(57)【要約】      （修正有）【課題】  多種廃棄物燃料を、安定した流動性のもと流動層内の温度を従来よりも低くして、流動層内にて発生し後流に飛散するチャー、および特に比重の小さい燃料を完全燃焼させて、高い燃焼効率を実現させる。【解決手段】  流動層内の空気比を０．２〜０．６の範囲に設定すると共に、排ガス再循環を行い総空気流量に対する排ガス再循環流量の比率を５０〜８０％の範囲に設定し、流動層温度を６００〜８００℃に制御し、さらに空気比０．３〜０．４の範囲に設定した２次空気を、炉壁垂直方向に対し３０〜６０°の角度にてフリーボードより供給し、空気比０．４〜０．９の範囲に設定した３次空気を、２次空気と同様の角度にて２次空気よりも後流のフリーボードより供給することで、流動層内にて発生し後流に飛散するチャーおよび特に比重の小さい燃料を、還元雰囲気にてガス化し、酸化雰囲気にて完全燃焼させる。【選択図】  図１
2006170565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状、比重、発熱量等の異なる廃棄物燃料を、単一の燃焼炉で且つ同時に流動層燃焼するにおいて、流動層内の空気比を０．２〜０．６の範囲に設定すると共に、排ガス再循環を行い総空気量に対する排ガス再循環流量の比率を５０〜８０％の範囲に設定し、流動層の流動性を確保した上で、流動層温度を６００〜９００℃に制御し、流動層出口からフリーボードにかけての領域を還元雰囲気として廃棄物燃料をガス化させることを特徴とする多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法。
【請求項２】
請求項１記載の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法において、空気比を０．３〜０．４の範囲に設定した２次空気を、炉壁垂直方向に対し３０〜６０°の角度にてフリーボードより供給して炉内を還元雰囲気の旋回流とし、長い滞留時間の中でチャーをガス化させ、さらに空気比０．４〜０．９の範囲に設定した３次空気を、２次空気と同様の角度にて２次空気よりも後流のフリーボードより供給して炉内を酸化雰囲気の強化された旋回流として、流動層内にて発生し後流に飛散する燃料未燃分であるチャーを、炉出口に至るまでに完全燃焼させることを特徴とする多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法により、通常の層内燃焼が可能な比重の大きな燃料に加え、軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等、特に比重の小さい廃棄物燃料を、通常の炉容積採用のまま、炉出口に至るまでに完全燃焼させ、かつ排ガス中ＮＯxの発生を抑制することを特徴とする多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多岐にわたる廃棄物燃料を流動層にて燃焼させる際の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物を燃焼させる燃焼装置として、流動層ボイラが多く作られ、燃料である廃棄物を流動層内で１．０前後の空気比にて、層温度８００〜９００℃で燃焼させてきた。
【０００３】
ところで、多岐にわたる廃棄物燃料を燃焼すると、８００℃未満で燃焼灰が溶融し、流動媒体が凝集（アグロメレーション）し、流動不良が発生し、運転が困難になることがあった。そこで層温度を低下させる目的で、流動層内の空気比を０．５以下として運転を行った場合、流動層内に燃料の燃え残りであるチャーが多く発生し、フリーボードに飛散したチャーは滞留時間が短いために十分な燃焼に至らず、ボイラ出口での燃え残りが多く、燃焼効率が低下することがあった。また、軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等比重の小さい廃棄物燃料は、流動層燃焼におけるガス流速からの浮力を受け、流動層内に落下せずそのほとんどが飛散しフリーボードにて燃焼するため、炉内に僅かな時間しか停留せず、燃え残りが多くなり、フリーボード部での酸化燃焼のためにＮＯxが多く発生することがあった。そのため、流動層ボイラの燃料には適さなかった。
【特許文献１】特開昭５４−１６７３１号公報
【特許文献２】特開平６−３２３５１０号公報
