JP2001221420A - 汚泥循環流動層炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼物の緩慢燃焼と微細化防止手段により、
焼却の際の一酸化炭素、ダイオキシン等の排出を低減す
る汚泥循環流動層炉の提供を目的とする。 【構成】 流動層炉の炉床部を第１のセルと第２のセル
とに分割する隔壁を設け、汚泥投入口側に位置する前記
第１のセルの空塔速度を流動化開始速度以上かつ終端速
度以内の流動媒体が飛散せず緩慢燃焼するとする速度に
するとともに、前記第２のセルの空塔速度を終端速度以
上になるように夫々１次空気の供給量を制御する手段を
具え、更に、前記隔壁の上端若しくは下端の少なくとも
一方に流動媒体の流路を具え、前記セル間の流動媒体の
密度差により前記第１のセルから前記第２のセルへ流動
媒体が流入可能に構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥、し尿汚
泥又は都市ごみ等の燃焼媒体を完全燃焼し、一酸化炭
素、ダイオキシン等の発生を低減することのできる循環
流動層炉に係り、特に含水率の高い下水汚泥を低公害に
て処理する循環流動層焼却炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、産業廃棄物や都市ゴミ、下水
汚泥等の焼却処理には、流動床焼却炉が広く用いられて
おり、該流動層焼却炉は汚泥供給の瞬時の変動に安定
で、流動層中に直接補助燃料を供給することができ、ま
た流動層の熱吸収力が強いため一般燃焼装置のように火
炎による局部高温を発生しない等の利点により、特に、
含水率の高い汚泥の焼却に多用される傾向にある。

【０００３】前記流動層焼却炉は気泡流動層炉と循環流
動層炉とに分類され、前記気泡流動層炉は、炉床に砂等
の流動媒体を敷き、１次空気の吹き込みにより砂を流動
化して層内を沸騰状態にさせ、該流動層中に汚泥等の廃
棄物を投入し燃焼させる装置である。該気泡流動層炉に
よる汚泥の燃焼過程を説明するに、ある一定速度以上の
１次空気を吹き込み、気泡の発生を伴いながら流動する
気泡流動層内に投入された汚泥は、該気泡流動層内で高
温の流動媒体と激しく混合流動化されて短時間で乾留ガ
ス化するとともに、不揮発性の固定炭素分は該流動層内
で緩慢燃焼する。前記汚泥中の揮発分や未燃ガス、軽い
汚泥粒子は気泡流動層上方のフリーボードに導かれ、該
フリーボードで燃焼する。

【０００４】しかし、前記気泡流動層炉では、汚泥の燃
焼をフリーボードに頼っている部分が多く、フリーボー
ドの過熱を招く問題がある。また、下水汚泥等のように
高含水廃棄物を焼却する場合には炉床面積を増大する
か、若しくは供給空気量を増やす等の対策をとる必要が
生じ、排ガス量が増大する問題がある。そこで、炉内温
度差が小さく、かつ流動媒体を循環させることによる排
ガス量の低減や設備のコンパクト化が可能である循環流
動層炉が普及しつつある。

【０００５】前記循環流動層炉の構成は図３に示すよう
に、フリーボード５１と流動層５３とからなるライザ５
６と、該フリーボード５１に吹き上げられた流動媒体を
捕集するサイクロン５４と、流動媒体を返送するダウン
カマー５８と、炉内未燃ガスのサイクロン５４への吹き
抜けを防止するシールポット５５とから構成される。か
かる流動層炉において、１次空気投入口５９から導入さ
れる１次空気により約７００〜８００℃に加熱されて流
動層５３を形成する流動媒体中に汚泥投入口６１から汚
泥を供給すると、該汚泥は流動層内を混合攪拌され、流
動媒体との接触により微細化されるとともに、該流動媒
体と混合状態で流動しつつ乾燥、熱分解しながら燃焼す
る。

