設けられた被処理物収容部から被処理物を前記炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成され、被処理物を溶融処理する表面溶融炉であって、
被処理物はリンと可燃物を含有し、前記炉室と前記被処理物収容部が連通する近傍であって前記炉室内の被処理物の表面に向けて空気を供給する縁部空気供給機構を備えている表面溶融炉。

【請求項2】

前記縁部空気供給機構は、前記炉室内で被処理物の表面が溶融する溶融領域より上流側の熱分解領域の表面に空気を供給する請求項１記載の表面溶融炉。

【請求項3】

前記縁部空気供給機構は、前記熱分解領域の表面で酸素濃度が１Ｖｏｌ％以上となるように空気を供給する請求項２記載の表面溶融炉。

【請求項4】

前記縁部空気供給機構は、被処理物の表面に空気を均一に供給する均一化機構を備えている請求項１から３の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項5】

前記均一化機構は前記縁部空気供給機構に取り付けられたスワラーである請求項４に記載の表面溶融炉。

【請求項6】

前記縁部空気供給機構は、被処理物の飛散速度より低い流速で空気を供給するように構成されている請求項１から５の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項7】

前記縁部空気供給機構は、前記炉室内で被処理物の表面が溶融する溶融領域より上流側の熱分解領域に沿って配列された複数のノズルを備えて構成されている請求項１から６の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項8】

前記縁部空気供給機構は、炉天井を形成する耐火物層に形成された管状の空洞と、前記空洞から前記炉室に延出するように設置された複数のノズルで構成されている請求項１から７の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項9】

前記縁部空気供給機構から供給される空気量は、溶融処理に必要な全空気量の１０％から５０％の範囲に設定されている請求項１から８の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項10】

炉天井の周囲に一体に形成された内筒と炉底部の周囲に一体に形成された外筒とが同心円状に配置され、前記内筒と外筒との間隙に前記被処理物収容部が構成され、前記内筒と外筒との相対回転により被処理物を前記炉室に円環状に供給する被処理物供給機構を備え、前記縁部空気供給機構が円環状の被処理物の表面に向けて空気を供給するように構成されている請求項１から９の何れかに記載の表面溶融炉。

【請求項11】

バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに出滓口が形成された炉室と、前記炉室の周囲に設けられた被処理物収容部から被処理物を前記炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成される表面溶融炉の運転方法であって、
リンと可燃物を含有する被処理物を被処理物収容部に収容し、
前記被処理物供給機構により前記炉室に供給された直後の被処理物の表面に、溶融処理に必要な全空気量の一部を供給して、被処理物の表面を酸化雰囲気に維持する表面溶融炉の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表面溶融炉は、炉天井の略中央部に燃焼バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに炉底部に出滓口が形成された炉室と、炉室の周囲に設けられた被処理物収容部から被処理物を炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成されている。

【0003】

このような表面溶融炉でリン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する場合、燃焼及び溶融に必要な空気が炉天井の略中央部に配置された空気供給機構から供給され、可燃分を効率的に燃焼させるために必要な領域に空気が十分に供給されない等の理由で、炉床の単位面積当たりの処理量が少なく、同量の被処理物を処理する場合に大型の炉になるという問題があった。

【0004】

特許文献１には、未燃焼の炭素を含み、自燃性を有する乾留残渣の溶融処理速度を向上できる表面溶融炉を提供することを目的として、内筒と外筒との間に処理物を充填状態で自重落下させる環状供給路を形成し、環状供給路の下端が燃焼室に連通するように構成され、燃焼室に臨む乾留残渣の環状堆積部分に燃焼用空気を供給する給気機構を備えた表面溶融炉が提案されている。

