JPS61173017A - 流動床による焼却方法及び流動床焼却炉 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流動床を用いて焼却を１テう流動床による焼却
方法及び流動床焼却炉に関するものである。

〔従来技術〕

流動床焼却炉は、例えば０．８〜１．２ｍｍ程度の狭い
範囲の粒径の流動砂を、底面より吹き込む流動空気、ま
たは焼却物からの燃焼ガスや水蒸気などの発生ガスによ
って浮遊流動化させ、かつ燃焼反応に適した一定温度域
、例えば６００〜８００℃程度に保つ流動床部を形成し
ている。この温度保持は焼却に不可欠のため、それより
低下する傾向のときはバーナや焼却物の混入等による助
燃を行ったり、流動床部での熱収支改善のため流動空気
を排ガスの熱などを用いて予熱したりする。この場合、
流動床焼却炉のランニングコストは主にこの助燃化と通
風動力（流動空気の押込と燃焼排ガスの誘引）であると
いってもよい。

より、流動砂の保有する熱による乾燥着火や流動砂の運
動による分散解砕などを行い、流動空気を燃焼用空気と
してほぼ完全に短時間の内に焼却物を燃焼させ、その燃
焼熱の一部は流動床部への入熱とするものである。この
ため、流動床焼却炉においては、流動空気は流動砂の浮
遊流動化と燃焼空気の二段を受は持つことになり、焼却
負荷（発生熱量）、流動砂粒径、流動空気風量の王者の
間には密接な関係が存在する。

通常、焼却負荷（発生する熱量）を定格で想定し、それ
に必要な燃焼空気風量を求め、標準的な砂粒径に応じた
単位面積当たりの上昇ガス速度となるよう炉床面積を定
める。この上昇ガス速度は、最低流動化風量ＧＭＦの２
〜３倍前後の風量に対する速度とすることが多い。

ここで、流動床部の熱収支は、入熱は次のようなものを
あげることができる。

■　焼却物と助燃物とを含む燃焼物の発熱量のうち、流
動床部に入熱するもの。

ここに発熱量は低位発熱量であって、同伴水分や燃焼に
よって生成する水分の蒸発潜熱を絶対の発熱量から差し
引いたもの。

■　流動床部に投入される、燃焼物、流動空気、砂ある
いは冷却水などの顕熱であって、その投入時の温度と量
と平均定圧比熱をそれぞれかけたものの総和。

流動空気は流動床部の熱収支を改善するために排ガスと
の間接熱交換などにより予熱されることが多いが、通常
流動床温度より低い。

出熱は次のようなものである。

■　流動床部から出てゆく排ガス、灰、砂などの顕熱で
あって、流動床の温度と量と平均定圧比熱をそれぞれか
けたものの総和。

■　冷却水の蒸発潜熱。

なお、この冷却水は燃焼物の発熱量が高くて流動床部温
度が高温度となることを防止するためのもので、通常の
焼却物で低位発熱量が１５００Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　Ｋ
　ｇ程度以下であれば用いることはない。

■　放熱損失。

以上のうち、入熱の主なものは発熱量であり、出熱の主
なものは排ガスの顕熱である。このバランスの上に流動
床温度が決まる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、定格運転時において熱収支がバランスするよう
設計したものであっても、定格以下の焼却物処理量、即
ち定格以下の発生熱量で運転しなければならない場合、
放熱損失を無視しても、発生熱量に比例して流動空気も
減らして排ガス量を減少させていかなければ、出熱超過
となって流動床部温度が下がる。

しかしながら、前述したように、流動空気量は流動砂の
流動を行う関係上一定値、即ちたかだか９０〜７０％程
度にまでしかしぼることはできない。このため、それ以
下にまで処理量即ち発生熱量を削減した部分負荷運転を
行なおうとすると、排ガスにより持ち去られる熱の損失
を補わねばならず、これを補って流動床部温度を６００
℃などの焼却運転に必要な温度に保持するよう熱収支を
たりせねばならなくなり、通風動力は下がらず、助燃化
は逆に高めとなり、焼却処理物単位重量当たりのランニ
ングコストは極めて不経済となってしまうことになる。

従って、９０〜７０％よりも低い範囲まで処理量を下げ
ようという場合には、立ち上げや停止操作等運転の労を
覚悟で運転時間を調整したり、設備や維持管理、運転の
労を覚悟で複数の炉としたりする必要があり、処理物の
量や質が大幅に増減し、発生熱量が大幅に増減するのが
通常である廃棄物焼却炉にとうて、流動床技術の適用の
際の問題点であった。

