JPS62272089A - 流動層からの熱回収方法及びその装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、石炭その他の燃焼物
を流動層により燃焼すると同時に、その熱エネルギーを
回収するための流動層からの熱回収方法及びその装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、流動層ボイラなどの流動層からの熱回収は、例え
ば第５図に示すように、炉３１内床面に設けられた分散
板３２下部の空気室３４に供給される流動化ガス３３に
より流動化される流動媒体からなるヘッド３５内に伝熱
管３６が配備され、投入された燃焼物３７が流動燃焼し
、その流動媒体から熱を回収するようになっている。

ところで、この種の流動層ボイラは、ヘッド５内の発熱
と吸熱のバランスが設計時に想定した燃焼物３７の特性
特に発熱量に大きく依存するため、燃焼物を変更する場
合は特性に応じてヘッド３５内の伝熱面積を変更する必
要があった。また、一つのヘッド３５のボイラ負荷は、
流動層を冷しながら流動状態と流動層温度を維持する関
係上、約８０％程度しか下げられないために、幅広いタ
ーンダウン比を必要とする場合には、マルチヘッド式と
する必要があり、制御が複雑になると共に高価なものと
なる。一方、燃焼物として石炭などを用いる場合には、
粉砕を必要とし、その投入はへラド３５内へ均一に分散
させるためにスプレッダ等が必要となっていた。さらに
、ヘッド３５内の伝熱管３６は、高い流動速度の流動媒
体による摩耗と燃焼による還元雰囲気中での激しい腐食
を生し易いという多（の問題点を抱えていた。

これらの問題点を解決する目的で、第６図に示すような
伝熱管３６を外部別置とする噴流層循環型流動層ボイラ
では、流動媒体の一部は燃焼ガスと共に炉３１内上部の
フリーボード部３８を出てサイクロン３９に入り、分離
されてサイクロン３９の底部に集められ、排ガスは煙道
４０を経て次の設備へ送られる。サイクロン３９で分離
された流動媒体等は熱交換器室４１へ導かれる。熱交１
！！！器室４１の床面には分散板４２が設けられ、この
下部に形成された空気室４４に供給される流動化ガ゛ス
３３によって流動層４５が形成される。この流動層４５
の部分には、伝熱管３６が配０；ηされて流動媒体等の
有する熱が回収され、冷却された流動媒体は再び炉３１
にＶａ環され、再度加熱されるようになっている。しか
しながら、この噴流層循環型流動層ボイラにおいても、
設備が増加して大型化すると共にトラブルも多くなり勝
ちであるという問題点を有していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような問題点を解決し、燃焼物の燃焼部
と流動媒体から熱回収を行う熱回収部とに流動層を区分
し、流動媒体を燃焼部から熱回収部を経て還流、循環さ
せるようにして全体をコンパクト化し、燃焼物に対する
許容度が大きく、さらにターンダウン比を大幅に広くと
り、維持管理を容易にすることを可能とする流動層から
の熱回収方法及びその装置を堤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〕

本発明は、前記問題点を解決するための手段として、底
部から上方に向けて吹き込む流動化ガスにより流動媒体
を流動化せしめる流動層を、仕切壁によって上下部を連
通させた熱回収部と燃焼物を供給する燃焼部とに区分し
、該燃焼部の少なくとも前記仕切壁近傍における単位面
積あたりの流動化ガス吹込風量を前記熱回収部の単位面
積あたりの流動化ガス吹込風量よりも大きくとることに
より、該燃焼部の流動媒体を前記仕切壁を越えて前記熱
回収部に流入せしめ、前記仕切壁下部から前記熱回収部
の流動媒体を燃焼部に還流せしめることを特徴とする流
動層からの熱回収方法を提供し、さらにこの方法を実施
するための好適な装置を提供するものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照しながら説明すれば、第１
図示例において、炉１内で底部から」一方に向けて′吹
き込まれる空気等の流動化ガス３により流動化される流
動媒体からなる流動層５は、上端が流動層５の表面近傍
で下部に還流用の連通口６を開口した仕切壁７によって
、熱回収部８と燃焼部９とに区分されている。仕切壁７
としては、燃焼部からの熱回収を抑え、燃焼部の激しい
流動媒体の動きや燃焼ガスに耐えるために燃焼部９側は
耐火物を使用し、また熱回収部８の内壁は水冷壁１０と
して熱回収面の一部とし、かつ仕切壁耐人物の保護を行
うことが好ましい。

