JP3030025B1 - 流動層焼却炉の運転方法とその焼却炉 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 負荷変動に対応して、フリーボードの熱容量
を高め、その変動を吸収可能とするとともに、フリーボ
ードで発生する燃焼熱を砂層部の温度維持に使用し助燃
料の低減を可能とする高水分廃棄物の流動層焼却炉の運
転方法と焼却炉を提供する。 【構成】 一次空気により形成される気泡流動領域１０
の流動砂層面上のスプラッシュ領域１２ｂに、高低差を
以て設けられた複数段の二次空気投入口２２ａ、２３
ａ、２４ａより二次空気を選択的若しくは比率割合を制
御して導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部１
３に同伴搬送させる同伴流動部１２とを具え、該スプラ
ッシュ領域上方のフリーボード１３を介して炉外に流動
媒体を同伴輸送するとともに、分離器１４とシールポッ
ト部１５を介して前記気泡流動領域１０に流動媒体を還
流させる還流部と一次／二次空気比率制御部を具え、該
一次／二次空気の調整によりフリーボードの懸濁濃度を
１．５ｋｇ／ｍ^３以上１０ｋｇ／ｍ^３未満の範囲に調整
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥、都市ゴ
ミ、産業廃棄物等の固形炭素質系を焼却する流動層焼却
炉の運転方法及びその焼却炉に関し、特に下水汚泥のよ
うに高水分廃棄物の流動層焼却炉の運転方法とその焼却
炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動層焼却炉には、都市ゴミや脱水汚泥
等の焼却炉に多く見られる気泡流動層型焼却炉と石炭焚
き発電ボイラや一部廃棄物との混焼用焼却炉に見られる
循環流動層焼却炉とに分類される。前者の気泡流動層型
焼却炉は、ガス速度が流動媒体である粒子の流動化開始
点を超えると、粒子中に気泡が発生し、発生した気泡に
より、粒子を撹拌し層内を沸騰状態にさせて燃焼させる
ようにしたものである。後者の循環流動層焼却炉は、前
記ガス速度が流動媒体である粒子の終端速度を超えさ
せ、ガスと粒子が激しく混合しながら、粒子はガスに同
伴されて系外に飛散燃焼し、飛散した粒子はサイクロン
で捕集分離されて炉内に還流するようにしたものであ
る。

【０００３】流動層焼却炉は上記二つの形式が主に使用
されているが、いずれも低品位の燃料や廃棄物の燃焼に
適しており、下水汚泥の大部分は流動層焼却炉で処理さ
れ、また都市ゴミや産業廃棄物の燃焼炉としてもストー
カ炉と並んで多用される傾向にある。

【０００４】上記気泡流動層型焼却炉の構成は、図７に
見るように、略直立円筒状塔の下部に流動媒体である砂
５０ａを充填して気泡流動層領域５０（バブリング層領
域、濃厚層）を形成させ、その下部に散気管その他の流
動ガス分散器５２を介して流動空気導入口５３より流動
用気体を均一に吹き込み、該吹き込みガスの流速である
空塔速度が前記流動媒体の流動開始点を超えさせ、前記
流動媒体の間に気泡５０ｂを発生させ、流動媒体はその
ため撹拌流動化しながら、その表面が沸騰状態になる。

【０００５】上記沸騰状態の気泡流動層領域５０の上部
より被焼却物である汚泥を汚泥投入口５５より投入する
と同時に助燃油投入口５４より助燃剤を投入燃焼させる
と、汚泥の固形分は気泡流動層領域５０内で燃焼した
後、その揮発分は気泡流動層領域５０の上方に位置する
フリーボード５６で燃焼し、排ガスは上部排ガス排出口
５７より排出する。

【０００６】かかる気泡流動層焼却炉にて、例えば、生
ゴミや下水汚泥等の廃棄物を焼却させる場合、下記に示
す燃焼過程を経て燃焼させられる。 １）燃焼開始時に流動用空気を流動ガス分散器５２によ
り吹き込むとともに、流動砂の上面からバーナであぶ
り、徐々に温度を上げ、流動床ベッドの気泡流動化を行
なう。 ２）次いで、被焼却物であるゴミを投入するが、ゴミの
発熱量が低い場合は助燃剤の投入により流動層領域内を
適温に維持する。 ３）燃焼開始後は、排ガスによる予熱空気を前記流動ガ
スに使用する。そして、投入されたゴミは気泡流動層領
域で高温の砂と激しく混合流動化されて短時間で乾留ガ
ス化し、ゴミごみ固形物の燃焼を行なう。 ４）未燃ガスや、揮発分や軽いゴミは気泡流動層領域上
方のフリーボード５６に導かれて燃焼する。

【０００７】下水汚泥の場合、前記気泡流動層型焼却炉
では、炉内での燃焼率は前記気泡流動層領域５０では略
６０〜８０％程度であるが、フリーボード５６での燃焼
によりその燃焼率は上昇して略１００％近くに達する。
従って、フリーボード５６の受け持つ燃焼負荷は２０〜
４０％程度と高く、このためフリーボード５６での温度
は気泡流動層領域５０における温度に比較し、約１５０
℃程高くなり、特に燃焼エネルギが変動しやすい生ゴミ
や汚泥等の焼却の際に、フリーボード内の過熱を招来す
る問題点がある。

