JPH087224Y2 - 流動床式ごみ焼却炉 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、流動床式ごみ焼却炉に係り、さらに詳しく
は都市ごみの焼却処理に適し、簡単な構造で熱回収に有
効な流動床式ごみ焼却炉に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種流動床式ごみ焼却炉では、燃焼に対して
必要以上に多くの空気を供給している。典型的な例を第
６図に示す。

この第６図に示す流動床式ごみ焼却炉では、焼却炉20
はフリーボード21と流動層22とを備え、流動層22には１
次空気23を供給し、フリーボード21には２次空気24を供
給し、また流動層22にはごみ25を投入するようになって
いる。

この図では、１次空気23の空気比をm₁で、２次空気24
の空気比をm₂で、総括空気比をm_Tでそれぞれ示し、ごみ
の焼却に必要な空気量（量論空気量）に対する実際に供
給した空気量の比（空気比:m）をもって、供給空気量の
過剰度合を示している。すなわち、流動層22にはちょう
ど燃焼に必要な空気量しか入れていないが、フリーボー
ド21で量論空気量の0.8倍の空気を２次空気24として供
給しており、炉全体として量論空気量の1.8倍も過剰に
供給していることになる。

この過剰空気は、燃焼温度を適当な範囲800〜950℃に
抑える目的で供給されるが、過剰空気が多いことに対す
るデメリットは、次のとおりである。

（１）空気供給動力が大きくなる。

（２）炉から出た燃焼ガス処理装置が大きくなる。

（３）燃焼ガス吸引動力が大きくなる。

（４）ボイラを付設して予熱回収する場合、回収効率が
悪い。

ところで、空気量を減少させるには、他の手段で燃焼
温度（炉内温度）を低減しなければならない。その手段
として、炉内に水噴射する技術と、炉内に伝熱管を挿入
して熱回収する技術が一般的である。前者は、燃焼ガス
量が充分減少せず、不経済である。後者の例として、流
動層に伝熱管を挿入する例がある。この後者の技術は、
熱回収を主目的とする石炭焚き流動床式ボイラで多用さ
れている。この後者の技術を第７図に示す。

この第７図に示す石炭焚き流動床式ボイラでは、ボイ
ラ30内の下部に流動層31を配備し、この流動層31の内部
に伝熱管32を挿入している。また、前記流動層31には１
次空気33を供給し、流動層31の上方には２次空気34を供
給し、流動層31には燃料として石炭35を供給するように
なっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、前記第７図に示す伝熱管による熱回収技術を
そのまま流動床式ごみ焼却炉に応用しようとすると、次
のような問題がある。

（１）ゴミ中のプラスチック類が半溶融の形で伝熱管に
付着し、それが炭化して伝熱管上にカーボンスケールが
生長し、熱回収量が低下する。

（２）ごみの質的変化、すなわち投入熱量の変化が起こ
っても、熱回収量を調節することが難しい。

（３）伝熱管の底部（上昇する砂が衝突する面）が、激
しく流動化する砂との摩擦により摩耗する。

本考案の目的は、都市ごみの焼却処理に使用しても、
伝熱管への付着物を低減でき、かつ流動媒体（砂）との
摩擦接触による伝熱管の摩耗を低減てき、しかも簡単な
構造で熱回収量を調節可能な流動床式ごみ焼却炉を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、前記目的を達成するため、都市ごみ等の被
焼却物を焼却炉内に形成された流動床に供給し、焼却処
理する流動床式ごみ焼却炉において、前記焼却炉内に流
動層を形成する領域の炉壁を、下方に向かって下り勾配
の傾斜面に形成し、この傾斜面に密接して伝熱管を設
け、かつ前記焼却炉の下部に、流動用空気を供給する空
気ヘッダに連結された空気ノズルを配列するとともに、
前記伝熱管側の空気ヘッダとそれ以外の空気ヘッダとを
それぞれ独立に制御可能に構成している。

