可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置
【課題】 廃プラスチックなどの可燃性廃棄物をセメント製造装置で燃焼処理するに際して、操業にトラブルがなく連続的に安定運転が行え、燃焼空間の底部に燃焼残滓が堆積しない可燃性廃棄物の処理方法と装置を提供すること。
【解決手段】 仮焼炉二次空気ダクトの途中をボルテックス形状の高温空間の炉に改造し、該炉内に旋回空気流を発生させ、そこへ上部から可燃性廃棄物を投入して燃焼させるとともに、未燃分がボルテックス室の内壁へ固着することを防止することができる構造であって、可燃性廃棄物の燃焼残滓がボルテックス室の底部に堆積しないように底部が仮焼炉と隣接する構造とする。
【解決手段】 仮焼炉二次空気ダクトの途中をボルテックス形状の高温空間の炉に改造し、該炉内に旋回空気流を発生させ、そこへ上部から可燃性廃棄物を投入して燃焼させるとともに、未燃分がボルテックス室の内壁へ固着することを防止することができる構造であって、可燃性廃棄物の燃焼残滓がボルテックス室の底部に堆積しないように底部が仮焼炉と隣接する構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックなどの可燃性廃棄物をセメント製造装置で燃焼処理するに際して、操業にトラブルがなく大量に処理でき、かつ連続的に安定運転を行うことができる可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、セメント製造装置の全体プロセスを示す図１を参照しながら、本発明の背景技術について説明する。
産業廃棄物を始めとする可燃性廃棄物は、物質とエネルギーの循環型社会としてその利用と処理がますます期待されている。セメント産業においても今後、大量に可燃性廃棄物を処理できるプラント装置としてこれを改良してゆくことは、環境問題の使命を担うものとしてのセメント産業にとって必要不可欠なものとなる。
従来、セメント製造装置において、廃プラスチック等の可燃性廃棄物は酸素が比較的少ないロータリーキルン１の窯尻１５や仮焼炉２の内部へ投入していた。いずれの場所も酸素の少ない雰囲気であるので、可燃性廃棄物の燃焼が遅くなる。このためセメント製造装置の排ガス温度が上昇し、操業上の熱量原単位が悪化するという問題があった。その上、連続的な操業の点からはセメント製造装置が不安定状態へ陥りやすかった。また、プレヒーター・サイクロン１６への付着物による閉塞など、最悪の場合にはセメント製造プラントのシャットダウンなどや、さらには排気温度の上昇や排気ファン７の回転羽根への可燃性廃棄物中の成分の付着物による排気ファン７の振動トラブルを起こしていた。
【０００３】
また、従来からの１つの方法として、例えば特許文献１〜３のように、仮焼炉の二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６をほぼ水平方向へ延伸した形状のままで、直接に可燃性廃棄物を投入する方法があった。この方法では、可燃性廃棄物が大きいか又は比較的重い場合には、ダクトの底部の水平部に可燃性廃棄物が着地して固着物が成長していた。また、可燃性廃棄物の投入装置としては負圧の炉内を外気からシールするために、通常、二重ダンパーが使用されている。二重ダンパーは構造上供給物が間欠的に供給されるので、可燃性廃棄物が瞬間的に増えたり減ったりして脈動を起こし、可燃性廃棄物が一時的に増えたときに、その重量によって炉底に可燃性廃棄物の未燃分である燃焼残滓が堆積しやすかった。そのため、固着物の除去を行わなければならず、人的労力の投入による対応や、特許文献３のように、別途の固着堆積物の排出装置を設置する等、多くの費用がかかるなど問題も多かった。
【０００４】
一方、例えば特許文献４のように難燃性燃料の処理に対する改良も行われてきたが、高温で高酸素の空気を利用した、熱効率が良く、大量に可燃性廃棄物を使用できる仮焼炉は提供されていなかった。
今までは、比較的に軽量で少量の可燃性廃棄物のみしか仮焼炉廻りへ投入できなかったので、比重量のある可燃性廃棄物はロータリーキルン１の窯尻１５に直接、投入し燃焼させていた。しかし、大量に窯尻１５の位置に投入すると、窯尻１５の位置は酸素濃度が低いため、この位置から排ガスの下流部分であるライジング・ダクト９やプレヒーター・サイクロン１６の間でも燃焼が起こり、この間の温度が上昇し、該操業上のトラブルを起こしやすいので、少量しか投入できなかった。このように、従来は可燃性廃棄物を大量に処理するという世の中からの要請には十分、応じることができなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０６１６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５６４８号公報
【特許文献３】特開２００５−２２１１９５号公報
【特許文献４】特開平５−２９４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃プラスチックなどの可燃性廃棄物をセメント製造装置で燃焼処理するに際して、操業にトラブルがなく連続的に安定運転を行うことができる可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置を提供することを目的とするものである。
セメント製造装置を該目的に沿ったものに改善すること、即ち、可燃性廃棄物の破砕サイズをできるだけ大きくすることによって、可燃性廃棄物の前処理（破砕処理）に関わる設備を最小の投資で最大の効果を出すものにすること、また、比較的軽量でない可燃性廃棄物も燃焼処理ができるようにすること、そして燃えにくい可燃性廃棄物を燃やしやすくすることのためには、
（１）雰囲気温度が高い（少なくとも８００℃以上である）、
（２）雰囲気に酸素が十分に存在する、
（３）可燃性廃棄物が燃えるまでに十分な滞留時間がある
ことなど、以上の３点が十分条件であるが、どれか少なくとも１つ以上が満足されることが必要条件となる。
【０００７】
そこで、本発明者らは、可燃性廃棄物のサイズが大きくても、これを充分に燃焼させるためには次のようなことが必要であることを見出した。
仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の内部のガス流は酸素が２１容量％で前記（２）の条件を満足し、温度（約８００乃至１０００℃）も前記（１）の条件をクリヤーし適度な雰囲気であることから、可燃性廃棄物のダクト６内での滞留時間を大きく増加させ、充分に燃焼させることができれば前記目的を達成することができる。即ち、本発明の課題は、このダクト６の途中を改造し、可燃性廃棄物の大量処理が可能なように、投入された可燃性廃棄物の滞留時間を延長させる方法とその装置、また該装置から仮焼炉までの炉壁や炉底への可燃性廃棄物の燃焼残滓の堆積や固着を防止できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、次の三つの知見を得、当該知見に基づいて、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の途中に、該ダクト部分から仮焼炉までの炉壁へ未燃分が固着することを防止することができるボルテックス室５の構造と可燃性廃棄物の投入手段を提供することにより、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）ボルテックス室５の構造のダクト６は、内部に８００乃至１０００℃の熱空気が流れており、投入する可燃性廃棄物の最大長サイズが１００ｍｍ以下、難燃品では好ましくは５０ｍｍ未満であっても、自由落下により投入すれば、内部の旋回流により可燃性廃棄物の滞留時間を長くさせることが可能で、ダクト６内で充分に燃焼が可能となる。
【００１０】