本発明は、このような従来の問題点を解決し、部分負荷
の場合においても通風動力を節減し、助燃物の消費量を
節減せしめることができる流動床による焼却方法及び流
動床焼却炉を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕 発明者らは、上記の目的を達成するために研究減少せし
めることに着目して本発明がなされた。

本発明は、流動床を用いた焼却に当たり、発生する熱量
の減少に応じて流動砂の粒径を小となし、流動化風量を
減少せしめて焼却を行うことを特徴とする流動床による
焼却方法及びその流動床焼却炉である。

〔作用〕

定格負荷時においては流動化風量は通常は最低流動化風
量ＧＭＦの３倍程度とする。負荷即ち発生する熱量が減
少する場合、例えば２／３程度になった場合に、これに
比例して流動化風量も２／３　（即ち２ＸＧＭＦ）程度
に減少せしめてもなお流動状態は保てるので空気比をほ
ぼ一定に保ったまま焼却の続行が可能であり、このとき
入熱が減少するが、それに応じて出熱も減少（排ガス風
量が減るので排ガスと共に持ち去られる出熱も減少する
）するので燃焼温度は降下することなく、燃焼を行う。

さらに負荷即ち発生する熱量が下がる場合には、これに
応じて流動砂の粒径を小さくして（例えば粒径分布が小
径の方に寄った流動砂と入れ換える）最低流動化風量Ｇ
ＭＦを下げ、実用的下限である２ＸＧＭＦも下げる。こ
れにより空気比の増大を防ぎ、排ガス風量が減り、入熱
の減少に見合って出熱も減少し、従って助燃物消費量が
減る或いはなくすと共に通風動力の減少もはかれる。

このように部分負荷時の燃焼空気量に応じた細かめの砂
に流動砂を変えることで、１／３程度まで処理量を下げ
ても定格時と同一の適正な空気比で運転可能となる。

このように、部分負荷となり発生熱量が減少して本発明
の方法を適用するのは例えば次の如き場合である。

（１）廃棄物を焼却処理する場合に、発熱量は季節によ
り大きく変動し、夏は小、冬は大となる。焼却炉の定格
は発熱量の大なる冬の条件に合わせるので、発熱量の小
なる夏においては部分負荷となる。この発熱量の変動は
予め予測されるので、夏季になる前に適当な時期に流動
砂の入れ換えを行っ−て粒度分布が小径の方に寄った砂
に取り換え、流動化風量を減少せしめる。

（２）焼却物の種類（低位発熱量が予測されている）を
成る期間ごとに変える場合。

（３）運転中に燃焼温度に変動が認められ、それが発熱
量の変動によるものである場合。

などである。何れの場合でも、流動砂を一度に取り換え
るか、何日かかかって徐々に取り換えるか、状況に応じ
て交換が行われる。

第２図は流動砂粒径Ｄｐ、最低流動化風量ＧＭＦ及び流
動床部温度との関係を示すグラフである。

粒径Ｄｐ（！：ＧＭＦとは、粒径ＤｐがほぼＧＭＦの平
方根に比例すると見てよい。

なお、空気比とは、焼却に必要な理論燃焼空気量Ｌｏ　
（Ｎｍ’　／ｈ）（焼却物を完全に燃焼させ、かつ燃焼
排ガス中の酸素濃度が０％であるような燃焼空気量）に
対する実際の燃焼空気量Ｌ　（Ｎｍ３／ｈ）の比ｍで、
次式で表せる。

ｍ　　＝　　Ｌ／Ｌ。

本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、助燃が若干入る、低位発熱量が５００１（ｃ
ａｌ／Ｋｇ前後の汚泥焼却炉の例である。

焼却炉１はフリーボード部２と流動状態の砂によって形
成する流動床部３から構成し、流動床部３底面４にはほ
ぼ全面に空気吹出部５を設けて、流動空気を均圧室６を
経てそこから流動床部３に吹き込む構造としている。そ
して、その流動床部３に焼却物である汚泥７を投入する
ための可変フィーダ８及び分散供給機９、助燃油１０の
燃焼のためのバーナ１１を備え、フリーボード部２壁に
砂供給槽重２と砂供給弁１３を備えた砂投入ノズル１４
、流動床部３の最低位置に砂排出弁１・５を備えた砂排
出ノズル１６を設けている。

１７は圧力計、１８はバーナ用空気、１９は流動空気、
２０は排ガスである。

流動砂粒径は少なくとも焼却炉１に供給するものは、運
転条件下でＧＭＦの１．５倍以上となる粒径のものを投
入する。なお、粒径の細かいものは空気輸送により排ガ
スと共に炉外へ排出されてしまうので投入しても役に立
たないのでＧＭＦ等から算出した最適な粒径の付近のも
のが望ましい。

