JPH0544564B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流動層燃焼装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来のこの種流動層燃焼装置に採用されている
流動層例えば石炭焚流動層としては、伝統的な気
泡型流動層と近年開発された噴流型流動層とが知
られている。

気泡型流動層を採用した燃焼装置は、約10mm以
下の粒径に破砕された石炭、石灰を使用して、約
800〜1000mmApのノズル抵抗、層抵抗及び空気過
剰率1.1〜1.2の条件下において気泡型流動層を形
成することにより、流動層燃焼を行うようにした
ものである。

かかる装置にあつては、流動層上部における空
塔速度は1.5ｍ／ｓ程度となることから、大部分
の石炭粒子は流動層内で燃焼し、約0.2mm以下の
石炭粒子、石炭粒子が流動層から飛散することに
なる。したがつて、流動層内には、常に、大量の
火種を有し、大きな熱容量を確保できるので、緩
慢な燃焼が行われる反面、燃料の変動に対しても
安定な燃焼が得られ、広範囲の燃料に対応できる
利点がある。

しかし、層内温度がかなり上昇するため、高カ
ロリー燃料に対しては層内に伝熱水管が必要とな
り、この伝熱水管の摩損等が問題となつており、
またターンダウン範囲が狭い。これを解消すべ
く、層を仕切つて多層型にしたり、飛散石炭の再
燃焼用の高温層を別途設けたりすることも試みら
れてはいるが、装置構造が徒に複雑化する等の問
題がある。

一方、噴流型流動層を採用した燃焼装置は、細
粒（一般には1.5mm以下）の石炭、石灰を高圧ノ
ズルにより全量吹き上げて空間燃焼を行うように
したもので、空塔速度を８〜10ｍ／ｓとして、細
粒炭をガスにより浮遊させた状態で空間燃焼させ
るようになされている。

かかる燃焼装置にあつては、空間燃焼させるた
め、どうしても燃焼室で全量を完全燃焼し得な
い。そこで、通常は、燃焼室出口にサイクロンを
配設して、これによつて捕集した細粒炭を流動層
に循環させて再燃焼させるようにしている。この
場合、水冷壁で囲まれた燃焼室全般で燃焼が起る
ので、水冷壁からの輻射冷却により炉温が低下さ
れるので、前記装置における如き伝熱水管は不要
である。また、サイクロンで捕集した石炭を一旦
低流動層で冷却して再循環することにより温度制
御することも試みられている。

また、気泡型流動層による場合と異なつて細粒
炭による空間燃焼であるため、燃焼反応が早く、
脱硫・脱硝効率が良く、例えばCa：Ｓ＝15：１
となり、気泡型流動層による場合（Ca：Ｓ＝
４：１）に比して経済的にも有利である。

しかし、気泡型流動層による場合のように大量
の熱容量と火種がないので、燃焼の安定性におい
ては劣り、広範囲の燃料に対応し得ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような点に鑑み、気泡型流動層
を主体としてこれに噴射型流動層を組み込むこと
によつて、両流動層の利点を活かしながらその欠
点を排除した理想的な流動層燃焼装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成すべく、特に、気
泡型流動層が形成される主燃焼室と噴流型流動層
が形成される補助燃焼室とを、両燃焼室の上下部
間を夫々上下連通路を介して連通させた状態で、
区画併設し、主燃焼室の上方側部分を、前記上連
通路の開口位置より上方位において二次空気が供
給される二次燃焼室に構成すると共に、この二次
燃焼室に廃ガス排出経路を連設したものである。

より具体的には、気泡型流動層は、層内の空気
過剰率を１〜1.1程度として安定燃焼を行いうる
ように形成しておくことが望ましく、また噴流型
流動層は、層内の空気過剰率を0.7程度として還
元燃焼状態に維持されたように形成しておくこと
が望ましい。また、廃ガス排出経路で捕集された
微粉塵、例えば煙道ないしサイクロンにおいて捕
集された微粉塵は、噴流型流動層に循環回収させ
るようにしてしておくことが望ましい。また、上
連通路からは、補助燃焼室内を上昇する炭質物及
び燃焼ガスが気泡型流動層上に下向き噴出せしめ
られるようにしておくことが望ましい。さらに、
下連通路はその開口量を調整できるようにしてお
くことが望ましい。

