| 【発明の名称】 |
流動床焼却炉の運転方法とその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】笹谷 史郎
【氏名】吉田 季男
【氏名】本多 裕姫
【氏名】清水 義仁
【氏名】石川 出
【氏名】山内 恒樹
|
| 【要約】 |
【課題】固気分離器にて流動媒体とともに飛灰を回収してしまうことによるクリンカの発生を防止して、高効率でかつ安定運転が可能である流動床焼却炉の運転方法とその装置を提供する。
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流動媒体を固気分離器により排ガスから分離回収した後、該固気分離器の下方に連結するダウンカマーを通過した該流動媒体をシールポットに一時的に貯留し、該シールポットから流動媒体還流路を経て炉内に返送する流動床焼却炉の運転方法において、前記ダウンカマー内での空塔速度を利用して流動媒体と飛灰とを分離するとともに、前記固気分離器側に戻すことを特徴とする流動床焼却炉の運転方法。
【請求項２】 前記ダウンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする請求項１記載の流動床焼却炉の運転方法。
【請求項３】 前記ダウンカマーの内径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量との比を調整することにより該ダウンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度としたことを特徴とする請求項１記載の流動床焼却炉の運転方法。
【請求項４】 前記ダウンカマーの空塔速度が、略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは略０．２〜０．６ｍ／ｓであることを特徴とする請求項２記載の流動床焼却炉の運転方法。
【請求項５】 流動媒体を排ガスから分離して回収する固気分離器と、その下部に連通するダウンカマーと、該ダウンカマーを経た流動媒体が一時的に貯留されるシールポットと、該シールポットから前記流動媒体を炉内に還流する流動媒体還流路とからなる外部循環路を具えた流動床焼却炉において、前記ダウンカマー内で流動媒体と飛灰を分離する飛灰分離手段を設け、該飛灰分離手段によりダウンカマー内で分離した飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする流動床焼却炉。
【請求項６】 前記飛灰分離手段が前記ダウンカマーの空塔速度であり、該空塔速度を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする請求項５記載の流動床焼却炉。
【請求項７】 前記飛灰分離手段が、前記ダウンカマーの内径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量との比であり、該内径と空気量を調整することにより空塔速度を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることを特徴とする請求項５記載の流動床焼却炉。
【請求項８】 前記飛灰が、下水汚泥等の汚泥を燃焼して得た飛灰であることを特徴とする請求項５記載の流動床焼却炉。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動床焼却炉内を循環する流動媒体と排ガスとを分離する固気分離器を具えた流動床焼却炉において、特に遠心力を利用して固気分離するサイクロンを具えた流動床焼却炉の運転方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物を焼却処理する際に流動床焼却炉が広く普及してきている。流動床焼却炉は、炉底に充填した流動媒体に高圧空気を導入して流動層を形成させ、該流動層内に廃棄物を投入して混合攪拌しながら燃焼させるため、瞬時に乾燥、焼却することができ、特に含水率の高い汚泥等の焼却に多用されている。前記流動床焼却炉は気泡流動層炉と循環流動層炉とに大別され、該気泡流動層炉は炉底に堆積した流動媒体に空気を吹き込み、流動層炉下部に気泡を発生させて沸騰状態の流動層を形成させ、該流動層に被燃焼物を投入して燃焼させる。一方、前記循環流動層炉は、炉内に吹き込む空気速度を流動媒体の終末速度以上とし、被燃焼物を流動媒体と激しく混合しながら燃焼させ、該流動媒体を導入空気により同伴させて飛散した後、該流動媒体を固気分離器で捕集して炉内に還流する焼却炉である。
【０００３】このように前記循環流動層炉は気泡流動層炉と異なり、保有熱量の大きい流動媒体が高速度で炉内を循環するため、燃焼効率が高くなるとともに炉内温度分布が均一化されることにより燃焼反応が安定化する。かかる循環流動層炉において最も重要な操作の一つとして、上記したように前記流動媒体を循環させるために、排ガスと流動媒体とを分離して該流動媒体を炉内に還流する操作が挙げられる。このため、循環流動層炉には、燃焼反応を行なう炉本体に併設された流動媒体の外部循環路の上流側に流動媒体回収器が具えられている。