【特許文献３】特開平２００１−２９６００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、多岐にわたる廃棄物燃料を流動層内の空気比を低く設定して流動層燃焼するにおいて、安定した流動性のもと流動層内の温度を従来よりも低くして、流動層内にて発生し後流に飛散するチャーを、完全燃焼させて高い燃焼効率を実現させ、また、これまで燃料として不向きであった比重の小さい廃棄物燃料を燃焼炉出口に至るまでに完全燃焼させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の１つは、形状、比重、発熱量等の異なる廃棄物燃料を、単一の燃焼炉で且つ同時に流動層燃焼するにおいて、流動層内の空気比を０．２〜０．６の範囲に設定すると共に、排ガス再循環を行い総空気流量に対する排ガス再循環流量の比率を５０〜８０％の範囲に設定し、流動層の流動性を確保した上で、流動層温度を６００〜９００℃に制御し、流動層出口からフリーボードにかけての領域を還元雰囲気として廃棄物燃料をガス化させることを特徴とするものである。
【０００６】
上記の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法において、流動層内の空気比を０．２〜０．６の範囲に設定する理由は、流動層内に燃料の未燃分が蓄積しない限界である、流動層内の空気比０．２を下限とし、流動層温度を８００℃以下にするための限界である、空気比０．６を上限として運転するためである。また、総空気流量に対する排ガス再循環流量の比率を５０〜８０％の範囲に設定する理由は、流動層内の空気流量が最も少ない状態である流動層内の空気比０．２の時、流動層の空塔速度と流動化開始速度の比を、安定した流動性が得られる２以上を確保できる５０％を下限値とし、流動層温度が最も高くなる流動層内の空気比０．６の時、層温度８００℃以下を確保できる８０％を上限値とし運転するためである。さらに、流動層温度を６００〜８００℃に制御する理由は、多岐にわたる廃棄物燃料の燃焼可能な下限温度が６００℃であり、高アルカリ成分を含む燃料を燃焼させた灰の融点の多くが８００℃であり、流動媒体の凝集（アグロメレーション）を回避するためである。さらにまた、流動層出口からフリーボードにかけての領域を還元雰囲気とする理由は、廃棄物燃料をガス化させることにより流動層内に発生するチャーをできるだけ低減させるためであり、流動層出口のガス量を増大させ流動層からの持去り熱量を上げ、層温度を低下させるためである。
【０００７】
本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の他の１つは、前記の流動層燃焼方法において、空気比０．３〜０．４の範囲に設定した２次空気を、炉壁垂直方向に対し３０〜６０°の角度にてフリーボードより供給して炉内を還元雰囲気の旋回流とし、長い滞留時間の中でチャーをガス化させ、さらに空気比０．４〜０．９の範囲に設定した３次空気を、２次空気と同様の角度にて２次空気よりも後流のフリーボードより供給して炉内を酸化雰囲気の強化された旋回流として、流動層内にて発生し後流に飛散する燃料未燃分であるチャーを、炉出口に至るまでに完全燃焼させることを特徴とするものである。
【０００８】
この流動層燃焼方法において、２次空気および３次空気を炉壁垂直方向に対し３０〜６０°の角度にて炉内に供給する理由は、炉内を旋回流とするためである。また、２次空気の空気比を０．３〜０．４の範囲に設定する理由は、３次空気供給までの領域を、還元雰囲気に維持しつづけるためであり、かつ急激な温度上昇を抑制するためである。さらに、３次空気の空気比を０．４〜０．９の範囲に設定する理由は、炉内に供給した空気比の合計を１．０〜１．４にし、炉出口に至るまでに完全燃焼させるためである。
【０００９】
本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法のさらに他の１つは、前記の流動層燃焼方法により、通常の層内燃焼が可能な比重の大きな燃料に加え、軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等、特に比重の小さい廃棄物燃料を通常の炉容積のまま炉出口に至るまでに完全燃焼させ、かつ排ガス中ＮＯxの発生を抑制することを特徴とするものである。
【００１０】
この流動層燃焼方法においては、通常の層内燃焼が可能な比重の大きな燃料に加え、特に比重の小さい廃棄物燃料を燃焼すると、比重の小さい燃料は、長い滞留時間のもと、流動層出口から２次空気供給までのフリーボードにかけての還元雰囲気にてガス化し、３次空気供給から炉出口にかけての酸化雰囲気にて完全燃焼するため、ボイラ燃料として用いることができる。さらに、フリーボードでの急激な温度上昇を防ぐことができるため、ＮＯxの発生量が少なく、低公害のボイラを実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の説明でわかるように本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の１つは、形状、比重、発熱量等の異なる廃棄物燃料を、単一の燃焼炉で且つ同時に流動層燃焼するにおいて、流動層内の空気比を、流動層内に燃料の未燃分が蓄積しない限界である空気比０．