JP2007232309A - 流動床炉 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管の冷却能力を広い範囲で調節し，流動媒体及び焼却物の温度を確実に調節する。
【解決手段】炉体２内に，流動媒体の温度を調節する伝熱管４１を備えた。また，伝熱管４１を保持する伝熱管保持部材６１を備えた。さらに，伝熱管保持部材６１の上方又は下方に積み重ねて備えられるスペーサ６３Ａ，６３Ｂを設けた。これら伝熱管保持部材６１とスペーサ６３Ａ，６３Ｂとを保持する保持開口６０を設け，この保持開口６０の内側において，伝熱管保持部材６１とスペーサ６３の配置を変更することが可能な構成にした。
【選択図】図３

Description

本発明は，流動床炉に関する。

廃棄物を焼却処理する施設の一つとして，流動床炉が知られている。流動床炉は，炉床部に珪砂等の流動砂（流動媒体）を堆積させた流動層を備え，炉床から流動層中に空気等の気体を噴出させながら，流動砂を吹き上げて加熱するものであり，廃棄物等の焼却物を高温の流動砂と混合させながら攪拌し，乾燥，熱分解，燃焼させる構成になっている。

かかる流動床炉の炉体内には，流動砂や焼却物の温度を調節するための伝熱管（冷却管）が設けられている（特許文献１参照。）。この伝熱管の内部には水等の冷媒が通流させられ，伝熱管内の冷媒と伝熱管の表面に接触した流動砂や焼却物が伝熱管の内外面を介して熱交換することにより，流動砂及び焼却物が冷却されるようになっている。

特開平１１−８２９６７号公報

しかしながら，従来の流動床炉においては，流動砂や焼却物の性質によっては，流動砂や焼却物が高温になりやすいことがあり，この場合，伝熱管の冷却能力（冷却効率）が不足することがあった。逆に，流動砂や焼却物が加熱されにくく，伝熱管の冷却能力を下げることが必要な場合もあった。このような場合，伝熱管に通す冷媒の流量を調節することにより，伝熱管の冷却能力を調節することが考えられるが，それでも冷却能力の上限と下限には限界があり，より広い範囲で冷却能力を調節できる構成が求められていた。

また，流動砂や焼却物の性質によっては，流動砂や焼却物の流動性が悪いことがあり，流動砂や焼却物等が伝熱管の間に詰まるおそれがあった。この場合，伝熱管に通す冷媒の流量を調節しても，流動砂や焼却物等が伝熱管に接触しにくくなるので，伝熱管と流動砂及び焼却物との間で熱交換が効率的に行われず，流動砂及び焼却物の温度を制御できなくなる問題があった。

本発明は，上記の点に鑑みてなされたものであり，伝熱管の冷却能力を広い範囲で調節でき，流動媒体及び焼却物の温度を確実に調節できる流動床炉を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため，本発明によれば，炉体内で流動媒体を流動させ焼却物を焼却させる流動床炉であって，前記炉体内に，前記流動媒体の温度を調節する伝熱管が備えられ，前記伝熱管を保持する伝熱管保持部材が備えられ，前記伝熱管保持部材の上方又は下方に積み重ねて備えられるスペーサを有し，前記伝熱管保持部材と前記スペーサとを保持する保持開口を備え，前記保持開口の内側において，前記伝熱管保持部材と前記スペーサの配置を変更することが可能な構成としたことを特徴とする，流動床炉が提供される。

この流動床炉にあっては，前記スペーサに，被覆層を保持する被覆層用保持部材を設けても良い。また，前記伝熱管保持部材を複数備え，前記伝熱管保持部材の側方に隣接させて備えられる第二のスペーサを有し，前記保持開口の内側において，前記伝熱管保持部材と前記第二のスペーサの配置を変更することが可能な構成としても良い。前記第二のスペーサには，被覆層を保持する第二の被覆層用保持部材を設けても良い。前記伝熱管は，互いに異なる高さに配置された複数本の直管部を有している構造にしても良い。

本発明によれば，伝熱管保持部材とスペーサの配置を変えることで，流動媒体や焼却物に対する伝熱管の高さを変えることができる。従って，流動媒体や焼却物に接触する伝熱管の表面積を調節できる。即ち，伝熱管と流動媒体や焼却物とが熱交換可能な面積を変えることにより，流動媒体，焼却物に対する伝熱管の冷却能力を変えることができる。また，伝熱管の高さを調節することにより，流動媒体や焼却物が伝熱管に引っかかったり伝熱管の間に詰まったりすることを防止できる。従って，流動媒体や焼却物の流動性が比較的悪い場合でも，伝熱管と流動媒体及び焼却物とを円滑に接触させ，流動媒体及び焼却物の温度を確実に調節することができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を，焼却物（焼却原料）としての廃棄自動車のシュレッダーダストを焼却する流動床炉に基づいて説明する。図１に示す流動床炉１は，傾斜分散型流動層燃焼炉であり，略角型の炉体２を有する。炉体２の内部空間のうち，下部は焼却物の燃焼（一次燃焼）を行う一次燃焼室Ｓ１となっており，上部は，焼却物の一次燃焼で発生した排ガスの燃焼（二次燃焼）を行う二次燃焼室（フリーボード）Ｓ２となっている。

炉体２の側壁部６は，略長方形状のほぼ一様な横断面形状を有する略角筒状をなし，略鉛直方向に立設された４つの内側面，即ち，図２に示す前内側面６ａ，後内側面６ｂ，左内側面６ｃ，右内側面６ｄを有している。また，側壁部６の内面には，例えばモルタルなどの耐火性を有する材料によって形成された被覆層６ｅが設けられている。側壁部６の本体内面は，この被覆層６ｅによって覆われることにより保護されている。

炉体２の炉床７は，略長方形状をなし，幅方向を左右方向（水平方向）（図１においては手前側から後側へ向かう方向）に向け，前方（図１においては左方）から後方（図１においては右方）に向かうほど次第に低くなるように傾斜させて設けられている。即ち，炉床７は，互いに対向する一対の前内側面６ａと後内側面６ｂとの間において，略水平面に対して傾斜させて設けられている。

