TWI826981B - 流體介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法 - Google Patents

流體介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法 Download PDF

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Abstract

[課題]提供一種能夠高效率地從流動介質分離塗層之流動介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法。 [解決手段]一種流動床的流動介質再生裝置，其至少具備冷卻部，該冷卻部被供給從流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質，使前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層。

Description

流體介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法
本發明係關於一種將形成流動床式燃燒爐的流動床之流動介質再生之流動床的流動介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法。 本申請案係主張基於2021年3月29日申請之日本專利申請第2021-055332號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。
近年來，為了確保燃料，使用建設廢材系木質材料及除木質系材料以外的生質燃料、或廢輪胎或廢塑膠等的廢棄物燃料之發電需求增加。作為這樣的發電機構，例如作為一例，可以舉出使用循環流動床鍋爐(以下，有時稱為“CFB鍋爐”)等之技術，該循環流動床鍋爐具備：對燃燒對象物進行燃燒，並且生成飽和蒸氣之燃燒爐(例如，流動床式燃燒爐)；及用以使用由燃燒爐生成之燃燒氣體對由連接於燃燒爐之該燃燒爐產生之飽和蒸氣進行過熱而用於發電之過熱器。
另一方面，由於今後石油資源或生質燃料本身的枯竭，預測在生質燃料中使用稻殼或EFB(Empty Fruit Bunches：空果串)等的低品位的生質燃料等之事態將會增加。但是，低品位的生質燃料或廢棄物燃料中例如包含大量Na、K等的鹼成分等的雜質。若使用這樣的包含鹼成分等的雜質之低品位的燃料，則有時會產生低熔點的化合物(以下，有時適當稱為“低熔點化合物”)，該低熔點化合物有時會成為流動床的流動不良的原因。因此，擴大生質燃料對CFB鍋爐的燃料適應範圍，並抑制該鍋爐的流動不良是當務之急且不可欠缺的。
例如，作為針對包含鹼成分等的雜質之低品位的燃料的技術，例如已開發出以下技術(例如，參閱下述專利文獻1及2)。 [先前技術文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-226930號 [專利文獻2]日本特開2011-106701號
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1中所記載之技術為，針對在含有高鹼之生質燃料燃燒時低熔點化合物的產生，將流動床內的空氣比設定在既定的範圍內，並且進行廢氣再循環而將廢氣再循環流量相對於總空氣流量的比率設定在既定的範圍內，從而將流動床內的表觀速度與流動化開始速度之比確保為2～6，同時將流動床溫度控制為600～750℃，藉此抑制流動介質(例如，爐底灰)因低熔點化合物而凝聚，防止發生流動不良，從而使得能夠進行順暢且穩定的運轉。但是，將流動床的溫度始終控制為600～750℃是並不容易的。又，即使使用本技術，亦仍具有流動介質的形狀變大之傾向，因此要求供給大量的沙子等的新的流動介質。因此，從流動介質的觀點而言，在成本方面仍具有改善的餘地。
專利文獻2的技術具備冷卻水槽，該冷卻水槽藉由將從燃燒爐的流動床抽出之爐底灰等的流動介質投入到水中而從流動介質分離附著物。藉由該技術，亦能夠高效率地從流動介質分離附著物，但在有效地抑制含有高鹼之生質燃料的流動不良之觀點上仍有改善的餘地。
本發明的目的，係為了解決上述課題而提供一種能夠高效率地從流動介質分離塗層之流動介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法。 [解決問題之技術手段]
