JP5469878B2 - 炭化物燃焼装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭化物を燃焼させる燃焼装置及びその方法に関するものであり、微粉炭化物を燃焼する際に火炉の内壁に灰が溶けて付着するスラッギングを抑制し、火炉内壁への飛灰付着を低減するとともにＮＯｘ発生抑制を可能とする微粉炭化物燃焼装置及びその方法に関するものである。

従来より産業用火力発電設備においては、微粉炭等の固体燃料を燃焼させて高温、高圧の水蒸気を発生させるボイラが用いられており、前記ボイラで発生させた水蒸気によりタービンを駆動させ、タービンに連結した発電機により電気を発生させている。このように発電設備で用いるボイラでは環境保護の観点から排気ガス中のＮＯｘの低減が求められている。

そこで、排気ガス中のＮＯｘを低減するとともに、燃焼効率を向上させる方法としては、ボイラに燃料と空気を供給する燃料燃焼バーナと、前記燃料燃焼バーナの下流側に空気を供給する空気供給口を設け、前記燃料燃焼バーナから投入する空気を燃料の完全燃焼に必要な空気量より少ない空気量とし、残りの空気を前記空気供給口から投入するという所謂二段燃焼方式が知られている。二段燃焼方式を用いることで還元性雰囲気を形成してＮＯｘの発生の抑制が可能となる。

一方、前記二段燃焼方式では、燃料に石炭や炭化物を用い燃焼温度が高い場合には、燃料中の灰分が溶融し炉内壁面に灰が付着し、すなわちスラッギングが発生する可能性が高くなる。
そのため、特許文献１にはスラッギングの生じやすい位置に空気を投入してガス温度を灰融点以下まで下げてスラッギングを防止する技術が開示されている。
また、特許文献２には４つの壁を有する微粉炭燃焼炉において、前記炉の４つのコーナ部にそれぞれ配置されたノズルを有し、これらノズルを通して微粉炭及び１次空気を炉の中央部の水平な第１の仮想円に対して接線方向に向けられるように導入する第１組のノズル装置と、前記炉の４つのコーナ部にそれぞれ配置されたノズルを有し、これらノズルを通して再循環ガスを前記第１の仮想円を同心的に間隔を置いて囲む第２の仮想円に対して接線方向に向けられるように炉内に導入する第２組のノズル装置と、前記炉の４つのコーナ部にそれぞれは位置されたノズルを有し、これらのズルを通して２次空気を前記第２の仮想円を同心的に間隔を置いて囲む第３の仮想円に対して接線方向に向けられるように炉内に導入する微粉炭燃焼炉が開示されている。

特開２００２−３４９８４６号公報 特開昭５９−４２２０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、スラッギングの生じやすい位置、即ちガス温度が高い位置に空気を投入してガス温度を下げることでスラッギングの低減を狙っているが、前記スラッギングの生じやすい位置は微粉炭化物を燃焼させる燃焼ゾーンである。そのため、供給場所によっては燃焼ゾーンの温度が低下し未燃が発生し、微粉炭化物を十分に燃焼することができない。さらに、ボイラの火炉全体がボイラ壁で構成されているため、このような火炉構造では燃料供給の大きなターンダウンが取れず、低負荷運転時には出口ガス温度が低下し、大きな負荷変化の伴う運用が困難である。
また、特許文献２に開示された技術においては、角型炉を採用しているため、旋回流が乱れて旋回流と炉内壁とが離間して淀み部ができ、該淀み部に飛灰が滞留してしまう可能性があり、スラッギング対策として充分とはいえない。また、１次空気の流出口及び微粉炭化物の流出口を水平方向を向ける必要があり、高温火炎が対向する炉壁を局部的に著しく損なう可能性がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、火炉壁を耐火構造として低負荷運転時にも出口ガス温度が低下せず、そのため大きな負荷変化の伴う運用が可能であって、また１次空気及び微粉炭を鉛直下向きに火炉内に噴出させることで炉壁の局所的な損傷を防止し、さらにスラッギング、ＮＯｘの発生を抑制することのできる微粉炭化物燃焼装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉と、該火炉内に微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させるバーナを有し、該バーナを前記火炉入口部に設けた微粉炭化物燃焼装置において、前記火炉を縦型円筒形状とするとともに、前記バーナを火炉天井部に設けて前記微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出して燃焼させるように配置し、前記火炉内の燃焼ガス流れに沿って、前記バーナ下流側に前記火炉内に空気及び低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に低酸素ガスが外周に位置する旋回流を形成する第１の旋回流形成手段と、前記第１の旋回流形成手段下流側に前記火炉に低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に旋回流を形成する第２の旋回流形成手段とを設け、前記第１の旋回流形成手段によって形成される旋回流面積を、前記第２の旋回流形成手段によって形成される低酸素ガスの旋回流面積よりも大としたことを特徴とする。

