JP2005121342A

JP2005121342A - 循環流動層炉の運転方法

Info

Publication number: JP2005121342A
Application number: JP2003359747A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Matsui; 聡松井; Toshihiko Iwasaki; 敏彦岩崎
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】設備費を増大させることなく、ライザ内における流動媒体による濃厚層及び希薄層の安定形成を行うことで燃焼及び／又はガス化処理の安定化を図ることが可能な循環流動層炉の運転方法を提供する。
【解決手段】処理対象物の燃焼及び／又はガス化処理を行うライザ１と、流動媒体である循環粒子を捕集して前記ライザ１へ戻すダウンカマー２とを備えた循環流動層炉の運転方法であって、流動媒体として平均粒径の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザ１の底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ１内の下部に前記流動媒体の濃厚層、上部に前記流動媒体の希薄層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環流動層炉の運転方法に関する。

循環流動層炉は、石炭やオイルコークスなどの燃料、都市ごみや廃プラスチックや汚泥や製紙スラッジなどの廃棄物、ＲＤＦ（燃料固形化ごみ）などを燃焼或いはガス化させて焼却処理や熱回収などを行うのに広く用いられている。

図２は、例えば、特開２００３−２４０２０９号公報（特許文献１）にその例示があるように、代表的な循環流動層炉を示す概略構成図である。図２に示す循環流動層炉は、処理対象物を焼却或いはガス化させるライザ１と、流動媒体である循環粒子を捕集してライザ１へと戻すダウンカマー２とで主に構成されている。ライザ１は炉本体１１からなり、炉本体１１内の下部には炉内に１次空気を吹き込む散気管１２が設けられている。また、炉本体１１の側壁には、炉内に２次空気を吹き込むための２次空気吹き込み口１３と、炉内に処理対象物を投入するための投入口１５とが下方から順次設けられている。

ライザ１では、散気管１２及び２次空気吹き込み口１３から炉内に空気を吹き込んで、投入口１５から炉内に投入した処理対象物を、炉底部に充填された砂などの流動媒体とともに流動化させる。その過程で、処理対象物は、乾燥され、揮発分を発散し、或いは、燃焼する。なお、含水率が高い処理対象物を専焼する場合や混焼割合が高く処理対象物の自燃が困難である場合は、炉本体１１の側壁に補助燃料供給口１４を設け、この補助燃料供給口１４からオイルガンやガスガンなどにより炉内に補助燃料を供給する方法も用いられている。

ダウンカマー２は、流動媒体などを捕集する捕集部２１と、捕集した流動媒体などをライザ１に戻す循環粒子戻し管２２とを備えている。ダウンカマー２には、多くの場合、ライザ１からのガスが捕集部２１内を上昇するのを防止するシール部２３が設けられている。ダウンカマー２には、処理対象物の燃焼などにより生じた排ガスや未燃分並びに流動媒体などが、ライザ１の上部から接続配管３を介して供給される。捕集部２１では、それらを排ガスと流動媒体や比較的粒径の大きな灰などとに分離する。捕集部２１で分離した排ガスは、比較的粒径の小さな灰などを同伴して排ガス処理設備へと送られ、除塵後に煙突から外部へと放出される。また、捕集部２１で回収した流動媒体や比較的粒径の大きな灰などは、循環粒子として、シール部２３及び循環粒子戻し管２２を介してライザ１の下部へと戻して未燃分の再燃焼などを行う。

上述の炉本体１１の炉床部に充填された流動媒体は、その下方から吹き込まれる1次空気により流動状態となり、流動媒体による濃厚層を形成し、その保有する高い熱量および撹拌効果により処理対象物の乾燥及び揮発分の発散を促進させる。また、前記炉本体１１の上方には、1次空気の吹き込み及び２次空気の吹き込みにより吹き上げられ、流動する流動媒体による希薄層が形成され、その流動する媒体の保有する熱量および撹拌効果により処理対象物の燃焼或いはガス化を行う。

つまり、このような循環流動層炉においては、ライザ内における流動媒体による濃厚層と希薄層の形成状態が炉内の燃焼状態に大きく影響を与える。
特開２００３−２４０２０９号公報

