JP2004245551A

JP2004245551A - 循環流動床炉の運転方法

Info

Publication number: JP2004245551A
Application number: JP2003038459A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakagawa; 崇中川; Minoru Tejima; 実手嶋; Takashi Otsuka; 敬大塚
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP4038439B2

Abstract

【課題】効率よく被処理物を燃焼可能な循環流動床炉の運転方法を提供する。
【解決手段】第一の平均粒径の第一粉体２０と、第一の平均粒径より大きな第二の平均粒径を有する第二粉体２２とを混合して、流動媒体２４とする。そして、第二粉体２２を、流動化空気により炉本体１の下部で気泡流動化させて濃厚層３２を形成し、投入される被処理物の攪拌・乾燥や燃焼等を炉本体１下部の濃厚層３２において良好に行わせる。また、第一粉体２０を、流動化空気により炉本体１内を上方に向かって飛散させ、フリーボードの温度を十分高温に維持し、形成された固体分や可燃ガスをフリーボードにおいて十分燃焼させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を焼却する循環流動床炉の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、下水汚泥等の被処理物を燃焼する燃焼炉として、循環流動床炉が知られている。循環流動床炉は、炉本体内で流動化空気によって流動媒体を流動させあるいは飛散させ、この際に被処理物を攪拌、乾燥、燃焼させると共に、炉出口に接続されるサイクロン等の流動媒体回収装置によって飛散した流動媒体を炉内に戻す。このような循環流動床炉では、一般的に、珪砂六号といわれる平均粒径３００μｍ程度の珪砂や、珪砂七号といわれる平均粒径１３０μｍ程度の珪砂が流動媒体として用いられる。このような流動媒体を用いることにより、流動化空気によって流動媒体が効率よく炉本体内で飛散すると共にサイクロン等で好適に回収されて循環され、被処理物の好適な攪拌・乾燥と燃焼が行なわれる。
【特許文献１】
特開２００２−１４７７２５号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような循環流動床炉において、より効率よく被処理物の燃焼を行いたいという要望がある。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、効率よく被処理物を燃焼可能な循環流動床炉の運転方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る循環流動床炉の運転方法は、炉本体内で流動媒体に対して流動化空気を供給し炉本体から排出される排出ガスから流動媒体を分離して炉本体に戻すと共に、炉本体内に被処理物を導入して当該被処理物を炉本体内で燃焼させる循環流動床炉の運転方法において、第一の平均粒径を有する第一粉体と、第一の平均粒径よりも大きな第二の平均粒径を有する第二粉体とを混合して、流動媒体とすることを特徴とする。
【０００６】
本発明の運転方法によれば、流動化空気の空気量と空気圧を所望の最適値に設定することにより、平均粒径の大きな第二粉体は炉本体の下部で気泡流動化され、濃厚層が形成される。このため、投入される被処理物の攪拌・乾燥や燃焼等が炉本体下部の濃厚層において良好に行われる。これに対して、平均粒径の小さい第一粉体は、炉本体の下部に留まることなく流動化空気により炉本体内を上方に向かって好適に飛散され、炉本体内で濃厚層より上方のフリーボードに、粒子が所定の濃度で存在する希薄層が形成される。このため、フリーボードの温度が十分高温に維持され、濃厚層での乾燥や燃焼により形成される微少固体可燃粒子や可燃ガスが炉本体内のフリーボードにおいて十分燃焼される。このため、循環流動床炉の燃焼効率が高くなる。
【０００７】
ここで、各粉体として、珪砂や石灰石を例示できる。
【０００８】
また、第一粉体及び第二粉体は珪砂であり、第一粉体の平均粒径は０．０５ｍｍ以上〜０．６ｍｍ以下であり、第二粉体の平均粒径は０．２ｍｍ以上〜０．９ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
