(57)【要約】【課題】流動層ボイラの稼動を停止することなく燃焼処理における処理対象物あるいは／及び燃料の残渣を除去する。【解決手段】ベッド材Ｘが充填された火炉１の下方から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、この流動層に燃料あるいは／及び処理対象物Ｙを供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、上記燃焼処理における上記処理対象物Ｙの残渣をベッド材Ｘと共にベッド灰Ｘ１として回収して除去する残渣除去機構２を備える。【選択図】            図１
2005030626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド材が充填された火炉の下方から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、該流動層に燃料あるいは／及び処理対象物を供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、
前記燃焼処理における前記処理対象物の残渣をベッド材と共にベッド灰として回収して除去する残渣除去機構を備えることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項２】
前記残渣除去機構は、
複数の隙間を有する前記火炉の床部と、
該床部を通過した前記ベッド灰中から前記残渣を分別除去する分別機構とを備えることを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ。
【請求項３】
前記分別機構によって残渣が除去されることでベッド材となった前記ベッド灰を再び前記火炉内に供給する循環機構を備えることを特徴とする請求項２記載の流動層ボイラ。
【請求項４】
前記残渣除去機構は、前記床部を通過した前記ベッド灰を集約して前記分別機構に供給するホッパ機構を備えることを特徴とする請求項２または３記載の流動層ボイラ。
【請求項５】
前記残渣除去機構は、前記ベッド灰を冷却する冷却機構を備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の流動層ボイラ。
【請求項６】
前記冷却機構は、
前記床部を通過した直後の前記ベッド灰を冷却する第１のクーラと、
前記分別機構に供給される直前の前記ベッド灰をさらに冷却する第２のクーラとを備えることを特徴とする請求項５記載の流動層ボイラ。
【請求項７】
前記残渣除去機構は、前記ホッパ機構の内部に配置され前記ベッド灰を前記床部の全面において均等に通過させる中子を備えることを特徴とする請求項４〜６いずれかに記載の流動層ボイラ。
【請求項８】
前記床部は、前記燃焼ガスを前記火炉に供給するための複数の散気管あるいは散気ノズルからなることを特徴とする請求項２〜７いずれかに記載の流動層ボイラ。
【請求項９】
前記残渣は金属物であり、前記分別機構は磁力によって金属物を前記ベッド灰から分別除去する磁選機であることを特徴とする請求項２〜８いずれかに記載の流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
汚泥や廃液を処理する焼却炉、またスラッジやバイオマス等を燃料として使用する発電用ボイラとして、川砂等の不活性無機物をベッド材として火炉に充填し、炉床から燃焼ガスを吹き込んで流動層を形成し、この砂（ベッド材）を６００〜９００℃に保ち、処理対象物あるいは／及び燃料をこの層に投入し燃焼する流動層ボイラがある。この流動層ボイラは、焼却炉及び発電用ボイラとしては最も効率よく処理対象物あるいは／及び燃料を燃焼できる形式であり、広く利用されている。
【０００３】
近年、この流動層ボイラは、汚泥や廃液のみならず廃タイヤやＲＤＦ（ごみ固型化燃料）等、廃棄物由来の燃料の燃焼にも用いられている。ところが、例えば廃タイヤには、燃焼処理によって燃焼が可能なゴム成分のみならず、燃焼できない鋼鉄等からなる金属ワイヤが含まれている。このため、廃タイヤを流動層ボイラで燃焼処理すると、ゴム成分は気化及び灰化されて外部に排出されるが、金属ワイヤは残渣として火炉の下部に堆積する。この残渣（金属ワイヤ）が堆積すると良好な流動層を形成することが困難となるため、一定時間毎に流動層ボイラの稼動を停止して、例えば作業員の手作業によって残渣を除去する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１４５０６号公報
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、流動層ボイラの稼動を停止することなく燃焼処理における処理対象物あるいは／及び燃料の残渣を除去することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、ベッド材が充填された火炉の下方から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、この流動層に燃料あるいは／及び処理対象物を供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、上記燃焼処理における上記処理対象物の残渣をベッド材と共にベッド灰として回収して除去する残渣除去機構を備えるという構成を採用する。