JPH0626611A - 流動床反応器における二段階燃焼のための装置及び方法 - Google Patents

流動床反応器における二段階燃焼のための装置及び方法

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JPH0626611A
JPH0626611A JP5105379A JP10537993A JPH0626611A JP H0626611 A JPH0626611 A JP H0626611A JP 5105379 A JP5105379 A JP 5105379A JP 10537993 A JP10537993 A JP 10537993A JP H0626611 A JPH0626611 A JP H0626611A
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reactor
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flue gas
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、ＮＯｘ減少のための流動床
における二段階燃焼装置及び方法を提供すること。 【構成】 本発明の二段階燃焼の装置及び方法は、燃料
を含む固体粒子の床を確立し、該粒子を流動化するため
該床へ空気を導入し、前記燃料粒子の燃焼を促進し、か
くて該燃焼からの煙道ガスが該粒子の一部分を随伴し、
該煙道ガスから該随伴粒子を分離し、分離煙道ガスを該
流動床装置から二次燃焼組立体へと通過させ、酸素含有
ガスを該分離煙道ガスへ該ガスを燃焼するために供給す
る工程及びこの工程を実現するための手段とで構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流動床反応器を利用す
る二段階燃焼装置及び方法に関し、特に、二次燃焼組立
体がＮＯｘを含む未反応煙道ガスの二次燃焼のために提
供される装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】流動床装置における二段階燃焼の使用は
一般的に知られている。例えば、エングストームらの米
国特許第４，６１６，５７６号は、二段階燃焼方法を開
示しており、かような二段階燃焼方法においてそれぞれ
関連するサイクロン分離器を有する二個の循環流動床装
置が直列に連結されて利用され、減少されたＮＯｘ放出
を伴なう効果的な燃焼方法を提供する。しかしながら第
二流動床の使用は、結果として操作制御の著しい複雑
さ、相当の装置重複及び関連する装置コストの増加をも
たらす。さらに、流動床およびサイクロン分離器の両方
は、循環粒状物質の研磨作用のため摩損をこうむりやす
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、流動床反応器における二段階燃焼装置及び方法
を提供することにある。
【０００４】本発明の更に別の目的は、増加した燃焼効
率を享受する上記型式の装置及び方法を提供することに
ある。
【０００５】本発明の更に別の目的は、減少されたＮＯ
ｘ放出を享受する上記型式の装置及び方法を提供するこ
とにある。
【０００６】本発明の更に別の目的は、ＮＯｘ除去剤の
噴射及び混合を備える上記型式の装置及び方法を提供す
ることにある。
【０００７】本発明の更に別の目的は、ガスが適切なＮ
Ｏｘスクラッビングを行なうために要求される滞留時間
及び温度を提供する上記型式の装置及び方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これら及び他の目的の遂
行のために、本発明の装置方法は、還元条件下で操作さ
れる流動床を特徴とし、かような還元条件において、反
応器から排出された煙道ガスに含まれる固体は分離され
て反応器へと再循環され、清浄ガスは、酸素含有ガスが
供給される二次燃焼組立体へと導入される。また、ＮＯ
ｘ除去剤は、ＮＯｘ放出を低下させるため二次燃焼組立
体へと供給される。
【０００９】
【実施例】本発明の装置及び方法は、図１の参照番号１
０によって一般的に示される自然水循環蒸気発生器の一
部分を形成している流動床反応器に関して記述される。
【００１０】蒸気発生器１０は蒸気ドラム１２を含み、
この蒸気ドラム１２はフィードパイプ１４から水を受理
し、複数の蒸気パイプ１６を経て外部装置へと発生した
蒸気を排出する。
