JPH0743114B2 - 未燃灰回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、砂状の粒状固体を下面より吹き込む気体によ
り流動化させ且つ燃焼温度に保持して形成した流動層に
燃焼物を供給し、当該流動層とその上部燃焼温度領域よ
り発生する燃焼排ガスが同伴する可燃性固体を当該燃焼
排ガスの燃焼温度よりも低い冷却後の部分より分離回収
し、当該流動層又はその上部燃焼温度領域に投入して燃
焼物の燃焼率を向上するようにした熱反応における当該
可燃性固体の分離装置に関し、特に、主とした燃料に石
炭やコークス、オイルコークス等の燃焼速度の比較的遅
い固体燃料を用いる流動床ボイラにおいて、燃料の燃焼
効率の一層の向上を計るため、流動床ボイラより出た排
ガスから慣性力又は遠心力又はその両方を用いた集塵に
より数μｍ以上の径の比較的粗い粒子を分離して、その
中に含まれる未燃カーボンや飛散燃料粒子等未燃灰を再
度流動床やその上部など燃焼を行なつている燃焼温度領
域に戻す、いわゆる戻し灰の操作を行なう過程（プロセ
ス）における未燃灰分離のための装置の改善に関する。

（従来の技術） 流動床炉は、ストーカ炉等と比較して、燃料の性状例え
ば石炭の炭種や発熱量燃料比、揮発分や固定炭素等が大
幅に変化してもそれ程燃料の燃焼率が変化しないという
長所があり、最近の重油から固体燃料への燃料転換の中
の有力な技術となつている。

石炭だきボイラの場合、石炭の燃料比が上がると、スト
ーカ炉では定格運転しようとすると15〜20％もの石炭が
燃えきれずに排出されてしまうのが通常であるが、流動
床ボイラでは、蒸発量数トン毎時以上の規模であれば、
規模方式により異なるがほぼ90％前後以上の燃焼率を保
つことができる。

そして更に、煙道の底に沈降するものや、或いは積極的
な慣性力、遠心力等により、熱回収等によつて冷却され
た排ガス中より分離した数〜10μｍ以上の径の比較的粗
大な固体粒子を再びその燃焼域に戻すことにより、当固
体粒子中に含まれている未燃カーボンや飛散燃料等即ち
未燃灰を燃焼させ、その結果、95〜99％以上の燃焼率を
得られることが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の流動床ボイラ等は、一般的にはターンダ
ウン比（蒸発量の節減）が比較的狭く、このため、ベー
スロード用として常に定格に近い運転をすることが多
く、通常の慣性力や遠心力による分離を用いた未燃灰回
収装置でも特に性能上や運転上の問題はなかつたが、流
動床ボイラの実績が延びるに従つて、流動床部を数個に
区分けして各々独立して運転できるようにし、負荷に応
じてその運転個数を変えるいわゆるマルチベッド方式
や、流動床の流動層高変化を利用したり又は伝熱面を昇
降したりすることにより流動床内の伝熱面積を変化させ
たり、また本発明者らが先に出願した特願昭61−8880号
などのように、流動床での熱回収部を燃焼部より別に設
けて熱回収部流動を制御したりして、負荷を下げたとき
にはそれに応じて流動層から熱回収を抑制することで大
幅なターンダウン比を可能にした流動床が現れ始めてい
る。

上記のような装置にあつては、未燃灰回収はその分離の
原理が、慣性力によるものは排ガスの流速を加速しなが
ら急激に流れ方向を変化させることにより、排ガスの流
れに対してその中に含まれる固体分は比重が大きく慣性
が働くために運動方向がずれて分離するという現象を利
用したものであり、遠心力によるものは、排ガスに強い
旋回運動を与え固体分に作用する遠心力によつて排ガス
から固体が分離するものであり、従つて、排ガスの流れ
の加速、急激な方向の変化ないし旋回運動減速などの一
連の現象に伴ない排ガス通風圧損が生じ、分離効果を発
揮させるには一定値以上の排ガス通風圧損が分離に必要
となる。