【0005】

廃棄物が乾留残渣のような自燃性を有するものである場合に、燃焼バーナで高温化された乾留残渣に燃焼用空気を供給することにより、乾留残渣を効率的に燃焼溶融処理することができるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−１２２５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に開示された表面溶融炉は、主に燃焼バーナが可燃性廃棄物を溶融するための熱源として利用され、燃焼バーナで高温化された乾留残渣に燃焼用空気を供給することにより乾留残渣が効率的に燃焼溶融されるのであり、燃焼バーナを熱源に用いることなく可燃性廃棄物の燃焼熱を溶融熱源とする場合に、給気機構から多量の燃焼用空気が供給されると、可燃性廃棄物の表面が冷却されて熱分解及び溶融処理が滞る虞があり、また可燃性廃棄物が炉内に飛散して未溶融の状態で出滓口から排出されるという問題もあったため、積極的に乾留残渣に燃焼用空気を供給することが困難であり、炉床の単位面積当たりの処理量が少ないという問題が解消されることはなかった。

【0008】

また、給気機構によって堆積表面に沿って螺旋降下するように空気が供給されると、炉内での旋回流れが強くなり、出滓口から落下するスラグに旋回力が作用して、二次室の壁面へスラグが付着して堆積するという問題があった。

【0009】

さらに、可燃性廃棄物の飛散を回避するために、堆積表面の傾斜方向に沿うように、或いは堆積表面に沿って螺旋降下するように給気機構から供給される空気の供給量を制限すると、炉室に供給された可燃性廃棄物が熱分解されて発生した可燃性ガスが炉天井に向けて上昇するのに伴って給気機構から供給される燃焼用空気が上昇しながら可燃性ガスの燃焼に消費され、可燃性廃棄物の表面近傍で燃焼用空気が不足するという問題もあった。

【0010】

特に被処理物としてリン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する場合に、熱分解後の被処理物の表面に残存する固定炭素分に対する十分な空気が供給できないために酸素が不足し、リンの排ガス中への揮散を効果的に抑制することができなかった。

【0011】

そして、揮散したリンは排ガスとともに煙道を流下して排ガス処理設備で様々に処理される過程で冷却・凝縮し、リン酸ダストとして析出し、ボイラや空気予熱器等の排ガス流路の閉塞を招いていた。

【0012】

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、リン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する場合でも、リンの揮散を抑制するとともに溶融処理効率を向上させることができる表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上述の目的を達成するため、本発明による表面溶融炉の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに出滓口が形成された炉室と、前記炉室に連通して設けられた被処理物収容部から被処理物を前記炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成され、被処理物を溶融処理する表面溶融炉であって、被処理物はリンと可燃物を含有し、前記炉室と前記被処理物収容部が連通する近傍であって前記炉室内の被処理物の表面に向けて空気を供給する縁部空気供給機構を備えている点にある。

【0014】

バーナ及び空気供給機構から供給される空気によって被処理物が炉内で加熱し、表面が溶融して出滓口から落下する。炉室に供給された被処理物中の可燃物は炉室内の温度によって熱分解して可燃性ガスが上昇しながら燃焼する。可燃物の熱分解により被処理物の表面近傍に残存する固定炭素分が、縁部空気供給機構から被処理物の表面に向けて供給される空気によって燃焼し、さらに余った酸素によってリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制されることでリンの揮散が抑制される。従って、可燃性ガス及び固定炭素分に効率的に空気が供給されるようになり、溶融処理効率が著しく上昇し、同じ処理量であれば炉を小型に構成でき、同じサイズの炉であれば溶融処理量が増加する。

【0015】

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、前記炉室内で被処理物の表面が溶融する溶融領域より上流側の熱分解領域の表面に空気を供給する点にある。

【0016】

縁部空気供給機構から供給された空気が、溶融領域より上流側の熱分解領域の表面に供給されることにより、被処理物に含有するリンの揮散が効果的に抑制されるようになる。

【0017】

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、前記熱分解領域の表面で酸素濃度が１Ｖｏｌ％以上となるように空気を供給する点にある。

【0018】

熱分解領域の表面で酸素濃度が１Ｖｏｌ％以上となるように縁部空気供給機構から空気が供給されると、リン化合物やリン酸化物の還元反応が効果的に抑制され、リンの揮散が抑制される。

【0019】

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、被処理物の表面に空気を均一に供給する均一化機構を備えている点にある。

