JPS60101414A - 旋回流動型流動床燃焼炉の運転方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低位発熱量の廃棄物等を焼却する流動床燃焼
炉の運転方法に関する。

〔従来技術〕

流動床燃焼炉において、発熱量が成る程度大きくて常時
補助燃料を添加することなく焼却しうる低位の発熱量を
有する都市とみ、産業廃棄物、石炭、泥炭或いは含油砂
などを燃焼させる場合、流動媒体の使用量は、炉内の流
動媒体の量が一定に保たれるように調節するのが普通で
ある。この方法は流動床の保有熱を＃まぼ一定に保持し
、また流動床内へ供給する流動用空気等の流量・圧力を
一定に保持でき、安定した燃焼を行うのに有効であった
。しかしながら、その反面必要以上の流動媒体を用いて
運転する傾向があった。これは流動媒体の炉内の保有量
が多い糊抜燃焼物の投入量、水分含有量並びに組成等の
変動による影響が小となること、全発熱量に占める流動
床内での発熱量の割合が高まるため発熱量の小さい低位
発熱量の焼却物を焼却する場合にも燃焼に必要な流動床
温度（通常５００〜６００℃以上）を保持できること、
及び流動床内へ供給する流動床用空気等の流量、圧力或
いは温度の変動による影響が小となるからである。即ち
、安定な燃焼を優先するあまシ、燃焼物量等の最大変動
中及び最小低位発熱量等にそなえた最大炉内流体媒体保
有骨で運転するのが通常であった。

このような通常の燃焼状態においては不都合な点も生じ
ていた。即ち、流動媒体の債が多くなるとこれに従って
流動床の層も高くなる為、流動媒体を流動させる為に流
動床内へ供給する流動用空気等の吹込量及び吹込圧力も
太きくなり、流動用空気等の供給量の調節にプロワの回
転数制御、吸込ベーンによる制御或いはダンパ制御等を
用いる場合、吹込圧力が大きい程駆動力も犬となシ動力
を無駄に消費することとなり、都市ごみ焼却施設等にお
いては、この無駄な動力費が全運転コストの１〜２割に
ものぼることがあり無視できない状況であった。

また、全発熱量に占める流動床内における発熱量の割合
が高いことから、流動床の温度が必要以上に高くなシ好
ましくなかった。即ち、流動床の温度が高くなり過ぎる
と、流動媒体や焼却残渣の一部が溶融してクリンカーと
なゆ流動不良を生じ、また炉壁等に付着物を生じたり或
いは有害金属が排ガス中へ揮散したり、炉壁や炉床等に
損傷を与える等の弊害が生じることもあった。又、特に
流動床内に伝熱面を設けて熱回収をする設備を備えたも
のにあっては、過剰の熱が加えられたり或いは伝熱面が
高温にさらされる結果、その寿命や性能の面で問題が生
じていた。このような問題を解決する為、燃焼物投入量
の制御、注水或いは空気を吹込むことによって流動床を
一定の温度（ａＯＯ〜ｑ　ｏ　ｏ　℃−）以下に抑える
ことが行なわれているが、この場合処理類の低下、流動
媒体の消耗量増加或いは大きな空気供給設備の設置或い
は運転コストの上昇等の欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明け、このような欠点を除く為、流動床の温度等に
基いて流動床燃焼炉内の流動媒体保有量を変化させるこ
とにより、流動床の温度を一定の範囲内に保持する方法
を提供することを目ｎ勺とする。

〔発明の詳細な説明〕

本発明け、流動床燃焼炉において、流動床の温度が６８
０℃以下で且つ流動床への空気吹込設備に余裕のある場
合、燃焼炉内の流動媒体保有ｆｒを増加をせるように制
御し、流動床の温度が７００℃以上で流動床層の高芒に
余裕のある場合、燃焼炉内の流動媒体保有量を減少させ
るように制御することを特徴とする流動床燃焼炉の運転
方法である。

