JPS5943682B2 - 低融点化合物焼却用流動層炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集塵装置で捕集した石油系燃料の燃焼ガス中
に含まれる煤塵を焼却減容する煤塵焼却処理装置に係り
、特に低融点化合物を含む煤塵の焼却を流動化燃焼を利
用して行なう場合に好適な低融点化合物焼却用流動層炉
に関する。

重油あるいは原油等のいわゆる石油系・燃料はここ当分
の間我国のエネルギー需要のほとんどをまかなう重要な
資源であり、その用途は幅広く鉄鋼業、化学工業、電力
業および窯業等の加熱源として用いられている。

しかし石油系燃料は燃焼ガス中に煤塵を含有し、従来よ
りバグフィルタ−、ザイクロンコレクター、あるいは電
気集塵装置等の集塵装置によって煤塵を捕集している。

しかし、最近とみに上記した鉄鋼、ｆｌ＝学、電力関係
の装置の大型化が進み、単位装置当りの捕集煤塵量は草
大なものとなっている。

例えば、発電用ボイラの排煙中より集塵装置で捕集した
煤塵量は、出力１００万ＫＷのタービン用ボイラで、排
煙の含塵量、集塵装置の捕集効率、および煤塵のかさ密
度にもよるが、大体毎時１扉〜３ｍ３にもなる。

捕集した煤塵の処理方法としては、廃棄処分が従来より
一般的な方法であったが、例えば重油の燃焼ガス中に含
まれている煤塵は以下のような特性を有している。

すなわち、（１）かき比重は０．１〜０．２Ｐ／ｃｃと
非常に小さい。

（２）可燃分（炭素、硫酸分）含有率は９０％前後であ
る。

（３）不燃分（灰分）含有率は１０％前後であるが、そ
の組成分はバナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）等の有
価物がほとんどである。

これら３点より煤塵の廃棄については、以ドのことが言
える。

（１）そのままでは非常にかさ張るので、取り扱いおよ
び輸送上の効率が悪い。

（２）そのままでは特殊な場所に廃棄しなし・かぎり土
壌の酸性化、あるいは粉塵飛散といった公害上の問題を
誘引する。

（３）有価物（■、Ｎｉ）を含有しているので、そのま
ま廃棄せず濃縮して回収すべきである。

これら３点に対処する一方法としては、捕集した煤塵を
焼却して減容すると同時に有価物を濃縮する方法がある
。

この煤塵焼却方法を採用するに当っては、煤塵の９０％
前後が炭素と硫酸分で噛められていることより省資源の
面からも当然、煤塵自身の自己燃焼によって焼却するの
が好ましい。

さらに焼却炉の型式としては、被焼却物である煤塵が粉
状（粒径数１０μ以下）であることと、被焼却物の自己
燃焼によって焼却するためには焼却炉の炉内熱容量が大
きい方がよいこと等を勘案すると、流動熱媒体を用いて
炉内に沸騰層を形成させて燃焼させる流動化燃焼法が最
適である。

ところが、例えば石油系燃料の燃焼ガスに含まれ、しか
も煤塵捕集前にアンモニア（ＮＨ３）を注入しない煤塵
（ＮＨ３の注入の目的は、集塵装置が電気集塵装置の場
合、煤塵捕集効率を上昇させるためである。

）の燃焼反応過程は、反応式で表わすと Ｈ２Ｏ（液体）→Ｈ２０（気体）（１） Ｈ２ＳＯ４→ＳＯ３＋Ｈ２０（２） Ｃ＋Ｏ□→ＣＯ２（３） である。

すなわち、先ず煤塵中に含まれる水分の蒸発（上記反応
式（１））、硫酸の分解（反応式（２））が起り、その
後炭素の燃焼反応（反応式（３））が起る。

炭素の燃焼は普通３５０’Ｃ以上あれば起るが、煤塵の
ように粒径が数１０μ以下の場合で、しかも８００℃以
下では反応式（１）および（２）の反応速度が、反応式
（１）から（３）までの総括反応速度を律する。