【0020】

均一化機構によって被処理物の表面にむらなく空気が供給されるので、全域で効果的にリンの揮散が抑制されるようになる。

【0021】

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、前記均一化機構は前記縁部空気供給機構に取り付けられたスワラーである点にある。

【0022】

スワラーによって空気が拡散供給されるので、縁部空気供給機構を構成する例えば空気供給ノズルの設置間隔を密に設定しなくても、被処理物の表面にむらなく空気が供給できるようになる。

【0023】

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、被処理物の飛散速度より低い流速で空気を供給するように構成されている点にある。

【0024】

可燃物を含む被処理物が炉内で飛散することなく溶融処理されるように、被処理物の表面に向けて供給される空気の流速が調整される結果、溶融処理に影響を与えることなく効果的にリンの揮散が抑制される。

【0025】

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、前記炉室内で被処理物の表面が溶融する溶融領域より上流側の熱分解領域に沿って配列された複数のノズルを備えて構成されている点にある。

【0026】

熱分解領域に沿って配列された複数のノズルから空気が供給されるので、熱分解領域での被処理物の表面にむらなく一様に空気が供給され、広範囲で効果的でリンの揮散が抑制される。

【0027】

同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構は、炉天井を形成する耐火物層に形成された管状の空洞と、前記空洞から前記炉室に延出するように設置された複数のノズルで構成されている点にある。

【0028】

炉天井に複数のノズルを配置する場合には、炉天井の耐火壁を貫通する複数のノズルを設置する複雑な作業に加えて、空気供給ヘッダー管等の付属設備の設置作業も必要になり、さらには炉天井の強度が低下する虞もある。しかし、耐火物層に管状の空洞を形成し、空洞から炉室に延出するように複数のノズルを設置すると、管状の空洞が空気供給ヘッダー管として機能するので、炉天井の上方空間に大きな空気供給ヘッダー管等の付属設備を設置する必要が無くなるばかりか、ノズルが炉天井を貫通することが無いので、炉の強度も十分に確保できる。

【0029】

同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記縁部空気供給機構から供給される空気量は、溶融処理に必要な全空気量の１０％から５０％の範囲に設定されている点にある。

【0030】

炉室に供給される空気は、炉天井に備えた空気供給機構及び縁部空気供給機構から供給される。被処理物表面で熱分解して炉室を上昇する熱分解ガスは縁部空気供給機構及び空気供給機構から供給される空気で燃焼し、被処理物表面の固定炭素分は主に縁部空気供給機構から供給される空気で燃焼し、余った酸素によってリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制されることでリンの揮散が抑制される。この場合に、縁部空気供給機構から供給される空気量が溶融処理に必要な全空気量の１０％から５０％の範囲に設定されていると、空気の消費バランスがよくなり、溶融処理効率が上昇するとともにリンの揮散が効果的に抑制される。

【0031】

同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、炉天井の周囲に一体に形成された内筒と炉底部の周囲に一体に形成された外筒とが同心円状に配置され、前記内筒と外筒との間隙に前記被処理物収容部が構成され、前記内筒と外筒との相対回転により被処理物を前記炉室に円環状に供給する被処理物供給機構を備え、前記縁部空気供給機構が円環状の被処理物の表面に向けて空気を供給するように構成されている点にある。

【0032】

内筒と外筒との相対回転により被処理物が炉室に円環状に供給される回転式表面溶融炉に対して、円環状の被処理物の表面に向けて空気を供給する縁部空気供給機構が配置されていると、極めて均質な溶融処理が可能になる。

【0033】

本発明による表面溶融炉の運転方法の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに出滓口が形成された炉室と、前記炉室の周囲に設けられた被処理物収容部から被処理物を前記炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成される表面溶融炉の運転方法であって、リンと可燃物を含有する被処理物を被処理物収容部に収容し、前記被処理物供給機構により前記炉室に供給された直後の被処理物の表面に、溶融処理に必要な全空気量の一部を供給して、被処理物の表面を酸化雰囲気に維持する点にある。