亦即，本發明如下所示。
＜1＞一種流動床的流動介質再生裝置，其至少具備冷卻部，前述冷卻部被供給從流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質，使前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層。 ＜2＞如前述＜1＞所述之流動床的流動介質再生裝置，其中 前述液體介質為液態空氣、液態氮及液態氧中的至少任一種。 ＜3＞如前述＜1＞或前述＜2＞所述之流動床的流動介質再生裝置，其中 其係具備分選手段，前述分選手段對從前述冷卻部排出之前述流動介質和前述塗層進行分選。 ＜4＞如前述＜1＞至前述＜3＞中之任一項所述之流動床的流動介質再生裝置，其中 從前述流動床式燃燒爐的前述流動床回收之流動介質的溫度為前述塗層的熔點以下。 ＜5＞如前述＜1＞至前述＜4＞之任一項所述之流動床的流動介質再生裝置，其中 前述冷卻部進一步具備對前述流動介質進行冷卻之中間冷卻部，並且使藉由前述中間冷卻部冷卻之前述流動介質與前述液體介質接觸。 ＜6＞如前述＜1＞至前述＜5＞中之任一項所述之流動床的流動介質再生裝置，其中 其進一步具備返送部，前述返送部回收分離了前述塗層之前述流動介質並使粒度調整為50～1000μm之前述流動介質返回到前述流動床。 ＜7＞一種燃燒系統，其係具備：流動床式燃燒爐；及前述＜1＞至前述＜6＞中之任一項所述之流動床的流動介質再生裝置。 ＜8＞一種流動床式燃燒爐的燃燒方法，係使用含有鹼成分之燃料之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其特徵為： 從前述流動床式燃燒爐的流動床回收流動介質，使從前述流動床回收之前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層。 ＜9＞如前述＜8＞所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 前述液體介質為液態空氣及液態氮中的至少任一種。 ＜10＞如前述＜8＞或前述＜9＞所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 對前述流動介質和前述塗層進行分選。 ＜11＞如前述＜8＞至前述＜10＞中之任一項所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 從前述流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質的溫度為前述塗層的熔點以下。 ＜12＞如前述＜8＞至前述＜11＞中之任一項所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 藉由中間冷卻部對前述流動介質進行冷卻之後，使其與前述液體介質接觸。 ＜13＞如前述＜8＞至前述＜12＞之任一項所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 回收分離了前述塗層之前述流動介質，並使粒度調整為50～1000μm之流動介質返回到前述流動床。 [發明之效果]
依本發明，可提供能夠高效率地從流動介質分離塗層之流動介質再生裝置、燃燒系統及流動床式燃燒爐的燃燒方法。
以下，參閱圖式對用以實施本發明之形態(以下，簡稱為“本實施形態”)進行詳細說明。但是，以下的實施形態為用以說明本發明之例示，並不旨在將本發明限定於以下的內容。本發明能夠在其技術思想範圍內適當進行變形來實施。另外，對相同的要素標註相同的符號，並省略重複說明。又，只要沒有特別指定，則上下左右等位置關係基於圖式所示之位置關係。再者，圖式的尺寸比率並不限定於圖示的比率。
[第1實施形態] 參閱圖1對具備第1實施形態中的流動介質再生裝置之燃燒系統進行說明。圖1係表示具備本發明的第1實施形態中的流動床的流動介質再生裝置之燃燒系統之概略圖。
