JPS6240605B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、大気圧流動床式燃焼装置に関し、特
にキヤリオーバー（燃焼装置へ再循環される微細
粒子）を流動状態で流動床式燃焼器内へ再送入す
るための粒子再循環装置に関する。 従来の一形式の流動床式燃焼器ユニツトにおい
ては、流動床式燃焼器のためのキヤリオーバーの
再循環は、気送管に空気を供給する空気排除装置
を用いることによつて行われている。この空気排
除器型装置は、ベンチユーリ原理に基づいて作動
し、キヤリオーバー粒子をサイクロン型収集ホツ
パーから吸引することによつて移送する。このよ
うな装置は、米国ワシントンD.Cのジヨージタウ
ン大学に設置された流動床式燃焼装置に使用され
ている。 空気排除器は、圧力を燃焼器の流動床の圧力レ
ベルにまで増大させることと、粒状物質を空気輪
送（気送）するための空気を供給することの二重
の機能を果たす。しかしながら、空気排除器は、
非常に高いエネルギーのジエツト（噴射）を必要
とし、そのジエツトがぶつかると、特殊の材質の
部材であつても急激に摩滅する。更に、空気排除
器の上流側の粒状物質の流れが大きな塊状流れで
あることと、その流れに対する空気排除器の軸線
の向きからして流れの閉塞が生じ易い。 本発明の目的は、流動床式燃焼器のための信頼
性の高い、エネルギー効率の良いキヤリオーバー
再循環装置を提供することである。 略述すれば、本発明のキヤリオーバー再循環装
置は、吸引し通風フアンの吐出口からの清浄空気
によつて流動化され、小型の補助フアンからの空
気によつて助成される流動化再送入床を備えてお
り、キヤリオーバー粒子を別個の流動化床に集め
ることによつてキヤリオーバー粒子をその自重重
力により燃焼器へ戻らせるように構成したもので
ある。上記別個の流動化床の燃焼器床との圧力差
は、燃焼器床の底部から再送入管して失われる圧
力損失を補償するのに十分な大きさとする。従来
の空気排除器型装置と比べて、本発明の流動化再
送入装置は、所要動力が２桁少なくてすみ、装置
全体を通しての流体の流速が低いので各部品の摩
滅の問題を実質的に解消する。しかも、本発明の
装置は、作動中自動調節する。 第１および第２図において、参照番号１０は、
本発明の原理を説明するために選ばれたパイロツ
トプラントの大気圧流動化床式燃焼器ユニツトを
示す。 本発明の原理を商業用燃焼装置（例えばボイラ
ー、蒸発発生装置など）に適用することができる
ことは当業者には明らかであろう。 燃焼器１０は、前壁１２と、後壁１４と、両側
壁（図示せず）を備えている。各壁は、耐火材を
内張りされている。本発明を組入れた商業用燃焼
装置の場合は、耐火材の内張りに代えて、例えば
水管壁のような水加熱手段即ち蒸気発生手段を設
ける。 参照番号１６は、ほぼ大気圧に維持された粒状
物質の流動床を示す。床１６は、燃焼室１８内に
収容され、ユニツト１０の下方部分的に水平に延
設された有孔空気分配板２０によつて支持され
る。床１６は、例えば石炭のような燃料の粒子
と、燃料の燃焼中放出される硫黄酸化物（SOx）
を吸収するために吸収材（例えば石灰石や、ドロ
マイト粒子）と、再循環された微細粒子（キヤリ
オーバー）とから成る。キヤリオーバーは、未燃
焼燃料の粒子と吸収材とから成る。 分配板２０の真下に充気室２２が設けられてお
り、充気室２２に連通する空気導入口２４が後壁
１４を貫通して設けられている。流動床１６を流
動化させ、かつ燃料を燃焼させるための空気は、
押込通風フアン（図示せず）から空気導入口２４
を通して充気室２２へ送られる。 後壁１４の燃料供給口２８に床上燃料供給管２
６が接続されている。供給管２６は、外部供給源
から粒状石炭を受取り、粒状石炭を空気輪送など
により慣用の態様で供給口２８を通して床１６内