【０００４】前記流動媒体回収器は、重力、慣性力または遠心力等を利用した様々な装置を用いることができるが、かかる循環流動層炉には遠心力を利用したサイクロンが最も多く利用されている。図３を用いて一般的なサイクロンの概略を説明するに、燃焼反応を行なうライザから送給されてくる排ガスは、サイクロン５内に流入すると該サイクロン５の円錐部を旋回下降流１５に示すように旋回しながら下降した後、反転上昇し、サイクロン５上部に挿入される内筒１１から旋回上昇流１６の流路を通って排出される。サイクロン５に排ガスとともに流入する流動媒体は、該サイクロン５内部での遠心運動により壁面へ衝突し沈降するか、若しくは該サイクロンの円錐部下端から反転上昇する過程で沈降することになる。
【０００５】このようにサイクロン５から分離回収された流動媒体はダウンカマー６を降下してシールポット７を経て炉内に還流される。このようなサイクロン５は構造も簡単で可動部もなく、耐熱性部材を使用できるという利点から多用されてきた。しかし、該サイクロンの分離限界粒子径は数μｍと非常に小さいため、略５０μｍ程の粒径まで存在する飛灰を流動媒体（流動媒体粒径＞略１５０μｍ）とともに回収してしまう。
【０００６】前記回収された飛灰は流動媒体とともに炉内に送り込まれて、流動層炉内に多量に滞留し、その結果、飛灰中の低融点物質が炉内で軟化現象を呈して、灰の溶融物（クリンカ）が流動層炉の炉壁等に付着、成長する惧れがある。これにより、炉内を循環する被燃焼物や流動媒体の正常な移送を阻害し、炉の運転が不安定になる。このため全連続炉のように長期間連続運転する炉では、ボイラ水管壁を設けるほか、高温部に空気や蒸気を吹き込む方法、耐火物または耐熱鋼製の空冷壁を設ける方法等によって、炉壁表面温度を冷却し、クリンカの付着を防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の流動床焼却炉にあっては、上記したようにサイクロンの分離限界粒子径が飛灰の粒子径に較べて極めて小さいため、流動媒体を回収する際に飛灰までも同時に回収してしまう。これにより炉内に飛灰が多く滞留することとなり、該飛灰中の低融点物質が溶融してクリンカを生成し、流動層炉内の炉壁等に付着、成長して炉内循環物質の移送を阻害し、炉の運転に支障をきたす。この問題の対策として、ボイラ水管壁や耐熱性の空冷壁を設けたり、高温部に空気や蒸気を吹き込み炉壁表面温度を冷却する方法が採られているが、これらの方法は、設備コストの増大や焼却炉の燃焼効率の悪化を引き起こし、さらには炉内の局所的な温度低下による排ガス性状の悪化をも誘引する惧れがある。
【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、燃焼反応により生じる飛灰が流動媒体とともに回収されることを防ぎ、該焼却炉内に滞留する飛灰濃度を低減し、該飛灰中の低融点物質が溶融して生成するクリンカの発生を防止することにより、高効率でかつ安定運転が可能である流動床焼却炉の運転方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる従来技術の課題を解決するために、請求項１記載の発明として、 流動媒体を固気分離器により排ガスから分離回収した後、該固気分離器の下方に連結するダウンカマーを通過した該流動媒体をシールポットに一時的に貯留し、該シールポットから流動媒体還流路を経て炉内に返送する流動床焼却炉の運転方法において、前記ダウンカマー内での空塔速度を利用して流動媒体と飛灰とを分離するとともに、前記固気分離器側に戻すことを特徴とする。
【００１０】かかる流動床焼却炉においては、前記ダウンカマーに流入する流動媒体と飛灰とを分離して、該飛灰を前記固気分離器から排ガスとともに炉外へ排出することにより、炉内に滞留する飛灰濃度が低減し、該飛灰により生成するクリンカの発生を防止することができる。これにより、クリンカ発生防止のために炉壁表面を冷却する設備が不要となり、設備コストの低減が可能となるとともに、炉内温度を低下させないため炉の運転が安定化する。
【００１１】さらに、請求項２記載の発明は、前記ダウンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする。これは、前記ダウンカマーに流入する粒子は、その終末速度がダウンカマー空塔速度より大きいときは下降し続け、該終末速度がダウンカマー空塔速度より小さいときには反転して上昇し始めることから、前記流動媒体の終末速度を該空塔速度より大に、また前記飛灰の終末速度を該空塔速度より小になるように空塔速度を調整する。これにより、流動媒体はそのまま下降してシールポットへ送給され、飛灰は上昇して前記固気分離器から排ガスとともに炉外へ排出され、炉内に残留する飛灰濃度が非常に低くなる。
