WO1990009549A1 - Four de combustion a lit fluidise - Google Patents

Description

明 細 書 ' 流動床燃焼炉

技 術 分 野 , 本発明は流動床燃焼炉に関 し、 特に流動床部からの未 燃ガス と二次空気と の混合を向上させ、 且つ流動媒体の フ リ ーボー ド部外への飛散を防止 し、 更に合流室で高温 ガスを衝突さ せて微量の' C 0等の未燃ガス を完全に燃焼 さ せ るのに好適な流動床燃焼炉に関する ものであ る。

. · 背 景 技 術

流動床燃焼炉は流動床部で飛散 した砂等の流動媒体を 再沈降さ せ るために フ リ ーボー ドを必要とする。 こ の流 動媒体は、 フ リ ーボー ド部を上昇する燃焼ガスの流速が 速過ぎる と 、 フ リ ーボー ド部外に飛散 して し ま う ので、 フ リ ーボ一 ドにおける燃焼ガスの流速は 2 m Z s 程度に 制限されてい る。 従って、 一般に フ リ ーボー ド部は、 そ の横断面積 （ 水平断面積 ） が流動床部の横断面積 （ 水平 断面積 ） に比べて大き く なる よ う に構成されている。

し か し なが ら 、 こ の よ う な構成と し た場合、 フ ¹入一 ボー ド部での燃焼ガスの流速が遅いため、 フ リ ーボー ド 部に二次空気を供給 しても'、 こ の流速では未燃ガス.' t空 気の混合を充分に行なう こ とが難し く 、 二次燃焼効率が 低 く なる。 そ こで、 未燃ガス と空気の混合を促進させる ため、 フ リ ーボー ド部での空気の供給方法について種々 の提案がなされている力；、 フ リ ーボー ド部の横断面 ¾^:が 広いので、 その効果が充分に現れていない と い うの ^現 状であ る。

また、 例えば実開昭 6 2 — 1 8 5 1 0 号公報に開示す る よ う に流動床上部に絞り部を設けたものが提案されて いるが、 この絞り部の絞りが多過ぎる と流動媒体は平均 粒径粒子の終末速度以上の流速と な り 、 流動媒体のフ リ一ボー ド部外への飛散が多量と な り 、 飛散砂の戻 し を 行な う手段が必要と なる。

また、 絞 り部を多段に設け る こ と で生 じ る絞 り部と絞 り部の間の広がつた空間や、 フ リ ーボー ド部の形状か ら 生 じ る空間部には燃焼に寄与 し なぃデッ ト ス ペー スが多 く 生 じ、 二次空気等と して炉内に吹き込まれる空気が有 効に利用されない と い う 問題も あ る。

従って、 このよ う な設備では絞 り部の絞 り量を少な く す るか、 飛散砂の戻 し手段が必要と なる と い う 問題が あ った。

また、 従来の流動床燃焼炉において、 砂等の流動媒体 温度を上昇させるには補助バ一ナを使用する とか、 燃焼 量を増 して低空気比にする ¾法がある。 しか し ながら、 補助パーナでは補助燃料が必要と な り 、 経済的でな く、 また低空気比運転では、 C O ガス と か N H ₃ガス と いつ た未燃ガスが発生する と いう問題があつた。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、 絞り部で の燃焼ガス流速を流動床中の流動媒体の平均粒径粒子の 終末速度以上 （ 2 〜 8 m Z s程度 ） と し、 飛散 した流動 媒体を フ リ ーボー ド部で ¾率よ く 沈降させて流動媒体の フ リ ーボー ド部外への飛散を最小限に し、 且つ未燃ガ ス と二次空気と の混合を向上さ せ、 更にフ リ ーボー F部か ら分流 した高温の燃焼ガスを合流室内で衝突混合さ せて 微量の未燃物を完全燃焼される こ と ができ 、 また流動床 の流動媒体の温度を上昇させる補助燃料を必要と する,こ と がな く 、 且つ C O ガ ス と か Ν Η ₃ガ スの未燃ガ スの発 生もない流動燃焼炉を提供する こ と を 目的と する。

