JP2000297915A

JP2000297915A - 流動層式燃焼炉の運転方法

Info

Publication number: JP2000297915A
Application number: JP11105038A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Hirao; 知彦平尾; Yuji Fujiwara; 祐治藤原; Munechika Ito; 宗親井藤; Shizuo Kataoka; 静夫片岡; Osamu Nojiri; 治野尻
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】流動層式燃焼炉に於いて、流動媒体や機器内
壁への溶融物質の付着を防止して、燃焼物の安定した高
温流動燃焼を可能にする。【解決手段】流動層燃焼が進行中の炉本体内へカルシ
ウム化合物とマグネシウム化合物の何れか一方又は両方
を供給し、流動媒体や機器内壁への溶融物質の付着を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業廃棄物や汚泥
（下水汚泥・産業廃棄物汚泥）、都市ごみ、ＲＤＦ、石
炭等（以下、燃焼物と呼ぶ）を燃焼させる循環流動層炉
や循環流動層ボイラ、流動層炉、流動層ボイラ（以下、
流動層式燃焼炉と呼ぶ）の運転方法の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】流動層式燃焼炉は都市ごみや下水汚泥、
産業廃棄物、ＲＤＦ等の幅広い燃焼物を効率よく燃焼さ
せることができ、広く実用に供されている。而して、上
記流動層式燃焼炉には、炉本体の上方まで吹き上げた流
動媒体（砂）をサイクロンへ導入し、ここで分離した流
動媒体や灰等の固形物を炉本体下部の流動層内へ戻すよ
うにした循環流動層炉と、サイクロン等を省略して構造
の簡素化を図った非循環型の流動層炉とがあるが、何れ
の型式の流動層式燃焼炉であっても、砂等の流動媒体が
円滑に流動することにより、燃焼物と流動媒体と燃焼用
空気の三者が十分に攪拌混合されることが、安定した流
動層燃焼を達成するための必須の要件となる。

【０００３】一方、流動層式燃焼炉へ供給される燃焼物
の中には、その内部にカリウムやリン、ナトリウム等の
低軟化点物質を容易に形成する物質を多量に含んだもの
が存在し、これ等のＫ、Ｐ、Ｎａ等を多量に含んだ燃焼
物を高温燃焼（又は高温焼却）させた場合には、炉本体
やサイクロンの内部に於いて燐酸カリウムや燐酸ナトリ
ウム、酸化燐と結合する二酸化珪素等の比較的軟化温度
の低い各種の化合物が生成される。そして、生成された
低軟化点化合物は、炉本体やサイクロン内で容易に軟化
若しくは溶融し、機器内壁や流動媒体等へ付着すること
になる。

【０００４】しかし、生成された低軟化点化合物が軟化
若しくは溶融して流動媒体や機器内壁面へ付着すると、
流動媒体の粘性が高まるだけでなく、場合によっては流
動媒体の塊状化を招くことになり、流動媒体そのものの
流動性が著しく悪化することになる。その結果、循環式
流動層炉にあっては、流動媒体の円滑な循環が困難にな
ったり、炉本体やサイクロンの内部で結晶物が成長して
流動媒体の循環路に閉塞を生じたりすることがあり、更
に流動層の流動が不十分となって燃焼状態が悪化した
り、流動層の空気抵抗が増加して押込ファンの動力費が
増加する等の様々な不都合が起生し、安定した流動層式
燃焼炉の運転が困難となる。

