JP6937061B2 - バーナ装置及び燃焼装置 - Google Patents
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Description
燃焼量:100kg/h(含水分20%バイオマス基準)
燃焼発熱量:1.5×106kJ/h(低位発熱量基準)
火格子面積:1.2m2、
燃焼炉内寸法:縦1.1m×横1.1m×高7.5m
燃焼ゾーン容積:9m3
燃焼炉の性能を示す火炉負荷は、1.5×106kJ/h/9m3=
167,000kJ/m3h=40,000kcal/m3hである。
この火炉負荷は、後述する本願の燃焼装置の約1/10であるから、装置容積は10倍の大きさであり、工業用の熱源装置としては非常に大きな装置となり、実用機としては利用が難しい。
(1)ストーカ式燃焼では、火格子上面での着火燃焼によって、燃料の部分燃焼と熱分解ガスの発生が起こる。完全燃焼のために、後流部でOFA(オーバー・ファイア空気)の吹き込みが行われるが、燃焼ガスと空気のガス・ガス混合を均一に行うことは難しく、未燃ガスを残し易い。
(2)ストーカ式燃焼では、燃焼炉の容積が大きいことと、OFAを使うことで、燃焼ガス温度を高温にすることは難しい。一般には、燃焼炉出口での燃焼ガス温度は800〜900℃に止まり、1000℃を超える高温熱源には対応できない。
(3)OFAの空気量は、通常、燃焼装置に吹き込む全空気量の30〜40%であるが、燃焼ガスと十分混合させにはOFAを増やす必要があり、そのために燃焼温度が低下して燃焼が阻害される。
(4)火格子の燃焼は燃料チップの積層状況によって影響を受けるため、燃焼状況が時間的に変動し易く、工業的な熱源としては利用し難い。
(5)上記のことから、燃焼ガス中の未燃分を完全燃焼させることは難しく、炭素分・炭化水素を含む燃焼排ガスが熱利用後に排出され、浄化装置が必要になる。
(6)バイオマスは通常、塩分が含まれている。そのため、燃焼ガスが塩素(CL2)を含み、強い毒性をもつダイオキシンを発生し易い。
(7)火格子表面で発生したダイオキシンは、燃焼炉出口部で燃焼ガスを800℃以上×2秒以上保持することで分解するとされているが、熱焼ガスの熱利用で温度が降下する際の600℃から250℃の低い温度域において、デノボ合成と呼ばれる反応によってダイオキシンが発生する。
(8)ダイオキシンは塩素ガスと炭化水素が化学結合したもので、毒性が強く、僅かな排出も許されない。排ガスのダイオキシン濃度規制値は0.1ng−TEQ/m3と非常に厳しい。(注:1ng=10−9g,TEQは、各種ダイオキシン類の換算値合計である。)
(1)粉体バーナ装置では、粗紛体バイオマスでも、ガス・液体燃料の助燃なしで、粗紛体燃料放出口近傍で、着火・保炎が安定して維持されること。
(2)負荷(燃焼量)を短時間(分単位)で変更(制御)できること。
(3)負荷変化に応じて燃焼炉出口の燃焼ガス温度が制御可能なこと。
(4)低融点灰の燃料を使用する場合でもクリンカー・トラブルを発生させないこと。
(5)高灰分の燃料であっても、燃焼灰を問題なく系外に排出できること。
(6)燃焼装置の大きさ(容量)がチップ燃焼装置に比べてコンパクトであること。
(7)燃焼排ガスは規制基準値以下に抑制できること。
(8)燃料に塩素分が含まれていても、ダイオキシンを規制基準値以下に抑制できること。
<構成1>
バーナ管と、
前記バーナ管にバイオマス粉体を供給する燃料供給装置と、
前記バーナ管の側壁に接続された1次空気供給管を有し、
前記燃料供給装置から供給されたバイオマス粉体が、前記1次空気供給管からの1次空気により前記バーナ管内で旋回しながら落下し、前記バーナ管の下端の燃料放出口から放出されるバーナ装置であって、
前記燃料放出口の下方にコーン状内壁を有する断熱壁を設けたことを特徴とする粉体バーナ装置。
<構成2>
前記コーン状内壁の広がり立体角が3.5ステラジアン以下であることを特徴とする構成1に記載のバーナ装置。
<構成3>
前記バイオマス粉体は、最大粒径が30mm以下であり、粒径0.5mm以下のバイオマス粉体を10重量%以上含むことを特徴とする構成1又は2に記載のバーナ装置。
<構成4>
前記コーン状内壁の温度が900℃以上となるように前記1次空気の温度及び供給量を制御する1次空気制御手段を更に有することを特徴とする構成1〜3のいずれか一項に記載のバーナ装置。
<構成5>
構成1〜4のいずれかのバーナ装置と、
前記バーナ装置の下部に直結された燃焼炉を有する燃焼装置。
<構成6>
前記燃焼炉は、
前記燃料供給口の後流側の1次燃焼ゾーンと、1次燃焼ゾーンの後流側に位置し、2次空気を吹き込んで主燃焼を行う2次燃焼ゾーンと、前記2次燃焼ゾーンの後流側の炉底に位置し、3次空気を吹き込んで未燃分を燃焼させる3次燃焼ゾーンと、
前記2次空気及び3次空気の供給量を制御する2次空気制御手段及び3次空気制御手段を更に有することを特徴とする構成5に記載の燃焼装置。
