JP2001241611A

JP2001241611A - 流動床焼却炉の運転方法とその装置

Info

Publication number: JP2001241611A
Application number: JP2000053944A
Authority: JP
Inventors: Shiro Sasaya; 史郎笹谷; Sueo Yoshida; 季男吉田; Hiroki Honda; 裕姫本多; Yoshihito Shimizu; 義仁清水; Izuru Ishikawa; 出石川; Tsuneki Yamauchi; 恒樹山内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】固気分離器にて流動媒体とともに飛灰を回収
してしまうことによるクリンカの発生を防止して、高効
率でかつ安定運転が可能である流動床焼却炉の運転方法
とその装置を提供する。【構成】流動媒体を固気分離器５により排ガスから分
離回収した後、該固気分離器の下方に連結するダウンカ
マー６を通過した該流動媒体をシールポット７に一時的
に貯留し、該シールポット７から流動媒体還流路１３を
経て炉内に返送する流動床焼却炉１において、前記ダウ
ンカマー６内で流動媒体と飛灰を分離する飛灰分離手段
を設け、該飛灰分離手段によりダウンカマー６内で分離
した飛灰を前記固気分離器５側に戻すとともに、該飛灰
分離手段がダウンカマー空塔速度ｕ _０を流動媒体及び飛
灰の終末速度ｕ_１、ｕ_２の中間速度であることを特徴と
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、流動床焼却炉内を
循環する流動媒体と排ガスとを分離する固気分離器を具
えた流動床焼却炉において、特に遠心力を利用して固気
分離するサイクロンを具えた流動床焼却炉の運転方法と
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物を
焼却処理する際に流動床焼却炉が広く普及してきてい
る。流動床焼却炉は、炉底に充填した流動媒体に高圧空
気を導入して流動層を形成させ、該流動層内に廃棄物を
投入して混合攪拌しながら燃焼させるため、瞬時に乾
燥、焼却することができ、特に含水率の高い汚泥等の焼
却に多用されている。前記流動床焼却炉は気泡流動層炉
と循環流動層炉とに大別され、該気泡流動層炉は炉底に
堆積した流動媒体に空気を吹き込み、流動層炉下部に気
泡を発生させて沸騰状態の流動層を形成させ、該流動層
に被燃焼物を投入して燃焼させる。一方、前記循環流動
層炉は、炉内に吹き込む空気速度を流動媒体の終末速度
以上とし、被燃焼物を流動媒体と激しく混合しながら燃
焼させ、該流動媒体を導入空気により同伴させて飛散し
た後、該流動媒体を固気分離器で捕集して炉内に還流す
る焼却炉である。

【０００３】このように前記循環流動層炉は気泡流動層
炉と異なり、保有熱量の大きい流動媒体が高速度で炉内
を循環するため、燃焼効率が高くなるとともに炉内温度
分布が均一化されることにより燃焼反応が安定化する。
かかる循環流動層炉において最も重要な操作の一つとし
て、上記したように前記流動媒体を循環させるために、
排ガスと流動媒体とを分離して該流動媒体を炉内に還流
する操作が挙げられる。このため、循環流動層炉には、
燃焼反応を行なう炉本体に併設された流動媒体の外部循
環路の上流側に流動媒体回収器が具えられている。

【０００４】前記流動媒体回収器は、重力、慣性力また
は遠心力等を利用した様々な装置を用いることができる
が、かかる循環流動層炉には遠心力を利用したサイクロ
ンが最も多く利用されている。図３を用いて一般的なサ
イクロンの概略を説明するに、燃焼反応を行なうライザ
から送給されてくる排ガスは、サイクロン５内に流入す
ると該サイクロン５の円錐部を旋回下降流１５に示すよ
うに旋回しながら下降した後、反転上昇し、サイクロン
５上部に挿入される内筒１１から旋回上昇流１６の流路
を通って排出される。サイクロン５に排ガスとともに流
入する流動媒体は、該サイクロン５内部での遠心運動に
より壁面へ衝突し沈降するか、若しくは該サイクロンの
円錐部下端から反転上昇する過程で沈降することにな
る。