本発明によれば、縦型円筒状の火炉内に、前記バーナより微粉炭化物及び空気（以下１次空気と称する）の鉛直下向きの流れを形成することで、炉壁の局所的な損傷を防止することができる。
また、前記鉛直下向きの流れに対して直交する面内に低酸素ガスを側壁側から空気（以下２次空気と称する）とともに導入して、外側が低酸素ガス、内側が２次空気の構成で第１の旋回流を形成する。これにより、微粉炭化物及び１次空気の燃焼により発生して火炎の流れに乗って浮遊する灰が天井方向や側壁方向へ飛行することを抑制することができる。従って、天井部や側壁部でのスラグ生成（灰付着）、即ちスラッギングを抑制することができる。なお、前記低酸素ガスと２次空気の導入位置は、天井部、即ち微粉炭化物と１次空気の導入部に近い程スラッギング抑制の効果が大きく、天井部直近とすることが好ましい。
また、火炉が縦型円筒状であることから、角型状の炉と比べると旋回流が乱れにくいため、旋回流と炉内壁とが離間することによる淀み部ができにくく、淀み部での飛灰滞留が抑制される。

さらに、前記第１の旋回流の内側部には２次空気が旋回されているため、２次空気が供給されている第１の旋回流の内側部では微粉炭化物が最適に２次燃焼され、発生ＣＯ（未燃ガス）も少なくなる。

また、微粉炭化物及び１次空気の燃焼からなる火炎に対して直交するように旋回流を発生させ、内側を空気とすることで微粉炭化物の２次燃焼が容易となり、さらには外側を低酸素ガスとすることで火炎温度が著しく上昇することを抑制し、ＮＯｘ発生を抑制することができる。さらに、火炉壁を耐火構造とすることで低負荷運転時にも出口ガス温度を大きく低下させる事無く負荷変化の伴う運用が可能となる。

さらに、鉛直下向きの微粉炭化物及び１次空気の流れと、内側２次空気、外側低酸素ガスの構成で導入された第１の旋回流とは、その後段側で低酸素ガスを導入し前記第１の旋回流よりも旋回面積の小さな第２の旋回流を形成することで混合促進され、さらに温度調整がなされる。

また、前記第１の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に前記空気及び低酸素ガスを吹き込み、前記第１の仮想円に沿った旋回流を形成させることを特徴とする。
空気を火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に２個以上の複数の流出口より吹き込むことにより、前記第１の仮想円に沿って第１の旋回流を極めて安定して発生させることができる。例えば４個所など複数個所から前記第１の仮想円の接線方向に空気を吹き込むことで、さらに安定して旋回流を発生させることができる。

また、前記第２の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に前記低酸素ガスを吹き込み、前記第２の仮想円に沿った旋回流を形成させることを特徴とする。
低酸素ガスを火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に２個以上の複数の流出口より吹き込むことにより、前記第２の仮想円に沿った第２の旋回流を極めて安定して発生させることができる。例えば４個所など複数個所から前記第２の仮想円の接線方向に低酸素ガスを吹き込むと、さらに安定して旋回流を発生させることができる。

