JPH07248194A - 流動物質循環方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動物質を第１室と第２室との間において循
環させる流動層炉において、空塔速度の遅い方の室の流
動物質の拡散混合を良くして、効率的な熱回収を図り、
かつ、燃料を効率よく燃焼させる。 【構成】 流動層を備えた室を上部及び下部にそれぞれ
開口１９、２０を有する仕切部材３で２つの室２、４に
区分し、それぞれの室の空塔速度を変化させて流動物質
を前記開口１９、２０を通して循環する方法において、
空塔速度の小さい方の室４の流動層内上部に粒子拡散手
段５１を設けて、仕切部材３の上部開口１９から循環さ
れる流動物質を拡散させる。

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、石炭などの燃料を流動層燃焼させる流動層炉におい
て、流動層内に仕切部材を設けて２つの室に区分し、そ
れぞれの室の空塔速度を変えて流動物質を循環させる方
法及び装置の改良、詳しくは、空塔速度の遅い方の室の
流動物質の拡散混合を良くして、効率的な熱回収を図
り、かつ、燃料を効率よく燃焼する流動物質循環方法及
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特公平５−８７７５７号公報には、流動
層を仕切板により燃焼部と熱回収部とに区分し、燃焼部
の流動化ガス吹込風量を熱回収部の流動化ガス吹込風量
よりも大きくとることにより、燃焼部の流動物質を仕切
板を越えて熱回収部へ流入させ、仕切板の下部から熱回
収部の流動物質を燃焼部に還流するようにした流動層炉
が記載されている。

【０００３】この公報記載の流動層炉においては、空塔
速度の速い流動層から空塔速度の低い流動層の上部に流
動物質が流入するが、仕切板に近い程、流動物質の流入
が多く、仕切板から離れるに従って流動物質の流入は少
なくなる。このため、空塔速度の低い流動層の幅を広く
しても、流動物質の流入量が少なく有効に伝熱管を利用
出来ないので、流動層の幅が制限される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、空塔速
度の低い流動層の上部に流入する流動物質は、仕切板か
ら離れるに従って少なくなる問題点があった。すなわ
ち、流動物質から熱を吸収する場合には、仕切板近傍に
伝熱管を集中的に配置する必要があった。また、流動物
質とともに流入する未燃分の燃焼も仕切板付近での燃焼
が多くなり、この部分での酸素が不足して燃焼が悪くな
る問題点があった。このため、流入してくる流動物質を
流動層の上部で、平面方向にほぼ均一に分散する手段が
求められていた。

【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、空塔速度の低い方の流動層内上部に粒
子拡散手段を設けて、空塔速度の高い方の流動層から仕
切板の上端を越えて流入してくる流動物質を水平方向に
ほぼ均一に分散させることにより、熱回収を効率よく行
うとともに、燃焼性を良くするよにした流動物質循環方
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】空塔速度の速い
流動層から空塔速度の低い流動層の上部に流動物質が流
入する場合、前述のように、仕切板に近い程流動物質の
流入が多く、仕切板から離れるに従って流動物質の流入
は少なくなる。図１４は、第１室を流動化開始流速の４
倍のガス流速で、第２室を流動化開始流速の１．５倍の
ガス流速で流動化させた時の第２室への流動物質の循環
量を測定した試験結果を示したものである。図１４か
ら、仕切板近傍への循環量が非常に多いことがわかる。

【０００７】流動層の流動物質の拡散は、一般的に上下
方向の拡散速度は速いが、水平方向の拡散は遅い。この
ため、第２室の流動層の幅を広くしても、第１室から流
入してくる流動物質及びそれに伴われて流入する未燃物
質などを、仕切板から離れた位置に設けた伝熱管で熱を
有効に回収出来ない。また、未燃分を燃焼する方法で
は、未燃分を完全に燃焼させることが出来なかった。こ
れらの問題を解決するために、第２室の流動層上部域に
おいて、上下方向の拡散を少なくする手段を設け、その
結果として、横方向の拡散によって、第１室から流入し
た流動物質が第２室の流動層上部域においてほぼ均一に
分布させることが出来る。このことによって、第２室で
効率よく熱回収が実施できる。また、第２室で第１室か
ら流動物質とともに流入した未燃分を効率よく燃焼する
ことが出来る。

