(57)【要約】【課題】流動層の径方向における攪拌・混合性を高めて、被処理物が高含水率の汚泥等であっても完全燃焼することができる循環流動炉を提供すること。【解決手段】円筒上のライザー１、高温サイクロン２、媒体戻し用のダウンカマー３から構成され、ライザー底部より供給する一次空気により被処理物を流動媒体と混合流動させて燃焼する流動層４を形成するようにした循環流動炉であって、前記流動層の濃厚部に向け流動媒体を攪拌・混合するための二次空気を斜め下向きに供給する二次空気供給ノズル５ａを、希薄部に向け対向格子状の方向に三次空気を供給する三次空気供給ノズル５ｂを設けた。また、流動炉の後段に、二次・三次空気の熱回収を行う第１の熱交換器８ａと、一次空気の熱回収を行う第２の熱交換器８ｂからなる２塔式熱交換器を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒上のライザー、高温サイクロン、流動媒体戻し用のダウンカマーから構成され、ライザー底部より供給する一次空気により被処理物を流動媒体と混合流動させて燃焼する流動層を形成するようにした循環流動炉であって、前記流動層の濃厚部に向け流動媒体を攪拌・混合するための二次空気を斜め下向きに供給する二次空気供給ノズルを設けたことを特徴とする循環流動炉。
【請求項２】
流動層の希薄部に向け、対向格子状の方向に三次空気を供給する三次空気供給ノズルを設けたことを特徴とする請求項１に記載の循環流動炉。
【請求項３】
循環流動炉の後段に、未燃焼分の完全燃焼を図る後燃焼室を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の循環流動炉。
【請求項４】
後燃焼室の頂上部に、被処理ガスの温度を高温に保持するためのバーナを設けたことを特徴とする請求項３に記載の循環流動炉。
【請求項５】
循環流動炉の後段に、二次空気と三次空気の熱回収を行う第１の熱交換器と、一次空気の熱回収を行う第２の熱交換器からなる２塔式熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の循環流動炉。
【請求項６】
第１の熱交換器は、Ｕチューブ式の熱交換器であることを特徴とする請求項５に記載の循環流動炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層の径方向における攪拌・混合性を高めて、被処理物が高含水率の汚泥等であっても完全燃焼することができる循環流動炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、産業廃棄物、都市ゴミ、下水汚泥等を燃焼する設備として、特許文献１や特許文献２に示されるような循環流動炉が広く用いられている。この循環流動炉は、円筒状の炉本体であるライザー、高温サイクロン、流動媒体戻し用のダウンカマーより構成されており、燃焼空気は流動層下部の分散パイプより炉内へ送られて、この空気により珪砂が流動化すると同時に、汚泥ケーキ等の被処理物が流動層内へ供給されて短時間のうちに乾燥・燃焼し、またライザー上部より炉外へ排出される流動媒体（珪砂）は、サイクロンによって燃焼ガスと焼却灰に分離した後、ダウンカマーを通じて炉下部へ循環するシステムである。
【０００３】
この循環流動炉は、ライザー内のガス流速が約４〜６ｍ／秒と速くて、垂直方向の攪拌性には非常に優れているものの、径方向における攪拌性には劣っているため、特に高水分率で且つ水分変動の大きい汚泥や、し渣混焼物等の焼却処理を行う場合には完全燃焼させることが難しく、この結果、循環流動炉出口の未燃ガス濃度が高くなるという問題点があった。また、ライザー上部およびサイクロンで、被処理物、未燃ガスと流動媒体を混合しながら燃焼させるが、機器配置等の制約から炉内の滞留時間は２〜３秒程度とするのが限界であり、気泡流動炉に比べて滞留時間が短く燃焼を完結することが困難であるという問題点があった。
一方、流動媒体を流動させるためのブロワは大きな動力を要するため、燃焼空気を流動媒体流動用の一次空気と燃焼用の二次空気に分け、それぞれ個別のブロワを使用することも考えられるが、循環流動炉の後段に設ける熱交換器の使用条件が過酷なため大型化したり、別途冷却ファンを設けねばならない等の問題点があり、コンパクトな設計の循環流動炉は開発されていないのが現状であった。
【特許文献１】特開２００５−２９９９３８号公報
