JP2003185116A - 循環流動層燃焼方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動媒体の挙動を正確に把握することがで
き、これにより、流動媒体量を適切に調整することがで
きる結果、循環流動層炉を常に良好な状態で操業するこ
とができる。 【解決手段】 汚泥脱水ケーキを乾燥、ガス化、燃焼さ
せるライザ１と、ライザ１からの循環粒子を捕集するサ
イクロン７と、サイクロン７により捕集された循環粒子
をライザ１に戻すダウンカマー８とを備え、ダウンカマ
ー８は、循環粒子を一時的に貯留して、ライザ１からの
未燃ガスの逆流を防止するループシール９と、ループシ
ール９とライザ１との間に設けられた循環粒子戻し管１
０とを備えている循環流動層炉において、循環粒子が一
時的に貯留されたループシール９の重量を計測するロー
ドセル１４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、循環流動層燃焼
方法および装置、特に、循環粒子が一時的に貯留された
シール部の重量を計測することによって、流動媒体の挙
動を正確に把握することができ、これにより、流動媒体
量を適切に調整することができる結果、循環流動層燃焼
装置を常に良好な状態で操業することが可能な循環流動
層燃焼方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ、廃プラスチック、製紙スラッ
ジ、下水汚泥脱水ケーキ等の廃棄物、ＲＤＦ（燃料固形
化ごみ）、石炭、オイルコークス等を燃焼、あるいはガ
ス化させて、焼却処理や熱回収を行う循環流動層燃焼装
置として、循環流動層炉あるいは循環流動層ボイラが広
く用いられている。

【０００３】この内、循環流動層炉について、以下に図
面を参照しながら説明する。

【０００４】図２は、従来の循環流動層炉の一例を示す
概略断面図である。

【０００５】図２において、１は、燃焼対象物として、
例えば、汚泥脱水ケーキを乾燥、ガス化させ、焼却させ
る、断面矩形あるいは円形状のライザである。ライザ１
の底部には、燃焼用空気を高流速でライザ１内に吹き込
む一次空気吹き込みノズル２および灯油等の補助燃料の
吹き込み装置（図示せず）等が設けられ、ライザ１の下
部には、燃焼対象物の投入口３、二次空気吹き込みノズ
ル４が設けられている。５、６は、炉底部と炉頂部との
炉内差圧、すなわち、ライザ差圧を計測する圧力計であ
る。

【０００６】７は、ライザ１からの循環粒子を捕集する
捕集部としてのサイクロン、８は、サイクロン７により
捕集された循環粒子をライザ１に戻すダウンカマーであ
る。ダウンカマー８は、ライザ１からの未燃ガスの逆流
を防止するシール部としてのループシール９と、ループ
シール９とライザ１の底部との間に設けられた循環粒子
戻し管１０とを備えている。ループシール９には、気送
用空気吹き込みノズル１１が取り付けられていて、ルー
プシール９内に一時的に貯留された循環粒子をライザ１
に循環気送する気送用空気がループシール９内に吹き込
まれる。

【０００７】このように構成されている従来の循環流動
層炉によれば、以下のようにして、汚泥脱水ケーキ等が
焼却処理される。

【０００８】ライザ１内においては、珪砂等からなる流
動媒体が一次空気吹き込みノズル２からの高流速の燃焼
用空気により高温状態で懸濁している。このように、流
動媒体が激しく懸濁しているライザ１内に、投入口３か
ら汚泥脱水ケーキが投入されると、汚泥脱水ケーキは、
高温の流動媒体と混合されて、焼却、ガス化される。ラ
イザ１の上方に達した燃焼排ガス、流動媒体、汚泥脱水
ケーキの焼却灰および未燃分は、サイクロン７に入り、
ここで、比較的粒子の大きい流動媒体、焼却灰および未
燃分は、循環粒子として捕集される。