【0034】

溶融処理に必要な全空気量の一部が被処理物の表面に酸化雰囲気に維持するように供給されるので、熱分解の後に残存する固定炭素分が燃焼し、さらに余った酸素によってリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制されることでリンの揮散が抑制される。

【発明の効果】

【0035】

以上説明した通り、本発明によれば、リン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理する場合でも、リンの揮散を抑制するとともに溶融処理効率を向上させることができる表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明による回転式表面溶融炉の説明図

【図2】（ａ），（ｂ）は回転式表面溶融炉の要部の説明図

【図3】（ａ），（ｂ），（ｃ）は縁部空気供給機構の説明図

【図4】回転式表面溶融炉の要部の説明図

【図5】縁部空気供給機構の要部の説明図

【図6】別実施形態を示し、表面溶融炉の要部の説明図

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本発明による表面溶融炉及び表面溶融炉の運転方法の実施形態を説明する。
図１には、表面溶融炉の一例である回転式表面溶融炉１が示されている。当該表面溶融炉１はリン及び可燃物を含有する被処理物を溶融処理するための炉で、炉天井２の略中央部に空気供給機構１１を備えた２本の助燃バーナ１０が設置されるとともに炉底部３に出滓口３ａが形成された炉室４と、炉室４の周囲に設けられ炉室４と連通する被処理物収容部７と、被処理物収容部７と連通する炉室４に被処理物を供給する被処理物供給機構８等を備えている。

【0038】

また、炉天井２の周囲に一体に形成された内筒５と炉底部３の周囲に一体に形成された外筒６とが同心円状に配置され、内筒５と外筒６との間に形成された空間が被処理物収容部７となるように構成されている。

【0039】

外筒６の下部に駆動機構１３との連結部が設けられ、駆動機構１３によって外筒６が回転することで内筒５と外筒６とが相対回転するように構成され、被処理物供給機構を構成する切出し羽根８が内筒５の下部に、周方向に沿って複数設けられている。

【0040】

切出し羽根８は、外筒６の回転によって被処理物が内筒５の下部で接線方向に移動する被処理物を炉室４に案内する板状の傾斜羽根で構成されており、内筒５と外筒６との相対回転によって、切出し羽根８により被処理物収容部７に収容された被処理物が炉室４に円環状に供給され、炉室４内で被処理物はすり鉢状となる。尚、被処理物の流動性が高い場合は、切出し羽根８がなくても、内筒５と外筒６との相対回転によって被処理物は炉室４に円環状に供給される。

【0041】

さらに、回転式表面溶融炉１には、炉室４に被処理物が供給された直後、言い換えれば炉室４と被処理物収容部７とが連通する近傍の円環状の被処理物の表面、つまり熱分解領域Ｒ１の表面に向けて空気を供給する縁部空気供給機構２０が配置されている。

【0042】

内筒５上部から外筒６方向に延出したカバー体５ａの縁部と外筒６との境界部が水封機構１４で水封され、カバー体５ａの上部に二重ダンパ機構１５ａを備えたホッパー１５が配置され、スクリュウコンベア機構１６によって、被処理物が被処理物収容部７に投入される。炉天井２、炉底部３、内筒５及び外筒６は耐火レンガ等が積層された耐火壁で構成され、炉天井２及び炉底部３の出滓口周辺には炉室４の中の耐火壁を外から覆うように水冷ジャケットが配置されている。

【0043】

出滓口３ａの下方には被処理物が溶融した溶融スラグを受け止める水槽が配置され、出滓口３ａの直下には、横方向に煙道が延出形成され、煙道に沿って二次燃焼装置、排熱ボイラや空気予熱器等の熱回収装置、減温塔、バグフィルタ、洗煙装置、白煙防止装置等の排ガス処理設備が配置され、浄化された排ガスが煙突から排気される。

