JPS62261808A - 流動層燃焼方法 - 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〕 本発明は、流動層で固体燃料を燃焼して蒸気を取り出す
ようにした流動層燃焼ボイラにおける新規な燃焼方法、
詳しくは、流動層から飛散した未燃石炭を含むダストを
回収して、流動層に戻すようにした、いわゆる循環型流
動層ボイラにおいて、燃料比の高い石炭、たとえば無煙
炭あるいは燃焼性の悪いオイルコークスでも、高い燃焼
効率が得られる燃焼方法に関するものである。

〔従来の技術〕

循環型流動層ボイラは、次の２つの方式に分類される。

第１の方式は、流動層の本体下部に濃厚な粒子層が存在
しない型式で、ガス流速として７〜８ｍ／ｓが採用され
、一般的に高速循環流動層方式と呼ばれている。第２の
方式は、流動層本体下部に、明確な濃厚粒子層を有する
、いわゆるベッド（流動１１５）が存在するバブリング
型流動層方式である６両者は、装置高さ方向の粒子濃度
分布に明確な相違があり、第３図に粒子濃度分布を示し
た。

第３図は、空気分散板からの高さと粒子濃度の関係を示
したもので、図中の８曲線は、高速循環流動層方式の粒
子濃度を示したもので、装置の上部に行くに従って、は
ぼ直線的に粒子濃度が減少する。一方、図中の５曲線は
、バブリング型流動層方式について示したもので、装置
下部では高速ｖ１１環流動層方式よりも粒子濃度の高い
１〜２−高さのほぼ均一粒子濃度域が存在し、いわゆる
ベッドが存在する。このベッドを過ぎると、急激に粒子
濃度が減少していく。

流動層に固体燃料、たとえば石炭を供給すると、燃焼の
過程で微細化され、灰または未燃焼石炭（チャー）はガ
ス流に伴われて流動層から飛散し、後部伝熱面に入り冷
却される。

上記の従来の流動層は、熱回収のために層内に伝熱管を
設けるのが一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし流動層内部に伝熱管を有する流動層は、■伝熱管
の腐食、エロージョンによる減肉、■負荷が下がると層
温度が下がり、とくに炉内脱硫をする場合には、負荷の
範囲は１００〜７０％程度と狭い、などの欠点がある。

また流動層の温度は、水冷壁構造としても、一般炭を燃
焼さすと、通常の燃焼状態においては約１５００℃以上
になる。流動層温度は石炭の灰の融点から制限され、１
１００℃内外が操作限界温度となり、さらに炉内脱硫を
ＣａＣＯ５で実施する場合には、脱硫に最適温度がある
ことから、常圧流動層においては、８００〜９００℃に
制御する必要がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、収熱後の５０
０℃以下の中温灰（炉内脱硫を実施する場合は、飛散し
た脱硫剤も含まれる）を流動層に戻すこに どより、流動Ｎ温度を所定の温度に保つことができ、ま
たフリーボードを積極的に反応領域として使用すること
により、フリーボード温度を高温に保ち、必要な反応時
間を確保して、燃焼反応、脱硫反応およびＮＯｘ低減反
応を促進するようにして、燃料比の高い石炭、たとえば
無煙炭、燃焼性の悪いオイルコークスでも、高い燃焼効
率で燃焼することができる方法の提供を目的とするもの
である。

Ｃ問題点を解決するための手段および作用〕本発明の流
動層燃焼方法は、流動層で固体燃料を燃焼する方法にお
いて、流動層内部に伝熱管を設けずに、フリーボード出
口ガス温度を流動層温度〜１０００℃にし、フリーボー
ドの平均ガス滞留時間を２秒以上とし、フリーボード出
口ガスを後部伝熱部に導いて後部伝熱部出口ガス温度が
５００℃以下となるように収熱した後、集じん器に導い
て集じんし、収熱後の５００℃以下の中温灰の大部分を
流動層の上側または上部に循環し、中温灰の残部を系外
に排出し、流動層温度を中温灰の循環量または中温灰の
排出量で制御することを特徴としている。

第２図は本発明の方法を実施する装置を簡略化して示し
たものである。第２図において、１は流動層燃焼炉本体
、２は後部伝熱部、３は集じん器で、供給された石炭中
の灰、脱硫剤の内、後部伝熱部２および集じん器３で捕
集される粒径のものは系内を循環し、循環量は集じん器
の性能による。

循環量が不足する場合には、さらに後流の空気予熱器捕
集灰、場合上よっては最終集じん器捕集灰も循環する必
要がある。空気予熱器捕集灰または／および最終集じん
器浦集灰の量を−、で示している。

