JP2004093058A

JP2004093058A - 流動床焼却炉

Info

Publication number: JP2004093058A
Application number: JP2002257350A
Authority: JP
Inventors: Kouya Takeda; 竹田　航哉; Yasuki Matsushita; 松下　康樹; Kyoji Yamamoto; 山本　恭司
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁の真下部に形成されていた流動媒体の不動部を無くして、熱の移動を円滑に行う。
【解決手段】流動層５２を備えた室を、下側のみが連通している隔壁５４、並びに上側及び下側が連通している隔壁５６で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セル５８と、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セル６０と、熱回収部を設けた収熱セル６２との少なくとも３室に区分し、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁５４の真下に位置するガス分散板６６に、流動化ガスを供給する吹出し部を設ける。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、ＲＤＦ（ごみ固形燃料）、産業廃棄物などの可燃物（燃料）を流動層で燃焼させる流動床焼却炉の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流動層を備えた室を仕切により燃焼セルと収熱セル（熱回収セル）とに区分し、燃焼セルの流動化ガス流速を収熱セルの流動化ガス流速よりも大きくとることにより、燃焼セルの流動物質（流動媒体）を仕切の上側通路から収熱セルへ流入させ、仕切の下側通路から収熱セルの流動物質を燃焼セルに還流するようにしたごみ等を燃焼・焼却するための流動床炉が知られている。
【０００３】
また、特許第２８９１９９６号公報には、流動層を備えた室を、上側及び下側にそれぞれ通路が形成されるように第１の仕切部材で燃焼セルと収熱セルとに区分し、燃焼セルの空塔速度が収熱セルの空塔速度より大きくなるように変化させて流動物質（流動媒体）を前記通路を通して循環させる流動層燃焼方法において、第１の仕切部材に近接し、かつ平行に燃焼セル側に第２の仕切部材を設け、この第２の仕切部材の上端、又は第１の仕切部材の上側の通路のさらに上側に設けられ、かつ第２の仕切部材の先端が接続された延長仕切部材の上端を燃焼セルからの流動物質が流入しない程度に高くし、第２の仕切部材の下端を第１の仕切部材の下端よりも高くして、第１の仕切部材と第２の仕切部材との間の間隙の下部近傍に流動化兼移送用ガスを供給して燃焼セルの流動物質を収熱セルに移動させるようにした流動層の仕切方法が記載されている。
しかしながら、このような二重隔壁構造の循環流動床炉では、第１の仕切部材と第２の仕切部材との間の間隙部（循環セル）は、流動媒体が流動するものの、隔壁下部に流動媒体の流動しない部分が山の形で生じ、連通部の熱移動可能な面積を狭めてしまい、燃焼セルからの熱移動が阻害されるという問題があった。
【０００４】
また、特開２０００−３２０８２１号公報には、分割壁の下方のエアノズルが他のエアノズルと吐出方法や吐出速度を異にして、熱媒体（流動媒体）の循環量を変えるようにした流動層燃焼装置が記載されている。この分割壁は隣り合うセルと上下部で連通しているため、媒体の移動はセル間の密度差を駆動力とし、分割壁の下側を流動化させなくても媒体の移動は生じている。
【０００５】
また、特許第２７２１８７３号公報には、流動層を上部及び下部に開口を有する仕切部材で２つの室に区分し、それぞれの室の空塔速度を変化させて流動物質（流動媒体）を循環させ、流動層内の仕切部材を風箱内の仕切部材から空塔速度の小さい室側にずらして配置している流動床炉が記載されている。しかし、この公報記載の発明の目的は、流動層仕切部材の磨耗低減にあり、熱移動の阻害を防止するためのものではない。
【０００６】
図６は、前述の特許第２８９１９９６号公報記載の流動床炉と同型の流動床焼却炉を示し、図７は図６において鎖線円で囲まれた部分を拡大したものを示している。
図６において、１０は流動層、１２は下側のみが連通している隔壁（上記公報における第２の仕切部材）、１４は上側及び下側が連通している隔壁（上記公報における第１の仕切部材）、１６は燃焼セル、１８は循環セル、２０は収熱セル、２２は伝熱管群からなる熱回収部、２４はガス分散板、２６は流動化ガス供給ノズル、２８、３０、３２は風箱、３４、３６は仕切である。
【０００７】