【0044】

リン及び可燃物を含有する被処理物とは、主に下水汚泥であり、他に家畜糞尿、食品廃棄物等の動植物性残渣、粉砕処理された都市ごみ等が含まれる。

【0045】

回転式表面溶融炉１の立上時には、助燃バーナ１０を点火して炉室４を１０００℃以上に予熱した後に、駆動機構１３を介して外筒６を回転させて被処理物を供給し、被処理物が溶融開始すると助燃バーナ１０を停止する。その後被処理物は自燃により溶融を継続する。尚、自然による熱量では溶融に必要な熱量が不足する場合は、助燃バーナ１０を継続して利用する。

【0046】

切出し羽根８により炉室４に投入された被処理物は、炉室への供給位置である内筒５から炉中心である出滓口３ａに向かって５００ｍｍ程度の円環状の領域である熱分解領域Ｒ１で、可燃物が炉内温度により熱分解し（図２（ａ）参照）、発生した熱分解ガスが縁部空気供給機構２０及び炉天井２に備えた空気供給機構１１から供給される空気で高温に燃焼する（図２（ｂ）参照）。

【0047】

可燃物の熱分解による残渣である固定炭素及び無機物は、その後炉天井２で反射する輻射熱等で約１３００℃程度に加熱され、縁部空気供給機構２０から供給される空気によって固定炭素成分が熱分解領域Ｒ１で固体燃焼し（図２（ｂ）参照）、さらに溶融領域Ｒ２で無機物が溶融して出滓口３ａに向けて溶融しながら流下して出滓口３ａから流出する。

【0048】

燃焼ガスは煙道の下流側に備えた誘引送風機で煙突に向けて誘引され、上述した排ガス処理設備で減温、浄化処理されて煙突から排煙される。空気供給機構１１から炉内に供給される空気はボイラ蒸気や空気予熱器もしくは別途の熱風発生機によって約２００℃程度に予熱されている。

【0049】

縁部空気供給機構２０は、炉室４に投入された直後の被処理物の表面に向けて空気を供給して被処理物に含有するリンの揮散を抑制するように機能する。縁部空気供給機構２０から供給される空気量は、溶融処理に必要な全空気量の１０％から５０％の範囲に設定されていることが好ましい。

【0050】

縁部空気供給機構２０により供給される空気は、炉内で旋回する方向ではなく被処理物の表面に向けて真直ぐに供給されるので、炉室４で旋回流れが生じ難いため出滓口から落下するスラグに旋回力が作用することがほとんどなく、二次室の壁面へ付着する虞が減少する。

【0051】

炉室４に供給される空気は、炉天井２に備えた空気供給機構１１及び縁部空気供給機構２０から供給される。被処理物の表面で可燃物の熱分解により生じて炉室を上昇する熱分解ガスは縁部空気供給機構２０及び空気供給機構１１から供給される空気で燃焼し、被処理物表面の固定炭素分は主に縁部空気供給機構２０から供給される空気で燃焼するとともに、リンの揮散の抑制に用いられる。

【0052】

つまり、熱分解して被処理物の表面近傍に残存する固定炭素分が、縁部空気供給機構２０から被処理物の表面に向けて供給される空気によって燃焼し、さらに余った酸素によってリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制されることでリンの揮散が抑制される。

【0053】

縁部空気供給機構２０から供給される空気量が溶融処理に必要な全空気量の１０％から５０％の範囲に設定されていると、空気の消費バランスがよくなり、溶融処理効率が上昇するとともにリンの揮散が効果的に抑制される。溶融処理に必要な全空気量とは、被処理物及びバーナの燃焼に必要な理論空気量の１．０倍から１．２倍程度の値で、被処理物の性状によって適宜設定される値である。尚、全空気量の５０％を超えると、空気は熱分解領域Ｒ１での雰囲気温度を下げる方向に作用するので処理効率は低下する。

【0054】

このように、炉室４内で被処理物の表面が溶融する溶融領域Ｒ２より上流側の熱分解領域Ｒ１に沿って配列された複数のノズルでなる縁部空気供給機構２０を備えることによって、熱分解領域Ｒ１に均一に空気が供給され、固定炭素分に効率的に空気が供給されるようになり、リンの揮散が抑制されるとともに、熱分解領域Ｒ１における燃焼速度が上昇し、燃焼による発熱で温度が上昇し、この温度上昇によりさらに被処理物の乾燥、可燃物の熱分解、燃焼、溶融速度が上がることで、溶融処理効率が著しく上昇し、同じ処理量であれば炉を小型に構成でき、同じサイズの炉であれば溶融処理量が増加する。

