JP2004069189A

JP2004069189A - 循環型流動層炉

Info

Publication number: JP2004069189A
Application number: JP2002229564A
Authority: JP
Inventors: Shiro Sasaya; 笹谷　史郎; Hirofumi Kudo; 工藤　弘文; Makiko Nakagawa; 中川　麻希子; Hiroki Honda; 本多　裕姫; Yoshihito Shimizu; 清水　義仁
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP3790502B2

Abstract

【課題】高含水率かつ水分変動の大きい汚泥やし渣混焼の等の焼却処理においても、炉高を高くすることなくサイクロンの力を有効に利用して被燃焼物の完全燃焼を図ることにより炉口付近での未燃ガス濃度を低減し、ＣＯ、ダイオキシン類等の有害ガスの排出を抑制し、設置コストを低減する。
【解決手段】ライザの炉壁途中位置より二次空気を導入するライザ上方空間のフリーボード空間で被燃焼物と流動砂とを混合しながら燃焼させた後、該ライザより飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とをサイクロンで分離した後、シールポットを介してライザ内に戻す循環型流動層炉において、前記サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上に設定、サイクロンの滞留時間ｈｓをフリーボード滞留時間ｈｆのｈｓ／ｈｆを８０〜２００％以上に設定した。
【選択図】　　　図１

Description

【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、特に脱水汚泥、下水汚泥、都市ゴミ、し渣汚泥、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循環型流動層炉に関する。
【０００２】
従来、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も安定して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２の符号１に示すように、フリーボード３と流動層２とからなるライザ１ａと、該フリーボード３に吹き上げられた流動砂を出口ダクト３Ａを介して捕集するサイクロン４と、流動砂を返送するダウンカマー５と、炉内未燃ガスのサイクロン４への吹き抜けを防止するシールポット６と戻し管７とから構成される。（図２は本発明の比較例であり、従来技術部分のみを取り出して説明する。）
【０００６】
このような循環流動層炉の特徴としては、炉床部が物理的に活発な運動をしており、定常的に炉床部が均一に高温に保持されて十分に蓄熱されており、また燃焼空気が十分に分散されている、等が挙げられ、これにより特に燃焼工学上含有水分が高く、難燃性の汚泥処理に対する優れた燃焼特性をもつ。
都市ゴミや産業廃棄物、特に高含水率かつ水分変動の大きい汚泥やし渣混焼の等の焼却処理においても、炉高を高くすることなくサイクロンの力を有効に利用して被燃焼物の完全燃焼を図ることにより炉口付近での未燃ガス濃度を低減し、ＣＯ、ダイオキシン類等の有害ガスの排出を抑制し、ひいては設置コストの低減を可能とした。
【０００７】
しかしながら一方で、不均質で高含水率である廃棄物の流動層を用いた焼却処理には多くの問題点も内蔵している。なかでも、近年特に着目されているのは、流動層炉の最大の特徴の一つである燃焼速度の速さと瞬時燃焼特性による排ガス中の未燃ガス濃度の増加の問題である。汚泥のような廃棄物は定量供給が難しく、また被燃焼物中の含水率の変動により燃焼過程に要する時間の変動も大きい。したがって、上記のような廃棄物が投入されると流動層内では一時的に空気不足状態となり、一部燃焼、一部ガス化状態が部分的に発生し、流動層上方空間のフリーボードで二次空気の供給を得て燃焼されるとき、空気の過不足を生じ易くなり、炉出口での未燃ガス濃度が増加し、ＣＯ、ダイオキシン類等の有害ガスが排出されることになる。
【０００８】