〔作用〕

かかる構成によれば、両流動層間において炭質
物の一部が循環する循環流動層が形成されること
になる。

すなわち、主燃焼室においては、石炭等の炭質
物が層状をなして流動する気泡型流動層が形成さ
れ、炭質物は流動層燃焼される。この気泡型流動
層においては、主として、下層に荒粒径の炭質物
が、中層に中粒径の炭質物が、また上層に細粒径
の炭質物が存在することになる。そして、中粒径
ないし細粒径の炭質物の一部は下連通路から補助
燃焼室に溢流態様で移動せしめられる。一方、補
助燃焼室においては、炭質物が流動化用ガスによ
つて撹拌且つ吹き上げられ、空間燃焼されつつ上
昇して、上連通路からガスと共に気泡型流動層上
の空間に噴出される。

このように気泡型流動層上に噴出された炭質物
のうち、中粒径ないし細粒径のものは反転分離さ
れて気泡型流動層内に落下供給され、また微粒径
のものは上昇ガスにより二次燃焼室にもたらさ
れ、完全に燃焼されることになる。

このような作用が繰返されることにより、炭質
物の燃焼が効果的に行われることになる。

また、前記した如く噴流型流動層を還元燃焼状
態に維持しておくと、還元ガスが上連通路から噴
出されることによつて、主燃焼室内が一旦還元雰
囲気に維持されることになり、効果的な低NOx
運転が行われることになる。そして、この状態に
おいて二次空気が供給されると、二次燃焼室にお
いて未燃炭及び未燃ガスが再燃焼せしめられ、完
全燃焼が行われることになる。

さらに、前記した如く、煙道ないしサイクロン
において捕集した微粉塵を噴流型流動層に回収循
環させるようにすると、微粉塵は噴流型流動層に
おいて強烈に撹拌されて容易に空間燃焼せしめら
れ、且つ主燃焼室に噴出された後上記した如く反
転分離されて、二次燃焼室から廃ガス排出経路へ
の再飛散が確実に防止される。このような二重循
環方式を採用することによつて、脱硫作用も極め
て効率よく行われることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の構成を第１図〜第４図に示す実
施例に基づいてより具体的に説明する。この実施
例は、本発明を流動層燃焼ボイラに適用した例に
係る。

この実施例の流動層燃焼装置にあつては、第１
図に示す如く、燃焼室を仕切壁３により主燃焼室
１と補助燃焼室２とに区画している。

各燃焼室１，２の下部には、各々、分散板４，
５を介して風箱６，７が連設されており、各風箱
６，７に空気供給管路８，９から流動化用空気た
る高温空気を供給することによつて、主燃焼室１
においては、これに供給機１０から供給された炭
質物（例えば、荒破砕されたものであつて、粒径
が10mm以下のもの）による気泡型流動層１１が形
成され、また補助燃焼室２においては、小粒径の
炭質物による噴流型流動層１２が形成されるよう
になつている。この実施例では、気泡型流動層１
１は、層内の空気過剰率を１〜1.1程度として安
定燃焼を行いうるようになつており、また噴流型
流動層１２は、層内の空気過剰率を0.7程度とし
て還元燃焼状態に維持されるようになつている。
なお、各空気供給管路８，９は押込フアン１３か
ら後述するエアヒータ３０を経過した高温空気導
入管路１４に分岐接続されており、空気供給管路
９にはブースタフアン１５が介装されている。

仕切壁３は補助燃焼室側の周壁の上部位から下
方に延びる傾斜部３ａとその下端から垂下する垂
直部３ｂとからなる。仕切壁３は水管１６…を並
列状に連結してなる水冷壁構造に構成されてお
り、傾斜部３ａと垂直部３ｂとの接合部分及び垂
直部３ｂの下端側部分に、両燃焼室１，２の上下
部間を連通する上連通路たる補助燃焼室出口１７
及び下連通路たる炭質物溢流口１８が形成されて
いる。なお、燃焼室の周壁も前記仕切壁３と同様
の水冷壁構造に構成されている。

