JP2012242030A - 多層燃焼流動炉の熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブロワ動力を無駄にすることなく、多層燃焼流動炉の排ガスの保有熱を有効的に回収することができる多層燃焼流動炉の熱回収システムを提供する。
【解決手段】砂層とフリーボード部とに分けて空気を供給する多層燃焼流動炉１の後段に、この多層燃焼流動炉１から発生する燃焼排ガスを熱源とする流動空気予熱器７と燃焼空気予熱器８とを接続する。流動空気予熱器７により加熱された流動用空気を砂層に、また燃焼空気予熱器８により加熱された燃焼用空気をフリーボード部６にそれぞれ供給する。流動空気予熱器７は流動空気ブロワ９を備え、燃焼空気予熱器８は流動空気ブロワ９よりも低圧の燃焼空気ブロワ１３を備えたものとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、下水汚泥等の焼却に用いられる多層燃焼流動炉の排ガスから、有効的に熱回収することができる多層燃焼流動炉の熱回収システムに関するものである。

下水処理場から発生する下水汚泥の大部分は焼却処理されており、そのための焼却炉としては流動炉が広く用いられている。流動炉は炉体下部の分散パイプから供給される高温の流動用空気により流動媒体を流動させ、投入された下水汚泥等を瞬時に燃焼させる公知の炉である。最近の流動炉は地球温暖化指数が大きい亜酸化窒素の発生を抑制するために８５０℃程度の高温で焼却を行っており、排ガス温度も高温になる。

そこで従来から特許文献１に示されるように、流動炉の直後に流動空気予熱器を設置して空気と排ガスとの間で熱交換を行わせ、得られた加熱空気を流動用空気として使用している。この流動用空気は砂層を流動させるものであるから、２０〜３０ｋＰａ程度の圧力を必要とする。このため、流動空気予熱器に流動用空気を供給する流動空気ブロワは当然にそれに対応する高い吐出圧を備えている。

またこの流動用空気は、含水率が高く自燃できない汚泥をも確実に焼却するために、６５０℃程度の温度が必要とされている。従って空気予熱器は流動空気ブロワから供給される空気を６５０℃程度にまで加熱できるように設計されている。

一方、本出願人は燃焼方式を改善することにより亜酸化窒素の発生を更に抑えることができる多層燃焼流動炉を先に開発し、実用化している。特許文献２に示されるこの多層燃焼流動炉は、炉体の底部から流動用空気を供給するのみならず、砂層の直上位置やフリーボード部にも燃焼用空気を供給することによって層状燃焼を行わせることにより、亜酸化窒素の発生を確実に抑制できる利点がある。しかしこの多層燃焼流動炉においてはフリーボード部から供給する燃焼用空気の圧力は５〜７ｋＰａで十分である。このため２０〜３０ｋＰａ程度の圧力の流動用空気の一部を燃焼用空気として用いることは、ブロワ動力の無駄であった。

また、この流動用空気は非自燃性汚泥の場合に６５０℃程度に加熱されているが、汚泥が自燃性である場合には流動用空気の温度が高すぎるため、図２に示すように自燃に適した４００℃程度にまで空気冷却器により冷却していた。このためこのような場合には空気冷却ファンの動力や熱エネルギーの無駄が生じていた。

特開２００５−３０８３７２号公報 特開２０１０−１７５１５７号公報

従って本発明の主な目的は、ブロワ動力を無駄にすることなく、多層燃焼流動炉の排ガスの保有熱を有効的に回収することができる多層燃焼流動炉の熱回収システムを提供することである。また本発明のその他の目的は、従来よりも空気冷却ファンの動力や熱エネルギー損失を削減することができる多層燃焼流動炉の熱回収システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の多層燃焼流動炉の熱回収システムは、砂層とフリーボード部とに分けて空気を供給する多層燃焼流動炉の後段に、この多層燃焼流動炉から発生する燃焼排ガスを熱源とする流動空気予熱器と燃焼空気予熱器とを接続し、この流動空気予熱器により加熱された流動用空気を砂層に、またこの燃焼空気予熱器により加熱された燃焼用空気をフリーボード部にそれぞれ供給することを特徴とするものである。

