JP4537885B2

JP4537885B2 - 循環流動層炉

Info

Publication number: JP4537885B2
Application number: JP2005133385A
Authority: JP
Inventors: 勝川島; 章夫高角
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006308250A

Description

本発明は、流動媒体を収容して被焼却物を焼却する流動層炉本体が、流動層炉底に位置する一次燃焼用空気供給手段と前記一次燃焼用空気供給手段より上方に位置する二次燃焼用空気供給手段を備え、燃焼用空気供給源からの空気が、前記流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする熱交換器と燃焼用空気供給路を通って前記一次燃焼用空気供給手段と前記二次燃焼用空気供給手段から前記流動層炉本体へ供給される循環流動層炉に関する。

このような循環流動層炉は、例えば、下水汚泥などの被焼却物を焼却して処理するもので、従来、流動層炉底に位置する一次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段より上方に位置する二次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する空気供給源が、ひとつの空気供給源（ブロワ）で共用されて、その空気供給源からの空気が、流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする熱交換器を通った後、一次燃焼用空気供給手段と二次燃焼用空気供給手段へ分岐されて流動層炉本体へ供給されるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、図４に概略的に示すように、流動媒体Ａを収容して被焼却物Ｂを焼却する流動層炉本体１において、流動層炉底に位置する一次燃焼用空気供給手段９へ空気を供給する一次燃焼用空気供給源１２と前記一次燃焼用空気供給手段９より上方に位置する二次燃焼用空気供給手段１０へ空気を供給する二次燃焼用空気供給源１４がそれぞれ各別に設けられ、一次燃焼用空気供給源１２からの空気が、流動層炉本体１からサイクロン３を通過した排ガスを熱媒とする一次熱交換器１７と一次燃焼用空気供給路１１を通って一次燃焼用空気供給手段９から流動層炉本体１へ供給され、二次燃焼用空気供給源１４からの空気が、流動層炉本体１からサイクロン３を通過した排ガスを熱媒とする二次熱交換器１８と二次燃焼用空気供給路１３を通って二次燃焼用空気供給手段１０から流動層炉本体１へ供給されるように構成したものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００２−１３０６４１号公報

「循環式流動汚泥焼却炉技術資料」、財団法人下水道新技術推進機構、２００３年３月、ｐ．５６−５７

しかし、上記特許文献１に記載の従来技術では、一次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する空気供給源と二次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する空気供給源が、ひとつの空気供給源で共用されているので、必要以上に大型の空気供給源を使用する必要がある。
すなわち、二次燃焼用空気供給手段へ二次燃焼用空気を供給する圧力については、一次燃焼空気供給手段へ一次燃焼用空気を供給する圧力と比較して低圧であるが、一次燃焼空気供給手段へ一次燃焼用空気を供給する空気供給源と共用されているので、その空気供給源からの空気圧力をわざわざ低下させて二次燃焼用空気供給手段から流動層炉本体へ供給する必要があり、そのために空気供給源が大型化するばかりか、圧力低下による無駄の発生によってランニングコストが高くなるという欠点がある。

その点、上記非特許文献１に記載の従来技術によれば、一次燃焼用空気供給手段へ一次燃焼用空気を供給する一次燃焼用空気供給源と二次燃焼用空気供給手段へ二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給源がそれぞれ各別に設けられているので、各空気供給源として必要な性能を備えた適切な空気供給源を使用することができ、それによって、イニシャルコストは多少高くなるものの、ランニングコストを低く抑えることができ、コストの面では結果的に有利となる。
しかし、この非特許文献１の従来技術では、一次燃焼用空気供給手段から供給される空気の量と二次燃焼用空気供給手段から供給される空気の量を、燃焼状態に合わせて変動させようとすると、一次燃焼用空気および二次燃焼用空気の温度が変動するため、制御の複雑化や耐熱性の高い装置が必要となる他、結局、必要以上の性能を備えた空気供給源を使用することになる。

