(57)【要約】【課題】燃焼効率及び熱回収効率に優れた燃焼設備を提供する。【解決手段】燃焼設備は、燃焼炉３０と、該燃焼炉３０の斜め下側に配置されており、燃焼炉３０の燃焼廃ガスがダクト３１を介して導入される熱交換器３２とを備えている。熱交換器３２は流動層熱交換器であり、その内部に伝熱管が設置されている。この熱交換器３２の底部に分散板３３が水平に設置され、該分散板３３の下側に風箱３４が設けられている。ダクト３１は、その上端から下端に到るまで、好ましくは４５゜以上の下り勾配の斜めに配設されている。燃焼炉３０の上部へ被焼却物質と、助燃料及び可燃ガスが混入された蒸気と、空気とが導入され、被焼却物質が該燃焼炉３０内で燃焼する。燃焼廃ガス及び残渣の全量は、ダクト３１を介して流動層熱交換器３２へ導入され、その内部の伝熱管と熱交換した後、熱交換器３２の頂部より排出される。【選択図】図１
2006162110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉と、該燃焼炉からの燃焼廃ガスが導入される熱交換器とを有する燃焼設備において、
該熱交換器は該燃焼炉よりも下側に配置されており、
該燃焼廃ガスは、該燃焼炉の下部から取り出され、下方に延在するガス流路を介して前記熱交換器に導入されることを特徴とする燃焼設備。
【請求項２】
請求項１において、前記ガス流路は、その全体が鉛直又は下り勾配となっていることを特徴とする燃焼設備。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記熱交換器は流動層式又は噴流式熱交換器であり、前記ガス流路は該熱交換器の下部に、前記廃ガスを略接線方向に流入させるように接続されていることを特徴とする燃焼設備。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記熱交換器内に伝熱管が上下方向に延在するように配列設置されていることを特徴とする燃焼設備。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記熱交換器は流動層熱交換器であり、該流動層熱交換器の下部に設けられた分散板の下側から、該熱交換器からの排出廃ガスを除塵手段によって除塵処理したガスの一部又は空気を導入し、該分散板の上側に燃焼廃ガスを導入することを特徴とする燃焼設備。
【請求項６】
請求項５において、該除塵手段の下流側のガス流通部分に過熱管が設置されていることを特徴とする燃焼設備。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記熱交換器に過熱管が設置されていることを特徴とする燃焼設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉等の燃焼炉と、この燃焼炉の廃ガスが導入される熱交換器とを備えた燃焼設備の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉等の燃焼炉と、この燃焼炉廃ガスが導入される熱交換器とを備えた燃焼設備として、本出願人の提案に係る特開２００４−３２５０６５号がある。
【０００３】
図６は同号公報の燃焼設備の一例を示すブロック図である。
【０００４】
この燃焼設備は、同号公報第００１３段落〜第００１６段落の通り、廃水を助燃料（ＨＥ）及び可燃ガス（ＦＧ）と共に燃焼させる燃焼炉本体１１、及び、燃焼炉本体１１の下部に配設され燃焼炉本体１１から落下するスラッジを回収するプール１２を含む液中燃焼炉１０と、燃焼炉本体１１から燃焼後の高温廃ガスを取り出しこれから熱エネルギーを回収して蒸気を発生させる廃熱回収装置２０と、廃熱回収装置２０の熱交換器２１を出た廃ガスからスラッジを回収するベンチュリースクラバー１３と、除塵後の廃ガスを大気中に放出するスタック１４とを備える。
【０００５】
燃焼炉本体１１の上部には、予め蒸気が混入されて温度が高められた廃水がノズル１５から噴霧されると共に、エステル類等の助燃料（ＨＥ）及びプロパンガス等の可燃ガス（ＦＧ）が混入された蒸気と、空気とが導入され燃焼する。燃焼後の高温廃ガスは、廃ガス取出し管１６を経由して、廃熱回収装置２０の熱交換器２１に導入される。
【０００６】
廃熱回収装置２０は、熱交換器２１と、蒸気発生器２２とを備える。熱交換器２１は、熱交換器本体容器２３と、本体容器２３内に張り巡らされた熱交換チューブ（熱交チューブ）２４と、本体容器２３内の多孔板１７上に配設され、熱交換チューブ２４を囲む粉粒流動層２５とを備える。
【０００７】