従つて、運転負荷を下げることで発生排ガス量も減少す
るが、それにより急速に圧力損失が減少して分離能力が
失われてしまうことになる。しかも、流動床上部の、定
常運転時には燃焼温度領域である部分も熱負荷が下がる
のに対し、周囲の輻射伝熱面等はそのままであるため
に、放熱量の割合が増して冷え燃焼温度領域が急激に縮
小し、未燃分が増加してしまうことになる。

従つて、部分負荷運転時には、戻し灰による燃焼率向上
が劣つてしまうばかりでなく、燃焼温度域自体での燃焼
率自体も低下してしまう傾向にあり、流動床の層高や層
温度を高めて層内燃焼率を向上させることでしか燃焼率
の低下を防ぐ方法はなかつた。

ところが、流動床の層高を上げると、流動空気吹出に必
要な圧力が流動空気吹出部での流動床による圧力（流動
媒体の単位床面積当りの重さに相当する。）と、吹出口
の通風圧力損失との和に等しいため、層高が上がつただ
け圧力も高くなり、それに対する流動空気用送風機の能
力にも限界があり、又該圧力が増加した分、流動空気用
送風機の仕事量が増し動力も増加して、流動床ボイラ発
生エネルギも割高となつてしまうという問題点があつ
た。

また、流動床の層温度を上げると、流動媒体の劣化消耗
が増したり、温度計や流動空気吹出ノズルなど流動床内
の金属の劣化摩耗量が増えて寿命が短くなつたり、床内
脱硫は840〜850℃の最適点から離れて脱硫率が低下する
とか、酸化窒素濃度が上昇し始めるなどの点からも、層
温度を上げることには限界があるという問題点もあつ
た。

本発明は、上記したいろいろの問題点を解決することを
技術的課題としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため
に、粒状固体を下面より吹き込む気体により流動化させ
且つ燃焼温度に保持して形成した流動層に燃焼物を供給
し、当該流動層とその上部燃焼温度領域より発生する燃
焼排ガスが同伴する可燃性固体を当該燃焼排ガスの燃焼
温度よりも低い冷却後の部分より分離回収し、当該流動
層又はその上部燃焼温度領域に投入して燃焼物の燃焼率
を向上するようにした熱反応における当該可燃性固体の
分離装置として、燃焼排ガスの流路を分岐して、それぞ
れに流路開閉機構と燃焼排ガスからの可燃性固体の慣性
力又は遠心力を用いた分離機構を備えた流路を複数並列
させたものにおいて、上記流路開閉機構を各分離機構の
上方出口のみに設けると共に、該分離機構前後の差圧計
を備え、上記開閉機構の開閉個数を調節して該分離機構
の通風圧損を一定範囲内に保持することにより、一定以
上の粒子径を選択的に捕集し、流動層又はその上部燃焼
温度領域へ戻すようにしたことを特徴としている。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は、本発明の未燃灰回収装置の一実施例を示す概
要説明図である。図において、流動床ボイラ１内に形成
された流動層２に、側壁に設けられた投入口から燃焼物
３が投入されるようになつている。流動層２及びその流
動層の上部空間では、燃焼物３の発火点以上で燃焼温度
となつており、且つ流動層２を形成している砂状の粒状
固体を最低速度変速度以上送気して流動化させる流動化
ガスを兼用している燃焼空気４が、流動層２の底面全面
に配備した散気装置から供給されるようになつている。
なお、燃焼空気４の一部を、流動層上部空間燃焼温度領
域５に直接壁等から二次燃焼空気として供給する燃焼装
置もある。

また、特に酸素分圧を低減して排ガス中の窒素酸化物低
減の効果をねらつたり、燃焼空気量が流動化ガス量とし
ては不足する場合などでその不足量を補うために、燃焼
用空気に燃焼排ガスの一部を混入するいわゆる排ガス再
循環法をとる場合もある。

