(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、
かつ実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を板面が垂直になるように複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項２】
流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、
かつ実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を板面が垂直になるように複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項３】
流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、
かつ流動媒体の上昇流の上部に流動媒体を反転させる傾斜壁を設けると共に、該傾斜壁の下端側には実質的に最も小さな流動化速度を与えられた流動媒体沈降流を挟んで、中位の流動化速度を与える流動部分を設けることにより、該流動部分には緩やかな上昇流を生じさせ、かつ該流動部分に板型の熱回収装置を板面が垂直になるように配置したことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項４】
流動層反応炉において、内部に仕切壁を設けて複数に分割し、かつそれぞれの流動層は仕切壁の上方及び下方で連通しており、かつそれぞれの流動層には、それぞれ異なる流動化速度を与えるように散気装置を炉床部分に設け、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層と実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層の間において、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層では流動媒体が上昇し、仕切壁を越えて実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層に入り、そこでは移動層を形成しつつ、ゆるやかに流動媒体が沈降し、そして仕切壁下の連絡口を通して実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層に戻る相互の循環流を生じさせ、
沈降移動層を形成する流動層には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項５】
流動層反応炉において、内部に仕切壁を設けて複数に分割し、かつそれぞれの流動層は仕切壁の上方及び下方で連通しており、かつそれぞれの流動層には、それぞれ異なる流動化速度を与えるように散気装置を炉床部分に設け、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層と実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層の間において、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層では流動媒体が上昇し、仕切壁を越えて実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層に入り、そこでは移動層を形成しつつ、ゆるやかに流動媒体が沈降し、そして仕切壁下の連絡口を通して実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層に戻る相互の循環流を生じさせ、
沈降移動層を形成する流動層には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項６】
前記仕切壁と板型の熱回収装置が結合し、一体化していることを特徴とする請求項４又は５記載の流動層反応装置。
【請求項７】
流動層反応炉の炉床部に、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置を配置するとともに、
該散気装置を間に挟んで、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置をそれぞれ相対するように配置し、
さらに一方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置するとともに、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分を間に挟んで相対する他方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分に燃料などの可燃物を投入するとともに、
実質的に大きな流動化速度を与える散気装置と、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置の間に不燃物排出口を設けたことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項８】
流動層反応炉の炉床部に、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置を配置するとともに、
該散気装置を間に挟んで、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置をそれぞれ相対するように配置し、
