JP3059311B2 - 空冷式流動層燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空冷式流動層燃焼装置に
係り、特に、含有水分が少なく燃焼に伴うガスの発生の
比較的少ない燃焼物を燃焼することによる、セメント焼
成炉供給空気の昇温、廃熱ボイラによる蒸気の供給、又
は流体の間接加熱を行うための流動層燃焼装置の改善に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃タイヤ、廃ゴム、廃プラスチッ
ク又は石炭などの低位発熱量が３０００kcal/kg 以上あ
る高い発熱量を有し、かつ含有水分が１０〜２０％未満
と少なく、燃焼に伴うガスの発生の比較的少ない燃焼物
は、流動層で高負荷で燃焼すると、火格子等と異なり燃
焼装置が過熱により負傷を受けることがない代りに、そ
のままではガスの持出顕熱や水の蒸発潜熱が少ないた
め、流動層温度が過熱する傾向になる。これに対処する
ために次の諸方法がある。

【０００３】(a) 水を注水する方法 この方法は、水の蒸発潜熱や水及び蒸発によって生じる
蒸気の顕熱で冷却するが、水の蒸発潜熱や排ガス持出熱
量が殖えて熱利用効率が低下し、また、セメント焼成プ
ロセスへの供給空気昇温に利用する場合等には水分の増
加は好ましくないなどの欠点がある。 (b) 伝熱面を流動層に設ける方法 この方法では流動層ボイラなどで、設備が大がかりとな
り、また、伝熱面の流動媒体による摩耗の問題があり、
蒸気の発生や流体の間接加熱にしか利用できないという
欠点がある。

【０００４】(c) 流動空気を増やす方法 この方法は、流動空気の顕熱で冷却するが、流動が活発
化し、かつ流動層中の酸素濃度が増加して流動層内の燃
焼率が上昇してしまうため風量増加の割に冷えないし、
流動が激しくなると壁面や散気ノズル等に対して流動媒
体が激しくあたることにより摩耗量が急激に増大する。
また、流動媒体自体も飛散や摩耗により消費量が増加す
るので、最低流動化風量の５〜８倍程度までしか増やせ
ず限界がある等の問題点を有している。

【０００５】(d) 流動媒体を抜いて流動層高を下げる方
法 この方法は、流動層高を下げることで、流動層体積がへ
り流動層中での燃焼割合（以下、層内燃焼率）が下が
り、温度が下がるものであるが、流動媒体に比例して流
動層熱容量が小さくなり、流動層温度変化が変動しやす
く運転がむずかしくなる。また、廃タイヤの様に燃焼物
中に針金等の不燃物が含まれると、流動媒体の動きによ
って不燃物を不燃物排出口まで移動させる力が弱まり、
あるいはなくなって、底面に不燃物がたまり運転できな
くなるし、更に流動媒体を多量に増減しないと効果がで
ず、時間を要する等の欠点がある。

【０００６】従来流動層燃焼装置においては、この浮遊
層に相当する流動層静止表面が高さ４ｍほどまでの領域
においては、常時空気を吹きこむ手段を有する例はなか
った。これは、空気を吹きこむ事により次のような問題
が懸念される事による。 （１）浮遊している流動媒体を吹き飛ばしてしまい、流
動層へ流動媒体を補充しなければならなくなる。 （２）発生するNOｘ（窒素酸化物）を抑えるためには、
流動層への吹込風量を抑えなければならない。この位置
にて空気を吹きこむと、酸欠によるＮＯｘのＮ₂（窒
素）への還元反応に十分な反応時間を確保できないで、
ＮＯｘ発生量が増加する。

【０００７】（３）濃厚層で発生する高濃度の未燃ガス
やチャー等の未燃物が、吹きこみ空気により燃焼して高
温の火炎を形成するために、浮遊する流動媒体が溶けた
り、シンタリングを起こしたりして壁面に付着したり、
流動媒体が互いに付着しあったクリンカ塊をつくったり
する。なお、この例外として、流動層を昇温するための
バーナ用ノズルがあるが、これは、バーナとして吹きこ
み、従って、冷風で吹きこむ事はない。バーナ停止中
は、流動媒体や排ガスがノズルに入ったり、バーナノズ
ルやバーナディフューザー冷却のために、パージ用空気
や流量調節ダンパからのリーク空気程度が入るのみで、
バーナノズル出口はせいぜい１〜２ｍ／ｓ程度以下とな
っている事が多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の諸方
法の問題点を解決し、熱損失が少なく、冷却能力の調節
が瞬時にかつ容易に可能で、摩耗などの損傷の心配がな
く、冷却容量に制限のない空冷式流動層燃焼装置を提供
することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、空冷式の流動層燃焼装置において、流
動層の静止層表面近傍から、該静止層表面より浮遊層上
方までの領域で、燃焼容器内水平断面積を順次拡大させ
ると共に、該領域に流量調節機構を介して冷却風を吹き
込む手段を設けたこととしたものである。

