JPH062813A - 熱回収燃焼設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置からの粒子径の大きなダストを効率
よく除去して、熱回収室におけるダストによる摩耗を防
止できる熱回収燃焼設備を提供する。 【構成】 流動床燃焼装置１より発生する燃焼排ガス
を、定格運転時の平均流速が１２〜２０ｍ／ｓである傾
斜ダクト１９により、沈降室４に導き、次いで該沈降室
４から熱回収装置７に流入させる熱回収燃焼設備におい
て、前記沈降室４が流路断面積を前記ダクト１９より拡
げて平均流速を定格運転時８〜１４ｍ／ｓとし、その底
部は壁面を水平面に対して５０°を越える角度の灰排出
ホッパ２４を形成して最下部に灰排出装置５を設けると
共に、灰排出ホッパよりも高い位置でかつ流動床燃焼装
置からのダクトにて流入する排ガス流のあたらぬ位置に
熱回収装置への流出ノズル２０を設け、該流出ノズル流
路断面積は該沈降室流路断面積よりも小さくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱回収燃焼設備の改良
に係り、特に、燃焼排ガス中にダストを多く伴う、廃棄
物を処理して燃料化したものや石炭、石油コークス等を
燃料とするボイラや熱風発生設備あるいは、都市ごみ、
汚泥、種々の産業廃棄物等廃棄物を焼却処理する焼却設
備のうち廃熱ボイラや排ガス式空気予熱器（排ガスによ
り燃焼用空気を予熱するもの）を備えた熱回収燃焼設備
の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術は、燃焼装置にスト
ーカ（火格子）炉やロータリーキルン炉を用いて燃焼物
中の不燃物が極力飛散しない様に工夫すると共に、発生
する燃焼排ガスの持つ熱エネルギーを回収するボイラや
空気予熱器等の熱交換器の入口には、サイクロン等のプ
レダスタを置いてダストを捕集して熱交換器へ流入する
ダスト濃度を極力低減させるようにするのが一般的であ
った。図３にその一般的なフローシートを示す。

【０００３】図３において、補助燃料１４は、着火ない
しは着火に至る温度域までに燃焼装置１内部温度を上昇
するために用いるバーナ２９のためのガスや油等の燃料
をさす。又、冷却水１７は、燃焼排ガスが高温となりす
ぎて耐火物を傷めたり、ダストが溶けたり焼結しはじめ
たりして煙道や伝熱面、装置内壁等にスケール化する事
を防ぐために、直接排ガス中に噴霧して通常９００〜１
０００℃以下に冷却するためのものである。燃焼用空気
１６は１ケ所に集中して供給せず、少くとも燃焼物の投
入されている部分の下面と、燃焼排ガスが燃焼装置の出
口に流れてゆく途中との２ケ所に分けて添加し、前者を
一次燃焼空気、後者を二次燃焼空気と呼ぶ。この一次燃
焼空気量は理論空気量前後が若干少めとして還元状態に
て燃焼物を燃焼させて、発生するフューエルＮＯｘ、即
ち燃焼物中に含まれる窒素が窒素酸化物に転化するのを
抑制し、かつ一次燃焼空気吹込部で激しく燃焼が起こ
り、局部的に高温化して火格子や耐火物が熱や化学反応
で損傷するのを防いでいる。一次燃焼空気だけでは理論
空気量前後が若干少めのため不完全燃焼であるので、後
で二次空気を加え、適当な空気過剰率として完全燃焼さ
せる。