しかも反応式（１）および（２）の反応速度は温度が低
十−するにつれて著しく遅（なる。

ｊ−たがって煤塵の自己燃焼によって煤塵を焼却する場
合は、煤塵の性状、炉内滞留時間、炉内投入量、発熱量
及び炉内熱容量にもよるが、自己燃焼に必要な総括反応
速度を維持できるだけの温度（自然温度域：少なくとも
７００℃〜８００°Ｃ）が必要である。

、ところが、石油系燃料の燃焼ガス中から捕集した煤塵
には１０％前後の灰分（不燃分）が含まれており、その
大部分はバナジウノ、化合物で特に五酸化バナジウム（
Ｖ２Ｏ５）がその大半を占めている。

Ｖ２Ｏ５の融点は６７０°Ｃである。従って、煤塵を自
燃温度域７００℃〜８００ ’ｃ以上で燃焼させるとＶ
２Ｏ５が溶融し、その結果ｖ２０５の炉内壁への付着あ
るいは炉内粒子の焼結が発生し、煤塵焼却上程々の弊害
を招くことになる。

特に流動層においては溶融したＶ２Ｏ５等が糊の役目を
果し、炉内粒子（煤塵および熱媒体）を固着させ、焼塊
（クリンカー）を形成し、この焼塊は運転時間を経るに
つれて固着成長を続け、遂には流動化が困難になること
がある１゜ このような低融点化合物による溶融トラブルは温度が高
くなるほど著しくなるので、流動層内の焼却温度は自然
温度を維持する範囲でなるべく低いほうが望ましいが、
流動層の温度が低いと燃焼物中に未燃分（主に未燃カー
ボン）が多くなるので、空塔炉の温度を層内温度よりも
高くし、未燃分を完全燃焼させるようにしているが、こ
の際、空塔炉の温度は８００〜１０００℃の高温になる
ため、空塔炉内壁面上に溶融Ｖ２Ｏ５自身が付着１−１
またはＶ２Ｏ５等を介して未燃粒子または層内から飛散
した流動熱媒体が付着して種々のトラブルを生じる。

また空塔炉の−り部からは溶融した低融点化合物のダス
トを含む燃焼ガスが流出するので、空塔炉出口ダクト内
壁面上へ同様に低融点化合物を糊剤として焼却減容され
た煤塵が付着し、同様なトラブルを生じるという欠点が
ある。

本発明の目的は、難燃性低融点化合物と未燃カーボンを
含む煤塵で代表される被焼却物を流動層内で焼塊トラブ
ルを発生させずに、自燃温度を維持して焼却すること、
該焼却物中の未燃物を低融点化合物によるトラブルを生
じることなく空塔炉内で高い焼却率で燃焼させること、
および前記未燃分の高温焼却によって燃焼ガス中に同伴
される低融点化合物のダクトへの付着によるトラブルを
防止することができる流動層炉を捉供することにある３
３ ト記目的を達成するため、本発明は、流動層の実質上部
に空塔炉を有する低融点化合物含有物の焼却装置におし
・て、流動層内の温度を検知し、該温度が７００〜８０
０°Ｃになるように該流動層内の供給空気量を調節する
流動層炉内温度１ｔ５１Ｊ御機構と、前記空塔炉の炉内
温度を検知し、この温度が流動層炉の炉内温度よりも高
く、かつ未燃分を完全燃焼させるに充分な温度になるよ
うに、空塔炉内の壁面および／または前記流動層の直上
部に供給される燃焼用空気量を調整する空塔炉内温度制
釘機構と、前記空塔炉の実質的上部に設けられた燃・焼
ガスの取り出し流路の温度を検知し、この温度が該燃焼
ガス中に含まれる低融点化合物の融点以下になるように
、前記空塔炉内の燃焼カス取り出し流路近傍に送入され
る冷却媒体の流量を調整する空塔炉出口温度制御機構と
を設けたことを特徴とする低融点化合物焼却用流動層炉
である。

