JP2001235129A

JP2001235129A - 循環流動層炉

Info

Publication number: JP2001235129A
Application number: JP2000042596A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Honda; 裕姫本多; Izuru Ishikawa; 出石川; Masatomo Henmi; 眞知逸見; Sueo Yoshida; 季男吉田; Shiro Sasaya; 史郎笹谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】流動層炉の制御が簡単であるとともに、コス
ト面での問題を考慮した有害ガスの低減をはかるため
に、燃焼速度を損なうことなく、高効率燃焼を可能とせ
しめる循環流動層炉を提供する。【構成】ライザ下方から供給する１次空気により流動
層を形成させる１次空気供給手段と、該流動層上方のラ
イザ炉壁に設けられ、２次空気の吹き込みによりフリー
ボードに気流層を形成させる２次空気供給手段とを具え
た循環流動層炉において、前記フリーボードの前記２次
空気供給手段の上方に、耐熱部材でに構成された多孔状
筒体ノズルを少なくとも炉中心域まで交換可能に挿設
し、該多孔状筒体ノズルから前記フリーボード内に加熱
された高速ガスを噴出することにより前記気流層を撹拌
混合することを特徴とする。

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、都市ご
み又は産業廃棄物等の燃焼媒体を完全燃焼し、一酸化炭
素、ダイオキシン類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、下水汚泥、都市ごみ又は産業
廃棄物等の処理には流動層焼却炉が広く用いられてい
る。流動層焼却炉は瞬時に廃棄物を乾燥、焼却できるこ
とが最大の特徴であり、また炉床部が定常的に高温に保
持されており、かつ十分に蓄熱されていることから廃棄
物の供給の瞬時変動に安定である、等の利点により、廃
棄物の中でも、特に高含水率の下水汚泥に適している。

【０００３】かかる流動層焼却炉は都市ごみや脱水汚泥
等の焼却炉に多く見られる気泡流動層炉と石炭焚き発電
ボイラや一部廃棄物との混焼用焼却炉に見られる循環流
動層炉とに分類される。前者の気泡流動層炉の構造を簡
単に説明するに、該気泡流動層炉は、炉底に砂等の流動
媒体を充填してその下方から高圧空気の吹き込みにより
流動状態にして該流動媒体中に投入した廃棄物を瞬時に
乾燥、焼却するものである。これにより、流動媒体を高
温に維持して連続瞬時燃焼を可能にし、また流動媒体の
持つ熱容量が非常に大きいため、停止時の放熱が少な
く、間欠運転にも適するという特徴を持っており、さら
に該流動媒体の熱伝達率が速いため、汚泥の乾燥能力も
高い。

【０００４】しかしながら、近年の汚泥性状の変化によ
り、汚泥中の揮発分が炉内上部のフリーボードで活発な
燃焼を起こす問題が生じており、炉内温度の均一化、ま
た、排ガス量の低下等の目的から、吹き込み空気の速度
を上げることにより流動媒体が炉内を循環する循環流動
層炉が多用される傾向にある。かかる循環流動層炉は、
炉底から吹き込む１次空気の速度を流動媒体の終末速度
（流動媒体が飛散し始める速度）以上とし、投入された
汚泥と該流動媒体とが激しく混合しながら飛散し、該飛
散した流動媒体や汚泥等を２次空気の吹き込みによりフ
リーボードへ同伴して該フリーボードで完全燃焼させ、
該流動媒体を循環利用する。これにより、汚泥等の高含
水率の廃棄物でも効率良く焼却することが可能となる。

【０００５】ところが、前記流動層炉から排出する排ガ
ス中には一酸化炭素やＨＣＮ、ＮＨ _３の有害物質の濃度
が高いという問題点がある。これは、廃棄物の燃焼比
（固定炭素分／含水率）に深く係わり、汚泥等の含水率
の比率の高い物質が焼却される際に、燃焼物のうち大部
分がガス化して流動層上方のフリーボードで燃焼するこ
ととなるため、未燃ガスの周囲の物質交換がままならず
酸素が十分に供給されず、フリーボード中で燃焼が完結
しないという問題点を有している。

【０００６】上記問題点の対策として特開平７−３１６
３１号では、ガス化した廃棄物と補助燃焼空気とを十分
に混合することにより、焼却の際のダイオキシン類の排
出量を低減する方法を提案している。かかる技術を図４
を用いて説明するに、焼却炉本体０１０内を第１燃焼領
域Ａ１、第２燃焼領域Ａ２、及び第３燃焼領域Ａ３に分
け、各領域の境界部分に下側絞り部０１２及び上側絞り
部０１４とを設けるとともに、２次空気噴射口０２０及
び３次空気噴射口０２８から夫々空気を導入することに
より、燃焼領域内に旋回流をおこして炉内を十分に混合
攪拌し、未燃ガスを完全燃焼させることによりダイオキ
シン類の低減を図る。