熱交換器２１を出た廃ガスは、集塵機（サイクロン）２６で比較的大きな塵埃が除去され、更に、ベンチュリースクラバー１３によって水と混合されて微細な塵埃が捕捉され、除去される。その後、清浄ガスとなりスタック１４を経由して大気中に排出される。ベンチュリースクラバー１３で捕捉された塵埃は、ＮａＯＨ水溶液を利用して中和し、液中燃焼炉本体１１下部のプール１２に送られ、そこでスラッジとして回収される。
【０００８】
なお、この特開２００４−３２５０６５号には、熱交換器として噴流式熱交換器を設けることも記載されている（同号公報の図２）。
【特許文献１】特開２００４−３２５０６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特開２００４−３２５０６５号の燃焼設備は、燃焼炉本体１１の上下方向の途中の側面から燃焼廃ガスを取り出して管１６より熱交換器２１へ導入しているが、かかる方式の先願装置には、
i)  燃焼途中の被焼却物質が熱交換器２１へ取り出されることになり、熱交換器流出ガス中の未燃分濃度が高くなるおそれがある；
ii)  燃焼炉本体１１の上下方向の途中で被焼却物質を取り出すと、燃焼炉本体１１内の燃焼が安定しにくくなるおそれがある；
iii)  該管１６よりも下側の燃焼炉本体１１内の燃焼生成物や燃焼残渣は熱交換器２１へ導入されないので、熱回収されないことになる；
iv)  管１６が横向きから上向きに配置されているため、内部に燃焼残渣が沈積するおそれがある；
等の改良すべき課題があった。
本発明は、かかる課題を解決し、燃焼効率及び熱回収効率に優れた燃焼設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の燃焼設備は、燃焼炉と、該燃焼炉からの燃焼廃ガスが導入される熱交換器とを有する燃焼設備において、該熱交換器は該燃焼炉よりも下側に配置されており、該燃焼廃ガスは、該燃焼炉の下部から取り出され、下方に延在するガス流路を介して前記熱交換器に導入されることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の燃焼設備は、請求項１において、前記ガス流路は、その全体が鉛直又は下り勾配となっていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の燃焼設備は、請求項１又は２において、前記熱交換器は流動層式又は噴流式熱交換器であり、前記ガス流路は該熱交換器の下部に、前記廃ガスを略接線方向に流入させるように接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の燃焼設備は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記熱交換器内に伝熱管が上下方向に延在するように配列設置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の燃焼設備は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記熱交換器は流動層熱交換器であり、該流動層熱交換器の下部に設けられた分散板の下側から、該熱交換器からの排出廃ガスを除塵手段によって除塵処理したガスの一部又は空気を導入し、該分散板の上側に燃焼廃ガスを導入することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の燃焼設備は、請求項５において、該除塵手段の下流側のガス流通部分に過熱管が設置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の燃焼設備は、請求項１ないし６のいずれか１項において、前記熱交換器に過熱管が設置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明（請求項１）の燃焼設備にあっては、燃焼炉の燃焼廃ガスは、該燃焼炉の下部から取り出されて熱交換器に導入されるので、すべての被焼却物質が十分に炉内に滞留して十分に燃焼してから燃焼炉から取り出されるようになる。このため、熱交換器流出ガス中の未燃分濃度が低くなる。
【００１８】
また、燃焼炉内の燃焼が安定し、燃焼効率が向上する。
【００１９】
さらに、燃焼廃ガス及び残渣のすべてが熱交換器に導入されるため、回収熱量が多くなる。
【００２０】
本発明の燃焼設備では、燃焼炉の下方に熱交換器を配置し、燃焼炉下部から取り出された燃焼廃ガスを下方に延在するガス流路を介して熱交換器へ導入するので、燃焼残渣が該ガス流路内を重力及びガス流れによってスムーズに落下するようになり、ガス流路内に残渣が沈積することも防止される。