−１以ド、本発明の一実施例を図面によって詳細に説明
する。

先ず第１図および第２図を用いて旋回噴流層重を説明す
る。

っ図において、旋回噴流層重１の底部には漏斗状の多孔
板２ど置部４に各々一定方向の小孔３を多数個設けられ
ている。

そして、この多孔板２の外周向は気室５で囲まれ、また
複数個の小孔３ａを有する首部４は気室７で囲まれる。

小孔３は炉底において粉粒体（流動熱媒体および煤塵）
に旋回流を生せしめるものである。

第１図において小孔３は水平方向に設けて旋回流を行な
わせるものである。

第３図は第１図の多孔板の他の実施例を示すもので、多
孔板に小孔３ｂを傾斜させて設けたものである。

旋回噴流層重１の運転中における粉粒体の動きは第１図
の矢印で示すごとくになる。

燃焼および流動化用としての空気は気室５及び気室７に
圧入される。

気室５に入った空気は小孔３で導かれて炉１内で旋回流
となる。

一方、気室７に入った空気は小孔３ａで導かれて首部４
内に入り炉１の上部方向へ噴昇する噴流になる５、この
旋回流と噴流によって炉１内に沸騰層６を図中矢印で示
したごとくに形成するので、最も好ましい煤塵の自己燃
焼が可能になる。

第４図及び第５図は本発明による旋回噴流層重と空塔炉
を組み合わせた煤塵焼却用旋回噴流層炉の空塔炉の内壁
面に沿って空気層を生せしめる空気流入機構の一実施例
を示したものである。

第４図において、第１図と同一部分は同一符号で示す。

第４図、第５図において、沸騰層６を形成して電気集塵
装置で捕集しまた煤塵、即ちＥＰ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｒ ）灰の一次燃焼を行なわ
せる旋回噴流層重１の上部に、前記沸騰層６かも来る未
燃のＥＰ灰を二次燃焼させる燃焼室５０を形成する空塔
炉６８が設けられている。

沸騰層６で燃焼しなかった未燃ＥＰ灰は空塔炉６８に導
かれる。

該空塔炉６８内へは二次空気導管５２及び後述する壁流
空気導管５１から未燃ＥＰ灰燻燃焼用空気噴入される。

これにより燃焼室５０で未燃のＥＰ灰は該燃焼用空気と
接触し、ＥＰ灰中のカーボンの燃焼が促進され、空塔炉
６８内の燃焼室５０の温度は前記沸騰層６内の温度より
もさらに高い温度（ｓｏｏ’ｃ〜１０００℃）になる。

本実施例では、前述したＥＰ灰中のＶ２Ｏ５溶融による
弊害、即ち空塔炉６８内壁面上への溶融したＶ２Ｏ５自
身の付着、及び該Ｖ２Ｏ５を介しての未燃ＥＰ灰または
前記沸騰層６から飛散した流動熱媒体の付着を防止する
ために、空塔炉６８に壁流空気導管９１、ヘッダ９２及
びスリット９３かもなる空気流入機構９４が設けられる
。

空気は壁流空気導管９１に圧入され、ヘッダ９２に導か
れ、空塔炉６８内に流入するが、空塔炉６８内壁に対し
て接線方向の角度で噴射するように設置されたスリット
９３がら空塔炉６８内に噴入される。

この噴入された空気は、第７図の矢印９５で示すように
流動し、空塔炉６８内壁に空気層を形成する。

これにより空塔炉６８内壁面の温度上昇を防いでＥＰ灰
燃焼残渣（主にＶ２Ｏ５）が該壁面士で溶融状態となる
のを防止すると共に、壁面の近傍に飛散してきた流動熱
媒体を矢印９５で示す旋回流によって吹き飛ばす作用を
行なう。