したがつて、気泡型流動層１１では、主とし
て、下層に荒粒径の炭質物が、中層に中粒径の炭
質物が、また上層に細粒径の炭質物が夫々存在す
ることになるが、中粒径ないし細粒径の炭質物の
一部は炭質物溢粒口１８から補助燃焼室２に溢流
移動せしめられる。また、補助燃焼室２において
は、炭質物全量が空気供給管路９から供給された
高温空気によつて撹拌且つ吹き上げられ、空気燃
焼されつつ上昇して、補助燃焼室出口１７からガ
スと共に気泡型流動層１１上の反転分離作用空間
１９に噴出される。この噴出作用は、仕切壁３の
傾斜部３ａによつて下向きつまり気泡型流動層１
１上に向けて行われる。そして、このようにして
噴出されたガス等は爾後上向きに方向転換する
が、炭質物のうち中粒径ないし細粒径のものは、
その慣性によりかかる方向転換を行い得ず、反転
分離されてそのまま気泡型流動層１１内に落下供
給される。而して、噴出炭質物のうち中粒径ない
し細粒径のものは気泡型流動層１１により流動層
燃焼され、微粒径のもののみがガス流により主燃
焼室１内を上昇せしめられ、後述する二次燃焼室
２０において完全に燃焼されることになる。

ところで、前記補助燃焼室出口１７は、第２図
に示す如く、水管１６…を齟齬させた所謂スラグ
スクリーン構造に構成されている。また、炭質物
溢流口１８は、第３図及び第４図に示す如く、各
水管１６，１６間の連結フイン１６ａ…に穿設し
た連通孔１８ａ…からなる。この実施例では、炭
質物溢流口１８の開口量を、各連通孔１８ａに添
設させた板状ダンパ１８ｂ…をシリンダ等（図示
せず）により上下動させることによつて適宜に調
整しうるようにしてあつて、気泡型流動層１１の
層高さ及び噴流型流動層１２における層密度を調
整し、燃焼・圧力損失を制御しうるように工夫し
てある。

また、主燃焼室１の上方部分は二次燃焼室２０
に構成されている。すなわち、補助燃焼室出口１
３の上方部位において、二次空気供給管路２１を
接続した二次空気噴出ノズル２２を配設してあつ
て、このノズル２２から主燃焼室１の上方部分た
る二次燃焼室２０に二次空気を高速噴出させるよ
うになつている。したがつて、補助燃焼室出口１
７から噴出された還元ガスは反転分離作用空間１
９においてガス全体を一旦還元状態に維持し、こ
れによつて効果的な低NOx運転が行われること
になる。そして、この状態において二次空気が噴
出されると、二次燃焼室２０において未燃炭及び
未燃ガスが再燃焼せしめられ、完全燃焼が行われ
ることになる。なお、二次空気供給管路２１は前
記高温空気導入管路１４に分岐接続されている。
また、二次燃焼室出口２３は、前記補助燃焼室出
口１７と同様のスラグスクリーン構造に構成され
ている。

さらに、二次燃焼室２０には廃ガス排出経路２
４が連設されている。すなわち、第１図に示す如
く、二次燃焼室出口２３から煙突２５に至る煙道
２６が形成されており、この煙道２６には、出口
２３側から順次、加熱器２７、ボイラ本体２８、
エコノマイザー２９、エアヒータ３０、サイクロ
ン３１、電気集塵機３２、誘引通風機３３が介装
されている。そして、ボイラ本体２８下の煙道部
分は集塵ホツパー２６ａに構成されており、この
ホツパー２６ａ及び前記サイクロン３１で捕集し
た微粉塵を再循環経路３４から噴流型流動層１２
に回収循環させるようになつている。すなわち、
ホツパー２６ａ及び前記サイクロン３１に垂下連
設した集塵導管路３５，３６を、再吹込用フアン
３７から補助燃焼室２に至る再吹込用管路３８に
接続してある。したがつて、煙道２６及びサイク
ロン３１で捕集された微粉塵は、噴流型流動層１
２に循環されて該流動層１２において強烈に撹拌
されて容易に空間燃焼せしめられ、且つ補助燃焼
室２から反転分離作用空間１９に噴出された上、
前述した如く反転分離されて、二次燃焼室２０か
ら廃ガス廃出経路２４への再飛散が確実に防止さ
れ、脱硫作用も極めて効率よく行われることにな
る。