【０００４】空気予熱器８は、燃焼排ガスから熱を回収
して燃焼用空気を予熱すると同時に排ガスを冷却するも
ので、燃焼装置１の熱バランスを改善して昇温し燃焼物
の燃焼を容易とし、廃熱ボイラ７の熱回収率を高めると
共に、バグフィルターなどの集塵装置９の耐熱温度以下
まで排ガスを冷却するものである。図３では一次燃焼空
気のみであるが二次燃焼空気も排ガス式空気予熱器を通
し、二次燃焼を促進すると共に排ガス温度を下げてやる
事もある。また、スクラバーや電気集塵器を集塵装置９
に用いる場合は、バグフィルターの通常１５０〜２５０
℃に対して２００〜３５０℃と高めのため、空気予熱器
を設置しない場合もある。燃焼装置１からの不燃物１３
の排出は、通常水封などをへて消火、冷却、排ガスシー
ルし外に排出する。それ以外の灰排出装置５はロータリ
バルブやダブルダンパ等で排ガスをシールしながらダス
トを外に排出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近、徐々に流動床燃
焼装置の採用が一般化しはじめている。従来のストーカ
炉やロータリキルン炉などは対象燃焼物の発熱量や物性
がきわめて限られており、過大な発熱量のものは火格子
や耐火物を溶かしたり変形させたりクリンカを発生させ
て損傷を起こし、過少な発熱量のものは燃焼しないまま
排出してしまうなどのため、処理量が激減し、補助燃料
がかさむ。又、燃焼物が油や汚泥やプラスチック、雑芥
などと種類が異なるとそれに応じ、燃焼炉の形式を選択
してやる必要があった。これに対して流動床燃焼装置で
は一つで廃油から廃液まで、汚泥も雑芥も全て受け入
れ、発熱量の高低でも損傷はなく、受入燃焼物の平均発
熱量のバランスによって熱収支が決まる、という優れた
面をもっている。

【０００６】これは６００〜８５０℃程度の燃焼温度に
熱した砂を底から吹き込む一次燃焼空気によって流動化
させた流動床を底部に形成させ、上部のフリーボード部
と呼ぶ空間で流動床よりはね上がる砂を落下させ流動床
にもどすと共に、二次燃焼空気により二次燃焼させるも
ので、燃焼物をフリーボード部壁等からあるいは直接流
動床に投入することにより、流動砂でもみほぐしながら
燃焼物を燃焼させるため、前述したような燃焼物の性
状、発熱量を選ばない事が可能となるものである。そし
て、残った不燃物は流動床の底より砂と共に炉外に抜き
出し、トロンメル（回転横置円筒篩）や振動篩などによ
り、２〜５mm以下の砂とそれより大きな不燃物とに篩分
し、砂は再び炉内に戻し、不燃物は排出する。不燃物中
にホチキス針、釘、針金、鋲等が多い場合は篩にからま
り閉塞させ易いため、篩の上流側に磁選機を置いて鉄分
を除去するのが普通である。流動床の底と外部との圧力
差は、特にダンパ類は用いず、１〜２ｍ長さの冷却シュ
ートを入れて、砂や不燃物の冷却と同時にそのシュート
内に充満する砂のマテリアルシールにより圧力差を抑え
てしまう方法がかみこみ等の問題がなく都合がよい。

【０００７】この流動床においては、従来のロータリー
キルンやストーカ炉と異なり、砂により激しくもみ砕き
ながら乾燥、燃焼させるため、炉底から排出される不燃
物はダスト分がなくきれいで完全に燃えつき取扱いが容
易となる反面、流動床からフリーボード部をへて燃焼装
置外に排ガスと共に飛散してしまうものが増加する。加
えて流動砂自体も互いに衝突しあったり、燃焼物や廃液
などと接してサーマルショックを受けるなどするうちに
摩耗して細かくなり、ダストとして飛散してゆくように
なる。燃焼物に含まれる不燃物で砂状のものは、炉外分
級においても排出される事なく砂と同化されるため、そ
の量が多い場合は砂の量は漸次増加してゆくが、少ない
場合減少するため、砂を補充する必要が生じ、その分燃
焼装置より飛散するダスト量も増加する。飛散するダス
ト粒径は、通常５００μｍ前後より下のものがほとんど
を占めるが、流動床の沸騰現象に伴う砂の飛散でこれよ
り大きな粒径のものも多い。