〔作用〕

本考案では、流動層に被焼却物である都市ごみを流動
層に投入し、空気ヘッダおよびこれに連結された空気ノ
ズルを通じて、流動層に流動用空気を供給すると、流動
媒体（砂）と都市ごみとが一緒に上下方向に流動、循環
し、その間都市ごみは流動媒体により加熱され、焼却処
理される。燃焼後の灰は、流動媒体の一部と一緒に焼却
炉外へ取出される。前記都市ごみの焼却処理中に、流動
媒体と伝熱管内を流れる流体と熱交換され、その流体を
通じて熱回収される。本考案では焼却炉の下方に向かっ
て下り勾配の炉壁に密接して伝熱管を設け、流動層内に
伝熱管を突出させないようにしているので、都市ごみを
焼却処理しても、伝熱管にごみが引っ掛かたり，詰った
りすることなく、また伝熱管への付着物を低減すること
ができ、カーボンスケール等の伝熱管への付着物による
熱回収効率の低下を防止することができる。また傾斜面
に密接して伝熱管を設けるので、伝熱管が邪魔になるこ
とがなく、流動媒体をスムーズに移動または循環させる
ことができ、このため流動媒体から伝熱管への伝熱係数
が大きくなり、熱回収効率を高くすることができる。

また本考案では伝熱管側の空気ヘッダとそれ以外の空
気ヘッダとをそれぞれ独立に制御可能としているので、
伝熱管側の空気ヘッダに連結された空気ノズルから吹き
出される空気量をゼロにすると、伝熱管付近の流動媒体
の流動が停止し、流動媒体の固定層が形成される。ま
た、伝熱管側の空気ヘッダに連結された空気ノズルから
吹き出される空気量を少量に抑えると、流動媒体の流動
化が抑制され、流動媒体の移動層が形成される。前記流
動媒体の固定層を形成した場合には、流動媒体から伝熱
管への伝熱係数が小さくなり、また流動媒体の移動層を
形成した場合には、固定層を形成した場合よりも伝熱係
数が大きくなる。したがって、伝熱管側の空気ヘッダを
制御し、これに連結された空気ノズルから吹き出される
空気量を調節することにより、伝熱係数を容易に調節
し、熱回収量を調節することが可能となる。

さらに伝熱管側の空気ヘッダーを複数個に分割し、独
立して空気量を調節できるようにすることによって、熱
回収量をスムースに容易に調節することができる。

さらに、本考案では焼却炉の炉壁に沿って伝熱管を設
けたことと、伝熱管側の空気ノズルから吹き出される空
気量をゼロにしたり、抑制したりすることにより、伝熱
管付近の流動媒体を停止させたり、流動化を抑制するこ
とが可能であることとの相乗作用により、流動媒体との
摩擦接触による伝熱管の摩耗を低減することができ、長
寿命化を図ることができる。

しかも、本考案では焼却炉全体の構造を簡素化できる
ので、保守、管理を容易に行うことが可能となる。

また、本考案では焼却炉の炉壁における流動層が形成
される領域を傾斜面に形成し、この傾斜面に密接して伝
熱管を設けている。

さらに、本考案においては、炉壁面の上下方向と直交
する長さ方向に間隔をおいて、複数本の水管を配置し、
水管同士をフィンにより接続して伝熱管を構成すること
により、流動媒体から伝熱管への伝熱係数をより大きく
し、熱回収効率をより高くすることが可能である。

〔実施例〕

以下、本考案を図面によりさらに詳しく説明する。

第１〜４図は、本考案の一実施例を示すもので、第１
図は要部の縦断正面図、第２図は横断平面図、第３図は
作用説明図、第４図はこの実施例での熱回収量の実験説
明図である。

これらの図に示す流動床式ごみ焼却炉は、焼却炉１
と、この焼却炉１内の下部に形成された流動層３と、こ
の流動層３に流動用空気を吹き出す空気ノズル４、５
と、これら空気ノズル用の空気ヘッダ６、７と、焼却炉
１の炉壁２に設けられた伝熱管10と、この伝熱管用の蒸
気ヘッダ11とを備えている。

前記焼却炉１は、第２図に示すように、この実施例で
は横断面が前後方向に長い長方形に形成されている。

前記焼却炉１内に流動層３を形成する領域の炉壁２
は、第１図に示すように、下方に向かって下り勾配の傾
斜面に形成されており、垂直面に対する前記炉壁２の傾
斜角度を第１図に符号θで示す。

前記流動層３は、流動媒体（砂）を流動用空気により
上下方向に流動させて形成されており、この流動層３に
より都市ごみ等の被焼却物を焼却処理する流動床が構成
されている。炉壁２付近の流動層３は、空気ノズル５か
らの空気の供給量によって固定層や移動層にも変化す
る。

前記空気ノズル４、５のうちの空気ノズル４は、焼却
炉１の中央部に複数列（図面に示す実施例では３列）配
置されており、空気ノズル５は前記空気ノズル４の列の
外側に、つまり伝熱管10側寄りに配置されている。