発 明 の 開 示

上記目的を達成するため本発明は流動床燃焼炉を下記 のよ う に構成 した。

流動床の直上に流動媒体の平均粒径の粒子の終末速度 以上の燃焼ガス流速と なる絞 り部を形成 し、 該絞 り 部に 二次空気供給口 を複数段配置する と共に、 その上部に流 動媒体の平均粒径粒子の終末速度以下と なる よ う な横断 面積 （ 水平断面 ） を持つフ リ ーボー ド部を形成 し 、 該フ リ ーボ一 ド部の天井部に対する前記絞り部の垂直 向投 影面以外の部分に燃焼ガス通路の燃焼ガス入口 を 2個以 上設け、 該燃焼通路の出 口部に該燃焼ガス通路か 燃 焼ガスが衝突合流する合流室を設けた。

また、 前記燃焼ガス通路近傍及びフ リ ーボ一 ド 部側 壁に三次空気を水平又は下向き に吹き込む三次空気供給 口を設けた。

また、 前記二次空気供給口は二次空気を下向き に吹き 込むよ う に設けた。 ' また、 絞り部に設けた二次空気供給ロ を炉横断面《水 断面）の炉壁の接線 向に対して所定角度をも って設 けた。

図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1 図は本発明に係る流動床燃焼炉の概略構造を示す 図で、 同図（ a ) は縦断面図、 同図（ b ) は A— A断面 図、 第 2図は本発明に係る他の流動床燃焼炉の概略構造 を示す図で、 同図 （ a )は縦断面図、 同図 （ b ) は絞り 部内の二次空気の流れを示す図である。

. 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を実施するための形態を図面を参照しつ つ説明する。

第 1図は本発明の一実施例を示す流動床燃焼炉の概略 構造を示す図で、 同図（ a ) は縦断面図、 同図（ b ) は 同図（ a ) の A— A断面図である。

図示するよ う に、 流動床燃焼炉は流動床部 1 1 の直上 に絞り部 1 2 を形成する と共に、 その直上に該絞り部 1 2の横断面積（水平断面積） よ り大きい横断面積を有す る フ リ ーボー ド部 1 3 を形成している。 また、 こ の フ リーボー ド部 1 3 の最上部には絞り部 1 2の横断面よ り 大きい面積を有する天井部 1 5が設けられている。

このフ リ ーボー ド部 1 3の天井部 1 5の前記絞り部 1 2の投影面以外の部分に燃焼ガス通路 1 6 ； 1 7の燃焼 ガス入口 1 6 a , 1 7 aが左右対称に設け られている。 該燃焼ガス通路 1 6及び燃焼ガス通路 1 7 の出口は合流 室 2 5 に開口 している。 更に合流室 2 5 は排ガス出口 2 6 に接続されてい る。

流動床部 1 1 の下部には流動床 1 8の流動媒体である 砂を流動化させる流動化空気、 即ち、 一次空気を送-る,配 管 1 9 、 空気室 2 0 及び散気板 2 1 等が設け られ.てい る.。 また、 絞り部 1 2の炉壁 1 4 には二次空気を水平 ¾ 向に吹き 込んで供給する二次空気供給口 2 2が複,数段 ( 図では 2段）設け られている。 フ リーボー ド部 1 3 の 天井部 1 5 の燃焼ガ ス通路 1 6 ， 1 7 の燃焼ガ ス入口 1 6 a ， 1 7 aの近傍及ひフ リ ーボー ド部 1 3 の下部側壁 には下向き又は水平に三次空気を供給する三次空気供給 口 2 3及び 2 3 ， が複数（ 図ではそれぞれ 2個）設け ら れてい る。

なお、 図中 2· 4 はゴ ミ 、 石炭等の燃焼物を供給する燃 焼物供給口である。

一次空気は配管 1 9から空気室 2 0 に供給され、 散気 板 2 1 を通して流動床 1 8 の下部から供給される。 絞り 部 1 2の炉壁 1 4 に設けられた二次空気供給口 2 2から 二次空気が供給されるが、 絞り部 1 2の横断面（水平断 面）が小さ く 、 燃焼ガス流速は砂の平均粒径粒子の終末 速度（ 2〜 8 m Z s程度）以上と速く なるので未燃ガス と二次空気の混合の効果が促進される。 流動床 1 8 での 砂の粒径は 0 . 2 画乃至 0 . 8程度であ り、 流動床 1 8の 床面（砂層上面）から適切な高さだけ離して二次空気供 給口 2 2が設置されてい る。 即ち、 二次空気供給口 2 2 が流動床 1 8の床面にあま り近いと、 床面から吹き上げ られた砂が全てフ リーボー ド部 1 3 に移動；して しまう。 また、 流動床 1 8の床面からあま り離しすぎる と火炎が 流動床 1 8の床面（砂層上面）から離れて しまい未燃ガ スが多 く なつて しまう。 従って、 二次空気供給口 2 2の 流動床 1 8の床面からの高さ は、 1乃至 5 m程度とする こ とが好ま しい。

