JPS63108109A - 熱回収装置の伝熱面 - 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・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流動層から熱を回収す
るための熱回収装置に関し、特に該熱回収装置の伝熱面
に関する０ （従来の技術及び発明が解決しようとする問題点）流動
層熱回収装置では、流動媒体中に流動化ガスを通じた部
分つまり流動層内に伝熱面を設けることにより、流動媒
体と伝熱面の間で極めて効率的な伝熱を得ることができ
る０この流動媒体を加熱するために、流動媒体中で都市
とみ、産業廃棄物・石炭その他の燃焼物を燃焼する。特
に都市ごみのように不燃物を含んでいる燃焼物を燃焼す
る場合、流動層中に多数の伝熱管によって伝熱面を設け
ると、伝熱管と伝熱管或いは伝熱管と場合によっては伝
熱面で構成する壁面との間隙に前記不燃物がひっかかり
、流動媒体の運動を妨げて伝熱の効率低下をもたらし、
更には流動媒体の流動を阻止する恐れがある。このため
、伝熱管の配列については、伝熱管と伝熱管及び伝熱管
と壁面など伝熱面周囲の間隙の幅を、装置に投入される
可能性のある燃焼物に含まれる最大の不燃物の大きさよ
り太き（する必要があシ、また必要な伝熱面積を確保す
るためには大きな熱回収部の容積を必要としたり、或い
はまた充分な伝熱面を確保することができずに熱回収量
が限られたりしていた。 近年では、都市ごみを破砕せずに燃焼物として使用する
流動層焼却炉も開発実用化されつつあるが、このような
ものからも流動層過熱防止を熱回収によって行なおうと
して伝熱面を設置する場合、熱回収部の容積は極めて大
きくなる。また、燃焼やハンドリングに必要な以上に動
力や破砕歯等の摩耗を覚悟で細破砕して燃焼物を前記伝
熱管間隙の幅よりも小さくしたり、或いは逆に破砕を行
なえない場合には、大きい廃棄物で燃焼物として利用で
きるものでも、焼却不可能として別途処分したりしてい
た。 更に、伝熱管の配列についても、不燃物のひっかかりを
防止するには垂直方向に対し基盤の目状配列つまり直交
配列とすることが効果があるが、反面ガス上昇は垂直方
向に流れ易いために・管と管で垂直方向に挾まれた部分
の流動媒体が固定層化して、流動ないし移動する流動媒
体と伝熱管との接触面が僅かな管肉側の垂直部分に限ら
れて伝熱址が小さなものとなってしまう欠点があった。 また、熱回収の効率を高めるために伝熱管を千鳥配列と
する場合には、ひっかかり対策のため敢えて伝熱管ピッ
チを大きくとらなければならないということも・熱回収
部が大きい容積となってしまう一因であった。 従って、通常、流動層から熱回収を行なう場合には、燃
焼物を伝熱面周囲の幅と同等以下に細かいものとするの
が普通であり、粗破砕や無破砕で粗大燃焼物を燃焼して
流動層より熱回収を行なうことは余り試みられていない
のが実情であった。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために
・底部から上方に向けて吹き込む流動化ガスにより流動
媒体を流動化させる流動Ｊ・ζ内で被燃焼物を投入して
燃焼する燃焼部に！隣接させて。 底部から上方に向ζづて吹き込むガスにより流動媒体を
固定層から弱い流動層の状態にさせる移動層内で流動媒
体より熱を回収する熱回収部を設置し、これらの熱回収
部と燃焼部とを上下部を連通させた状態で仕切壁によっ
て区分し、該燃焼部の少くとも前記仕切壁近傍における
単位面積当りの流動化がス吹込風量を前記熱回収部の単
位面積当りの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
部に流入させ、該熱回収部内を流動媒体が沈降して前記
