JP3897508B2 - 循環型流動層炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクロンにより流動砂と排ガス(飛灰等も含む)とを分離しながら流動砂の外部循環を行う循環型流動層炉に係り、特に下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系を焼却する流動層焼却装置に適用される外部循環型流動層炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、産業廃棄物や都市ゴミ、下水汚泥等の焼却処理には、流動床焼却炉が広く用いられており、該流動層焼却炉は汚泥供給の瞬時の変動に安定で、流動層中に直接補助燃料を供給することができ、また流動層の熱吸収力が強いため一般燃焼装置のように火炎による局部高温を発生しない等の利点により、特に、含水率の高い汚泥の焼却に多用される傾向にある。
【０００３】
前記流動層焼却炉には気泡流動層炉と循環流動層炉とに分類され、前記気泡流動層炉は、炉床に砂等の流動砂を敷き、１次空気の吹き込みにより砂を流動化して層内を沸騰状態にさせ、該流動層中に汚泥等の廃棄物を投入し燃焼させる装置である。
【０００４】
しかし、前記気泡流動層炉では、汚泥の燃焼をフリーボードに頼っている部分があり、フリーボードの過熱を招く場合がある。また、下水汚泥等のように高含水廃棄物を焼却する場合には炉床面積を増大するか、若しくは供給空気量を増やす等の対策をとる必要が生じ、排ガス量が増大する問題がある。
そこで、炉内温度差が小さく、かつ流動砂を循環させることによる排ガス量の低減や設備のコンパクト化が可能である循環流動層炉が普及しつつある。
【０００５】
前記循環流動層炉の構成は図１に示すように、フリーボード５１と流動層５３とからなる流動層炉本体５０と、該フリーボード５１に吹き上げられた流動砂を出口ダクト５２を介して捕集するサイクロン１と、流動砂を返送するダウンカマー５８と、炉内未燃ガスのサイクロン１への吹き抜けを防止するシールポット５５と戻し管５７とから構成される。(図１は本発明の適用例であり、従来技術部分のみを取り出して説明する。）
【０００６】
かかる流動層において、１次空気投入口５９から導入される１次空気により約７００〜８００℃に加熱されて流動層５３を形成する流動砂中に汚泥投入口６１から汚泥を供給すると、該汚泥は流動層５３内を混合攪拌され、流動砂との接触により微細化されるとともに、該流動砂と混合状態で流動しつつ乾燥、熱分解しながら燃焼するとともに、前記流動層５３から吹き上げる流動砂と汚泥中の未燃ガスや揮発分、軽いゴミは２次空気とともにフリーボード５１へ導かれ、該フリーボード５１で未燃分が燃焼した後、流動砂は出口ダクト５２を介してサイクロン１で捕集され、ダウンカマー５８、シールポット５５及び戻し管５７を経て流動層炉本体５０に還流される。
【０００７】
そして前記サイクロンには軸流型と接線型(渦巻き型)とが存在するが、分離性能の面から接線型が多く用いられる。
接線型は図４の概略図で示されるように、外筒頂部の天板１８中心軸上に、分離後の排気ガスを排出する排気筒１２を挿設するとともに、該外筒１０の天板１８に隣接する側壁上部に導入口１３を開設する。又前記外筒１０の底部には分離された流動砂を排出するコーン部１７が連接されている。そして前記導入口１３は、円形でも方形でも良いがいずれにしても流動層炉本体５０と連接する導入筒を設けている。そしてかかるサイクロン１の各部寸法の代表例を図４の下部に示す。
【０００８】
しかしながら、かかるサイクロン１にあっては、排気筒(内筒)１２の導入管に面した部位に流動砂混合流が衝突し且つ、排気筒１２の前記外筒１０内に露出する部位では、流動砂混合流が摺擦しながら旋回するために、局部的な偏摩耗が生じやすい。
そしてこのような偏摩耗が生じた場合、前記内筒１２は外筒天板１８に溶接等で固着されているために、内筒１２の交換作業は繁雑を極める。
【０００９】