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記残渣除去機構は、複数の隙間を有する上記火炉の床部と、この床部を通過した上記ベッド灰中から上記残渣を分別除去する分別機構とを備えるという構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、上記第２の手段において、上記分別機構によって残渣が除去されることでベッド材となった上記ベッド灰を再び上記火炉内に供給する循環機構を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、上記第２または第３の手段において、上記残渣除去機構は、上記床部を通過した上記ベッド灰を集約して上記分別機構に供給するホッパ機構を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第５の手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、上記残渣除去機構は、上記ベッド灰を冷却する冷却機構を備えるという構成を採用する。
【００１１】
第６の手段として、上記第５の手段において、上記冷却機構は、上記床部を通過した直後の上記ベッド灰を冷却する第１のクーラと、上記分別機構に供給される直前の上記ベッド灰をさらに冷却する第２のクーラとを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第７の手段として、上記第４〜第６いずれかの手段において、上記残渣除去機構は、上記ホッパ機構の内部に配置され上記ベッド灰を上記床部の全面において均等に通過させる中子を備えるという構成を採用する。
【００１３】
第８の手段として、上記第２〜第７いずれかの手段において、上記床部は、上記燃焼ガスを上記火炉に供給するための複数の散気管あるいは散気ノズルという構成を採用する。
【００１４】
第９の手段として、上記第２〜第８いずれかの手段において、上記残渣は金属物であり、上記分別機構は磁力によって金属物を上記ベッド灰から分別除去する磁選機であるという構成を採用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る流動層ボイラの一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る流動層ボイラの全体構成を示した概略図である。この図において、符号１は火炉、２は金属除去機構（残渣除去機構）、３はサイクロン、４は熱交換器、５は伝熱部、またＸはベッド材である。
【００１６】
火炉１は、自らの内部において、燃料として供給される廃タイヤＹを燃焼処理することによってガス化及び灰化するものであり、高さ方向に長い直方体または円筒形に形状設定されている。この火炉１の内部には、川砂等の不活性無機物からなるベッド材Ｘが充填されている。
【００１７】
そして、火炉１の下部には、金属除去機構２が配されている。図２は、金属除去機構２の全体構成を示す図であり、一部断面図を含む概略構成図である。この図に示すように、金属除去機構２は、上記火炉１の床部を形成する複数の散気管２１、所定の傾斜面が形成されたホッパ２２，２３（ホッパ機構）、散気管２１の直下に配される第１のクーラ２４、ホッパ２２，２３の内部に配される中子２５、ホッパ２２，２３の下方に配置される第２のクーラ２６及び金属物を磁力によって除去する磁選機２７を備えている。
【００１８】
散気管２１は、火炉１の下部に複数配置されることによって、火炉１の床部を形成するものであり、図３に示した火炉１の床部を上方から見た図に示すように、各散気管２１との間に隙間ｄが形成されるように配置されている。この散気管２１は、複数のノズルあるいは複数の穴が形成された管状の部材であり、火炉１の外部に配置される、図１に示す燃焼空気供給装置６（燃焼ガス供給装置）に接続されている。
【００１９】
ホッパ２２，２３は、上記散気管２１の下方に火炉１の床面を覆うように配置されており、ホッパ２２，２３の下部の先端部には排出口２２ａ，２３ａが形成されている。具体的には、半円形の上部開口端を有するホッパ２２，２３を連接することによって、火炉１の床面が覆われる。このようにホッパを２個配置することによって、本流動層ボイラの高さを低くすることができる。なお、このホッパ２個でなくさらに複数設置しても良い。また、流動層ボイラの高さが制約されない場合には、もちろん単一のホッパを設置しても良い。
【００２０】
図２に戻り、このホッパ２２，２３の上部、すなわち散気管２１の直下には、例えば上記燃焼空気供給装置６に接続された空冷式の第１のクーラ２４が配置されている。そして、このホッパ２２，２３の内部（第１のクーラ２４の下方かつ排出口２２ａ，２３ａの上方）には、不図示の支持部材によってホッパ２２，２３の内壁面に固定支持される略円錐形状の中子２５が排出口２２ａ，２３ａの上方に位置するように配置されている。このように中子２５をホッパ２２，２３の内部に配置することによって、ホッパ２２，２３の容積を減少させることができ、ベッド材Ｘを初期充填する際の充填量を削減することができる。
【００２１】
ホッパ２２，２３に形成された排出口２２ａ，２３ａの下方には、例えば空冷式の第２のクーラ２６が配置されている。なお、上記第１のクーラ２４及び第２のクーラ２６は、本発明に係る冷却機構を構成するものである。