【００１１】流動床反応器１８は蒸気ドラム１２に隣接
して配置され、前壁２０Ａ、離隔平行後壁２０Ｂ及び一
方が参照番号２２によって示される二つの離隔側壁を含
んでおり、かような二つの離隔側壁は実質的に矩形の炉
２４を形成するため前後壁に直角に延長している。
【００１２】反応器１８の壁２０Ａ、２０Ｂ、及び２２
は、垂直に配置された細長い棒つまりフィンによって内
部連結される複数の垂直に配置された管によって形成さ
れ、連接する気密構造を形成している。この型式の構造
は慣用であるので、図示せず、さらに詳細に記述するこ
ともしない。
【００１３】壁２０Ａ，２０Ｂ及び２２の各々の管端部
は、後に説明される理由により、水平に配置された下部
及び上部ヘッダー２６，２８にそれぞれ連結される。
【００１４】適当な源（図示せず）からの圧縮空気が強
制通風ブロワー等の慣用手段によって導入される反応器
１８の下方部分に、プレナム室３０は配置される。
【００１５】穿孔空気分配板３２は、反応器１８の燃焼
室下端部かつプレナム室３０の上方にて適宜支持され
る。プレナム室３０を通して導入された空気は、故に、
空気分配板３２を通して上方向に通過し、必要により空
気予熱器（図示せず）によって予熱され、空気制御ダン
パーによって適宜調節されてもよい。空気分配板３２
は、石炭の燃焼中に形成される硫黄酸化物を吸収するた
めに粉砕石炭、石灰石、あるいはドロマイトを一般的に
含んでいる粒状物質の床３４を支持するように、適合さ
れる。
【００１６】反応器１８の壁２０Ａ，２０Ｂ及び２２の
下方部分の内部表面は、耐火材３６あるいは他の適当な
絶縁材料で張られており、前記耐火材は、空気分配板３
２の上方に所定の距離を延長している。
【００１７】燃料分配器３８は、床３４の上部表面上に
粒状燃料を導入するため前壁２０Ａを通して延長してお
り、他の分配器も、必要により粒状吸収剤材料及び／ま
たは追加の粒状燃料材料を床３４上に分配するために壁
２０Ａ、２０Ｂ及び２２に関連され得ることが理解され
る。
【００１８】ドレンパイプ４０は空気分配板３２の開口
と整合し、消費燃料及び吸収剤材料を床３４から外部装
置へと排出するためにプレナム３０を通して延長する。
【００１９】多数の空気孔４２は、後述する理由で、二
次空気をボイラーへと導入するため、床３４から所定の
高さにて側壁２２を通して備えられる。一つ以上の高さ
の追加空気孔が、必要により、壁２０Ａ，２０Ｂ及び他
の側壁を通して備え得ることが理解される。
【００２０】後壁を形成している管のうち何本か（図示
せず）を後方に曲げることによって、後壁２０Ｂの上方
部分に開口４４が形成され、炉２４の上方部分を反応器
１８に隣接して配置される分離区域４６と連通させる。
分離区域４６は、サイクロン分離器中に配置された同心
管５０を有するサイクロン分離器４８を備え、前記同心
管は、分離器の壁とともに反応器１８から分離器に入る
ガスのための環状流路を形成する。後者のガスが分離区
域の上方部分へと通過する前に、ガスは環状室から随伴
された固体を遠心力によって分離するために環状室内で
渦巻く。分離器４８はホッパー部分４８ａを備え、分離
された固体は、さらに詳細に後述するように、再循環導
管５２によって反応器１８内へと戻される前に前記ホッ
パー部分へと落ち込む。分離器４８の壁は、また、反応
器壁２０Ａ、２０Ｂ及び２２に関して上述されたように
管及びフィンによって形成されることが可能であり、分
離器４８を形成している管の下端部はヘッダー５３へと
連結される。
【００２１】二段階燃焼組立体５４は、分離区域４６の
上方に配置され、分離区域にガス流連通している。組立
体５４は、管５０の延長部分５０Ａに直列に連結された
燃焼容器５６を備え、後述するように分離区域５０から
受理した煙道ガスの二次燃焼のための反応室を提供す
る。ＮＯｘ除去剤注入パイプ５８は、反応室内へとＮＯ
ｘ吸収剤を導入するために燃焼容器５６の壁を通して延
長しており、他のパイプも、必要により、ＮＯｘ除去剤
を反応室内へと分配するために、容器５６と関連され得
ることが理解される。
【００２２】開口６０は、容器５６をＮＯｘスクラッビ
ング区域６２へ連結するために、容器５６の末端部を通
して設けられる。スクリーン６４は、開口６０内に適宜
支持され、煙道ガスとＮＯｘ除去剤が開口を通過する際
の煙道ガスとＮＯｘ除去剤との適当な混合を保証するよ
うに適合される。後述される目的のために、区域６２の
内部表面は、必要により絶縁材６６あるいは他の適当な