第二粉体として０．２〜０．９ｍｍ程度の珪砂の粉体を用いると、この粉体によって炉本体内に濃厚層が容易に形成できる。また、第一粉体として、０．０５〜０．６ｍｍ程度の珪砂の粉体を用いると、この粉体を炉本体内を好適に飛散させることができると共に、炉本体から排出されたこの小さい粉体をサイクロン等で好適に回収し、炉本体に循環できる。
【００１０】
また、第一粉体の重量を１としたときに、第二粉体の重量を０．５以上〜２．０以下とすることが好ましい。
【００１１】
これによれば、濃厚層と希薄層とがバランス良く炉本体内に形成され、燃焼が好適に行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る循環流動床炉の運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態が実施される循環流動床炉１００を示す概略構成図である。
【００１４】
本実施形態の循環流動床炉１００は、下水汚泥等の被処理物を焼却する炉であって、流動媒体２４が流動化されると共に被処理物が燃焼される垂直筒状の炉本体１と、炉本体１の上部から排出される燃焼排ガスから流動媒体２４等の粒子を回収するサイクロン２と、このサイクロン２によって回収された流動媒体２４等の粒子を炉本体１の下部に戻すループシール３と、を主として備えている。
【００１５】
炉本体１の底部には、流動化空気ラインＬ４を介して供給される流動化空気を炉本体１内に導入し、流動媒体２４を流動化させると共に被処理物の燃焼を行わせる一次空気ノズル１０と、炉本体１の底部から不燃物等を抜き出しラインＬ７を介して外部に排出させる抜出ノズル１５と、助燃燃料ラインＬ２を介して供給される助燃用燃料を燃焼し被処理物を補助燃焼させる助燃バーナ１３と、が設置されている。
【００１６】
また、炉本体１の側面の下部には、被処理物ラインＬ１を介して供給される被処理物を炉本体１に投入するスクリューコンベア１４と、二次空気ラインＬ５から供給される二次空気を炉本体１の中央部に導入して炉内で二次燃焼をおこさせる二次空気ノズル１１と、昇温用燃料ラインＬ３を介して供給される昇温用燃料を燃焼し炉本体１の起動時等に流動媒体２４を昇温する昇温バーナ１２と、が設置されている。
【００１７】
サイクロン２は、炉本体１の上部に形成された出口に接続され、当該出口から流動媒体２４等を含む高温のガスを導入して旋回させ、流動媒体２４等の固体分とガスとを遠心力で分離する。分離された燃焼排ガスは、排ガスラインＬ６を介して後段に排出される一方、回収された固体分はサイクロン２の下方に設置されたループシール３に導入され、ループシール３はこの固体分を炉本体１の底部に循環する。
【００１８】
次に、本実施形態に係る循環流動床炉１００の運転方法について説明する。
【００１９】
まず、循環流動床炉１００の炉本体１内に硅砂等の流動媒体２４を投入する。本実施形態では、特に、大粒径粉体（第二粉体）２２と、この大粒径粉体２２よりも平均粒径の小さな小粒径粉体（第一粉体）２０と、を混合して炉本体１内に導入し、流動媒体２４とする。本実施形態において、平均粒径とは、重量基準の粒度分布における５０％径である。
【００２０】
次に、昇温バーナ１２でこの流動媒体２４を加熱して所定の温度、例えば、６５０℃にすると共に、一次空気ノズル１０を介して一次空気を導入して流動媒体２４を流動化させる。このとき、一次空気の流量を適切に調節することにより、大粒径粉体２２が炉本体１の底部に留まって気泡流動化されて濃厚層３２が形成される一方、小粒径粉体２０は大粒径粉体２２よりも粒径が小さいために炉本体１内を上昇するガスに同伴されて飛散し、炉本体１の中央部及び上部のフリーボードにおいて所定の濃度で粒子が存在する希薄層３０が形成される。炉本体１内から排出されるガスは、サイクロン２に導入され、遠心力によって小粒径粉体２０を主とした流動媒体２４が回収されてループシール３を介して炉本体１の底部に回収される一方、小粒径粉体２０を主とした流動媒体２４が除去されたガスは外部に排出される。
【００２１】
次に、スクリューコンベア１４を介して炉本体１内に被処理物を投入し、さらに、フリーボードに対して二次空気を供給する。これによって、昇温バーナ１２によって６５０℃程度とされた濃厚層３２内に被処理物が保持されて流動化され、被処理物の攪拌・乾燥がなされると共に、さらに、燃焼が行われる。また、このような燃焼により発生したＣＯやＨ_２等の未燃ガスや、微少可燃粒子等は、フリーボード内を希薄層３０を形成する小粒径粉体２０と共に上昇し、このフリーボードに対して供給される二次空気によって燃焼される。このとき、フリーボードでは小粒径粉体２０によって十分な粒子濃度の希薄層３０が形成されているので、希薄層３０内の温度が８５０℃程度に維持され、これによって、フリーボードを上昇する一次燃焼ガスや固体分が十分に燃焼される。