【０００９】そして、捕集された循環粒子は、ダウンカ
マー８のループシール９および循環粒子戻し管１０を通
ってライザ１内に循環投入される。ループシール９内
は、この中に一時的に循環粒子が貯留されるので閉塞さ
れて、循環粒子戻し管１０からのライザ１内の未燃ガス
の逆流が防止される。一方、排ガスは、ボイラ等に送ら
れて、排熱の有効利用が図られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記循環流動層炉にお
いて、流動媒体の挙動の把握は、炉の安定操業を図る上
で極めて重要である。従来は、圧力計５、６によってラ
イザ差圧を測定することにより、ライザ内の流動媒体量
を把握し、燃焼管理を行ってきた。

【００１１】しかし、この方法では、ライザのみの流動
媒体の懸濁濃度を把握しているため、シール構造部（ル
ープシール）等に貯留される流動媒体量が把握できな
い。

【００１２】循環流動層炉の場合、流動媒体量が時間の
経過と共に変化することが充分にあり得る。例えば、燃
焼対象物が汚泥脱水ケーキの場合、含有される砂や石
が、石炭・オイルコークスの場合は含有灰分が、廃棄物
の場合は不燃物等が装置内に供給されることにより、流
動媒体が増加する。逆に、一部の流動媒体が懸濁による
摩擦、熱割れ等で摩耗し、微細化したためにサイクロン
で捕捉されずに炉外に排出されると流動媒体は減少す
る。

【００１３】この流動媒体の増加・減少は、時間的に不
均一であるため、たとえライザ差圧が一定であっても、
燃焼装置内の流動媒体全体量が増加し、シール構造部に
おける貯留量が増加してしまっていることが充分にあり
得る。すなわち、ライザの懸濁濃度のみを把握すること
ができても、系全体の流動媒体の挙動を把握したことに
はならないのである。

【００１４】系全体の流動媒体の把握ができないと、以
下のような重大な問題が発生する恐れがある。

【００１５】（１）燃焼装置内の流動媒体量が減少した
ために、あるいはループシールからライザへ戻す循環粒
子量が燃焼装置内の流動媒体全体量に比較して著しく多
いために、ループシール内の循環粒子貯留量が減少する
と、ガスシール効果が薄れるため、未燃ガスのダウンカ
マーへの逆流量が増加する。これにより、排ガス中の有
害ガス濃度に影響を及ぼす。また、ライザ内の温度が時
間的、空間的に不均一となり、燃焼制御が不可能とな
り、最悪の場合燃焼が継続できなくなる。

【００１６】（２）燃焼装置内の流動媒体量が増加した
ために、あるいはループシールからライザへ戻す循環粒
子量が燃焼装置内の流動媒体全体量に比較して著しく少
ないために、ループシール内の循環粒子貯留量が増加す
ると、ライザ内の流動媒体量が少なくなり、良好な燃焼
が行えない。また、著しい量の循環粒子がループシール
内、あるいは更に上方のサイクロンにまで堆積すると、
水分等の影響により最悪の場合閉塞し、燃焼装置の制御
が不可能となる。

【００１７】この発明は、流動媒体の挙動を正確に把握
することにより、流動媒体の挙動及び装置内の流動媒体
量を適切に調整することができる結果、循環流動層燃焼
装置を常に良好な状態で操業することが可能な循環流動
層燃焼方法および装置を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、流動媒
体の挙動を正確に把握するために種々、検討を重ねた結
果、シール部の全体重量を計測すれば、シール部内に一
時的に貯留された循環粒子の重量が分かるので、この循
環粒子の重量の変化によって、流動媒体の挙動を正確に
把握することができるといった知見を得た。

【００１９】この発明は、上記知見に基づきなされたも
のであって、下記を特徴とする。

【００２０】請求項１記載の発明は、ライザ内で燃焼対
象物を乾燥、ガス化、燃焼させ、これにより発生した循
環粒子を捕集し、捕集した前記循環粒子をダウンカマー
に設けられた、前記循環粒子を一時的に貯留して、前記
ライザからのガスの逆流を防止するシール部を介して前
記ライザに戻す循環流動層燃焼方法において、前記循環
粒子が一時的に貯留された前記シール部の重量を計測
し、この結果に基づいて、前記シール部から前記ライザ
に戻す流動媒体量を調整することに特徴を有するもので
ある。