へ供給するようになされている。床１６へ供給さ
れる燃料の量は、供給管２６に適当に設けられた
流れ制御弁（図示せず）によつて制御される。前
壁１２、後壁１４および両側壁を通して多数の供
給管を設けることもできる。また、必要ならば、
床上供給管の代りに複数の床内供給管を設けるこ
ともできる。床１６から主として灰の形の使用ず
み燃料を排出するためのドレン管（図示せず）が
分配板２０を貫通して床１６に連通するように設
けられている。 通常、１つまたはそれ以上の床内冷却コイル
（図示せず）が燃焼器の壁の１つを通して床内へ
延設される。冷却コイル内を通して水または他の
流体を通流させ、床の温度を低下させると共にコ
イル内の流体を加熱するようにする。 流動床１６を通つた後加熱された空気は、燃焼
ガス３０としてダクト３２内へ上昇し、ダクト３
２内で水または他の流体を通流させているガス冷
却コイル３４を被つて通過する際該コイル内の流
体と熱交換する。燃焼ガス３０内には、主として
未燃焼燃料および吸収材の粒子から成る微細粒子
（キヤリオーバー）が連行されている。 燃焼ガス３０は、ダクト３２を通つた後、サイ
クロン型ダクト分離器３６（以下単にサイクロン
とも称する）へ導かれ、サイクロン３６内でガス
内に連行されている微細粒子が一部除去される。
ガス３０は、依然としてガス内に連行されている
一部の微細粒子と共にダクト４０を通りガス冷却
コイル４２およびガス冷却コイル４４（随意選
択）と熱交換関係をなして流出する。ガスは、次
いでバグハウス（図示せず）へ通されてバグハウ
スで更に濾過され浄化される。ガスは、バグハウ
スから吸出し通風フアン（図示せず）によつて吸
引され、排気筒を通して清浄なガスとして排出さ
れる。 サイクロン３６内に分離収集された微細粒子３
８は、サイクロン脚部４６を通つて再送入流動床
室４８内へ流下し、室４８内に再送入流動床５０
を形成する。床５０は、空気吹込み管５２によつ
て室４８内へ吹上げられる空気によつて流動化さ
れる。別法として、吹込み管５２の代りに有孔空
気分配板を用いてもよい。 第３図に示されるように、流動化用空気は、管
寄せ５４に流入し、該管寄せから再送入流動床室
４８の下方部分内に水平に延設された多数の吹込
み管５２内へ流入する。各空気吹込み管５２は、
その上側管壁に間隔をおいて穿設された多数の孔
を有しており、流動化用空気はそれらの孔を通し
て室４８内へ吹上げられ、それによつて微細粒子
３８を流動化させる。流動化用空気のための有孔
空気分配板または吹込み管の設計は、主として、
分配板または吹込み管を通して圧力降下が流動床
５０の背圧の少なくとも30％となるようにしなけ
ればならないという要件に基いて定められる。燃
焼器の床１６の空気分配板と再送入流動床５０の
空気分配板または吹込み管とが同じ高さ（レベ
ル）にあると仮定すると、再送入流動床のバラン
ス高さは、両方の床１６および５０が静止状態に
あるとき、燃焼器床１６と同じ粒子圧力を与える
高さである。 流動化用空気５８は、吸出し通風
フアンの吐出口から清浄なガスと、小型の補助フ
アン６２からの空気とによつて供給される。始動
操作時には、吸出し通風フアンからのガス６０に
よつて多量の水蒸気が低温の床５０に加えられる
のを回避するために周囲空気をダンパ６４を通し
て導入することができる。流動化用空気５８は、
フアン６２から管寄せ５４へ至り、そこから各吹
込み管５２へ流入する。管寄せ５４の底部にはエ
アレーシヨンガス導管６６が接続されており、や
はり管寄せ５４から空気の供給を受ける。 微細粒子３８は、流下し、室４８の底部に接続
されたドレン管６８を通つて室４８から流出す
る。ドレン管６８からの微細粒子は、１つまたは
それ以上の再送入管７０を通して燃焼器の流動床
１６へ移送する。各再送入管７０には、各再送入
管内の背圧を均衡させることにより各再送入管を
