JPH02272209A

JPH02272209A - 流動床燃焼装置

Info

Publication number: JPH02272209A
Application number: JP9394889A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Idei; 安正出井; Shinji Matsuura; 真司松浦
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-11-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は流動床改質炉や流動床ボイラなどの流動床中で
燃料を燃焼させて熱を吸収する流動床燃焼装置に係る。

詳しくは、流動床燃焼装置の流動床から持ち去られる燃
焼ガスの保有熱量を有効に回収できる流動床燃焼装置に
関する。さらに詳しくは、流動媒体の装置外への飛び出
し排出を防止し得ると共に、排出防止部材の目詰まりを
防止して安定した運転が行なえるようにした流動床燃焼
装置に関する。

［従来の技術］流動床燃焼装置としての流動床改質炉や流動床ボイラで
は、流動室の下部のガス分散板から噴き上げられるガス
によって・流動媒体を流動化させて流動床を形成する。

この流動床中に供給される燃料の燃焼によって加熱され
た流動床と流動室内に配される触媒管やボイラチューブ
などの伝熱管とを接触させて流動床により伝熱管を加熱
し、改質作用や蒸気発生作用を行なわせている。

流動床燃焼装置として、例えば、流動床改質炉において
は、流動床内で加熱用燃料ガスを燃焼させてその熱量を
触媒管に与えて触媒管内で炭化水素系燃料に水蒸気を添
加して改質する。

［発明が解決しようとする課題］流動床改質炉の流動床高さが例えば４００〜５００ｍｍ
と低い場合、しかも流動床の温度を改質に適した温度の
例えば８００℃前後としたような場合には、前記燃料ガ
スが流動床表面（上面）近傍で急激に燃焼し、また一部
の燃料ガスは上部空間で燃焼する。このため、燃焼排ガ
ス温度が例えば９００℃となり、この温度と前記流動床
の温度の差の１００℃分の熱量が改質作用に利用されず
に改質炉から排出され熱損失を招いている。

また、流動床ボイラであっても、流動床で燃焼される燃
料がガス燃料である場合はもとより、石炭である場合で
もその微粉分が上記と同様に流動床表面近傍や上部空間
で燃焼される傾向が強く、上記と同様の現象を呈してい
る。

一方、このような流動床燃焼においては流動媒体の一部
が燃焼排ガスに同伴して炉外へ飛び出すという現象が必
ず生じる。これを防ぐためフリーボード部の高さを十分
とると装置が大きくなる。

なお、従来から、例えばガスバーナを有する加熱炉の排
ガス出口にセラミックフオーム（セラミック多孔体）を
設けることにより、セラミックフオームに排ガスの持つ
熱量を吸収させ、高温になった炉側表面からの輻射熱を
被加熱物の加熱に利用することが知られている（例えば
、省エネルギー、Ｖｏｌ、３５　Ｎｏ、１３１９８３の
３９〜４５頁、財団法人省エネルギーセンター発行）。

しかし、流動媒体を流動化させて燃料を燃焼する流動床
燃焼装置においては、流動媒体の一部が上部空間に飛び
出してセラミック多孔体の開孔に付着して目詰まりを生
じ、燃焼ガスの排出に支障をきたし、燃焼装置の運転が
円滑に行なえないという問題点がある。

本発明は以上のような流動床燃焼装置の有する特有な問
題点に鑑みてなされたものであり、流動床特有の燃料の
燃焼現象による損失熱量を低減させて熱効率を高めると
共に、流動媒体の飛び出しを防止することができ、かつ
、目詰まり防止を行なえて円滑な運転が行なえるように
した流動床燃焼装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明の流動床燃焼装置は
、流動室の下部にガス分散板を備え、このガス分散板上
で流動媒体を流動化させて流動床を形成し流動床中で燃
料を燃焼させる流動床燃焼装置において、前記流動室の
フリーボード部又は燃焼ガス排出口を横断するように網
体又は多孔体を取り付け、この網体又は多孔体の下側に
、流動床からの飛散粒子捕捉板を設けた構成としたもの
である。

本発明では、請求項（２）の通り、前記飛散粒子捕捉板
は板面を格上下方向にして複数枚設置され、飛散粒子捕
捉板の間には燃焼ガスの通路が形成されており、飛散粒
子捕捉板の下側には該通路へのガスの流入を断続可能な
シャッタが設けられると共に、前記網体又は多孔体に振
動を加える加振装置が設置された構成としても良い。

