JPH0328604A - 循環流動層を使用した混焼方法 - 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、循環流動層で固体燃料と気体懲科及び／又は
液体燃料を燃焼させ、燃焼熱を効率良く回収する方法に
関する。

〔従来の技術〕

流動層を利用した燃焼装置は、多様な固体燃料を安定し
た条件下で効率良く燃焼することができる特徴を活かし
、種々の分野で利用されている。

また、この燃焼装置によるとき、燃焼時に発生ずるＳＯ
Ｘ，　　ＮＯ−等の有害戊分も少なくなる。この燃焼装
置は、一つの槽内で炭材を流動化させるパブリング流動
層式と、槽外に飛散し，た炭拐を槽内に循環させる循環
流動層式とに大別される。この循環流動層式の燃焼装置
は、．空塔速度を大きくし炭材，熱媒体等を積極的に循
環させているので、良好な混合特性及び高い伝熱特性が
得られる。また、均一な温度場の中で燃料と空気との接
触が充分に行われることから、低温燃焼が可能となり、
流動層を構或する部材の耐久性が向上することは勿論、
サーマルＮ　Ｏ　Ｘ　の発生も抑制される。

第３図は、すでに知られている循環流動層式の燃焼装置
の一つを示す（特公昭５７−２８０４６号公報特公昭５
９−１３６４４号公報等参照）。

この燃焼装置においては、流動層燃焼室４１にランス４
２から石炭が吹き込まれる。石炭は、流動層燃焼室４ｌ
の底部から導管４３を介して吹き込まれた流動化ガスに
よって流動状態に維持される。そして、流動化ガスに含
まれている酸素及び二次ガス導入管４４から吹き込まれ
る空気によって石炭が燃焼し、燃焼ガスは流動層燃焼室
４１内を上昇する。

流動層燃焼室４１の内部には、水等の冷媒を循環させる
多数の管を備えた熱交換面４５が設けられている。また
、流動層燃焼室４１の炉壁部分にも、同様な構造をもつ
熱交換面４６が設けられている。

燃焼ガスが炉内を上昇する過程で熱交換面４５及び熱交
換面４６を流れる冷媒と熱交換され、燃焼ガスの保有熱
は高温の冷媒として外部に取り出される。

他方、熱交換後の燃焼ガスは、分離器４７に送られる。

この分離器４７にも、同様な構造をもつ熱交換面４８が
設けられている。流動層燃焼室４１から送り出された燃
焼ガスは、この分離器４７を下降流として流れる。この
過程で、燃焼ガスの保有熱は、更に熱交換面４８によっ
て系外に取り出される。また、燃焼ガスに浮遊している
未燃焼炭材，灰分等の粒子は、燃焼ガスから分離され、
返送管４９を経由して流動層燃焼室４１に戻される。他
方、冷却された燃焼ガスは、排気管５０を経て排熱ボイ
ラー５１に送られ、更に抜熱された後、集塵機５２に送
られる。

集塵機５２で除塵された燃焼ガスは、排ガスとして県外
に放出される。他方、燃焼ガスから分離した固形物質は
、導管５３を介して流動層熱交換器５４に送り込まれる
。流動層熱交換器５４には、返送管４９の途中に接続さ
れた導管５５を介して、分離器４７で分離された固形物
質の一部も送り込まれる。これらの固形物質は、導管５
６から吹き込まれる酸素含有ガスによって流動化される
。このガスは、フードで集められ、二次ガスとして二次
ガス導入管４４から流動層燃焼室４１に吹き込まれる。

また、流動層熱交換器５４内の固形物質が保有する熱は
、導管５７から吹き込まれる酸素含有ガスと交換される
。このようにして予熱された酸素含有ガスは、流動化ガ
スとして導管４３から、及びキャリアガスとしてランス
４２から流動層燃焼室４１の内部に吹き込まれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この燃焼装置は、専ら石炭等の固体燃料の燃焼用に設計
されている。そのため、流動層燃焼室４１から排出され
るフライアッシュ及びボトムアッシュを処理するための
設備が必要となる。特に、燃焼装置の能力増加に伴い、
大規模な灰分処理設備が要求され、設備費の高慢を招く
。

この点、気体燃料又は液体燃料を専焼する燃焼装置にお
いては、灰分の発生がないため、このような付帯設備を
必要としない。しかし、この場合に熱の回収は、燃焼ガ
スから熱交換の壁面に伝達された熱量を基にして行われ
るため、熱交換器への熱伝達率が低く、熱の回収効率が
低下する。これを避けるためには、伝熱面積を大きくし
、燃焼温度を上げることが考えられる。しかし、燃焼温
度の上昇に伴い、サーマルＮＯｘの発生がみられるため
、排ガスを脱硝する設備が必要となる。