（２）また、可燃性廃棄物の投入手段を多系列にした上、ボルテックス室５の下部を仮焼炉２に隣接することで、可燃性廃棄物の燃焼残滓もボルテックス室５や仮焼炉２の炉底に堆積しにくい構造とすることができ、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の水平部へも堆積防止ができる。
【００１１】
（３）また、前記投入手段における可燃性廃棄物の供給装置について、多系列の二重ダンパーを用い、供給量が脈動しにくい供給装置を併用することで、様々な課題を解決することができる。
【００１２】
本発明は、８００℃以上の温度を有する高温空気ダクトの一部の空間に旋回空気流を発生させ、該旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を、専用吹込み管によって吹込むか、または自由落下にて投入して燃焼処理を行い、それにより発生した熱をセメント製造装置の仮焼炉の熱源とすることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は上記本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理方法を実施するための装置であって、セメント製造装置の仮焼炉２へ空気を導入するための温度８００℃以上の高温空気ダクト６と、該ダクト６に連結された、前記旋回空気流を発生させるボルテックス室５とを備え、かつ該ボルテックス室５には、前記旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を側面から吹込むかまたは上部から自由落下にて投入するための可燃性廃棄物の投入手段が設けられ、さらに該ボルテックス室５の構造が、前記旋回空気流で可燃性廃棄物を攪拌燃焼する円筒状の構造であるか、または該円筒状部の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサーを連続的に接続している構造であることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）可燃性廃棄物を従来よりも大量に仮焼炉２で使用することが可能となり、セメント製造原価の大幅な低減を図ることができる。
（２）可燃性廃棄物のサイズを従来よりも大きくできるので、破砕、粉砕にかかる電力コストを大幅に低減できる。
（３）可燃性廃棄物のサイズを従来よりも大きくできるので、破砕機の能力が従来のものよりも大幅に向上する。
（４）可燃性廃棄物が軽量なものでなくても仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６での燃焼が可能となり、廃棄物大量処理の社会的要請に応じることができるようになる。
（５）可燃性廃棄物を燃焼させた残滓がボルテックス室５や仮焼炉２の炉底に堆積しにくくなり、可燃性廃棄物を大量に使用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を、その好ましい実施の形態に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明のセメント製造装置の全体プロセスと該装置内に設けられたボルテックス室５の位置を模式的に示す概略図である。図２、図３及び図４は、それぞれ、本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理装置に適用したボルテックス室５の構造の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態を模式的に示したものである。図５は、本発明の第１実施形態及び第２実施形態におけるボルテックス室５と仮焼炉２の連結ダクトの配置を模式的に示した概略図である。そして図６は、本発明のボルテックス室５への可燃性廃棄物の投入口を平面図で模式的に示したものである。また図７は、本発明のボルテックス室５へ投入される可燃性廃棄物の投入手段を模式的に示した概略図である。
【００１７】
図１及び図２において、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の内部ガス流の酸素は２１容量％である。また、その温度も約８００乃至１０００℃である。従って、雰囲気に酸素が十分に存在する、また雰囲気温度が少なくとも８００℃以上であるという本発明の課題を達成するための前記第１及び第２の条件をクリヤーしている。
そこで、このダクト６の途中を、垂直方向の円筒形状であって、該円筒形状の曲面部の一部に接線方向かつ水平に前記熱風ダクトを装入し接続することを特徴とするボルテックス室５の構造に改造する。その際、ボルテックス室５の直径は、改造前における単純な直管ダクトの直径の１．５乃至２．５倍に拡大することが好ましい。また、ボルテックス室５の高さをＬ、直径をＤとすると、Ｌ／Ｄは３乃至５が最適である。
前記ボルテックス室５の直径については、改造前における単純な直管ダクトの直径の１．５倍より小さいと、可燃性廃棄物のボルテックス室５内での滞留時間が不足することがあり、２．５倍より大きいと、可燃性廃棄物はボルテックス室５内での遠心力が不足し、重力が勝ることによってボルテックス室５内を失速落下し、やはり滞留時間が不足することがあるのでいずれの場合も好ましいことではない。また、前記Ｌ／Ｄが３未満では、可燃性廃棄物の滞留時間が不足して燃焼が不十分となる恐れがあり、逆に５より大きいと、ボルテックス室５の高さが燃焼に必要とされる以上の高さとなり、設備の工事費用が高くなる分、投資費用が無駄になるという問題がある。
【００１８】
前記ボルテックス室５の構造に改造することにより、前記ボルテックス室５内には前記高温のクーラー抽気による旋回空気流（以下、単に旋回流ガスともいう。）が発生する。そこで図６において、可燃性廃棄物は、前記ボルテックス室５の上部の旋回流ガスに浮遊し内壁面を旋回流飛するように投入口１１または１２から投入される。投入位置１２はボルテックス室天井部の中心点より内壁に寄った位置であって前記旋回流ガスが導入される主流ガスに乗る位置であればどこでも良い。また投入位置１１については、ボルテックス室５における天井部の直面下の位置にほぼ水平方向から専用吹込み管によって前記旋回空気流の流れる方向と同方向に偏向させて吹込んでも良い。
これにより、ボルテックス室５の内部での可燃性廃棄物は、滞留時間を大きく増加し３乃至６秒ほどが確保される。またボルテックス室５の内部における内壁面の周囲は高酸素の２１容量％でかつ前記の高温の雰囲気であるので、可燃性廃棄物を短時間で充分に燃焼させることができる。可燃性廃棄物が燃焼してガス化すれば慣性がなくなり他のガスと一緒に流飛し完全に燃焼してボルテックス室５の中央部へ寄ってきて、その結果、未燃物よりも迅速にボルテックス室５から排出される。
【００１９】
このボルテックス室５の構造の入口ダクト内には、前述したように約８００乃至１０００℃の温度を有する熱空気が存在する。そこで、可燃性廃棄物の最大長サイズが１００ｍｍ以下であれば、難燃品でも好ましくは５０ｍｍ未満であれば、ボルテックス室５の内部の旋回空気流に乗ることによって未燃廃棄物には遠心力が生じ、該遠心力によって未燃廃棄物はボルテックス室５内を旋回流飛し、その結果、該ボルテックス室５及びそれに続く仮焼炉２までのダクト内での投入された可燃性廃棄物の滞留時間は長くなる。また、ボルテックス室５への投入が自由落下でなされれば、仮焼炉２へ到達する前までに、ほとんどの可燃性廃棄物は燃焼ガス化され、従って投入された可燃性廃棄物を完全燃焼させることが可能である。
本発明においては、ボルテックス室５へ可燃性廃棄物を空気にて吹き込む方法であってもよいが、この方法であると、仮焼炉２へ到達する前までに可燃性廃棄物の燃焼ガス化が完了せず、結果的に酸素が比較的少ない仮焼炉２内に未燃廃棄物が入ることによって可燃性廃棄物の燃焼が遅くなるため、前述したようなセメント製造装置の排ガス温度が上昇し、操業上の熱量原単位が悪化するという問題が起こることがある。
【００２０】