そこで、燃焼の完結化を図り炉出口での未燃ガス濃度を低減することにより有害ガスの炉外排出を防止するとともに、安定した燃焼反応を行うことの可能な流動層炉が求められている。ここで、前記循環流動層炉における廃棄物の燃焼過程を説明するに、略７００〜８５０℃に保持された炉内流動層に被燃焼物を投入すると、該流動層内にて被燃焼物は流動媒体と激しく混合されて昇温し、被燃焼物中の水分は短時間で蒸発し乾燥する。乾燥した被燃焼物は熱分解によりガス化した後、流動層内若しくは流動層の上部空間のフリーボードで燃焼する。該フリーボードは略７５０〜９００℃に維持されており、未燃ガスや軽いごみはフリーボードで燃焼されることが多い。かかる燃焼過程は極めて短時間で行われ、例えば含水率の高い汚泥の場合、流動層炉に投入された汚泥が昇温するのに要する時間は略０．４ｓ、昇温された汚泥中の水分が蒸発し乾燥するまで略２．７ｓ、乾燥汚泥がガス化するまで略０．５ｓ、さらにガス化から燃焼までは０．９ｓと、全ての燃焼過程が終了するまでには略４．５ｓ程しか必要としないことがわかっている。
【０００９】
しかしながら、前記循環流動層炉は一次空気及び二次空気の導入により高速で流動媒体を循環させているため、上記した時間以上の滞留時間を確保することは困難である。前記燃焼過程を流動層炉内で全て完結させようとすると、炉内の空塔速度を略５ｍ／ｓとしたとき通常の循環流動層炉では単純計算で略２２．５ｍの炉高が必要となる。これにより、未燃ガスを減少させるための対策として流動層炉の炉高を高くする方法が考えられるが、設置コストや、炉を高温に保つための助燃剤の燃料コストが増加し、また炉の運転制御の面でも困難を伴う。さらにまた、汚泥の高カロリー化に伴い、フリーボードが受け持つ燃焼率の増加により該フリーボードの局部高温状態が発生し易くなり炉の耐久性が低下するとともに、炉内温度差が大となり炉の安定運転が困難となる。
【００１０】
そこで、前記技術にかわる方法として、二次空気の導入を改善することによりフリーボード内に乱気流をおこして混合状態を良好に保つとともに被燃焼物の炉内滞留時間を長くする技術や、ライザ１ａ炉壁部に設ける汚泥の投入口位置の改善により炉内滞留時間を増加させる方法等が提案されている。しかし、これらの対策によりある程度の未燃ガスの排出抑制は図られるが、被燃焼物の炉内滞留時間は不十分であり、炉の運転制御も複雑化してしまう。
また、汚泥等の比重の大きい被燃焼物の場合は、被燃焼物投入口を前記流動層上方に設けてもその比重のために投入直後に炉床部に沈降し、滞留時間を稼ぐことができるが、燃焼を完結化させるには十分でなく、高効率な有害ガスの排出抑制方法が望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術においては、循環流動層炉の最大の特徴の一つである燃焼速度の速さと瞬時燃焼特性による排ガス中の未燃ガス濃度増大の問題を解決するために、上述した炉高を高くするような炉形状の改善をしていた。例えば下水汚泥循環流動炉において、
完全燃焼に必要なフリーボードの滞留時間が（二次空気投入以降）：３．５〜４．０秒必要であり、一方砂循環に必要なフリーボード空塔速度は４．５〜５ｍ／Ｓ必要であり、従って、フリーボード必要高さ＝３．５秒×４．５ｍ／Ｓ＝約１６ｍとなり、一方二次空気ポート下部の流動床部の高さ２ｍも含めると、ライザ１ａ燃焼部で約１８ｍとなり、非常に炉高の高いものとなる。このため、ライザ１ａや架構の物量が大きくなってしまうという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、都市ゴミや産業廃棄物、特に高含水率かつ水分変動の大きい汚泥やし渣混焼の等の焼却処理においても、炉高を高くすることなくサイクロンの力を有効に利用して被燃焼物の完全燃焼を図ることにより炉口付近での未燃ガス濃度を低減し、ＣＯ、ダイオキシン類等の有害ガスの排出を抑制し延いては設置コストの低減を可能とした高効率な循環流動層炉の提供を目的とする。
より具体的には、基準炉と同等の排ガス性状を得ながら、炉本体のコンパクト化を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は循環流動床炉に付設したサイクロンの場合、サイクロン内部は旋回流の効果により、燃焼ガスの混合攪拌効果が高く、フリーボード部より燃焼効率が高いことが知見された。