仕切壁下部から燃焼部に還流させるようにし、前記熱回
収部の移動層中に、内部に受熱流体が導かれる熱回収用
伝熱面を設け、前記燃焼部−＼被燃焼物を供給する供給
装置を設けている流動層を用いた流動層熱回収装置にお
いて、前記仕切壁上方の流動媒体通過域に篩を設け、前
記熱回収部の流動媒体中に設置する熱回収用伝熱面周囲
の間隙を、上記部間孔径と同等以上の幅としたことを特
徴としている。 なお、実施に当っては、上記熱回収用伝熱面を構成する
伝熱管群を水平方向に配設し且つ管軸方向に直角の断面
上で千鳥状に配列し、或いはそれに加えて・該伝熱管群
を仕切壁連通部の開口を含む面とほぼ平行に延びるよう
にして配設するのが望ましい。 （作用） 本発明は、上記のように熱回収部と燃焼部との間を流動
媒体が循環する流動層熱回収装置において、熱回収部入
口に篩を設けているので、熱回収部に入り込む固形物の
大きさは制限される。これにより、熱回収部内の伝熱管
のピッチを小さくすることができる０即ち、前記篩が無
い場合には、燃焼部内に投入された燃焼物に含まれる不
燃物は流動によって引き起こされる運動によって熱回収
部に入り込む可能性があるため、流体媒体を通す伝熱面
周囲は、予想される最大の不燃物が通り得るように成る
程度大きくしなければならなかったが、前記本発明のよ
うに篩を取り付けることによシ、熱回収部に入り込む可
能性のある不燃物の大きさが制限されるため、伝熱面周
囲の間隙が篩の間隙より大きければ不燃物がひっかかる
心配はなく、部間孔幅を成る程度小さくしておけば、そ
れに応じて伝熱管のピッチを小さくすることができるＯ なお、上記歯自体は、篩が通過を阻止した不燃物がひっ
かかって歯自体の目詰まりを起こすことのないように、
少くとも流動媒体の大部分が通過する流動層上面近傍か
ら１ｍ望ましくは１．５ｍ程度の部分については、垂直
又は燃焼部側に傾斜させ、不燃物が篩に沿って落下した
あと流動層の流動によって流動層内に再び散ってしまう
ようにし、更に開孔を垂直方向のスリット状として、部
間孔にひっかかることのない構造とするのが望ましい。 また該スリットを形成する篩を、燃焼部側と熱回収部側
とに交互にジグザグ状にずらせるようにすると、核部に
衝突した流動媒体も篩の脇（側方）より熱回収部に飛び
込み易くなり、且つ該スリットにはまり込む形で衝突す
ることを防いで該スリットに不燃物が噛み込むことが防
止される。なお該スリットを、内部に受熱流体を通した
管群で溝底すると・該管群が冷却されるので運転中の熱
による劣化が防止され、また製作も容易となる。 次に・伝熱管周囲の流れの作用について説明する〇 一般に、伝熱管の配列には、管軸方向に直角な断面に対
して第３図に示す千鳥配列と、第４図に示す直交配列と
がある。流動媒体に導入されたガスは、第３図の矢印イ
及び第４図の矢印口でそれぞれ示すように、下から上に
向けて流れ、該ガスの通過に伴なって流動媒体は攪拌さ
れる〇上記第３図に示す千鳥配列では・ガスが曇直に上
昇するのを妨げるように伝熱管１が配列されているため
、流動媒体を攪拌する効果が大きく・流動媒体の動きの
殆んどない部分は、図中斜線部１ａのように管ｌの上面
の僅かの部分であるのに対し・第４図に示す直交配列で
は、ガスが伝熱管２同士の間を垂直に抜けて上昇してし
まい・伝熱管２周辺の流動媒体を十分攪拌せず・管２同
士が垂直に挾む図中斜線部２ａにおいて流動媒体の動き
が殆んどな（、管肉側の垂直に近い面の僅〃）な部分し
か、流動ないし移動する流動媒体

【（曝されないことが
、実験によって観察されている。この傾向は、特に第６
図の寸法すで示す垂直方向の幅が小さい程顕著である。 但し、下から上に向けて流れるガス量が増加して流動が
激しくなるにつれて、この流動媒体の動きの殆んどない
