JPS6044718A - スラグタップ式サイクロン燃焼炉 - 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】 本発明は、灰分くアッシュ）を多量に含む固体可燃物を
燃焼させるスラグタップ式サイクロン燃焼炉の改良に関
する。

下水汚泥の処理方法として焼却は有望なものの一つであ
る。しかし、下水汚泥には多量の灰分が含まれているた
め、焼却の際に多量のフライアッシュが発生する。この
フライアッシュはボイラ伝熱面等に１１着して熱伝導を
妨げたり、大気汚染を招く虞れがあるので捕捉して取出
さねばならない。

アッシュを乾燥状態で取出す場合、他に有益な用途が無
いため投棄せざるを得ないが、その量が年々増大するた
め投棄場所にも困るという新な問題を含んでいる。しか
し、このアッシュも溶融してスラグ化すれば六価クロム
の溶出もほとんど見られずセメントの骨材や断熱材等と
して安全に再利用できる。

そこで、下水汚泥を焼却する際に生ずるアッシュに対し
ても溶融して取出すことが望まれるが、従来の焼却法に
あっては流動層において補助燃料を焚いて下水汚泥を乾
燥させつつ燃焼させているので乾燥状態でしか取出すこ
とができない。このため、従来は、乾燥状態で取出した
アッシュを再び電気炉、コークス炉あるいはマイクロ波
等で溶融して溶融灰として１９ることか考えられていた
。

しかし、この方法は、高価な除去装置を用いて燃焼炉か
ら灰を取出さな（プればないないし、灰を再度溶融させ
るため多くのエネルギを要する欠点を有する。

そこで、本発明者は、一つの流動層で下水汚泥の乾燥と
燃焼を図っていた従来の下水汚泥処即を改め、蒸発、乾
燥、燃焼を夫々別の装置で実施すること、即ち流動層に
おいて汚泥を乾燥させて粉末状の乾燥汚泥を得る一方こ
れをスラグタップサイクロン燃焼炉において燃焼させて
同時に灰分を溶融して取出すことを考えた。

微粉燃料を燃焼させ灰分を溶融状態で取出す燃焼炉とし
てはリーイクロン燃焼炉がある。これは、噴射燃料の外
側に燃焼用空気を旋回させつつ噴射して燃料即ち微粉炭
に強い旋回運動を与えて遠心作用で粗粒と微粒に分離し
燃焼させるものである。

即ち、このサイクロン燃焼炉は、粗粒石炭を壁内面の溶
融スラグ膜上に捕獲させて空気との著しい相対速度の下
に燃焼に必要な滞留時間を与える一方、微粒石炭を浮遊
状態で揮発分とともに極めて短時間に燃焼させることに
より、高い火炉負荷での燃焼を実現さＵ゛て灰分の捕集
を高率で達成し゛ようとするものである。しかるに、こ
の従来のサイクロン燃焼炉は、第１図に示すように燃焼
炉１０１を横置きにして燃焼ガスの出口１０２とは異な
る位置に穿孔された壁部のスラグタップ口１０３から溶
融灰のみを取出して冷却槽１０４で固化させるように構
成されている。この従来の燃焼炉にあっては、燃焼炉を
立型とした場合、灰分が炉壁に到達する前に炉外へ流出
して灰分の捕集率を実用にならない程著しく低下させる
からである。このため、焚ぎ量を絞る場合、スラグタッ
プ口１０３の付近が冷えて固化するスラグにスラグタッ
プ口１０３が閉塞される問題が生ずる。そこで、本発明
者等は、従来に無い画期的なサイクロンバーナ及び炉本
体を開発した上でこれらを立型に配置し、その底部にス
ラグ分離室を設けて燃焼ガスを溶融灰と同じ出口から流
出させる一方、燃焼ガスを側方へ扱き取るど共に溶融ス
ラグを下部のスラグ冷却槽へ落下３− させること考えた。しかるに、このスラグタップサイク
ロン燃焼炉にあっても、スラブ分離室の壁面にフライア
ッシュが付着ＩＷ積する問題がある。