上記流動床ボイラ１で発生した燃焼排ガス（矢印６で示
す）は、ボイラによつて熱を回収されると同時に冷却さ
れて燃焼温度以下、即ち400〜500℃以下、望ましくは後
続の機器がSS材質が使用できるよう300〜350℃以下で並
列に配備された複数のダンパ7a付の慣性力又は遠心力を
用いた分離装置７を通り、排ガス中のばいじんを荒取り
した後、更に後続の集塵機８により排ガスのばいじん濃
度規制値以下までばいじんを再度捕集した後、誘引送風
機９を経て煙突10より大気中へ排出されるようになつて
いる。上記後続の集塵機８には、電気集塵機、バグフイ
ルタ、或いはスクラバー等の高効率集塵装置が使用され
る。

分離装置７には、慣性力では衝突式、反転式など、遠心
式ではサイクロンで接線流入式や軸流式反転形、軸流式
直進形等がある。

運転中、燃焼物３は、流動層２及びその上部の燃焼温度
領域５で、燃焼空気等に含まれる酸素により、その可燃
分の大部分が燃焼し、その中に含まれている不燃分の内
数百μｍ以下の微細な粒径のもの及び流動層２での流動
媒体との衝突により同様の粒径に微細化されたものは、
燃焼により生成する燃焼排ガスに同伴されてばいじんと
なり、燃焼温度領域５より排出されるが、その中には、
燃焼温度領域５で生成する未燃カーボンや燃焼しきれな
いで燃焼排ガスに同伴してしまう飛散燃焼物などの未燃
物が含まれており、それらは、燃焼物やその同伴水分等
による爆発的燃焼や流動層の気泡形成とその流動層表面
による破裂に伴ない加速され流動層から噴出する流動層
を形成する粒状固体の流動媒体等の、本来排ガスに同伴
できないような粗い1mm前後の粒径の不燃物を除けば、
燃え切れなかつたものであるだけに通常粒径の大きい方
に属する。

未燃分が粒径の大きな方に属する理由は、以下のように
説明することができる。流動床燃焼では流動層内の流動
媒体の働きで燃焼物が層全体に分散し、且つ流動層内で
の温度はほぼ均一で、全体に均一燃焼し不完全燃焼した
未燃カーボンは実際には燃焼物供給量の極端な偏りや流
動層温度低下、流動不良などない限り、通常発生するこ
とはまずなく、未燃分の殆んどは、燃焼物が燃焼しきら
ぬ内に燃焼温度領域から出てしまつたものであり、粒径
の十分小さいものは未燃物を残さないことからである。
即ち、未燃分の殆んどは、排ガスの流速程度で排ガスに
より浮遊化はするが、燃焼温度領域における滞留時間で
は燃焼しきれないもので、従つて十μｍ前後から数百μ
ｍ程度の粒径を持つのが普通である。これは、石炭、燃
焼では石炭に同伴した炭粉等が起源であるといつて差支
えない。

これに対し、数μ以下のものは、完全燃焼しているのが
殆んどであり、又、流動媒体としては直ちに排ガスに同
伴されて飛散するため用をなさない。

従つて、これらの未燃分を多く含む粒径の粗いばいじん
は数μ〜10μ前後以上の粒子のみ捕捉する慣性力や遠心
力を用いた分離装置７により容易に捕捉され、又はそれ
以前の煙道沈降ダストに多く含まれることになる。従つ
て、それらのダストは再び燃焼温度領域に戻すことで再
燃させ、燃焼率を改善させ又、その中に含まれる不燃分
粒子は流動媒体として再利用させることができる。但
し、流動床ボイラ沈降ダストの沈降した部分が、或る程
度前もつて沈降したダストにより機壁から断熱されてい
る場合で、排ガスが400℃前後以上ある場合、酸化は沈
降してからも進行し、未燃分が燃焼してしまう可能性も
高い。このような場合には、第１図に示す実施装置と異
なり、集塵機の灰と一緒に灰として系外に排出する方が
好ましい。但し、不燃分の粗粒子が多い場合、流動媒体
として流動層に戻すことは流動媒体の補給量を削減する
効果がある。

次に、分離装置７について説明する。分離装置７は、例
えば遠心式であるサイクロンを用いたとすると、通風圧
損を40〜120mmAq（392〜1177Pa）程度、更に望ましくは
80〜120mmAq（785〜1177Pa）程度とすることが、最も無
駄なく且つ固気分離機能を発揮できることが一般的に知
られている。