なお、流動空気予熱器は流動空気ブロワを備え、燃焼空気予熱器は流動空気ブロワより低圧の燃焼空気ブロワを備えたものであることが好ましく、流動空気予熱器は、段数を切替可能な多段式の熱交換器であることが好ましい。また、流動空気予熱器と燃焼空気予熱器は何れも、Ｕチューブ式熱交換器であることが好ましい。

本発明の多層燃焼流動炉の熱回収システムは、流動空気予熱器により加熱された流動用空気を砂層に、また燃焼空気予熱器により加熱された燃焼用空気をフリーボード部にそれぞれ供給するようにしたので、燃焼用空気の圧力を流動用空気の圧力よりも低く設定することができる。このため従来に比べてブロワ動力の削減が可能である。

また、流動空気予熱器を段数を切替可能な多段式の熱交換器としておけば、汚泥性状に応じて流動用空気の温度を変えることができるので、高温の流動用空気を汚泥の自燃に適した温度まで冷却する空気冷却器を用いる必要がなくなる。このため従来に比べて空気冷却ファンの動力や熱エネルギー損失等を削減することができる。

さらにこれらの流動空気予熱器と燃焼空気予熱器を何れもＵチューブ式熱交換器としておけば、空気量を絞り排ガス熱量に対する熱交換量が減少したような場合にも、伝熱管を自由に熱膨張させることができ、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いた場合のように、管板部が熱応力により損傷するおそれがない。

従来技術の説明図である。 他の従来技術の説明図である。 本発明の実施形態の説明図である。

以下に本発明の実施形態を図３に基づいて説明する。
図３において、１は下水汚泥を焼却する多層燃焼流動炉であり、２はその炉体下部に設けられた分散パイプである。この分散パイプ２から炉内に供給される高温の流動用空気により、炉内の流動媒体が流動し、砂層３を形成する。４はフリーボード部６の下方部に設けられた２次空気供給管、５はフリーボード部６の上方部に設けられた３次空気供給管である。従来の流動炉は分散パイプ２からのみ炉内に空気を供給していたのであるが、この多層燃焼流動炉１は砂層３の直上位置及びフリーボード部６の上部にも燃焼用空気を供給する点に特徴があり、砂層３の上方部に局所高温場を形成して亜酸化窒素を分解させることができる。この多層燃焼流動炉１の詳細は特許文献２に開示されている。

前記した通り近年の汚泥焼却炉は高温燃焼が行なわれているため、多層燃焼流動炉１の炉頂部から約８５０℃の高温の排ガスが排出される。この排ガスは多層燃焼流動炉１の後段に設けられた流動空気予熱器７と燃焼空気予熱器８とに導かれる。これらは何れも、伝熱管をＵ字状に屈曲させて両端を同一の管板により保持したＵチューブ式熱交換器としておくことが好ましい。この構造は伝熱管を自由に熱膨張させることができ、伝熱管の両端を各々の管板間に保持させたシェルアンドチューブ型のように、熱膨張に伴う熱応力の発生がない。このため何らかの理由により空気量を極端に絞った場合にも、熱応力による菅板の変形や破損を避けることができる。

流動空気予熱器７には、流動空気ブロワ９から流動用空気が送られる。前記したように、流動用空気は砂層を流動させるために２０〜３０ｋＰａ程度の圧力を必要とするから、流動空気ブロワ９はそれ以上の高い３５〜４０ｋＰａの吐出圧を備えている。なお図３に示されるように、流動空気予熱器７は段数を切替可能な多段式の熱交換器とされている。この実施形態では２段式であり、伝熱菅は上部と下部の２段に分かれている。そして流動空気ブロワ９から供給される流動用空気は、上部バルブ１０と下部バルブ１１を経由してそれぞれの部分に供給される。このため、上部バルブ１０のみから流動用空気を上部のみに供給すれば１段の熱交換器となり、下部バルブ１１のみから流動用空気を供給すれば２段の熱交換器として機能する。