【０００７】しかしながら、かかる技術では炉内攪拌は
なされるものの、炉壁に設けた絞り部からの空気の供給
では炉内中心部まで行き届かず、炉内の混合攪拌が十分
になされず、未燃ガスの燃焼が完結しない。そして、こ
の状態を改善するために必要以上の空気量を導入するこ
ととなり、助燃料等のランニングコストが増加する。ま
た、炉壁に絞り部を設けることによる設置コストも増大
することとなる。さらに、該炉壁に直接筒体を配設する
ため、流動媒体の吹き上げによる摩耗により耐久性が低
い。さらにまた、炉内を燃焼領域に分けるために絞り部
を設けることにより、フリーボード内の空塔速度が乱
れ、これにより炉床部から導入する１次空気の圧力変動
が生じて１次空気の制御に困難を伴い、ひいては流動層
炉の運転制御にも問題が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の流動
層炉にあっては、炉内混合により未燃ガスと空気との接
触がなされ、燃焼効率は上がるものの、完全燃焼は十分
になされたとはいえず、また、設置コストやランニング
コストの増大という問題が生じる。さらに、上記したよ
うに、前記絞り部を設けることで炉内混合は促進する
が、１次空気の制御に困難を伴うため、流動層炉全体で
の運転の安定性にかけることとなる。従って本発明はか
かる従来技術の課題に鑑み、流動層炉の制御が簡単であ
るとともに、高含水率の下水汚泥の燃焼においても燃焼
速度を損なうことなく、高効率燃焼を可能とせしめる循
環流動層炉の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、請求項１記載の発明として、ライザ下方
から供給する１次空気により流動層を形成させる１次空
気供給手段と、該流動層上方のライザ炉壁に設けられ、
２次空気の吹き込みによりフリーボードに気流層を形成
させる２次空気供給手段とを具えた循環流動層炉におい
て、前記フリーボードの前記２次空気供給手段の上方
に、耐熱性部材で構成された一以上の多孔状筒体を交換
可能に炉中心域方向に挿設し、該筒体孔部より前記フリ
ーボード内に加熱された高速ガスを噴出して前記気流層
を撹拌混合する撹拌気流生成手段を設けたことを特徴と
する。より具体的には前記筒体を炉内を直径方向に横断
するように配設しても良く、又炉内中心域まで位置する
ように一又は複数の筒体を挿設しても良い。

【００１０】かかる発明によれば、例えばＳＵＳ等の耐
熱金属、若しくはセラミック等の耐摩耗性かつ耐熱性材
料で筒体を形成するとともに、前記筒体が一本の場合で
も複数本の場合でもいずれの場合でも炉中心域まで位置
し且つ挿設される筒体が多孔状の構造とすることで、上
昇気流速度の最も高い気流層中心部と上昇気流速度が相
対的に遅い気流層周縁域とが均一に混合され、いわゆる
気流の吹き抜けが阻止されて、炉全体で均一な混合が可
能となるとともに、フリーボードに形成される気流層に
まんべんなく高速ガスを噴出することができ、これによ
り炉内混合が十分に促進され、未燃ガスの完全燃焼が可
能となり、一酸化炭素やＨＣＮ、ＮＨ_３及びダイオキシ
ン類等の大幅な低減が可能となる。又前記ガスは加熱さ
れているために、前記ガスの噴出によりフリーボード内
の炉内温度が降下する恐れがない。更に、前記筒体は交
換可能であるために、砂を伴流する気流層との摺擦によ
って摩耗した場合でも交換により繰り返し長期にわたっ
て使用可能であり、保守性が向上する。

【００１１】また、請求項２、３及び４記載のように、
前記１次空気又は２次空気のうち少なくとも一方が、酸
素富化空気、高温空気、高圧空気、高温高圧空気、高温
スチーム、高圧スチームの何れかであることを特徴とす
る。このように、被燃焼物の性質や量、炉の燃焼状態等
により、前記１次空気又は２次空気を上記のように設定
することにより、燃焼効率の向上及び炉内運転の安定化
が図れる。さらに、請求項１記載の発明を下水汚泥循環
流動層炉に適用することにより、特に含水率の高い下水
汚泥用であっても、効率良く未燃ガスの発生を抑えるこ
とができる。更に前記２次空気供給手段の下方の流動層
と対面する炉壁に、下水汚泥投入口を設けることにより
熱負荷の高い汚泥焼却が容易になる。

