JP2020118309A - 熱および灰分の回収装置、ならびに、回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排ガス流路における燃焼排ガスの熱の回収と同時に、燃焼排ガス中の灰分を十分に除去することができる回収装置、また、熱および灰分の回収方法を提供する。【解決手段】回収装置１は、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスＧを流す燃焼排ガス流路２に設置され、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収する装置である。回収装置１は、複数のセラミックボール１０を備えており、燃焼排ガスＧの熱を複数のセラミックボール１０へ蓄熱させるとともに、燃焼排ガスＧ中の灰分を複数のセラミックボール１０に付着させることにより、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、熱および灰分の回収装置、ならびに、回収方法に関する。

従来、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスを流す燃焼排ガス流路には、一般に、熱交換器が設置され、燃焼排ガスとの熱交換により回収された熱は、発電等に利用されている。また、特許文献１等に開示されるように、燃焼排ガス流路にて、燃焼排ガス中に含まれる物質を除去することも行われている。

特開２００３−２７９０１２号公報

ところで、燃焼排ガス中には不燃性の灰分が含まれている。灰分は、燃焼排ガス流路内へ付着したり、熱交換器等の燃焼炉部品を腐食させたりする原因となる。この問題の改善を図るため、流路壁を利用して燃焼排ガスを冷却し、燃焼排ガス中に飽和している灰分を析出させ、燃焼排ガスから分離することが行われている。しかしながら、この方法では、燃焼排ガスの熱の回収が十分でなく、燃焼排ガス中の灰分も十分に除去することができない。燃焼排ガス中から分離されずに残った微細な灰分は、燃焼排ガスにのって燃焼排ガス流路内を下流に流れ、熱交換器に付着した場合には、熱交換器の能力を低下させる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスの熱の回収と同時に、燃焼排ガス中の灰分を十分に除去することができる回収装置、また、熱および灰分の回収方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスを流す燃焼排ガス流路に設置され、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収する回収装置であって、
複数のセラミックボールを備えており、
上記燃焼排ガスの熱を上記複数のセラミックボールへ蓄熱させるとともに、上記燃焼排ガス中の灰分を上記複数のセラミックボールに付着させることにより、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収するように構成されている、
回収装置にある。

本発明の他の態様は、上記回収装置を用いた、
燃焼排ガスの熱および灰分の回収方法にある。

本発明のさらに他の態様は、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスの熱および灰分を回収した複数のセラミックボールを準備し、
当該複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱と、上記複数のセラミックボールに付着した上記燃焼排ガス中の灰分と、を回収し、
当該熱および灰分を回収した後の上記複数のセラミックボールを上記燃焼排ガスの熱および灰分の回収に再利用する、
セラミックボールの熱および灰分の回収方法にある。

上記回収装置では、燃焼排ガス流路内に流入した燃焼排ガスとの接触によって複数のセラミックボールが加熱され、燃焼排ガスの熱が複数のセラミックボールに蓄熱される。これにより、燃焼排ガス流路内を流れる燃焼排ガスから熱が回収される。また、複数のセラミックボールがフィルターや吸着材として機能し、燃焼排ガス中の固形の灰分が複数のセラミックボールに付着する。さらに、上記熱回収によって燃焼排ガスは冷却されるため、当該冷却によって燃焼排ガスから析出した灰分も複数のセラミックボールに付着する。

よって、上記回収装置によれば、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスの熱の回収と同時に、燃焼排ガス中の灰分を十分に除去することができる。

上記燃焼排ガスの熱および灰分の回収方法は、上記回収装置を用いているので、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスの熱の回収と同時に、燃焼排ガス中の灰分を十分に除去することができる。

上記セラミックボールの熱および灰分の回収方法は、上述したステップを有する。そのため、上記セラミックボールの熱および灰分の回収方法によれば、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスよりセラミックボールにて回収した熱および灰分を、さらに回収することができ、当該回収後、燃焼排ガスの熱および灰分の回収に、再びセラミックボールを再利用することができる。

実施形態１に係る回収装置を廃棄物燃焼炉の燃焼排ガス流路に適用した例を模式的に示した説明図である。 図１に示した燃焼排ガス流路の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の基本形態を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第１の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第２の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第３の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第４の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第５の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態１に係る回収装置の第６の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態２に係る回収装置の基本形態を模式的に示した説明図である。 実施形態２に係る回収装置の基本形態におけるセラミックボールの供給および回収方法の一例を模式的に示した説明図である。 図１１の回収装置におけるセラミックボールの供給部の構成例を模式的に示した説明図である。 実施形態２に係る回収装置の第１の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態２に係る回収装置の第２の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態３に係る回収装置の基本形態を模式的に示した説明図である。 実施形態３に係る回収装置の第１の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態５に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法・回収装置の一例を模式的に示した説明図である。 実施形態５に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法・回収装置の第１の変形例を模式的に示した説明図である。 実施形態５に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法・回収装置における、灰分回収の一例を模式的に示した説明図である。 実施形態５に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法・回収装置の第２の変形例を模式的に示した説明図である。

（実施形態１）
実施形態１の回収装置について、図１〜図９を用いて説明する。

図１に例示されるように、本実施形態の回収装置１は、燃焼炉（不図示）における燃焼により生じた燃焼排ガスＧを流す燃焼排ガス流路２に設置され、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収する装置である。図１では、燃焼排ガス流路２に設けられた回収装置１よりも下流側に、燃焼排ガスＧと熱交換を行う熱交換部３が設けられている例が示されている。また、図１では、燃焼排ガス流路２の一端部が、燃焼炉からの燃焼排ガスＧ（図中、矢印Ｙ１）が流入する流入口２１０とされ、燃焼排ガス流路２の他端部が、燃焼排ガス流路２内を流れた燃焼排ガスＧ（図中、矢印Ｙ３）が流出する流出口２３０とされている例が示されている。