【０００８】従って気泡流動層型焼却炉においては、省
エネルギ及び低公害燃焼のため、前記排熱の有効利用の
点から予熱空気の温度は略６５０℃のものを使用し、炉
出口温度は未燃ガス（ＣＯ、ダイオキシン、シアン等）
の対策上、適正平均温度を略８５０℃としてある。そし
て、流動媒体により形成された砂層適正温度を７００〜
７５０℃の均一温度に維持するためには焼却対象物の炉
床水分負荷を２５０〜２８０Ｋｇ／ｍ²ｈ未満にするこ
とが必要条件であり、このため下水汚泥のように高含水
廃棄物を焼却する場合、炉床面積が必要以上に大きくな
る。

【０００９】即ち、装置上の制約から前記空塔速度を
０．５ｍ／ｓ以上（安定なバブリングには０．５〜１．
５ｍ／ｓが必要）にすることが必要となるため、供給空
気量が実際の燃焼に必要な空気量より多くなり、排ガス
量が増大し無駄な空気を使用する問題がある。

【００１０】また、生ゴミや下水汚泥等の廃棄物は多量
の揮発分を含むみ、該揮発分は上昇してフリーボードで
燃焼するため、排ガス温度は過高になる問題がある。特
に気泡流動層における砂層温度が７５０℃以下では層内
燃焼率低下により不安定燃焼の恐れがあるため７５０℃
以上に保持する必要があるが、上記フリーボードでの揮
発分の燃焼熱は砂層温度維持には何らの貢献もしない。
その結果、多量の無駄な助燃剤を必要とする問題があ
る。

【００１１】また、廃棄物の燃料性状が変化した際のフ
リーボードの温度変化に対応できない問題がある。高水
分の汚泥等の廃棄物は流動層内で燃焼するために起き
る、砂層温度の低下を防ぐため助燃剤を使用して砂層温
度を維持するようにしているが、助燃剤の一部ないし大
部分は揮発してフリーボードで燃焼し、砂層温度の上昇
には寄与せず、無駄な燃焼を行ない、燃費の悪化につな
がる問題もある。

【００１２】前記気泡流動層型焼却炉の問題点を解決す
るために、本願出願人は、フリーボードの過熱を抑え、
負荷の変動特に被焼却物の性状の変化に対応するため、
フリーボード内の懸濁濃度を上げて大なる熱容量を持た
せること、また、上記フリーボードにおける燃焼熱を流
動層領域に還流させることを検討しながら本発明の開発
に着手した。以下にその開発検討経過を順を追って説明
する。

【００１３】上記フリーボードにおける燃焼熱の流動層
領域である気泡流動領域への還流には循環流動層の使用
も考えられるが、循環流動層の場合は下部に明確な濃厚
層（デンスベッド）が無いため、負荷変動の吸収容量が
小さく、排ガス性状が不安定に成りがちであるというの
問題がある。

【００１４】又、本発明のごとく、明確な濃厚層を有
し、且つ流動媒体を同伴還流させる方法を使用した流動
層燃焼炉に関する提案として、流動媒体に微細粒子と粗
粒子の異なる粒子成分を使用し、微細粒子により同伴流
動層を形成させ、且つ粗粒子により重い流動層を形成さ
せて、二つの流動層の組合せにより粉砕石炭を導入燃焼
処理をしたものが特公昭６０−２１７６９号公報に開示
されている。また、粗粒子高密度流動層および微細粒子
同伴流動層とを組合せ重複させ、前記高密度流動層は上
下に二つのはっきりした温度帯域で構成させたもので、
高硫黄化の石炭の燃焼とガス化の両方に利用するように
したものが特公昭６３−２６５１号公報に開示されてい
る。

【００１５】しかしながら前記いずれの技術も、流動媒
体に微細粒子よりなる同伴流動床と粗粒子よりなる重い
流動床を形成させ、両者を組合せ重畳させて流動床を形
成したもので、重い流動床の流動媒体である粗大粒子は
磨耗が大で必要とされる充填の頻度は高く頻繁な管理が
必要である。また、上記磨耗度の激しい粗大粒子を使用
しているため、粒径比の変化に基づく安定性を欠く問題
点を内蔵している。

【００１６】また、上記特開平４−５４４９４号公報記
載の技術によれば、下部に高速区域を持ち上部に低速区
域を持つ粗大粒子流動床と、再循環する微細粒子の連行
床を重複させ、且つ前記低速区域の粗大粒子流動床に第
２ガス導入口が設けられ低速区域の流動化と反応の完結
化を図る構成にし、流動化ガス速度と微細粒子の再循環
比を増減することにより反応速度及び反応効率の増大を
図っている。上記能力の増大は、粗大粒子及び微細粒子
の大きさ及び前記流動化速度に大きく依存する粗大粒子
流動化の挙動からも大きな制約を受け、不安定な反応条
件を伴うことがある。

【００１７】かかる上記装置においても、微細粒子より
なる同伴流動床と粗大粒子による高密度流動床を重畳さ
せたもので、前記２者の発明と同様に重い流動床の流動
媒体である粗大粒子は磨耗が大で、必要とされる充填の
頻度は高く管理が煩雑であるとともに、上記磨耗度の激
しい粗大粒子を使用しているため、粒径比が変化し安定
性を欠く問題点を内蔵している。また、第２ガスの導入
も微細粒子による同伴流動床の懸濁濃度に対する影響は
余り期待できない程度のものと考えられる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従って前記いずれの技
術も気泡流動層に循環流動層の機能を付加したものであ
るが、その完成度は低い。本発明は上記問題点に鑑みな
されたもので、高含水率の下水汚泥や都市ゴミ等の焼却
の場合の負荷変動に対応して、フリーボードの熱容量を
高め、廃棄物の性状の変動に基づき発生するフリーボー
ド内の局所的及び時間的にも大なる温度異常を吸収可能
とするとともに、フリーボードで発生する燃焼熱を還流
させ砂層部の温度維持に使用し助燃剤の低減を可能とす
る流動層焼却炉の運転方法と焼却炉の提供を目的とす
る。