耐火材料で張られている。
【００２３】熱回収包囲体６８は、スクラッビング区域
６２の下方に配置され、スクラッビング区域から清浄ガ
スを受理する上部壁部分において形成された開口７０を
有する。再熱器７２及び過熱器７３はガス通路中の熱回
収包囲体６８の内に配置され、それぞれは流れ回路にて
連結された複数の管からなり、前記流れ回路は、慣用の
態様で管を通して蒸気を通過させ、ガスから熱を除去す
るための蒸気ドラム１２及び蒸気パイプ１６を含み得
る。蒸気発生器１０が蒸気タービンに連結されている場
合に、加熱蒸気は、タービンを駆動するためタービン
（図示せず）へと通過させられ、再熱器７２は、タービ
ンから消費蒸気を受理するためタービンの出口へと慣用
の態様で連結される。出口ダクト７４は、後述されるよ
うに、包囲体からガスを排出するため、包囲体６８内に
備えられる。酸素監視装置７６は、出口ダクト７４に連
結され、かつ出口ダクト７４の下方に配置され、出口ダ
クトからの排出ガス内の過剰な酸素を監視する。一対の
空気導管７７Ａ，７７Ｂは、管５０Ａの壁の開口と整合
し、二次燃焼組立体５４への通過のために後者の管へ二
次空気を供給する。二次空気制御バルブ７８は、酸素監
視装置７６へと電気的に連結され、かつ酸素監視装置７
６から制御信号を受理し、空気導管７７Ａ，７７Ｂへの
二次空気の流れを制御するように操作する。
【００２４】熱回収包囲体６８の上方部分を形成してい
る壁はまた、垂直に配置された細長い棒つまりフィンに
よって内部連結される複数の垂直に配置される管によっ
て形成されており、反応器壁２０Ａ，２０Ｂ及び２２と
同一の連接壁状構造を形成する。これらの壁の上端部
は、複数の水平延長上部ヘッダー８０に連結されてお
り、壁の下端部は一つが参照番号８２によって示される
複数の水平延長下部ヘッダーに連結されている。
【００２５】図示されてはいないが、下降管等を含む水
流回路は、蒸気ドラム１４をヘッダー２６、２８、５
３、８０及び８２へと連結し、蒸気パイプ１６を再熱器
７２及び過熱器７３へと連結するために備えられる。故
に水及び蒸気のための流れ回路は、蒸気ドラム１２、再
熱器７２、過熱器７３、及び反応器１８を形成している
壁、分離区域４６、及び回路が蒸気タービン（図示せ
ず）へと連結されている熱回収包囲体６８を通して形成
される。上記は慣用であるので、さらには記述しない。
【００２６】蒸気発生器１０の操作において、始動石炭
量は分配器３８を通して導入され、床３４内の粒状材料
の上部表面上に拡散される。空気はプレナム室３０内へ
と導入され、床３４内の石炭及び始動石炭は、床内に位
置されたバーナー（図示せず）によって着火され、石炭
の燃焼が進むにつれて、追加の空気が比較的高圧及び高
速度にてプレナム室３０内へと導入される。一方、床３
４は、プレナム３０内に位置されるバーナーによって暖
められ得る。プレナム３０を通して供給される空気の範
囲は、完全燃焼に要求される空気の３５％から８５％ま
でとすることが可能であり、追加の６０％から１０％ま
では孔４２を通して供給される。故に、本発明の操作原
理にしたがって、プレナム３０及び空気孔４２を通して
導入される全酸素量は、炉２４内における燃焼が化学量
論的（還元）条件以下にて生じ、可燃物質の熱分解を行
う一方、ＮＯｘ化合物の形成を最少化するように調節さ
れる。
【００２７】プレナム室３０から空気分配板３２によっ
て導入される、高圧、高速度の燃焼支持空気は、石炭灰
及び消費石灰石の微粒子を含む比較的微細な粒状材料の
粒子を、燃焼ガス内に随伴させ、故に燃焼ガスにより空
気圧により搬送されるようにする。この随伴された粒子
とガスの混合物は、随伴された固体を含むガス柱を形成
するように、炉２４内を上方に上昇し、反応器１８から
開口４４を通して分離区域４６へと通過する。
【００２８】前述の態様にて炉内へと導入された燃料、
吸収剤及び空気の量は、炉２４内の床３４の上方にて形
成されるガス柱が、固体材料によって飽和させられる、
すなわちガスによる固体材料の最大限随伴が達成される
ように調節され、飽和状態の結果として、微細な固体の
一部分は床３４内に保持されるが、最大容量で操作して
いるときには、全容量の２０〜３０％といった、比較的
高い固体容積パーセントを示す。
【００２９】粗粒状材料は、炉２４の下方部分に、微細
材料の一部分とともに蓄積され、一方、微細材料の残り
の部分はガス柱を通して上方に通過する。ガス柱の長さ
に渡って移動し、反応器１８から開口４４を通して出る