さらに一方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置するとともに、
実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分を間に挟んで相対する他方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分に燃料などの可燃物を投入するとともに、
実質的に大きな流動化速度を与える散気装置と、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置の間に不燃物排出口を設けたことを特徴とする流動層反応装置。
【請求項９】
燃料などの可燃物を投入する実質的に小さな流動化速度を与えられた前記流動部分が還元雰囲気であり、実質的に大きな流動化速度を与えられた前記流動部分が酸化雰囲気であるように燃焼用流動化ガスに含まれる酸素量を調節することを特徴とする請求項７又は８記載の流動層反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流動層反応装置に係り、特に産業廃棄物や都市ごみあるいは石炭など不燃物を含む固形状物質を均一に燃焼又はガス化などの酸化反応をさせ、かつ不燃物を円滑に排出しつつ安定して熱エネルギーを回収することが可能な流動層反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
経済発展に伴い、一般廃棄物は年々３〜４％増加しており、現在年間５０００万トンに達している。この廃棄物の８２％が可燃分であり、石油換算で７２０万トンに相当する。
【０００３】
また、産業廃棄物も増加の一途をたどっており、従来、燃焼不適物として埋め立てられていた不燃物を含むプラスチック類も埋立地の負担軽減のため、今後は焼却せざるを得なくなる。そういった廃油、廃プラスチックなど可燃性産業廃棄物は年間約１７００万トンもあり、発熱量は３０００kcal／kg以上もあることから、これは廃棄物というより燃料というにふさわしい。
【０００４】
しかしながら廃棄物の性状や形状が実に多様であり、しかも一定しておらず、さらに不定形の不燃物が混入していることから、安定した燃焼、処理が困難であり、一般廃棄物および産業廃棄物エネルギーの有効利用を阻んでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般廃棄物および産業廃棄物エネルギーの有効利用をはかるため、酸化反応、例えば焼却による熱エネルギーの回収を目的として、これまで様々なシステムが開発されてきている。なかでも流動層焼却炉あるいは流動層ボイラは不燃物を含む固形状物質を均一に燃焼し、かつ不燃物を円滑に排出しつつ安定して熱エネルギーを回収することが可能なシステムとして期待されているが、以下のような課題が存在している。
【０００６】
バブリング流動層においては、流動が上下方向だけであるため、焼却物の分散が不十分であり、均一で安定した燃焼は困難である。また、流動媒体より比重が大きい不燃物は炉床に広範囲に堆積し、その結果、不燃物の排出も困難となり、運転に支障をきたす。
そのため、最近は単純なバブリング流動層ではなく、流動化速度に変化を付けて濃厚流動層内で旋回流を発生させ、焼却物の混合分散を良好にして、安定した燃焼を行わせる方式がいくつか開発されている。
【０００７】
しかしながら、焼却物中には種々のものが混在しており、特に廃タイヤなどを燃焼した際に発生する針金状の不燃物は、流動層内で沈降堆積しやすく、また伝熱管にからみつきやすいことから、直ちに流動不良を起こし、運転不能に陥ってしまうため、廃タイヤのように針金状の不燃物を含む産業廃棄物に関してはこれまで有効な焼却方法がないのが実情であった。
【０００８】
また廃棄物を焼却する場合には、燃焼により発生するＮＯX等を低減させ、かつ熱回収装置の還元腐食を防止し、さらに不燃物を速やかに排出することが必要となるが、これらの点を全て満たす装置がないのが実状であった。
【０００９】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、不燃物を含む固形状物質を均一に燃焼又はガス化などの酸化反応をさせ、かつ針金状の不燃物を含む種々の不燃物を円滑に排出しつつ安定して熱エネルギーを回収することが可能な流動層反応装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、かつ実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を板面が垂直になるように複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とするものである。
本発明の第２の態様は、流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、かつ実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を板面が垂直になるように複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とするものである。
