JPH0639226Y2 - 流動床装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、砂等の流動媒体で形成される流動床中で例え
ばビール粕等の高含水残渣物を燃焼させる流動床燃焼装
置や、該流動床中で石炭等の燃料を燃焼させる流動床ボ
イラ等の流動床装置に係り、詳しくは、該流動床装置の
ガス分散板に取り付けられるガス分散パイプへの付着や
その閉塞をなくして安定した運転が行えるようにした流
動床装置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えばビール粕等の高含水残渣物を流動燃焼させる流動
床装置としての流動床燃焼装置は第４図に概略を示すよ
うな構成にされている。

第４図において、流動床燃焼装置１は最下段に空気取入
口2aおよび助燃用バーナ2bを備えた空気室２、中段に上
流側流動室としての一次流動燃焼室３、最上段に下流側
流動室としての二次流動燃焼室４が備えられて構成され
ている。空気室２と一次流動燃焼室３との間、および、
一次流動燃焼室３と二次流動燃焼室４との間には、それ
ぞれガス分散板５、６が装置を横断して設けられてい
る。一次流動燃焼室３内において、ガス分散板５の上部
では粒径が例えば0.5〜1mmの砂等の流動媒体７がガス分
散板５から供給される空気によって流動化されて一次燃
焼流動床８が形成され、この流動床８中に高含水残渣物
12がスクリューフィーダ供給機13から投入されて燃焼さ
れる。ガス分散板５は、詳細を第５図に示すように、装
置を横断して設けられた仕切板16に、多数の垂直状のガ
ス分散パイプ14と、これを挟むようにして水平状の水冷
管17とが取り付けられて構成されており、ガス分散パイ
プ14の上端にはガス分散パイプ14内への流動媒体７の流
入、落下を防ぎガスを上方へ分散させるためのガス分散
キャップ15が取り付けられ、ガス分散キャップ15のやや
下方のガス分散パイプ14にはその円周方向に複数個（例
えば円周方向均等間隔で４個）のガス噴出孔14aが穿設
されている。この各々のガス噴出孔14aの開口径はガス
分散パイプ14部で所要の通風抵抗を付与するためにかな
り小さい径とされている。これは流動媒体７を流動化さ
せて流動床部８（10）を形成するための通風抵抗（圧
損）が流動床の面に対して局部的に変動した場合でも、
各々のガス分散パイプ14部に所要の通風抵抗を付与して
おくことにより、ガス分散パイプ14部と流動床部８（1
0）でのトータルの通風抵抗に対する流動床部８（10）
での通風抵抗の変動範囲の割合をなるべく小さい値とし
て流動床の面に対する局部的な吹き抜け等を防止し、流
動床全面にわたって流動化をなるべく安定化して良好な
燃焼効率を維持させるためである。

仕切板16の下部には所定厚みのキャスタブル等の耐火物
18が取り付けられている。なお、一次流動燃焼室３と二
次流動燃焼室４との間にガス分散板６もこのガス分散板
５と同様に構成されている。一次流動燃焼室３の一次燃
焼流動床８の上部空間は一次燃焼空間９とされている。

一方、一次流動燃焼室３の上段の二次流動燃焼室４内に
おいて、ガス分散板６の上部では流動媒体７がガス分散
パイプ14のガス噴出孔14aから供給される燃焼ガスによ
って流動化されて二次燃焼流動床10が形成され、その上
部は二次燃焼空間11とされている。また、この二次燃焼
流動床10中には水管19が設置されている。

