JP2005147586A - 外部循環流動層ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】シールボックスに非流動異物が混入しても、運転を停止せずに容易に抜き出すことができるようにする。
【解決手段】 流動層を形成させるようにしてある火炉１の外部に、砂分離器１４を上部に備えた砂循環用ダクト１５を設けて、砂分離器１４と火炉１の頂部とを連通させる。砂循環用ダクト１５は、途中にシールボックス１６を設け、下流側を火炉１の下部に接続する。シールボックス１６は、下部に、散気管３６を所要間隔で設けた構成とする。シールボックス１６の下端にホッパ３７の上端を接続する。ホッパ３７の下端と火炉１の下部を非流動異物回収路３８を介し接続する。シールボックス１６に混入した非流動異物３５は、散気管３６の間を通してホッパ３７で受けた後、非流動異物回収管３８を経て火炉１へ戻し抜き出すようにする。これにより非流動異物３５を運転中に容易に抜き出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物等の焼却処理、あるいは、ＲＤＦ（ごみ固形化燃料）等の廃棄物由来の燃料や従来からの化石燃料の燃焼に際して発生する熱を回収するために用いる外部循環流動層ボイラに関するものである。

外部循環流動層ボイラは、図２にその一例の概略を示す如く、以下のような構成としてある。すなわち、蒸気ドラム２に接続された多数の水冷壁管３により燃焼室としての火炉１の全体を構成し、該火炉１内の下部位置に一次燃焼室４を設け、その上方部に二次燃焼室５を設けるようにしてある。上記一次燃焼室４内には、所要間隔で平行に配置した複数の散気管７を底部に設置すると共に、流動層を形成させる流動媒体としての砂が充填してある。上記各散気管７には一次空気管６が接続してあり、上記一次空気管６を通して供給される一次空気Ａ１を上記各散気管７より分散させて吹き出させることにより上記砂を流動化させて流動層を流動化させることができるようにしてある。一方、二次燃焼室５には、二次空気Ａ２を導入するための二次空気管８を上下方向に複数段接続してある。かかる構成としてあることにより、燃料投入口９から火炉１内に供給された廃棄物や燃料（図示せず）を、一次空気Ａ１と二次空気Ａ２とによって順次燃焼させ、この際発生する燃焼熱を上記水冷壁管３部にて熱交換させることで、熱回収を行なわせるようにしてある。なお、上記廃棄物や燃料を燃焼させる際に発生する不燃物１０は、図２に二点鎖線で示す如く、上記各散気管７の間を通して火炉１の底部へ下降させた後、火炉１の下端の排出口１１から、たとえば、砂排出機（図示せず）を用いて砂１２と一緒に排出させることができるようにしてある。その後、不燃物１１を分離除去した後の砂１２は、砂投入口１３より火炉１内へ戻すようにしてある。

又、上記火炉１の外部には、サイクロンの如き砂分離器１４を設置して、該砂分離器１４の上部と火炉１の頂部とを連通接続させるようにしてある。又、上記砂分離器１４の下端部と一次燃焼室４とを砂循環用ダクト１５にて連通させるようにすると共に、該砂循環用ダクト１５の途中に、内部に貯められる砂（図示せず）によって火炉１内の圧力が抜けないようにしてあるシールボックス１６を設置するようにしてある。該シールボックス１６の下部位置には、多数の空気分散ノズル１９を備えた散気板１８にて上面側を仕切ってなるウィンドボックス部１７を設けると共に、該ウィンドボックス部１７に流動化用空気管２０を接続するようにしてある。更に、上記シールボックス１６内における上記ウィンドボックス部１７よりも上方部には、後部伝熱部２１の過熱器２２に接続した過熱器用伝熱管２３を配設してなる外部熱交換器（最終過熱器）２４が備えてある。これにより、上記火炉１内で吹き上げられた砂や燃料の未燃分を燃焼排ガスとともに火炉１の頂部より取り出して砂分離器１４に導き、ここで、燃焼排ガスと砂、未燃分とに分離し、砂と未燃分は、砂分離器１４で分離捕集して砂循環用ダクト１５を通しシールボックス１６内に一旦貯めるようにする。シールボックス１６内の砂、未燃分は、流動化用空気管２０を通してウィンドボックス部１７に供給した流動化用空気Ａ３を上記散気板１８の空気分散ノズル１９から吹き上げさせることにより、流動化させられ、外部熱交換器２４を通してから一次燃焼室４の流動層へ戻すように循環させられて、燃料の未燃分は完全燃焼させられ、又、同時に、上記シールボックス１６内の過熱器用伝熱管２３で定格温度の蒸気を得て熱回収を行うことができるようにしてある。

