JPH0322530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流動層で固体燃料を燃焼して蒸気を
取り出すようにした流動層燃焼ボイラにおける新
規な燃焼方法、詳しくは、流動層から飛散した未
燃石炭を含むダストを回収して、流動層に戻すよ
うにした、いわゆる循環型流動層ボイラにおい
て、燃料比の高い石炭、たとえば無煙炭あるいは
燃焼性の悪いオイルコークスでも、高い燃焼効率
が得られ、かつ集じん器など後流の装置を小型に
することができる燃焼方法に関するものである。

〔従来の技術〕

循環型流動層ボイラは、次の２つの方式に分類
される、第１の方式は、流動層の本体下部に濃厚
な粒子層が存在しない型式で、ガス流速として７
〜８ｍ／ｓが採用され、一般的に高速循環流動層
方式と呼ばれている。第２の方式は、流動層本体
下部に、明確な濃厚粒子層を有する、いわゆるベ
ツド（流動層）が存在するバブリング型流動層方
式である。両者は、装置高さ方向の粒子濃度分布
に明確な相違があり、第３図に粒子濃度分布を示
した。

第３図は、空気分散板からの高さと粒子濃度の
関係を示したもので、図中のａの曲線は、高速循
環流動層方式の粒子濃度を示したもので、装置の
上部に行くに従つて、ほぼ直線的に粒子濃度が減
少する。一方、図中のｂ曲線は、バブリング型流
動層方式について示したもので、装置下部では高
速循環流動層方式よりも粒子濃度の高い１〜２ｍ
高さのほぼ均一粒子濃度域が存在し、いわゆるベ
ツドが存在する。このベツドを過ぎると、急激に
粒子濃度が減少していく。

第７図は、従来の一般的なバブリング型の循環
流動層について示したものである。流動層燃焼炉
本体１の下部に、空気分散板２が設けられてお
り、その下部の風箱３に空気導入管４から空気が
供給され、空気分散板２を介して、流動媒体（た
とえば石灰石、酸化鉄など）を流動化し、燃料供
給管６から供給された燃料（たとえば石炭、オイ
ルコークスなど）が燃焼される。流動層温度は、
伝熱管７によつて燃焼熱の一部を収熱して制御し
ている。

未燃石炭を伴う燃焼排ガスは、流動層上部のフ
リーボード８の出口では、一般的に600〜700℃の
温度になり、後部伝熱管９を通り、300〜350℃で
４集じん器１０に入り、ダストが分離される。分
離された未燃石炭を含むダストは、循環ライン１
１から流動層５に戻される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような、従来の流動層では、高い燃焼効率
を得ることが困難で、時に燃料比（固定炭素／揮
発分）の高い石炭、たとえば燃料比≧２の場合に
は、燃焼効率として95〜97％が限界であつた。こ
のため従来の流動層を採用するためには、使用で
きる石炭に制限があつた。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、フリ
ーボードを積極的に反応領域として使用すること
により、フリーボード温度を高温に保ち、必要な
反応時間を確保して、燃焼反応、脱硫反応および
NOx低減反応を促進するようにして、燃料比の
高い石炭、たとえば無煙炭、燃焼性の悪いオイル
コークスでも、高い燃焼効率で燃焼することがで
きる方法の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明の流動層燃焼方法は流動層で固体燃料を
燃焼する方法において、流動層内部に伝熱管を設
けで、空気層温度が800〜900℃になるようにし、
かつフリーボードの上部に伝熱管を設けてフリー
ボードの伝熱管の下側の温度を層温度〜1000℃に
し、流動層からフリーボードの伝熱管までの平均
ガス滞留時間を２秒以上とするとともに、フリー
ボード出口のガス温度が500℃以下となるように
収熱した後、収熱したフリーボード出口ガスを集
じん器に導いて集じんし、収燃後の500℃以下の
中温灰の大部分を流動層の上側または上部に循環
し、中温灰の残部を系外に排出し、流動層に循環
する中温灰量が供給固体燃料の25倍以下となるよ
うに制御することを特徴としている。