<構成7>
前記燃焼炉の炉底面を冷却するための冷却手段と、
前記炉底面に堆積した燃焼灰を系外に排出する灰出し装置をさらに有することを特徴とする構成5又は6の燃焼装置。
(1)杉粉体F1の供給量を調節することで、燃焼量を60〜100%の範囲で問題なく調整できることを確認した。
(2)2次空気供給量A2と3次空気供給量A3を調節することで、燃焼排ガスGの温度Tgを950〜1150℃の範囲で問題なく調整できることを確認した。
(3)杉粉でも比較的大粒子に対し未燃分が発生したが、炉底の3次燃焼ゾーンZ3が役割を果たし、クリーン燃焼を達成出来た。
(4)一酸化炭素COも常時50ppm以下となるクリーン燃焼を達成した。これまでの経験から、ダイオキシン発生も排ガス規制値以下であると判断できる。
(1)本願の燃焼装置は、容積が従来のストーカ式燃焼装置の約1/10であり、装置の小型化が達成できる。
(2)草本系、木本系、食品残渣等大半のバイオマスを本願燃焼装置のバイオマス粉体として使用し得る。
(3)本願燃焼装置では、最大粒径が10mm以下で、粒径0.5mm以下のバイオマス粉体を10重量%以上を含むバイオマス粉体を燃料として使用できる。よって、バイオマス粉体の加工コスト(粉砕コスト)を大幅に削減できる。さらに、含水分は30%まで許容できるため、更なるコスト削減が可能である。
(4)工業用燃焼装置として要求される燃焼量制御及び燃焼炉出口の燃焼排気ガス温度も短時間(分単位)で制御することが可能である。
(5)本願燃焼装置は、燃焼排気ガスの排ガス規制値をクリア可能である。
(6)本願燃焼装置は、炉底を冷却構造とすることによって、低融点灰燃料でも、固着クリンカー・トラブルを発生させることは無い。
11・・・燃料供給管
12・・・バーナ管
13・・・燃料放出口
13a・・・保炎板
14・・・1次空気供給管
14a・・・1次空気制御手段
15・・・点火トーチ
16・・・熱電対
17・・・断熱壁
17a・・・コーン状内壁
20・・・燃焼炉
21・・・炉壁
22・・・2次空気ノズル
23・・・3次空気ノズル
24・・・燃焼炉出口
26・・・灰溜
25・・・灰出し装置
27・・・駆動モーター
28・・・冷却材供給管
30・・・燃料供給装置
31・・・燃料輸送管
32・・・ホッパ
33・・・モーター
34・・・スクリューフイーダ
40・・・燃焼装置
A0・・・搬送用空気
A1・・・1次空気又は1次空気量
A2・・・2次空気又は2次空気量
A3・・・3次空気又は3次空気量
C・・・冷却材
F・・・粉体燃料又は粉体燃料供給量
G・・・燃焼ガス
T1・・・1次空気温度
Tg・・・燃焼ガス出口温度
Tw・・・バーナ出口周辺の断熱壁温度
H・・・堆積灰
M・・・粉体燃料と1次空気の固気混合流
Z1・・・1次燃焼ゾーン
Z2・・・2次燃焼ゾーン
Z3・・・3次燃焼ゾーン
ZZ・・・着火燃焼ゾーン
Claims (7)
- バーナ管と、
前記バーナ管にバイオマス粉体を供給する燃料供給装置と、
前記バーナ管の側壁に接続された1次空気供給管を有し、
前記燃料供給装置から供給されたバイオマス粉体が、前記1次空気供給管からの1次空気により前記バーナ管内で旋回しながら落下し、前記バーナ管の下端の燃料放出口から放出されるバーナ装置であって、
前記燃料放出口の下方にコーン状内壁を有する断熱壁を設けたことを特徴とする粉体バーナ装置。 - 前記コーン状内壁の広がり立体角が3.5ステラジアン以下であることを特徴とする請求項1に記載のバーナ装置。
- 前記バイオマス粉体は、最大粒径が30mm以下であり、粒径0.5mm以下のバイオマス粉体を10重量%以上含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のバーナ装置。
- 前記コーン状内壁の温度が900℃以上となるように前記1次空気の温度及び供給量を制御する1次空気制御手段を更に有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のバーナ装置。
- 請求項1〜4のいずれかのバーナ装置と、
前記バーナ装置の下部に直結された燃焼炉を有する燃焼装置。 - 前記燃焼炉は、
前記燃料放出口の後流側の1次燃焼ゾーンと、1次燃焼ゾーンの後流側に位置し、2次空気を吹き込んで主燃焼を行う2次燃焼ゾーンと、前記2次燃焼ゾーンの後流側の炉底に位置し、3次空気を吹き込んで未燃分を燃焼させる3次燃焼ゾーンと、
前記2次空気及び3次空気の供給量を制御する2次空気制御手段及び3次空気制御手段を更に有することを特徴とする請求項5に記載の燃焼装置。 - 前記燃焼炉の炉底面を冷却するための冷却手段と、
前記炉底面に堆積した燃焼灰を系外に排出する灰出し装置をさらに有することを特徴とする請求項5又は6の燃焼装置。
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