本発明の第３の態様は、流動層反応炉において、流動層内にそれぞれ異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分では流動媒体の上昇流を生じさせ、実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分においては流動媒体の沈降流を生じさせ、かつ流動媒体の上昇流の上部に流動媒体を反転させる傾斜壁を設けると共に、該傾斜壁の下端側には実質的に最も小さな流動化速度を与えられた流動媒体沈降流を挟んで、中位の流動化速度を与える流動部分を設けることにより、該流動部分には緩やかな上昇流を生じさせ、かつ該流動部分に板型の熱回収装置を板面が垂直になるように配置したことを特徴とするものである。
本発明の第４の態様は、流動層反応炉において、内部に仕切壁を設けて複数に分割し、かつそれぞれの流動層は仕切壁の上方及び下方で連通しており、かつそれぞれの流動層には、それぞれ異なる流動化速度を与えるように散気装置を炉床部分に設け、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層と実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層の間において、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層では流動媒体が上昇し、仕切壁を越えて実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層に入り、そこでは移動層を形成しつつ、ゆるやかに流動媒体が沈降し、そして仕切壁下の連絡口を通して実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層に戻る相互の循環流を生じさせ、沈降移動層を形成する流動層には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とするものである。
本発明の第５の態様は、流動層反応炉において、内部に仕切壁を設けて複数に分割し、かつそれぞれの流動層は仕切壁の上方及び下方で連通しており、かつそれぞれの流動層には、それぞれ異なる流動化速度を与えるように散気装置を炉床部分に設け、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層と実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層の間において、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層では流動媒体が上昇し、仕切壁を越えて実質的に小さな流動化速度を与えられた流動層に入り、そこでは移動層を形成しつつ、ゆるやかに流動媒体が沈降し、そして仕切壁下の連絡口を通して実質的に大きな流動化速度を与えられた流動層に戻る相互の循環流を生じさせ、沈降移動層を形成する流動層には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置したことを特徴とするものである。
本発明の第６の態様は、流動層反応炉の炉床部に、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置を配置するとともに、該散気装置を間に挟んで、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置をそれぞれ相対するように配置し、さらに一方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、伝熱管を同一平面内に配置し、かつ隣接する伝熱管同士を板を挟んで接続し、全体として１枚の板状伝熱面とした板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置するとともに、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分を間に挟んで相対する他方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分に燃料などの可燃物を投入するとともに、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置と、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置の間に不燃物排出口を設けたことを特徴とするものである。
本発明の第７の態様は、流動層反応炉の炉床部に、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置を配置するとともに、該散気装置を間に挟んで、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置をそれぞれ相対するように配置し、さらに一方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分には、系列の異なる伝熱管を同一平面内に配置した板型の熱回収装置を複数配置し、該板型の熱回収装置を異なる流動化速度によって形成される流動媒体の旋回流がなす面と平行方向に配置するとともに、実質的に大きな流動化速度を与えられた流動部分を間に挟んで相対する他方の実質的に小さな流動化速度を与えられた流動部分に燃料などの可燃物を投入するとともに、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置と、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置の間に不燃物排出口を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、流動層炉の炉底部には、実質的に小さな流動化速度を与える弱散気板と、実質的に大きな流動化速度を与える強散気板とを設ける。さらにその下部には空気室等の部屋があり、コネクターを通してそれぞれ流動化ガスを導入する。弱散気板の上方には弱流動化域を形成する。一方、強散気板の上方には強流動化域を形成する。該流動化ガスとしては、空気、窒素除去空気、酸素富化空気、酸素、水蒸気及びこれらの混合気体が好ましく用いられるが、これ以外のガスの適用を妨げるものではない。
