JPH04347405A - 流動床式燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動床式燃焼装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、流動床式燃焼装置においては、流
動層内でできるだけ燃焼させることを目的としており、
流動層内の攪拌・混合を良くすることが主眼にされてい
た。しかし、流動速度の上昇では燃焼負荷を上げること
ができるが、伝熱性能を始めとして攪拌効果はあまり向
上せず、分散板や空気の吹込み方法など流動層側での改
善も行われているが、それでも顕著な向上が得られない
。特に、流動速度を上げるためには、フリーボードや後
流域へ流動媒体が飛散しないように、また燃焼室の内壁
が摩耗しないように、燃焼室の断面を、流動層からフリ
ーボードへ向かって大きくすることが、低速流動床式燃
焼装置の一般的な構造であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、流動床式燃
焼装置、例えばごみ焼却炉などにおいては、有害ガス成
分（一酸化炭素、ダイオキシンなど）の低減化が求めら
れており、すなわちガス成分の完全燃焼のレベルの向上
が求められているが、上述した従来の流動床式燃焼装置
では、顕著な効果が得られないという問題がある。

【０００４】なお、流動層内燃焼が困難であるガス成分
の多い可燃物の燃焼においては、フリーボード燃焼が重
要となるため、燃焼用２次空気のジェット気流、邪魔板
、周囲壁の屈曲などによって混合が促進され、ある程度
の効果が得られているが、ガス成分の燃焼が顕著に完結
するというものでもなかった。

【０００５】また、最近、多くなってきた高速流動層を
用いる所謂循環型流動床は、小粒子の流動媒体を高速で
もって循環させるもので、流動層部分を無限に高くする
という思想であり、装置自体が高くなってしまうという
欠点がある。

【０００６】そこで、本発明は簡単な構成で流動層を膨
張させて、発生したガスと空気とを充分に混合・攪拌さ
せて有害ガス成分の低減化を図ることのできる流動床式
燃焼装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明の流動床式燃焼装置は、燃焼室の水平断面形状
が矩形状の流動床式燃焼装置において、四方の壁体の内
、少なくとも１つの壁体を、鉛直面に対して内方に向か
って１０度〜３０度の傾斜角でもって傾けるとともに、
傾斜された壁体付近の分散板から吹き出される空気速度
を、他の部分から吹き出される空気速度よりも大きくし
たものである。

【０００８】

【作用】上記の構成によると、燃焼室を構成する任意の
壁体が傾斜させられるとともに、その傾斜された壁体付
近から吹き出される空気速度が他の部分からの空気速度
よりも大きくされているので、分散板の上方に形成され
る流動層が膨張した状態となり、炉内で発生した有害ガ
スは膨張した流動層により充分に混合・攪拌されるため
、完全燃焼が行われる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図５に
基づき説明する。図１および図２において、１は流動床
式燃焼装置で、炉本体２の燃焼室３の水平断面形状が矩
形状にされるとともに、その燃焼室３の四方の壁体４の
内１つの壁体、例えば前後左右の壁体４Ａ〜４Ｄの内、
後部壁体４Ｂを、鉛直面に対して１０度〜３０度の範囲
の傾斜角（Θ）でもって傾けられたものである。

【００１０】なお、図面に示すように、炉本体２の下部
には、分散板５を介して粒径が１ｍｍ程度の流動媒体（
例えば砂）よりなる静止流動層Ａが形成されるとともに
、分散板５の下方には、流動化用の空気を供給するため
の風箱６が設けられている。また、７は後部壁体４Ｂに
設けられた燃焼用の２次空気の供給口である。

【００１１】また、上記風箱６は、傾斜されない前部壁
体４Ａ側に対応する前部風箱６Ａと、傾斜された後部壁
体４Ｂに近い後部風箱６Ｂとから構成され、さらに後部
風箱６Ｂに対応する分散板５から吹き出される空気の速
度は、前部風箱６Ａから吹き出される通常速度（１ｍ／
ｓｅｃ　程度）の１．５〜５倍程度（すなわち、１．５
〜５ｍ／ｓｅｃ　程度）にされる。

【００１２】したがって、上記構成によると、後部壁体
４Ｂに近い部分の流動媒体が後部壁体４Ｂに沿って上昇
し、静止流動層Ａの数倍の高さまで持ち上げられる。そ
して、この持ち上げられた流動媒体は、雨、あられのよ
うに前部壁体４Ａの付近または燃焼室３の中央付近に降
下して、静止流動層Ａの数倍高さの空間部が疑似流動層
（以下、膨張流動層という）Ｂとなり、すなわち流動床
Ｃが静止流動層Ａの数倍に膨張した状態となり、したが
って燃焼室３で発生した有害ガス成分の燃焼が充分に行
われ、すなわち完全燃焼が行われる。なお、図２中、Ｄ
は通常状態の流動層（以下、通常流動層という）の高さ
を示す。