【０００５】このようにサイクロン５から分離回収され
た流動媒体はダウンカマー６を降下してシールポット７
を経て炉内に還流される。このようなサイクロン５は構
造も簡単で可動部もなく、耐熱性部材を使用できるとい
う利点から多用されてきた。しかし、該サイクロンの分
離限界粒子径は数μｍと非常に小さいため、略５０μｍ
程の粒径まで存在する飛灰を流動媒体（流動媒体粒径＞
略１５０μｍ）とともに回収してしまう。

【０００６】前記回収された飛灰は流動媒体とともに炉
内に送り込まれて、流動層炉内に多量に滞留し、その結
果、飛灰中の低融点物質が炉内で軟化現象を呈して、灰
の溶融物（クリンカ）が流動層炉の炉壁等に付着、成長
する惧れがある。これにより、炉内を循環する被燃焼物
や流動媒体の正常な移送を阻害し、炉の運転が不安定に
なる。このため全連続炉のように長期間連続運転する炉
では、ボイラ水管壁を設けるほか、高温部に空気や蒸気
を吹き込む方法、耐火物または耐熱鋼製の空冷壁を設け
る方法等によって、炉壁表面温度を冷却し、クリンカの
付着を防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の流動床焼
却炉にあっては、上記したようにサイクロンの分離限界
粒子径が飛灰の粒子径に較べて極めて小さいため、流動
媒体を回収する際に飛灰までも同時に回収してしまう。
これにより炉内に飛灰が多く滞留することとなり、該飛
灰中の低融点物質が溶融してクリンカを生成し、流動層
炉内の炉壁等に付着、成長して炉内循環物質の移送を阻
害し、炉の運転に支障をきたす。この問題の対策とし
て、ボイラ水管壁や耐熱性の空冷壁を設けたり、高温部
に空気や蒸気を吹き込み炉壁表面温度を冷却する方法が
採られているが、これらの方法は、設備コストの増大や
焼却炉の燃焼効率の悪化を引き起こし、さらには炉内の
局所的な温度低下による排ガス性状の悪化をも誘引する
惧れがある。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、燃焼反応によ
り生じる飛灰が流動媒体とともに回収されることを防
ぎ、該焼却炉内に滞留する飛灰濃度を低減し、該飛灰中
の低融点物質が溶融して生成するクリンカの発生を防止
することにより、高効率でかつ安定運転が可能である流
動床焼却炉の運転方法とその装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる従来技術
の課題を解決するために、請求項１記載の発明として、
流動媒体を固気分離器により排ガスから分離回
収した後、該固気分離器の下方に連結するダウンカマー
を通過した該流動媒体をシールポットに一時的に貯留
し、該シールポットから流動媒体還流路を経て炉内に返
送する流動床焼却炉の運転方法において、前記ダウンカ
マー内での空塔速度を利用して流動媒体と飛灰とを分離
するとともに、前記固気分離器側に戻すことを特徴とす
る。

【００１０】かかる流動床焼却炉においては、前記ダウ
ンカマーに流入する流動媒体と飛灰とを分離して、該飛
灰を前記固気分離器から排ガスとともに炉外へ排出する
ことにより、炉内に滞留する飛灰濃度が低減し、該飛灰
により生成するクリンカの発生を防止することができ
る。これにより、クリンカ発生防止のために炉壁表面を
冷却する設備が不要となり、設備コストの低減が可能と
なるとともに、炉内温度を低下させないため炉の運転が
安定化する。

【００１１】さらに、請求項２記載の発明は、前記ダウ
ンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の
中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に戻すこ
とを特徴とする。これは、前記ダウンカマーに流入する
粒子は、その終末速度がダウンカマー空塔速度より大き
いときは下降し続け、該終末速度がダウンカマー空塔速
度より小さいときには反転して上昇し始めることから、
前記流動媒体の終末速度を該空塔速度より大に、また前
記飛灰の終末速度を該空塔速度より小になるように空塔
速度を調整する。これにより、流動媒体はそのまま下降
してシールポットへ送給され、飛灰は上昇して前記固気
分離器から排ガスとともに炉外へ排出され、炉内に残留
する飛灰濃度が非常に低くなる。