【０００６】このとき、分散板６０から吹き込む１次空
気を、流動媒体が前記流動層からガスと共に上方に伴送
される速度以上、すなわち終端速度以上に制御する。こ
れにより前記流動媒体が１次空気により炉内を循環する
ことが可能となる。前記流動媒体を炉内循環させる方法
としては、１次空気の速度を流動媒体が吹き上げること
なく流動化する速度として、流動層直上に２次空気を吹
き込むことで流動媒体を循環させる方法でも良いが、該
流動媒体とともに比重の軽い未燃粒子が飛散してしまう
可能性があるため、１次空気による循環方法の方が好ま
しい。前記流動層５３から吹き上げる流動媒体と汚泥中
の未燃ガスや揮発分、軽いゴミは２次空気投入口５７か
ら供給する２次空気とともにフリーボード５１へ導か
れ、該フリーボード５１で未燃分が燃焼した後サイクロ
ン５４で捕集され、流動媒体はシールポット５５を経て
ライザ５６に還流される。

【０００７】前記循環流動層炉は、上述のように流動媒
体を循環して用いる為、気泡流動層炉に比較して炉内温
度が安定であり、混合攪拌効果が大きいため完全燃焼を
促すことができる。しかしながら、流動媒体を循環させ
る高速の１次空気の吹き込みにより、該流動媒体ととも
に未燃ガスや揮発分、また軽い汚泥粒子が飛散し、炉出
口付近で燃焼するため、一酸化炭素、ダイオキシン等の
未燃分濃度が高くなり、有害物質が排出されることとな
る。

【０００８】このため、従来型の循環流動層炉における
前記問題点を解決するために、炉高を高くしてフリーボ
ードでの滞留時間を稼ぐことにより、該フリーボードに
吹き上げられた未燃分の完全燃焼を図る等の対策が採ら
れているが、炉高を高くすることにより設備費が嵩み、
また炉内容積の増大による燃料費の増大等のコスト的な
問題も伴う。また、フリーボード内に横から２次空気を
吹き込んだり、焼却炉の形状自体にくびれや曲がりをも
たせてガスの乱れを誘発する等の手段を講じるたりする
ことにより、燃焼物のフリーボード内での滞留時間を稼
ぐと共に、空気との混合を促進して燃焼効率を向上さ
せ、炉口付近での未燃分濃度を低減させる方法も提案さ
れているが、フリーボードでの滞留時間には限界があ
り、さらに、流動媒体の循環効率が悪化し、流動層炉の
運転状態が不安定になる惧れがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来の循環流
動層炉は、空塔速度が気泡型流動層炉の約４倍程度と高
速であるため、燃焼が完結していないにもかかわらず未
燃分が流動媒体とともに飛散し、炉口付近で燃焼するた
め一酸化炭素やダイオキシン類等の有害物質が排ガス中
残存してしまうという問題点に関して、十分な効果が得
られておらず、また、前記従来技術のように炉高を高く
することでのフリーボードでの滞留時間を稼ぎ未燃物を
低減する方法や、フリーボード内の気流の攪拌により燃
焼効率の改善を図ったものの、何れの技術も有害物質の
低減という点では完成度は低い。

【００１０】従って、本発明は上記問題点に鑑みなされ
たもので、高含水率の汚泥を焼却処理する循環流動層炉
において、高速空気により吹き上げられる燃焼物が炉口
付近で燃焼することで排出ガス中に含まれる未燃分濃度
が増加することを防止し、一酸化炭素、ダイオキシン類
の排出を低減することの可能な下水汚泥循環流動層炉の
提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明はかかる課
題を解決するため、請求項１記載の発明として、ライザ
炉床部を、汚泥投入口側に位置する第１のセルとその反
対側に位置する第２のセルとに分割する隔壁と、該夫々
のセル底部に供給する１次空気の供給量を制御する手段
とを設け、前記隔壁は、その上端若しくは下端の少なく
とも一方に設けた流路を介して、前記セル間の流動媒体
の密度差により前記第１のセルから前記第２のセルへ該
流動媒体が流入可能に構成し、前記１次空気の供給量を
制御する手段は、前記第１のセルの空塔速度が終端速度
以内の範囲で流動媒体が飛散せず緩慢燃焼する速度に、
又前記第２のセルの空塔速度が該流動媒体が２次空気供
給口高さまで飛散する速度以上となるように夫々制御さ
れていることを特徴とする。