【００２１】
特に、請求項２のように、ガス流路の全体を鉛直又は下り勾配（好ましくは４５゜よりも鉛直寄り）とすることにより、該ガス流路内での残渣沈積を確実に防止することができる。
【００２２】
請求項３のように、熱交換器が流動層式又は噴流式の場合、燃焼廃ガスを熱交換器の下部に略接線方向に導入してもよい。このようにすると、熱交換器内のガスを旋回させることができ、ガスの短絡的な通り抜けや、流動粒子が突沸状に熱交換器外へ放出されることが防止されるようになる。
【００２３】
請求項４のように熱交換器の伝熱管を上下方向に配設した場合、流動媒体が伝熱管に激しく衝突することが防止され、伝熱管の摩耗が減少する。
【００２４】
請求項５のように、熱交換器が流動層熱交換器である場合、分散板の下側に吹き込む流動化ガスとして通常は空気（常温又は余熱された空気）が用いられるが、その少なくとも一部として、熱交換器排出廃ガスを用いてもよく、これにより熱回収効率を向上させることができる。この場合、熱交換器排出廃ガスを除塵処理してから分散板の下側に供給することにより、分散板の目詰りを防止することができる。また、この場合、燃焼廃ガスを分散板の上側に導入することにより、この燃焼廃ガス中の粒子が分散板の上側に堆積したりして目詰まりすることも防止される。
【００２５】
請求項６，７の燃焼設備によれば、過熱水蒸気を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２７】
図１（ａ），（ｂ）及び図２はそれぞれ実施の形態に係る燃焼設備の概略的な縦断面図、図３は図２のIII−III線断面図である。なお、構成を明瞭とするために、図１〜３では熱交換器の伝熱管の図示を省略している。
【００２８】
図１（ａ）の燃焼設備は、燃焼炉３０と、該燃焼炉３０の斜め下側に配置されており、燃焼炉３０の燃焼廃ガスがダクト３１を介して導入される熱交換器３２とを備えている。
【００２９】
この燃焼炉３０は、前記図６の燃焼設備の燃焼炉１０と同一構成のものである。
【００３０】
熱交換器３２は流動層熱交換器であり、その内部に伝熱管（図示略）が設置されている。この熱交換器３２の底部に分散板３３が水平に設置され、該分散板３３の下側に風箱３４が設けられている。この実施の形態では、風箱３４へは、燃焼設備の起動時には空気が導入されるが、燃焼設備の起動後は熱交換器３２の排出廃ガスを除塵して得たガスの一部が導入されるよう構成されている。分散板３３上には所定量の粒子よりなる流動媒体（図示略）が存在する。
【００３１】
この分散板３３の直上の側壁にガス導入口３５が斜め上方に立ち上がるように設けられ、ダクト３１の下端が接続されている。該ダクト３１の上端は、燃焼炉３０の下端に接続されている。ダクト３１は、その上端から下端に到るまで、好ましくは４５゜以上の下り勾配の斜めに配設されている。
【００３２】
このように構成された燃焼設備においても、前記図６と同様に、燃焼炉３０の上部へ被焼却物質と、助燃料及び可燃ガスが混入された蒸気と、空気とが導入され、被焼却物質が該燃焼炉３０内で燃焼する。燃焼廃ガス及び残渣の全量は、ダクト３１を介して流動層熱交換器３２へ導入され、その内部の伝熱管と熱交換した後、熱交換器３２の頂部より排出される。
【００３３】
この図１（ａ）の燃焼設備にあっては、燃焼炉３０の燃焼廃ガスは、該燃焼炉３０の底部から取り出されて熱交換器３２に導入されるので、すべての被焼却物質が十分に燃焼炉３０内に滞留して十分に燃焼してから取り出されるようになる。このため、熱交換器３２の流出ガス中の未燃分濃度が低くなる。また、燃焼炉３０内の燃焼が安定し、燃焼効率が向上する。さらに、燃焼廃ガス及び残渣のすべてが熱交換器３２に導入されるため、回収熱量が多くなる。
【００３４】
この燃焼設備では、燃焼炉３０の下方に熱交換器３２を配置し、燃焼炉３０の下部から取り出された燃焼廃ガスを下方に延在するダクト３１を介して熱交換器へ導入するので、燃焼残渣が該ダクト３１内を重力及びガス流れによってスムーズに落下するようになり、ダクト３１内に残渣が沈積することも防止される。
【００３５】
特に、この実施の形態にあっては、ダクト３１の全体が４５゜よりも急な下り勾配となっているので、該ダクト３１内での残渣沈積を確実に防止することができる。
【００３６】