また、前記第１の旋回流形成手段は、内管と外管とを同芯円状に配設し、内管内に空気、内管と外管との間に低酸素ガスを通し、これらを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む二重管ノズルであることを特徴とする。
これにより、外側を低酸素ガス、内側を２次空気とした第１の旋回流を容易に形成することができる。

また、前記第１の旋回流形成手段は、空気を前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第１の流出口と、低酸素ガスを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第２の流出口とを、前記第１の流出口から吹き込まれた空気が前記第２の流出口から吹き込まれた低酸素ガスよりも前記第１の仮想円の中心側で旋回するように併設したことを特徴とする。
これにより、外側を低酸素ガス、内側を２次空気とした第１の旋回流を容易に形成することができる。

また、課題を解決するための方法の発明として、微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉に、該火炉入口部に設けたバーナによって微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させる微粉炭化物燃焼方法は、縦型円筒形状の火炉上部から、前記バーナによって微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出し、前記バーナよりも燃焼ガス流れ下流側の燃焼ガスの流れと直交する面内に、低酸素ガスが外周に位置する空気と低酸素ガスの第１の旋回流を形成するように空気及び低酸素ガスを吹き込み、前記第１の旋回流よりも前記燃焼ガス流れ下流側の燃焼ガスの流れと直交する面内に、低酸素ガスの第２の旋回流を形成するように低酸素ガスを吹き込み、前記第１の旋回流面積を、前記第２の旋回流面積よりも大としたことを特徴とする。

前記空気及び低酸素ガスを燃焼ガス流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に吹き込み、前記第１の仮想円に沿って前記第１の旋回流を形成させることを特徴とする。

前記低酸素ガスを燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に吹き込み、前記第２の仮想円に沿って前記第２の旋回流を形成させることを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、１次空気及び微粉炭を鉛直下向きに火炉内に噴出させることで炉壁の局所的な損傷を防止し、さらにスラッギング、ＮＯｘの発生を抑制することができ、火炉壁を耐火構造として低負荷運転時にも出口ガス温度が低下する事無く、そのため負荷変化の伴う運用が可能である微粉炭化物燃焼装置及びその方法を提供することができる。

炭化物燃焼装置の概略構成図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の微粉炭化物燃焼装置を用いた炭化炉の熱併給発電システムの全体構成図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図であり、別の例を示すものである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図４は、本発明の微粉炭化物燃焼装置を用いた炭化炉の熱併給発電システムの全体構成図である。図４を参照して本発明の微粉炭化物燃焼装置を用いる一例である炭化炉の熱併給発電システムについて説明する。

本実施例に係るシステムは、アスファルト製造プラント１７０と、これに併設された炭化炉１０８と、該炭化炉１０８からの熱分解ガスを燃焼させるガス燃焼装置１ｂと、炭化物を微粉化させた微粉炭化物を燃焼させる微粉炭化物燃焼装置１と、高温燃焼ガスから熱回収するボイラ１１０と、該ボイラ１１０にて発生させた高温蒸気を用いて発電する発電設備１２２と、ガス燃焼装置１ｂ及び微粉炭化物燃焼装置１からの燃焼排気ガスの一部を用いて高温空気を製造する空気予熱器１７２と、から主に構成されている。なお、本実施例では一例としてアスファルト製造プラント１７０を備える構成としたが、これに限定されず、他の熱風利用設備を備える構成としてもよい。