【００１２】かかる発明は、炉床部に隔壁を設けて流動
層(ライザ炉床部)を左右に２分割し、汚泥投入口側の第
１のセルは流動媒体が飛散しない程度の空塔速度とし、
また第２のセルは流動媒体が２次空気供給口高さまで飛
散する速度以上としたため、前記第１のセルでは気泡流
動床的作用がなされ、投入された燃焼物がすぐには破砕
されず緩慢燃焼し、飛散し難くなり、たとえ飛散した場
合においても、すばやく燃えきる。また、第１のセルで
乾燥、熱分解の進んだ汚泥をさらに第２のセルで循環流
動床的機能で反応させ、第２のセルに具えられた１次空
気によりフリーボードへ輸送された燃焼物は、該フリー
ボードでほぼ完全燃焼するため、一酸化炭素やダイオキ
シン類等を含む未燃分は殆ど残らない。即ち、本発明は
汚泥投入口側の第１のセルに気泡流動層炉の働きを持た
せ、かつ第２のセルに循環流動層炉の働きを持たせるこ
とにより、気泡流動層炉の働きをもつ第１のセルでの緩
慢燃焼と、第２のセルの混合攪拌による燃焼効率の向上
とが同時に可能となるためフリーボードまで上昇する未
燃分が少なくなり、炉外へ排出される有害物質量を大幅
に低減することができる。

【００１３】また、請求項２記載の如く、前記ライザに
連結されたサイクロンで捕集した流動媒体を該ライザに
還流させるシールポット出口を、前記第１のセル側の炉
壁の、汚泥投入口下方位置に設けることで、汚泥投入直
後で戻り砂と混合して前記第１のセルが汚泥投入により
温度が低下することを防止し、該第１のセル内の温度を
高温に保つことにより安定した汚泥の緩慢燃焼が可能と
なる。

【００１４】さらに、請求項３記載の発明として、前記
流路を隔壁の下端に設けた場合に、該流路の開口幅が汚
泥投入口幅若しくは投入汚泥口径より小さいことを特徴
とする。かかる発明は、前記隔壁下端と炉床底部(散気
部)との間に隙間を設ける等の手段により形成された隔
壁下端の流路からのみ燃焼物が移動する際に第１のセル
で十分熱分解されない初期汚泥がそのまま第２のセルに
投入されるのを防止するもので、該流路の短径(開口幅)
を投入初期汚泥径より小さくすることで、投入した汚泥
が乾燥、熱分解せずに第２のセルへ流入することを防止
する。

【００１５】また、前記循環流動層炉を構成する際に、
請求項４記載のように、前記隔壁の上端が炉壁に設けた
２次空気投入口よりも下方に位置させることで、２次空
気による炉内混合を妨げる恐れが無くなる。尚、本発明
において、第１のセルと第２のセルの体積比は特に制限
しない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。図１は本発明の実施形態における第1実施例に係る
循環流動層炉の部分構成図、図２は第２実施例に係る循
環流動層炉の部分構成図を示す。図１は循環流動層炉の
ライザ１１の炉床部を示し、１２は流動層の上方に位置
するフリーボード、１３はライザ１１の炉床を二分割す
る隔壁、１５は２次空気投入口、１６は汚泥投入口、１
７はシールポット戻り砂管である。

【００１７】図１において、隔壁１３により分割された
空間のうち、汚泥投入口側に位置する空間をセル１と
し、その反対側に位置する空間をセル２とする。夫々の
セルを分割する隔壁１３の下端を分散板１８から僅かに
上部に設置することによりセル１とセル２との流路を形
成する構造とするとともに、風箱１４から供給する１次
空気２２、２３の導入速度を夫々異ならせ、夫々のセル
の空塔速度を制御する。前記セル１に吹き込む１次空気
２２は流量バルブその他の空気量制御手段２２Ａの制御
により、流動化開始速度（流動媒体が流動を開始する空
塔速度）に設定し流動媒体や微少な燃焼物の飛散を防
ぐ。又、セル２に吹き込む１次空気２３も流量バルブそ
の他の空気量制御手段２３Ａの制御により、終端速度
（流動媒体が飛散する速度）に制御しては流動媒体をフ
リーボードに伴送させる。