【００１３】ここで、上記傾斜される壁体４の傾斜角（
Θ）の範囲を、１０度〜３０度にした理由を述べる。 傾斜角が０度（垂直の場合）である場合には、図３（ａ
）および（ｂ）に示すように、高速域のフリーボードが
スプラシュシュ領域になるだけで、全域をカバーするよ
うな層膨張とはならない、また、流動層域内の水平移動
も殆どない。

【００１４】傾斜角が２０度である場合には、図４（ａ
）および（ｂ）に示すように、流動層高さに対して、３
〜５倍の範囲に、流動媒体を飛散させて、流動層全体に
亘って最も大きな領域に広がる膨張流動層となる。総体
的には横方向がよく広がり、前部壁体４Ａにもかなり流
動媒体が当たり、流動層高さも高くなり、流動層内の水
平移動も全域においてなされる。

【００１５】傾斜角が４０度である場合には、図５（ａ
）および（ｂ）に示すように、横方向への流動媒体の飛
散が主となり、膨張流動層の高さが低くなってしまう。 このように、一方だけを傾斜させる場合には、反対側の
垂直壁にもある程度流動媒体が当たり、膨張流動層が大
きくなる傾斜角の範囲としては、２０度〜３０度が最適
となる。また、四方を傾斜させた場合には、流動媒体が
中央部を飛び越して反対側の壁体まで到達しないように
、すなわち中央部に流動媒体が落下するように、傾斜角
を小さく、すなわち１０度〜２０度の傾斜角範囲が最適
となる。

【００１６】上述したように、膨張した流動床Ｃは、下
部に形成される通常流動層Ｄと膨張流動層Ｂとからなり
、膨張流動層Ｂにおける流動媒体の密度はあまり高くな
いが、飛散と落下とによる激しい動きがあるため、膨張
流動層Ｂでの滞留時間が通常流動層Ｄの数倍（層高に比
例するが、例えば膨張流動層Ｂへの２次空気の供給を考
慮して２倍程度）となり、通常の気流同士による混合・
攪拌に比べて、もう一つの流動層が存在する程度のレベ
ルまで混合・攪拌状態を向上させることができる。

【００１７】なお、上記実施例においては、２次空気を
供給するようにしたが、別途、２次空気を供給しなくて
も、傾斜された後部壁体４Ｂ付近における過剰な流動媒
体の速度分の空気により２次空気の役目を果たすように
なしてその混合を図り、下部流動層から発生してくる未
燃ガスと空気との混合を図るようにしてもよい。

【００１８】次に、本発明の第２の実施例を図面に基づ
き説明する。上記第１の実施例においては、燃焼室の周
囲壁体の内、１つの壁体を傾斜させたが、この第２の実
施例においては、図６に示すように、四方の壁体４Ａ〜
４Ｄを、第１の実施例と同様の傾斜角（Θ）でもって傾
斜させたものである。

【００１９】また、傾斜された壁体の近傍において、分
散板５から吹き出される空気の速度は、他の部分、すな
わち中央部から吹き出される空気の通常速度（１ｍ／ｓ
ｅｃ　程度）の１．５〜５倍程度（すなわち、１．５〜
５ｍ／ｓｅｃ　程度）にされる。

【００２０】この場合も、第１の実施例と同様の効果を
有する。なお、上記各実施例において、傾斜される壁体
の上部に、図１の仮想線にて示すように、静止流動層の
数倍の高さの所に、燃焼室３の中央に向かって突出する
突部８を形成して、流動媒体の過剰な上昇を防止すると
ともに、混合・攪拌効果を向上させるようにしてもよい
。

【００２１】また、傾斜された壁体近傍の流動速度を変
化させて、膨張流動層の高さを制御するようにしてもよ
い。さらに、傾斜された壁体から吹き込まれる２次空気
を変化させることにより、流動媒体や燃焼室全体の流れ
の向きなどを制御するようにしてもよい。

【００２２】次に、本発明の第３の実施例を図７に基づ
き説明する。図７において、１１は流動床式燃焼装置（
例えば、ごみ焼却炉）で、炉本体１２の燃焼室１３の水
平断面形状が矩形状にされるとともに、その燃焼室１３
の四方の壁体１４の内１つの壁体、例えば前後左右の壁
体１４Ａ〜１４Ｄの内、後部壁体１４Ｂを、鉛直面に対
して１０度〜３０度の範囲の傾斜角（Θ）でもって傾け
たものである。