図６に示すような構造の流動床焼却炉においては、図７に示すように、燃焼セル１６と循環セル１８との間の下側のみが連通している隔壁１２の下側に、流動しない部分、すなわち不動部３８が山の形で生じ、さらにその上側に流動が緩慢な領域４０が生じて、連通部４２の移動可能な面積を狭めてしまい、燃焼セル１６から循環セル１８への熱移動が阻害されるという欠点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、流動層内を隔壁により少なくとも３室に区分された流動床焼却炉は、各セルに独立して流動化ガスを供給できるように風箱内は仕切によって区分されているが、その仕切箇所は隔壁の真下部であり、このため、隔壁の真下に位置するガス分散板に流動化ガスを供給するノズルを設置することができなかった。そのため、下側のみが連通している隔壁下部では流動しない媒体が存在し、この不動部が連通部を狭くするため熱の移動を阻害していた。
【０００９】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、燃料を供給して燃焼が行われる燃焼セルと、熱回収部を設けた収熱セルに流動媒体を流入させる循環セルとの間に設けられている下側のみが連通している隔壁の真下に位置するガス分散板又はその付近に、流動化ガスが供給されるノズル又は散気管を設置することにより、隔壁下側の連通部の熱の移動を良好にするようにした流動床焼却炉を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の流動床焼却炉は、流動層を備えた室を、下側のみが連通している隔壁、並びに上側及び下側が連通している隔壁で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セルと、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セルと、熱回収部を設けた収熱セルとの少なくとも３室に区分し、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁の真下に位置するガス分散板に、流動化ガスを供給する吹出し部を設けて構成されている（図１〜図３参照）。
【００１１】
この流動床焼却炉において、吹出し部の風箱が、燃焼セル風箱と共通している構成とする場合がある（図１参照）。また、吹出し部の風箱が、循環セル風箱と共通している構成とする場合がある（図２参照）。さらに、吹出し部の風箱が、独立した風箱であるように構成する場合がある（図３参照）。
【００１２】
また、本発明の流動床焼却炉は流動層を備えた室を、下側のみが連通している隔壁、並びに上側及び下側が連通している隔壁で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セルと、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セルと、熱回収部を設けた収熱セルとの少なくとも３室に区分し、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁の真下に位置するガス分散板の上側又はその近傍に、流動化ガスを供給する散気管を設けたことを特徴としている（図４参照）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、本発明の実施の第１形態による流動床焼却炉を示している。５０は炉本体で水冷管構造又は耐火材構造で製作されている。
【００１４】
炉本体５０内の流動層５２を備えた室が、下側のみが連通している隔壁５４、並びに上側及び下側が連通している隔壁５６で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セル５８と、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セル６０と、熱回収部６４を設けた収熱セル６２との３室に区分され、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁５４の真下に位置するガス分散板６６に、流動化ガスを供給する吹出し部が設けられている。図１では吹出し部の一例として、流動化ガス供給ノズル６８を設けた場合を示している。なお、隔壁５４、５６は水冷管７０を耐火材７２で被覆した構造をしている。
【００１５】
燃焼セル５８に可燃物供給手段から、都市ごみ、ＲＤＦ、産業廃棄物などの可燃物（燃料）が供給される。燃焼セル５８の下側に設けられた風箱７４からガス分散板６６を介して供給されるガス（例えば空気）によって流動物質（流動媒体）を流動化させて可燃物を燃焼させる。
【００１６】
収熱セル６２の流動層内には多数の伝熱管７６が設けられて、収熱セル６２の下側の風箱７８からガス分散板８０を介して供給されるガス（例えば、空気）によって流動物質が流動化されて伝熱管７６によって熱を吸収するように構成されている。伝熱管７６は過熱器管、蒸発器管、再熱器管、水冷管等である。流動物質は０．５〜１ｍｍ程度の粒子（例えば、珪砂などの砂）で構成され、必要に応じて生石灰、石灰石、ドロマイトなどが脱塩剤又は脱硫剤として供給され、燃焼セルの下側からのガスで流動化開始速度の３〜５倍程度の空塔速度で流動化して可燃物を燃焼させる。