【０００５】また、上述の如き各種の不都合の発生を避
けるため、燃焼温度や炉内温度を下げた場合には、未燃
ガスが増加したり、燃焼物の処理量が低下する等の別の
問題が起生することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前の流動
層式燃焼炉に於ける上述の如き問題、即ち燃焼物内に含
まれるカリウムやリン、ナトリウム等の化合物である各
種の低軟化点物質の生成により流動媒体の流動性等が阻
害され、安定した運転が困難になると云う問題を解決せ
んとするものであり、消石灰や石灰石等のカルシウム化
合物や水酸化マグネシウム等のマグネシウム化合物を流
動層式燃焼炉内へ供給することにより、炉本体内等に於
ける前記低軟化点物質の生成を抑制すると共に、生成さ
れた物質の軟化点を上昇させ、高能率で安定した流動層
燃焼を可能にした流動層式燃焼炉の運転方法を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、長期に
亘って流動層式燃焼炉の開発を行なって来たが、開発の
過程に於いて流動媒体の一部又は全部を石灰石や酸化
マグネシウムに替えることにより、燃焼物の燃焼時に生
じた硫黄酸化物を除去する方法、流動媒体の一部又は
全部を酸化アルミニウムに焼成担持せしめたＣａＯ（結
晶相ＣａＯ・６Ａｌ₂Ｏ₃）等に替え、これ等の酸化触
媒作用を活用して燃焼速度を高めることにより流動層炉
の燃焼維持温度を引き下げて、窒素酸化物の発生量を低
減する方法、流動媒体の一部又は全部を生石灰や酸化
マグネシウムに替えることにより、燃焼により生じた塩
化水素ガスを除去する方法、等の各種の排ガス処理方法
の開発試験を実施して来た。また、これ等の開発試験の
実施を通して、流動媒体の一部を生石灰や酸化マグネシ
ウムに置き替えした場合には、流動層燃焼の温度が相当
高温になったときでも、主要な流動媒体である砂の流動
性が殆んど悪化しないことを見出した。

【０００８】本件発明は、本願発明者等の上記知見を基
にして創作されたものであり、請求項１の発明は、流動
層燃焼が進行中の炉本体内へカルシウム化合物とマグネ
シウム化合物の何れか一方又は両方を供給し、流動媒体
や機器内壁への溶融物の付着を防止するようにしたこと
を発明の基本構成とするものである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明に於い
て、カルシウム化合物を消石灰、生石灰又は炭酸カルシ
ウムとすると共に、マグネシウム化合物を水酸化マグネ
シウム、酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムとする
ようにしたものである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１の発明に於い
て、カルシウム化合物とマグネシウム化合物の何れか一
方又は両方を、燃焼物に混合して炉本体内へ供給する
か、又は流動媒体に混合して炉本体内へ供給するか、若
しくは単独で炉本体内へ供給するようにしたものであ
る。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１の発明に於い
て、カルシウム化合物又はマグネシウム化合物の何れか
一方又は両方の供給量を、燃焼物の燃焼により生ずる燃
焼残渣量の２０〜５００ｗｔ％とするようにしたもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態の実
施に用いた循環流動層炉の断面概要図であり、図１に於
いて１は炉本体（ライザー部）、２はサイクロン部、３
はループシール部、４はウインドボックス、５は流動ノ
ズル、６は熱風発生炉、７はオーバヘッドバーナ、８は
燃焼物供給口、９は混合供給装置、１０は押込送風機、
Ｆは燃焼物、Ｂは流動層、Ｃは流動媒体、Ｄは溶融物質
の固着防止剤、Ａは一次燃焼空気、Ｇは燃焼ガスであ
る。

【００１３】燃焼物Ｆは、燃焼物ピット１２から混合供
給装置（燃料フィーダ）９を通して供給され、燃焼物供
給口８より炉本体（ライザー部）１の下方の流動層Ｂ上
へ供給される。また、一次燃焼空気Ａはウインドボック
ス４から流動ノズル５を通して流動層Ｂ内へ噴出され、
燃焼物Ｆの所謂流動燃焼が行なわれる。尚、炉本体１の
下方側壁からは、図示されてはいないが適宜量の二次燃
焼空気が炉本体１内へ供給され、未燃焼ガス等の二次燃
焼が行なわれる。同様に、炉本体１の下方内部へは熱量
供給のために適宜量の化石燃料（補助燃料）が供給され
る場合がある。また、起動時にはオーバヘッドバーナ７
又は熱風発生炉６が作動され、炉本体１の昇温用の熱が
供給される。図１に示した本実施形態に於いては、オー
バーヘッドバーナ７と熱風発生炉６の両方を設けている
が、何れか一方を設けるだけでもよい。

