JPS62125207A - 流動層燃焼装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明し九流動層燃焼装置の運転方法に係り、特に石炭
や石油コークスなどのように、燃焼後に多量の固形灰分
を出す燃料を用いる流動層燃焼装置の運転方法に関する
。

（従来の技術） 埋蔵量の少ない石油系燃料から、資源量の多い石炭にエ
ネルギー源を転換することが急がれている。石炭は石油
に比し硫黄含有量が多く、灰分を多く含むことから燃料
としての取り扱いには工夫を要する。石炭からエネルギ
ーを取り出す燃焼炉として注目されているのが流動層燃
焼炉である。

流動層燃焼炉は炉の底部に設けた空気室の天井部を構成
する空気分散板を介して、その上部にある流動層に流動
化兼燃焼用空気を供給し、流動層を形成する流動媒体（
砂、セメントタリンヵー、石炭燃焼灰などの耐熱性粒子
で構成され、場合によっては石灰石などの脱硫剤を含む
ことがある）を、あたかも水の沸騰するように流動化さ
せ、層中に供給された石炭粒子などの燃料を燃焼させる
ものである。

流動層の層高は５０〜１００ｃｍ程度テあり、７００〜
１０００℃に加熱された高温の流動媒体の有する大きな
熱容量のため、石炭に限らず、含水率の高い汚泥、難燃
性のＥＰ灰（すなわち重油などの燃焼時に生じた煤や、
火炉に投入されたＮＨ３と燃焼ガス中の硫黄酸化物の反
応によって生じた硫安などの混成したもので、電気集じ
ん器で捕集された灰）や石油コークスなども容易に燃焼
させることができる。

燃料を１０００℃以上の高温で燃焼させると、燃焼用空
気に含まれている空気と窒素が結合して酸化窒素（ＮＯ
Ｘ）を生成し、これが燃焼排ガス中に高濃度に含有され
ると、環境汚染という公害問題を生ずる。

また、硫黄分を多く含む燃料を燃焼させる場合、流動媒
体中に含カルシウム物質（石灰石や石炭燃焼灰など）を
混合して、燃焼によって生成する硫黄酸化物（ＳＯｘ）
を除去することが行われるが、この脱硫反応を効果的に
行わせるには、流動層の温度を８００〜９００℃程度に
維持することが必要である。

以上のような理由から、流動層温度を８００〜８５０℃
程度に保って、石炭などの燃料を燃焼さゼることが一般
に行われている。一方、流動層で石炭粒子やＥＰ灰など
を燃焼させる場合、粒子径の小さい燃料の何分の１かは
流動化空気などのガスによって、流動層からその上部空
塔部に飛散し、十分に燃焼しないままで燃焼排ガスによ
って煙道に運ばれる。また、比較的大きい粒子の燃料も
流動層中での流動燃焼によって小粒子に粉砕されるが、
８００〜８５０℃の比較的低い流動層温度では、その粒
子中心部までに完全に燃焼することなく、空塔部を経て
燃焼排ガスによって煙道に運ばれるものが生じる。

従って、流動層式主燃焼炉（以下、ＭＢＣと略称する）
からの燃焼排ガスには未燃分の多い灰が多く含まれるの
で、サイクロン式集じん器で灰分を分離し、これを１０
００℃程度の高温に維持した流動層式再燃焼炉（以下、
ＣＢＣと略称する）に投入して未燃分を完全に燃焼させ
、フライアッシュとして利用できる燃焼灰とすることが
行われている。また、このようにＣＢＣにより未燃灰を
燃焼することは燃焼装置全体（例えば流動層ボイラ装置
）としての燃焼効率を高めることになる。

（発明が解決しようとする問題点） ＣＢＣの処理能力としては、ＭＢＣがら放出される石炭
灰中の未燃カーボン量が最大となる場合にも応すること
ができるものを備えている必要がある。ところが、ＭＢ
Ｃから飛散する未燃灰は、ＭＢＣの負荷状態によって変
化する。このことをさらに説明すると、一般にＭＢＣは
空気室を仕切壁により複数室に分割して、分割された各
空気室に別々に独立して空気を供給できるようになって
いる。また、各空気室天井部の空気分散板には、石炭な
どの燃料供給ノズルがそれぞれ設けられ、石炭の供給は
各空気室上部の流動層部ごとに、別々に独立して制御で
きるように構成されている。