第６図は、本発明による煤塵焼却用旋回噴流層炉を利用
した煤塵焼却プロセスの一実施例を示したもので、プロ
セスにおける物質の流れと制御機溝を表わした流れ線図
である。

第６図において、石油系・燃料の・燃焼ガス中に含まれ
る煤塵は料カスダ、クト１５から電気集塵機５９で捕集
され、アンシュビン４１等の中間貯槽を経て、コンベヤ
４２で煤塵乾燥器６５−＼導かれる１ｏここで煤塵は外
部加熱源であるスチーム６６によって加熱され、含水率
が低下する。

その後スクリュウフィーダ４３によって焼却炉本体４４
０Ｆ部にある旋回噴流層４９に供給される。

旋回噴流層４９は・−れ、より先に層内に供給された煤
塵の燃焼熱に、よって煤塵の印燃温度域（７００℃〜８
００で〕）に保持されており、しかも新たに温度の低い
煤塵が層内に入っても層を形成している流動熱媒体の熱
容量が太きいため急激な温度変化がなく、供給された煤
塵は層内の激しい混合攪拌作用に、より燃焼用空気と効
率よく接触して燃焼し２はしめる。

煤塵を煤塵自身の自己燃焼によって焼却するためには、
旋回噴流層４９及び燃焼室５０の内の温度を外的熱要因
（供給煤塵量、供給煤塵発熱量あるいは、燃焼及び流動
化用空気温度）の変化にかかわらず常に一定に保持する
必要がある。

したがって本実施例では旋回噴流層４９内の温度を検知
しこの温度に強、して記録調節温度計７８を介し、て旋
回空気制御弁７９を操作１−１旋回噴流層４９内へ流入
する旋回空気量を調節することによって、旋回噴流層４
９内の温度を一定に保持するようにしている。

この旋回噴流層４９内で煤塵は含有水分の蒸発及び硫酸
等の硫黄酸化物の分解が速やかに行なわれ、この直後に
炭素の・燃焼が行なわれる。

前述のように低融点化合物によるトラブルを避けるため
に、自燃温度を維持し、つつ、比較的低温で焼却させる
が、層４９内における反応温度（煤塵の自燃温度）と滞
留時間（実用装置では設計ト自ずと制限がある）の条件
下では未反応分（未燃分）が残ることになる。

この未燃分は、層４９の上部に設けられた空塔炉６８内
での燃焼室５０に導かれ、該未燃分を完全燃焼させるに
充分な空気の供給下に燃焼室５０内を上昇しながら前記
旋回噴流層４９内の温度よりもさらに高い温度（ｓ ｏ
ｏ ”ｃ〜９００℃）によつ燃焼が促進され、目標と
する焼却率まで焼却される。

この場合の燃焼室５０の温度別制御は、燃焼室５０内の
温度を検知し、この温度に応じて記録調節温度計８０を
介して２次空気制御弁６９を操作し、旋回噴流層４９の
１一部より燃焼室５０内に流入すて）２次空気量を調節
することによって行われる。

一ト記したごとく、未燃分の反応温度（燃・焼諷度）は
層４９内の温度よりも高いので、・煤塵中に含有される
バナジウム化合物はさらに溶融（−易くなるが、上記し
た第４図及び第５図の空気流入機構９４によって空塔炉
６８の内壁面に沿って空気層が形成されているので、バ
ートンラム化合物がたとえ溶融状態になっても前記内壁
面に付着することはなくなる６、この空気層を形成する
空気は前記の未燃分の２次・燃焼用空気としての機能も
果たしているが、２次燃焼用空気としては他に２次空気
導管５２から前記空塔炉６８内の流動層を上部−・・導
入することもできる１、 空塔炉６８の上部に達し、た燃焼後の煤塵は゛焼却減容
された未燃煤塵と煤塵燃焼ガスとの混合した含塵カス（
以Ｆ、煤塵ガスと称する）となって前記空塔炉６８の上
部に設けられた煤塵ガスダクト６３に導かれる。

