JPH07243632A - 部分燃焼を伴う流動層燃焼方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動層燃焼において、流動物質と一緒に排出
された未燃物質を分級して流動層に循環し、効率よく燃
焼させる。 【構成】 底部から上方に向けて吹き込まれる空気によ
り流動物質を流動化させる流動層を、下端部に開口２０
を有する仕切部材３で部分燃焼室２と燃焼室４とに区分
し、部分燃焼室２及び燃焼室４の下側にそれぞれ独立し
た風箱７、８を設け、仕切部材３の下部開口２０から燃
焼室４の流動物質を部分燃焼室２へ流入させ、部分燃焼
室２の風箱７の本体側壁寄りの端部に接続された流動物
質排出導管１３から未燃物質を含む流動物質を排出し、
流動物質排出導管１３から排出される粗粒及び未燃物質
を含む流動物質を分級して、流動物質として使用できな
い粗粒と未燃物質を含む流動物質とに分離し、粗粒を系
外に排出し、未燃物質を含む流動物質を燃焼室４に循環
して未燃物質を焼却するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ごみ、産業廃棄
物、石炭などの燃料を部分燃焼流動層で部分燃焼させた
後、燃焼流動層で燃焼させることにより、効率よく流動
層燃焼を行う方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭などの部分燃焼によってガス化する
時に生成するカーボン等を、系外に取り出すことなく有
効にガス化する装置としては、特開昭５３−４３７０２
号公報に記載された２段流動層による装置が知られてい
る。また、流動層を仕切板で２つの部分に区分する流動
層燃焼方法及び装置は、特開昭４９−９５４７０号公報
や特開昭６２−２７２０８９号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】都市ごみ、産業廃棄
物、石炭などを理論燃焼空気量より少ない空気で部分燃
焼すると、未燃のカーボンが生成する。この未燃カーボ
ンを灰などとともに系外に排出すると、エネルギーの損
失になる以外に埋め立て処分が出来ない等の問題点があ
り、未燃のカーボンが排出されない、簡単で、信頼性の
高い部分燃焼方法及び装置が求められている。

【０００４】流動層を仕切板でａ、ｂ２つの流動層に区
分し、部分燃焼を行う流動層ａから部分燃焼で生成する
未燃物質を含む流動物質を、仕切板の上部開口から流動
層ｂの未燃カーボンの燃焼炉に移動させて燃焼し、流動
物質を仕切板の下部開口から流動層ａに循環させる方法
が知られている。この方法において、流動層ａは部分燃
焼流動層であり可燃性のガス成分、例えばＨ₂ 、ＣＯな
どを含んでおり、一方、流動層ｂは未燃物質の燃焼炉で
あり過剰の酸素を含んでいる。仕切板の上部開口を通し
て、流動層ａから未燃物質を含む流動物質が流動層ｂに
移動するときなどに、可燃性のガス成分も流動層ｂに移
動したり、あるいは、流動層固有の圧力変動などによっ
て、流動層ｂの酸素含有ガスが流動層ａに移動する場合
もあり、仕切板の上部開口の近傍で不安定な燃焼が発生
する場合があった。この局部的な燃焼による高温域の発
生によって、仕切板が破損したり、低融点物質が仕切板
に付着して仕切板の上部開口部を閉塞状態にするなどの
問題点があった。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
本発明の目的は、不燃物及び未燃物質を含む流動物質の
排出が容易で、効率よく流動層燃焼を行うことができ、
しかも、仕切部材の破損や仕切部材開口の閉塞を起こす
ことのない部分燃焼を伴う流動層燃焼方法及び装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、流動物
質及び不燃物と一緒に排出された未燃物質を分級して循
環し、効率よく燃焼させる方法及び装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明において
は、流動層を仕切部材でａ、ｂ２つの流動層に区分し、
仕切部材の下部を開口して流動物質をａ、ｂ２つの流動
層間を移動出来るようにして、流動層ａで都市ごみ、産
業廃棄物、石炭などを部分燃焼させて、生成する未燃の
物質を含む流動物質などを、部分燃焼流動層ａ又は燃焼
流動層ｂから排出し篩い分けて、流動物質として使用出
来ない粗粒を系外に排出し、それ以外の流動物質及び未
燃物質は燃焼流動層ｂ又は部分燃焼流動層ａに循環し、
そのまま、又は燃焼流動層ｂへ移動させて空気で完全に
燃焼させる。部分燃焼流動層ａから流動物質を排出し、
燃焼流動層ｂに戻す場合は、流動物質はａ下部→ｂ上部
→仕切部材下部開口→ａ下部と２室間で循環される。燃
焼流動層ｂから流動物質を排出し、部分燃焼流動層ａに
戻す場合は、流動物質はｂ下部→ａ上部→仕切部材下部
開口→ｂ下部と２室間で循環される。一方、ａ下部から
排出してａ上部に戻す場合及びｂ下部から排出してｂ上
部に戻す場合は、１室間循環であり、部分燃焼流動層ａ
で生成した未燃分は仕切部材下部の開口から燃焼流動層
ｂに、拡散・混合によって移動して完全に燃焼される。
この拡散・混合によって未燃分の燃焼が達成されるの
で、前述したａ→ｂ又はｂ→ａの２つの室を循環する場
合よりも、仕切部材の下部開口は広くした方が好まし
い。なお、仕切部材の上部には、開口は設けない。