本発明で使用される可燃性廃棄物とは、薄膜状の廃プラスチック、廃木材チップ、木屑、古畳、古紙、廃タイヤ片、廃ゴム、布裂、固形燃料（ＲＤＦ類）、固体を主とした可燃物等の可燃性廃棄物や、固体状の廃プラスチック、水分を多く含む可燃物等の難燃品の単品または２種以上の混合品をいう。
なお、これら可燃性廃棄物に鉄屑やアルミ片等の異物が混入している場合は、磁力選別機、非鉄物除去装置、篩等の手段により予め除去すればよい。
【００２１】
さらに図５に示すように、このボルテックス室５は、仮焼炉２の下部に設けられた接続口に隣接した、該接続口とは最短の位置に設置することが好ましい。また、ボルテックス室５と仮焼炉２の連結ダクトはガスの流れ方向において水平から下向きに０乃至７５度になるように配置するのがよい。例えば、図２は前記連結ダクトが水平の角度、即ち、水平方向に対し角度が０度のケースであり、図５は水平方向に対し下向き角度が６０度のケースである。
【００２２】
また仮焼炉２の燃料燃焼用二次空気については、可燃性廃棄物の燃焼分ほど酸素濃度が低下するが、仮焼炉２の主燃料である微粉炭等の供給バーナー８からの燃料が前記可燃性廃棄物の燃焼分だけ低減できるため、仮焼炉２での総合的な燃焼熱としては大きな差異は出ない。
【００２３】
以下に応用例を３例挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
（１）仮焼炉Ａ型の場合
第１の応用例は、前記連結ダクトを仮焼炉２の下部の側面から接続する仮焼炉Ａ型の場合である。
図２において、仮焼炉２の下部の、クーラー抽気ガスを旋回導入する水平入口部近傍のダクト部に、上部に旋回空気流を構成する本発明の第１実施形態のボルテックス室（以下において旋回室ともいう。）５を、前記ダクトに対する直径比が１．５乃至２．０倍であって、直径に対する高さの比（Ｌ／Ｄ）が３乃至４の寸法にて改造設置する。そしてこのボルテックス室５の天井部の直下で旋回空気流の主流の位置１２から廃プラスチックを、仮焼炉２で必要な熱量の３０乃至８０％に相当する量ほど自由落下にて投入する。ボルテックス室５の内部の作用については、内壁部の周囲において比較的低温のエアーカーテンを生成させ、天井部に廃プラスチックを供給すると、急激なる燃焼により比較的高温の部分を作ることができる。燃焼残滓と燃焼により生じた熱ガスは、ボルテックス室５の下部から仮焼炉２の下部側面に設けられた旋回流入口（接続口）に水平かつ接線方向に導入する。このようにして、ボルテックス室５と仮焼炉２の間の前記連結ダクト内の酸素濃度が６乃至１０容量％に確保されることで、仮焼炉２の内部への石炭燃料の供給は、廃プラスチックを供給した熱量分ほど低減させることができる。
【００２４】
また、図３に示したように、ボルテックス室５の円筒状の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサー１４を連続的に接続している構造である本発明の第２実施形態のボルテックス室５を仮焼炉２と連結することによって、前記連結ダクト内の燃焼ガス流れを滑らかにできると共に、ボルテックス室５から仮焼炉２までの該連結ダクト内でも旋回空気流を残し、滞留時間をさらに約１秒間延長させることもできる。
【００２５】
また、燃焼残滓が多い可燃性廃棄物を投入する場合は、前記第１もしくは第２実施形態のボルテックス室５の下部と仮焼炉２を繋ぐ前記連結ダクトを、図５のように、仮焼炉２の側がボルテックス室５よりも下方になるように水平方向に対し６０度ほど下向きに傾斜させて、仮焼炉２とボルテックス室５を外壁が接触した配置にすることによって、前記連結ダクトが最短の距離を保つ構成とすることもできる。こうすれば燃焼残滓のダクトへの堆積は最小限に防ぐことができる。
【００２６】
（２）仮焼炉Ｂ型の場合
次に第２の応用例であるが、前記連結ダクトを仮焼炉２の下部の真下から接続する仮焼炉Ｂ型の場合である。
即ち、図４に示したように、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の垂直な下降部を改造前のダクトに対する直径比が２乃至２．５倍となるように拡大し、内部の断熱を補強することによって、本発明の第３実施形態のボルテックス室５とし、可燃性廃棄物を予備燃焼させる炉としての機能を有するようにする。この場合、ボルテックス室５の直径に対する高さの比（Ｌ／Ｄ）は４乃至５であることが好ましい。
そして、前述した本発明の第１実施形態や第２実施形態の場合と同様、ボルテックス室５の円筒形状の頂部曲面部において接線方向かつ水平に入口ダクトを装入することによって、ボルテックス室５の内部は入口で旋回空気流を構成し、全体が旋回流のダクト炉になる。そこで、ボルテックス室５の天井部の直下で旋回空気流の主流の位置１２から廃プラスチックを自由落下にて投入する。燃焼時の残滓は、ボルテックス室５出口において、屈曲ダクトの下部の炉底３３から、仮焼炉２より落下する一部の原料とともにシュート１３を経由し、ライジング・ダクト（ＲＤ）９に投入される。
【００２７】
本応用例において、仮焼炉２で必要な熱量の５０乃至７０％に相当する量ほど可燃性廃棄物を投入すると、ボルテックス室５と仮焼炉２の間の前記連結ダクト内の酸素濃度は６乃至１０容量％に確保される。これにより仮焼炉２の石炭燃料は、従来（改造前の直管型ダクト６の場合）よりも廃プラスチックの燃焼熱量分ほど低減できる。
【００２８】
（３）仮焼炉Ａ型及びＢ型における共通事項
そして第３の応用例は、図２、図３、図４、図６及び図７に模式的に示される可燃性廃棄物の投入手段である。該投入手段は、前記仮焼炉Ａ型及び仮焼炉Ｂ型に共通して用いられる。
ボルテックス室５の内壁に付着しやすい種類の難燃性廃プラスチックなどの可燃性廃棄物が供給される場合などを考慮して、ボルテックス室５の天井部１２または天井部直下の側面１１から可燃性廃棄物を投入する手段としては、可燃性廃棄物の供給が独立した２乃至４系列を有する二重ダンパーを通過する供給装置３１を使用する。これにより、温度特性が多様な可燃性廃棄物に対して、時系列的に一定な供給が行われ、ボルテックス室５内の温度は安定する。
もし前記供給装置３１が１系列の二重ダンパーからなる構成の装置であったら、ボルテックス室５に供給される可燃性廃棄物は時系列的に脈動する。そして、ボルテックス室５内で瞬時的に可燃性廃棄物の供給が切れると該ボルテックス室５内の温度は低下し、瞬時的に可燃性廃棄物が投入されると該ボルテックス室５内の温度は上昇する。この脈動が温度の変動となって、ボルテックス室５の下部に付着物を生じやすくなり、操業上のトラブルを起こしやすくなる。
【００２９】
図７において、ボルテックス室５に供給された可燃性廃棄物は、前記供給装置３１の受入口２３を経由して仕切板３０により仕切られた各部屋に貯留される。便宜上、仕切られた部屋の片側の部屋を１系、他方を２系とする。
【００３０】
前記仕切られた各部屋には、ダンパー２４乃至２７が上下方向に設置される。ダンパーとしてはスライドゲート式ダンパーが使用される。ダンパーの角度は水平方向に対して０乃至７５度とすることができる。しかし、ダンパーの角度が大きい場合、ダンパー上部への可燃性廃棄物の滞留による噛み込みは防止できるが、供給経路が長くなるため、より好ましい角度として、水平方向に対して２０乃至４５度とする。これにより、可燃性廃棄物の滞留による噛み込みを防止できると同時に、供給経路の設置スペースを小さくすることができる。
また、同じ部屋のダンパー間の距離は、可燃性廃棄物の大きさや形状、供給量等によって適宜決めればよい。例えば、可燃性廃棄物の大きさが最大長サイズで５０ｍｍであり、滞留部３２の直胴部の長さが２０００ｍｍである場合、直胴部の上部から上段ダンパーまでの距離が６００乃至１２００ｍｍ、好ましくは７００乃至９００ｍｍ、上下ダンパー間の距離が４００乃至１０００ｍｍ、好ましくは４００乃至６５０ｍｍ、下段ダンパーから直胴部の下部までの距離が５００乃至１０００ｍｍ、好ましくは６００乃至８００ｍｍであればよい。
