JP4861872B2 - Fluidized bed boiler - Google Patents
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Description
本発明は、流動層型の燃焼炉を備える流動層型ボイラに関するものである。 The present invention relates to a fluidized bed boiler provided with a fluidized bed type combustion furnace.
従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の廃棄物処理装置が知られている。この装置は、塩素含有プラスチック廃棄物を処理する装置であり、当該廃棄物を燃焼させる循環流動層コンバスタと、当該コンバスタに導入する廃棄物を前処理する熱分解炉とを備えている。熱分解炉には、加熱砂や加熱ガスからなる加熱媒体が投入され、廃棄物に混合されて搬送されている。そして、加熱媒体の熱により廃棄物を熱分解し廃棄物中の塩素を予め除去することとしている。
このように、特に近年では、廃プラスチック等を燃料とする燃焼炉が求められているが、多くの廃プラスチックには塩素が含まれている。そして、コンバスタで塩素を含む燃料を燃焼させると、排ガスの熱を回収するためのボイラチューブの腐食を進行させ短寿命化させるので、燃料から塩素を低減することが必要となる。また、燃焼による公害物質発生を抑えるためにも、燃料からの塩素の低減は重要である。ここで、上述の装置においては、塩素除去の工程で高温の加熱媒体を投入しているので、加熱媒体の加熱のために大きなエネルギーが必要であるが、この種の装置においては、運転に必要なエネルギーを極力節約することが望まれる。 As described above, particularly in recent years, a combustion furnace using waste plastic or the like as a fuel has been demanded, but many waste plastics contain chlorine. And, when the fuel containing chlorine is burned by the combustor, the corrosion of the boiler tube for recovering the heat of the exhaust gas is advanced and the life is shortened, so it is necessary to reduce chlorine from the fuel. In order to suppress the generation of pollutants due to combustion, it is important to reduce chlorine from fuel. Here, in the above-mentioned apparatus, since a high-temperature heating medium is input in the chlorine removing process, a large amount of energy is required for heating the heating medium. In this type of apparatus, it is necessary for operation. It is desirable to save as much energy as possible.
そこで、本発明は、運転のエネルギーの節約を図ることができる流動層型ボイラを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluidized bed boiler that can save energy for operation.
本発明の流動層型ボイラは、投入される燃料を燃焼させる流動層型の燃焼炉と、燃焼炉の底部から排出された固形物を再び燃焼炉に返送するように循環させる循環ラインと、循環ライン上に設けられ、当該循環ラインを循環する固形物から燃焼に不適な不適物を選別し除去する選別除去部と、循環ライン上に設けられ、当該循環ラインを循環する固形物の熱を熱媒体に回収する熱回収部と、熱回収部で得られる熱媒体の熱を利用した熱処理によって、燃焼炉に投入される燃料の前処理を行う燃料熱処理部と、を備えたことを特徴とする。 A fluidized bed type boiler of the present invention includes a fluidized bed type combustion furnace that burns fuel that is input, a circulation line that circulates solids discharged from the bottom of the combustion furnace and returns them to the combustion furnace, and a circulation line A separation / removal unit that is provided on the circulation line for separating and removing unsuitable substances that are inappropriate for combustion from the solid matter circulating in the circulation line, and heat of the solid matter that is provided on the circulation line and circulates in the circulation line A heat recovery unit that recovers to a medium, and a fuel heat treatment unit that performs pretreatment of fuel that is input to the combustion furnace by heat treatment using heat of the heat medium obtained by the heat recovery unit. .