なお、 この場合でも砂の一部は絞り部 1 2の二次空気 供給口 2 2 まで吹き上がり、 その殆どは終末速度を越え て し ま って フ リ ーボー ド部 1 3 まで吹き上げられる。 一 ^、 絞り部 1 2から吹き上げられた燃焼ガスは、 フ リ ー ボー ド部 1 3 の燃焼ガスの出口が 1 個の場合はフ リ ー ボー ド部 1 3 の横断面（水平断面）のう ち絞り部 1 2 の 投影面以外の部分にデ ッ ト スペースを形成しながら上昇 し、 あたかも設計上のフ リ ーボー ド部横断面よ り小さい 横断面を燃焼ガス通路とする こ と にな り、 設計上の燃焼 ガス流速よ り実際の燃焼ガスの流速のほ う が速く な って しまい未燃ガスの燃焼に必要な滞留時間を確保できない という問題や、 また流速が速いのでフ リーボー ド部まで 到達した砂の炉外への飛散を生じ るという問題がある。

これに対して本実施例の如く 、 フ リーボー ド部 1 3の 天井部 1 5 の絞り部 1 2 の投影面以外の端部に燃焼ガス 通路 1 6 ， 1 7 の燃焼ガス入口 1 6 a ， 1 7 aを左右対 称に設ける と、 フ リ ーボー ド部 1. 3 内の燃焼ガスは天井 部 1 5の近傍で左右に分流する。 即ち、 炉の縦断面方向 からみた上昇流と下降流からなる 2 つの対称な旋回流と な るか ら { 第 1 図 （ a ) の旋回流 B ， C を参照 ） 、 フ リ ーボ一 ド部 1 3 内に燃焼ガ スの流れのないデ ッ ト ス ペースがな く な り 、 未燃ガスの燃焼に必要な滞留時間を 確保でき る。

また、 フ リ ーボー ド部 1 3 の上部中央部に燃焼ガスの 出 口があった場合は、 絞 り部 1 2 に吹き上げ られた砂は その燃焼ガスの流れに乗'つて炉外に流出 して し ま うが上 記のよ う に構成する こ と に よ り 、 吹き上げ られ、 上昇 し た砂の多 く ほ、 フ リ ーボー ド部 1 3 の天井部 1 5 に当つ て落下するので、 砂の炉外の流出を減少させ る こ と がで き る。

また、 絞 り部 1 2 か ら吹き 上げ られた大部分の砂はフ リ ーボ一 ド部 1 3 で減速 して高温の砂層を フ リ ーボ一 ド 部 1 3下部に形成 し、 更に絞 り部 1 2 の内壁面に沿って 流動床 1 8 の床面 （ 砂層上面 ） に沈降する。 未燃ガスは こ の砂の層を通過する こ と に よ り反応が促進される。 三次空気はフ リ ーボー ド部 1 3 の天井部 1 5 の燃焼ガ ス通路 1 6 , 1 7 の燃焼ガス入口 1 6 a ， 1 7 a の付近 から、 三次空気供給 3 2 3 を通 して下向き に供給される ので、 燃焼ガスは下向き め流れと な り 、 その結果フ リ ー ボー ド部 1 3 内で燃焼ガスの循環を誘起する。 三次空気 は、 フ リ ボー ド 1 3 の下部側壁から三次空気供給口 2 3 ， を通 して水平又は下向き に更に加えて も よい。 更に、 こ の循環流の下向き流れの作用に よ って燃焼ガス入口 1 6 a ， 1 7 aから燃焼ガス通路 1 6 ， 1 7 への砂の飛散 を防止する こ と にもなる。

また、 天井部 1 5 の両端部に左右対称に設け られた燃 焼ガス入口 1 6 a ， 1 7 aか ら、 燃焼ガス通路 1 6 ， 1 7へ流入した高温の燃焼ガスは、 流速を 1 O m Z s以上 から 2 O m Z s以下とする横断面を持つこ の対称形に配 置された燃焼ガス通路 1 6 ， 1 7 を通って、 合流室 2 5 に流入 し、 該合流室 2 5 内で略同一流量で対向衝突し て、 混合する こ と によ り、 該合流室 2 5 内で更に燃焼ガ ス中に残る未燃分の燃焼が促進される。