圧損は通風量の２乗に比例する。従つてサイクロンを例
にとると、圧損の平方根が通風量に比例するため、圧損
を定格風量時120mmAqで設計しても、圧損の下限40mmAq
に対して であり、従つて流動床ボイラの運転負荷を半分にもしな
いうちに、分離能力がなくなつてしまう。そこで、第１
図に示すように、分離装置７を複数台並列状に設け、流
動床ボイラ運転負荷が を基に、80％前後まで下がる毎に、並列状態に設置され
た分離装置の一部の通ガスを、ダンパ2aを閉じて停止し
て行くことで、常に少くとも40〜120mmAq望ましくは80
〜120mmAq前後のこの種の分離に最適な通風圧損をほぼ
総べて運転負荷において保つことが可能となる。即ち、
高分離効率を保つことが可能となり、その分離装置７に
よる分離灰を流動床ボイラ１の燃焼温度領域５に例えば
空気輸送配管28を経て戻すことにより、高燃焼効率を保
つことが可能となる。これは差圧計30にて分離装置前後
の圧力損失を監視することで確実に管理することができ
る。

ここで、分離装置７に慣性力又は遠心力によると規定し
たのは、この種類の分離装置で分離し度い粒径が前述し
た未燃分の多い数十〜数百μｍの粒径であり、一方、慣
性力又は遠心力による分離は一般的に10〜20μｍ以下で
は捕集効率が特別な工夫をしない限り極端に低下し、10
〜数μｍ以下では殆んで捕集しないといわれていること
から、完全燃焼した灰であるダストを選択的に後続の集
塵機８に送り、そこで捕集し灰として系外に排出するの
に好都合であることによる。

分離装置７で分離されたものは、もともと排ガスに同伴
する位であるから、そのまま排ガス中に戻しても再び燃
焼し切れぬうちに飛散してしまう可能性が高い。従つ
て、水油、泥等の液体を含んだものと混練して団塊化し
て流動層に投入するとか、或いは流動層底近傍より空気
輸送等で直接流動層底近傍に吹き込んでやるなどの工夫
が必要となる。

なお、仮に分離装置７が細かいダストまでも捕集するよ
うな電気集塵機とか過集塵のバグフイルタのようなも
のであるとした場合には、分離装置と後の集塵機とに分
ける意味が薄れる。即ち、この場合は、粒径により分離
できないため分離装置をやめて後続の集塵機で得た灰の
一部を戻すのと同じことになり、そのため、全体とし
て、灰を全く戻さない場合よりは燃焼率は高いが、前述
した慣性力又は遠心力による分離装置を用いた戻し灰よ
りは低い燃焼率となるからである。

なお、燃焼物に含まれる不燃物で粒径が数百μｍ前後以
上あるものは、流動媒体に混入同化するが、余り粒径の
大きなものは流動層の底に溜る恐れがあるので、流動層
より抜き出し、排出する。粒径が流動媒体に近く混入同
化したものは特に流動媒体と区別できず又必要もないの
で、増量した流動媒体を系外に排出することになる。
又、底に溜るものは、流動媒体を底最低部近傍より抜き
出すと流動媒体に伴われて出てくるので、分級して流動
媒体とほぼ同一径以下のものは再び流動床に戻し、大き
い径のものは不燃物として、径外に排出することにな
る。低部より抜き出すものは、流動層内の特に吹き込ま
れた酸素量の多いガスに曝されたものであることから、
ほぼ完全に燃焼しており、未燃分は全くないといつても
よい。

第２図は、流動床ボイラに実施した本発明装置の具体例
を示す断面図であつて、図中、第１図に記載した符号と
同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

