JPH0232521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃棄物を焼却しその熱回収を行う熱回
収流動床焼却装置に関する。

都市ごみおよび下水、糞尿、産業排水等の処理
スラツジその他雑多な廃棄物の焼却装置として、
焼却廃棄物の発熱量、含水率、形状、化学組成等
の変動に対し、比較的安定な運転で完全に近い焼
却が可能であることから、流動床焼却装置が最近
盛んに採用されていることは周知である。この流
動床焼却装置には、省エネルギーの時代趨勢か
ら、ボイラー、温水発生器、気体昇温器などを組
合せ、焼却熱を回収して給熱、融雪、空調用熱
源、給湯、給蒸気、結氷防止、燃焼用空気の予熱
等に利用することも知られている。この熱回収の
ための伝熱面は、燃焼排ガス温度が高いところほ
ど熱回収面との温度差が大きくとれ、またその温
度が700℃以上では急激に増加する輻射伝熱も利
用できるために単位あたりの伝熱量を大きくする
ことができる。更に燃焼時の高温時火災から直接
熱回収できれば、非常に大きな伝熱量が得られ、
高効率の熱回収が可能となる。しかしながら、火
炎は熱輻射や流動中にはね上る流動媒体への伝熱
などを介して、流動床の大きな熱源となつている
ために、熱回収されることで火炎の温度が低下
し、流動床への入熱量が減少することにもなる。
そのため補助燃焼なしで焼却運転が可能な限界で
ある焼却物の発熱量、即ち自燃限界点を引き上げ
てしまう。特に焼却物の発熱量が自燃限界前後の
場合など、流動床温度を550〜600℃以上の安定な
焼却運転が可能な温度に維持するため、昇温用バ
ーナーなどの補助燃焼装置の利用や補助燃料の投
入を行わねばならない場合が増加して省エネルギ
ーどころか、かえつて運転費の増加につながつて
しまう可能性があつた。特に都市ごみ焼却におい
ては、収集地区や季節などによつて、極端に発熱
量が変動するため、前述の運転費の増加のおそれ
があり、そのため、火炎から直接熱回収すること
は、疑問視されていた。

例えば、特開昭55−162501号公報には煙管式流
動層ボイラか開示されている。しかしながら、か
かる公知技術では、砂中伝熱管や天井の熱回収面
によつて直接に燃焼部から熱回収をするものであ
り、その熱回収量を調節する手段に関する記載は
ない。

したがつて、かかる公知技術を流動層燃焼炉に
適用すると、安定した運転ができない。

従つて、本発明の目的は、上記の欠点をなく
し、燃焼時の火炎の位置により、火炎からの熱回
収量を調節することのできる熱回収流動床焼却装
置を提供するにある。

本発明によれば、流動床と熱回収部を備え、焼
却熱の回収を行うようにした熱回収流動床焼却装
置において、前記流動床の表面に対し前記熱回収
部の熱回収面が水平方向に変位させて流動床の表
面の鉛直上方に存しないように位置しており、火
炎の最低時および最高時の頂点から前記流動床の
表面と熱回収面までの距離の比を、それぞれ１：
３および３：１になるように構成するとともに、
前記頂点から流動床の表面と熱回収面を望む視角
の相対的大小関係を、それぞれ大：小および小：
大となるように構成してある。

したがつて、主燃焼部である流動層およびその
鉛直上方の部分と熱回収部との間には火炎のない
領域が形成される。この領域は火炎が大きい場合
は小さくなり、火炎が小さい場合は大きくなる。
そのため、焼却物の発熱量の小さい場合、火炎は
小さいので、熱回収面への火炎から熱回収による
流動床の熱バランスの劣化は回復されるととも
に、焼却物の発熱量が大きい場合は、火炎は大き
くなり熱回収が行われ、流動床への入熱量を抑え
て火炎温度を抑制することができる。したがつて
燃焼時の火炎の位置により、自動的に火炎からの
熱回収量を調節することができ、都市ごみ等の発
熱量の異なる種々の廃棄物の燃焼に適する。また
燃焼部と一体化された輻射伝熱部を設けても輻射
冷却による流動層およびその鉛直上方の部分の二
次燃焼域の温度の低下を軽減でき、良好な燃焼温
度を維持できる。さらに火炎の長さを調節するこ
とにより加熱を防止でき、燃焼温度が高すぎるこ
とによる問題点も解消できる。このように本発明
によれば、都市ごみ等の廃棄物の焼却に際して、
安定した運転状態を保つことができる。