このような構成の流動床燃焼装置１の作動を説明する。

空気室２の、助燃用バーナ2bからの燃焼ガスと空気取入
口2aからの流動化兼燃焼用空気をガス分散板５のガス分
散パイプ14のガス噴出孔14aから一次流動燃焼室３内に
供給して一次燃焼流動床８を形成させ、水分を例えば70
％含んだビール粕などの高含水残渣物12をスクリューフ
ィーダ13で一次燃焼流動床８中に供給すると、一次燃焼
流動床８と一次燃焼空間９とで例えば残渣物12例えば約
70％燃焼される。なお、一次燃焼流動床８の温度は750
〜900℃に保たれており、この中に投入された高含水残
渣物12は砂（流動媒体７）と直接接触することにより瞬
時に蒸発し、水分を失った残渣物12は砂で撹拌されつつ
容易に燃焼する。残りの約30％の未燃分と一次流動燃焼
室３内で発生したアッシュ（灰）は上部のガス分散板６
のガス分散パイプ14内に入り、さらにそのガス噴出孔14
aから二次流動燃焼室４内に導入され、ここで流動媒体
７が流動化されて二次燃焼流動床10が形成される。この
二次燃焼流動床10とその上部の二次燃焼空間11で残りの
約30％の未燃分が燃焼される。そして、燃焼ガスの保有
熱は二次燃焼流動床10部の水管19で吸収されて蒸気また
は温水として回収され、有効に利用される。

〔本発明が解決しようとする課題〕

第４図に示したような高含水残渣物を流動燃焼させる流
動床燃焼装置１においては、一次流動燃焼室３でビール
粕などの高含水残渣物を燃焼させると、一次流動燃焼室
３で発生した未燃分や灰は燃焼ガスと共に一次流動燃焼
室３と二次流動燃焼室４との間のガス分散板６のガス分
散パイプ14内へ導入され、さらにその上部のガス分散キ
ャップ15下方の複数個のガス噴出孔14aを通過して二次
流動燃焼室４内へ流入するが、この過程において第５図
に示すようにガス分散パイプ14内を上昇した灰を伴った
燃焼ガスはガス分散パイプ14頂部のガス分散キャップ15
の下面にまず衝突し、その後ガス流が反転して開口面積
の狭いガス噴出孔14aへ高速で流れ込んで排出されるた
め、前記ガス分散キャップ15の下面へのガスの衝突によ
りガス分散キャップ15の下面（図中Ａ部）やガス噴出孔
14aを出た後にガス分散キャップ15の外周部下面（図中
Ｂ部）へ灰が付着する。この付着は温度条件によって溶
着したり、運転の中断や再開に伴って固着することもあ
る。この現象は運転を続行していく間に漸次進行してい
き、付着や溶着が成長して積層されてついにはガス噴出
孔14aが閉塞されてしまう。また、ガス噴出孔14aが詰ま
り勝手になると、ガス分散パイプ14内の流速が落ちガス
分散パイプ14の内壁にも付着が進行するようになる。な
お、このような灰の溶着や付着は灰の溶融点が低い残渣
物を燃焼させる場合に特に著しい。このようなガス噴出
孔14aの閉塞、ガス分散パイプ14内壁への付着が発生す
ると、ガス分散板６を通してガスが一次流動燃焼室３か
ら二次流動燃焼室４へ供給されにくくなって供給ガス量
が減少され、かつ、ガス分散板６における差圧が大きく
なり、流動燃焼ができなくなるという問題がある。ま
た、多数のガス分散パイプ14について灰の付着や溶着状
態が異なる時には部位によってガスが流れ易い個所がで
きたり、流れ難い個所ができたりして、流動床の部位に
よって圧力が異なり、圧力変動が起こり、一様な流動化
が行えず効率的な流動燃焼が行えないという問題があ
る。

本考案はこのような問題点に鑑みてなされたものであ
り、ガス分散板に取り付けられるガス分散パイプへの燃
焼灰等の溶着や付着を極めて少ないものとし、その閉塞
を防いで安定した流動化が行え、安定した運転ができる
ようにした流動床装置を提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は、 多数のガス分散パイプを有したガス分散板を挟んで上流
側流動室と下流側流動室とを備え、この両方の流動室で
各々流動媒体を流動化させて流動床を形成させ、上流側
流動室で燃焼される被燃焼物の燃焼ガスを下流側燃焼室
に前記ガス分散板の各々のガス分散パイプを通過させて
分散供給して下流側流動床を形成するようにした流動床
装置において、前記ガス分散板のガス分散パイプをその
上端のガス排出口が直接下流側流動床と連通して開口し
た直管とし、この直管内に直管の内径よりも小径のガス
通路を形成した絞り部を設けるとともに、前記上流側流
動室と下流側流動室との間を流動媒体還元装置で接続し
た構成としたものである。

