JP2001263635A - 循環型流動層炉 - Google Patents

循環型流動層炉

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義仁 清水
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出 石川
Tsuneki Yamauchi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円滑な流動砂の分離と内管の偏摩耗の防止を
図り、ひいては装置全体の保守容易化と耐久性の向上を
図った循環型流動層炉を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、流動砂と被燃焼物を混合しな
がら燃焼する流動層炉本体５０より飛び出した流動砂と
排ガス(飛灰等も含む)とを、外筒１０頂部の天板１８中
心軸上に排気筒１２を挿設するとともに、該外筒１０側
壁に導入口１３を開設した接線型サイクロン１で、分離
した後、流動層炉本体５０内に戻す循環型流動層炉にお
いて、前記サイクロン１の排気筒１２の外筒内露出部を
同径に且つその深さｈ’ｅを導入口高さｈより短く設定
するとともに、前記外筒直径Ｄに対する排気筒深さの比
を０.１〜０.４の間に設定するとともに、前記排気筒外
周面１２ｂの内、少なくとも前記外筒内露出部位を、網
目状に配置されたキャスタ支持金物１２Ａにより支持さ
れた耐火キャスタブル１２Ｂで被覆されていることを特
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、サイクロンにより
流動砂と排ガス(飛灰等も含む)とを分離しながら流動砂
の外部循環を行う循環型流動層炉に係り、特に下水汚
泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系を焼
却する流動層焼却装置に適用される外部循環型流動層炉
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】前記流動層焼却炉に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
等の流動砂を敷き、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。
【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あり、フリーボー
ドの過熱を招く場合がある。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、かつ流動砂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１に示すよう
に、フリーボード５１と流動層５３とからなる流動層炉
本体５０と、該フリーボード５１に吹き上げられた流動
砂を出口ダクト５２を介して捕集するサイクロン１と、
流動砂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１への吹き抜けを防止するシールポット５５
と戻し管５７とから構成される。(図１は本発明の適用
例であり、従来技術部分のみを取り出して説明する。）
【０００６】かかる流動層において、１次空気投入口５
９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を形成する流動砂中に汚泥投入口
６１から汚泥を供給すると、該汚泥は流動層５３内を混
合攪拌され、流動砂との接触により微細化されるととも
に、該流動砂と混合状態で流動しつつ乾燥、熱分解しな
がら燃焼するとともに、前記流動層５３から吹き上げる
流動砂と汚泥中の未燃ガスや揮発分、軽いゴミは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、流動砂は出口ダクト５２を
介してサイクロン１で捕集され、ダウンカマー５８、シ
ールポット５５及び戻し管５７を経て流動層炉本体５０
に還流される。
【０００７】そして前記サイクロンには軸流型と接線型
(渦巻き型)とが存在するが、分離性能の面から接線型が
多く用いられる。接線型は図４の概略図で示されるよう
に、外筒頂部の天板１８中心軸上に、分離後の排気ガス
を排出する排気筒１２を挿設するとともに、該外筒１０
の天板１８に隣接する側壁上部に導入口１３を開設す
る。又前記外筒１０の底部には分離された流動砂を排出