本発明者等は、前述の従来方法の問題点を解決するため
種々検討を行って来たが、流動床の温度に基いて炉内の
流動媒体の保有量を制御することによシ、流動床の温度
を適正に保持しうろことを見出だした。

つぎに第１図乃至第３図に基いて本発明を説明する。

第１図は、旋回流型流動床燃焼炉の断面概略図であって
、符号１は焼却炉、２け空気供給装置、３け焼却炉の底
部に設けた空気室、４け炉床（空気室天井）、５は流動
床、６け給じん装置、７け排出シュート、８は分納機、
９け流動媒体供給装置、１０け不燃物排出装置、１１け
二次空気供給装置、１２は排ガス排出装置、１３けディ
フレクタ部、１４けスロート部、１５はフリーボード部
、１６け水供給装置、１７は散水装置を示す。

第１図に示す焼却炉１において、焼却物は給しん装置６
より流動床５内に供給され、流動床５ｔｊ：空気供給装
置２がら空気室３及び炉床４を軽で供給される燃焼用空
気によって流動化されている。ディフレクタ１３の形状
（右側炉壁形状）や、左側を小さく右側を大きくした空
気室からの吹出し風速分布などの作用によシ、流動媒体
１ｃは図に示されているような矢印方向の旋回流が与え
られている。このため、供給された燃焼物は流動媒体の
動きに押し流されるように流動床内に拡散しつつ燃焼（
−次燃焼）し、一部の揮発分やＣＯガスその他の熱分解
ガス、微粉等が上昇するガス流に伴なわれて流動床の上
のスロート部１４やフリーボード部１５で二次燃焼する
。この間、流動媒体の一部はごみ等に含まれている不燃
物と一緒に排出シュート７から抜き川され、分給機で流
動媒体（砂）と不燃物に分離され、分離された焼却媒体
は流動媒体供給装置９を経て焼却炉に所定鼾ずつ供給さ
れ、一方不燃物は不燃物排出装置１０よシ系外に取シ出
される。流動媒体供給装置には、通常流動媒体貯留槽が
設けられている。

流動床からの揮発分、ＣＯガス等の熱分解ガス或いは可
燃性微粉は、スロート部１４及びフリーボード部１５に
おいて燃焼用空気中の残存酸素或いは二次空気供給装置
１１から供給される二次空気によシ燃焼され、生成した
排ガスは散水装置１７よシ導かれる水により一部冷却さ
れた後、排ガス排出装置を経て排ガス処理装置（図示さ
れていない）に導かれる。

第２図は、炉各部のガスの分析結果を示している。第２
図において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ。

ｆ、　ｇの各記号は、第１図に示したａ、ｂ、ｃ。

ｄ１θ、ｆ、　ｇの各符号に対応するもので、第１図の
各符号の位置のガスをサンプリングして分析した結果を
示している。なお、第２図は二次空気を供給しない場合
の各部における酸素濃度号測定したものである。

この図かられかるように、燃焼炉においては流動床部（
ａ−ｃ）における−次燃焼の割合が太きいが、スロート
部及びフリーボード部においても二次燃焼が行われてい
ることがわかる。

燃焼はこの様に一次燃焼七二次燃焼に区分できる。この
全体の燃焼にしめる一次燃焼の割合は、当然流動床層高
が大きい程、即ちガスの流動床部における滞留時間が長
い程大きくなる。つまシ同様の運転状態でも流動媒体の
炉内保有量が多い和尚動床中にて発熱する熱量が増加す
る。

