JPH02282601A - 内部循環流動層熱回収装置 - Google Patents

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、燃焼装置の改良に係！ｌ１％特に固体燃料を
燃焼せしめる際、固体燃料の燃焼効率向上と排ガス中へ
の窒素酸化物の排出の減少とをも友らす内部循環流動層
熱回収装置におけるチャーのリサイクルのための改良に
関する。

〔従来の技術〕

流動層を用いた燃焼装置は、通常炉床全面が一様に流動
する均一流動型であり、液状または固形の廃檗物の焼即
炉あるいは石炭等の固形燃料のボイラとして広く応用さ
れている。これらの装置は通常のバーナで噴霧燃焼でき
ない固形燃料、スラリー等をも燃焼できるが、層内燃焼
率を上げる友めには、燃焼する上で理論的に必要とする
空気量に近い空気を層内に供給（−次突気）シ、残りの
空気を二次空気としてフリーボードへ供給して運転する
のが普通である。

しかし、−次窒気が多くなる程、層内全域が酸化雰囲気
となる友め、燃焼が促進され層内燃焼率が向上するが、
反面酸化雰囲気であることにより燃料中の室索（Ｎ）化
合物が酸化されてＮＯｘ　（Ｆｕθ１−ＮＯｘ　）とな
り易いという欠点を有する。

実験例では、Ｎを１．　＋　８　ｗｔ％宮む石炭を一次
窒気比ＣＬ９．二次窒気比ａ、３．層温度８００℃で流
動燃焼式せた場合、約５００　ｐｐｍものＮＯｘが生成
する。なお、この程度の層温度では空気中の窒素（Ｎ２
）によるＮＯｘの発生（ｔｈｅｒｍａｌ−ＮＯｘ　）に
殆んど無視できる。

ＮＯｘの発生を防止する方法としては従来公知のごとく
、酸素濃度を下げ、燃焼用空気量を減らして還元雰囲気
とすれば良いわけであるが、この状態で燃焼させると、
未燃の揮発分や、揮発分を分離したあとに残る未燃炭素
分（いわゆるチャー）、−炭化炭素（ＣＯ）等の未燃分
が流動層から多量に発生するため、これ等の未燃分を二
次燃焼させるためのフリーボード容積が大きくなる。す
なわち、上記従来技術にあっては、層内燃焼率の向上と
ＮＯｘ低減とは相反する課題であり、これらを同時に達
成することは不可能であった。

また、チャーはフリーボードでの燃焼が難かしい友め、
カーボンバーンアップセルを設置するか、流動層部ヘリ
サイクルして燃焼効率を同上する方法がとられている。

尚、この欠点は単に１ｊｆｕＪ２１層式燃焼装置のみで
なく、移動層式、固定層式等各櫨の燃焼装置に共通して
見られる欠点である。

これらの問題点を解決するために、循環型流動層が開発
されている。循環型＃′ｊ：細かい未燃分やアッシュあ
るいは固体粒子の一部（循環粒子）を燃焼ガスの流れに
のせて、燃焼室とは別に独立して配置されている熱交換
室に導き、未燃粒子の燃焼を継続させると共に、熱交換
の終つ几循環粒子を燃焼室に戻す方式である。

この循環によって、チャー等が発生しても再度燃焼室に
戻せるため、ある程度は未燃分の低減が達成されるとと
もに、さらにチャーを再度燃焼室に戻すまでに、チャー
と燃焼ガス中のＮＯｘとが接触還元することになるため
、循環型でない流動層式燃焼装置よりもＮＯｘの低減が
得られるが、循環経路のほとんどが希薄相であジ、ＮＯ
ｘ低減反応に寄与すべき温度域も同様に希薄相であるた
め、反応性が低く、十分なＮＯｘの低減は得られていな
い。

また、非循環型流動Ｊ−燃焼装置でも、近年は前記のよ
うに、王として燃焼効率の向上のために、チャーを流動
層下部に供給しているが、バブリングにより上刃に吹き
抜けるため流動層内に滞留する時間は極めて短かく、燃
焼効率の向上には限定があり、また、リサイクルチャー
による低ＮＯＸ化機能はほとんどない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように、従来技術においては、いまだ十分な燃
焼効率の改善及びＮＯＸの低減ははかられていなかった
。

