JPH102521A - 円筒形流動層ガス化燃焼炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス化炉および燃焼炉が一体であることか
ら、石炭などのチャー発生量の大きな燃料であっても、
チャーの移送量を容易に制御でき、さらにチャーの燃焼
熱をガス化用熱源として利用できる流動層ガス化燃焼炉
を提供する。 【解決手段】 同心の第１仕切壁２で円筒形状のガス化
炉３とその周囲に形成される円環状の燃焼炉４に分割す
るとともに、第１仕切壁２は上部の流動層表面近傍及び
下部で連絡する開口を有し、ガス化炉３においては、異
なる流動化速度を与えるような散気装置２７，２８を炉
床部分に設け、燃焼炉４においては、半径方向に第２仕
切壁５を設けて複数の主燃焼室６と、熱回収室７とにそ
れぞれ分割し、主燃焼室６においては、異なる流動化速
度を与えるような散気装置３４，３５を炉床部分に設
け、熱回収室７においては、実質的に小さな流動化速度
を与えるような散気装置３６を炉床部分に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス化流動層炉と燃
焼流動層炉とを一体化した円筒形流動層ガス化燃焼炉に
関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ、産業廃棄物などにおいては、
ダイオキシンの生成防止や不燃物中の金属類の有効利
用、さらには高温燃焼による灰の溶融化などを目的とし
て、特開平７−３３２６１４号に見られるように部分燃
焼ガス化を取り入れたシステムが提案されている。

【０００３】また、石炭などの固形燃料においても、エ
ネルギーの高効率利用を目的として、理論燃焼空気量以
下で部分燃焼ガス化し、発生したガスを集塵精製したあ
とガスタービンに導入したり、あるいは、発生ガスとと
もに、部分燃焼時に副生した未燃カーボンを燃焼させる
別置の燃焼炉から排出された燃焼ガスとを集塵後、同時
にガスタービンに導入するトッピングサイクルなどのシ
ステムが提案されている。

【０００４】いずれにしても部分燃焼ガス化時に生成す
るチャー（未燃カーボン）の燃焼が課題であり、前記ト
ッピングサイクルシステムにおいては、チャー燃焼用と
して燃焼炉が独立設置されているが、チャーの移送量の
制御や、配管内部の閉塞などの問題、設備の複雑さ、ま
た、独立別置とすることによる設置面積の増大などのほ
か、チャーの燃焼熱が、ガス化用熱源として寄与しない
などの問題がある。

【０００５】一方、特開平７−３０１４１１号には部分
燃焼ガス化炉とチャー燃焼炉を一体に組み合わせた構造
が提案されているが、都市ごみや産業廃棄物に通常含ま
れている不定形の不燃性物質に関しては課題を残してい
る。また、部分燃焼ガス化炉は単純な沈降移動層である
ため、流動層内における可燃性物質の分散混合が不十分
であり、均一な部分燃焼ガス化は困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の課題を解消し、別置の燃焼炉を必要とせず、ガス化
炉および燃焼炉が一体であることから、必要なスペース
が少なくてすみ、また石炭などのチャー発生量の大きな
燃料であっても、チャーの移送量を容易に制御でき、し
かも配管内部の閉塞などの問題がなく、簡単な設備でチ
ャーを燃焼し、さらにチャーの燃焼熱をガス化用熱源と
して利用できるほか、不定形の不燃性物質を含む燃料で
あっても使用することができるなど幅広い燃料を利用可
能であり、しかも高効率かつ有害排出物の極めて少ない
高度環境対応の円筒形流動層ガス化燃焼炉を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明の第１の態様においては、円筒形流動層炉であ
って、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周
囲に形成される円環状の燃焼炉に分割するとともに、該
第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連
絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁に囲まれた
円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動
化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心
付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度
を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じ
させ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実
質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として
流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上
部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流
動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回
流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入す
るように構成し、前記第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉
においては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分
を複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、前
記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相
互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までと
し、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室と
を一体化させ、前記主燃焼室においては、流動層内に異
なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設
け、前記主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付
近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱
流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、一部は
第１仕切壁の下部連絡口を通してガス化炉へ還流すると
ともに、一部は第２仕切壁側の実質的に大きな流動化速
度を与えられた強流動化域に向かう流れとなり、かつ該
強流動化域では流動媒体は上昇流となり、その結果、主
燃焼室流動層内に旋回流を生じるとともに、上昇流の一
部は第２仕切壁上部を越える反転流となって熱回収室に
入り、前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小
さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設
けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部
を越えて熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降
し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流
するような循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱
面を配置したことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の第１の態様においては、以下に列
挙する作用を奏する。 （１）円筒形流動層炉の内部を同心の第１仕切壁で円筒
形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉
に分割することによって、ガス化機能と燃焼機能が分離
され、１つの流動層炉でありながら同時に２つの機能を
独立して働かせることが可能となる。該第１仕切壁は上
部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開
口を有し、かつ該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス
化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与える
ような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範
囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱
流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、また第
１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな
流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上
昇流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成
するとともに、一部の流動媒体は反転流として第１仕切
壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。そこで該弱流
動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は
沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分
な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方
ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入さ
れる。