如圖1所示，燃燒系統1具備：流動床式的燃燒爐2，被供給燃燒對象物，使前述燃燒對象物在爐內燃燒；及流動介質再生裝置3。流動介質再生裝置3具備發揮冷卻部的作用之螺桿輸送機11，該螺桿輸送機11被供給從燃燒爐2的流動床F回收之流動介質Fa，使該供給之流動介質Fa與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質LM接觸而對其進行冷卻，從流動介質Fa分離塗層。第1實施形態中的流動介質再生裝置3係用以從回收自燃燒爐2的流動床F之沙子等的流動介質Fa分離塗層並進行流動介質Fa的再生者。
燃燒系統1能夠使用為稻殼或EFB(Empty Fruit Bunches：空果串)的含有高鹼之生質燃料等的含有鹼之燃料作為燃燒對象物。以下，有時將前述含有高鹼之生質燃料簡稱為“生質燃料”。燃燒系統1具備燃燒生質燃料，並對密閉容器內的水進行加熱而生成蒸氣之燃燒爐2。燃燒爐2係外部循環型的流動床式燃燒爐，係所謂的CFB(Circulating Fluidized Bed：循環流動床)鍋爐。在燃燒爐2的中間部設置有投入燃料之燃料投入口，從該燃料投入口投入生質燃料。但是，用於燃燒系統1之燃燒對象物並不限定於生質燃料，只要為含有鹼成分之燃料，則能夠無特別限定地使用。
燃燒爐2中進一步投入有以石英粒子為主成分之沙子等的流動介質Fa，空氣從爐的下部(底部)供給到該流動介質Fa中，流動介質Fa流動而形成流動床F。藉由該流動床F的形成來促進生質燃料的燃燒。又，作為生質燃料燃燒的結果而產生之燃焼氣體伴隨流動介質Fa的一部分而在燃燒爐2內上升。在此，在本說明書中，“流動介質”中還包含藉由生質燃料的燃燒而產生之爐底灰。又，“爐底灰”係以沙子等的流動介質為主體且藉由生質燃料的燃燒而產生之燃燒灰或由生質燃料中的成分進行塗層並凝聚化之流動介質Fa。依具備本實施形態中的流動介質再生裝置之燃燒系統，藉由從由生質燃料中的成分進行塗層並凝聚化之流動介質Fa(凝聚塊)分離由生質燃料中的成分產生之“塗層”(包括附著物)，能夠將其再生，以便能夠再利用流動介質Fa。另外，以下簡稱為“塗層”時，還包括由生質燃料中的成分產生之單純的附著物。
在燃燒爐2的上部設置有排出燃燒氣體之氣體出口2A。在氣體出口2A連接有作為固氣分離裝置發揮作用之旋風分離機4。在燃燒爐2中產生之燃燒氣體伴有固體粒子而被導入到旋風分離機4中。旋風分離機4藉由離心分離作用從燃燒氣體分離捕集固體粒子。從燃燒氣體分離之捕集固體粒子通過回流管路5返回到燃燒爐2。前述捕集固體粒子中包含爐底灰或沙子等的流動介質。另一方面，去除了捕集固體粒子之燃燒氣體通過排出口4A被送入熱回收裝置6中。
回流管路5由連接於燃燒爐2的下部之管路構成，在其中途設置有環封5A。環封5A係防止燃燒氣體向燃燒爐2逆流之設備。在環封5A內蓄積有從旋風分離機4送入之流動介質Fa。又，環封5A內的流動介質Fa從成為環封5A的出口之回流滑槽(return shoot)部5B被投入到燃燒爐2內。
熱回收裝置6具有省略圖示之鍋爐管，該鍋爐管形成燃燒氣體的流路，並且使作為熱介質之水流動。鍋爐管以在熱回收裝置6內橫切燃燒氣體的流路之方式設置，藉由與管內的水的熱交換而回收從旋風分離機4送來之燃燒氣體的熱量。在鍋爐管內，因回收之熱量而產生高溫的水蒸氣，該水蒸氣通過鍋爐管被送到省略圖示之發電用渦輪機等。又，熱回收裝置6將熱回收後的燃燒氣體通過排出口6A送入袋濾器(bag filter)7中。
袋濾器7係去除燃燒氣體中仍舊伴有之飛灰等的微粒之過濾設備。由袋濾器7過濾之燃燒氣體被抽吸泵8抽吸並從煙囪9排出到燃燒系統1的外部。
另一方面，在燃燒爐2中，在生質燃料的燃燒過程中藉由燃燒而產生之燃燒灰或燃料的一部分與周邊的流動介質Fa熔融而形成塊。該凝聚塊有時亦被稱為“結塊”，若其蓄積在燃燒爐2的底部，則亦會成為引起流動床F的流動不良之原因。因此，凝聚塊需要與流動介質Fa一同定期地從燃燒爐2內抽出去除。在本實施形態中，為了去除塗層(附著物)，從燃燒爐2的排出口抽出包含凝聚化者之流動介質Fa，並將其輸送到流動介質再生裝置3。
使用圖2對燃燒爐2內的凝聚塊的形成機制進行說明。圖2係用以說明凝聚塊的形成機制之概略圖。
首先，作為流動床F的流動不良的主要原因之凝聚塊的形成由如下所引起：其大部分為低熔點化合物的熔體，亦即起因於生質燃料中的鹼成分而形成之物質(例如，KCl(固體))的熔體附著於流動介質Fa表面；或者，由於生質燃料中的成分在流動介質Fa的表面引起化學反應而鹼成分在流動介質Fa的表面形成共晶。如此，凝聚塊的形成主要已知有塗層誘發和熔融誘發這兩個機制。