【００２１】請求項２記載の発明は、前記重量計測と共
に、前記ライザ底部と頂部との差圧を計測し、これらの
結果に基づいて、前記シール部から前記ライザに戻す流
動媒体量を調整することに特徴を有するものである。

【００２２】請求項３記載の発明は、前記計測結果に基
づいて、前記シール部に吹き込む気送空気量を調整し、
かくして、前記シール部から前記ライザに戻す前記流動
媒体量を調整することに特徴を有するものである。

【００２３】請求項４記載の発明は、前記計測結果に基
づいて、前記流動媒体の追加補充あるいは抜き出しを行
い、かくして、前記シール部から前記ライザに戻す前記
流動媒体量を調整することに特徴を有するものである。

【００２４】請求項５記載の発明は、燃焼対象物を乾
燥、ガス化、燃焼させるライザと、前記ライザからの循
環粒子を捕集する捕集部と、前記捕集部により捕集され
た前記循環粒子を前記ライザに戻すダウンカマーとを備
え、前記ダウンカマーは、前記循環粒子を一時的に貯留
して、前記ライザからの未燃ガスの逆流を防止するシー
ル部と、前記シール部と前記ライザとの間に設けられた
循環粒子戻し管とを備えている循環流動層燃焼装置にお
いて、前記循環粒子が一時的に貯留された前記シール部
の重量を計測する重量計測手段を備えていることに特徴
を有するものである。

【００２５】請求項６記載の発明は、前記シール部は、
前記捕集部と前記循環粒子戻し管との間に伸縮継手を介
して取り付けられていることに特徴を有するものであ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、この発明を循環流動層炉に
適用した場合の一実施態様を、図面を参照しながら説明
する。

【００２７】図１は、この発明の循環流動層炉を示す概
略断面図である。

【００２８】図１において、図２と同一番号は、同一物
である。すなわち、１は、ライザ、２は、ライザ１の底
部に設けられた、高流速の一次空気吹き込みノズル、３
は、ライザ１の下部に設けられた燃焼対象物用投入口、
４は、投入口３の上方部に設けられた二次空気吹き込み
ノズル、５、６は、炉底部と炉頂部との炉内差圧、すな
わち、ライザ差圧を計測する圧力計である。炉底部に設
置する圧力計６は、なるべくライザ１の底部に設置する
ことが差圧計測上で有利であるが、炉内流動媒体の懸濁
濃度が濃く、ライザ１の底部の圧力計測が困難である場
合には、図中一点鎖線で示すように、ライザ１の中段に
設置しても良い。

【００２９】７は、捕集部としてのサイクロン、８は、
シール部としてのループシール９および循環粒子戻し管
１０を備えたダウンカマーである。ループシール９に
は、気送用空気吹き込みノズル１１が取り付けられてい
て、ループシール９内に一時的に貯留された循環粒子
を、ライザ１に循環気送する気送用空気をループシール
９内に吹き込む。気送用空気量は、流量調整用バルブ１
２によって調整される。

【００３０】ループシール９は、ケーシング１３内に収
容され、ケーシング１３は、重量計測手段としてのロー
ドセル１４上に乗せられている。ループシール９は、サ
イクロン７と循環粒子戻し管１０との間にジャバラ式等
の構造の伸縮継手１５を介して取り付けられていて、ロ
ードセル１４によってケーシング１３、ループシール
９、伸縮継手１５の一部およびループシール９内に貯留
された循環粒子の重量がトータルとして計測される。循
環粒子以外の重量は、既知であるので、ループシール９
内に貯留された循環粒子の重量のみを容易に計測するこ
とができる。

【００３１】なお、シール部は、ループシール９に限定
されるものではなく、Ｌバルブ、傾斜バルブ等、流動媒
体を一時的に貯留できる構造のものであれば良い。

【００３２】このように構成されている、この発明の循
環流動層炉によれば、以下のようにして、燃焼対象物と
しての汚泥脱水ケーキが焼却処理される。燃焼対象物と
しては、汚泥脱水ケーキ以外のものであっても処理でき
ることは言うまでもない。