【０００７】部分燃焼流動層ａの温度は、部分燃焼流動
層ａに供給する空気量を調整することによって制御さ
れ、燃焼流動層ｂの温度は、燃焼流動層ｂに供給する燃
焼空気量を調整することによって制御される。燃料の種
類、例えば都市ごみ、石炭では、大量の未燃カーボンが
生成するので、燃焼室の温度が高くなる。このため燃焼
流動層ｂに予め伝熱管を設けて、発生する熱の一部を収
熱して燃焼流動層ｂの温度が所定の温度になるようにす
る。部分燃焼室で燃料に含まれている塩素分の大部分
は、解放されてＨＣｌガス（塩化水素ガス）になるの
で、部分燃焼室から燃焼室に入ってくる未燃物質の中に
は塩素分が殆ど含まれていない。このため燃焼室ではＨ
Ｃｌガスが殆ど発生しないので、伝熱管が腐食されるこ
とはなく、伝熱管を過熱器管にすることが出来るという
大きな利点がある。

【０００８】部分燃焼流動層ａの温度は、一部分の燃料
の燃焼により発生する熱、燃料中の水分などの蒸発熱、
燃料の分解熱などによって、所定の温度になるように設
計されるが、燃料の供給量が急激に減少するか停止すれ
ば、前述の蒸発熱、分解熱が少なくなるので、部分燃焼
流動層ａの温度は急激に高くなり、流動媒体が軟化して
クリンカーが生成する。これを防止するためには、図５
に示すように、燃焼排ガスを部分燃焼流動層ａに循環す
る方法が有効であることが明らかになった。これは、燃
焼排ガスは酸素濃度が低いので燃焼が緩やかに進むため
である。

【０００９】上記の目的を達成するために、本発明の部
分燃焼を伴う流動層燃焼方法は、底部から上方に向けて
吹き込まれる空気により流動物質を流動化させる流動層
を、下端部に開口を有する仕切部材で部分燃焼室と燃焼
室とに区分し、部分燃焼室及び燃焼室の下側にそれぞれ
独立した風箱を設け、仕切部材の下部開口から燃焼室の
流動物質を部分燃焼室へ流入させ、部分燃焼室の風箱の
本体側壁寄りの端部に接続された流動物質排出導管から
未燃物質を含む流動物質を排出することを特徴としてい
る。この方法において、流動物質排出導管から排出され
る粗粒及び未燃物質を含む流動物質を分級して、流動物
質として使用できない粗粒と未燃物質を含む流動物質と
に分離し、粗粒を系外に排出し、未燃物質を含む流動物
質を燃焼室又は部分燃焼室に循環して未燃物質を焼却す
る。部分燃焼室に循環する場合は、未燃物質は仕切部材
の下部開口から燃焼室に拡散・混合により移動して焼却
される。