【００１２】また、請求項３記載のように、前記ダウンカマーの内径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量との比を調整することにより該ダウンカマーの空塔速度を、流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることにより飛灰を前記固気分離器側に戻すことによっても飛灰の除去は可能である。即ち、前記ダウンカマーの内径と前記空気量との比を調整することにより空塔速度が調整可能なため、上記した請求項２記載と同様に流動媒体と飛灰との分離が可能となる。
【００１３】さらに、請求項２記載のダウンカマーの空塔速度が、略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは略０．２〜０．６ｍ／ｓであることを特徴とする。かかる流動床焼却炉において、最も多く利用されている流動媒体は、粒径が略２００〜６００μｍの硅砂である。前記粒径から請求項２に基づき算出される速度が上記速度範囲となるため、この範囲にダウンカマー空塔速度を設定することで、一般に使用される流動床焼却炉で飛灰と流動媒体との分離が高効率で以って達成できる。
【００１４】さらにまた、上記発明を効果的に実施する装置として、請求項５記載の発明は、流動媒体を排ガスから分離して回収する固気分離器と、その下部に連通するダウンカマーと、該ダウンカマーを経た流動媒体が一時的に貯留されるシールポットと、該シールポットから前記流動媒体を炉内に還流する流動媒体還流路とからなる外部循環路を具えた流動床焼却炉において、前記ダウンカマー内で流動媒体と飛灰を分離する飛灰分離手段を設け、該飛灰分離手段によりダウンカマー内で分離した飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とする。また、前記飛灰分離手段は具体的な部材ではなく、前記ダウンカマーの空塔速度であり、該空塔速度を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることで飛灰を前記固気分離器側に戻すことを特徴とし、更に請求項７に記載のように、前記飛灰分離手段が、前記ダウンカマーの内径と、前記シールポット下方から吹き込む空気量との比であり、該内径と空気量を調整することにより空塔速度を流動媒体及び飛灰の終末速度の中間速度とすることを特徴とする。
【００１５】そして本発明は請求項８に記載のように、前記飛灰が、下水汚泥等の汚泥を燃焼して得た飛灰に好適に適用される。即ち、下水汚泥等の汚泥は、粒子径がほぼ均一であるため、請求項２記載のようにダウンカマー空塔速度を算出する際に、飛灰分離に確実な空塔速度を導き出せる。さらに、汚泥粒子径は非常に小さく、その燃焼により生じる飛灰と流動媒体との粒径の差は大きくなる。したがって、空塔速度範囲が広くなり吹き込み空気の制御が容易になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その他相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。図１は本発明の実施形態にかかる循環流動層炉の全体の概略構成図で、図２は温度６００℃、粒子密度２５６０ｋｇ／ｍ３のときの流動媒体及び飛灰の粒径と終末速度の関係を示すグラフである。
【００１７】図１において、循環流動層炉１は、フリーボード３と流動層４とからなり主として燃焼反応を行なうライザ２と、該流動層４から吹き上げる流動媒体を排ガスから分離回収するサイクロン５と、炉内未燃ガスのサイクロン５への吹き抜けを防止するシールポット７と、該シールポット７とライザ２に位置する流動砂の還流路である流動媒体還流路１３とから構成される。
【００１８】前記ライザ２炉床部には複数の孔が穿孔された一次空気散気管８が突設され、該一次空気散気管８から導入される一次空気２０により前記流動層４が形成されている。該流動層４の上方には前記フリーボード３が位置し、該フリーボード３の炉壁には汚泥投入口９及び二次空気供給口１０が設けられ、該汚泥投入口９から投入される汚泥２１は、前記流動層４内で流動媒体と激しく混合攪拌されながら燃焼する。該流動層４から飛散した未燃分は二次空気２２により流動媒体とともにフリーボード３へ同伴搬送され、該フリーボード３にて燃焼反応を完結する。
【００１９】前記燃焼反応により発生する飛灰を含む排ガスは、流動媒体とともにサイクロン５に送給され、該流動媒体と分離されてサイクロン内筒１１から炉外へ排出される。そして、回収された流動媒体はダウンカマー６を経てシールポット７に一時的に貯留され、該シールポット７の下部から吹き込む流動空気２３、２４により移動層を形成し、流動媒体還流路を通って前記ライザ２に還流される。
【００２０】かかるサイクロン５は従来技術と同様の構造であるので、流動媒体と飛灰の分離過程を図３を用いて説明する。まず、該サイクロン５に流入する排ガス上記従来技術に述べたように流動媒体と分離され、前記内筒２５から排出される。一方、排ガスとともにサイクロン５内に流入する流動媒体と飛灰の一部は、該サイクロン５の円錐部での遠心運動により壁面へ衝突して下降流１７に沿ってダウンカマー６へ沈降し、それ以外の流動媒体と飛灰は円錐部を旋回しながら下降した後、重力によりさらにダウンカマー６まで沈降する。
