CN111836996A - 流化床热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流化床热回收装置，其使含有不燃物的固体状物质均匀地燃烧，且一边排出不燃物一边回收热能。在流化床反应炉(1)中，在炉床部分设置对流化床内赋予不同的流化速度的散气装置，形成小的流化速度的第1弱流化区域(WF)，在第1弱流化区域(WF)中产生流动介质的沉降流，形成大的流化速度的强流化区域(SF)，在强流化区域(SF)中产生流动介质的上升流，从而在流化床内部形成流动介质的回旋流。在强流化区域(SF)的外侧形成小的流化速度的第2弱流化区域(WF)，在第2弱流化区域(WF)中产生流动介质的沉降流，使一部分的流动介质从强流化区域(SF)流入，在第2弱流化区域(WF)配置具有传热面的热回收装置(10)。

Description

流化床热回收装置
技术领域
本发明涉及具备热回收室功能的流化床热回收装置，其用于使城市垃圾、工业废弃物、煤炭等含有不燃物的固体状物质均匀地燃烧或进行气体化等氧化反应、且一边将不燃物顺畅地排出一边稳定地回收热能。
背景技术
伴随着经济发展，被排出处理的普通废弃物一年约4400万吨、工业废弃物约4亿吨。这些废弃物的一部分被焚烧处理，而焚烧时产生的排气的热能被有效用于发电等。出于环境问题的考虑，要求高效回收这些热能。
但是，在废弃物尤其是工业废弃物中，废弃物的形状、性状多种多样且不固定，此外由于变化不定的多种不燃物混入，很难实现稳定的燃烧及处理，阻碍废弃物能量的有效利用。
为了实现普通废弃物及工业废弃物的能量的有效利用，以基于焚烧等氧化反应的热能回收为目的，研究出了多种系统。尤其是，流化床燃烧锅炉作为能够使含有不燃物的固体状物质均匀地燃烧且能够一边顺畅地排出不燃物一边稳定地回收热能的系统而备受期待，但其存在以下课题。
在流动介质上下活跃流动的鼓泡型流化床中，由于流动介质的流动仅为上下方向，因此焚烧物的分散不充分，难以实现均匀且稳定的燃烧。另外，比重大于流动介质的不燃物宽范围地堆积在炉床上，其结果，还存在不燃物的排出变得困难而阻碍运行的情况。因此，研究出了下述方式：通过在浓厚流化床内使流化速度变化以形成流动介质的回旋流，从而使焚烧物的混合分散良好以使之进行均匀且稳定的燃烧。
但是，若像现有构造的内部循环流化床燃烧锅炉(ICFB)这样，流动介质及不燃物的排出口位于热回收室出口附近，则排出口上部变为固定层(非流化区域)，存在从热回收室向主燃烧室的流动介质的循环无法顺畅地进行的可能性，从而要求解决该问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平7-56361号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情况提出的，其提供一种流化床热回收装置，能够顺畅地进行从热回收室(热回收区域)向主燃烧室(主燃烧区域)的流动介质的循环，以使含有不燃物的固体状物质均匀地燃烧，且一边顺畅地排出不燃物一边稳定地回收热能。
解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的一方案为流化床热回收装置，其特征在于，在流化床反应炉中，在炉床部分设置对流化床内赋予各不相同的流化速度的散气装置，形成被赋予相对较小的流化速度的第1弱流化区域，在该第1弱流化区域中产生流动介质的沉降流，形成被赋予相对较大的流化速度的强流化区域，在该强流化区域中产生流动介质的上升流，以在流化床内部形成流动介质的回旋流，在所述强流化区域的外侧形成被赋予相对较小的流化速度的第2弱流化区域，在该第2弱流化区域中产生流动介质的沉降流以使得一部分的流动介质从所述强流化区域流入，在该第2弱流化区域配置有具有传热面的热回收装置。
本发明的优选方案的特征在于，所述散气装置包括：第1散气装置，其由为了形成所述第1弱流化区域而赋予相对较小的流化速度的散气板形成；以及第2散气装置，其将为了形成所述强流化区域而赋予相对较大的流化速度的多个散气管设置为一层或上下设置为多层而构成。
本发明的优选方案的特征在于，所述散气装置还具备第3散气装置，所述第3散气装置将为了形成所述第2弱流化区域而赋予相对较小的流化速度的多个散气管设置为一层或上下设置多层而构成，或者由朝向下方倾斜的散气板构成。