図１に示すように，炉床７上，即ち一次燃焼室Ｓ１の底部には，粒子状の流動媒体である例えば珪砂等の流動砂が堆積させられ，焼却物を攪拌しながら燃焼させる流動層１０が形成されている。

炉体２には，一次燃焼室Ｓ１に焼却物と流動砂とを投入するための投入口１１が開口されている。投入口１１は，流動層１０の上方において，前内側面６ａに開口されている。即ち，炉床７の傾斜方向において高所側（上部側）に設けられている。投入口１１には通路１２が接続されている。また，図２に示すように，投入口１１は，平面視において前内側面６ａのほぼ中央に配置された中央の投入口１１ａと，投入口１１ａの左右両側に配置された投入口１１ｂ，１１ｂからなっている。これら投入口１１ａ及び投入口１１ｂ，１１ｂのそれぞれに給塵装置１５及び通路１２が接続してあり，各給塵装置１５の稼動を制御することによって，各投入口１１ａ，１１ｂ，１１ｂから供給される焼却物及び流動砂の供給量を，それぞれ個別に，任意の量に設定できるようになっている。

図１に示すように，炉床７には，燃焼ガスであり，また，流動砂を吹き上げて流動化させるためのガスである流動化用ガスを一次燃焼室Ｓ１に供給する複数の流動化用ガス供給口２０が，炉床７全体に設けられている。炉床７の下方には，複数に分割された吹込み部２１が形成されている。これらの吹込み部２１から流動化用ガス供給口２０を介して流動化用ガスをそれぞれ吹き込み，流動化用ガスを上方に向かって吐出させることによって，一次燃焼室Ｓ１内の流動砂を吹き上げて攪拌，流動化させ，流動層１０を形成させるようになっている。なお，この流動化用ガスは，例えば二次燃焼室Ｓ２から排気された排ガスの一部と空気とを混合した混合ガスであっても良い。

図１に示すように，炉床７には，焼却物の燃えがら（不燃物）及び流動砂を一次燃焼室Ｓ１から取り出すための取出し口３０が設けられている。取出し口３０は，炉床７の傾斜方向において低所側（下部側）の最下部に設けられている。この取出し口３０には通路３１が接続してある。一次燃焼室Ｓ１から取出し口３０を通って通路３１に落下した焼却物の燃えがら及び流動砂は，排出装置３２，図示しないコンベア等の稼動によって搬出されるようになっている。

図２に示すように，一次燃焼室Ｓ１には，伝熱管群４０が設けられている。伝熱管群４０は，流動砂の温度を調節するための複数本の伝熱管（冷却管）４１を備えている。炉体２の左内側面６ｃと右内側面６ｄには，伝熱管群４０を支持する支持構造部４２，４３がそれぞれ備えられている。

伝熱管４１は，例えばほぼ一定の外径及び内径を有する略円管状の金属製のパイプであり，内部の流路には，例えば水（水蒸気）などの冷媒が通されるようになっている。また，伝熱管４１は，図３に示すように，複数箇所（図示の例では，左側２箇所，右側３箇所の合計５箇所）で交互に反対側へ折り返すように湾曲させられている。そして，複数本（図示の例では６本）の略直管状の直管部４１ａが，互いに略平行に並ぶように，また，平面視において上下に互いに同じ位置に重なるように，複数段に配設されており，各直管部４１ａ同士の間には，所定の間隔の隙間が設けられている。また，直管部４１ａは，左内側面６ｃと右内側面６ｄとの間において，長さ方向を左内側面６ｃ，右内側面６ｄ，及び炉床７の傾斜方向に対して略垂直に，即ち左右方向（水平方向）に向けて配置されている。直管部４１ａの両端部同士は，湾曲部４１ｂによって連結されている。

また，伝熱管４１の上流側の端部４１ｃは，左内側面６ｃ側かつ下側に配置されており，伝熱管４１の下流側の端部４１ｄは，左内側面６ｃ側かつ上側に配置されている。端部４１ｃ，４１ｄの間には，２つの湾曲部４１ｂ，４１ｂが設けられている。そして，端部４１ｃ，湾曲部４１ｂ，４１ｂ，端部４１ｄが，下方からこの順に，縦方向に並ぶように配置されている。一方，右内側面６ｄ側には，３つの湾曲部４１ｂが縦方向に並ぶように配置されている。また，左内側面６ｃ側に設けられた湾曲部４１ｂ，端部４１ｃ，４１ｄ側は，後述する支持構造部４２の伝熱管保持部材６１によって保持されており，右内側面６ｄ側に設けられた湾曲部４１ｂは，後述する支持構造部４３の伝熱管保持部材６１によって保持されている。従って，湾曲部４１ｂは一次燃焼室Ｓ１の外側に配置され，一次燃焼室Ｓ１内には，直管部４１ａのみが配設されている。

また，炉体２の外側において，上流側の端部４１ｃには，伝熱管４１内に冷媒を供給する冷媒供給管５１が接続されている。この冷媒供給管５１は，図示しない冷媒供給源に接続されている。冷媒供給管５１には，冷媒供給管５１の長さ（高さ）を調節可能な高さ調節部５１ａが介設されている。炉体２の外側において，下流側の端部４１ｄには，伝熱管４１内から冷媒を排出して回収する冷媒排出管５２が接続されている。冷媒排出管５２には，冷媒排出管５２の長さ（高さ）を調節可能な高さ調節部５２ａが介設されている。