このとき、弱流動化域には下降流が形成され、また強流動化域においては上昇流が形成され、その結果、流動層内全体では強流動化域で上昇し、弱流動化域で下降する旋回流が形成される。このように一つの流動層炉のなかに複数の強流動化域と弱流動化域を交互に設け、一部の弱流動化域に板型の伝熱面を配置する。
【００１２】
可燃物は板型の伝熱面の無い弱流動化域に投入され、旋回流に呑込まれながら低酸素により還元性雰囲気で燃焼する。次に旋回流によって強流動化域に移り、そこでは酸化雰囲気の中で十分に燃焼し、高温になった流動媒体が次の旋回流に乗って隣の弱流動化域で沈降し、そこに配置された板型の伝熱面に熱を与える。板型の伝熱面の配置されている弱流動化域は、強流動化域で十分に燃焼したあとの流動媒体が流入してくるため酸化雰囲気であり、還元腐食の恐れは少ない。また、弱い流動化域なので伝熱面の摩耗も少ない。
【００１３】
一方、可燃物に含まれる不燃物についても、伝熱面全体が一つの板状になっているため、針金のような不燃物であってもからみにくい構造であり、支障なく運転することが可能である。
板型伝熱面は同一のヘッダに連結した別々の伝熱管が同一平面内で、一方が他方と交互になるよう配置され、それぞれの伝熱管はヒレを介して接合し、１枚の面となっている。このように構成することにより少ない面数で多くの伝熱面積を稼ぐとともに、伝熱管内の圧力損失は少ないという利点がある。
【００１４】
本発明の１態様では、伝熱面の配置されている弱流動化域と強流動化域との間に仕切壁を配置し、仕切壁の上下には強流動化域との連絡口を設けることによって、流動層炉を伝熱面の存在する熱回収室と存在しない主燃焼室に分割している。
【００１５】
また、本発明の１態様では、流動層炉の中に複数の異なる流動化速度を有する流動化域を交互に設け、実質的な流動化速度は弱いが、流動媒体が上昇流となっている流動化域に板型の伝熱面を配置している。
【００１６】
さらに、本発明の１態様では、実質的に大きな流動化速度を与える散気装置を挟んで、実質的に小さな流動化速度を与える散気装置をそれぞれ配置し、小さな流動化速度の流動部分の一方に熱回収装置を配置する。そして、大きな流動化速度を与える散気装置と小さな流動化速度を与える散気装置との間に不燃物排出口を配置する。
【００１７】
このように配置することにより、一方の弱流動化域に、燃焼物を投入し、還元雰囲気で燃焼することができる。次に大きな流動化速度を与えられた強流動化域で酸化雰囲気で燃焼することができる。このように還元雰囲気燃焼と、酸化雰囲気燃焼の組合せにより、ＮＯｘ低減など排ガス特性が大幅に改善される。一方、もう一つの弱流動化域に熱回収装置を配置すると、該弱流動化域は前述の様に強流動化域で十分に燃焼したあとの流動媒体が流入してくるので酸化雰囲気となるため、還元腐食の危険がない。また、燃料投入口とは強流動化域と不燃物排出口を間に介しているため、不燃物があっても途中の排出口で排出される。又、一部の不燃物が熱回収装置の伝熱面に到達しても、伝熱面が一枚のパネルになっているため、引っ掛かったりせず旋回流に乗って戻って行き、排出口から排出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流動層反応装置に係る実施例の内、燃焼装置として用いた例を中心に図１乃至図１４を参照して説明する。各図において、同一又は対応する部材は同一の符号を付して、重複する説明が省略される。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の第１実施例を示す縦断面図である。
流動層炉１の炉底部には、実質的に小さな流動化速度を与える弱散気板２，４と、実質的に大きな流動化速度を与える強散気板３とが設置されている。強散気板３と、弱散気板４との間には不燃物排出口２８が配置されており、弱散気板４の上面と、弱散気板２及び強散気板３の上面とは不燃物排出口２８に向かって下降傾斜面になっている。弱散気板２，４及び強散気板３の下部には、それぞれ空気室６，８，７が配置されており、これら空気室６，７，８にはコネクタ９，１０，１１を通してそれぞれ流動用空気１２，１３，１４が導入される。
【００２０】
弱散気板２，４には、それぞれ多数のノズル１５，１７が形成され、強散気板３には多数のノズル１６が形成されている。炉１の側壁３３は角筒状をなし、炉１の平面形状は矩形になっている。炉１内において、砂等の不燃性粒子からなる流動媒体は、弱散気板２，４及び強散気板３から炉内へ上向きに吹込まれる流動用空気により吹き上げられ浮遊状態となり、炉内に流動層が形成される。
【００２１】
即ち、弱散気板２，４からはそれぞれノズル１５，１７を通して流動用空気が層内に噴出し、弱散気板２，４の上方にそれぞれ弱流動化域１８，２０を形成する。