前記空気ヘッダ６、７のうちの空気ヘッダ６は、空気
供給ライン８に接続され、この空気ヘッダ６には前記空
気ノズル４が連結されている。一方、空気ヘッダ７は空
気供給ライン９に接続され、この空気ヘッダ７には前記
空気ノズル５が連結されている。また、この実施例では
炉壁２側の空気ヘッダ７は、焼却炉１の長辺側は２組、
短辺側は１組とし、合計６組で構成されている。そし
て、前記６組の空気ヘッダ７は、それぞれ独立に制御可
能に構成されている。

前記伝熱管10は、前記傾斜面とされた炉壁２に、間隔
をおいて多数配列されている。各伝熱管10は、前記炉壁
２に沿って密接して（炉壁２の内面より多く突出しない
ように）設けられている。

前記蒸気ヘッダ11は、この実施例では各伝熱管10の下
端部から温水を流し、その温水を加熱し、伝熱管10の上
端部から取出すようになっている。

このような構成に流動床式ごみ焼却炉において、ま
ず、空気供給ライン８、９から空気ヘッダ６、７を通じ
て空気ノズル４、５に流動用空気を送り、その空気を空
気ノズル４、５から吹き出させ、流動媒体を上昇させ、
次いで下降させて流動層３を形成する。そして、前記流
動層３に都市ごみ等の被焼却物を投入する。前記流動層
３に投入された被焼却物は、流動媒体とともに沈降、流
動用空気により再び浮上され、この動作が繰返される間
に被焼却物は焼却処理される。被焼却物が燃焼した灰
は、流動媒体の一部と一緒に焼却炉１の外部に排出され
る。

一方、前記被焼却物の焼却処理中に、蒸気ヘッダ11か
ら各伝熱管10の下端部に温水が送られ、その温水は伝熱
管10の付近を流動する流動媒体と熱交換し、加熱されて
伝熱管10の上端部から蒸気ヘッダ11に取出される。その
結果、流動層３から有効に熱回収される。

ところで、焼却炉１の下部に設けられた中央部の空気
ヘッダ６と、その両側の空気ヘッダ７とは独立に制御可
能に構成されている。そこで、伝熱管10の下方の空気ヘ
ッダ７から、これに連結された空気ノズル５を通じて吹
き出す空気量をゼロにすると、流動媒体の固定層が形成
され、空気ノズル５を通じて吹き出す空気量を少量にす
ると、流動媒体の移動層が形成される。

前記固定層では流動媒体から伝熱管10への伝熱係数が
小さくなり、前記移動層では同流動媒体から伝熱管10へ
の伝熱係数が大きくなる。これらは、第３図に示すよう
に、伝熱管10の測定点ａ、ｂに熱電対を設置して測定し
た結果から実証されている。なお、第３図中符号ｌは、
伝熱管10の下方の空気ノズル５から吹き出した流動用空
気により、流動媒体が持ち上げられ、その伝熱管10寄り
の流動媒体が沈降して形成される移動層を示す。

そして前述のように空気ヘッダ６に対して空気ヘッダ
７を独立に制御し、前記空気ヘッダ７に連結された空気
ノズル５から吹き出す空気量を変えることにより、伝熱
係数を容易に調整することができる。

実験例としてはフリーボードの断面が3.5m、流動層の
断面が2.5m、側壁の周囲に高さ1mの伝熱管パネルを設け
た第４図に示すような焼却炉で、1500kcal/kgの都市ご
みを60ton/24hで焼却処理したときの、熱回収量につい
て実験したところ、次の結果が得られた。

伝熱管パネルの面積＝10.4m²、同伝熱管パネルの形状
係数＝1.3のとき、 有効伝熱面積＝10.4×1.3＝13.5m² 最大回数熱量＝13.5m²×120kcal/m²・ｈ・℃ ×（800−220）℃ ＝94×10⁴kcal/h 最大回収熱量は、冷却空気 に相当し、この量は量論空気量の に相当する。

すなわち、熱回収前に従来技術と同じ第６図のような
空気比条件で運転されていたとすれば、同じ温度条件で
運転するとして、熱回収後は総括空気比m_Tを1.8から理
論上1.02まで下げることができる。これは、伝熱管パネ
ルを設置することによってごみ焼却炉でも従来の流動床
式ボイラと同じ第７図に示すような空気比条件で運転で
きることを明らかにしている。また、ごみの発熱量が大
きくなっても、その分を熱回収でき、定格ごみの処理量
を維持でき、また予熱利用の促進を図ることもできる。