【００３３】流動媒体が高温状態で激しく懸濁している
ライザ１内に、投入口３から汚泥脱水ケーキが投入され
ると、汚泥脱水ケーキは、高温の流動媒体と攪拌、混合
されて、乾燥、ガス化され、焼却される。ライザ１の上
方に達した燃焼排ガス、流動媒体、汚泥脱水ケーキの焼
却灰および未燃分は、サイクロン７に入り、ここで、比
較的粒子の大きい流動媒体、焼却灰および未燃分は、循
環粒子として捕集される。

【００３４】そして、捕集された循環粒子は、ダウンカ
マー８のループシール９および循環粒子戻し管１０を通
ってライザ１内に循環投入される。ループシール９内
は、この中に一時的に循環粒子が貯留されるので、循環
粒子戻し管１０からのライザ１内の未燃ガスの逆流が防
止される。一方、排ガスは、ボイラ等に送られる。排熱
の有効利用が図られる。

【００３５】一時的に循環粒子が貯留されたループシー
ル９の重量は、ロードセル１４によって計測される。循
環粒子以外の重量は、既知であるので、ループシール９
内に貯留された循環粒子の重量のみを容易に計測するこ
とができる。このようにして計測した循環粒子の重量の
変化およびライザ差圧によって、流動媒体の挙動を正確
に把握することができる。

【００３６】例えば、ライザ差圧が一定、あるいは増加
傾向にあるにもかかわらず、ループシール９内の循環粒
子の重量が増加傾向にある場合には、脱水汚泥ケーキの
持ち込みにより流動媒体の全体量が増加したものと判断
することができる。従って、この場合には、ライザ１内
から流動媒体を所定量だけ抜き取って、流動媒体量の全
体量を定常値に維持すれば、炉の安定操業が図れる。

【００３７】一方、ライザ差圧が一定、あるいは減少傾
向にあるにもかかわらず、ループシール９内の循環粒子
の重量が減少傾向にある場合には、一部の流動媒体が激
しい懸濁による摩耗により微細化し、この微小流動媒体
がサイクロン７で捕捉されず、炉外に排出されたことに
より流動媒体の全体量が減少したものと判断することが
できる。従って、この場合には、ライザ１内に流動媒体
を所定量だけ追加補充すれば、炉の安定操業が図れる。

【００３８】また、サイクロンで捕捉できないほど極端
に細かい場合を除けば、流動媒体の粒度が細かいほど、
流動媒体中の循環粒子の割合が多くなる。すなわち、流
動媒体の全量が一定であっても、長時間の運転により流
動媒体の熱割れ、摩耗等により流動媒体の粒度分布が細
かくなった場合には、循環粒子量が増加する。このため
に、ライザ１側の流動媒体量が減少して、不安定燃焼状
態となる恐れがある。ライザ１側の流動媒体量が減少す
ると、ダウンカマー８側の循環粒子量は、増加する。

【００３９】ダウンカマー８側の流動媒体量の増加量
は、ロードセル１４によって正確に計測することができ
るので、この場合には、流量調整バルブ１２を調整し
て、気送空気吹き込みノズル１１からのループシール９
内への気送空気量を増加させ、これにより、ダウンカマ
ー８側の循環粒子のライザ１側への循環投入量を増加さ
せれば、ライザ１側の流動媒体量の減少による炉の不安
定燃焼状態が回避される。

【００４０】一方、脱水汚泥ケーキからの持ち込みによ
り流動媒体の粒度分布が粗くなった場合には、前述の例
とは逆に循環に寄与しない流動媒体が増加するため、ラ
イザの流動媒体量が増加する。この場合は、ライザ１側
の流動媒体量を減少させるべく、流量調整バルブ１２を
調整して、気送空気吹き込みノズル１１からのループシ
ール９内への気送空気量を減少させ、これにより、ダウ
ンカマー８側の循環粒子のライザ１側への循環投入量を
減少させれば、ライザ１側の流動媒体量の増加による炉
の不安定燃焼状態が回避される。