２を下限とし、流動層温度を８００℃以下にするための限界である、空気比０．６を上限として設定すると共に、排ガス再循環を行って総空気量に対する排ガス再循環流量の比率を、流動層内の空気流量が最も少ない状態である流動層内の空気比が０．２の時、流動層の空塔速度と流動化開始速度の比を、安定した流動性が得られる２以上を確保できる５０％を下限値とし、流動層温度が最も高くなる流動層内の空気比０．６の時、層温度８００℃以下を確保できる８０％を上限値として設定して運転することで、流動層内の流動性を十分に確保しながら、流動層温度を６００〜８００℃に制御するので、流動媒体が凝集（アグロメレーション）せず、流動層出口からフリーボードまでの領域を還元雰囲気にし、円滑且つ安定した運転が実現する。
【００１２】
本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の他の１つは、前記の流動層燃焼方法において、空気比０．３〜０．４に設定した２次空気を、炉壁垂直方向に対し３０〜６０°の角度にてフリーボードより供給して炉内を還元雰囲気の旋回流とし、長い滞留時間の中でチャーをガス化させ、さらに、空気比０．４〜０．９に設定した３次空気を、２次空気と同様の角度にて２次空気よりも後流のフリーボードより供給して炉内を酸化雰囲気の強化させた旋回流として、流動層内にて発生し後流に飛散する燃料未燃分であるチャーを、炉出口に至るまでに完全燃焼させるので、燃焼効率の高い運転が実現する。
【００１３】
本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法のさらに他の１つは、前記の流動層燃焼方法により、通常の層内燃焼が可能な比重の大きな燃料に加え、軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等、特に比重の小さい廃棄物燃料を燃焼することにより、飛散した比重の小さい燃料は長い滞留時間のもと、流動層出口から２次空気供給までのフリーボードにかけての還元雰囲気にてガス化し、３次空気供給から炉出口にかけての酸化雰囲気にて完全燃焼させることができる。従って、従来、流動層の燃料には適さなかった比重の小さい廃棄物燃料も有用な燃料として燃焼することができ、かつフリーボードにおける還元雰囲気にてＮＯx発生が抑制できるので、低公害のボイラを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
形状、比重、発熱量等の異なる廃棄物燃料を、単一の燃焼炉で且つ同時に流動層燃焼するにおいて、流動層内の空気比を０．２〜０．６、好適には０．３〜０．５の範囲に設定すると共に、排ガス再循環を行い、総空気流量に対する排ガス再循環流量の比率を５０〜８０％、好適には３０〜６０％の範囲に設定して運転し、フリーボード部に設けた２次空気供給口と、さらに後流の３次空気供給口を、炉壁垂直方向に対し３０〜６０°、好適には４５°の角度に設定することにより、流動層内の流動性を十分に確保できて、流動媒体の凝集（アグロメレーション）は発生せず、炉出口までに長い滞留時間を確保でき、かつ流動層出口から３次空気供給までの還元雰囲気にてチャーおよび比重の小さい燃料をガス化させ、さらに３次空気供給から炉出口までの酸化雰囲気にて完全燃焼することにより、高い燃焼効率を得ることができた。
【実施例１】
【００１５】
本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の実施例について説明する。その前にその流動層燃焼方法を実施するための流動層燃焼装置を図１の系統図によって説明すると、１は燃焼炉、２はこの燃焼炉１の流動層、３はその上部のフリーボードで、４は流動層２の風箱、５は燃焼炉１への燃料供給機である。フリーボード３からの排ガスライン６は途中にサイクロン７、集塵器８、誘引排風機９が順次設けられて、排ガス放散煙突１０にて接続されている。１１は風箱４への１次空気送風機、１２はフリーボード３への２次および３次空気送風機で、フリーボード３に設けた２次空気供給口１３と３次空気供給口１４に送風している。１５は排ガスライン６の集塵器８の後流から風箱４にかけて設けられた排ガス再循環ラインで、この排ガス再循環ライン１５に排ガス送風機１６が設けられている。
【００１６】