上記のような互いにほぼ同様の形状を有する伝熱管４１が，図２に示すように，炉体２内で前後方向（直管部４１ａの長さ方向と略直交する略水平方向）において，等間隔を空けて，互いに略平行に並べられている。図示の例では，６本の伝熱管４１によって伝熱管群４０が構成されている。また，図１に示した例では，各伝熱管４１に設けられた６本の直管部４１ａは，その伝熱管４１と隣り合う他の伝熱管４１の６本の直管部４１ａと一つずつ対応するように，互いに同じ高さにそれぞれ配置されている。こうして，一次燃焼室Ｓ１内には，直管部４１ａが異なる６つの高さに６本ずつ配置されており，合計で３６本の直管部４１ａが備えられている。各伝熱管４１の間には，流動砂や焼却物が流動可能な流路が，鉛直方向に沿って貫通するようにそれぞれ形成されており，上下に隣り合う直管部４１ａ同士の間には，流動砂や焼却物が流動可能な流路が，前後方向に沿って貫通するようにそれぞれ形成されている。即ち，伝熱管群４０を左内側面６ｃ側又は右内側面６ｄ側からみた側面視においては，略格子状の流路が形成された状態になっている。このように直管部４１ａを配列すると，直管部４１ａの周りで流動砂や焼却物を好適に流動させることができる。即ち，直管部４１ａ同士の間に形成された縦向きの流路を通じて，流動砂や焼却物が，円滑に吹き上げられたり落下したりする。また，前後方向の流路を通じて，横方向にも円滑に流動することができる。

なお，伝熱管群４０は，例えば投入口１１が開口されている高さとほぼ同じ高さの範囲に配置されるが，炉床７の傾斜方向において低所側の上方に，即ち，後内側面６ｂ側に備えられている。このようにすると，投入口１１と伝熱管群４０との間に，十分な空間が形成されるので，投入口１１から投入された流動砂や焼却物が伝熱管群４０に直接衝突せず，炉床７上に余裕を持って落下させられる。従って，伝熱管群４０の損傷を防止できる。

図４に示すように，支持構造部４２は，炉体２の側壁に開口された保持開口６０，一本の伝熱管４１をそれぞれ保持する複数の伝熱管保持部材６１，伝熱管保持部材６１に隣接させて備えられる第二のスペーサとしての複数のスペーサ６２，及び，伝熱管保持部材６１の上方又は下方に積み重ねて配置可能な，伝熱管４０の高さ調節用の複数のスペーサ６３Ａ，６３Ｂによって構成されている。図示の例では，伝熱管保持部材６１は，伝熱管４１の本数に対応させて６個備えられている。スペーサ６２は５個，スペーサ６３Ａは３個，スペーサ６３Ｂは６個備えられている。

保持開口６０は，炉体２の側壁外面と側壁内面（左内側面６ｃ）との間を貫通するように形成されており，例えば幅方向を前後方向に向けた略方形状に開口されている。

伝熱管保持部材６１は，例えば略直方体状をなし，高さ方向を略鉛直方向に向け，厚さ方向を炉体２の側壁の厚さ方向（左右方向）に向け，幅方向を炉体２の前後方向に向けた状態で，保持開口６０内に配置されるようになっている。図示の例では，伝熱管保持部材６１は，その幅ｂ１よりも高さｈ１が長い形状，即ち，高さ方向に細長い形状になっている。

伝熱管保持部材６１の下端部には，伝熱管４１の上流側の端部４１ｃが，伝熱管保持部材６１を厚さ方向に貫通するように設けられている。伝熱管保持部材６１の外面（炉体２の外側に向けられる面）側においては，端部４１ｃに冷媒供給管５１が接続され，伝熱管保持部材６１の内面（炉体２の内側に向けられる面）側には，端部４１ｃに接続された直管部４１ａが，伝熱管保持部材６１の内面から突出するように設けられている。

伝熱管保持部材６１の上端部には，伝熱管４１の下流側の端部４１ｄが，伝熱管保持部材６１を厚さ方向に貫通するように設けられている。伝熱管保持部材６１の外面側においては，端部４１ｃに冷媒排出管５２が接続され，伝熱管保持部材６１の内面側には，端部４１ｄに接続された直管部４１ａが，伝熱管保持部材６１の内面から突出するように設けられている。

端部４１ｃ，４１ｄの間においては，２つの湾曲部４１ｂが伝熱管保持部材６１内に通されており，この各湾曲部４１ｂの端部から延びるように設けられた４本の直管部４１ａが，伝熱管保持部材６１の内面から突出するように設けられている。

スペーサ６２は，例えば略直方体状をなし，高さ方向を略鉛直方向に向け，厚さ方向を炉体２の側壁の厚さ方向に向け，幅方向を炉体２の前後方向に向けた状態で，保持開口６０内に配置されるようになっている。図示の例では，スペーサ６２は，その幅ｂ２よりも高さｈ１が長い形状，即ち，伝熱管保持部材６１と同様に，高さ方向に細長い形状になっている。このスペーサ６２の高さは，伝熱管保持部材６１の高さｈ１とほぼ同じになっている。

なお，伝熱管保持部材６１の幅ｂ１，スペーサ６２の幅ｂ２，及び保持開口６０の幅ｂ０は，おおよそｂ１×６＋ｂ２×５＝ｂ０の関係が成り立つように設定されている。即ち，５個のスペーサ６２と６個の伝熱管保持部材６１とを幅方向に隣接させて並べた状態で，保持開口６０内に嵌め込むことができるような構造になっている。

また，スペーサ６２には，被覆層６ｅを保持するための被覆層用保持部材６５が取り付けられている。この被覆層用保持部材６５は，スペーサ６２の内面（炉体２の内側に向けられる面）から炉体２内に突出するように設けられており，例えば先端部が複数本（図示の例では４本）に枝分かれした形状になっている。通常，被覆層６ｅは，モルタル等の材料を炉体２の内面に吹き付けて接着させた状態で固化させることにより形成されるが，このように被覆層用保持部材６５を備えることにより，被覆層６ｅが被覆層用保持部材６５に付着して保持され，被覆層６ｅを好適に補強することができる。

スペーサ６３Ａは，例えば略直方体状をなし，高さ方向を略鉛直方向に向け，厚さ方向を炉体２の側壁の厚さ方向に向け，幅方向を炉体２の前後方向に向けた状態で，保持開口６０内に配置されるようになっている。図示の例では，スペーサ６３Ａは，高さｈ２よりも幅ｂ３が長い形状，即ち，幅方向に長い形状になっている。