例えば後記実施例における実証炉におけるＣＯ濃度減少率のデータによると、サイクロンでの滞留時間１秒分におけるＣＯ濃度減少率はフリーボード部の２秒分以上に相当する。
【００１４】
従って、例えばサイクロンの直胴部高さＨ（図５参照）を直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上、好ましくは１．３５以上に設定し、サイクロン直胴部を延長し滞留時間を０．５秒増加させると、フリーボード滞留時間を１秒減少させることが可能となり、これは、フリーボード高さ４．５ｍ〜５．０ｍ分に相当する。そこで本発明では、同じ炉出口排ガス性状を保証する場合、サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．３５以上に設定し直胴部の長いサイクロンを採用することで、フリーボード高さを低減することが出来、炉全体及び架構の物量を抑えることが可能となるとともに、更にフリーボード高さと無関係に直胴部の長いサイクロンを採用することで、燃焼排ガスの清浄化が可能（ＣＯ、ダイオキシン類等低減）となる。
尚、前記サイクロンには軸流型と接線型（渦巻き型）があるが、いずれもが本発明に適用可能である。
【００１５】
更に本発明を説明する。例えば含水率が８５〜９０％以上と高い、例えばし渣混合汚泥の場合、フリーボード下方（二次空気投入口下方）の流動床域で助燃料を投入しながら、前記流動層炉に投入された汚泥が昇温され、更に昇温された汚泥の蒸発乾燥までおこなわれるために、フリーボード域では乾燥汚泥のガス化するまで略０．５ｓ、さらにガス化から燃焼までの０．９ｓと略１．５〜２秒は必要であると考えられる。塔速が５ｍ／Ｓだとするとフリーボードは少なくとも７〜１０ｍは必要であるが、この場合二次空気を予熱しておけばフリーボード滞留時間が前記範囲でも好ましい。
【００１６】
かかる知見より、本発明は流動砂と被燃焼物を混合しながら燃焼するライザより飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とをサイクロンで分離した後、ライザ内に戻す循環型流動層炉において、
前記サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上、好ましくは１．３５以上に設定したことを第１の要旨とする。
第２の要旨はサイクロンの滞留時間ｈｓをフリーボード滞留時間ｈｆのｈｓ／ｈｆを８０％〜２００％、好ましくはｈｓ／ｈｆを１〜２に設定したことにある。
そして本発明において脱水下水汚泥のように含水率が７０〜９０％以上と高い場合は、フリーボード温度を８５０℃以上で、二次空気を予熱するのがよい。
又サイクロンには予熱回収用のボイラを付けると本発明の効果が得られない。
【００１７】
又サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．３５以上に設定しサイクロン直胴部の長さを充分取れるように且つ炉高全体の長さを極力少なくするために、サイクロン下部に設けるダウンカマー長さを略２ｍ以下（小数点以下を四捨五入換算）以下、好ましくは０にするのがよい。
さらに本発明の具体的な構成として　前記流動炉のフリーボード高さが７〜１５ｍ、サイクロン直胴部高さを３．０〜５．０ｍに夫々設定した場合に、フリーボード滞留時間が１．５〜３秒でサイクロン滞留時間が０．５〜１．０秒に入るように、ダウンカマー高さを５ｍ以下好ましくは略２ｍ以下、及び前記Ｈ／Ｄを１．２以上、好ましくは１．３５以上に夫々調整して設定するのがよい。
【００１８】
かかる発明は、サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上好ましくは、１．３５以上に設定しサイクロンの滞留時間を長くし更にサイクロンを８００℃以上の高温に維持することで、フリーボード高さを極力低くし、全体としての炉高を低くしても、被燃焼物の完全燃焼が達成でき、ＣＯ、ダイオキシン類等の未燃ガスの排出を低減することができる。又下水汚泥のように水分が７０％以上の被燃焼物であっても、効率の良い燃焼が可能となる。
【００１９】
更にサイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上好ましくは１．３５以上に設定してＣＯ、ダイオキシン類等の未燃ガスの排出を低減をサイクロン側で持たせることによりフリーボードの高さを極力低くする事により、燃焼炉全体の物量が低減され、設置コストや設置スペースの低減が可能となる。
さらに、サイクロン側で燃焼工程一部の機能を受け持つことが出来るため、フリーボードの受け持つ燃焼率が低減し、該フリーボードが過大の燃焼反応により必要以上に加熱されることなく炉内温度が均一に保たれ、流動層炉の安定運転が可能となるとともに、局所的な温度異常がなくなり炉の耐久性が向上する。
【００２０】
更に炉全体の炉高が低くなることで、設置コストや設置面積の削減が図れる。
さらに、本発明は、前記被燃焼物が含水率の高い下水汚泥やし渣混焼汚泥にも有効であり、このような含水率が高く、水分変動の大きい汚泥の処理にも安定した運転が可能でかつ未燃ガスの排出の少ない汚泥循環流動層炉を提供できる。
さらに、下水汚泥にし渣や沈砂を混焼する場合など、焼却対象物の性状が不安定な場合にも、前記と同様に高性能の汚泥循環流動層炉を提供できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
先ず本発明と比較例に適用されるサイクロン４の構成について説する。
前記サイクロン４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５の概略図（本発明に用いるサイクロン４）で示されるように、外筒５０頂部の天板５８中心軸上に、分離後の排気ガスを排出する排気筒５２を挿設するとともに、該外筒５０の天板５８に隣接する側壁上部に導入口５３を開設する。又前記外筒５０の底部には分離された流動砂を排出するコーン部５７が連接されている。そして前記導入口５３は、円形でも方形でも良いがいずれにしてもライザ１ａ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４の各部寸法の代表例を図５の下部に示す。
本図に示すよう本発明（比較例）は外筒部高さＨが外筒部径Ｄに対して１．４以上（比較例１倍）倍であり、これに対応して排気筒ｈｅ高さも外筒部径Ｄに対して１（比較例０．７倍）倍以上と長くしている。そしてコーン部高さは外筒部径Ｄに対して１倍と一定のために、サイクロン全体の長さは外筒部径Ｄに対して２．５倍（比較例２．１倍）と総延長も長くなっている。
【００２３】
次に前記比較例と本発明の実施例にかかる循環流動層炉を比較しながら本発明を説明する。
図２は本発明の比較例にかかる循環流動層炉の全体の概略の構成を示す模式図である。同図に示すように、本比較例の循環流動層炉１は、主に燃焼反応を行うライザ１ａと、遠心力沈降法等により排ガスと流動媒体とを固気分離するサイクロン４と、該サイクロン４の下方に位置する流動媒体の通路であるダウンカマー５と、炉内未燃ガスのサイクロン４への吹き抜けを防止するシールポット６と還流路７とから構成される。
またサイクロン４にはボイラを設けずにフリーボード炉３出口側の温度を維持し、具体的には８００℃以上に維持させている。
【００２４】
前記ライザ１ａの下方には一次空気散気管１０から供給される一次空気と助燃料ノズル８より供給された助燃料により高温の流動媒体が流動層２を形成しており、その上方空間には、該流動層２直上に位置する二次空気導入口９から供給される二次空気（必要に予熱される）により前記流動媒体が主に上昇気流を形成するフリーボード３が位置している。また、前記シールポット６は２つの連通するシールポット空間６ａ、６ｂよりなり、夫々、流動空気散気管１２ａ、１２ｂを具え、該散気管から導入される流動空気により、前記ライザ１ａ側に位置する下流側シールポット流動層、それに隣接する上流側シールポット流動層を形成している。夫々のシールポット空間６ａ、６ｂの流動層の空塔速度は流動空気で制御され、流動媒体が流動化される速度でかつ該流動媒体が飛散しない速度範囲で緩慢に流動している。上流側シールポット６ａは流動空気を送気しない移動層としても良い。さらに、下流側シールポット空間６ｂには必要に応じて汚泥投入口８を開口させるとともに、被燃焼物の投入に備えて該シールポット空間に適切な容積を持たせてある。
【００２５】
そしてかかる比較例を基準炉として、