２ａの部分は管上面より上方に離れるに従って挟まり、
台形刀・ら更に第３図１ａの形にまで縮小する。それは
ガス量が最低流動化ガス量の３ないし５倍辺りから急激
に進行する一奈４モモｉ戸シ〇 上記の結果、熱回収は、流動ないし移動する流動媒体に
曝される面積及び流動ないし移動する流動媒体の攪拌の
度合からも分るように、千鳥配列の方が、より効率的に
行なわれる◎このことは、特にガス量が小さい場合はど
顕著であり、直交配列との差も大きい。しかしながら、
上述したようにガス量を高めて激しい流動とすると、動
きに（い斜線部分２ａも流動し始める傾向があり、且つ
流動媒体同士の混合もさかんとなって全体としての熱回
収効率の千鳥配列と直交配列との差は小さくなる。 また伝熱管のピッチは、流動媒体に含まれる不燃物の大
きさと流動媒体の攪拌状態によって制限を受ける。即ち
、千鳥配列の場合は、前述のように流動媒体の攪拌が良
好であるため、第５因に示す伝熱管２同士の間隙ａ又は
ｂは、流動媒体に含まれる不燃物の最大の大きさより大
きければよい。 これまでの通例では、上記寸法ａは少くとも１００■以
上が現実的であった。これに対し、直交配列の場合は、
第６図に示すように、横方向の伝熱管２の間隙ａは流動
媒体中に含まれる不燃物を詰まらせないためにその最大
の大きさより太き（する必要があるが、縦方向の伝熱管
２の間隙すは・流動Ｕ体のひつめ）かりが第４図の説明
からも分かるように心配ないことから、間隙ａよりもか
なり小さな寸法とすることが可能である。このため、従
来の流動層熱回収装置では、直交配列の縦方向の伝熱管
間隙すを横方向の間隙ａより小さくすることにより・直
交配列によって千鳥配列とするよりも熱回収部伝熱面積
を同−容積内が力）なり大きいものとすることができる
。これにより、熱回収部容積を小さくし且つガスを多量
に即ち最低流動化ガス祉の３ないし５倍以上通して歓し
い流動とし所定の伝熱量を得ているが、伝熱面の摩耗も
ガス量の２〜３乗で増加するために、短い伝熱面の寿命
という避は雌い問題に直面する・し力・しながら、本発
明者らは実賎により、伝熱面摩耗を考Ｅ乙してガス盪を
抑え、伝熱係数が最大となるといわれる最低流動化ガス
量（Ｇｍｆ）の１．５倍前後の吹込ガス量にて運転する
場合の弱い流動ないし移動のみの状態においては、千鳥
配列の方が全伝熱面積の合計は小さくでも、第３図、第
４図で説明したように、保有伝熱面が生かされ、流動媒
体の攪拌度合も強いために同一容積において結果的に多
い伝熱量を得られるという知見を得ている。 即ち、本発明によれば、熱回収部に入り込む不燃物の最
大の大きさは、篩の間隙寸法であり、核部の構造により
４０ｆｆＩ１１程度までは容易に小さくすることができ
る。またこのため、伝熱管を千鳥配列にすると、吹込が
ス祉が最低流動化ガス量の１．５倍前後、通常２倍以下
、工夫すれば３倍以下においては直交配列にするよりも
熱回収部容積を寧ろ小さくすることができる。また、熱
回収部に入り込む不燃物の大きさに制限があるため、都
市とみ等の燃焼物を破砕せずに燃焼させる装置において
も、予想に反する大型の不燃物が伝熱管にひっかかって
トラゾル起こす恐れがない０更に、熱回収部出口に、仕
切壁を支持する部材や熱回収部での散気管などが該出口
を貫通するようにして設けられている場合でも、この部
分の孔径を伝熱面周囲の間隙よりも更に大きくとれば・
不燃物がひっかかる恐れは生じない。 他方、本発明における熱回収部は、仕切壁を中心とした
流動媒体の流れの大きな影響下にあり、熱回収部での流
動媒体の流れや回収熱量は仕切壁との位置関係によって
大きく変化する。即ち、熱回収部の仕切壁に対する距離
が変ることによって異なる挙動を示すともいえる０従っ
て、熱回収部設計における諸量の設定には、流動媒体の