本发明的优选方案的特征在于，将作为被处理物的固体状物质投入所述第1弱流化区域，将所述固体状物质中含有的不燃物通过在所述散气装置的下方设置的流动介质抽出输送带排出。
本发明的优选方案的特征在于，在所述强流化区域与所述第2弱流化区域之间设有分隔壁。
本发明的优选方案的特征在于，在将多个散气管上下设为多层而构成的所述第2散气装置的层间，形成使流动介质从所述第2弱流化区域返回所述强流化区域的流路。
本发明的优选方案的特征在于，在将多个散气管设为一层而构成的所述第2散气装置的上方，形成使流动介质从所述第2弱流化区域返回所述强流化区域的流路。
本发明的优选方案的特征在于，所述第1散气装置由随着趋向强流化区域而向下方倾斜的散气板形成。
发明效果
本发明能够起到以下列举的效果。
(1)能够在投入被处理物(例如焚烧物)的主燃烧室(主燃烧区域)中，保持适合于被处理物的均匀分散的流化状态，且能够将设有热回收装置的热回收室(热回收区域)内的弱流化区域保持为适合于热回收的流化状态。因此，能够在主燃烧室(主燃烧区域)中使被处理物均匀地燃烧，且能够在热回收室(热回收区域)中稳定地回收热能。
(2)能够将从热回收室(热回收区域)内的弱流化区域返回主燃烧室(主燃烧区域)内的强流化区域的流动介质的流化状态设为最佳状态，能够顺畅地进行从热回收室(热回收区域)向主燃烧室(主燃烧区域)的流动介质的循环。因此，能够一边顺畅地排出不燃物，一边实现主燃烧室(主燃烧区域)与热回收室(热回收区域)的流动介质的良好的循环及控制，能够稳定地回收热能。
附图说明
图1是示出本发明的流化床热回收装置的第1实施方式的纵剖视图。
图2是示出本发明的流化床热回收装置的第2实施方式的纵剖视图。
图3是示出本发明的流化床热回收装置的第3实施方式的纵剖视图。
图4是示出本发明的流化床热回收装置的第4实施方式的纵剖视图。
具体实施方式
以下参照图1至图4说明本发明的流化床热回收装置的实施方式。在图1至图4中，对相同或相应的构件标注同一附图标记并省略重复的说明。
图1是示出本发明的流化床热回收装置的第1实施方式的纵剖视图。如图1所示，流化床反应炉1具备大致四角筒形状的炉主体2，在炉主体2内形成有流动介质流动的流化床。炉主体2内由左右一对分隔壁3、3分割为位于中央部的1个主燃烧室4和位于两侧部的2个热回收室5、5。在主燃烧室4的炉底部分配置有散气板7，该散气板7形成为中央高且随着趋向两侧缘而逐渐变低的山形状，将作为流化气体的流化空气向炉内喷出。散气板7由具备许多开口(喷嘴)的板状体形成，其中，该开口将作为流化气体的流化空气向炉内喷出，散气板7构成第1散气装置。
在散气板7的两侧，用于向炉内喷出作为流化气体的流化空气的多个散气管8、9上下为配置两层。散气管8、9各自由具备许多开口(喷嘴)的管形成，其中，该开口将作为流化气体的流化空气向炉内喷出，散气管8、9构成第2散气装置。该上下两层的散气管8、9上下重叠配置或以上下相互错开的方式呈锯齿状配置等，能够根据不燃物的量等自由设定。山形状的散气板7以赋予相对较小的流化速度的方式喷出流化空气。其结果，在散气板7的上方形成流动介质以较缓慢的速度流动的弱流化区域WF(在图1中以虚线划分的矩形状的区域)。主燃烧室4内的弱流化区域WF构成第1弱流化区域。上下两层的散气管8、9以赋予相对较大的流化速度方式喷出流化空气。其结果，在散气管8、9的上方形成流动介质活跃流动的强流化区域SF(图1中以虚线划分的矩形状的区域)。
另一方面，在以分隔壁3分隔的热回收室5内设置有由传热管等形成的热回收装置10。另外，在热回收室5的炉底部分配置有一层用于向炉内喷出作为流化气体的流化空气的多个散气管11。散气管11由具备将作为流化气体的流化空气向炉内喷出的许多开口(喷嘴)的管形成，散气管11构成第3散气装置。一层散气管11以赋予相对较小的流化速度方式喷出流化空气。其结果，在散气管11的上方形成流动介质以较缓慢的速度流动的弱流化区域WF(图1中以虚线划分的矩形状的区域)。热回收室5内的弱流化区域WF构成第2弱流化区域。
在本实施方式中，将从第1散气装置向第1弱流化区域供给的流化空气的空气量设为0.5～3u0/umf，优选1～2.5u0/umf，将从第2散气装置向强流化区域供给的流化空气的空气量设为4～20u0/umf，优选6～12u0/umf，将从第3散气装置向第2弱流化区域供给的流化空气的空气量设为0～3u0/umf，优选0.5～2u0/umf。在此，u0为空塔速度，umf为最低流化空塔速度。