Ｅ作用コ流動床で燃焼された排ガスは流動床よりも上方のフリー
ボード部を通って流動室排出口へと流れる。この途中に
おいて、まず飛散粒子捕捉板により、多くの流動媒体粒
子が捕捉されて流動床に戻される。

飛散粒子捕捉板を通り抜けた少量の粒子を含む排ガスは
、フリーボード部又は排出口に設けられた網体又は多孔
体に到達する。ガスは、この網体又は多孔体を通過して
炉外に排出され、粒子は網体又は多孔体に捕捉される。

排ガスが飛散粒子捕捉板や網体又は多孔体を通過すると
き、排ガスはこれら飛散粒子捕捉板や網体又は多孔体に
熱を与える。これにより飛散粒子捕捉板や網体又は多孔
体は高温になり、輻射熱を発する。この輻射熱は流動床
中の流動媒体に吸収され、改質炉の改質作用やボイラの
蒸気発生に有効に利用される。

なお、網体又は多孔体の熱は、直接に流動床中の流動媒
体に輻射されるか、又は−旦飛散粒子捕捉板に伝熱され
、該飛散粒子捕捉板から流動床中の流動媒体に輻射され
る。

また、流動媒体の排出口からの飛び出しがこれら飛散粒
子捕捉板と網体又は多孔体によって防止され、流動媒体
量が変化することなく安定した流動床燃焼が行なわれる
。

請求項（２）の流動床燃焼装置にあっては、網体又は多
孔体に振動を加えることにより、網体又は多孔体に付着
した粒子を払い落すことができる。

特に、この加振に際し、飛散粒子捕捉板間のガス通路を
シャッタにて閉じておいて加振を行なうと、網体又は多
孔体のうち当該ガス通路の上方に位置する部分にはガス
流が流れない状態で振動が加えられることになり、網体
又は多孔体からの粒子の払い落しが確実に行なわれる。

このようにシャッタを用いて網体又は多孔体に振動を加
える場合、燃焼ガス通路を順次に閉じて粒子払い落しを
行なうことができる。このようにすると、極めて安定し
た連続運転が行なわれる。

［実施例］以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る流動床燃焼装置としての
流動床改質炉の縦断面図、第２図及び第３図はその要部
拡大図である。この改質炉は、都市ガス等の炭化水素系
ガスを水蒸気改質して水素ガスを製造し、この水素ガス
を燃料電池（図示路）へ供給するよう構成されたもので
ある。

符号１０は改質炉体であり、その内部の底部にはガス分
散板１２がこの炉内部を横断するように設置され、ガス
分散板１２の下部には燃焼室１４が区画形成されている
。この燃焼室１４の炉壁にはガスバーナ１６が設置され
、このバーナ１６には図示を省略したガス供給管と空気
供給管が接続されている。

ガス分散板１２の上方には流動室１７が形成され、この
流動室１７内には触媒管１８が多数配設されている。こ
の触媒管１８は、それぞれ水平姿勢を採るように配設さ
れている。また、触媒管１８は、上下に多段に配設され
ている。なお、本実施例では触媒管１８は上下に４段に
、かつ上下に千鳥配列となるように設置されている。こ
の触媒管１８内には、ニッケルなどの炭化水素系ガスの
水蒸気改質用触媒が充填されている。

符号Ｆは砂などの小粒径の流動媒体によって形成される
流動床を示し、符号１７ａは流動床Ｆ上方のフリーボー
ド部（空塔部）である。流動室１７の上方には排ガス排
出口３０が設けられている。該排出口３０には排熱回収
用の伝熱管３１が配設されている。この伝熱管３１は燃
焼室１４に供給される空気の加熱を行なうように構成さ
れている。

触媒管１８内には改質ガス原料としての都市ガスなどの
炭化水素系燃料と水蒸気が供給される。

ガス分散板１２は、上下方向に間隔を、おいて上部仕切
板１２ａと下部仕切板１２ｂとが炉体１０を横断して配
置されたものである。両仕切板１２ａ、１２ｂの間の空
間部はガス燃料供給通路４１を構成している。