【００１２】また、前記撹拌気流生成手段で用いる加熱
された高速ガスの噴射速度が略音速若しくは亜音速の高
圧高速ガスとすることにより、さらに燃焼効率が向上
し、未燃ガスの炉口付近での残存率が低下する。

【００１３】また、請求項７、８記載の発明は、前記攪
拌気流生成手段に用いる高速ガスが、高圧の空気又は高
圧のスチーム、若しくはこれらを比例制御した混合ガス
とし、さらに、前記高速ガスが空気の場合は略７００℃
以下、スチームの場合は略８００℃以下の高温ガスとす
ることを特徴とする。かかる発明により、炉内に投入さ
れる燃焼物成分により高速ガスを使い分けるか若しくは
両者を比例制御した混合ガスとすることが好ましく、特
に略８００℃以下の高温高圧のスチームを利用すると、
無用に酸素供給を増やすことなく撹拌混合でき、言い換
えれば炉内の燃焼温度を無用に上げることなく撹拌混合
でき、この結果炉内の温度を炉壁や筒体の耐熱温度に保
持しつつ燃焼効率を上げることができる。

【００１４】さらにまた、請求項９記載の発明として、
前記筒体孔部の噴出方向が、該筒体から噴出する前記高
速ガスが少なくともフリーボードの水平方向断面全域に
亘るような方向、より具体的には炉内横断方向に噴射さ
れるようにその穿孔角度を設定したことを特徴とする。
これにより上昇気流速度の最も高い気流層中心部と上昇
気流速度が相対的に遅い気流層周縁域との均一混合が一
層促進され、いわゆる気流の吹き抜けが阻止されて、気
流層の攪拌混合が十分に行われることとなり、未燃ガス
の完全燃焼が可能となる。また、請求項１０記載のよう
に、前記高速ガス量を前記流動層炉内に供給される空気
総量の数パーセント以下に設定し、前記フリーボードの
空塔速度が８ｍ／ｓ以下になるように制御することによ
り、循環流動層炉の安定した運転制御が可能となる。

【００１５】

【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
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過ぎない。図１
は本発明の実施形態にかかる循環流動層炉の全体概略構
成図、図２は本発明の多孔状筒体の概略図、図３は前記
多孔状筒体を配設したフリーボードの断面平面図を示
す。

【００１６】図１において、１は循環流動層炉を示し、
汚泥の燃焼反応が行われるライザ２と流動媒体を捕集す
るサイクロン３と、ダウンカマー４と炉内未燃ガスのサ
イクロンへの吹き抜けを防止するシールポット５とから
なる。前記ライザ２の炉床部には、１次空気投入口８か
ら導入される１次空気２４により該ライザ２炉床部に充
填されている流動媒体が流動化されて流動層７を形成し
ている。前記ライザ２に汚泥投入口１０から投入される
汚泥２７は、前記流動層７にて混合、攪拌されながら流
動媒体との衝突を繰り返して微粒化されるとともに、乾
燥、熱分解される。そして、前記流動層７から飛散する
含水率や未燃ガス、軽い汚泥粒子は２次空気投入口９か
ら導入される２次空気２５により前記流動媒体とともに
フリーボード６に同伴輸送され、該フリーボード６にて
燃焼する。尚、投入汚泥の性状、量若しくは炉内燃焼状
態により、前記１次空気及び２次空気のうち少なくとも
一方を、酸素富化空気、高温空気、高圧空気、高温高圧
空気、高温スチーム、高圧スチームの何れかに設定する
とよい。これにより、燃焼効率の向上、炉内運転の安定
化が図れる。

【００１７】前記フリーボード６を通過した流動媒体等
はサイクロン３にて捕集され、ダウンカマー４を経てシ
ールポット５に送給され、該シールポット５下方から供
給される空気２６により移動層を形成し、前記ライザ２
の流動層７に還流される。以上が従来技術と同様の循環
流動層炉であり、本実施形態ではさらに、前記フリーボ
ード６の２次空気投入口上方位置に設けた多孔状筒体２
０により炉内を攪拌混合する手段について説明する。前
記多孔状筒体２０は耐摩耗性かつ耐熱性の材料で形成さ
れ、該筒体の表面には多数の孔、少なくとも水平方向に
ガスが噴射される孔が存在し、該筒体孔から高速の空気
若しくはスチームの高速ガスが炉内横断方向に噴出する
ように構成されている。ここで、炉内温度を下げないた
めに、該高速ガスが空気の場合は略７００℃以下、スチ
ームの場合は略８００℃以下の高温にすることが好まし
い。該高速ガスは少なくともフリーボード水平断面全域
に亘るように噴出され、好ましくは前記筒体から放射線
状に、略音速若しくは唖音速の高圧高速で噴射されると
よい。これにより、前記フリーボード６内の気流層は攪
拌混合され、該フリーボードに形成される気流層に存在
する未燃ガスと空気とが十分に接触するため高効率燃焼
が可能となる。

