JPS6131893A - 流動床焼却炉における熱回収装置 - 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、廃棄物の流動床焼却炉における熱回収装置に
関するものである。

〔従来技術〕

本発明者等の一部の者は、焼却炉の排ガス流路中に水管
部全配備し、その流路の一部？形成する着脱可能な移動
壁に該水管部を取り付け、該移動壁と共に水管部全水平
に引出し得るようにした排熱回収熱交換器を提案した（
特開昭５８−２２１　５８１　　号　ン　。

この排熱回収熱交換器は、既に焼却炉出口部のダクトに
接続して実施でれており、高い熱回収率と良好なメンテ
ナンス性並びに従来の熱回収装置の問題点であった伝熱
管の寿命や伝熱面へのスケールの付着の問題の改善など
実用±極めて有効なものである。

ところで、排カスからの間接式熱交換器やボイラーなど
による回収可能熱量全力えると下記２点により制限され
ている。

第１点として、焼却炉においては、灰溶融による煙道の
閉塞、排ガス流路中ＶＣ挿入された機器へのスケールの
付着等のトラブルを避けるために焼却炉炉頂温度’１１
０００℃前後に抑えるため、大気吹込みあるいは水噴霧
等の手段による制御を行っている。このため、空気吹込
または水噴霧の分だけ排ガスからの熱回収可能熱量の損
失がある。

第２点として、排ガス温度が１５０〜２００℃程度以下
のｌｆＡ度になると、特に廃棄物焼却炉排ガスからの熱
回収装置においては、ＨＣＺ　。

ＳＯｚ　、　ＮＯｘ　等による酸露点腐食やアンモニウ
ム塩、アルカリ塩による腐食全はじめとする激しい低温
腐食を受けること、加熱側と受熱側の占度差が例えば５
ｏ〜ｉｏｏ’ｃと小さくなると、有効温度差が小きいた
めに熱交換に必要な伝熱面積が急激に増加することなど
から、排ガス温度は２００へ３０１１１１Ｃ程度まで降
下させるのが限界であって、このことがら熱回収量は限
られていた。

このため、少くとも第１点の熱損失に注目して焼却炉内
における高い温度と、火炎や流動床面あるいは流動床壁
面などからの高い輻射熱を利用して熱回収匍會向上させ
るために、流動床焼却炉内に熱交換器全挿入することが
考えられるが、これには次のような問題点があるため、
都市ごみや含水スラッジなど発熱量の変化する焼却物に
関しては流動床式焼却炉内に熱交換器を挿入することは
行われていなかった。

即ち、 第１点として、流動床の温度の維持が困難になるという
ことがおげられる。ＩＡｔ動床焼却炉はストーカ炉など
と異なり流動床における燃焼反応全安定に維持し、かつ
流動床？形成する流動砂の消耗・浴融奮防止するために
流動床奮通常り００〜８００℃少くとも５００°〜９０
０℃の温度域に保持する必要がある。しかしながら、流
動床焼却炉は、燃焼反応の可成の部分が流動床内で進行
するために、ストーカ炉に比べて、フリーボード部の容
積は小さくすることができ、この利点を生かした小さい
フリーボード部の場合、炉内に挿入する熱交換器と流動
床との距離は短かくならざる葡得ないため、熱交換器と
流動床間の輻射伝熱′１３には大きく、高発熱量の廃棄
物音焼却する場合には問題はないが、低発熱危の廃棄物
を焼却する場合−では流動床における熱バランスが悪化
し流動床温度葡維持するために石炭やパーク等の高発熱
量の助燃物音投入するとか、バーナによる助燃などを行
う必要が生ずる。

従って、常に廃棄物発熱址が高い場合全のぞき、発熱量
に季節変動のある都市ゴミ焼却炉、複数の種類の廃棄物
全党は入れている産業廃棄物焼却炉あるいに含水率がロ
フトにより変動するスラッジ焼却炉などでは、固定した
熱交換器ケ設けることは危険であった。　　。