この流動層型ボイラでは、燃焼炉の底部から排出された固形物は、循環ラインを通じて再び燃焼炉に返送されるように循環し、その循環の途中で、固形物に含まれる不適物が選別され除去される。また、この循環ライン上の熱回収部において、この固形物の熱が熱媒体に移される。そして、燃料熱処理部では、この熱媒体の熱を利用して燃料の熱処理が行われる。このように、本来であれば棄てられる熱が、燃料の前処理に用いる熱として有効利用されるので、全体としてボイラの運転に必要なエネルギーを節約することができる。 In this fluidized bed boiler, the solid matter discharged from the bottom of the combustion furnace is circulated so as to be returned to the combustion furnace again through the circulation line, and inappropriate substances contained in the solid matter are selected during the circulation. Removed. Further, in the heat recovery section on the circulation line, the heat of the solid is transferred to the heat medium. In the fuel heat treatment unit, heat treatment of the fuel is performed using the heat of the heat medium. In this way, the heat that would otherwise be discarded is effectively used as the heat used for fuel pretreatment, so that the energy required for boiler operation as a whole can be saved.
また、燃料熱処理部で処理された燃料は、循環ラインに導入されることとしてもよい。この場合、燃料は、燃料熱処理部で熱処理された後、循環ラインで返送される固形物と一緒に燃焼炉に投入される。 Moreover, the fuel processed in the fuel heat treatment unit may be introduced into the circulation line. In this case, the fuel is heat-treated in the fuel heat treatment section, and then charged into the combustion furnace together with the solid matter returned in the circulation line.
また、本発明の流動層型ボイラは、燃料熱処理部における燃料の熱処理によって発生するガスを処理するガス処理部を更に備え、ガス処理部は、燃料熱処理部からガスを吸引し排出させるガス吸引部と、ガス吸引部で排出させたガスを液体に溶解させるガス溶解部と、を有することとしてもよい。 The fluidized bed boiler of the present invention further includes a gas processing unit that processes gas generated by heat treatment of the fuel in the fuel heat processing unit, and the gas processing unit sucks and discharges gas from the fuel heat processing unit. And a gas dissolving part that dissolves the gas discharged by the gas suction part into a liquid.
この構成によれば、燃料の熱処理で発生したガスを燃料熱処理部から取り除き、液体に溶解させることで、後段の処理が容易な形で上記ガスを回収することができる。また、燃料熱処理部では、発生したガスが吸引されて排出されるので、燃料熱処理部内においてガス発生を伴う熱処理を促進することができる。具体的には、ガス吸引部は、液体を噴出する液体エジェクタを有することとしてもよい。 According to this configuration, by removing the gas generated by the heat treatment of the fuel from the fuel heat treatment section and dissolving it in the liquid, it is possible to recover the gas in a form that facilitates subsequent processing. Further, since the generated gas is sucked and discharged in the fuel heat treatment section, the heat treatment accompanied with gas generation can be promoted in the fuel heat treatment section. Specifically, the gas suction unit may include a liquid ejector that ejects liquid.