(塗層誘發機制) 在圖2(a)中示出基於塗層誘發之凝聚塊X的形成機制。圖2(a)係表示凝聚塊的塗層誘發機制之概略圖。如圖2(a)所示，基於塗層誘發之凝聚塊X的形成由生質燃料中的鹼成分(鉀或鈉等)的蒸氣(例如，KCl、K 2SO 4等)(圖2(a)中的“N”)與作為流動介質Fa的主成分之石英粒子(沙子)的化學反應所引起。尤其，KCl在700℃以上具有容易成為蒸氣之傾向。藉由該化學反應，在流動介質Fa的表面形成具有黏著性之共晶塗層C(例如，K 2O-SiO 2：鹼矽酸鹽相)。其後，形成有共晶塗層C之流動介質Fa彼此在流動床F內反復接合和離散。其結果，粒子開始凝聚，逐漸形成成為流動阻礙原因之凝聚塊X。
基於塗層誘發之凝聚塊X的形成機制的主要控制因素為共晶塗層厚度(接合分離的容易度)、共晶塗層組成(接合強度)及局部溫度。又，確認到作為生質燃料中所包含之成分，除了鹼成分以外，磷亦係凝聚塊X的形成中的重要因素。
另外，如圖3中的K 2O-SiO 2狀態圖所示，共晶塗層C在約700℃下開始熔融。因此，在燃燒爐2內成為高溫之區域(在高溫下燃燒之區域)(約700℃～900℃)中，共晶塗層C成為熔融狀態，流動介質Fa彼此容易凝聚。
(熔融誘發機制) 接著，對基於熔融誘發之凝聚塊X的形成機制進行說明。圖2(b)係表示熔融誘發機制之概略圖。基於熔融誘發之凝聚塊X藉由由生質燃料中的鹼成分形成之低熔點化合物(鹼矽酸鹽)的熔體M附著於流動介質Fa的表面而引起。附著有熔體M之流動介質Fa彼此在流動床F內逐漸凝聚而形成凝聚塊X。基於熔融誘發之凝聚塊X的形成機制的控制因素為局部溫度及燃料灰組成，在包含高濃度的鹼成分和氯之燃燒灰中，具有通過熔融誘發機制而形成凝聚塊X之傾向。
(流動介質再生裝置3) 對從流動介質Fa分離鹼矽酸鹽相等塗層並將其再生(再利用)之流動介質再生裝置3進行說明。如圖1所示，流動介質再生裝置3具備：被供給從燃燒爐2的流動床F回收之流動介質Fa之供給部10；及一邊輸送從供給部10供給之流動介質Fa，一邊使其與從供給管11A供給之液體介質LM接觸而對流動介質Fa進行冷卻之螺桿輸送機11。如上所述，螺桿輸送機11擔負流動介質Fa的冷卻部的作用。再者，流動介質再生裝置3具備：對從螺桿輸送機11排出之流動介質Fa和塗層進行分選之分選裝置12；及回收分離了塗層之流動介質並使其返回到燃燒爐2的流動床F之返送機構13。
供給部10與設置於燃燒爐2的底部之排出口連接，被供給從燃燒爐2的流動床F回收之流動介質Fa。從燃燒爐2回收之流動介質為高溫(例如，700℃)，其經由供給部10被供給到螺桿輸送機11內。
從被供給到供給部10之燃燒爐2的流動床F回收之流動介質Fa的溫度並沒有特別限定，例如常溫(例如，25℃)以上且流動介質Fa的塗層(附著物)的熔點以下(例如，在流動介質Fa上形成有SiO2-K2O的塗層的情況等為700℃以下)為較佳。
從燃燒爐2回收流動介質Fa之位置並沒有特別限定，但從高效率地回收高溫的流動介質Fa之觀點而言，從燃燒爐2的底部回收堆積之流動床F的流動介質Fa為較佳。
螺桿輸送機11連接於與燃燒爐2的排出口連接之供給部10，被供給從燃燒爐2的底部抽出之高溫的流動介質Fa。螺桿輸送機11構成為藉由圖中“M”所表示之馬達的驅動而使螺桿旋轉，從而能夠輸送裝置內的流體。又，螺桿輸送機11事先被冷卻，為了事先對該螺桿輸送機11進行冷卻，能夠使用除水等的液體介質LM以外的冷卻手段。螺桿輸送機11上連結有供給管11A，構成為利用省略圖示之泵等將液體介質LM供給到螺桿輸送機11的輸送路內。螺桿輸送機11的被供給液體介質LM之位置並沒有特別限定，能夠將液體介質LM的供給位置設定為在螺桿輸送機11內的最佳部位處使液體介質LM與流動介質Fa接觸。例如，如圖1所示，液體介質LM可以從螺桿輸送機11的下游側供給，亦可以構成為從螺桿輸送機11的上游側或遍及整個螺桿輸送機11而供給。
在本實施形態中，液體介質LM係1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體，且係能夠維持低於0℃之低溫之液體介質。又，在整個本說明書中，“液體介質”中還包括液體介質蒸發而成之氣體介質。作為液體介質LM， 例如可以舉出液態空氣(1個大氣壓下的沸點：約-190℃))、液態氮(1個大氣壓下的沸點：約-196℃)、液態氧(1個大氣壓下的沸點：約-183℃)、液態氫(1個大氣壓下的沸點：約-252.6℃)等。液體介質LM例如可以根據燃燒爐2中的燃料條件(被帶入爐內之鹼成分(例如，鉀)的量)適當選定，但從處理容易性或獲得容易性及安全性等的觀點而言，液態空氣、液態氮及液態氧中的至少任一種為較佳。