【００１８】尚、前記隔壁１３と風箱１４との距離は汚
泥投入時の初期汚泥径より小さくするとよい。これによ
り汚泥投入口１６から投入された汚泥２５がセル１内に
て乾燥、熱分解が未完全なうちにセル２へ移動すること
がない。さらに、前記隔壁１３の上端高さは２次空気投
入口１５の下方に位置し、２次空気の吹き込みによる炉
内混合を妨げないようにする。また、上記したように、
セル１は不図示のシールポット側、つまりシールポット
戻り砂投入口１７側に設け、汚泥投入口１６も同側に設
ける。前記汚泥投入口１６とシールポット投入口１７の
位置関係は限定されないが、好ましくは図１のように、
汚泥投入口１６の下方にシールポット戻り砂投入口１７
を位置させることにより、汚泥２５投入後シールポット
を介して戻ってきた高温のシールポット戻り砂２６が直
接初期汚泥と衝突し、水分の蒸発熱分解の促進ととも
に、セル１内での熱砂の滞留時間を稼ぎ、燃焼物の乾
燥、熱分解が促進される。

【００１９】また、汚泥投入口１６から投入された汚泥
２５は、シールポット戻り砂投入口１７から供給される
高温の戻り砂２６とともにセル１内にて１次空気２２に
より混合攪拌され、乾燥、熱分解される。相互の空塔速
度の差によりセル１、セル２の間には密度差が生じ、前
記流動媒体は空塔速度が遅く、高密度のセル１から低密
度のセル２へ移動する。前記セル１から隔壁１３下端の
流路を通ってセル２に移動した流動媒体は、高速で吹き
込まれる１次空気２３により飛散し、２次空気２４によ
りフリーボード１２内を燃焼しながらサイクロンに送給
され、ここで燃焼ガスと分離された後、図３に図示した
ダウンカマー５８、シールポット５５を経て、前記セル
１に還流される。これにより、セル１内の温度を高温に
保つことができ、該セル１内での乾燥、熱分解をほぼ完
全に行うことができる。尚、本発明において、セル１と
セル２の体積比は特に限定されないが汚泥２５投入量と
シールポット戻り砂２６量の比により適宜決定される。

【００２０】次に図２を用いて本発明の第２実施例を説
明するに、前記第１実施例と同様にライザ１１の下部を
隔壁１３により汚泥投入口側に位置するセル１と隔壁に
より隔てられたセル２とに分割する。このとき、該隔壁
の下部に空間を設けず、セル１内に投入された流動媒体
は該隔壁上をオーバーフローしてセル２へ移動するよう
に構成する。尚、分散板１８から導入する１次空気２
２、２３の流速条件は、前記第１実施例と同様にする。
また、図３に図示したシールポット５５に貯溜されてい
る高温の流動媒体が前記セル１に供給されるように、該
シールポット５５側にセル１を設置するとよい。前記セ
ル２から飛散する流動媒体を同伴輸送するための２次空
気２４は、前記第１実施例と同様の理由により、前記隔
壁の上方に位置するように構成する。

【００２１】尚、前記汚泥投入口はセル１の炉壁の上部
でも下部でもどちらでも良いが、好ましくは図２に記載
のように下方に位置するのが望ましい。このような構造
にすれば、汚泥の投入から沈降、そして浮上してオーバ
ーフローするまでの距離が長くなり、その分滞留時間が
増大するため燃焼が進み、前記セル２を通ってフリーボ
ード１２上部に到達するまでに残留未燃分濃度が低減す
る。また、前記シールポット戻り砂投入口１７はセル１
の炉壁の下部、つまり分散板１８に近いほど良い。シー
ルポット戻り砂２６は流動媒体中に投入されるとすぐ浮
上し始めるため、セル１の下部に位置させ滞留時間を稼
ぐことで、セル１内を高温に保つことが可能となる。