かかる技術を解決するために、実開平７−７７５１号において図５に示すような技術が開示されている。かかる技術は、前記排気筒を小径の下部筒体１２０と大径の上部筒体１２１とに分割し、下部筒体１２０はその軸方向に沿って分割した複数の分割筒体で形成し、一方上部筒体１２１は前記下部筒体１２０を回転自在に係合させた状態で、外筒の天板に固設させている。
【００１０】
しかしながらかかる内筒(排気筒)１２を形成する筒体は回転自在であるために、偏摩耗は防止できるが、上部筒体１２１と下部筒体１２０との間に段差があるために、この部分で旋回流に乱れが生じ、円滑な固気分離が出来ない場合がある。
【００１１】
さて、サイクロン１の各部寸法はその代表例は化学装置便覧に記載されてあり、その一例を図４の下部に示すが、かかる従来技術において、前記外筒外径Ｄに対する排気筒深さｈ’ｅの比は０.７に設定してあるが、特に循環型流動層炉の場合入口粒子濃度が、５〜１０ｋｇ／ｍ^３と高いために、サイクロン１で分離された粒子の排出が追いつかず、サイクロン１内に溜まり気味の状態になってしまう、更に内筒吸い込み位置が、粒子濃度が高い位置まで達しており、粒子を多く含むガスを抜き出してしまう恐れがあった。
【００１２】
本発明はかかる課題に鑑み、前記接線型サイクロンを循環型流動層に適用した場合で、円滑な流動砂の分離と内管の偏摩耗の防止を図り、ひいては装置全体の保守容易化と耐久性の向上を図った循環型流動層炉を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、流動砂と被燃焼物を混合しながら燃焼する流動層炉本体より飛び出した流動砂と排ガス(飛灰等も含む)とを、外筒頂部の天板中心軸上に排気筒を挿設するとともに、該外筒側壁に導入口を開設した接線型サイクロンで、分離した後、流動層炉本体内に戻す循環型流動層炉において、
前記導入口側のサイクロン入口粒子濃度が５〜１０ｋｇ／ｍ ^３ あり、重力によって前記入口粒子濃度の分布が上側が薄く下側が厚くなり、該薄い上側部分のみに露出するように前記サイクロンの排気筒の外筒内露出部を同径で且つその深さを導入口高さより短く設定するとともに、前記外筒直径に対する排気筒深さの比を０.１〜０.４の間に設定し、さらに前記排気筒の上端外周にはフランジ部が形成され、前記天板上端部より突設し前記排気筒が上方より交換可能に挿設される排気筒収納筒を設け、前記フランジ部が前記収納筒の外周に形成されたフランジ面に固定されて前記排気筒が前記設定深さに取付けられることを特徴とする。
【００１４】
従って本発明によれば、サイクロンの排気筒の外筒内露出部を同径に設定したために、図５に示す従来技術のように、旋回流の乱れが生じることがない。又流動砂の場合、粉体等に比較して粒子径が大きいために、重力差により流動砂混合流の入口導入時点では、入口粒子濃度密度分布が上側に薄く下側に厚い状態となる。
このような状態で、サイクロンの排気筒の深さを導入口高さより短く設定する事により、粒子濃度の薄い部分のみが排気筒外周面に衝突する事になり、摩耗劣化が大幅に低下することになる。
このようにした場合、集塵効率が低下するのではと懸念されたが、このようにした場合、外筒直径に対する排気筒深さの比が０.１〜０.４の範囲であれば、従来より増して数段集塵効率が上昇することも理解された。
さらに、前記排気筒の上端外周にはフランジ部が形成され、前記天板上端部より突設し前記排気筒が上方より交換可能に挿設される排気筒収納筒を設け、前記フランジ部が前記収納筒の外周に形成されたフランジ面に固定されて前記排気筒が前記設定深さに取付けられるため、排気筒自体を交換可能に構成できる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記排気筒外周面の内、少なくとも前記外筒内露出部位が、網目状に配置された支持金物により支持された耐火キャスタブルで被覆されていることを特徴とする。
【００１６】
かかる発明によれば、流動砂が衝突する排気筒外周面の露出部位が、流動砂より硬度の高い耐火キャスタブルで被覆されているために、摩耗による劣化が生じることなく耐久性が大幅に向上する。