燃焼炉としては、例えば、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉、工業炉一般（熱処理炉、溶解炉、焼成炉等）などを例示することができる。燃焼炉が廃棄物焼却炉である場合には、次の利点がある。廃棄物焼却炉は、各種ごみ等の廃棄物を焼却するため、燃焼排ガスＧ中に、シリカ成分、アルカリ成分、塩化物成分等の廃棄物に由来する腐食性のガスや灰分が多く含まれる。そのため、廃棄物焼却炉では、灰分が、燃焼排ガス流路２内へ付着したり、ガスや灰分が、熱交換部３等の燃焼炉部品を腐食させたりする問題が顕著である。上記構成によれば、例えば、燃焼排ガス流路２における回収装置１よりも下流に熱交換部３が設置されている場合でも、熱交換部３よりも上流側にて、熱回収により燃焼排ガスＧの温度をより低く冷却することができるとともに、燃焼排ガスＧ中の灰分量を十分に低減させることができる。そのため、上記構成によれば、熱交換部３の高温腐食、灰分付着による熱交換能力の低下を抑制しやすくなる。なお、廃棄物燃焼炉は、特に種類が限定されるものではなく、例えば、ストーカー式燃焼炉などを例示することができる。また、燃焼排ガス流路２は、例えば、廃棄物燃焼炉等の炉本体に接続される流路などとすることができる。

図１に例示されるように、燃焼排ガス流路２は、具体的には、第１流路２１と、第２流路２２と、第３流路２３と、を有する構成とすることができる。第１流路２１は、燃焼炉の炉本体（不図示）にて生じた燃焼排ガスＧを上方に導く。第２流路２２は、第１流路２１の上端部と連通し、燃焼排ガスＧを下方に導く。本実施形態では、第２流路２２に回収装置１が設置されている。第３流路２３は、第２流路２２の下端部と連通し、燃焼排ガスＧと熱交換を行う熱交換部３を備えている。なお、熱交換部３は、例えば、蒸気配管式の熱交換部３（ボイラー）等とすることができる。

したがって、燃焼炉の炉本体（不図示）で生じた燃焼排ガスＧは、炉本体から燃焼排ガス流路２の流入口２１０より流入し、第１流路２１内を上方に向かって流れた後、矢印Ｙ１２のように第１流路２１の上端部より第２流路２２の上端部に流入し、第２流路２２内を下方に向かって流れる。この際、燃焼排ガスＧは、第２流路２２の途中に設けられた回収装置１を通る。そして、燃焼排ガスＧは、矢印Ｙ２３のように第２流路２２の下端部より第３流路２３の下端部に流入し、第３流路２３内を上方に向かって流れ、燃焼排ガス流路２の流出口２３０より流出する。この際、燃焼排ガスＧは、第３流路２３の途中に設けられた熱交換部３を通る。なお、図１では、矢印Ｙ１の方向と反対の方向が、鉛直方向の下向きとされる。

上記構成によれば、本実施形態の回収装置１は、熱交換部３より燃焼排ガスＧの温度が高い上流側の位置における燃焼排ガスＧの気流中に設置される。燃焼排ガスＧの気流中に回収装置１が設置されている場合には、より高温の燃焼排ガスＧで回収装置１のセラミックボール１０（後述する）を加熱し蓄熱させることにより、効率的に熱回収を行うことができる。燃焼排ガスＧはセラミックボール１０の加熱により冷却される。さらに、燃焼排ガスＧ中の灰分を、固形状態の灰分はセラミックボール１０表面に付着させ、気流中にガス化した状態の灰分はセラミックボール１０により冷却して析出させ、これをセラミックボール１０表面に付着させることにより、効率的に回収することができる。また、回収装置１にて回収しきれなかった灰分や、回収装置１にて回収された後に脱落した灰分などは、第２流路２２の下端部に落下させることができる。なお、第２流路２２の下端部に堆積した灰分は、第２流路２２の下端部から燃焼排ガス流路２外へ取り出されるように構成することができる（図１中、矢印Ｙ４）。

そのため、上記構成によれば、第３流路２３の熱交換部３に過度に高温な燃焼排ガスＧが流れるのを抑制することができるので高温腐食を抑制しやすくなる上、熱交換部３に到達する灰分量を低減させやすくなる。

なお、回収装置１の設置場所は、図１に例示されるように第２流路２２に限定されるものではない。例えば、回収装置１は、第１流路２１に設置されてもよく、燃焼排ガス流路２にあわせて適切な場所に設置することができる。

また、燃焼排ガス流路２は、図１の流路形態に限定されるものではない。例えば、図２に示される燃焼排ガス流路２において、第３流路２３は、上流流路部２３１と、中流流路部２３２と、下流流路部２３３とを有している。上流流路部２３１は、第２流路部２２の下端部と連通し、燃焼排ガスＧを上方へ導く。中流流路部２３２は、上流流路部２３１の上端部と連通し、燃焼排ガスＧを下方に導く。図２の例では、第３流路２３における中流流路部２３２の途中に熱交換部３が設けられている。また、下流流路部２３３は、中流流路部２３２の下端部と連通し、燃焼排ガスＧを上方に導く。図１に示した燃料排ガス流路２では、第３流路２３の上端部に燃焼排ガス流路２の流出口２３０が設けられていたが、この例では、下流流路部２３３の上端部に燃焼排ガス流路２の流出口２３０が設けられている。