【００１４】流動層Ｂを形成する流動媒体Ｃには通常平
均粒径が０．１ｍｍ〜１ｍｍの硅砂が使用されており、
流動ノズル５から噴出される一次燃焼空気Ａによって激
しく攪拌・流動され、流動層Ｂが形成される。また、高
温状態にある流動層Ｂ内へ供給された燃焼物Ｆは、一次
燃焼空気Ａによって流動媒体Ｃと攪拌されつつ燃焼され
る。燃焼により生じた燃焼ガスＧや攪拌状態にある流動
媒体Ｃの一部は、一次燃焼空気Ａにより上方へ吹き上げ
られ、炉本体１の上方の開口部１ａを通してサイクロン
部２内へ流入、ここで燃焼ガスＧと流動媒体Ｃや固形灰
（図示省略）との分離が行なわれる。分離された流動媒
体Ｃや固形灰はループシール部３を通して炉本体１の下
方へ戻される。このように、流動媒体Ｃは連続的に循環
され、炉本体１内を可燃物と流動媒体Ｃとが攪拌され乍
ら上昇する間に、可燃物が完全燃焼される。

【００１５】尚、上記循環流動層炉の構造や作動は公知
であるため、ここではその詳細な説明を省略する。ま
た、図示されてはいないが、サイクロン２の下流側には
廃熱回収ボイラや空気予熱器、冷却塔、排ガス浄化装置
等が、また炉本体１の下方部には流動層Ｂ内から灰分を
取り出す灰取出し装置等が設けられていることは勿論で
ある。

【００１６】前記混合供給装置９は、後述する固着防止
剤サイロ１１から移送されてきた固化防止剤Ｄと、燃焼
物ピット１２から移送されてきた燃焼物Ｆとを混合し、
両者の混合物を供給口８を通して流動層Ｂ上へ供給する
ものであり、本実施形態では公知のスクリュー式フィダ
が用いられている。

【００１７】前記固着防止剤サイロ１１には、流動媒体
Ｃである硅砂やサイクロン部２の内壁面に低軟化点物質
の溶融したものが固着して、流動媒体Ｃの流動性が損な
われるのを防止する機能を備えた溶融物質の固着防止剤
Ｄが貯留されている。

【００１８】即ち、当該流動媒体の固着防止剤Ｄは、基
本的には燃焼物Ｆ内に存在するＫやＮａ、Ｐ等によって
燃焼残渣内に形成される低軟化点化合物の生成量を減少
させると共に、生成された化合物の軟化温度そのものを
高める機能を果すものであり、本発明では固着防止剤Ｄ
として、消石灰や生石灰（石灰石）等のカルシウム化合
物と、水酸化マグネシウム等のマグネシウム化合物との
何れか一方又は両方が用いられており、図１の実施形態
では石灰石の粒体（平均粒径０．２ｍｍ〜５ｍｍ）がサ
イロ１１内に貯留されている。尚、固着防止剤Ｄとして
は、石灰石ＣａＯの他に、消石灰Ｃａ（ＯＨ）₂、炭酸
カルシウムＣａＣＯ₃等のカルシウム化合物や水酸化マ
グネシウムＭｇ（ＯＨ）₂、酸化マグネシウムＭｇＯ、
炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃等のマグネシウム化合物が
使用可能であり、塊状、粒状又は粉体状の何れであって
もよい。また、カルシウム化合物とマグネシウム化合物
とは、夫々単独で用いても或いは混合して用いてもよ
い。