本発明は、上）４（の問題を解決すべく為されたもので
あって、スラグ分離室の壁面にフライアッシュの付着堆
積が生ずることの無いスラグタップサイクロン燃焼炉を
提供することを目的とし、燃焼用空気の旋回流に固体燃
料を乗せて粗粒と微粒に分離し、微粒固体燃料を空間燃
焼させる一方粗粒固体燃！’！ｌを炉本体の内壁面に向
けて吹き飛ばす旋回火炎を形成するサイクロンバーナを
炉頂部に設けると共に炉底部の出口を絞ってスラグタッ
プ口を形成して成る炉本体を垂直に立設し、この炉本体
の直下に側壁に燃焼ガスを導き出す煙道を有し且つ下方
に落下する溶融灰を固化するスラグ冷却槽を接続したス
ラグ分離室を段ける一方、このスラグ分離室に排ガスを
導入して燃焼ガスの温度を灰の溶融温度以下に低下させ
るようにしたものである。

以下本発明の構成を図面に示す一実施例に基づ＝４− いて詳細に説明する。

第２図に本発明に係るスラグタップ式サイクロン燃焼炉
を中央断面図で示す。このスラグタップ式サイクロン燃
焼炉は、旋回火炎を形成するサイクロンバーナ２と、溶
融スラグ膜をライニング壁に形成して灰分を捕促す′る
炉本体１と、この炉本体１の直下に接続されているスラ
グ分離室１７及びスラグ冷却槽１８とから成る。

前記サイクロンバーナ２は、燃焼用空気の旋回流に固体
燃料を乗せて粗流と微流に分離し、微粒固体燃料を空間
燃焼させる一方粗流固体燃料を炉本体１の内壁面に向け
て吹き飛ばす旋回火炎を形成するものであって、強力に
旋回する燃焼用空気の流れに沿って固体燃料を噴射させ
る。本実施例におけるバーナ２は、輸送空気に乗せて供
給される粉体燃料の内側から燃焼用空気を旋回させつつ
噴射させ、旋回空気の外側即ち自由渦部分に燃料を供給
するように設けられている。旋回空気の自由渦部分に供
給された燃料は渦流のなかで剪断力を受【ブて細かく分
断され速やかに燃焼用空気ど混合される。したがって、
粒径の細かなものは自由渦内において空間燃焼し、粒径
の大きなものは旋回する燃焼用空気によって激しい加速
旋回作用を受けて炉内壁面へ向（ブて飛び散り溶融スラ
グ膜に捕獲されてから高い火炉負荷の下に燃焼する。尚
、図中符号８は燃焼用空気を噴射するエアノズル、９は
旋回器、１０は固体燃料を噴射する燃料ノズルである。

前記バーナ２と隣接する炉上流部３は、火炎の逆流が起
き易く温度も低い流域であることから、付着した粗粒固
体燃料が堆積し易い傾向にある。

この粗粒固体燃料の１「Ｃ積は炉内における燃焼用空気
の渦流の乱れを招くことから好ましくない。そこで、炉
上流部３の広がり半角θをＯ°≦θ≦４５°として溶融
スラグ膜上層の重力流下を促し、粗粒燃料のｕｔ積を防
ぐように設置プられている。この炉上流部３の内壁は耐
火物のライニング４で覆われ、外壁５との間に構成され
る内部流路６に流される冷却流体によって冷却される。

そして、この耐火物ライニング４の冷却は、壁面温度を
灰の溶融温度にり高くしなければならないが、高過ぎて
もスポーリングを起して崩れるので灰の溶融温度より若
干高い稈麿に抑えなくてはならない。尚、図示していな
いが、炉上流部３は、耐火物のライニング４を施さずに
冷却流体で冷却された金属製の内壁とし、粗粒燃料等を
急冷してこれらが付着するのを防止することもある。

炉本体１は、火炎の旋回を妨げないように円筒形を成し
ており、その内壁１１に耐火物のライニング１２を施し
ている。この耐火物のライニング１２は、スポーリング
を起して崩れぬように内壁１１と外壁１３との間の流路
１４に流される冷却流体によって冷却されている。冷却
流体は、上述した炉上流部３を冷却するものと同じく、
水あるいは空気若しくは油等が使用可能である。