図１（ａ）ではダクト３１が１本だけ設けられているが、図１（ｂ）の実施の形態のように燃焼炉３０と熱交換器３２Ａとの間にダクト３１が２本設けられてもよく、図示はしないが３本以上設けられてもよい。なお、熱交換器３２Ａの構成は、ガス導入口３５の数が異なる他は同一である。
【００３７】
図１（ａ），（ｂ）では熱交換器３２，３２Ａが燃焼炉３０の斜め下側に配置されているが、図２のように熱交換器を燃焼炉の鉛直下方に配置してもよい。図２の熱交換器は２個のガス導入口３５を有した図１（ｂ）の熱交換器３２Ａであり、燃焼炉３０との間に２本のダクト３１が配設されている。このダクト３１は、上部及び下部が４５゜以上の下り勾配の傾斜管であり、中間部が鉛直管である。なお、ダクト３１は１本又は３本以上設けられてもよい。
【００３８】
このように構成された図２の実施の形態によっても図１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【００３９】
なお、図１（ａ），（ｂ）では、燃焼炉と熱交換器とをずらして配置しているので、燃焼設備の設備高さを比較的低くすることができる。図２のように燃焼炉の鉛直下方に熱交換器を配置した場合には、設備高さは高くなるが、燃焼設備の設置面積を小さくすることができる。また、ダクトの下り勾配を急にすることもできる。
【００４０】
この実施の形態においてもダクト３１からのガスは、図３（ａ）のように略接線方向に導入されてもよく、図３（ｂ）のように直径２方向から導入されてもよい。
【００４１】
図３（ａ）のようにガスを略接線方向に流入させると、熱交換器３２Ａ内の流動層に旋回流が生じ、ガスが短絡的に流動層を通り抜けることが防止されるようになる。また、流動層が比較的穏やかになり、突沸状に流動媒体が吹き上がることが抑制され、流動媒体の熱交換器外への流出量が減少する。
【００４２】
図３（ｂ）のように構成した場合には、ガス導入口３５，３５からの噴出ガス同士が正面衝突状に衝突することにより、流動層内が極めて激しい撹拌状態となり、伝熱管への伝熱量が増大する。
【００４３】
次に図４を参照して、図２の燃焼設備を備えた廃水焼却設備のフローについて説明する。
【００４４】
前記図６の先願装置と同じく、燃焼炉３０の上部には、予め蒸気が混入されて温度が高められた廃水と、エステル類等の助燃料及びプロパンガス等の可燃ガスが混入された蒸気と、空気とが導入され、廃水が焼却処理される。
【００４５】
燃焼残渣を含む燃焼廃ガスは、ダクト３１を介して熱交換器３２Ａに導入され、該熱交換器３２Ａ内に設置された伝熱管４０と熱交換する。この伝熱管４０へは、給水管３９を介してボイラ給水が導入される。伝熱管４０からの蒸気は、気水分離器４２へ導入される。気水分離器４２で分離された飽和蒸気は配管４３を介して、後述の過熱器５３へ送られ、過熱水蒸気が配管４４を介して取り出される。
【００４６】
熱交換器３２Ａの排出廃ガスは、その頂部から配管５０を介して取り出され、バグフィルタ５１に送られ、除塵処理される。除塵後のガスの一部は、配管５２を介して過熱器５３へ送られる。その後、配管５４を介してベンチュリースクラバー１３へ送られる。ガスは、このベンチュリースクラバー１３によって微細な塵埃が捕捉され、除去され、清浄ガスとなる。この清浄ガスは、その後、スタック１４を経由して大気中に排出される。ベンチュリースクラバー１３の塵埃を含む排水は、ＮａＯＨ水溶液により中和される等の排水処理が施される。
【００４７】
バグフィルタ５１で除塵処理された清浄ガスの残部は、配管５６を介して前記熱交換器３２Ａの風箱３４へ供給される。
【００４８】
前述の通り、熱交換器３２Ａの起動時には風箱３４へ空気がブロワー（図示略）によって供給され、流動層が形成される。焼却設備の運転が立ち上がると、配管５６から十分な量のガスが送られてくるので、空気供給の代りにこの清浄ガスによって流動層を維持することができる。空気の代りにこのガスを採用することにより、このガスの保有熱量を回収することができる。なお、この除塵後のガスは十分に清浄であり、分散板３３を目詰りさせることはない。
【００４９】
なお、この図４の実施の形態では、図示のように、伝熱管４０を上下方向に延在するように配設している。このように構成した場合、伝熱管４０と流動層中の粒子との衝突速度が小さくなり、伝熱管４０の摩耗が抑制される。
【００５０】
図４では過熱器５３をバグフィルタ５１の後流側に配置しているが、このようにすると、過熱器５３へのダスト付着が防止される。
【００５１】
ただし、本発明では過熱器はバグフィルタ５１の前段側に配置されてもよく、また図５に示すように熱交換器内に配置されてもよい。
【００５２】