したがって、この場合には、燃焼排ガスＧは、上述したように上流流路部２３１内を上方に向かって流れた後、矢印Ｙ３１のように上流流路部２３１の上端部より中流流路部２３２の上端部に流入し、中流流路部２３２内を下方に向かって流れる。そして、燃焼排ガスＧは、矢印Ｙ３２のように中流流路部２３２の下端部より下流流路部２３３の下端部に流入し、下流流路部２３３内を上方に向かって流れ、燃焼排ガス流路２の流出口２３０より流出する。なお、熱交換部３は、図示はしないが、下流流路部２３３の途中に設けることも可能である。このように、燃焼排ガス流路２の流路形態は、種々変更することが可能である。

図３に示されるように、回収装置１は、複数のセラミックボール１０を備えている。なお、図３は、燃焼排ガス流路２の断面の一部を簡略化して示したものであり、第２流路２２への燃焼排ガスＧの流入部分、第２流路２２からの燃焼排ガスＧの流出部分は省略されている。後述する図３以降の図面も同様の省略がなされている。

セラミックボール１０を構成するセラミックとしては、具体的には、アルミナ（例えば、高純度アルミナ、液相焼結アルミナ等）、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。セラミックボール１０の材質は、燃焼炉内の条件（廃棄物等の燃焼させる物の種類や燃焼ガスの温度等）に合わせて種々変更することができる。なお、例えば、高純度アルミナは、耐食性、耐固着性、耐摩耗性などに優れる。また、液相焼結アルミナは、耐熱衝撃性、コストなどに優れる。ムライトは、耐熱衝撃性、軽量性、コストなどに優れる。炭化ケイ素は、耐熱衝撃性、軽量性などに優れる。窒化ケイ素は、耐摩耗性などに優れる。

また、セラミックボール１０の気孔率は、耐摩耗性、耐食性、耐熱衝撃性などの観点から、０％以上２０％以下、好ましくは、０％以上１５％以下とすることができる。セラミックボール１０の気孔率が低いと耐摩耗性や耐食性に優れるが、耐熱衝撃性に劣る。セラミックボール１０の気孔率が高くなると、耐熱衝撃性は向上するが、耐摩耗性や耐食性が低下する。セラミックボール１０の気孔率が１５％を超えると耐摩耗性が低下し、２０％を超えると耐摩耗性が大きく低下する。したがって、これらを考慮し、燃焼炉内の条件等に合わせてセラミックボール１０の気孔率を選択することができる。

セラミックボール１０の形状は、セラミックボール１０からの灰分の回収性向上、セラミックボール１０に回転や振動を与えやすくなるなどの観点から、好ましくは、球状とすることができる。なお、セラミックボール１０は、後述するように貫通孔１０１を有することもできる。セラミックボール１０の直径は、セラミックボール１０間の隙間形成性、軽量化、耐熱衝撃性などの観点から、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることができる。セラミックボール１０の直径が小さ過ぎると、セラミックボール１０間の隙間を燃焼排ガスＧが流れ難くなり、圧力損失が上昇する。一方、セラミックボール１０の直径が大き過ぎると、セラミックボール１０が重くなったり、耐熱衝撃性が低下したりする。セラミックボール１０の直径は、好ましくは、１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下、より好ましくは、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることができる。

回収装置１は、燃焼排ガスＧの熱を複数のセラミックボール１０へ蓄熱させるとともに、燃焼排ガスＧ中の灰分を複数のセラミックボール１０に付着させることにより、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するように構成されている。

そのため、回収装置１では、燃焼排ガス流路２内に流入した燃焼排ガスＧとの接触によって複数のセラミックボール１０が加熱され、燃焼排ガスＧの熱が複数のセラミックボール１０に蓄熱される。これにより、燃焼排ガス流路２内を流れる燃焼排ガスＧから熱が回収される。また、複数のセラミックボール１０がフィルターや吸着材として機能し、燃焼排ガスＧ中の固形の灰分が複数のセラミックボール１０に付着する。さらに、上記熱回収によって燃焼排ガスＧは冷却されるため、当該冷却によって燃焼排ガスＧから析出した灰分も複数のセラミックボール１０に付着する。本実施形態では、具体的には、燃焼排ガスＧが複数のセラミックボール１０間の隙間を抜ける際に、セラミックボール１０が加熱により蓄熱され、燃焼排ガスＧが冷却される。そして、燃焼排ガスＧが複数のセラミックボール１０間の隙間を抜ける際に、固形の灰分がセラミックボール１０に付着し、上記冷却により燃焼排ガスＧから析出した灰分もセラミックボール１０に付着する。よって、回収装置１によれば、燃焼排ガス流路２における燃焼排ガスＧの熱の回収と同時に、燃焼排ガスＧ中の灰分を十分に除去することができる。

以下、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収する具体的な構成例について、図３〜図９を用いて説明する。

図３〜図９に例示されるように、本実施形態において、回収装置１は、複数のセラミックボール１０をバッチ式にて入れ替え可能に構成されている。この構成によれば、複数のセラミックボール１０間の隙間を燃焼排ガスＧがすり抜けるため、灰分の回収効率を向上させやすくなる。もっとも、この構成によると、燃焼排ガスＧの圧力損失は大きくなる傾向が見られる。以下、図３〜図９の形態について順に説明する。

図３に回路装置１の基本形態を示す。図３では、回収装置１は、複数のセラミックボール１０を保持する保持部材１１を有しており、保持部材１１にて保持された複数のセラミックボール１０により、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するように構成されている。この構成によれば、複数のセラミックボール１０を燃焼排ガス流路２内の任意の位置にかためて配置することができ、また、バッチ式にて複数のセラミックボール１０をまとめて入れ替えしやすい。なお、保持部材１１は、複数のセラミックボール１０を充填状態で保持することができる。

保持部材１１は、例えば、耐食性を有するステンレス等のＦｅ基合金、Ｎｉ基合金等の金属材料より構成することができる。保持部材１１は、燃焼排ガスＧを通気可能な形状に形成されることができる。保持部材１１の形状としては、網状、かご状、容器状（トレイ状含む）などが挙げられる。図３では、具体的には、保持部材１１が金網より構成されている例が示されている。