【００２２】前記第２実施例のように構成された流動層
炉において、該流動層炉内に供給された汚泥２５の燃焼
過程は次のような反応を示す。まず、汚泥投入口１６か
らセル１に投入された汚泥２５は含水率が高いため、該
セル１内の流動媒体との密度差により投入されるとすぐ
に下部へ沈降する。該セル１内は前記１次空気２２の吹
き込みにより混合流動化されているが、通常の循環流動
層炉に比べて空塔速度が低速であるため、粒子同士の接
触による微細化が起こりづらく、流動濃厚層内で緩慢に
燃焼する。そのため流動媒体が飛散し難くなり、たとえ
飛散したとしても瞬時に燃焼される。そして、セル間の
密度差によりセル２に流入した燃焼物はさらに燃焼反応
を進め、フリーボード１２にてほぼ完全燃焼する。その
結果、炉高を上げることなく燃焼物の完全燃焼をはかる
ことが可能となり、炉口付近での未燃物濃度が低減され
るため、一酸化炭素やダイオキシン類等の有害物質の排
出を抑えることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、流動床
炉床部に隔壁を設けて第１のセルと第２とに分割し、か
つ汚泥投入口側の第１のセルは空塔速度を流動媒体が飛
散しない程度にし、前記第２のセルを該流動媒体が飛散
する空塔速度とすることで、該第１のセルは気泡流動層
炉の働きをし、該第２のセルは循環流動層炉の働きをす
るとともに、流動層炉中での滞留時間が長くなり、フリ
ーボードに導かれる前に熱分解反応がほぼ完結する。つ
まり、前記第１のセルでは投入された汚泥物がすぐには
破砕されず緩慢に熱分解、燃焼するため、飛散し難くな
り、たとえ飛散した場合においても、すばやく燃えき
る。また、第２のセルではある程度以上の熱分解反応が
終了した燃焼物が流入するため、高速の１次空気により
飛散し、フリーボードへ輸送されたＣＯ等の燃焼生成物
は、さらにフリーボードで２次空気の導入により十分な
酸素下で高温の温度雰囲気(８５０℃以上)で完全燃焼す
るため、一酸化炭素やダイオキシン類等を含む未燃分は
殆ど残らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態を示す部分構成図であ
る。

【図２】 本発明の第２実施形態を示す部分構成図であ
る。

【図３】 循環流動層炉の全体構成図を示す。

【符号の説明】

１１ ライザ １２ フリーボード １３ 隔壁 １５ ２次空気投入口 １６ 汚泥投入口 １７ シールポット戻り砂投入口 ２０ セル１ ２１ セル２ ２２、２３ １次空気 ２２Ａ、２３Ａ １次空気量制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹谷 史郎 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 3K061 AA11 AB01 AC02 AC11 BA06 DA18 DB17 DB20 EA07 EB08 EB16 4D059 AA03 BB01 BB13 CA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライザ炉床部を、汚泥投入口側に位置す
   る第１のセルとその反対側に位置する第２のセルとに分
   割する隔壁と、該夫々のセル底部に供給する１次空気の
   供給量を制御する手段とを設け、 前記隔壁は、その上端若しくは下端の少なくとも一方に
   設けた流路を介して、前記セル間の流動媒体の密度差に
   より前記第１のセルから前記第２のセルへ該流動媒体が
   流入可能に構成し、 前記１次空気の供給量を制御する手段は、前記第１のセ
   ルの空塔速度が終端速度以内の範囲で流動媒体が飛散せ
   ず緩慢燃焼する速度に、又前記第２のセルの空塔速度が
   該流動媒体が２次空気供給口高さまで飛散する速度以上
   となるように夫々制御されていることを特徴とする汚泥
   循環流動層炉。
2. 【請求項２】 前記ライザに連結されたサイクロンで捕
   集した流動媒体を該ライザに還流させるシールポット出
   口を、前記第１のセルの炉壁の、汚泥投入口下方位置に
   設けたことを特徴とする請求項１記載の汚泥循環流動層
   炉。
3. 【請求項３】 前記流路を隔壁の下端に設けた場合に、
   該流路の開口幅が汚泥投入口幅若しくは投入汚泥口径よ
   り小さいこと特徴とする請求項１記載の汚泥循環流動層
   炉。
4. 【請求項４】 前記隔壁の上端が炉壁に設けた２次空気
   投入口よりも下方に位置することを特徴とする請求項１
   記載の汚泥循環流動層炉。