JP3016709B2 - 燃焼炉及びその熱回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、砂等の高温燃焼媒体を
流動させて都市ゴミ等を燃焼させる流動層を有する燃焼
炉に係わり、特に、炉内を隔壁によって前記流動層と熱
を回収する熱回収部とに区分した燃焼炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年エネルギー有効利用の観点から、都
市ゴミは単に焼却するのではなく、焼却時に発生する熱
をエネルギーとして有効利用し、発電用に供する動きが
活発化してきている。このような熱を回収する技術に、
焼却炉に接続された排ガスボイラを利用して、熱を回収
することは従来より一般的に知られているところであ
る。ところが、排ガスボイラよりもゴミを焼却する燃焼
炉の方が、単位体積当たりの熱容量の大きいことは周知
のとおりである。そこで、熱を効率良く回収するため
に、この単位体積当たりの熱容量の大きい燃焼炉自体か
ら熱を回収することが、最近、注目されつつある。

【０００３】このような熱回収装置としては、燃焼炉の
ゴミや高温の砂等が流動している流動層に伝熱管を挿入
するのが、熱交換の意味では最適である。しかし、ゴミ
や砂の拡散阻害や伝熱管の摩耗が激しいという問題を有
しており、実用化は無理である。従って、伝熱管を使用
する熱回収技術においては、熱交換部での砂の動きは出
来るかぎり小さく、砂の温度は高いことが望まれる。そ
して、このような状況に対応できるように砂の動きをコ
ントロールすることが必要であり、且つ、熱交換のため
に別途多大なエネルギーを投入しないことも重要であ
る。

【０００４】このような熱回収装置として図４に示すも
のが知られている（特公平５−８７７５９号参照）。こ
れは、ゴミを燃焼させるための高温の砂等の燃焼媒体５
２が流動している炉５０内の流動層５１を燃焼部５１ａ
と熱交換部５１ｂとに仕切壁５３によって区切ったもの
である。仕切壁５３は管寄６０から分岐した水管５８を
利用して形成される壁で、材質は炭化ケイ素等の耐熱、
耐熱衝撃に優れたものを使用している。仕切壁５３の上
端は、燃焼部５１ａから熱交換部５１ｂへの砂の移動を
可能にするように、流動層５１の表面高さよりも低いと
ころに位置し、また、下端には、熱交換部５１ｂから燃
焼部５１ａへの砂の移動を可能にするように連通口５６
を有している。

【０００５】流動層５１内の水管５８一部には、流動す
る燃焼媒体５２による摩耗を防止するためのプロテクタ
６１が取り付けられている。流動層５１の熱回収部５１
ｂには、伝熱管５７及び散気管５９が設けられている。

【０００６】このような燃焼炉５０においては、ゴミ供
給口５５から投下されたゴミ６２と高温の燃焼媒体５２
が、炉底の吹き込み面５４から吹き込まれる空気によっ
て燃焼部５１で踊るように流動して混ざり合いゴミ６２
が燃焼されていく。そして、燃焼部５１ａの上部で流動
している燃焼媒体５２の一部は熱回収部５１ｂへと移動
する。

【０００７】熱回収部５１ｂでの散気管５９からの空気
の供給は、伝熱管５７の摩耗を少なくするために、燃焼
媒体５２の流動が止まらない程度の量である。そのた
め、流動層５１の上部で熱回収部５１ｂへと移動してき
た燃焼媒体５２は伝熱管５７に熱を与えながら、下方に
降下していく。そして、熱回収部５１ｂへと移動してき
た燃焼媒体５２により下部の圧力が高まり、再び燃焼媒
体５２は連通口５６を通って、燃焼部５１ａへと移行す
る。

【０００８】このように従来の燃焼炉は、流動層５１の
燃焼部５１ａ→流動層５１の熱回収部５１ｂ→流動層５
１の燃焼部５１ａという高温の燃焼媒体５２の循環を繰
り返して、単位体積当たりの熱容量の大きい燃焼炉自体
から熱を回収し、熱回収効率良くしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃焼炉は、燃焼媒体５２の移動が、燃焼部５１ａで
は、吹きつけられる空気によって上部に舞い上がったも
のの一部がたまたま熱回収部５１ｂに移動し、熱回収部
５１ｂでは、そこに溜まった燃焼媒体５２による下部の
圧力の高まりにより熱回収部５１ｂから燃焼部５１ａに
移動するものであるので、このような方法では、燃焼媒
体５２の動きをコントロールすることが困難であるとい
う問題を有していた。

【００１０】更に、流動層５１を燃焼部５１ａ、及び、
熱回収部５１ｂに区分しているため、流動層５１内で仕
切壁５３を形成するための水管５８の摩耗を防止するた
めのプロテクタ６１が必要であり、プロテクタ６１自体
も定期的に取り替えなければならないという問題を有し
ていた。また、散気管５９からの空気が燃焼部５１ａに
比べ少量であるとしても熱回収部５１ｂでの温度をある
程度下げることも考えられ、熱回収率を低下さる恐れが
ある。