【０００８】上記の目的を達成するために、本発明の流
動物質循環方法は、流動層を備えた室を上部及び下部に
それぞれ開口を有する仕切部材で２つの室に区分し、そ
れぞれの室の空塔速度を変化させて流動物質を前記開口
を通して循環する方法において、空塔速度の小さい方の
室の流動層内上部に粒子拡散手段を設けて、仕切部材の
上部開口から循環される流動物質を拡散させることを特
徴としている。

【０００９】本発明の流動物質循環装置は、空気分散板
から上方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、下端部及び流動層の静止
層高より上方部にそれぞれ開口を有する仕切部材で区分
して形成された第１室及び第２室と、第１室及び第２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からなり、第１室の空塔速度が第２
室の空塔速度より大きくなるようにした流動物質循環装
置において、第２室の流動層内上部に粒子拡散手段を設
けたことを特徴としている。

【００１０】上記の装置において、第１室が燃焼室で、
第２室が熱回収室となるように構成したり、第１室が部
分燃焼室で、第２室が燃焼室となるように構成したりす
る。また、第２室の流動層内の粒子拡散手段の下側には
伝熱管が設けられる。粒子拡散手段は、多孔板で構成さ
れたり、最上段の伝熱管をカバーで被覆し、カバー同士
の間に間隙が生じるように構成されたり、最上段の伝熱
管にヒレを設け、ヒレ同士の間に間隙を形成させるか、
又はヒレに開孔を設けて構成されたりする。なお、多孔
板の孔の形状は、円形、三角形、四角形、多角形、その
他任意の形状とすることができる。

【００１１】粒子拡散手段の開孔率は５〜５０％、望ま
しくは１０〜３０％である。この範囲より小さいと、開
孔部から流動層下部への粒子移動が悪くなる。また、開
孔部を通過するガス流速が増加するので、粒子拡散手段
の摩耗が増大する傾向があり、一方、この範囲より大き
いと、上下方向の拡散を抑制する効果が少なくなる傾向
がある。また、粒子拡散手段の開口部が、仕切部材から
離れるにしたがって大きくなるように構成したり、粒子
拡散手段が、仕切部材に近い方が上方になるように傾斜
して配置したりすることがある。

【００１２】

【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 本発明の流動物質循環方法及び装置の一実施例を図１に
よって説明する。１は装置本体で水冷管構造（耐火材構
造でも可能）で製作され、２は流動層燃焼室で燃料供給
口１８から例えば、発熱量４０００Kcal／kgの産業廃棄
物が供給される。流動層燃焼室２の下部に設けた風箱７
から空気分散板６を介して供給する空気によって、流動
物質を流動化して燃料を燃焼させる。本体１は仕切部材
３で燃焼流動層２とは別個の流動層熱回収室４に区分さ
れ、層内には伝熱管５が設けられており、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流動
物質が流動化されて、伝熱管５によって熱を吸収する。
伝熱管５は過熱器管（あるいは再熱管、水冷管でも良
い）である。

【００１３】 流動粒
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、下部からの空気で流動化開始速度の３〜５倍
程度の空塔速度で流動化して燃料を燃焼する。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。燃料の発熱量が高いと燃
焼温度が高くなるので、燃焼によって発生した熱の一部
を熱回収室４の伝熱管５で収熱して、所定の燃焼温度に
なるようにする。熱回収室４には、予め設計計算された
必要な伝熱管５が設けられている。

