JP2006153364A - 循環流動層燃焼装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る循環流動層燃焼装置の運転方法を提供する。
【解決手段】燃料性状中の揮発分、Ｃ／Ｈ比、Ｃ／Ｏ比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、都市ゴミや産業廃棄物等の焼却処理、或いはゴミ固形化燃料（ＲＤＦ：Refuse Derived Fuel）等の燃料の燃焼に際して発生する燃焼熱を回収するために用いられる循環流動層燃焼装置の運転方法に関するものである。

近年、都市ゴミや産業廃棄物等は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、これらを焼却処理したり、或いはゴミ固形化燃料等を燃料として用いることにより、その燃焼熱を回収するようにした発電設備の開発が進められている。

前記発電設備の形式の一つとして循環流動層燃焼装置があり、これは、図４に示される如く、空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａにより都市ゴミやゴミ固形化燃料等の燃料としての廃棄物を、砂や石灰石等からなるベッド材３と共に流動化させながら燃焼させる燃焼炉１と、該燃焼炉１の上部に接続され且つ燃焼炉１内での燃焼により発生した排ガス中に含まれる灰や砂等の流動媒体を捕集する媒体分離装置としてのホットサイクロン４と、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体がダウンカマー５を介して導入され、該流動媒体を冷却し流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻し循環させる外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７と、前記ホットサイクロン４で流動媒体が捕集された排ガスが導入され、内部に過熱器８と節炭器９とが配設された後部伝熱部１０とを備えてなる構成を有している。

前記後部伝熱部１０の節炭器９の下流側には、排ガスの熱により押込通風機１１から圧送される空気を加熱するガスエアヒータ１２を設け、該ガスエアヒータ１２で加熱された空気を、一次空気ライン１３を介して前記燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給すると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して前記燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給するようにし、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気を流動用空気ライン１８を介して前記外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給するようにしてある。尚、前記二次空気ライン１４の分岐部より下流側における一次空気ライン１３途中には、一次空気Ａの流量調節用のダンパ１６を設け、二次空気ライン１４途中には、二次空気Ｂの流量調節用のダンパ１７を設けてある。

前記外部熱交換器７は、前記ダウンカマー５が接続されるシールボックス１９内底部に、流動用空気Ｃを空気分散ノズル２０から上方へ吹き出すためのウィンドボックス２１を形成し、空気分散ノズル２０の上方におけるシールボックス１９内に、流動媒体との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器２２を配設してなる構成を有している。又、前記外部熱交換器７は、一般的にホットサイクロン４下部の圧力よりも燃焼炉１内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、燃焼炉１内の排ガスがホットサイクロン４下部のダウンカマー５側に流れ込むことを防止し、且つホットサイクロン４で分離された流動媒体を燃焼炉１内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるサイホンのような形に形成してある。

前述の如き発電設備としての循環流動層燃焼装置においては、押込通風機１１から圧送される空気がガスエアヒータ１２で加熱され、一次空気ライン１３を介して燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給されると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給され、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気が流動用空気ライン１８を介して外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給されており、この状態で、燃焼炉１の空気分散ノズル２上に都市ゴミやゴミ固形化燃料等の廃棄物を投入すると、該廃棄物が空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａによりベッド材３と共に流動化しながら燃焼する。

燃焼炉１内での廃棄物の燃焼により発生した排ガスは、灰や砂等の流動媒体と一緒に吹き上げられてホットサイクロン４へ導入され、該ホットサイクロン４において流動媒体が捕集され、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体は、ホットサイクロン４下部に接続されたダウンカマー５から外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７へ導入され、該外部熱交換器７において抜熱されて冷却された後、流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻され、循環される。

前記ホットサイクロン４で流動媒体が分離された排ガスは、後部伝熱部１０へ導かれ、該後部伝熱部１０の過熱器８及び節炭器９において熱回収され、更にガスエアヒータ１２において熱回収された後、図示していない集塵機等を経て煙突から大気に放出される。

一方、ボイラ給水は、節炭器９において排ガスにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て燃焼炉１の炉壁１ａ内を流れ、再び蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器８へ導入され排ガスにより過熱され、該過熱器８において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器２２へ導かれ流動媒体により更に過熱され、該最終過熱器２２において過熱された過熱蒸気は、蒸気タービンへ導入され、発電が行われる。

ところで、前述の如き従来の循環流動層燃焼装置においては、新規の多種燃料を専焼或いは混焼させるような運転を行う場合、その燃料毎に広範な条件で試験を実施し、所定時間内に排出されるフライアッシュを図示していないバグフィルタで採取し、該採取したフライアッシュの量と未燃カーボン濃度から燃焼効率を算出することが行われていた。

尚、前述の如き循環流動層燃焼装置を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００２−１６８４２３号公報

しかしながら、前述の如く新規の多種燃料毎に試験を実施して燃焼効率をその都度求めるのでは、非常に手間とコストがかかるという欠点を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る循環流動層燃焼装置の運転方法を提供しようとするものである。