【００２１】前記ダウンカマー６内には、図１に示した上流側シールポット流動空気２３により制御される空塔速度ｕ０の上昇気流が形成されており、旋回下降流１５を下降する排ガスはダウンカマー６の上端で該上昇気流により反転上昇して旋回上昇流１６としてサイクロン上部から排出される。一方、前記ダウンカマー６の上端まで沈降した流動媒体は、該流動媒体の終末速度ｕ１が前記ダウンカマー空塔速度ｕ０より大きいため、該ダウンカマー６内をさらに下降してシールポット７に貯留される。また、流動媒体とともにサイクロン５からダウンカマー６に流入される飛灰は、該ダウンカマー６の上昇気流に搬送されてサイクロン５内を上昇し、排ガス２５とともにサイクロン内筒１１より排出される。
【００２２】次に、上記したように流動媒体と飛灰とを分離可能にダウンカマー空塔速度ｕ０を制御する方法について説明する。まず、かかるダウンカマー空塔速度ｕ０と終末速度ｕをもつ粒子との関係を簡単に説明するに、該粒子がダウンカマー６を終末速度ｕで下降する場合、前記ダウンカマー空塔速度ｕ０との関係がｕ＞ｕ０のとき粒子は下降し続け、ｕ＜ｕ０のとき粒子は速度（ｕ０−ｕ）で上昇する。従って、流動媒体と飛灰とを確実に分離可能にダウンカマー空塔速度を制御するには、該ダウンカマー空塔速度ｕ０を前記流動媒体及び飛灰の終末速度の中間に設定するとよい。
【００２３】尚、終末速度とは静止流体中に単一粒子を投入したときに、粒子の沈降速度が最終的に到達する一定値であり、該終末速度は粒径及び粒子、ガスの密度とにより一義的に決定する。従って、図２の粒径と終末速度の関係を表わすグラフに示されるように、飛灰粒径範囲を略５０μｍ以下、流動媒体である硅砂の粒径範囲を略２００〜５００μｍとすると、該飛灰の終末速度の上限値が略０．１ｍ／ｓとなり硅砂の終末速度の下限値が略１．０ｍ／ｓであるため、該グラフから、その中間の速度である略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは０．２〜０．６ｍ／ｓに設定すればよいということがわかる。ここで、流動媒体である硅砂は、一例として、循環流動層炉で最も多く使用されている６号硅砂とし、該６号硅砂の粒径範囲から終末速度を算出した。
【００２４】このように、前記ダウンカマー空塔速度ｕ０を制御するにあたり、上記したように前記上流側シールポット流動空気２３の空気量及び導入圧力を制御してもよいが、別の制御方法として、該空気量及びダウンカマー６の内径Ｒの比を調整することで空塔速度ｕ０を制御することも可能である。これは、同一の空気量を吹き込む場合、ダウンカマー空塔速度ｕ０は該ダウンカマー断面積に反比例することによる。つまり、前記上流側シールポット流動空気２３が同一空気量のとき、ダウンカマーの内径Ｒが小さいほど空塔速度ｕ０は大きくなる。したがって、ダウンカマーの内径Ｒと流動空気２３の空気量の比を制御することにより流動媒体と飛灰とを分離することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、流動床焼却炉に具えられた飛灰分離手段により飛灰を排ガスとともに炉外へ排出することが可能となり、炉内に滞留する飛灰濃度が低減し、該飛灰が溶融して生じるクリンカの生成を防止することができる。これにより、クリンカ生成による炉内運転状態の悪化を防げるとともに、炉壁表面温度を冷却するための設備を具える必要がなくなり、設備コストの低減及び焼却炉の運転の安定化が図れる。さらに、前記飛灰分離手段として、流動媒体及び飛灰の粒径に応じて空塔速度を制御することにより該飛灰を分離することで、確実に流動媒体と飛灰とを分離することが可能となる。
【００２６】また、前記ダウンカマーの内径と、該ダウンカマーに供給する空気量とを制御することで前記空塔速度が一義的に決定するため、前記と同様の効果が得られ、かつ簡単に制御プロセスでの流動媒体と飛灰との分離が可能となる。さらに、前記ダウンカマー空塔速度を略０．１〜１．０ｍ／ｓ、好ましくは０．２〜０．６／ｓとすることで、流動床焼却炉に最も多く用いられている流動媒体に最も適した空塔速度とすることができ、一般に使用される多くの流動床焼却炉に適用することが可能となる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年２月２９日（２０００．２．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３０２４
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 昌久 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１６１１（Ｐ２００１−２４１６１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５３９４４（Ｐ２０００−５３９４４） |
|