本システムのフローを各装置の具体的構成とともに説明する。
受入供給設備１０２には、炭化炉１０８で熱分解ガス化される被処理物が供給される。被処理物としては、植物、廃木材、農業廃棄物、家畜糞尿、下水汚泥等のバイオマス１３０などが挙げられる。
受入供給設備１０２から供給されるバイオマス１３０は、投入コンベア１０４を搬送されてスクリューフィーダ１０６から定量的に炭化炉１０８に投入される。
炭化炉１０８は、間接加熱により炉内を加熱する外熱式ロータリーキルンである。該炭化炉１０８は、炉の周囲に加熱ジャケットが設けられ、加熱ジャケットに高温の燃焼ガス１３２を流通させて炭化炉１０８内のバイオマス１３０を加熱する装置である。外熱式ロータリーキルンは、少ない飛灰発生量でバイオマスを熱分解ガス化することができる。また、間接加熱式であるために、バイオマスが滞留するキルン内部の酸素濃度を極めて低い値に保持することができるとともに均一な加熱が可能であるため、高カロリーで均質な炭化物１３６を製造することができる。

炭化炉１０８での炭化により発生した熱分解ガス１３４は、ガス燃焼装置１ｂに導かれる。ガス燃焼装置１ｂでは、燃焼空気１３８を供給しながら熱分解ガス１３４を燃焼させ、高温の燃焼ガス１３２を生成する。
同時に、炭化炉１０８にて製造された炭化物１３６は、異物分離装置（不図示）で金属等の異物を分離除去され、粉砕機（不図示）で粉砕されて微粉炭化物となって炭化物燃焼装置１に導かれ、ガス燃焼装置１ｂと同様に燃焼空気１３８を供給しながら炭化物１３６を燃焼させ、高温の燃焼ガス１３２を生成する。燃焼室昇温時には助燃料１４０を使用することもできる。
尚、本実施例では、炭化炉１０８にて発生した熱分解ガス１３４と炭化物１３６とを、別個の燃焼装置１ｂ、１にて燃焼させる構成としているが、これに限定されるものではなく、１の燃焼室にて熱分解ガス１３４と炭化物１３６を燃焼させて高温の燃焼ガス１３２を生成するようにしてもよい。

このようにして生成された高温の燃焼ガス１３２の一部は、炭化炉１０８の加熱ジャケットに送給され炭化炉１０８の間接加熱に用いられる。他の高温の燃焼ガス１３２の少なくとも一部はボイラ１１０に送給され、ボイラ１１０にて高温の燃焼ガス１３２の顕熱を利用して高温蒸気１４４を生成する。生成した高温蒸気１４４は、ボイラ１１０に併設される発電設備１２２に導かれて発電に利用される。ここで発電した電力は、アスファルト製造プラント１７０の稼動必要電力を自己供給するとともに、他へ売電してもよい。
また、ボイラ１１０にて生成した高温蒸気の一部を、炭化炉１０８で生成された炭化物１３６に供給することもでき、この場合、微粒分飛散防止、或いは冷却等に用いられる。

ボイラ１１０にて熱回収後の排気ガス１４８の一部は、減温塔１１４に導入されて冷却水１５４の噴霧により冷却される。冷却された排気ガス１５６はバグフィルタ１１６に導入されて消石灰１５８の供給によりＳＯｘ、ＨＣｌ等の酸性ガスが中和され、さらにバグフィルタ１１６に導入されて除塵される。ボイラ１１０、加熱器１１２、減温塔１１４及びバグフィルタ１１６により捕集された飛灰１４６は飛灰処理設備（不図示）にて処理される。

バグフィルタ１１６から排出される排気ガスは、洗煙塔１２４にて減湿減温されるとともに、苛性ソーダによりＳＯ_ｘ、ＨＣｌ等がさらに除去される。洗浄された排気ガス１６０は、加熱器１１２で加熱された後に脱硝反応器１１８にてアンモニア１６２の供給によりＮＯｘを除去され、煙突１２０より大気放出される。また、ボイラ出口排気ガス１４８の一部は、炭化物燃焼装置１及びガス燃焼装置１ｂに供給される。
なお、排気ガスの性状に応じて、洗煙塔１２４、脱硝反応塔１１８、加熱器１１２は具備しない構成とすることもでき、これらの装置構成は適宜選択可能である。