【０００８】このため、従来通り、サイクロンなどのプ
レダスタにより極力除塵してから、廃熱ボイラや空気予
熱器等の熱回収装置に通してやろうとするとサイクロン
の金属部が粒子の大きなダストによって激しい摩耗を生
じた。又、サイクロンを通過する様な１０μｍ以下と微
細な径のものだけが熱回収装置に流入すると、次第に伝
熱面に付着し、非常に軽いために剥離しにくい断熱層を
形成してしまう。このため、熱交換が防げられ頻繁にス
ートブローを作動させなければならなくなった。このた
め、スートブローによる伝熱面の摩耗の心配や廃熱ボイ
ラ付の場合、スートブローに伴う回収蒸気量の低下やス
ートブロー時のスートブロー分の蒸気発生量の変動がさ
けられず、廃熱ボイラがなく空気予熱器のみの場合、ス
ートブローのための空気源又は蒸気源を必要とした。

【０００９】また、スートブロー時の排ガス量がスート
ブロー流体分だけ急変動するため、設備の安定運転が損
われ、排ガス圧力変動が大巾に上下したり排ガス処理設
備の能力を越えてしまい、有害ガス除去効率や集じん効
率が低下するなどの問題を起こすとか、その様な状況を
さけるためにスートブローに先立って燃焼量を下げて排
ガス流量をしぼりこんでおく、という運転を行う必要が
あった。特に、汚泥など１０μｍ以下の不燃物を多量に
含むものを燃焼物に含む場合に伝熱面への断熱層の形成
速度が大きく、問題が大きかった。本発明は、上記のよ
うな問題点を解消するために、燃焼装置からの粒子径の
大きなダストを効率よく除去して、熱回収室におけるダ
ストによる摩耗を防止することのできる熱回収燃焼設備
を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、流動床燃焼装置より発生する燃焼排ガ
スを、定格運転時の平均流速が１２〜２０ｍ／ｓである
傾斜ダクトにより、沈降室に導き、次いで該沈降室から
熱回収装置に流入させる熱回収燃焼設備において、前記
沈降室が上面に流入口を有し、流路断面積を前記ダクト
より拡げて平均流速を定格運転時８〜１４ｍ／ｓとし、
その底部は壁面を水平面に対して５０°を越える角度の
灰排出ホッパを形成して最下部に灰排出装置を設けると
共に、灰排出ホッパよりも高い位置でかつ流動床燃焼装
置からのダクトにて流入する排ガス流のあたらぬ位置に
熱回収装置への流出ノズルを設け、該流出ノズル流路断
面積は該沈降室流路断面積よりも小さいこととしたもの
である。上記において、沈降室灰排出装置から排出した
灰を流動床燃焼装置に循環する手段を設けるのがよい。
また、傾斜ダクトは、排ガス流に従って上昇する場合は
少なくとも４０°、下降する場合は少なくとも３０°位
水平に対して傾けるのがよい。

【００１１】

【作用】通常排ガスに同伴するダストは排ガス流向の変
化に追従しきれない２００μｍ以上のものまでが摩耗効
果を持つものと言われている。本発明によれば、沈降室
を設けることにより、排ガス流向を変えて衝突集じん効
果で粗大粒子径のダストを分離除去することができ、上
記のような２００μｍ以上の粒径のダストを選択的に除
去し、アッシュカットと呼ばれる伝熱面のダストによる
摩耗を防止することができる。

【００１２】また、熱回収室においては、排ガス中の２
００μｍ以上の運動量が大きくて摩耗性のある粒子の量
は微かであり、かつ、サイクロン等で除じんしたものに
比較して５０〜２００μｍの比較的あらい粒子を多く混
入させている。このため、伝熱面に付着するダストは相
対的にかさ密度が上昇し、振動や気流等によって剥離し
やすくなる。この結果、平均的なダスト付着量がへり、
スートブローの必要頻度がへり、スートブローによって
払い落とされやすく、スートブローの強さを弱めること
即ち、スートブロー用蒸気又は空気量がへり、伝熱面の
余裕が大きな場合スートブローなしの自己剥離だけで運
転可能となる。