上記図２に示すような従来形の循環流動層炉は、ライザ内における流動媒体による濃厚層及び希薄層の形成状態を制御することで炉内の燃焼を制御している。通常、前記濃厚層及び希薄層の形成は１次空気の吹き込み量を調節して行っているが、１次空気の吹き込み量の調節だけでは流動媒体の流動量を制御することには限界があり、安定に濃厚層及び希薄層を形成することは困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、設備費を増大させることなく、ライザ内における流動媒体による濃厚層及び希薄層の安定形成を行うことで燃焼及び／又はガス化処理の安定化を図ることが可能な循環流動層炉の運転方法を提供することを目的とする。

上記の課題は次の発明により解決される。
［１］処理対象物の燃焼及び／又はガス化処理を行うライザと、流動媒体である循環粒子を捕集して前記ライザへ戻すダウンカマーとを備えた循環流動層炉の運転方法であって、流動媒体として平均粒径の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に前記流動媒体の濃厚層、上部に前記流動媒体の希薄層を形成することを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
［２］上記［１］において、流動媒体として、一方の媒体の平均粒径を１とした場合に、他方の媒体の平均粒径が０．５〜０．８５の範囲となるような２種類の媒体を用いることを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
［３］処理対象物の燃焼及び／又はガス化処理を行うライザと、流動媒体である循環粒子を捕集して前記ライザへ戻すダウンカマーとを備えた循環流動層炉の運転方法であって、前記流動媒体として粒子密度の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に前記流動媒体の濃厚層、上部に前記流動媒体の希薄層を形成することを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
［４］上記［３］において、流動媒体として、一方の媒体の粒子密度を１とした場合に、他方の媒体の粒子密度が０．２５〜０．７の範囲となるような２種類の媒体を用いることを特徴とする循環流動層炉の運転方法。

本発明によれば、設備費を増大させることなく、ライザ内における流動媒体による濃厚層及び希薄層の安定形成を行うことで燃焼及び／又はガス化処理の安定化を図ることが可能な循環流動層炉の運転方法が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図１は、本発明方法が適用される循環流動層炉の一例を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、循環流動層炉として、例えば、処理対象物である木屑等のバイオマスを熱分解、部分酸化或いは水蒸気改質等によりガス化処理し、原料生成或いはエネルギー回収を目的として可燃ガスを生成させる場合について説明するが、一般の廃棄物等の焼却処理に同様に用いることができることはいうまでも無い。

図１に示す循環流動層炉は、前記処理対象物をガス化させるライザ１と、流動媒体である循環粒子を捕集してライザ１へと戻すダウンカマー２とを備えている。ライザ１は炉本体１１からなり、炉本体１１内の下部には炉内に１次空気を吹き込む散気管１２が設けられている。また、炉本体１１の側壁には、炉内に処理対象物を投入するための投入口１５と、炉内に２次空気を吹き込むための２次空気吹き込み口１３とが下方から順次設けられている。

ライザ１では、散気管１２及び２次空気吹き込み口１３から炉内に空気を吹き込んで、投入口１５から炉内に投入した処理対象物を、炉底部に充填された流動媒体とともに上昇させる。その過程で、処理対象物は、乾燥され、揮発分を発散し、ガス化処理される。なお、含水率が高い処理対象物をガス化処理する場合は、炉本体１１の側壁に補助燃料供給口１４を設け、この補助燃料供給口１４からオイルガンやガスガンなどにより炉内に補助燃料を供給するようにしてもよい。

ダウンカマー２は、流動媒体などを捕集する捕集部２１と、捕集した流動媒体などをライザ１に戻す循環粒子戻し管２２とを備えている。ダウンカマー２には、ライザ１からのガスが捕集部２１内を上昇するのを防止するためのシール部２３を設けることが好ましい。ここで、前記捕集部２１としては、例えば、サイクロン式のものを用いることが好ましい。