そこで、本発明においては、前記の問題点を解決し、十
分な燃焼効率の向上と排ガス中のＮＯｘ排出量の低減と
をもたらす内部循環流動層熱回収装置を提供することを
目的とする。

〔味題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、炉底部より上
方に向けて流動化ガスを噴出させる空気分散板を１組又
は２組以上備えると共に、該空気分散板端部上方に、該
流動化カスの上向流路をさえぎり、且つ、該流動化ガス
を、上向き流路をさえき゛られていないガス噴出部上方
に向けて、反射転向せしめる反射仕切を設けることによ
り、上向流路をさえぎられていない噴出部上部に流動媒
体が固定層ないし流動層状態で沈降する移動層を形成す
ると共に、上向流路をさえぎられた噴出部近傍上部にお
いては流動媒体が活発に流動化し、且つ前記反射仕切の
作用によりこの部分の流動媒体を前記移動Ｉ−上部に向
って内部循環せしめることにより内部循環流動層を形成
し、且つ、該反射仕切背部と炉壁との間に熱回収室を形
成せしめ、運転中流動媒体の一部が前記反射仕切の上部
を越えて熱回収室に入り込むように構成し、該熱回収室
下部で且つ反射仕切の背面側に熱回収室内の流動媒体を
固定層から弱い流動層状態の範囲で変化させる次めの通
気用ガス散気装置を設けると共に、熱回収室の下部に炉
底の上方に通ずる開口を設けると共に熱回収室内に受熱
流体を通じた伝熱面を配備した内部循環流動層熱回収装
置において、排ガスより分離し次未燃分の供給口を、下
降移動層直上又は層中に設けたものである。

そして、上記未燃分の供給口を設ける下降移動層として
は、火炉又は熱回収室がよく％１次、供給口を設ける位
置としては、移動層の炉底部又は移動層の直上がよい。

〔作　用〕

本発明では、燃焼室の炉底部から噴出する流動化ガスの
質量速度を噴出部分により差異をつけることにより、砂
層内に酸化雰囲気（流動層部）と還元雰囲気（移動層部
）を形成する。また、この質量速度の差と、質量速度が
大なる噴出部上部に設けた傾斜仕切壁により、燃焼室内
に流動媒体の循環を生じ、戻されたチャー（リサイクル
チャー）は、この循環流に伴い酸化還元を繰り返しなが
ら燃焼する。

ここで、不発明におけるチャー〇生成を説明すると、砂
層に投入された石炭は短時間の加熱により揮発分が分離
する。分離した揮発分は、一部Ｉ−内で燃焼し、残９は
層表面へ出て７リ一ボード部で燃焼する。揮発分が分離
した後の未燃炭素分（チャー）は、砂層中を数１０回以
上にわたり循環しながら、比較的長い時間をかけて燃焼
する。チャーは当初揮発分の分離により多孔質状となり
、その後燃焼の進行に伴い、期次微小化する。粒径がＩ
Ｌ２＋ｗ程度以下となると。

燃焼ガスに同伴して、煙道から一旦炉外へ出るが、煙道
途中に設けたサイクロン、バッフル等の間車な固気分離
装置により捕集され、燃焼室内の循環流の下降移動層中
に戻される。このリサイクルチャーは、再び循環流の流
れに乗り層内に拡散される。そして、チャーが木刀式に
より、バブリング式のように上方に吹き抜けることなく
、左右に及び燃焼室層内全体に拡散するため％５＆細な
チャー粒子もフリーボードへ飛散することなく層内で有
効に燃焼する。

燃焼が完結するまで、このリサイクルプロセスは繰り返
されるので、石炭の揮発分及び微粉の固定炭素の層内燃
焼効率は向上する。なお、内部循環流動床の特長として
、熱回収室に循環する流動媒体は、本来７リーボードへ
飛散するような微粉の流動媒体及びチャーも熱回収室で
は沈降し、さらに循＋ｓを繰返す几め、層内での滞留時
間が長い。

