JPS63306305A - 流動層燃焼装置 - 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、流動層燃焼装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種流動層燃焼装置に採用されている流動層例
えば石炭焚流動層としては、伝統的な気泡型流動層と近
年開発された噴流型流動層とが知られている。

気泡型流動層を採用した燃焼装置は、約１０ｍｍ以下の
粒径に破砕された石炭９石灰を使用して。

約８００〜ｌＯＯＯ１００Ｏのノズル抵抗２層抵抗及び
空気過剰率１．１〜１．２の条件下において気泡型流動
層を形成することにより、流動層燃焼を行うようにした
ものである。

かかる装置にあっては、流動層上部における空塔速度は
１．５ｍ／ｓ程度となること、７！１１ら、大部分の石
炭粒子は流動層内で燃焼し、約１０ｍｍ以下の石炭粒子
２石灰粒子が流動層から飛散することになる。したがっ
て、流動層内には、常に。

大量の火種を有し、大きな熱容量を確保できるので、緩
慢な燃焼が行われる反面、燃料の変動に対しても安定な
燃焼が得られ、広範囲の燃料に対応できる利点がある。

しかし、層内温度がかなり上昇するため、高カロリー燃
料に対しては層内に伝熱水管が必要となり、この伝熱水
管の摩損等が問題となっており、またターンダウン範囲
が狭い。これを解消すべく、層を仕切って多層型にした
り、飛散石炭の再燃焼用の高温層を別途設けたりするこ
とも試みられてはいるが、装置構造が徒に複雑化する等
の問題がある。

一方、噴流型流動層を採用した燃焼装置は、細粒（一般
には１．５ｍｍ以下）の石炭２石灰を高圧ノズルにより
全量吹き上げて空間燃焼を行うようにしたもので、空塔
速度を８〜１０　ｍ　／　ｓとして、細粒炭をガスによ
り浮遊させた状態で空間燃焼させるようになされている
。

かかる燃焼装置にあっては、空間燃焼させるため、どう
しても燃焼室で全量を完全燃焼し得ない。

そこで１通常は、燃焼室出口にサイクロンを配設して、
これによって捕集した細粒炭を流動層に循環させて再燃
焼させるようにしている。この場合、水冷壁で囲まれた
燃焼室全般で燃焼が起るので、水冷壁からの輻射冷却に
より炉温が低下されるので、前記装置における如き伝熱
木管は不要である。

また、サイクロンで捕集した石炭を一旦低流動層で冷却
して再循環することにより温度制御することも試みられ
ている。

また、気泡型流動層による場合と異なって細粒炭による
空間燃焼であるため、燃焼反応が早く、脱硫・脱硝効率
が良く９例えばＣａ：５＝１５：１となり、気泡型流動
層による場合（Ｃａ：Ｓ＝４：１）に比して経済的にも
有利である。

しかし、気泡型流動層による場合のように大量の熱容量
と火種がないので、燃焼の安定性においては劣り、広範
囲の燃料に対応し得ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような点に鑑み、気泡型流動層を主体と
してこれに噴流型流動層を組み込むことによって１両流
動層の利点を活かしながらその欠点を排除した理想的な
流動層燃焼装置を提供することを目的とするものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成すべく、特に、気泡型流動
層が形成される主燃焼室と噴流型流動層が形成される補
助燃焼室とを、両燃焼室の上下部間を夫々上下連通路を
介して連通させた状態で。

区画併設し、主燃焼室の上方側部分を、前記上連通路の
開口位置より上方位において二次空気が供給される二次
燃焼室に構成すると共に、この二次燃焼室に廃ガス排出
経路を連設したものである。

より具体的には、気泡型流動層は、層内の空気過剰率を
１〜１．１程度として安定燃焼を行いうるように形成し
ておくことが望ましく、また噴流型流動層は、層内の空
気過剰率を０．７程度として還元燃焼状態に維持される
ように形成しておくことが望ましい。また、廃ガス排出
経路で捕集された微粉塵１例えば煙道ないしサイクロン
において捕集された微粉塵は、噴流型流動層に循環回収
させるようにしてしておくことが望ましい。また、上連
通路からは、補助燃焼室内を上昇する炭質物及び燃焼ガ
スが気泡型流動層上に下向き噴出せしめられるようにし
ておくことが望ましい。さらに。