流動床部における熱収支を説明すると次の様になる。

入熱ｑ＋＝−次燃焼熱（流動床内での燃焼に伴う発熱） 入熱又は出熱ｑ２：フリーボード部・スロート部からの
田入熱（輻射熱や流動媒体 がフリーボード部やスロート部を通 過する除骨は取り同伴する熱） ｑａ：流動床部温度変化に要する熱（炉壁、流動媒体等
の熱容量による熱） 出熱ｑ４：昇温に要する顕熱（吹込空気、供給燃料、炉
外よシ投入される流動媒体 等を流動床温度まで昇温するに要す る熱） ｑ５：昇温に要する潜熱（供給燃料等に含まれろ水分等
のうばう蒸発潜熱） ｑ６：同伴熱（流動床部より出てゆくガスや排出シュー
トに抜出される不燃物、 流動媒体等に伴われる熱） ｑ７：放熱（流動床部を構成する壁・床等から逃げる熱
） なお、これはあくまで通常の運転時を想定したもので、
立上時、運転停止時、補助燃焼時等では若干異なる。流
動媒体の炉内保有−９Ｔｈ増加して流動層高を高くする
ことで９１　が増加すると、それに伴なって流動床温度
が上昇してｑ４、ｑａ　％　ｑ７が増加し、またｑ２　
は出熱の場合に増加し入熱の場合に減少しｑａ　に熱が
出熱するようにバランスが変化する。即ち、熱収支によ
って、流動床層高の大きい和尚動床温度は鳥くなる。実
際の運転において炉内の流動媒体の２ｅ変化させた場合
の流動床温度、高さ、並びに空気室圧力の変化の概要を
第５図に示す。

第３図は縦軸に流動床の温度又は炉内の流動床の高さ及
び空気室の圧力を示し、横軸に時間を示す。

第３図かられかるように、炉内の流動媒体を抜きはじめ
ると流動床の温度が抜出し量に応じて下がると共に当然
のことながら流動床の高さ及び空気室の圧力も下がシ、
又流動媒体を添加しはじめると流動床の高さ及び空気室
の圧力は高くな勺、また流動媒体を添加し終ると流動体
の温度も次第に高くなってくる。尚流動媒体の添加操作
は流動床の温度の急変をさせる為徐々に加えているので
、添加操作の間は温度はほぼ一定に保たれている。

つぎに、第４図に示す都市ごみの二層流旋回流式流動床
焼却炉に基いて本発明を更に詳しく説明する。

第４図において符号２１は二層流旋回流式流動床焼却炉
、２２は押込送風機、２３は空気予熱部、２４は移動層
用空気室、２５は流動層用空気室、２６け流動床、２７
はフリーボード部、２８は排出シュート２９は不燃物取
出コンベア、３０は振動篩、３１は砂循環エレベータ、
６２は手動切換器、３３は砂貯留槽、５４は手動切換弁
、３５はごみ投入ホッパ、３６は給しん装置、３７は二
次空気送風機、３８は冷却水槽、３９は噴射水加圧ポン
プ、４０け炉頂冷却水スプレーノズル、４１けガス冷却
室、４２は温水発生器、４５は伝熱管、４４はガス冷却
水スプレーノズル、４５け電気集じん器、４６は炉内圧
コントロール弁、４７け誘引送風機、４８は煙突、４９
は不燃物貯槽、５０け飛灰貯槽、Ａけ電流計、Ｆは流量
計、Ｍはモータ、Ｐけ圧力計、Ｔは温度計を示す。

第４図において、流動用兼燃焼用−次空気は押込送風機
２２によって吸引され竹、圧された後空気予熱部２３で
排ガスにより予熱された後、二層流部回流式流動床燃焼
炉の下部の移動層用空気室２４及び流動層用空気室２５
から、その天井に設けられている穴よシ流動床の下部に
導入される。この空気によシ流動媒体例えば砂は流動さ
れ流動床２６を形成し、中央部は流動層を形成し、周辺
部の流動層用空気室から導入される流動層用空気及び炉
壁の形状によシ、矢印方向に旋回運動をしている流動層
を形成する。