いずれにしても、保有される循環粒子量（保有循環粒子
量）によって、必然的に循環量−１が定まる。保有循環
粒子量の増減は、循環系統から循環粒子を系外排出する
排出量を変える。ことによって達成できる。今、流動層
温度が低い場合、系外抜出し量を増加させると、保有循
環粒子量が減少して循環粒子量が減少し、流動温度が上
昇する。逆に流動層温度が高い場合には、系外排出量を
減少さすか、空気予熱器捕集灰または／および最終集じ
ん器捕集灰を供給することによって温度を低下さすこと
ができる。判型は抜出し量を示している。

流動層を有する、いわゆるバブリング型の流動層燃焼炉
においては、流動層内で大部分燃焼するが、若干のチャ
ーが飛散するため、フリーボードでの燃焼条件が重要で
ある。第４図はその概要を示したもので、チャーはフリ
ーボード温度が高くなる程少なくなるが、ＮＯＸ、　Ｓ
ｏ、は１０００℃を越えると増加する傾向にある。また
１０００℃を越えると、石炭燃焼の場合は、灰の融点に
近くなり、フリーボードに灰、脱硫剤のコーチング（付
着）が発生するため、１０００℃以下に制限する必要が
ある。したがって、フリーボード温度は、流動層温度〜
１０００℃、好適には８５０〜９５０℃が良いことがわ
かる。

水冷壁構造で温度が低下する場合には、断熱材で水冷壁
のカバーを行う、また耐火断熱構造の場合で１０００℃
を越える場合には、転回を設置する必要がある。

本発明の方法においては、フリーボードでの平均ガス滞
留時間は２秒以上、好適には２．５〜３．５秒に限定さ
れる。２秒未満の場合は、未燃分が燃焼しないので燃焼
効率が悪（、一方、３．５秒を越える場合は、燃焼効率
は良くなるが、装置が高くなって設備費が嵩むことにな
るからである。

流動層に戻す冷却された灰の量は、流動層設定温度と灰
の温度から定まり、循環比Ｒを、流動層に戻す灰量（瞳
／ｈ） と定義すると、循環比と層温度との関係は第５図に示す
ようになる。　Ｔｒは灰の温度を示している。

今、流動層温度を８５０℃にしたい場合は、灰の温度が
１００℃の場合は循環比−１４、灰の温度が４００℃の
場合は循環比−２１となることが示されている。

このように、飛散した灰を流動層に戻す手段を用いた流
動層の温度コントロール方法を用いると、ボイラ負部が
低下した場合でも温度コントロールが可能であり、低負
荷においても安定した層温度に設定することができる。

本発明の方法における中温灰とは、５００℃以下、好適
には４００〜３００℃の灰を指称する。前述の高速循環
流動層ボイラでは、９００℃前後の高温灰をｖＩｉ環し
ており、この点において差異を有している。

本発明の方法において、上記のように限定するのは、層
温度が３００℃未満の場合は、ベッド温度を所定の温度
にするのに、循環量が少なくて性能が低下し、一方、層
温度が５００℃を越える場合は、ベッド温度を所定の温
度にするのに、循環量が多すぎて性能が良くなるが、循
環動力費が増え、かつ転回の損傷が激しくなるなどの不
利な点が生じるからである。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して、本発明の好適な実施例を例示
的に説明する。ただしこの実施例において、とくに特定
的な記載がないかぎりは、本発明の範囲を限定するもの
ではなく、単なる説明例にすぎない、流動Ｎ４の内部に
伝熱管を設けずに、フリーボード５の平均ガス滞留時間
を２秒以上、好適には２．５〜３．５秒として、フリー
ボード５の出口ガス温度を流動層温度〜１０００℃、好
適には８５０〜９５０℃とする。フリーボード５の出口
ガスを後部伝熱部２に導いて、後部伝熱部出口ガス温度
が５００′ｃ以下、好適には４００〜３００℃となるよ
うに、蒸気を発生させた後、このガスを集じん器３に導
いて集じんし、後部伝熱部２および集じん器３で捕集さ
れた５００℃以下、好適には４００〜３００℃の中温灰
の大部分をＷｉ環シライン６より流動層４の上側または
上部へ循環し、中温灰の残部を排出ライン７により糸外
に排出し、流動層温度を中温灰の循環量または中温灰の
排出量で制御する。８は空気分散板９は風箱、１０は１
次空気供給管、１１は２次空気供給管、１２はダンパー
、１３は排出機である。

流動層燃焼炉本体１が耐火断熱材構造である場合には、
１００％負荷の循環比とほぼ同等の循環比で流動層温度
は所定の温度に保持できる。水冷壁構造の場合には、水
冷壁による収熱割合が若干増加するため、若干循環比を
少なくすることで所定の流動層温度に設定することがで
きる。