通る微細粒子の流量をバランスさせるように調節
することができる調節自在のオリフイス７２を設
ける。第１図の実施例では、微細粒子３８は、各
再送入管７０内を稠密相（密度の高い状態）で流
れる。微細粒子は、エアレーシヨンガス導管６６
からエアレーシヨンガス入口７４を通して多数の
部位において各再送入管７０内へ吹込まれるエア
レーシヨンガスによつて流動状態に保持される。
導管６６を通してのエアレーシヨンガスの流量は
手動の針弁７５によつて制御される。 再送入管７０を通しての粒子の通流は、再送入
用流動床５０と燃焼器の流動床１６との間の差圧
によつて惹起される。ガスの流速は、その中に連
行される粒子の速度の約２倍である。例えば内径
5.1cm（2in）の３本の再送入管７０（断面積60.4
cm²≒0.065ft²）を通して455Kg／m³（28.4lb／ft³）の
粒子密度で4500Kg／hr（10000lb／hr）の流量で
粒子を通流させる場合、粒子の速度は0.46m／ｓ
（1.5ft／ｓ）である。従つて、エアレーシヨンガ
スの所要流量は0.34m³／ｍ（12ft³／ｍ）となる。 微細粒子を再送入ノズル７８を通して燃焼器の
流動床１６内へ挿入するのを助成するために各再
送入管７０には、該再送入管の、粒子が燃焼器床
１６に向つて上向きに流れる区間に追加の輸送用
空気を吹込むための稀釈用空気入口７６を設け
る。このための空気は、充気室２２から直接取れ
る。この注入点即ち空気入口７６以降では空気圧
によ輸送（気送）が行われる。微細粒子は、Ｔ字
形再送入ノズル７８を通して流動床１６内に噴射
され、該床内で反応作用を行う。 第１図に示された実施例は、ダクト収集器と燃
焼器との距離が比較的短く、粒子の稠密相搬送を
可能にするような用例に適している。再送入用室
４８と燃焼器床１６との間の距離が短く、再送入
管７０を円滑なＵ字湾曲管の形に形成することが
できる場合には粒子を稠密相で移送するのが実用
上有利である。 再送入即ち再循環用室４８と燃焼器床１６との
間の距離が粒子の稠密相移送を行うには長過ぎる
場合には、移送径路の実質的に全区間に亘つて粒
子の空気圧輸送法を用いる第２図の実施例が適し
ている。水平移送径路において空気圧輸送（気
送）を行うためには、すべての固形粒子がガス内
に安定した連行状態に保持されるように再送入管
を通してのガス速度を跳動（サルテーシヨン）速
度（粒子をバウンドさせながら運ぶ速度）より高
い速度にしなければならない。このガスは通常、
空気である。再送入管内における粒子の滞溜時間
が短く、かつ温度上昇が抑制されるので、再送入
管内での粒子の燃焼による問題は生じない。 第２図の実施例においては、流動化用空気は、
吹込み管５２および空気輸送用ガス供給管８０に
接続した管寄せ５４に流入する。空気輸送用ガス
供給管８０内に粒子再送入管８２の下端８４を挿
入し、下端８４を空気圧による粒子連行点とす
る。微細粒子３８は、希薄相で空気圧輸送管８０
内を水平に流れ、第２図に示されるように燃焼器
の流動床１６内へ直接噴射される。別法として、
この実施例においても第１図に示されたノズル７
８と同様な再送入ノズル７８を用いることもでき
る。その場合、空気圧輸送管８０は流動床１６内
へ垂直に導入させる。 第４図は、一般的に適用することができる粒子
再循環（再送入）率をボイラー負荷（50％〜100
％）の関数として表わしたグラフを示す。この曲
線は、燃焼器床の消沈を起すことなく燃焼率を絞
ることができるものと仮定してプロツトされたも
のである。流動化用空気の速度を減少させると、
サイクロンの微細粒子収集効率に影響を及ぼすよ
うな粒度の粒子分が増大する。流動化用空気の速
度を減少させることに伴う、サイクロンを通して
の通風損失の減少を考慮に入れるために、流動化
用空気の速度減少に伴つてサイクロンの微細粒子
