JP2721873B2 - 流動層の仕切り方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ごみ、産業廃棄
物、石炭などの燃料を流動層燃焼させる流動層炉におい
て、流動層内に仕切部材を設けて２つの室に区分し、そ
れぞれの室の空塔速度を変えて流動物質を循環させる方
法及び装置の改良、詳しくは、流動層内に設けた仕切部
材の摩耗を少なくするように、仕切部材を配置する仕切
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図９に示すように、装置本体１内
の流動層を仕切部材３ａにより燃焼室２と熱回収室４と
に区分し、燃焼室２の流動化ガス吹込風量を熱回収室４
の流動化ガス吹込風量よりも大きくとることにより、燃
焼室２の流動物質を仕切部材３ａの上部開口１９から熱
回収室４へ流入させ、仕切部材３ａの下部開口２０から
熱回収室の流動物質を燃焼室２に還流するようにした流
動層炉が知られている（例えば、特公平５−８７７５７
号公報参照）。３ｂは風箱の仕切部材、６は空気分散板
である。

【０００３】図９に示すものは、風箱の仕切部材３ｂの
真上部に、流動層の仕切部材３ａを鉛直方向に設けるも
のであるが、図１０に示すように、風箱の仕切部材３ｂ
の上方に、流動層の仕切部材３ａを傾斜させて設けた流
動層炉も知られている（例えば、特公平５−８７７５９
号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】流動層を仕切部材で区
画して２つの室に区分した装置において、一般的には、
第１室の空塔速度を第２室の空塔速度よりも速くして、
流動物質を第１室の上部の開口から第２室の上部に移動
させ、第２室の下部の開口から第１室の下部に循環させ
る。仕切部材の第１室側は第２室側と比べて空塔速度が
速いので、仕切部材の第１室側は第２室側に比べて、よ
り摩耗を受ける条件にあり問題となっている。図９及び
図１０に示した仕切部材では、仕切部材の第１室側２の
摩耗が第２室側４に比べて大きい問題点があった。

【０００５】仕切部材の材料の減肉（材料の厚さ、即ち
肉厚が減少すること）には、摩耗によるものと腐食によ
るものとがあり、両者が同時に起こる場合は、減肉が加
速される。流動層燃焼はこのような摩耗によるものと腐
食によるものとが同時に起こる状況にある。図７に燃焼
室２と熱回収室４の空塔速度の一例を示している。流動
化開始速度０．２m ／s の流動物質を、燃焼室２では５
倍の空塔速度１．０m ／s で、熱回収室４では２倍の空
塔速度０．４m ／s で実施している。このため、仕切部
材３ａの燃焼室側ａは熱回収室側に比べて空塔速度が速
いので、仕切部材の燃焼室側の摩耗が熱回収室側に比べ
て著しく多い。このため、流動層仕切部材３ａを風箱の
仕切部材３ｂの位置よりも、熱回収室側に移動して配置
することによって、流動層の仕切部材３ａの燃焼室側の
空塔速度が、遅くなる。

【０００６】流動層内の仕切部材３ａを風箱の仕切部材
３ｂの位置よりも、燃焼室側に移動するに従って、熱回
収室４の遅い空塔速度に近ずくので、摩耗の点からは好
ましいが、流動物質が燃焼室２から熱回収室４に循環さ
れる量が少なくなるので、好ましくない。試験によれ
ば、風箱の仕切部材３ｂと空気分散板６との交点から、
層内仕切部材３ａの下部開口２０の上端を結ぶ線と、風
箱の仕切部材３ｂと空気分散板６との交点を鉛直に延長
した線との角度θ３（図５及び図６参照）が４５度を越
えると、流動物質の循環量が少なくなるので好ましくな
いことが明らかになった。

【０００７】燃焼室２で燃焼によって発生した熱を、流
動物質に与え、この流動物質を熱回収室４に移動して伝
熱管５で熱を回収する方法は、燃料中に含まれている
Ｓ、Ｃｌなどの燃焼性生物である、ＳＯ₂ あるいはＨＣ
ｌなどの腐食性ガスから、伝熱管を保護する目的があ
る。図８は、流動層の下部から流動層内に模擬ガスとし
てＣＯを供給した時のＣＯの拡散の状況を図示したもの
で、ＣＯの広がり角度（θ１）として概略２０度が得ら
れた。