前記ダウンカマー２には、処理対象物のガス化処理により生じた生成ガス並びに流動媒体などが、ライザ１の上部から接続配管３を介して供給される。捕集部２１では、それらを可燃ガスと流動媒体や比較的粒径の大きな灰などとに分離する。捕集部２１で分離された可燃ガスは、比較的粒径の小さな灰などを同伴して可燃ガス処理設備へと送られ、除塵後に貯蔵タンク等に貯蔵される。また、捕集部２１で回収した流動媒体や比較的粒径の大きな灰などは、循環粒子として、シール部２３及び循環粒子戻し管２２を介してライザ１の下部へと戻して未燃分の再燃焼などを行う。なお、前記シール部２３としては、例えば、ループシール、シールポット、Ｌバルブ等を用いることができる。

上述の炉本体１１の炉床部に充填された流動媒体は、その下方から吹き込まれる1次空気により流動状態となり、流動媒体による濃厚層を形成し、その保有する高い熱量および撹拌効果により処理対象物の乾燥及び揮発分の発散を促進させる。また、前記炉本体１１の上方には、1次空気の吹き込み及び２次空気の吹き込みにより吹き上げられ、流動する流動媒体による希薄層が形成され、その流動する媒体の保有する熱量および撹拌効果により処理対象物のガス化処理を完結させる。

このような構成の循環流動層炉において、本発明に係る循環流動層炉の運転方法は、流動媒体として平均粒径の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に流動媒体による濃厚層、上部に流動媒体による希薄層を形成することを特徴とするものである。

前記平均粒径の異なる２種類の媒体の内、平均粒径の大きい方の媒体は、ライザ底部から吹き込む１次空気によってはライザ上部まで吹き上げられることはなく、ライザ内の下部に留まる。それに対し、平均粒径の小さい方の媒体は、ライザ底部から吹き込む１次空気によって少なくともその一部がライザ内上方まで吹き上げられる。これにより、ライザ内の下部には平均粒径の大きい方の媒体を主とする流動媒体の密度の高い濃厚層が形成され、ライザ内上部には１次空気により吹き上げられた平均粒径の小さい方の媒体による流動媒体の密度の低い希薄層が形成される。

なお、前記１次空気の流量は炉の操業状況等により適宜変更され得るものであり、また、１次空気の流速はそれぞれの流動媒体における平均粒径の大きさにより濃厚層及び希薄層が適切に形成されるように調節される。

上述のように、本発明においては、平均粒径の異なる２種類の流動媒体を用いることにより、流動媒体による濃厚層と希薄層の形成が、それ程精密な制御を必要とすることなく、ライザ底部から吹き込む１次空気の流量及び流速の制御で可能となり、設備費の低減が可能となる。また、平均粒径の異なる２種類の流動媒体を用いることで、濃厚層と希薄層の形成を安定して行うことが可能となる。

これにより、前記濃厚層では熱容量の大きい流動媒体の攪拌効果により、処理対象物の乾燥及び熱分解が効率よく急速かつ安定的に行われ、前記希薄層では濃厚層で生成された処理対象物の熱分解ガスや未反応物の更なる分解反応が促進され、炉内のガス化処理の安定化および効率化を図ることが可能となる。

ここで、前記平均粒径の異なる２種類の流動媒体としては、一方の媒体の平均粒径を１とした場合に、他方の媒体の平均粒径が０．５〜０．８５の範囲となるような２種類の媒体を用いることが好ましい。これにより、ライザ内下部に形成される流動媒体による濃厚層、及び、ライザ上部に形成される流動媒体による希薄層を効率的に安定性良く形成することが可能となる。なお、前記他方の媒体の平均粒径が０．５より小さい場合は、流動媒体を捕集するサイクロンでの捕集効率が悪くなるため適さない。また、前記他方の媒体の平均粒径が０．８５を超える場合は、平均粒径の大きい媒体との差異が小さくなり、濃厚層と希薄層を明確に分けることができなくなるため不適となる。

前記流動媒体には、例えば、川砂、海砂、山砂等の硅砂、若しくは、アルミナ粒子などを用いることができる。なお、具体的な実施例としては、例えば、平均粒径０．２５ｍｍの硅砂６号と、平均粒径０．１４５ｍｍの硅砂７号とを前記平均粒径の異なる２種類の流動媒体として使用することができる。

また、本発明は、前記流動媒体として粒子密度の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に濃厚層、上部に希薄層を形成するようにしてもよい。