ごみ投入ホッパに投入された都市ごみけ、給じん装置に
て炉頂よす移動層部の上に投入され、移動層部に落下し
た都市とみは流動層部からかぶさるように旋回してくる
流動媒体に埋まるようにして同伴されながら拡散し、流
動床内にて分解燃焼され、流動床内にて生成したＣＯや
揮発分及び可燃性微粒子は、スロート部及びフリーボー
ド部２７で燃焼し尽し、不燃物のうち小粒径のものは炉
中を上昇するガスに同伴され排出される。なお、フリー
ボード部側壁よυ、二次空気送風機６７により加圧され
た燃焼用二次ｇと気を吹込み、押込送風機２２の負荷を
軽減して動力の削減と流動床における熱収支の改善をは
かつている例が多い。燃焼排ガスは、冷却水槽３日から
噴射水加圧ポンプ３９によシ炉頂冷却水スプレーノズル
４０よシスプＶ−される水により一部冷却された後、ガ
ス冷却室に導かれ温水発生器４２の伝熱管４５を流れる
水を加熱した後、ガス冷却水スプレーノズル４４からス
プレーされる水により冷却された後、空気予熱部２３に
導かれ、空気予熱部２３中で熱交換によシ加熱炉に送ら
れる燃焼用空気を加熱した後、電気集じん器４５、炉内
圧コントロール弁４６、誘引送風機４７を経て煙突４８
から排出される。

この間、ガス冷却室４１、空気予熱部２３及び電気集じ
ん器４５等で排ガスから分離された飛灰は、飛灰貯槽５
０に送られる。

不燃物のうち大径のものは流動媒体によって炉床（空気
室の天井）端部の排出シュートに吹き寄せられ、流動媒
体の一部とともに不燃物取出コンベヤ２９により炉内か
ら取出され振動篩３０で流動媒体より分級され排出され
る。これは通常一定時間毎に一定量が取出される。振動
篩で分離された流動媒体は砂循環エレベータ６１により
持ち上げられ、再び炉内に投入され流動媒体循環系が形
成される。

流動床部２６には温度検出端が挿入されている。その温
度が例えば５５０〜６５０℃程度特！ｃ６００℃以下の
燃焼の維持に不安のあるような温度を低迷しているよう
−であれば、手動にて切換弁５４を操作し、砂貯留槽３
３から流動媒体を取出し、前述の砂循環エレベータ５１
をへて炉内に添加する。なお、このとき流動床層高と空
気室の圧力は漸増するので、押込送風機の風量を変化さ
せぬよう押込送風機の流吸計を監視しながら、モータの
回転数制御ならば回転数をあげ、吸込ベーン制御ならげ
ベーンをたて、ダンパ制御ならげその開度をあげるなど
して風圧をあげる方向に調節する。逆にニアｏｏ℃〜８
５０℃程度と流動床部２６の温度が高目であれば手動に
て砂循環エレベータ５１と炉への投入部との間にある手
動切換器３２を切換えて流動媒体の流れを砂貯留槽３６
の方に抜き出す。

この場合送風機の風量を変えぬよう、流動媒体を焼却炉
に添加する場合とけ逆の方向に操作することは言うまで
もない。流動媒体を抜き出す場合、炉内は高温であるた
め、そのままの温度で流動媒体を取出すと機器をいため
る。そこで排出シュートや不燃物取出コンベヤにおいて
水冷ケーシングなどを用いて５０〜ｂ とも４００℃以下まで冷却する。そしてその冷却能力か
ら、炉内からの流動媒体抜出速度が小さく抑えられるた
めに流動媒体の抜出しには時間を要し、第３図に示した
例では１５０℃の流動床温度降下をもたらす流動媒体抜
出に約１時間を要している。この間流動床の高さは約１
３係減少した。

逆に流動媒体を添加する場合、添加する流動媒体の奪う
顕熱によって流動床温度が一時的に低下する。このため
、昇温を目的とする場合、流動床温度を観察しながら少
量ずつ添加する必要がある。第３図に示した例では既に
６００℃程度まで流動床温度が低下していたため、それ
以上流動床温度が低下しないよう徐々に添加しつづけて
、流動床層高を約１５％増加するのに約６時間を要した
が、これによって最終的に流動床温度が約２００℃上昇
し８００℃近くとなった。