スペーサ６３Ｂは，例えば略直方体状をなし，高さ方向を略鉛直方向に向け，厚さ方向を炉体２の側壁の厚さ方向に向け，幅方向を炉体２の前後方向に向けた状態で，保持開口６０内に配置されるようになっている。図示の例では，スペーサ６３Ｂは，高さｈ２よりも幅ｂ４が長い形状，即ち，幅方向に長い形状になっている。スペーサ６３Ｂの高さは，スペーサ６３Ａの高さｈ２とほぼ同じであるが，スペーサ６３Ｂの幅ｂ４は，スペーサ６３Ａの幅ｂ３よりも長くなっている。即ち，スペーサ６３Ａ，６３Ｂは大きさが互いに異なり，スペーサ６３Ｂのほうがスペーサ６３Ａよりも大きく形成されている。

なお，伝熱管保持部材６１の幅ｂ１，スペーサ６２の幅ｂ２，スペーサ６３Ａの幅ｂ３，及び，スペーサ６３Ｂの幅ｂ４は，おおよそｂ１×２＋ｂ２＝ｂ３，ｂ１×２＋ｂ２×２＝ｂ４の関係が成り立つように設定されている。即ち，おおよそｂ３＋ｂ４×２＝ｂ０の関係が成り立つように設定されており，１個のスペーサ６３Ａと２個のスペーサ６３Ｂとを幅方向に隣接させて並べた状態で，保持開口６０内に嵌め込むことができるような構造になっている。

さらに，伝熱管保持部材６１又はスペーサ６２の高さｈ１，スペーサ６３Ａ，６３Ｂの高さｈ２，保持開口６０の高さｈ０とは，おおよそｈ１＋ｈ２×３＝ｈ０の関係が成り立つように設定されている。即ち，１個の伝熱管保持部材６１又はスペーサ６２と３個のスペーサ６３Ａ（６３Ｂ）とを上下に積み重ねた状態で，保持開口６０内に嵌め込むことができるような構造になっている。

また，スペーサ６３には，被覆層６ｅを保持するための被覆層用保持部材（第二の被覆層用保持部材）６６が取り付けられている。この被覆層用保持部材６６は，スペーサ６３の内面（炉体２の内側に向けられる面）から炉体２内に突出するように設けられており，例えば先端部が複数本（図示の例では４本）に枝分かれした形状になっている。通常，被覆層６ｅは，モルタル等の材料を炉体２の内面に吹き付けて接着させた状態で固化させることにより形成されるが，このように被覆層用保持部材６６を備えることにより，被覆層６ｅが被覆層用保持部材６６に付着して保持され，被覆層６ｅを好適に補強することができる。

図５に示すように，右内側面６ｄ側に設けられた支持構造部４３は，左内側面６ｃ側に設けられた支持構造部４２と同様に，保持開口６０，複数の伝熱管保持部材６１，複数のスペーサ６２，及び，複数のスペーサ６３Ａ，６３Ｂによって構成されており，伝熱管保持部材６１内の伝熱管４１の形状が異なる点を除いては，支持構造部４２と面対称な構成になっている。従って，実質的に同一の機能構成を有する部分については，同一の符号を付すこととし，重複説明は省略する。

この支持構造部４３の伝熱管保持部材６１内には，３つの湾曲部４１ｂが通されており，この各湾曲部４１ｂの端部から延びるように設けられた６本の直管部４１ａが，伝熱管保持部材６１の内面から突出するように設けられている。

上記のようにして，各伝熱管４１の左右両側には，各支持構造部４２，４３の一部を構成する伝熱管保持部材６１が，それぞれ一つずつ対応させて設けられている。通常は，図４及び図５に示すように，各支持構造部４２，４３において，６つの伝熱管保持部材６１と５つのスペーサ６２が，幅方向において交互に並べて設けられている。即ち，各支持構造部４２，４３において，伝熱管保持部材６１同士の間にスペーサ６２がそれぞれ１つずつ挟まれており，隣り合う伝熱管４１同士の間に所定の間隔が形成され，直管部４１ａが互いに略平行な姿勢にされるようになっている。また，直管部４１ａ同士の間に，被覆層用保持部材６５が上下に並べて配置されるようになっている。

各支持構造部４２，４３においては，保持開口６０は６個の伝熱管保持部材６１，５個のスペーサ６２，３個のスペーサ６３Ａ，６個のスペーサ６３Ｂによって閉塞されるようになっているが，さらに，各支持構造部４２，４３にあっては，各保持開口６０内において，各伝熱管保持部材６１，各スペーサ６２，各スペーサ６３の配置を適宜変更できる構成になっている。これにより，炉床７や流動層１０に対する伝熱管４１の高さを，複数の異なる高さに変えることができるようになっている。本実施形態においては，以下の４つの異なる高さに選択的に変更できる。

例えば図３〜図６に示す第一の配置パターン，即ち，３個のスペーサ６３Ａ，６個のスペーサ６３Ｂを下方に，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２を上方に配置した状態にできる。図示の例では，スペーサ６３Ａが保持開口６０の下縁部から３段１列に積み重ねられ，その隣に，スペーサ６３Ｂが保持開口６０の下縁部から３段２列に積み重ねて設けられている。そして，最上段（３段目）に設けられたスペーサ６３Ａ，６３Ｂの上面に，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２が並べて載せられている。また，この場合，図６に示すように，最も下段かつ最も前側に設けられた直管部４１ａと炉床７との間には，高さＨ１の間隙が形成され，伝熱管群４０は，後述する第二のパターンの場合よりも高い位置に配置される。

なお，図示の例では，スペーサ６３Ａは，炉体２の前後方向において最も前側に配置されており，スペーサ６３Ａの上面には，２個の伝熱管保持部材６１と，その間に設けられた１個のスペーサ６２とが支持されている。また，炉体２の前後方向において中央部に配置されたスペーサ６３Ｂの上面には，交互に並べて設けられた２個の伝熱管保持部材６１と２個のスペーサ６２とが支持されている。炉体２の前後方向において最も後側に配置されたスペーサ６３Ｂの上面にも，交互に並べて設けられた２個の伝熱管保持部材６１と２個のスペーサ６２とが支持されている。