粒子密度の異なる２種類の媒体を用いることで、上述の平均粒径の異なる２種類の媒体を用いた場合と同様の効果を有する。つまり、粒子密度の異なる２種類の媒体の内、粒子密度の大きい方の媒体は、ライザ底部から吹き込む１次空気によってはライザ上部まで吹き上げられることはなく、ライザ内の下部に留まる。それに対し、粒子密度の小さい方の媒体は、ライザ底部から吹き込む１次空気によって少なくともその一部がライザ内上方まで吹き上げられる。これにより、ライザ内の下部には粒子密度の大きい方の媒体及び粒子密度の小さい方の媒体の一部による流動媒体の密度の高い濃厚層が形成され、ライザ内上部には１次空気により吹き上げられた粒子密度の小さい方の媒体の一部による流動媒体の密度の低い希薄層が形成される。

なお、前記１次空気の流量は炉の操業状況等により適宜変更され得るものであり、また、１次空気の流速はそれぞれの流動媒体における粒子密度の大きさにより濃厚層及び希薄層が適切に形成されるように調節される。

上述のように、本発明においては、粒子密度の異なる２種類の流動媒体を用いることにより、流動媒体による濃厚層と希薄層の形成が、それ程精密な制御を必要とすることなく、ライザ底部から吹き込む１次空気の流量及び流速の制御で可能となる。また、粒子密度の異なる２種類の流動媒体を用いることで、濃厚層と希薄層の形成を安定して行うことが可能となる。これにより、炉内の燃焼もしくはガス化の安定化を図ることが可能となる。

ここで、前記粒子密度の異なる２種類の流動媒体としては、一方の媒体の粒子密度を１とした場合に、他方の媒体の粒子密度が０．２５〜０．７の範囲となるような２種類の媒体を用いることが好ましい。これにより、ライザ内下部に形成される流動媒体による濃厚層、及び、ライザ上部に形成される流動媒体による希薄層を効率的に安定性良く形成することが可能となる。なお、前記他方の媒体の粒子密度が０．２５より小さい場合は、流動媒体を捕集するサイクロンでの捕集効率が悪くなるため適さない。また、前記他方の媒体の粒子密度が０．７を超える場合は、粒子密度の大きい媒体との差異が小さくなり、濃厚層と希薄層を明確に分けることができなくなるため不適となる。

前記流動媒体には、例えば、川砂、海砂、山砂等の硅砂、高炉スラグ、若しくは、アルミナ粒子、石灰石やドロマイトなどを用いることができる。なお、具体的な実施例としては、例えば、粒子密度２．６Ｔ／ｍ³ の硅砂と、１．７Ｔ／ｍ³ の多孔質アルミナ粒子を流動媒体として使用することができる。

本発明方法が適用される循環流動層炉の一例を示す概略構成図である。従来技術に係る代表的な循環流動層炉を示す概略構成図である。

符号の説明

１ライザ
２ダウンカマー
１１炉本体
１２散気管
１３２次空気吹き込み口
１４補助燃料供給口
１５投入口
２１捕集部
２２循環粒子戻し管
２３シール部

Claims

処理対象物の燃焼及び／又はガス化処理を行うライザと、流動媒体である循環粒子を捕集して前記ライザへ戻すダウンカマーとを備えた循環流動層炉の運転方法であって、
流動媒体として平均粒径の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に前記流動媒体の濃厚層、上部に前記流動媒体の希薄層を形成することを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
流動媒体として、一方の媒体の平均粒径を１とした場合に、他方の媒体の平均粒径が０．５〜０．８５の範囲となるような２種類の媒体を用いることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層炉の運転方法。
処理対象物の燃焼及び／又はガス化処理を行うライザと、流動媒体である循環粒子を捕集して前記ライザへ戻すダウンカマーとを備えた循環流動層炉の運転方法であって、
前記流動媒体として粒子密度の異なる２種類の媒体を用い、前記ライザの底部から吹き込む１次空気により前記媒体を流動させ、ライザ内の下部に前記流動媒体の濃厚層、上部に前記流動媒体の希薄層を形成することを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
流動媒体として、一方の媒体の粒子密度を１とした場合に、他方の媒体の粒子密度が０．２５〜０．７の範囲となるような２種類の媒体を用いることを特徴とする請求項３に記載の循環流動層炉の運転方法。