【００２２】
なお、上述の燃焼の過程では、必要に応じて、濃厚層３２が所定の温度を維持できるように助燃バーナ１３によって加熱をおこなうことができる。
【００２３】
ここで、大粒径粉体２２として、平均粒径が０．２〜０．９ｍｍの範囲内にある珪砂の粉体を用い、小粒径粉体２０として平均粒径が０．０５〜０．６ｍｍの範囲内にある珪砂の粉体を用いることが好ましい。
【００２４】
このような大粒径粉体２２を用いると、炉本体１において、十分に気泡流動化された濃厚層３２を好適に形成でき、被処理物が十分に保持されて、攪拌、乾燥、燃焼が好適になされる。大粒径粉体２２の平均粒径が０．２ｍｍよりも小さくなると濃厚層３２の形成が困難になる傾向がある一方、平均粒径が０．９ｍｍよりも大きくなると濃厚層３２の十分な気泡流動化が困難となる傾向がある。
【００２５】
また、上述のような小粒径粉体２０を用いると、濃厚層３２の上方のフリーボードにおいて、十分な濃度の希薄層３０を容易に形成できる。小粒径粉体２０の平均粒径が０．０５ｍｍよりも小さい場合は後段のサイクロン２での小粒径粉体２０の回収が困難となる傾向がある一方、平均粒径が０．６ｍｍを超える場合は炉本体１内で流動化空気により飛散させることが困難となる傾向がある。
【００２６】
また、大粒径粉体２２の投入重量をＷＬとし、小粒径粉体２０の投入重量をＷＳとしたときに、０．５≦（ＷＳ／ＷＬ）≦２．０を満たすように各々の投入重量決定することが好ましい。
【００２７】
このようにすると、大粒径粉体２２と小粒径粉体２０とが少なくとも１／３以上の重量比で各々存在し、濃厚層３２と希薄層３０とがバランス良く炉本体１内に形成される。このため、被処理物の攪拌・乾燥と燃焼とがより効率的に行われる。
【００２８】
なお、重量比がこの範囲を外れると、大粒径粉体２２が少なくなって濃厚層３２の高さが十分でなくなったり、小粒径粉体２０が少なくなって希薄層３０の濃度が十分でなくなったりする傾向がある。
【００２９】
ここで、投入する流動媒体の総量（ＷＬ＋ＷＳ）は、運転停止状態で（炉底面積）×（高さ１ｍ）の容量を基準とし、より効率よく燃焼させるべく、被処理物の水分負荷に応じて、設定することが好ましい。
【００３０】
また、大粒径粉体２２の重量ＷＬについては、濃厚層３２の総高さを約１．５ｍ以上確保することを基準とし、被処理物を十分に保持した状態で濃厚層３２のバブリングを行わせるべく、被処理物の嵩比重と、大粒径粉体２２の嵩比重との関係に基づいて設定することが好ましい。
【００３１】
また、大粒径粉体２２や小粒径粉体２０としては、例えば、珪砂や石灰石が好適に利用できる。なお、石灰石を用いると、燃焼排ガス中の硫黄酸化物ガス、ダイオキシン等の塩素系ガス、シアン系ガス等の酸性ガスの中和等を同時に行うことができる。さらに、大粒径粉体２２や小粒径粉体２０として、石灰石や珪砂を混合して用いても良い。
【００３２】
なお、長時間の運転により、摩耗や高温による劣化等により、大粒径粉体２２や小粒径粉体２０の粒径が小さくなった場合には、定期的に、各流動媒体を補充すれば、好適な燃焼を継続できる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る循環流動床炉の運転方法においては、大粒径粉体２２と、これよりも平均粒径の小さな小粒径粉体２０と、を混合して流動媒体２４としている。このため、大粒径粉体２２は炉本体１の下部で気泡流動化し、濃厚層３２が形成され、投入される被処理物の攪拌・乾燥や燃焼が炉本体１の下部の濃厚層３２において良好に行われる。一方、小粒径粉体２０は、流動化空気によって炉本体１内を好適に飛散し、炉本体内で濃厚層３２より上方のフリーボードに、粒子が所定の濃度で存在する希薄層３０が形成される。このため、フリーボードの温度が十分高温に維持され、微少な固体可燃分や可燃ガスが炉本体１内のフリーボードにおいて十分燃焼される。これらによって循環流動床炉１００の燃焼効率が高くなり、空気量の削減や補助燃料の削減が可能となり、さらに、安定運転が可能となる。
【００３４】
つぎに、本実施形態に係る実施例について説明する。
【００３５】
本実施例においては、大粒径粉体２２として珪砂五号の粉体を用い、小粒径粉体２０として、珪砂六号の粉体を用いた。