また少なくとも静止層高よりも高い位置から給炭し、か
つ給炭位置よりも高い位置から２次空気を供給するよう
にするのが好適である。

循環灰の戻す位置をフリーボード５の下部で静止層高よ
り高い位置とフリーボード５の中央部など複数にするこ
とによって、全体の温度を所定の温度にすることができ
る。

また２段燃焼、炉内脱硫を行う場合も適用されることは
勿論である。

前記の集じん器３の下流に第２の後部伝熱部１４を設け
、ここでさらに蒸気を発生させた後、空気予熱器１５で
燃焼用空気を予熱し、その後、最柊集じん器１６で集じ
んするように構成する場合もある。この場合、第２の後
部伝熱部１４、空気予熱器１５、最終集じん器１６の捕
集灰の大部分を流動層４内に循環し、残りを系外に排出
するようにする。１７は空気ファンである。

またフリーボード５が水冷壁構造で、フリーボード出口
ガス温度が層温度よりも低下するときは、フリーボード
５を断熱材で内張りして、フリーボード出口ガス温度が
流動層温度〜１０００℃になるようにし、一方、フリー
ボード５が耐火断熱材構造で、１０００℃を越える場合
には、フリーボードに伝熱管を配して、フリーボード出
口ガス温度が流動層温度〜１０００℃になるようにする
。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を有している。

＜１１　　後部伝熱部の出口、ガスを５００℃以下に冷
却するので、ガスの体積が小さくなり、後流の集じん器
が小型となり、さらに集じん効率を上げることができる
。また後燃焼しないので、タリンカートラブルやコーチ
ングトラブルが生じなくなり、長期間の連続運転を継続
することができる。さらに集じん器を耐火、断熱構造と
する必要はなく、鋼板製のものが使用できるので、コス
トの低減を図ることができる。

（２）　　上込め方式の給炭方法は、燃焼効率の低下、
ＮＯＸ、　Ｓｏ！の増加となるため、従来方式では採用
に制限があったが、本発明の方法では、上込め方式を採
用しても、チャー、脱硫剤を含む灰を循環することと、
フリーボードの温度を高く保つことによって、ＮＯｘ、
　Ｓｏｗを低下させることができ、十分性能が確保でき
る。また循環灰も背圧の少ない流動層の上側または上部
へ戻すので、十分性能が確保できるし、エネルギーロス
も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動層燃焼方法を実施する装置の一例
を示すフローシート、第２図は本発明の方法を実施する
装置を簡略化して示したフローシート、第３図は高速循
環流動層方式およびバブリング型流動層方式の粒子濃度
と空気分散板からの高さとの関係を示すグラフ、第４図
はフリーボード温度と、チャー、ＮＯｘ、　５Ｏｔａ度
との関係を示すグラフ、第５図は層温度を変化させた場
合のｖｆ１環比と層温度との関係を示すグラフである。 １・・・流動層燃焼炉本体、２・・・後部伝熱部、３・
・・集じん器、４・・・流動層、５・・・フリーボード
、６・・・循環ライン、７・・・排出ライン、８・・・
空気分散板、？・・・風箱、１０・・・１次空気供給管
、１１・・・２次空気供給管、１２・・・ダンパー、１
３・・・排出機、１４・・・第２の後部伝熱部、１５・
・・空気予熱器、１６・・・・・・最終集じん器、１７
・・・空気ファン出　願　人　　川崎重工業株式会社 第２図 第り図 粒＝ｒ逼Ｌ（〆２に′） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　流動層で固体燃料を燃焼する方法において、流動層
   内部に伝熱管を設けずに、フリーボード出口ガス温度を
   流動層温度〜１０００℃にし、フリーボードの平均ガス
   滞留時間を２秒以上とし、フリーボード出口ガスを後部
   伝熱部に導いて後部伝熱部出口ガス温度が５００℃以下
   となるように収熱した後、集じん器に導いて集じんし、
   収熱後の５００℃以下の中温灰の大部分を流動層の上側
   または上部に循環し、中温灰の残部を系外に排出し、流
   動層温度を中温灰の循環量または中温灰の排出量で制御
   することを特徴とする流動層燃焼方法。 ２　フリーボードが水冷壁構造で、フリーボード出口ガ
   ス温度が層温度よりも低下するときは、フリーボードを
   断熱材で内張りして、フリーボード出口ガス温度が流動
   層温度〜１０００℃になるようにする特許請求の範囲第
   １項記載の流動層燃焼方法。 ３　フリーボードが耐火断熱材構造で、１０００℃を越
   える場合には、フリーボードに伝熱管を配して、フリー
   ボード出口ガス温度が流動層温度〜１０００℃になるよ
   うにする特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方法。 ４　少なくとも静止層高よりも高い位置から給炭し、か
   つ給炭位置よりも高い位置から２次空気を供給する特許
   請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方法。 ５　灰を静止層高よりも高い位置に戻す特許請求の範囲
   第１項記載の流動層燃焼方法。 ６　空気予熱器、最終集じん器からの灰も流動層に戻す
   特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方法。 ７　２段燃焼を行う特許請求の範囲第１項記載の流動層
   燃焼方法。 ８　炉内脱硫を行う特許請求の範囲第１項記載の流動層
   燃焼方法。 ９　集じん器についで第２の後部伝熱部を設けて熱回収
   する特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方法。