磁選機２７は、この第２のクーラ２６に冷却された排出物（後述するベッド灰）中から金属物を磁力によって分別回収するものである。このような磁選機２７としては、例えば、永久磁石をベルトに配置したベルトコンベア式のものが挙げられる。
【００２２】
図１に戻り、サイクロン３は、火炉１内部における燃焼処理の結果生成された排ガス中に含有される灰化物及びベッド材Ｘを捕集するためのものであり、火炉１の上部に接続されている。
【００２３】
熱交換器４は、サイクロン３の下部と接続されており、サイクロン３によって捕集された灰化物及びベッド材Ｘを流動化するものである。そして、この熱交換器４は、灰戻し管７によって火炉１の下部と接続されている。また、この熱交換器４の下部には空気分散管４１が配置されており、この空気分散管４１を介して流動化空気が上記燃焼空気供給装置６から熱交換器４の内部に供給されるように構成されている。
【００２４】
伝熱部５は、サイクロン３の上部から排気される排ガスの排ガスライン８に供給するための流路を形成するものであり、その内部に、例えば、発電用蒸気タービン（不図示）の駆動に利用される過熱器及び節炭器等が配置されている。なお、排ガスライン８の途中部位には、不図示の空気予熱器や集塵機等が配置されている。なお、発電用蒸気タービンには、過熱器及び節炭器等の他に熱交換器４中に配された伝熱管も利用される。
【００２５】
また、本実施形態に係る流動層ボイラは、上記金属除去機構２において金属物が除去された排出物を再び火炉１内部に供給する循環機構９を備えている。この循環機構９は、例えばファン等から構成されており、金属除去機構２の磁選器２７から排出された排出物を空気圧送によって火炉１に供給する。なお、この循環機構９は、排出物を空気圧送するものだけに限られるものではなく、ベルトコンベア等を用いても良い。
【００２６】
また、上記火炉１の途中部位には、火炉１内部における燃焼処理において発生する未燃分の燃料の燃焼を助勢する２次燃焼空気を火炉１内部に供給するための第２燃焼空気供給装置１０が接続されている。
また、上記火炉１の途中部位には、燃料を火炉１に供給するための不図示の燃料投入口が形成され、さらに火炉１の内部には、本流動層ボイラの起動時に火炉１内部において着火を行う不図示の起動用バーナが配置されている。
【００２７】
次に、このように構成された本発明に係る流動層ボイラの動作について説明する。なお、本実施形態において、本流動層ボイラは、廃タイヤの燃焼処理を行うものとする。
【００２８】
まず、燃焼空気供給装置６が駆動することによって、金属除去機構２の散気管２１に形成されたノズルあるいは穴から燃焼空気（燃焼ガス）が火炉１に供給される。また、これと同時に空気分散管４１を介して熱交換器４の内部にも流動化空気が供給されると共に、第１のクーラ２４からも燃焼空気が噴出される。火炉１に供給された燃焼空気によって、火炉１に充填されたベッド材Ｘの一部が流動状態となり、流動層が形成される。また火炉１には、第２燃焼空気供給装置１０から補助用の第２燃焼空気が供給される。
【００２９】
そして、この流動層、すなわち火炉１内部に、外部において切り出し装置等によって好適なサイズに剪断された廃タイヤＹやが燃料投入口を介して供給される。
なお、上記燃焼空気、第２燃焼空気及び廃タイヤＹは、本流動層ボイラの稼動時において常に連続して火炉１に供給される。
【００３０】
廃タイヤＹが火炉１内部に供給されると、初期起動時において起動用バーナによって着火が行われ、火炉１内部において廃タイヤＹが燃焼処理される。この火炉１内部の燃焼処理過程において、廃タイヤＹに含まれる金属ワイヤは、燃焼処理によってガス化及び灰化されずに火炉１の下部に堆積しているベッド材Ｘ上に落下する。すなわち、火炉１の下部には、燃焼処理における廃タイヤＹの残渣である金属物が含有されたベッド材Ｘが堆積する。なお、以下の説明において、金属物（残渣）が含有されたベッド材Ｘをベッド灰Ｘ１と称する。
【００３１】
このベッド灰Ｘ１は、散気管２１同士の間に形成された隙間ｄを通過して、第１クーラ２４によって燃焼空気を吹付けられることで冷却されながら散気管２１の下方に落下し回収される。なお、この際、ホッパ２２，２３内に中子２５が配置されていることによって、各ホッパ２２，２３の中央部の上方に位置する隙間ｄを通過するベッド灰Ｘ１の量が抑制される。通常、ホッパ２２，２３の中央部の上方に位置する隙間ｄが最もベッド灰Ｘ１通過量が多く、中央部から離間する程ベッド灰Ｘ１の通過量が減少する。このため、上述のように円錐形状の中子２５を配置することによって、火炉１の下部に堆積したベッド灰Ｘ１は、火炉１の床部の全面おいて均一に散気管２１の同士の隙間ｄから下方に落下する。
これによって、火炉１の下部に堆積するベッド灰Ｘ１が床面に対して均一となるため、良好な流動層を維持することができる。
【００３２】
散気管２１の同士の隙間ｄから下方に落下したベッド灰Ｘ１は、ホッパ２２，２３の傾斜面に沿って落下することで集約され、排出口２２ａ，２３ａを介してホッパ２２，２３の外部に排出物として排出される。
【００３３】
ホッパ２２，２３から排出物として排出されたベッド灰Ｘ１は、第２のクーラ２６によってさらに冷却された後、磁選機２７に供給される。なお、ここで、ベッド灰Ｘ１を冷却するためのクーラを２つ設けたのは、ベッド灰Ｘ１が火炉１内部において、約８７０℃という高温状態となっているために、単一のクーラでは、磁選機２７の耐久温度までベッド灰Ｘ１を冷却することが困難であるためである。