【０００９】一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉に
おいては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を
複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、該第
２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に
連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、
フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室は一体
化させ、かつ主燃焼室においては、流動層内に異なる流
動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、主
燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の流動層
は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域と
して流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第２仕切
壁側すなわち熱回収室側の流動層は実質的に大きな流動
化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流
を生じさせ、一部は弱流動化域へ向かう流れとなって主
燃焼室流動層内に旋回流を生じさせるとともに、一部は
第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。その結果、ガ
ス化炉からの未燃チャーは燃焼炉内の沈降流に飲み込ま
れ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとっ
て完全に燃焼する。さらにフリーボードに２次空気を投
入することによって、燃焼と脱硫反応を完結させること
ができる。

【００１０】一方、発生熱量の一部は高温の流動媒体に
よって第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流し、
ガス化用熱源の一部として寄与する。さらに一部の熱量
は高温の流動媒体によって第２仕切壁を越えて熱回収室
に持ち込まれる。熱回収室においては、流動層内に実質
的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部
分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切
壁上部を越えて熱回収室に入った高温の流動媒体が熱回
収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃
焼室に還流するような循環流を構成しており、熱回収室
流動層内に配置された伝熱面によって収熱される。ま
た、熱回収室内は弱流動化域であるため、層内伝熱管の
摩耗が少なく、流動媒体として珪砂の使用が可能であ
り、石灰石の使用量は脱硫反応上の必要最少限でよいた
め、灰の排出量が少なく環境対策上有利である。また、
ガス化炉及び燃焼炉では、６５０〜９５０℃の範囲でガ
ス化又は燃焼を行う。

【００１１】（２）投入される可燃物中に不燃性の不定
形物質が含まれていても、流動層内の旋回流の方向と不
燃物排出方向が一致しており、また炉床も不燃物排出口
に向かって傾斜しているため、不燃物は容易に排出でき
る。

【００１２】（３）第１仕切壁及び第２仕切壁ともに強
流動化域側に倒れるような傾斜面をなすことにより、上
昇流を方向転換して旋回流を形成するのに貢献し、また
背後の弱流動化域側は垂直面をなすことにより、沈降流
が停滞することなく、スムーズに形成される。

【００１３】（４）ガス化炉の生成ガス及び燃焼炉から
の燃焼排ガスを、それぞれ溶融炉に導入合流し、可燃性
ガス、可燃分を含む微粒子を１２００℃以上の高温で燃
焼、灰分を溶融させることにより、有害ガス成分の高温
分解、廃棄物である灰の溶融減容化および重金属類の溶
出防止が可能である。

【００１４】（５）本発明の流動層ガス化燃焼炉を耐圧
構造とするか、圧力容器に内蔵して、大気圧以上で運転
し、かつ取り出された排出ガスをそれぞれ集塵し、その
後ガスタービンに導入することによって、ガスタービン
入口温度を１３００℃以上で運転することができ、発電
効率を大幅に向上させることができる。ガス化炉に燃料
を供給し、部分燃焼ガス化させ、発生する未燃チャーな
どのうち生成ガスと同伴するものは、後段に設置したガ
ス冷却装置で６００℃以下に冷却することによって、例
えば、ガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮ
ａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固
定化し、該粒子を集塵機で捕集したあと燃焼炉に導入し
て完全燃焼させる。