以上説明したように、流動媒体の炉内保有量調節による
流動床温度の昇降は大きな効果をもたらすものの、単純
な応答反応に置きかえられないために、自動的にこの操
作を行うためには種々の情報による判断を含む回路を必
要とする。

従って、むしろ”流動床温度低″でかつ°流動床層高を
まだあげられる″場合にけ°流動媒体添加°の警報また
は表示を操作盤等に出させ、°流動床温度高”でかつ“
流動床層高をまだ下げられる”場合には゛流動媒体抜出
″の警報または表示を出させ、流動床の温度を監視しな
がら手動により流動媒体の量を調節する方法が実用的で
ある。もちろん、マイコン内臓の操作盤においては、第
３図に関し説明したような判断を行わせて自動制御する
ことも可能である。また、流動媒体の抜出又は添加操作
は、予め定められた計を抜出した後又は添加した後、そ
の変化流動媒体量に応じた抜出又は添加の休止時間をお
いて流動床温度を確認し、引続いて抜出・添加操作を続
けるべきかどうかを判断しながら抜出又は添加を行うの
が安全である。なお、この休止時間は添加の方が抜出の
場合より長時間を必要とする。１回の抜出又は添加の量
は温度変化にて２０℃〜１００℃−１流動層高で１．５
〜１５％程度とするのがよい。休止時間は抜出で５〜５
０分、添加で１０〜１００分程度とするのがよい。

抜出又は添加の速度も前述したように一定値以下に抑え
ねばならない。抜出操作では、通常の流動媒体循環時の
抜出計をそのま捷継続する方が操作量が少なくてすみか
つ安全である。

また、手動の場合抜出又は添加操作の適当な運転条件に
なった際、確実に操作員に抜出又は添加を実行させるよ
う、警報または表示を出すようにするのが望ましい。

つぎに流動層高を何によって測定するかについて述べる
。

運転停止時にマンホール等から目視により確認したり、
おもりを下げて実測する方法は確実であるが、運転中に
できないという欠点がある。

運転中に測定する手段としては空気室（第１図において
符号３、第４図においては符号２４又け２５で示される
）の圧力がちシ、一般的に行われている。即ち°空気室
圧力″は“炉内圧力＋流動床通過圧損＋空気室からの吹
出圧損″に等しく、空気室圧力又は炉内圧力は容易に測
定でき、空気室からの吹出圧損も吹出風計・圧力・温度
などから容易に計算でき、流動床通過圧損は流動床の単
位面積あたりのみかけ重量と流動床層高の積にはｔ￥等
しいなどから次式にて容易にめる仁とができる。

〔流動床層高〕

ところで、通常、流動床層高の最大点は、炉の構造など
より施設の押込送風機等の流動床内への空気吹込設備の
能力によってきまる。これは空気吹込設備の運転動力の
最大点を経済性から定め、それに合わせて焼却炉や砂貯
留槽など他の設備の能力を設定しであることによる。従
つて、特に運転中の流動床層高を確認しなくとも子分で
ある。

押込送風機駆動部の回転数を制御することにより風圧を
制御しようという装置では、その回転数が可変＠囲のど
の位置にあるかが判ればよく、吸込ベーン制御やダンパ
制御の場合にも開度が可変範囲のどの位置にあるかが判
ればよい。

“流動床層高をまださげられる”の意味は炉の構造的な
限界から来ることが多い。即ち、流動床部に設けられた
各種検出端、図１の例の給しん装置、ディフレクタ位置
などによる。従って、その流動床層高における空気室圧
力、押込送風機風圧制御位置を確認し、その値を用いて
チェックすることができる。従って、７＜ｆ、　’ｉｌ
ｌ床層高に関する情報のかわりにそれらで代用すること
もやや間接的なきらいｆｄあるが、実用上さしつかえな
い。

