JP3165083B2

JP3165083B2 - 循環流動層炉の流動媒体分離装置

Info

Publication number: JP3165083B2
Application number: JP24101197A
Authority: JP
Inventors: 一博小泉
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2017-09-05
Also published as: JPH1182966A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物の焼却炉や
石炭等の各種燃料ボイラーに利用される循環流動層炉に
おける、燃焼ガス中に含まれる流動媒体を燃焼ガスから
分離するための流動媒体分離装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、循環流動層炉は、従来の気泡流動
層炉と比較して、燃焼物の性状や負荷の変動に対して燃
焼状態が安定であり、多種の燃焼物の混合焼却にも適し
ていること、またリン、ナトリウム、カリウムなどの低
融点化合物を生成する成分が多く含まれるような廃棄物
に対しても適応性が高いなどの特長があり各種廃棄物の
焼却炉等として利用されるようになった。

【０００３】ここに、本発明に関する通常の循環流動層
炉の概要を図５を参照して例示する。この循環流動層炉
は、廃棄物や燃料を乾燥、熱分解、燃焼する炉本体であ
るライザー１と、このライザー１の上部から燃焼ガスと
ともに導出された流動媒体を分離する流動媒体分離装置
２０、および分離された流動媒体をライザー１の下部に
循環させるための流動媒体返送管であるダウンカマー２
１から構成されている。そして、このライザー１の下部
には、空気供給口１３、補助燃料供給口１４および燃焼
物供給口１５が設けられていて、各々から、燃焼用兼流
動用空気、所要の補助燃料および処理対象の廃棄物など
が供給され、供給された廃棄物等は流動媒体と混合状態
で流動しつつ乾燥、熱分解しながら燃焼する。

【０００４】このライザー１で生じた燃焼ガスは、ライ
ザー１上部の燃焼ガス排出口１９から排出され、隣接す
る流動媒体分離装置２０に誘導される。なお、このライ
ザー１で処理できない不燃物などは下部の排出口１８か
ら適時に排出される。また、補助燃料供給口１４から
は、発熱量が小さく炉内の温度が適温に保てない場合に
所要の補助燃料が供給される。

【０００５】次に、流動媒体分離装置２は、通常、図５
に例示するような円筒下部に円錐を接合した形のサイク
ロンから形成されていて、その内部は高温の燃焼ガスが
導入されても支障にないように、耐火物が施工されてい
る。ここで、誘導された燃焼ガスは、このサイクロンの
円筒内壁の接線方向に誘導されるので、旋回流を形成し
た後、中央の排ガス流路２３に吸引され、排ガス口２５
から排出される。そして、これと同時に燃焼ガスが含有
していた流動媒体は旋回流によって生じた遠心力によっ
て円筒内壁側に集合して、排出される排ガスから分離さ
れ、自重で落下して下方に設けられた流動媒体滞留ゾー
ン２２に回収されることになる。

【０００６】この流動媒体滞留ゾーン２２の下端部は、
ライザー１に連通しており、回収された流動媒体は、そ
の下端部に配置された複数の制御空気口２４から供給さ
れる空気により、流動状態に維持され、適量ずつライザ
ー１に還流供給されるよう制御されているのである。こ
のように、この循環流動層炉では、熱処理効率を高める
流動媒体が回収され循環して使用されるのである。な
お、このような用途の流動媒体としては、例えば、粒径
０．３〜０．８ｍｍ程度のケイ砂、アルミナような粒子
が好適に用いられる。

【０００７】ところが、このような循環流動層炉の場合
には、その規模が大きくなるに従い、サイクロンも必然
的に大型化せざるを得ず、その専有断面積および専有炉
高が著しく増加するという問題があった。例えば、その
設備の専有断面積および専有炉高を下水汚泥の焼却炉の
場合で例示すると、下水汚泥処理能力３００トン／日の
循環流動層炉の場合、専有断面積は約３０ｍ²、その専
有炉高は１８ｍに達する大きなものであり、特にサイク
ロンの部分が専有断面積約１６．５ｍ²、その専有炉高
約１２ｍを占めており、従来の気泡流動層炉が専有断面
積約６２ｍ²、その専有炉高は１５ｍであることから、
充分な小型化の効果が得られなかった。