また、異なる部屋同士の上段ダンパー（２４と２６）及び下段ダンパー（２５と２７）の上下方向の位置は同じとする。さらに、二重ダンパー（ダンパー２４乃至２７）の駆動方向は、図７に示すように対向させるのがよいが、供給経路の設置スペースによっては、並行とすることも可能である。
【００３１】
ここで、図８は本発明を実施するための二重ダンパーの動作駆動のタイムスケジュールを示す。そして、前記各部屋における二重ダンパーは、制御部２９と連結されており、図８に示したように、開閉のタイミングが異なるように以下の如く制御される。
【００３２】
（１）まず、１系と２系の上段ダンパー（２４及び２６）と下段ダンパー（２５及び２７）が閉とされる。
（２）次に、１系と２系の上段ダンパー（２４及び２６）の上に、受入口２３から可燃性廃棄物が充填される。
（３）次に、１系の上段ダンパー２４が開となり、同時に２系の下段ダンパー２７が開となる。これにより、１系においては可燃性廃棄物が上段ダンパー２４と下段ダンパー２５の間に受入れられ、２系においては可燃性廃棄物がボルテックス室５に供給される状態になる。
（４）その後、１系の上段ダンパー２４が閉となり、同時に２系の下段ダンパー２７が閉となる。これにより、１系及び２系の上段と下段のダンパーが全て閉となる。
（５）次に、１系の下段ダンパー２５が開となり、２系の上段ダンパー２６が開となる。これにより、１系から可燃性廃棄物がボルテックス室５に供給され、２系においては可燃性廃棄物が上段ダンパー２６と下段ダンパー２７の間に受入れられる。
（６）その後、１系の下段ダンパー２５が閉となり、同時に２系の上段ダンパー２６が閉となる。これにより、１系、２系の上段と下段のダンパーが全て閉となる。
（７）これによって、可燃性廃棄物の供給サイクルが終了する。
このサイクルを繰り返すことにより、可燃性廃棄物はボルテックス室５内に連続的かつ一定に供給される。これにより、可燃性廃棄物のボルテックス室５への供給量の脈動を緩和することが可能となり、該ボルテックス室５の操業条件の変動を大幅に低減することが可能となる。
【００３３】
タイムスケジュールの各時間幅は、可燃性廃棄物の必要供給量に応じて、電子タイマーまたはソフトタイマーなどにて設定するが、上段ダンパー（２４及び２６）の開時間の幅については、下段ダンパー（２５及び２７）と上段ダンパー（２４及び２６）の間のシュート空間が可燃性廃棄物で満量にならない時間、即ち、満量の８０％以下になるように前記タイマーの時間幅の設定を行う。
また、前記について、満量の８０％になる高さの位置にレベルスイッチやリミットスイッチ２８などを取り付け、該タイマーとの併用を行い、レベル検知またはタイマーの動作が行われたら、ダンパー２４乃至２７を所定の通りに動作させ、可燃性廃棄物を安定供給するようにさせてもよい。該タイマー時間の幅が大きすぎると、二重ダンパーの先端部に可燃性廃棄物が噛み込む原因にもなる。
【００３４】
前記においては、２系列の可燃性廃棄物の供給装置について説明したが、３系列以上においても本発明を実施することは可能である。この場合における二重ダンパーの駆動方法は、前記の各系列のタイムスケジュールと同じであり、時間の差を設けるのみである。これにより、可燃性廃棄物の供給量の脈動をさらに緩和することが可能である。ボルテックス室５への可燃性廃棄物の投入口を多系列の並行的な投入手段にすることで、ボルテックス室５の下部の出口で内部の燃焼ガスは、温度の変動がなくなり一定温度となるため、可燃性廃棄物の燃焼残滓の仮焼炉炉壁への付着や堆積がなくなる。ただし、系列の数が多くなると、供給経路の構造が複雑になり、二重ダンパーの駆動の制御が煩雑になるので、系列の数は２乃至４系列が好ましい。
【００３５】
本発明においては、前述した第１乃至第３実施形態に前記第３の応用例を適用することによって、ボルテックス室５の内壁面に旋回流ガスと共に可燃性廃棄物を変動させることなく一定量ほど流飛させ、該内壁を９００乃至１０００℃の温度に保持させ、ボルテックス室５から仮焼炉２までの炉壁における未燃物の付着を防止することができる。これによって、低融点かつ難燃性である可燃性廃棄物をも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、窯業、発電などの燃料の燃焼を行う炉において、製造コストを低減する目的で、従来使用している石炭などの燃料よりも燃焼の遅い可燃性廃棄物を使用する場合に有用となる方法と装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のセメント製造装置の全体プロセスと該装置内に設けられたボルテックス室の位置を模式的に示す概略図である。
【図２】本発明のボルテックス室の構造の第１実施形態である仮焼炉Ａ型の場合の旋回室（直胴型）を模式的に示す概略図である。
【図３】本発明のボルテックス室の構造の第２実施形態である仮焼炉Ａ型の場合の旋回室（下部逆コーン型）を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明のボルテックス室の構造の第３実施形態である仮焼炉Ｂ型の場合の旋回室（直胴型）を模式的に示す概略図である。
【図５】本発明のボルテックス室と仮焼炉Ａ型の連結ダクトの配置を模式的に示す図である。
【図６】本発明のボルテックス室への可燃性廃棄物の投入口（２個所）を平面図で模式的に示した概略図である。
【図７】本発明のボルテックス室に投入される可燃性廃棄物の投入手段を模式的に示した概略図である。
【図８】本発明における可燃性廃棄物の投入手段の二重ダンパーの駆動タイムスケジュールを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ ロータリーキルン
２ 仮焼炉
３ エアー・クエンチング・クーラー（ＡＱＣ）
４ キルンバーナー
５ ボルテックス室（旋回室燃焼ダクト）
６ 仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）
７ 排気ファン
８ 仮焼炉バーナー
９ ライジング・ダクト（ＲＤ）
１０ セメント原料投入口
１１ 可燃性廃棄物の吹込み投入口（水平吹込み）
１２ 可燃性廃棄物の投入口（天井部投入）
１３ シュート
１４ 異径型レジューサー（逆コーン載台状）
１５ 窯尻
１６ プレヒーター・サイクロン
２３ 可燃性廃棄物の受入口
２４ １系上段ダンパー
２５ １系下段ダンパー
２６ ２系上段ダンパー
２７ ２系下段ダンパー
２８ レベルスイッチまたはリミットスイッチ
２９ 制御部
３０ 仕切板
３１ 可燃性廃棄物の供給装置
３２ 滞留部
３３ 炉底
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックなどの可燃性廃棄物をセメント製造装置で燃焼処理するに際して、操業にトラブルがなく大量に処理でき、かつ連続的に安定運転を行うことができる可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、セメント製造装置の全体プロセスを示す図１を参照しながら、本発明の背景技術について説明する。
産業廃棄物を始めとする可燃性廃棄物は、物質とエネルギーの循環型社会としてその利用と処理がますます期待されている。セメント産業においても今後、大量に可燃性廃棄物を処理できるプラント装置としてこれを改良してゆくことは、環境問題の使命を担うものとしてのセメント産業にとって必要不可欠なものとなる。
従来、セメント製造装置において、廃プラスチック等の可燃性廃棄物は酸素が比較的少ないロータリーキルン１の窯尻１５や仮焼炉２の内部へ投入していた。いずれの場所も酸素の少ない雰囲気であるので、可燃性廃棄物の燃焼が遅くなる。このためセメント製造装置の排ガス温度が上昇し、操業上の熱量原単位が悪化するという問題があった。その上、連続的な操業の点からはセメント製造装置が不安定状態へ陥りやすかった。また、プレヒーター・サイクロン１６への付着物による閉塞など、最悪の場合にはセメント製造プラントのシャットダウンなどや、さらには排気温度の上昇や排気ファン７の回転羽根への可燃性廃棄物中の成分の付着物による排気ファン７の振動トラブルを起こしていた。