図５では、熱交換器３２Ａの上部のガス出口側近傍に過熱管５７が設置されている。気水分離器４２からの飽和蒸気は、配管４３を介して該過熱管５７に導入され、過熱水蒸気が配管４４へ送り出される。
【００５３】
図５のその他の構成は図４と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００５４】
図７，８は別の実施の形態に係る燃焼設備を備えた廃水焼却設備のフローである。なお、図７は過熱器をバグフィルタの後流側に配置した例を示し、図８は、前段側（熱交換器内）に配置した例を示している。
【００５５】
この実施の形態では、燃焼炉３０の下端から下方へ向かって略鉛直にダクト３１’が延設されている。該燃焼炉３０の鉛直下方に熱交換器３２Ｂが配置されており、この熱交換器３２Ｂの上端に該ダクト３１’が接続されている。図示の通り、ダクト３１’は、この熱交換器３２Ｂの内部の中心線に沿って該熱交換器３２Ｂの下部付近まで延在している。
【００５６】
この熱交換器３２Ｂも流動層熱交換器であり、内部に伝熱管４０が設けられている。なお、この実施の形態でも、該伝熱管４０は上下方向に延在するように配設されている。該熱交換器３２Ｂの底部には分散板３３が水平に設置されており、その下側には風箱３４が設けられている。分散板３３上には、所定量の粒子よりなる流動媒体が存在している。熱交換器３２Ｂの頂部には、この熱交換器３２Ｂの排出廃ガスをバグフィルタ５１へ送るための配管５０が接続されている。
【００５７】
かかる構成の燃焼設備にあっては、燃焼炉３０の燃焼廃ガスは、ダクト３１’を通って熱交換器３２Ｂ内の下部の中央付近に放出される。このとき、該燃焼廃ガスは、ダクト３１’から放射状に流出する。そのため、燃焼廃ガスが熱交換器３２Ｂ内に均等に拡散して流動するようになる。
【００５８】
なお、この燃焼設備にあっても、燃焼炉３０の鉛直下方に熱交換器３２Ｂを配置すると共に、該燃焼炉３０の下端から鉛直下方に延在するダクト３１’を介して燃焼炉３０の燃焼廃ガスを熱交換器３２Ｂへ導入するので、燃焼残渣が該ダクト３１’内を重力及びガス流れによってきわめてスムーズに落下するようになり、ダクト３１’内に残渣が沈積することが確実に防止される。
【００５９】
図７の廃水焼却設備は、この燃焼設備を用いたこと以外は図４の廃水焼却設備と同様の構成となっている。また、図８の廃水焼却設備は、この燃焼設備を用いたこと以外は図５の廃水焼却設備と同様の構成となっている。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、熱交換器に流動層が形成されているが、噴流層を形成してもよい。
【００６１】
流動層や噴流層の流動媒体としては、例えば粒径０．２〜５ｍｍ程度のアルミナを用いることができるが、アルミナ・シリカ系粒子やシリカ粒子等であってもよい。
【００６２】
上記実施の形態は本発明の一例であって、本発明は図示以外の形態をもとりうる。例えば、バグフィルタに代えて、又はバグフィルタと共に、サイクロン、電気集塵器などを用いてもよい。本発明は廃水以外の被焼却物質の焼却にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は実施の形態に係る燃焼設備の概略的な縦断面図である。
【図２】実施の形態に係る燃焼設備の概略的な縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】実施の形態に係る燃焼設備を備えた廃水焼却設備のフローである。
【図５】別の廃水焼却設備のフローである。
【図６】従来の廃水焼却設備のフローである。
【図７】別の実施の形態に係る燃焼設備を備えた廃水焼却設備のフローである。
【図８】図７の燃焼設備を備えた別の廃水焼却設備のフローである。
【符号の説明】
【００６４】
３０  燃焼炉
３１，３１’  ダクト
３２，３２Ａ，３２Ｂ  熱交換器
３３  分散板
３４  風箱
４０  伝熱管
４２  気水分離器
５３  過熱器
５７  過熱管
【図１】
2006162110.tif 000003
【図２】
2006162110.tif 000004
【図３】
2006162110.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006162110.tif 000008
【図７】
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【図８】
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