又前記耐火キャスタブルは、網目状に配置されたキャスタ支持金物により支持されているために、熱膨張による膨張差が生じても耐火キャスタブルがはがれることはない。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記フランジ部を前記フランジ面にパッキンを介して当接させて交換可能に気密にシールを行なうとともに、前記排気筒収納筒の内径と、該収納筒に収納された排気筒外径との間に熱膨張を考慮したクリアランスを設定したことを特徴とする。
【００１８】
かかる発明によれば、該排気筒と排気筒収納筒との材質の違いによる熱膨張を考慮してクリアランスを持たせた場合にもフランジ面同士の接触であるために、容易に気密性を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、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循環型流動層燃焼装置を示し、図１に示すように、フリーボード５１と流動層５３とからなる流動層炉本体５０と、該フリーボード５１に吹き上げられた流動砂を出口ダクト５２を介して捕集するサイクロン１と、流動砂を返送するダウンカマー５８と、炉内未燃ガスのサイクロン１への吹き抜けを防止するシールポット５５と戻し管５７とから構成される。
【００２０】
かかる構成による接線型サイクロンの１構成を図１及び図２に基づいて説明する。前記円筒形状の外筒１０頂部の天板１８中心軸上に、分離後の排気ガスを排出する排気筒１２を挿設することにより排気筒収納孔１１を設けるとともに、該外筒１０の天板１８に隣接する側壁上部に導入口１３を開設する。又前記外筒１０の底部には分離された流動砂を排出するコーン部１７が連接されている。かかる技術は従来技術である。
そして本発明は、前記天板１８上に中心軸と同心状に収納筒１４を立設し、該立設した収納筒の周囲に耐火材等からなるフランジ取り付け台１６を囲撓載置させるとともに、該取り付け台１６上端にリング状のフランジ１５を取り付ける。このように前記筒体に直接フランジを設けないのは、排気筒内を通過する排ガスの温度が高いために、その熱がフランジ部に伝わり、ネジ部の劣化等によりネジ取り外しが不可能になることを避けるためである。
【００２１】
一方排気筒１２は耐火ステンレスからなる筒体１２ａの上面外周にフランジ１２ｃをとりつけるとともに、排気筒外周面１２ｂを、網目状に配置されたキャスタ支持金物１２Ａにより支持された耐火キャスタブル１２Ｂで被覆する。
前記キャスタ支持金物１２Ａは基材側の耐火ステンレス材表面に溶接され、同材質で形成する。又網目状とは本実施形態では、蜂の巣状に形成しているが、これのみに限定されず升目状でもよい。
そして前記天板８上端部より突設する排気筒収納筒１４を囲撓するフランジ取り付け台１６に設けたフランジ１５と、排気筒外周面１２ｂに設けたフランジ１２ｃとを、前記ガスケット等のパッキン１９を介して当接させてネジ止めして、交換可能に気密シールを行う。
又前記排気筒外径と収納筒内径とは、熱膨張を考慮したクリアランスを設定する。
【００２２】
次に前記サイクロン１の各部寸法について図４下部に示す代表値との違いを説明する。外筒径Ｄを比率１と設定した場合に、導入口高さｈを０.５、導入口幅ｂを０.２、外筒部高さＨを２.０、排気筒径ｄを０.５、排気筒の外筒内の挿入深さ(長さ)ｈ’ｅを０.１〜０.４の間に設定する。
即ち、より具体的にはサイクロン１の排気筒１２を同径の円筒状に形成しつつ且つその挿入深さｈ’ｅを導入口高さｈより短く設定するとともに、前記外筒直径Ｄに対する排気筒深さｈ’ｅの比を０.１〜０.４の間に設定したものである。
このように設定した理由は図２の実験結果に基づくものである。
【００２３】
図３は循環型流動層炉に前記サイクロンを取り付けた場合の、排気筒形状と集塵効率との関係を示す実験式である。
流動砂に硅砂を用い、サイクロンの導入口入口粒子濃度が、５〜１０ｋｇ／ｍ^３、入口温度が８５０℃、入口流量が１６７３５Ｎｍ^３／ｈで流動砂を循環して前記排気筒１２の外筒内の挿入深さ(長さ)ｈ’ｅの比を０.０５、０.１、０.３、０.５、０.７夫々変えて集塵効率の変化を調べてみた。
その結果が図３である。