【００１２】また、請求項３記載のように、前記ダウン
カマーの内径と、前記シールポット下方から吹き込む空
気量との比を調整することにより該ダウンカマーの空塔
速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とする
ことにより飛灰を前記固気分離器側に戻すことによって
も飛灰の除去は可能である。即ち、前記ダウンカマーの
内径と前記空気量との比を調整することにより空塔速度
が調整可能なため、上記した請求項２記載と同様に流動
媒体と飛灰との分離が可能となる。

【００１３】さらに、請求項２記載のダウンカマーの空
塔速度が、略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは略０．
２〜０．６ｍ／ｓであることを特徴とする。かかる流動
床焼却炉において、最も多く利用されている流動媒体
は、粒径が略２００〜６００μｍの硅砂である。前記粒
径から請求項２に基づき算出される速度が上記速度範囲
となるため、この範囲にダウンカマー空塔速度を設定す
ることで、一般に使用される流動床焼却炉で飛灰と流動
媒体との分離が高効率で以って達成できる。

【００１４】さらにまた、上記発明を効果的に実施する
装置として、請求項５記載の発明は、流動媒体を排ガス
から分離して回収する固気分離器と、その下部に連通す
るダウンカマーと、該ダウンカマーを経た流動媒体が一
時的に貯留されるシールポットと、該シールポットから
前記流動媒体を炉内に還流する流動媒体還流路とからな
る外部循環路を具えた流動床焼却炉において、前記ダウ
ンカマー内で流動媒体と飛灰を分離する飛灰分離手段を
設け、該飛灰分離手段によりダウンカマー内で分離した
飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする。ま
た、前記飛灰分離手段は具体的な部材ではなく、前記ダ
ウンカマーの空塔速度であり、該空塔速度を流動媒体及
び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前記固
気分離器側に戻すことを特徴とし、更に請求項７に記載
のように、前記飛灰分離手段が、前記ダウンカマーの内
径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量との比
であり、該内径と空気量を調整することにより空塔速度
を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることを
特徴とする。

【００１５】そして本発明は請求項８に記載のように、
前記飛灰が、下水汚泥等の汚泥を燃焼して得た飛灰に好
適に適用される。即ち、下水汚泥等の汚泥は、粒子径が
ほぼ均一であるため、請求項２記載のようにダウンカマ
ー空塔速度を算出する際に、飛灰分離に確実な空塔速度
を導き出せる。さらに、汚泥粒子径は非常に小さく、そ
の燃焼により生じる飛灰と流動媒体との粒径の差は大き
くなる。したがって、空塔速度範囲が広くなり吹き込み
空気の制御が容易になる。

【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
る構成部品の寸法、材質、形状、その他相対配置などは
特に特定的な記載が無い限り、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の
概略構成図で、図２は温度６００℃、粒子密度２５６０
ｋｇ／ｍ^３のときの流動媒体及び飛灰の粒径と終末速度
の関係を示すグラフである。

【００１７】図１において、循環流動層炉１は、フリー
ボード３と流動層４とからなり主として燃焼反応を行な
うライザ２と、該流動層４から吹き上げる流動媒体を排
ガスから分離回収するサイクロン５と、炉内未燃ガスの
サイクロン５への吹き抜けを防止するシールポット７
と、該シールポット７とライザ２に位置する流動砂の還
流路である流動媒体還流路１３とから構成される。

【００１８】前記ライザ２炉床部には複数の孔が穿孔さ
れた一次空気散気管８が突設され、該一次空気散気管８
から導入される一次空気２０により前記流動層４が形成
されている。該流動層４の上方には前記フリーボード３
が位置し、該フリーボード３の炉壁には汚泥投入口９及
び二次空気供給口１０が設けられ、該汚泥投入口９から
投入される汚泥２１は、前記流動層４内で流動媒体と激
しく混合攪拌されながら燃焼する。該流動層４から飛散
した未燃分は二次空気２２により流動媒体とともにフリ
ーボード３へ同伴搬送され、該フリーボード３にて燃焼
反応を完結する。

【００１９】前記燃焼反応により発生する飛灰を含む排
ガスは、流動媒体とともにサイクロン５に送給され、該
流動媒体と分離されてサイクロン内筒１１から炉外へ排
出される。そして、回収された流動媒体はダウンカマー
６を経てシールポット７に一時的に貯留され、該シール
ポット７の下部から吹き込む流動空気２３、２４により
移動層を形成し、流動媒体還流路を通って前記ライザ２
に還流される。