本発明の流動層型ボイラによれば、運転のエネルギーを節約することができる。 According to the fluidized bed boiler of the present invention, it is possible to save energy for operation.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る流動層型ボイラの好適な実施形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fluidized bed boiler according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示す外部循環型の流動層型(Circulating Fluidized Bed型)のボイラ1は、廃プラスチック及びRPFを燃料として用いるボイラであり、縦長円筒形状をなす流動層型の燃焼炉3を備えている。燃焼炉3の中間部には燃料を投入する燃料投入口3a、上部には燃焼ガスを排出するガス出口3bが設けられている。ガス出口3bには固気分離装置として機能するサイクロン7が接続されている。サイクロン7の排出口7aはガスラインを介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン7の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン9が下方に延びており、リターンライン9の下端は燃焼炉3の中間部側面に接続されている。
An external circulation type fluidized bed type (Circulating Fluidized Bed type) boiler 1 shown in FIG. 1 is a boiler using waste plastic and RPF as fuel, and includes a fluidized bed
燃焼炉3内では、下部の給気ライン3cから導入される燃焼・流動用の空気により、上記投入口3aから投入された燃料を含む固形物が流動し、燃料は流動しながら約800〜900℃で燃焼する。サイクロン7には、燃焼炉3で発生した燃焼ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン7は、遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離し、分離された固体粒子をリターンライン9を通して燃焼炉3に戻すと共に、固体粒子が除かれた燃焼ガスを排出口7aからガスラインを通じて後段のガス処理系に送出する。
In the
この燃焼炉3では「炉内ベット材」と呼ばれる固形物が発生し底部に溜まるが、この炉内ベット材で不純物(低融点物質等)が濃縮されて起こるベット材の焼結及び溶融固化、或いは不燃厨芥物による動作不良を抑制することが必要である。このため、燃焼炉3では、底部の排出口3dから炉内ベット材が定期的に外部に排出されている。また排出されたベット材は、循環ライン23を通じて再び燃焼炉3に返送されている。また、このボイラ1の燃料として用いられる廃プラスチックには、燃焼に不適である金属などの不適物が混入している場合が多く、この不適物を燃焼炉3内から取り除く必要がある。
In this
このため、循環ライン23上には、篩及び磁気分離装置を有する選別装置25が設けられており、この選別装置25では、循環するベット材の中から、燃焼に不適である金属、金属、厨芥類、ガレキ類、クリンカーといったような不適物が選別除去される。このような、ベット材の循環及び選別除去により、選別装置25によって燃焼炉3内から不適物が除去されるので、燃焼炉3内における燃焼物の流動性が確保され、良好な燃焼が行われると共に、燃焼炉3、サイクロン7、及びリターンライン9における流動不良が抑制される。
For this reason, a
上記のガス処理系は、サイクロン7のガス排出口7aにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置13と、このガス熱交換装置13の排出口13aにガスラインを介して接続されたバグフィルタ(集塵器)15とを備えている。ガス熱交換装置13には、排ガスの流路を横切るように水を流動させるボイラチューブ13bが設けられている。サイクロン24から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ13bに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水に回収され、発生した高温の水蒸気がボイラチューブ13bを通じて発電用のタービンに送られる。バグフィルタ15は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。バグフィルタ15の排出口15aから排出された清浄なガスはガスライン及びポンプ17を経由して煙突19から外部に排出される。
The gas treatment system includes a
上述のように、ボイラ1では、廃プラスチックやRPFが燃料として用いられている。このような燃料は塩素及び重金属を含むので、燃料を燃焼させた場合には塩素及び重金属を含む排ガスが発生し、このような排ガスがボイラチューブ13aの腐食を進行させ寿命を短縮させてしまう。従って、このような原燃料を燃焼炉3に投入する前に改質し、当該原燃料から塩素及び重金属をできるだけ取り除くことが好ましい。
As described above, in the boiler 1, waste plastic or RPF is used as fuel. Since such fuel contains chlorine and heavy metal, when the fuel is burned, exhaust gas containing chlorine and heavy metal is generated, and such exhaust gas advances corrosion of the