また，例えば図７に示す第二の配置パターン，即ち，１個のスペーサ６３Ａ，２個のスペーサ６３Ｂを伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２の上方に移動させ，２個のスペーサ６３Ａ，４個のスペーサ６３Ｂを伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２の下方に配置した状態にできる。この図示の例では，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２よりも下側には，２個のスペーサ６３Ａが保持開口６０の下縁部から２段１列に積み重ねられ，その隣（後側）に，４個のスペーサ６３Ｂが保持開口６０の下縁部から２段２列に積み重ねられている。そして，２段目に設けられたスペーサ６３Ａ，６３Ｂの上面に，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２が並べて載せられている。伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２よりも上側には，１個のスペーサ６３Ａ，２個のスペーサ６３Ｂが１段に並べて載せられている。この場合，最も下段かつ最も前側に設けられた直管部４１ａと炉床７との間には，高さＨ２（Ｈ２＝Ｈ１−ｈ２）の間隙が形成される。即ち，伝熱管群４０は，第一の配置パターンと比較して，１個のスペーサ６３Ａ，６３Ｂの高さｈ２の分だけ低い位置に配置される。

例えば，図８に示す第三の配置パターン，即ち，２個のスペーサ６３Ａ，４個のスペーサ６３Ｂを伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２の上方に移動させ，１個のスペーサ６３Ａ，２個のスペーサ６３Ｂを伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２の下方に配置した状態にできる。この図示の例では，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２よりも下側には，保持開口６０の下縁部に沿って，１個のスペーサ６３Ａ，２個のスペーサ６３Ｂが１段に並べて載せられており，各スペーサ６３Ａ，６３Ｂの上面に，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２が並べて載せられている。伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２よりも上側には，２個のスペーサ６３Ａが２段１列に積み重ねられ，その隣（後側）に，４個のスペーサ６３Ｂが２段２列に積み重ねられている。この場合，最も下段かつ最も前側に設けられた直管部４１ａと炉床７との間には，高さＨ３（Ｈ３＝Ｈ１−ｈ２×２）の間隙が形成され，伝熱管群４０は第二の配置パターンよりさらに低い位置に配置される。

また，図９に示す第四の配置パターン，即ち，３個のスペーサ６３Ａ，６個のスペーサ６３Ｂを総て上方に移動させ，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２を下方に配置した状態にすることもできる。図示の例では，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２は保持開口６０の下縁部に沿って並べられ，伝熱管保持部材６１及びスペーサ６２の上側においては，スペーサ６３Ａが３段１列に積み重ねられ，その隣（後側）に，スペーサ６３Ｂが３段２列に積み重ねて設けられている。またこの場合，最も下段かつ最も前側に設けられた直管部４１ａと炉床７との間には，高さＨ４（Ｈ４＝Ｈ１−ｈ２×３）の間隙が形成され，伝熱管群４０は，第三の配置パターンよりもさらに低い位置に配置される。

なお，スペーサ６３Ａ，６３Ｂの配置変更は，被覆層６ｅを剥離させた状態で行うことができる。即ち，スペーサ６３Ａ，６３Ｂの配置変更を行った後で，側壁部６，伝熱管保持部材６１，スペーサ６２，６３Ａ，６３Ｂのそれぞれの内面等に対してモルタル等の材料を吹き付け，被覆層６ｅを形成すれば良い。また，伝熱管４１の高さが変更されると，端部４１ｃ，４１ｄの高さも変わるが，冷媒供給管５１においては，調節部５１ａが設けられていることにより，端部４１ｃの高さに応じて，冷媒供給管５１の長さを調節でき，冷媒排出管５２においては，調節部５２ａが設けられていることにより，端部４１ｄの高さに応じて，冷媒排出管５２の長さを調節できる。

図１に示すように，炉体２の側壁部６には，二次燃焼室Ｓ２に火炎を噴射するバーナの噴射口９０が備えられている。この噴射口９０から火炎が噴射されることにより，一次燃焼室Ｓ１から上昇した排ガスの燃焼が促進させられる。

後内側面６ｂの上端部には，二次燃焼室Ｓ２内の雰囲気を排気する排気口９１が開口されている。排気口９１には排気路９２が接続されている。この排気路９２はバグフィルタ９３に接続されている。一次燃焼室Ｓ１，二次燃焼室Ｓ２内の雰囲気は，二次燃焼室Ｓ２内を上昇して，排気口９１から排気され，バグフィルタ９３で塵埃が捕捉された後，外部に排気されるようになっている。また，バグフィルタ９３で塵埃を捕捉された排ガスの一部は，戻し経路１０１を通って，給気経路１０２から供給された例えば空気等の酸素含有気体と混合される。戻し経路１０１及び給気経路１０２は，供給経路１０３を介して前述したガス吹込み部２１に接続されている。即ち，戻し経路１０１から送気された排ガスと給気経路１０２から供給された空気が混合され，その混合ガスが各供給経路１０３から各ガス吹込み部２１にそれぞれ流動化用ガスとして供給されるようになっている。

次に，以上のように構成された流動床炉１を用いた焼却物の焼却処理について説明する。先ず，ホッパー１３に投入された焼却物と流動砂をブレンダ１４で混合し，給塵装置１５の稼動によって，所定の供給流量で，通路１２及び投入口１１を介して一次燃焼室Ｓ１内に連続的に供給する。このように一次燃焼室Ｓ１内に供給される焼却物は，例えば廃棄自動車からリサイクル備品を取除いた残りを粉砕したシュレッダーダスト（ＡＳＲ）等である。

一次燃焼室Ｓ１内に流動砂と焼却物を連続的に供給する一方で，各ガス吹込み部２１から一次燃焼室Ｓ１内に流動化ガスを上向きに吹込み，流動砂を吹き上げて流動化させる。これにより，流動砂と一緒に投入した焼却物を攪拌させながら加熱して，焼却する。すると，焼却物中の樹脂，繊維くず等の可燃物が熱分解又は燃焼させられて，熱分解ガス，酸化ガス等のガス成分を含む排ガス（一次燃焼ガス）が生じる。排ガスは流動層１０から上昇して，流動層１０の上方に設けられた二次燃焼室Ｓ２に向かう。