一方、強散気板３からはノズル１６を通して流動用空気が層内に噴出し、強散気板３の上方に強流動化域１９を形成する。このとき弱流動化域１８，２０にはそれぞれ下降流２１，２３が形成され、また強流動化域１９では上昇流２２が形成される。その結果、流動層内全体では強流動化域１９で上昇し、弱流動化域１８，２０で沈降する２つの旋回流が形成される。そして、弱散気板４の上方の弱流動化域２０には、板型伝熱面２４からなる熱回収装置が板面が垂直になるように配置されている。
【００２２】
上述のように構成することにより、可燃物２７を弱流動化域１８に投入すると可燃物２７は下降流２１によって弱流動化域１８に呑込まれ、熱分解を受けながら、低酸素による還元性雰囲気で燃焼し、旋回流によって強流動化域１９に導入され、そこでは上昇流２２に乗って多量の酸素による酸化雰囲気で十分な燃焼が行われる。このように還元雰囲気燃焼と、酸化雰囲気燃焼の組合せにより、ＮＯX低減など排ガス特性が大幅に改善される。強流動化域１９の表面付近では高温になった流動媒体の一部が弱流動化域２０に向かって反転し、今度は弱流動化域２０の下降流２３に乗って沈降し、そこに配置された板型伝熱面２４に熱を与える。
【００２３】
板型伝熱面２４に熱を与えたあと、流動媒体は炉底付近で下降流から水平流に転じ、強流動化域１９に向かって還流する。
【００２４】
このように、可燃物は板型伝熱面２４の無い弱流動化域１８と強流動化域１９で旋回流によって十分に燃焼し、高温になった流動媒体が次の旋回流に乗って隣の弱流動化域２０で沈降し、そこに配置された板型伝熱面２４に熱を与える。このため板型伝熱面２４の配置されている弱流動化域２０は、強流動化域１９で十分に燃焼したあとの流動媒体が流入してくるため酸化雰囲気であり、還元腐食の恐れは少ない。また、弱い流動化域なので伝熱面２４の摩耗も少ない。
一方、可燃物に含まれる不燃物についても、伝熱面２４と燃料投入口とは強流動化域１９と不燃物排出口２８を間に介しているため、不燃物があっても途中の排出口で排出される。又、一部の不燃物が熱回収装置の伝熱面２４に到達しても、伝熱面全体が一つの板状になっているため、針金のような不燃物であってもからみにくい構造であり、支障なく運転することが可能である。
【００２５】
図２は図１のII-II線に沿った断面を示すII-II線断面図である。図２に示すように、板型伝熱面２４はヘッダ２９に複数取り付けられており、炉壁３３を貫通して炉内へ挿入されている。熱回収用の熱媒体として通常飽和水が下部ヘッダ入口３２′を通して導入され、板型伝熱面２４で収熱したあと上部ヘッダ出口３２を通して外部へ導出される。
【００２６】
図３は図１のIII-III線に沿った断面を示すIII-III線断面図であり、板型伝熱面の断面構造を示すものである。板型伝熱面２４は、隣接する伝熱管２５，２５′をヒレ２６を挟んで接合し、全体で１枚の板状になっている。
【００２７】
図４は板型伝熱面の具体例の詳細を示す側面図である。同一のヘッダ２９，２９′に連結した異なる２系統の伝熱管２５，２５′を同一平面内で交互に配置し、それぞれの伝熱管はヒレ２６を介して接合している。このように構成することにより、少ない面数で多くの伝熱面積を稼ぐことができるとともに、１本の伝熱管の長さが短くなるため伝熱管内の圧力損失は少ないという利点が生じる。
図５は図４のＶ矢視図である。図５から明らかなように、２系統の伝熱管２５，２５′は同一平面内に配置され、全体で１枚の板状になっている。
【００２８】
図６は本発明の流動層反応装置の第２実施例を示す縦断面図である。
流動層炉１の炉底部には、中央部に山形の断面を有する弱散気板２が配置され、山形の弱散気板２の外側に強散気板３が配置されている。また、強散気板３の外側に弱散気板４が配置されている。炉１の側壁３３は角筒状又は円筒状をなし、炉１の平面形状は矩形又は円形になっている。強散気板３と、弱散気板４との間には不燃物排出口２８が配置されており、弱散気板４の上面と、弱散気板２及び強散気板３の上面とは不燃物排出口２８に向かって下降傾斜面になっている。弱散気板２，４及び強散気板３の下部には、それぞれ空気室６，８，７が配置されており、これら空気室６，７，８にはコネクタ９，１０，１１を通してそれぞれ流動用空気１２，１３，１４が導入される。炉１の平面形状が矩形の場合には、
矩形の弱散気板２、強散気板３、不燃分排出口２８及び弱散気板４を平行に配置するか、矩形且つ山形の弱散気板２の稜線に関し対称的に矩形の強散気板３、不燃分排出口２８及び弱散気板４を配置することにより形成される。炉１の平面形状が円形の場合には、中央が高く周縁が低い円錐形の弱散気板２、弱散気板２に同心に配置される円環形の強散気板３、弱散気板２に同心に配置される複数の部分円環形を有する不燃分排出口２８、及び弱散気板２に同心に配置される円環形の強散気板４により形成される。
【００２９】
弱散気板２，４からはそれぞれノズル１５，１７を通して流動用空気が層内に噴出し、弱散気板２，４の上方にそれぞれ弱流動化域１８，２０を形成する。
一方、強散気板３からはノズル１６を通して流動用空気が層内に噴出し、強散気板３の上方に強流動化域１９を形成する。弱散気板４の上方の弱流動化域２０には、板型伝熱面２４からなる熱回収装置が板面が垂直になるように配置されている。
【００３０】
また板型伝熱面２４の配置されている弱流動化域２０と強流動化域１９との間に、仕切壁３４が配置され、仕切壁３４の上下には強流動化域１９との連絡口３５，３６が形成されており、流動層炉１内が伝熱面の存在する熱回収室ＲTHと存在しない主燃焼室ＲCUに分割されている。