【００１０】また、本発明の他の方法は、底部から上方
に向けて吹き込まれる空気により流動物質を流動化させ
る流動層を、下端部に開口を有する仕切部材で部分燃焼
室と燃焼室とに区分し、部分燃焼室及び燃焼室の下側に
それぞれ独立した風箱を設け、仕切部材の下部開口から
流動物質を移動させ、燃焼室の風箱の本体側壁寄りの端
部に接続された流動物質排出導管から未燃物質を含む流
動物質を排出することを特徴としている。この方法にお
いて、流動物質排出導管から排出される粗粒及び未燃物
質を含む流動物質を分級して、流動物質として使用でき
ない粗粒と未燃物質を含む流動物質とに分離し、粗粒を
系外に排出し、未燃物質を含む流動物質を部分燃焼室又
は燃焼室に循環して未燃物質を焼却する。燃焼室に循環
する場合は、部分燃焼室で生成される未燃物質は仕切部
材の下部開口から燃焼室に拡散・混合により移動して焼
却される。

【００１１】上記の方法において、部分燃焼室に供給す
る空気量で部分燃焼室の流動層温度を制御し、燃焼室に
供給する空気量で燃焼室の流動層温度を制御すること、
部分燃焼室の流動層温度よりも燃焼室の流動層温度が高
くなるように制御すること、及び部分燃焼室に燃焼排ガ
スを循環し、排ガス循環量を調節することにより部分燃
焼室の流動層温度を制御することを単独で行なったり、
又は組み合わせて行なうことが好ましい。

【００１２】本発明の部分燃焼を伴う流動層燃焼装置
は、空気分散板から上方向に吹き込まれる空気により形
成される流動層と、この流動層を備えた室を、下端部に
開口を有する仕切部材で区分して形成された部分燃焼室
及び燃焼室と、部分燃焼室及び燃焼室の下側にそれぞれ
設けられた独立した空気吹込量調節機構を備える風箱
と、部分燃焼室の風箱の本体側壁寄りを貫通して設けら
れた流動物質排出導管とからなることを特徴としてい
る。この装置において、部分燃焼室の風箱の本体側壁寄
りを貫通して流動物質排出導管を設ける代りに、燃焼室
の風箱の本体側壁寄りを貫通して流動物質排出導管を設
けることがある。

【００１３】上記の装置において、燃焼室の流動層内に
伝熱管を埋設して燃焼・熱回収室を形成する場合があ
る。部分燃焼室から流動物質を抜き出すようにした装置
では、流動物質排出導管に分級手段を接続し、この分級
手段と燃焼室又は部分燃焼室とを未燃物質・流動物質循
環を介して接続する。また、燃焼室から流動物質を抜き
出すようにした装置では、流動物質排出導管に分級手段
を接続し、この分級手段と部分燃焼室又は燃焼室とを未
燃物質・流動物質循環ラインを介して接続する。さら
に、これらの装置において、空気分散板を、流動物質排
出導管の上部開口に向かって低くなるように傾斜するよ
うに構成することが好ましい。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の形状、その相対配置などは、とくに特定的
な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。 実施例１ 本発明の部分燃焼を伴う流動層燃焼方法及び装置の一実
施例を図１によって説明する。本実施例では、燃料とし
て、一例として塩素化合物を含む廃棄物などの燃料を使
用する場合について説明する。１は装置本体で水冷管構
造（メンブレン構造）で製作されている（あるいは耐火
材構造でも良い）。２は部分燃焼室で燃料供給口１８か
ら発熱量、例えば４０００kcal／kgの産業廃棄物が供給
される。部分燃焼室２の下部に設けた風箱７から空気分
散板６を介して供給される空気によって流動化して、廃
棄物を部分燃焼させる。本体１は仕切部材３で区画され
て、部分燃焼室２とは別個の燃焼室４が設けられ、燃焼
室下部の風箱８から空気分散板６を介して供給される空
気によって、燃焼室の流動層は流動化されている。仕切
部材３は、水冷管構造又は耐火材構造である。