流れに沿った面（第１図に示す例では図示された面）で
の流れを同−形状又は単純な形状の繰り返えしとし、そ
のために流動媒体の流れに対して垂直の方向（第１図に
示す例では紙面に直角な方向）に延長させる形でスケー
ルアップすることが好ましく、これによって設計諸量を
再現よく得ることができる。このような理由により、伝
熱管等も上記のスケールアップの方向に延長させること
、つまり伝熱管を仕切壁連通部の開口を含む面とほぼ平
行に延びるように配備することが望ましい。 上記のように配備すると、大型で伝熱面を多（必要とす
るものにおいては、熱回収部形状を第１図に示された面
における仕切壁と外壁との間の幅ニ対シてスケールアッ
プの方向即ち紙面に直角に相似形に近い形で引き延ばさ
れた方向の幅が遥かに大きい形となり、そのため伝熱管
の曲げ部の数も減らすことができ、しかも伝熱管の外壁
での出入数も少なくなるから、無駄な空間を生じさせず
、コンパクトにできる。更に、流動媒体の流れは、スケ
ールアップ幅方向（第１図では紙面に直角方向）に対し
常に同一配列状態となるので、流動媒体のＤｉＬれが均
一化され、伝熱管と流動媒体との熱交換も改善さＪＬ、
伝熱が高められる。 （実施例） 次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。 第１図は、本発明２通用した好適な蒸気ゲインである熱
回収装置の一実施例を示す断面図である。 図において、熱回収装置１１内底部には、送風機１２よ
り流動用ガス導入管１３から導入される流動化ガスの散
気装置１４が備えられ、該散気装置１４は、その空気吹
込位置が両側線部が中央部より低く、炉１１の中心線に
対してほぼ対称的な山形断面状（屋根状）に形成されて
いる。そして、送風機１２〃）ら送られる流動用ガスは
、空気室１５．１６．１７を経て散気装置１４から上方
に噴出させるようになっており、両側線部の空気室１５
．１７から噴出する流動化ガスの重量速度は、炉１１内
の流！Ｊ！ｈ媒体の流動層を形成するの１・て十分な速
度とするが、中央部の空気室１６から噴出する流動化ガ
スの質量速度は、前者１５．１７よりも小さく選ばれて
いる。 両側縁部の空気室１５．１７の上部には、流動化ガスの
上向き流路をさえぎり、空気室１５．１７から１貝出さ
れる流動化がスを熱回収装置１１内の流！Ｉ！Ｉ層中央
に向けて反射転向させる反射壁としての機能を果たし、
また熱回収装置１１の流動媒体で形成された層を燃焼部
と熱回収部とに仕切る仕切壁１８が設けられ、該仕切壁
１８と噴出する流動化ガスの質量速度との差によって図
面中の矢印で示す方向の旋回流が生じる。なお、熱回収
装置１１の外壁は・壁面伝熱管を並設しこれらをフィン
で互いにつないだメンブレン外壁として構成されており
、該メンブレン外壁の上下に設けられた管寄せ１９．２
０から水管２１を分岐して、それぞれの下方斜めの部分
にメンブレン壁の仕切を傾斜させて設は燃焼部側を耐火
構造とした仕切壁１８が構成されている。 一方・上記仕切壁１８の背面と炉壁面に熱回収室（部）
２２が形成され、運転中に流動媒体の一部が仕切壁１８
の上部を越えて該熱回収室２２に入り込むように構成さ
れている。また、熱回収室２２の下部の炉底よりも高い
レベルには、送風機２３力）ら導入管２４を経て、ガス
を導入する散気管などの散気装置２５が設けられ、熱回
収室２２の散気装置２５を股肱した近傍には開口部２６
が設けられ・熱回収室２２に入り込んだ流動媒体は、運
転状態によって連続的又は断続的に弱い流動層又は固定
層に近い移動層を形成しつつ沈降し、開口部２６を経て
燃焼部１０へ戻り循環する。 上記の沈降量は、熱回収室散気風量、燃焼部の流動化ガ
スａｆｆｌによって制御される。 熱回収装置１１の天井部に設けられた燃焼物投入口２８