一方、火炉１の外部に備えてある過熱器２２や節炭器２５、空気予熱器２６等の各種熱交換器を備えている後部伝熱部２１には、上記砂分離器１４で砂や未燃分を分離した後の燃焼排ガスを、砂分離器１４の頂部に接続された排ガスダクト２７を通して導くようにしてある。

更に、上記のような構成としてある当初の外部循環流動層ボイラでは、停缶前等、外部へ砂を抜く必要が生じたときには、火炉１の下端の排出口１１と、シールボックス１６に散気板１８の上側領域と連通するよう設けてある砂排出管２８の２個所から砂を抜く必要が生じていたため手間の掛かる作業であったが、この砂抜き作業をより容易に行なうことができるようにするために、上記シールボックス１６の砂排出管２８の下端と、火炉１の下部との間に、砂抜き管２９を連通させて接続した構成として、砂抜き作業を行う際、シールボックス１６内の砂を上記砂抜き管２９を通して火炉１内へ戻すことができるようにして、砂抜き作業を、上記火炉１の下端の排出口１１の１個所のみで行うことができるようにすることも提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、３０は空気押込ファン、３１は一次空気流量調整ダンパ、３２は二次空気流量調整ダンパ、３３は起動バーナである。

又、図３に示す如く、上記と同様の構成としてある外部循環流動層ボイラにおいて、シールボックス１６を、下部位置に散気板１８を備えたウィンドボックス部１７を設けてなる構成とすることに代えて、箱型のシールボックス１６の底部に空気分散管３４を備えてなる構成として、流動化用空気管２０を通して供給する流動化用空気Ａ３を該空気分散管３４より吹き出させて砂を流動化させるようにすることも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００３−２６２３０７号公報 特開２００２−１８１３１５号公報

ところが、図２に示した如き従来の外部循環流動層ボイラの運転時には、排ガスダクト２７の内部や砂分離器１４の内部に付着した金属の固まりが剥れて、シールボックス１６内へ落下することがある。又、上記砂分離器１４は内壁面に耐火物を貼り付けて耐火構造としてあるため、この耐火物の一部が剥れてシールボックス１６内へ落下することもある。このようなシールボックス１６内へ落下した金属の固まりや耐火物等が、その自重により砂と一緒に流動されない非流動異物３５となる場合には、該非流動異物３５は、流動状態の砂の中では比重差により徐々に下降する（沈む）ようになるため、下部位置にウィンドボックス部１７を形成するための散気板１８を設けた構成としてある上記シールボックス１６内では、上記非流動異物３５は上記散気板１８の上面に達するまで下降した後、該散気板１８の上側に溜まるようになる。

図２に示した従来の外部循環流動層ボイラにおいては、シールボックス１６に、散気板１８の上側領域に連通する砂排出口２８が設けてあって、該砂排出口２８を、砂抜き管２９を介して一次燃焼室４の下部に接続した構成としてあるため、運転中に、上記シールボックス１６内に混入する非流動異物３５は、一部が上記砂抜き管２９を通して一次燃焼室４側へ抜き出せる可能性はあるが、一旦散気板１８上に載って流動化されなくなった非流動異物３５は、散気板１８上に残ってしまう。そのため、上記散気板１８の上に溜まった非流動異物３５を確実に除去するためには、ボイラの運転を停止してシールボックス内より除去しなければならない。

なお、図３には、シールボックス１６の底部に空気分散管３４を備えた構成が示されているが、上記シールボックス１６は、底部の平坦な箱状のものであることから、下方へ抜き出す考えはなく、したがって、後述する本発明の外部循環流動層ボイラのように、シールボックス１６に混入する非流動異物３５を、該シールボックス１６の下端部に集めて全て排出させるようにする考えが示唆されるものではない。

そこで、本発明は、シールボックス内に、前述の如き非流動異物が混入したとしても、運転を停止させることなく上記非流動異物を容易に外部へ排出することが可能な外部循環流動層ボイラを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、内部に流動層を形成している火炉の頂部から取り出される排ガス、砂、未燃分を、砂分離器で排ガスと砂、未燃分とに分離し、砂と未燃分をシールボックス内で流動化用空気により流動化させて上記火炉に戻すようにしてある外部循環流動層ボイラにおいて、上記シールボックス内の下部位置に、流動化用空気を噴出させるための散気管を所要間隔で設けると共に、該散気管の下方位置がホッパ形状となるよう該シールボックスの下端にホッパを設け、且つ該ホッパの下端より砂以外の非流動異物を抜き出すようにする非流動異物回収路を該ホッパの下端に接続して、上記シールボックス内に混入した非流動異物を、外部へ抜き出せるようにした構成とする。