焼却する下水汚泥の性状が含水率の低い自燃性の場合には、流動空気予熱器７を１段として約４００℃の流動空気を得る。一方、下水汚泥の性状が含水率の高い非自燃性の場合には、流動空気予熱器７を２段として約６５０℃の流動用空気を得る。このようにして流動用空気の温度を切替可能としておけば、図２に示した従来のように高温の流動用空気を空気冷却器で冷却する必要もなくなり、冷却ファンの動力を削減することができる。なお流動空気予熱器７を通過した排ガスは５６０〜７００℃となり、ダンパー１２を経由して後段の排ガス処理設備である白煙防止器、集塵機、スクラバ等に送られる。

一方、燃焼空気予熱器８には燃焼空気ブロワ１３から燃焼用空気が送られる。前記したように、多層燃焼流動炉１のフリーボード部６に吹き込まれる燃焼用空気の圧力は５〜７ｋＰａで十分であるから、燃焼空気ブロワ１３の吐出圧は流動空気ブロワ９それよりも低圧とすることができる。このため高圧の空気をフリーボード部６に吹き込む図２のシステムに比較して、ブロワ動力の削減が可能である。燃焼空気予熱器８により約６５０℃に加熱された燃焼用空気は、２次空気供給管４と３次空気供給管５から多層燃焼流動炉１のフリーボード部６に吹き込まれる。

なお、燃焼用空気は温度を大幅に変える必要がないので、この実施形態では段数を変更可能とはしていない。燃焼空気予熱器８を通過した排ガスはダンパー１４を経由して後段の排ガス処理設備である白煙防止器、集塵機、スクラバ等に送られるので、ダンパー１２とダンパー１４の開度を制御することにより、排ガス量の割合を流動空気予熱器７と燃焼空気予熱器８とに分配するか決めることができる。

このように構成された本発明の多層燃焼流動炉の熱回収システムは、汚泥を焼却することによって発生する高温の排ガスを流動空気予熱器７と燃焼空気予熱器８とに導いて熱回収を行うものであり、流動用空気と燃焼用空気とに要求される圧力の違いに応じて、吐出圧の異なるブロワを使い分けることができる。このため従来のように流動用空気に適した高圧の空気を燃焼用空気として使用する無駄がなくなり、この実施形態では約３５ｋＷの電力を節減することができる。（下水汚泥処理規模：２５０ｔ／日における試算結果）

また、汚泥が自燃性であるか否かによって流動空気予熱器７の段数を変化させ、流動用空気の温度を切り替えられるようにしておけば、汚泥が自燃性である場合に、従来のように高温の流動用空気を空気冷却器で冷却する必要がなくなり、この実施形態では約５５ｋＷの電力を節減することができるとともに、大気への放出エネルギーを約９５０ｋＷ分低下させることができる。なお、この９８０ｋＷ分のエネルギーはボイラによって有効に回収することができる。（下水汚泥処理規模：２５０ｔ／日における試算結果）

１ 多層燃焼流動炉
２ 分散パイプ
３ 砂層
４ ２次空気供給管
５ ３次空気供給管
６ フリーボード部
７ 流動空気予熱器
８ 燃焼空気予熱器
９ 流動空気ブロワ
１０ 上部バルブ
１１ 下部バルブ
１２ ダンパー
１３ 燃焼空気ブロワ
１４ ダンパー

Claims (4)

1. 砂層とフリーボード部とに分けて空気を供給する多層燃焼流動炉の後段に、この多層燃焼流動炉から発生する燃焼排ガスを熱源とする流動空気予熱器と燃焼空気予熱器とを接続し、この流動空気予熱器により加熱された流動用空気を砂層に、またこの燃焼空気予熱器により加熱された燃焼用空気をフリーボード部にそれぞれ供給することを特徴とする多層燃焼流動炉の熱回収システム。
2. 流動空気予熱器は流動空気ブロワを備え、燃焼空気予熱器は流動空気ブロワより低圧の燃焼空気ブロワを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の多層燃焼流動炉の熱回収システム。
3. 流動空気予熱器は、段数を切替可能な多段式の熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の多層燃焼流動炉の熱回収システム。
4. 流動空気予熱器と燃焼空気予熱器は何れも、Ｕチューブ式熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の多層燃焼流動炉の熱回収システム。

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