【００１３】また、流動床燃焼装置からのダクトも傾斜
させ流速も１２〜２０ｍ／ｓと大きめとして流動床から
の砂や荒いダストが沈降分離してもダストが重力や排ガ
ス流で移動して堆積しない様に工夫している。このた
め、これにより、流動床燃焼装置ならではの荒めのダス
トの高濃度飛散が、排ガス中に荒めのダストを混入させ
る事になり、この結果伝熱面付着ダストへの荒めのダス
ト混入が生じてダスト剥離の助長効果を強めている。
又、ダストは必ずしも付着による伝熱の阻害だけではな
く、逆に排ガスの熱を受けて輻射熱に変換する熱輻射促
進機能を持つ。

【００１４】本発明者達の経験値からすると、流動床か
ら出た高ダスト排ガスが黒体の７０％前後の輻射を行う
データが多くあり、ダストの少ない排ガスのみに対して
倍以上の極めて大きな高温領域における伝熱を得る事が
できる。又、ダストは排ガスと伝熱面との伝熱抵抗のほ
とんどを占める境界層に対して、境界層を乱し、薄くす
る効果を持っており、熱回収燃焼設備は本発明を適用す
ることにより、２〜３倍程度の伝熱係数を持つことがで
きる。又、輻射伝熱が強化されることから、輻射伝熱は
もともと付着ダスト層による伝熱の低下は少く、付着ダ
ストに左右されにくいため、本発明の対象の設備にとっ
て好都合である。なお、沈降室は、排ガス流の向きの変
更に追従できない２００〜５００μ以上のものは除去分
離するが、それ未満のものは積極的に同伴させる様にし
たものであって、従来のサイクロンやプレダスタの様に
遠心分離効果や衝突集塵効果で払い落せるダストはでき
るだけ分離除去してやろうというものとはその目的を異
にする。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 図１に本発明の熱回収燃焼設備の概略工程図を示す。図
２に図１で用いる沈降室の拡大断面図を示す。図におい
て、流動床燃焼装置１は、流動床部２とフリーボード部
３とからなり、燃焼物１４は一次燃焼空気１６ａによっ
て流動砂を流動化させた流動床２で燃焼させ、更にフリ
ーボード部３で二次燃焼空気１６ｂの導入により二次燃
焼させる。

【００１６】不燃物は流動床の底から流動砂と共に取出
シュート１０により排出され、排出コンベヤ１１により
篩分装置１２に導入されて不燃物１３と流動砂に篩分け
られて、流動砂は循環砂２５として燃焼装置１に循環さ
れる。流動砂の補充は１８から行う。補助燃料１５は、
流動床２の温度を燃焼に必要な温度域に上昇するために
添加され、また、冷却水１７は、フリーボート部３の温
度を適正な温度に保持するために用いるものである。

【００１７】流動床燃焼装置１から排出される排ガスは
傾斜ダクト１９を通り、沈降室４に入る。ダクトから沈
降室４に入った排ガス流は、図２に示されるように直進
２６して下部灰排出ホッパ２４にあたり、含んでいる２
００μｍ前後以上のダスト粒子２７はその際灰排出ホッ
パ２４壁面と衝突し、捕捉され最下位のノズルより灰排
出装置５に入り、５から外部に排出される。灰排出ホッ
パ２４の壁面は５０°以上の角度となっているため、衝
突した粒子は、はねかえっても上方に飛びあがって再び
排ガス流に乗るものはわずかで、衝突による速度減衰に
より、効果的に捕捉される。衝突後の排ガス流は乱され
熱回収装置の廃熱ボイラ７へと加速しながら流入してゆ
く。