【００１４】燃焼室２から、水冷管構造（あるいは耐火
材構造でも良い）の仕切部材３の上部、好ましくは静止
層高位置と同等以上に設けた開口１９から高温の流動物
質が熱回収室４に移動し、伝熱管５によって所定の熱が
除かれて、冷却された流動物質は仕切部材３の下部に設
けられた開口２０から燃焼室２に循環される。図１に示
すように、熱回収室４の上部域５０に粒子拡散手段５１
が設けられる。この粒子拡散手段５１としては、図２に
示すように、開孔率が５〜５０％の多孔板５２が用いら
れる。５４は孔である。また、図３に示すように、孔５
４が仕切部材から離れるにしたがって大きくなるように
配列された多孔板５６とすることもある。これらの多孔
板５２、５６は、図４に示すように、仕切部材３に近い
方が上方になるように傾斜して配置される場合もある。

【００１５】また、図５に示すように、最上段の伝熱管
５をカバー５８で被覆し、カバー同士の間を開孔部とし
て粒子拡散手段を構成したり、図６に示すように、最上
段の伝熱管５にヒレ（フィン）６０を設け、フィン同士
の間を開孔部として粒子拡散手段を構成してもよい。さ
らに、図７に示すように、最上段の伝熱管５同士をヒレ
（フィン）６２で接続し、このヒレ６２に開孔６４を設
けてもよい。この開口６４は、図８に示すように、ヒレ
６２の幅一杯に設けてもよい。また、開孔６４の形状、
配置は、図９に示すように、円形にしたり、図１０に示
すように、開孔６４の数を多くしたりすることができ
る。開孔６４の形状、大きさ、数は、上記の図に限るこ
となく、任意の形状、大きさ、数に適宜変更して差し支
えない。

【００１６】この粒子拡散手段５１が設けられない場
合、熱回収室４の幅を仕切部材３から離れるに従って
ａ、ｂ、ｃ、ｄの領域として考えると、ａ領域には大量
の流動物質が流入するがｄ領域への流入物質の流入は非
常に少ないので、この領域の伝熱管５は有効に熱を回収
することが出来ない。ところが、熱回収室４の上部域５
０に粒子拡散手段５１を設けると、この粒子拡散手段５
１の上部で流入してきた流動物質がｃ、ｄの幅方向にま
でほぼ均一に混合しながら流動層下部方向に移動してい
くので、伝熱管５を効果的に配置することが可能にな
る。また、熱回収室４の幅を有効に利用することが出来
るので、伝熱管の使用本数が少なくなり熱回収室４をコ
ンパクトに設計することが可能となる。

【００１７】流動物質の循環はつぎのように行われる。
すなわち、燃焼室２の空塔速度を熱回収室４の空塔速度
よりも速くすれば、燃焼室２の上部から熱回収室４の上
部に上部開口１９を通って流動物質が移動し、熱回収室
４の内部を通過して下部の開口２４から燃焼室２に循環
する。熱回収室４の方の空塔速度を速くすれば、当然逆
廻りの循環となる。燃焼室２の温度及び、または熱回収
量は熱回収室４の空塔速度及び、または燃焼室２の空塔
速度を変化させて制御する。４０は空気供給管、４１、
４２は空気流量調節手段（弁、ダンパーなど）である。
図１では、１個の燃焼室２に対して１個の熱回収室４を
設置する場合を示しているが、図１１に示すように、燃
焼室２を矩形として、熱回収室４を複数個（図１１では
一例として４個）とすることも可能である。勿論、矩形
の代わりに、円形とする場合もある。また、燃焼室２を
部分燃焼室に、熱回収室４を燃焼室になるように構成す
ることもある。この場合、燃焼室の流動層内に伝熱管を
埋設して燃焼・熱回収室とすることが好ましい。

【００１８】実施例２ 本実施例は図１２に示すように、部分燃焼室２ａの風箱
７を貫通して不燃物排出導管１３を設け、この不燃物排
出導管１３に空気流量調節手段３０（弁、ダンパーな
ど）を備える空気供給管４０を接続し、部分燃焼室２ａ
の流動層に温度検出制御手段３１を接続し、この温度検
出制御手段３１と空気流量調節手段３０とを接続して、
不燃物排出導管１３へ供給される空気量により、部分燃
焼室２ａの流動層温度が制御されるようにしたものであ
る。不燃物排出導管１３から抜き出された不燃物を含む
流動物質は、篩などの分級装置１５により、粗粒の不燃
物と流動物質とに分離され、粗粒の不燃物は系外へ排出
され、流動物質は部分燃焼室２ａへ循環再使用される。
なお、流動物質を燃焼室（燃焼・熱回収室）４ａへ循環
することも可能である。また、部分燃焼室２ａを燃焼室
に、燃焼室４ａを熱回収室にすることも可能である。