〔作用〕

上流側流動室の例えば一次流動燃焼室での被燃焼物の燃
焼ガスは燃焼灰と未燃物を伴って上部のガス分散板の各
々のガス分散パイプ内へと導入されガス分散パイプの内
部に設けた絞り部の小径の通路に流入してここを高速で
流れ、ここで所要の通風抵抗を付与される。絞り部を通
過した燃焼ガスはやや速度を落とされて直管内を真っ直
ぐ上昇し上端のガス排出口から直接下流側流動室、例え
ば二次流動燃焼室の内部へ排出され、そこの流動媒体を
流動化して流動床を形成する。しかして、ガス分散パイ
プは直管から形成され、かつ、そのガス排出口は上端を
開口させたままの状態で形成されているため、燃焼ガス
がガス分散パイプを通過する間に従来のようにガスの衝
突、反転（方向転換）動作が全くなく、燃焼ガスに伴わ
れて流れる灰等の付着物は殆ど付着することはない。な
お、絞り部では燃焼ガスの流れは直進流であるので、付
着物の付着は殆ど生じることはなく、安定してガス分散
板部に所要の抵抗を与えることができ、流動床部で圧力
変動が生じても全体の通風抵抗に対する変動割合を安定
して小さく抑えることができ、流動化が安定して行わ
れ、付着の激減と相まって、安定した流動床装置の運転
が行われる。一方、ガス分散パイプは上端のガス排出口
が下流側流動床と直接連通されて開口されているので、
運転を中止した時、即ち、流動化空気の供給を中止した
時には、下流側流動室内の流動媒体がガス分散パイプを
通って上流側流動室内へ落下する。従って、例えば運転
再開時等に流動媒体還元装置によって上流側流動室内へ
落下した流動媒体が下流側流動室内へ戻され、還元され
る。以後、運転が円滑に行われる。なお、流動媒体がガ
ス分散パイプ内を通って落下するときにガス分散パイプ
内面や絞り面が流動媒体と接触させられて僅かに付着し
ているような微小な付着物等が除去され該部の清掃もさ
れる。

〔実施例〕

次に、第１図〜第３図に基づき本考案の実施例を説明す
る。本実施例では流動床装置がビール粕等の高含水残渣
物を燃焼させる流動床燃焼装置である場合について説明
する。なお、これらの図面において、前述した第４図お
よび第５図と同一部分および相当する部分には同一符号
を付しその説明は省略する。

第１図は前述した第４図に対応した流動床燃焼装置１の
全体を示すように概略縦断面図である。

空気室２の上方にはガス分散板５を介して上流側流動室
としての一次流動燃焼室３が形成され、この一次流動燃
焼室３の上部にはガス分散板６を介して下流側流動室と
しての二次流動燃焼室４が形成されている。空気室２と
一次流動燃焼室３の間のガス分散板５は第４、５図に示
したものと同様な構成にされている。

一方、一次流動燃焼室３と二次流動燃焼室４の間のガス
分散板６はその詳細を第２図および第３図にも示すよう
に次のように構成されている。

ガス分散板６は、水平状に渡された複数本の水冷管17が
仕切板16によって連結され、隣合う水冷管17と17との中
間部の仕切板16には所定の高さを有し直管で形成された
ガス分散パイプ20が立設されて多数取り付けられて配置
され、仕切板16の下面にはキャスタブル等の耐火物18が
取り付けられて構成されている。このガス分散パイプ20
は、従来のようにガス分散キャップを備えてはおらず、
単に上端が開口されてたままでガス排出口20cとされて
いる。そして、このガス排出口20cの上方ではここから
直接噴出される燃焼ガスによってガス分散パイプ20上端
よりも上方にある流動媒体７が流動化されて二次流動燃
焼室４内で二次燃焼流動床10が形成される。流動媒体７
としては粒径が例えば0.5〜1mmの珪砂などの砂が使用さ
れる。仕切板16とガス分散パイプ20の上端開口との間は
流動媒体７が静置されている部分であり、運転中でも流
動化されない部分である。また、この静置部分の上方は
運転時、流動媒体７が流動化されて二次燃焼流動床10が
形成される部分である。一方、ガス分散パイプ20の内部
の下部にはガス分散パイプ20内のガス通路20bの内径よ
りも小径にされ、所要の長さを有したガス通路20aを形
成した絞り部22が取り付けられており、ここで所要の通
風抵抗が安定的に付与されるようになされている。