【００３１】
このとき、主燃焼室ＲCUにおいては、弱流動化域１８に下降流２１が形成され、また強流動化域１９では上昇流２２が形成される。その結果、主燃焼室ＲCU内の全体では、強流動化域１９で上昇し、弱流動化域１８で沈降する連続した旋回流が形成される。
【００３２】
一方、流動媒体の上昇流２２は仕切壁３４の上端部付近で主燃焼室ＲCUの弱流動化域１８へ向かう流れと、仕切壁３４を越えて熱回収室ＲTHへ飛び込む反転流２２′とに分離し、熱回収室ＲTHは実質的に小さな流動化速度を与える弱散気板４によって、緩やかな弱流動化域２０を形成しているため、飛び込んだ流動媒体は下降流２３となり、さらに下部の連絡口３５を通って主燃焼室ＲCUに戻る循環流を形成している。
このとき、該流動媒体循環量及び板型伝熱面２４の熱伝達率を熱回収室ＲTH内の流動化速度の変化によって調節することにより、流動媒体の持つ熱エネルギーの回収を調節できる。
【００３３】
上述のように構成することにより、主燃焼室ＲCUにおいて、可燃物２７を弱流動化域１８に投入すると、可燃物２７は下降流２１によって弱流動化域１８に呑込まれ、熱分解を受けながら、低酸素による還元性雰囲気で燃焼し、旋回流によって強流動化域１９に導入され、そこでは上昇流２２に乗って多量の酸素による酸化雰囲気で十分な燃焼が行われる。
【００３４】
流動媒体の上昇流２２は仕切壁３４の上端部付近で主燃焼室の弱流動化域１８へ向かう流れと、仕切壁３４を越えて熱回収室ＲTHへ飛び込む反転流２２′とに分解する。
熱回収室ＲTHへ飛び込んだ流動媒体は下降流２３となり、高温の流動媒体はそこに配置された板型伝熱面２４に熱を与えたあと、流動媒体は炉底付近で下降流から水平流に転じ、下部の連絡口３５を通って主燃焼室ＲCUに戻る。
【００３５】
板型伝熱面２４の配置されている弱流動化域２０は、強流動化域で十分に燃焼したあとの流動媒体が流入してくるため酸化雰囲気であり、還元腐食の恐れは少ない。また、弱い流動化域なので伝熱面の摩耗も少ない。
一方、可燃物に含まれる不燃物についても、伝熱面全体が一つの板状になっているため、針金のような不燃物であってもからみにくい構造であり支障なく運転することが可能である。
【００３６】
（実施例３）
図７は本発明の流動層反応装置の第３実施例を示す図であり、図７（ａ）は縦断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII（ｂ）矢視図である。本実施例は、図６に示す実施例において板型伝熱面と仕切壁を一体化したものである。即ち、耐火材からなる仕切壁３４′は、側壁３３に固定された板型伝熱面２４′により支持されている。その他の構成は図６に示す実施例と同様である。板型伝熱面２４′が仕切壁３４′を支える構造としたことにより、仕切壁３４′の下部の連絡口３５には、全く障害物がなくなることから、熱回収室ＲTHに入った不燃物は引っ掛かることなく主燃焼室ＲCUに戻るため、支障なく運転が可能である。
【００３７】
（実施例４）
図８は本発明の流動層反応装置の第４実施例を示す縦断面図である。
流動層炉１の炉底部には、実質的に小さな流動化速度を与える弱散気板４と、実質的な大きな流動化速度を与える強散気板３とが配置されている。強散気板３と側壁３３との間には不燃物排出口２８が配置されており、弱散気板４と強散気板３の上面は不燃物排出口２８に向かって下降傾斜面になっている。弱散気板４及び強散気板３の下部には、それぞれ空気室８，７があり、これら空気室７，８にはコネクタ１０，１１を通してそれぞれ流動用空気１３，１４が導入される。
【００３８】
弱散気板４からはノズル１７を通して流動用空気が層内に噴出し、弱散気板４の上方に弱流動化域２０を形成する。
一方、強散気板３からはノズル１６を通して流動用空気が層内に噴出し、強散気板３の上方に強流動化域１９を形成する。このとき弱流動化域２０には下降流２３が形成され、また強流動化域１９では上昇流２２が形成される。その結果、流動層内全体では強流動化域１９で上昇し、弱流動化域２０で沈降する旋回流が形成される。弱散気流４の上方の弱流動化域２０には、板型伝熱面２４からなる熱回収装置が板面が垂直になるように配置されている。
【００３９】
一方、強散気板３に隣接して設置された不燃物排出口２８には、空気室７の側面に設けたノズル３９より流動用空気が噴出するようになっており、ノズル３９を通して噴出させた流動空気によって不燃物排出口２８の上部に弱流動化域３８を形成している。上述のように構成することにより、可燃物２７を弱流動化域３８に投入すると可燃物２７は下降流２１によって弱流動化域３８に呑込まれ、熱分解を受けながら、低酸素による還元性雰囲気で燃焼し、旋回流によって強流動化域１９に導入され、そこでは上昇流２２に乗って多量の酸素による酸化雰囲気で十分な燃焼が行われる。このように還元雰囲気燃焼と、酸化雰囲気燃焼の組合せにより、ＮＯX低減など排ガス特性が大幅に改善される。強流動化域１９の表面付近では高温になった流動媒体の一部が弱流動化域２０に向かって反転し、次に弱流動化域２０の下降流２３に乗って沈降し、そこに配置された板型伝熱面２４に熱を与える。板型伝熱面２４に熱を与えたあと、流動媒体は炉底付近で下降流から水平流に転じ、強流動化域１９に向かって還流する。その際、大多数の不燃物は沈降し、排出口２８からそのまま排出される。
【００４０】
板型伝熱面２４の配置されている弱流動化域２０は、強流動化域１９で十分に燃焼したあとの流動媒体が流入してくるため酸化雰囲気であり、還元腐食の恐れは少ない。また、弱い流動化域なので伝熱面の摩耗も少ない。