【００１０】流動層燃焼装置においては、流動空気によ
り流動媒体が流動化しながらも飛び上がらずに動きまっ
ている層状部分である流動層（流動媒体が濃厚に存在す
る濃厚層で通常流動層静止層高の1.１〜1.３倍程度で外
見は沸騰している水の様な状況を呈する部分）と、流動
媒体が飛び出して上昇落下を繰り返している浮遊層（流
動媒体密度は希薄で流動媒体が霧滴の様に漂った状況を
呈する部分）とが存在し、流動層と浮遊層とは流動媒体
が激しくいれかわっているため、両者の熱伝達は極めて
大きい。本発明では、流動層の静止層表面から約４ｍ上
方までの浮遊層領域を断面積を順次拡大させた形状とし
ている。また、浮遊層の層高は流動状態や流動媒体でも
異なるが、３〜４ｍ程度までが流動層への影響を無視で
きない程度媒体粒子の濃度が大きい。

【００１１】そこで、本発明における冷却風の吹き込み
位置は、この流動媒体濃度の大きい浮遊層部分であり、
冷却風は多数ノズルより分散して供給するよりもむしろ
集中して１〜２ケ所から供給してやるのがよく、風速１
０〜１５ｍ／ｓ以下、望ましくは５〜１０ｍ／ｓ以下で
２〜３ｍ／ｓ以上でノズルより吹き付けるのがよい。そ
して、この冷却風の流動を調節することにより、流動層
温度を冷却して適正温度に制御するものである。また、
流動層燃焼炉は、所定の燃焼物投入が可能となる温度ま
で流動層か浮遊層に、火炎を吹きこむことにより流動層
を昇温させるためのバーナを備えていることが多いが、
このバーナのノズルから空気のみを送気することで、こ
こに言う冷却風を供給することも可能である。

【００１２】更に、炉から出た冷却後の排ガスの一部
を、供給空気噴出動圧によるエジェクター効果や送風機
により再循環してやれば、流動層への供給空気の空気比
を上げずにすみ、より層内燃焼率の低下の効果が上が
る。この場合、流動層への吹込部速度は空気のみの供給
に比較して大きくてもよい。本発明の流動層燃焼装置
は、廃タイヤ、廃ゴム、廃プラスチックあるいは石炭等
の低位発熱量が３０００kcal/kg 以上ある高い発熱量
で、かつ含有水分が１０〜２０％未満と少なく燃焼を伴
うガスの発生の比較的少ない燃焼物の燃焼に好適に用い
ることができる。

【００１３】

【作用】本発明では、冷却風を浮遊層に吹きこむことに
より、浮遊層流動媒体温度を冷却し、これによって流動
層温度が下がる。輻射伝熱もあるが、主体は浮遊層と濃
厚層を往き来する流動媒体による顕熱冷却である。冷却
風と流動媒体は、浮遊状態とはいえ流動媒体は通常0.１
mmを越えるものも多くて気流と同一速度になることは無
く流れに乗らない粒子であるために激しく熱交換する。
また、冷却風の中の部分にあっては冷却風がまとまった
大きな流れであり、比較的に速度もゆるやかで、可燃物
は希釈されているため燃焼が抑えられる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 図１に、本発明の流動層燃焼装置を説明するための概略
図を示す。図１において、流動層燃焼炉１は、流動層２
と浮遊層３と、流動層２の下部に形成される散気面４と
不燃物排出口５及び流動層上部で浮遊層を含んで形成さ
れるフリーボード部からなる。そして、燃焼炉中の流動
媒体に、散気面４から流動ブロワ８の可動による流動空
気７を供給することにより、流動媒体による流動層２と
浮遊層３が形成され、この流動層２に燃焼物１５が供給
され燃焼される。