【００１５】また、燃焼炉の燃焼排ガスは圧力容器を出
たあと、後段に設置したガス冷却装置で６００℃以下に
冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属
を固化あるいは粒子表面に固定化したあと集塵機で捕集
し排出する。高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除い
て清浄になった燃焼排ガスと、前記ガス化炉を出たあと
集塵されて清浄になった生成ガスをガスタービンに導入
し、１３００℃以上の高温で燃焼し、ガスタービンを高
効率で駆動する。ガスタービンはコンプレッサー及び発
電機を駆動する。

【００１６】一方、燃料として石炭を使用する場合、石
灰石を混合あるいは別途供給して、炉内脱硫反応させる
ことができる。すなわち、ガス化炉にて発生する硫化水
素Ｈ₂ ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガ
スに同伴させて集塵機で捕集し、主燃焼室に投入するほ
か、ガス化炉から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流
によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを主燃焼室に導
入する。そこで酸化雰囲気で完全に燃焼し、またＣａＳ
はＣａＳＯ₄ となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機で捕
集、排出する。

【００１７】本発明の第２の態様においては、円筒形流
動層炉であって、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化
炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割すると
ともに、該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部
で相互に連絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁
に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に
異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に
設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな
流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈
降流を生じさせ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の
流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動
化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第
１仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は
中央の弱流動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動
層内に旋回流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃
物を投入するように構成し、前記燃焼炉においては、流
動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉
床部分に設け、前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域
を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域と
して流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁と離
れた区域は、実質的に大きな流動化速度を与えられた強
流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、ガス化炉
から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動
媒体は流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャ
ーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で
第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することに
よって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作
用することを特徴とするものである。

【００１８】本発明の第２の態様においては、第１仕切
壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内
に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分
に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さ
な流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体
の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁に近い円環形状範
囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強
流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結
果、流動層内に旋回流を形成するとともに、一部の流動
媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼
炉に流入する。そこで該弱流動化域に可燃物を投入する
ように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回
流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃
焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反
転流によって燃焼炉に導入される。

【００１９】一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉に
おいては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような
散気装置を炉床部分に設け、ガス化炉との第１仕切壁に
近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えら
れた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせると
ともに、第１仕切壁側と離れた区域の流動層は実質的に
大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒
体の上昇流を生じさせる。ガス化炉から仕切壁上部の連
絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、流動層内を
下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温
となった流動媒体の一部は炉底付近で仕切壁下部の連絡
口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉にお
ける熱分解ガス化の熱源として作用する。

【００２０】燃料の熱分解ガス化作用を生じさせるため
には、熱エネルギーが必要であり、通常、石炭ガス化の
場合、石炭を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用し
ている。そこでは、ガス化効率の向上をはかりタール発
生の抑制のためには高温化が必要なことから、本来出来
るだけガスに転化すべき石炭を無駄に燃焼しているのが
実状である。本発明の第２態様では、上述したように、
未ガス化成分であるチャーの燃焼熱を高温流動媒体によ
ってガス化炉に還元するため、その熱量の分だけ石炭の
燃焼を節約することが出来る。その結果、空気の投入量
を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あ
たりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明に係る円筒形流動層ガス化燃焼
炉の部分断面図である。図２は流動層部分の水平断面を
示す。また、図１において流動層部分の垂直断面は図２
のａ−ａ矢視に相当する。ここでは、図１，図２を用い
て説明する。

【００２２】円筒形流動層炉１の内部は外壁と同心の第
１仕切壁２によってガス化炉３と円環状の燃焼炉４に分
割されている。該第１仕切壁２には複数の矩形状の上部
連絡口３７、複数の矩形状の下部連絡口３８が設けてあ
り、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。
ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、
本図では省略し、図５に示すように、ガス化炉側におい
てはガス化炉側に倒れるような傾斜面をなし、一方燃焼
炉側は垂直面になっている。ガス化炉３にはガス排出口
４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０
が外部に導出される。

【００２３】一方、燃焼炉４はさらに半径方向に延びる
複数の第２仕切壁５によって、複数の主燃焼室６と複数
の熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分
割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは
一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード
部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス
５２となって外部に導出される。各熱回収室７には伝熱
面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収すること
ができる。燃焼炉４において、主燃焼室６と熱回収室７
との境界をなす第２仕切壁５は、本図では省略し、図５
に断面を示すが、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒
れるような傾斜面をなし、一方、熱回収室側は垂直面に
なっている。また各第２仕切壁５には、下部連絡口４０
が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱
回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。