図３より明らかなように、排気筒深さｈ’ｅの比が０.７の従来品では、集塵効率が９６％程度であるが、導入口高さｈが０.５以下になるに連れ、急激に効率が向上して、０.３で９８％、０.１で９９％と上昇するが、０．０５では９８％以下に低下した。
従ってかかる実施形態から本発明の効果が実証できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１記載の発明によれば、このような状態で、サイクロンの排気筒の深さを導入口高さより短く設定する事により、粒子濃度の薄い部分のみが排気筒外周面に衝突する事になり、摩耗劣化が大幅に低下することになるとともに、外筒直径に対する排気筒深さの比が０.１〜０.４の範囲にすることにより、従来より増して循環型流動層における数段集塵効率が上昇することも理解された。
さらに、前記排気筒の上端外周にはフランジ部が形成され、前記天板上端部より突設し前記排気筒が上方より交換可能に挿設される排気筒収納筒を設け、前記フランジ部が前記収納筒の外周に形成されたフランジ面に固定されて前記排気筒が前記設定深さに取付けられるため、排気筒自体を交換可能に構成できる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、摩耗による劣化が生じることなく耐久性が大幅に向上するとともに、熱膨張による膨張差が生じてもキャスタブルがはがれることはない。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、該排気筒と排気筒収納筒との材質の違いによる熱膨張を考慮してクリアランスを持たせた場合にもフランジ面同士の接触であるために、容易に気密性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る循環型流動層燃焼装置を示す概略図である。
【図２】 図１に示すサイクロンの要部構成を示し、(Ａ)は排気管付近の断面図、(Ｂ)は排気管の外表面部である。
【図３】 排気筒挿入深さと外筒径との関係を示すグラフ図である。
【図４】 化学装置便覧に示されるサイクロンの寸法を示す概略図である。
【図５】 従来の排気筒の耐摩耗性を図ったサイクロンを示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 外筒
１２ 排気筒
１２ｃ フランジ面
１２Ａ キャスタ支持金物
１２Ｂ 耐火キャスタブル
１３ 導入口
１４ 排気筒収納筒
１５ 排気筒外周側に設けたフランジ部
１８ 天板
１９ パッキン
５０ 流動層炉本体
ｈ サイクロン導入口高さ
Ｄ 外筒直径
ｈ’ｅ 排気筒深さ

Claims (3)

1. 流動砂と被燃焼物を混合しながら燃焼する流動層炉本体より飛び出した流動砂と排ガス（飛灰等も含む）とを、外筒頂部の天板中心軸上に排気筒を挿設するとともに、該外筒側壁に導入口を開設した接線型サイクロンで、分離した後、流動層炉本体内に戻す循環型流動層炉において、
   前記導入口側のサイクロン入口粒子濃度が５〜１０ｋｇ／ｍ ^３ あり、重力によって前記入口粒子濃度の分布が上側が薄く下側が厚くなり、該薄い上側部分のみに露出するように前記サイクロンの排気筒の外筒内露出部を同径で且つその深さを導入口高さより短く設定するとともに、前記外筒直径に対する排気筒深さの比を０.１〜０.４の間に設定し、さらに前記排気筒の上端外周にはフランジ部が形成され、前記天板上端部より突設し前記排気筒が上方より交換可能に挿設される排気筒収納筒を設け、前記フランジ部が前記収納筒の外周に形成されたフランジ面に固定されて前記排気筒が前記設定深さに取付けられることを特徴とする循環型流動層炉。
2. 前記排気筒外周面の内、少なくとも前記外筒内露出部位が、網目状に配置された支持金物により支持された耐火キャスタブルで被覆されていることを特徴とする請求項１記載の循環型流動層炉。
3. 前記フランジ部を前記フランジ面にパッキンを介して当接させて交換可能に気密にシールを行なうとともに、前記排気筒収納筒の内径と、該収納筒に収納された排気筒外径との間に熱膨張を考慮したクリアランスを設定したことを特徴とする請求項１記載の循環型流動層炉。

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