【０００８】ガスの広がり角度（θ１）が２０度、即ち
片側への広がり角度（θ１／２）が１０度でガスが広が
ることになり、この１０度内に仕切部材３ａを配置しな
ければ、腐食による仕切部材の減肉が減少することが明
らかになった。仕切部材３ａの上部の開口１９よりも上
側は、流動物質が少なく摩耗に基ずく減肉が少ないの
で、少なくとも仕切部材３ａの上部開口１９までは、燃
焼室側ガスの拡散領域の外側に配置することによって、
減肉を大幅に少なくすることが出来る。

【０００９】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、流動層の仕切部材を空塔速度の遅
い方の第２室側にずらせて配置することにより、流動層
の仕切部材の摩耗を大幅に低減する方法及び装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】流動層内に設け
た伝熱管等の摩耗は、空塔速度が速くなるに従って増加
するので、空塔速度の遅い第２室側に仕切部材を移動し
て配置することによって、大幅に摩耗を低減することが
可能であることが明らかになった。この時、図５に示す
ように、仕切部材の下部開口２０の上端と風箱の仕切部
材３ｂの上端とを結ぶ仮想線と風箱の仕切部材３ｂの中
心線との角度θ３が、４５度を越えると循環量が急激に
少なくなるので、角度θ３は４５度よりも小さな値を選
択するのが好ましいことが明らかになった。しかし、こ
の角度が小さすぎると摩耗が生じるので、θ３は１５度
以上としなければならない。

【００１１】上記の目的を達成するために、本発明の流
動層の仕切方法は、流動層を備えた室を上部及び下部に
それぞれ開口（連通口）を有する仕切部材で２つの室に
区分し、それぞれの室の空塔速度を変化させて流動物質
を前記開口を通して循環させる流動層燃焼方法におい
て、流動層内における仕切部材を、風箱の仕切部材より
も空塔速度の小さい室側にずらせて配置して、流動層の
仕切部材の摩耗を低減することを特徴としている。

【００１２】本発明の流動層の仕切り装置は、空気分散
板から上方に吹き込まれる空気により形成される流動層
と、この流動層を備えた室を、下端部及び上端部にそれ
ぞれ開口（連通口）を有する仕切部材で区分して形成さ
れた第１室及び第２室と、第１室及び第２室の下側にそ
れぞれ設けられた、独立した空気吹込量調節機構を備え
る風箱とからなり、第１室の空塔速度が第２室の空塔速
度より大きくなるようにした流動層燃焼装置において、
流動層内における仕切部材を、風箱の仕切部材よりも空
塔速度の小さい室側にずらせて配置したことを特徴とし
ている。なお、上部開口（連通口）を流動層の静止層高
より上方部に設けて、流動層が流動状態になると流動物
質が連通口を移動するように構成することが好ましい。
もちろん、静止層高より下方部に上部開口（連通口）を
位置させることも可能である。

【００１３】上記の装置において、第１室が燃焼室で、
第２室が伝熱管を備えた熱回収室となるように構成した
り、第１室が部分燃焼室で、第２室が燃焼室となるよう
に構成したり、第１室が部分燃焼室で、第２室が伝熱管
を備えた燃焼・熱回収室となるように構成したりする。
この場合、図５に示すように、仕切部材３ａの下部開口
２０の上端と風箱の仕切部材３ｂの上端とを結ぶ仮想線
と、風箱の仕切部材３ｂの中心線との角度（θ３）が１
５〜４５度の範囲となるように、流動層に仕切部材３ａ
を設けることが好ましい。

【００１４】さらに、図６に示すように、仕切部材３ａ
の下部開口２０の上端と風箱の仕切部材３ｂの上端とを
結ぶ仮想線と、風箱の仕切部材３ｂの中心線との角度
（θ３）が４５度よりも小さく、かつ、仕切部材３ａの
上部開口１９の下端と風箱の仕切部材３ｂの上端とを結
ぶ仮想線と、風箱の仕切部材の中心線との角度（θ２）
が１０度よりも大きくなるように、流動層に仕切部材３
ａを設けることが好ましい。このようにすれば、仕切部
材３ａの上部開口１９の下端は、角度θ２の値の外側に
位置することになる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成部材の寸法、形状、その相対配置などは、とくに
特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみ
に限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。 実施例１ 本発明の流動層の仕切り方法及び装置の一実施例を図１
によって説明する。１は装置本体で水冷管構造（耐火材
構造でも可能）で製作され、２は流動層燃焼室で燃料供
給口１８から例えば、発熱量４０００kcal／kgの産業廃
棄物が供給される。流動層燃焼室２の下部に設けた風箱
７から空気分散板６を介して供給する空気によって流動
物質を流動化して燃料を燃焼させる。本体１は層内仕切
部材３ａによって燃焼流動層２とは別個の流動層熱回収
室４に区分され、層内には伝熱管５が設けられており、
下部の風箱８から空気分散板６を介して供給される空気
によって流動物質が流動化されて伝熱管５によって熱を
吸収する。伝熱管５は過熱器管（あるいは再熱管、水冷
管でも良い）である。