そこで、このボイラ1には、燃焼炉3に投入される前に原燃料を改質する燃料改質機能と、上記したベット材循環ライン23でベット材を循環させ不適物を選別除去する機能と、改質された燃料を循環するベット材に合流させて一緒に燃焼炉3内に投入する機能と、を併せ持つ改質燃料生成部20が設けられている。
In view of this, the boiler 1 has a fuel reforming function for reforming the raw fuel before being charged into the
改質燃料生成部20は、燃焼炉3の底部排出口3dに接続されたスクリューコンベア型のベット材冷却装置31と、その後段に設けられたスクリュー搬送装置33と、を備えている。ベット材冷却装置31の下流端に設けられた出口31cとスクリュー搬送装置33の上流端とは、ベット材搬送ライン23aを介して接続されており、ベット材搬送ライン23a上には、搬送されるベット材から燃焼不適物を選別除去するために、前述の選別装置25が設けられている。また、スクリュー搬送装置33の下流端にある出口は、ベット材搬送ライン23bを介して燃焼炉3の燃料投入口3aに接続されている。このような接続により、ベット材冷却装置31、ベット材搬送ライン23a、スクリュー搬送装置33、及びベット材搬送ライン23bは、ベット材を循環させる上述の循環ライン23を構成する。なお、図1中、スクリュー搬送装置33直後にあるベット材搬送ライン23b上の”a”印は、燃料炉3の燃料投入口3a直前の”a”印の箇所に繋がっていることを意味している。
The reformed
上記ベット材冷却装置31には、ベット材の搬送路を画成する外筒の更に外側に円筒ジャケットが設けられており、上記外筒とジャケットとの間に熱媒体を流動・循環させる熱媒体流動路31aが形成されている。底部排出口3dから排出された約800℃のベット材は、ベット材冷却装置31の搬送路内をスクリュー搬送されながら、上記熱媒体に熱を移動させるので、高温のベット材が効率よく冷却される。そして、選別装置25で対応可能な適切な温度に冷却されたベット材が選別装置25に送られるので、選別装置25の機能が高温で阻害されることなく、効率のよい磁気選別が行われる。一方、高温となった熱媒体は、後述するように、熱媒体循環ライン41を通じてシャフト炉35に送られる。この熱媒体としては、例えば、オイルが用いられる。
The bed
更に、改質燃料生成部20は、導入される廃プラスチックやRPF等の原燃料から塩素及び重金属を除去するための縦長円筒形状のシャフト炉(燃料熱処理部)35を備えている。このシャフト炉35には、原燃料の搬送路を画成する外筒を取り囲む円筒ジャケットが設けられており、上記外筒とジャケットとの間には、高温の熱媒体を流動・循環させる熱媒体流動路35aが形成されている。この熱媒体流動路35aは、熱媒体循環ライン41を介して上記ベット材冷却装置31の熱媒体流動路31atと接続されており、熱媒体は、この熱媒体循環ライン41を通じて熱媒体流動路31aと熱媒体流動路35aとの間を循環している。
Furthermore, the reformed
また、熱媒体循環ライン41上には、熱媒体を円滑に流動させるためのポンプp1,p2と、循環する熱媒体を貯留する熱媒体タンク43と、タンク43内の熱媒体を更に加熱するヒータ45とを備えている。ベット材冷却装置31における熱媒体の昇温が十分でない場合には、上記ヒータ45により熱媒体が更に加熱され、シャフト炉35での加熱処理に使用可能な温度することが可能である。なお、シャフト炉35内を加熱するヒータを直接シャフト炉35に設けてもよい。
Further, on the heat
シャフト炉35の上方には、燃料導入口39aから導入された原燃料を、スクリューコンベア39bでシャフト炉35内に送り込む原燃料投入部39が設けられている。また、シャフト炉35の下端は、上記スクリュー搬送装置33に接続されている。このようにシャフト炉35は、上下端ともスクリュー搬送機構によりシールされており、更に、このシャフト炉35内部は減圧装置37に接続され減圧されている。
Above the
このような構成に基づき、原燃料投入部39によりシャフト炉35上端から投入された原燃料は、熱媒体の熱によって約400〜600℃に加熱されながらシャフト炉35内部を下方に移動する。そして、加熱及び減圧によって、原燃料中の含有塩素、含有重金属類(Pb等)、及び若干のタール分が気化し、原燃料から取り除かれていく。気化した含有塩素等は吸引ライン37aを介して排出され減圧装置37に引き込まれる。こうして改質された燃料は、シャフト炉35の下端に到達し、スクリュー搬送装置33によりベット材と混合されながら搬送される。その後、燃料は、ベット材搬送ライン23bを通じてベット材と一緒に燃料投入口3aから燃焼炉3に投入される。また、この場合、シャフト炉35内で気化しきれなかったタールが燃料に付着しても、混合されたベット材によりタールの固着性が低減され、循環ライン23での搬送の不具合発生が抑えられる。
Based on such a configuration, the raw fuel input from the upper end of the