熱回収部８と燃焼部９における流動化ガス３の吹込みは
、それぞれ独立的に行われるようになっており、熱回収
部８では床面の分散板２の下部の空気室４に流量調節弁
１１をもった流動化ガス３の導入配管が接続、開口され
、燃焼部９では床面の分散板２′の下部の空気室４′に
流量調節弁１１′をもった流動化ガス３の導入配管が接
続、開口されている。

また、熱回収部８には受熱流体を通じた伝熱管１２が配
備され、燃焼部９には燃焼物１３の供給装置１４に連な
る投入口１５が設けられている。

図中、１６は燃焼部９の分散板２′の最低位置に設けら
れた不燃物の排出口、１７は燃焼排ガス１８の通路に設
けられそのＩＪＢ熱をｆｌｌ用する排ガスボイラ、１９
は流動層５内の吹き込まれた流動化ガス３の気泡を示す
。

しかして、供給装置１４により投入口１５を経て炉１内
の燃焼部９に投入された燃焼物１３は、底部の空気室４
′から分散板２′を経て吹き込まれた流動化ガス３によ
り、流動媒体と共に流動層５を形成しながら燃焼、発熱
する。このとき、流量調節弁１１′によって単位面積あ
たりの流動化ガス吹込風量を多くし、燃焼部９内の流動
層５内に大きな気泡１９を多数発生させて激しい流動状
態とし、流動層５の表面を激しく彼女たせ、かつ気泡に
より平均表面レヘルを高めた状！虚とする。

一方、熱回収部８では、流量ｊｌＡＩ節弁１１によって
単位面積あたりの流動化ガス吹込風量を少なくし、大き
な気泡も生じにくい流動状態、あるいは華に層上部に流
入する流動媒体の分だけ流動媒体が移動することが可能
な程度の弱い流動状態とし、熱回収部８の流動層表面レ
ベルを燃焼部９のそれよりも相対的に低いものとする。

このために、表面レベル差によって流動媒体レヘルは燃
焼部９から熱回収部８に矢印Ａの様に仕切壁７を越えて
流入する。その外にも、燃焼部９に生した気泡１９が層
内を上昇して表面に至って破裂する際に多量の流動媒体
が流動層５の表面より噴出するが、そのかなりの部分が
そのまま矢印Ｂの如く熱回収部８に流入してくる。この
熱回収部８に流入してくる流動媒体の有する熱は、熱回
収部８で伝熱管】２との熱交換によって熱回収が行われ
る。そして、仕切壁７下部のａ通「コロにおいて、熱回
収部８の上部に流入した流動媒体により燃焼部９に対し
て熱回収部８の圧力が高まり、その差圧が流動媒体を移
動させる力となって働き、熱が回収されて下方に至った
流動媒体は矢印Ｃの様に連通口６から燃焼部９に還流す
る。従って、連通口６の部分は、特に底面から流動化ガ
スを吹き込まなくても確実に還流される。

