JPH0642730A

JPH0642730A - 灰融解炉

Info

Publication number: JPH0642730A
Application number: JP4140747A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hirose; 靖夫広瀬
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】空気温度を従来の熱交換器の限界を越えて高
くすることにより燃焼温度を高め、灰溶解を行なうとと
もに炉内壁を固化した溶融灰によりコーティングし、炉
の溶損も防止するようにした灰融解炉を提供することを
目的とする。【構成】灰融解炉の燃焼装置にセラミックス製の通気
性のある蓄熱体を用いて、排気ガスの熱により燃焼空気
を加熱し、より高温域で灰分を溶解するようにしたも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＷＭ（Coal Water M
ixture）等のような燃焼により灰分が生じる難燃性の粗
悪燃料（以下、単に難燃性燃料と称す）を燃焼させ、融
解した灰分を炉外に円滑に排出する灰融解炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＣＷＭ、微粉炭等のように燃焼
したときに灰分が生じる難燃性燃料を燃焼させる場合に
は、石炭中に含まれる灰分が高温火炎中で溶融あるいは
半溶融して炉内壁に付着し、閉塞トラブルを生じること
がある。このようなトラブルを避けるために、従来から
炉内温度を灰の溶融温度以上に保持し積極的に灰を溶融
させ、溶融スラグとして灰を炉外に排出する方法があ
る。

【０００３】例えば、微粉炭を燃焼させる炉として、従
来から図６に示すようなスラグサイクロン炉１がある。
このスラグサイクロン炉１は、頂部に微粉炭を旋回流に
より燃焼室２内に送る微粉炭バーナ３を設け、微粉炭を
燃焼室２内で高速旋回させながら燃焼するようになって
いる。この燃焼時に微粉炭は、遠心力により燃焼室２の
内壁に接触するが、既に燃え尽きていれば、その炭分の
みが溶融状態で内壁に付着する。また、燃焼途中の微粉
炭であっても、既に燃焼室２の内壁に溶融炭層が形成さ
れていれば、これに付着して、付着したまま燃焼を完了
し溶融炭のみが燃焼室内に残る。

【０００４】このようにして燃焼室の内壁は溶融炭層に
より覆われ、次第に厚くなり自重により落下する。排気
口４から吐出される燃焼ガスは、かなり高温で灰分を殆
んど含まないので、例えば、ボイラー等の熱設備におい
て使用することができる。

【０００５】なお、図６中において、符号「５」はスラ
グ分離室、「６」はスラグ受槽、「７」はスラグタップ
孔である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、灰の融点が
高い場合、例えば、融点が１４５０℃程度にもなると、
炉壁から熱放散もあることから、通常の空気では、灰を
十分に溶融付着せず、灰の除去率が低下する。これを解
決するために、次のような方法がある。ａ）灰の中に融点降下剤、例えば石灰等を混入し、融点
を低下させる方法。ｂ）空気を熱交換器を用いて予熱して燃焼温度を上げる
方法。ｃ）酸素富化空気を使用して燃焼温度を上げる方法。しかしながら、ａ）の方法は、燃焼コストがアップする
のみでなく、灰分が増加するので好ましくなく、ｃ）の
方法は、酸素そのものの供給に限界があり、燃焼コスト
がアップする。

【０００７】ｂ）の方法は、熱交換器自体に限界があ
り、十分な温度上昇が望めない。燃焼装置には、省エネ
ルギを図る上から、燃焼した後の排気ガスの熱を利用し
て燃焼空気を加熱するようにした熱交換器を使用する
が、この熱交換器は、相互に近接して設けられた排気ガ
スラインと燃焼空気ラインとの間に設けられている。こ
の熱交換器の使用により回収される熱は、温度レベルで
見れば、約５０％程度であり、工業用炉では、１２００
℃の排気ガスを利用する場合で熱交換した後の燃焼空気
は６００℃程度になるものとされている。また、熱交換
器は、その構成材料のみでなくスペース的にも著じるし
い制限を受け、時には炉等の本体よりも大きな場所をと
るという不具合もある。