在螺桿輸送機11內被輸送之高溫的冷卻收縮差與液體介質LM接觸而被驟冷。若藉由上述塗層誘發機制而形成之鹼矽酸鹽相等的共晶塗層C或藉由熔融誘發機制而在表面伴有低熔點化合物(鹼矽酸鹽)的熔體M等的塗層之流動介質Fa(凝聚塊)與液體介質LM接觸，則流動介質Fa及塗層由高溫的狀態被快速冷卻，因流動介質Fa與塗層的熱膨脹差(冷卻收縮差)而塗層從流動介質Fa分離。該分離係利用基於塗層(例如，鹼矽酸鹽等)與誘導介質(沙子等)的材質的差異(亦即，物理性狀的差異)之冷卻收縮差者。
又，雖然沒有特別限定，但從在螺桿輸送機11內有效地產生基於流動介質Fa與塗層的冷卻收縮差之分離之觀點而言，流動介質Fa的溫度與液體介質LM的溫度之差係120~410℃為較佳。
在螺桿輸送機11內被冷卻及分離之流動介質Fa和塗層從該輸送機的排出口被排出並供給到位於後段之分選裝置12。此時，液體介質LM在與流動介質Fa接觸之 後立即揮發，因此分離之流動介質Fa和塗層以乾燥之狀態供給到分選裝置12。
在分選裝置12中，在分選裝置12內設置有篩子作為分選手段，進一步連接有排出管12A和供給管12B。經由供給管12B從螺桿輸送機11供給到分選裝置12之流動介質Fa與塗層的混合物在分選裝置12內被分選為流動介質Fa和塗層等的不適於燃燒之物質。分選裝置12利用流動介質Fa與塗層的粒徑差，藉由篩子對流動介質Fa和除流動介質Fa以外(亦即，塗層等的不適於燃燒之物質)進行分選。由分選裝置12分選之流動介質Fa輸送到返送機構13。又，由分選裝置12分選之塗層等的不適於燃燒之物質從排出管12A被排出到系統外。
具備在分選裝置12內之篩子的孔徑並沒有特別限定，但由於作為去除對象之塗層的粒徑為幾μm以下，因此例如藉由將篩子的孔徑設為50μm以下，能夠對流動介質Fa和塗層進行分選。作為具備在分選裝置12內之篩子，從流動介質Fa的粒徑的觀點而言，例如若將基於ASTM標準(American Societyfor Testing and Materials：美國材料與試驗協會)之篩孔尺寸作為基準，則例如能夠利用270~325目(孔徑45~53μm)者。又，分選裝置12內的篩子可以由單段或多段中的任一種構成。
返送機構13係回收分離了塗層之流動介質Fa並使其返回到流動床之機構。又，返送機構13中具備進行流動介質Fa的粒度調整之粒度調整裝置13A和返送管路 13B。
從分選裝置12輸送到返送機構13之分選後的流動介質Fa首先供給到粒度調整裝置13A。粒度調整裝置13A中設置有篩子作為粒度調整手段，進行流動介質Fa的粒度調整。從流動介質Fa進一步排除異物而提高返回到燃燒爐2內之流動介質Fa的純度(品質)之觀點而言，粒度調整裝置13A能夠將流動介質Fa的粒度例如調整為50~1000μm。
具備在粒度調整裝置13A內之篩子的孔徑並沒有特別限定，但為了去除1000μm以上的異物，例如能夠將篩子的孔徑設為1000μm以上。作為具備在粒度調整裝置13A內之篩子，從流動介質Fa的粒徑的觀點而言，例如若將基於ASTM標準(American Societyfor Testing and Materials：美國材料與試驗協會)之篩孔尺寸作為基準，則例如能夠利用16~18目(孔徑1000~1180μm)者。又，粒度調整裝置13A內的篩子可以由單段或多段中的任一種構成。
粒度調整裝置13A上連接有返回到燃燒爐2的流動床F之返送管路13B。在粒度調整裝置13A內進行了粒度調整之流動介質Fa由返送管路13B排出。在圖1中，返送管路13B的箭頭所示之“a”標記與燃燒爐2的側方的“a”標記的部位連通，係指由返送機構13回收之流動介質Fa從燃燒爐2的燃料投入口返回到流動床F。
依以上說明之第1實施形態的流動介質再生裝置3及組裝有該流動介質再生裝置3之燃燒系統1，藉由使從燃燒爐2的流動床F的底部抽出之高溫的流動介質Fa與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而使其快速冷卻，產生基於流動介質Fa與塗層的收縮差之塗層的剝離。由於K 2O-SiO 2等的鹼矽酸鹽相與沙子等的流動介質Fa的物理性狀不同，藉由快速的冷卻而產生收縮差，其結果，實現流動介質Fa與塗層的分離。