【００１８】このように、再加速効果と排ガス流の向き
変更の効果で排ガスの偏流は少なくなる。廃熱ボイラ７
で熱交換された排ガスは、ダクト２１を通り空気予熱器
８に入り、燃焼用空気１６を加熱して、自からは温度を
下げて集塵装置９に到り、集塵され清浄空気として排出
２２される。熱回収装置である廃熱ボイラ７及び空気予
熱器８においては、排ガス中に５０〜２００μｍの比較
的あらい粒子が多く混入されているため、伝熱面に付着
するダストは相対的にかさ密度が上昇し、振動や気流等
により剥離しやすい。沈降室４から排出される粒子は、
灰排出装置５から、切換装置６により流動床燃焼装置１
に導入されるか、捕集飛灰２３として排出される。ま
た、廃熱ボイラ７、空気予熱器８及び集塵装置９から排
出される灰はそれぞれ灰排出装置５を通り捕集飛灰２３
として排出される。

【００１９】この結果、ケースによってはダスト払い落
としは特にスートブローを行う事なく、設備的に伝熱面
積を増やすことなく、従来通りの熱回収を維持できるよ
うになる。又、流動砂が減って補充を行わねばならない
可能性のある設備では、沈降室からの排出灰は粒径が荒
く流動砂に近い粒径をもっているため、切り換え装置６
を設けて流動床燃焼装置へ戻すようにすれば、流動床の
砂の平均粒径を下げて流動を活発化し流動床中での燃焼
反応速度を加速する効果があり、かつ系外に排出する砂
量を少くするために補充砂を少くしたり不要としたりす
ることができ、実用上、利点が大きい。

【００２０】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、沈降室
を設けたことにより、２００μｍ以上の粒径のダストを
選択的に除去することができ伝熱面のダストによる摩耗
を防止することができ、また、熱回収室には比較的荒い
粒子を多く混入させているため、伝熱面に付着するダス
トを剥離しやすくしており、長期間に渡って安定した運
転が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱回収燃焼設備の概略工程図。

【図２】図１で用いる沈降室の拡大断面図。

【図３】従来の熱回収燃焼設備の概略工程図。

【符号の説明】

１：流動床燃焼装置、２：流動床部、３：フリーボード
部、４：沈降室、５：灰排出装置、６：切換装置、７：
廃熱ボイラ、８：空気予熱器、９：集塵装置、１０：取
出シュート、１１：排出コンベヤ、１２：篩分装置、１
３：不燃物、１４：燃焼物、１５：補助燃料、１６：燃
焼用空気、１７：冷却水、１８：補助砂、１９：傾斜ダ
クト、２０、２１：ダクト、２２：排出ガス、２３：捕
集飛灰、２４：灰排出ホッパ、２５：循環砂、２６：排
ガスの流れ、２７：混入砂の軌跡、２８：サイクロン、
２９：バーナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動床燃焼装置より発生する燃焼排ガス
   を、定格運転時の平均流速が１２〜２０ｍ／ｓである傾
   斜ダクトにより、沈降室に導き、次いで該沈降室から熱
   回収装置に流入させる熱回収燃焼設備において、前記沈
   降室が上面に流入口を有し、流路断面積を前記ダクトよ
   り拡げて平均流速を定格運転時８〜１４ｍ／ｓとし、そ
   の底部は壁面を水平面に対して５０°を越える角度の灰
   排出ホッパを形成して最下部に灰排出装置を設けると共
   に、灰排出ホッパよりも高い位置でかつ流動床燃焼装置
   からのダクトにて流入する排ガス流のあたらぬ位置に熱
   回収装置への流出ノズルを設け、該流出ノズル流路断面
   積は該沈降室流路断面積よりも小さいことを特徴とする
   熱回収燃焼設備。
2. 【請求項２】 前記沈降室灰排出装置は、排出した灰を
   流動床燃焼装置に循環する手段を有することを特徴とす
   る請求項１記載の熱回収燃焼設備。