【００１５】流動物質粒子は０．５〜１mm程度の粒子で
構成され、必要に応じて石灰石、ドロマイトなどが脱塩
剤あるいは脱硫剤として供給され、部分燃焼室２の下部
からの空気で流動化して燃料を部分燃焼する。部分燃焼
室２の温度は一般的に５５０〜９００℃程度であり、そ
の目的、例えば脱塩を実施する条件では５５０〜７００
℃、脱硫を実施する条件では７５０〜８５０℃程度など
所定の温度になるように設計する。部分燃焼室２から未
燃カーボンなどの未燃物質を含む流動物質を排出して、
篩などの分級手段１５によって流動物質として利用出来
ない粗粒を分離して系外排出し、流動物質は燃焼流動層
に戻して未燃物質を燃焼する。流動物質は仕切部材３の
下部の開口２０から部分燃焼室２に循環され、流動物質
排出導管１３から排出される。なお、未燃物質を含む流
動物質を部分燃焼室２に戻すことも可能である。この場
合、部分燃焼室で生成される未燃分は、仕切部材の下部
開口から拡散・混合により燃焼室４に移動して燃焼す
る。１７は未燃物質・流動物質循環ラインである。

【００１６】部分燃焼室２の温度は、部分燃焼室２の空
気量を調整することによって制御される。部分燃焼室２
の温度が所定の温度よりも高くなると、空気流量が少な
くなるように空気流量調節弁（又はダンパー）４２を調
節し、逆に部分燃焼室２の温度が所定の温度よりも低い
と、空気流量が多くなるように弁４２を調整して制御す
る。３２は、部分燃焼室２の流動層に接続された温度検
出制御手段である。燃料の発熱量が高い場合、あるいは
石炭のように部分燃焼で大量の未燃カーボンが生成する
場合には、燃焼室４の温度が高くなるので、燃焼によっ
て発生した熱の一部を、図２に示すように、燃焼室４に
設けられた伝熱管５で収熱して、所定の燃焼温度になる
ようにする必要がある。この場合には、燃焼室４には、
予め設計計算された必要な伝熱管を設ける。燃焼室４に
おいて、未燃物質が燃焼して伝熱管５によって所定の熱
が除かれて、流動物質は仕切部材３の下部に設けられた
開口２０から部分燃焼室２に移動される。好適には部分
燃焼室２の温度よりも燃焼室４の温度が高くなるように
設計される。図２に示すように、燃焼室に伝熱管５を設
ける場合は、燃焼・熱回収室４ａが形成されることにな
る。

【００１７】燃焼室４の温度は、燃焼用空気の流量調節
弁（又はダンパー）４１を調整して制御される。３４
は、燃焼室４の流動層に接続された温度検出制御手段で
ある。

【００１８】部分燃焼室２の風箱７には、流量調節弁
（又はダンパー）５０を備えた燃焼排ガス循環ライン５
１が接続され、この弁５０と部分燃焼室２の流動層に接
続された温度検出制御手段３３とが接続されて、燃焼排
ガス流量により部分燃焼室２の流動層温度が制御できる
ように構成されている。また、空気分散板６は、流動物
質排出導管１３の上部開口１４に向かって低くなるよう
に傾斜している。このため、流動物質などの移動及び排
出がより円滑に行われる。４０は空気供給管である。