第２点として、余剰回収熱の処理の問題がある。焼却炉
内に伝熱管を設ける場合、バイパス等による熱源の％ｉ
　ｆ制御することが出来ず、且つ、伝熱面や熱媒流体の
保握の意味から伝熱管内の熱媒温度に一定値以上に上げ
られないため、受熱側（熱媒体）と放熱側（炎）との有
効温度差の調節も出来ず、従って熱回収量は焼却炉内の
状態によって決ってしまう。このため、最大熱回収量全
熱利用側での必要熱量より小さくして、不足分全熱利用
側の補助熱源により補う方式とするか、或いは熱回収量
に応じた熱利用ｔすることなしには、余剰回収熱が生じ
ることになる。この余剰回収熱が生ずる場合、この熱を
簡易に且つ低コストで放熱処理しなければ、せっかく廃
熱を回収してもい友ずらに余剰熱処理にコストや管理・
メンテナンス等の負担全増大させ、熱回収の意義が半減
してし１う。

第５点として焼却炉運転停止時の問題がある。

即ち、焼却炉の運転を停止しても炉壁や流動床の熱容量
が大きいため、輻射熱が熱交換器に入り続けるため、熱
回収設備の運転停止はできず、第２点と同様コストや管
理等の負担がかさんでしまう。

第４点としては、熱交換量の大きいことがあげられる。

前に述べたように熱交換器は火炎や流動床、炉壁等から
の輻射熱を受けるため、単位面積当りの熱流量が大きい
。このため、排ガス側のスケール等はあまり伝熱抵抗と
はならず、小さな面積で大きな熱交換容置か得られる反
面、管内側の乱流が十分に発達していないと管壁部が局
部的ＶＣ温度上昇會起す危険がある。又、管内へのスケ
ールの付着や、熱媒循環散の不足によるバーンアウトが
生じた場合、その部分の管壁の温度が上昇して、腐食・
酸化等により伝熱面の寿命全縮めてしまったり、伝熱管
の熱歪を生じ芒せてしまうことが予想される。

第５点として、伝熱管が破損した場合、それ？早急に検
卸し対応しないと、熱媒流体が炉内に漏れｆｃ場合、爆
発や耐火材の損傷などの危険がある。

そして、上記第１点に関しては、前に述べた特開昭５８
−２２１５８１号公報記載の焼却炉の排ガス流路中に水
管部葡移動壁と共に外方に水平に引出すようにした移動
装置金有する排熱回収熱交換器全外部に引出し可能とす
る構造をとり入れて、助燃燃料等の投入が必要なまでに
流動床の熱バランスが悪化した場合、すみやかに外部に
引出し可能として解決し、また前記第２点及び第５点に
関しては、熱回収設備（熱交換器）から熱利用設備に到
る配管全分枝し、該分枝した配管を補助冷却器に導き、
該補助冷却器中に保持される水面下にある熱交換器中に
熱媒を導いて水の蒸発潜熱を利用して余剰熱上効率良く
安価な設備により放熱することにより解決したが、本発
明は、前記第４及び第５点全解決すると共に、第１点の
流動床の熱バランスの悪化の防止全史に改善するもので
ある。

〔発明の構成〕

不発ｒ！Ａは、流動床焼却炉内に挿入した伝熱管に熱媒
体全強制的に循環して該焼却炉の熱？回収する装置にお
いて、流動床焼却炉の炉壁の一部七着脱可能な支持壁と
し、該支持壁に伝熱管を取り付けることにより伝熱管金
外に引出すことを可能とした流動床焼却炉における熱回
収装置である。

流動床焼却炉中に直接伝熱管全挿入して該炉で発生する
廃熱を回収する場合、前記従来技術の項で説明した５つ
の主な問題点があり、これら１全て解決することなしに
は発熱量の変動する焼却物の流動床焼却炉中に伝熱管？
挿入して熱を回収することはメリットが生じにくかった
。

特に前に説明したように、余剰熱を効率良く、且つ安価
な設備により放熱する考案と相俟って、流動床焼却炉内
の燃焼状況ｖＣＩ、′ｉ、じ伝熱面ヲ脚節可能とする熱
交換器を使用し、且つ自然循環方式でなく、熱媒を強制
循環させる方式を採用した熱交換器ケ抜出しつるようＶ
Ｃすることによって、流動床焼却炉内に直接、熱交換器
（伝熱ｇ）全；ＭＴ人し９ることを見出だした。

つぎに、図面に基いて本発明盆前・シく説明する。

第７図は、並列２ケの内部に熱媒を強制循環するように
した管で構成される熱交換器２により熱を回収し、この
回収した熱ゲ並列２ヶの熱利用設備１１で利用する参牟
熱回収設備の主妾部の欅□略フロー図會示す。