絞り部22の下端には下に開くテーパ部22aが形成され、
燃焼ガスの流入に際してガスの挙動変化を少なくしてガ
ス流を円滑にして灰等の付着物の付着が極力少なくなる
ように形成されている。また、絞り部22の上端には上に
開くテーパ部22bが形成され、燃焼ガスが絞り部22を出
てガス分散パイプ20のガス通路20b内へ円滑に流出する
ように構成されている。

このような構成のガス分散パイプ20は第３図においては
４箇所しか図示していないが、実際にはガス分散板６に
点在させて多数設けられている。

一方、上流側の一次流動燃焼室３と下流側の二次流動燃
焼室４との間には第１図に示すように流動床燃焼装置１
の外部の側壁の沿って流動媒体還元装置30が設けられて
いる。この流動媒体還元装置30は、両側の管端をそれぞ
れ両方の流動燃焼室３、４内に開口させてそれぞれ吸込
口31a、吐出口31bとし、端部を両方の流動燃焼室３、４
の側壁を貫通して取り付けられたコ字形の流動媒体還元
管31と還元管31の垂直部分の下方に接続された圧縮空気
供給部32から構成されている。還元管30の吸込口31aに
近接した水平部分には開閉弁31cが介装されている。ま
た、圧縮空気供給部32は圧縮空気供給管33に、流動媒体
還元管31側から順次、圧縮空気供給管33に接続されたノ
ズル管33a、その下の流動媒体受止用のスクリーン35お
よびその下の圧縮空気の供給、遮断を司る開閉弁34が組
み込まれて取り付けられて構成されている。また、スク
リーン35上部のノズル管33aにはスクリーン35上に溜ま
った流動媒体を必要に応じて取り出す排出管36が取り付
けられている。排出管36aの端部には開閉弁36aが接続さ
れている。

このように構成された流動床燃焼装置の作動を説明す
る。

空気室２の助燃用バーナ2bを作動させてその高温燃焼ガ
スと空気取入口2aからの空気を空気室２の上部のガス分
散板５を経由して一次流動燃焼室３内へ供給すると、一
次流動燃焼室３内では一次燃焼流動床８が形成される。
なお、第１図中、上限（流動化高さ）を実線で示す一次
燃焼流動床８は正規の運転中の流動床であり、上限を鎖
線で示す流動床は後述するように運転再開時に一次流動
燃焼室３内に落ちた流動媒体７を二次流動燃焼室４へ還
元する（戻す）動作を開始する時に流動化される状態を
示すものである。この場合、一次流動燃焼室３で正規の
流動媒体７と前記落ちた分の流動媒体７とを含めた流動
媒体７が流動化される。