前記の構成により、本発明は上記のすぐれた作
用効果を奏するが、火炎が小さすぎるのは、空気
が過剰であり、炉床の温度が低下し、燃焼効率が
低下する。また火炎が大きすぎるのは、空気が過
小であり、不完全燃焼をまねき、燃焼効率が低下
すると共に排ガス中に未燃分が残留するという問
題が生ずるのである。

以下、第１図ないし第４図を参照して、本発明
の実施例を詳細に説明する。

第１図に示すように、本発明を実施した焼却装
置は、燃焼室すなわちフリーボート１と呼ばれる
広い空室の下部に流動床２を備え、またその上部
には、熱回収部例えば廃熱回収ボイラー３を備え
ている。流動床２の表面SBに対し、廃熱回収ボ
イラー３の入口すなわち熱回収面SEは図示の如
く、水平方向に変位されて位置している。したが
つてこの熱回収面SEは流動床２の表面SBの鉛直
上方には位置しない。また第２図および第３図に
示すように、火炎の最低時および最高時の頂点位
置を、それぞれPLおよびPHとし、流動床２の表
面SBおよび熱回収面SEの中心をそれぞれPBOお
よびPEOとし、さらに直線PL・PBO（第３図の
場合は直線PH・PBO）＝lB、直線PL・PEO＝
lE、頂点PL，PHがそれぞれ流動床２の表面SB
および熱回収面SEを望む視角をαL，βLおよび
αH＜βHとすると、 第２図すなわち火炎の最低時において、 lB／lE＝１／３、αL＞βL 第３図すなわち火炎の最高時において、 lB／lE＝３、αH＜βH のようになつている。

なお、lB＋lEは、できるだけ大きくとること、
また、αL＞2βLおよび2αH＜βHにとることが望
ましい。

流動床２の底面には押込送風機４から吸込フイ
ルタ５より入り風量調節ダンパ６で調節された空
気が空気予熱器７で昇温されて流動空気として流
動床２の下部から炉内へ吹込まれる。その流動床
２のケース８の上部すなわち流動床表面SB付近
にはデイフレクタと称するオーバーハング９が形
成され、そのオーバーハング９の若干下側と流動
床２の床面との間の空間は、砂状の流動媒体１０
で満たされている。そして、通常の運転では流動
床２の温度は550〜850℃の範囲に維持されている
ものである。

フリーボード１の廃熱回収ボイラー３側の側壁
１ａは、斜上方に向い、廃熱回収ボイラー３の入
口すなわち熱回収面SEの一端に下方から連なり、
その熱回収面SEの他端は、フリーボード１の廃
熱回収ボイラー３に対向する側の斜め下方に向う
フリーボード１の天井１ｂを介して、他方の側壁
１ｃに連なつている。フリーボード１の他の側壁
すなわち図面に垂直方向の側壁は、35度以上の傾
斜をもたせて、その上に流動媒体や焼却物、焼却
残渣などが堆積しないようになつている。また、
上記側壁１ｃの一部からは、燃焼用ないし温度抑
制用の２次空気が吹きこまれ、天井１ｂには、排
ガス温度降下用の炉頂ノズル１１すなわち水噴射
ノズルが設けられている。このフリーボード１の
全壁面は、耐火材すなわちキヤスタブルあるいは
耐火レンガ等熱伝導率のあまり高くなく、1000℃
前後の高温に充分耐えられる材料で形成されてい
る。また、天井１ｂには投入ホツパ１２とスクリ
ユーコンベヤ１３とを組合せた供給装置１４が設
けられており、廃棄物を流動床２へ供給できるよ
うになつている。この供給装置１４の設置位置は
第１図の実施例以外であつてもよく、要は流動床
２へ廃棄物を供給できる位置であればよい。