一方、ガス燃焼装置１ｂ及び炭化物燃焼装置１により生成された高温燃焼ガス１３２のうち少なくとも一部のガス１７４は、空気予熱器１７２に送給される。空気予熱器１７２では、空気１７８と高温の燃焼ガス１７４とを熱交換して高温空気１７６が生成される。熱交換により減温した燃焼ガスは加熱器１１２の後段側に送給され、他の排気ガス１４８とともに処理される。

空気予熱器１７２で生成された清浄な高温空気１７６は、アスファルト製造プラント１７０に送給され、該プラントにてドライヤー等へ供給される。アスファルト製造プラント１７０では、骨材、空気、灯油等の燃料が供給されてアスファルト合材等のアスファルト製品が製造されるが、ここで高温空気１７６を利用することにより、アスファルト製造プラントの燃料を低減することが可能となる。また、高温空気１７６は、炭化炉１０８の熱源を利用しながらも空気予熱器１７２にて空気１７８を熱交換して生成した清浄な空気であるため、製造されたアスファルト製品に不純物が混入することがなく、高品質の製品を製造することができる。

以上のように図４を用いて説明した炭化炉の熱併給発電システムにおいて、本発明の微粉炭化物燃焼装置は炭化物燃焼装置１として用いられる。図１に炭化物燃焼装置１の概略構成図を示し、図２に図１におけるＡ−Ａ断面図、図３に図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。本発明の炭化物燃焼装置１は縦型円筒の形状をしており、内部は耐火材で覆われている。

微粉炭化物燃焼装置１は、天井部に粉体バーナ１０、該粉体バーナ１０の下方であり粉体バーナ１０の直近の側壁面に後述する二重管ノズル４、該二重管ノズル４の下方である側壁面に２段に低酸素ガス投入ノズル６及び８が設けられている。なお、本実施例においては低酸素ガス投入ノズル６、８を２段に設けたが１段又は３段以上設けることもできる。また、底部には灰抜出口１２が設けられており、前記低酸素ガス投入ノズル８の下方側壁面には排気ガス出口１４が設けられている。また、各所に覗窓１６が備えられている。

次に、本発明の炭化物燃焼装置１の動作について説明する。まず前記炭化炉１０８で製造された炭化物１３６を粉砕機（不図示）で粉砕して得られる微粉炭化物は、炭化物燃焼装置１に気相搬送されて、粉体バーナ１０から燃焼空気（以下１次空気と称する）１３８とともに炭化物燃焼装置１を構成する火炉２内に供給される。一次空気とともに火炉２内に供給された微粉炭化物は、火炉２内で鉛直下向きの燃焼ガス流れを作りながら燃焼する。

この時、粉体バーナ１０の下方であり粉体バーナ１０の直近の火炉側壁面に設けた二重管ノズル４から火炉２内に空気（以下２次空気と称する）及び低酸素ガスを投入する。低酸素ガスは外部より導入してもよいが、ボイラ１１０出口排気ガス１４８の一部を低酸素ガスとして使用する。

二重管ノズル４は、図２に示したように４本（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）設けられている。二重管ノズル４ａは、内管４４ａと外管４２ａの仮想円が同芯円状に配設されており、内管４４ａ内には２次空気が導入され、内管４４ａと外管４２ａとの間には導入路４６ａを介して前記排気ガス１４８の一部が導入される。なお、二重管４ｂ、４ｃ、４ｄについては、二重管４ａと同じ構成である。
それぞれの二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに導入された２次空気及び排気ガスは、それぞれの二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから火炉２内の燃焼ガス流れ方向と直交する面、即ち水平面上の第１の仮想円４０の接線方向に吹き込まれる。二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから火炉２内に吹き込まれた空気及び排気ガスは火炉２内で第１の仮想円４０に沿って外側（火炉内壁側）が排気ガス、内側（第１の仮想円４０の中心側）が２次空気の構成で旋回流を形成する。