【特許文献２】特開２００４−６９１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような問題点を解決して、流動層の径方向における攪拌・混合性を高めることにより、被処理物が高含水率の汚泥等であっても燃焼性を高めて完全燃焼することができ、しかも大型の熱交換器や別の冷却装置等を必要とせずコンパクトに設計することができる循環流動炉を提供することを目的として完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明の循環流動炉は、円筒上のライザー、高温サイクロン、媒体戻し用のダウンカマーから構成され、ライザー底部より供給する一次空気により被処理物を流動媒体と混合流動させて燃焼する流動層を形成するようにした循環流動炉であって、前記流動層の濃厚部に向け流動媒体を攪拌・混合するための二次空気を斜め下向きに供給する二次空気供給ノズルを設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
なお、流動層の希薄部に向け、二次空気とは別にクロスする方向に三次空気を供給する三次空気供給ノズルを設けておくことが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。
また、循環流動炉の後段に、未燃焼分の完全燃焼を図る後燃焼室を設けたものを請求項３に係る発明とし、この後燃焼室の頂上部に、被処理ガスの温度を高温に保持するためのバーナを設けたものを請求項４に係る発明とする。
更に、循環流動炉の後段に、二次・三次空気の熱回収を行う第１の熱交換器と、一次空気の熱回収を行う第２の熱交換器からなる２塔式熱交換器を設けたものを請求項５に係る発明とし、第１の熱交換器が、Ｕチューブ式の熱交換器であるものを請求項６に係る発明とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、流動層の濃厚部に向け流動媒体を攪拌・混合するための二次空気を斜め下向きに供給する二次空気供給ノズルを設けた構造としたので、経方向の撹拌・混合が十分に行われることとなり、燃焼効率を向上させることができる。
【０００８】
また、流動層の希薄部に向け、二次空気とは別にクロスする方向に三次空気を供給する三次空気供給ノズルを設けた場合は、三次空気が交差してスクリーン効果を発揮するので、より経方向の撹拌・混合性が向上することとなる。
また、循環流動炉の後段に、未燃焼分の完全燃焼を図る後燃焼室を設けた場合は、全体として滞留時間を４〜６秒程度確保することができるので、完全燃焼を図り未燃分を発生させることがなく、更に、後燃焼室の頂上部に、被処理ガスの温度を高温に保持するためのバーナを設けた場合はより効果が大きい。
更に、流動炉の後段に、二次・三次空気の熱回収を行う第１の熱交換器と、一次空気の熱回収を行う第２の熱交換器からなる２塔式熱交換器を設けた場合、更に第１の熱交換器を、Ｕチューブ式の熱交換器とした場合は、コンパクトかつ簡単な設備フローで高温空気を回収できることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明の循環流動炉を示す装置全体図である。図において、１は炉本体である円筒上のライザー、２は高温サイクロン、３は媒体戻し用のダウンカマーであり、ライザー底部より供給する一次空気により、産業廃棄物、都市ゴミ、下水汚泥等の被処理物を流動媒体（珪砂）と混合流動させて燃焼する流動層４を形成するよう構成されている点は従来の循環流動炉と基本的に同じである。
【００１０】
本発明では、前記流動層４の濃厚部に向け流動媒体を攪拌・混合するための二次空気を斜め下向き（図示のものでは炉の軸方向に対し約２０°傾斜している）に供給する二次空気供給ノズル５ａを設けた構造となっている。
【００１１】
この二次空気は、例えば流動層４の流動媒体が静止しているレベル面の直上部のような濃厚部に向け吹き込むもので、空気の流速は２０〜６０ｍ／秒程度、吹き込み方向は、図２に示されるように、均等に分割した４方向から供給するのが好ましい。
また、流動媒体流動用の一次空気と前記二次空気、後記三次空気の比率は、一次空気：二次・三次空気＝６：４を基本とし、被処理物に対応して一次空気：二次空気＝７：３〜５：５の範囲で任意に調整することができる。
【００１２】
また、前記二次空気の吹き込みに加えて、流動層４の希薄部に向け、二次空気とは別に対向格子状の方向に三次空気を供給すれば、排ガス（一次空気による燃焼ガス）と三次空気が交差してスクリーン効果を発揮するので、より攪拌・混合を促進することができる。
三次空気供給ノズル５ｂは、流動層４の流動媒体が静止しているレベル面から２〜５ｍ上の領域内の上部、中部、下部のいずれか、または２以上の任意の部分に水平な状態で設けることができる。