【００１６】流動物質粒子は０．５〜１mm程度の粒子で
構成され、必要に応じて石灰石、ドロマイトなどが脱塩
剤あるいは脱硫剤として供給され、下部からの空気で流
動化開始速度の３〜５倍程度の空塔速度で流動化して燃
料を燃焼させる。燃焼室２の温度は一般的に５５０〜９
００℃程度であり、その目的、例えば脱塩を実施する条
件では５５０〜７００℃、脱硫を実施する条件では７５
０〜８５０℃程度など所定の温度になるように設計す
る。燃料の発熱量が高いと燃焼流動層温度が高くなるの
で、燃焼によって発生した熱の一部を熱回収室４の伝熱
管５で収熱して所定の燃焼温度になるようにする。熱回
収室４には、予め設計計算された必要な伝熱管が設けら
れている。

【００１７】燃焼室２から、水冷管構造（あるいは耐火
材構造でも良い）の層内仕切部材３ａの上部、好ましく
は静止層高位置と同等以上に設けた開口１９から高温の
流動物質が熱回収室４に移動し、伝熱管５によって所定
の熱が除かれて、冷却された流動物質は層内仕切部材３
ａの下部に設けられた開口２０から燃焼室２に循環され
る。４０は空気供給管、４１、４２は空気流量調節手段
（弁、ダンパーなど）である。

【００１８】図１に示す層内仕切部材３ａの下部開口２
０の上端は、図５に示すように、空気分散板の上面から
例えば３００mmの位置にある。一方、層内仕切部材３ａ
は風箱の仕切部材３ｂよりも例えば２００mm第２室（熱
回収室）側にずらして配置している。この時の角度θ３
は概略３３度となっている。このように層内仕切部材３
ａを第２室側にづらせて設けることによって、層内仕切
部材３ａの燃焼室（第１室）側の空塔速度が第２室側の
空塔速度と概略同等になり、層内仕切部材３ａの摩耗が
大幅に低減した。

【００１９】図６は仕切部材３ａの好ましい配置例を示
している。すなわち、仕切部材３ａの上部開口１９の下
端部を、上部開口１９の下端と風箱の仕切部材３ｂの上
端（風箱の仕切部材３ｂと空気分散板との交点）とを結
ぶ線と、風箱の仕切部材３ｂの鉛直線の延長線との角度
（θ２）が１０度よりも大きくなるように、この角度
（θ２）の外側に配置し、かつ、仕切部材３ａの下部開
口２０の上端と風箱の仕切部材３ｂと空気分散板６との
交点との角度（θ３）が、４５度よりも小さくなるよう
に仕切部材３ａを配置する。つまり、層内の仕切部材３
ａを、角度（θ２）が１０度よりも大きく、かつ、角度
（θ３）が４５度よりも小さくなるように配置すること
が好ましい。

【００２０】図４は、１つの燃焼室２に対して２つの熱
回収室４を設けたときの層内仕切部材３ａを示してい
る。この外にも、１つの燃焼室のまわりに複数の熱回収
室を配置するように構成することも可能である。なお、
上部開口（連通口）１９の上側の仕切部材３ａは、必ず
しも必要ではなく、これを設けないことも可能である。

【００２１】実施例２ 本実施例は、図２に示すように、第１室を部分燃焼室２
ａとし、第２室を燃焼室４ａとして、部分燃焼室２ａか
ら仕切部材３ａの上部開口１９を通って燃焼室４ａへ移
動してきた流動物質中の未燃分を、燃焼室４ａで燃焼さ
せるように構成したものである。他の構成及び作用は実
施例１の場合と同様である。