【０００８】本発明は、上述した従来技術に伴う課題を
解決するためになされたもので、燃焼空気の温度を従来
の熱交換器の限界を越えて高くすることにより燃焼温度
を高め、灰溶解を行なうとともに炉内壁を固化した溶融
灰によりコーティングし、炉の溶損も防止するようにし
た灰融解炉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】かかる目的を達成する本
発明は、炉体内に難燃性燃料を噴射する燃料供給路と、
燃焼空気が内部を流通する空気通路と、燃焼した後の排
気ガスを炉体外に排出する排気ガス通路と、排気ガスの
熱により空気通路を流通する燃焼空気を加熱する熱交換
部材とを有する燃焼装置を前記炉体に取付けた灰融解炉
において、前記熱交換部材をセラミックス製のハニカム
状をした通気性のある蓄熱体により構成するとともにこ
の蓄熱体の端面が炉体内に臨むように取付け、この蓄熱
体に連通するように設けられた前記燃焼装置の本体ケー
ス内に回転ダクトを設け、この回転ダクト内に入口から
出口まで独立の前記空気通路と排気ガス通路を形成する
とともにこの回転ダクト及び蓄熱体の略軸心を貫通して
前記燃料供給路を設け、この回転ダクトを回転手段によ
り回転しつつ前記燃焼空気が空気通路から蓄熱体を通過
して炉体内に、また排気ガスが蓄熱体内を通過して排気
ガス通路を通るように構成したことを特徴とする灰融解
炉である。前記燃焼装置は、蓄熱体の炉体側端面に比較
的低温の流体を膜状に噴出する冷却手段を設けることが
好ましく、前記回転ダクトは、周方向に空気通路と排気
ガス通路が交互に位置するようにし、前記空気通路は、
先端を多数の小孔が開設された端板により閉塞すること
が好ましい。

【００１０】

【作用】このようにすれば、燃焼装置の作動中は、燃焼
による輻射熱と、排気ガス通路を流通する高温の排気ガ
スとにより蓄熱体が加熱されるので、空気通路から蓄熱
体を介して炉内に流出される燃焼空気は、蓄熱体中を流
通するときに加熱され、高温となって炉内に流れる。こ
の場合、燃焼空気により蓄熱体が冷却されることがあっ
ても、ダクトの回転により燃焼空気は次々と高温の蓄熱
体部分に導かれるので、燃焼空気が温度低下することは
なく、高温状態で炉内に流れ、燃焼作用もきわめて高温
領域で行なわれることになる。したがって、灰の融点が
高くても、通常の空気を使用して、灰を十分に溶融し、
炉壁に付着させることができ、灰の除去率が向上する。

【００１１】また、炉内に投入する燃料が完全燃焼する
量以下の空気を燃焼空気として使用すれば、燃料は部分
燃焼し、ＣＯやＨ₂の可燃ガスを多量に含む低カロリー
の排気ガスを排出することになり、難燃性燃料を効率良
く取扱いの容易なガス燃料に変換できる。

【００１２】さらに、炉内の燃焼ガスが蓄熱体を通って
排出されるとき、若干の微細な灰分が同伴されて蓄熱体
に入ることがある。この微細灰分は溶解状態であり、蓄
熱体に付着し易く、蓄熱体を閉塞する虞がある。しか
し、蓄熱体の炉内側に設けた冷却手段から灰の温度を溶
融温度以下に下げる低温流体を噴射すれば、飛散灰分を
冷却でき、蓄熱体の目詰りを防止できる。

【００１３】なお、空気通路の先端を多数の小孔が開設
された端板により閉塞し、空気通路から蓄熱体に向って
高速の空気を吐出すれば、蓄熱体と回転ダクトとの間か
らリークする排気ガスの量を抑制することができる。蓄
熱体の略中心位置に燃料供給通路を設けると、燃焼して
いるときの火炎の周辺に向って燃焼空気が吹き出され、
火炎の上方への変位を規制しつつ、燃料の完全燃焼を助
長し、排気ガス中のＮＯ_ｘの排出量も低減する。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る灰融解炉の概
略断面図である。図１に示すスラグタップ式の灰融解炉
１０は、内部に燃焼室１１が形成された炉体１２と、Ｃ
ＷＭ（Coal Water Mixture）等の難燃性燃料を燃焼させ
る燃焼装置２０とを有している。

【００１５】前記炉体１２は、例えばキャスタブル耐火
物等により構成された炉壁１３の外部に水管１４が設け
られた水冷炉壁により構成され、炉体１２の側壁頂部に
開口部１２ａが、底壁にスラグタップ孔１２ｂがそれぞ
れ開設されている。

【００１６】この開口部１２ａに取付けられる燃焼装置
２０は、適当な着火手段（図示せず）と、難燃性燃料を
噴射する燃料供給路２１と、この燃料供給路２１の近傍
に設けられ、内部に燃焼空気が流通する空気通路２２
と、この空気通路２２に近接して設けられ燃焼した後の
排気ガスを炉外に排出する排気ガス通路２３と、前記排
気ガスの熱を前記空気通路２２を流通する燃焼空気に伝
達する熱交換部材２４とを有している。