下連通路はその開口量を調整できるようにしておくこと
が望ましい。

〔作用〕

かかる構成によれば、両流動層間において炭質物の一部
が循環する循環流動層が形成されることになる。

すなわち、主燃焼室においては、石炭等の炭質物が層状
をなして流動する気泡型流動層が形成され、炭質物は流
動層燃焼される。この気泡型流動層においては、主とし
て、下層に荒粒径の炭質物が、中層に中粒径の炭質物が
、また上層に細粒径の炭質物が存在することになる。そ
して、中粒径ないし細粒径の炭質物の一部は下連通路か
ら補助燃焼室に溢流態様で移動せしめられる。一方、補
助燃焼室においては、炭質物が流動化用ガスによって攪
拌且つ吹き上げられ、空間燃焼されつつ上昇して、上連
通路からガスと共に気泡型流動層上の空間に噴出される
。

このように気泡型流動層上に噴出された炭質物のうち、
中粒径ないし細粒径のものは反転分離されて気泡型流動
層内に落下供給され、また微粒径のものは上昇ガスによ
り二次燃焼室にもたらされ。

完全に燃焼されることになる。

このような作用が繰返されることにより、炭質物の燃焼
が効果的に行われることになる。

また、前記した如く噴流型流動層を還元燃焼状態に維持
しておくと、還元ガスが上達通路から噴出されることに
よって、主燃焼室内が一旦還元雰囲気に維持されること
になり、効果的な低ＮＯｘ運転が行われることになる。

そして、この状態において二次空気が供給されると、二
次燃焼室において未燃炭及び未燃ガスが再燃焼せしめら
れ、完全燃焼が行われることになる。

さらに、前記した如く、煙道ないしサイクロンにおいて
捕集した微粉塵を噴流型流動層に回収循環させるように
すると、微粉塵は噴流型流動層において強烈に攪拌され
て容易に空間燃焼せしめられ、且つ主燃焼室に噴出され
た後上記した如く反転分離されて、二次燃焼室から廃ガ
ス排出経路への再飛散が確実に防止される。このような
二重循環方式を採用することによって、脱硫作用も極め
て効率よく行われることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の構成を第１図〜第４図に示す実施例に基
づいてより具体的に説明する。この実施例は、本発明を
流動層燃焼ボイラに適用した例に係る。

この実施例の流動層燃焼装置にあっては、第１図に示す
如く、燃焼室を仕切壁３により主燃焼室１と補助燃焼室
２とに区画している。

各燃焼室１，２の下部には、各々、分散板４゜５を介し
て風箱６，７が連設されており、各風箱６．７に空気供
給管路８，９から流動化用空気たる高温空気を供給する
ことによって、主燃焼室１においては、これに供給機１
０から供給された炭質物（例えば、荒破砕されたもので
あって１粒径が１０ｍｍ以下のもの）による気泡型流動
層１１が形成され、また補助燃焼室２においては、小粒
径の炭質物による噴流型流動層１２が形成されるように
なっている。この実施例では、気泡型流動層１１は、層
内の空気過剰率を１〜１．１程度として安定燃焼を行い
うるようになっており、また噴流型流動層１２は１層内
の空気過剰率を０．７程度として還元燃焼状態に維持さ
れるようになっている。なお、各空気供給管路８，９は
押込ファン１３から後述するエアヒータ３０を経過した
高温空気導入管路１４に分岐接続されており、空気供給
管路９にはブースタファン１５が介装されている。

仕切壁３は補助燃焼室側の周壁の上部位から下方に延び
る傾斜部３ａとその下端から垂下する垂直部３ｂとから
なる。仕切壁３は水管１６・・・を並列状に連結してな
る水冷壁構造に構成されており、傾斜部３ａと垂直部３
ｂとの接合部分及び垂直部３ｂの下端側部分に、両燃焼
室１，２の上下部間を連通ずる上達通路たる補助燃焼室
出口１７及び下連通路たる炭質物溢流口１８が形成され
ている。