この分割された各空気室とその空気室に対応する上部各
流動層部との一対をセル（Ｃｅ　ｌ　１）と呼んでいる
が、分割された空気室に所定空気量を供給すれば、その
空気室に対応する上部流動屓部が流動化され、流動化さ
れた流動層部に燃料を供給して燃焼させることにより、
そのセルは稼動状態となる。この稼動セルへの燃料供給
量を増加することにより流動層温度は上昇し、流動層中
に蒸発管を配した流動層ボイラの場合、蒸発管内での水
の蒸発量が増加しボイラ負荷が上昇する。しかしながら
、ＭＢＣの層温は８００〜８５０″Ｃ程度の範囲内で運
転する必要があり、各セルへの石炭供給量もその範囲内
で行なう必要がある。そこで、ボイラ負荷をさらに上げ
る場合は、別の隣接セルを稼動させそのセルについて石
炭供給量を制御するのである。隣接した２つの稼動セル
の流動層部では、流動媒体および燃料はお互いに混合攪
拌されほぼ一様な温度、燃焼状態となるのである。以上
述べたようにＭＢＣの負荷状態により稼動流動層の温度
および燃焼石炭量が変化するので、燃焼排ガス中に含有
される未燃灰分量が変化することになる。

また、わが国においては燃料供給上の危険分散の目的で
石炭を多くの国から多種類のものについて輸入し、同一
流動層炉で燃焼せざるを得ない事情にある。石炭はその
生成された履歴によりその成分が千差万別であり、炭種
により石炭中の固定炭素分に対する揮発分の比（燃料比
という）や含有天分割合も大幅に変わる。すなわち、石
炭の種類により燃焼性に難易があり、未燃灰分量も変わ
るのである。前述したように、ＣＢＣはＭＢＣから排出
される未燃灰分の最大量を処理できるように設計するの
が一般的である。従って、燃料の種類やボイラの負荷状
態により、ＭＢＣから排出される未燃灰分が、ＣＢＣを
層温１０００℃で連続運転するのには不足する場合は、
一旦ＣＢＣの運転を中止し、灰ホッパに未燃灰を貯め、
灰ホッパでの灰量が所定量になればＣＢＣを再起動し未
燃灰を燃焼する。灰ホッパが空になればＣＢＣを停止し
てＭＢＣからの未燃灰を貯めるということを繰返えすこ
とになる。

しかし、この方法ではＣＢＣの起動、停止操作が頻繁に
なり、また、起動に際しては起動セルに熱風炉から高温
のガスを送って、セルの流動媒体を所定温度まで加熱し
てのち点火する必要がある。

従って、再起動に時間を要し運転操作が複雑になるとと
もに、熱風炉燃料として重油やガス燃料を消費すること
になる。

この問題を解決するためＣＢＣの空気室を複数個に分割
し、ＭＢＣからの未燃灰量に応じてＣＢＣの稼動セル数
を変化させることも考えられるが、この方法はＭＢＣ同
様ＣＢＣもセル分割が必要となり灰供給装置や制御装置
が複雑となる。またＣＢＣを複数セルに分割したとして
も、構造上空気室の保守、点検に必要な最小セル幅寸法
を確保することが必要で、セル数にも制限があり、最小
単一セルの運転に必要な未燃灰が不足する場合は、前記
と同様に起動、停止の問題が残るため、根本的な解決策
とはいえない。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、灰分を
多く排出する燃料を主燃焼炉および再燃焼炉で燃焼させ
る際に、未燃灰分量の大小にかかわらず、再燃焼炉をほ
ぼ一定の出力で運転することができる流動層燃焼装置の
運転方法を堤供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、流動層式主燃焼炉から排出された未燃灰を捕
集し、流動層式再燃焼炉で燃焼する流動層燃焼装置の運
転方法において、上記主燃焼炉から排出された未燃灰を
ホッパ装置に貯蔵し、該ホッパ装置における灰貯蔵量に
より、上記再燃焼炉における燃焼を、未燃灰燃焼と石炭
燃焼との切替運転により行なうことを特徴とする。