【００２３】そして、また炉本体１２内の燃焼室１３の
分散板１５の下方に形成される空気供給用の風箱１６は
、例えば傾斜している後部壁体１４Ｂと傾斜されていな
い前部壁体１４Ａとの間において、３つに分割して設け
られるとともに、各風箱１６から吹き出される空気の速
度が、前部壁体１４Ａから後部壁体１４Ｂ側に近づくに
つれて大きくなるようにされている。

【００２４】例えば、前部壁体１４Ａと後部壁体１４Ｂ
との間の中間部風箱１６Ｃからの空気の速度は通常の速
度とされ、一方前部壁体１４Ａに近い前部風箱１６Ａか
らの空気の速度は中間部風箱１６Ｃにおける通常の速度
よりも遅くされ、他方後部壁体１４Ｂに近い後部風箱１
６Ｂからの空気の速度は中間部風箱１６Ｃにおける通常
の速度よりも早くされている。

【００２５】また、炉本体１２の前部壁体１４Ａには被
燃焼物の投入口１７が設けられるとともに、後部壁体１
４Ｂの底部には焼却残渣の排出口１８が設けられている
。このように、燃焼室１３の後部壁体１４Ｂを傾斜させ
るとともに、流動層に吹き込まれる空気の速度を、投入
口１７から排出口１８側に行くにつれて順次大きくする
ことにより、例えば流動媒体を燃焼室から外部に抜き出
して再度燃焼室内に戻すようにした構造と異なり、非常
に簡単な構造で被燃焼物を投入口１７から排出口１８側
に向かって移動させることができる。すなわち、不燃物
および流動媒体が途中で滞ることなく、順送的に移動す
る。

【００２６】また、空気の吹き出し速度を、低速、中速
、高速というようになし、低速部では通常の流動層にお
ける速度以下として水平移動が主となる熱分解ゾーンと
して熱発生速度を下げ、次の中速部および高速部では、
固定炭素分を早急に燃焼させるようにしている。

【００２７】これにより、可燃分の層内滞留時間を、通
常の数倍程度、すなわち数分と長くして燃焼変動を下げ
、燃焼量増大による空気不足から生じる有害ガス成分の
発生を抑制することができる。

【００２８】勿論、上述したように、熱分解ガスが発生
しても、燃焼室内で膨張した流動層により、ガスが充分
に完全燃焼し得るので問題は生じない。次に、本発明の
第４の実施例を図８〜図１０に基づき説明する。

【００２９】上記第３の実施例においては、燃焼室の周
囲壁体の内、１つの壁体を傾斜させたが、この第４の実
施例においては、図面に示すように、左右の壁体１４Ｃ
，１４Ｄを、第３の実施例と同様の傾斜角でもって傾斜
させたものである。

【００３０】この場合、燃焼室の下方からの空気は、左
右方向において、複数個に例えば５つの箇所から異なる
速度で以て吹き出される。すなわち、中央に設けられた
の中央部風箱２１Ｃから吹き出される空気の速度が最も
遅くされ、その両側位置に設けられた灰抜出しスクリュ
ウコンベヤ２２の上方に、端側中間部風箱２１Ｂとして
突設された空気吹出し管２３からは通常の速度で吹き出
され、そして傾斜された左右の壁体１４Ｃ，１４Ｄに最
も近い端部風箱２１Ａからの吹き出し速度が最も早くさ
れている。

【００３１】また、端部風箱２１Ａの吹き出し面、すな
わち分散板は壁体に近づくにしたがって上昇するよに上
向き傾斜とされるとともに、端側中間部風箱２１Ｂであ
る空気吹出し管２３の吹き出し部分は水平にされている
。

【００３２】このように、端部風箱２１Ａを上り勾配に
する方が、風箱における風圧が低くて済むとともに、流
動媒体を吹き上げ易く、膨張流動床を容易に得ることが
できる。

【００３３】また、端部風箱２１Ａの部分が浅い層にな
ると、その部分が相対的に気薄となるため、中央部から
移動してきた大きな媒体の塊が時々傾斜した壁体１４Ｃ
，１４Ｄに衝突して起こす流動床全体での大きな変動若
しくは振動に対し、クッションの役目を果たす。したが
って、炉本体を支える構造体の簡素化を図ることができ
る。

【００３４】さらに、端側中間部に水平部分の空気吹出
し管２３すなわち水平分散板としての深い層を形成させ
ると、主燃焼ゾーンの層内燃焼効率を上げ易く、端部に
それを配置するよりもよい。また、端部に配置すると壁
体１４Ｃ，１４Ｄは放熱の役目をなすため、層温度が上
がり難く燃焼にあまり適さない。また、簡略化のために
、端部の高速吹き出し用の風箱と兼用すると、吹き出し
空気が多過ぎ、主燃焼ゾーンとはならない。なお、灰抜
出しスクリュウコンベヤ２２の部分、すなわち灰抜き出
し部分での流動媒体の沈降速度は非常に遅いので、何ら
問題は生じない。