該図７Ｉｎ’　ｖｃは示されていないが、焼却炉の炉壁
の一部′ｆｒ、着脱可能な支持壁とし、該支持壁に取り
付けられ、且つ流動床焼却炉のフリーボード部１中に挿
入芒れた熱交換器２中に、ポンプ６により昇圧された熱
媒を強制循環せしめ、該熱又換器中で、炉内のガスと−
の対流熱伝達と、それよＶも圧倒的に大きな炉壁、火炎
、流動床などからの輻射熱伝達により加熱され、該加熱
された熱媒は、配管５により熱利用設備１１に導かれ、
該熱利用設備で冷却された熱媒は配管５、ポンプ６′ｆ
ｃ経て熱交換器２に循環せしめられる。

ところで、従来技術の項で説明したように、廃棄物を焼
却する焼却炉においては、廃棄物の発熱量が一定してい
ないため、熱交換器で回収される熱量が熱利用設備１１
における需要熱量に満たない場合が生ずる。このような
場合に対応するため、熱利用設備側に補助ボイラー等を
設けておき、熱利用設備に導入される熱媒全加熱するか
、或いは熱利用側に直接不足分の熱量を供給するように
するのが好ましい。又廃棄物の発熱量が犬となった場合
には、回収熱蓋が熱利用側の需要熱量ケ上まわり、余熱
が生ずること＼なるが、このような場合この余熱を効率
よく放熱しないと熱交換器に循環される熱媒が過熱して
熱媒の気化や伝熱管、熱媒側壁へのスケールの付着、熱
媒の種類によっては熱媒の分解、重合等による劣化が生
ずる。

このような場合、第７図に示す例においては、熱オリ用
設備１１に加熱媒体？導く配管６上に温度検仰器９′を
設け、この温度に基いて温度調節器９により流量調節弁
１０？開き、（或いは開度音大としン、熱媒奮補助冷却
器１２の熱交換器４に導き、余剰熱？効率良く放熱する
ように構成きれている。即ち、熱媒の余剰熱を放熱する
ための熱交換器４は補助冷却器の中に貯えられている水
の水面下に位置し、熱媒は水と間接的に熱交換するよう
に構成きれており、且つ補助冷却器は大気開放端により
大気に開放されているので、補助冷却器中の水１−ｊ：
１００℃で沸騰し、熱交換器中の熱媒は水の蒸発潜熱に
より効率よく冷却される。蒸気となった水は大気開放タ
ンク１５からボールタップ１４により補助冷却器１２中
の水位が常に一定になるよう、水が補給される。冷却さ
れた熱媒は、配管５會経て熱利用設備で冷却された熱媒
と合流し、ポンプ６により熱交換器２に循環せしめられ
る。

焼却炉には２つの熱交換器が挿入されているが、出口側
温度指示計８．８′の指示温度金みながら、単位面積当
りの受熱量に応じた壁面と熱媒との伝熱に必要な熱媒の
乱流強度葡与える熱媒の最低流量以上の流量で、かつ、
熱交換器出口熱媒温度が熱利用設備に適当な１００℃以
上の適切な値ではソ一定になるように、入口の弁開度が
調節される。

熱媒膨張タンク１９には、通常運転時の熱媒レベルの上
限近傍には高位接点２２、下限近傍には低位接点が設け
られており、熱媒の熱膨張を吸収し、かつ熱媒の漏れに
よす熱媒レベルが低下し′ｆｃ場合には下位接点により
、熱媒の気化乃至は熱媒への外気の混入などで熱媒レベ
ルが上昇した場合には上位接点により警報を出すように
しである。

熱媒循環量は、前述したように熱オリ用設備からの戻り
熱媒温度及び伝熱面での単位面積当りの受熱量に応じた
熱媒によって必要となる熱媒管内流速によって決るが、
後者が、管壁過熱や熱媒局所過熱により分解・劣化ある
いはスケーリング上越こす熱媒において重要である。

熱交換器孕６ケ以上設ける場合にも第７図に示す場合と
同様熱交換器の出口部に設けた温度計により入口弁を調
節する方式で並列に設けるとよい。なお、直列に接続す
る場合、その最下流側の温度計以外に不要である。

熱利用設備は１ケでも、三ヶ以上でも％に第７図に示す
装置と変わる点はない。補助冷却器は、蒸発情熱を利用
しているために補給水量がわずかですみ、従ってこのた
めの運転勤カも少なくてすむ。又、液−沸騰水熱伝達が
成立するため、伝熱係数か大きく、補助冷却器は小さな
ものですむ。