【００１１】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、構造が簡単で、燃焼媒体の動きが容易にコント
ロールできる燃焼炉及びその熱回収方法を提供しようと
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決する本発
明の燃焼炉は、炉内を前記流動層と熱を回収する熱回収
部とに区分するように、下部に前記流動層と熱回収部と
を連通させる連通口を有して炉壁に沿って設けられた隔
壁と、炉外から前記熱回収部へと炉壁に挿通された伝熱
管と、前記熱回収部側から前記流動層に向かって燃焼用
空気を吹き込む前記隔壁下端側に設けられた噴流手段と
備えているものである。

【００１３】前記隔壁は、炉径よりも小径の円筒で、上
部に未燃焼ガスを燃焼させるための空気を噴出するため
の噴出孔を有し、前記下部の連通口が前記熱回収部から
前記流動層に向かって突出しているものである。

【００１４】そして、本発明の熱回収方法は、前記隔壁
上部から空気を噴射して未燃焼ガスを燃焼させると共
に、前記隔壁下端側から前記流動層に向かって燃焼用空
気を吹き込み、エジェクター効果によって前記隔壁上部
から前記流動層の高温の燃焼媒体及び燃焼ガスを前記熱
回収部に吸引し、前記伝熱管に前記高温の燃焼媒体及
び、燃焼ガスを接触させて熱を回収する方法である。

【００１５】

【作用】上記手段によると、隔壁下端側から前記流動層
に向かって燃焼用空気を吹き込み、エジェクター効果に
よって、前記高温の燃焼媒体及び、燃焼ガスを強制的に
炉内の流動層と熱回収部間を循環させるので、隔壁上下
の空気の吹き込む量や速度を調整することにより、高温
の燃焼媒体及び、燃焼ガスの移動を定量的にコントロー
ルすることが可能になる。

【００１６】更に、炉内の隔壁によって流動層と熱回収
部を区分しているので、従来のように流動層内の仕切壁
を支持する場合と異なり、摩耗する恐れがなくなる。ま
た、エジェクター効果を促す燃焼用空気は高温の燃焼媒
体及び、燃焼ガスと伝熱管との間で熱交換が終わった隔
壁の下部側から噴射されるので、熱回収率を低下させな
い。そして、前記隔壁上部から噴射される未燃焼ガスを
燃焼させるための空気は燃焼媒体の熱回収部への移動量
を調節する。

【００１７】

【実施例】次に、図面を参照しつつ本発明を説明する。
図１は本発明の燃焼炉の断面図であり、図２は隔壁１の
斜視図であり、図３（ａ）は熱回収部８の部分断面図で
あり、図３（ｂ）は熱回収部８の部分上面図であり、図
３（ｃ）は熱回収部７における熱回収の作用を示す図で
あり、図３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。

【００１８】図１において、１は隔壁、２は炉側壁、３
は空気管、４は水管、５は二次空気供給管、６は流動
層、７は熱回収部、８はゴミ、９は砂等の燃焼媒体、１
０はゴミ供給口、１１は空気吹き込み面、１２は風箱、
１３は一次空気供給管である。

【００１９】隔壁１は、図１に示すように直径が炉側壁
２よりも小さい円筒形状しており、その頂部には、二次
空気供給用の噴出孔１ａが上面（Ａジェット用）及び内
側面（Ｂジェット用）に設けられ、図２に示すように下
部には流動層６と熱回収部７とを連通させる連通口１ｂ
が設けられている。この隔壁１が、図１に示す炉内の下
面壁１４上に炉側壁２に沿って設置され、炉内が流動層
６及び熱回収部７とに区分される。

【００２０】前記連通口１ｂは、熱回収部７から流動層
６に向かっての燃焼用空気の吹き込みをよくするため
に、流動層６に向かってやや突出した形状になってい
る。燃焼部６の空気吹き込み面１１から吹き込まれる一
次空気により気泡が形成されるが、この気泡が形成され
る位置と隔壁１の連通口１ｂの位置はずらしておく。

【００２１】隔壁１の頂部から流動層６の平均的な表面
までの距離ａは、流動層６から熱交換部７への砂等の燃
焼媒体９の移動が、流動層部６の乱れと気流で運ばれる
程度に少量となるように、且つ、熱交換部７での砂等の
燃焼媒体９の粒径が比較的小さいものとなるように、そ
して、図３（ｃ）に示されるように、砂等の燃焼媒体９
が水管４の表面を覆うに充分の量となるように、Ａジェ
ット、Ｂジェットの強度を考慮して十分に大きくとる。