如此，依流動介質再生裝置3及組裝有流動介質再生裝置3之燃燒系統1，藉由依據流動介質Fa與塗層的物理性狀的差異並利用收縮差，與利用物理碰撞之以往裝置相比，從流動介質Fa非常高效率地分離塗層而將流動介質Fa再生，藉此能夠達成作為循環材料之流動介質Fa的品質確保及有效應用。
又，依流動介質再生裝置3，能夠利用返送管路13B回收與塗層分離之流動介質Fa並使其返回到流動床F。因此，能夠使從流動床F抽出之量的流動介質Fa返回到流動床F而自動進行補充，從而能夠實現減少與流動介質Fa的補充有關之勞力。
再者，依本實施形態中的流動介質再生裝置3及燃燒系統1，能夠以本實施形態中的乾燥之狀態處理流動介質Fa的粒子。因此，分選裝置12或返送機構13中的輸送順暢，容易再利用流動介質Fa，並且減少流動介質Fa返回到燃燒爐2內的流動床F時的水分帶入量。又，依本實施形態中的流動介質再生裝置3及燃燒系統1，無需經過乾燥製程等而能夠將流動介質Fa返送到鍋爐。因此，本實施形態中的流動介質再生裝置3及燃燒系統1從效率方面及成本方面亦能夠有利地再利用流動介質，並且亦能夠較佳地對應於使用大量流動介質Fa(沙子等)之大型的燃燒爐2。
[第2實施形態] 在第1實施形態中，對使從燃燒爐2回收之高溫的流動介質原樣與液體介質LM接觸之態樣進行了說明，但本發明的態樣並不限定於該態樣。例如，在第1實施形態中，可以構成為在一定程度上確保冷卻部(例如，螺桿輸送機11)的輸送路徑，在與液體介質接觸之前，使流動介質的溫度下降一定程度，亦能夠構成為在冷卻部進一步設置對流動介質進行冷卻之中間冷卻部，使由該中間冷卻部冷卻之流動介質與液體介質接觸。
以下，使用圖4對螺桿輸送機11具有冷卻介質流動路(中間冷卻部)之態樣進行說明。圖4係表示具備本發明的第2實施形態中的流動床的流動介質再生裝置之燃燒系統之概略圖。
如圖4所示，第2實施形態中的燃燒系統21的流動介質再生裝置22僅在基於螺桿輸送機11之流動介質Fa的輸送時對流動介質Fa進行冷卻之點上與第1實施形態不同。以下，對與第1實施形態相同的構成構件標註相同符號並省略其說明。
在第2實施形態的燃燒系統21中，流動介質再生裝置22在螺桿輸送機11的上游部周圍形成有使水等的冷卻介質流動之冷卻介質流動路23。冷卻介質流動路23的兩端與用以使冷卻介質循環之循環用管路連接，在該管路的中途設置有儲存冷卻介質之冷卻介質罐24和用以使冷卻介質順暢地流動之泵26。又，在冷卻介質罐24的下方設置有對冷卻介質罐24內的冷卻介質進行冷卻之冷卻機25。
在流動介質再生裝置22中，從燃燒爐2的排出口排出之高溫的流動介質Fa在螺桿輸送機11的上游部被輸送時藉由使熱量向冷卻介質流動路23中的冷卻介質移動而被冷卻。流動介質Fa被冷卻至即將投入到螺桿輸送機11之前的溫度成為預定的適當溫度。又，在本實施形態中，液體介質LM的供給量被控制為位於螺桿輸送機11的下游部周邊。如此與液體介質LM接觸而進行冷卻時，藉由使流動介質Fa的溫度在螺桿輸送機11的上游部成為適當溫度，能夠使由螺桿輸送機11的下游部處的流動介質Fa與塗層的收縮差引起之塗層的剝離適當產生，並且能夠預防因過度快速之冷卻而流動介質Fa本身產生裂紋。適當溫度根據液體介質的溫度或供給量及流動介質Fa的投入量等而從常溫(例如，25℃)以上且流動介質的塗層的熔點以下(若塗層為SiO 2-K 2O的塗層，則為700℃以下)中適當選擇。
依以上說明之第2實施形態中的流動介質再生裝置22，藉由利用冷卻介質流動路23將高溫的流動介質Fa冷卻至適當溫度之後使其與液體介質LM接觸，能夠抑制由流動介質Fa的投入引起之液體介質LM的過度蒸發或溫度的大幅變化。其結果，能夠避免為了抑制液體介質LM的溫度變化而供給大量的液體介質LM或者頻繁地進行螺桿輸送機11內的溫度調節之事態，藉此，能夠實現螺桿輸送機11的小型化或運用成本的降低。
在第2實施形態的燃燒系統21中，流動介質再生裝置22在螺桿輸送機11的上游部周圍設置有冷卻介質流動路23，但本發明並不限定於該構成。例如，流動介質再生裝置22可以構成為在螺桿輸送機11的下游部周圍設置冷卻介質流動路23，從螺桿輸送機11的上游部周圍供給液體介質LM。