不発明でに、リサイクルチャーが流動媒体層内、つまり
希薄相でない績厚相内で循環し続ける割合が多いので、
リサイクルチャーの酸化還元が繰り返され、チャーは多
孔質化し、反応性が高くなり、その触媒作用が向上する
。その友め、上記プロセスの間、流動媒体層内及びフリ
ーボード部に存在する多孔賀状のチャーは、ＮＯｘの直
接還元剤として、あるいは、ＣｏによるＮＯｘの還元を
促進する触媒として作用する。

このＮＯｘ低減に係わる反応としては、（ａＪ　　Ｃ＋
２．Ｎｏ　→ｃｏ、＋Ｎ、　　（チャーの散化反応ン（
ｂ）　　２ＣＯ＋２ＮＯ→２ＣＯ，＋Ｎ鵞（チャーの触
媒反応）の２つの反応がおこるものと考えられる。いず
れの反応もチャーが関与しており、その酸化反応性およ
び触媒効果が低ＮＯｘ機能を支配している。

〔実施例〕

以下、不発明を図面を用いて詳細に説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 第１図に本発明の流動床ボイラーの一実施例をボす。

第１図において、炉１内底部にはブロワ７により流動用
ガス導入管３から導入される流動化ガスの分散板２が備
えられ、この分散板２は両側縁部が中央部より低く、炉
１の申心籾に対してｔよば対称的な山形断面状（屋根状
）に形成されている。そして、ブロワ７から送られる流
動用ガスは、空気室４．５．６を経て分散板２から上方
に噴出せしめるようになっており、両側縁部の空気室４
．６から噴出する流動化ガスの質量速度は、炉１内の流
動媒体の流動層を形成するのに十分な速度とするが、中
央部の空気室５から噴出する流動化ガスのＪｘｉｔ速度
は前者よりも小さく選ばれている。

両１１１１１　ｍ部の９気室４．６の上部には、流動化
ガスの上向き流路をさえぎり、空気室４，６から噴出さ
れる流動化ガスを炉１内中央に向けて反射転向させる反
射壁として、板状の傾斜仕切壁８が設けられ、この傾斜
仕切壁８と噴出する流動化ガスの質量速度の差により図
面中矢印で示す方向の旋回流が生ずる。−万この傾斜仕
切壁８の背面と炉壁間に熱回収室９が形成され、運転中
に流動媒体の一部が傾斜仕切壁８の上部を越えて熱回収
室９に入ジ込むように構成されている。ま友、熱回収室
９の下部の炉底よジも高いレベルには、ブロワ１０から
導入管１１を経てガスを導入する散気装置１２が設けら
れ、熱回収室９０散気装置１２を設置した近傍には開口
部１３が設けられ、熱回収室９に入り込んだ流動媒体は
、運転状態によって連続的又は断続的に移動贋金形成し
つつ伝熱管１５により熱の授受を行いながら沈降し、燃
焼部へ循環する。

燃料である石炭は、図示されない各稽供給装置により、
燃焼室１４中央部の下降移動層部に投入される。投入さ
れ次石炭は、流動媒体とともに移動層内を下降し、両１
Ｉ４ＩＩ鰍部まで移動し、揮発分が抜け、チャーとなっ
たあと％空気室４．６からＩ！Ｊｔ出する流動化空気に
より流動化している流動媒体とともに上昇し、燃焼する
。その後、傾斜仕切壁により反射転向する。このように
、石炭は内部循環流にのりながら、高温の燃焼室内部で
循環し続けながら完全燃焼する。高温の流動媒体内に位
置し続けることで、燃焼比の高い石炭でも完全燃焼でき
る。