【００４１】さらに、上記傾向が顕著になった場合に
は、上述のように、流動媒体の追加補充あるいは抜き取
りを行えば良い。

【００４２】以上の例は、循環粒子が一時的に貯留され
たシール部の重量を計測すると共に、ライザ差圧の計測
結果も使用することによりライザの流動媒体量を把握
し、流動媒体量の調整を行うものであるが、簡易的に行
うには、シール部の重量計測値のみを使用して行っても
構わない。

【００４３】焼却設備、あるいはボイラ設備が自動運転
されている場合には、これら重量計測値およびライザ差
圧値を自動運転のパラメータとし、ループシールへの気
送空気量や流動媒体の追加、抜き出しが行われるように
すれば良い。また、既設炉の場合には、シール構造部分
のみを改造するだけで良いため、この発明の適用が容易
である。

【００４４】以上の例は、この発明を循環流動層炉に適
用した場合であるが、循環流動層ボイラに適用すること
も勿論可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ライザ差圧を計測すると共に、シール部の全体重量
から、シール部内に一時的に貯留された循環粒子の重量
を計測し、この循環粒子の重量の変化によって、流動媒
体の挙動を正確に把握することができるので、常時、安
定操業が行えるといった有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の循環流動層炉を示す概略断面図であ
る。

【図２】従来の循環流動層炉を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１：ライザ ２：一次空気吹き込みノズル ３：投入口 ４：二次空気吹き込みノズル ５：圧力計 ６：圧力計 ７：サイクロン ８：ダウンカマー ９：ループシール １０：循環粒子戻し管 １１：気送空気吹き込みノズル １２：流量調整用バルブ １３：ケーシング １４：ロードセル １５：伸縮継手

フロントページの続き (72)発明者 山本 誠 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 服部 賢宏 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 3K062 AA11 AB01 AC01 AC13 BA02 CB10 3K064 AB01 AC06 AC13 AD05 AD06 AD08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライザ内で燃焼対象物を乾燥、ガス化、
   燃焼させ、これにより発生した循環粒子を捕集し、捕集
   した前記循環粒子をダウンカマーに設けられた、前記循
   環粒子を一時的に貯留して、前記ライザからのガスの逆
   流を防止するシール部を介して前記ライザに戻す循環流
   動層燃焼方法において、 前記循環粒子が一時的に貯留された前記シール部の重量
   を計測し、この結果に基づいて、前記シール部から前記
   ライザに戻す流動媒体量を調整することを特徴とする循
   環流動層燃焼方法。
2. 【請求項２】 前記重量計測と共に、前記ライザ底部と
   頂部との差圧を計測し、これらの結果に基づいて、前記
   シール部から前記ライザに戻す流動媒体量を調整するこ
   とを特徴とする、請求項１記載の循環流動層燃焼方法。
3. 【請求項３】 前記計測結果に基づいて、前記シール部
   に吹き込む気送空気量を調整し、かくして、前記シール
   部から前記ライザに戻す前記流動媒体量を調整すること
   を特徴とする、請求項１または２記載の循環流動層燃焼
   方法。
4. 【請求項４】 前記計測結果に基づいて、前記流動媒体
   の追加補充あるいは抜き出しを行い、かくして、前記シ
   ール部から前記ライザに戻す前記流動媒体量を調整する
   ことを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載
   の循環流動層燃焼方法。
5. 【請求項５】 燃焼対象物を乾燥、ガス化、燃焼させる
   ライザと、前記ライザからの循環粒子を捕集する捕集部
   と、前記捕集部により捕集された前記循環粒子を前記ラ
   イザに戻すダウンカマーとを備え、前記ダウンカマー
   は、前記循環粒子を一時的に貯留して、前記ライザから
   の未燃ガスの逆流を防止するシール部と、前記シール部
   と前記ライザとの間に設けられた循環粒子戻し管とを備
   えている循環流動層燃焼装置において、 前記循環粒子が一時的に貯留された前記シール部の重量
   を計測する重量計測手段を備えていることを特徴とする
   循環流動層燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記シール部は、前記捕集部と前記循環
   粒子戻し管との間に伸縮継手を介して取り付けられてい
   ることを特徴とする、請求項５記載の循環流動層燃焼装
   置。