炉本体１の出ロアは漸次口径を狭めて絞られている。こ
の炉出ロアの口径ｄと炉内径りとの比ｄ／Ｄは０．２〜
０．５の範囲に収めることが好ましい。（１／Ｄが０．
２を下回ると灰捕獲率に好ましい変化がないのに急速に
圧力損失が増大し、０゜７− ５を超えると圧力損失がぼとんど変化しないのに灰の捕
獲率が急速に低下するからである。スロート状の出ロア
は図示の如くライニング材１２で一体に形成される場合
もあるが、金属で形成して冷却可能に段（プられること
もある。炉下流部・出ロアは炉内温度が低くなるため、
溶融スラグが固まり炉内を狭めて塞いで行くことがある
が、金属スロート払出ロアの場合スラグの付着を妨げる
ため堆積せずに落ちてしまうし、」ａ積したとしても棒
等で突けば炉を傷付けずに簡単に剥離してしまう。

尚、図中符号１５は出口部７を構成するライニング１３
を支える金属プレート、１６は出口部のライニング材を
冷却する冷却水槽である。

この炉本体１の長さ℃と内径りとの比１／Ｄは１．５〜
３．５の範囲に採られる。一般に、同一炉内容積の場合
において１／Ｄを大きくすると、炉内表面積が大きくな
り抜熱量が大きくなる。このため、炉゛の軽済性が悪く
なる。しかし、炉内表面積が大きいと、溶融スラグ膜に
付着Ｕ”ず浮遊している粗粒燃料やフライアッシュが付
着する確率８− が高くなる。また、炉本体１の長さβが長いと、火炎の
広がりが狭くともフライアッシュ等が溶融スラグ膜に捕
獲される確率が高くなる。しかしながら、その反面、同
一炉内容積の下に炉本体１の長ざ℃を長くして炉内表面
積を大きくすると、即ちβ／Ｄを大きく採ると、火炎温
度が低くなってスラグが溶融しなくなり、却って灰分の
捕集率が低下する。実験より、上限℃／Ｄは約３．５で
ある。そして、このときの灰の捕集率は９５％程度であ
る。他方、同一炉内容積において１／Ｄが小さくなると
、即ち炉本体長さ℃が短かくなり炉内径が大きくなると
、炉内表面積が小さくなって抜熱量が小さくなり、火炎
温度の低下を防ぐため、これを原因とする捕集率の低下
は防ぎ得る。しかし、炉本体１の長さ℃が短かくなると
、火炎の旋回流によって十分な遠心力を受けて炉壁に飛
び散る前に炉外へ排出される等して却って捕集率を低下
させることとなる。そこで、灰の実用捕集率と考えられ
る約８５％時の１／Ｄを下限とし、その値を約１．５と
する。

上述の炉本体１の直下にはスラグ分離室１７が設けられ
ている。このスラグ分離室１７は、側壁部に燃焼ガスを
扱き取る煙道１９を有し、落下する溶融灰と共にスラグ
タップロアから流出する燃焼ガスを側方へ抜き取り溶融
灰のみを下方のスラグ冷却槽１８へ導くものである。し
たがって、燃焼ガスはスラグタップロアを経た後煙道１
９から取り出されるのでスラグタップロアを常時溝める
。

スラグ分離室１７の燃焼ガスが通過する部分の内壁面は
耐火物のライニング２０に被われている。

このライニング２０は断熱レンガ２１によって包囲され
熱放散が防がれている。スラグ分ｌ１ｌＩｆ室１７の煙
道１９は水平方向に設けられており、重力落下する溶融
灰の流れと直交する方向に燃焼ガスを引ぎ抜き次の装置
あるいは大気中へ送り出す。本実施例の場合、煙道１９
は二次燃焼室２２に接続され、本発明のスラグタップサ
イクロン燃焼炉から排出された燃焼ガスを二次燃焼室２
２において完全燃焼させるように設けられている。そし
て、排ガスは脱硫集塵冷却管２３において硫黄分や塵埃
等を除去して清浄化された後排気される。この排気ガス
の一部はスラグ分離室１７へ戻され、スラグ分離室１７
内の燃焼ガスを灰の溶融湿度以下に保つのに使用される
。灰ガスの逆流に因る燃焼ガスの温度低下は燃焼ガス中
に含まれるフライアッシュ（飛遊灰）のスラブ分離室壁
への付着堆積を防＋１ニすることができる。