するコーン部１７が連接されている。そして前記導入口
１３は、円形でも方形でも良いがいずれにしても流動層
炉本体５０と連接する導入筒を設けている。そしてかか
るサイクロン１の各部寸法の代表例を図４の下部に示
す。
【０００８】しかしながら、かかるサイクロン１にあっ
ては、排気筒(内筒)１２の導入管に面した部位に流動砂
混合流が衝突し且つ、排気筒１２の前記外筒１０内に露
出する部位では、流動砂混合流が摺擦しながら旋回する
ために、局部的な偏摩耗が生じやすい。そしてこのよう
な偏摩耗が生じた場合、前記内筒１２は外筒天板１８に
溶接等で固着されているために、内筒１２の交換作業は
繁雑を極める。
【０００９】かかる技術を解決するために、実開平７−
７７５１号において図５に示すような技術が開示されて
いる。かかる技術は、前記排気筒を小径の下部筒体１２
０と大径の上部筒体１２１とに分割し、下部筒体１２０
はその軸方向に沿って分割した複数の分割筒体で形成
し、一方上部筒体１２０は前記下部筒体１２１を回転自
在に係合させた状態で、外筒の天板に固設させている。
【００１０】しかしながらかかる内筒(排気筒)１２を形
成する筒体は回転自在であるために、偏摩耗は防止でき
るが、上部筒体１２１と下部筒体１２０との間に段差が
あるために、この部分で旋回流に乱れが生じ、円滑な固
気分離が出来ない場合がある。
【００１１】さて、サイクロン１の各部寸法はその代表
例は化学装置便覧に記載されてあり、その一例を図４の
下部に示すが、かかる従来技術において、前記外筒外径
Ｄに対する排気筒深さｈ’ｅの比は０.７に設定してあ
るが、特に循環型流動層炉の場合入口粒子濃度が、５〜
１０ｋｇ／ｍ３と高いために、サイクロン１で分離され
た粒子の排出が追いつかず、サイクロン１内に溜まり気
味の状態になってしまう、更に内筒吸い込み位置が、粒
子濃度が高い位置まで達しており、粒子を多く含むガス
を抜き出してしまう恐れがあった。
【００１２】本発明はかかる課題に鑑み、前記接線型サ
イクロンを循環型流動層に適用した場合で、円滑な流動
砂の分離と内管の偏摩耗の防止を図り、ひいては装置全
体の保守容易化と耐久性の向上を図った循環型流動層炉
を提供することを目的とする。
【００１３】
【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記載の発明は、流動砂と被燃焼
物を混合しながら燃焼する流動層炉本体より飛び出した
流動砂と排ガス(飛灰等も含む)とを、外筒頂部の天板中
心軸上に排気筒を挿設するとともに、該外筒側壁に導入
口を開設した接線型サイクロンで、分離した後、流動層
炉本体内に戻す循環型流動層炉において、前記サイクロ
ンの排気筒の外筒内露出部を同径に且つその深さを導入
口高さより短く設定するとともに、前記外筒直径に対す
る排気筒深さの比を０.１〜０.４の間に設定することを
特徴とする。
【００１４】従って本発明によれば、サイクロンの排気
筒の外筒内露出部を同径に設定したために、図５に示す
従来技術のように、旋回流の乱れが生じることがない。
又流動砂の場合、粉体等に比較して粒子径が大きいため
に、重力差により流動砂混合流の入口導入時点では、入
口粒子濃度密度分布が上側に薄く下側に厚い状態とな
る。このような状態で、サイクロンの排気筒の深さを導
入口高さより短く設定する事により、粒子濃度の薄い部
分のみが排気筒外周面に衝突する事になり、摩耗劣化が
大幅に低下することになる。このようにした場合、集塵
効率が低下するのではと懸念されたが、このようにした
場合、外筒直径に対する排気筒深さの比が０.１〜０.４
の範囲であれば、従来より増して数段集塵効率が上昇す
ることも理解された。
【００１５】請求項２記載の発明は、前記排気筒外周面
の内、少なくとも前記外筒内露出部位が、網目状に配置
された支持金物により支持された耐火キャスタブルで被
覆されていることを特徴とする。
【００１６】かかる発明によれば、流動砂が衝突する排
気筒外周面の露出部位が、流動砂より硬度の高い耐火キ
ャスタブルで被覆されているために、摩耗による劣化が
生じることなく耐久性が大幅に向上する。又前記耐火キ
ャスタブルは、網目状に配置されたキャスタ支持金物に
より支持されているために、熱膨張による膨張差が生じ
ても耐火キャスタブルがはがれることはない。
【００１７】請求項３記載の発明は、前記外筒頂部の天
板に排気筒収納孔を設け、該収納孔に排気筒を交換可能
に挿設したことを特徴とし、更に請求項４記載の発明
は、前記排気筒収納筒若しくはその外周にフランジ面を