その結果、流動媒体は、燃焼部９では全体として下から
上に、熱回収部８では上から下に移動するが、その量は
燃焼部９の流動空気の吹込風量と流動層高に大きく依存
し、本発明者達の実験によれば、第２図の様な関係にあ
った。この結果から、燃焼部９における流動空気量は熱
回収部８に砂状不燃物や脱硫側を兼ねた石灰岩砕石、ド
ロマイト砕石などの流動媒体を循環させて熱回収しよう
とすれば、最低流動化速度（Ｇｍｆ）の少なくとも２〜
３倍程度以上必要であることが分かる。なお、流動層高
（流動媒体の流動時層高）は仕切壁７の上端程度まで必
要で、少なくともＬ２の流動状態での仕切壁上端程度ま
での層高よりも低くなると、急激に流動媒体ｗｉ環装が
低下し、実際上の流動層からの熱回収はできなくなると
いってさしつかえない。

これは、流動空気量を最低流動化速度の２倍程度以下と
すれば熱回収部９に流動媒体がほとんど循環しなくなる
ことを示すものであって、これは流動層表面は静かにな
り、矢印Ａ、Ｂ、Ｄのいずれの流入も極端に減少するこ
とによって説明できる。しかしながら、これはそれによ
り熱回収量を極端に抑えることが可能なことを示す。ま
た、流動空気量が大きくなり、Ｇｎｒの約３倍以上とな
ると、流動媒体循環量も流動空気量に比例して増加する
ようになるため、燃焼物１３の燃焼用空気は同時に流動
空気でもあることから、＠焼物燃焼量にほぼ比例して循
環量を増加させることができ、さらに熱回収部８への流
動空気吹込風量を調節して受熱流体と流動媒体との熱交
換率を変化させる（後述する第３図及びその説明参照）
ことを併用すれば、流動層温度が過冷却や過熱に至るこ
となく、゛かつ回収熱の需要に応して燃焼物を適切な空
気比を守りながら増減することが可能となる。

従って、大きなターンダウン比とすることができ、熱回
収部８内の伝熱管１２による熱回収量はほぼＯまで、ま
た接続する排ガスボイラ１７を含めた熱回収量でも、流
動層からの熱回収をやめることにより流動層温度上昇を
流動空気量による空気冷却の形で抑えることになり、流
動状態や流動層温度の保持が少ない燃料で可能となるた
め、１／１０程度まで最大回収熱量に対して最小回収熱
量を削減可能である。同時に、熱回収部８では燃焼に必
要な空気とは無関係に流動空気を伝熱だけを考えて与え
ることが可能となり、ＧＩＩｌｆの２倍程度の弱い流動
状態に抑えることができるため、流動層ボイラで避けら
れなかった伝熱面の摩耗を大巾に軽減するという効果も
ある。

即ち、熱回収部８における熱伝達率と流動空気量の関係
は、第３図の襟になることが知られており、また本発明
者達も確認している。これによれば、熱伝達上Ｇｍｆの
２倍以上とすることは不要であり、いたずらに伝熱面の
流動媒体による摩耗を増大することになるが、燃焼空気
の増減は燃焼部への流動空気量により調整することです
むために伝熱量に応じて変化させるだけでよく、従って
ＧＩＩｌ「の２倍を越えないですむ。これはまた、前述
したように、流動媒体循環のためには！！８焼部９に対
し、熱回収部８での流動空気量を相対的に小さくとる必
要があることからも好ましい。

さらに、塩ｍ物１３が燃焼部９に投入されることから、
伝熱面の燃焼ガスによる腐食や燃焼に伴う酸化還元の変
化による腐食などが軽減され、熱回収部８での流動媒体
の流動もゆるやかであるから伝熱面の摩耗も少なく、伝
熱面寿命は従来に比較して著しく改善される。また、燃
焼部９は大きな気泡１９が絶えず発生するために十分に
攪拌された状態となり、たとえ燃焼物１３の投入がある
程度集中したりあるいは塊状で投入されたりしても、層
内の流動媒体の動きによって攪（′１〕され、ばらされ
て分散してしまうので、伝熱面促護のためにＧ＋ｗｆの
２〜３倍前後に弱めた流動状態としかつ炉床負荷を小さ
く抑えた従来のものに比較して、タリン力も生しにくく
かつ燃焼率も格段に向上する。例えば、石炭などでも単
に燃焼部９に役人するだけで９０％以上の燃焼率を得る
ことができる。