第２図は本発明の方法を実施するための装置の
一例で、かつ後述の試験に用いた装置を示してお
り、流動層燃焼炉本体２１の下部に空気分散板２
２が設けられており、その下側は風箱２３となつ
ている。分散板２２の上側には流動媒体２４（石
灰石および石炭灰からなつている）が収納されて
いる。燃料ポツパ２５の燃料（無煙炭）は、燃料
供給装置（スクリユーフイーダ）２６によつて、
ベツド２７の上部に供給される。燃焼用空気は燃
焼用空気管２８から空気分散板２２を介してベツ
ド２７に供給され、燃料を燃焼させる。一部の空
気は必要に応じて、２次空気としてフリーボード
２９に供給される。発生した燃焼熱は、ベツド内
に設けた伝熱管３０でその一部を回収して、ベツ
ド温度を制御している。フリーボード温度、正確
にはフリーボード出口温度は、フリーボード上部
に設けた伝熱管３１によつて所定の500℃以下の
温度に設定できる。燃焼ガスは、フリーボード出
口部から集じん器３３に入り、集じん器３３でダ
ストが分離される。分離された未燃石炭を含むダ
ストは、循環ライン３４から流動層燃焼炉本体２
１に戻される。必要に応じて、一部のダストは系
外排出ライン３５から排出される。

通常は、脱硫剤として石灰石を使用し、予め所
定量を石炭と混合して供給する。またフリーボー
ド２９の高さについて検討するため２次空気の供
給位置を変更できるようにしている。すなわち高
さの異なる位置に複数の管３６を接続している。

上記のように構成された流動層燃焼炉を用いて
試験した。試験に使用した炉本体は、断面500mm
角で、空気分散板からの高さは約７ｍであつた。

試験は、フリーボード出口部温度の変更および
２次空気供給位置を変更して実施した。条件はつ
ぎの通りであつた。

供試燃料 無煙炭 燃料供給量 50Kg／ｈ ベツド温度 850℃ 排ガス中の酸素 ３〜４％ Ca／Ｓモル比 ２ フリーボード出口温度を変更した試験結果を第
４図に示す。未燃損失は、フリーボード温度を高
くするにつれて少なくなるが、NOx濃度は900℃
近辺で最も少なくなり、SO₂濃度は、850〜950℃
で最も少なくなるが、1000℃を越えると急激に増
加した。

またフリーボードの伝熱管３１の下側の温度が
1000℃を越えた条件で試験を続けると、炉璧に石
灰石を主成分とする付着分（コーチング）の生長
が認められた。

以上の燃焼効率、SO₂濃度、NOx濃度および
コーチングから、フリーボードの伝熱管の下側の
温度は1000℃以下、好適には850〜950℃が良いこ
とがわかる。

炉内脱硫を実施するときのベツド温度は、伝熱
管によつて800〜850℃に制御されるので、フリー
ボードの伝熱管の下側の温度を800〜1000℃、好
適には850〜950℃に制御することによつて、高い
燃焼効率、低NOxおよび低SO₂が達成できる。

他の試験としては、２次空気供給位置を変え
て、NOx濃度、燃焼効率およびCO濃度について
調べた。２次空気供給位置までの平均ガス滞留時
間が長い程、NOx濃度が低くなるが、1.5秒以上
長くしてもその効果は殆どない。２次空気供給位
置までの平均ガス滞留時間として、少なくとも１
秒以上必要であつた。また２次空気供給後の後燃
焼としてCO濃度の変化から判定すれば、フリー
ボードの伝熱面まで1.5秒以上の平均ガス滞留時
間を必要とした。

以上の結果から循環型流動層のフリーボード条
件を、800〜1000℃、好適には850〜950℃とし、
２次空気供給までの平均ガス滞留時間として１秒
以上、２次空気を供給した後の平均ガス滞留時間
として1.5秒以上、上記温度を確保することによ
つて、大幅な性能向上、すなわち、高い燃焼効
率、低NOx、低SO₂が達成できた。また２段燃
焼を実施しない場合には、２秒以上の平均ガス滞
留時間が必要であつた。

したがつて本発明の方法においては、フリーボ
ードの伝熱管まで平均ガス滞留時間は２秒以上、
好適には2.5〜3.5秒に限定される。２秒未満の場
合は、未燃分が燃焼しないので燃焼効率が悪く、
一方、3.5秒を越える場合は、燃焼効率は良くな
るが、装置が高くなつて設備費が嵩むことになる
からである。