【００１７】
燃焼セル５８の温度は一般的に５５０〜９００℃程度であり、その目的、例えば脱塩を実施する条件では５５０〜７００℃、脱硫を実施する条件では７５０〜８５０℃程度など所定の温度になるように設計、運転される。可燃物の発熱量が高いと燃焼セル５８の流動層温度が高くなるので、燃焼によって発生した熱の一部を収熱セル６２の伝熱管７６で収熱して所定の燃焼温度になるように制御する。
【００１８】
収熱セル６２の流動層の空塔速度は、流動化開始速度から流動化開始の４倍程度の範囲であり、燃焼セル５８から、隔壁５６の上側の通路８２を通って高温の流動物質が収熱セル６２に移動し、伝熱管７６によって熱回収され、冷却された流動物質は隔壁５６の下側の通路８４から循環セル６０に循環される。８６は循環セルのガス分散板、８８は循環セルの風箱、９０、９２は仕切、９４、９８、１００は流動化ガス供給管、１０２、１０６、１０８は流動化ガス流量調節弁（例えば、ダンパー）で、流動化ガス供給管と流動化ガス流量調節弁とで独立した流動化ガス吹込量調節機構を構成している。
【００１９】
燃焼セル５８と循環セル６０とを区分する隔壁５４の上端は、燃焼セル５８からの流動物質が循環セル６０及び収熱セル６２に混入しない程度に高くなっており、この隔壁５４の下端は他の隔壁５６の下端より高くなっている。すなわち、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の下端は循環セルと収熱セルとを区分する隔壁５６下側の通路高さよりも高くなるように開口させている。１１０は開口である。
【００２０】
上記のように、本実施形態では、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の真下部の吹出し部、すなわち隔壁５４の真下部の流動化ガス供給ノズル６８の風箱が、燃焼セルの風箱７４と共通している。なお、流動化ガス供給ノズル６８は、キャップ型でもマッシュルーム型でもよい。また、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の下端の形状は、平面でもよく、縦断面半円形等の曲面でもよい。本実施形態では、炉を３室に区分する場合について説明したが、燃焼セル、循環セル及び収熱セルに区分する構造であれば、４室以上に区分する構造の炉にも適用することができる。
【００２１】
つぎに、本実施形態による流動床焼却炉の作用について説明する。循環セル６０の下部近傍に流動化ガス（例えば、空気）が供給されると、燃焼セル５８の流動層の下部の流動物質が矢印で示されるように、隔壁５６の上側の通路８２を通って収熱セル６２に移送される。燃焼セル５８の流動層の下部は、ごみ等の可燃分の含有量が少なく、かつ灰分濃度が低いので、流動物質（例えば、珪砂）を主とするものが収熱セル６２にスムーズに移動することになる。このため、収熱セル６２では、ごみ等の可燃物に含まれる塩素系化合物によるＨＣｌの発生はきわめて少なく、伝熱面の腐食は防止され、かつ、灰分中のＮａ、Ｋ、Ｃａなどの化合物によるコーチングも防止される。また、ＲＤＦを燃焼させる場合でも、ＲＤＦが収熱セルに流入しないので、ＲＤＦに含まれるＣａ化合物によるコーチングを防止することができる。
【００２２】
以下に実験例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。まず、図６に示す従来構造の流動床焼却炉を用いて実験を行った。
層内を区分する隔壁１２は、主として水冷管を耐火材で覆っている構造であり厚さ１００〜１５０ｍｍ程度のものが一般的に用いられる。ここでは、１００ｍｍの厚さを持つ隔壁１２を用いて、隔壁１２下方における燃焼セル１６から循環セル１８への時間当たりの熱移動について実験を行った。燃焼セル１６と循環セル１８はそれぞれ流動化ガスの流速を変化させるため、隔壁１２中心部の真下にあたる部分に風箱内仕切３４を設ける構造とした。この結果、燃焼セル１６のノズル２６と循環セル１８のノズル２６との間隔は、それぞれのセル内におけるノズル間隔の２倍近くになった。この時の時間当たりの熱移動量を、図５において破線で示した。これは、不動部分及び流動が緩慢な部分が生じていることを示している。
【００２３】
そこで、図１に示す流動床焼却炉のように、隔壁５４の真下にノズル６８を設置し、同様な条件で実験を行ったところ、不動部分及び緩慢な流動部分がほとんどなくなり、また、時間当たりの熱移動量は図５における実線の通りとなった。なお、図５における破線は隔壁真下からの吹込み無の場合、実線は隔壁真下からの吹込み有の場合である。また、隔壁５４の構造及び厚さは、図６の場合と同様であった。