比較的微細な粒子は、分離区域４８内の燃焼ガスから分
離され、再循環導管５２を通して流動床へと再循環して
もどってくる。このこと及び分配器３８を通しての追加
粒状燃料及び吸収剤材料の導入は、床３４の上方に飽和
ガス柱を維持する。
【００３０】水が水供給パイプ１４を通して蒸気ドラム
１２へと導入され、そこでドラム１２内の水と混合す
る。ドラム１２からの水は、上述したように下降管等を
通して、下部ヘッダー２６及び反応器壁２０Ａ，２０Ｂ
及び２２を形成する管へと下方へ導かれる。流動床、ガ
ス柱及び搬送された固体からの熱は水の一部分を蒸気へ
と転化させ、水と蒸気の混合物は管内にて上昇し、上部
ヘッダー２８及び８０内に集まり、蒸気ドラム１２へと
移動される。蒸気と水は慣用の態様にて蒸気ドラム１２
内にて分離され、分離蒸気は、上述したように、蒸気パ
イプ１６によって蒸気ドラムから再熱器７２及び過熱器
７３へと導かれ、終極的には蒸気タービンへと通過す
る。分離水は、供給パイプ１４から供給される新たな水
と混合され、直前に記載された態様にて流れ回路を通し
て再循環される。他の冷却表面は、好ましくは、本質的
に垂直な管を有する仕切り壁の形状にて、炉２４内にて
利用され得る。
【００３１】本発明の特徴にしたがって、分離区域４６
からの熱清浄ガスは管延長部５０Ａ中を通過し、そこで
二次空気が導管７７Ａ，７７Ｂを通して加えられ、これ
によって燃焼容器５６は、酸素監視装置７６によって計
測される化学量論１１５〜１２８％にて操作される。二
次空気の追加は、結果として、ガス温度の関連する増加
とともに、燃焼容器５６内の熱清浄ガスの二次燃焼をも
たらす。ＮＯｘ除去剤は、スクラッビング区域６２への
開口６０に隣接する容器５６内へ、パイプ５８を経て導
入され、煙道ガスとＮＯｘ除去剤の適切な混合は、混合
物がスクラッビング区域６２へと入るときに、スクリー
ン６４によって保証される。清浄ガスとＮＯｘ吸収剤と
の混合物は、スクラッビング区域６２中を通過し、そこ
でＮＯｘ化合物が破壊される。
【００３２】スクラッビング区域６２からの熱清浄ガス
は、ガスが出口７４を経て蒸気発生器から排出する前
に、ガスから追加の熱を除去するため、再熱器７２及び
過熱器を渡って通過する。故に、再熱器７２及び過熱器
７３中を通過する蒸気の温度は、容器５６内の煙道ガス
の二次燃焼を制御することによって、制御され得る。プ
レナム３０内へと導入される空気が、１０気圧のオーダ
ーにおいて比較的高圧である場合、出口７４からのガス
は、ガスタービン等（図示せず）へと導かれ得る。
【００３３】化学量論的空気のパーセントの関数として
の瀝青炭の効果的加熱値が図２に示される。容器５６内
の熱清浄ガスの結果として生ずる燃焼は、図２に示すよ
うに約２５０°Ｆ（１２１℃）のガス温度の増加を生
じ、故に、ガスがスクラッビング区域６２へ入るのに先
立ち、一酸化炭素等の有毒ガスの破壊を保証する。容器
５６から出るガスの温度は、特定のＮＯｘ吸収剤の温度
要求によって限定される。
【００３４】蒸気タービン負荷の変化に応じて、床３４
の温度は、空気プレナム３０及び空気孔４２を経てボイ
ラーへと供給される空気量を変化させることによって予
め設定された許容値に維持される。
【００３５】
【発明の効果】したがって本発明の方法は、流動床反応
器の使用を二次燃焼組立体及びＮＯｘスクラッビング区
域と合体させることによって、いくつかの利点を有する
ことが理解される。たとえば本発明の方法は、いくつか
の要因によってＮＯｘ放出の実質的減少を提供する。第
一に、炉は、還元雰囲気のもとで操作され、ＮＯｘ類の
生成を相当に限定する。第二に上記の利点とともに、上
だき空気フラクションを有する管延長部５０Ａ内の二次
空気段階は、ＮＯｘ放出を減少させる。また、清浄煙道
ガスの二次燃焼は、ＮＯｘ除去剤の導入に加えて、さら
に、ＮＯｘ放出を減少させる。さらにスクラッビング区
域には、ＮＯｘ除去剤が相当に残留ＮＯｘを減少するた
めの適切な環境を維持する絶縁材が設けられる。また、
燃焼組立体５４の追加は、対流区域へと通過する煙道ガ
スの温度を増加させ、故に、仕事を炉２４から対流区域
へと移し、前記対流区域は多くの場合、ホッパー部分４
８ａと炉２４との間に置かれる外部熱交換器の必要性を
除き、したがって設計を単純化し、コストを減少する。
【００３６】特に図面にて示さないが、他の追加必要装
置及び構造上の構成部品が設けられ、かつこれら及び上
記された構成部品のすべては、完全かつ操作的な装置を