【００１９】図１２に示すような空気の供給方法を採用
すれば、流動物質の循環は仕切部材３の部分燃焼室２ａ
側の空塔速度、すなわち不燃物排出導管１３の上部開口
１４付近の空塔速度を、仕切部材３の燃焼室４ａ側の空
塔速度よりも速くして実施する。一般的には、不燃物排
出導管１３の上部開口１４付近の空塔速度を流動化開始
速度の３〜５倍とし、仕切部材３の燃焼室４ａ側の空塔
速度を流動化開始流速から流動化開始流速の２倍程度に
して流動物質の循環を実施する。部分燃焼室２ａの温度
は、不燃物排出導管１３に供給する空気を空気流量調節
手段３０を調整することによって実施する。不燃物排出
導管１３から供給する空気を停止すると、不燃物排出導
管１３の流動層部は流動化が停止し、静止状態になるの
で、下部開口２０からは流動物質の移動が停止する。仕
切部材３の上部開口１９は部分燃焼室２ａと燃焼室４ａ
との間で流動物質が交互に移動されるが、その量は少な
く、部分燃焼室２ａからの熱の除去は殆ど無くなる状態
になる。このように、部分燃焼室２ａから熱の除去が不
要な時、例えば起動時などには燃焼室４ａの空気も停止
しても良い。

【００２０】不燃物排出導管１３からの空気流量を増加
し流動化状態になると、燃焼室４ａの流動物質が下部の
開口２０から部分燃焼室２ａに移動するようになり、こ
れによって上部開口１９から部分燃焼室２ａの高温の流
動物質が燃焼室４ａに移動し、伝熱管５により熱を取ら
れて冷却されて部分燃焼室２ａに循環される、この循環
される流動物質の流量は、部分燃焼室２ａ及び燃焼室４
ａの空塔速度が一定であれば、不燃物排出導管１３に供
給される空気流量の増加につれて増加する。このよう
に、部分燃焼室２ａの温度は不燃物排出導管１３に供給
される空気量を調整することによって、所定の流動層温
度に制御することが出来る。また、不燃物排出導管１３
に供給する空気流量を調整することによって、回収する
熱量を制御することが出来る。

【００２１】図１２に示す装置においては、燃焼室４ａ
での燃焼によって流動層温度が高くなるので、流動層内
に伝熱管５を設けて収熱して所定の温度にすることがで
きる。粒子拡散手段５１の構成は、実施例１の場合と同
様である。また、図１３に示すように、部分燃焼室２ａ
を矩形として、燃焼室４ａを複数個（図１３では一例と
して４個）とすることも可能である。勿論、矩形の代わ
りに、円形とする場合もある。他の構成及び作用は実施
例１の場合と同様である。また、図１２に示すような空
気の供給方法を、図１に示す燃焼室２と熱回収室４とか
らなる装置に適用することも勿論可能である。

【００２２】

【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） 第２室の流動層内上部に粒子拡散手段が設けら
れるので、第２室の流動物質の拡散混合が良好になり流
動物質が均一に分散され、このため、効率よく熱回収を
行うことができる。 （２） 同様の理由で、第２室において第１室から流動
物質とともに流入した未燃分を効率よく燃焼させること
ができる。 （３） 粒子拡散手段により、熱回収室の幅を有効に利
用することができるので、伝熱管の使用本数が少なくな
り、熱回収室のコンパクト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流動物質循環装置の一実施例を示す概
略構成図である。