第 2図は本発明に係る他の流動床燃焼炉の概略構造を 示す図で、 同図（ a ) は縦断面図、 同図 （ b ) は絞り部 内の二次空気の流れを示す図である。 同図において、 第 1 図 と 同一符-号を付 した部分は同一又は相当部分を示 す。 図示するよ うに、 本実施例においては、 絞り部 1 2 の炉壁 1 4 に設けられる二次空気供給口 2 2 は、 その段 数を 2段と し、 且つその供給される二次空気流が下向き と な る よ う に設け、 更に供給される二次空気を第 2 図 ( b ) に示すよう に絞り部 1 2 内で回流するよう に配置 する。 即ち、 二次空気供給口 2 2は、 下向きで且つ炉横 断面の炉壁 1 4の接線方向に対して所定の角度をもって 設けている。

上記構造の流動床燃焼炉において、 流動床 1 8の砂の 温度を上げたい時は、 1段目の二次空気供給口 2 2から 二次空気を下向き に吹き込み、 炎が流動床 1 8 の床面 ( 砂層上面 ） 近 く に形成され、 砂の温度を上げる。 ま た、 通常は 2段目の二次空気供給口 2 2 か ^;らの二次空気 を吹き込む。

なお、 こ の二次空気供給口 2 2 は 3 段以上設けても よ い ₀ "

また、 例えば排ガス出 口 2 6 よ り の排ガスを二次空気 及び三次空気と して再循環さ せても よい。

流動床燃焼炉を上記の如 く 構成する こ と によ り 、 流動 媒体である砂の温度を上屏さ せ るのに補助バー.ナを使用 する と か、 燃焼量を増 して低空気比にする必要がな か ら、 補助燃料の必要がな く 、 且つ C 0 ガス と か N H ₃ガ ス と い っ た未燃ガ スが発生する こ と も ない。

以上、 説明 したよ う に本発明に よれば下記のよ う な優 れた作用効果が得られる。

絞り部 1 2 での燃焼ガス流速が速 く な り （流動媒体の 平均粒径粒子の終末速度以上 ） 、 未燃ガス と二次空気と の混合が促進される。

また、 流動床 1 8からの流動媒体は吹き 上げ られ、 フ リ ーボ一 ド部 1 3 を上昇するが、 フ リ ーボー ド部 1 3 は その模断面積 （ 水平断面積 ） が絞り部 1 2 の模断面獱ょ り大き く 、 流動媒体の終末速度以下のガス流速と なる-よ う に設計され、 更にその最上部に天井部 1 5 があ り、 且 つ絞り部 1 2 の投影面外の天井部 1 5 に 2 つ以上の燃焼 ガス通路の燃焼ガス入口 （ 実施例では左右 2個の燃焼ガ ス通路 1 6 , 1 7 の燃焼ガス入口 1 6 a ， 1 7 a ) を対 称に設けたので、 上屏 した燃焼ガス と流動媒体は こ の天 井部 1 5 に衝突し、 燃焼ガスは対称に配置されたそれぞ れの燃焼ガス通路に向かって転向するから、 こ の時燃焼 ガス と同伴した流動缂体は天井部 1 5 で衝突し、 上昇す る燃焼ガ スか ら分離される。 これに よ り流動媒体がフ リーボ一 ド部 1 3 の外へ飛散するのを防止する。

また、 燃焼ガス通路 1 6 ， 1 7 を天井部 1 5の絞り部 1 2 の投影面外の部分に ' 2つ以上対称に設け、 更に三次 空気供給口 2 3 をそれぞれの燃焼ガス通路 1 6 ， 1 7近 傍及びフ リーボ一 ド下部側壁に下向き乃至水平に設ける ので、 三次空気は燃焼ガスの流れに対して、 水平ではな く角度を持って吹き こまれるから、 燃焼ガスは積極的に 乱流状態で、 且つ炉の縦断面： &向からみて上昇流と下降 流からなる 2 つの対称な大き な旋回流を形成するので、 フ リーボー ド部 1 3 内にデッ 卜 スペースが生じるこ と な く 、 フ リ ーボー ド部 1 3 の全体で充分な燃焼ガスの滞留 時間が確保される。 しかる後、 この燃焼ガスは燃焼ガス 通路 1 6 ， 1 7から排出され、 その上部の合流室 2 5で 合流し、 互いに衝突するから、 燃焼ガス中に残る微量の 未燃ガス も この合流室 2 5 で完全に燃焼し、 完全燃焼し た燃焼ガスは排ガス出口 2' 6 よ り外部に排出されること になる。