図において、流動床ボイラ１のハウジング（外壁）は、
壁面伝熱管を上下方向に並設し、フインで互いにつない
でメンブレンウオールとして構成され、外側に保温材が
張設されている。またその内部は、燃焼部11を中央部に
位置させ、その両側に仕切壁12を介して、多数の伝熱管
を内蔵した熱回収部13,13が設けられており、燃焼部11
における流動媒体の動きを円滑にするために、空気室を
中央部の14a,14aと両側部の14b,14bのように２系統に分
け、中央部の空気室から吹き込まれる流動空気吹込風量
を両側の空気室より小とし、燃焼部11内で矢印で示すよ
うに、流動と共に強い撹拌作用を与え、空気室14a,14a
上方に、下方へ向かう移動層が、また両側空気室14b,14
bの上方に、上方へ向かう流動層がそれぞれ形成され、
且仕切壁12の上方で一部が反転して熱回収部13へ上方か
ら入り込み、該仕切壁12の下方から燃焼部11へ戻る循環
流が生じるように構成されており、そのため、散気装置
15はほぼ対称的な山形に形成されている。

また、仕切壁12の傾斜部に沿つて、その上部に、多数の
ガス（空気）供給孔を穿設した散気管16が設置されてい
る。該散気管16からの吹込風量つまり燃焼空気4aは、循
環層を形成するために、０〜2Gmf（Gmfは流動開始質量
速度を与える流動ガス量）の範囲で必要な熱回収量によ
つて増減されるようになつている。図中、17は廃棄物投
入ホツパ、17aは給塵装置、17bは廃棄物投入口、18は石
炭ホツパ、18aは給炭装置、18bは石炭投入口、19は不燃
物取出口である。

一方、流動床ボイラ１で発生した燃焼排ガスは、気水ド
ラム20aと水ドラム20bを有する水管接触部20及びエコノ
マイザ21で熱交換して冷却され、その間、排ガスから分
離した固形物は、それぞれの最底部に集まつて灰排出コ
ンベヤ22によつて排出された後、分離装置として用いら
れたマルチサイクロン26へ導かれる。

上記マルチサイクロン26は、複数個（図では、３個並列
されているが、それぞれのサイクロン27の奥行方向に多
数並設されている。）のサイクロン27からなり、各サイ
クロン27の排気筒出口は、円錐形の上下動する弁体27a
とそれに付属した弁駆動装置27bによつて開閉するよう
になつている。

捕集灰は、共有の捕集灰室26aに入り、その最底部に設
けられたスクリユーの灰排出コンベヤ26bによつて１ケ
所にかき寄せられ、ダブルダンパないしロータリ弁など
の図示しない排出弁を経て、空気輸送配管（戻し灰ライ
ン）28に送り込まれ、それを経て、燃焼部11の流動層底
より燃焼温度領域に戻されるようになつている。

なお、上記サイクロン27で灰を分離した排ガスは、図示
しない後続のスクラバー、バグフイルタや電気集塵機等
の集塵機で更に固形物を排ガス規制値以下まで分離した
後、誘引送風機を経て煙突へ導かれることは、第１図の
ものと同様である。

この実施装置によれば、流動床ボイラ１からマルチサイ
クロン26の出口まで一体型として形成されているので、
ダクト引きまわしによる空間の無駄がなく、通風圧損の
増加が防止でき、しかもコンパクトな外観として形成す
ることができる。

なお、上記した実施例において、マルチサイクロンの一
つ一つのサイクロン27に独立した弁駆動装置27bを取付
けた構造について説明したが、各サイクロンに備えた各
弁27aの幾つかをまとめて一緒に駆動させるようにする
ことも可能である。

例えば、定格風量の1/2に相当する部分をまとめて１つ
の駆動機構につなげたものを１、同様に定格風量の1/4
に相当する部分をまとめたものを１、定格風量の1/8に
相当する部分をまとめたものを２の４系統として、それ
らの駆動機構の組み合わせにより1/8単位で調節する方
法が可能である。また、排気筒出口を開閉する弁体7aの
代りに、ダンパでもよい。

また、分離機構として用いられた分離装置自体も、サイ
クロンに限る必要はなく、また必ずしも同一の容量とす
る必要もなく、異なつた容量のものを組み合わせること
により細かい単位で調節するようにしてもよい。