【００２４】ガス化炉３の下部には、中央に炉床２７が
構成され、この炉床２７を取り巻くように円環状の炉床
２８が構成されている。炉床２７，２８の下部には風箱
８，９が設けられており、風箱８，９にはそれぞれ接続
口１３，１４を通して、流動化ガス１８，１９が導入さ
れる。一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３
２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質
的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出
し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成
する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度
を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に
強流動化域４２を形成する。ガス化炉３の流動層内に２
つの異なる流動化域が存在する結果、周囲の円環状範囲
の強流動化域４２で上昇し、中央に向かって流れ込み、
中央部の円筒状範囲の弱流動化域４１で沈降する旋回流
が生じる。

【００２５】一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の
下部には炉床２９，３０が構成されており、炉床２９，
３０の下部には風箱１０，１１が設けられている。風箱
１０，１１にはそれぞれ接続口１５，１６を通して流動
化ガス２０，２１が導入される。一方、炉床２９，３０
にはそれぞれ散気装置３４，３５が設けられている。散
気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与える
ように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方
に弱流動化域４３を形成する。散気装置３５からは、実
質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴
出し、炉床３０の上方に強流動化域４４を形成する。主
燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する
結果、弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇
する旋回流が生じる。

【００２６】一方、熱回収室７においても、下部には炉
床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２
が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流
動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置
３６が設けられている。散気装置３６からは実質的に小
さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、そ
の結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。

【００２７】上述のようにガス化炉３、燃焼炉４の内部
に流動化速度の異なる流動化域を組み合わせることよっ
て、以下のような流れが生じる。すなわち、ガス化炉３
の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈
降流５５にのって下降する。そして炉床２７の近くで、
強流動化域４２に向かう水平流５６に転じ、強流動化域
４２ではさらに上昇流５７となる。一方、上昇流５７は
流動層表面近傍で、中央の弱流動化域４１へ向かう流れ
５８と第１仕切壁２の連絡口３７を通って燃焼炉４へ向
かう反転流５９とに分岐する。従って、ガス化炉３の流
動層内部では弱流動化域で沈降し、強流動化域で上昇す
る旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕
切壁上部の連絡口３７を通って燃焼炉４の主燃焼室６に
導入される。

【００２８】一方、主燃焼室６においても、連絡口３７
付近には弱流動化域４３が形成され、また炉床３０の上
方には強流動化域４４が形成されているため、主燃焼室
６の流動層内においても、弱流動化域４３で流動媒体は
沈降流６０にのって下降する。そのため、反転流５９に
よってガス化炉３から流入した未燃チャーを含む流動媒
体も沈降流６０にのって燃焼炉の内部に飲み込まれ、完
全に燃焼する。

【００２９】そして炉床近くで、一部の流動媒体は第１
仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７となってガス
化炉３に戻るほか、強流動化域４４に向かう水平流６１
となり、強流動化域４４ではさらに上昇流６２となる。
一方、上昇流６２は流動層表面近傍で、弱流動化域４３
へ向かう流れ６３と第２仕切壁５の上部空間を通って、
熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。従って、
燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域４３で沈降し、強
流動化域４４で上昇する流れが形成される一方で、一部
の流動媒体は第２仕切壁５上部を越えて熱回収室７に導
入され、さらに別の流動媒体は第１仕切壁２の下部の連
絡口３８からガス化炉３へ還流する。

【００３０】一方、熱回収室７においては、弱流動化域
４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに
流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６
６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、
燃焼炉４の主燃焼室６、燃焼炉４の熱回収室７の流動層
においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが
形成されている。従って、ガス化炉３の弱流動化域４１
の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入す
ると、沈降流５５によってガス化炉３の流動層内部に飲
み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃
焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給す
る流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に
対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。
この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排
ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以
上を組み合わせたものからなっている。

【００３１】一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流
５９によって主燃焼室６に導入され、そこで沈降流６０
によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に
分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１に示
されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃
料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可
能である。また、フリーボードに複数のノズル５３を設
け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必
要に応じて行うことができる。

【００３２】燃焼炉３の主燃焼室６内における燃焼によ
り発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の下部連絡口３
８を通る還流６７によってガス化炉３に導入されてガス
化熱源となるほか、第２仕切壁上部を越えて熱回収室７
に入り、下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体
循環流によって、熱回収室の伝熱面４６を通じて外部に
取り出される。このように投入された可燃物のエネルギ
ーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして
取り出され、ガス化しにくい成分は燃焼炉４にて熱エネ
ルギーに転換して有効に高効率で回収することが可能で
ある。