【００３４】
磁選機２７に供給されたベッド灰Ｘ１は、磁力によって自らの内部に含有された金属物を分別除去されることによってベッド材Ｘとなり、循環機構１０によって再び火炉１内部に供給される。また、磁選機２７によって分別除去された金属物は、連続的に外部に排出される。
【００３５】
そして、火炉１内部の燃焼処理によって生成されたガス化及び灰化された廃タイヤＹは、灰化物及びベッド材Ｘを含有する排ガスＹ１として、火炉１の上部からサイクロン３に供給される。
ここで、排ガスＹ１は、サイクロンに３よって灰化物及びベッド材Ｘを除去された後、サイクロン３の上部から伝熱部５に供給される。そして、排ガスＹ１は、伝熱部５内に配置された過熱器及び節炭器等を介して排ガスライン８に供給された後、空気予熱器や集塵機等を介して外部に排気される。
【００３６】
また、サイクロン３によって捕集された灰化物及びベッド材Ｘは、熱交換器４において熱交換されることで冷却された後、灰戻し管７を介して再び火炉１内部に供給される。
【００３７】
このように本実施形態に係る流動層ボイラによれば、流動層ボイラの稼動を停止することなく金属物を連続的に除去することが可能となる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る流動層ボイラの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態において、流動層ボイラは、サイクロン３で捕集した灰化物を再び火炉１内部に供給する、いわゆる循環型流動層ボイラであるとした。しかしながら、これに限定されるものではなく、本発明に係る流動層ボイラは、石灰等の粒子中に気泡を発生させることによって流動層を形成する、いわゆるバブリング型の流動層ボイラであっても良い。この場合、いわゆるフラットに形成されるウインドボックスの代わりに上記実施形態で示した散気管を配置する。
【００４０】
また、上記実施形態では、廃タイヤＹの燃焼処理を行った。しかしながら、本発明に係る流動層ボイラは、これに限定されるものではなく、例えば、不燃物を含む燃料等の燃焼を行っても良い。なお、この不燃物を含む燃料等は、廃タイヤＹと共に火炉１に供給しても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、廃タイヤＹの処理を行ったため、強磁性体である鋼鉄からなる金属ワイヤが残渣となった。このため、分別機構として磁選器２７を用いることによって分別除去が可能であったが、例えば、ＲＤＦ等の廃棄物由来の燃料を使用する場合には、常磁性体の金属物や非金属物が残渣となる場合が想定できる。このような場合には、分別機構として、例えば振動によって物質を分別する振動ブルイ等を用いることによって残渣を分別除去することができる。
【００４２】
また、上記実施形態において、廃タイヤＹを火炉１内部に連続的に供給したため、金属除去機構２の稼動も連続的となった。しかしながら、廃タイヤＹをバッチで火炉１内部に供給する場合には、金属除去機構２の稼動もバッチとすることができる。
【００４３】
また、上記実施形態において、複数の散気管２１によって本発明に係る床部を構成することで床部から燃焼空気を火炉１内部に供給した。しかしながら、必ずしも床部から燃焼空気を供給する必要はない。具体的には、複数の隙間が形成された床部と火炉１の下部に接続される燃焼空気供給配管とを有する構成を採用しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベッド材が充填された火炉の下方から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、この流動層に燃料あるいは／及び処理対象物を供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、上記燃焼処理における上記処理対象物の残渣をベッド材と共にベッド灰として回収して除去する残渣除去機構を備えるので、流動層ボイラの稼動を停止することなく燃焼処理における処理対象物あるいは／及び燃料の残渣を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る流動層ボイラの全体構成を示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る金属除去機構２の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る火炉１の床部を上方から見た図である。
【符号の説明】
１……火炉
２……金属除去機構（残渣除去機構）
２１……散気管（床部）
２２，２３……ホッパ（ホッパ機構）
２４……第１のクーラ
２５……中子
２６……第２のクーラ
２７……磁選器（分別機構）
３……サイクロン
４……熱交換器
５……伝達部
６……燃焼ガス供給装置
７……灰戻し管
８……排ガスライン
９……循環機構
Ｘ……ベッド材
Ｘ１……ベッド灰
Ｙ……廃タイヤ（処理対象物）
Ｙ１……排ガス
【図１】
2005030626.tif 000003
【図２】
2005030626.tif 000004
【図３】
2005030626.tif 000005