【００１９】而して、ＫやＮａ、Ｐ等を多量に含有する
燃焼物Ｆが流動層Ｂや炉本体１内で高温燃焼をすると、
Ｋ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅系、Ｎａ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅系、Ｐ₂Ｏ₅
−ＳｉＯ₂系等の軟化温度の比較的低い低軟化点化合物
が形成される。今、これ等の低軟化点化合物が存在する
中へ、例えばＣａ化合物が投入されると、燐酸カルシウ
ム（Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂）が生成され、これによって前
記低軟化点化合物であるＫ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅系、Ｎａ₂Ｏ
−Ｐ₂Ｏ₅系、Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂系の化合物のバラン
スが変化する。その結果、具体的には燃焼残渣（灰）の
軟化点（軟化温度）が上昇することになり、低軟化点化
合物の溶融による流動媒体Ｃへの固着が減少し、流動媒
体Ｃの流動性が損われ難くなる。尚、このことはＣａ化
合物に替えてＭｇ化合物を投入した場合でも同様であ
り、前記低軟化点化合物のバランスが変って燃焼残渣
（灰）の軟化温度が上昇し、低軟化点化合物の溶融・固
着による流動媒体Ｃの流動性の低下が防止されることに
なる。

【００２０】各種の試験の結果から、前記燃焼残渣
（灰）内に存在する各種の低軟化点化合物が軟化して、
流動媒体Ｃ等へ固着するのは、燃焼残渣（灰）中のＫ、
Ｎａ、Ｐの含有重量比（（Ｋ＋Ｎａ＋Ｐ）の重量／灰重
量）が約２％を越えた点から激しくなることが判ってお
り、仮りに燃焼温度が前記低軟化点化合物の軟化点を越
える高温度であったとしても、前記重量比が約２％以下
であれば、流動媒体Ｃの流動性が著しく低下しないこと
が判明している。

【００２１】また、必要とする固着防止剤Ｄの添加量は
Ｋ、Ｎａ、Ｐの含有量が同一であっても、流動層式燃焼
炉の内部に於ける燃焼物Ｆの燃焼温度によって大きく変
ることが実機テストによって確認されている。図２は、
燃焼物Ｆの燃焼温度と、流動媒体Ｃへの低軟化点物質の
固着を有効に防止するために必要とする固着防止剤Ｄの
燃焼残渣量に対する添加比率Ｑ（固着防止剤重量／燃焼
残渣重量）との関係を示す線図である。

【００２２】図２からも明らかなように、カルシウム化
合物やマグネシウム化合物から固着防止剤Ｄの必要添加
量は燃焼物Ｆの燃焼温度によって大きく変わり、且つ最
低添加比率（曲線Ｌ₁）と最大添加比率（曲線Ｌ₂）と
の間には相当の開きが現われてくる。

【００２３】尚、上述のように、固着防止剤Ｄの必要添
加比率Ｑに大きな幅（又は差）があるのは、燃焼物Ｆ
内に含有されている（Ｋ＋Ｎａ＋Ｐ）重量に差があるこ
と、流動層式燃焼炉に於ける流動媒体Ｃの流動状態や
循環状態に差があること、及び燃焼残渣中に存在する
他の化合物の影響が同じでないこと等が原因であると想
定される。

【００２４】また、図２からも明らかなように、燃焼物
Ｆの燃焼温度と添加比率Ｑは直線関係になく、温度とと
もに必要添加比率Ｑの増加率は大きくなる。具体的に
は、７００℃の燃焼では２０〜５０％の添加率Ｑである
のに対し、１０００℃では最低１００％、多い場合は５
００％の添加比率Ｑを必要とする場合のあることが、実
機テストによって判明している。

【００２５】前記流動層式燃焼炉内への固着防止剤Ｄの
供給は、本実施形態のように燃焼物Ｆに固着防止剤Ｄを
予かじめ混合しておき、燃焼物Ｆと共に流動層Ｂ上へ供
給する方式だけでなく、流動媒体Ｃの補給ライン（図示
省略）や流動媒体Ｃの循環通路（例えば図１の通路３
ａ）に固着防止剤Ｄの供給口を設け、流動媒体Ｃ内へ直
接に固着防止剤Ｄを混入するようにしてもよい。また、
流動層式燃焼炉の炉本体の適宜箇所に固着防止剤Ｄの供
給口を設け、当該供給口から直接に炉本体内へ固着防止
剤Ｄを供給するようにしてもよい。

