JPS6044719A - 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（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付着して熱伝導を妨
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
いため投棄けざるを得ないが、その■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ブ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剤や断熱材等と
して安全に再利用できる。

そこで、下水汚泥を焼用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お１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１Ｔすることが考えられて
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
ら灰を取出さなければならないし、灰を再反溶融ざ［Ｌ
るため多くのエネルギを要する欠点を右する。

そこで、本発明者等は、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理を改め、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１９６一
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
てはサ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１゛（１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
に燃焼に必要な対流時間を与える一方、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
Ｊ：す、高い火炉ｆ）荷での燃焼を実現さけて灰分の捕
集を高率で）構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１０１はいずれも第１図に
示すように溶融灰を冷却水１０２によって急冷すること
によりスラグを得るものである。このため、スラグは細
かくひびが入り脆く崩れ易いものとなる。したがって、
この水冷スラグは直径１ｍｍ程度に細かく砕かれて砂な
どの代用品として使用づるしがなく、商品価値の低いも
のである。

本発明は、硬く粒が大ぎい結晶スラグを得ることができ
るスラグタップ式サイクロン燃焼炉を提供することをｎ
的とし、燃焼用空気の旋回流に固体燃料を乗けて粗粒と
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装備し、高火炉燃焼の
下に炉壁に溶融スラグ膜を形成してこの税に前記粗粒固
体燃料及び飛遊灰を捕捉させるスラグタップ式サイクロ
ン燃焼炉において、溶融灰を取り出すスラグ３− タップ［］に流動層から成るスラグ冷却槽を接続し、溶
融灰を徐冷す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すイクロン燃ｔＡ
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捉する
炉本体１と、この炉本体１の直下に接続されているスラ
グ分離室の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１の内壁面に向（
プ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治って固体燃料を噴射さ
ぼる。本実施例におけるバーナ２は、輸送空気に乗せて
供給される粉体撚わ１の内側から燃焼用空気を旋回させ
つつ噴ＩＪｊさけ、旋回空気の外側即ち自由渦部分に燃
料４− 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けて細か
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けて飛び散り溶融ス
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ど隣接する炉上流部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、付着した相オニ
◇固体燃料がＪｆｆＩ積し易い傾向にある。

この粗粒固体燃料のｉｆｔ積は炉内にお（プる燃焼用空
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ｉｆｆ積
を防ぐように設けられている。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どの間に構成さ
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
を灰の溶融温度よ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
若干高い程度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に流されぬ冷却流体によって冷加されている。冷加
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。ｄ／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゜５を越えると圧力損失がほとんど
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１へ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
可能に設けられる場合もある。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、金属スロート秋田ロアの場合
スラグの付着を妨げるため１ｔｔ積せずに落ちてしまう
し、堆積したど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ｌ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を太き（すると、炉内表面積が大きくな
り抜熱量が大きくなる。こ７− のため、炉の経済性が悪くなる。しかし、炉内表面積が
大きいと、溶融スラグ膜に付着せ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が高くなる。また、
炉本体１の長さｌ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、同一炉内容積を大きく
すると、即ちｌ、／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。実験結果より、上限１／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℃／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
の低下を塞ぐため、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２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Ｓｉｋ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８− 串と考えられる約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扱き取り溶融
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３Ｍ
　１９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に覆われている。

このライニング２０は耐熱レンガ２１によって包囲され
、熱放散が防がれている。スラグ分離室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２２におい
て完全燃焼させるように設けられている。そして、排気
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１！Ｉｌｌ室１
７内の燃焼ガスを灰の溶融温度以下に保つのに使用され
る。排ガスの逆流に因る燃焼ガスの湿度低下は燃焼ガス
中に含まれるフライアッシュ（飛遊灰）のスラグ分離室
壁への付着ｌ＃積を防止することができる。

スラグ分離室１７の下部にはスラグ冷却槽１８が設けら
れている。このスラグ冷却槽１８は、粒子群の下方から
流体を吹き上げて粒子群を浮遊懸濁の状態に保ち溶融灰
を冷却する、所謂流動層式冷却槽であって、本実施例の
場合、２００〜３００℃の排ガスを導入して砂２４を流
動させている。

流動層を構成する粒状物としては、砂の他に耐熱ガラス
粒、セラミック粒及びスラグ粒等が使用できる。また、
粒子群を浮′ｉ！１懸濁させる流体としては、本実施例
の場合、二次燃焼炉２２から排出されたガスの一部を循
環させて使用しているが、溶融灰の徐冷に適した湿度に
調整された温風、蒸気等を使用環境に応じて適宜選択す
ることが好ましい。この冷却槽１８の底部には固化して
沈降する結晶スラグを外部へ取出すためのスクリューコ
ンベア２５が設置されている。このスクリューコンベア
２５による結晶スラグの取出しは流動砂２４の排出も伴
うので定期的に砂の補充が必要である。