上下の仕切板１２ａ、１２ｂを上下方向に貫通してガス
ノズル４０が固着されて形成され、このガスノズル４０
のガス燃料供給通路４１に位置する部分の壁面にはガス
燃料導入孔４０ａが設けられている。このガスノズル４
０の下端は前記燃焼室１４に開口されている。ガスノズ
ル４ｏの上部には燃焼室１４で燃焼した燃焼ガスや前記
ガス燃料導入孔４０ａから流入したガス燃料を流動室１
７内へ噴出する吹出孔４０ｂが設けられ、その上端には
この吹出孔４０ｂへの流動媒体の侵入を阻止するための
蓋体４０ｃが取り付けられている。また、前記ガス燃料
供給通路４１に通ずる炉体１０の壁部にはガス燃料供給
口４１ａが設けられている。

フリーボード部１７ａの上部には、第２．３図にも示す
如く、炉体１０内を横断するように金網５０が設けられ
ている。この金網５０の下側には流動床Ｆから飛散して
きた流動媒体等の粒子を捕捉するための飛散粒子捕捉板
５２が設けられている。この飛散粒子捕捉板５２は、本
実施例ではその上端が金網５０に接するように設けられ
ている。この飛散粒子捕捉板５２の下側にはシャッタブ
レート５４が設けられている。

飛散粒子捕捉板Ｓ２は、本実施例では折れ曲がフた形状
の板材にて構成されており、該飛散粒子捕捉板５２はそ
の板面が路上下方向となるように配設されている。各飛
散粒子捕捉板５２同志の間及び飛散粒子捕捉板５２と炉
体１０の内壁面との間には燃焼ガスの通路５６（第２．
３図では（１）〜（６）の符号が付加されている。）が
形成されている。

シャッタブレート５４は、炉体１０外に設置されたエア
シリンダ等の駆動装置５８により水平方向に駆動される
。シャッタブレート５４は、飛散粒子捕捉板５２の間隔
と等しい幅の開口６０が該間隔−つ置きに形成されてお
り、該第２．３図の如く通路５６を一つ置きに開放させ
るよう構成されている。第２図にあっては、通路群５６
（１）、（３）、（５）が開放し、通路群５６（２）、
（４）、（６）が閉鎖している。駆動装置５８を作動さ
せると、第３図の如く、それまでシャッタブレート５４
により閉鎖されていた通路群５６（２）、（４）、（６
）が開口６０を通して開放する。逆に、それまで開口６
０を通して開放していた通路群（１）、（３）、（５）
は、シャッタブレート５４により閉鎖される。

当然ながら、第２図の状態では、ガスは通路群５６（１
）、（３）、（５）のみを流れ、第３図の状態では通路
群５６（２）、（４）、（６）のみを流れる。

前記金網５０には、炉体１０外に設置されたハンマー装
置等の加振装置６２により撮動を加えることができるよ
う構成されている。この加振装置６２により金網５０に
撮動を加えると、該金網に付着していた粒子を払い落す
ことができる。

このように構成された流動床改質炉の作動を説明する。

都市ガスなどのガス燃料と空気をガスバーナ１６へ供給
し、ガス燃料を燃焼室１４で燃焼させてガスノズル４０
から燃焼ガスを流動室１フ内へ導（。これと共に別のガ
ス燃料（例えば燃料電池のオフガス）は、ガス分散板１
２のガス燃料供給通路４１へ燃料供給０４１ａを介して
導入され、さらにガスノズル４０の導入孔４０ａ及び吹
出孔４０ｂを経て流動室１７内へ供給される。

燃焼室１４からの燃焼ガス及び燃料供給通路４１からの
燃料ガスを流動室１７に導入することにより、流動室１
７内に充填された流動媒体は流動化されて加熱されて流
動床Ｆを形成する。同時に流動床Ｆ内には全体にわたっ
て前記ガス燃料がゆきわたって燃焼され、流動床Ｆ全体
が一層均等に加熱される。

触媒管１８へは都市ガスなどの炭化水素系燃料ガスと水
蒸気とが供給される。

加熱された流動床Ｆが触媒管１８を加熱することにより
、触媒管１８内に充填されたニッケル系等の触媒中を通
過する都市ガスなどの炭化水素系燃料が次第に分解して
、水素と一酸化炭素濃度の高いガスに改質される。改質
されたガスは触媒管１８から取り出され、生じた水素は
燃料電池へ供給される。