【０００３】
また、従来からの１つの方法として、例えば特許文献１〜３のように、仮焼炉の二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６をほぼ水平方向へ延伸した形状のままで、直接に可燃性廃棄物を投入する方法があった。この方法では、可燃性廃棄物が大きいか又は比較的重い場合には、ダクトの底部の水平部に可燃性廃棄物が着地して固着物が成長していた。また、可燃性廃棄物の投入装置としては負圧の炉内を外気からシールするために、通常、二重ダンパーが使用されている。二重ダンパーは構造上供給物が間欠的に供給されるので、可燃性廃棄物が瞬間的に増えたり減ったりして脈動を起こし、可燃性廃棄物が一時的に増えたときに、その重量によって炉底に可燃性廃棄物の未燃分である燃焼残滓が堆積しやすかった。そのため、固着物の除去を行わなければならず、人的労力の投入による対応や、特許文献３のように、別途の固着堆積物の排出装置を設置する等、多くの費用がかかるなど問題も多かった。
【０００４】
一方、例えば特許文献４のように難燃性燃料の処理に対する改良も行われてきたが、高温で高酸素の空気を利用した、熱効率が良く、大量に可燃性廃棄物を使用できる仮焼炉は提供されていなかった。
今までは、比較的に軽量で少量の可燃性廃棄物のみしか仮焼炉廻りへ投入できなかったので、比重量のある可燃性廃棄物はロータリーキルン１の窯尻１５に直接、投入し燃焼させていた。しかし、大量に窯尻１５の位置に投入すると、窯尻１５の位置は酸素濃度が低いため、この位置から排ガスの下流部分であるライジング・ダクト９やプレヒーター・サイクロン１６の間でも燃焼が起こり、この間の温度が上昇し、該操業上のトラブルを起こしやすいので、少量しか投入できなかった。このように、従来は可燃性廃棄物を大量に処理するという世の中からの要請には十分、応じることができなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０６１６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５６４８号公報
【特許文献３】特開２００５−２２１１９５号公報
【特許文献４】特開平５−２９４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃プラスチックなどの可燃性廃棄物をセメント製造装置で燃焼処理するに際して、操業にトラブルがなく連続的に安定運転を行うことができる可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置を提供することを目的とするものである。
セメント製造装置を該目的に沿ったものに改善すること、即ち、可燃性廃棄物の破砕サイズをできるだけ大きくすることによって、可燃性廃棄物の前処理（破砕処理）に関わる設備を最小の投資で最大の効果を出すものにすること、また、比較的軽量でない可燃性廃棄物も燃焼処理ができるようにすること、そして燃えにくい可燃性廃棄物を燃やしやすくすることのためには、
（１）雰囲気温度が高い（少なくとも８００℃以上である）、
（２）雰囲気に酸素が十分に存在する、
（３）可燃性廃棄物が燃えるまでに十分な滞留時間がある
ことなど、以上の３点が十分条件であるが、どれか少なくとも１つ以上が満足されることが必要条件となる。
【０００７】
そこで、本発明者らは、可燃性廃棄物のサイズが大きくても、これを充分に燃焼させるためには次のようなことが必要であることを見出した。
仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の内部のガス流は酸素が２１容量％で前記（２）の条件を満足し、温度（約８００乃至１０００℃）も前記（１）の条件をクリヤーし適度な雰囲気であることから、可燃性廃棄物のダクト６内での滞留時間を大きく増加させ、充分に燃焼させることができれば前記目的を達成することができる。即ち、本発明の課題は、このダクト６の途中を改造し、可燃性廃棄物の大量処理が可能なように、投入された可燃性廃棄物の滞留時間を延長させる方法とその装置、また該装置から仮焼炉までの炉壁や炉底への可燃性廃棄物の燃焼残滓の堆積や固着を防止できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、次の三つの知見を得、当該知見に基づいて、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の途中に、該ダクト部分から仮焼炉までの炉壁へ未燃分が固着することを防止することができるボルテックス室５の構造と可燃性廃棄物の投入手段を提供することにより、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）ボルテックス室５の構造のダクト６は、内部に８００乃至１０００℃の熱空気が流れており、投入する可燃性廃棄物の最大長サイズが１００ｍｍ以下、難燃品では好ましくは５０ｍｍ未満であっても、自由落下により投入すれば、内部の旋回流により可燃性廃棄物の滞留時間を長くさせることが可能で、ダクト６内で充分に燃焼が可能となる。
【００１０】
（２）また、可燃性廃棄物の投入手段を多系列にした上、ボルテックス室５の下部を仮焼炉２に隣接することで、可燃性廃棄物の燃焼残滓もボルテックス室５や仮焼炉２の炉底に堆積しにくい構造とすることができ、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の水平部へも堆積防止ができる。
【００１１】
（３）また、前記投入手段における可燃性廃棄物の供給装置について、多系列の二重ダンパーを用い、供給量が脈動しにくい供給装置を併用することで、様々な課題を解決することができる。
【００１２】
本発明は、８００℃以上の温度を有する高温空気ダクトの一部の空間に旋回空気流を発生させ、該旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を、専用吹込み管によって吹込むか、または自由落下にて投入して燃焼処理を行い、それにより発生した熱をセメント製造装置の仮焼炉の熱源とすることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は上記本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理方法を実施するための装置であって、セメント製造装置の仮焼炉２へ空気を導入するための温度８００℃以上の高温空気ダクト６と、該ダクト６に連結された、前記旋回空気流を発生させるボルテックス室５とを備え、かつ該ボルテックス室５には、前記旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を側面から吹込むかまたは上部から自由落下にて投入するための可燃性廃棄物の投入手段が設けられ、さらに該ボルテックス室５の構造が、前記旋回空気流で可燃性廃棄物を攪拌燃焼する円筒状の構造であるか、または該円筒状部の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサーを連続的に接続している構造であることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理方法とその装置によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）可燃性廃棄物を従来よりも大量に仮焼炉２で使用することが可能となり、セメント製造原価の大幅な低減を図ることができる。
（２）可燃性廃棄物のサイズを従来よりも大きくできるので、破砕、粉砕にかかる電力コストを大幅に低減できる。
（３）可燃性廃棄物のサイズを従来よりも大きくできるので、破砕機の能力が従来のものよりも大幅に向上する。
