JPS6329104A - 流動床燃焼法 - 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、石炭、廃油、木屑、スラッジ等の低品位の固
形物及び液体燃料を燃焼するボイラ及び各種加熱炉に利
用される流動床燃焼法に関する。

〔従来の技術〕

従来の流動床燃焼法について説明する。

１、　気泡型流動床燃焼法 （１）燃焼炉は流動床で構成され、その流動床に流動材
、燃料、空気及び石灰石を投入し、燃焼と脱硫を同時に
行なわせている。

（２）　　流動床の上部には過熱器等の伝熱面を配置し
ている。

２、　循環流動層燃焼法 燃焼炉下部に燃料と空気を供給し、更にボイラ高温部よ
り捕集した燃焼ガス中の固形分を上記燃焼炉下に再循環
して、燃料と空気と共に燃焼炉を下部より上昇させ、後
部煙道に設置せられた高温集塵器で固形物を捕集し、清
浄ガスは更に後部煙道に送られる。前記の高温部で捕集
された固形物はその保有する熱量を再循環系統に設けら
れた熱交換器に放出した後燃焼炉に再投入せられる。

〔発明が解決しようとする間顧点〕

１、　気泡型流動床燃焼法 （１）流動床で発生する全燃料の発生熱量の一部を吸収
して、流動床内温度を８５０〜９００Ｃに維持するため
蒸発器や過熱器の一部が流動床内に設置されている。こ
の蒸発器や過熱器を構成するＭ管が上記燃料の灰、石灰
石、流動材により摩耗され、短時間で新管と取替えると
か肉盛補修をしなければならない。

（２）　　流動床よシ飛出した未燃分が燃焼されないま
ま流動床上部の伝熱面に接触して冷却され、燃焼出来な
いままボイラ外へと運ばれ、未燃損失が高い。

（３）流動床内で脱硫を行なうため、流動床内を酸化雰
囲気にする事が必要である。この為、燃焼炉出口ＮＯｘ
　９度が高くなる。

２、　循環流動層燃焼法 （１）　　燃焼炉及び後部煙道を通過する燃焼生成ガス
で運ばれる固形物の量が燃焼炉に投入される燃料量の１
０−１００倍程度もあるため、燃焼炉内の金属付着及び
集塵装置、後部煙道伝熱面が激しい摩耗を受ける。

（２）高温部に設置された集塵器は、低温部設置のもの
よりも寸法が大きく、かつ耐高温材料を使用するため高
価で、かつ信頼性が低く、起動時の集塵装置壁面の昇温
率の制限より長い起動時間を要す。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記問題点を解決するため、固形燃料が供給さ
れて形成される流動床内に理論燃焼空気量の０．３倍な
いし０．８倍の範囲で調節された量の空気を供給し、残
りの空気を前記流動床の上部に供給し、かつ、前記流動
床から排出される排ガス中から捕集された低温粒子の一
部、好ましくは、供給される固形燃料量の１〜５倍の量
を前記流動床内に再循環することを特徴とする流動床燃
焼法を提供している。

〔作用〕

流動床には、固形燃料及び未燃炭素な含む低温粒子と０
．３〜０．８倍の１次空気が供給され、燃料及び未燃炭
素の部分燃焼及びガス化が行われ、次の吸熱反応がおこ
る。

１）　　Ｃ＋０２＝ＣＯ２＋　９７．２００　ｋｃａｌ
／ｒｎｏＬ２）　　Ｃ＋　４０ｚ　＝Ｑ　ｏ＋　２９．
２００　ｋｃａｌ／ｍｏＬ３）　　Ｏ＋０Ｏ２１２Ｃ０
−３８，８００ｋｃａｌ／ｒｎｏＬ４）　　Ｏ＋Ｈ２Ｏ
＝Ｃ０＋Ｈ２−２１１Ｌ４００　ｋｃａｌ／ｍｏＬ５）
　　Ｏ＋２ＨｚＯ＝ＣＯｚ＋２Ｈ２−１９，０００ｋｃ
ａｌ／ｍｏＬ６）　　Ｃｏ　＋ＨｚＯｇ　Ｏ０２＋Ｈ２
＋　１０．０００　ｋｃａｌ／ｍｏＬ上式３）、４）、
５）の吸熱反応及び捕集された低温粒子を投入される固
形燃料量の工〜５倍程度流動床内に戻すことにより流動
床内を９００〜ｘｏｏｏｃの還元雰囲気に維持し、低Ｎ
Ｏｘ燃焼を行ないＮＯｘ還元成分（ＣｎＨｍ　、　ＮＨ
３等）を発生させる。

流動床で生成した還元性ガス（Ｃｏ　、　Ｎ２　、　Ｃ
ｎＨｍ。

ＮＨ３、ＮＨｉ等）は流動床上部の反応部において、オ
ーバファイアエアにより供給される少量の酸素と反応し
て下記に示す脱硝反応をおこす。この反応は、還元性ガ
スが酸素の化学当量よりも過剰に存在する場合に、炭化
水素とアンモニア等によるＮｏ及び窒素化合物の還元分
解を行うものである。