そして、一次燃焼流動床８内にスクリュフィーダ供給機
13で供給される被燃焼物である高含水残渣物12が投入さ
れて流動燃焼され、また、未燃分の一部は上部の一次燃
焼空間９でも燃焼される。そして、その燃焼ガスは灰
（アッシュ）と未燃分（未燃カーボン）を伴って一次燃
焼空間９の下流側のガス分散板６に多数設けられた各々
のガス分散パイプ20の絞り部22内へそのテーパ部22aを
通り円滑に流入してその通路20aを通りテーパ部22bから
ガス分散パイプ20のガス通路20b内へ高速で流入する。
この絞り部22では所要のガス通風抵抗が付与される。こ
こでは燃焼ガスは高速で通過するが、直進流であるため
灰等の付着は殆ど生じることはない。絞り部22を通過し
た燃焼ガスは比較的低速度で通路20b内を上昇して上端2
1cに開口されたガス排出口から排出され、二次流動燃焼
室４内へ分散、排出され、ガス分散パイプ20の上端より
も上方の流動媒体７が流動化されて二次燃焼流動床10が
形成され、この中で未燃物が燃焼される。しかして、燃
焼ガスはガス分散パイプ20内を直進して開口端かつ排出
されるので、ガス分散パイプ20を通過する間に従来のガ
スの衝突反転後に狭いガス噴出口から排出させる場合の
ようにガス流の急激な挙動変化は全く起こらず付着が激
減する。そして、従来装置のようにガス分散パイプ14の
ガス排出部におけるガス方向転換部で通風抵抗を持たせ
る必要もなくなり、ガス分散パイプ20の下部の絞り部22
ではガス流が直進流であるため付着物の付着は殆ど生じ
ることなく、安定してガス分散板６に所要の通風抵抗が
与えられる。このため、一次、二次燃焼流動床８、10部
で外部要因等によってガスの圧力変動が生じても全体の
通風抵抗に対する変動割合が安定して小さく抑えられて
流動化が安定して行われる。従って、前記のガス分散パ
イプ20への付着が激減することと相まって流動床燃焼装
置１の運転が安定して円滑に行われる。

一方、ガス分散パイプ20は上端のガス排出口20cが下流
側流動床と直接連通されて開口されているので、運転を
中止した時、即ち、流動化用のガスの供給を中止した場
合には、下流側の二次流動燃焼室４内の流動媒体７がガ
ス分散パイプ20を通って上流側の一次流動燃焼室３内へ
落下する。この場合、二次流動燃焼室４内の流動媒体７
の上限はガス分散パイプ20の上端の開口まで下降する。
従って、運転を再開する時には流動媒体還元装置30の流
動媒体還元管31の開閉弁31cと、圧縮空気供給部32の開
閉弁34とを開き、圧縮空気を流動媒体還元管31の垂直部
に供給して一次流動燃焼室３内へ落下した分の流動媒体
７を流動媒体還元管31の開口端31aから流動媒体還元管3
1の水平部内へ吸引し、その垂直部内および上方の水平
部内を圧縮空気で圧送して流動媒体７を吐出口31bから
二次流動燃焼室４内へ戻して還元する。運転開始時には
空気室２に空気取入口2aから流動化兼燃焼用空気が取り
入れられると共に、空気室２に設置された助燃用バーナ
2bが作動されて高温の燃焼ガスが発生され、それらがガ
ス分散板５のガス分散パイプ14を通過して一次流動燃焼
室３内へ供給されて該室３内の流動媒体７が流動化され
て流動媒体７の余熱が行われ、かつ、燃焼ガスはガス分
散板６の各々のガス分散パイプ20を通過して二次流動燃
焼室４内へ供給されるが、前記流動媒体７の還元動作を
この動作と並行して行うようにすると時間的に節約が行
え、かつ、一次流動燃焼室３の流動媒体７が流動化状態
にされているので流動媒体還元管31内への流動媒体７の
流入が円滑に行え効果的である。勿論、この場合、二次
流動燃焼室４へ供給される燃焼ガス量は二次流動燃焼室
４内で流動化を最低限行うことができ、戻された流動媒
体７がガス分散パイプ20から落下しない程度のガス量を
保つ必要がある。このようにして所定量の流動媒体７が
還元された後、正規のガス量が供給されて一次、二次燃
焼流動床８、10が所定の運転温度に迄上昇されると共
に、所定の流動化高さとされ、スクリューフィーダ供給
機13から高含水残渣物12が供給されて正規の運転が開始
される。なお、流動媒体７がガス分散パイプ20内を通っ
て落下するときにガス分散パイプ20内面や絞り部22が流
動媒体７と接触させられ、該部に僅かに付着しているよ
うな微小な付着物等が除去され該部の清掃もされ、次回
からの運転に伴う付着の成長が阻止される。また、流動
媒体還元管31の吸込口31aの取付高さは一次燃焼流動床
の流動媒体７の還元時の一次流動燃焼室３内の流動化状
態（その時のガス量に応じた流動化高さ等）を考慮して
決定される。