【００１９】上記目的達成のため、本発明は、明確な一
種類の粒径を使用した濃厚層よりなるデンスベッドを設
け、流動化用一次空気によりデンスベッドよりフリーボ
ードへ流動砂を飛び出させ、飛び出した流動砂をフリー
ボードへ同伴輸送する二次空気の導入手段を設ける構成
とし、一次空気と二次空気との比率調整により、フリー
ボードへの流動砂供給量の制御を行なうとともに、フリ
ーボードの懸濁濃度と流動砂の循環量の制御を行なう構
成とし、フリーボード内の燃焼熱を吸収した流動砂を排
ガスより分離して、外部還流部を介して前記デンスベッ
ドへ返送し、砂層温度維持をする構成とし、前記二次空
気の導入手段を、高低差による導入位置の選択制御によ
り、異常発生する廃棄物の性状変動に対処可能の構成と
し、フリーボードに発生する前記温度異常の解決を図っ
たものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹き込みながら
流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域
の流動砂層面の気泡の破裂に伴って流動媒体が吹き上げ
られるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、該二次
空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をそ
の上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとと
もに、前記一次空気と二次空気との比率調整によりフリ
ーボードの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／
ｍ³未満の範囲に調整することを特徴とする。

【００２１】そして前記炉外に同伴輸送された流動媒体
は、請求項２に記載のように、外部還流部を介して前記
気泡流動領域に還流させている。そして好ましくは、前
記一次空気と二次空気との比率調整によりフリーボード
の懸濁濃度とともに粒子循環量を調整するのがよい。

【００２２】請求項７記載の発明は、かかる発明を効果
的に実施するための装置に関する発明で、流動層下方よ
りの流動化用の一次空気を吹き込みながら流動媒体の気
泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動領域の流動
砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹き上げられるスプ
ラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側
のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、前記
スプラッシュ領域への二次空気の導入量を制御する二次
空気導入量制御手段と、前記フリーボードを介して炉外
に同伴輸送された流動媒体を外部還流部を介して前記気
泡流動領域に還流させる還流部と、前記一次空気と二次
空気の比率調整を行なう比率制御部とを設け、前記二次
空気導入量制御手段と比率制御部とにより、フリーボー
ドの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³未満
の範囲に制御したことを特徴とする。

【００２３】上記発明によれば、炉上方のフリーボード
領域と下方の気泡流動領域との間には一次空気による粒
子の飛び出しにより形成された密度不連続空間であるス
プラッシュ領域が形成され、かかる発明においては、そ
のスプラッシュ領域に二次空気を投入してスプラッシュ
領域に一次空気とともに浮遊する飛び出し粒子を、一次
空気とともにフリーボード領域側に同伴輸送するように
したことにより、移送された部位では移送粒子量だけホ
ールドアップするため、フリーボード領域の熱容量が増
大し、負荷の変動に対応できる。

【００２４】また、かかる発明において、上記同伴輸送
された粒子（飛び出し粒子）が後段に設けたサイクロン
等の分離手段を経て分離され、その下流に設けた還流部
を介して気泡流動領域に還流する構成となっているた
め、フリーボード領域内の燃焼熱を低温の気泡流動領域
の流動媒体に与えて、砂層温度を維持することができ、
砂層温度維持用の無駄な助燃剤の使用を排除できる。即
ち、流動層領域の砂層温度を一定に保持すべく、高温の
フリーボードでの燃焼熱を吸収した流動媒体を低温の気
泡流動領域の濃厚層へ還流させて砂層への熱の供給をな
すことによって、排ガス温度の適正化と無駄燃料を排除
することができる。

【００２５】また、フリーボード領域に存在する前記流
動砂の熱容量はガスに比べて１０００倍以上大きく、被
焼却物である汚泥の性状の変化によるフリーボード領域
内の温度変化を流動媒体が緩和するため、負荷変動によ
るばたつきを解消して安定燃焼が可能となる。

【００２６】また、比率制御部において、２つのダンパ
の開度比率を調整することにより、前記一定量の一次空
気と二次空気の供給比率割合を調整し、二次空気の投入
位置よりその上部の流動媒体である流動砂のホールドア
ップ量を制御して、フリーボード領域の懸濁濃度を（懸
濁密度）、例えば、１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³
未満に設定に調整し、フリーボード領域の熱容量を随時
加減し負荷の変動に対応できる。

【００２７】これにより、流動化ガスの一次空気の増減
により流動層領域の層膨張による流動層面の高さ、及
び、飛び出し高さを含むスプラッシュ領域の高さを変化
させ、スプラッシュ領域にある二次空気投入位置よりも
上方の二次空気に同伴する流動媒体のホールドアップ量
を増減させて、流動媒体が移送されるフリーボード領域
の懸濁濃度を、具体的には１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋ
ｇ／ｍ³未満に調整をすることができる。