収集効率のある程度の減少も考慮に入れた。第４
図のグラフの例の場合、灰生成率の高い燃料を使
用する、出力50MM BUT／hrの燃焼器ユニツト
において100％再循環率を通常の循環率のほぼ２
倍の4575Kg／hr（10166lb／hr）とした。 第５図は、第２図の空気圧輸送方式の場合のボ
ンラー負荷の変動の関数として変化する再循環
（再送入）用流動床５０の高さの変化を表わすグ
ラフである。第５図のグラフでは、再循環用流動
床の高さは、粒子の再循環率が最大限のときで最
高3.05m（10ft）であると仮定した。更に、再循
環用流動床の粒子密度は455Kg／m³（28.lb／ft³）
であり、床の背圧は1387Kg／m²（284lb／ft²）であ
ると仮定した。 先に述べたように、従来の空気排除器型再送入
システムではサイクロン型収集ホツパーから粒子
を吸引することによつて粒子を移送するのである
が、高い圧力の比較的大容量の空気を必要とす
る。例えば、単一の空気排除器によつて粒子を
0.014m³／ｍ（0.5ft³／ｍ）で移送するには、1.27
Kg／cm²（18lb／ft²）（絶対圧）の圧力の、2.83
m³／ｍ（100ft³／ｍ）の流量の空気を必要とす
る。従つて、粒子を641Kg／m³（40lb／ft³）の嵩密
度で4500Kg／hr（10000lb／hr）の流量で移送す
るためには９個の空気排除器を必要する。また、
1.27Kg／cm²（18lb／in²）の圧力の空気を25.2m³／
ｍ（900ft³／ｍ）の流量で送給する空気排除器
は、圧縮機効率を60％とすると、約75HPの動力
を必要とする。4500Kg／hr（10000lb／hr）の流
量で粒子を移送する場合についての下記の表は、
本発明の再送入装置と従来の空気排除式装置とを
比較した場合の両者の差をしめす。

【表】 あり、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒子を稠密相で再送入するためにエア
レーシヨンガスを用いる本発明の一実施例の概略
断面図、第２図は粒子を希薄相で再送入するため
に空気圧輸送を用いる本発明の別の実施例の概略
断面図、第３図は第１図の線３―３′に沿つてみ
た拡大断面図、第４図は、一般に適用しうる粒子
再循環率をボイラー負荷の関数として示したグラ
フ、第５図は再循環用流動床の高さの変化を第２
図の空気圧輸送を用いた場合のボイラー負荷の関
数として示すグラフである。 図中、１６は粒状物質の床、１８は燃焼室、２
０は空気分配板、２２は充気室、３２はダクト、
３６は分離器、４８は再送入（循環）用流動床
室、５０は再循環用流動床、５２は空気吹込み
管、７０は再送入管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動床式燃焼装置において、 (a) 燃焼室と、 (b) 燃料を含む粒状物質の床を支持するために前
   記燃焼室内に配設された手段と、 (c) 前記粒状物質を流動化させ、燃料の燃焼を促
   進するために前記床へ空気を供給し導入するた
   めの手段と、 (d) 前記粒状物質床へ燃料を導入するための手段
   と、 (e) 前記床からの連行微細粒子を包含した燃焼ガ
   スを受取るために前記燃焼室の上方に配置され
   た燃焼室に接続されたダクトと、 (f) 前記燃焼ガスから前記微細粒子を分離するた
   めに前記ダクトに接続された分離器と、 (g) 前記分離器に接続されており、該分離器から
   前記微細粒子を受取り、該微細粒子の床を支持
   するための手段と、 (h) 該微細粒子の床を流動化させるために該床へ
   空気を供給し導入するための手段と、 (i) 前記微細粒子を前記微細粒子床から流動状態
   で前記粒状物質の床へ移送するための手段 とから成る流動床式燃焼装置。