フリーボード空塔速度：４．５ｍ／Ｓに設定し、フリーボード高さ方向の検知位置を変化させてフリーボード滞留時間を１〜５ｓｅｃの間で、フリーボード滞留時間とＣＯ濃度の関係を、脱水汚泥専焼（フリーボード温度９００℃）、脱水汚泥／し渣混焼（フリーボード温度９００℃）、脱水汚泥専焼（フリーボード温度８５０℃）、サイクロン４温度８００℃以上の夫々について求めた。
【００２６】
図３にかかる実証試験における炉内高さ方向の、フリーボード滞留時間とＣＯ濃度の関係を示す。
本図よりフリーボード滞留時間の増加に対して指数的に減少する様子が分かる。し渣混焼時は傾きが緩やかであり減少率が小さいが、理由としてはフリーボードでの一部浮遊燃焼によるものと考えられる。
本図を見ると、汚泥専焼９００℃の場合は、滞留時間３．５秒でＣＯ濃度は１５ｐｐｍ程度と充分低くなり完全燃焼可能と言える。
しかし、し渣混焼時、又は汚泥専焼８５０℃の場合は、滞留時間が５〜６秒必要となることから、フリーボードの炉高は２２ｍ〜２６ｍ前後必要となる。
【００２７】
次にサイクロン４滞留時間を約０．４ｓｅｃに設定した場合のサイクロン４における入口と出口のＣＯ濃度の関係を図４に示す。
本図より理解されるとおり、サイクロン４通過により概ね１／２〜１／５までＣＯ濃度が減少し、その減少率は入口濃度が高いほど大きい。
【００２８】
次に図３と図４に基づいて、下記表１に、実証試験におけるサイクロン４でのＣＯ減少率をフリーボード滞留時間に換算した結果を示す。
本表より明らかなように実証試験におけるサイクロン４滞留時間は約０．４ｓｅｃであるのに対し、ＣＯ濃度低減効果をフリーボード滞留時間に換算すると、条件により幅があるが０．８〜２．６ｓｅｃとなる。フリーボード３の１／２〜１／６．５の滞留時間で同等のＣＯ低減効果が得られることになる。これは、サイクロン４内部の旋回流による混合攪拌効果によると考えられる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
従って前記実証炉におけるＣＯ濃度減少率のデータによると、サイクロン４での滞留時間１秒分はフリーボード部３の２秒分以上に相当する。
従って、例えばサイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．３５以上に設定しサイクロン直胴部Ｈを延長し滞留時間を０．５秒増加させると、フリーボード滞留時間を１秒以上減少させることが可能となる。
これは、循環流動層炉１の場合にフリーボード速度が４．５ｍ〜５．０ｍ／Ｓであるから１秒の減少は、フリーボード高さが４．５ｍ〜５．０ｍ減少することになる。
かかる見地に基づいて前記比較例を基準として、本発明の最も好適な実施形態を製作した。
前記したようにフリーボード３の１／２〜１／６．５の滞留時間で同等のＣＯ低減効果が得られる理由は、サイクロン４直胴部Ｈ内部の旋回流による混合攪拌効果である。
【００３１】
するとサイクロン４の直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．３５以上に設定し直胴部の長いサイクロン４を採用することで、燃焼排ガスの清浄化が可能（ＣＯ、ダイオキシン類等低減）となることが理解できる。
そしてサイクロン４出口よりシールポット４入口までのダウンカマー５を短く、最大０に設定すればそのダウンカマー５長さ分だけ、フリーボード高さを短く出来、その短縮したフリーボード高さの１／２以上にサイクロン４直胴部を長くすれば基準炉と同等の排ガス性状を得ながら、炉全体のコンパクト化を図ることが出来る。
方法：ライザ１ａの高さ短縮＋サイクロン４の直胴部延長、し渣混焼時、又は汚泥専焼８５０℃の場合は、滞留時間が５〜６秒必要となることから、比較炉ではフリーボード３の炉高は２２ｍ〜２６ｍ前後必要となるが、本実施例では比較炉と同等の炉高で、サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．３５以上に設定しサイクロン４直胴部延長するだけでし渣混焼時、又は汚泥専焼８５０℃においても排ガス性状を改善出来る循環流動床炉の製造が可能である。
【００３２】
先ず図２に示す比較炉では、
処理能力：脱水汚泥２００ｔｏｎ／日
排ガス量：２４，０３５Ｎｍ^３／ｈ（ａｔ８５０℃）
フリーボード空塔速度：４．５ｍ／Ｓ