ここで定格運転時、粒径を１ｍｍとし、ＧＭＦの３倍で
炉床面積即ち流動床部３の水平断面積を定めた焼却炉１
においては、風量はＧＭＦの２倍程度までしぼることが
可能である。即ち、空気比を変えないで定格時の２７３
まで処理量即ち発生熱量をおとすことが可能である。こ
のとき助燃量は、殆ど絶対量の変化しない放熱損失に対
応した程度の焼却物単位重量あたりの使用量増加ですみ
、通風動力も風量削減分に応じて絶対量を若干削減する
ことができる。

これ以上処理量を減らそうとすると、流動空気量は減ら
せないため、処理量が減少し、焼却物の発熱量が少なく
なった分だけ助燃使用で補わねば流動床部３の温度を維
持できず、極めて助燃量が多く不経済となる。

そこで、一旦砂排出ノズル１６より砂を抜き出し、新た
に、部分負荷に見合った適当な粒径分布（粒径が小なる
方に寄った）の砂を砂投入ノズル１４より供給して砂を
交換する。

例えばこの例で、１／３まで処理量即ち発生熱量をおと
したい場合、１／３の風量でＧＭＦの２倍となるよう、
定格時の１／２のＧＭＦを持つ砂、０．７ｍｍ程度の粒
径としてやればよい。即ち、第２図の点Ａであったもの
を点Ｂとすることで可能となる。

これにより、空気比一定で、即ち処理量と流動空気を定
格時と同一の比率で定格時の１／３にまですることが可
能となり、焼却物の単位あたりの助燃物消費量は相対的
に大きくなった放熱損失を補う程度ですみ、通風動力も
風量削減分に応じて絶対量を吸込ダンパコントロールで
定格時の６０％位、回転数制御で定格時の４０％位とす
ることができる。

従って、経済性をそれほど損なわずに定格時の１／３ま
で部分負荷運転が可能となる。

以上は助燃を必要とする低発熱量の焼却物を対象とした
例について述べたが、助燃を要しない流動床部３の温度
があがりすぎるために水を注入し冷却するような発熱量
の高いものに対しても同様に当てはまる。そのような場
合でも通風量を減らさないと大幅な部分負荷運転とした
場合助燃を必要とするようになる場合が殆どであるが、
本実施例により助燃なしで済むか、或いは少ない助燃で
済んだり、又通風動力を削減できるという効果を、前述
の実施例と同様に奏することができる。

次に第３図に示された別の実施例について説明する。こ
れは、助燃が若干入る低位発熱量が５００Ｋｃａｌ／Ｋ
ｇ前後の汚泥用の旋回流型流動床焼却炉の例である。

焼却炉ｌはフリーボード部２と流動状態の砂によって形
成する流動床部３から構成し、流動床部３水平断面はフ
リーボード部２よりも少なくとも炉出口においては小さ
くしている。また、流動床部３の底面４は緩斜面とし、
はぼ全面にわたり空気吹出部５を設け、その下側には流
動床底面４を３分割して第１室２１、第２室２２、第３
室２３より成る均圧室６があり風量調節ダンパ２４を経
なお、流動床部３最低位置に砂排出弁１５付砂排出ノズ
ル１６、フリーボード部２に砂供給槽１２及び砂供給弁
１３付砂投入ノズル１４を設けている。

焼却汚泥は可変フィーダ８により可変定量供給可能とし
、流動床部３に直接押し出す形式をとっている。

流動空気は、可変フィーダ８取りつけ側の第１室２１に
はＧＭＦの平均２倍前後の緩い流動状態になる程度の風
量を送風し、その反対側の第３室２３にはＧＭＦの例え
ば６倍程度の激しい流動状態となる風量を送風し、中間
の第２室２２にはそれらの中間の風量を送風することと
する。

これの効果により、全体として第１室２１では下降流、
第３室２３では上昇流となり、流動砂は第３図に示す旋
回流を流動床内に形成し、流動床内の攪拌混合が円滑に
行われる状態となる。

従って、本例では定格負荷時に対し砂粒径を変えないで
負荷を下げて行くには、第１室２１の吹込空気風量はそ
のままで、第２室２２、第３室２３け笛Ｑ＊’）Ｑ／７
［１１１＊ｌ”−Ｍｌ”〆１）１ノａｌｉｌＦ？−１ニ
ア１１．１−Ｆるところまで全体の流動空気吹込風量を
削減できる。第１〜３室まで各々等分に分配したとして
、次の計算 １／３　Ｘ　１　＋　１／３　Ｘ　１／２　＋　１／３
　Ｘ　１／２＝２／３ より風量は約２／３まで下げられ、従って同一空気比で
定格時の２／３の部分負荷運転が可能である。