（４）可燃性廃棄物が軽量なものでなくても仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６での燃焼が可能となり、廃棄物大量処理の社会的要請に応じることができるようになる。
（５）可燃性廃棄物を燃焼させた残滓がボルテックス室５や仮焼炉２の炉底に堆積しにくくなり、可燃性廃棄物を大量に使用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を、その好ましい実施の形態に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明のセメント製造装置の全体プロセスと該装置内に設けられたボルテックス室５の位置を模式的に示す概略図である。図２、図３及び図４は、それぞれ、本発明の可燃性廃棄物の燃焼処理装置に適用したボルテックス室５の構造の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態を模式的に示したものである。図５は、本発明の第１実施形態及び第２実施形態におけるボルテックス室５と仮焼炉２の連結ダクトの配置を模式的に示した概略図である。そして図６は、本発明のボルテックス室５への可燃性廃棄物の投入口を平面図で模式的に示したものである。また図７は、本発明のボルテックス室５へ投入される可燃性廃棄物の投入手段を模式的に示した概略図である。
【００１７】
図１及び図２において、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の内部ガス流の酸素は２１容量％である。また、その温度も約８００乃至１０００℃である。従って、雰囲気に酸素が十分に存在する、また雰囲気温度が少なくとも８００℃以上であるという本発明の課題を達成するための前記第１及び第２の条件をクリヤーしている。
そこで、このダクト６の途中を、垂直方向の円筒形状であって、該円筒形状の曲面部の一部に接線方向かつ水平に前記熱風ダクトを装入し接続することを特徴とするボルテックス室５の構造に改造する。その際、ボルテックス室５の直径は、改造前における単純な直管ダクトの直径の１．５乃至２．５倍に拡大することが好ましい。また、ボルテックス室５の高さをＬ、直径をＤとすると、Ｌ／Ｄは３乃至５が最適である。
前記ボルテックス室５の直径については、改造前における単純な直管ダクトの直径の１．５倍より小さいと、可燃性廃棄物のボルテックス室５内での滞留時間が不足することがあり、２．５倍より大きいと、可燃性廃棄物はボルテックス室５内での遠心力が不足し、重力が勝ることによってボルテックス室５内を失速落下し、やはり滞留時間が不足することがあるのでいずれの場合も好ましいことではない。また、前記Ｌ／Ｄが３未満では、可燃性廃棄物の滞留時間が不足して燃焼が不十分となる恐れがあり、逆に５より大きいと、ボルテックス室５の高さが燃焼に必要とされる以上の高さとなり、設備の工事費用が高くなる分、投資費用が無駄になるという問題がある。
【００１８】
前記ボルテックス室５の構造に改造することにより、前記ボルテックス室５内には前記高温のクーラー抽気による旋回空気流（以下、単に旋回流ガスともいう。）が発生する。そこで図６において、可燃性廃棄物は、前記ボルテックス室５の上部の旋回流ガスに浮遊し内壁面を旋回流飛するように投入口１１または１２から投入される。投入位置１２はボルテックス室天井部の中心点より内壁に寄った位置であって前記旋回流ガスが導入される主流ガスに乗る位置であればどこでも良い。また投入位置１１については、ボルテックス室５における天井部の直面下の位置にほぼ水平方向から専用吹込み管によって前記旋回空気流の流れる方向と同方向に偏向させて吹込んでも良い。
これにより、ボルテックス室５の内部での可燃性廃棄物は、滞留時間を大きく増加し３乃至６秒ほどが確保される。またボルテックス室５の内部における内壁面の周囲は高酸素の２１容量％でかつ前記の高温の雰囲気であるので、可燃性廃棄物を短時間で充分に燃焼させることができる。可燃性廃棄物が燃焼してガス化すれば慣性がなくなり他のガスと一緒に流飛し完全に燃焼してボルテックス室５の中央部へ寄ってきて、その結果、未燃物よりも迅速にボルテックス室５から排出される。
【００１９】
このボルテックス室５の構造の入口ダクト内には、前述したように約８００乃至１０００℃の温度を有する熱空気が存在する。そこで、可燃性廃棄物の最大長サイズが１００ｍｍ以下であれば、難燃品でも好ましくは５０ｍｍ未満であれば、ボルテックス室５の内部の旋回空気流に乗ることによって未燃廃棄物には遠心力が生じ、該遠心力によって未燃廃棄物はボルテックス室５内を旋回流飛し、その結果、該ボルテックス室５及びそれに続く仮焼炉２までのダクト内での投入された可燃性廃棄物の滞留時間は長くなる。また、ボルテックス室５への投入が自由落下でなされれば、仮焼炉２へ到達する前までに、ほとんどの可燃性廃棄物は燃焼ガス化され、従って投入された可燃性廃棄物を完全燃焼させることが可能である。
本発明においては、ボルテックス室５へ可燃性廃棄物を空気にて吹き込む方法であってもよいが、この方法であると、仮焼炉２へ到達する前までに可燃性廃棄物の燃焼ガス化が完了せず、結果的に酸素が比較的少ない仮焼炉２内に未燃廃棄物が入ることによって可燃性廃棄物の燃焼が遅くなるため、前述したようなセメント製造装置の排ガス温度が上昇し、操業上の熱量原単位が悪化するという問題が起こることがある。
【００２０】
本発明で使用される可燃性廃棄物とは、薄膜状の廃プラスチック、廃木材チップ、木屑、古畳、古紙、廃タイヤ片、廃ゴム、布裂、固形燃料（ＲＤＦ類）、固体を主とした可燃物等の可燃性廃棄物や、固体状の廃プラスチック、水分を多く含む可燃物等の難燃品の単品または２種以上の混合品をいう。
なお、これら可燃性廃棄物に鉄屑やアルミ片等の異物が混入している場合は、磁力選別機、非鉄物除去装置、篩等の手段により予め除去すればよい。
【００２１】
さらに図５に示すように、このボルテックス室５は、仮焼炉２の下部に設けられた接続口に隣接した、該接続口とは最短の位置に設置することが好ましい。また、ボルテックス室５と仮焼炉２の連結ダクトはガスの流れ方向において水平から下向きに０乃至７５度になるように配置するのがよい。例えば、図２は前記連結ダクトが水平の角度、即ち、水平方向に対し角度が０度のケースであり、図５は水平方向に対し下向き角度が６０度のケースである。
【００２２】
また仮焼炉２の燃料燃焼用二次空気については、可燃性廃棄物の燃焼分ほど酸素濃度が低下するが、仮焼炉２の主燃料である微粉炭等の供給バーナー８からの燃料が前記可燃性廃棄物の燃焼分だけ低減できるため、仮焼炉２での総合的な燃焼熱としては大きな差異は出ない。
【００２３】
以下に応用例を３例挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
（１）仮焼炉Ａ型の場合
第１の応用例は、前記連結ダクトを仮焼炉２の下部の側面から接続する仮焼炉Ａ型の場合である。
図２において、仮焼炉２の下部の、クーラー抽気ガスを旋回導入する水平入口部近傍のダクト部に、上部に旋回空気流を構成する本発明の第１実施形態のボルテックス室（以下において旋回室ともいう。）５を、前記ダクトに対する直径比が１．５乃至２．０倍であって、直径に対する高さの比（Ｌ／Ｄ）が３乃至４の寸法にて改造設置する。そしてこのボルテックス室５の天井部の直下で旋回空気流の主流の位置１２から廃プラスチックを、仮焼炉２で必要な熱量の３０乃至８０％に相当する量ほど自由落下にて投入する。ボルテックス室５の内部の作用については、内壁部の周囲において比較的低温のエアーカーテンを生成させ、天井部に廃プラスチックを供給すると、急激なる燃焼により比較的高温の部分を作ることができる。燃焼残滓と燃焼により生じた熱ガスは、ボルテックス室５の下部から仮焼炉２の下部側面に設けられた旋回流入口（接続口）に水平かつ接線方向に導入する。このようにして、ボルテックス室５と仮焼炉２の間の前記連結ダクト内の酸素濃度が６乃至１０容量％に確保されることで、仮焼炉２の内部への石炭燃料の供給は、廃プラスチックを供給した熱量分ほど低減させることができる。