スラグ分離室１７の下部にはスラグ冷却槽１８が設【プ
られている。このスラグ冷却槽１８は排ガスを導入して
砂２４を流動させるものであって、流動する砂２４によ
って溶融灰を除去してスラグ化するものである。本実施
例の場合、二次燃焼炉２２から排出された排ガスの一部
を戻して砂２４を温め流動させるものである。流動砂中
に混入した溶融灰は徐冷されて結晶スラグとなる。この
結晶スラグは、急冷によって得られる脆い水冷スラグと
は異なり、硬くかつ粒が大きいのでコンクリートの骨材
として利用できる等利用価値が高い。

結晶スラグは流動砂の中を徐々に沈澱する。そこで、ス
ラグ冷却槽１８の底部にスクリューコンペ１１− ア２５を設置し、結晶スラグを取出し得るＪ：うに設置
づられている。スクリューコンベア２５による結晶スラ
グの底部取出しは流動砂２４のＪ、Ｉ＋出も伴うので定
期的に砂の補充が必要である。尚、本実施例の如く冷！
Ａ媒体たる砂２４を流動させる流動媒体として排ガスを
利用する場合、スラグ冷却槽１８の底部から噴出された
排ガスが砂２４を流動させた後スラグ分離室１７内へ供
給された燃焼ガスを冷却するので、排ガスを吹き込むボ
ート２６を別個に設けなくとも良い。

また、水冷スラグを得る場合には、第３図に示すように
、冷却媒体として冷却水２７を使用したスラグ冷７ｉ０
槽１８−を設置する。この水冷式スラグ冷却槽１８′は
、溶融灰を水没さ仕て急冷するものであって、沈澱した
水冷スラグを定期的に底部の取出し口２８から冷却水２
７と共に排出する。

水冷スラグは急冷されて固化するため、細くひびが入り
脆く崩れ易い。このため、直径１＋ｎｍ程度に細かく割
れ、砂などの代用品として使用可能である。

１２− 以上のように構成された本発明のスラグタップ式すイク
ロン燃焼炉を下水汚泥処理システムに組込んだ実施例を
第４図に示す。本実施例の下水汚泥処理システムは、脱
水装置を経た含水率９０％程度の下水汚泥を予熱器３ｏ
で４０〜５０℃に予熱の後、Ｍ発器３１において８０〜
７０％程度に蒸発濃縮させる。その後、流動層３２にお
いて３００〜４．５０℃の過熱蒸気を使って加熱し乾燥
させる。乾燥した下水汚泥は、過熱蒸気と共に流動層３
２のフリーボードを上昇してサイクロン３３内に導入さ
れ、過熱蒸気と分離される。乾燥下水汚泥は、スクリュ
ーコンベア３４によって本発明のスラグタップサイクロ
ン燃焼炉３５へ輸送される。このとぎ、乾燥下水汚泥は
平均約１００μ蛮程度の粉末となっており、燃焼し易い
ものである。この乾燥汚泥は、ポンプから圧送されてく
る空気によって輸送され、炉頂部に設置されたサイクロ
ンバーナ２の燃料ノズル１ｏから吹き出される。他方、
バーナのエアノズル８がらは炉壁内部を通過して温めら
れた燃焼用空気が燃料の内側がら旋回力を受けて吹き出
される。あらかじめ図示しイｆい補助ノズル７１）１１
う噴射する補助燃料を燃焼させて胃湿されていた炉本体
１内に吹き出された固体燃料は、燃焼用空気の自由うず
部分において剪断力を伴う旋回力を受けて燃焼用空気と
速やかに混合し、細かな乾燥下水汚泥を瞬時に燃焼させ
る。