【００２６】前記第１の燃焼物Ｆに混合する方式にあっ
ては、燃焼物Ｆの供給量が変っても、常に予かじめ設定
した比率で正確に所定量の固着防止剤Ｄを投入でき、余
剰な固着防止剤Ｄの消費が無くなり、好都合である。し
かし、固着防止剤Ｄの添加量の増減を短時間内に調整す
ることが難かしいと云う難点がある。また、第２の流動
媒体Ｃ内へ直接に供給する方式は、流動媒体Ｃ同士の固
着をより有効に防止することができて好都合である。し
かし、添加量の増減を短時間内に調整し難いと云う問題
がある。更に、第３の固着防止剤Ｄのみを単独で炉本体
内へ供給する方式は、固着防止剤Ｄの供給量を迅速に調
整できると云う利点を有しているが、燃焼物Ｆの投入量
の変化に応じて常時固着防止剤Ｄの供給量を調整する必
要があり、手数がかかると云う問題がある。従って、燃
焼物Ｆの種類や燃焼量、流動層式燃焼炉の構造等に応じ
て、前記三種の方式の中から適宜の固着防止剤Ｄの供給
法が選定される。

【００２７】また、図１の実施形態に於いては、循環流
動層炉に本発明を適用しているが、本発明が循環流動層
ボイラやサイクロンを使用しない通常の流動層炉、流動
層ボイラへも適用できることは勿論である。

【００２８】

【実施例１】循環流動層炉を用いて、水分７９〜８３
％、可燃分７５％ＤＳ、発熱量４５００ｋｃａｌ／ｋｇ
ＤＳ、燃焼残渣中のＰ、Ｋ、Ｎａの成分比率が夫々２
１．４ｗｔ％、４．９ｗｔ％、０．９ｗｔ％である脱水
下水汚泥を燃焼物Ｆとして燃焼させた。尚、燃焼物Ｆで
ある脱水下水汚泥はポンプ投入により循環流動層炉内へ
供給し、炉投入熱量を３００，０００ｋｃａｌ／ｈとし
た。また、循環流動層炉の運転条件は、全空気量４２０
Ｎｍ³／ｈ、補助熱量供給用の灯油量２３ｌ／ｈ、一次
空気供給量３００Ｎｍ³／ｈであった。

【００２９】上記条件下に於ける脱水下水汚泥の燃焼に
於いて、炉内最高温度を８８０℃とすると、サイクロン
部２の内部に低軟化点化合物の結晶物の付着が始まり、
且つこの付着した結晶物が順次成長し、最終的（約２時
間後）にはサイクロン部２の下方出口近傍で閉塞が生じ
た。このため、循環流動層炉の運転を停止しなければな
らなくなった。

【００３０】そこで、発生する燃焼残渣（約４ｋｇ／
ｈ）の約５０ｗｔ％に相当する量の粒状の石灰石を投入
汚泥に混合し、両者の混合体を炉本体１内へ供給すると
共に、炉内最高温度を約８８０℃にした状態下で運転を
再開した。尚、再運転後の循環流動層炉の運転条件は、
炉投入熱量約３００，０００ｋｃａｌ／ｈ、全空気量４
２０Ｎｍ³／ｈ、供給灯油量２４ｌ／ｈ、一次空気供給
量３００Ｎｍ³／ｈであり、炉内最高温度は前述の通り
約８８０℃であった。この状態下で約１４４時間連続的
に運転をしたが、サイクロン部２の内部に於ける付着物
の生成は皆無となり、順調な連続燃焼を継続することが
できた。