また、焼却炉１の炉壁２に密接して伝熱管10を設け、
伝熱管10を炉壁面から流動層３側に突出しないようにし
ているので、都市ごみを焼却処理しても、伝熱管10への
カーボン等の付着物を低減できるので、付着物による熱
回収量の低下を防止することができる。さらには、伝熱
管10を流動層３側に突出しないようにしたことと、空気
ヘッダ７を制御し、伝熱管10の下方の空気ノズル５から
吹き出す空気量をゼロにしたり、少量に抑えることによ
り、流動媒体の固定層や移動層を形成することによっ
て、流動媒体と伝熱管10との摩擦接触を少なくすること
ができる結果、伝熱管10の摩耗を低減することができ
る。

本考案では焼却炉１内に流動層３を形成する領域の炉
壁２を傾斜角度θ＝０°としてもよいが、実験の結果、
この実施例のように傾斜させ、その傾斜角度θ＝15〜40
°に形成すれば、流動媒体がスムーズに循環し、これに
伴い伝熱係数を大きくし、熱回収量を大きくなし得るこ
とが実証されている。

次に、第５図は本考案の他の実施例を示すもので、要
部の拡大縦断面図である。

この実施例では、流動層を形成する領域の炉壁12の構
造と、伝熱管15の構造に特徴を有している。

前記炉壁12は、金属製の外板13と、これの流動層側に
取付けられた耐火材または保温材14とで構成されてい
る。前記伝熱管15は、等間隔を置いて配置された複数本
の水管16と、この水管16、16を接続しているフィン17と
で構成されている。前記水管16は、焼却炉の炉壁面の上
下方向と直交する方向に間隔をおいて、つまり焼却炉の
前側の炉壁と後側の炉壁にはそれぞれ左右方向に間隔を
おいて、焼却炉の両側の炉壁にはそれぞれ前後方向に間
隔をおいて配置されており、各水管16の一部は前記炉壁
12の耐火材または保温材14に埋設されている。

この第５図に示す実施例では炉壁12が外板13と、耐火
材または保温材14とで構成されているので、流動層の熱
が焼却炉の外部に逃失せず、また伝熱管15が水管16がフ
ィン17で接続しているので、伝熱面積が広くなり、した
がって流動媒体から伝熱管15への伝熱係数をより一層大
きくし、熱回収量をより向上させることができる。

〔考案の効果〕

本考案の請求項１記載の考案によれば、焼却炉の炉壁
の下り勾配の傾斜面に密接して伝熱管を設け、流動層内
に伝熱管を突出させないようにしているので、流動媒体
をスムーズに循環させることができ、熱回収量を高くす
ることができる。また都市ごみを焼却処理しても、伝熱
管への付着物を低減することができ、伝熱管への付着物
による熱回収量の低下を防止することができ、また前記
伝熱管側の空気ヘッダとそれ以外の空気ヘッダとを、そ
れぞれ独立に制御可能に構成し、伝熱管側の空気ノズル
から吹き出される流動化用空気量をゼロにしたり、抑制
したりすることにより、伝熱管付近の流動媒体を固定
層、移動層および流動層の形態に変化させることがで
き、その熱回収量を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、本考案の一実施例を示すもので、第１図
は、要部の縦断正面図、第２図は、横断平面図、第３図
は、作用説明図、第４図は、この実施例での熱回収量の
実験説明図、第５図は、本考案の他の実施例を示すもの
で、要部の拡大縦断面図、第６図および第７図は、それ
ぞれ従来技術を示す断面図である。 １……焼却炉、２……焼却炉における流動層が形成され
る領域の炉壁、３……流動層、４、５……空気ノズル、
６、７……空気ヘッダ、10……伝熱管、12……焼却炉内
に流動層を形成する領域の炉壁、13……炉壁の外板、14
……同じく耐火材または保温材、15……伝熱管、16……
伝熱管の水管、17……水管を接続しているフィン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】都市ごみ等の被焼却物を焼却炉内に形成さ
   れた流動床に供給し、焼却処理する流動床式ごみ焼却炉
   において、前記焼却炉内に流動層を形成する領域の炉壁
   を、下方に向かって下り勾配の傾斜面に形成し、この傾
   斜面に密接して伝熱管を設け、かつ前記焼却炉の下部
   に、流動用空気を供給する空気ヘッダに連結された空気
   ノズルを配列するとともに、前記伝熱管側の空気ヘッダ
   とそれ以外の空気ヘッダとをそれぞれ独立に制御可能に
   構成したことを特徴とする流動床式ごみ焼却炉。