温度検仰器全第７図に示す位置としたのしよ、熱利用設
備に一定温度の熱媒？供給する目的の外に、廃熱熱交換
器により過熱して熱媒が劣化するのを防止する目的もあ
る。また圧力調節弁ｉ　７　ｆ設けたのは熱利用設備に
一定圧方にて熱媒を供給するという目的の外に、廃熱熱
交換器内での気化あるいは配管閉息などによる配管や熱
交換器の内圧上昇全防止する目的もある。

補給水の供給量調節は８１！７図に示すボールタップ式
の外にレベル計により補給水弁？開閉し′ｆｃ９補給水
ポンプ全発停させたりする方法など、水位全一定範囲内
に保持する一般的な他の機構音用いてもよい。

熱媒は、その利用温度によ！ｌｌ適切なものを選定する
必要がある。補助冷却器においても凝固せず、廃熱熱交
換器出口温度近傍でも気化しない特性をも′つたもので
あることが必要で、ベンゼン系、ナフタリン系、ジフェ
ニール系、トリフェニール系、鉱油系その他の油が使用
可能である。

補給水は、補助冷却器のブロー回数全抑え、熱媒會通し
た配管へのスケール付着を少なくして掃除頻度會抑える
ためＫは、蒸気ボイラ給水程度の水質のものが好ましい
が、補助冷却器の使用頻度や放熱量が特に小さい場合に
は水質の問題は少ない。

＠に述べた例においては、余剰熱放熱の装置として補助
冷却器ケ設ける例について説明したが、常時余剰熱が発
生する場合には、補助冷却器全ボイラー供給水子熱器或
いはボイラーとしてもよい。

！た、上述の例は熱媒加熱温度が１００℃を超えるもの
であり、１００℃以下の場合、熱媒として水が使用可能
である。しかしながら、この場合補助冷却器として第７
図に示すような水の蒸発潜熱を利用することはできなく
なる。この場合用いる補助冷却器の例全第８図に示す。

補助冷却器１２はプレート熱交などの間接熱交換器であ
って、冷却塔全循環する冷却水と熱交換する。余剰熱は
さらに冷却塔２５にて空気と冷却水が直接熱交換するこ
とによって大気に放熱されることになる。この場合、冷
却水循環ポンプ２６、冷却塔２５が必要であり、かつ、
冷却塔での蒸発水分、飛散水分が補給水として心電 髪になり、第７図に示す場合に比べて若干運転費が増加
する。

本発明？適用しうる廃棄物流動床焼却炉としては、都市
ごみ焼却炉、下水・し尿或いは製紙工場等における廃水
の処理ＶＣ際して生成するスラッジ、或いはその他各種
の産原廃棄物の焼却炉等があげられる。

本発明は、流動床焼却炉の炉壁の一部全着脱可能な支持
壁とし、該支持壁に伝熱管（熱交換器）全取りつけ、伝
熱管を外に引出すことを可能としたものであるが、本発
明の熱交換器全焼却炉に取り付けた例全第１図及び第２
図に基いて説明する。第１図は本発明の熱交換器を取り
付けた流動床焼却炉の縦断面概略図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線における横断面図概略図を示す。

第１図に示すように、熱交換器５２の挿入位置は、流動
床より踊り上がる流動砂が衝突して伝熱管を摩耗するの
全防ぎ、且つ流動床の熱よりもむしろフリーボードの熱
を受けるようにするため、できるだけ焼却炉の上部に挿
入するのが好ましい。また熱交換器は、その貫通部の壁
である支持壁と一緒に外部に抜出し可能とするため、熱
交換器ケ取り付けた支持壁５６によＶ熱交換器抜出し用
の炉壁の開口部に差音するような構造となっている。ま
た熱交換器全敗り出した場合、該開口部を閉塞するため
、開口部にはヒンジ付盲蓋３７ケ備えている（第２図参
照ン。

また熱交換器の取り出し全容易にするため、熱交換器は
、フレキシブルジヨイント５４により熱利用設備側の配
管と結合されている。

第５図乃至第５図は熱交換器全焼却炉に着脱する装置の
例葡示す。第３図に示す装置においては、水平エビーム
に取りつけたトロリ５８金動かすことにより、熱交換器
付支持壁３６會移動させることにより、炉６０に熱交換
器を脱着する。