焼却量をこれ以下に削減するには、砂粒径を変えればよ
いのは、第１図の例と全く同じである。

なお、砂粒径の交換を容易に行うよう第４図の様な砂循
環設備を設けてもよい。ここに分級機２５のふるい２６
は交換可能とし、ふるい目を幾つか揃えておく。２７は
循環砂、２８は排出砂、２９は補給砂である。

空気量をしぼる前に砂を循環させ、夕空気量としたとき
に流動化できなくなる荒い粒径の砂を適当なふるい目の
ものを用いることでふるい上とし排出砂として除去し、
その分を適切な粒径の補給砂で゛補給するということで
予除去する。こうすれば特に砂交換のために炉を停止さ
せなくても砂交換と同様なプロセスで砂粒径分布の変更
を行うことができる。

なお、第１図、第３図、第４図の例の弁は、例えば、ス
クリューやダブルダンパなど他の手段を用いても全く問
題ない。

以上の例とは逆に部分負荷の状態から風量をあげながら
、負荷を増加させる場合には、流動化できずに流動床底
面に砂がたまるような心配は無く、空気輸送等により排
ガスと同伴して炉外に排出される最小砂粒径が大きくな
り、砂が減少するだけのため、その分を補給砂として適
切な粒径の砂を炉内に投入してやるだけでよい。

ただし１、灰と共に捨てるのがおしい場合、砂を抜き出
してしまい、ないしは第４図の例では逆にふるい下から
砂の粒径の細い□ものを排出砂として、別途保管してお
けば、再び利用可能である。

〔発明の効果〕

本発明により砂粒径を変えるだけで、部分負荷において
も燃焼から求められる空気風量で流動床流動状態を良好
なままに運転することができるようになった。これによ
り、先々の焼却物の増量、季節或いは様々の事情により
時期的に変化する焼却物の量などを考慮した大型の炉を
建設しても、焼却物の量が少ない場合においても、通風
動力や助燃物消費量などのランニングコストの点で不経
済となる運転をさけることが可能となった。このため、
従来運転時間の調整のために必要とした貯留槽の類や、
運転上の立上げ停止操作、あるいは貯留中に発生する悪
臭などの問題をなくすことができる。

従って、焼却における流動床技術を一層巾のある経済性
の高いものとすることに多大の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフロー図、第２図は最低流動
化風量ＧＭＦと流動床温度と流動砂粒径との関係を示す
グラフ、第３図及び第４図は本発明の別の実施例のフロ
ー図である。 １−−４ＪｋｔＪＩ士＋１ｉ−９−・−フ＋＋−＆−Ｖ
ｔ！Ｒ−２．−−−＃ｍＦＦ部、４・−・底面、５−・
空気吹出部、６・−・均圧室、７・−・汚泥、８−可変
フィーダ、９−・分散供給機、１０・−・助燃油、１■
・・−・バーナ、１２・−砂供給槽、１３・−・−・砂
供給弁、１４・−・−砂投入ノズル、１５−−一一一砂
排出弁、１６・−・・砂排出ノズル、１７−圧力計、１
８・−・バーナ用空気、１９・−・流動空気、２０・−
・・排ガス、２１・−・第１室、２２・−・第２室、２
３−・第３室、２４・−・風量調節ダンパ、２５−・分
級機、２６・−・ふるい、２７・−・−・循環砂、２８
・−・−・排出砂、２９・−・補給砂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動床を用いた焼却に当たり、発生する熱量の減少
   に応じて流動砂の粒径を小となし、流動化風量を減少せ
   しめて焼却を行うことを特徴とする流動床による焼却方
   法。 ２、流動床部の最低部に流動砂の排出部を備え、フリー
   ボード部に開口する流動砂の投入部を備え、該投入部か
   ら、前記排出部で排出する流動砂と異なる粒径分布の流
   動砂を前記流動床部に供給することを特徴とする流動床
   焼却炉。 ３、流動床部の最低部に流動砂の排出部を備え、フリー
   ボード部に開口する流動砂の投入部を備え、前記排出部
   より排出した流動砂を分級し、排出した流動砂とは異な
   る粒度分布に分級された流動砂を前記投入部に供給する
   分級機構を備えたことを特徴とする流動床焼却炉。