なお、熱回収部８の分散板２を燃焼部９に向かって下り
勾配とすれば、定期点検等における流動媒体の炉外排出
操作に有利であり、また燃焼部９の分散板２′を不燃物
の排出口１６に向けて下り勾配とすれば、不燃物や定期
点検等の流動媒体排出が容易になる。

さらに本発明としては、燃焼部９の上方でかつ流動層５
に近接した位置に、第１図に示すような上昇ガス流を熱
回収部８方向へ偏向せしめる反射壁２０を備えたものと
し、その他は変るところがなくする。この反射壁２０は
、第１図示例の様に炉壁の一部を利用することができる
が、炉ｌの構造によっては、第４図示例の様に炉壁とは
別個に独立したものとすることもできる。

この反射壁２０を倫えた場合、流動Ｎ５表面より噴出す
る流動媒体は反射壁２０に衝突し、偏向されて矢印りの
様に熱回収部８に導かれ、流動媒体の循環が極めて円滑
化される。

第４図は、本発明の他の実施例を示し、第１図示例を炉
１内に中心線に対してほぼ対称的に並設したものである
。即ち、燃焼部９を炉ｌ内中央部に位置させ、その両側
に仕切壁７を介して熱回収部８を設けたもので、燃焼部
９は燃焼物１３に含まれる不燃物が中央に集まり、かつ
燃焼部９における流動媒体の動きを円滑にするために、
空気室４′を２分して空気室４′−１と４′−２とし、
それぞれ流足調節弁１１．１１’−１，１１’−２によ
って各空気室４．４’−１，４’−２の流動化ガス吹込
量を調節し、単位面積あたりの流動化ガス吹込量を空気
室４′−１よりも空気室４′−２の方を大とする。もち
ろん、この場合でも空気室４′−１よりも空気室４の方
を小とする。この流動化ガス３の流動層５への吹込みは
、本第４図示例では第１図示例の分散板２，２′に代え
て散気ノズル２１を使用している。また、反射壁２０を
設ける場合には、炉壁から独立したものとし、燃焼物１
３を燃焼部９内に投入するために中央部に開口を設けで
ある。

そして、この第４図示例では、前記第１図示例の場合と
同様の作用が行われるが、処Ｅｌｆが大きく熱負荷が増
大したり、燃焼物の発熱量力ｊ高く、伝熱面積をさらに
必要とするような、大型又は高負荷たらしめる必要があ
る場合に有利である。

なお、前記各実施例共に、燃焼物の低位発熱量が２００
０〜４０００ｋｃａｌ／　ｋｇ程度と比較的低い場合に
は、流動媒体より回収せねばムらない熱量があまり多く
はないため、必要な流動媒体ｖａ環量も少なくてよい。

その場合、反射壁をなくしても循環量をまかなうことが
できる。

仕切壁７の高さは、燃焼部９の流動媒体が熱回収部８に
流入しやすい様にある程度低いことが必要であるが、あ
まり低すぎるのは次の理由から好ましくない。例えば、
熱回収部８にまで燃焼部９の気泡が進入したり、せっか
く熱回収部８へ流入した流動媒体が熱回収部８を通過せ
ずに仕切壁７の上側で燃焼部９にもどってしまうなど、
熱回収部８の流動状態が燃焼部９の影響を受けて伝熱摩
耗や熱回収量制御の劣化が起こるからである。即ち、層
内伝熱面の一番燃焼部９側にある最も高い位置から燃焼
部９側にほぼ４５″下方にのばした仕切壁高規定面２２
（第１図）よりも上まであることが必要である。また、
燃焼物１３の熱回収部８へのまわり込み量を抑えるため
に、燃焼物１３の投入位１を仕切壁７より離れた位置と
することが望ましい。