そして、流動床Ｆで燃焼した排ガスはシャッタブレート
５４の開口６０を通って飛散粒子捕捉板５２間の通路５
６内に入る。この通路５０は屈曲したものであり、ガス
の流れ方向が変えられることによりガスに随伴していた
粒子の大部分は飛散粒子捕捉板５２に衝突し、流動床Ｆ
へ向って落下する。燃焼ガスと共に通路５６を通り抜け
た粒子の一部は、金網５０に付着し、残りの粒子は燃焼
ガスと共に徘ガス排出口３０へと流れる。燃焼ガスは、
該出口３０に設置された伝熱管３１と熱交換を行なった
後、炉体１０外に排出される。

この過程において、金網５０、飛散粒子捕捉板５２及び
シャッタブレート５４は排ガスの熱によって加熱されて
輻射熱を流動床Ｆ側に与え、この熱は流動床Ｆ中の流動
媒体に吸収されて流動媒体が加熱され改質に利用される
。なお、金網５０の熱は、輻射熱として直接に流動床Ｆ
に与えられるか、又は輻射熱もしくは伝播熱として飛散
粒子捕捉板５２に与えられ、この飛散粒子捕捉板５２か
ら輻射熱として流動床Ｆに与えられる。

このように排ガスの持ち去り熱量の一部が金網５０、飛
散粒子捕捉板５２及びシャッタプレート５４等を介して
流動床Ｆに戻されるので、改質に要するエネルギーが減
少され、燃料消費量が低減される。

第１図の改質炉において、流動床Ｆの温度を７８０℃で
運転し、フリーボード部１７ａでの燃焼により金網５０
の下側の燃焼ガス温度が８８０℃になった場合、金網５
０の上側の燃焼ガス温度は約７９０℃であり、この温度
差の熱量が回収されたことが認められた。

運転中に流動媒体の一部が燃焼排ガスに同伴されて上方
へ飛散しようとするが、飛散粒子捕捉板５２及び金網５
０によって飛び出し粒子が捕捉されるので、流動媒体は
流動室１７から炉外へ排出されることがなく、流動媒体
の損失が防止される。

本発明では、飛散粒子捕捉板５２を設けであるから、金
網５０への粒子の付着量は少ない。しかしながら、流動
床燃焼装置の運転の継続に伴なって金網５０に粒子が徐
々に付着してくる。この付着粒子を払い落すために、加
振装置６２を作動させて金網５０に振動を加える。そう
すると、この振動により金網５０に付着していた粒子が
払い落される。特に、シャッタブレート５４により閉鎖
されていた通路５６（第２図では５６（２）、５６　（
４）、５８　（ｅ）で示される通路）の上方に位置する
金網５０の部分にあっては、ガス流が吹き付けられてい
ないから、上記振動が加えられると粒子は殆ど完全に払
い落される。なお、金網５０から払い落されてシャッタ
ブレート５４上に堆積した粒子は、次にシャッタブレー
ト５４を水平に移動した際に該シャッタブレート５４上
から流動床Ｆに向って落下される。

シャッタブレート５４を移動させ、第３図の状態にする
と、それまで開放していた通路５６（１）、（３）、（
５）は閉鎖し、代わりに通路５６　（２）、（４）、（
６）が開放する。そこで、金網５０に振動を加えると、
金網５０のうち開放した通路５６（２）、（４）、（６
）の上方部分から粒子が殆ど完全に払い落される。

なお、このように、シャッタブレート５４を移動させて
も、通路群５６（１）、（３）、（５）と通路群５６（
２）、（４）、（６）の一方は開放状態となるから、燃
焼ガスは流動室１７内を上方に向って流れる。

従って、流動床燃焼装置の運転を継続しながら、金網５
０に付着した粒子を確実に払い落すことができる。

上記実施例では飛散粒子捕捉板５２が金網５０に接して
おり、従って、金網５０の熱は輻射以外に伝熱によって
も飛散粒子捕捉板５２に伝播する。ただし、本発明にあ
っては、後述する第５図の如く、飛散粒子捕捉板は網体
や多孔体から離れていても良い。

上記実施例では加振装置６２とシャッタ装置（シャッタ
ブレート５４及び駆動装置５８よりなる。）が設けられ
ているが、本発明ではこれら加振装置６２とシャッタ装
置とを省略しても良い。