すなわち、本発明は、ＣＢＣでの連続運転に必要な未燃
灰分が不足する場合は、ＭＢＣから排出される未燃灰分
のＣＢＣへの供給を中止し、これを灰ホッパに貯蔵しつ
つ、ＣＢＣへは石炭を供給して燃焼し、その際の層温度
を８００〜８５０℃に保持してＮＯｘ、ＳＯｘ対策を行
い、灰ホッパ内に貯蔵灰量が所定量に達したら、ＣＢＣ
への燃料供給を石炭から未燃灰分に切替えるとともに、
層温度を未燃灰分焼却に必要な１０００℃程度に昇温さ
せ、ＣＢＣの運転を継続するものである。

（作用） 元来、未燃灰分をＣＢＣで燃焼する場合、若干の補助燃
料（石炭）は常時使用されているのであり、本発明では
特別の設備を要せずに、ＣＢＣでの燃料の切替えを行な
うことにより、ＣＢＣの運転を連続することができると
ともに、ＭＢＣとＣＢＣを合わせた流動層燃焼装置全体
の負荷を落とすことなく運転することができる。

（実施例） 本発明の実施例を第１図、第２図により説明する。ＭＢ
Ｃより飛散した石炭灰（未燃灰）は、ＭＢＣ後流部に設
けた集じん器（図示せず）で捕集された後、灰輸送ｔａ
２により灰ホッパ３に送られる。ＣＢＣＩには層温検出
器１１が設けてあり、ＣＢＣの流動層の温度が約１００
０℃に維持されるように、灰ホッパ下の灰供給機７より
未燃灰がＣＢＣに供給される。一方、未燃灰燃焼時にお
いても、石炭ホッパ１２から石炭供給ｍ、１３により助
燃用の石炭が供給される。

灰ホッパ３には高レベル検出器５と低レベル検出器６が
設けてあり、灰レベル４が低下しくＭＢＣから送られて
くる灰量よりもＣＢＣへ供給する灰量が多い場合）低レ
ベル検出器６が作動する位置に達すると灰供給器７が停
止する。灰供給が停止するとＣＢＣへの石炭量を層温度
を所定値に維持するに必要な量まで増加する（石炭専焼
時には、脱硫に適当な温度８００〜８５０℃にＣＢＣ層
温を制御する）。ＣＢＣの流動媒体には石炭燃焼灰が多
量含まれており、脱硫剤として作用する場合が多いが、
この場合は特に脱硫剤をＣＢＣに供給する必要はない。

灰の脱硫作用が弱い場合は、流動層に石灰石などの脱硫
剤を供給する。

石炭燃焼時は未燃灰供給を停止しているため灰レベル４
は上昇し、時間経過とともに高レベル検出器５が作動す
る位置に達する。検出器５が作動すると、灰供給機７が
作動しＣＢＣへの灰供給を開始する。灰供給開始ととも
に、石炭助燃重設定器も作動し、所定の助燃率まで石炭
量が減少し、かつ層温度も約１０００℃へ上昇する。な
お、灰ホッパ中の貯灰量は灰レベルだけでなく、灰重量
でも検出することができる。第２図は以上の状況をパタ
ーン化した説明図である。

灰ホッパの効果は、ＭＢＣからの未燃灰の供給量が減少
しても、一定時間ＣＢＣが必要とする灰を供給可能とす
る点である。なお、ＭＢＣからの未燃灰供給量が減少し
ＣＢＣの層温度が維持できなくなった場合、この灰量不
足を石炭である限定まで補うことも考えられ、限度量に
達した時点で石炭専焼に切換えることも本発明の他の実
施例であるが、灰不足時に石炭を増量して灰燃焼を続行
する場合、石炭中には硫黄分があり、灰燃焼に必要な層
温度１０００℃では脱硫作用が十分でないので、燃焼排
ガス中のＳＯｘ濃度が規制値を越える危険があるので、
石炭助燃率も２０〜３０％以下に制御する必要がある。

あるいはこの場合層温を９００℃程度に落することも一
方法である。

ＣＢＣでの未燃灰燃焼中においても、灰中未焼カーボン
％が変動し、一時的に層温が低下した場合、灰供給量を
直ちに増量しても、未燃灰が着火し発熱するまでには時
間遅れがあり、また未燃灰の一時的吸熱もあって灰が層
温度を下げる現象が生じる。そこで、この場合はまず石
炭フィーダが一次的に追従して石炭供給量を増し、その
あとで未燃灰を二次的に増量してゆき、それに合わせて
石炭供給量を元に戻す。