【００３３】また、投入される可燃物の中に不燃分が混
入していることも多い。そのため、本実施例において
は、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間
に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３
から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補
助燃料６９に不燃物が混入している場合には、特に図示
しないが同様に第２仕切壁下部付近、主燃焼室炉床と熱
回収室炉床の間に不燃物排出口を設け、不燃物を排出し
てもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞ
れの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしてい
ることが好ましい。

【００３４】図３は廃熱ボイラおよび蒸気タービンと組
み合わせて使用される本発明の円筒形流動層ガス化燃焼
炉の実施例である。図３に示すように、ガス化炉３のガ
ス排出口４９から排出された生成ガスと、燃焼炉４のガ
ス排出口５１から排出された燃焼排ガスは、それぞれ溶
融燃焼炉１０１に導かれ、円筒形の１次燃焼室１０２に
タンジェンシャル（接線方向）に吹き込まれる。１次燃
焼室１０２及び２次燃焼室１０３には、必要に応じて補
助燃料１０４が供給され、酸素または空気、あるいはそ
れらの混合気体が吹き込まれ、１２００〜１３００℃以
上で燃焼する。その結果、灰が溶融し、またダイオキシ
ン、ＰＣＢなどの有害物質が高温で分解される。溶融灰
１０６は排出口１０５を出た後、水室１０７で急冷さ
れ、スラグ１０８となって排出される。

【００３５】一方、溶融燃焼炉１０１から排出される高
温の燃焼ガスは、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１
１０、空気予熱器１１１で順次冷却され、集塵機１１
２、誘引送風機１１３を経て大気に放出される。空気予
熱器１１１を出た燃焼ガスには、必要に応じて、集塵機
１１２の手前で消石灰などの中和剤１１４が添加され
る。

【００３６】一方、ボイラ給水１１６はエコノマイザー
１１０を経由して廃熱ボイラ１０９にて過熱蒸気１２１
となり、蒸気タービンを駆動する。また燃焼用気体１１
５は酸素、空気、あるいはそれらの混合気体として、空
気予熱器１１１で加熱され、溶融燃焼炉１０１、及び燃
焼炉４のフリーボードに供給される。また、本図には図
示していないが流動化ガス１８〜２２とすることも可能
である。さらに特に図示はしないが、廃熱ボイラ１０
９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１から排出
される灰１１７，１１８は燃焼炉４に戻すことも可能で
ある。一方、集塵機１１２で捕集された飛灰１１９は、
揮散したＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩を含む場合には処
理機１２０にて薬品処理される。

【００３７】図４は、本発明の流動層ガス化燃焼炉を大
気圧以上の圧力条件で運転する場合の実施例を示す図で
ある。図４では図示しないが、流動層炉１そのものを耐
圧構造としてもよい。しかし、耐熱機能と耐圧機能を分
離したほうが、構造上、有利であるため、本実施例にお
いては、流動層炉１を圧力容器２０１の内部に格納し、
ガス化炉３及び燃焼炉４を大気圧以上で運転することを
可能にしている。

【００３８】燃焼炉４からの燃焼ガス排出口５１、ガス
化炉３からの生成ガス排出口４９、ガス化炉３への可燃
物供給口４７、燃焼炉４の２次空気供給口５３、および
その他の流動化ガス供給ライン、不燃物排出ラインなど
は圧力容器２０１を貫通している。本実施例において
は、ガス化炉３に可燃物４８を供給し、部分燃焼ガス化
させる。可燃物供給方法は本図に記載のスクリューによ
る方法の他、空気輸送や、スラリー状態での供給も可能
である。

【００３９】ガス化炉３で発生する未燃チャーのうち生
成ガスに同伴するものは、後段に設置したガス冷却装置
２０２で６００℃以下に冷却し、例えばガスタービンブ
レードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ
金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵
機２０３で捕集したあと燃焼炉４に導入して完全燃焼さ
せる。燃焼炉４の燃焼排ガスは圧力容器２０１を出たあ
と、後段に設置したガス冷却装置２０４で６００℃以下
に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金
属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機
２０５で捕集し排出する。集塵機２０３，２０５にはセ
ラミックフィルタを用いることが多いが、他の形式の集
塵機でもよい。