さらに、大型化の一形態として第５図に示すようにする
ことができる。即ち、第５図示例では、熱回収部８及び
燃焼部９をそれぞれ複数に形成し、燃焼物１３を各燃焼
部９の下部から空気輸送等によって供給し、また反射壁
２０を各！７Ａ焼室９上に備え、反射壁２０中に冷却風
を通風し外面を耐火物にて保護するようにしたもので、
その作用も前記実施例と変るところはない。なお、燃焼
物１３の発熱量によっては、この反射壁２０ｊｒ省略す
ることもでき、またこれらの熱回収部８及び燃焼部９の
数はスケールアップ時にはさらに増やすことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば次のような極めて有
益なる効果を得ることができ、本発明の意義は極めて大
きい。

■　ターンダウン比を極めて大幅に広くとることができ
る。

熱回収部と燃焼部とを区分してそれぞれ独立して流動化
ガス吹込みを行い、燃焼部では燃焼部から熱回収部を経
る流動媒体循環量を燃焼物燃焼黴にほぼ比例して変化さ
せることができ、さらに熱回収部では流動化ガス吹込量
調節による受熱流体と流動媒体との熱交換率を変化させ
ることもできるから、流動層よりの熱回収をやめること
により極端に燃料使用量と蒸発量を削減でき、ターンダ
ウン比を幅広くとることができ、しかも追従性がよい。

そのためには単に流動化ガス吹込量の調節と燃焼物投入
陸の調節だけですむために、自動化も極めて容易となる
。しかも、熱回収部での回収熱調節は瞬時であり、その
変化は多量の流動媒体の顕熱変化、即ちわずかずつ流動
温度が変化するが、同時に行われる燃焼物投入Ｍ調節は
流動Ｎ燃焼の特徴から数分以内の応答時間であり、熱回
収部での調節によって起こされる流動層温度変化をわず
かな範囲内に保つことができる。このように、燃料と発
生熱を余さず利用できる。

■　燃焼物に対して許容度が大きい。

従来の流動層ボイラと異なり、粗大不燃物力＜？厖大し
ていてもよく、通常の都市ごみなどは無破砕で受は入れ
ることができ、しがも円滑にそれら不燃物を排出するこ
とができる。なお、燃焼部は強い撹拌効果により、スプ
レフグ等を用いて分散させる必要なく、焼き付き等のお
それなしに雑多なごみを投入できるし、粒度調整の必要
もない。また、石炭なども、特に粒径を細かくそろえる
ことは不要である。さらに、炭質を選ばず、大きな不燃
物を含んだものでもよ＜、揮発分の多少も支障なく、選
炭くずから泥炭まですべて燃焼物とすることができる。

もちろん、都市ごみ、産業廃棄物、石炭、汚泥等の混焼
もでき、廃棄物燃焼炉としての利用が可能である。

■　維持管理が容易である。

熱回収部と燃焼部とが別であることから、熱回収部の伝
熱面は反応性の高い燃焼ガス等に接することなく、激し
い運動の流動媒体にもさらされず、伝熱面の腐食、摩耗
、あるいはスケーリングを極めて小さなものに抑えるこ
とができる。また、流動媒体の循環は流動化ガスにより
行われ、流動媒体の炉外循環に伴うトラブルや放熱、発
塵等は皆無であり、周囲の作業環境を劣化させる心配も
ない。

