JPH0328605A - 循環流動層を使用した炭材の燃焼方法 - 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、循環流動層で石炭等の炭材を燃焼させ、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．等の有害或分も少なくなる。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、槽外に飛敗した炭材を槽内に循環させる循環流
動層式とに大別される。このａｍ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
層を構戊する部材の耐久性が向」ニすることは勿論、サ
ーマルＮＯｘ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
５９−１３６４４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４１
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
管を多数備えた冷却面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
もつ冷却面４６が設けられている。

燃焼ガスが炉内を上昇する過程で冷却面４５及び冷却面
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、同様な構造をもつ冷却面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、更に冷却面４８によって県
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、更に抜鳩された後、集塵機５２に送られ
る。

集塵機５２で除塵された燃焼ガスは、排ガスとして系外
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、ふ送管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。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の内部にある固形物質は、導
管５７から吹き込まれる酸素含有ガスと熱交換される。

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４
２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〕

この燃焼装置により石炭を燃焼させるとき、たとえば特
公昭５７−２８０４６号公報では、二次ガス導入管４４
上方の流動層燃焼室４１内における固形物質の懸濁密度
を１５　〜１００　ｋｇ　／　ｍ’とし、冷却面４５．
　４６．４８に対する熱伝達係数を確保している。そし
て、懸濁密度が１５ｋｇ／ｍ″未満となると、冷却面に
対する熱伝達が小さくなり過ぎ、系外に熱を取り出す効
率が低下するとされている。

しかしながら、懸濁密度は、流動層燃焼室４ｌに装入さ
れる炭材の種類によって変動する。たとえば、灰分及び
硫黄分が少ない石炭を炭材として使用するとき、燃焼に
よって生じる灰分が少なくなり、分離器４７ｃ＞返送管
４９ｃ３流動層燃焼室４１及び排熱ボイラー５１Φ集塵
機５２０流動層熱交換器５４Φ流動層燃焼室４ｌの炉外
循環経路を経て返送される粒子流量が減少する。その結
果、冷却面４５，　４６．　４８に対する熱伝達係数が
低下し、熱回収率が下がる。

また、冷却面４５，　４６．　４８の伝熱管の摩耗を抑
制するためには、流動層反応炉４１に浮遊する固形物質
の懸濁密度を可能な限り低い値に維持して操業を行うこ
とが好ましい。この場合、流動層燃焼室４ｌ内の懸濁密
度を厳格に制御することが必要とされるが、この制御の
ための具体的で有効な手段がこれまでのところ提案され
ていない。

そこで、本発明は、補助循環粒子の追加装入によって流
動層燃焼室における固形物質の懸濁密度を所定範囲に維
持し、装入される炭材の種類が変わった場合においても
、或いは低い懸濁密度で操業を行う場合にあっても、安
定した炉況の下で災材を燃焼させ、効率良く燃焼熱を回
収することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の炭材燃焼方法は、その目的を達或するために、
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、核分離
器で前記未燃戊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、二次空
気導入管よりも上方の空間に存在する固形物質の懸濁密
度が小さいときには高温安定性に優れた補助循環粒子を
供給して懸濁密度を調整することを特徴とする。

ここで使用する補助循環粒子としては、８００℃前後の
高温に曝された場合においても変質，分解等を受けるこ
とがない珪砂，電気炉ダスト，高炉スラグ等が使用され
る。また、補助循環粒子の粒度は、２　ｍｍ以下の範囲
にあることが好ましい。

〔作用〕

冷却面に対する熱伝達は、流動層燃焼室に浮遊している
未燃焼の石炭粒子，石灰石．灰分等の固形物質からの輻
射により主として行われる。そのため、第１図に示すよ
うに、固形物質の懸濁密度ρが大きくなるほど、空間に
浮遊する粒子の保有顕熱と流動層燃焼室内部の高温発生
点が多くなり、冷却面の壁面熱伝達係数αが増加する。

ところが、懸濁密度ρは、使用する炭材の種類や操業条
件によって変動する。たとえば、何らかの原因により炉
外循環経路を経て流動層燃焼室にゑ送される未燃成分や
灰分等の流量が少なくなることがある。その結果、懸濁
密度が初期値ρ，からρ，に低下し、それに伴い壁面熱
伝達係数もα，からα２に低下する。そこで、本発明に
おいては、補助循環粒子を流動層燃焼室に投入して、墾
濁密度をρ２からρ，に回復させる。これにより、壁面
熱伝達係数を初期値α１に維持することができる。

このとき、水蒸気発生量や水蒸気の過熱度を連続的或い
は間歇的に測定しておき、その値の変化量から必要とす
る補助循環粒子の投入量を定めることができる。或いは
、使用される炭材の灰分量や硫黄含有量を予め検出して
おき、それらの値に対応して補助循環粒子の投入量を調
整することもできる。また、流動層燃焼室内の高さ方向
の圧力勾配を測定し、その測定結果から懸濁密度ρを求
めることも可能である。