図４に、回収装置１の第１の変形例を示す。図４（ａ）では、保持部材１１により保持された複数のセラミックボール１０を燃焼排ガス流路２の側面２０から出し入れ可能に構成した例（片側入れ替え式）が示されている。この構成によれば、複数のセラミックボールを容易に入れ替えることができる。

図４（ｂ）に示されるように、保持部材１１は、具体的には、枠部１１０と、枠部１１０の底部に設けられた金網部１１１とを有する構成とすることができる。なお、金網部１１１は、枠体１１０から取り外し可能とされており、腐食した場合には、容易に交換できるようになっている。複数のセラミックボール１０は、枠部１１０の内側、かつ、金網部１１１の上方に充填されることができる。図４（ａ）では、保持部材１１は、燃焼排ガス流路２の側面２０に設けられた開口部２０１より出し入れ可能とされている。なお、ここでは、保持部材１１が燃焼排ガス流路２の中に入れられた際に、枠部１１０の一部が燃焼排ガス流路２の開口部２０１を塞いで蓋をするように構成した例が示されているが、別途、開口部２０１に開閉自在に構成されたスライドドア等を設けることもできる。

図５に、回収装置１の第２の変形例を示す。図５では、燃焼排ガス流路２の一方の側面２０のみならず、一方の側面２０に対向する他方の側面２０からも、保持部材１１により保持された複数のセラミックボール１０を出し入れ可能に構成した例（交互入れ替え式）が示されている。この構成によれば、複数のセラミックボール１０を両方の側面２０から交互に入れ替えることができる。

図５では、保持部材１１が燃焼排ガス流路２の中に入れられた際に、枠部１１０が、両方の側面２０にそれぞれ形成された開口部２０１を塞いで蓋をするように構成されている。また、図５では、開閉自在に構成されたスライドドア２０１ａを備えたチャンバー２０２内に、保持部材１１に保持されたセラミックボール１０が収容されるように構成されている。この構成によれば、保持部材１１に保持されたセラミックボール１０の入れ替え時に、燃料排ガス流路２内の燃焼排ガスＧが外部に流出するのを抑制しやすくなる。

なお、上述したチャンバー２０２は、複数のスライドドア２０１ａを備えている。チャンバー２０２は、燃焼排ガス流路２側に配置されたスライドドア２０１ａの開閉により、チャンバー２０２と燃焼排ガス流路２とを連通または非連通状態とすることができ、保持部材１１により保持された複数のセラミックボール１０を燃焼排ガス流路２とチャンバー２０２との間で出し入れ可能に構成されている。また、チャンバー２０２は、燃焼排ガス流路２側に配置されたスライドドア２０１ａとは反対側に配置された別のスライドドア２０１ａを介して、保持部材１１ごと複数のセラミックボール１０を出し入れ可能に構成されている。

図６に、回収装置１の第３の変形例を示す。図６では、燃焼排ガス流路２内に、複数のセラミックボール１０が１段ではなく、複数段配置されている例が示されている（多段入れ替え式）。つまり、この構成によれば、燃焼排ガスＧの流れの上流側に配置されたセラミックボール１０にて回収しきれなかった熱および灰分を、下流側に配置されたセラミックボール１０にて回収することができる。そのため、この構成によれば、燃焼排ガスＧから熱および灰分を十分に回収しやすくなる。なお、上流側に配置されたセラミックボール１０の充填量と、下流側に配置されたセラミックボール１０の充填量とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図７に、回収装置１の第４の変形例を示す。図７では、上述した第３の変形例と同様に、燃焼排ガス流路２内に、複数のセラミックボール１０が複数段配置されている例が示されている。また、複数段にわたって配置された複数のセラミックボール１０は、一方の側面２０および他方の側面２０から出し入れ可能に構成されている。但し、図７では、燃焼排ガス流路２における燃焼排ガスＧの上流から下流に向かう流れ方向に垂直な断面領域の全体にわたって複数のセラミックボール１０が配置されておらず、上記断面領域の一部に複数のセラミックボール１０が配置されるように構成されている。具体的には、複数のセラミックボール１０をそれぞれ保持する複数の保持部材１１は、一方の側面２０と他方の側面２０とから交互に突出するように配置されている。そして、各保持部材１１の突出側先端部は、各保持部材１１の基端側端部とは反対側の側面２０に当接しないように配置されている。この構成によれば、燃焼排ガスＧの上流側から下方側への流れを妨げ難くなり、圧力損失の低減を図りやすくなる。なお、複数のセラミックボール１０は、一段ずつ入れ替えされてもよいし、一度に入れ替えされてもよい。

図８に、回収装置１の第５の変形例を示す。図８に示されるように、第５の変形例は、第４の変形例において、複数の保持部材１１を、燃焼排ガスＧの上流から下流に向かう流れ方向に垂直な方向に対し、下流側に傾斜させて配置した例である。この構成によれば、燃焼排ガスＧの上流側から下方側への流れをよりスムーズにすることが可能になる。

図９に、回収装置１の第６の変形例を示す。図９に示されるように、セラミックボール１０は、貫通孔１０１を有している。そして、複数のセラミックボール１０は、各貫通孔１０１に棒状の保持部材１１が挿通されることによって保持されている。棒状の保持部材１１の材質としては、上述した金属材料などを例示することができる。図９では、棒状の保持部材１１により保持された複数のセラミックボール１０が、燃焼排ガス流路２の両側面２０から交互に出し入れ可能とされている例が示されている。このような構成によっても、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収することができる。