また、シャッタ装置のみを省略しても良い。

第４．５図は本発明におい−て用いられる飛散粒子捕捉
板の異なる形状を示す縦断面図である。第４図では略Ｓ
字形状に折曲した飛散粒子捕捉板５２Ａが示されている
。第５図では逆Ｖ字形状の飛散粒子捕捉板５２Ｂが示さ
れている。第５図の飛散粒子捕捉板５２Ｂは、主にシャ
ッタ装置を用いない態様において採用される。

第５図では飛散粒子捕捉板が上下に多段に設置されてい
るが、第１．４図に示した飛散粒子捕捉板であっても上
下に多段に配設しても良い。

上記実施例では金網５０が用いられているが、本発明で
はセラミック等の多孔体を用いても良い。（なお、第４
．５図では金網５０の代わりに多孔板６４が採用されて
いる。）また、金網や多孔体の表面に輻射率の高いコー
ティングを施しても良い。

多孔質セラミックとしては、空孔率が８５〜９０％で高
温耐熱性及び高輻射率（０，７５〜０．８）を有し、厚
みが５０ｍｍ程度のものが好適である。さらに、前記コ
ーチイブ材としては、耐熱性、耐食性を有し２００〜７
００℃の高温度でセラミック化して高い輻射率（０，９
）を有しポリマーを主成分とする塗料（例えば宇部興産
■製チラノコート（登録商標））が好適である。また、
前記多孔質セラミックはその間孔径が流動媒体の粒径（
通常の場合０．３〜１．０ｍｍ）よりも小さいものが好
ましい。

以上の実施例では流動床燃焼装置が流動床改質炉である
場合について説明したが、本発明は流動床ボイラにも適
用することができ、同様な効果を奏することができる。

［効果］本発明は以上詳述したように構成されているので、流動
床から排出される燃焼排ガスの熱量を金網や多孔体ある
いは飛散粒子捕捉板により吸収及び輻射させてその輻射
熱を流動媒体に吸収させることができる。また、燃焼排
ガスに同伴して排出口から排出されようとする流動媒体
を捕捉して装置外へ飛び出しを防止できる。さらに、飛
散粒子捕捉板を設けであるので、網体や多孔体への粒子
の付着量も少ない。

また、本発明では請求項（２）の如く構成することによ
り、網体又は多孔体に付着した粒子を確実に払い落すこ
とができる。

従って、燃焼効率の向上が図れると同時に流動媒体の量
の変動を抑えて安定した流動化が行なえ、安定した燃焼
状態を維持して連続して円滑な運転が行なえる。そして
、流動媒体飛散防止のために流動室を大きくする必要が
なく、装置を全体的に小型に構成することができる。特
に、装置の高さを低くできるから、流動床燃焼装置をビ
ルの地下室などに設置し易くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す流動床改質炉の縦断面図
、第２図及び第３図は第１図の要部拡大図である。第４
図及び第５図は別の実施例の要部拡大図である。１０・・・改質炉体、　　１２・・・ガス分散板、１６
・・・ガスバーナ、１７・・・流動室、１７ａ・・・フ
リーボード部、１８・・・触媒管、　　　３０・・・排ガス排出口、４
０・・・分散板、　　　５０・・・金網、５２．５２Ａ
、５２Ｂ・・・飛散粒子捕捉板、５４・・・シャッタプ
レート。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動室の下部にガス分散板を備え、このガス分散
板上で流動媒体を流動化させて流動床を形成し流動床中
で燃料を燃焼させる流動床燃焼装置において、前記流動
室のフリーボード部又は燃焼ガス排出口を横断するよう
に網体又は多孔体を取り付け、この網体又は多孔体の下
側に、流動床からの飛散粒子を捕捉する飛散粒子捕捉板
を設けたことを特徴とする流動床燃焼装置。
（２）前記飛散粒子捕捉板は板面を路上下方向にして複
数枚設置され、飛散粒子捕捉板の間には燃焼ガスの通路
が形成されており、飛散粒子捕捉板の下側には該通路へのガスの流入を断続
可能なシャッタが設けられると共に、前記網体又は多孔
体に振動を加える加振装置が設置されている請求項（１
）の流動床燃焼装置。