この際、煤塵ガスは溶融状態のバーＪ−ジウム化合物等
の低融点化合物な含んでいるため、そのまま煤塵ガスダ
、り１・６３に３．９人ｉ−だのではバナジウｌ、化合
物が煤塵ガスタ゛クト６３の内壁面に付着する４、その
ため、本発明では空塔炉６８の上部で煤塵ガスタ゛、り
１・６３の人［］１前で、−アンバリング空気導管５３
により導かれるテンバリング（冷却用）空気を第８図に
示す空気供給機構９７で・燃焼室５０の上部に噴入１〜
、煤塵カスをバナジウム化合物の融点（例えば■２０５
であれば６７０℃）以−「に冷却する。

この場合の温度制御は、煤塵カスダクト６３内の温度を
検知し、この温度に応じて記録調節温度計６１を介して
デンパリング空気制御弁７０を操作し、燃焼室５０の上
部に入るテンパリング空気量を調節する、−とによって
、煤塵ガスダクト６３内の温度を一定に保１）ようにし
ている。

その結果、煤塵ガス中に含まれるバナジウム化合物等は
凝結し、煤塵ガスダクト６３の内壁面に付着するのが防
上される。

その後煤塵ガスは、サイクロン５５、タス］・コレクタ
６０に順次導かれ、未燃煤塵と煤塵燃焼ガスに分離され
る。

、前記未燃煤塵は灰ホッパー６２を経て自動袋紡機５γ
で袋詰加工される。

一方、煤塵燃焼ガスはサイクロン５５を出て、ダクトγ
１、ダストコレフタ−６０、夕゛クト７２、煤塵燃焼カ
スブロア５８及びククト７３にＩＩＦｔ次導かれ、電気
集塵機５９の人［ｊ前の排ガスダクト７５に還流される
５、以上の説明は定常運転時であるが、以下に運転開始
時における本実施例の説明を行なう。

先ず流動熱媒体槽６４に貯蔵されている流動熱媒体（例
えば砂）を流動熱媒体フィーダ６７とスクリュラフｆ−
ダ４３によって旋回噴流層４９が形成さオフる焼却炉本
体４４の一ド部に投入すると共に旋回空気導管４５で導
かれ旋回噴流層４９内へ流入して。

旋回流な形成する旋回空”気、及び噴流空気導管４６，
７６で導かれ前記旋回噴流層４９内−′＼流入して噴’
ａ ’ａ”形成する噴流空気を高圧空気ブ１コア４７で
焼却炉本体４４の下部に供給する。

この結果、焼却炉本体４４の下部には前記流動熱媒体の
ノ＾によるｔｉミル回流流層沸騰層）が形成されろ１、
この前′回流流層４９が形成されイ）に応じて焼却炉本
体４４を含む全焼却プロセスを定常運転状態に操作して
行く。

したがって旋回噴流層４９が定常運転時と同様の沸騰層
を形成した時に、全焼却プロセスは被焼却物である煤塵
がないこと及びプロセス全体の温度が低いことを除けば
全く定常運転時と同一状態になる５、 この状態が達成された後に、補助燃料γ７を燃゛本・１
どする助燃バ・−犬４８を始動し、既に流動熱媒体の１
・、によ１）で形成されている旋回噴流層４９の温度を
煤塵の自己燃焼温度域（７００℃〜８００パＣ）までｊ
Ｊｌｌｉ熱ずろ。