【０００８】また、このように焼却装置が大型化するた
め、建設費用の増大、あるいは建設後には、サイクロン
内部の損耗に対する定期補修などのランニングコストの
増加、あるいは定期補修のため焼却装置を長期間運転停
止しなければならないという従来のサイクロン固有の不
具合があった。特に、従来のサイクロンでは流動媒体が
円筒内壁のある特定の一部分に偏って螺旋状に流れてい
るため、その部分だけが極端に摩耗してしまうが、耐火
物の摩耗した螺旋状の部分だけを補修することができ
ず、サイクロン全体を交換もしくは耐火物全体の再施工
を行う必要があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、燃焼ガス中の
流動媒体を分離するためのサイクロンの構造を改良し
て、より小型化が可能な分離メカニズムを採用して、そ
の占有断面積および占有炉高の削減または増加の抑制を
図るとともに、その内壁の摩耗を低減し、メンテナンス
も容易にすることが可能となる循環流動層炉の流動媒体
分離装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めになされた本発明の流動媒体分離装置は、ライザーか
ら排出された燃焼ガスを、そのライザーに隣接する流動
媒体分離ゾーンに連絡流路を通じて誘導して、燃焼ガス
中に含有する流動媒体を分離し分離燃焼ガスとして排気
するとともに、その分離した流動媒体を前記ライザーへ
還流する循環流動層炉において、前記ライザーから排出
された燃焼ガスの慣性および流動媒体に働く重力を利用
して燃焼ガスから流動媒体を分離するため、前記分離ゾ
ーンの内壁に外方に円弧状の壁面を、前記連絡流路の高
さの２〜５倍の長さの曲率半径に形成し、この円弧状壁
面に燃焼ガスを沿わせて、１０〜２０ｍ／ｓｅｃの速度
で上方から下方に導入できるようにするとともに、前記
分離ゾーンの内部側壁面のうち、前記円弧状壁面と対向
するライザー側の壁面上部に燃焼ガスを排気するための
開口を設けて、燃焼ガス中の流動媒体に働く慣性力およ
び重力方向から分岐した方向に湾曲させた湾曲ガス流路
を形成したことを特徴とするものである。

【００１１】そして、本発明は、前記流動媒体分離ゾー
ンにおいて、慣性力および重力により分離された流動媒
体を下方の流動媒体滞留ゾーンに誘導するダウンカマー
（流動媒体返送管）を設けるとともに、外部に連通する
分離燃焼ガス排気流路を円弧状壁面と対向する分離ゾー
ンの壁面に開口して配置して前記湾曲ガス流路を形成す
るとともに、流動媒体分離装置の側壁から分離燃焼ガス
を排気するようにした形態に具体化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の循環流動層炉の流
動媒体分離装置に係る実施形態を図１を参照して説明す
る。図１において、図（ａ）は、図（ｂ）のａ−ａ断面
を表す図であり、図（ｂ）は、本発明の流動媒体分離装
置を備えた循環流動層炉の要部断面を表す図である。こ
の循環流動層炉では、流動媒体分離ゾーン３１の構造に
おいて顕著な相違があるものの、ライザーから排出され
た燃焼ガスを、そのライザーに隣接する流動媒体分離ゾ
ーンに連絡流路を通じて誘導して、燃焼ガス中に含有す
る流動媒体を分離し分離燃焼ガスとして排気するととも
に、その分離した流動媒体を前記ライザーへ還流すると
いう、その基本的構造において先に説明した従来の循環
流動層炉の構造に類似する。

【００１３】そして、本発明の特徴とするところは、ラ
イザー１に連通する前記流動媒体分離ゾーン３１におい
て、この流動媒体分離ゾーン３１に導入された燃焼ガス
の流路を、上方から湾曲して下方に向かう流動媒体の慣
性方向とは異なる分岐した方向に湾曲させた湾曲ガス流
路３３に形成した点にある。そして、そのようにするた
めに、前記流動媒体分離ゾーン３１を構成する壁面を部
分的に外方に、前記連絡流路の高さの２〜５倍の長さの
曲率半径の円弧状に形成し、燃焼ガスを、１０〜２０ｍ
／ｓｅｃの速度で上方から下方にこの円弧状壁面３４に
沿って誘導されるよう配置してある。このように構成す
ることによって、流動媒体が遠心力によりこの円弧状壁
面３４に沿って集合するので、燃焼ガスからの分離がよ
り効果的に行われる。