又、上記構成における非流動異物回収路の他端を火炉の下部に接続し、非流動異物をホッパより火炉の下部へ抜き出すようにした構成とする。

本発明の外部循環流動層ボイラによれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）内部に流動層を形成している火炉の頂部から取り出される排ガス、砂、未燃分を、砂分離器で排ガスと砂、未燃分とに分離し、砂と未燃分をシールボックス内で流動化用空気により流動化させて上記火炉に戻すようにしてある外部循環流動層ボイラにおいて、上記シールボックス内の下部位置に、流動化用空気を噴出させるための散気管を所要間隔で設けると共に、該散気管の下方位置がホッパ形状となるよう該シールボックスの下端にホッパを設け、且つ該ホッパの下端より砂以外の非流動異物を抜き出すようにする非流動異物回収路を該ホッパの下端に接続して、上記シールボックス内に混入した非流動異物を、外部へ抜き出せるようにした構成としてあるので、シールボックスに、非流動異物が混入された場合には、該非流動異物を、散気管より吹き込まれる流動化用空気により流動化される砂の中を比重差により下降させた後、散気管の間を通過させてシールボックスの下端に連設してあるホッパへ下降させて集めることができる。しかる後、上記ホッパに集められた非流動異物は、該ホッパの下端より非流動異物回収路を経て外部へ排出させることができる。このために、外部循環流動層ボイラの運転中であっても、シールボックス内に混入した上記非流動異物を、容易に外部へ抜き出して排出させることが可能となる。
（２）非流動異物回収路の他端を火炉の下部に接続し、非流動異物をホッパより火炉の下部へ抜き出すようにした構成とすることにより、ホッパ内に集められた後、非流動異物回収路に進入する非流動異物を、該非流動異物回収路に沿って火炉の下部へ抜き出すことができるようになるため、シールボックスに混入される非流動異物の排出をより効率よく行わせることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の外部循環流動層ボイラの実施の一形態を示すもので、図２に示したと同様の構成において、シールボックス１６の下部位置に、流動化用空気管２０に接続されている散気管３６を所要間隔で設置すると共に、該各散気管３６の下方位置がホッパ形状となるように、シールボックス１６の下方に、ホッパ３７を位置させ、該ホッパ３７の上端をシールボックス１６の下端に気密に連通接続して一体とし、且つ該ホッパ３７の下端開口部に、砂以外の非流動異物を抜き出すようにする非流動異物回路３８の一端を接続し、且つ該非流動異物回収路３８の他端を火炉の下部に接続する。

更に、上記非流動異物回収路３８は、上記ホッパ３７側から火炉１側へ向けて下り勾配に傾斜した配置となるようにして、ホッパ３７に移された非流動異物３５が該非流動異物回収路３８内に進入するときに、該非流動異物３５を、その自重により火炉１の下部方向へ効率よく送ることができるようにしてある。

その他の構成は図２に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。

本発明の外部循環流動層ボイラを運転する場合は、図２で説明した場合と同様に、火炉１内の一次燃焼室４に、一次空気管６を通して供給される一次空気Ａ１を、散気管７より吹き出させて流動層を流動化させるようにすると共に、二次燃焼室５に、二次空気管８よりそれぞれ二次空気Ａ２を供給させるようにする。一方、シールボックス１６内の各散気管３６には、流動化用空気管２０を通して流動化用空気Ａ３を供給して、各散気管３６より吹き出させることにより、該シールボックス内で砂を流動させるようにする。かかる状態にて、燃料投入口９より所要の廃棄物や燃料（図示せず）を投入するようにする。

これにより、上記廃棄物や燃料は、火炉１内にて従来と同様に一次空気及び二次空気により燃焼させられ、この際発生する燃焼熱が、水冷壁管３部にて熱交換されて、熱回収が行なわれる。