なお、上記実施例では、各空気供給管路８，
９，２１を一つの高温空気導入管路１４に分岐接
続して、各流動化用空気及び二次空気を共通の空
気源から供給するようにしたが、各別の空気源か
ら供給するようにしてもよいこと勿論である。ま
た、二次空気噴出ノズル２２は上下に複数個設け
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の流動層燃焼装置は、気泡型流動層を主
体としているから、広範囲の燃料に対して安定し
た燃焼を行うことができる。しかも、気泡型流動
層を構成する炭質物の一部を噴流型流動層の下部
に溢流移動させて、空間燃焼させつつ気泡型流動
層上に循環させるようにして、かかる循環炭質物
のうち粒径の大きいものを気泡型流動層で再燃焼
させ、微粒なもののみを二次燃焼室で完全燃焼さ
せるようにしたから、所謂フライアツシユが少な
くなり、極めて高い燃焼率を得ることができる。
このように、本発明は、気泡型流動層及び噴流型
流動層の利点をそのまま活かしながら、その欠点
を排除したものであり、理想的な流動層燃焼装置
を提供することができる。

さらに、噴流型流動層を還元燃焼状態に維持す
るようにしておけば、極めて効果的な低NOx運
転を行うことができ、また廃ガス排出経路で捕集
した微粉塵を噴流型流動層に循環回収して再燃焼
させるようにしておけば、脱硫作用も極めて効率
よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係る流動層燃焼装置
の一実施例を示したもので、第１図は装置全体を
示す縦断側面図、第２図は要部（補助燃焼室出
口）の構成を示す斜視図、第３図は他の要部（炭
質物溢流口）の構成を示す横断平面図、第４図は
同要部の正面図である。 １……主燃焼室、２……補助燃焼室、３……仕
切壁、１１……気泡型流動層、１２……噴流型流
動層、１７……補助燃焼室出口（上連通路）、１
８……炭質物溢流口（下連通路）、１９……反転
分離作用空間、２０……二次燃焼室、２２……二
次空気噴出ノズル、２４……廃ガス排出経路、３
４……再循環経路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気泡型流動層が形成される主燃焼室と噴流型
   流動層が形成される補助燃焼室とを、両燃焼室の
   上下部間を夫々上下連通路を介して連通させた状
   態で、区画併設し、主燃焼室の上方側部分を、前
   記上連通路の開口位置より上方位において二次空
   気が供給される二次燃焼室に構成すると共に、こ
   の二次燃焼室に廃ガス排出経路を連設したことを
   特徴とする流動層燃焼装置。 ２ 前記主燃焼室が、層内の空気過剰率を１〜
   1.1程度とする気泡型流動層を形成させるように
   構成したものであることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載する流動層燃焼装置。 ３ 前記補助燃焼室が、層内の空気過剰率を0.7
   程度として還元燃焼状態に維持された噴流型流動
   層を形成させるようにしたものであることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   する流動層燃焼装置。 ４ 前記補助燃焼室が、廃ガス排出経路において
   捕集された微粉塵を噴流型流動層に回収する再循
   環経路を備えたものであることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載す
   る流動層燃焼装置。 ５ 前記上連通路が、補助燃焼室から炭質物をガ
   スと共に気泡型流動層上に下向き噴出させるもの
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項又は第４項に記載する流動層
   燃焼装置。 ６ 前記下連通路が、その開口量を調整自在に構
   成されたものであることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５
   項に記載する流動層燃焼装置。