７）　　Ｎ２＋Ｎ２０　ＯｎＨｍ　−＋　Ｎ２＋Ｈ２０
＋　ＣＯ＋ＣイＨｍ’→ＮＨ４＋　Ｎ２０　＋ＣＯ＋　
ＣｎＨｍ８）　Ｎｏ　＋　ＮＨｓ　→Ｎｈ　＋　Ｈ＊０
〔実施例〕 第１図に示す装置を用いて本発明を実施したときの実施
例に基づいて説明する。

燃焼炉が水冷壁管からなる燃焼炉壁１で囲まれて形成さ
れ、炉底２も水冷壁管で形成されている。炉底２の下部
には風室３が設けられ、炉底２には多数の１次空気ノズ
ル４が取付けられている。炉底２の上部は流動床５が形
成され、流動床５の上部の燃焼炉壁１に、固形燃料の石
炭を投入する燃料供給装置６が設置され、さらに上方の
燃焼炉壁１にはオーバファイアエアノズル７、アディシ
ョナルエアノズル８が設けられている。燃焼炉に隅接し
て水冷壁管からなる後部煙道壁９により後部煙道が形成
され、燃焼炉出口１０を介して燃焼炉と連通している。

なお、燃焼炉壁１、後部煙道壁９を形成する水冷壁管は
、天井ドラム１１に連結している。後部煙道には、複数
の伝熱器１２が配置され、後部煙道の下方にはホッパ１
３が配設されている。

ホッパ１３の直上の後部煙道壁９に後部煙道出口１４が
形成され、煙道１５が連結している。

煙道１５の後流端は、サイクロンセパレータ１６の入口
部に連結し、サイクロンセパレータ１６の気体出口部は
煙道１７が連結している。

煙道エフの後流端には空気予熱器１８が配置され、空気
予熱器の下方にはホッパ１９が配設されている。ホッパ
１９の直上には煙道２０が連結し、煙道２０の後流端は
集塵器２１の入口部に連結している。集塵器２１の出口
には煙道２２が連結している。

空気予熱器１８の空気出口部は、途中にダンパ２３、送
風機２４をもつ１次空気供給管２５を介して風室３と連
通し、送風機２６をもつ２次空気供給管２７を介してオ
ーバファイアエアノズル７、アディショナルエアノズル
８と連通している。サイクロンセパレータ１６の固形分
排出用のホッパ部には、途中に取出弁２８をもつ排出管
２９が取付けられ、排出管２９の下端は、送風機３０の
出口部に取付けられた高圧配管３１の下流端が連結した
固形物注入装置３２に連結されている。又、集塵器２１
の固形分排出用のホッパ部にも、途中に取出弁３３をも
つ排出管３４が取付けられ、排出管３４の下端は、送風
機３０の出口部に取付けられた高圧配管３５の下流端が
連結した固形物注入装置３６に連結されている。排出管
３４の取出弁３３より上流側で排出管３７を分岐させ、
排出管３７の途中にも取出弁３８を配置している。

夫々の固形物注入装置３２．３Ｇの出口部には、固形物
空送管３９．４０が取付けられ、夫々の固形物空送管３
９．４０は炉底２に配設された固形物投入ノズル４１．
４２に連通している。

流動床５の温度と計測するガス温度検出装置４３が配置
され、ガス温度検出装置４３の信号はコントローラ４４
に伝えられ、コントローラ４４の信号が、ダンパ２３、
取出弁３３．３８を駆動させる駆動手段の制御信号とし
て送られる０ 燃料供給装置６より投入された燃料及び固形物投入ノズ
ル４１．４２から燃料の１〜５倍の量で投入された未燃
炭素を含む固形物は、流動床５において理論空気量の０
．３〜０．８倍の量の１次空気によって上述の１）〜６
）の反応を行い、燃料はガス化し、一部燃焼して９００
Ｃ〜１０００Ｃの還元雰囲気の１次燃焼域を形成する。

この１次燃焼域の形成によって、燃焼によるＮＯｘの発
生を抑制し、還元雰囲気での炉内脱硝を促進する。

１次燃焼域で発生した還元性ガス等は、流動床５の上部
でオーバファイアエアノズル７より下方の未燃分反応域
に導入される。ここでは流動床５と同様、ガス化反応と
一部燃焼が行なわれる。

オーバファイアエアがオーバファイアエアノズル７より
投入される。オーバファイアエアノズル７のレベルとア
ディショナルエアノズル８のレベルの間に脱硝反応域が
形成され、ここでは炉内温度が１０００Ｃ以上に保たれ
、上述の７）、８）に示す脱硝反応が行われる。そのあ
と未燃分及び残存の還元性ガスは完全燃焼域に入り、ア
ディショナルエアノズル８から投入されるアディショナ
ルヱアにより炉内は酸化雰囲気が形成され、未燃ガスの
完全燃焼が促進される。ここでは炉内温度を９００〜１
３００Ｃ程度に保ち１〜４秒のガス滞留時間を確保する
ことによって未燃分を完全燃焼させる。