【００１７】この熱交換部材２４は、セラミックス製の
ハニカム状をした通気性のある蓄熱体２５により構成さ
れ、開口部１１ａとの間に設けられたモルタル部２６に
より固定されている。燃料供給路２１は、蓄熱体２５の
中心を貫通して設けられ、これを囲むように燃焼空気が
内部を流通する空気通路２２が設けられている。空気通
路２２からの燃焼空気は、燃料供給通路２１の周囲を通
って炉体１１内に噴出されるので、炎が不必要に上方に
変位するのを防止し、燃料の完全燃焼を助長し、排気ガ
ス中のＮＯ_ｘの排出量も低減するという副次的効果が生
じる。

【００１８】また、前記開口部１１ａの外側口縁部に
は、燃焼装置２０の本体ケース２７がガスケット等を介
して取付けられている。この本体ケース２７内には、前
記排気ガス通路２３が形成され、この本体ケース２７の
端板２８を貫通して回転ダクト２９が設けられている。
この回転ダクト２９の内には、図２に示すように、断面
が鋭角扇状とされた空気通路２２と、断面が鈍角扇状と
された排気ガス通路２３とが設けられている。この空気
通路２２と排気ガス通路２３とは、入口から出口に至る
まで独立の通路となるように形成されている。この空気
通路２２の先端は、多数の小孔Ｏが開設された端板ｐに
より閉塞され、小孔Ｏを通って流れる空気を高速化し、
ベンチュリ効果により蓄熱体２５と回転ダクト２９との
間からリークしようとする排気ガスを空気通路２２内に
引き込み、リークする排気ガスの量を抑制している。

【００１９】また、排気ガス通路２３は、この回転ダク
ト２９に開設された通孔３０（図２参照）により回転ダ
クト２９内の排気ガス通路２３と連通されている。この
排気ガス通路２３の出口には、例えば、ボイラー等の熱
処理装置３１を取付け、排気ガス通路２３から排出され
る排気ガスを燃料として利用することもできる。つま
り、炉内に投入する難燃性燃料が完全燃焼する量以下の
空気を燃焼空気として使用すれば、燃料は部分燃焼し、
ＣＯやＨ₂の可燃ガスを多量に含む低カロリーの排気ガ
スを排出することになるので、この低カロリーガスは、
燃料として再度利用することができる。

【００２０】特に、本実施例では、炉内の燃焼ガスが蓄
熱体２５を通って排出されるとき、若干の微細な溶解状
態の灰分が排気ガスに同伴されて蓄熱体２５に入り、蓄
熱体２５内に付着して閉塞する虞があるので、蓄熱体２
５の炉内側に冷却手段３２を設け、この冷却手段３２か
ら低温流体、例えば空気流を噴射し、微細な溶解状態の
灰の温度を溶融温度以下に下げるようにしている。

【００２１】前記端板２８の内端部と、回転ダクト２９
の右端部には、それぞれシール部材（図示せず）と軸受
Ｊが設けられ、前記回転ダクト２９が回動可能に支持さ
れている。この回転ダクト２９の中間にはスプロケット
３３が固着され、モータＭにより回転される駆動歯車３
４とをチェーン３５を介して連結され、回転ダクト２９
を回動する駆動部３６を構成している。このように回転
ダクト２９を２つの軸受Ｊ，Ｊによりバランス良く支持
すれば、回転ダクト２９は比較的高速で回転させること
ができ、回転速度を速くすれば熱効率は向上する。

【００２２】この回転ダクト２９の回転速度と熱効率と
の関係を実験により調べた結果、図３に示すようになっ
た。実験は、燃料としてLPG を使用し、本実施例の燃焼
装置を使用して燃焼させたとき、回転ダクト２９の回転
速度に対する排気ガスの温度、予熱される空気の温度、
炉内温度を測定することにより行なった。図３の横軸は
回転ダクト２９の回転速度を、縦軸は温度を示す。この
実験結果では、回転ダクト２９の回転速度が１r.p.m.以
下であれば、排気ガスの温度は急激に上昇し、１r.p.m.
以上となると、排気ガス温度の低下する割合が少なくな
ることが判明した。ここに、熱効率は、入熱量と排気ガ
スの熱損失量との関係から求めることができ、次の式に
より与えられる。 η＝（Ｑ−Ｃp ・Ｇ・Ｔ）・１００／Ｑここに、η：熱効率Ｑ：LPG ガスの熱容量Ｃp ：排気ガスの比熱Ｇ：排気ガスの量Ｔ：排気ガスの温度この式に前記実験により得られた結果を代入して熱効率
を求める。例えば、２r.p.m.という比較的高速で回転し
ているときを選択すれば、これに対応する排気ガスの温
度は２５０℃である。したがって、このときの熱効率
は、 η＝（25000 −0.32・26・250 ）×100 ／25000 ＝９１．６８（％）という値となり、９０％を越える優れた熱効率を発揮す
ることが判明する。