【００４０】高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除い
て清浄になった燃焼ガスと、前記ガス化炉３を出たあと
集塵機２０３で集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼
器２０６で混合燃焼させるが、それぞれのガスを冷却し
た分、燃焼器２０６へ持ちこまれる熱エネルギーが低下
するので、燃焼器２０６にて高温燃焼させるためには、
燃焼炉４での空気過剰率をなるべく少なくして運転し、
燃焼排ガス量を低減する。そして、燃焼器２０６で燃焼
に必要な酸素は、別途、酸素２０７として燃焼器２０６
に供給する。

【００４１】燃焼器２０６からの高温高圧燃焼排ガス
は、ガスタービン２０９を高効率で駆動する。ガスター
ビン２０９はコンプレッサ２１０、発電機２１１を駆動
する。ガスタービン２０９を出た排ガスは熱回収装置２
１２で冷却されたのち、大気放出される。なお、本実施
例においては、タービンブレードの材質が向上すれば、
ガス冷却装置２０２，２０４は省略してもよい。

【００４２】一方、可燃物４８として石炭を使用する場
合、石灰石２１４を混合あるいは別途供給して炉内脱硫
反応させる。すなわち、ガス化炉３にて発生する硫化水
素Ｈ₂ ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガ
スに同伴させて集塵機２０３で捕集し、主燃焼室６に投
入する。

【００４３】また、ガス化炉３から第１仕切壁上部の連
絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａ
Ｓを含む流動媒体が主燃焼室６に導入される。そこで沈
降流によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均
一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼され、またＣ
ａＳはＣａＳＯ₄ となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機
２０５で捕集、排出される。さらにガス化炉３における
炉内脱硫反応が不十分な場合、ガス化炉を出た後、追加
の脱硫反応装置２１３を設けることもよい。

【００４４】図５では、仕切壁の構造の一例を示す。強
流動化域３０２に形成される上昇流３０４の方向を変え
るように仕切壁３０１が傾斜面３０１ａを有しており、
一方、傾斜面３０１ａの反対面は垂直面になっており、
仕切壁上端を越えた反転流３０５が停滞せず、そのまま
沈降流３０６となって弱流動化域３０３を下降するよう
に構成している。本構造は本発明の第１仕切壁、第２仕
切壁のいずれであってもよい。

【００４５】なお、図１乃至図４に示す実施例におい
て、同一の作用及び機能を有する構成要素は同一符号を
付して示されている。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に列
挙する効果を奏する。 （１）部分燃焼ガス化したあとチャーを完全に燃焼する
ことができるため、ガス化しにくくチャー発生量が多い
可燃物であっても、利用することができ、ガス化溶融シ
ステムなどのメリットを生かすことができる。 （２）高効率である。即ち、従来の加圧流動床ボイラに
おいては、ガスタービン入口温度が８５０〜９００℃で
あったのに対し、石炭をガス化炉で部分燃焼によりガス
化し、残りの可燃分は燃焼炉で完全燃焼して、それぞれ
の炉から排出される生成ガスと燃焼排ガスをガスタービ
ンに導入することによって、ガスタービン入口での燃焼
ガス温度を１３００℃以上にあげることができる。その
結果、送電端効率が４２％から４６％へと大幅に向上す
る。 （３）ガス化炉と燃焼炉が一体化しており、コンパクト
である。 （４）ガス化炉が円筒状流動層炉であり、中央に投入さ
れた可燃物が周囲に均等に拡散し、また中央に戻るた
め、投入位置が少なくても非常に混合拡散がよい。 （５）ガス化炉と燃焼炉が一体となった円筒形炉である
ため、大気圧以上で運転する際に耐圧構造に適してお
り、また圧力容器に内蔵する場合にも円筒形であるた
め、スペースに無駄がない。 （６）未反応チャーの移送が簡便で制御が容易である。
即ち、ガス化炉と燃焼炉が一体化していることから、ガ
ス化炉から燃焼炉へのチャーの移送に関しては、配管や
Ｌバルブなど複雑な機械設備が不要であり、しかも移送
量はガス化炉、燃焼炉相互の流動化速度の変化によって
制御するため、容易かつシンプルである。また、配管内
部での閉塞トラブルなどもない。 （７）ガス化炉のガス化熱源として燃焼炉からの還流流
動媒体の保有熱量が有効に利用できるため、ガス化炉へ
の空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上
と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが
可能となる。 （８）燃焼炉が内部循環流動床ボイラであることによ
り、以下の効果を奏する。 １） 燃焼炉での発生
熱を高効率で回収できる。 ２） 負荷変化時の制御について、流動層の層高変化の
必要がなく、熱回収室の流動化速度を変化させることで
簡単に対応できる。 ３） 流動層の層高変化の必要がないので、流動媒体貯
留槽や移送配管などの設備が不要であり、設備が簡素化
できる。 ４） 負荷変化時においても流動層温度および燃焼ガス
温度を一定に制御でき、ガスタービン効率が安定してい
る。 ５） 熱回収室が弱流動化域であるため、層内伝熱管の
摩耗が少なく、そのため流動媒体に硬い珪砂の使用が可
能であり、灰の排出量が少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒形流動層ガス化燃焼炉の一実
施例を示す縦断面図である。