より燃焼部１０に投入された燃焼物Ｆは、流動化ガスに
より旋回流動している流動媒体と共に流動しながら燃焼
する・この時、空気室】６の上方中央部付近の流動媒体
は吹込風縫が少いために激しい上下動は伴わず、弱い流
動状態にある下降移ｆｖＪ層を形成している。この移動
層の幅は、上方は狭遁が据の方は分散板１４の傾斜の作
用も相俟ってやや広がっており、厄の一部は両０１す縁
部の空気室１５．１７の上方ンζ達しているので、この
両空気室からの大きな質量速度のび１勤１ヒＩヌの噴射
を受けて吹き上げられる。すると、裾の先端の流動媒体
が除かれ、且つ空気室１６の直上上方には、空気室１５
．１７の上方の流動層からの流動媒体が補給されて堆積
するので、空気室１６の直上の層は下降し、これを繰り
返して空気室１６の上方の流動ｕ体は速や〃為に連続的
に下降する移動層を形成する。 空気室１５．１７上に移動した流動媒体は上方に吹き上
げられるが、仕切壁１８に当って反射転向して炉１１の
中央に向かって旋回し、中央部の移動層の頂部に落下し
、再び前述のように循環されると共に、流動媒体の一部
は仕切壁１８の上部を越えて熱回収室２２内に入り込む
・そして該熱回収室２２に堆積した流動媒体の沈降速度
が遅い場合には、熱回収室２２の上部には安息角を形成
し余剰の流動媒体は仕切壁１８上部から燃焼部１０に落
下する。 熱回収室２２内に入り込んだ流動媒体は、散気装置２５
の噴気孔２５ａから吹き込まれるガス量の加減によって
、完全ｉ固定層ないし緩やかな流動又は固定に近い状態
に調節されつつ徐々に下降する下降移動層に変株する層
が形成され、内蔵された伝熱管２９との熱交換が極端に
抑えられた抄極度に促進されたり調節されながら行われ
た後・開口部２６から燃焼部１０へ還流される。この熱
回収室２２内で散気装置２５から導入される散気ブスの
質量速度は、０〜３　Ｇｍｆ　、好ましくは完全停止か
０．５〜２　Ｇｍｆの範囲内で必要な熱回収量に厄じて
調節される〇 燃焼物中に流動媒体より大きな径の不燃物がある場合に
は、燃焼残渣は一部の流動媒体と共に、不燃物取出口３
０を経て炉底部のスクリューコンベア３１より排出され
る。 この実施例において、上記水管２１は、仕切壁１８をサ
ポートすると共に流動媒体が熱回収室２２へ入り込む時
の入口の篩の働きをしている。 図中、３２は排ガス出口、３３は汽水ドラムを示すＯ 第２図は・第１図における熱回収室付近の詳細を示す要
部断面図であって１図中、第１図に記載した符号と同一
の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。 図において、水管２１による入口の篩（スクリーン）は
、第２図のＡ−Ａ線断面図である第２ａ図に示すように
、１本おきに喰違ったジグザグの配列とされており、こ
れにより不燃物が挾まるのを防いでいる・上記篩を通過
して燃焼部１０より熱回収室２２内に入ることができる
粒子の大きさは、該第を構成する水管２１同士の間隙以
下であるＯ このため、第２ｂ図に示す伝熱管２９同士の間隙を・入
口の篩の水管２１の間隙より大きくしておけば、不燃物
が伝熱管２９０間に挾まる恐れはな（且つ伝熱管２９の
ピッチを小さくできて、熱回収効率の良い千鳥状配列と
しても不燃物ひっかかりの不安な（コン・９クトにおさ
まって何ら問題はない。また、この実施例に示すように
、熱回収室２２から燃焼部１０へ流動媒体を戻すだめの
開口２６にも水管２１が存在する場合は、第２図Ｃ−Ｃ
線断面図である第２Ｃ図に示すように、水管２１同士の
間隙を伝熱管２９の間隙と同等以上に大きくとればよい
。 なお、上記した実施例において、仕切壁１８上部の流動
媒体が通過する部分の水管２１の周りには、図示しない
プロテクタを取り付けて摩耗等から保護するのが望まし
い。また、熱回収装置１１の炉壁をメンブレン外壁で構