作動に際し、破砕機により一定の大きさに破砕
された廃棄物或いは破砕されないままの廃棄物
は、供給装置１４によつて炉内の流動床２へ供給
され、そして炉内からの輻射熱、流動媒体１０と
の直接接触などによつて加熱され、すみやかに燃
焼することとなる。

なお炉内での燃焼反応には流動床２中で廃棄物
が流動空気からの酸素によつて燃焼する形態と、
廃棄物の一部がガス化して、フリーボード１にお
いて流動空気の残余の酸素或いは二次空気からの
酸素によつての火炎を伴う燃焼の二通りの燃焼形
態があり、それらによつて発生した燃焼熱によつ
て流動床２を形成する流動媒体１０は加熱され温
度が維持されるものである。

廃棄物中の石、土砂、ガラス、金属等の不燃物
は流動床２中において流動媒体１０或いは炉内の
ガスから熱を受け表面に付着している可燃物或い
は内部に存在する可燃物が熱処理されることとな
り、そして流動床２の下部へ沈下するものは下端
部の排出口１１ａから流動媒体１０とともに炉外
へ排出される。

流動床２で燃焼により発生する熱量の、流動床
２およびフリーボード１内での全燃焼過程にて発
生する熱量に対する割合すなわち流動床燃焼率
は、通常、0.6〜0.7、運転条件によつては、0.4〜
0.9と広く変化させることが可能で、フリーボー
ド１の大きさは、設計された燃焼負荷に応じて決
められる。すなわち、フリーボード１の負荷の大
きい場合は、火炎は第３図に示すようにフリーボ
ード１の高さまで成長し、小さい場合は、第２図
に示すように流動床２近傍まで縮少することにな
る。このフリーボード１における燃焼負荷は、流
動層高、流動床温度、流動媒体の粒径や比重、流
動空気量、フリーボード１の温度、焼却物の含水
率、形状、組成、発熱量等により変化する。また
フリーボード１に吹込む二次空気や噴霧水によつ
ても、火炎形状は変化する。

ここで、焼却物の低位発熱量、即ち水分の凝縮
熱を加えない発熱量が小さい場合を考えると、 (i) 特に都市ごみやスラツジなどの場合、低位発
熱量は高い含水率によることが多い。

(ii) 低位発熱量が小さいものは、通常不燃分の割
合が多く、そして可燃物の割合が少いので、必
要燃焼用空気がすくなくてすむため、流動空気
量を絞るか、処理量を増加しないかぎり、空気
過剰率は増加する。

(iii) (i)のために乾燥時間を要するので、通常、低
位発熱量の焼却物は、流動床における燃焼速度
ないし熱分解速度が遅くなる。そのため、時間
当りの反応量が平均化されるので、一時的又は
局部的な燃焼空気不足は軽減される。

(iv) (ii)および(iii)の理由から、流動床における燃
焼
条件が改善されるため、流動床燃焼率は向上す
る。従つて(iv)および低位発熱量自体が低いこと
などにより、フリーボード１の燃焼負荷は大幅
に軽減され、フリーボード１の火炎は小さいも
のとなる。逆に高い発熱量の場合は、上述と全
く逆になる。なおその場合、流動床燃焼率は下
つても、全体としての発熱量が大きいため、流
動床における熱収支も改善される傾向がある。

ところで、この焼却装置では、第２図に示す焼
却物低位発熱量が小さい場合、火炎の大きさは、
lB／lE＝１／３ですなわち最小に縮少し、第３
図に示す焼却物低位発熱量が大きい場合、lB／
lE＝３まですなわち最大に拡大するようになつて
おり、通常は、 １／３＜lB／lE＜３ の範囲の大きさであつて、焼却物の低位発熱量な
どにより、自然に縮少、拡大する。