【図２】図１における流動層部分の水平断面を示す図で
ある。

【図３】発熱ボイラ及び蒸気タービンと組み合わせて使
用される本発明に係る円筒形流動層ガス化燃焼炉を示す
模式図である。

【図４】本発明に係る円筒形流動層ガス化燃焼炉を大気
圧以上の圧力条件で運転する場合のシステムを示す模式
図である。

【図５】本発明の第１仕切壁及び第２仕切壁の詳細構造
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 円筒形流動層炉 ２ 第１仕切壁 ３ ガス化炉 ４ 燃焼炉 ５ 第２仕切壁 ６ 主燃焼室 ７ 熱回収室 ８, ９,１０,１１,１２ 風箱 １３,１４,１５,１６,１７ 接続口 １８,１９,２０,２１,２２ 流動化ガス ２３ 不燃物排出口 ２５ 不燃物 ２７,２８,２９,３０,３１ 炉床 ３２,３３,３４,３５,３６ 散気装置 ３７ 上部連絡口 ３８，４０ 下部連絡口 ４１,４３ 弱流動化域 ４２,４４ 強流動化域 ４６ 伝熱面 ４７ 可燃物投入口 ４８ 可燃物 ４９,５１ ガス排出口 ６８ 燃料投入口 １０１ 溶融燃焼炉 １０２ １次燃焼室 １０３ ２次燃焼室 １０７ 水室 １０９ 廃熱ボイラ １１０ エコノマイザー １１１ 空気予熱器 １１２ 集塵機 １１３ 誘引送風機 ２０１ 圧力容器 ２０２,２０４ ガス冷却装置 ２０３,２０５ 集塵機 ２０６ 燃焼器 ２０９ ガスタービン ２１０ コンプレッサ ２１１ 発電機 ２１２ 熱回収装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ Ｆ２３Ｌ 7/00 Ｆ２３Ｌ 7/00 Ａ (72)発明者 豊田 誠一郎 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 鹿嶌 信孝 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形流動層炉であって、同心の第１仕
   切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環
   状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部の
   流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を
   有し、 前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉におい
   ては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気
   装置を炉床部分に設け、 中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化
   速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を
   生じさせ、 前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に
   大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒
   体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連
   絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域
   に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形
   成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するよう
   に構成し、 前記第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、半径
   方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を複数の主燃焼室
   と、熱回収室とにそれぞれ分割し、 前記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を
   相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍まで
   とし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室
   とを一体化させ、 前記主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度
   を与えるような散気装置を炉床部分に設け、 前記主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の
   流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動
   化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、一部は第１
   仕切壁の下部連絡口を通してガス化炉へ還流するととも
   に、一部は第２仕切壁側の実質的に大きな流動化速度を
   与えられた強流動化域に向かう流れとなり、かつ該強流
   動化域では流動媒体は上昇流となり、その結果、主燃焼
   室流動層内に旋回流を生じるとともに、上昇流の一部は
   第２仕切壁上部を越える反転流となって熱回収室に入
   り、 前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流
   動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱
   流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越え
   て熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降し、該第
   ２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するよう
   な循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置
   したことを特徴とする円筒形流動層ガス化燃焼炉。
2. 【請求項２】 前記ガス化炉の炉床部分に供給する流動
   化ガスの酸素含有量は、投入可燃物に対する理論燃焼に
   必要な酸素量以下であることを特徴とする請求項１記載
   の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
3. 【請求項３】 前記ガス化炉の炉床部分に供給する流動
   化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのい
   ずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み
   合わせたものであることを特徴とする請求項１又は２記
   載の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
4. 【請求項４】 前記ガス化炉と燃焼炉との境界をなす第
   １仕切壁は、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れる