【００２８】また、前記気泡流動領域の砂層温度を適正
に維持することにより、被焼却物である汚泥の高水分に
対処すべく必要とされる炉床面積も小さく抑えることが
できるとともに、流動化空気も小さく抑えることがで
き、実際の燃焼用空気を超える無駄な空気を削減し、排
ガス量を抑えるとともに前記助燃剤の削減と相俟って燃
費の悪化を防止できる。また、フリーボード内の懸濁濃
度が必要以上に高い時、具体的には、前記範囲以上に高
いときは、前記比率制御部によって一次空気の比率の低
減とこれに対応した二次空気の増加により、気泡流動領
域内より飛び出す流動媒体を減少させ、これによって該
流動媒体の循環量を減少させることができる。これによ
り装置の磨耗を防止し、あるいはブロワの動力費の削減
を図ることができる。

【００２９】更に、請求項３記載の発明は、流動層下方
よりの流動化用の一次空気を吹き込みながら流動媒体の
気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層
面の気泡の破裂に伴って流動媒体が吹き上げられるスプ
ラッシュ領域に、高低差を有する複数段の二次空気導入
手段を設け、該複数段の二次空気導入手段より選択的若
しくは比率割合を制御して並列的に二次空気を導入さ
せ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流
動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸
送するとともに、前記二次空気は、導入位置の高低差の
選択により、その導入位置より上部のフリーボードの懸
濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³未満の範囲
に調整することを特徴とする。そして、好ましくは請求
項４に記載のように、前記フリーボードを介して炉外に
同伴輸送された流動媒体を外部還流部を介して前記気泡
流動領域に還流させるとともに、前記一次空気と二次空
気の比率調整を行なうことを特徴とする。

【００３０】請求項５記載の発明は、かかる発明を効果
的に実施するための装置に関する発明で、流動層下方よ
りの流動化用の一次空気を吹き込みながら流動媒体の気
泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動領域の流動
砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹き上げられるスプ
ラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側
のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、前記
スプラッシュ領域の高低位置に差を設けた複数段の二次
空気導入手段とを具え、該二次空気導入手段よりの二次
空気の導入量を選択的若しくは比率割合を制御して並列
的に制御しながらスプラッシュ領域に飛び出した流動媒
体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送さ
せるとともに、前記フリーボードの懸濁濃度を１．５ｋ
ｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³未満の範囲に制御する制御手
段を設けたことを特徴とする。

【００３１】そして好ましくは請求項６に記載のよう
に、前記フリーボードを介して炉外に同伴輸送された流
動媒体を外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流さ
せる還流部と、前記一次空気と二次空気の比率調整を行
なう比率制御部とを設けたことを特徴とする。

【００３２】かかる発明は、気泡流動領域の流動砂層の
気泡の破裂に伴う流動媒体である流動砂の飛び出しによ
り、前記気泡流動領域に対し不連続密度層よりなるスプ
ラッシュ領域を形成させ、その気泡より分離した流動砂
の粒子群が浮遊するスプラッシュ領域の高低差を具えた
複数の二次空気導入位置により、導入高さを選択若しく
は並列的にその導入割合を制御して二次空気を導入し、
その上部のフリーボードに掛けて同伴流動部を形成さ
せ、上部のフリーボードを介して流動砂を炉外へ同伴搬
送するようにしたものである。従って、流動砂の粒子群
が同伴移送されたフリーボードは移送粒子量だけホール
ドアップするため、フリーボードの懸濁濃度も増大し熱
容量も増大する。その結果、負荷の変動に対応できる。

【００３３】なお、フリーボードに存在する流動砂の熱
容量はガスに比べて１０００倍以上大きく、廃棄物性状
の変化による温度変化を砂が緩和するため安定燃焼が可
能となる。

【００３４】又、前記二次空気は、導入位置の高低差の
選択により、導入位置より上部のフリーボードの懸濁濃
度を調整、具体的には(懸濁密度)は、１．５ｋｇ／ｍ³
以上１０ｋｇ／ｍ³未満に調整することが出来、特に、
二次空気の導入口が設けてあるスプラッシュ領域は、気
泡流動領域よりの気泡の破裂や粒子の飛び出しにより形
成されているため、その密度分布は気泡流動領域の表面
に近い程密になっているため、二次空気による同伴搬送
される流動砂の密度は投入位置が前記気泡流動領域の表
面に近い程大となり、導入位置が低い部位程フリーボー
ドの懸濁濃度は高くなる。

【００３５】従って、高低差を有する二次空気の導入位
置の選択により、二次空気により誘引されるフリーボー
ドの懸濁濃度を調整することが可能となり、より具体的
には二次空気の導入位置の選択と導入手段の選択を適宜
組み合わせて行なうことにより、所要のフリーボードの
懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³未満に得
て、廃棄物の性状変化に基づく異常温度の急変に対応で
きる。

【００３６】又、本発明によれば、上記同伴輸送された
流動媒体の粒子（飛び出し）は前記同伴流動部の後段に
設けたサイクロン等の分離器を経て分離され、その下流
に設けたサイクロンを含む外部還流部を介して前記気泡
流動領域に還流する構成にしてあるため、フリーボード
内の燃焼熱を低温の気泡流動領域の流動媒体に与え、砂
層温度を維持することができ、そのため砂層温度維持用
の無駄な助燃剤の使用を排除できる。

【００３７】即ち、気泡流動領域の砂層温度を一定に保
持すべく、高温のフリーボードでの燃焼熱を吸収した流
動媒体を低温の気泡流動領域の濃厚層へ還流させて砂層
への熱の供給を図り、排ガス温度の適正化と無駄燃料の
使用を排除する。また、一次空気と二次空気の比率によ
り、上記飛びし粒子量の粒子循環量を決定することがで
き、流動層領域の温度を一定に保持し、高温のフリーボ
ードで熱を吸収した流動媒体を低温の流動層へ還流させ
て熱の供給を図ることもできる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は、本発明の実施形態に係る流動層焼却炉の全体概略構
成を示す模式図、図２は特に二次空気の制御の状態を示
す本発明の要部概略模式図である。