【００１９】実施例２ 本実施例は、図３及び図４に示すように、燃焼室４又は
燃焼・熱回収室４ａの本体側壁寄りの風箱８を貫通して
流動物質排出導管１３ａを設けて、燃焼室４又は燃焼・
熱回収室４ａから不燃物及び未燃物質を含む流動物質を
抜き出し、分級した後の未燃物質を含む流動物質を未燃
物質・流動物質循環ライン１７ａを介して部分燃焼室２
に循環するように構成したものである。なお、未燃物質
を含む流動物質を燃焼室４又は燃焼・熱回収室４ａへ循
環することも可能である。この場合、部分燃焼室で生成
される未熱分は、仕切部材の下部開口から拡散・混合に
より燃焼室に移動して燃焼する。

【００２０】本実施例では、流動物質を燃焼流動層から
排出して、流動物質として使用出来ない粗粒を篩い分け
て系外に排出し、それ以外の粒子を部分燃焼流動層又は
燃焼流動層に循環するようにしている。燃焼流動層は未
燃のカーボンを燃焼させるために酸素過剰で燃焼してい
るので、部分燃焼流動層のようなＨ₂ ＣＯなどの可燃性
ガスがなく、腐食性ガスも少ないので可燃ガスの漏洩に
対する安全対策も十分に実施することが出来るという利
点がある。他の構成及び作用は実施例１の場合と同様で
ある。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 部分燃焼流動層、燃焼流動層及び両層間の流動
物質移動を組み合わせることにより、効率よく流動層燃
焼を行うことができる。 （２） 仕切部材の下部にのみ開口を設けるものである
ので、下部開口を流動媒体が通過しても不安定な燃焼や
局部的な燃焼が発生することはなく、このため、仕切部
材の破損や仕切部材開口の閉塞を起こすことはない。 （３） 流動物質と一緒に排出された未燃物質を分級し
て流動層に循環し、効率よく燃焼させることができる。 （４） 流動物質を燃焼流動層から排出する場合は、腐
食性ガス及び可燃性ガスが少ないので、安全性がきわめ
て高い。 （５） 流動物質を燃焼流動層に戻す場合には、可燃性
ガスが少ないので安全性がきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部分燃焼を伴う流動層燃焼装置の一実
施例を示す概略構成図である。

【図２】図１における燃焼室に伝熱管を設けて燃焼・熱
回収室とした場合の概略構成図である。

【図３】本発明の装置の他の実施例を示す概略構成図で
ある。

【図４】図３における燃焼室に伝熱管を設けて燃焼・熱
回収室とした場合の概略構成図である。

【図５】部分燃焼流動層において、燃料停止からの時間
と部分燃焼温度との関係を、空気の場合及び燃焼排ガス
の場合について示すグラフである。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ 部分燃焼室 ３ 仕切部材 ４ 燃焼室 ４ａ 燃焼・熱回収室 ６ 空気分散板 ７ 風箱 ８ 風箱 １３ 流動物質排出導管 １３ａ 流動物質排出導管 １４ 上部開口 １５ 分級手段 １７ 未燃物質・流動物質循環ライン １７ａ 未燃物質・流動物質循環ライン １８ 燃料供給口 ２０ 下部開口 ３２ 温度検出制御手段 ３３ 温度検出制御手段 ３４ 温度検出制御手段 ４０ 空気供給管 ４１ 空気流量調節弁 ４２ 空気流量調節弁 ５０ 排ガス流量調節弁 ５１ 燃焼排ガス循環ライン