【００２２】水管４に接触していない部分の砂等の燃焼
媒体９は水管４への熱移動にそれほど貢献しないので、
この状態でかなりの高温の砂等の燃焼媒体９が流せる。
更に、Ａジェット、Ｂジェットの空気で、流動層６の上
部空間に放出される不完全燃焼ガスを燃焼させることに
より、砂等の燃焼媒体９の温度を更に上昇させると同時
に、この高温の燃焼ガスを熱交換部７において、下向き
に流すことにより、水管４は高温の燃焼ガスからも熱を
回収できることになる。

【００２３】熱交換部７で高温の燃焼ガスを下向きに流
すために、空気管３を通る空気の噴流を熱交換部７の炉
側壁２を通して流し込むようにし、この高速噴流のエジ
ェクター効果に依って、高温燃焼ガスを吸引し、水管４
で熱交換した後、未だに温度の高い燃焼ガスを流動層６
へ再循環させる。熱交換部７を流下してくる砂等の燃焼
媒体９も、この高速噴流で熱交換部７から流動層６内部
に戻す。空気管３から流動層６への空気の噴射は、空気
管３からのノズルをエジェクター効果と砂等の燃焼媒体
９の移動効果を充分だせるように、熱交換部７へ下面壁
１４に沿って突き出してもよい。また、側壁２を炉内側
へ窪ませて、側壁２の内面と隔壁１とが面一で空気を噴
出させてもよい。

【００２４】流動層６の内部は静圧が上部空間６ａより
も高いので、これを軽減するために炉床の空気吹き込み
面１１から下面壁１４までのｂ寸法を適当に定める。空
気管３から噴出される空気噴流の動圧は、流動層６の内
部の静圧より充分高いが、随伴される高温ガスと砂等の
燃焼媒体９の動圧を充分に高める必要があり、隔壁１下
部の連通口１ｂの面積も、流動層６からの砂等の燃焼媒
体９が噴き出してこないように充分小さくする必要があ
る。場合によっては、空気管３を通る空気の源を一次空
気源１３から切り離して、より高圧にしてもよい。尚、
符号３ａは、バルブである。

【００２５】熱回収部７内の水管４は、図３（ａ）に示
すように、隔壁１と炉壁２の間でＸ字を形成するような
上下の水管４ａ、４ｂからなり、この上下の水管４ａ、
４ｂは上面からみると、図３（ｂ）に示すように、千鳥
状に配置されている。水管４は、熱応力、砂等の燃焼媒
体９との接触を考えて、図１に示すようにＣ領域まで、
水管４を設置すると、大きくて軽いゴミの侵入を防止で
きる。

【００２６】流動層６に炉床の空気吹き込み面１１から
吹き込まれる一次空気を、６０〜１００ｍ／ｓｅｃとか
なりの高速で吹き込むと、その動圧が流動層６内で回復
されることは殆どなく、圧損になるため、流動層６内の
静圧は、一次空気の風箱１２内圧力よりかなり低くな
る。そのため、炉側壁２から流動層６への空気供給とな
る空気管３の空気源を一次空気の風箱１２から導いても
必要な動圧を得ることができ、熱回収部７から流動層６
へと燃焼ガスや砂等の燃焼媒体９を随伴することができ
る（エジェクター効果）。従って、まんいち炉側壁２か
ら吹き込む空気の動圧が不十分という状態になっても空
気管３から吹き込まれる空気の圧力を上昇させる程度が
小さくてよい。

【００２７】次に、本発明の熱回収方法を説明する。流
動層６においては、ゴミ供給口１０から投下されたゴミ
８と高温の砂等の燃焼媒体９が、炉底の吹き込み面１１
から吹き込まれる空気によって舞い上がり、踊るように
流動して混ざり合いゴミ８が燃焼されている。流動層６
の上部では、隔壁１の頂部からの二次空気（Ａジェッ
ト、Ｂジェット）により未燃焼ガスが燃焼される。

【００２８】一方、熱回収部７の下部において、空気管
３から隔壁１下部の連通口１ｂを通して、流動層６へと
空気を噴射する。すると、熱回収部７の下部の燃焼ガス
や砂等の燃焼媒体９がこの勢いに巻き込まれて流動層６
へと移動し、熱回収部７の上部の燃焼ガスや砂等の燃焼
媒体９が熱回収部７内を下降し、流動層６上部６ａの燃
焼ガスや砂等の燃焼媒体９は熱回収部７内へ吸引される
（エジェクター効果）。燃焼ガスや砂等の燃焼媒体９が
熱回収部７内を下降する間に、水管４に前記高温の砂等
の燃焼媒体９及び、燃焼ガスが接触して熱が回収され
る。このように本発明の燃焼炉の熱回収方法は、流動層
６→熱回収部７→流動層６という高温の燃焼媒体９や燃
焼ガスの循環を繰り返して、単位体積当たりの熱容量の
大きい燃焼炉自体から熱を回収し、熱回収効率良くして
いる。