位于主燃烧室4的弱流化区域WF的散气板7随着趋向上下两层的散气管8、9的上方的强流化区域SF而下降倾斜(向下方倾斜)。另外，强流化区域SF的散气管8、9、热回收室5的散气管11的下方均与流动介质抽出输送带13相连，且通过流动介质抽出输送带13将流动介质及焚烧物中含有的不燃物向外部排出。在散气板7、散气管8、9及散气管11的下方形成有炉主体2的水平截面积随着趋向下方而逐渐变小的导槽，通过该导槽将不燃物与流动介质一起向流动介质抽出输送带13引导。散气板7与空气管15相连，强流化区域SF的上层的散气管8与空气管16相连，下层的散气管9与空气管17相连，另外，热回收室5的炉底部分的散气管11与空气管18相连。
在按照上述方式构成的流化床反应炉1中，当从炉主体2上形成的投入口(未图示)将焚烧物W投入到主燃烧室4的弱流化区域WF中时，焚烧物W一边被流动介质的沉降流21被吞没一边因处于缺氧状态而在还原性气氛中燃烧。之后，流动介质沿着散气板7的倾斜面朝向强流化区域SF流动。与流动介质一起流入强流化区域SF的焚烧物W一边在由大量氧气形成的氧化气氛中充分燃烧，一边在流动介质的上升流22的作用下上升。
流动介质及焚烧物W如箭头所示，之后再次返回弱流化区域WF，被沉降流21吞没。即，像这样，焚烧物W通过流动介质的回旋流而能够在流化床中分散，以均匀地稳定燃烧。
另一方面，强流化区域SF中的流动介质的上升流22的一部分越过分隔壁3，流入热回收室5内的另一个弱流化区域WF，流动介质一边在该弱流化区域WF中沉降一边对热回收室5内配置的热回收装置10赋予热量，并从分隔壁3的下部的开口部6返回强流化区域SF。
在强流化区域SF中充分燃烧后的流动介质流入设有热回收装置10的弱流化区域WF，因此该弱流化区域WF为氧化气氛，热回收装置10的传热面的还原腐蚀的可能减少。另外，热回收室5内为弱流动状态，因此热回收装置10的传热面的磨耗也很少。
另一方面，焚烧物W中含有的不燃物在被投入的主燃烧室4的弱流化区域WF中被流动介质的沉降流21被吞没，之后，流动介质的方向反转而朝向强流化区域SF，此时，大量不燃物在强流化区域SF中分离沉降。但是，该强流化区域SF为散气管构造，因此不燃物不堆积而从散气管8、9之间滑走，与流动介质一起由在流化床反应炉1的下部设置的流动介质抽出输送带13向外部搬出。
上下两层散气管8、9可以在水平方向上相互错开地呈锯齿状排列，另外也可以以格子状排列。通过设置上下两层的散气管8、9，从而即使散气管8、9的水平方向间距很大，也能够使该区域充分流化。另外，通过使散气管8、9的间距很大，从而即使是更大的不燃物也能够排出。
在图1中，越过分隔壁3流入热回收室5的流动介质和不燃物在弱流化区域WF内沉降，不燃物在炉底附近分离沉降，但由于热回收室5内也为散气管构造，因此不燃物不堆积而与流动介质一起从散气管5之间滑走，与来自强流化区域SF的流动介质、不燃物一起由在流化床反应炉1的下部设置的流动介质抽出输送带13向外部搬出。
将分隔壁3的下部的开口部6设置在强流化区域SF的下部的上下两层的散气管8、9之间，将下层的散气管9设置在比开口部6靠下方，以对流化空气或流化气体进行调节。即，将作为使流动介质从热回收室5内的弱流化区域WF返回主燃烧室4内的强流化区域SF的流路的开口部6形成在上下两层的散气管8、9的层间。由此，能够通过下层的散气管9，使从热回收室5内的弱流化区域WF返回主燃烧室4内的强流化区域SF的流动介质的流化状态成为最佳状态。另外，能够通过上层的散气管8，将主燃烧室4内的强流化区域SF中的流动介质的流化状态维持为最佳状态。
图2是示出本发明的流化床热回收装置的第2实施方式的纵剖视图。在图1所示的第1实施方式中，投入到主燃料室4中的焚烧物保持未燃烧状态进入热回收室5，通过在热回收室5内燃烧而局部变为高温，为了防止对传热管造成不良影响而设置分隔壁3。但是，根据所投入的焚烧物的性状，也可以不设置分隔壁3，因此在图2所示的第2实施方式中，通过去除分隔壁3而使得图1所示的第1实施方式中的主燃烧室4成为主燃烧区域4’、使得热回收室5成为热回收区域5’。在图2所示的实施方式的情况下，高温流化床内的构造物减少，能够形成为简单的构造。另外，在主燃烧区域4’的强流化区域SF与热回收区域5’的弱流化区域WF之间产生流动介质的回旋流，与第1实施方式中的设有分隔壁3的情况相比，强流化区域SF与弱流化区域WF之间的高温的燃烧气体、流动介质的出入变得活跃，能够提高在弱流化区域WF中配置的热回收装置10的效率。