【００１５】流動媒体は、硅砂３〜５号程度の耐熱性を
有する砂状物（径約０．３〜２mmφ）を用い、該流動媒
体に流動空気７を最低流動化風量の約２．５〜７．５倍
程度吹き込んで流動化し、かつ温度を燃焼温度、通常６
００℃前後以上で廃タイヤ等針金状鉄分を含むものの場
合、８００℃以上に保持して、燃焼物を投入し、着火燃
焼させる。流動空気量は、炉床面積１ｍ² 当り、０℃、
１気圧換算風量で３００〜６００ｍ³ ／時程度以上〜１
０００〜１２００ｍ³ ／時程度以下がよい。

【００１６】流動層２においては空気比は、１．０前後
以上では燃焼物中のＮ分が酸化してＮＯｘとなる確率が
高くなるので、０．６〜０．８程度として還元状態とす
るのがよい。時に、ＣＯや未燃カーボンを発生させてフ
リーボード部６など流動層を出たところでの二次燃焼量
をあげるには流動層空気による一次空気比を０．６前後
まで下げてやると効果的である。流動層２では、流動す
る流動媒体により、激しく燃焼物や燃焼物から発生する
可燃物（ＣＯ、分解ガス、チャー等）と空気が混合さ
れ、かつ固体表面が燃焼温度であるため、触媒的役割を
果たし、高い燃焼効率を示す。このため、廃タイヤや石
炭など水分が少なくて発生するガス量や水の蒸発潜熱に
よる冷却が少ない燃焼物の場合、空気比が小さくなるほ
どガスによる持出顕熱が小さくなり流動層温度は高くな
る。

【００１７】本燃焼炉においては、流動層２の表面に続
く浮遊層３の水平断面積は壁面が流動媒体の安息角以上
の傾斜を有しながら拡大しており、この浮遊層３の下部
に冷却風９を吹き込むように構成されている。この拡大
部分（ａ）は約４ｍにまでである。そして、本発明にお
いては、出口排ガス１４の温度を測定１８し、この温度
が一定となるようにカスケードで燃焼物１５の投入量を
調節し、その結果生じる流動層２の温度変化を測定１７
すると共に冷却風９の流量を流量計１１で測定して、そ
れらの結果に基づいて、開閉弁１２により冷却風量を調
節する。冷却風９は浮遊層３下面に集中して１〜３ケ所
から供給し、吹込部で３〜１０ｍ／ｓとして浮遊層中あ
るいは流動層表面を横切るように流しながらエジェクタ
ー効果により周囲のガスを巻きこむのを少なく抑えるよ
うにするのが望ましい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、流動層温度を冷却風の
吹き込みにより調節することにより、熱損失が少なく、
冷却能力の調節が瞬時にかつ容易に可能となり、摩耗な
どによる損傷の心配がなく、冷却容量に制限のない空冷
式流動層燃焼装置となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流動層燃焼装置を説明するための概略
図。

【符号の説明】

１：流動層燃焼炉、２：流動層、３：浮遊層、４：散気
面、５：不燃物排出口、６：フリーボード部、７：流動
空気、８：流動ブロワ、９：冷却風、１０：冷却ファ
ン、１１：流動計、１２：弁、１３：二次空気、１４：
出口排ガス、１５：燃焼物、１６：制御器、１７：流動
層温度測定、１８：出口排ガス温度測定、ａ：炉拡大部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀越 武久 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 中塚 誠 東京都千代田区神田美土代町１番地 住 友セメント株式会社内 (72)発明者 槇山 佳樹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 窪田 典央 東京都千代田区神田美土代町１番地 住 友セメント株式会社内 (72)発明者 肥後 勉 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 松尾 一 兵庫県赤穂市折方字中水尾1513 住友セ メント株式会社 赤穂工場内 (56)参考文献 特開 昭63−41708（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−30542（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−21086（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−25961（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 10/28 F23G 5/44

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空冷式の流動層燃焼装置において、流動
   層の静止層表面近傍から、該静止層表面より浮遊層上方
   までの領域で、燃焼容器内水平断面積を順次拡大させる
   と共に、該領域に流量調節機構を介して冷却風を吹き込
   む手段を設けたことを特徴とする流動層燃焼装置。