【００２２】実施例３ 本実施例は、図３に示すように、第１室を部分燃焼室２
ａとし、第２室を伝熱管５を備えた燃焼・熱回収室４ｂ
として、この室４ｂでは未燃分の燃焼によって流動層温
度が高くなるので、伝熱管５で収熱して所定の温度にす
るように構成したものである。他の構成及び作用は実施
例１の場合と同様である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 流動層の仕切部材を空塔速度の遅い方の第２室
側にずらせて配置することにより、流動層の仕切部材の
摩耗を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流動層の仕切り装置の一実施例を示す
概略構成図である。

【図２】本発明の装置の他の実施例を示す概略構成図で
ある。

【図３】本発明の装置のさらに他の実施例を示す概略構
成図である。

【図４】図１に示す装置において、燃焼室と熱回収室と
の配置例を示す説明図である。

【図５】本発明の装置における各部の寸法及び角度を示
す説明図である。

【図６】本発明の装置における各部の角度を示す説明図
である。

【図７】従来の流動層炉の一例を示し、各部の空塔速度
を示す説明図である。

【図８】本発明者の実験に用いた流動層炉及びその結果
を示す説明図である。

【図９】従来の流動層炉の一例を示す説明図である。

【図１０】従来の流動層炉の他の例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ 燃焼室 ２ａ 部分燃焼室 ３ａ 流動層の仕切部材 ３ｂ 風箱の仕切部材 ４ 熱回収室 ４ａ 燃焼室 ４ｂ 燃焼・熱回収室 ５ 伝熱管 ６ 空気分散板 ７ 風箱 ８ 風箱 １８ 燃料供給口 １９ 上部開口 ２０ 下部開口 ４０ 空気供給管 ４１ 空気流量調節手段 ４２ 空気流量調節手段

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層を備えた室を上部及び下部にそれ
   ぞれ開口を有する仕切部材で２つの室に区分し、それぞ
   れの室の空塔速度を変化させて流動物質を前記開口を通
   して循環させる流動層燃焼方法において、 流動層内における仕切部材を、風箱の仕切部材よりも空
   塔速度の小さい室側にずらせて配置して、流動層の仕切
   部材の摩耗を低減することを特徴とする流動層の仕切り
   方法。
2. 【請求項２】 空気分散板から上方に吹き込まれる空気
   により形成される流動層と、 この流動層を備えた室を、下端部及び上端部にそれぞれ
   開口を有する仕切部材で区分して形成された第１室及び
   第２室と、 第１室及び第２室の下側にそれぞれ設けられた、独立し
   た空気吹込量調節機構を備える風箱とからなり、 第１室の空塔速度が第２室の空塔速度より大きくなるよ
   うにした流動層燃焼装置において、 流動層内における仕切部材を、風箱の仕切部材よりも空
   塔速度の小さい室側にずらせて配置したことを特徴とす
   る流動層の仕切装置。
3. 【請求項３】 第１室が燃焼室で、第２室が伝熱管を備
   えた熱回収室であることを特徴とする請求項２記載の流
   動層の仕切装置。
4. 【請求項４】 第１室が部分燃焼室で、第２室が燃焼室
   であることを特徴とする請求項２記載の流動層の仕切装
   置。
5. 【請求項５】 第１室が部分燃焼室で、第２室が伝熱管
   を備えた燃焼・熱回収室であることを特徴とする請求項
   ２記載の流動層の仕切装置。
6. 【請求項６】 仕切部材の下部開口の上端と風箱の仕切
   部材の上端とを結ぶ仮想線と、風箱の仕切部材の中心線
   との角度（θ３）が１５〜４５度の範囲となるように流
   動層に仕切部材を設けることを特徴とする請求項２〜５
   のいずれかに記載の流動層の仕切装置。
7. 【請求項７】 仕切部材の下部開口の上端と風箱の仕切
   部材の上端とを結ぶ仮想線と、風箱の仕切部材の中心線
   との角度（θ３）が４５度よりも小さく、かつ、仕切部
   材の上部開口の下端と風箱の仕切部材の上端とを結ぶ仮
   想線と、風箱の仕切部材の中心線との角度（θ２）が１
   ０度よりも大きくなるように、流動層に仕切部材を設け
   ることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の流
   動層の仕切装置。