なお、燃焼室の周壁も前記仕切壁３と同様の水冷壁構造
に構成されている。

したがって、気泡型流動層１１では、主として、下層に
荒粉径の炭質物が、中層に中粒径の炭質物が、また上層
に細粒径の炭質物が夫々存在することになるが、中粒径
ないし細粒径の炭質物の一部は炭質物溢流口１８から補
助燃焼室２に溢流移動せしめられる。また、補助燃焼室
２においては、炭質物全量が空気供給管路９から供給さ
れた高温空気によって攪拌且つ吹き上げられ、空間燃焼
されつつ上昇して、補助燃焼室出口１７からガスと共に
気泡型流動層１１上の反転分離作用空間１９に噴出され
る。この噴出作用は、仕切壁３の傾斜部３ａによって下
向きつまり気泡型流動層１１上に向けて行われる。そし
て、このようにして噴出されたガス等は爾後上向きに方
向転換するが、炭質物のうち中粒径ないし細粒径のもの
は、その慣性によりかかる方向転換を行い得ず、反転分
離されてそのまま気泡型流動層１１内に落下供給される
。而して、噴出炭質物のうち中粒径ないし細粒径のもの
は気泡型流動層１１により流動層燃焼され、微粒径のも
ののみがガス流により主燃焼室１内を上昇せしめられ、
後述する二次燃焼室２０において完全に燃焼されること
になる。

ところで、前記補助燃焼室出口１７は、第２図に示す如
く、水管１６・・・を１１１１１１）させた所謂スラグ
スクリーン構造に構成されている。また、炭質物渦流口
１８は、第３図及び第４図に示す如く、各水管１６，１
６間の連結フィン１６ａ・・・に穿設した連通孔１８ａ
・・・からなる。この実施例では、炭質物渦流口１８の
開口量を、各連通孔１８ａに添設させた板状ダンパ１８
ｂ・・・をシリンダ等（図示せず）により上下動させる
ことによって適宜に調整しうるようにしてあって、気泡
型流動層１１の層高さ及び噴流型流動層１２における層
密度を調整し、燃焼・圧力損失を制御しうるように工夫
しである。

また、主燃焼室１の上方部分は二次燃焼室２０に構成さ
れている。すなわち、補助燃焼室出口１３の上方部位に
おいて、二次空気供給管路２１を接続した二次空気噴出
ノズル２２を配設してあって、このノズル２２から主燃
焼室１の上方部分たる二次燃焼室２０に二次空気を高速
噴出させるようになっている。したがって、補助燃焼室
出口１７から噴出された還元ガスは反転分離作用空間１
９においてガス全体を一旦還元状態に維持し、これによ
って効果的な低ＮＯｘ運転が行われることになる。そし
て、この状態において二次空気が噴出されると、二次燃
焼室２０において未燃炭及び未燃ガスが再燃焼せしめら
れ、完全燃焼が行われることになる。なお、二次空気供
給管路２１は前記高温空気導入管路１４に分岐接続され
ている。

また、二次燃焼室出口２３は、前記補助燃焼室出口１７
と同様のスラグスクリーン構造に構成されている。

さらに、二次燃焼室２０には廃ガス排出経路２４が連設
されている。すなわち、第１図に示す如く、二次燃焼室
出口２３から煙突２５に至る煙道２６が形成されており
、この煙道２６には、出口２３側から順次、過熱器２７
．ボイラ本体２８゜エコノマイザ−２９，エアヒータ３
０．サイクロン３１．電気集塵機３２．誘引通風機３３
が介装されている。そして、ボイラ本体２８下の煙道部
分は集塵ホッパー２６ａに構成されており、このホッパ
ー２６ａ及び前記サイクロン３１で捕集した微粉塵を再
循環経路３４から噴流型流動層１２に回収循環させるよ
うになっている。すなわち、ホッパー２６ａ及び前記サ
イクロン３１に垂下連設した集塵導管路３５．３６を、
再吹込用ファン３７から補助燃焼室２に至る再吹込用管
路３８に接続しである。したがって、煙道２６及びサイ
クロン３１で捕集された微粉塵は、噴流型流動層１２に
循環されて該流動層１２において強烈に攪拌されて容易
に空間燃焼せしめられ、且つ補助燃焼室２から反転分離
作用空間１９に噴出された上、前述した如く反転分離さ
れて、二次燃焼室２０がら廃ガス排出経路２４への再飛
散が確実に防止され、脱硫作用も極めて効率よく行われ
ることになる。