次に上記のように構成された流動層燃焼装置を用いる多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の１つについて説明する。図１に示す燃焼炉１内の流動層２に燃料供給機５により形状、比重、発熱量等の異なる廃棄物燃料の混合物を供給し、流動層燃焼するにおいて、流動層２内の空気比（層内空気比）を燃焼完結性の限界である空気比０．２を下限として運転する。即ち、層内空気比が小さい程、流動層２内に供給される酸素量が少なく、燃焼反応する燃料の割合が低くなり、燃料はガス化およびチャーになるが、層内空気比を下げ過ぎると、チャーが流動層２内に多く蓄積する。そのため、層内空気比の下限を上記原因が発生しない０．２で運転する。しかし、層内空気比０．２で運転すると、流動層２内に供給する空気量が少ないため、流動層２内の空塔速度（Ｕ）と流動化開始速度（Ｕｍｆ）の比Ｕ／Ｕｍｆは流動安定化に最低限必要な２を下回ってしまう。そこで排ガス再循環ライン１５を通して排ガス送風機１６により風箱４に排ガスを押し込んで再循環を行い、Ｏ2濃度が２〜６％と空気に比べ不活性な排ガスを流動層２内に投入することにより、流動層２内に供給する酸素量はそのままにガス量のみ上げることで、流動層２内の空塔速度（Ｕ）を増加させて空塔速度（Ｕ）と流動化開始速度（Ｕｍｆ）の比Ｕ／Ｕｍｆを２以上に確保する。ここで、総空気量に対する排ガス再循環流量の比率（ＧＲ比率）は、空気比が０．２の時、Ｕ／Ｕｍｆの下限２をもたらす５０％を下限値とし、この範囲内に設定される。
【００１７】
上記の多種廃棄物燃料混合物の流動層燃焼において、流動層２内の空気比（層内空気比）を０．２から増加させていくと、流動層２の温度は増加する。従って、流動層温度の上限８００℃となる流動層２内の空気比が０．６、排ガス再循環流量の比率（ＧＲ比率）が８０％であり、この値が層内空気比およびＧＲ比率の上限となる。
【００１８】
上記の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法における流動層２内の空気比（層内空気比）ごとのＧＲ比率と流動層温度、Ｕ／Ｕｍｆの運転範囲は、下記の表１に示す通りである。
【００１９】
【表１】
2006170565.tif 000003
【００２０】
上記のようにして多種廃棄物燃料混合物を流動層燃焼することにより、流動媒体の凝集（アグロメレーション）が発生せず、安定した流動性のもと、流動層出口からフリーボードに至るまでの領域を還元雰囲気とした運転ができる。
【実施例２】
【００２１】
多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法の他の１つについて説明する。図１に示す燃焼炉１内の流動層２に燃料供給機５により多種の廃棄物燃料の混合物を供給し、前述の流動層燃焼するにおいて、フリーボード３の炉壁垂直方向に対し図２に示すように４５°の角度にて２次空気供給口１３を、さらに後流に図３に示すように同角度にて３次空気供給口１４を設け、炉内のガス流れを旋回流とし、滞留時間を長くすることで、流動層２内にて発生したチャーを、還元雰囲気１７である流動層出口から３次空気供給までの領域にてガス化し、酸化雰囲気１８である３次空気供給口１４から炉出口までの領域にて完全燃焼させる。
【実施例３】
【００２２】
多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法のさらに他の１つについて説明する。図１に示す燃焼炉１内の流動層２に燃料供給機５により軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等、特に比重の小さい廃棄物燃料の混合物を供給し、流動層燃焼するにおいて、前述の運転を行うことにより、これまでボイラ燃料として不向きであった比重の小さい軟質のフラフ状廃プラスチック、古紙等の廃棄物燃料混合物は、フリーボード３から燃焼炉出口に至るまでに、即ち排ガスライン６に入るまでに完全燃焼させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
あらゆる産業廃棄物の流動層燃焼に利用でき、自治体における地域発電の実用化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の多種廃棄物燃料焚き流動層燃焼方法を実施するための流動層燃焼装置の系統図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    燃焼炉
２    流動層
３    フリーボード
４    風箱
５    燃料供給機
６    排ガスライン
７    サイクロン
８    集塵器
９    誘引排風機
１０    排ガス放散煙突
１１    １次空気送風機
１２    ２次および３次空気送風機
１３    ２次空気供給口
１４    ３次空気供給口
１５    排ガス再循環ライン
１６    排ガス送風機
１７    還元雰囲気
１８    酸化雰囲気
【図１】
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【図２】
2006170565.tif 000005
【図３】
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