【００２０】かかるサイクロン５は従来技術と同様の構
造であるので、流動媒体と飛灰の分離過程を図３を用い
て説明する。まず、該サイクロン５に流入する排ガス上
記従来技術に述べたように流動媒体と分離され、前記内
筒２５から排出される。一方、排ガスとともにサイクロ
ン５内に流入する流動媒体と飛灰の一部は、該サイクロ
ン５の円錐部での遠心運動により壁面へ衝突して下降流
１７に沿ってダウンカマー６へ沈降し、それ以外の流動
媒体と飛灰は円錐部を旋回しながら下降した後、重力に
よりさらにダウンカマー６まで沈降する。

【００２１】前記ダウンカマー６内には、図１に示した
上流側シールポット流動空気２３により制御される空塔
速度ｕ_０の上昇気流が形成されており、旋回下降流１５
を下降する排ガスはダウンカマー６の上端で該上昇気流
により反転上昇して旋回上昇流１６としてサイクロン上
部から排出される。一方、前記ダウンカマー６の上端ま
で沈降した流動媒体は、該流動媒体の終末速度ｕ_１が前
記ダウンカマー空塔速度ｕ_０より大きいため、該ダウン
カマー６内をさらに下降してシールポット７に貯留され
る。また、流動媒体とともにサイクロン５からダウンカ
マー６に流入される飛灰は、該ダウンカマー６の上昇気
流に搬送されてサイクロン５内を上昇し、排ガス２５と
ともにサイクロン内筒１１より排出される。

【００２２】次に、上記したように流動媒体と飛灰とを
分離可能にダウンカマー空塔速度ｕ _０を制御する方法に
ついて説明する。まず、かかるダウンカマー空塔速度ｕ
_０と終末速度ｕをもつ粒子との関係を簡単に説明する
に、該粒子がダウンカマー６を終末速度ｕで下降する場
合、前記ダウンカマー空塔速度ｕ_０との関係がｕ＞ｕ_０
のとき粒子は下降し続け、ｕ＜ｕ_０のとき粒子は速度
（ｕ_０−ｕ）で上昇する。従って、流動媒体と飛灰とを
確実に分離可能にダウンカマー空塔速度を制御するに
は、該ダウンカマー空塔速度ｕ_０を前記流動媒体及び飛
灰の終末速度の中間に設定するとよい。

【００２３】尚、終末速度とは静止流体中に単一粒子を
投入したときに、粒子の沈降速度が最終的に到達する一
定値であり、該終末速度は粒径及び粒子、ガスの密度と
により一義的に決定する。従って、図２の粒径と終末速
度の関係を表わすグラフに示されるように、飛灰粒径範
囲を略５０μｍ以下、流動媒体である硅砂の粒径範囲を
略２００〜５００μｍとすると、該飛灰の終末速度の上
限値が略０．１ｍ／ｓとなり硅砂の終末速度の下限値が
略１．０ｍ／ｓであるため、該グラフから、その中間の
速度である略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは０．２
〜０．６ｍ／ｓに設定すればよいということがわかる。
ここで、流動媒体である硅砂は、一例として、循環流動
層炉で最も多く使用されている６号硅砂とし、該６号硅
砂の粒径範囲から終末速度を算出した。

【００２４】このように、前記ダウンカマー空塔速度ｕ
_０を制御するにあたり、上記したように前記上流側シー
ルポット流動空気２３の空気量及び導入圧力を制御して
もよいが、別の制御方法として、該空気量及びダウンカ
マー６の内径Ｒの比を調整することで空塔速度ｕ_０を制
御することも可能である。これは、同一の空気量を吹き
込む場合、ダウンカマー空塔速度ｕ_０は該ダウンカマー
断面積に反比例することによる。つまり、前記上流側シ
ールポット流動空気２３が同一空気量のとき、ダウンカ
マーの内径Ｒが小さいほど空塔速度ｕ_０は大きくなる。
したがって、ダウンカマーの内径Ｒと流動空気２３の空
気量の比を制御することにより流動媒体と飛灰とを分離
することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、流動
床焼却炉に具えられた飛灰分離手段により飛灰を排ガス
とともに炉外へ排出することが可能となり、炉内に滞留
する飛灰濃度が低減し、該飛灰が溶融して生じるクリン
カの生成を防止することができる。これにより、クリン
カ生成による炉内運転状態の悪化を防げるとともに、炉
壁表面温度を冷却するための設備を具える必要がなくな
り、設備コストの低減及び焼却炉の運転の安定化が図れ
る。さらに、前記飛灰分離手段として、流動媒体及び飛
灰の粒径に応じて空塔速度を制御することにより該飛灰
を分離することで、確実に流動媒体と飛灰とを分離する
ことが可能となる。