流動層に戻す冷却された灰の量は、流動層設定
温度と灰の温度とから定まり、循環比Ｒを、 循環比Ｒ＝流動層に戻す灰量（Kg／ｈ）／流動層に供
給する石炭量（Kg／ｈ） と定義すると、循環比と層温度との関係は第５
図に示すようになる。Trは灰の温度を示してい
る。

第６図は、サイクロンで捕集した灰をベツドに
戻す量と、石炭供給量との比を循環比と定めて、
すなわち上記の式に定義して、ベツド温度と循環
比（Ｒ）との関係を求めたものである。第６図に
おけるａ曲線は、灰を循環しない場合に、ベツド
温度が850℃になるように、ベツド内に伝面を設
けたときに、500℃の灰がベツドに循環されると
したときのベツド温度を計算したものである。ま
たｂ曲線は、ベツドに伝面を全く設けていないと
きの、500℃の灰の循環比とベツド温度との関係
を示したものである。

500℃の灰を循環する場合の最大循環比は、層
温度を850℃とすれば、第６図のｂ曲線から25が
求まり、本発明の方法での循環比は層温度850℃
の場合には、25以下が採用されることになる。一
方、フリーボードを出た燃焼ガスは、500℃以下、
好適には400〜300℃になつているので、次の有利
な点がある。

(1) ガスの体積が小さくなり集じん器が小さくて
良い。

(2) 後燃焼しないのでクリンカートラブルがな
い。

(3) 耐火、断熱構造ではなく、鋼板製のものが使
用できる。

本発明の方法における中温灰とは、500℃以下、
好適には400〜300℃の灰を指称する。前述の高速
循環流動層ボイラでは、900℃前後の高温灰を循
環しており、この点において差異を有している。

本発明の方法において、上記のように限定する
のは、灰温度が300℃未満の場合は、ベツド温度
を所定の温度にするのに、循環量が少なくて性能
が低下し、一方、灰温度が500℃を越える場合は、
ベツド温度を所定の温度にするのに、循環量が多
すぎて性能が良くなるが、循環動力費が増え、か
つ伝面の損傷が激しくなるなどの不利な点が生じ
るからである。

流動燃焼炉本体は、通常、水冷璧で構成するの
で、小中型のボイラにおいては、フリーボード出
口温度が低下するので、断熱材で内張りし収熱量
を制限して、所定の温度になるようにする必要が
ある。また大型のボイラあるいは耐火、断熱構造
である場合には、フリーボードに伝面を設けて、
所定の温度になるようにする必要がある。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して、本発明の好適な実施
例を例示的に説明する。ただしこの実施例におい
て、とくに特定的な記載がないかぎりは、本発明
の範囲を限定するものではなく、単なる説明例に
すぎない。流動層２７の内部に伝熱管３０を設け
て、流動層温度が800〜900℃になるように制御
し、かつフリーボード２９の伝熱管３１までの平
均ガス滞留時間を２秒以上、好適には2.5〜3.5秒
として、フリーボード２９の伝熱管３１の下側の
ガス温度を層温度〜1000℃、好適には850〜950℃
とする。フリーボード２９の伝熱管３０の出口ガ
ス温度が500℃以下、好適には400〜300℃となる
ように、蒸気を発生させた後、このガスを集じん
器３３に導いて集じんし、この集じん器３３で捕
集された500℃以下、好適には400〜300℃の中温
灰の大部分を循環ライン３７により流動層２７の
上側または上部へ循環し、中温灰の残部を排出ラ
イン３８により系外に排出し、流動層２７に循環
する中温灰量が供給固体燃料の25倍以下となるよ
うに制御する。３９はダンパー、４０は排出機で
ある。

なお系外に排出する中温灰量を変えて、流動層
２７に循環する中温灰量を制御するようにしても
よい。

また少なくとも静止層高よりも高い位置から給
炭し、かつ給炭位置よりも高い位置から２次空気
を供給するようにするのが好適である。

循環灰の戻す位置をフリーボード２９の下部で
静止層高より高い位置とフリーボード２９の中央
部など複数にすることによつて、全体の温度を所
定の温度にすることができる。