なお、流動層ボイラに本発明を通用する場合、ＭＢＣと
ＣＢＣの両方を合わせた発熱量がボイラ出力になるが、
従来技術ではＣＢＣが運転、停止をくり返えすので、ボ
イラ出力を維持するためには、ＭＢＣへの石炭供給量を
増減して層温を制御し、流動層中に設けた蒸発管の水蒸
気蒸発量を制御しなければならないのに対し、本発明に
よればＣＢＣは常にほぼ一定出力で運転されるので、Ｍ
ＢＣに対して外乱を与えることなく、ＭＢＣはボイラ負
荷に合わせて運転すればよいことになる。

この状況を第３図に示す。

なお、本発明の応用例として考えられるのは、ＣＢＣを
複数セルとし、例えば２セルとして、ＭＢＣからの未燃
灰分供給量が多い段階の運転範囲では、ＣＢＣを２セル
とも稼動させて本発明をそのまま適用した運転を行い、
未燃灰分供給量が少ない段階の範囲ではＣＢＣを１セル
のみ稼動して（さらに灰量が１セルに不足する場合）本
発明を通用した運転を行なうことができ、このようにす
れば、未燃灰分を貯蔵する灰ホッパ容量を小さくするこ
とができる。

（発明の効果） 本発明においては、主燃焼タカ・ろ排出される未燃灰分
量の大小にかかわらず、再燃焼炉は連続してほぼ同一出
力で運転されるので、主燃焼炉に外乱を与えることがな
く、主燃焼炉は負荷に応じた運転を行なうのみでよいの
で運転が容易である。

また再燃焼炉は、主燃焼炉から構成される装置灰分の多
少により、運転したり停止したりすることをくり返すこ
とがないので、従来法のように再燃焼炉の再起動による
複雑な運転や、再起動時に要する熱風炉燃料が不要とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための再燃焼炉系統
図、第２図は再燃焼炉に未燃灰分および石炭を交互に供
給して燃焼する場合の説明図、第３図は主燃焼炉と再燃
焼炉の負荷状況を説明するための図である。 １・・・再燃焼炉、２・・・灰輸送機、３・・・灰ホッ
パ、灰レベル、５・・・高レベル検出器、６・・・低レ
ベル検出器、７・・・灰供給機、８・・・灰供給母管、
９・・・灰供給枝管、１０・・・灰供給ノズル、１１・
・・層温検出器、１２・・・石炭ホッパ、１３・・・石
炭供給機、１４・・・石炭供給母管、１５・・・石炭供
給枝管、１６・・・石炭ノズル。 代理人　弁理士　　川　北　武　長 第１図 １：再燃焼炉　　　　　　　　　１１：層温ＩｆＬ畠器
２：ＦＲ，＊送＠　　　　　　　　　　１２：石炭ホッ
パー３二灰ホッハー、灰レベル　　　１３：石炭供給機
５：高レベル検出器　　　　　　１４：石５Ｉ２併給母
管６：低レベル検出器　　　　　　１５：石炭併結枝管
７：灰供給１＆　　　　　　　　　　１６：石炭ノズル
８：灰供給母管 ９：灰供給枝管 １０：灰供給ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動層式主燃焼炉から排出された未燃灰を捕集し
   、流動層式再燃焼炉で燃焼する流動層燃焼装置の運転方
   法において、上記主燃焼炉から排出された未燃灰をホッ
   パ装置に貯蔵し、該ホッパ装置における灰貯蔵量により
   、上記再燃焼炉における燃焼を、未燃灰燃焼と石炭燃焼
   との切替運転により行なうことを特徴とする流動層燃焼
   装置の運転方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、再燃焼炉におけ
   る燃焼が未燃灰分燃焼である場合に、流動層温度の低下
   に際しては、一旦補助燃料石炭供給量を増加して流動層
   温度の回復を図り、しかるのち未燃灰分供給量を増加し
   て補助燃料石炭供給量を元の量に戻すことを特徴とする
   流動層燃焼装置の運転方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、再燃焼炉におい
   て未燃灰分を燃焼している際は、流動層温度を未燃灰分
   燃焼に必要な高温に保持し、石炭燃料燃焼を行なう際は
   、流動層温度を低ＮＯｘかつ脱硫燃焼に適した比較的低
   温に保持して運転することを特徴とする流動層燃焼装置
   の運転方法。