【００３９】図１、及び図２に示すように、本発明の流
動層焼却炉１１は、底部に配した流動ガス分散器１８ｃ
を介して一次空気１８を流動媒体である珪砂等の流動砂
１０ｄを内蔵する流動床に吹込んで気泡流動化させる気
泡流動領域１０と、該気泡流動領域１０内の流動砂層面
１２ａの気泡の破裂に伴って流動砂１０ｄが飛び出し吹
上げられるスプラッシュ領域１２ｂとを具えている。

【００４０】そして前記スプラッシュ領域１２ｂの一側
炉壁には、高低差を以て３段に配設された二次空気導入
口２２ａ、２３ａ、２４ａが設けられ、該導入口２２
ａ、２３ａ、２４ａには二次空気の導入経路２２、２
３、２４及びダンパ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂが設けら
れ、該ダンパ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂはコントロール部
３０により適宜開閉制御されて、選択された１又は複数
の二次空気導入口より、二次空気の導入経路２２、２
３、２４のいずれかを経由して二次空気を前記スプラッ
シュ領域１２ｂに導入される。

【００４１】そして該スプラッシュ領域１２ｂに導入さ
れた流動砂１０ｄは前記二次空気を利用してその上方側
のフリーボード１３に同伴搬送され、前記スプラッシュ
領域１２ｂとその上方側のフリーボード１３とにより同
伴流動部１２が形成される。該同伴流動部１２では、前
記コントロール部３０により選択された二次空気の導入
経路２２、２３、２４のいずれかによりスプラッシュ領
域１２ｂに飛び出した前記流動砂１０ｄをその上方のフ
リーボード１３を介して炉外に同伴輸送する。

【００４２】同伴輸送された流動砂１０ｄは、排ガスと
流動砂等の分離を行なうサイクロン等の分離器１４とシ
ールポット部１５及びダクト１５ｃからなる還流部を介
して前記気泡流動領域１０に還流される。そして本装置
には、前記一次空気と二次空気の比率調整を行なうガス
供給系１７のダンパ１８ｂ、２５ｂからなる比率制御部
が設けられ、前記ダンパ２５ｂより比率制御されて供給
された二次空気をコントロール部３０の作動によりダン
パ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂを開閉制御する導入位置選択
手段により、二次空気導入口２２ａ、２３ａ、２４ａの
いずれかを選択して所定炉壁位置より二次空気を導入す
るようにした構成とする。

【００４３】コントロール部３０では、フリーボード１
３および気泡流動領域１０の炉内温度Ｔ₁、Ｔ₂をそれぞ
れ温度検出器３０ａ、３０ｂによって検出し、両者の温
度差△Ｔ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が所定規制ゾーンに入るよう
に、ダンパ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂの何れかを選択的に
開くか若しくは開度制御するようにしている 。

【００４４】又、前記ガス供給系１７は、ダンパ１８
ｂ、２５ｂの開度制御により一次空気及び二次空気の比
率制御を行ないながら夫々一次空気側の導入口１８ａと
ともに二次空気側の導入口２２ａ、２３ａ、２４ａへ二
次空気を選択的に導入する。

【００４５】従って、上記一次空気と二次空気の総量
は、ダンパ１８ｂ、２５ｂの開度制御により廃棄物の性
状及び投入量に対応して一義的に決定される。そして前
記ダンパ１８ｂにより比率制御された一次空気１８は、
導入口１８ａより流動空気分散器１８ｃを介して塔内下
方に吹込まれ、気泡流動領域１０に内蔵した流動砂１０
ｄを流動化開始速度で流動化を開始させ、流動砂層面１
２ａとその上方にスプラッシュ領域１２ｂを形成する。

【００４６】即ち、ダンパ１８ｂの開度制御により前記
一次空気１８の空塔速度を上昇させ、気泡開始速度以上
にすると気泡流動領域１０には気泡が発生し、発生した
気泡により層内は撹乱され不均一流動状態の気泡流動層
を形成する。さらに空塔速度を増加させると気泡流動領
域１０の流動砂層面１２ａより流動砂１０ｄは飛び出さ
せられ、上部にスプラッシュ領域１２ｂを形成する。

【００４７】この場合、上記一次空気１８はガス供給系
１７のダンパ１８ｂの開度制御により一次空気の比率割
合を増減させ、気泡流動領域１０の温度制御及びフリー
ボード１３の懸濁濃度の制御、具体的にはフリーボード
領域の懸濁濃度(懸濁密度)を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０
ｋｇ／ｍ³未満に調整するようにしてある。

【００４８】上記スプラッシュ領域１２ｂは、前記した
ように上下に高低差を以て配設した二次空気導入口２２
ａ、２３ａ、２４ａを持ち、下部の流動砂層面１２ａに
対し不連続な密度空間を形成している。なお、前記流動
砂層面１２ａより上方の適当箇所には被焼却物（廃棄
物）投入口１６が設けられている。更に前記サイクロン
からなる分離器１４の上部には排ガス出口１４ａが設け
られ同伴輸送された流動砂１０ｄを分離したあとの排ガ
ス３５を外部へ放出するようにしてある。