流動媒体は、都市ごみ焼却炉等では燃焼物に混入して持
込まれる砂やがれき等、流動媒体となり得るものがある
ため、に漸増の傾向にあったシ、製紙スラッジ焼却炉を
けじめとする産業廃棄物焼却炉のように流動媒体は消耗
する一方で常に漸減していくものがあったりするが、そ
の変化ｔはそれ程大きくない１．そこで運転停止時の概
略量や通常の単位時間、単位体積あたりの消耗骨ないし
け燃焼物持込量を測定しておけば、抜出ｆｒは例えば笛
４図に示す不燃物取出コンベヤの能力から容易にわり出
せるし、添加量も添加速度々添加時間から容易に割りだ
すことができるため、概略の炉内流動媒体保有号を類推
することができる。この様な管理を併用すればより安全
に検挙することができる。

〔発明の効果］ 本発明は、流動床燃焼炉において、流動床層高を変化さ
せることにより被燃焼物の組成や水分計の変化に対応し
て運転費用を低減できると共に、適正な流動床温度での
運転が可能となる結果流動床温度が高くなることによる
焼却炉の損傷を軽減し、且つ流動媒体の寿命を延長する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、旋回流動型流動床燃焼炉の断面概略図、第２
図は第１図に示す炉の各部におけるガスの分析結果を示
す図表、第３図は流動媒体の抜出操作と添加操作を行う
間の流動床の温度、流動床の高さ及び空気室圧力の変化
の状況を示す図表、第４図は二層流旋回流式流動床焼却
炉の断面概略図を示す。 １・・・燃焼炉、２・・・空気供給装置、３・・・空気
室、４・・・炉床、５・・・流動床、６・・・給じん装
置、８・・・分給機　９・・・流動媒体供給装置、１０
・・・不燃物排出装置、１５・・・１４７７４２部、１
４・・・スロート部、２１・・・二層流旋回流式流動床
焼却炉、２２・・・押込送風機、２３・・・空気予熱部
、２４・・・移動層用空気室、２５・・・流動層用空気
室、２６・・・流動床、３０・・・振動篩、３１・・・
砂循環エレベータ、５２・・・手動切換器、３５・・・
砂貯留槽、３４・・・手動切換弁、５５・・・ごみ投入
ホッパ、３６・・・・給１−ん装置、３７・・・二次空
気送風機、４１・・・ガス冷却室、４５・・・電気集じ
ん器、４日・・・煙突 出願人　株式会社　荏原製作所 代理人　中　本　宏 同　井　上　昭 同　吉　嶺　桂 第１図 カ゛ス中の敞］り震度 第２図 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　流動床燃焼炉において流動床の温度が６８０℃以
   下で且つ流動床への空気吹込設備に余裕のある場合、燃
   焼炉内の流動媒体保有量を増加させるように制御し、流
   動床の温度が７００℃以上で流動床層の高さに余裕のあ
   る場合、燃焼炉内の流動媒体保有量を減少させるように
   制御することを特徴とする流動床燃焼炉の運転方法。 ２　燃焼炉内の流動媒体保有量を予め定められた一定量
   だけ変化させ、その後変化量に応じて一定時間保有量の
   変化を停止することにょシ、燃焼炉内の燃焼を安定化さ
   せる特許請求の範囲第１項記載の流動燃焼炉の運転方法
   。 五　流動床への空気吹込設備の余裕又は流動未踏 層高の余裕を、流動床への吹込空気圧−一構の調節範囲
   における位置で検知する特許請求の範囲第１項記載の流
   動床燃焼炉の運転方法。 ４、　流動床へ空気を吹込む為の空気室の圧力に−よっ
   て、流動床への空気吹込設備の余裕又は流動床層高の余
   裕を検知する特許請求の範囲第１項記載の流動床燃焼炉
   の運転方法。