【0055】

縁部空気供給機構２０は、熱分解領域Ｒ１の表面で酸素濃度が１Ｖｏｌ％以上となるように空気を供給するように構成されていることが好ましく、被処理物の飛散速度より低い流速で、より好ましくは可燃物の飛散速度より低い流速で空気を供給するように構成されていることが好ましい。

【0056】

縁部空気供給機構２０から供給された空気が、溶融領域Ｒ２より上流側の熱分解領域Ｒ１の表面で酸素濃度が１Ｖｏｌ％％以上となるように供給されると、効果的にリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制され、リンの揮散が抑制される。

【0057】

また、可燃物を含む被処理物が炉内で飛散することなく溶融処理されるように、被処理物の表面に向けて供給される空気の流速が調整される結果、効果的にリン化合物やリン酸化物の還元反応が抑制され、リンの揮散が抑制される。

【0058】

つまり、揮散したリンの付着で排ガス処理設備や煙道等が閉塞に到るのを防止し、或いは閉塞に到るまでの期間を延ばすことによって、溶融設備を清掃等することなく長期な運転することが可能となり、メンテナンス費用も低減するようになる。また、熱交換器へのリンの付着が減少すると、熱回収量が減ることなく安定した熱回収もでき、ファンの負荷も低下してプロセスの省エネルギー化にも寄与するようになる。

【0059】

被処理物が炉内で飛散することがない空気の流速とは、一定の値に固定される数値ではなく、被処理物の平均粒径、平均密度、含水率等によって様々に異なる値で、被処理物に応じて適宜設定される値である。例えば、被処理物が下水汚泥を乾燥処理した含水率２０〜３０％程度の乾燥汚泥である場合、乾燥汚泥の表面に沿った空気の流速が約５ｍ／秒から６ｍ／秒の範囲であれば、飛散が抑制される。

【0060】

具体的に、縁部空気供給機構２０は、平面視で炉中心から等距離となる円周上であって、炉天井２の外周縁部に位置するように配列された複数本の筒状ノズル２０ａと、各ノズル２０ａに空気を供給する円環状の空気ヘッダー管２１と、空気予熱器等で約２００℃に予熱された空気を空気ヘッダー管２１に供給する空気供給管２２を備えて構成されている。尚、空気供給機構１１に供給する空気も空気供給管２２から流量調整機構を介して供給されている。

【0061】

図３（ａ）に示すように、筒状ノズル２０ａを用いて熱分解領域Ｒ１に均一に空気を供給するためには、例えば、円筒状ノズル２０ａを用いて被処理物表面での空気の流速が約５ｍ／秒となるように供給すると、円筒状ノズルの軸心方向距離１に対してその径方向に０．６の比率で拡散するので約４２０ｍｍの高さに円筒状ノズル２０ａの先端が位置するように配置すればよい。炉底部３の直径が４ｍの表面溶融炉であれば、約２５本の円筒状ノズル２０ａを配置すればよい。

【0062】

図３（ｂ）に示すように、筒状ノズルの内部に旋回羽根２１ｃが内挿されたスワラーノズル２１ｂを用いれば、空気が旋回しながら拡径して被処理物表面に均一に供給されるので、同じ量の空気を吹き込む際には筒状ノズル２０ａを用いる場合よりも数を少なくすることができる。当該スワラーノズル２１ｂが、被処理物の表面に空気を均一に供給する均一化機構の一例となる。尚、均一化機構として、筒状ノズルの数を増やして配置した構成を採用することも可能である。

【0063】

さらに、図３（ｃ）に示すように、均一化機構の他の例であるノズル先端がスリット状に形成される扁平ノズル２１ｄを用いると、環状の熱分解領域Ｒ１により均一に空気を供給しながら、ノズルの本数を削減することができる。