【００３１】

【実施例２】流動層炉を用いて、水分５８％、可燃分８
５％ＤＳ、発熱量３５００ｋｃａｌ／ｋｇＤＳ、燃焼残
渣中のＰ、Ｋ、Ｎａの成分比率が夫々１５ｗｔ％、２３
ｗｔ％、０．９ｗｔ％である産業廃棄物を、燃焼物Ｆと
して燃焼させた。流動層Ｂ内の砂温度を７００℃とした
とき、約５０時間ほどの燃焼運転で流動層Ｂ内の砂が相
互に固着し始め、流動状態の維持が不能になった。その
ため、燃焼物Ｆの投入を中止し、流動層炉の運転を中止
した。

【００３２】そこで、燃焼残渣量の４０ｗｔ％に相当す
る水酸化マグネシウムを燃焼物（産業廃棄物）Ｆ内へ混
合し、両者の混合体を炉本体内へ供給するようにして、
当初とほぼ同じ７００℃の砂温度下で燃焼運転を再開し
た。約３ヶ月継続して運転をしたが、流動媒体（砂）Ｃ
に低軟化点化合物の固着は一切発生せず、順調に流動層
燃焼を継続することができた。

【００３３】

【発明の効果】本発明では、流動層燃焼が進行中の炉本
体内へカルシウム化合物とマグネシウム化合物の何れか
一方又は両方を供給し、炉本体内部や機器内部に於ける
低溶融点物質の発生を減少させると共に低融点物質の軟
化点を高めてその溶融を防止する構成としている。その
結果、流動媒体や機器内壁への低軟化点化合物の溶融固
着が皆無となり、流動媒体Ｃの流動性が悪化したり、流
動媒体の流通路が閉塞したりすることが防止されて、高
温燃焼の状態下に於いても安定した流動層燃焼を継続す
ることができる。本発明は上述の通り、優れた実用的効
用を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した循環流動層炉の断面概要図で
ある。

【図２】燃焼物の燃焼温度と、必要とする固着防止剤の
燃焼残渣量に対する添加比率Ｑ（ｗｔ％）との関係を示
す線図である。

【符号の説明】

１は炉本体（ライザー部）、２はサイクロン部、３はル
ープシール部、４はウインドボックス、５は流動ノズ
ル、６は熱風発生炉、７はオーバーヘッドバーナ、８は
燃焼物供給口、９は混合供給装置、１０は押込送風機、
１１は固着防止剤サイロ、１２は燃焼物ピット、Ａは一
次燃焼空気、Ｂは流動層、Ｃは流動媒体、Ｄは溶融物質
の固着防止剤、Ｆは燃焼物、Ｇは燃焼ガス、Ｑは固着防
止剤の燃焼残渣量に対する添加比率（ｗｔ％）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井藤宗親兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号株式会社タクマ内 (72)発明者片岡静夫兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号株式会社タクマ内 (72)発明者野尻治兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号株式会社タクマ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動層燃焼が進行中の炉本体内へカルシ
ウム化合物とマグネシウム化合物の何れか一方又は両方
を供給し、流動媒体や機器内壁への溶融物質の付着を防
止するようにしたことを特徴とする流動層式燃焼炉の運
転方法。
【請求項２】カルシウム化合物を消石灰、生石灰又は
炭酸カルシウムとすると共に、マグネシウム化合物を水
酸化マグネシウム、酸化マグネシウム又は炭酸マグネシ
ウムとするようにした請求項１に記載の流動層式燃焼炉
の運転方法。
【請求項３】カルシウム化合物とマグネシウム化合物
の何れか一方又は両方を、燃焼物に混合して炉本体内へ
供給するか、又は流動媒体に混合して炉本体内へ供給す
るか、若しくは単独で炉本体内へ供給するようにした請
求項１に記載の流動層式燃焼炉の運転方法。
【請求項４】カルシウム化合物又はマグネシウム化合
物の何れか一方又は両方の供給量を、燃焼物の燃焼によ
り生ずる燃焼残渣量の２０〜５００ｗｔ％とするように
した請求項１に記載の流動層式燃焼炉の運転方法。