そこで、本発明は、固体燃料と気体燃料又は液体燃料を
特定雰囲気温度で混焼することにより、灰の発生量を抑
制しながら、サーマ゛ルＮＯＸを発生させることなく、
熱回収を行うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の混焼方法は、その目的を達成するために、流動
層燃焼室内で流動状態にされた炭材を燃焼させ、未燃戊
分及び灰分と共に燃焼ガスを分離器に送り、該分離器で
前記未燃或分及び灰分を燃焼ガスから分離して前記流動
層燃焼室に返送しながら炭材を燃焼する際、雰囲気温度
を７５０〜９５０℃に維持した前記流動層燃焼室内に気
体燃料及び／又は液体燃料を吹き込むことを特徴とする
。

〔作用〕 熱交換面に対する熱伝達は、流動層燃焼室に浮遊してい
る未燃炭材．灰分等の固形物質からの輻射によって主と
して行われる。この輻射伝熱は、気体燃料又は液体燃料
を専焼した場合の燃焼ガスから熱交換面への熱伝達に比
較して格段に大きなものである。そこで、本発明におい
ては、この輻射伝熱を主体として熱交換面に対する熱伝
達を行う。そして、補助的に吹き込まれた気体燃料及び
／又は液体燃料は、浮遊状態にある固形物質を加熱し、
この固形物質を介して間接的に熱交換面に熱伝達する。

このとき、流動層燃焼室の雰囲気温度を７５０〜９５０
　℃に維持することが必要である。第１図に示すように
、この雰囲気温度が７５０℃より低いか、または９５０
℃を超えると、脱硫率が低下する。

また、流動層燃焼室における固形物質の懸濁密度は、１
〜１００　ｋｇ　／　ｍ”に維持することが好ましい。

懸濁密度がこの範囲にあるとき、前述した輻射伝熱が有
効に行われ、高い熱回収率が得られる。なお、熱交換面
の器壁を固形物質による摩耗から保護するため、懸濁密
度は可能な限り低い値に維持することが有効である。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第２図は、本実施例において使用した燃焼装置の概略を
示す。

炭材としては、粒状石炭１を石炭供給ホッパ−２に蓄え
ておく。また、脱硫材として、粒状の石灰石３を石灰石
供給ホッパ−４に貯留している。

これら粒状石炭ｌ及び石灰石３は、それぞれのホッパ−
２．４から切り出されて、原料供給管フに送り出され、
この原料供給管５を介して流動層燃焼室６の下部に送り
込まれる。この流動層燃焼室６の底部には空気供給源に
接続されている一次空気導入管７が開口している。この
一次空気導入管７から吹き込まれた一次空気によって、
原料供給管５から送り込まれた粒状石炭ｌ，石灰石３等
が流動層燃焼室６内で流動状態に維持される。

また、一次空気導入管７から分岐して設けられた二次空
気導入管８は、流動層燃焼室６の下部近傍に開口してい
る。

二次空気導入管８から吹き込まれた空気は、次空気導入
管７からの空気と相俟って、粒状石炭１の燃焼を促進さ
せる。このときに発生した燃焼熱は、主として粒状石炭
，石灰粒．粒状灰分等の固形物質に担持され、この固形
物質から周囲に輻射熱として放散される。そこで、流動
層燃焼室６の内部に、第３図の冷却面４５．　４６と同
様に内部に水等の流体を循環させる配管系を備えた抜熱
機構｛図示せず｝を設け、燃焼熱を高温流体として系外
に取り出す。

また、流動層燃焼室６の底部及び／又は下部近傍に気体
燃料又は液体燃料の吹込み管９ａ，　９ｂが設けられて
いる。原料供給管５を介して装入される固体燃料と燃料
吹込み管９ａ，　９ｂから吹き込まれる気体燃料又は液
体燃料の発生熱量の比は、任意の割合で調節することが
できる。この気体燃料又は液体燃料としては、重油，廃
油，天然ガス，液化天然ガス等の燃料を使用する。吹き
込まれた燃料は、一次空気導入管７及び二次空気導入管
８からの空気によって燃焼し、流動層燃焼室６の内部に
浮遊している固形物質を加熱する。

この燃焼によって生戊した燃焼ガスは、微細な未燃炭材
，石灰石，灰分等の粉塵と共に、流動層燃焼室６内を上
昇し、その上部に取り付けられた連結管ｌＯを介してサ
イクロン１１に送られる。サイクロン１１で粉塵が分離
された燃焼ガスは、排気管１２を経由して排熱ボイラー
（図示せず）に送られ熱回収された後、集塵機（図示せ
ず）で除廖されて、系外に放出される。他方、サイクロ
ンｔｉで燃焼ガスから分離された粉塵は、返送管１３を
下降する。

返送管１３の下部は、図示のように一部が上方に指向し
た屈曲部とされている。この屈曲部にサイクロンｌ１か
らの粉塵が溜り、返送管ｌ３の下部と流動層燃焼室６の
下部との間の粉体シールを行うニューマチックバルブ１
４が構或される。このニューマチックパルブ１４に溜ま
っている粉塵は、一次空気導入管８から分岐した気送管
ｌ５から吹き込まれる空気の圧力によって、流動層燃焼
室６内に適宜返送される。このように、粒状石炭１は、
流動層燃焼室６φサイクロン１１−０−？−ユーマチッ
クパルブ１４φ流動層燃焼室６を循環しながら、完全燃
焼する。