以上の実施例では絞り部22をガス分散パイプ20の下端に
設けた場合を示したが、ガス分散パイプ20のもっと上方
に設けてもよいことは勿論である。

また、以上の実施例では、流動床装置が高含水残渣物12
を流動燃焼させる流動床燃焼装置１である場合を説明し
たが、本発明は流動床装置が、一次流動燃焼室３内に燃
料として石炭等の固形又は液体燃料が供給され、かつ、
この一次流動燃焼室３内に流動床と接触するボイラチュ
ーブを設け、このボイラチューブで燃料の燃焼熱を流動
床から吸収して蒸気を発生するようにし、一方、二次流
動燃焼室４で一次流動燃焼室３での未燃物を燃焼させる
ようにした流動床ボイラであってもよい。また、このよ
うな流動床ボイラであって、一次、二次流動燃焼室の流
動媒体をいずれも同種の石灰石等の脱硫剤とし、一次流
動燃焼室で主として燃料の燃焼を行わせると共に一部燃
焼ガスの脱硫も行わせ、二次流動燃焼室で主として燃焼
ガスの脱硫を行わせると共に未燃分の燃焼を行わせるよ
うにした流動床ボイラであってもよい。これらの場合、
前記実施例に示したガス分散板６は前記一次流動燃焼室
３と二次流動燃焼室４との間に設けられ、石炭等の燃料
から出される灰分らの付着物のガス分散パイプ20への付
着を極めて少なくすることができる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、ガス
分散板に取り付けられるガス分散パイプへの燃焼灰等の
溶着や付着を激減させて極めて少ないものとし該部の閉
塞を防止することができるとともに、絞り部で安定した
通風抵抗を付与できるので、安定した流動化が行え、安
定した運転ができる流動床装置を得ることができる。ま
た、運転休止時には下流側流動室の流動媒体がガス分散
パイプ内を通過して上流側流動室に落下するが、この落
下した流動媒体は流動媒体還元装置によって容易に下流
側流動室に戻して運転を再開することができ、かつ、前
記ガス分散パイプ内の流動媒体の通過によってガス分散
パイプ内が清掃されるので、ガス分散パイプが清浄な状
態で運転を開始することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の流動床装置としての流動床燃
焼装置の全体を示す概略縦断面図、第２図は第１図のガ
ス分散板の部分拡大縦断面図（一部正面図）、第３図は
第２図のIII〜III線矢視平面図（一部断面図）、第４図
は従来の流動床装置としての流動床燃焼装置の概略を示
す縦断面図、第５図は第４図のガス分散板の部分拡大縦
断面図である。 １……流動床燃焼装置、２……空気室、３……一次流動
燃焼室、４……二次流動燃焼室、５、６……ガス分散
板、７……流動媒体、８……一次燃焼流動床、10……二
次燃焼流動床、16……仕切板、17……水冷管、20……ガ
ス分散パイプ、22……絞り部、30……流動媒体還元装
置、31……流動媒体還元管、32……圧縮空気供給部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】多数のガス分散パイプを有したガス分散板
   を挟んで上流側流動室と下流側流動室とを備え、この両
   方の流動室で各々流動媒体を流動化させて流動床を形成
   させ、上流側流動室で燃焼される被燃焼物の燃焼ガスを
   下流側燃焼室に前記ガス分散板の各々のガス分散パイプ
   を通過させて分散供給して下流側流動床を形成するよう
   にした流動床装置において、前記ガス分散板のガス分散
   パイプをその上端のガス排出口が直接下流側流動床と連
   通して開口した直管とし、この直管内に直管の内径より
   も小径のガス通路を形成した絞り部を設けるとともに、
   前記上流側流動室と下流側流動室との間を流動媒体還元
   装置で接続したことを特徴とする流動床装置。