フリーボード高さ（ｍ）１８．０ｍ
サイクロン４直胴部高さＨ（ｍ）３．７ｍ
直胴部直径Ｄ（ｍ）３．７ｍ（Ｈ／Ｄ：１）
炉本体重量：２８７．６ｔｏｎ
ダウンカマー高さ（ｍ）７．２ｍ
の比較例を製造した。
そしてかかる比較例において、
フリーボード滞留時間：３．５ｓｅｃ
サイクロン４滞留時間：１．８ｓｅｃ
に設定した場合に、ダウンカマー高さを０ｍまで低減させ、比較例と同様な
サイクロン４出口ＣＯ濃度：２０ｐｐｍ　（酸素濃度１２％換算）
サイクロン４出口ＤＸＮ濃度：０．１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ^３（酸素濃度１２％換算）
が得られる本発明の実験炉を製造する。
▲１▼　試算条件は、サイクロン４はフリーボードの２倍の燃焼高率を得られるものとする。即ち、サイクロン４部の滞留時間０．５ｓｅｃはフリーボード部の滞留時間１ｓｅｃに相当すると、フリーボード１ｍ低減するために必要な、サイクロン４直胴部の延長高さをＨは、
フリーボード断面積＝２．８５２π／４＝６．４ｍ^２
サイクロン４断面積＝３．７２π／４＝１０．８ｍ^２
６．４ｍ^２×１ｍ×１／２＝１０．８ｍ^２×Ｈ
Ｈ＝０．３ｍとなる。
【００３３】
この場合、ダウンカマー５の高さを０ｍまで低減したとき、もっともコンパクト化が可能であるのでダウンカマーをなくし、比較炉と同等な性能を得る本発明の実験炉を図１により製造した。
図１は本発明にかかる循環流動層炉の全体の概略の構成を示す模式図である。同図に示すように、本比較例の循環流動層炉１は、主に燃焼反応を行うライザ１ａと、遠心力沈降法等により排ガスと流動媒体とを固気分離するサイクロン４と、これに直接接続された炉内未燃ガスのサイクロン４への吹き抜けを防止するシールポット６と還流路７とから構成されるが、サイクロン４の下方に位置する流動媒体の通路であるダウンカマ−５は設けていない。
フリーボード空塔速度：４．５ｍ／Ｓ
フリーボード高さ（ｍ）１２．５ｍ
サイクロン直胴部高さ（ｍ）５．３ｍ
直胴部直径Ｄ（ｍ）３．７ｍ（Ｈ／Ｄ：１・４３）
炉本体重量：２４７．５ｔｏｎ
ダウンカマー高さ（ｍ）０ｍ
の実施例例を製造した。
そしてかかる実施例例において、
フリーボード高さ（ｍ）が１８／０ｍ〜１２．５ｍに、炉本体重量：２８７．６ｔｏｎから２４７．５ｔｏｎへと夫々大幅に減少し、その実験結果においてもフリーボード滞留時間は２．３ｓｅｃに減少したもののサイクロン滞留時間：２．４ｓｅｃと上昇したために、
サイクロン出口ＣＯ濃度は１０ｐｐｍ　（酸素濃度１２％換算）
サイクロン出口ＤＸＮ濃度は０．１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ^３　（酸素濃度１２％換算）
以下と比較例に対し性能の高い実験炉が得られた。
【００３４】
次に第２の実験炉として
フリーボード高さ（ｍ）１３．７ｍ
サイクロン直胴部高さ（ｍ）５．０ｍ
直胴部直径Ｄ（ｍ）３．７ｍ（Ｈ／Ｄ：１・３５）
ダウンカマー高さ（ｍ）０．５ｍ
の第２実施例例を製造した。
そしてかかる実施例例において、
フリーボード高さ（ｍ）が１８／０ｍ〜１３．７ｍに炉本体重量：２８７．６ｔｏｎから２５６．２ｔｏｎへと夫々大幅に減少し、その実験結果においてもフリーボード滞留時間は２．５ｓｅｃに減少したもののサイクロン滞留時間：２．３ｓｅｃと上昇したために、サイクロン出口ＣＯ濃度は１５ｐｐｍ　（酸素濃度１２％換算）サイクロン出口ＤＸＮ濃度は０．１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ^３　（酸素濃度１２％換算）と比較例と同等以上の性能の実験炉が得られた。
【００３５】
次に第２の比較炉として
フリーボード高さ（ｍ）１６．３ｍ
サイクロン直胴部高さ（ｍ）４．２ｍ
直胴部直径Ｄ（ｍ）３．７ｍ（Ｈ／Ｄ：１・１３５）
ダウンカマー高さ（ｍ）４．９ｍ
の第２比較例を製造した。
そしてかかる比較例例において、