图3是示出本发明的流化床热回收装置的第3实施方式的纵剖视图。在图1所示的第1实施方式中，在热回收室5的下部设有散气管11，但也可以如图3所示，取代散气管11而设置热回收室散气板25。热回收室散气板25朝向开口部6下降倾斜(向下方倾斜)，促进热回收室5内的流动介质朝向开口部6移动，因此，能够更顺畅地进行主燃烧室4与热回收室5之间的流动介质的循环。
图4是示出本发明的流化床热回收装置的第4实施方式的纵剖视图。在图1所示的第1实施方式中，在散气板7的两侧设有上下两层的散气管8、9，但也可以如图4所示，仅配置一层散气管9。散气管9与空气管17相连。在本实施方式中，作为使流动介质从热回收室5内的弱流化WF返回主燃烧室4内的强流化区域SF的流路的开口部6形成在散气管9的上方。通过散气管9，能够使得从热回收室5内的弱流化区域WF返回主燃烧室4内的强流化区域SF的流动介质的流化状态成为最佳状态。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，当然可以在其技术思想的范围内以多种不同的方式实施。
工业实用性
本发明能够应用于具备下述热回收室功能的流化床热回收装置：使城市垃圾、工业废弃物、煤炭等含有不燃物的固体状物质均匀地燃烧或气体化等进行氧化反应，且一边顺畅地排出不燃物一边稳定地回收热能。
附图标记说明
1 流化床反应炉
2 炉主体
3 分隔壁
4 主燃烧室
4’ 主燃烧区域
5 热回收室
5’ 热回收区域
6 开口部
7 散气板
8、9、11 散气管
10 热回收装置
13 流动介质抽出输送带
15、16、17、18 空气管
21 沉降流
22 上升流
25 热回收室散气板
W 焚烧物
SF 强流化区域
WF 弱流化区域

Claims (8)

1.一种流化床热回收装置，其特征在于，
在流化床反应炉中，在炉床部分设置对流化床内赋予各不相同的流化速度的散气装置，
形成被赋予相对较小的流化速度的第1弱流化区域，在该第1弱流化区域中产生流动介质的沉降流，形成被赋予相对较大的流化速度的强流化区域，在该强流化区域中产生流动介质的上升流，以在流化床内部形成流动介质的回旋流，
在所述强流化区域的外侧形成被赋予相对较小的流化速度的第2弱流化区域，在该第2弱流化区域中产生流动介质的沉降流以使得一部分的流动介质从所述强流化区域流入，在该第2弱流化区域配置有具有传热面的热回收装置。
2.根据权利要求1所述的流化床热回收装置，其特征在于，
所述散气装置包括：
第1散气装置，其由为了形成所述第1弱流化区域而赋予相对较小的流化速度的散气板形成；以及
第2散气装置，其将为了形成所述强流化区域而赋予相对较大的流化速度的多个散气管设置为一层或上下设置为多层而构成。
3.根据权利要求2所述的流化床热回收装置，其特征在于，
所述散气装置还具备第3散气装置，所述第3散气装置将为了形成所述第2弱流化区域而赋予相对较小的流化速度的多个散气管设置为一层或上下设置多层而构成，或者由朝向下方倾斜的散气板构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流化床热回收装置，其特征在于，
将作为被处理物的固体状物质投入所述第1弱流化区域，将所述固体状物质中含有的不燃物通过在所述散气装置的下方设置的流动介质抽出输送带排出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流化床热回收装置，其特征在于，
在所述强流化区域与所述第2弱流化区域之间设有分隔壁。
6.根据权利要求2所述的流化床热回收装置，其特征在于，
在将多个散气管上下设为多层而构成的所述第2散气装置的层间，形成使流动介质从所述第2弱流化区域返回所述强流化区域的流路。
7.根据权利要求2所述的流化床热回收装置，其特征在于，
在将多个散气管设为一层而构成的所述第2散气装置的上方，形成使流动介质从所述第2弱流化区域返回所述强流化区域的流路。
8.根据权利要求2所述的流化床热回收装置，其特征在于，
所述第1散气装置由随着趋向强流化区域而向下方倾斜的散气板形成。
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