【００２４】
また、図３に示したように、ボルテックス室５の円筒状の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサー１４を連続的に接続している構造である本発明の第２実施形態のボルテックス室５を仮焼炉２と連結することによって、前記連結ダクト内の燃焼ガス流れを滑らかにできると共に、ボルテックス室５から仮焼炉２までの該連結ダクト内でも旋回空気流を残し、滞留時間をさらに約１秒間延長させることもできる。
【００２５】
また、燃焼残滓が多い可燃性廃棄物を投入する場合は、前記第１もしくは第２実施形態のボルテックス室５の下部と仮焼炉２を繋ぐ前記連結ダクトを、図５のように、仮焼炉２の側がボルテックス室５よりも下方になるように水平方向に対し６０度ほど下向きに傾斜させて、仮焼炉２とボルテックス室５を外壁が接触した配置にすることによって、前記連結ダクトが最短の距離を保つ構成とすることもできる。こうすれば燃焼残滓のダクトへの堆積は最小限に防ぐことができる。
【００２６】
（２）仮焼炉Ｂ型の場合
次に第２の応用例であるが、前記連結ダクトを仮焼炉２の下部の真下から接続する仮焼炉Ｂ型の場合である。
即ち、図４に示したように、仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）６の垂直な下降部を改造前のダクトに対する直径比が２乃至２．５倍となるように拡大し、内部の断熱を補強することによって、本発明の第３実施形態のボルテックス室５とし、可燃性廃棄物を予備燃焼させる炉としての機能を有するようにする。この場合、ボルテックス室５の直径に対する高さの比（Ｌ／Ｄ）は４乃至５であることが好ましい。
そして、前述した本発明の第１実施形態や第２実施形態の場合と同様、ボルテックス室５の円筒形状の頂部曲面部において接線方向かつ水平に入口ダクトを装入することによって、ボルテックス室５の内部は入口で旋回空気流を構成し、全体が旋回流のダクト炉になる。そこで、ボルテックス室５の天井部の直下で旋回空気流の主流の位置１２から廃プラスチックを自由落下にて投入する。燃焼時の残滓は、ボルテックス室５出口において、屈曲ダクトの下部の炉底３３から、仮焼炉２より落下する一部の原料とともにシュート１３を経由し、ライジング・ダクト（ＲＤ）９に投入される。
【００２７】
本応用例において、仮焼炉２で必要な熱量の５０乃至７０％に相当する量ほど可燃性廃棄物を投入すると、ボルテックス室５と仮焼炉２の間の前記連結ダクト内の酸素濃度は６乃至１０容量％に確保される。これにより仮焼炉２の石炭燃料は、従来（改造前の直管型ダクト６の場合）よりも廃プラスチックの燃焼熱量分ほど低減できる。
【００２８】
（３）仮焼炉Ａ型及びＢ型における共通事項
そして第３の応用例は、図２、図３、図４、図６及び図７に模式的に示される可燃性廃棄物の投入手段である。該投入手段は、前記仮焼炉Ａ型及び仮焼炉Ｂ型に共通して用いられる。
ボルテックス室５の内壁に付着しやすい種類の難燃性廃プラスチックなどの可燃性廃棄物が供給される場合などを考慮して、ボルテックス室５の天井部１２または天井部直下の側面１１から可燃性廃棄物を投入する手段としては、可燃性廃棄物の供給が独立した２乃至４系列を有する二重ダンパーを通過する供給装置３１を使用する。これにより、温度特性が多様な可燃性廃棄物に対して、時系列的に一定な供給が行われ、ボルテックス室５内の温度は安定する。
もし前記供給装置３１が１系列の二重ダンパーからなる構成の装置であったら、ボルテックス室５に供給される可燃性廃棄物は時系列的に脈動する。そして、ボルテックス室５内で瞬時的に可燃性廃棄物の供給が切れると該ボルテックス室５内の温度は低下し、瞬時的に可燃性廃棄物が投入されると該ボルテックス室５内の温度は上昇する。この脈動が温度の変動となって、ボルテックス室５の下部に付着物を生じやすくなり、操業上のトラブルを起こしやすくなる。
【００２９】
図７において、ボルテックス室５に供給された可燃性廃棄物は、前記供給装置３１の受入口２３を経由して仕切板３０により仕切られた各部屋に貯留される。便宜上、仕切られた部屋の片側の部屋を１系、他方を２系とする。
【００３０】
前記仕切られた各部屋には、ダンパー２４乃至２７が上下方向に設置される。ダンパーとしてはスライドゲート式ダンパーが使用される。ダンパーの角度は水平方向に対して０乃至７５度とすることができる。しかし、ダンパーの角度が大きい場合、ダンパー上部への可燃性廃棄物の滞留による噛み込みは防止できるが、供給経路が長くなるため、より好ましい角度として、水平方向に対して２０乃至４５度とする。これにより、可燃性廃棄物の滞留による噛み込みを防止できると同時に、供給経路の設置スペースを小さくすることができる。
また、同じ部屋のダンパー間の距離は、可燃性廃棄物の大きさや形状、供給量等によって適宜決めればよい。例えば、可燃性廃棄物の大きさが最大長サイズで５０ｍｍであり、滞留部３２の直胴部の長さが２０００ｍｍである場合、直胴部の上部から上段ダンパーまでの距離が６００乃至１２００ｍｍ、好ましくは７００乃至９００ｍｍ、上下ダンパー間の距離が４００乃至１０００ｍｍ、好ましくは４００乃至６５０ｍｍ、下段ダンパーから直胴部の下部までの距離が５００乃至１０００ｍｍ、好ましくは６００乃至８００ｍｍであればよい。
また、異なる部屋同士の上段ダンパー（２４と２６）及び下段ダンパー（２５と２７）の上下方向の位置は同じとする。さらに、二重ダンパー（ダンパー２４乃至２７）の駆動方向は、図７に示すように対向させるのがよいが、供給経路の設置スペースによっては、並行とすることも可能である。
【００３１】
ここで、図８は本発明を実施するための二重ダンパーの動作駆動のタイムスケジュールを示す。そして、前記各部屋における二重ダンパーは、制御部２９と連結されており、図８に示したように、開閉のタイミングが異なるように以下の如く制御される。
【００３２】
（１）まず、１系と２系の上段ダンパー（２４及び２６）と下段ダンパー（２５及び２７）が閉とされる。
（２）次に、１系と２系の上段ダンパー（２４及び２６）の上に、受入口２３から可燃性廃棄物が充填される。
（３）次に、１系の上段ダンパー２４が開となり、同時に２系の下段ダンパー２７が開となる。これにより、１系においては可燃性廃棄物が上段ダンパー２４と下段ダンパー２５の間に受入れられ、２系においては可燃性廃棄物がボルテックス室５に供給される状態になる。
（４）その後、１系の上段ダンパー２４が閉となり、同時に２系の下段ダンパー２７が閉となる。これにより、１系及び２系の上段と下段のダンパーが全て閉となる。
（５）次に、１系の下段ダンパー２５が開となり、２系の上段ダンパー２６が開となる。これにより、１系から可燃性廃棄物がボルテックス室５に供給され、２系においては可燃性廃棄物が上段ダンパー２６と下段ダンパー２７の間に受入れられる。
（６）その後、１系の下段ダンパー２５が閉となり、同時に２系の上段ダンパー２６が閉となる。これにより、１系、２系の上段と下段のダンパーが全て閉となる。
（７）これによって、可燃性廃棄物の供給サイクルが終了する。
このサイクルを繰り返すことにより、可燃性廃棄物はボルテックス室５内に連続的かつ一定に供給される。これにより、可燃性廃棄物のボルテックス室５への供給量の脈動を緩和することが可能となり、該ボルテックス室５の操業条件の変動を大幅に低減することが可能となる。
【００３３】
タイムスケジュールの各時間幅は、可燃性廃棄物の必要供給量に応じて、電子タイマーまたはソフトタイマーなどにて設定するが、上段ダンパー（２４及び２６）の開時間の幅については、下段ダンパー（２５及び２７）と上段ダンパー（２４及び２６）の間のシュート空間が可燃性廃棄物で満量にならない時間、即ち、満量の８０％以下になるように前記タイマーの時間幅の設定を行う。