また、本発明の未燃灰回収装置は、燃料の燃焼効率を上
げるべき流動床ボイラに限らず、流動層を有する熱反応
炉に広く適用できるものである。

即ち、燃焼後の灰を再利用するなどの理由で、灰の粒径
を細かいものに揃え、なおかつ未燃分を極力少なくした
い場合にも適切な手段であり、その場合、必ずしもボイ
ラによる熱回収はせずに燃焼排ガスを直接水噴射で行な
うようなものにも適用できる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、未燃灰回収のため
に排ガスからの未燃分を多く含む粗い粒径の固体を選択
的に捕集する分離機構としての分離装置を複数台並列状
に挿入し、なお且つ、流動床ボイラ等の熱反応炉の負荷
調節に伴なう排ガス発生量の増減に応じて、上記分離装
置の上方出口のみに設けたダンパ等の開閉により、該分
離装置での燃焼排ガス通風圧損を一定範囲に保持するよ
うにしたことにより、一定以上の粒子径を選択的に捕集
して流動層又はその上部燃焼温度領域へ戻すことができ
る。また、この際、ダンパ等の流路開閉機構を分離機構
の上方出口のみに設けたことにより、該分離機構の上方
出口のみ締めるため、集塵器（分離装置）内のガス温度
は下がらず、また、内部の灰は下に抜けてしまうことか
ら、結露腐食やダクト付着が生じない。

従つて、特に負荷の低い経済運転においても燃焼率の低
下によるボイラ効率を防ぐことが可能となり、従つて流
動床ボイラ等の熱反応炉を負荷変動を伴う用途にも通用
する上で燃料の節約に大きく寄与することができる。

これは同時に、そのままでは流動層より突出して排出さ
れてしまう流動媒体を回収して再び流動層に戻す役割も
同時に果すため、流動媒体消費量の低減に役立つ。

又分離装置の通風圧損の幅を狭くできることにより、排
ガス通風とそのための誘引送風機の負荷を軽減すると同
時に、運転状態を安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概要説明図、第２図は同じく本発
明装置の具体例を示す断面図である。 １……流動床ボイラ、２……流動層、３……燃焼物、４
……燃焼空気、５……燃焼温度領域、７……分離装置、
7a……ダンパ、８……集塵機、９……誘引送風機、10…
…煙突、11……燃焼部、12……仕切壁、13……熱回収
部、14a,14b……空気室、15……散気装置、16……散気
管、26……マルチサイクロン、26a……捕集灰室、26b…
…灰排出コンベヤ、27……サイクロン、27a……弁、27b
……弁駆動装置、28……空気輸送配管、30……差圧計。

フロントページの続き (72)発明者 犬丸 直樹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−114762（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−181518（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒状固体を下面より吹き込む気体により流
   動化させ且つ燃焼温度に保持して形成した流動層に燃焼
   物を供給し、当該流動層とその上部燃焼温度領域より発
   生する燃焼排ガスが同伴する可燃性固体を当該燃焼排ガ
   スの燃焼温度よりも低い冷却後の部分より分離回収し、
   当該流動層又はその上部燃焼温度領域に投入して燃焼物
   の燃焼率を向上するようにした熱反応における当該可燃
   性固体の分離装置として、燃焼排ガスの流路を分岐し
   て、それぞれに流路開閉機構と燃焼排ガスからの可燃性
   固体の慣性力又は遠心力を用いた分離機構を備えた流路
   を複数並列させたものにおいて、上記流路開閉機構を各
   分離機構の上方出口のみに設けると共に、該分離機構前
   後の差圧計を備え、上記開閉機構の開閉個数を調節して
   該分離機構の通風圧損を一定範囲内に保持することによ
   り、一定以上の粒子径を選択的に捕集し、流動層又はそ
   の上部燃焼温度領域へ戻すようにしたことを特徴とする
   可燃性固体を燃焼排ガスより分離して未燃灰を回収する
   装置。
2. 【請求項２】上記分離機構が上記燃焼排ガス通風圧損を
   40〜120mmAq（392〜1177Pa）程度、望ましくは80〜120m
   mAq（785〜1177Pa）程度とする遠心力を用いた分離であ
   る特許請求の範囲第１項記載の未燃灰回収装置。
3. 【請求項３】上記分離機構が燃焼排ガスよりばいじんを
   捕捉し系外に排出する集塵装置よりも燃焼排ガス流路上
   流側に配置されている特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の未燃灰回収装置。