この結果から、隔壁直下から流動化空気を吹き込むことで、燃焼セルからの時間当たりの熱移動量が３０％程度上昇することが分かった。時間当たりの熱移動量の増加は熱の無駄を低減化し、燃料（エネルギー）のより効率的な活用を可能にしている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の第２形態による流動床焼却炉を示している。本実施形態は、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の真下部の吹出し部、すなわち隔壁５４の真下部の流動化ガス供給ノズル６８の風箱が、循環セルの風箱８８と共通するように構成したものである。９０ａ、９２は風箱の仕切である。他の構成及び作用は実施の第１形態の場合と同様である。
【００２５】
図３は、本発明の実施の第３形態による流動床焼却炉を示している。本実施形態は、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の真下部の吹出し部、すなわち隔壁５４の真下部の流動化ガス供給ノズル６８の風箱が、他の風箱、すなわち、燃焼セルの風箱７４、循環セルの風箱８８、収熱セルの風箱７８と独立した風箱１１２であるように構成したものである。独立した風箱１１２は仕切９０、９０ａで形成されている。他の構成及び作用は実施の第１形態の場合と同様である。
【００２６】
図４は、本発明の実施の第４形態による流動床焼却炉を示している。本実施形態は、燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁５４の真下部の吹出し部、すなわち隔壁５４の真下部のガス分散板の上側又はその近傍に、流動化ガスを供給する散気管１１４を設けて構成したものである。９０ｂ、９２は風箱の仕切で、図６に示す従来構造の流動床焼却炉におけるものと同じである。なお、図４においては、隔壁５４の下面を縦断面半円形に示しているが、この形状に限定されることなく、平面状のものでも差し支えない。他の構成及び作用は実施の第１形態の場合と同様である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）　燃焼セルと循環セルとを区分する隔壁の真下に位置する部分に流動化ガスを吹き込む構成とすることにより、従来、この部分に形成されていた流動媒体の不動部が無くなり、このため、連通部が広くなって熱の移動を円滑に行うことができる。
（２）　上記（１）により、熱（エネルギー）の無駄を少なくすることができ、熱（エネルギー）を効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による流動床焼却炉を示す縦断面概略構成図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による流動床焼却炉を示す縦断面概略構成図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による流動床焼却炉を示す縦断面概略構成図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による流動床焼却炉を示す縦断面概略構成図である。
【図５】実験例における流動化ガスの流速と燃焼セルから循環セルへの熱移動量との関係を示すグラフである。
【図６】従来の流動床焼却炉の一例を示す縦断面概略構成図である。
【図７】図６において鎖線円で囲まれた部分の拡大詳細説明図である。
【符号の説明】
５０　炉本体
５２　流動層
５４、５６　隔壁
５８　燃焼セル
６０　循環セル
６２　収熱セル
６４　熱回収部
６６、８０、８６　ガス分散板
６８　流動化ガス供給ノズル
７０　水冷管
７２　耐火材
７４、７８、８８、１１２　風箱
７６　伝熱管
８２、８４　通路
９０、９０ａ、９０ｂ、９２　仕切
９４、９８、１００　流動化ガス供給管
１０２、１０６、１０８　流動化ガス流量調節弁
１１０　開口
１１４　散気管

Claims

流動層を備えた室を、下側のみが連通している隔壁、並びに上側及び下側が連通している隔壁で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セルと、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セルと、熱回収部を設けた収熱セルとの少なくとも３室に区分し、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁の真下に位置するガス分散板に、流動化ガスを供給する吹出し部を設けたことを特徴とする流動床焼却炉。
吹出し部の風箱が、燃焼セル風箱と共通している請求項１記載の流動床焼却炉。
吹出し部の風箱が、循環セル風箱と共通している請求項１記載の流動床焼却炉。
吹出し部の風箱が、独立した風箱である請求項１記載の流動床焼却炉。
流動層を備えた室を、下側のみが連通している隔壁、並びに上側及び下側が連通している隔壁で、供給された燃料の燃焼が行われる燃焼セルと、収熱セルに流動媒体を流入させる循環セルと、熱回収部を設けた収熱セルとの少なくとも３室に区分し、燃焼セルと循環セルとの間の下側のみが連通している隔壁の真下に位置するガス分散板の上側又はその近傍に、流動化ガスを供給する散気管を設けたことを特徴とする流動床焼却炉。