【００１８】次に、前記高速ガスの制御装置について説
明する。かかる制御装置は、炉内空塔温度や空塔速度に
基づいて高温高圧の空気及び高温高圧蒸気とを積分比例
制御することによりフリーボード６内へ供給可能に構成
されており、積分比例制御装置１３で炉内空塔温度や空
塔速度の入力信号に基づいて総合流量を積分演算した
後、空気量調節用のダンパ１８とスチーム調節用ダンパ
１７との開度を前記積分比例制御装置１３より信号とし
て出力して制御することにより空気−スチームの配分比
や供給量を調節する。前記空気２３は圧縮機１５により
高圧に保持されてサージタンク１４に貯留され、前記ダ
ンパ１８により供給量を制御され、熱交換器若しくは加
熱ヒータ１６により加熱された後、前記ダンパ１７で供
給量を調節された高温高圧蒸気（スチーム）２２と合流
し、流量センサ１２でさらに総流量の調節をされて前記
筒体状ノズル２０に送給される。該筒体状ノズル２０が
複数本ある場合は、弁１９により夫々の流量を調節する
とよい。尚、炉の運転を安定化させるために、高速ガス
噴霧量を流動層炉１内に供給される空気総量の数パーセ
ント以下に設定し、フリーボード６内の空塔速度が略８
ｍ／ｓ以下になるように制御するとよい。

【００１９】また、高温高圧蒸気２２の生成手段とし
て、前記ライザとサイクロン３の連結部に設けた熱回収
器２１を利用することで、効率良く高温高圧蒸気を生成
することができ、コストダウンにもつながる。さらに、
前記空気２３の加熱手段にも熱交換器を用いることで、
循環流動層炉の廃熱利用が可能となる。尚、本実施形態
では前記連結部に熱回収器２１を設置したが、該熱回収
器は循環流動層炉内あればどこでもよく、特に設置場所
を限定しない。

【００２０】図２には前記多孔状筒体の構造を示し、
（ａ）は単一部材で構成される多孔状筒体を２０ａを、
（ｂ）には異なる２種類の部材で構成される多孔状筒体
２０ｂを示す。前記筒体状ノズル２０は図１に示したフ
リーボード６内に配設されるため、該フリーボードが形
成する気流層内の流動媒体等により摩耗されやすく、ま
た該フリーボードは常時略７５０〜８００℃と高温に維
持されているため、該筒体状ノズル２０には耐摩耗性で
かつ耐熱性のある材料を使用しなければならない。そこ
で、本実施形態では、該筒体の材料をＳＵＳ等の金属製
材料若しくはセラミック材料とし、その一例として、図
２（ａ）ではセラミック部材２８ａにより形成した筒体
状ノズル２０ａを示す。

【００２１】前記筒体状ノズル２０ａには多数の穿孔２
７が存在し、前記制御装置から筒体２０ａ内の空隙２９
に供給される高速ガスは該穿孔２７より外部へ噴射され
る構造となっている。前記筒体状ノズル２０の別の実施
例として、図２（ｂ）にセラミック部材２８ａと金属性
部材２８ｂとにより形成される筒体状ノズルを示した。
これは、内側に安価で加工の容易な金属製部材２８ｂを
具え、外側には摩耗に強いセラミック部材２８ａを周設
した。前記異なる２種類の材料により形成された多孔状
筒体状ノズル２０ｂは、外側のセラミック部材２８ａを
流動層炉内に固設し、内側の金属製部材２８ｂを挿脱可
能に構成することにより、該筒体状ノズル２０ｂの交換
が容易に行なえる。

【００２２】さらに、図３に前記筒体状ノズル２０を前
記フリーボード６に挿入したときの断面平面図を示して
いる。該筒体状ノズル２０は高速ガスが気流層断面に亘
るように、フリーボード直径方向に挿入するとともに、
該フリーボード中心より反対側炉壁側に深く(奥側)挿入
するとよい。これにより、該高速ガスはフリーボード内
にまんべんなく噴射され、未燃ガスと空気との混合効率
が向上し、より完全な燃焼が行われることとなる。