【００２３】このように比較的高速回転しているときに
優れた熱効率を発揮するのは、回転ダクト２９の回転速
度を上げると、回転ダクト２９から吐出される空気によ
って蓄熱体２５が大きく温度低下しない状態で排気ガス
により加熱されることになるので、吸入空気の温度はよ
り高くすることができ、熱効率が向上することになるも
のと考えられる。

【００２４】なお、回転ダクト２９の中心軸に沿って前
記燃料供給路２１が設けられているが、この燃料供給路
２１の中心に、モーティブ空気（駆動用空気）を常時流
し、燃料量がターンダウンし、火炎がソフトになったと
き、排気ガスの流れに火炎が巻込まれてショーパスしな
いように、火炎をシャープに保持するようにしてもよ
い。このモーティブ空気の量は、図４に示すように、理
論空気量の火炎のシャープ性と熱損失との関係で、２〜
５％程度が適当である。

【００２５】前記空気ダクト２９は、図１に示すよう
に、前記セラミックス製の蓄熱体２５の端面まで伸延せ
ず、このセラミックス製の蓄熱体２５との間に隙間ｔを
設け、この隙間ｔを前記空気通路２２と排気ガス通路２
３とを連通する連通部３７としてもよい。この連通部３
７は、排気ガスの一部をバイパスさせるもので、これに
より排気ガスを再燃焼し、排気ガス中のＮＯ_ｘの量を調
整することができる。特に、前述のように、回転ダクト
２９の端板ｐに開設された多数の小孔Ｏより高速の空気
を吐出すれば、排気ガスを空気ダクト２９内に引き込
み、より再燃焼させ易いものとなる。

【００２６】次に実施例の作用を説明する。燃料供給路
２１から難燃性燃料を供給して着火するとともにブロア
を駆動し燃焼空気（白抜き矢印）を空気通路２２を通っ
て送風する。燃料供給路２１より噴射された燃料は、空
気通路２２及び蓄熱体２５を通って流れてきた燃焼空気
により酸素補給を受けて燃焼する。この燃焼により生じ
た排気ガスは、蓄熱体２５を通って排気ガス通路２３よ
り流出することになる。したがって、蓄熱体２５は、前
記排気ガスにより加熱され高温となっている部分で空気
通路３３から吐出された空気を加熱することになる。こ
の加熱は、排気ガスによって加熱された後の蓄熱体２５
に燃焼空気を流すので、いわば即時加熱方式であり、加
熱時に熱のロスがなく、高温の加熱空気を効率良く作る
ことができ、この高温の加熱空気によって行なう燃焼作
用もきわめて高温領域で行なわれ、燃焼開始から所定の
高温に達する時間が短時間となる。

【００２７】このようにして高温域で行なわれる燃焼に
より難燃性燃料であっても灰分は、燃焼室１１の内壁に
接触し、水管１４により冷却された炉体１３に接触する
ことにより付着する。このとき、燃料が既に燃え尽きて
いれば、その炭分のみが溶融状態で内壁に付着するが、
燃焼途中の微粉炭であっても、既に燃焼室２の内壁に溶
融炭層が形成されていれば、これに付着して付着したま
ま燃焼を完了する。

【００２８】このようにして燃焼室１１の内壁は溶融炭
層により覆われ、次第に厚くなり自重により炉体の底部
に集まり、スラグタップ孔１２ｂより炉外に落下する。
特に、灰溶解時に、炉内壁は、固化した溶融灰によりコ
ーティングされることになるので、炉の溶損も防止する
ことができることになる。