【００４９】スプラッシュ領域１２ｂには、高低差を持
たせて開口部を形成した二次空気導入口２２ａ、２３
ａ、２４ａとダンパ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂとを設け、
ダンパ２５ｂを介して比率制御された二次空気２５をダ
ンパ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂの開閉若しくは開度制御に
より適宜選択導入するようにし、該選択導入は後記する
ようにフリーボード１３と気泡流動領域１０の炉内温度
Ｔ₁、Ｔ₂をそれぞれ検出し、コントロール部３０を介し
て適正温度差を維持して、フリーボード１３の懸濁濃度
と循環量とを適正になるようにしてある。言い換えれ
ば、投入位置より上方に位置するフリーボード領域の懸
濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／ｍ³未満に精度
良く調整することができ、例えば約５ｋｇ／ｍ³程度に
維持できる。

【００５０】尚、上記二次空気２５の各導入口２２ａ、
２３ａ、２４ａを持つスプラッシュ領域１２ｂと上部の
フリーボード１３で同伴流動部１２を形成することは前
記した通りである。

【００５１】上記構成により、スプラッシュ領域１２ｂ
で気泡の破裂により気泡より離脱して浮遊状態にある流
動媒体である流動砂１０ｄは、所定比率割合に制御され
た二次空気２５をスプラッシュ領域１２ｂに高低差を以
て形成され上、中、下段の二次空気の導入経路２２，２
３，２４の内選択された１又は複数の経路に導入し、一
次空気１８とともにフリーボード１３内に輸送され、後
段に設けたサイクロン等の分離器１４に至り、その頂部
の排ガス出口１４ａより前記したように排ガス３５を排
出させるとともに、分離器１４で分離された流動砂１０
ｄは下部のシールポット部１５の貯留領域１５ａに貯留
される。

【００５２】なお、上記シールポット部１５は、ブロワ
１７ｂより供給される流動化用空気２１、２０により貯
留領域１５ａに貯留し、ニューマチック領域１５ｂで貯
留した流動砂１０ｄをダクト１０ｃを介して、気泡流動
領域１０に還流するようにしてある。

【００５３】かかる焼却炉の運転に際しては、被焼却物
投入口１６より投入される下水汚泥等の被焼却物の燃料
性状およびその投入量の変動に対応させてガス供給系１
７のダンパ１８ｂ、２５ｂの開度調整により一次空気１
８と二次空気２５の総量制御をするとともに、流動砂１
０ｄの循環量を一義的に決定するとともに、比率制御も
する。

【００５４】次にダンパ１８ｂとダンパ２５ｂの開度制
御による一次空気１８と二次空気２５との比率制御割合
により、気泡流動領域１０、スプラッシュ領域１２ｂ、
フリーボード１３内における流動砂１０ｄのホールドア
ップ量と懸濁濃度を設定し、フリーボード１３と気泡流
動領域１０の加熱温度の制御を行なう。例えば、懸濁濃
度の上限(１０ｋｇ／ｍ³)及び下限（１．５ｋｇ／ｍ³）
の範囲により一次空気と二次空気の比率を例えば１対２
乃至２対１のように設定する。

【００５５】次に投入すべき下水汚泥等の被焼却物の燃
料性状等に対応して所定比率割合に制御された二次空気
２５を、高低差を以て形成された上段、中段、下段の導
入経路２２、２３、２４のいずれの経路に選択すべきか
を決定する。基本的には真ん中の中段の導入経路２３を
選択する。

【００５６】かかる実施形態において、一次空気１８と
二次空気２５の比率制御による温度制御状況を図６に示
すタイムチャートに基づいて説明する。図６に示すタイ
ムチャートには、フリーボード内の温度Ｔ₁と気泡流動
領域１０内の温度Ｔ₂との差が所定設定値になるように
した一次空気１８と二次空気２５の比率制御の状況を示
してある。なお、コントロール部３０よりの制御信号に
よりダンパ１８ｂ、２５ｂを制御して、一次空気１８と
二次空気２５の和は一定にして流動砂１０ｄの循環量を
一定に、又シールポット部１５の流動化用空気２０、２
１の送気量を一定にして流動砂１０ｄの還流循量が一定
になるように制御する。

【００５７】図に見るように、ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が設
定値より高くなったら、コントロール部３０よりの制御
信号により一次空気のダンパ１８ｂの開度を増加させ、
且つ二次空気のダンパ２５ｂの開度を減少させて、一次
空気１８の比率を増加させるとともに二次空気の比率を
減少させて、気泡流動領域１０内の温度Ｔ₂の増加を図
ると共に、フリーボード１３内の温度Ｔ₁の低減を図
る。

【００５８】又逆に、ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が設定値より
低くなったら、一次空気のダンパ１８ｂの開度を低減さ
せ、且つ二次空気のダンパ２５ｂの開度を増加させて、
一次空気１８の比率を減少させるとともに二次空気２５
の比率を増加させて、気泡流動領域１０内の温度Ｔ₂の
低減を図ると共に、フリーボード１３内の温度Ｔ₁の増
加を図る。

【００５９】しかしながら一次空気１８と二次空気２５
との比率制御により、互い背反関係にある気泡流動領域
１０とフリーボード１３のホールドアップ量及び懸濁濃
度を制御する前記制御手段では、シールポット部１５及
びダクト１５ｃを介して前記気泡流動領域１０に還流さ
せて該流動領域１０の温度制御を図るようにしているた
め、含水汚泥のように被焼却物の燃焼性状が大きく変動
する場合には、速やかで且つ精度よい制御が不可能であ
る。