火炎頂点PL，PHから流動床表面SBまたは熱
回収面SEへの伝熱は、はね上つた流動媒体１０
への伝熱を別にすると、高温であることの輻射伝
熱による。従つて輻射伝熱は、相手に対する点
PL，PHからの視角αLまたはαH，βLまたはβH
の大きさに比例する。

すなわち第２図の場合、αL＞βLであり、流動
床表面SBすなわち流動床２に熱が伝わり易く、
熱回収面SEには伝わりにくい。第３図の場合は、
αH＜βHであり、逆に流動床２に熱が伝わりにく
く、熱回収面SEには伝わり易くなる。なお、流
動床表面SBへの火炎からの伝熱は、流動床表面
SBの任意の点PBにおける火炎への視角γLまた
はγHでも判るように、第２図、第３図ともほぼ
変らない。逆に熱回収面SEへの伝熱は、熱回収
面SEの任意の点PEにおける火炎への視角δLまた
はδHで判るように、δH＞δLと、δHがδLにくら
べてかなり大きくなつている。従つて火炎の熱
は、熱回収面SEへの伝達量増加として吸収し、
有効利用することができるとともに、火炎の温度
を抑制することで、窒素酸化物の発生の抑制、フ
リーボードの耐火壁などの寿命改善や流動床２の
温度の過熱防止の効果も生じる。

従つて、これらの効果を得るためには、前述の
ように、αL＞2βLまたは2αH＜βHが望ましい。
また、lB＋lEの距離をできるだけ大きくとつた
方が、火炎の一時的な変動の火炎長さに対する比
率が小さくなるため、焼却物低位発熱量と火炎位
置の関係が明確になり、フリーボード１より火炎
がはみ出してしまうことを防ぐことになる。これ
はまた、運転停止時、火炎がない状態での流動床
２から廃熱回収ボイラー３への輻射伝熱を防ぐこ
とにもなり、ボイラー３の熱回収面SEの保護や
ボイラー３の停止操作を容易にし、かつ流動床２
の運転停止時の温度降下を防止して、再起動を容
易にするという効果をもたらすのである。

第４図は本発明の別の実施例を示し、熱回収面
SEは流動床表面SBの鉛直上から一方に変位させ
た鉛直面とした例である。この実施例でも、第１
図と同様の作用、効果がある。

以上の如く、本発明によれば、火炎から直接熱
を回収できるため熱回収装置を小さくすることが
でき、また火炎の大きさによつて熱回収量が自動
的に制御されるので、自然限界点を引き上げるこ
となく熱回収が可能となり、省エネルギーの観点
から好適であると共に、燃焼物の発熱量が高い場
合には流動床への入熱が小さく、他方燃焼物の発
熱量が低い場合には、流動床への入熱が大きくな
ることから流動床温度の安定化傾向が強まり、こ
の種の燃焼装置において運転操作も容易なものと
することができる。さらに本発明によれば、窒素
酸化物の発生を抑制する効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す側断面図、第２
図および第３図はそれぞれこの実施例の焼却物低
位発熱量が小さい場合および大きい場合の伝熱状
態を示す説明図、第４図は本発明の別の実施例を
示す側断面図である。 SB…流動床の表面、SE…熱回収面、PL，PH
…火炎の頂点、αL，αH…火炎の頂点から流動床
表面を望んだ視角、βL，βH…火炎の頂点から熱
回収面を望んだ視角、１…フリーボード、２…流
動床、３…廃熱回収ボイラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流動床と熱回収部を備え、焼却熱の回収を行
   うようにした熱回収流動床焼却装置において、前
   記流動床の表面に対し前記熱回収部の熱回収面が
   水平方向に変位させて流動床の表面の鉛直上方に
   存しないように位置しており、火炎の最低時およ
   び最高時の頂点から前記流動床の表面と熱回収面
   までの距離の比を、それぞれ１：３および３：１
   になるように構成するとともに、前記頂点から流
   動床の表面と熱回収面を望む視角の相対的大小関
   係を、それぞれ大：小および小：大となるように
   構成したことを特徴とする熱回収流動床焼却装
   置。