また２段燃焼、炉内脱硫を行う場合も適用され
ることは勿論である。

前記の集じん器３３の下流に後部伝熱部４１を
設け、ここでさらに蒸気を発生させた後、第２の
集じん器３２で集じんし、ついで空気予熱器４２
で燃焼用空気を予熱し、その後、最終集じん器４
３で集じんするように構成する場合もある。この
場合、後部伝熱部４１、第２集じん器３２、空気
予熱器４２、最終集じん器４３の捕集灰の大部分
を流動層２７内に循環し、残りを系外に排出する
ようにする。４４は空気フアンである。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つ
ぎのような効果を有している。

(1) フリーボード出口ガスを500℃以下に冷却す
るので、ガスの体積が小さくなり、後流の集じ
ん器が小型となり、さらに集じん効率を上げる
ことができる。また後燃焼しないので、クリン
カートラブルやコーチングトラブルが生じなく
なり、長期間の連続運転を継続することができ
る。さらに集じん器を耐火、断熱構造とする必
要はなく、鋼板製のものが使用できるので、コ
ストの低減を図ることができる。

(2) フリーボードの条件（温度、時間）を限定す
ることにより、高い燃焼効率、低NOx、低
SO₂を図ることができる。またフリーボードの
上部に伝面を入れることによつて、ダストの内
部循環が多くなり、性能が向上する。

(3) 上込め方式の給炭方法は、燃焼効率の低下、
NOx、SO₂の増加となるため、従来方式では
採用に制限があつたが、本発明の方法では、上
込め方式を採用しても、チヤー、脱硫剤を含む
灰を循環することと、フリーボードの温度を高
く保つことによつて、NOx、SO₂を低下させ
ることができ、十分性能が確保できる。また循
環灰も背圧の少ない流動層の上側または上部へ
戻すので、十分性能が確保できるし、エネルギ
ーロスも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動層燃焼方法を実施する装
置の一例を示すフローシート、第２図は本発明の
方法を実施する装置の他の例を示し、試験に用い
た装置のフローシート、第３図は高速循環流動層
方式およびバブリング型流動層方式の粒子濃度と
空気分散板からの高さとの関係を示すガラフ、第
４図はフリーボード温度と、チヤー、NOx、
SO₂濃度との関係を示すグラフ、第５図は灰温度
を変化させた場合の循環比と層温度との関係を示
すグラフ、第６図は灰温度500℃の場合の循環比
と層温度との関係を示すグラフ、第７図は従来の
装置のフローシートである。 １……流動層燃焼炉本体、２……空気分散板、
３……風箱、４……空気導入管、５……流動層、
６……燃料供給管、７……伝熱管、８……フリー
ボード、９……後部伝熱部、１０……集じん器、
１１……循環ライン、２１……流動層燃焼炉本
体、２２……空気分散板、２３……風箱、２４…
…流動媒体、２５……燃料ホツパ、２６……燃料
供給装置、２７……流動層（ベツド）、２８……
燃焼用空気管、２９……フリーボード、３０……
伝熱管、３１……伝熱管、３２……第２の集じん
器、３３……集じん器、３４……循環ライン、３
５……排出ライン、３６……管、３７……循環ラ
イン、３８……排出ライン、３９……ダンパー、
４０……排出機、４１……後部伝熱部、４２……
空気予熱器、４３……最終集じん器、４４……空
気フアン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動層で固体燃料を燃焼する方法において、
   流動層内部に伝熱管を設けて、流動層温度が800
   〜900℃になるようにし、かつフリーボードの上
   部に伝熱管を設けてフリーボードの伝熱管の下側
   の温度を層温度〜1000℃にし、流動層からフリー
   ボードの伝熱管までの平均ガス滞留時間を２秒以
   上とするとともに、フリーボード出口のガス温度
   が500℃以下となるように収熱した後、収熱した
   フリーボード出口ガスを集じん器に導いて集じん
   し、収熱後の500℃以下の中温灰の大部分を流動
   層の上側または上部に循環し、中温灰の残部を系
   外に排出し、流動層に循環する中温灰量が供給固
   体燃料の25倍以下となるように制御することを特
   徴とする流動層燃焼方法。 ２ 系外に排出する中温灰量を変えて、流動層に
   循環する中温灰量を制御する特許請求の範囲第１
   項記載の流動層燃焼方法。