本発明は、燃料を燃焼炉で流動媒体と共に流動化させつつ燃焼させ、流動媒体を外部循環させるようにした循環流動層燃焼装置の運転方法であって、
燃料性状中の揮発分、Ｃ／Ｈ比、Ｃ／Ｏ比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とすることを特徴とする循環流動層燃焼装置の運転方法にかかるものである。

前記循環流動層燃焼装置の運転方法においては、燃料性状中の揮発分が６０［％］以上、Ｃ／Ｈ比が１０以下、Ｃ／Ｏ比が１５以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整することが有効となる。

本発明の循環流動層燃焼装置の運転方法によれば、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

本発明者等は、図４に示されるのと略同等のパイロット規模の試験装置を使用して試験を行った。燃焼炉１は、耐火キャスタブルで成形された内径φ０．３６［ｍ］、高さ１５［ｍ］の外部循環型のものとした。二次空気Ｂは、空気分散ノズル２の上方４．３［ｍ］の位置から供給した。起動時は、都市ガスバーナ（図示せず）で層温を約９７３［Ｋ］まで予熱した後、燃料としての廃棄物をフィーダから供給し、廃棄物の混焼に切り換えた。尚、ベッド材３には、平均粒径が約０．３［ｍｍ］の砂を使用した。

使用した燃料は、廃タイヤ、ＲＰＦ（Refuse Plastic Fuel）、木材チップ、ＲＤＦ、及び石炭の五種類であり、それらの燃料性状を図１に示してある。廃タイヤは、強化材として金属ワイヤを含有しているものを使用した。ＲＰＦは、廃プラスチックや紙を圧縮成型したものである。ＲＤＦは、φ１５×４０［ｍｍ］の国内産のものを使用した。石炭は、燃料比８．８の高燃料比炭を使用した。図１の燃料性状より、揮発分含有量は、ＲＰＦが最も高く、木材チップ、ＲＤＦ、廃タイヤ、石炭の順となっている。石炭の揮発分含有量は９．０［％］であり、他の燃料と比較してかなり低い。発熱量は、廃タイヤが最も高く、木材チップが最も低い。

図２に試験条件を示す。混焼のサンプルとして、廃タイヤとＲＰＦ、ＲＤＦと石炭、木材チップとＲＰＦの三種類を用意した。混焼率は、発熱量ベースで種々調整を行った。炉内ガス温度は、１０７３〜１１７３［Ｋ］の範囲とした。燃焼効率は、所定時間内に排出されるフライアッシュを図示していないバグフィルタで採取し、該採取したフライアッシュの量と未燃カーボン濃度から算出した。

そして、試験データを整理した結果、燃料性状中の揮発分と燃焼効率との関係は、図３（ａ）の如く、僅かに右上がりの勾配を有する直線状となる傾向を示し、燃料性状中のＣ／Ｈ比と燃焼効率との関係は、図３（ｂ）の如く、僅かに右下がりの勾配を有する直線状となる傾向を示し、燃料性状中のＣ／Ｏ比と燃焼効率との関係は、図３（ｃ）の如く、僅かに右下がりの勾配を有する直線状となる傾向を示すことが判明した。尚、縦軸の燃焼効率は、石炭専焼の燃焼効率を１．０とした場合の割合で示してある。

即ち、燃料性状中の揮発分、Ｃ／Ｈ比、Ｃ／Ｏ比に基づいて燃焼効率を予測することが可能となり、これを循環流動層燃焼装置における運転の指標とすることができる。

例えば、揮発分が低く且つＣ／Ｈ比やＣ／Ｏ比が高くて所望の燃焼効率が得られないような燃料を使用する場合には、揮発分が高く且つＣ／Ｈ比やＣ／Ｏ比が低い燃料を混ぜてやれば良い。

この場合、燃料性状中の揮発分が６０［％］以上、Ｃ／Ｈ比が１０以下、Ｃ／Ｏ比が１５以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整すれば、高い燃焼効率が得られ、きわめて有効となる。

こうして、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る。

尚、本発明の循環流動層燃焼装置の運転方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を立証するための試験に使用した燃料性状を示す図表である。 本発明を実施する形態の一例を立証するための試験条件を示す図表である。 本発明を実施する形態の一例を立証するための試験結果を示す線図であって、（ａ）は揮発分と燃焼効率との関係を示す線図、（ｂ）はＣ／Ｈ比と燃焼効率との関係を示す線図、（ｃ）はＣ／Ｏ比と燃焼効率との関係を示す線図である。 従来の循環流動層燃焼装置の一例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

１ 燃焼炉
２ 空気分散ノズル
３ ベッド材
４ ホットサイクロン
５ ダウンカマー
６ 流動媒体戻し管
７ 外部熱交換器
１０ 後部伝熱部

Claims (2)

1. 燃料を燃焼炉で流動媒体と共に流動化させつつ燃焼させ、流動媒体を外部循環させるようにした循環流動層燃焼装置の運転方法であって、
   燃料性状中の揮発分、Ｃ／Ｈ比、Ｃ／Ｏ比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とすることを特徴とする循環流動層燃焼装置の運転方法。
2. 燃料性状中の揮発分が６０［％］以上、Ｃ／Ｈ比が１０以下、Ｃ／Ｏ比が１５以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整する請求項１記載の循環流動層燃焼装置の運転方法。

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