このように、ボイラ1に導入される原燃料は、シャフト炉35内を通過しながら改質されて含有塩素及び含有重金属が低減され、その後、循環ライン23を循環するベット材に合流し、ベット材と一緒に燃焼炉3に投入される。そして、燃焼炉3に投入される燃料が事前に改質されることで、燃焼炉3で発生する排ガス中の塩素、重金属が低減される。その結果、ボイラチューブ13bの腐食を抑制することができ、ボイラ1の寿命も長期化することができる。また、燃料中の塩素及び重金属が低減されることから、排ガス及び灰残渣中のダイオキシン類の量を低減させることが可能であり、灰残渣の土木資材・セメント原料への適応範囲を拡大することができる。なお、副次的な効果ではあるが、シャフト炉35において燃料中の水分も減量されるので、従来のボイラと同等の蒸気仕様のボイラ1が小さいサイズで製作可能である。
In this way, the raw fuel introduced into the boiler 1 is reformed while passing through the
また、ここでは、ベット材冷却装置31とシャフト炉35との間を熱媒体が循環するので、燃焼炉3の底部排出口3dからの高温のベット材の熱が、ベット材冷却装置31での冷却処理によって熱媒体に回収され、高温となった熱媒体がシャフト炉35に移動して、熱媒体の熱が原燃料の加熱処理に利用される。すなわち、本来であればベット材の冷却後にボイラ1の系外に棄てられるはずの熱が、シャフト炉35で燃料の改質に用いる熱として有効利用されるので、全体としてボイラ1の運転に必要なエネルギーを節約することができる。
Here, since the heat medium circulates between the bed
なお、エネルギーを有効利用するためには、燃焼炉3及びサイクロン7を循環する循環媒体に原燃料を接触させて原燃料の熱処理を行う方法を考えることもできる。しかし、このような方法では、循環媒体自体の固着性が高く、また、熱処理で発生するタール分が循環媒体に付着することから、循環媒体の流動や搬送に不具合が生じるおそれがある。更に、ボイラ全体のプロセス制御が複雑化してしまうという欠点もある。このような方法に比較して、上記ボイラ1では、上記循環媒体とは切り離された熱媒体を用いてシャフト炉35における加熱処理を行っているので、循環媒体の流動・搬送や全体プロセス制御に与える影響が少ない。
In order to make effective use of energy, a method of performing heat treatment of the raw fuel by bringing the raw fuel into contact with the circulation medium circulating through the
また、このシャフト炉35内部は、減圧装置37によって減圧されているので、原燃料からの塩素、重金属の気化が促進される。その結果、この種の従来のシャフト炉では400℃以上の加熱で燃料の脱塩素を行っていたところ、このシャフト炉35では、燃料の脱塩素だけでなく脱重金属処理も行うことができる。従って、燃料の脱重金属処理により、ボイラチューブ13bの腐食がさらに抑制される。また、減圧装置37でシャフト炉35内を負圧にして、塩素・重金属ガスの外部への漏洩を抑える効果もある。以下、この減圧装置37の具体的な構成について説明する。
Further, since the inside of the
減圧装置37は、水が貯留された水槽51を備えており、この水槽51の上部には水エジェクタ(ガス吸引部)53が取り付けられている。この水エジェクタ53は、水槽51の下部から採取した水を、水面に向かって下方に噴射する。また、この水エジェクタ53には、上述の吸引ライン37aが接続されており、水エジェクタ53は、上記水の噴射によって吸引力を発生させ、シャフト炉35内の塩素・重金属のガスを、吸引ライン37aを通じて引き込む。引き込まれたガスは、噴出される水と一緒に水槽(ガス溶解部)51の水面に衝突することで、水に溶解する。このように、ガスの吸引手段としてエジェクタ53を用いているので、ガスの引き込みの動作と、引き込んだガスを水槽51内の水に送り込む動作とが同時に行われる。また、水槽51の下部には、ガスが溶解した水を系外に排出する排水ライン55a、及び水を補充する給水ライン55bも設けられている。
The
この減圧装置37の構成によれば、シャフト炉35内の燃料改質処理により発生した取扱い困難な高温の塩素・重金属のガスを、水に溶解させ、排水ライン55aから容易に回収し、容易に後段での処理を行うことができる。このように、この減圧装置37は、燃料の改質処理で発生したガスを処理するガス処理部としての機能も兼ね備えている。また、ファンを用いた減圧装置で上記ガスを引き込むと、減圧装置は腐食し易く寿命が短いが、上記減圧装置37を用いれば、ガスによる腐食が少なく寿命が長い。
According to the configuration of the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態のボイラ1は、外部循環型の流動層型のものであるが、本発明は、内部循環型の流動層型ボイラや、気泡型流動層ボイラ(Bubbling Bed型ボイラ)又は乱流型流動層ボイラ(Turbulent Bed型ボイラ)にも適用できる。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the boiler 1 of the embodiment is of an external circulation type fluidized bed type, but the present invention is an internal circulation type fluidized bed type boiler, a bubble type fluidized bed boiler (Bubbling Bed type boiler) or a turbulent flow. It can also be applied to type fluidized bed boilers (Turbulent Bed type boilers).