【００３６】
珪砂五号の粉体とは、図２の線Ｂに示すように、０．２〜０．８ｍｍの粒度分布の珪砂であり、図３に示すように、平均粒径５８０μｍ、嵩比重は１．３２ｇ／ｃｍ^３、真比重は２．５６ｇ／ｃｍ^３、灼熱減量は０．３１％である。ここで、本実施例において、平均粒径とは、重量基準の粒度分布における５０％径である。
【００３７】
また、珪砂六号の粉体とは、図２の線Ｃに示すように、０．１〜０．４ｍｍの粒度範囲の珪砂であり、図３に示すように、平均粒径３００μｍ、嵩比重は１．２４ｇ／ｃｍ^３、真比重は２．５６ｇ／ｃｍ^３、灼熱減量は０．３１％である。
【００３８】
また、大粒径粉体２２の投入重量ＷＬ及び小粒径粉体２０の投入重量ＷＳは、ＷＳ／ＷＬ＝０．５となるように設定した。
【００３９】
そして、上述のように運転を行い、被処理物として、下水汚泥を供給して燃焼を行った。ここで、含水率８２％の脱水汚泥の嵩比重は０．８３であった。
【００４０】
この結果、炉本体１の底部に十分な高さの濃厚層３２が形成されると共に、フリーボード部に十分な濃度の希薄層３０が形成され、下水汚泥が効率よく燃焼されることが確認された。なお、得られたＣＦＢ灰の平均粒径と灼熱減量を図２の線Ｆ及び図３に示す。
【００４１】
また、大粒径粉体として珪砂五号の粉体を用い小粒径粉体として図２の線Ｄ及び図３に示す珪砂七号の粉体を用いた場合、大粒径粉体として図２の線Ａ及び図３に示す珪砂四号の粉体を用い小粒径粉体として珪砂五号の粉体を用いた場合、大粒径粉体として珪砂四号の粉体を用い小粒径粉体として珪砂六号の粉体を用いた場合、大粒径粉体として珪砂四号の粉体を用い小粒径粉体として珪砂七号の粉体を用いた場合、大粒径粉体として珪砂六号の粉体を用い小粒径粉体として珪砂七号の粉体を用いた場合についても実験を行ったが、同様の結果が得られた。
【００４２】
さらに、流動媒体として石灰石を用い、平均粒径１ｍｍの大粒径の石灰石と、平均粒径０．０３ｍｍの小粒径の石灰石を用いた場合でも、同様の結果がえられた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る循環流動床炉の運転方法によれば、第一の平均粒径の第一粉体と、第一の平均粒径より大きな平均粒径の第二粉体とを混合して流動媒体とする。そして、第二粉体を流動化空気により炉本体の下部で気泡流動化させて濃厚層を形成し、投入される被処理物の攪拌・乾燥や燃焼等を炉本体下部の濃厚層において良好に行わせる。また、第一粉体を、流動化空気により炉本体内を上方に向かって飛散させ、フリーボードの温度を十分高温に維持し、形成された微少固体粒子や可燃ガスをフリーボードにおいて十分燃焼させる。これによって、効率よく被処理物を燃焼可能な循環流動床炉の運転方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る循環流動床炉を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態で用いられる粉体の粒径分布を示す図である。
【図３】本実施形態で用いられる粉体の特性を示す図である。
【符号の説明】
１…炉本体、２４…流動媒体、２０…小粒径粉体（第一粉体）、２２…大粒径粉体（第二粉体）、２…サイクロン、３…ループシール、１００…循環流動床炉。

Claims

炉本体内で流動媒体に対して流動化空気を供給し前記炉本体から排出される排出ガスから前記流動媒体を分離して前記炉本体に戻すと共に、前記炉本体内に被処理物を導入して当該被処理物を前記炉本体内で燃焼させる循環流動床炉の運転方法において、
第一の平均粒径を有する第一粉体と、前記第一の平均粒径よりも大きな第二の平均粒径を有する第二粉体とを混合して、前記流動媒体とすることを特徴とする、循環流動床炉の運転方法。
前記第一粉体又は第二粉体は、珪砂又は石灰石であることを特徴とする、請求項１に記載の循環流動床炉の運転方法。
前記第一粉体及び前記第二粉体は珪砂であり、前記第一粉体の平均粒径は０．０５ｍｍ以上〜０．６ｍｍ以下であり、前記第二粉体の平均粒径は０．２ｍｍ以上〜０．９ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の循環流動床炉の運転方法。
前記第一粉体の重量を１としたときに、前記第二粉体の重量を０．５以上〜２．０以下とすることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の循環流動床炉の運転方法。