上記火炉１内で吹き上げられた砂及び廃棄物や燃料の未燃分は、燃焼排ガスとともに砂分離器１４へ導かれた後、燃焼排ガスより分離されて砂分離器１４で分離捕集された後、砂循環用ダクト１５を通しシールボックス１６内に一旦貯められる。このシールボックス１６内に貯められる砂及び廃棄物や燃料の未燃分は、流動化用空気管２０より散気管３６を経て該シールボックス１６内に吹き出される流動化用空気Ａ３により流動化されることで、外部熱交換器２４で熱交換されてから砂循環用ダクト１５を経て一次燃焼室４の流動層へ戻すように循環させられる。これにより、循環させられた廃棄物や燃料の未燃分は完全燃焼させられると同時に、上記シールボックス１６内の過熱器用伝熱管２３で定格温度の蒸気を得て熱回収が行なわれるようになる。

上記本発明の外部循環流動層ボイラの運転時に、排ガスダクト２７の内部や砂分離器１４の内面より剥れて落下する金属の固まりや、上記砂分離器１４の内壁面より剥れた耐火物の一部が、非流動異物３５としてシールボックス１６内に混入されると、該非流動異物３５は、該シールボックス１６内にて流動されている砂（図示せず）の中を自重で下降し、その後、所要間隔で配置してある各散気管３６の間を通過した後、シールボックス１６の下端のホッパ３７内へ下降して受けられる。しかる後、上記ホッパ３７内に受けられた非流動異物３５は、自重により該ホッパ３７の下端より非流動異物回収路３８を通して抜き出されることになり、該非流動異物回収路３８が火炉１の下部に接続してある場合は、火炉１の下部へ順次抜き出されることになる。この火炉１内へ抜き出された非流動異物３５は、ボイラ運転中に火炉１内にて発生する不燃物１０を排出させる場合と同様にして、該火炉１の下端の排出口１１から砂１２と一緒に外部へ排出されるようになる。

このように、本発明の外部循環流動層ボイラによれば、シールボックス１６内に混入した非流動異物３５は、散気管３６の間を通してホッパ３７に容易に集めることができる。
又、該ホッパ３７へ集められた非流動異物３５は、非流動異物回収路３８を経て火炉１へ抜き出した後、該火炉１内にて発生する不燃物１０と同様に外部へ容易に排出させることができる。このため、上記シールボックス１６内の非流動異物３５を容易に抜き出すことができて、抜き出しのためにボイラ運転の停止の必要をなくすことができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、非流動異物回収路３８は傾斜させることが望ましいが、火炉１内にて流動層を流動させることに伴って、上記非流動異物回収路３８の火炉１側の端部より該非流動異物回収路３８内の非流動異物３５や砂を順次火炉１側へ抜きださせることができれば、上記非流動異物回収路３８は水平方向に延びるようにしてもよい。又、非流動異物回収路３８に、火炉１側に向けて外部から流動化用空気を吹き込むための機構を装備させるようにしてもよい。図１の実施の形態では、シールボックス１６を、過熱器用伝熱管２３を導入した形式の外部熱交換器２４を装備したものとして示したが、たとえば、シールボックス1６に蒸発器用伝熱管等による外部
熱交換器を装備した構成としてもよく、更には、外部熱交換器２４を装備しない単なるシールボックス１６であってもよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の外部循環流動層ボイラの実施の一形態を示す概略切断側面図である。 従来の外部循環流動層ボイラの一例を示す概略切断側面図である。 従来の外部循環流動層ボイラの他の例を示す概略切断側面図である。

符号の説明

Ａ３ 流動化用空気
１ 火炉
１２ 砂
１４ 砂分離器
１６ シールボックス
３５ 非流動異物
３６ 散気管
３７ ホッパ
３８ 非流動異物回収路

Claims (2)

1. 内部に流動層を形成している火炉の頂部から取り出される排ガス、砂、未燃分を、砂分離器で排ガスと砂、未燃分とに分離し、砂と未燃分をシールボックス内で流動化用空気により流動化させて上記火炉に戻すようにしてある外部循環流動層ボイラにおいて、上記シールボックス内の下部位置に、流動化用空気を噴出させるための散気管を所要間隔で設けると共に、該散気管の下方位置がホッパ形状となるよう該シールボックスの下端にホッパを設け、且つ該ホッパの下端より砂以外の非流動異物を抜き出すようにする非流動異物回収路を該ホッパの下端に接続して、上記シールボックス内に混入した非流動異物を、外部へ抜き出せるようにしたことを特徴とする外部循環流動層ボイラ。
2. 非流動異物回収路の他端を火炉の下部に接続し、非流動異物をホッパより火炉の下部へ抜き出すようにした請求項１記載の外部循環流動層ボイラ。

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