1…流動層型ボイラ、3…燃焼炉、3d…底部排出口、23…ベット材循環ライン、25…磁気選別装置(選別処理部)、31…ベット材冷却装置(熱回収部)、35…シャフト炉(燃料熱処理部)、37…減圧装置(ガス処理部)、51…水槽(ガス溶解部)、53…水エジェクタ(ガス吸引部)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluidized bed type boiler, 3 ... Combustion furnace, 3d ... Bottom discharge port, 23 ... Bed material circulation line, 25 ... Magnetic sorting apparatus (sorting process part), 31 ... Bed material cooling device (heat recovery part), 35 ... Shaft furnace (fuel heat treatment part), 37 ... Depressurization device (gas treatment part), 51 ... Water tank (gas dissolution part), 53 ... Water ejector (gas suction part).
Claims (4)
前記燃焼炉の底部から排出された固形物を再び前記燃焼炉に返送するように循環させる循環ラインと、
前記循環ライン上に設けられ、当該循環ラインを循環する前記固形物から燃焼に不適な不適物を選別し除去する選別除去部と、
前記循環ライン上に設けられ、当該循環ラインを循環する前記固形物の熱を熱媒体に回収する熱回収部と、
前記熱回収部で得られる前記熱媒体の熱を利用した熱処理によって、前記燃焼炉に投入される前記燃料の前処理を行う燃料熱処理部と、を備えたことを特徴とする流動層型ボイラ。 A fluidized bed type combustion furnace that combusts the input fuel;
A circulation line for circulating the solid matter discharged from the bottom of the combustion furnace to return it to the combustion furnace again;
A sorting and removing unit that is provided on the circulation line and sorts and removes unsuitable substances unsuitable for combustion from the solids circulating in the circulation line;
A heat recovery unit provided on the circulation line and recovering heat of the solid material circulating through the circulation line to a heat medium;
A fluidized bed boiler, comprising: a fuel heat treatment section that performs a pretreatment of the fuel introduced into the combustion furnace by a heat treatment using heat of the heat medium obtained in the heat recovery section.
前記ガス処理部は、前記燃料熱処理部からガスを吸引し排出させるガス吸引部と、前記ガス吸引部で排出させた前記ガスを液体に溶解させるガス溶解部と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の流動層型ボイラ。 A gas treatment unit for treating a gas generated by the heat treatment of the fuel in the fuel heat treatment unit;
The gas processing unit includes a gas suction unit that sucks and discharges gas from the fuel heat treatment unit, and a gas dissolution unit that dissolves the gas discharged by the gas suction unit in a liquid. Item 3. The fluidized bed boiler according to Item 1 or 2.
The fluidized bed boiler according to claim 3, wherein the gas suction unit includes a liquid ejector that ejects the liquid.
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