この燃焼装置において、原料供給管５より上方の流動層
燃焼室６の内部壁面に合計７０ｍ′の伝熱面を配置した
。そして、伝熱面へ８ｍ’／ｈの流量で２２０　℃に予
熱した水を流した。また、原料供給管５から粒状石炭１
及び石灰石３をそれぞれ流１３００ｋｇ／ｈ及び２０ｋ
ｇ／ｈで流動層燃焼室６内に送り込み、２００　ｋｇ／
　ｈで重油を吹き込んだ。そして、次空気導入管７及び
二次空気導入管８からそれぞれ２６００　Ｎ　ｍ’　／
　ｈ及び２６００　Ｎ　ｍ’　／　ｈで空気を吹き込み
、粒状石炭１を流動状態で燃焼させた。

このときの流動層燃焼室６内部の平均雰囲気温度は８５
０　℃であり、二次空気導入管８より上方の希薄流動層
１６における固形物質の懸濁密度は１０ｋｇ／ｍ″であ
った。この状態で、流動層燃焼室６内部に配置した熱交
換面の耐熱８！！パイプに温度２２０℃の水を流量８ｍ
’／ｈで流したとき、温度３２０　℃の飽和水蒸気が得
られ、投入された燃料の総エネルギーに対する回収熱量
の割合は８０％であった。

また、粒状石炭ｌの燃焼にまり生或した灰分量は５０ｋ
ｇ／分で、燃焼ガスに含まれるＮｏ．は１５０ｐｐ，　
ｍ．であり、ＳＯｘは１００　ｐ．ｐ．＋ｎ．であった
。

これに対し、重油の吹込みを行わずに同等の熱量を搏よ
うとすると、粒状石炭ｌの役人量を６００ｋｇ／ｈに増
加させることが必要であり、それに応じて灰分量が８０
ｋｇ／ｈに増えた。したがって、この燃焼を工業的規模
で行おうとすると、大きな灰分処理設備が必要とされる
。また、重油専焼によって同等の熱量を得ようとすると
、４００　ｋｇ／　ｈで重油を吹き込み、流動層燃焼室
６の雰囲気温度をｉ１００℃に上昇させることが必要と
された上に、伝熱面積をさらに１００ｍ″増加させる必
要があった。

コノとき、燃焼ガス中のＮＯ８は５２０　ｐ．ｐ．ｍ．
で、ＮＯＸ　は４！１０　ｐ．ｐ．ｍ．であった。

次いで、流動層燃焼室６の雰囲気温度を変えるため、燃
料投入量及び空気吹込み量を変動させて操業した。その
結果、第１図に示すように、流動層燃焼室６の雰囲気温
度が７５０　℃より下がると、脱硫率が極端に低下した
。また、雰囲気温度が９５０℃より高くなった場合も、
脱硫率が極端に低下し５た。ここで、脱硫率は、次式 で表される。

このようなことから、流動層燃焼室６の雰囲気温度を７
５０〜９５０℃、特に好ましくは８００〜９００℃に維
持して操業するとき、Ｎｏ．の発生を抑えながら高い熱
回収率で炭材の燃焼が可能となることが判る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、流動層燃焼
室の雰囲気温度を特定範囲に維持した状態で粒状石炭等
の固体燃料を流動化させ、気体燃料及び／又は液体燃料
と混焼させることにより、ＮＯ．の発生を抑制しながら
、効率良く熱回収を行うことができる。また、同じ熱量
を得ようとするとき、固体燃料専焼の場合に比較して、
固体燃料消費量を下げることができるため、灰分の発生
量が少なく、小型の灰分処理設備を使用することが可能
となる。また、液体燃料或いは気体燃料専焼の場合に比
較して、流動層燃焼室の雰囲気温度を下げて操業できる
ため、サーマルＮＯ．の発生が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の効果を具体的に表したグラフであり、
第２図は本発明実施例で使用した装置の概略を示す。他
方、第３図は、従来の燃焼装置を示す。 １：粒状石炭（炭材） １１：サイクロン（分離器） ９ａ，９ｂ：燃料吹込み管 ６：流動層燃焼室 １３：返送青

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流動層燃焼室内で流動状態にされた炭材を燃焼させ
   、未燃成分及び灰分と共に燃焼ガスを分離器に送り、該
   分離器で前記未燃成分及び灰分を燃焼ガスから分離して
   前記流動層燃焼室に返送しながら炭材を燃焼する際、雰
   囲気温度を７５０〜９５０℃に維持した前記流動層燃焼
   室内に気体燃料及び／又は液体燃料を吹き込むことを特
   徴とする循環流動層を使用した混焼方法。