形成し、一方排気筒外周側に設けたフランジ部を前記フ
ランジ面にパッキンを介して当接させて交換可能に気密
シールを行う事を特徴とし、更に前記排気筒収納孔口径
と、該収納孔に収納された排気筒外径との間に熱膨張を
考慮したクリアランスを設定した特徴とする。
【００１８】かかる発明によれば、排気筒自体を交換可
能に構成できるとともに、該排気筒と外筒との材質の違
いによる熱膨張を考慮してクリアランスを持たせた場合
にもフランジ面同士の接触であるために、容易に気密性
を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施形
態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載
される構成部品の寸法、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係る循環型流動層燃焼装置を示し、
図１に示すように、フリーボード５１と流動層５３とか
らなる流動層炉本体５０と、該フリーボード５１に吹き
上げられた流動砂を出口ダクト５２を介して捕集するサ
イクロン１と、流動砂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１への吹き抜けを防止するシ
ールポット５５と戻し管５７とから構成される。
【００２０】かかる構成による接線型サイクロンの１構
成を図１及び図２に基づいて説明する。前記円筒形状の
外筒１０頂部の天板１８中心軸上に、分離後の排気ガス
を排出する排気筒１２を挿設することにより排気筒収納
孔１１を設けるとともに、該外筒１０の天板１８に隣接
する側壁上部に導入口１３を開設する。又前記外筒１０
の底部には分離された流動砂を排出するコーン部１７が
連接されている。かかる技術は従来技術である。そして
本発明は、前記天板１８上に中心軸と同心状に収納筒１
４を立設し、該立設した収納筒の周囲に耐火材等からな
るフランジ取り付け台１６を囲撓載置させるとともに、
該取り付け台１６上端にリング状のフランジ１５を取り
付ける。このように前記筒体に直接フランジを設けない
のは、排気筒内を通過する排ガスの温度が高いために、
その熱がフランジ部に伝わり、ネジ部の劣化等によりネ
ジ取り外しが不可能になることを避けるためである。
【００２１】一方排気筒１２は耐火ステンレスからなる
筒体１２ａの上面外周にフランジ１２ｃをとりつけると
ともに、排気筒外周面１２ｂを、網目状に配置されたキ
ャスタ支持金物１２Ａにより支持された耐火キャスタブ
ル１２Ｂで被覆する。前記キャスタ支持金物１２Ａは基
材側の耐火ステンレス材表面に溶接され、同材質で形成
する。又網目状とは本実施形態では、蜂の巣状に形成し
ているが、これのみに限定されず升目状でもよい。そし
て前記天板８上端部より突設する排気筒収納筒１４を囲
撓するフランジ取り付け台１６に設けたフランジ１５
と、排気筒外周面１２ｂに設けたフランジ１２ｃとを、
前記ガスケット等のパッキン１９を介して当接させてネ
ジ止めして、交換可能に気密シールを行う。又前記排気
筒外径と収納筒内径とは、熱膨張を考慮したクリアラン
スを設定する。
【００２２】次に前記サイクロン１の各部寸法について
図４下部に示す代表値との違いを説明する。外筒径Ｄを
比率１と設定した場合に、導入口高さｈを０.５、導入
口幅ｂを０.２、外筒部高さＨを２.０、排気筒径ｄを
０.５、排気筒の外筒内の挿入深さ(長さ)ｈ’ｅを０.１
〜０.４の間に設定する。即ち、より具体的にはサイク
ロン１の排気筒１２を同径の円筒状に形成しつつ且つそ
の挿入深さｈ’ｅを導入口高さｈより短く設定するとと
もに、前記外筒直径Ｄに対する排気筒深さｈ’ｅの比を
０.１〜０.４の間に設定したものである。このように設
定した理由は図２の実験結果に基づくものである。
【００２３】図３は循環型流動層炉に前記サイクロンを
取り付けた場合の、排気筒形状と集塵効率との関係を示
す実験式である。流動砂に硅砂を用い、サイクロンの導
入口入口粒子濃度が、５〜１０ｋｇ／ｍ ３、入口温度が
８５０℃、入口流量が１６７３５Ｎｍ３／ｈで流動砂を
循環して前記排気筒１２の外筒内の挿入深さ(長さ)ｈ’
ｅの比を０.０５、０.１、０.３、０.５、０.７夫々変
えて集塵効率の変化を調べてみた。その結果が図３であ
る。図３より明らかなように、排気筒深さｈ’ｅの比が
０.７の従来品では、集塵効率が９６％程度であるが、
導入口高さｈが０.５以下になるに連れ、急激に効率が
向上して、０.３で９８％、０.１で９９％と上昇する