【図２】第１図における粒子拡散手段の一例を示す平面
図である。

【図３】粒子拡散手段の他の例を示す平面図である。

【図４】本発明の装置の他の実施例を示す概略構成図で
ある。

【図５】粒子拡散手段の他の例を示す断面図である。

【図６】粒子拡散手段の他の例を示す断面図である。

【図７】粒子拡散手段の他の例を示す平面図である。

【図８】粒子拡散手段の他の例を示す平面図である。

【図９】粒子拡散手段の他の例を示す平面図である。

【図１０】粒子拡散手段のさらに他の例を示す平面図で
ある。

【図１１】本発明の装置における燃焼室と熱回収室の配
置例を示す平面説明図である。

【図１２】本発明の装置のさらに他の実施例を示す概略
構成図である。

【図１３】本発明の装置における部分燃焼室と燃焼室の
配置例を示す平面説明図である。

【図１４】仕切板からの距離と流動物質循環量との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ 燃焼室 ２ａ 部分燃焼室 ３ 仕切部材 ４ 熱回収室 ４ａ 燃焼室（燃焼・熱回収室） ５ 伝熱管 ６ 空気分散板 ７ 風箱 ８ 風箱 １３ 不燃物排出導管 １４ 上部開口 １５ 分級装置 １８ 燃料供給口 １９ 上部開口 ２０ 下部開口 ３０ 空気流量調節手段 ３１ 温度検出制御手段 ４０ 空気供給管 ４１ 空気流量調節手段 ４２ 空気流量調節手段 ５０ 上部域 ５１ 粒子拡散手段 ５２ 多孔板 ５４ 孔 ５６ 多孔板 ５８ カバー ６０ ヒレ ６２ ヒレ ６４ 開孔

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層を備えた室を上部及び下部にそれ
   ぞれ開口を有する仕切部材で２つの室に区分し、それぞ
   れの室の空塔速度を変化させて流動物質を前記開口を通
   して循環する方法において、 空塔速度の小さい方の室の流動層内上部に粒子拡散手段
   を設けて、仕切部材の上部開口から循環される流動物質
   を拡散させることを特徴とする流動物質循環方法。
2. 【請求項２】 空気分散板から上方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、下端部及び流動層の静止層高
   より上方部にそれぞれ開口を有する仕切部材で区分して
   形成された第１室及び第２室と、 第１室及び第２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からなり、 第１室の空塔速度が第２室の空塔速度より大きくなるよ
   うにした流動物質循環装置において、 第２室の流動層内上部に粒子拡散手段を設けたことを特
   徴とする流動物質循環装置。
3. 【請求項３】 第１室が燃焼室で、第２室が熱回収室で
   あることを特徴とする請求項２記載の流動物質循環装
   置。
4. 【請求項４】 第１室が部分燃焼室で、第２室が燃焼室
   であることを特徴とする請求項２記載の流動物質循環装
   置。
5. 【請求項５】 第２室の流動層内の粒子拡散手段の下側
   に伝熱管を設けたことを特徴とする請求項２、３又は４
   記載の流動物質循環装置。
6. 【請求項６】 粒子拡散手段が多孔板であることを特徴
   とする請求項２〜５のいずれかに記載の流動物質循環装
   置。
7. 【請求項７】 粒子拡散手段が、最上段の伝熱管をカバ
   ーで被覆し、カバー同士の間に間隙が生じるようにした
   ものであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに
   記載の流動物質循環装置。
8. 【請求項８】 粒子拡散手段が、最上段の伝熱管にヒレ
   を設け、ヒレ同士の間に間隙を形成させるか、又はヒレ
   に開孔を設けるようにしたものであることを特徴とする
   請求項２〜６のいずれかに記載の流動物質循環装置。
9. 【請求項９】 粒子拡散手段の開孔率が５〜５０％であ
   ることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の流
   動物質循環装置。
10. 【請求項１０】 粒子拡散手段の開口部が、仕切部材か
    ら離れるにしたがって大きくなっていることを特徴とす
    る請求項２〜９記載の流動物質循環装置。
11. 【請求項１１】 粒子拡散手段が、仕切部材に近い方が
    上方になるように傾斜して配置されていることを特徴と
    する請求項２〜１０記載の流動物質循環装置。