また、チャー燃焼時に生じるＮＯｘにチャー表向を触媒
として同時に発生するＣＯによる還元とチャー自身によ
る直接還元により分解される。

石炭の燃焼によって発生した燃焼ガスは、炉内を上昇し
、炉頂部に仕切られ次接触熱伝達回収部に経路２１（ｉ
−通り入り込み、伝熱″Ｗ２２で熱回収をされ之のち、
サイクロン２３を経て、大気に放出される。その際、燃
焼ガスに同伴している粒子はサイクロン２３で捕集され
、サイクロン２３の下部のダブルダンパ（図示せず〕を
通って、空気輸送により、経路２４を経て、山形断面状
（屋根状）の分散板２の頭頂部近傍に開口し友ノズル２
５から、燃焼室下降移動層下部に再循環する。この再循
環によジ、捕集粒子中の未燃分（チャー）の燃焼率向上
とＮＯｘの低減等がはかられる。

尚、サイクロン２６で捕集し九粒子は、特に図示しない
が第１図で説明し次男法と異ってスクリューフィーダ等
により供給することも可能である。

ま之、サイクロン２３で捕集した粒子は移動層下部に再
循環する方式を示し友が、＃前層の直上部に再循環して
も下降移動層に呑込まれるので、同様の効果を奏する。

さらに、第２図に示すように、リサイクルチヤーを熱回
収室へ戻しても、熱回収室内の下降移ｍ層に呑込まれて
、熱回収室下部の炉底に通じる開口より主燃焼室に入り
、主燃焼室の内部循環流に来るので、同様の効果がある
。

〔発明の効果〕

以上に述べたよ′）Ｋ１本発明によると、従来相反する
課題であった、石炭の燃焼効率の向上とＮＯｘの低減が
同時に解決することがでさた。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は、本発明の一実施例である流動層熱
回収装置の概Ｆ＠断面図を示す。 １・・・炉、２・・・分散板、３．１１・・・導入管、
４．５．６・・・全気室、７．１０・・・ブロワ、８・
・・傾斜仕切壁、９・・・熱回収室、１２・・・散気装
置、１５．２１・・・開口部、１４・・・燃焼室。 ５．２２・・・伝熱管、２３・・・サイクロン、２４・
・・経路 特許出願人　株式会社　荏原製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉底部より上部に向けて流動化ガスを噴出させる空
   気分散板を１組又は２組以上備えると共に、該空気分散
   板端部上方に、該流動化ガスの上向流路をさえぎり、且
   つ、該流動化ガスを、上向き流路をさえぎられていない
   ガス噴出部上方に向けて、反射転向せしめる反射仕切を
   設けることにより、上向流路をさえぎられていない噴出
   部上部に流動媒体が固定層ないし流動層状態で沈降する
   移動層を形成すると共に、上向流路をさえぎられた噴出
   部近傍上部においては流動媒体が活発に流動化し、且つ
   前記反射仕切の作用によりこの部分の流動媒体を前記移
   動層上部に向つて内部循環せしめることにより内部循環
   流動層を形成し、且つ、該反射仕切背部と炉壁との間に
   熱回収室を形成せしめ、運転中流動媒体の一部が前記反
   射仕切の上部を越えて熱回収室に入り込むように構成し
   、該熱回収室下部で且つ反射仕切の背面側に熱回収室内
   の流動媒体を固定層から弱い流動層状態の範囲で変化さ
   せるための通気用ガス散気装置を設けると共に、熱回収
   室の下部に炉底の上部に通ずる開口を設けると共に熱回
   収室内に受熱流体を通じた伝熱面を配備した内部循環流
   動層熱回収装置において、排ガスより分離した未燃分の
   供給口を、下降移動層直上又は層中に設けたことを特徴
   とする内部循環流動層熱回収装置。 ２、前記下降移動層が、火炉又は熱回収室の下降移動層
   である請求項１記載の内部循環流動層熱回収装置。 ３、前記未燃分の供給口を、移動層の炉底部に設けた請
   求項１記載の内部循環流動層熱回収装置。 ４、前記未燃分の供給口を、火炉移動層の直上又は熱回
   収室移動層の直上に設けた請求項１記載の内部循環流動
   層熱回収装置。