前記二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから吹き込まれた２次空気及び排気ガスによって形成された旋回流により、一次空気と微粉炭化物の燃焼によって発生する焼却飛灰が火炎の巻上げにより火炉の天井面及び側壁へ飛散し付着することを防止することができる。

また、二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより、外側が排気ガス、内側が２次空気の構成で旋回流を形成することで、内側の２次空気の供給により粉体バーナ１０の燃焼性を保つことができると同時に、外側に排気ガスを導入することにより燃焼が緩慢になり火炉中のガスの急激な温度上昇を防止し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

即ち、二重管ノズルを用いて外側が排気ガス、内側が２次空気の構成で旋回流を形成することにより、最も高温となる一次燃焼場の温度上昇を抑制して、内側壁の温度上昇を抑制し、スラッギングの抑制することができ、さらに、鉛直下向きの粉体バーナ直近でバーナ火炎に対して直角方向から排気ガスと２次空気を旋回流で供給することで天井面、側壁への灰の飛散を低減することができ、さらにまた、緩慢燃焼によってＮＯｘ発生も抑制することができる。
このような効果を効率的に発現するためには、前記旋回流の面積を、火炉断面積に対して３０〜６０％程度とするとよい。

なお、本実施例においては、２次空気と排気ガスとの旋回流を形成するために二重管ノズル４を用いたが、ノズル形状は外側が排気ガス、内側が２次空気の構成で旋回流を形成することができれば二重管ノズルに限定されるものではなく、例えば図５に示したように二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに代えて、流出口５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを設けることができる。流出口５ａは、２本の断面矩形状の流路５２ａと５４ａとが併設されて形成されており、その延長線が第１の仮想円４０の中心に近い流路５４ａには２次空気が導入され、延長線が炉壁に近い流路５４ａには前記排気ガス１４８の一部が導入される。断面矩形状の流路５２ａ及び５４ａに導入された排気ガス及び２次空気は、第１の仮想円４０の接線方向に吹き込まれ、火炉２内で第１の仮想円４０に沿って外側（火炉内壁側）が排気ガス、内側（第１の仮想円４０の中心側）が２次空気の構成で旋回流を形成する。

さらに、前記二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの下方の火炉側壁面に設けた低酸素ガス投入ノズル６及び８から火炉内に低酸素ガスを投入する。低酸素ガス投入ノズル６及び８は同じ構造、構成であるのでここでは低酸素ガス投入ノズル６について低酸素ガスの旋回流を形成する場合のみ説明する。低酸素ガス投入ノズル６は図３に示したように４本（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）設けられており、それぞれの低酸素ガス投入ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから火炉内の燃焼ガス流れと直交する面、即ち水平面内の第２の仮想円６０の接線方向に低酸素ガスを吹き込んでいる。なお、低酸素ガス投入ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから吹き込まれる低酸素ガスは、二重管ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから吹き込まれる低酸素ガス同様に前記排気ガス１４８の一部を用いる。前記低酸素ガス投入ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから火炉２内に吹き込まれた排気ガスは火炉２内で前記第２の仮想円６０に沿った旋回流を形成する。第２の仮想円６０の面積は、前記第１の仮想円４０の面積より小であれば特に限定されるものではない。また、低酸素ガス投入ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから火炉２内に吹き込む低酸素ガス温度も特に限定されるものではないが微粉炭化物の燃焼を妨げず効果的に燃焼ガスの温度を低下させるためには２００〜３００℃程度とすることが好ましい。

前記低酸素ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから低酸素ガスを吹き込むことで、低酸素ガスが火炉内で燃焼ガスと混合され、火炉の内壁温度を低下させてスラッギングを効果的に抑制するとともにガス温度の局所的な上昇を抑えることでＮＯｘ発生を抑制している。