形成するように、いかなる適切な態様にても、配置さ
れ、支持されることが理解される。
【００３７】また、本発明の範囲から離れることなし
に、本発明の方法において変形がなされてもよいことが
理解される。たとえば二段階燃焼組立体は、いかなる種
類の流動床装置にも使用され得る。
【００３８】もちろん前記における他の変形は、当業者
によってなされることが可能であり、ある例において、
本発明の特徴が他の特徴の対応する使用なしに用いられ
ることもある。従って添付請求項は、広く、本発明の範
囲と一致する態様にて解釈されることが適切である。
【図面の簡単な説明】
上記の記載、並びに本発明の方法のさらなる目的、特徴
及び利点は、本発明に関する現在好ましいが例示的実施
態様の以下の詳細な記載により、以下の添付図面に基づ
きより充分に認識されるであろう。
【図１】図１は、本発明の流動床反応器を示す略示図で
ある。
【図２】図２は、本発明の装置及び方法を利用している
化学量論的空気パーセントと燃料の効果的加熱値との間
の関係の実施例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 蒸気発生器 １８ 反応器 ２４ 炉 ３０ プレナム室 ３２ 空気分配板 ３４ 床 ３８ 燃料分配器 ４６ 分離区域 ４８ サイクロン分離器 ５４ 二段階燃焼組立体 ６２ スクラッビング区域 ６８ 熱回収包囲体 ７２ 再熱器 ７３ 過熱器 ７６ 酸素監視装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】反応器１８の壁２０Ａ、２０Ｂ、及び２２
は、垂直に配置された細長い棒つまりフィンによって相
互に連結される複数の垂直に配置された管によって形成
され、連接する気密構造を形成している。この型式の構
造は慣用であるので、図示せず、さらに詳細に記述する
こともしない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】熱回収包囲体６８の上方部分を形成してい
る壁はまた、垂直に配置された細長い棒つまりフィンに
よって相互に連結される複数の垂直に配置される管によ
って形成されており、反応器壁２０Ａ，２０Ｂ及び２２
と同一の連接壁状構造を形成する。これらの壁の上端部
は、複数の水平延長上部ヘッダー８０に連結されてお
り、壁の下端部は一つが参照番号８２によって示される
複数の水平延長下部ヘッダーに連結されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】図示されてはいないが、下降管等を含む水
流回路は、蒸気ドラム１２をヘッダー２６、２８、５
３、８０及び８２へと連結し、蒸気パイプ１６を再熱器
７２及び過熱器７３へと連結するために備えられる。故
に水及び蒸気のための流れ回路は、蒸気ドラム１２、再
熱器７２、過熱器７３、及び反応器１８を形成している
壁、分離区域４６、及び回路が蒸気タービン（図示せ
ず）へと連結されている熱回収包囲体６８を通して形成
される。上記は慣用であるので、さらには記述しない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を含む固体粒子の床を確立する工程
    と、該粒子を流動化するために該床へ空気を導入し、前
    記燃料粒子の燃焼を促進し、かくて該燃焼による煙道ガ
    スが該粒子の一部分を随伴する工程と、該煙道ガスから
    該随伴粒子を分離する工程と、分離煙道ガスを該流動床
    装置から二次燃焼組立体へと通過させる工程と、酸素含
    有ガスを該分離煙道ガスへ該ガスを燃焼するために供給
    する工程とからなる二段階燃焼方法。
  2. 【請求項２】 燃料を含む固体粒子の床を確立するため
    の手段と、該燃料粒子を流動化するため該床へ空気を導
    入し、該粒子の燃焼を促進するための手段であって、そ
    れにより該燃焼からの煙道ガスが該粒子の一部分を随伴
    する前記手段と、該煙道ガスから該随伴粒子を分離する
    ための手段と、二次燃焼組立体と、該分離煙道ガスを該
    流動床装置から該二次燃焼組立体へと通過させるための
    手段と、酸素含有ガスを該分離煙道ガスへ煙道ガスを燃
    焼させるために供給する手段とからなる二段階燃焼装
    置。
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