例えば、通常の燃焼状態として、燃焼後の排ガス中に一酸化炭素ガス（ＣＯ）やシアンなどの未燃焼ガス成分が多く含まれる不完全燃焼状態では、流動層炉本体へ供給される燃焼用空気の温度および全風量をあまり変えることなく、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の風量比を変更して、一酸化炭素やシアンなどの未燃焼ガス成分の発生を回避する必要がある。しかし、非特許文献１に記載の従来技術では、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の風量比を大きく変更することがむずかしく、そのため、このような特殊な燃焼状態に対応し得ないという欠点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に着目したもので、その目的は、ランニングコストを極力低く抑えながら、燃焼後の排ガス中に一酸化炭素やシアンなどの未燃焼ガス成分が多く含まれる不完全燃焼状態にも十分に対応することのできる循環流動層炉を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、流動媒体を収容して被焼却物を焼却する流動層炉本体が、燃焼用空気を供給する一次燃焼用空気供給手段と二次燃焼用空気供給手段を備え、流動層炉底に位置する前記一次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する一次燃焼用空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段より上方に位置する前記二次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する二次燃焼用空気供給源がそれぞれ各別に設けられ、前記一次燃焼用空気供給源からの空気が、前記流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする一次熱交換器を通って前記一次燃焼用空気供給手段から前記流動層炉本体へ供給され、前記二次燃焼用空気供給源からの空気が、前記流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする二次熱交換器を通って前記二次燃焼用空気供給手段から前記流動層炉本体へ供給される循環流動層炉であって、前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とをそれぞれ別体に構成して直列に接続し、前記排ガスが流れる排ガス路に対して、前記二次熱交換器を前記一次熱交換器よりも上流側に配置し、前記二次燃焼用空気供給源からの空気量を、前記一次燃焼用空気供給源からの空気量よりも少なく設定し、前記一次燃焼用空気供給源から一次熱交換器を通った空気の一部を二次燃焼用空気として前記流動層炉本体へ供給するための補助空気供給路を設けているところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、流動層炉底に位置する一次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する一次燃焼用空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段より上方に位置する二次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する二次燃焼用空気供給源がそれぞれ各別に設けられているので、各空気供給源として必要な性能を備えた適切な空気供給源を使用することによって、ランニングコストを低く抑えることができるとともに、一次燃焼用空気供給源からの空気が、流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする一次熱交換器を通って一次燃焼用空気供給手段から流動層炉本体へ供給され、二次燃焼用空気供給源からの空気が、流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする二次熱交換器を通って二次燃焼用空気供給手段から流動層炉本体へ供給されるので、流動層炉本体からの排ガスの熱を有効利用して燃焼用の一次燃焼用空気と二次燃焼用空気を予め予熱することによって、燃焼効率の向上を図ることができる。

そして、一次燃焼用空気供給源から一次熱交換器を通った空気の一部が二次燃焼用空気として流動層炉本体に供給されるように補助空気供給炉が設けられているので、燃焼後の排ガス中に一酸化炭素やシアンなどの未燃ガス成分が多く含まれる不完全燃焼状態などにおいては、その補助空気供給路を介して一次燃焼用空気の一部を二次燃焼用空気として流動層炉本体へ供給することができ、それによって、流動層炉本体へ供給される燃焼用空気の全風量および一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の温度を変えることなく、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の量を変更して排ガス中の一酸化炭素やシアンなどの発生を回避することができる。

本発明の第２の特徴構成は、前記一次燃焼用空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段とを接続する一次燃焼用空気供給路の前記一次熱交換器よりも下流側と、前記二次燃焼用空気供給源と前記二次燃焼用空気供給手段とを接続する二次燃焼用空気供給路の前記二次熱交換器よりも下流側とが、前記補助空気供給路で接続されており、前記補助空気供給路が、風量調整手段を備えているところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、補助空気供給路が、ダンパなどの風量調整手段を備えているので、その風量調整手段による風量調整によって、補助空気供給路を介して供給される二次燃焼用空気の量を調整することができ、例えば、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の風量比を大幅に変更し、あるいは、所望どおりに微調整することも可能となる。

本発明による循環流動層炉の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この循環流動層炉は、下水汚泥などの被焼却物を焼却して処理するもので、図１に示すように、上下方向に長い塔状の流動層炉本体１を備え、流動層炉本体１内には、珪砂などからなる砂状の流動媒体Ａが収容されていて、流動層炉本体１の上部は、排気ダクト２を介してサイクロン３に接続されている。
サイクロン３の下部は、ダウンカマー４、ループシール５、および、戻り管６を介して流動層炉本体１の下方に接続され、流動層炉本体１からの排ガス中に含まれる流動媒体Ａが、サイクロン３で捕集されて流動層炉本体１内へ戻されるように、つまり、流動媒体Ａが流動層炉本体１とサイクロン３の間を循環するように構成されている。