が、０．０５では９８％以下に低下した。従ってかかる
実施形態から本発明の効果が実証できる。
【００２４】
【発明の効果】以上記載のごとく請求項１記載の発明に
よれば、このよな状態で、サイクロンの排気筒の深さを
導入口高さより短く設定する事により、粒子濃度の薄い
部分のみが排気筒外周面に衝突する事になり、摩耗劣化
が大幅に低下することになるとともに、外筒直径に対す
る排気筒深さの比が０.１〜０.４の範囲にすることによ
り、従来より増して循環型流動層における数段集塵効率
が上昇することも理解された。
【００２５】請求項２記載の発明によれば、摩耗による
劣化が生じることなく耐久性が大幅に向上するととも
に、熱膨張による膨張差が生じてもキャスタブルがはが
れることはない。
【００２６】請求項３記載の発明によれば、排気筒自体
を交換可能に構成できるとともに、該排気筒と外筒との
材質の違いによる熱膨張を考慮してクリアランスを持た
せた場合にもフランジ面同士の接触であるために、容易
に気密性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る循環型流動層燃焼装
置を示す概略図である。
【図２】 図１に示すサイクロンの要部構成を示し、
(Ａ)は排気管付近の断面図、(Ｂ)は排気管のが外表面部
である。
【図３】 排気筒挿入深さと外筒径との関係を示すグラ
フ図である。
【図４】 化学装置便覧に示されるサイクロンの寸法を
示す概略図である。
【図５】 従来の排気筒の耐摩耗性を図ったサイクロン
を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 外筒 １２ 排気筒 １２ｃ フランジ面 １２Ａ キャスタ支持金物 １２Ｂ 耐火キャスタブル １３ 導入口 １４ 排気筒収納筒 １５ 排気筒外周側に設けたフランジ部 １８ 天板 １９ パッキン ５０ 流動層炉本体 ｈ サイクロン導入口高さ Ｄ 外筒直径 ｈ’ｅ 排気筒深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｃ 10/02 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３１１ (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 AA18 AC01 AE15 BA07 BA17 4D004 AA02 AA46 CB01 CB03 CC11 DA03 DA20 4D053 AA03 AB01 BA01 BB08 BC01 BD04 CA21 CD23 CF04 DA06 4D059 AA01 AA02 AA03 BB01 BB13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動砂と被燃焼物を混合しながら燃焼す
    る流動層炉本体より飛び出した流動砂と排ガス(飛灰等
    も含む)とを、外筒頂部の天板中心軸上に排気筒を挿設
    するとともに、該外筒側壁に導入口を開設した接線型サ
    イクロンで、分離した後、流動層炉本体内に戻す循環型
    流動層炉において、 前記サイクロンの排気筒の外筒内露出部を同径で且つそ
    の深さを導入口高さより短く設定するとともに、前記外
    筒直径に対する排気筒深さの比を０.１〜０.４の間に設
    定することを特徴とする循環型流動層炉
  2. 【請求項２】 前記排気筒外周面の内、少なくとも前記
    外筒内露出部位が、網目状に配置された支持金物により
    支持された耐火キャスタブルで被覆されていることを特
    徴とする請求項１記載の循環型流動層炉
  3. 【請求項３】 前記外筒頂部の天板に排気筒収納孔を設
    け、該収納孔に排気筒を交換可能に挿設したことを特徴
    とする請求項１記載の循環型流動層炉
  4. 【請求項４】 前記天板上端部より突設する排気筒収納
    筒を設け、該収納筒若しくはその外周にフランジ面を形
    成し、一方排気筒外周側に設けたフランジ部を、前記フ
    ランジ面にパッキンを介して当接させて交換可能に気密
    シールを行うとともに、前記排気筒収納孔口径と、該収
    納孔に収納された排気筒外径との間に熱膨張を考慮した
    クリアランスを設定したことを特徴とする請求項１記載
    の循環型流動層炉
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