一方、可燃物に含まれる不燃物についても、伝熱面全体が一つの板状になっているため、針金のような不燃物であってもからみにくい構造であり、支障なく運転することが可能である。
【００４１】
（実施例５）
図９は本発明の流動層反応装置の第５実施例を示す縦断面図である。本実施例は図８に示す構造を有する流動層炉を不燃物排出口２８を挟んで対称となるように合わせた構造となっている。
即ち、流動層炉１の炉底部には、弱散気板４，４と、強散気板３，３とが配置されている。弱散気板４，４の間には不燃物排出口２８が形成されている。板型伝熱面２４は弱散気板４の上方の弱流動化域２０に配置されている。可燃物２７は弱流動化域３８に投入される。
本実施例の作用は図８に示す実施例と同様であるため、その説明を省略する。なお、図１から図９に示す実施例においては、炉底の散気板２，３，４が傾斜しているが、水平であっても構わない。
【００４２】
（実施例６）
図１０は本発明の流動層反応装置の第６実施例を示す縦断面図である。本実施例は、基本的には図１に示す実施例と同じ構成であるが、板型伝熱面２４が配置されている領域に上昇流を形成するように構成している。即ち、空気室７，８の側面から不燃物排出口２８にノズル４０を通して流動化用空気を吹き出し、不燃物排出口２８の上方に実質的に小さな流動化速度による弱流動化域４１を形成する。また側壁３３から強散気板３の上方の位置まで延びる傾斜壁４３を設け、この傾斜壁４３によって上昇してくる流動媒体を反転させるようにしている。
一方、板型伝熱面２４の配置されている流動化域においては、弱流動化域４１に対し比較的大きな流動化速度とすることにより、弱流動化域であっても流動媒体が穏やかな上昇流４２を形成し、弱流動化域４１で下降流４４を形成する。下降流４４が最も小さな流動化速度を有し、上昇流４２が中位の流動化速度を有し、上昇流２２が最も大きな流動化速度を有している。
【００４３】
（実施例７）
図１１は本発明の流動層反応装置の第７実施例を示す縦断面図である。本実施例は、図１０に示す構造を有する流動層炉を空気室６を挟んで対称となるように合わせた構造となっている。本実施例の構成及び作用は図１０に示す実施例と同様であり、その説明を省略する。
【００４４】
（実施例８）
図１２は本発明の流動層反応装置の第８実施例を示す縦断面図である。本実施例においては、弱散気板４が側壁３３に隣接して設けられ、また強散気板３が弱散気板４に連続して設けられ、弱散気板２は不燃物排出口２８を挟んで配置されている。板型伝熱面２４は弱散気板４の上方に配置されている。また不燃物排出口２８には、空気室６，７の側面のノズル３９を通して流動用空気が噴出するようになっている。その他の構成は図１に示す実施例と同様である。
【００４５】
上述のように構成することにより、可燃物２７を弱流動化域１８に投入すると、可燃物２７は下降流２１によって弱流動化域１８に呑込まれ、熱分解を受けながら、低酸素により還元性雰囲気で燃焼し、旋回流によって不燃物排出口２８の上部にさしかかると、ノズル３９から噴出する空気によって強流動化域となっているため、そこで不燃物は落下し、不燃物排出口２８に呑み込まれる。
【００４６】
不燃物濃度の小さくなった流動媒体は、強散気板３の上方の強流動化域１９に達すると上昇流２２に乗って上昇した後に反転して、板型伝熱面２４の配置してある弱流動化域２０に導入されるが、不燃物濃度が減少しているため、板型伝熱面２４に対する不燃物による閉塞などの可能性は図１の実施例より更に低くなるという利点がある。
【００４７】
（実施例９）
図１３は本発明の流動層反応装置の第９実施例を示す縦断面図である。
流動層炉１の炉底部には、実質的に小さな流動化速度を与える弱散気板２と、実質的に大きな流動化速度を与える強散気板３とが配置されている。弱散気板２及び強散気板３の下部には空気室６，７が配置されており、これら空気室６，７にはコネクタ９，１０を通してそれぞれ流動用空気が導入される。また側壁３３から強散気板３の上方の位置まで延びる傾斜壁４３を設け、上昇してくる流動媒体を反転させるようにしている。側壁３３には流動用空気を不燃物排出口２８に噴出するノズル４５が設置されている。コネクタ９は流動用空気１２に接続され、コネクタ１０及びノズル４５はバルブV１，V２を介して流動用空気１３に接続されている。
【００４８】
弱散気板２からはノズル１５を通して流動用空気が層内に噴出し、弱散気板２の上方に弱流動化域１８を形成する。
一方、強散気板３からはノズル１６を通して流動用空気が層内に噴出し、強散気板３の上方に強流動化域１９を形成する。このとき弱流動化域１８には下降流２１が形成され、また強流動化域１９では上昇流２２が形成される。その結果、流動層内全体では強流動化域１９で上昇し、弱流動化域１８で沈降する旋回流が形成される。
このとき強流動化域１９の側面炉壁から不燃物排出口２８の上部にノズル４５を通して流動空気を噴出し、流動媒体の上昇流を形成する。該流動化域の炉壁は板型伝熱面４６で構成されている。
【００４９】
このように構成することにより、可燃物に含まれる不燃物については、伝熱面全体が一つの板状になっており、しかも壁を構成していて突起物がないため、針金のような不燃物であっても絡みにくい構造であり、支障なく運転することが可能である。
【００５０】
（実施例１０）
図１４は本発明の流動層反応装置の第１０実施例を示す縦断面図である。本実施例は図１３に示す構造を有する流動層炉を空気室６を挟んで対称となるように合わせた構造となっている。本実施例の構成及び作用は図１３に示す実施例と同様であり、その説明を省略する。