【００１４】また、図１において、ライザー１の上端部
と流動媒体分離ゾーン３１の上端部との間は、連絡流路
３８によって連絡されているが、この連絡流路３８の流
路断面積をライザー１の断面積よりも狭めておき、ライ
ザー１から誘導される燃焼ガスの速度を加速してから、
前記円弧状壁面３４に沿って湾曲ガス流路３３を形成す
るように誘導すれば、流動媒体は付与された慣性によっ
て円弧状壁面３４に沿って下方に進行する一方、燃焼ガ
スの部分は、その慣性方向とは異なる分岐した方向に吸
引され、急激に湾曲して流れることになり、流動媒体と
燃焼ガスとは分離されるのである。この場合、例えば、
前記連絡流路３８によって燃焼ガスの速度を１０〜２０
ｍ／ｓｅｃに加速し、前記円弧状壁面３４の曲率半径を
連絡流路３８の高さの２〜５倍の範囲に設定しておけ
ば、燃焼ガスから流動媒体を確実に分離できることが分
かった。

【００１５】このように、この湾曲ガス流路３３におい
て、ガス中の流動媒体は遠心力により円弧状壁面３４に
押し付けられながら、上方から下方に向かう慣性が付与
され、前記円弧状壁面３４に沿って集合しつつ、その下
端から下方に落下するから、図１（ｂ）に示すように、
下方の流動媒体滞留ゾーン３２に連通するダウンカマー
３５を前記分離ゾーン３１の円弧状壁面３４に連続させ
て設けておけば、分離された流動媒体は、このダウンカ
マー３５を経て下方の流動媒体滞留ゾーン３２に誘導さ
れ、流動媒体の還流が円滑に行われるのである。

【００１６】また、同時に、流動媒体を分離した燃焼ガ
スを排出するため、外部に連通する分離燃焼ガス排気流
路３６を前記流動媒体分離ゾーン３１の内部側壁面のう
ち、円弧状壁面と対向するライザー側の壁面上部に開口
して配置し、図１（ｂ）に示すように、流動媒体分離ゾ
ーン３１の側壁から燃焼ガスを排気するようにすれば、
燃焼ガスは湾曲した流れを形成する一方、前記の慣性を
付与された流動媒体を効果的に分離することができる。

【００１７】以上の通り、本発明では、前記流動媒体分
離ゾーンに形成した円弧状壁面に沿って燃焼ガスを誘導
することによって、上方から湾曲して前記開口に向かう
湾曲ガス流路を形成せしめ、燃焼ガス中の流動媒体を遠
心力により円弧状壁面に押し付けながら、上方から下方
に向かう慣性を付与して、燃焼ガスと流動媒体とを分離
するというものであるから、先に述べた螺旋状に旋回す
るサイクロンの場合と異なり、旋回させるための水平方
向のスペースが必要でないから、占有断面積を抑えるこ
とが可能となる。

【００１８】また、本発明では、流動媒体分離装置自体
の高さも従来のサイクロンよりも低く抑えられる上に、
外部に連通する分離燃焼ガス排気流路を前記流動媒体分
離ゾーンの側壁面に開口して設けてあるから、流動媒体
を分離した燃焼ガスをその側壁面の開口部から導出する
ことができるので、排出ガス口が上方に突出している先
に述べたサイクロンの場合と異なり、更に炉の高さを不
必要に高く設定する必要もないから、その占有炉高を抑
えることも可能となる。

【００１９】さらに、前記流動媒体分離装置は、壁面の
一部を円弧状壁面とし、この壁面に沿わして燃焼ガスを
流すものであるため、それによる摩耗は、主としてこの
円弧状壁面に発生することになる。従来のサイクロンで
は流動媒体が円筒内壁のある特定の一部分に偏って螺旋
状に流れているため、その部分だけが極端に摩耗してし
まうが、本発明の流動媒体分離装置では円弧状壁面が均
一に摩耗する。従って同じ耐火物を使用した場合には、
流動媒体分離装置の補修が必要となるまでの炉の稼働時
間を大きくすることができる。また、この円弧状壁面が
主として摩耗するので、この部分だけを交換または修理
できるように分離装置を分割構造にしておくことが可能
であり、補修費用も大幅に削減できる。更に、従来の円
筒形のサイクロンでは困難であった煉瓦等の定形耐火物
による施工が容易な形状であるため、更に耐久性が大で
あり、定期的補修の頻度も少なく、そのメンテナンスも
容易であるなどの多くの利点が得られる。