■　装置全体が極めてコンパクトになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置の縦断面図、第２
図は流動媒体の循環量と流動空気量との関係を示す線図
、第３図は熱伝達率と流動空気量との関係を示す線図、
第４図及び第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
装置の縦断面図、第６図及び第７図はそれぞれ従来例を
示す説明断面図である。 １・・・炉、２．２′・・・分散板、３・・・流動化ガ
ス、４．４’、４’−１，４’−２・・・空気室、５・
・・流動層、６・・・連通口、７・・・仕切壁、８・・
・熱回収部、９・・・燃焼部、１０・・・水冷壁、１１
．ｌｌ’。 １１’−１，１１’−２・・・流量調節弁、１２・・・
伝熱管、１３・・・燃焼物、１４・・・供給装置、１５
・・・投入口、１６・・・排出口、１７・・・排ガスボ
イラ、１日・・・燃焼排ガス、１９・・・気泡、２ｏ・
・・反射壁、２１・・・散気ノズル、２２・・・仕切壁
高規定面、３１・・・炉、３２・・・分散板、３３・・
・流動化ガス、３４・・・空気室、３５・・・ヘッド、
３６・・・伝熱管、３７・・・燃焼物、３８・・・フリ
ーボード部、３９−・・サイク【−１ン、４０・・・煙
道、４１・・・熱交換器室、４２・・・分；１シ仮、４
４・・・空気室、４５・・・流動層。 特許出願人　株式会社荏原袈作所 代理人　弁理士　薬　師　　　　稔 代理人　弁理士　依　１）孝次部 代理人　弁理士　高　木　　正　　行 流ｖＪ空気量　（Ｇｍｆ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、底部から上方に向けて吹き込む流動化ガスにより流
   動媒体を流動化せしめる流動層を、仕切壁によって上下
   部を連通させた熱回収部と燃焼物を供給する燃焼部とに
   区分し、該燃焼部の少なくとも前記仕切壁近傍における
   単位面積あたりの流動化ガス吹込風量を前記熱回収部の
   単位面積あたりの流動化ガス吹込風量よりも大きくとる
   ことにより、該燃焼部の流動媒体を前記仕切壁を越えて
   前記熱回収部に流入せしめ、前記仕切壁下部から前記熱
   回収部の流動媒体を燃焼部に還流せしめることを特徴と
   する流動層からの熱回収方法。 ２、前記燃焼部の少なくとも前記仕切壁近傍における流
   動化ガス吹込風量を流動媒体の最低流動化速度の３倍以
   上とし、前記熱回収部への流動化ガス吹込風量を流動媒
   体の最低流動化速度の２倍以下としたものである特許請
   求の範囲第１項記載の流動層からの熱回収方法。 ３、底部から上方に向けて吹き込む流動化ガスにより流
   動媒体を流動化せしめる流動層を、上端が流動層近傍で
   下部に連通口を開口した仕切壁によって熱回収部と燃焼
   部とに区分し、これらの熱回収部と燃焼部にそれぞれ独
   立した流動化ガス吹込風量調節機構を設け、前記熱回収
   部に受熱流体を通じた伝熱面を配備し、前記燃焼部に燃
   焼物供給装置を設け、前記燃焼部から前記熱回収部上部
   に流動媒体を流入せしめると同時に前記熱回収部下部の
   流動媒体を燃焼部に還流せしめるようにしたことを特徴
   とする流動層からの熱回収装置。 ４、底部から上方に向けて吹き込む流動化ガスにより流
   動媒体を流動化せしめる流動層を、上端が流動層近傍で
   下部に連通口を開口した仕切壁によって熱回収部と燃焼
   部とに区分し、これらの熱回収部と燃焼部にそれぞれ独
   立した流動化ガス吹込風量調節機構を設け、前記熱回収
   部に受熱流体を通じた伝熱面を配備し、前記燃焼部に燃
   焼物供給装置を設けると共に燃焼部の上方でかつ形成さ
   れる流動層に近接した位置に上昇ガス流を前記熱回収部
   方向へ偏向せしめる反射壁を設け、前記燃焼部から前記
   熱回収部上部に流動媒体を流入せしめると同時に前記熱
   回収部下部の流動媒体を燃焼部に還流せしめるようにし
   たことを特徴とする流動層からの熱回収装置。