このようにして、微粉炭化物燃焼装置１で燃焼された燃焼ガスはガス出口１４よりボイラ１０８等に送られて利用される。

また、火炉２最下部には灰抜出口１２が設けられており、適宜灰抜出口１２から火炉２の底部に溜まった灰を抜き出すことができるようになっている。

本発明の炭化物燃焼装置１を用いることによって、火炉２とボイラ１１０を個別に設置することができるため、一炉構成で負荷変化させ蒸気製造と同時に高温空気製造が可能である。従って、図４において発電設備１２２とアスファルト製造プラント１７０の両方を稼動させる場合は高負荷運転、発電設備１２２を稼動させアスファルト製造プラント１７０を停止させる場合は低負荷運転と、後段設備での要求に応じて負荷を変化させることができる。

また、本実施例においては、炭化炉１０８と炭化物燃焼装置１とガス燃焼装置１ｂは１つづつ設けたが、例えば炭化炉とそれに対応する炭化物燃焼装置及びガス燃焼装置を並列に複数個設け、前記複数の微粉炭化物燃焼装置及びガス燃焼装置で発生する燃焼ガスを１つのボイラに導入することで、低設備設置コストで複数のガス燃焼装置からの熱回収が可能となる。

火炉壁を耐火構造として低負荷運転時にも出口ガス温度が低下することがなく、そのため負荷変化の伴う運用が可能であって、また１次空気及び微粉炭を鉛直下向きに火炉内に噴出させることで炉壁の局所的な損傷を防止し、さらにスラッギング、ＮＯｘの発生を抑制することのできる微粉炭化物燃焼装置及びその方法を提供することができる。

１ 炭化物燃焼装置
１ｂ ガス燃焼装置
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 二重管ノズル
６、８ 低酸素ガス投入ノズル
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 外管
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ 内管
４０ 第１の仮想円
６０ 第２の仮想円
１０８ 炭化炉
１１０ ボイラ
１３６ 炭化物
１４８ 排気ガス（低酸素ガス）

Claims (11)