【００２０】

【実施例】実施例として３００ｔ／日規模の下水汚泥焼
却装置として、従来の気泡流動層炉、循環流動層炉、お
よび本発明の流動媒体分離装置を備えた循環流動層炉を
使用した場合のそれぞれの炉寸法を試算して比較した。
図２、３および４にこの試算結果に基づく気泡流動層炉
（図２）、従来の循環流動層炉（図３）、および本発明
の循環流動層炉（図４）のイラストを同縮尺で示し比較
してある。また次のの表１には、それぞれの代表的数値
をまとめて示してある。

【００２１】

【表１】注「比率」：従来の気泡流動層炉の値を１とした場合の比率を示す。

【００２２】表１によれば、従来の循環流動層炉は、気
泡流動層炉と比較して占有断面積は小さくなってはいる
が、流動媒体分離装置であるサイクロンが大きいために
炉高、炉幅がかえって大きくなってしまっており、充分
な省スペース化がはかれていないことが分かる。それに
対して、本発明の流動媒体分離装置を使用した循環流動
焼却炉は、占有炉高においては、気泡流動層炉と同程度
の高さとなるが、占有断面積、同炉幅ともかなり小型化
できることが分かる。特にこの実施例のように、占有断
面積を約１／３にできることが理解され、本発明の流動
媒体分離装置の効果が顕著であることが分かる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の循環流動層炉の流動媒体分離装
置は、以上に説明したように、コンパクトな流動媒体と
排気ガスとの分離のための構造を採用したことにより、
炉をスケールアップした場合でも、その占有断面積およ
び占有炉高の削減または増加の抑制を図りスペースの有
効活用が可能となり、建設コストが極めて有利となる、
またその構造は耐久性に優れ、メンテナンスが容易であ
るからランニングコスト面でも有利となるという優れた
効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した循
環流動層炉の流動媒体分離装置として、その工業的価値
は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための循環流動層
炉要部断面図。

【図２】サイズを比較するための従来の気泡流動層炉の
略図。（ａ）は矢印断面図、（ｂ）は正面断面図。

【図３】サイズを比較するための従来の循環流動層炉の
略図。（ａ）は矢印断面図、（ｂ）は正面断面図。

【図４】サイズを比較するための実施例の循環流動層炉
の略図。（ａ）は矢印断面図、（ｂ）は正面断面図、
（ｃ）は側面図。

【図５】従来の循環流動層炉を説明するための断面イラ
スト図。

【符号の説明】

１ライザー、３１流動媒体分離ゾーン、３２流動
媒体滞留ゾーン、３３湾曲ガス流路、３４円弧状壁
面、３５ダウンカマー、３６分離燃焼ガス排気流
路、３８連絡流路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ライザーから排出された燃焼ガスを、そ
のライザーに隣接する流動媒体分離ゾーンに連絡流路を
通じて誘導して、燃焼ガス中に含有する流動媒体を分離
し分離燃焼ガスとして排気するとともに、その分離した
流動媒体を前記ライザーへ還流する循環流動層炉におい
て、前記ライザーから排出された燃焼ガスの慣性および
流動媒体に働く重力を利用して燃焼ガスから流動媒体を
分離するため、前記分離ゾーンの内壁に外方に円弧状の
壁面を、前記連絡流路の高さの２〜５倍の長さの曲率半
径に形成し、この円弧状壁面に燃焼ガスを沿わせて、１
０〜２０ｍ／ｓｅｃの速度で上方から下方に導入できる
ようにするとともに、前記分離ゾーンの内部側壁面のう
ち、前記円弧状壁面と対向するライザー側の壁面上部に
燃焼ガスを排気するための開口を設けて、燃焼ガス中の
流動媒体に働く慣性力および重力方向から分岐した方向
に湾曲させた湾曲ガス流路を形成したことを特徴とする
循環流動層炉の流動媒体分離装置。