(流動床式燃燒爐的燃燒方法) 再者，使用圖對能夠適用於上述燃燒系統及流動介質再生裝置之流動床式燃燒爐的燃燒方法的流程進行說明。圖5係用以說明能夠適用於本實施形態中的燃燒系統及流動介質再生裝置之燃燒方法之流程圖。
如上所述，本實施形態中的流動床式燃燒爐的燃燒方法係使用生質燃料等的含有鹼成分之燃料之流動床式燃燒爐的燃燒方法。在本實施形態中的燃燒方法中，具有如下製程：首先，使生質燃料等的含有鹼成分之燃料在流動床式燃燒爐中燃燒(步驟S1中的燃燒製程)，從流動床式燃燒爐的流動床回收流動介質(步驟S2中的回收製程)，使從流動床回收之前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層(步驟S3中的冷卻分離製程)。具體而言，係使從圖1中的燃燒爐2回收之流動介質Fa在螺桿輸送機11內與液體介質LM接觸之製程。此時，作為液體介質，並沒有特別限定，如上所述，可以設為液態空氣及液態氮中的至少任一種。
又，在冷卻分離製程中，如上所述，從流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質的溫度係流動介質的塗層的熔點以下為較佳。因此，如在第2實施形態中所說明，在冷卻分離製程中，可以藉由中間冷卻部(例如圖4中的冷卻介質流動路23)對流動介質進行冷卻之後使其與液體介質接觸。
接著，在分選製程中，能夠對在前述冷卻分離製程中被分離之流動介質及塗層進行分選(步驟S4中的分選製程)。具體而言，供給到圖1中的分選裝置12之流動介質Fa和塗層在該裝置內由篩子分選，且塗層等不適於燃燒之物質被排出到系統外。
又，在本實施形態中，可以包括回收分離了塗層之前述流動介質並使粒度調整為50~1000μm之流動介質返回到流動床之返送製程(圖5中的步驟S6)。又，在本實施形態中，如圖5所示，將所回收之流動介質的粒度調整為50~1000μm之後，為了使該流動介質返回到流動床，可以在返送製程之前包括粒度調整製程(圖5中的步驟S5)。
依以上說明之本實施形態中的燃燒方法，與 上述燃燒系統及流動介質再生裝置同樣地，藉由使從燃燒爐2的流動床F的底部抽出之高溫的流動介質Fa與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而使其快速冷卻，來實現流動介質與塗層的有效分離。因此，能夠達成作為循環材料之流動介質的品質確保及有效應用。
再者，依本實施形態中的燃燒方法，能夠藉由返送製程回收與塗層分離之流動介質並使其返回到流動床，因此能夠使從流動床抽出之量的流動介質返回到流動床而自動進行補充，從而能夠減少實現與流動介質的補充有關之勞力。
又，依本實施形態中的燃燒方法，能夠以乾燥之狀態處理流動介質的粒子，因此分選製程或返送製程中的流動介質的輸送順暢且容易再利用流動介質，並且能夠減少流動介質返回到流動床式燃燒爐內的流動床時的水分帶入量。再者，依本實施形態中的燃燒方法，無需經過乾燥製程等而能夠將流動介質返送到流動床式燃燒爐，因此還能夠較佳地對應於使用大量流動介質(沙子等)之大型的燃燒爐。
另外，本發明的流動介質再生裝置、燃燒系統及燃燒方法並不限定於上述實施形態。
例如，本發明還能夠適用於除CFB鍋爐以外的流動床式燃燒爐。又，燃燒爐中使用之燃料並不限於生質燃料。只要為在塗層與流動介質Fa之間產生充分的收縮差之燃料即可。尤其在使用包含高鹼成分之燃料時，能夠 較佳地適用本發明。
又，發明申請專利範圍中所記載之中間冷卻手段並不限於第2實施形態中所記載之冷卻介質流動路23，例如亦可以為藉由氣冷對流動介質Fa進行冷卻之態樣。另外，亦可以設為在其他設備中利用由冷卻介質流動路23回收之熱量之構成。又，無需一定要具備返送管路13B。
再者，在第1及第2實施形態的燃燒系統中，對液體介質LM從供給管11A供給到螺桿輸送機11並在螺桿輸送機11內與流動介質Fa接觸之構成進行了說明，但本發明並不限定於該態樣。例如，如圖6所示之燃燒系統30的流動介質再生裝置31那樣，可以在螺桿輸送機32的下游側另外設置有被供給液體介質LM之冷卻部33。流動介質再生裝置31亦可以構成為從螺桿輸送機32輸送過來之流動介質Fa在冷卻部33內與液體介質LM接觸而被冷卻，塗層藉由該冷卻而被分離。另外，在流動介質再生裝置31中，能夠使螺桿輸送機32擔負中間冷卻部的作用。
1,21,30:燃燒系統
2:燃燒爐(流動床式燃燒爐)
3,22,31:流動介質再生裝置
11:螺桿輸送機(冷卻部)
33:冷卻部