なお、上記実施例では、各空気供給管路８，９゜２１を
−の高温空気導入管″ｓ１４に分岐接続して、各流動化
用空気及び二次空気を共通の空気源から供給するように
したが、各別の空気源から供給するようにしてもよいこ
と勿論である。また、二次空気噴出ノズル２２は上下に
複数個設けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の流動層燃焼装置は、気泡型流動層を主体として
いるから、広範囲の燃料に対して安定した燃焼を行うこ
とができる。しかも、気泡型流動層を構成する炭質物の
一部を噴流型流動層の下部に溢流移動させて、空間燃焼
させつつ気泡型流動層上に循環させるようにして、かか
る循環炭質物のうち粒径の大きいものを気泡型流動層で
再燃焼させ、微粒なもののみを二次燃焼室で完全燃焼さ
せるようにしたから、所謂フライアッシュが少なくなり
、極めて高い燃焼率を得ることができる。

このように１本発明は、気泡型流動層及び噴流型流動層
の利点をそのまま活かしながら、その欠点を排除したも
のであり、理想的な流動層燃焼装置を提供することがで
きる。

さらに、噴流型流動層を還元燃焼状態に維持するように
しておけば、極めて効果的な低ＮＯｘ運転を行うことが
でき、また廃ガス排出経路で捕集した微粉塵を噴流型流
動層に循環回収して再燃焼さ妊るようにしておけば、脱
硫作用も極めて効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係る流動層燃焼装置の一実施
例を示したもので、第１図は装置全体を示す縦断側面図
、第２図は要部（補助燃焼室出口）の構成を示す斜視図
、第３図は他の要部（炭質物渦流口）の構成を示す横断
平面図、第４図は同要部の正面図である。 １・・・・・・主燃焼室、２・・・・・・補助燃焼室、
３・・・・・・仕切壁、１１・・・・・・気泡型流動層
、１２・川・・噴流型流動層、１７・・・・・・補助燃
焼室出口（下連通路）、１８・・・・・・炭質物溢流口
（下連通路）、１９・・・・・・反転分離作用空間、２
０・・・・・・二次燃焼室、２２・・・・・・二次空気
噴出ノズル、２４・・・・・・廃ガス排出経路、３４・
・・・・・再循環経路。 １１２図 第３図 第４図　　　３ｂ ＩＥ５ｉ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）気泡型流動層が形成される主燃焼室と噴流型流動
   層が形成される補助燃焼室とを、両燃焼室の上下部間を
   夫々上下連通路を介して連通させた状態で、区画併設し
   、主燃焼室の上方側部分を、前記上連通路の開口位置よ
   り上方位において二次空気が供給される二次燃焼室に構
   成すると共に、この二次燃焼室に廃ガス排出経路を連設
   したことを特徴とする流動層燃焼装置。
2. （２）前記主燃焼室が、層内の空気過剰率を１〜１．１
   程度とする気泡型流動層を形成させるように構成したも
   のであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載する流動層燃焼装置。
3. （３）前記補助燃焼室が、層内の空気過剰率を０．７程
   度として還元燃焼状態に維持された噴流型流動層を形成
   させるようにしたものであることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載する流動層燃焼装置。
4. （４）前記補助燃焼室が、廃ガス排出経路において捕集
   された微粉塵を噴流型流動層に回収する再循環経路を備
   えたものであることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第３項に記載する流動層燃焼装置。
5. （５）前記上連通路が、補助燃焼室から炭質物をガスと
   共に気泡型流動層上に下向き噴出させるものであること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
   又は第４項に記載する流動層燃焼装置。
6. （６）前記下連通路が、その開口量を調整自在に構成さ
   れたものであることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項、第４項又は第５項に記載する流動
   層燃焼装置。