   ような傾斜面をなし、一方燃焼炉側は垂直面であること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の円
   筒形流動層ガス化燃焼炉。
5. 【請求項５】 前記燃焼炉において、主燃焼室と熱回収
   室との境界をなす第２仕切壁は、主燃焼室側においては
   主燃焼室側に倒れるような傾斜面をなし、一方、熱回収
   室側は垂直面であることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１項に記載の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
6. 【請求項６】 前記ガス化炉と燃焼炉との間の炉床部分
   に不燃物排出口を設けたことを特徴とする請求項１乃至
   ５のいずれか１項に記載の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
7. 【請求項７】 前記燃焼炉において、主燃焼室と熱回収
   室の間の炉床部分に不燃物排出口を設けたことを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の円筒形流動
   層ガス化燃焼炉。
8. 【請求項８】 前記ガス化炉と燃焼炉との間の炉床部分
   に不燃物排出口を設けるとともに前記燃焼炉においては
   主燃焼室と熱回収室の間の炉床部分に不燃物排出口を設
   けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に
   記載の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
9. 【請求項９】 炉床が不燃物排出口に向かって傾斜下降
   していることを特徴とする請求項６又は７又は８記載の
   円筒形流動層ガス化燃焼炉。
10. 【請求項１０】 前記燃焼炉において、フリーボード部
    分に２次空気を投入するように構成したことを特徴とす
    る請求項１乃至９のいずれか１項に記載の円筒形流動層
    ガス化燃焼炉。
11. 【請求項１１】 前記燃焼炉において、弱流動化域に補
    助燃料を投入するように構成したことを特徴とする請求
    項１乃至１０のいずれか１項に記載の円筒形流動層ガス
    化燃焼炉。
12. 【請求項１２】 前記ガス化炉及び燃焼炉から取り出さ
    れた排出ガスを、それぞれ溶融炉に導入合流させ、排出
    ガスに含まれる可燃性ガス、可燃分を含む微粒子を１２
    ００℃以上の高温で燃焼させ、灰分を溶融させることを
    特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の円
    筒形流動層ガス化燃焼炉。
13. 【請求項１３】 前記ガス化炉及び燃焼炉を大気圧以上
    で運転することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれ
    か１項に記載の円筒形流動層ガス化燃焼炉。
14. 【請求項１４】 前記ガス化炉及び燃焼炉を大気圧以上
    で運転し、かつ取り出された排出ガスをそれぞれ集塵
    し、その後ガスタービンに導入したことを特徴とする請
    求項１乃至１１のいずれか１項に記載の円筒形流動層ガ
    ス化燃焼炉。
15. 【請求項１５】 前記ガス化炉及び燃焼炉を大気圧以上
    で運転し、かつ取り出された排出ガスをそれぞれ冷却し
    たあと集塵し、その後ガスタービンに導入したことを特
    徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の円筒
    形流動層ガス化燃焼炉。
16. 【請求項１６】 大気圧以上で運転するために、圧力容
    器内に円筒形流動層ガス化燃焼炉を内蔵したことを特徴
    とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の円筒
    形流動層ガス化燃焼システム。
17. 【請求項１７】 円筒形流動層炉であって、同心の第１
    仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円
    環状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部
    の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口
    を有し、 前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉におい
    ては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気
    装置を炉床部分に設け、 中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化
    速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を
    生じさせ、 前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に
    大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒
    体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連
    絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域
    に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形
    成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するよう
    に構成し、 前記燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を
    与えるような散気装置を炉床部分に設け、 前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域を実質的に小さ
    な流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の
    沈降流を生じさせ、 また第１仕切壁と離れた区域は、実質的に大きな流動化
    速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を
    生じさせ、 ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入
    した流動媒体は流動層内を下降しつつ、未ガス化成分で
    あるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉
    底付近で第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流す
    ることによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源
    として作用することを特徴とする円筒形流動層ガス化燃
    焼炉。