流動層炉本体１の上下方向中間部には、下水汚泥などの被焼却物Ｂを供給するホッパ７が接続され、モータ８Ｍによるスクリューコンベヤ８の回転駆動によって、ホッパ７からの被焼却物Ｂが流動層炉本体１内に供給されるように構成されている。そのホッパ７の接続箇所よりも下方の流動層炉本体１内、つまり、流動層炉底には、燃焼用の一次燃焼用空気を供給する一次燃焼用空気供給手段９が配置され、上方には燃焼用の二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給手段１０が接続されている。
一次燃焼用空気供給手段９には、一次燃焼用空気供給路１１を介して燃焼用の一次燃焼用空気を供給する一次燃焼用空気供給源としての一次ブロワ１２が接続され、二次燃焼用空気供給手段１０には、二次燃焼用空気供給路１３を介して燃焼用の二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給源としての二次ファン１４が接続され、ブロワ１２とファン１４の吸引路には、それぞれバルブ１１Ｖ，１３Ｖが設けられている。

サイクロン３の上部には、排ガス路１５を介して吸引ファン１６が接続され、サイクロン３によって流動媒体Ａが捕集されて除去された後の排ガスを吸引するように構成されている。
その排ガス路１５と排ガス処理装置との間には、一次熱交換器１７が介在され、一次ブロワ１２からの燃焼用空気が、流動層炉本体１からの排ガスを熱媒とする一次熱交換器１７により予熱されて流動層炉本体１内へ供給されるように構成されている。
同様に、排ガス路１５と排ガス処理装置との間には、二次熱交換器１８が介在され、二次ファン１４からの燃焼用空気が、流動層炉本体１からの排ガスを熱媒とする二次熱交換器１８により予熱されて流動層炉本体１内へ供給されるように構成されている。

一次熱交換器１７と二次熱交換器１８は、排ガス路１５に対して一次熱交換器１７が下流側に二次熱交換器１８が上流側に位置するように配置されている。
そして、一次熱交換器１７より下流側の一次燃焼用空気供給路１１と二次熱交換器１８より下流側の二次燃焼用空気供給路１３との間には、両供給路１１，１３を接続する補助空気供給路１９が設けられ、一次ブロワ１２からの燃焼用空気の一部が、その補助空気供給路１９と二次燃焼用空気供給路１３を通って二次燃焼用空気供給手段１０から二次燃焼用空気として流動層炉本体１内へ供給されるように構成されている。その補助空気供給路１９には、風量調整手段としてのダンパ２０が設けられ、二次燃焼用空気として流動層炉本体１内へ供給される空気の量を調整できるように構成されている。

流動層炉本体１において、二次燃焼用空気供給手段１０の下方位置には、補助燃料を燃焼させるバーナ２１が設けられ、二次燃焼用空気供給手段１０の上方位置には、モータ２２Ｍにより回転駆動されるロータリバルブ２２を備えたホッパ２３が接続されている。
流動層炉本体１の下部には、スクリューコンベヤ２４を備えた流動媒体排出機構２５が設けられ、モータ２４Ｍによるスクリューコンベヤ２４の回転駆動によって流動層炉本体１の下部から排出された流動媒体Ａが、ホッパ２３とロータリバルブ２２を介して流動層炉本体１内に戻されるように構成されている。
そして、サイクロン３下方のループシール５内には、媒体流動用の空気を供給する媒体流動用空気供給手段２６が配置され、その媒体流動用空気供給手段２６に空気供給路２７を介して吸引側にバルブ２７Ｖを有する媒体流動用ブロワ２８が接続されている。

本発明による循環流動層炉は、例えば、図外の制御手段により制御運転され、通常、補助空気供給路１９のダンパ２０は閉じられ、バーナ２１が燃焼されるとともに、ホッパ７から被焼却物Ｂが流動層炉本体１内に供給される。
一次ブロワ１２は、例えば、２５ｋＰａ程度の空気を送風し、その空気が一次燃焼用空気供給路１１を通って一次燃焼用空気供給手段９から流動層炉本体１へ供給され、流動媒体Ａを上方へ吹き上げるとともに燃焼用空気に供される。同時に、二次ファン１４は、例えば、５ｋＰａ程度の空気を送風し、その空気が二次燃焼用空気供給路１３を通って二次燃焼用空気供給手段１０から流動層炉本体１へ供給されて燃焼用空気に供される。

このようにして、被焼却物Ｂは流動層炉本体１内において燃焼され、燃焼後の８５０℃程度の排ガスは、流動媒体Ａの一部を含んだ状態でサイクロン３へ送られ、サイクロン３において流動媒体Ａが除去される。流動媒体Ａが除去された後の排ガスは、二次熱交換器１８を通って二次ファン１４からの空気を６５０℃程度にまで予熱するとともに、一次熱交換器１７を通って一次ブロワ１２からの空気を６５０℃程度にまで予熱した後、排ガス処理装置により適宜処理されて系外へ排出される。
一方、サイクロン３において除去された流動媒体Ａは、ダウンカマー４からループシール５に至り、その後、媒体流動用ブロワ２８からの送風に伴って戻り管６から流動層炉本体１内へ戻される。