上記作用効果によ り、 フ リーポー ト部 1 の横断面を 通過する燃焼ガスの平均流速を流動媒体の終末速度以下 の流速に保つこ とができ ると共に、 燃焼効率の優れた流 動床燃焼炉を提供でき る。 一 、 フ リ ーボー ド部 1 3 に上昇す'る燃焼ガ ス と共 に、 吹き 上げ られた流動媒体は、 その大部分がブ リ一 ボー ド部 1 3 でのガス流速の減速によ り、 分離沈降する が、 燃焼ガス と同伴する一部の流動媒体は天井部 1 5 に 衝.突し、 分離し、 上記旋回流の下降流の作用によ って、 再び効果的にフ リーボ一 ド部 1 3 の下部に沈條する'。: ま た、 第 2図（ a ) に示すよ うに、 絞り部 1 2 に二次空気 を下向に吹き込む二次空気供給口 2 2 を設ける と 、 流動 床 1 8 の流動媒体の温度を上屏させたい場合、 炎が燃焼 ガスの流れに乗つて上 ¾向に吹き上げられる こ と な く 、 逆に流動床 1 8の床面（砂層上面） に吹き付け られる こ と にな り、 従来の補助バーナーの使用や、 燃焼量を増し て低空気比にする必要がな く なる。

また、 二次空気供給口 2 2 を第 2図（ b ) に示すよう に、 絞り部 1 2 の横断面（水平断面） の接線 ¾向に対し て所定角度持たせて設ける こ と によ り、 上記作用は更に 促進される。

産 業 上 の 利 用 可 能 性 - 以上のよ う に、 本発明に係る流動床燃焼炉は、 流動库 の直上に流動媒体の平均粒径の粒子の終末速度以上の燃 焼ガス流速と なる絞り部を形成し、 該絞り部に二次空気 供給口を複数段配置すると共に、 その上部に流動媒体の 平均粒径粒子の終末速度以下と なるよ うな横断面積を持 つフ リーボー ド部を形成し、 該フ リーボー ド部 天井部 の前記絞り部の投影面以外の部分に燃焼ガ ス通路の燃焼 ガス入口を 2個以上設け、 該燃焼通路の出 ^:口部に該燃焼 ガ ス通路からの燃焼ガスが衝突合流する合流室を設けた 構成とするので、 フ リ ーボー ト部の横断面を通過する燃 焼ガスの平均流速を流動媒体の終末速度以下の流速に保 つこ と ができ るか ら燃焼ガスのフ リ ーボー ト部での滞留 時間を充分確保でき、 且前記合流室で燃焼ガス中の微量 未燃ガスが燃焼させるから、 燃焼効率の優れた流動床燃 焼炉を提供でき る。

Claims

1 3 請 求 の 範 囲

1 . 流動床の直上に流動媒体の平均粒径粒子の終末速 度以上の燃焼ガ ス流速と なる絞り部を形成し、 該絞り部 に二次空気供給口を複数段配置する と共に、 その上部に 流動媒体の平均粒径粒子の終末速度以下と なる横断面積 を持つフ リ ーボー ドを形成し、 該フ リ ーボー ド部の 井 部に対する前記絞り部の'垂直 ¾向投影面以外の部分に燃 焼ガ ス通路の燃焼ガ ス入 口を 2個以上設けたこ とを特徴 と.する流動床燃焼炉。

2 . 前記燃焼ガ ス通路近傍及びフ リ ーボー ド下部側壁 に三次空気供給口を水平又は下向き に設けたこ と を特徴 とする請求項 1記載の流動床燃焼炉。

3 . 前記二次空気供給口は二次空気を下向き に吹き込 むよ うに設けたこ と を特徴とする請求項. 1又は 2記載の 流動床燃焼炉。

4 . 前記絞り部に設けた二次空気供給口が炉橫断面の 炉壁の接線！ /向に対して所定の角度をも って設けられる こ と を特徴とする請求項 1又は 2又は 3記載の流動床燃 焼炉。

5 . 前記複数の燃焼ガズ通路の出口部に該燃焼ガス通 路を通った高温ガスが互いに衝突する合流室を設けたこ と を特徴とする請求項 1又は 2又は 3又は 4記載の流動 床燃焼炉。