−比較形態−
本実施形態に対する比較形態は、例えば、炉本体に燃焼排ガス流路２が接続された廃棄物焼却炉とされる。比較形態の廃棄物焼却炉は、具体的には、上述した図１に示される燃料排ガス流路２に回収装置１を備えておらず、燃焼排ガスＧと熱交換を行う蒸気配管式の熱交換部３（ボイラー）が第３流路２３内に設置されている。

比較形態の廃棄物焼却炉は、各種ごみ等の廃棄物を焼却するため、燃焼排ガスＧ中に廃棄物に由来する、シリカ成分、アルカリ成分、塩化物成分等を含む腐食性のガスや灰分が多く含まれる。そのため、比較形態の廃棄物焼却炉では、灰分が、燃焼排ガス流路２内へ付着したり、ガスや灰分が、熱交換部３等の燃焼炉部品を腐食させたりする問題が顕著である。比較形態の廃棄物焼却炉では、第２流路２２の流路壁等に冷却部（不図示）を設けることで、第２流路２２を流れる燃焼排ガスＧを冷却して温度を下げ、燃焼排ガスＧからの灰分の析出を促進させている。また、析出した灰分が下降する気流により第２流路２２の底部に落下されて堆積される。この灰分は第２流路２２の下端部から燃焼排ガス流路２外へ取り出される。第２流路２２を通った後も燃焼排ガスＧに残留する灰分は、第３流路２３内を上昇し、熱交換部３の表面に付着し、あるいは、熱交換される際に冷却されて析出し付着する。そのため、比較形態の廃棄物焼却炉は、熱交換部３への灰分付着により、高温腐食や熱交換能力の低下が生じる。

これに対し、本実施形態のように、熱交換部３より燃焼排ガスＧの温度が高い上流側の位置における燃焼排ガスＧの気流中に回収装置１が設置されている場合には、より高温の燃焼排ガスＧで回収装置１のセラミックボール１０を加熱し蓄熱させることにより、効率的に熱回収を行うことができる。燃焼排ガスＧはセラミックボール１０の加熱により冷却される。さらに、燃焼排ガスＧ中の灰分を、固形状態の灰分はセラミックボール１０表面に付着させ、気流中にガス化した状態の灰分はセラミックボール１０により冷却して析出させ、これをセラミックボール１０表面に付着させることにより、効率的に回収することができる。
上述した比較形態の廃棄物焼却炉のように、第２流路２２での冷却だけに比べ、本実施形態では、燃焼排ガスＧの気流中に回収装置１を設置するため、より効率的に灰分を回収できる。加えて、回収装置１の下流に熱交換部３が設置される場合、回収装置１により熱と灰分の回収をおこなうため、熱交換部３に到達する灰分量を低減させやすくなる。これにより、熱交換部３の高温腐食、灰分付着による熱交換能力の低下を抑制しやすくなる。

（実施形態２）
実施形態２の回収装置について、図１０〜図１４を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１０に例示されるように、本実施形態の回収装置１は、本実施形態１の回収装置１と同様に、基本的には、燃焼排ガスＧの熱を複数のセラミックボール１０へ蓄熱させるとともに、燃焼排ガスＧ中の灰分を複数のセラミックボール１０に付着させることにより、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するように構成されている。そのため、本実施形態の回収装置１によれば、本実施形態１の回収装置１と同様に、燃焼排ガス流路２における燃焼排ガスＧの熱の回収と同時に、燃焼排ガスＧ中の灰分を十分に除去することができる。但し、本実施形態では、具体的には、燃焼排ガスＧが複数のセラミックボール１０に当たる際に、セラミックボール１０が加熱により蓄熱され、燃焼排ガスＧが冷却される。そして、燃焼排ガスＧが複数のセラミックボール１０に当たる際に、固形の灰分がセラミックボール１０に付着し、上記冷却により燃焼排ガスＧから析出した灰分もセラミックボール１０に付着する。なお、実施形態１にて述べた構成および作用効果は、実施形態２の構成および作用効果として必要に応じて参酌することができる。

以下、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収する具体的な構成例について、図１０〜図１４を用いて具体的に説明する。

図１０〜図１４に例示されるように、本実施形態において、回収装置１は、複数のセラミックボール１０を連続的に入れ替え可能に構成されている。この構成によれば、連続的に供給される複数のセラミックボール１０に燃焼排ガスＧを当てることができるため、燃焼排ガスＧの圧力損失を小さくしやすくなる。もっとも、この構成によると、燃焼排ガスＧがセラミックボール１０に当たるだけであるため、灰分の回収効率は低くなる傾向が見られる。以下、図１０〜図１４の形態について順に説明する。

図１０に回路装置１の基本形態を示す。図１０では、回収装置１は、複数のセラミックボール１０を転がす転がし部材１２を有しており、転がし部材１２にて複数のセラミックボール１０を転がしながら、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するように構成されている。この構成によれば、転がし部材１２によって燃焼排ガス流路２内を転がりながら移動するセラミックボール１０にて連続的に燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収することができる。

転がし部材１２には、例えば、耐食性を有するステンレス等のＦｅ基合金、Ｎｉ基合金等の金属材料より構成することができる。転がし部材１２は、燃焼排ガスＧを通気可能な形状に形成されることができる。転がし部材１２の形状としては、網状、樋状などが挙げられる。図１０では、具体的には、転がし部材１２が金網より構成されている例が示されている。また、図１０では、燃焼排ガス流路２の一方の側面２０から他方の側面２０にわたって、セラミックボール１０が斜め下方に転がるように、転がし部材１２が傾斜して配置されている。