【００２９】また、炉内に投入する燃料が完全燃焼する
量以下の空気を燃焼空気として使用すれば、燃料は部分
燃焼し、排気ガス通路２３より吐出される排気ガスは、
かなり高温であっても灰分を殆んど含まず、しかも、Ｃ
ＯやＨ₂の可燃ガスを多量に含む低カロリーの排気ガス
であるため、これを例えば、ボイラー等の熱設備に供給
すれば、ガス燃料として使用することができる。この結
果、灰を含んだ難燃性燃料であっても、取扱い易いガス
燃料に変換でき、燃料を効率良く利用できる。ただし、
炉内の排気ガスが蓄熱体２５を通って排出されるとき、
若干の微細な灰分が溶解状態で排気ガスに同伴されて蓄
熱体２５に入ろうとする。しかし、この微細灰分は、蓄
熱体２５の炉内側に設けた冷却手段３２から噴射される
空気流により溶融温度以下に下げられ、固化し、炉体底
部に落下することになる。この結果、灰分が蓄熱体に付
着することはなく、蓄熱体の目詰りを防止できる。

【００３０】本発明は、上述した炉のみに限定されるも
のでなく、他の種々の形式のものに使用することができ
る。例えば、図６に示すように、燃焼装置２０を炉体１
２の頂部に取付け、スラグタップ孔１２ｂを炉体１２の
底壁中央に開設したものであってもよい。また、上述し
た実施例は、空気通路２２と排気ガス通路２３とを回転
ダクト２９内に２ケ所づつ形成したが、本発明は、これ
のみに限定されるものではなく、多数の空気通路２２と
排気ガス通路２３とを形成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、排
気ガスにより加熱される蓄熱体を用いて燃焼空気を加熱
するようにしたので、難燃性燃料を燃焼させた後に生じ
る灰分までも溶融する程度の高温を簡単に確保すること
ができ、灰溶解を行なうとともに炉内壁を固化した溶融
灰によりコーティングし、炉の溶損も防止することがで
きる。また、難燃性燃料であっても通常の燃料として利
用でき、しかも排気ガスを低カロリーの燃料として利用
することもできる。さらに、燃焼装置自体においても蓄
熱体を固定し、回転ダクトを回転しつつ燃焼作業を行な
うことができるので、蓄熱体を大型化することができ、
能力の大きな燃焼装置を得ることができ、蓄熱体の略中
心位置に燃料供給路を設けているので、燃料の完全燃焼
を助長し、ＮＯ_ｘの排出量も低減乃至コントロールする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例に係る灰融解炉の概略断
面図、

【図２】は、図１の２−２線に沿う断面図、

【図３】は、回転数と温度との関係を示すグラフ、

【図４】は、熱効率を表わすグラフ、

【図５】は、本発明の他の実施例を示す概略断面図、

【図６】は、従来の灰融解炉を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１２…炉体、２０…燃焼装
置、２１…燃料供給路、２２…空
気通路、２３…排気ガス通路、２４
…熱交換部材、２５…蓄熱体、
２７…本体ケース、２９…回転ダクト、
３２…冷却手段、３５…回転手段、
Ｏ…小孔、Ｐ…端板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体(12)内に難燃性燃料を噴射する燃料
供給路(21)と、燃焼空気が内部を流通する空気通路(22)
と、燃焼した後の排気ガスを炉体(12)外に排出する排気
ガス通路(23)と、排気ガスの熱により空気通路(22)を流
通する燃焼空気を加熱する熱交換部材(24)とを有する燃
焼装置(20)を前記炉体(12)に取付けた灰融解炉におい
て、前記熱交換部材(24)をセラミックス製の通気性のあ
る蓄熱体(25)により構成するとともにこの蓄熱体(25)の
端面が炉体(12)内に臨むように取付け、この蓄熱体(25)
に連通するように設けられた前記燃焼装置(20)の本体ケ
ース(27)内に回転ダクト(29)を設け、この回転ダクト(2
9)内に入口から出口まで独立の前記空気通路(22)と排気
ガス通路(23)を形成するとともにこの回転ダクト(29)及
び蓄熱体(25)の略軸心を貫通して前記燃料供給路(21)を
設け、この回転ダクト(29)を回転手段(35)により回転し
つつ前記燃焼空気が空気通路(22)から蓄熱体(25)を通過
して炉体(12)内に、また排気ガスが蓄熱体(25)内を通過
して排気ガス通路(23)を通るように構成したことを特徴
とする灰融解炉。
【請求項２】前記燃焼装置(20)は、蓄熱体(25)の炉体
側端面に比較的低温の流体を膜状に噴出する冷却手段(3
2)を有することを特徴とする請求項１に記載の灰融解
炉。
【請求項３】前記回転ダクト(29)は、周方向に空気通
路(22)と排気ガス通路(23)が交互に位置するようにした
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の灰融解炉。
【請求項４】前記空気通路(22)は、先端を多数の小孔
(O) が開設された端板(p) により閉塞したことを特徴と
する請求項１乃至３に記載の灰融解炉。