【００３５】さらに、灰抜出し部分を端部風箱２１Ａと
中央部風箱２１Ｃとの中間部に設けることにより、下記
のような利点を有する。すなわち、一般に重たい物は、
金属・ガラス・陶器などの不燃物であり、これらの物は
分散板上若しくは流動層の中に無い方がよい。したがっ
て、灰抜出し部分を中央寄りに設けると、主燃焼に入る
前に邪魔となる物を除去し得る効果がある。なお、不燃
物の除去であるため、燃焼効率の低下にはならない。特
に、その方が、高速で吹き出される端部風箱にとっては
都合がよい。

【００３６】また、ガラスやアルミニュウムなどの低融
点の不燃物を長く燃焼ゾーンに滞留させておくとて高温
溶融化して、分散板に貼り付いたりして、分散板の目詰
まりの原因となり、したがってこのような不燃物を燃焼
の中間段階で抜き出すことは分散板の目詰まりをなくす
上で重要である。

【００３７】次に、本発明の第５の実施例を図１１およ
び図１２に基づき説明する。上記第３の実施例において
は、被燃焼物を前部壁体側から後部壁体側に移動させる
ようにしたが、図１１および図１２に示すように、左右
の側部壁体の内、一方の側部壁体１４Ｃから流動層より
も背が高くかつ流動層の半分程度を仕切る仕切り板３１
を設けることにより、被燃焼物を傾斜した壁体１４Ｂ側
に設けられた投入口３２から投入して同一壁体１４Ｂ側
に設けられた排出口３３から排出するようにした、回流
式としたものである。

【００３８】なお、上記各実施例においては風箱から吹
き出す流体を全て空気として説明したが、例えば最も低
速で吹き出される風箱から、排ガスを吹き出すようにし
てもよく、または排ガスと空気との混合流体を吹き出す
ようにしてもよい。また、各図面において、破線で示し
た矢印は流動媒体の流れを示し、実線で示した矢印は空
気の流れを示す。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、燃
焼室を構成する任意の壁体を傾斜させるとともに、その
傾斜された壁体付近から吹き出される空気速度を他の部
分からの空気速度よりも大きくしたので、流動層を膨張
させることができ、したがって特別に炉本体の背を高く
することなく、すなわち簡単な構造でありながら、燃焼
室内で発生した有害ガスを混合・攪拌して完全燃焼を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における流動床式燃焼装
置の要部縦断面図である。

【図２】第１の実施例における流動床式燃焼装置の要部
背面図である。

【図３】壁体の傾斜角の適正範囲を説明するもので、（
ａ）は流動床式燃焼装置の要部縦断面図、（ｂ）は分散
板から吹き出される空気の速度（ｖ）分布を示す図であ
る。

【図４】壁体の傾斜角の適正範囲を説明するもので、（
ａ）は流動床式燃焼装置の要部縦断面図、（ｂ）は分散
板から吹き出される空気の速度（ｖ）分布を示す図であ
る。

【図５】壁体の傾斜角の適正範囲を説明するもので、（
ａ）は流動床式燃焼装置の要部縦断面図、（ｂ）は分散
板から吹き出される空気の速度（ｖ）分布を示す図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施例における流動床式燃焼装
置の要部横断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例における流動床式燃焼装
置の要部縦断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例における流動床式燃焼装
置の要部横断面図である。

【図９】図８のＡーＡ矢視図である。

【図１０】図９のＢーＢ矢視図である。

【図１１】本発明の第５の実施例における流動床式燃焼
装置の要部縦断面図である。

【図１２】第５の実施例における流動床式燃焼装置の要
部水平断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　流動床式燃焼装置２　　　　　
　　　　　炉本体 ３　　　　　　　　　　燃焼室 ４　　　　　　　　　　壁体 ５　　　　　　　　　　分散板 ６　　　　　　　　　　風箱 １１　　　　　　　　流動床式燃焼装置１２　　　　　
　　　炉本体 １３　　　　　　　　燃焼室 １４　　　　　　　　壁体 １５　　　　　　　　分散板 １６　　　　　　　　風箱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室の水平断面形状が矩形状の流動床式
   燃焼装置において、四方の壁体の内、少なくとも１つの
   壁体を、鉛直面に対して内方に向かって１０度〜３０度
   の傾斜角でもって傾けるとともに、傾斜された壁体付近
   の分散板から吹き出される空気速度を、他の部分から吹
   き出される空気速度よりも大きくしたことを特徴とする
   流動床式燃焼装置。