回収装置１において、転がし部材１２へのセラミックボール１０の供給方法、転がし部材１２からのセラミックボール１０の回収方法は、特に限定されない。例えば、図１１に示されるように、回収装置１は、複数のセラミックボール１０を燃焼排ガス流路２の一方の側面２０から燃焼排ガス流路２内に設けられた転がし部材１２に供給可能に構成することができる。また、回収装置１は、燃焼排ガス流路２内に設けられた転がし部材１２上を転がった複数のセラミックボール１０を、燃焼排ガス流路２の他方の側面２０から回収可能に構成することができる。

図１１では、具体的には、燃焼排ガス流路２の一方の側面２０側に、複数のセラミックボール１０を入れる樋状のボール供給容器４１０を有するボール供給部４１が設けられ、燃焼排ガス流路２の他方の側面２０側に、複数のセラミックボール１０を入れる樋状のボール回収容器４２０を有するボール回収部４２が設けられている例が示されている。複数のセラミックボール１０は、例えば、図１１および図１２（ａ）に示されるように、燃焼排ガス流路２の一方の側面２０に設けた開閉自在のスライドドア２０１ａを開き、ボール供給容器４１０を傾けることで、転がし部材１２に供給されることができる。また、転がし部材１２上を転がった複数のセラミックボール１０は、例えば、図１１に示されるように、燃焼排ガス流路２の他方の側面２０に設けた開閉自在のスライドドア２０１ａを開き、ボール回収容器４２０に回収されることができる。なお、図１１では、樋状のボール供給容器４１０を用いた例を示したが、これ以外にも、例えば、図１２（ｂ）に例示するように、回転羽根４１１等で複数のセラミックボール１０を転がし部材１２に供給することも可能である。

図１３に、回収装置１の第１の変形例を示す。図１３では、燃焼排ガス流路２内に、複数のセラミックボール１０が１段ではなく、複数段配置されている例が示されている。つまり、本例では、燃焼排ガス流路２内に多段に配置された転がし部材１２上を転がる複数のセラミックボール１０により、燃焼排ガスＧから熱および灰分の回収が多段で連続的に行われる。この構成によれば、燃焼排ガスＧの流れの上流側で転がりながら移動するセラミックボール１０にて回収しきれなかった熱および灰分を、下流側で転がりながら移動するセラミックボール１０にて回収することができる。そのため、この構成によれば、燃焼排ガスＧから熱および灰分を十分に回収しやすくなる。

図１３では、具体的には、回収装置１は、燃焼排ガス流路２の一方の側面２０からだけではなく、他方の側面２０からも複数のセラミックボール１０を燃焼排ガス流路２内に設けられた転がし部材１２に供給可能に構成されている。また、回収装置１は、燃焼排ガス流路２の他方の側面２０からだけでなく、一方の側面２０からも転がし部材１２上を転がった複数のセラミックボール１０を回収可能に構成されている。

図１４に、回収装置１の第２の変形例を示す。本例の回収装置１は、燃焼排ガスＧからの熱および灰分の回収が多段で連続的に行われる点では、上述した第１の変形例と同じである。しかし、本例の回収装置１では、燃焼排ガスＧの流れの上流側に配置された転がり部材１２上を転がり終えたセラミックボール１０が下流側に配置された転がり部材１２上に落下等により移動し、再び転がり部材１２上をセラミックボール１０が転がり始めるように構成されている。この構成によれば、燃焼排ガスＧの流れ方向の上流側から下流側に向かって、複数のセラミックボール１０が燃焼排ガス流路２内を蛇行しながら連続的に移動する。そのため、この構成によれば、燃焼排ガスＧとの接触時間をより長くすることが可能となり、燃焼排ガスＧからの連続的な熱および回収に有利である。

本例の回収装置１では、具体的には、上流側の転がり部材１２の先端部は、転がり部材１２の基端側とは反対側の側面２０に達していない。そして、上流側の転がり部材１２の先端部から落下等により移動したセラミックボール１０が下流側の転がり部材１２によって受けられるようになっている。また、本例の回収装置１では、燃焼排ガスＧの流れ方向に向かって数えて一番最後（図１４では２番目）に配置された転がり部材１２を転がり終えたセラミックボール１０は、第２流路２２の下端部に落下し、第２流路２２の下端部から回収されるように構成されている。この場合、セラミックボール１０は、第２流路２２の下端部に堆積した粗大な灰分と一緒に分離されることができる。なお、一緒に回収されたセラミックボール１０と粗大な灰分とは、篩などを用いて容易に分離することができる。

（実施形態３）
実施形態３の回収装置について、図１５および図１６を用いて説明する。

図１５に例示されるように、本実施形態の回収装置１は、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に蓄熱された燃焼排ガスＧの熱を回収する熱回収部１３を有している。この構成によれば、燃焼排ガス流路２内にて複数のセラミックボール１０により燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するとともに、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に蓄熱された燃焼排ガスＧの熱を、燃焼排ガス流路２外にて熱回収部１３により回収することができる。

本実施形態の回収装置１を具体的に説明する。図１５に示される回収装置１は、概略、本実施形態１の回収装置１に示した第２の変形例と同様の構成を有している。但し、第２の変形例にて示した燃焼排ガス流路２の両側面２０側に設けられたチャンバー２０２が、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に蓄熱された燃焼排ガスＧの熱を回収する熱回収部１３として機能するように改変されている。

具体的には、図１５に示される回収装置１では、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に気流を当てることにより、熱を回収するように構成されている。より具体的には、図１５に示されるように、回収装置１では、チャンバー２０２は、外部から気流Ｆを吹き込み可能に構成されるとともに、チャンバー２０２内に吹き込まれて複数のセラミックボール１０に接して熱を回収した気流Ｆを外部に吹き出し可能に構成されている。なお、図１５では、下方から上方に向かって気流Ｆを吹き込む例を示したが、上方から下方に向かって気流Ｆを吹き込むこともできる。また、本例では、セラミックボール１０に付着した灰分の回収は、気流Ｆによるセラミックボール１０からの熱回収後、チャンバー２０２の外にて行うことができる。