【００２６】また、前記ダウンカマーの内径と、該ダウ
ンカマーに供給する空気量とを制御することで前記空塔
速度が一義的に決定するため、前記と同様の効果が得ら
れ、かつ簡単に制御プロセスでの流動媒体と飛灰との分
離が可能となる。さらに、前記ダウンカマー空塔速度を
略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは０．２〜０．６／
ｓとすることで、流動床焼却炉に最も多く用いられてい
る流動媒体に最も適した空塔速度とすることができ、一
般に使用される多くの流動床焼却炉に適用することが可
能となる。

【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
体構成図を示す。

【図２】流動媒体及び飛灰の粒径と終末速度の関係を
示すグラフである。

【図３】循環流動層炉に具えられたサイクロンの概略
構成図を示す。

【符号の説明】

１循環流動層炉５流動媒体回収器６ダウンカマー７シールポット１１内筒１５旋回下降流１６旋回上昇流１７下降流２３上流側シールポット流動空気ｕ_０ダウンカマー空塔速度ｕ_１流動媒体終末速度ｕ_２飛灰終末速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本多裕姫神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者清水義仁神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者石川出神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者山内恒樹神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内Ｆターム(参考） 3K064 AA17 AA18 AB03 AC01 AC06 AE04 AE13 AE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動媒体を固気分離器により排ガスから
分離回収した後、該固気分離器の下方に連結するダウン
カマーを通過した該流動媒体をシールポットに一時的に
貯留し、該シールポットから流動媒体還流路を経て炉内
に返送する流動床焼却炉の運転方法において、前記ダウンカマー内での空塔速度を利用して流動媒体と
飛灰とを分離するとともに、前記固気分離器側に戻すこ
とを特徴とする流動床焼却炉の運転方法。
【請求項２】前記ダウンカマーの空塔速度を、流動媒
体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前
記固気分離器側に戻すことを特徴とする請求項１記載の
流動床焼却炉の運転方法。
【請求項３】前記ダウンカマーの内径と、前記シール
ポット下方から吹き込む空気量との比を調整することに
より該ダウンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の
終末速度の中間速度としたことを特徴とする請求項１記
載の流動床焼却炉の運転方法。
【請求項４】前記ダウンカマーの空塔速度が、略０．
１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは略０．２〜０．６ｍ／ｓ
であることを特徴とする請求項２記載の流動床焼却炉の
運転方法。
【請求項５】流動媒体を排ガスから分離して回収する
固気分離器と、その下部に連通するダウンカマーと、該
ダウンカマーを経た流動媒体が一時的に貯留されるシー
ルポットと、該シールポットから前記流動媒体を炉内に
還流する流動媒体還流路とからなる外部循環路を具えた
流動床焼却炉において、前記ダウンカマー内で流動媒体と飛灰を分離する飛灰分
離手段を設け、該飛灰分離手段によりダウンカマー内で
分離した飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とす
る流動床焼却炉。
【請求項６】前記飛灰分離手段が前記ダウンカマーの
空塔速度であり、該空塔速度を流動媒体及び飛灰の終末
速度の中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に
戻すことを特徴とする請求項５記載の流動床焼却炉。
【請求項７】前記飛灰分離手段が、前記ダウンカマー
の内径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量と
の比であり、該内径と空気量を調整することにより空塔
速度を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とするこ
とを特徴とする請求項５記載の流動床焼却炉。
【請求項８】前記飛灰が、下水汚泥等の汚泥を燃焼し
て得た飛灰であることを特徴とする請求項５記載の流動
床焼却炉。