【0064】

図４には、縁部空気供給機構２０を構成する複数のノズル２０ａが炉天井２の周縁部に配列された状態が示されている。各ノズル２０ａがその上方空間に配置された空気ヘッダー管２１に接続される。

【0065】

各ノズル２０ａは、鉛直姿勢に設置されていてもよいし、内筒５と熱分解領域Ｒ１とが交差する切出し部、つまり炉室４と被処理物収容部７が連通する部位で、被処理物が炉室４に切出されて供給される切出し部に向けた姿勢で設置されていてもよい。

【0066】

上述した実施形態では、各ノズル２０ａに空気を供給するために、炉天井２の上方空間に円環状の空気ヘッダー管２１を配置した例を説明したが、この場合炉天井２を貫通するように各ノズル２０ａを配置する必要があり、炉天井２の強度が低下する虞もある。

【0067】

そこで、図５に示すように、炉天井２を構成する耐火壁２ａに環状の空洞２ｂを形成し、その空洞２ｂを空気ヘッダー管２１に構成してもよい。そして、空洞２ｂの下面に所定ピッチで炉室を臨む開口２ｃを形成し、開口２ｃに到る耐火壁の経路２ｄをノズル２０ａとして機能するように構成してもよい。

【0068】

このように構成すると、炉天井２の上面側の一か所に形成した貫通孔を経由して空洞２ｂに空気を供給することができ、炉天井２の強度の低下を回避することができる。

【0069】

上述した実施形態では、表面溶融炉が回転式表面溶融炉１である場合を例に説明したが、本発明による表面溶融炉は、回転式表面溶融炉１に限定するものではなく、他のタイプの表面溶融炉にも適用できることは言うまでもない。

【0070】

例えば、図６（ａ）に示すように、炉底部３の中央部に出滓口３ａが形成され、被処理物を投入する複数の押込み投入機構３０を炉底部３の周囲に配置された表面溶融炉１に適用することも可能である。当該表面溶融炉は、炉底部２と一体に構成された外筒６と、炉天井２と一体に構成された内筒５の双方が固定され、押込み投入機構３０によって炉室内に被処理物が供給されるタイプである。

【0071】

また、図６（ｂ）に示すように、炉底部３の端部に出滓口３ａが形成され、対向側に被処理物を投入する複数の押込み投入機構３０が配置された表面溶融炉１に適用することも可能である。何れの例も押込み投入機構３０が被処理物供給機構となる。

【0072】

つまり、本発明は、被処理物供給機構によって炉室に投入された直後のリン及び可燃物を含有する被処理物の表面に向けて、被処理物に含まれるリン化合物やリン酸化物の還元を抑制するとともに可燃物をガス化する空気を供給する縁部空気供給機構を備えている表面溶融炉であればよい。

【0073】

以上説明した通り、本発明による表面溶融炉の運転方法は、バーナ及び空気供給機構が設置されるとともに出滓口が形成された炉室と、炉室の周囲に設けられた被処理物収容部から被処理物を炉室に供給する被処理物供給機構とを備えて構成される表面溶融炉の運転方法であって、リンと可燃物を含有する被処理物を被処理物収容部に収容し、被処理物供給機構により炉室に供給された直後の被処理物の表面に、溶融処理に必要な全空気量の一部を供給して、被処理物の表面を酸化雰囲気に維持する表面溶融炉の運転方法である。

【0074】

尚、上述した実施形態では、酸素を含むガスとして空気を用いる例を説明したが、空気として酸素を含んでいればよく大気をそのまま利用してもよいし、酸素を富化させたり、窒素を減らしたりするような加工された空気であってもよい。

【0075】

上述した各実施形態は、本発明の一例に過ぎず、各部の具体的構成は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計することが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１: 表面溶融炉
２：炉天井
３：炉底部
３ａ：出滓口
４：炉室
５：内筒
６：外筒
８：被処理物供給機構
２０：縁部空気供給機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】