また，伝熱管群４０においては，各伝熱管４１の内部の流路に，例えば水（水蒸気）などの冷媒がそれぞれ通される。冷媒は，図示しない冷媒供給源から冷媒供給管５１，端部４１ｃを通じて，各伝熱管４１の最も下側に設けられた直管部４１ａにそれぞれ供給される。そして，直管部４１ａ内と湾曲部４１ｂ内を交互に流れ，各直管部４１ａ内においては交互に逆向きに流れながら，下方から上方に向かい，最も上側に設けられた直管部４１ａから，端部４１ｄ，冷媒排出管５２を通じて排出される。このように直管部４１ａの内部に通水された冷媒と，直管部４１ａの表面に接触した流動砂や焼却物とが，直管部４１ａの内外面を介して熱交換し，これによって流動砂と焼却物が冷却され，流動砂及び焼却物の温度が調節される。これにより，焼却物のカロリーが高い場合であっても，流動層１０の温度が過度に高くなることが防止され，安定した燃焼処理ができる。ＡＳＲのような焼却物についても安定した燃焼処理ができ，燃えがらを低減できる。なお，流動層１０の温度は，例えば約６００〜８００℃程度に維持すると良い。

焼却物の焼却中，伝熱管群４０の冷却能力は，伝熱管４１に通す冷媒の流量を増減させることにより，適宜調節することができる。即ち，伝熱管４１に通す冷媒の流量を増加させれば，伝熱管群４０の冷却能力を向上させることができ，流動層１０の温度を効率的に低下させることができる。逆に，冷媒の流量を減少させると，伝熱管群４０の冷却能力を低減させることができ，流動層１０の温度を高く維持することができる。

この伝熱管群４０では，直管部４１ａの略水平方向の位置と略鉛直方向の高さがそれぞれ揃えられ，略格子状の流路が形成されていることにより，流動砂や焼却物は，直管部４１ａの間で円滑に流動させられる。また，伝熱管群４０は，炉床７の傾斜方向において低所側に設けられており，投入口１１と伝熱管４１との間や，炉床７と伝熱管４１との間に，それぞれ十分な空間が形成されているので，これらの空間において，流動砂や焼却物を自在に流動させることができる。このように，流動砂や焼却物を円滑に流動させることで，焼却物の乾燥，熱分解，燃焼を効率的に行うことができる。また，直管部４１ａ同士の間を通って流動が活発に行われることにより，伝熱管群４０による温度調節を効率的に行うことができる。なお，複数本の直管部４１ａのうち，下側の一部の直管部４１ａのみを流動層１０（流動砂及び焼却物）に埋没，接触させるようにすれば，総ての直管部４１ａを流動層１０に埋没させる場合よりも，流動層１０の流動に対する抵抗力が少なくなり，流動層１０の流動をより円滑にすることができる。

焼却後に残った焼却物の燃えがらと流動砂は，取出し口３０から排出される。そして，篩等によって燃えがらが選別除去された後，流動砂がホッパー１３に戻される。

一方，一次燃焼室Ｓ１から二次燃焼室Ｓ２に上昇した排ガスは，二次燃焼室Ｓ２の下端部において，噴射口９０から供給された火炎が混合させられることにより加熱される。排ガスは二次燃焼させられながら二次燃焼室Ｓ２内を上昇し，未燃ガスや微細な焼却物の燃焼が行われた後，排気口９１から排出される。そして，バグフィルタ９３によって排ガス中の飛灰等が集塵された後，外部に排出される。

以上のようにして，流動床炉１においては，流動化ガスによって流動層１０を攪拌及び加熱しながら，伝熱管群４０によって流動層１０を冷却することにより，流動層１０の温度調整を行いつつ，焼却物の焼却を行うようになっている。

ところで，この流動床炉１においては，前述のように，焼却物の焼却中，伝熱管群４０における冷媒の流量を調節することで，伝熱管群４０による冷却能力を調節できるが，焼却物の焼却を行う前に，予め伝熱管群４０の高さを変えることでも，伝熱管群４０による流動層１０に対する冷却能力を調節できる。即ち，各支持構造部４２，４３におけるスペーサ６３の配置を，４つの配置パターンのいずれかに変えることで，伝熱管群４０の高さを変え，これにより，流動層１０の流動砂や焼却物に埋没する直管部４１ａの本数を増減させ，直管部４１ａにおいて流動層１０が接触する表面積，即ち，流動層１０との熱交換が行われる面積を調節できる。伝熱管群４０の高さを高くすれば，流動層１０が接触する表面積が少なくなり，伝熱管群４０の高さを低くすれば，流動層１０が接触する表面積が多くなる。従って，伝熱管群４０の冷却能力を変えることができる。

第一の配置パターン（図６）では，伝熱管群４０は，４つの配置パターンのうち最も高い位置に配置される。流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数は，４つの配置パターンのうちでは最も少なくなる。図示の例では，流動層１０が流動していない状態においては，下から１段目に位置する合計６本の直管部４１ａが流動層１０に埋没し，流動層１０が流動している状態では，下から１段目と２段目に位置する合計１２本の直管部４１ａが流動層１０に埋没するようになっている。

第二の配置パターン（図７）では，伝熱管群４０は，４つの配置パターンのうち２番目に高い位置に配置される。また，流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数は，４つの配置パターンのうち２番目に少なくなる。図示の例では，流動層１０が流動していない状態においては，下から１段目と２段目に位置する合計１２本の直管部４１ａが流動層１０に埋没し，流動層１０が流動している状態では，下から１段目〜３段目に位置する合計１８本の直管部４１ａが流動層１０に埋没するようになっている。

第三の配置パターン（図８）では，伝熱管群４０は，４つの配置パターンのうち３番目に高い位置に配置される。また，流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数が，４つの配置パターンのうち３番目に少なくなる。例えば，流動層１０が流動していない状態においては，下から１段目〜３段目に位置する合計１８本の直管部４１ａが流動層１０に埋没し，流動層１０が流動している状態では，下から１段目〜４段目に位置する合計２４本の直管部４１ａが流動層１０に埋没するようになっている。