そして、例えば、一酸化炭素やシアンの量を検出するセンサ（図示せず）が、排気ガス中に含まれる一酸化炭素やシアンの量が一定の量を越えたことを検知すると、補助空気供給路１９の風量調整用のダンパ２０が開かれ、一次ブロワ１２からの一次燃焼用空気の一部が、補助空気供給路１９を通って二次燃焼用空気供給路１３へ送られる。
すなわち、一次燃焼用空気の一部が、二次燃焼用空気供給路１３を通流する二次燃焼用空気に混入されて、二次燃焼用空気として二次燃焼用空気供給手段１０から流動層炉本体１内へ供給される。
その際、一次燃焼用空気供給手段９から供給される一次燃焼用空気の量と二次燃焼用空気供給手段１０から供給される二次燃焼用空気の量の風量比が変わり、それによって、一酸化炭素やシアンなどの未燃ガス成分の発生が抑制される。

〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、補助空気供給路１９が、一次熱交換器１７より下流側の一次燃焼用空気供給路１１と二次熱交換器１８より下流側の二次燃焼用空気供給路１３との間に設けられた例を示したが、図２に示すように、二次燃焼用空気供給手段１０を第一の二次燃焼用空気供給手段１０ａと第二の二次燃焼用空気供給手段１０ｂにより構成し、第一の二次燃焼用空気供給手段１０ａに二次燃焼用空気供給路１３を接続し、第二の二次燃焼用空気供給手段１０ｂに補助空気供給路１９を接続することもできる。すなわち、一次熱交換器１７より下流側の一次燃焼用空気供給路１１と流動層炉本体１との間に補助空気供給路１９を設けて実施することもできる。
なお、この図２に示す別の実施形態において、先の実施形態と同じ部品については、同じ符号を付してある。

（２）これまでの実施形態では、風量調整手段の一例としてダンパ２０を例示したが、ダンパに代えて各種の風量調整装置を使用することができる。
〔参考例〕
図１および図２において、一次熱交換器１７と二次熱交換器１８を別体に構成して示したが、実際の実施に際しては、図３に示すように、両熱交換器１７，１８を一体化して実施することもできる。

循環流動層炉の概略構成図別の実施形態による循環流動層炉の概略構成図一次熱交換器と二次熱交換器の概略構成図（参考例）従来技術による循環流動層炉の概略構成図

符号の説明

１流動層炉本体
９一次燃焼用空気供給手段
１０二次燃焼用空気供給手段
１２一次燃焼用空気供給源
１４二次燃焼用空気供給源
１７一次熱交換器
１８二次熱交換器
１９補助空気供給路
２０風量調整手段
Ａ流動媒体
Ｂ被焼却物

Claims

流動媒体を収容して被焼却物を焼却する流動層炉本体が、燃焼用空気を供給する一次燃焼用空気供給手段と二次燃焼用空気供給手段を備え、
流動層炉底に位置する前記一次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する一次燃焼用空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段より上方に位置する前記二次燃焼用空気供給手段へ空気を供給する二次燃焼用空気供給源がそれぞれ各別に設けられ、
前記一次燃焼用空気供給源からの空気が、前記流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする一次熱交換器を通って前記一次燃焼用空気供給手段から前記流動層炉本体へ供給され、
前記二次燃焼用空気供給源からの空気が、前記流動層炉本体からの排ガスを熱媒とする二次熱交換器を通って前記二次燃焼用空気供給手段から前記流動層炉本体へ供給される循環流動層炉であって、
前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とをそれぞれ別体に構成して直列に接続し、前記排ガスが流れる排ガス路に対して、前記二次熱交換器を前記一次熱交換器よりも上流側に配置し、前記二次燃焼用空気供給源からの空気量を、前記一次燃焼用空気供給源からの空気量よりも少なく設定し、前記一次燃焼用空気供給源から一次熱交換器を通った空気の一部を二次燃焼用空気として前記流動層炉本体へ供給するための補助空気供給路を設ける循環流動層炉。
前記一次燃焼用空気供給源と前記一次燃焼用空気供給手段とを接続する一次燃焼用空気供給路の前記一次熱交換器よりも下流側と、前記二次燃焼用空気供給源と前記二次燃焼用空気供給手段とを接続する二次燃焼用空気供給路の前記二次熱交換器よりも下流側とが、前記補助空気供給路で接続されており、前記補助空気供給路が、風量調整手段を備えている請求項１に記載の循環流動層炉。