尚、本実施例の如く冷却媒体たる砂２４を流動させる流
動媒体として排ガスを利用する場合、スラグ冷加槽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内へ肌給された燃焼ガスを冷却するので
、排ガスを噴き込むボート２６を別個に設（プなくとも
良い。

また、以上の実施例にあっては本発明を立置きのスラブ
タップサイクロン燃焼炉に応用しているが、第１図に示
すような横置きのスラグタップサイクロン燃焼炉に応用
することも可能である。

以上のように構成された本発明のスラグタップ式サイク
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３図に示す。本実施例の下水汚１１− 泥処理システムは、Ｄｌｒ水装置を経た含水率９０％程
麿の下水汚泥を予熱機３０で４０〜５０℃に予熱の後、
蒸発器３１において８０〜７０％程度に蒸発濃縮させる
。その後、流動層３１において３００〜４５０°Ｃ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３２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
明のスラグタップ式サイクロン燃焼炉３５へ輸送される
。このとき、乾燥下水汚泥は平均約１００μ空程度の粉
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、
炉頂部に設置されてサイクロンバーナ２の燃料ノズル１
０から吹き出される。他方、バーナのエアノズル８から
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
側から旋回力を受けて吹き出される。あらかじめ図示し
ない補助ノズルから噴射する補助燃料を燃焼させて昇温
されていた炉本体１内に吹き出された固１２一 体燃ｒ＋は、燃焼用空気の自由うず部分において勇断力
を伴う旋回ツノ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【Ｊ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よ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へ扱ぎ出される
。したがって、スラグタップロアは燃焼ガスによって常
時温められるため、燃焼量を１／４まで絞っても灰の溶
融湿度以下に下がらない。このため、スラグタップロア
の閉塞を招くことなく広い範囲で炉を運転できる。一方
、スラグタップロアから取り出される溶融灰はスラグ冷
却槽１８内に落下して固化する。このとき、溶融スラグ
は、流動砂とこれを流動さる流体とによって徐冷される
ため、結晶スラグと成る。この結晶スラグは、ゆるやか
に冷やされるため、クラックを生ずることなく固まるの
で粒が大きく硬い。しかも、原料が下水汚泥の場合、Δ
ｆ１２０３　、Ｓｉ　０２　、ＦＣ！２０３等を主成分
どする。このため、利用価値の高いスラグとなる。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１
７内へ再循環される。これによってスラグ分離室１７内
の燃焼ガス温度は灰の溶融湿度以下に保たれ、壁部にフ
ライアッシュが付着ＩＷ積するのを防ぐ。

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
えば微粉炭を燃お１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、かなり商況（２００℃程度以上）に予熱された燃焼
用空気を使用する。

以」二の説明より明らか４にように、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ける一方粗粒固体燃料を炉本
体の内壁面に向りて吹ぎ飛ばす旋回火炎を形成するリー
イクロンバーナを装備し、高火炉燃焼の下に炉壁に溶融
スラグ膜を形成してこの膜に前記粗粒固体燃料及び飛遊
灰を捕捉させるスラグタップ式サイクロン燃焼炉におい
て、溶融灰を取り出すスラグタップ口に流動層から成る
スラグ冷却槽を接続し、溶融灰を徐冷するようにしたの
で、溶融灰が固Ｊ：る際に細かなりラックが生ずること
がない。即ち、溶融灰は結晶スラグとして回収される。

この結晶スラグは、細かな割れが入っていないので硬く
粒が大きい。このため、砂利等の代用品として使用でき
るなど利用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

１５− 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
中央縦断面図、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す中央縦断面図、第３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、１８・・・スラグ分離室、２４・・・流動砂。 特許出願人　日本ファーネス工業株式会社） １６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼用空気の旋回流に固体燃料を乗せて１１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【プて吹き飛ばす旋回火炎を形
   成するサイクロンバーナを装備し、高火炉燃焼の下に炉
   壁に溶融スラグタップ膜を形成してこの膜に前記粗粒固
   体燃わ１及び飛遊灰を捕捉させるスラグタップ式サイク
   ロン燃焼炉において、溶融灰を取り出すスラグタップ口
   に流動層から成るスラグ冷却槽を接続し、溶融灰を徐冷
   することを特徴とするスラグタップ式すイクロンザイク
   ロン燃焼炉。