第４図に示す例においては、水平走行床６８上の台車３
９Ｖｃ熱交換器付き支持壁５６を乗せ、台車全移動させ
ることにより熱交換器ケ炉に脱着する。

また第５図に示す例は、支柱４０に取り付けたチェーン
ブロック４１に熱交換器付支持壁？取り付け、チェーン
ブロックの巻き上げ巻き下げにより支持壁全昇降てせゐ
ことによって熱交換器ケ炉に着脱するようにしたもので
ある。

なお、いずれも、装着状態における炉内外のシール性金
高めるため、装着部にはパツキン音用い、かつ上記の着
脱装置とは別に密着させるためのボルト・ナツトあるい
はワンタッチ式固定具を用いることが望ましい。

第６図は本発明で使用しうるトロンポーン型伝熱管を示
すもので、熱交換器６２全管支持壁６６に摺動自在に設
けたもので、例えば流動床温度が低下した場合には熱交
換器全支持壁ごと抜出し、または伝熱管に付着している
スケールを除去しながら支持壁から伝熱管を引出し伝熱
面積を小とし、又流動床温度が上昇した場合には押し込
んで伝熱面積を大として熱交換容量を大とするなど伝熱
面積の調節全可能にしたもので、このような熱交換器を
挿入することにより、炉内における燃焼状態に細かく対
応することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上の説明かられかるように本発明の熱交換器は１０分
前後の短時間で着脱可能であり、かつ、一般的に流動床
焼却炉の停止起動は容易で数分で行なうことができる。

このため、回収熱を利用しない場合は容易に熱交換器を
外して、“かわりに伝熱管の付いていない盲蓋を取り付
けることができる。又、挿入熱交換器数の増減、又は伝
熱面積の異なる熱交換器との交換、あるいは伝熱管の挿
入長ないし炉への露出面積？増減することなどによシ、
焼却廃棄物発熱量に応じて熱回収量全増減でき、炉頂温
度抑制のためのスプレー水量又は吹込空気量音低減させ
たり、助燃全軽減あるいは停止させることも可能である
。

父、炉内スプレー水量や二次空気吹込風量の低減により
二次空気吹込動力、排ガス誘引動力や排ガス処理動力も
低減される。又電気集じん器により排ガスダスト捕集全
行ってい゛る場合には風量の低減により通過流速が下が
り捕集効率があがるか、ないしは電気集じん器ゲ小型と
することができる。また、排ガス中へのスプレー水量が
低下すれば排ガス水分量も減少し、冬や早朝など大気温
の低い時期に発生する煙突排ガスの白煙発生も軽減させ
うる効果も生じる。

もちろん、伝熱面からのみならず系のいずこからの熱媒
のもれも警報が発せられるように警報器會配設すること
によｐ５熱媒の漏れを把握でき、かつ熱交換器自体の点
検・補修等メンテナンスも焼却炉の運転停止を必要とせ
ず随時容易に可能である。

又、炉内の高温とそれに伴う火炎・流動床・炉壁などと
の輻射伝熱やフリーボード内の乱流による対流熱伝達に
よる熱交換において、流動床から飛んでくる流動砂によ
るスケール付着防止効果もあって高い伝熱効率金得るこ
とができる。例えば熱媒温度３００℃、炉内温度９００
℃、伝熱面積１０−とすると、４００，０００ｋｃａｌ
／ｈ前後の取得熱量全得ることができる。

この様に本発明により、簡易な構造、小さな伝熱面積で
、信頼性高く且つ、高性能熱回収装置全提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱交換器を取りつけた流動床焼却炉
の縦断面概略図、第２図は第１図のＡ−Ａ線における横
断面概略図、第３図、第４図及び第５図は熱交換器の着
脱装置全説明するための図面、第６図は伝熱面の調節可
能な熱交換器の１例を説明するための図面、第７図及び
第８図は、本発明の熱交換器を用いた焼却炉及び熱利用
設備等のフロー？説明するための図面である。 １．３１　ｍ−フッーボード部、２．３２−Φ熱交換器
、１１・・熱利用設備、１２・・補助冷却器、１９・・
熱媒膨張タンク、５０・・焼却炉、３５・会流動床、３
４や・フレキシブルジヨイント、３６・・支持壁、３７
・・盲蓋第Ｚ　図 第２図 第３図 第４／図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流動床焼却炉内に挿入した伝熱管に熱媒体を強制的
   に循環して該焼却炉の熱を回収する装置において、流動
   床焼却炉の炉壁の一部を着脱可能な支持壁とし、該支持
   壁に伝熱管を取り付けることにより、伝熱管を外に引出
   すことを可能とした流動床焼却炉における熱回収装置。