ｌ＝かる後にスクリュウフイー−タ４３により煤塵を旋
回噴流層４９に供給し、自己燃焼が始まると前記助燃バ
ーナ４８を停止さぜ、定常運転に入る。

さｒ）に、第７図、第８図は、第４図、第５図に示すと
、−ろの空塔炉６８の内壁面に沿って空気層を生せＵ〜
める空気流入機構９４の他の実施例を示すものである。

第７図、第８図において空塔炉６８内に２段の環状上向
きスリン）・９３を設置し壁流空気導管９１を通し、て
供給された空気は上向きス’Ｊ Ｔ／ ト９３から空塔
炉６８内壁而に沿って矢印９５で示すごとくフ〜イルム
状に噴射され第４図及び第５図の空気流入機構９４と同
様の効果を発揮する。

、第７図、第８図にテンパリング空気の空気供給機構９
７の一例を示したが、空塔炉６８の上部でしかも炉の外
側にリング状ヘッダ９６を設け、これより炉内４ケ所か
ら空気を供給し、燃焼後の煤塵ガスの温度が均等に冷却
されるようにし、第６図のサイクロン５５へ通じる煤塵
ガスダクト６３−＼の未燃煤塵のｆ」着、堆積を防いで
いる。

以上、本発明によれば、煤塵中に含まれるバナジウム化
合物等の低融点化合物の溶融による流動層炉内における
焼塊の発生、空塔炉内及び回出［１タクトにおけるバナ
ジウム化合物の付着等の弊害ケ防山−し、長時間にわた
る連続的な煤塵焼却運転を可能にするとともに、空塔炉
内温度を未燃分の焼却に充分な温度に制御し、目標とす
る焼却率な達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる旋回噴流層炉の縦断面図、第２
図は第１図の多孔板を示すＡ−Ａ横断面図、第３図は第
２図の多孔板のＢ部分の他の実施例を示す部分拡大縦断
面図、第４図は本発明による空気流入機構の一実施例を
示す縦断面［ン］、第５図は第４図のＣ−Ｃ横断面図、
第６図は本発明による煤塵焼却フロセスの物質の流れと
制御系統な示す流れ線図、第７図は本発明による空気流
入機構の他の実施例と空気供給機構の一実施例を示す縦
断面図、第８図は第７図の空気供給機構な示寸第７図の
Ｄ−Ｄ断面図である３、 符号の説明、１・・・・・・旋回噴流層炉、６，４９・
・・・・・旋回噴流層（沸騰層）、４４・・・・・・焼
却炉本体、５０・・・・・・燃焼室、６３・・・・・・
煤塵ガスク゛クト、６８・・・・・空塔炉、６９・・・
・・・２次空気制御弁、８０・・・・・・記録調節温度
計、９１・・・・・・壁流空気導管、９２・・・・・・
ヘッダ、９３・・・・・・スリット、９４・・・・・・
空気流入機構、９６・・・・・・リング状ヘッダ、９７
・・・・・・空気供給機構４、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動層の実質上部に空塔炉を有する低融点化合物含
   有物の焼却装置において、流動層内の温度を検知し、該
   温度が被焼却物の７００〜８００℃になるように該流動
   層内の供給空気量を調節する流動層炉内温度制御機構と
   、前記空塔炉の炉内温度を検知し、この温度が流動層炉
   の炉内温度よりも高（、かつ未燃分を完全燃焼させるに
   充分な温度になるように、空塔炉内の壁面および／また
   は前記流動層の直上部に供給される燃焼用空気量を調整
   する空塔炉内温度制御機構と、前記空塔炉実質的上部に
   設けられた燃焼ガスの取り出し流路の温度を検知し、こ
   の温度が該燃焼ガス中に含まれる低融点化合物の融点以
   下になるように、前記空塔炉内の燃焼ガス取り出し流路
   近傍に送入される冷却媒体の流量を調整する空塔炉出口
   温度制御機構とを設けたことを特徴とする低融点化合物
   焼却用流動層炉。 ２、特許請求の範囲第１項において、流動層炉が旋回噴
   流層炉である低融点化合物焼却用流動層炉９゜