なお、本例では、保持部材１１が枠部１１０と金網部１１１とでトレイ状に構成されている例を用いて説明したが、保持部材１１は、実施形態１の第６の変形例で例示したように、複数のセラミックボール１０を貫通する棒状の保持部材１１であってもよい。この場合には、棒状の保持部材１１に串刺し状態に保持されたまま複数のセラミックボール１０を熱回収部１３に移動させることができる。

図１６に、回収装置１の第１の変形例を示す。図１６では、回収装置は、上述した熱回収部１３の代わりに、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に蓄熱された燃焼排ガスＧの熱と、複数のセラミックボール１０に付着した燃焼排ガスＧ中の灰分と、を回収する熱・灰分回収部１４を有している。この構成によれば、燃焼排ガス流路２内にて複数のセラミックボール１０により燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収するとともに、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に蓄熱された燃焼排ガスＧの熱と、複数のセラミックボール１０に付着した燃焼排ガスＧ中の灰分とを、燃焼排ガス流路２外にて熱・灰分回収部１３により同時に回収することができる。

具体的には、熱・灰分回収部１３は、燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収した複数のセラミックボール１０に、例えば、上下方向Ｂ１の振動、左右方向Ｂ２の振動、これらを組み合わせた振動、旋回振動等の振動を与えることにより、灰分を分離回収するように構成されている。ここでは、熱・灰分回収部１４は、複数のセラミックボール１０を収容する保持部材１１を振動させることで、複数のセラミックボール１０が振動するように構成されている。セラミックボール１０に付着している灰分は、振動による衝撃と摩擦によりセラミックボール１０から分離される。また、熱・灰分回収部１４は、熱回収部１３の説明にて上述したように、複数のセラミックボール１０に気流Ｆを当てることにより、熱を回収するように構成されている。なお、図１６に示すように、気流Ｆは、上方から下方に向かって吹き込むように構成されることが好ましい。この構成によれば、セラミックボール１０から分離して下方に落下する灰分を、気流Ｆにのせてチャンバー２０２の外へ容易に移動させることができる。そのため、チャンバー２０２からの灰分の回収機構を新たに設ける必要がなくなり、回収装置１の簡素化を図ることができる。

（実施形態４）
実施形態４に係る燃焼排ガスの熱および灰分の回収方法について説明する。本実施形態の回収方法は、上述した実施形態１〜３のいずれかに記載に回収装置１を用いて燃焼排ガスＧの熱および灰分を回収する方法である。本実施形態の回収方法によれば、上述した回収装置１を用いているので、燃焼排ガス流路２における燃焼排ガスＧの熱の回収と同時に、燃焼排ガスＧ中の灰分を十分に除去することができる。

（実施形態５）
実施形態５に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法について、図１７〜図２０を用いて説明する。本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法では、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスの熱および灰分を回収した複数のセラミックボールが準備される。

準備されるセラミックボールとしては、具体的には、例えば、上述した実施形態１〜３のいずれかに記載の回収装置にて燃焼排ガスの熱を複数のセラミックボールへ蓄熱させるとともに、燃焼排ガス中の灰分を複数のセラミックボールに付着させることによって、燃焼排ガスの熱および灰分を回収したセラミックボールなどを挙げることができる。

次いで、本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法では、複数のセラミックボールに蓄熱された燃焼排ガスの熱と、複数のセラミックボールに付着した燃焼排ガス中の灰分と、が回収される。

複数のセラミックボールに蓄熱された燃焼排ガスの熱の回収方法としては、例えば、燃焼排ガスの熱を回収したセラミックボールに気流（熱回収用の気流）を当てることにより、熱を回収する方法を例示することができる。この例を図１７および図１８に示す。

図１７では、燃焼排ガスの熱を回収した複数のセラミックボール１０を容器５内に収容保持し、この複数のセラミックボール１０に対して上方から下方に向かう気流ｆ１または下方から上方に向かう気流ｆ２のいずれかを当ててバッチ式にて熱を回収する例が示されている。なお、図１７では、燃焼排ガス流路２から保持部材１１ごと取り出された複数のセラミックボール１０が容器５内に収容保持されるように構成されている例が示されている。また、別の保持部材１１によって複数のセラミックボール１０を容器５内に収容保持するように構成することもできる。なお、複数のセラミックボール１０の入れ替え機構は、実施形態１と同様とすることができる。

図１８では、燃焼排ガスの熱を回収した複数のセラミックボール１０を容器５内に配置した転がし部材１１０にて転がしながら、回転移動する複数のセラミックボール１０に対して上方から下方に向かう気流ｆ１または下方から上方に向かう気流ｆ２のいずれかを当てて連続的に熱を回収する例が示されている。なお、図１８に示した転がし部材１１０は、実施形態２で説明した転がし部材１１と同様の構成とすることができる。なお、複数のセラミックボール１０の入れ替え機構は、実施形態２と同様とすることができる。

なお、熱回収用の気流は、腐食成分を含まない気流を用いることができる。この構成によれば、熱回収後に加熱された気流中の腐食性のガス濃度や灰分濃度は、燃焼排ガスＧ中の濃度に比べて低減されているため、加熱された気流の用途が広くなる。

複数のセラミックボールに付着した燃焼排ガス中の灰分の回収方法としては、例えば、燃焼排ガスの灰分を回収した複数のセラミックボールを振動させることにより、灰分を分離回収する方法を例示することができる。この例を図１９に示す。図１９（ａ）では、燃焼排ガスの灰分を回収した複数のセラミックボール１０を、ボールミルなどの回転容器ＢＭに入れ、衝撃と摩擦によりセラミックボール１０に固着した灰分を分離回収する例が示されている。また、図１９（ｂ）では、燃焼排ガスの灰分を回収した複数のセラミックボール１０を、振動篩ＦＲに入れ、衝撃と摩擦によりセラミックボール１０に固着した灰分を分離回収する例が示されている。なお、図１９（ｂ）では、上下方向Ｂ１の振動、左右方向Ｂ２の振動を付与している例が示されているが、振動は、上下方向Ｂ１の振動と左右方向Ｂ２の振動とを組み合わせた振動、旋回振動等など、特に限定されない。