以上、本発明を燃焼装置として使用する場合の実施例について説明してきたが、本発明を、例えばガス化装置として用いることも可能である。その場合には流動化ガス中の酸素量が全体として投入可燃物に対する理論燃焼に必要な酸素量以下である他は、装置の構成は同じである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）これまでは、投入した可燃物に含まれる針金状の不燃物などが、流動層内で沈降堆積しやすく、また伝熱管にからみつきやすいことからすぐに流動不良を起こし運転不能に陥ってしまうため、有効なエネルギー回収方法がなかった廃タイヤなどの廃棄物について、本願のような構成で板型伝熱面を流動層内の熱回収に用いることにより、支障なく運転および熱回収が可能となり、これまで未利用だった産業廃棄物のエネルギー利用に大きく道を開くものである。
（２）可燃物を小さな流動化速度を与えられた還元雰囲気の領域に投入して還元雰囲気で燃焼させたのちに大きな流動化速度を与えられた酸化雰囲気で燃焼させることができる。すなわち、還元雰囲気燃焼と、酸化雰囲気燃焼の組み合わせにより、ＮＯX低減など排ガス特性が改善される。そして、もう一つの弱流動化域は酸化雰囲気であるため、該流動化域に配置された熱回収装置には還元腐食を避けることが出来る。
（３）熱回収装置と可燃物投入口とは強流動化域と不燃物排出口とが間に介在しているため、不燃物は途中の排出口で排出され、熱回収装置に到達することがない。また、たとえ一部の不燃物が熱回収装置に到達しても、伝熱面が一枚のパネルになっているため、引っかかったりせず、旋回流に乗って戻って行き、排出口から排出される。
【００５２】
（４）板型伝熱面の構成について異なる２系統の伝熱管を、同一平面内で一方が他方を交互に囲うようにし、それぞれの伝熱管はヒレを介して接合させることにより、少ない面積でより多くの伝熱面積を稼ぐことが可能であり、しかも管内の圧力損失は面数の多いときと変わらないという利点がある。すなわち、伝熱面積は一定のままで、しかも強制循環ポンプの所要動力を変えないで、伝熱面の個数を半分に減らすことができるため、板状に構成したことと合わせて不燃物対策には極めて効果的であり、特に燃焼した際に針金状の不燃物が発生するため運転不能に陥り、有効なエネルギー回収方法がなかった廃タイヤなどの廃棄物のエネルギー利用を初めて可能としたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流動層反応装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】本発明の板型伝熱面の具体例を示す側面図である。
【図５】図４のＶ矢視図である。
【図６】本発明に係る流動層反応装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る流動層反応装置の第３実施例を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る流動層反応装置の第４実施例を示す縦断面図である。
【図９】本発明に係る流動層反応装置の第５実施例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係る流動層反応装置の第６実施例を示す縦断面図である。
【図１１】本発明に係る流動層反応装置の第７実施例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明に係る流動層反応装置の第８実施例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明に係る流動層反応装置の第９実施例を示す縦断面図である。
【図１４】本発明に係る流動層反応装置の第１０実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１      流動層炉
２，４  弱散気板
３      強散気板
６，７，８  空気室
９，１０，１１   コネクタ
１２，１３，１４  流動用空気
１５，１６，１７  ノズル
１８，２０，３８，４１  弱流動化域
１９     強流動化域
２１，２３，４４  下降流
２２，４２  上昇流
２４，２４′，４４，４６  板型伝熱面
２５，２５′伝熱管
２６  ヒレ
２７     可燃物
２８     不燃物排出口
２９，２９′，３２，３２′  ヘッダ
３３     側壁
３４，３４′仕切壁
３５，３６  連絡口
３９，４０，４５  ノズル
【図１】
0003877361.tif 000002
【図２】
0003877361.tif 000003
【図３】
0003877361.tif 000004
【図４】
0003877361.tif 000005
【図５】
0003877361.tif 000006
【図６】
0003877361.tif 000007
【図７】
0003877361.tif 000008
【図８】
0003877361.tif 000009
【図９】
0003877361.tif 000010
【図１０】
0003877361.tif 000011
【図１１】
0003877361.tif 000012
【図１２】
0003877361.tif 000013
【図１３】
0003877361.tif 000014
【図１４】
0003877361.tif 000015