また、前記について、満量の８０％になる高さの位置にレベルスイッチやリミットスイッチ２８などを取り付け、該タイマーとの併用を行い、レベル検知またはタイマーの動作が行われたら、ダンパー２４乃至２７を所定の通りに動作させ、可燃性廃棄物を安定供給するようにさせてもよい。該タイマー時間の幅が大きすぎると、二重ダンパーの先端部に可燃性廃棄物が噛み込む原因にもなる。
【００３４】
前記においては、２系列の可燃性廃棄物の供給装置について説明したが、３系列以上においても本発明を実施することは可能である。この場合における二重ダンパーの駆動方法は、前記の各系列のタイムスケジュールと同じであり、時間の差を設けるのみである。これにより、可燃性廃棄物の供給量の脈動をさらに緩和することが可能である。ボルテックス室５への可燃性廃棄物の投入口を多系列の並行的な投入手段にすることで、ボルテックス室５の下部の出口で内部の燃焼ガスは、温度の変動がなくなり一定温度となるため、可燃性廃棄物の燃焼残滓の仮焼炉炉壁への付着や堆積がなくなる。ただし、系列の数が多くなると、供給経路の構造が複雑になり、二重ダンパーの駆動の制御が煩雑になるので、系列の数は２乃至４系列が好ましい。
【００３５】
本発明においては、前述した第１乃至第３実施形態に前記第３の応用例を適用することによって、ボルテックス室５の内壁面に旋回流ガスと共に可燃性廃棄物を変動させることなく一定量ほど流飛させ、該内壁を９００乃至１０００℃の温度に保持させ、ボルテックス室５から仮焼炉２までの炉壁における未燃物の付着を防止することができる。これによって、低融点かつ難燃性である可燃性廃棄物をも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、窯業、発電などの燃料の燃焼を行う炉において、製造コストを低減する目的で、従来使用している石炭などの燃料よりも燃焼の遅い可燃性廃棄物を使用する場合に有用となる方法と装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のセメント製造装置の全体プロセスと該装置内に設けられたボルテックス室の位置を模式的に示す概略図である。
【図２】本発明のボルテックス室の構造の第１実施形態である仮焼炉Ａ型の場合の旋回室（直胴型）を模式的に示す概略図である。
【図３】本発明のボルテックス室の構造の第２実施形態である仮焼炉Ａ型の場合の旋回室（下部逆コーン型）を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明のボルテックス室の構造の第３実施形態である仮焼炉Ｂ型の場合の旋回室（直胴型）を模式的に示す概略図である。
【図５】本発明のボルテックス室と仮焼炉Ａ型の連結ダクトの配置を模式的に示す図である。
【図６】本発明のボルテックス室への可燃性廃棄物の投入口（２個所）を平面図で模式的に示した概略図である。
【図７】本発明のボルテックス室に投入される可燃性廃棄物の投入手段を模式的に示した概略図である。
【図８】本発明における可燃性廃棄物の投入手段の二重ダンパーの駆動タイムスケジュールを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ ロータリーキルン
２ 仮焼炉
３ エアー・クエンチング・クーラー（ＡＱＣ）
４ キルンバーナー
５ ボルテックス室（旋回室燃焼ダクト）
６ 仮焼炉二次空気ダクト（クーラー抽気ダクト）
７ 排気ファン
８ 仮焼炉バーナー
９ ライジング・ダクト（ＲＤ）
１０ セメント原料投入口
１１ 可燃性廃棄物の吹込み投入口（水平吹込み）
１２ 可燃性廃棄物の投入口（天井部投入）
１３ シュート
１４ 異径型レジューサー（逆コーン載台状）
１５ 窯尻
１６ プレヒーター・サイクロン
２３ 可燃性廃棄物の受入口
２４ １系上段ダンパー
２５ １系下段ダンパー
２６ ２系上段ダンパー
２７ ２系下段ダンパー
２８ レベルスイッチまたはリミットスイッチ
２９ 制御部
３０ 仕切板
３１ 可燃性廃棄物の供給装置
３２ 滞留部
３３ 炉底
【特許請求の範囲】
【請求項１】
８００℃以上の温度を有する高温空気ダクトの一部の空間に旋回空気流を発生させ、該旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を、専用吹込み管によって吹込むか、または自由落下にて投入して燃焼処理を行い、それにより発生した熱をセメント製造装置の仮焼炉の熱源とすることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理方法を実施するための装置であって、
セメント製造装置の仮焼炉へ空気を導入するための温度８００℃以上の高温空気ダクトと、該ダクトに連結された、前記旋回空気流を発生させるボルテックス室とを備え、かつ該ボルテックス室には、前記旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を側面から吹込むかまたは上部から自由落下にて投入するための可燃性廃棄物の投入手段が設けられ、さらに該ボルテックス室の構造が、前記旋回空気流で可燃性廃棄物を攪拌燃焼する円筒状の構造であるか、または該円筒状部の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサーを連続的に接続している構造であることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【請求項３】
前記ボルテックス室の構造が仮焼炉の下部に側面方向もしくは下方向から隣接して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【請求項４】
前記可燃性廃棄物の投入手段が２乃至４系列の二重ダンパーからなる構成であることを特徴とする請求項２又は３に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【請求項１】
８００℃以上の温度を有する高温空気ダクトの一部の空間に旋回空気流を発生させ、該旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を、専用吹込み管によって吹込むか、または自由落下にて投入して燃焼処理を行い、それにより発生した熱をセメント製造装置の仮焼炉の熱源とすることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理方法を実施するための装置であって、
セメント製造装置の仮焼炉へ空気を導入するための温度８００℃以上の高温空気ダクトと、該ダクトに連結された、前記旋回空気流を発生させるボルテックス室とを備え、かつ該ボルテックス室には、前記旋回空気流の中に、可燃性廃棄物を側面から吹込むかまたは上部から自由落下にて投入するための可燃性廃棄物の投入手段が設けられ、さらに該ボルテックス室の構造が、前記旋回空気流で可燃性廃棄物を攪拌燃焼する円筒状の構造であるか、または該円筒状部の下部に逆コーン載台状の異径型レジューサーを連続的に接続している構造であることを特徴とする可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【請求項３】
前記ボルテックス室の構造が仮焼炉の下部に側面方向もしくは下方向から隣接して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【請求項４】
前記可燃性廃棄物の投入手段が２乃至４系列の二重ダンパーからなる構成であることを特徴とする請求項２又は３に記載の可燃性廃棄物の燃焼処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２０５６４０（Ｐ２００７−２０５６４０Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５１７９（Ｐ２００６−２５１７９）
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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