フロントページの続き (72)発明者 守岡 修一 神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号 川 崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 阿部 哲夫 東京都港区浜松町２丁目４番１号 川崎重 工業株式会社東京本社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底部から上方に向けて吹き込まれる空気
   により流動物質を流動化させる流動層を、下端部に開口
   を有する仕切部材で部分燃焼室と燃焼室とに区分し、部
   分燃焼室及び燃焼室の下側にそれぞれ独立した風箱を設
   け、仕切部材の下部開口から燃焼室の流動物質を部分燃
   焼室へ流入させ、部分燃焼室の風箱の本体側壁寄りの端
   部に接続された流動物質排出導管から未燃物質を含む流
   動物質を排出することを特徴とする部分燃焼を伴う流動
   層燃焼方法。
2. 【請求項２】 流動物質排出導管から排出される粗粒及
   び未燃物質を含む流動物質を分級して、流動物質として
   使用できない粗粒と未燃物質を含む流動物質とに分離
   し、粗粒を系外に排出し、未燃物質を含む流動物質を燃
   焼室又は部分燃焼室に循環して未燃物質を焼却すること
   を特徴とする請求項１記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼
   方法。
3. 【請求項３】 底部から上方に向けて吹き込まれる空気
   により流動物質を流動化させる流動層を、下端部に開口
   を有する仕切部材で部分燃焼室と燃焼室とに区分し、部
   分燃焼室及び燃焼室の下側にそれぞれ独立した風箱を設
   け、仕切部材の下部開口から流動物質を移動させ、燃焼
   室の風箱の本体側壁寄りの端部に接続された流動物質排
   出導管から未燃物質を含む流動物質を排出することを特
   徴とする部分燃焼を伴う流動層燃焼方法。
4. 【請求項４】 流動物質排出導管から排出される粗粒及
   び未燃物質を含む流動物質を分級して、流動物質として
   使用できない粗粒と未燃物質を含む流動物質とに分離
   し、粗粒を系外に排出し、未燃物質を含む流動物質を部
   分燃焼室又は燃焼室に循環して未燃物質を焼却すること
   を特徴とする請求項３記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼
   方法。
5. 【請求項５】 部分燃焼室に供給する空気量で部分燃焼
   室の流動層温度を制御し、燃焼室に供給する空気量で燃
   焼室の流動層温度を制御することを特徴とする請求項
   １、２、３又は４記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼方
   法。
6. 【請求項６】 部分燃焼室の流動層温度よりも燃焼室の
   流動層温度が高くなるように制御することを特徴とする
   請求項１〜５のいずれかに記載の部分燃焼を伴う流動層
   燃焼方法。
7. 【請求項７】 部分燃焼室に燃焼排ガスを循環し、排ガ
   ス循環量を調節することにより部分燃焼室の流動層温度
   を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
   記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼方法。
8. 【請求項８】 空気分散板から上方向に吹き込まれる空
   気により形成される流動層と、 この流動層を備えた室を、下端部に開口を有する仕切部
   材で区分して形成された部分燃焼室及び燃焼室と、 部分燃焼室及び燃焼室の下側にそれぞれ設けられた独立
   した空気吹込量調節機構を備える風箱と、 部分燃焼室の風箱の本体側壁寄りを貫通して設けられた
   流動物質排出導管とからなることを特徴とする部分燃焼
   を伴う流動層燃焼装置。
9. 【請求項９】 部分燃焼室の風箱の本体側壁寄りを貫通
   して流動物質排出導管を設ける代りに、燃焼室の風箱の
   本体側壁寄りを貫通して流動物質排出導管を設けたこと
   を特徴とする請求項８記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼
   装置。
10. 【請求項１０】 燃焼室の流動層内に伝熱管を埋設して
    燃焼・熱回収室を形成したことを特徴とする請求項８又
    は９記載の部分燃焼を伴う流動層燃焼装置。
11. 【請求項１１】 流動物質排出導管に分級手段を接続
    し、この分級手段と部分燃焼室又は燃焼室とを未燃物質
    ・流動物質循環ラインを介して接続したことを特徴とす
    る請求項８、９又は１０記載の部分燃焼を伴う流動層燃
    焼装置。
12. 【請求項１２】 空気分散板が、流動物質排出導管の上
    部開口に向かって低くなるように傾斜していることを特
    徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の部分燃焼を
    伴う流動層燃焼装置。