第四の配置パターン（図９）では，伝熱管群４０は，４つの配置パターンのうちで最も低い位置に配置される。また，流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数が，４つの配置パターンのうちで最も多くなる。例えば，流動層１０が流動していない状態においては，下から１段目〜４段目に位置する合計２４本の直管部４１ａが流動層１０に埋没し，流動層１０が流動している状態では，下から１段目〜５段目に位置する合計３０本の直管部４１ａが流動層１０に埋没するようになっている。

以上のように，伝熱管群４０の高さは，第一の配置パターン，第二の配置パターン，第三の配置パターン，第四の配置パターンの順に次第に低くされ，流動層１０に接触させられる直管部４１ａの表面積は，第一の配置パターン，第二の配置パターン，第三の配置パターン，第四の配置パターンの順に次第に大きくなる。従って，例えば伝熱管群４０に通流させる冷媒の流量，伝熱管群４０付近での流動層１０の流動速度等の条件が同じと仮定した場合では，流動層１０に対する冷却能力は，第一の配置パターン，第二の配置パターン，第三の配置パターン，第四の配置パターンの順に次第に大きくなると考えられる。伝熱管群４０に通流させる冷媒の流量を可変とした場合でも，流動層１０に対する冷却能力の上限や下限は，第一の配置パターン，第二の配置パターン，第三の配置パターン，第四の配置パターンの順に次第に大きくなると考えられる。従って，伝熱管群４０の冷却能力を広い範囲で調節することができる。

なお，伝熱管群４０の高さが低いほど，流動層１０に接触する直管部４１ａの本数が増えることにより抵抗が大きくなり，また，伝熱管群４０と炉床７との間の空間も狭くなるので，流動層１０が流動しにくくなることが考えられるが，そのような場合でも，伝熱管群４０の高さを高くすることにより，流動層１０の流動状態を改善し，冷却効率を向上させることができる。

かかる流動床炉１によれば，保持開口６０内の伝熱管保持部材６１，スペーサ６２，６３Ａ，６３Ｂの配置を変えることで，流動層１０（流動砂，焼却物）に対する伝熱管４１の高さを変えることができる。これにより，流動層１０に埋没させられる直管部４１ａの本数，即ち，流動層１０に接触する各伝熱管４１の表面積を調節できる。従って，各伝熱管４１と流動層１０とが熱交換可能な面積を変えることができ，これにより，流動層１０に対する伝熱管４１の冷却能力を変えることができる。例えば流動層１０が高温になりやすい場合でも，十分な冷却能力を得ることができる。伝熱管４１に通す冷媒の流量調節だけを行う場合よりも，さらに広い範囲で伝熱管４１の冷却能力を調節することができる。

また，伝熱管４１の高さを調節することにより，流動砂，焼却物，燃えがら等が伝熱管４１に引っかかることや，伝熱管４１の間に詰まったりすることを防止できる。例えば流動層１０の流動性が悪い場合は，伝熱管４１の高さを高くし，流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数を減らすことで，伝熱管４１と流動層１０とを円滑かつ確実に接触させ，流動層１０の温度を確実に調節することができる。なお，流動層１０の流動性が比較的良い場合は，伝熱管４１の高さを低くし，流動層１０に埋没する直管部４１ａの本数を多くしても良い。この場合，流動層１０の流動速度を抑え，直管部４１ａと確実に熱交換が行われるように制御することでも，流動層１０の温度を確実に調節することができる。

また，スペーサ６３Ａ，６３Ｂ等の位置を移動させるだけで，伝熱管４１の高さを所望の位置に簡単に変更できる。従って，伝熱管４１の配置変更や被覆層６ｅの形成等に要する工期を短くすることができる。各支持構造部４２，４３においては，スペーサ６３Ａ，６３Ｂの配置を変えても，炉体２に開口された保持開口６０を伝熱管保持部材６１，スペーサ６２，６３Ａ，６３Ｂを利用して密閉することができ，これにより，炉体２の性能を好適に維持できる。例えば熱応力によって側壁部６に熱ひずみが生じても支障なく対応できる。即ち，保持開口６０において隙間が生じることを防止でき，炉体２から排ガスが漏れることや，炉体２内に外気が流入することを防止できる。また，側壁部６の強度が低下することを防止できる。

以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば伝熱管群４０の構造は，以上の実施形態に示したものに限定されない。伝熱管群４０における伝熱管４１の数は６つとしたが，５つ以下，７つ以上であっても良い。また，直管部４１ａの総数は３６本としたが，これらの数は任意の複数に設定できる。また，流動層１０に埋没させられる直管部４１ａの本数も限定されず，任意の数にすることができる。直管部４１ａの向きは左右方向としたが，例えば前後方向に向けても良い。また，伝熱管４１の形状は，複数の直管部４１ａと湾曲部４１ｂとを有する形状としたが，かかるものには限定されず，例えば，湾曲部４１ｂを有しない直管状であっても良い。

各支持構造部４２，４３に設けられる伝熱管保持部材６１，スペーサ６２，スペーサ６３Ａ，６３Ｂの個数は，以上の実施形態に示した数に限定されない。例えば伝熱管４１の高さ調節用のスペーサとしては，異なる大きさの２種類のスペーサ６３Ａ，６３Ｂを備えるとしたが，かかるスペーサは１種類でも３種類以上でも良い。例えばスペーサ６３Ａ，６３Ｂに代えて，幅ｈ０を有するスペーサを備えても良い。また，スペーサ６２は必ずしも設けなくても良い。伝熱管保持部材６１は伝熱管４１を一つずつ保持する構成としたが，例えば，一つの伝熱管保持部材６１によって複数の伝熱管４１を保持するようにしても良い。

各支持構造部４２，４３におけるスペーサ６３等の配置パターンは，以上の実施形態に示した配置パターンには限定されない。例えば図１０に示すように，炉体２の前後方向における前側，中央部，後側において，伝熱管保持部材６１，スペーサ６２，６３Ａ，６３Ｂの配置を，互いに異なるものにしても良い。そうすれば，伝熱管４１の高さを前後方向で異なる高さにすることができる。