〔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要部を
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１及び石灰石３は、それぞれのホンパー
２．４から切り出されて、原料供給管５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１．石灰石３等
が？ｉＫ．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内に開口している。二次
空気導入管８から吹き込まれた空気は、一次空気導入管
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。

この燃焼によって生或した燃焼ガスは、微細な未燃炭材
１　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９を介してサ
イクロン１０に送られる。サイクロン１０で粉塵が分離
された燃焼ガスは、排気管１１を経由して排熱ボイラー
で熱回収され、集塵機で除塵された後、系外に放出され
る。他方、サイクロン１０で燃焼ガスから分離された粉
塵は、返送管１２を下降する。

返送管１２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１０か
らの粉塵が溜り、返送管１２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
３が構威される。このニューマチックバルブ１３に溜ま
っている粉塵は、気送管１４から吹き込まれる空気によ
って流動化し、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６Ｑサイクロン
１００ニューマチックパルブ１３０流動層燃焼室６を循
環しながら、完全燃焼する。

この循環系を備えた流動層燃焼室６に、粒径２０ｆｆｌ
ｆｆｉ以下，灰分１１１０％．硫黄含有量０、６％の粒
状石炭１を６００ｋｇ／ｈの割合で、また粒径１　ｎ＋
＋ａ以下の石灰石３をｌｏｋｇ／ｈの割合で投入した。

このとき、二次空気導入管８よりも上方にある流動層ｍ
焼室６の内部空間での懸濁密度ρは、１７ｋｇ／ｍ’で
あった。また、流動層燃焼室６の内部に設けた冷却面の
壁面熱伝達係数αはα。であった。そこで、灰分５％１
硫黄分０．３　％の炭素材を燃料として使用したところ
、この粒状燃料の燃焼に伴い発生するＳＯＮの量が少な
くなり、それに対応して脱硫材としての石灰石の投入量
を軽減させることができた。ところが、石灰石の投入量
軽減と発生灰量の減少に伴い、流動層燃焼室６内に浮遊
する固形物質の懸濁密度ρも小さくなった。その結果、
第１図に示すように壁面熱伝達係数αが下がり、燃焼熱
の回収率が低下した。

そこで、この懸濁密度ρ低下に起因する影響を打ち消す
ため、流動層燃焼室６に補助循環粒子を装入した。第２
図の例では、補助循環粒子１５をホッパ−１６に貯留し
ておき、このホッパーｌ６から補助循環粒子ｌ５を原料
供給管５に切り出している。

補助循環粒子１５としては、流動層燃焼室６内の操業温
度８００℃前後で変質，分解しない平均粒径０．５叩の
珪砂を使用した。たとえば、懸濁密度が初期値ρ＋　（
　＝　１７　ｋｇ　／　ｍ’）からρ２（＝　７　ｋｇ
／　ｍ’）に低下したとき、この低下分を相殺するよう
に３５ｋｇ／ｈの量の補助循環粒子１５を投入した。こ
れによって、壁面熱伝達係数がα．（＝０．７　α。）
から初期値α（＝α。）まで回復し、設計条件下での熱
回収を行うことができた。

なお、補助循環粒子１６の投入は、第２図に示すように
粒状石炭１及び石灰石３と混合した状態で行われること
に拘束されるものではない。たとえば、流動層燃焼室６
に取り付けた別個の供給管を介して、補助循環粒子１５
を流動層燃焼室６に投入することも可能である。また、
粒状石炭１と石灰石３とをそれぞれ別の原料供給管から
流動層燃焼室６に投入することもできる。

なお、以上の例においては、投入する粒状石炭ｌの品質
に応じて流動層燃焼室６内の懸濁密度ρが変動すること
を説明した。また、固体燃料の一部を重油等の液体燃料
または気体燃料に代えて操業する場合にも、懸濁密度ρ
の低下がみられる。

このような混焼を行う場合にも、流動層燃焼室６に補助
循環粒子ｌ５を投入することによって、目標とする壁面
熱伝達係数αが確保される。

〔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
室内にある固形物質の懸濁密度が低下したとき、その低
下分を相殺するように補助循環粒子を投入している。こ
れによって、品質が異なる炭材を使用したり、固形の炭
材を液体燃料と混焼する場合においても、効率良く燃焼
熱を回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するためのグラフであり、
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、従来の燃焼装置を永す。 １二粒状石炭 ６：流動層燃焼室 １０：サイク口ン（分離器） ３：石灰石 ８：二次空気導入管 ｌ５：補助循環粒子

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、二
   次空気導入管よりも上方の空間に存在する固形物質の懸
   濁密度が小さいときには、高温安定性に優れた補助循環
   粒子を供給して懸濁密度を調整することを特徴とする、
   循環流動層を使用した炭材の燃焼方法。