成したものについて説明したが、他の壁水管冷却構造や
耐火壁構造でも差支えないことは勿論である０ （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、仕切壁で区分さ
れた熱回収部と燃焼部との間を流動媒体が循還する流動
層熱回収装置において、仕切壁上方の流動媒体通過域に
篩を設け、熱回収部内の熱回収用伝熱面周囲の間隙を上
記篩用孔径の間隙と同等以上の幅としたことにより、熱
回収部に入り込む固形物の大きさが制限されるので、熱
回収部内の伝熱管に不燃物の詰まり等によるトラブルが
なく、従って粗破砕或いは無破砕のまま％成る程度大き
な塊状物までも含む燃焼物を受は入れて熱回収すること
が可能となり、また、熱回収部内の伝熱管のピッチを小
さくできるので、コン・譬りトにでき、また熱回収効率
を向上させることができるＯ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一実施例を示す断面図、第２
図は第１図の要部拡大断面図、第２ａ図は第２図のＡ−
Ａ線断面図、第２ｂ図は第２図の伝熱管の要部断面図、
ｒｉＩ、２（！図は第２図のＣ−Ｃ線断面図、第３図な
いし第６図は伝熱管群に関する説明図である。 １０・・・燃焼部、　　１１・・・熱回収装置、　１４
・・・散気装置、　　１５，１６．１７・・・空気室、
１８・−・仕切壁、　２１・・・水管、　２２・・・熱
回収室、　２５・・・散気管、　２９・・・伝熱管・第
と図 第２Ｇ図 Ｏｏ　σ２１ ００　　σ″ 第３図 ○　　　　　○ ○　　　　　○ ○　　　　　○ 第６図 ○　　　○ ○　　　○ ○　　　Ｏ ○〜１ ０〜ｌ ○ ○〜１

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
   動媒体を流動化させる流動層内で被燃焼物を投入して燃
   焼する燃焼部に隣接させて、底部から上方に向けて吹き
   込むガスにより流動媒体を固定層から弱い流動層の状態
   にさせる移動層内で流動媒体より熱を回収する熱回収部
   を設置し、これらの熱回収部と燃焼部とを上下部を連通
   させた状態で仕切壁によつて区分し、該燃焼部の少くと
   も前記仕切壁近傍における単位面積当りの流動化ガス吹
   込風量を前記熱回収部の単位面積当りのガス吹込風量よ
   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させ、該熱回収部内
   を流動媒体が沈降して前記仕切壁下部から燃焼部に還流
   させるようにし、前記熱回収部の移動層中に、内部に受
   熱流体が導かれる熱回収用伝熱面を設け、前記燃焼部へ
   被燃焼物を供給する供給装置を設けている流動層を用い
   た流動層熱回収装置において、前記仕切壁上方の流動媒
   体通過域に篩を設け、前記熱回収部の流動媒体中に設置
   する熱回収用伝熱面周囲の間隙を、上記篩開孔径と同等
   以上の幅としたことを特徴とする熱回収装置の伝熱面。 ２、上記仕切壁下方の連通部開孔径が、熱回収用伝熱面
   周囲の間隙と同等以上の幅とされている特許請求の範囲
   第１項記載の熱回収装置の伝熱面。 ３、上記熱回収用伝熱面を構成する伝熱管群がほぼ水平
   方向に配設され且つ管軸に直角の断面上で千鳥状に配列
   されている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の熱回
   収装置の伝熱面。 ４、上記熱回収用伝熱面を構成する伝熱管が、前記仕切
   壁連通部の開口を含む面とほぼ平行に延びるようにして
   配備されている特許請求の範囲第１項、第２項又は第３
   項の何れか１項記載の熱回収装置の伝熱面。