【００６０】そこで本実施形態では、図３に示すタイム
チャートにおいて、図６の一次空気１８と二次空気２５
の比率制御に加えて、若しくは前記一次空気１８と二次
空気２５の比率は固定させて置き、所定比率割合に制御
された二次空気２５を、高低差を以て形成された上段、
中段、下段の導入経路２２、２３、２４のいずれかの経
路に選択することにより速やかで且つ精度よい制御を可
能にしている。

【００６１】即ち、図３に示すタイムチャートによれ
ば、中段のダンパ２３ｂを開、上下のダンパ２２ｂ、２
４ｂを閉にして中段の導入経路２３より二次空気を導入
して制御しているが、この状態で前記温度差ΔＴ＝（Ｔ
₁−Ｔ₂）が上限値を超えた場合は中段のダンパ２３ｂを
閉、下段のダンパ２４ｂを開にして下段導入口２４ａよ
りダンパ２４ｂを介して二次空気２５を導入して多量の
流動砂１０ｄである前記飛び出した粒子が浮遊している
流動砂層面１２ａの近傍領域から前記流動砂１０ｄを巻
き上げ、フリーボード１３へ同伴輸送し、ホールドアッ
プ量を増加させフリーボード１３の懸濁濃度を上げ過大
な温度上昇に対処させ、ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）を上限値以
下に低減させている。そして前記低減後、中段のダンパ
２３ｂを開、下段のダンパ２４ｂを閉にしてもとの制御
状態に戻す。

【００６２】また、前記温度差ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が下
限値を超えた場合は中段のダンパ２３ｂを閉、上段のダ
ンパ２２ｂを開にして上段導入口２２ａよりダンパ２２
ｂを介して二次空気２５を導入して前記流動砂１０ｄで
ある飛び出し粒子のフリーボード１３へ同伴輸送量を低
下させて、ホールドアップ量の低下とフリーボード１３
の懸濁濃度を低下させて、ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）を下限値
以上に上昇させている。そして前記上昇後、中段のダン
パ２３ｂを開、上段のダンパ２２ｂを閉にしてもとの制
御状態に戻す。

【００６３】なお、一次空気１８と二次空気２５の和は
一定で且つシールポット部１５の流動化空気２１、２０
は一定制御することは図６と同様である。また、負荷変
動が激しくダンパの開閉が頻繁に行なわれるのを防止す
るため、所定時間に連続的に上限値を超えた場合は図６
の制御と組合せて二次空気２５の導入口とともにダンパ
２５ｂの開度制御により二次空気量も変えても良く、ま
たは、上記ダンパのＯＮ、ＯＦＦ制御において、複数段
の導入口の内、所要に応じて同時に使用する導入口を適
宜選択するようにしても良い。

【００６４】図４は、前記二次空気２５の導入経路を高
低差を以て、上、下２段の導入経路２２、２４より構成
し、状況に応じて適宜選択導入の状況を示す図である。
図に示すように高低差を持つ導入口２２ａ、２４ａをス
プラッシュ領域１２ｂに設け、フリーボード１３及び気
泡流動領域１０の炉内温度Ｔ₁、Ｔ₂をそれぞれ温度検出
器３０ａ、３０ｂによって検出し、コントロール部３０
により両者の温度差△Ｔ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）を所定規制温度
領域に維持すべく、ダンパ２２ｂ、２４ｂの開度を全
閉、５０％、全開制御をするようにしたものである。

【００６５】図５に示すタイムチャートによれば、上下
のダンパ２２ｂ、２４ｂを５０％開にして２つの導入経
路２２、２４より二次空気を導入して制御しているが、
この状態で前記温度差ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が上限値を超
えた場合は上段のダンパ２２ｂを全閉、下段のダンパ２
４ｂを全開にして下段導入口２４ａのみによりダンパ２
４ｂを介して二次空気２５を導入して、ΔＴ＝（Ｔ₁−
Ｔ₂）を上限値以下に低減させる。そして前記低減後、
ダンパ２２ｂ、２４ｂを５０％開にして元の制御状態に
戻す。

【００６６】また、前記温度差ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）が下
限値を超えた場合は下段のダンパ２４ｂを全閉、上段の
ダンパ２２ｂを全開にして上段導入口２２ａのみよりダ
ンパ２２ｂを介して二次空気２５を導入して前記飛び出
し粒子のフリーボード１３へ同伴輸送量を低下させて、
ホールドアップ量の低下とフリーボードの懸濁濃度を低
下させて、ΔＴ＝（Ｔ₁−Ｔ₂）を下限値以上に上昇させ
ている。そして前記上昇後、元の制御状態に戻す。

【００６７】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、上記
一定量の一次空気と二次空気の供給割合を調整し、二次
空気の導入位置より上部の流動媒体のホールドアップ量
を制御して、フリーボードの懸濁濃度を調整し、フリー
ボードの熱容量を随時制御し負荷の変動に対応させるこ
とができる。

【００６８】又本発明によれば、一次空気が同伴する粒
子密度は二次空気の高低差を持った導入位置によってフ
リーボードの懸濁濃度を変化させることができ、二次空
気の導入位置が流動層の砂層面に近接するほどフリーボ
ードの懸濁濃度を大きく換えることができる。

【００６９】また、本発明は、前記炉外に同伴輸送され
た流動媒体は、外部還流部を介して前記気泡流動領域に
還流させるようにしたために、一次空気と二次空気の総
量制御により、系内を循環する粒子の質量流束は廃棄物
の性状及び投入量に対応一義的に決めることができ、流
動層領域の温度を一定に保持し、フリーボードで高温の
燃焼熱を吸収して低温の流動層領域への熱の供給を図
り、排ガス温度の適正化と無駄燃料を排除することがで
きる。