フリーボード高さ（ｍ）が１８／０ｍ〜１６．３ｍに炉本体重量：２７４．１ｔｏｎから２５６．２ｔｏｎへと僅かに減少し、その実験結果においてもフリーボード滞留時間は２．５ｓｅｃに減少したもののサイクロン滞留時間：２．３ｓｅｃと上昇したために、サイクロン出口ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ　（酸素濃度１２％換算）サイクロン出口ＤＸＮ濃度は０．１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ^３　（酸素濃度１２％換算）と比較例と同等の性能の実験炉が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、都市ゴミや産業廃棄物、特に高含水率かつ水分変動の大きい汚泥やし渣混焼の等の焼却処理においても、炉高を高くすることなくサイクロンの力を有効に利用して被燃焼物の完全燃焼を図ることにより炉口付近での未燃ガス濃度を低減し、ＣＯ、ダイオキシン類等の有害ガスの排出を抑制し延いては設置コストの低減を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る循環流動層炉の全体の概略の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の比較例にかかる循環流動層炉の全体の概略の構成を示す模式図である。
【図３】実証試験における炉内高さ方向の、フリーボード滞留時間とＣＯ濃度の関係を示す。
【図４】サイクロン４滞留時間を約０．４ｓｅｃに設定した場合のサイクロン４における入口と出口のＣＯ濃度の関係を示す。
【図５】本発明と比較例に適用されるサイクロンの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　循環流動層炉
１ａライザ
２　流動層
３　フリーボード
４　サイクロン
５　ダウンカマ
６　シールポット
９　二次空気

Claims

ライザの炉壁途中位置より二次空気を導入するライザ上方空間のフリーボード空間で被燃焼物又はその熱分解ガスと流動砂とを混合しながら燃焼させた後、該ライザより飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とをサイクロンで分離した後、シールポットを介してライザ内に戻す循環型流動層炉において、
前記サイクロンの直胴部高さＨを直胴部直径Ｄに対し、Ｈ／Ｄを１．２以上好ましくは１．３５以上に設定したことを特徴とする循環型流動層炉。
ライザの炉壁途中位置より二次空気を導入するライザ上方空間のフリーボード空間で被燃焼物又はその熱分解ガスと流動砂とを混合しながら燃焼させた後、該ライザより飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とをサイクロンで分離した後、シールポットを介してライザ内に戻す循環型流動層炉において、
サイクロンの滞留時間ｈｓをフリーボード滞留時間ｈｆのｈｓ／ｈｆを８０％〜２００％に設定したことを特徴とする循環型流動層炉。
前記サイクロン下部に設けるダウンカマー長さを略２ｍ以下（小数点以下を四捨五入換算）に設定したことを特徴とする請求項１及び２記載の循環型流動層炉。
前記流動炉のフリーボード高さが７〜１５ｍ、サイクロン直胴部高さを３．０〜５．０ｍに夫々設定した場合に、フリーボード滞留時間が１．５〜３秒でサイクロン滞留時間が０．５〜１．０秒に入るように、ダウンカマー高さを５ｍ以下、及び前記Ｈ／Ｄを１．２以上に夫々調整したことを特徴とする請求項１若しくは２記載の循環型流動層炉。
請求項１、２、３、若しくは４記載の循環型流動層炉において、サイクロン内温度を８００℃以上を維持するようになるように、二次空気を予熱するか若しくはサイクロンに余熱回収用のボイラを取付けないことを特徴とする循環型流動層炉。
ライザの炉壁途中位置より二次空気を導入するライザ上方空間のフリーボード空間で被燃焼物又はその熱分解ガスと流動砂とを混合しながら燃焼させた後、該ライザより飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とをサイクロンで分離した後、シールポットを介してライザ内に戻す循環型流動層炉において、
脱水下水汚泥のように水分が７０〜９０％の被燃焼物の燃焼を行う際に、フリーボード空間下方の流動床空間に助燃料を供給し、前記フリーボード空間を８５０℃以上に維持することで、その出口側に位置するサイクロンを８００℃以上の高温に維持させたことを特徴とする請求項１、２、３、若しくは４記載の循環型流動層炉。