図１０に示す例では，炉体２の前後方向における前側においては，１個の伝熱管保持部材６１及び２個のスペーサ６２の下方に，３個のスペーサ６３Ａを３段に配置している。同様に，中央部においても，２個の伝熱管保持部材６１，２個のスペーサ６２の下方に，３個のスペーサ６３Ｂを３段に配置している。これに対し，後側においては，２個の伝熱管保持部材６１，２個のスペーサ６２の下方に，２個のスペーサ６３Ｂを２段に配置し，上方に１個のスペーサ６３Ｂを配置している。このようにすると，後側に配列された伝熱管４１ａは，前側の伝熱管４１ａよりも低い高さに配置される。即ち，後側ほど低くなる炉床７の傾斜に合わせて，伝熱管４１ａの高さも，後側ほど低くなるようにすることができる。

また，伝熱管保持部材６１とスペーサ６２の配置は，伝熱管保持部材６１の間にスペーサ６２を一つずつ配置するとしたが，かかる配置には限定されない。例えば伝熱管保持部材６１の間にスペーサ６２を挟まず，伝熱管保持部材６１同士を隣接させたり，あるいは，伝熱管保持部材６１の間に３個以上のスペーサ６２を備えたりしても良い。このように，伝熱管保持部材６１の間に備えるスペーサ６２の個数を変更すれば，伝熱管４１同士の間の隙間の大きさを変更できる。これにより，伝熱管４１同士の間を通る流動層１０の流動状態を調節することも可能である。

以上の実施形態では，焼却物としてＡＳＲを例示したが，焼却物はかかるものに限定されず，各種の廃棄物，例えば，都市ごみの粉砕物，産業廃棄物の粉砕物，汚泥，木屑等であっても良い。また，例えばＡＳＲと産業廃棄物の粉砕物との混合物など，異なる種類の廃棄物を混合したものであっても良い。本発明にかかる流動床炉によれば，様々な性質の廃棄物を，例えば難燃性の廃棄物であっても，効率的に焼却処理することが可能である。

また，以上の実施形態では，流動床炉１は角型の傾斜分散型流動層燃焼炉としたが，本発明はかかるものには限定されず，各種の方式の流動床炉に適用できる。例えば，実施の形態に示した流動床炉１において，燃えがら及び流動砂の取出し方式は，傾斜した炉床５の最低部から取り出す片端抜き出し式であったが，かかる取出し方式は，炉床の中央部から燃えがら及び流動砂を取出すいわゆるセンター抜き出し式等であっても良い。

本発明は，ボイラーや発電設備等を付設した流動床炉１に適用することもできる。例えば，側壁部６に冷媒配管を内設して，冷媒配管の内部に通された冷媒と排ガスが冷媒配管の内外面を介して熱交換することで，排ガスの熱が回収される構成としても良い。また，二次燃焼後の排ガスをボイラーに導入して，ボイラーの熱交換器において排ガスの熱を回収する構成としても良い。その場合，ボイラーは二次燃焼室Ｓ２とバグフィルタ９３との間に設け，排ガスをボイラーによって冷却した後，バグフィルタ９３において集塵することが好ましい。

また，以上の実施形態では，流動床炉１は廃棄物の焼却処理に用いるものとしたが，例えば石炭やごみ固形化燃料（ＲＤＦ：Ｒｅｆｕｓｅ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ）等を燃料（焼却物）として用いる発電施設の燃焼炉に適用することもできる。

本発明は，各種焼却物を焼却処理する流動床炉に適用できる。

本実施の形態にかかる流動床炉の概略縦断面図である。 流動床炉の概略横断面図（図１におけるＡ−Ａ線による概略断面図）である。 一次燃焼室の概略横断面図（図２におけるＢ−Ｂ線による概略断面図）である。 左内側面側の支持構造部の斜視図である。 右内側面側の支持構造部の斜視図である。 支持構造部の第一の配置パターンを説明する説明図である。 支持構造部の第二の配置パターンを説明する説明図である。 支持構造部の第三の配置パターンを説明する説明図である。 支持構造部の第四の配置パターンを説明する説明図である。 支持構造部において前後で配置パターンを変えた実施形態にかかる説明図である。

符号の説明

Ｓ１ 一次燃焼室
Ｓ２ 二次燃焼室
１ 流動床炉
２ 炉体
６ 側壁部
６ａ 前内側面
６ｂ 後内側面
６ｃ 左内側面
６ｄ 右内側面
７ 炉床
１０ 流動層
４０ 伝熱管群
４１ 伝熱管
４１ａ 直管部
４２，４３ 支持構造部
６０ 保持開口
６１ 伝熱管保持部材
６２ 第二のスペーサ
６３Ａ，６３Ｂ スペーサ
６５ 被覆層用保持部材
６６ 第二の被覆層用保持部材

Claims (5)

1. 炉体内で流動媒体を流動させ焼却物を焼却させる流動床炉であって，
   前記炉体内に，前記流動媒体の温度を調節する伝熱管が備えられ，
   前記伝熱管を保持する伝熱管保持部材が備えられ，
   前記伝熱管保持部材の上方又は下方に備えられるスペーサを有し，
   前記伝熱管保持部材と前記スペーサとを保持する保持開口を備え，
   前記保持開口の内側において，前記伝熱管保持部材と前記スペーサの配置を変更することが可能な構成としたことを特徴とする，流動床炉。
2. 前記スペーサに，被覆層を保持する被覆層用保持部材を設けたことを特徴とする，請求項１に記載の流動床炉。
3. 前記伝熱管保持部材を複数備え，
   前記伝熱管保持部材の側方に隣接させて備えられる第二のスペーサを有し，
   前記保持開口の内側において，前記伝熱管保持部材と前記第二のスペーサの配置を変更することが可能な構成としたことを特徴とする，請求項１又は２に記載の流動床炉。
4. 前記第二のスペーサに，被覆層を保持する第二の被覆層用保持部材を設けたことを特徴とする，請求項３に記載の流動床炉。
5. 前記伝熱管は，互いに異なる高さに配置された複数本の直管部を有していることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の流動床炉。

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