サイクロンセパレータ１６、電気集塵器２１で捕集した
固形分は空気搬送によって流動床５中に設置した固形分
投入ノズル４１．４２を通して燃料量の１〜５倍の量の
ものが流動床５に投入される。低温ガス部に設けられた
電気集塵器２１で捕集された固形物は一部は流動床５に
送給きれ残りは県外に排出てれる。その際流動床５のガ
ス温度が一定値（例えばｃ＋５ｏｃ）になるようガス温
度検出器４３からの信号を受信したコントローラ４４か
らの信号によシ取出弁３３．３８の弁開度が調節されて
固形物空送管４４を経て固形物投入ノズル４２から投入
される固形物が制御される。

又、上記固形物投入・量制御と独立又は併行して、コン
トローラ４４からの信号によりダンパ２３の開度が調節
されて流動床５のガス温度を制御する。流動床５のガス
温度を制御するのに１次空気景調節と低温集塵器捕集固
形物の再循環量調節する２つの方式があるが、いずれを
主とし残９を従とするかは燃料の性質、負荷、ＮＯｘの
規制値により決定すればよい。

以上の作用により流動床に伝熱面を設置することなく、
ＮＯ，ｘの抑制に最適の条件を燃焼炉の流動床部と上部
に作り出すことが出来るので、低公害で且つ高信頼性の
ボイラを供給することが出来る。

なお、再循環のための固形物は、ホッパ１３．１９で捕
集したものを用いてもよい。

又、オーバファイアエアノズル７、アディショナルエア
ノズル８をコーナ部に設けてコーナ部より投入されるオ
ーバファイアエアによって形成される仮想円の径を小さ
く絞り、その上部に設置されるアディショナルエアの投
入により形成される仮想円の径を大きくした燃焼炉の間
で脱硝反応を行なわせることも可能である。すなわち、
オーバファイアエアによる仮想円の外側は還元性ガスが
残存している。一方向側はオーバファイアエアで完全燃
焼しＮＯｘは発生するが、該完全燃焼ガス（若干の０２
残存）は上部のアディショナルエアから遠心力を受けて
外周の方に拡散する。該外周に拡散した完全燃焼ガス（
若干の０２残存）は上記仮想円外側の還元ガスと混合し
て脱硝反応を起す。

さらに、オーバファイアリングエア投入を多段にし、オ
ーバファイアリングエアノズル７、アディショナルエア
ノズル８を上下及び水平方向にチルト可能とすることに
より、より効果的な脱硝反応を行なわせることもできる
。

次に１次空気の投入量、固形物の循環量と効果の関係に
ついて具体的実験データで説明する。

第２図に示すものは、固形物投入ノズル４１゜、４２か
ら投入される投入量を燃料供給装置６から投入される燃
料量に対し、１倍、２．５倍、５倍に変えた場合の１次
空気ノズル４から流動床５内に供給される空気量の変化
に対する流動床５内の平均温度に関するグラフであるが
、このグラフからも空気量は理論空気量の０．３〜０．
８位であれば、９００〜１０００１：’位の燃焼灰の軟
化点以下に抑えて低温還元雰囲気を形成することがわか
る。又、固形物の投入量を５倍以上にすると流動床５内
の温度が低くなりすぎるので利用できないこともわかる
。

次に第３図に示すものは、固形物の循環量に対する燃焼
効率を示すグラフであるが、循環比が１以下になると極
端に燃焼効率が低下し、利用できないことがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の流動床燃焼方法によれば、燃焼効率を２〜１２
％改善でき、またＮＯｘ発生を大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する態様例を示す図、第２図は１
次空気量と流動床内温度との関係を示すグラフ、第３図
は固形物循環量と燃焼効率の関係を示すグラフである。 ４・・・１次空気ノズル、５・・・流動床、６・・・燃
料供給装置、７・・・オーバファイアエアノズル、８・
・・アディショナルエアノズル、１６・・・サイクロン
セパレータ、２１・・・電気集塵器、４１．４２・・・
固形物投入ノズル。 嬰し−−−−−−−−−−−−−−−−Ｊ第２図 １求塑　気ｉＡ劇牢

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固形燃料が供給されて形成される流動床内に理論燃焼空
   気量の０．３倍ないし０．８倍の範囲で調節された量の
   空気を供給し、残りの空気を前記流動床の上部に供給し
   、かつ、前記流動床から排出される排ガス中から捕集さ
   れた低温粒子のうち前記流動床内に供給される固形燃料
   量の１〜５倍の量を再循環することを特徴とする流動床
   燃焼法。