本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法では、複数のセラミックボールに蓄熱された燃焼排ガスの熱を回収した後、複数のセラミックボールに付着した燃焼排ガス中の灰分を回収する構成とすることができる。この構成によれば、灰分を先に回収し、その後に熱を回収する場合に比べ、熱の回収効率が高くなる利点がある。

また、本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法では、他にも、複数のセラミックボールに蓄熱された燃焼排ガスの熱の回収と、複数のセラミックボールに付着した燃焼排ガス中の灰分の回収とを同時に行う構成とすることができる。この構成によれば、熱と灰分の回収が同時に行われるので、熱と灰分の回収を分けて行う場合に比べて、回収にかかる時間を少なくすることができる。

複数のセラミックボールから熱および灰分を同時に回収する方法の一例を図２０に示す。図２０に示されるように、上述したボールミルなどの回転容器ＢＭに複数のセラミックボール１０を入れ、回転容器ＢＭを回転させながら、回転容器ＢＭに気流ｆ３を吹き込む方法などを例示することができる。

次いで、本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法では、熱および灰分を回収した後の複数のセラミックボールが燃焼排ガスの熱および灰分の回収に再利用される。

本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法は、上述したステップを有する。そのため、本実施形態に係るセラミックボールの熱および灰分の回収方法によれば、燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスよりセラミックボールにて回収した熱および灰分を、さらに回収することができ、当該回収後、燃焼排ガスの熱および灰分の回収に、再びセラミックボールを再利用することができる。

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

１ 回収装置
１０ セラミックボール
２ 燃焼排ガス流路
Ｇ 燃焼排ガス

Claims (19)

1. 燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスを流す燃焼排ガス流路に設置され、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収する回収装置であって、
   複数のセラミックボールを備えており、
   上記燃焼排ガスの熱を上記複数のセラミックボールへ蓄熱させるとともに、上記燃焼排ガス中の灰分を上記複数のセラミックボールに付着させることにより、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収するように構成されている、
   回収装置。
2. 上記燃焼炉は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉である、請求項１に記載の回収装置。
3. 上記燃焼排ガス流路は、上記燃焼炉の炉本体にて生じた上記燃焼排ガスを上方に導く第１流路と、
   上記第１流路の上端部と連通し、上記燃焼排ガスを下方に導く第２流路と、
   上記第２流路の下端部と連通し、上記燃焼排ガスと熱交換を行う熱交換部を備える第３流路と、を有しており、
   上記第２流路に設置される、請求項１または２に記載の回収装置。
4. 上記複数のセラミックボールをバッチ式にて入れ替え可能に構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収装置。
5. 上記複数のセラミックボールを保持する保持部材を有しており、
   上記保持部材にて保持された上記複数のセラミックボールにより、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回収装置。
6. 上記保持部材により保持された上記複数のセラミックボールを上記燃焼排ガス流路の側面から出し入れ可能に構成されている、請求項５に記載の回収装置。
7. 上記複数のセラミックボールを連続的に入れ替え可能に構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収装置。
8. 上記複数のセラミックボールを転がす転がし部材を有しており、
   上記転がし部材にて上記複数のセラミックボールを転がしながら、上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収するように構成されている、請求項１〜３、７のいずれか１項に記載の回収装置。
9. 上記複数のセラミックボールを上記燃焼排ガス流路の側面から上記燃焼排ガス流路内に設けられた上記転がし部材に供給可能に構成されている、請求項８に記載の回収装置。
10. 上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収した上記複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱を回収する熱回収部を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回収装置。
11. 上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収した上記複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱と、上記複数のセラミックボールに付着した上記燃焼排ガス中の灰分と、を回収する熱・灰分回収部を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回収装置。
12. 上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収した上記複数のセラミックボールを振動させることにより、灰分を分離回収するように構成されている、請求項１１に記載の回収装置。
13. 上記燃焼排ガスの熱および灰分を回収した上記複数のセラミックボールに気流を当てることにより、熱を回収するように構成されている、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の回収装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回収装置を用いた上記燃焼排ガスの熱および灰分の回収方法。
15. 燃焼炉における燃焼により生じた燃焼排ガスの熱および灰分を回収した複数のセラミックボールを準備し、
    当該複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱と、上記複数のセラミックボールに付着した上記燃焼排ガス中の灰分と、を回収し、
    当該熱および灰分を回収した後の上記複数のセラミックボールを上記燃焼排ガスの熱および灰分の回収に再利用する、
    セラミックボールの熱および灰分の回収方法。
16. 上記複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱を回収した後、上記複数のセラミックボールに付着した上記燃焼排ガス中の灰分を回収する、請求項１５に記載のセラミックボールの熱および灰分の回収方法。
17. 上記複数のセラミックボールに蓄熱された上記燃焼排ガスの熱の回収と、上記複数のセラミックボールに付着した上記燃焼排ガス中の灰分の回収とを同時に行う、請求項１５に記載のセラミックボールの熱および灰分の回収方法。
18. 上記燃焼排ガスの灰分を回収した上記複数のセラミックボールを振動させることにより、灰分を分離回収する、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のセラミックボールの熱および灰分の回収方法。
19. 上記燃焼排ガスの熱を回収した上記複数のセラミックボールに気流を当てることにより、熱を回収する、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のセラミックボールの熱および灰分の回収方法。

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