【００２３】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、耐摩
耗性かつ耐熱性材料で形成した多孔状筒体をフリーボー
ドに挿入し、高速ガスを噴射して未燃ガスの存在する気
流層を攪拌混合することにより、該未燃ガスが完全燃焼
されるため、一酸化炭素ＨＣＮ、ＮＨ_３及びダイオキシ
ン類等の大幅な低減が可能となる。また、前記多孔状筒
体を交換可能に構成することで、該多孔状筒体が摩耗し
た際も容易に取り替えることができる。さらに、高速ガ
スを、高温高圧空気と高温高圧蒸気とを調節して供給す
ることで、投入された廃棄物の性質に応じて効率の良い
燃焼を施すことができる。このように、流動層炉の制御
が簡単であるとともに、高含水率の下水汚泥の燃焼にお
いても燃焼速度を損なうことなく、高効率燃焼を可能と
なり、ひいては炉のコンパクト化、及び排ガス量の低減
に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる循環流動層炉の全
体概略構成を示す模式図である。

【図２】本発明における単一部材からなる多孔状筒体
状ノズル（ａ）、異種部材からなる多孔状筒体状ノズル
（ｂ）の概略図を示す。

【図３】前記多孔状筒体状ノズルを配設したフリーボ
ードの断面平面図である。

【図４】従来技術の流動層炉の要部を示す断面正面図
である。

【符号の説明】

１循環流動層炉２ライザ６フリーボード７流動層８１次空気供給口９２次空気供給口１０汚泥投入口１１筒体設置穴１２流量センサ１３積分比例制御装置１６熱交換器又は加熱ヒータ２０多孔状筒体２４１次空気２５２次空気２７ガス噴射口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者逸見眞知神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者吉田季男神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者笹谷史郎神奈川県横浜市中区錦町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 AC01 AC02 BA07 BA08 CA07 DB16 DB17 DB18 DB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ライザ下方から供給する１次空気により
流動層を形成させる１次空気供給手段と、該流動層上方
のライザ炉壁に設けられ、２次空気の吹き込みによりフ
リーボードに気流層を形成させる２次空気供給手段とを
具えた循環流動層炉において、前記フリーボードの前記２次空気供給手段の上方に、耐
熱性部材で構成された一以上の多孔状筒体を交換可能に
炉中心域方向に挿設し、該筒体孔部より前記フリーボー
ド内に加熱された高速ガスを噴出して前記気流層を撹拌
混合する撹拌気流生成手段を設けたことを特徴とする循
環流動層炉。
【請求項２】前記１次空気又は２次空気の少なくとも
一方が、酸素富化空気であることを特徴とする請求項１
記載の循環流動層炉。
【請求項３】前記１次空気又は２次空気の少なくとも
一方が、高温空気、高圧空気若しくは高温高圧空気であ
ることを特徴とする請求項１記載の循環流動層炉。
【請求項４】前記１次空気又は２次空気の少なくとも
一方が、高温若しくは高圧スチームであることを特徴と
する請求項１記載の循環流動層炉。
【請求項５】前記循環流動層炉を下水汚泥循環流動層
炉に適用するとともに、前記２次空気供給手段の下方の
流動層と対面する炉壁に、下水汚泥投入口を設けた事を
特徴とする請求項１記載の循環流動層炉。
【請求項６】前記加熱された高速ガスの噴射速度が略
音速若しくは亜音速の高圧高速ガスであることを特徴と
する請求項１記載の循環流動層炉。
【請求項７】前記攪拌気流生成手段に用いる高速ガス
が、高圧空気又は高圧スチーム、若しくはこれらを比例
制御的に混合させた混合ガスであることを特徴とする請
求項１記載の循環流動層炉。
【請求項８】前記高速ガスが空気の場合は略７００℃
以下、スチームの場合は略８００℃以下の高温ガスであ
ることを特徴とする請求項１記載の循環流動層炉。
【請求項９】前記筒体孔部の噴出方向が、該筒体から
噴出する前記高速ガスが少なくともフリーボードの水平
方向断面全域に亘るような方向になるようにその穿孔角
度を設定したことを特徴とする請求項１記載の循環流動
層炉。
【請求項１０】前記高速ガス量を前記流動層炉内に供
給される空気総量の数パーセント以下に設定し、前記フ
リーボードの空塔速度が８ｍ／ｓ以下になるように制御
されていることを特徴とする請求項１記載の循環流動層
炉。