また、空間燃焼し切れない粗粒下水汚泥は旋回する燃焼
用空気により遠心力を受けて炉壁のスラグ膜に付着して
から燃焼する。スラグ膜上に付着した乾燥下水汚泥は火
炉内の高負荷燃焼に、１：って灰となった後溶融し徐々
に流れ落ちる。このとき、燃焼ガスは溶融灰と共にスラ
グタップロアを通って炉本体１外へ排出された後スラグ
分離室１７の煙道１９から二次燃焼室２２へ抜ぎ出され
る。したがって、スラグタップロアは燃焼ガスによって
常時温められ１、燃焼用を１／２〜１．／７Ｉに絞って
も溶融限界温度１ズ下の低温に下がらない。従来の横置
きスラグタップ炉にあっては燃焼量を１／２以下に絞る
とスラグタップ口の閉塞を招いていたが、本発明のスラ
グタップ炉では燃焼量を１／４に絞ってもスラグタップ
口の閉塞を惹起することがない。このため、スラグタッ
プ炉の運転範囲を広くすることができる。一方スラグタ
ップロアから取り出される溶融灰は炉底部のスラグ冷却
槽１８内に落下し固化する。このとき、流動砂２４を冷
７Ｊｌｉ体とする冷却槽１８の場合には結晶スラグが得
られ、冷却水を利用した冷却槽１８′の場合には水冷ス
ラグが１ｑられる。いずれも、原料が下水汚泥テアルタ
メ、Ａｄ２０３Ｓｉ　０２　Ｆｏ　２０３等を主成分と
する利用価値の高いスラグである。この−次燃焼炉にお
ける燃焼は、理論空気量の７０〜９０％で部分燃焼させ
て窒素酸化物（ＮＯｘ　）の発生を抑える。そして、未
燃分は二次燃焼炉２２で完全燃焼させる。尚、排ガスの
顕熱は流動層３２に送り込まれる過熱蒸気を加熱する加
熱器３６の熱源として利用し、熱エネルギを回収する。

また、排ガスの一部はスラグ分離室１７内へ再循環され
る。これによってスラグ分離室１７内の燃焼ガス湿度は
灰の溶融温度以下に保たれ、壁部にフライアッシュが付
着堆積するのを防ぐ。

１５− 尚、上記実施例においては、乾燥下水汚泥を燃料とした
ものを挙げたが、灰分を多く含むその他の固体可燃物例
えば微粉炭を燃料とする燃焼システムに利用することが
できることは言うまでもない。この場合、微粉炭は燃焼
し難いので燃焼用空気に酸素を富化したものを用いたり
、かなり高温（２００℃程度Ｊｘ上）に予熱された燃焼
用空気を使用する。

」メ上の説明より明らかなように、本発明は、燃焼用空
気の旋回流に固体燃料を乗せて粗粒と微粒に分離し、微
粒固体燃料を空間燃焼させる一方粗粒固体燃料を炉本体
の内壁面に向けて吹き飛ばす旋回火炎を形成するサイク
ロンバーナを炉頂部に設りると共に炉底部の出口を絞っ
てスラグタップ口を形成して成る炉本体を須直に立設し
、この炉本体の直下に側壁に燃料ガスを導き出す煙道を
有し１つ下方に落下する溶融灰を固化するスラグ冷却槽
を接続したスラグ分離室を設ける一方、このスラグ分前
室に排ガスを導入することにより、スラブ分離室内にお
ける燃焼ガスの温度を灰の溶融１６一 温度以下に低下させるようにしたので、燃焼ガスの流れ
に乗ってフライアッシュがスラグ分離室内に運び出され
たとしてもこのアッシュは冷えて固まり粘性を無くすた
め、スラグ分離室の壁面に付着することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスラグタップ式サイクロン燃焼炉を示す
中央断面図、第２図は本発明に係るスラグタップ式サイ
クロン燃焼炉の一実施例を示ず中央断面図、第３図はス
ラグ冷却槽部分の他の実施例を示す中央断面図、第４図
は本発明に係るスラグタップ式サイクロン燃焼炉を利用
した下水汚泥焼却システムの概略説明図である。 １・・・炉本体、２・・・バーナ、７・・・スラグタッ
プ口、１７・・・スラグ分離室、１８・・・スラグ冷却
槽、１９・・・煙道、２６・・・排ガス噴込みポート。 特許出願人　日本ファーネス工業株式ζ≧）代理人　弁
理士　八　１）　幹　雄 代理人　弁理士　村　瀬　−美。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼用空気の旋回流に固体燃料を乗じて粗粒と微粒に分
   離し、微粒固体燃料を空間燃焼させる一方粗粒固体燃料
   を炉本体の内壁部に向けて吹き飛ばす旋回火炎を形成す
   るサイクロンバーナを炉頂部に設けると共に炉底部の出
   口を絞ってスラグタップ口を形成して成る炉本体を垂直
   に立設し、この炉本体の直下に側壁に燃焼ガスを導き出
   す煙道を有し且つ下方に落下する溶融灰を固化するスラ
   グ冷却槽を接続したスラグ分離室を設ける一方、このス
   ラグ分離室に排ガスを導入して燃焼ガスの温度を灰の溶
   融温度以下に低下させることを特徴とするスラグタップ
   式サイクロン燃焼炉。