【００７０】特に流動化ガスの一次空気の比率の増減に
より流動層の層膨張による流動層面の高さ、及び、飛び
出し高さを含むスプラッシュ領域の高さを変化させ、更
にスプラッシュ領域にある二次空気導入位置より上の二
次空気に同伴する流動媒体のホールドアップ量を増減さ
せて、それが移送されてフリーボードの懸濁濃度を、上
限(１０ｋｇ／ｍ³）及び下限（１．５ｋｇ／ｍ³）の範
囲に精度良く制御することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る流動層焼却炉の全体
概略構成を示す模式図である。

【図２】 二次空気の制御の状態を示す図１の要部概略
模式図である。

【図３】 図１のフリーボード内と気泡流動領域内の温
度差の変動に対応して図２に示す上中下の導入口を適宜
選択制御する状況を示すタイムチャートである。

【図４】 二次空気を高低差を以て上、下の２段に分け
状況に応じて適宜選択導入の状況を示す本発明の実施形
態に係る流動層焼却炉の要部概略構成を示す模式図であ
る。

【図５】 フリーボードと気泡流動領域の炉内温度差の
変動に対応して図４に示す上下の導入口を適宜選択制御
する状況を示すタイムチャートである。

【図６】 フリーボード内の温度と気泡流動領域内の温
度差が所定設定値になるよう一次空気と二次空気を比率
制御する状況を示すタイムチャートである。

【図７】 従来の気泡流動層型焼却炉の概略の構成を示
す模式図である。

【符号の説明】

１０ 気泡流動領域 １１ 流動層焼却炉 １２ 同伴流動部 １２ｂ スプラッシュ領域 １３ フリーボード １４ 分離器 １５ シールポット部 １７ａ、１７ｂ ブロワ １８ 一次空気 ２０、２１ 流動化空気 ２２、２３、２４ 導入経路 ２５ 二次空気 ３０ コントロール部 １８ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ ダンパ ３０ａ、３０ｂ 温度検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田熊 昌夫 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱 重工業株式会社横浜研究所内 (56)参考文献 特開 平10−61929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/30 ZAB F23C 10/20 F23G 5/50 ZAB

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層下方よりの流動化用の一次空気を
   吹き込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、
   該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って流動
   媒体が吹き上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導
   入させ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出し
   た流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同
   伴輸送するとともに、前記一次空気と二次空気との比率
   調整によりフリーボードの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³
   以上１０ｋｇ／ｍ³未満の範囲に調整することを特徴と
   する流動層焼却炉の運転方法。
2. 【請求項２】 前記炉外に同伴輸送された流動媒体は、
   外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させること
   を特徴とする請求項１記載の流動層焼却炉の運転方法。
3. 【請求項３】 流動層下方よりの流動化用の一次空気を
   吹き込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、
   該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って流動
   媒体が吹き上げられるスプラッシュ領域に、高低差を有
   する複数段の二次空気導入手段を設け、該複数段の二次
   空気導入手段より選択若しくは比率割合を制御して並列
   的に二次空気を導入させ、該二次空気によりスプラッシ
   ュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボード
   を介して炉外に同伴輸送するとともに、前記二次空気
   は、導入位置の高低差の選択により、その導入位置より
   上部のフリーボードの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上
   １０ｋｇ／ｍ³未満の範囲に調整することを特徴とする
   流動層焼却炉の運転方法。
4. 【請求項４】 前記フリーボードを介して炉外に同伴輸
   送された流動媒体を外部還流部を介して前記気泡流動領
   域に還流させるとともに、前記一次空気と二次空気の比
   率調整を行なうことを特徴とする請求項３記載の流動層
   焼却炉の運転方法。
5. 【請求項５】 流動層下方よりの流動化用の一次空気を
   吹き込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領
   域と、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴っ
   て粒子が吹き上げられるスプラッシュ領域に二次空気を
   導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬
   送させる同伴流動部と、前記スプラッシュ領域の高低位
   置に差を設けた複数段の二次空気導入手段とを具え、 該二次空気導入手段よりの二次空気の導入量を選択的若
   しくは比率割合を制御して並列的に導入しながらスプラ
   ッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボ
   ードを介して炉外に同伴輸送させるとともに、前記フリ
   ーボードの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ／
   ｍ³未満の範囲に制御する制御手段を設けたことを特徴
   とする流動層焼却炉。
6. 【請求項６】 前記フリーボードを介して炉外に同伴輸
   送された流動媒体を外部還流部を介して前記気泡流動領
   域に還流させる還流部と、前記一次空気と二次空気の比
   率調整を行なう比率制御部とを設けたことを特徴とする
   請求項５記載の流動層焼却炉。
7. 【請求項７】 流動層下方よりの流動化用の一次空気を
   吹き込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領
   域と、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴っ
   て粒子が吹き上げられるスプラッシュ領域に二次空気を
   導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬
   送させる同伴流動部と、 前記スプラッシュ領域への二次空気の導入量を制御する
   二次空気導入量制御手段と、 前記フリーボードを介して炉外に同伴輸送された流動媒
   体を外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させる
   還流部と、 前記一次空気と二次空気の比率調整を行なう比率制御部
   とを設け、 前記二次空気導入量制御手段と比率制御部とにより、フ
   リーボードの懸濁濃度を１．５ｋｇ／ｍ³以上１０ｋｇ
   ／ｍ³未満の範囲に制御したことを特徴とする流動層焼
   却炉。