1. 微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉と、該火炉内に微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させるバーナを有し、該バーナを前記火炉入口部に設けた微粉炭化物燃焼装置において、
   前記火炉を縦型円筒形状とするとともに、前記バーナを火炉天井部に設けて前記微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出して燃焼させるように配置し、
   前記火炉内の燃焼ガス流れに沿って、前記バーナ下流側に前記火炉内に空気及び低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に低酸素ガスが外周に位置し、空気が内周に位置する旋回流を形成する第１の旋回流形成手段と、前記第１の旋回流形成手段下流側に前記火炉に低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に旋回流を形成する第２の旋回流形成手段とを設け、
   前記第１の旋回流形成手段によって形成される旋回流面積を、前記第２の旋回流形成手段によって形成される低酸素ガスの旋回流面積よりも大としたことを特徴とする微粉炭化物燃焼装置。
2. 前記第１の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に前記空気及び低酸素ガスを吹き込み、前記第１の仮想円に沿った旋回流を形成させることを特徴とする請求項１記載の微粉炭化物燃焼装置。
3. 前記第２の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に前記低酸素ガスを吹き込み、前記第２の仮想円に沿った旋回流を形成させることを特徴とする請求項２記載の微粉炭化物燃焼装置。
4. 前記第１の旋回流形成手段は、内管と外管とを同芯円状に配設し、内管内に空気、内管と外管との間に低酸素ガスを通し、これらを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む二重管ノズルであることを特徴とする請求項２又は３記載の微粉炭化物燃焼装置。
5. 前記第１の旋回流形成手段は、空気を前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第１の流出口と、低酸素ガスを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第２の流出口とを、前記第１の流出口から吹き込まれた空気が前記第２の流出口から吹き込まれた低酸素ガスよりも前記第１の仮想円の中心側で旋回するように併設したことを特徴とする請求項２又は３記載の微粉炭化物燃焼装置。
6. 微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉と、該火炉内に微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させるバーナを有し、該バーナを前記火炉入口部に設けた微粉炭化物燃焼装置において、
   前記火炉を縦型円筒形状とするとともに、前記バーナを火炉天井部に設けて前記微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出して燃焼させるように配置し、
   前記火炉内の燃焼ガス流れに沿って、前記バーナ下流側に前記火炉内に空気及び低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に低酸素ガスが外周に位置する旋回流を形成する第１の旋回流形成手段と、前記第１の旋回流形成手段下流側に前記火炉に低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に旋回流を形成する第２の旋回流形成手段とを設け、
   前記第１の旋回流形成手段によって形成される旋回流面積を、前記第２の旋回流形成手段によって形成される低酸素ガスの旋回流面積よりも大とし、
   前記第１の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に前記空気及び低酸素ガスを吹き込み、前記第１の仮想円に沿った旋回流を形成させ、
   前記第１の旋回流形成手段は、内管と外管とを同芯円状に配設し、内管内に空気、内管と外管との間に低酸素ガスを通し、これらを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む二重管ノズルであることを特徴とする微粉炭化物燃焼装置。
7. 微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉と、該火炉内に微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させるバーナを有し、該バーナを前記火炉入口部に設けた微粉炭化物燃焼装置において、
   前記火炉を縦型円筒形状とするとともに、前記バーナを火炉天井部に設けて前記微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出して燃焼させるように配置し、
   前記火炉内の燃焼ガス流れに沿って、前記バーナ下流側に前記火炉内に空気及び低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に低酸素ガスが外周に位置する旋回流を形成する第１の旋回流形成手段と、前記第１の旋回流形成手段下流側に前記火炉に低酸素ガスを吹き込んで燃焼ガスの流れと直交する面内に旋回流を形成する第２の旋回流形成手段とを設け、
   前記第１の旋回流形成手段によって形成される旋回流面積を、前記第２の旋回流形成手段によって形成される低酸素ガスの旋回流面積よりも大とし、
   前記第１の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に前記空気及び低酸素ガスを吹き込み、前記第１の仮想円に沿った旋回流を形成させ、
   前記第１の旋回流形成手段は、空気を前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第１の流出口と、低酸素ガスを前記第１の仮想円の接線方向に吹き込む第２の流出口とを、前記第１の流出口から吹き込まれた空気が前記第２の流出口から吹き込まれた低酸素ガスよりも前記第１の仮想円の中心側で旋回するように併設したことを特徴とする微粉炭化物燃焼装置。
8. 前記第２の旋回流形成手段は、前記火炉中の燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に前記低酸素ガスを吹き込み、前記第２の仮想円に沿った旋回流を形成させることを特徴とする請求項６又は７記載の微粉炭化物燃焼装置。
9. 微粉炭化物を燃焼させる燃焼領域を有する火炉に、該火炉入口部に設けたバーナによって微粉炭化物及び空気を噴出して燃焼させる微粉炭化物燃焼方法において、
   縦型円筒形状の火炉上部から、前記バーナによって微粉炭化物及び空気を鉛直下向きに噴出し、
   前記バーナよりも燃焼ガス流れ下流側の燃焼ガスの流れと直交する面内に、低酸素ガスが外周に位置し、空気が内周に位置する空気と低酸素ガスの第１の旋回流を形成するように空気及び低酸素ガスを吹き込み、
   前記第１の旋回流よりも前記燃焼ガス流れ下流側の燃焼ガスの流れと直交する面内に、低酸素ガスの第２の旋回流を形成するように低酸素ガスを吹き込み、
   前記第１の旋回流面積を、前記第２の旋回流面積よりも大としたことを特徴とする微粉炭化物燃焼方法。
10. 前記空気及び低酸素ガスを燃焼ガス流れ方向と直交する面内の第１の仮想円の接線方向に吹き込み、前記第１の仮想円に沿って前記第１の旋回流を形成させることを特徴とする請求項９記載の微粉炭化物燃焼方法。
11. 前記低酸素ガスを燃焼ガスの流れ方向と直交する面内の第２の仮想円の接線方向に吹き込み、前記第２の仮想円に沿って前記第２の旋回流を形成させることを特徴とする請求項１０記載の微粉炭化物燃焼方法。

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