【００１３】
三次空気の流速は６０〜１００ｍ／秒程度、吹き込み方向は、例えば図３〜図５に示されるように、下部は中部と直交する方向で、上部は中部と直交する方向で供給することができる。
なお、ライザー内のガス流速を約５ｍ／秒として、濃厚部からの排ガス（一次空気による燃焼ガス）と、二次空気＋三次空気の質量比は約７５：２５程度とする。
【００１４】
また、循環流動炉１の後段には、燃焼の完結化を図るための後燃焼室６が設けられている。これにより、ガス流速が約４〜６ｍ／秒と速くて滞留時間が２〜３秒程度と短かったのを、燃焼全体として滞留時間を４〜６秒程度確保することとし、完全燃焼を図り未燃分の発生を防止できる。
更に、後燃焼室６の頂上部に、被処理ガスの温度を高温に保持するためのバーナ７を設けることが好ましく、これにより排ガス温度を８５０℃以上の高温に保つことができる。
なお、後燃焼室６は高温に耐えるよう耐火ライニング構造とすることが好ましく、またバーナ７の火炎が直接に排ガスに触れないように、排ガスは接線方向に導入し、かつクリンカを防止するようバーナ７は控えた位置に取り付けることが好ましい。
【００１５】
前記流動炉の後段には、二次・三次空気の熱回収を行う第１の熱交換器８ａと、一次空気の熱回収を行う第２の熱交換器８ｂからなる２塔式熱交換器が設けられている。
この熱交換器は、前記一次空気および二次・三次空気の熱回収するものであり、個別の熱交換器で６５０℃以上の高温回収を行うため、先に第１の熱交換器８ａによって空気量の少ない二次空気の熱回収を行い、第２の熱交換器８ｂの出口排ガス温度を７００℃以上として、６５０℃の熱回収を可能とする。また、第２の熱交換器８ｂは、排ガス温度が入口で約７００℃、出口で約５００℃以上であり、６５０℃の熱回収をする。
【００１６】
なお、第１の熱交換器８ａは、Ｕチューブ式の熱交換器であることが好ましい。シェルアンドチューブ式の熱交換器の場合は、この高温度領域におけるチュ−ブを吊り下げる管板の耐熱性の問題や、熱交換器の大型化の問題や、管板冷却用冷却器の追加等の問題があるため、チューブが自由に伸縮可能で管板を有しないＵチューブ式の熱交換器の使用が好ましい。
このような２塔式熱交換器の採用により、コンパクトで且つ簡単な設備フローで一次空気および二次空気とも６５０℃以上の高温回収が可能となる。
【００１７】
以上の説明からも明らかなように、本発明は６５０℃以上で回収した二次空気と三次空気を使用して、二次空気供給ノズルによりライザー内に斜め下向きに供給するようにし、三次空気供給ノズルによりライザー内に対向格子状に供給するようにしたので、排ガスを均一に撹拌・混合して流動媒体との接触を高め燃焼を促進することとなる。
【００１８】
［二次空気導入による効果の確認］
シミュレーションにより、流動層下方部からの排ガスと、二次空気と三次空気の混合状況をライザー拡断面の標準偏差で評価した結果を図６に示す。
この結果から、二次空気のみ（２５ｍ／ｓ）より、三次空気と組み合わせた方が効果的であり、吹き込み箇所を多くしても吹出流速が遅い場合（３０ｍ／ｓ）は撹拌・混合性が悪いことが判った。また、図７より、吹き込み箇所を二段とし、吹出流速を早くした方（二次空気３０ｍ／ｓ程度、三次空気１００ｍ／ｓ程度）が撹拌・混合の効果が高いことが判った。
【００１９】
［滞留時間延長による効果の確認］
後燃焼室を設置して完全燃焼化を図った場合の、滞留時間とシアン濃度の関係を調べた結果を図８に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を示す装置全体図である。
【図２】二次空気の供給を説明する平面図である。
【図３】三次空気の供給を説明する平面図である。
【図４】三次空気の供給を説明する平面図である。
【図５】三次空気の供給を説明する平面図である。
【図６】シミュレーション結果による標準偏差を示すグラフである。
【図７】シミュレーション結果による標準偏差を示すグラフである。
【図８】滞留時間とシアン濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１  ライザー
２  高温サイクロン
３  ダウンカマー
４  流動層
５ａ  二次空気供給ノズル
５ｂ  三次空気供給ノズル
６  後燃焼室
７  バーナ
８ａ  第１の熱交換器
８ｂ  第２の熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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