【００２９】以上のように本発明の燃焼炉及びその熱回
収方法は、燃焼用として吹き込まなければならない空気
の動圧を利用して流動層６の燃焼ガスを熱回収部７から
再度流動層６へと循環させて燃焼効率を上げると共に、
熱回収部７で燃焼ガス及び砂等の燃焼媒体９からコンパ
クトな形で熱を回収する。そして、熱交換部７に侵入し
た砂等の燃焼媒体９と高温燃焼ガスを高速空気噴流によ
り強制的に流動層６に再循環させるため、従来の成り行
きにまかせて再循環させる方式に比べ、砂とガスの流れ
を安定化することができる。また、流動層６上部空間６
ａでＡジェット、Ｂジェットの空気により、かなり燃焼
が促進されるため二次燃焼炉の負荷を軽減し、燃焼効率
を高め排出ＣＯ濃度の低減を達成することができる。

【００３０】更に、炉内の隔壁によって流動層と熱回収
部を区分しているので、従来のように流動層内の仕切壁
を支持する場合と異なり、摩耗する恐れがなくなる。ま
た、エジェクター効果を促す燃焼用空気は高温の燃焼媒
体及び、燃焼ガスと伝熱管との間で熱交換が終わった隔
壁の下部から噴射されるので、熱回収率を低下させな
い。

【００３１】尚、以上の本発明の燃焼炉及び熱回収方法
は、石炭の流動層にも適用が可能であり、流動層６から
放出された未燃ガスを、更に、燃焼促進した上、流動層
６に再循環させることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】上記のように本発明の燃焼炉及びその熱
回収方法は、炉内を流動層と熱回収部とに区分する隔壁
と、前記隔壁下端に設けられた噴流手段という簡単な構
造で、エジェクター効果を利用して高温の燃焼媒体及
び、燃焼ガスを強制的に炉内の流動層と熱回収部間を循
環させるものである。その結果、燃焼用空気の吹き込む
量や速度を調整することにより、高温の燃焼媒体及び、
燃焼ガスの移動を定量的にコントロールすることが可能
となり、燃焼炉運転中の効率のよい安定した熱回収が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼炉の断面図である。

【図２】本発明の燃焼炉における隔壁の斜視図である。

【図３】本発明の燃焼炉における熱回収部を示す図であ
る。

【図４】従来の燃焼炉の断面図である。

【符号の説明】

１ 隔壁 ２ 炉側壁 ３ 空気管 ４ 水管 ５ 二次空気供給管 ６ 流動層 ７ 熱回収部 ８ ゴミ ９ 砂等の燃焼媒体 １０ 吹き込み面 １３ 一次空気供給管

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 富雄 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平６−317306（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−87759（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/30 ZAB F23C 10/02 F28D 13/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉床から空気流を吹き込み炉内の砂等の
   高温燃焼媒体を流動させて都市ゴミ等を燃焼させる流動
   層を有する燃焼炉において、炉内を前記流動層と熱を回
   収する熱回収部とに区分するように、下部に前記流動層
   と熱回収部とを連通させる連通口を有して炉壁に沿って
   設けられた隔壁と、炉外から前記熱回収部へと炉壁に挿
   通された伝熱管と、前記熱回収部側から前記流動層に向
   かって燃焼用空気を吹き込む前記隔壁下端側に設けられ
   た噴流手段とを備えていることを特徴とする燃焼炉。
2. 【請求項２】 前記隔壁は、炉径よりも小径の円筒で、
   上部に未燃焼ガスを燃焼させるための空気噴出孔を有
   し、前記下部の連通口が前記熱回収部から前記流動層に
   向かって突出していることを特徴とする請求項１記載の
   燃焼炉。
3. 【請求項３】 炉床から空気流を吹き込み炉内の砂等の
   高温燃焼媒体を流動させて都市ゴミ等を燃焼させる流動
   層を有する燃焼炉の熱回収方法において、炉内を隔壁に
   より、炉内中央の前記流動層と伝熱管を有して炉壁に沿
   った熱回収部とに区分し、前記隔壁下端側から前記流動
   層に向かって燃焼用空気を吹き込むことによって前記隔
   壁上部から前記流動層の高温の燃焼媒体及び燃焼ガスを
   前記熱回収部に吸引し、前記伝熱管に前記高温の燃焼媒
   体及び、燃焼ガスを接触させて熱を回収することを特徴
   とする燃焼炉の熱回収方法。
4. 【請求項４】 前記隔壁上部から空気を噴射して未燃焼
   ガスを燃焼させると共に、前記流動層の高温の燃焼媒体
   及び燃焼ガスを前記熱回収部に吸引することを特徴とす
   る請求項３記載の燃焼炉の熱回収方法。