12:分選裝置(分選部)
13:返送機構(返送部)
23:冷卻介質流動路(中間冷卻部)
F:流動床
[圖1]係表示具備本發明的第1實施形態中的流動床的流動介質再生裝置之燃燒系統之概略圖。 [圖2]係用以說明凝聚塊的形成機制之概略圖，其中，(a)係表示基於凝聚塊之塗層誘發機制之概略圖，(b)係表示凝聚塊熔融誘發機制之概略圖。 [圖3]係K 2O-SiO 2狀態圖。 [圖4]係表示具備本發明的第2實施形態中的流動床的流動介質再生裝置之燃燒系統之概略圖。 [圖5]係用以說明能夠適用於本實施形態中的燃燒系統及流動介質再生裝置之燃燒方法之流程圖。 [圖6]係表示具備本發明的另一態樣中的流動床的流動介質再生裝置之燃燒系統之概略圖。
1:燃燒系統
2:燃燒爐
2A:氣體出口
3:流動介質再生裝置
4:旋風分離機
4A:排出口
5:回流管路
5A:環封
5B:回流滑槽部
6:熱回收裝置
6A:排出口
7:袋濾器
8:抽吸泵
9:煙囪
10:供給部
11:螺桿輸送機
11A:供給管
12:分選裝置
12A:排出管
12B:供給管
13:返送機構
13A:粒度調整裝置
13B:返送管路
F:流動床
LM:液體介質

Claims (13)

  1. 一種流動床的流動介質再生裝置，其係至少具備冷卻部，前述冷卻部被供給從流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質，使前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層，前述液體介質被供給至螺桿輸送機。
  2. 如請求項1所述之流動床的流動介質再生裝置，其中前述液體介質為液態空氣、液態氮及液態氧中的至少任一種。
  3. 如請求項1或請求項2所述之流動床的流動介質再生裝置，其中其係具備分選手段，前述分選手段對從前述冷卻部排出之前述流動介質和前述塗層進行分選。
  4. 如請求項1或請求項2所述之流動床的流動介質再生裝置，其中從前述流動床式燃燒爐的前述流動床回收之流動介質的溫度為前述塗層的熔點以下。
  5. 如請求項1或請求項2所述之流動床的流動介質再生裝置，其中前述冷卻部進一步具備對前述流動介質進行冷卻之中間冷卻部，並且使由前述中間冷卻部冷卻之前述流動介質與前述液體介質接觸。
  6. 如請求項1或請求項2所述之流動床的流動介質再生裝置，其中其進一步具備返送部，前述返送部回收分離了前述塗層之前述流動介質並使粒度調整為50~1000μm之前述流動介質返回到前述流動床。
  7. 一種燃燒系統，其係具備：流動床式燃燒爐；及如請求項1至請求項6中之任一項所述之流動床的流動介質再生裝置。
  8. 一種流動床式燃燒爐的燃燒方法，係使用含有鹼成分之燃料之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其特徵為：從前述流動床式燃燒爐的流動床回收流動介質，使從前述流動床回收之前述流動介質與1個大氣壓下的沸點為-20℃以下的液體介質接觸而對其進行冷卻，從前述流動介質分離塗層，前述液體介質被供給至螺桿輸送機。
  9. 如請求項8所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中前述液體介質為液態空氣及液態氮中的至少任一種。
  10. 如請求項8或請求項9所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中對前述流動介質和前述塗層進行分選。
  11. 如請求項8或請求項9所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中 從前述流動床式燃燒爐的流動床回收之流動介質的溫度為前述塗層的熔點以下。
  12. 如請求項8或請求項9所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中藉由中間冷卻部對前述流動介質進行冷卻之後，使其與前述液體介質接觸。
  13. 如請求項8或請求項9所述之流動床式燃燒爐的燃燒方法，其中回收分離了前述塗層之前述流動介質並使粒度調整為50~1000μm之流動介質返回到前述流動床。
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