JPH03158603A - 流動層式燃焼装置 - 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、燃焼炉内の流動層中に気体を送り込むための
分散孔を燃焼炉の炉壁底部に設けた流動層式燃焼装置に
関するものである。

（従来技術） 従来、−船釣に利用されている流動層式燃焼装置は、燃
焼炉内の流動層中に気体を垂直方向に送り込むための分
散孔を燃焼炉の炉底部にもち、複数の分散孔を形成した
分散板は、流動層の最下部で炉内部を概ね覆うように配
置されており、また、燃焼灰、燃焼ゴミ、固体粒子の塊
等を取り出す取出し口は、分散板の一部又は両端に設け
られている。このように構成することで、分散板の下方
がら導入された気体が、分散板の分散孔を通って流動層
内に下方から垂直方向に送り込まれ、その結果、流動層
内に充填された熱媒体粒子（例えば、平均粒径０．３〜
０．８　ｍｍ程度の砂、アルミナ、シリカの粒子等）と
燃焼物とが熱媒体粒子の流れのある流動層内で撹拌され
ると共に、燃焼物が高温の熱媒体粒子に接触して象、速
に加熱されて、効率の良い燃焼が行われる。

しかしながら、このような形式の燃焼装置においては、
分散孔が垂直方向に延在しているので、装置の運転を停
止した場合、運転時に流動層内で循環していた熱媒体粒
子が、自由落下して分散孔から侵入する確率が非常に高
く、このような粒子の侵入と同時に分散孔に徐々に粒子
が付着してしまう。したがって、燃焼炉を繰り返し使用
することにより、分散板より下流側の空気流路、並びに
分散板の分散孔を、熱媒体粒子等が徐々に塞ぎ、結果的
に、分散孔の大部分が熱媒体粒子等で塞がれて、所望の
気体が炉内へ供給されず、装置の故障を引き起こすこと
となる。

また、垂直上方に気体を吹き上げる前述の形式の燃焼装
置において、気体を高速にすると、分散孔上方で熱媒体
粒子層に局所的な流体の素通り（チャネリング）部分が
生し、その結果、流動層内で熱媒体粒子を好適に循環さ
せることができないこともある。

更にまた、分散板は炉底部のほぼ全域を覆うように配置
されており、灰等の取出し口は、分散板の一部又は周囲
に設けられるが、分散孔にある程度の面積が必要なので
、あまり大きな取出口を形成することができず、灰等の
除去作業能率が悪くなるといった不具合が生じる。

そこで、上述した垂直型の分散孔にかえて水平型の分散
孔をもった流動層式燃焼装置が考案された。この水平分
散孔型の流動層式燃焼装置は、燃焼炉の下部に形成した
分散孔と、燃焼炉の上部に設けた燃焼ガス導出管と、燃
焼炉の中央部に設けた燃焼物投入管と、燃焼炉の底部に
形成した灰等の取出口とから主として構成されている。

この装置に使用する分散孔は、炉壁を実質的に水平に貫
通するよう周方向に複数個配置されている１分散孔をこ
のような構成にすることで、炉内に水平方向に吹き出さ
れた気体は、お互いに中央でぶつかり合って上昇気流を
引き起こし、流動層内で流動化状態が発生する。その結
果、流動層内に充填された熱媒体粒子と燃焼物等とが熱
媒体粒子の流れに乗って流動層内で撹拌されると共に、
燃焼物が高温の熱媒体粒子に接触しながら象、速に加熱
されて、効率の良い燃焼が行われる。

上述したように水平型の分散孔を炉壁下部に設けること
により、炉の底部のほぼ全域を灰等の取出口に当てるこ
とができるので、炉内で下方に存在する確率の高い不燃
物や熱媒体粒子等の粗大塊を、効率よく取出口から選択
的に排出させることができる。また、水平型の分散孔（
後者の従来例）は、垂直型分散孔（前者の従来例）と違
って炉壁に対してほぼ直角に配置されるので、運転を停
止すると同時に自由落下する熱媒体粒子等が、分散孔か
ら進入したり、分散孔に付着したりする虞れが少なく、
したがって、分散孔の掃除の回数を極めて減らすことか
できると共に、点検作業の回数をも減らすことができる
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、−段形式の分散孔においては、答礼から
の気体の吹出し量のバランスがとれて初めて円滑な熱媒
体粒子の循環が行われるので、分散孔付近での熱媒体粒
子等の付着が分散孔の一部に発生した場合、目詰まりを
起こした分散孔からの気体の吹出し量が減少し、その結
果、流動層内での気体の流れに偏りが生じ、不均一な熱
媒体粒子の循環が行われて、燃焼物の効率の良い燃焼が
妨げられることとなる。

そこで、本発明は、分散孔の多少の詰まりにも影響され
ず、しかも流動層内で任意の熱媒体粒子の流れを形成す
ることのできる流動層式燃焼装置を提供することを目的
としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明における流動層式燃
焼装置は、燃焼炉内の流動層中に気体を送り込むための
分散孔を、燃焼炉の炉壁底部に多段に設けると共に、炉
壁を実質的に水平に貫通させて配置し、分散孔の外側開
口部を包囲する気体室を炉壁底部の外側に隣接させて形
成し、分散孔から吹き出す気体を各段ごとに個別的に制
御する手段を設けたことを特徴とする。

（作　用） 上述したように構成された流動層式燃焼装置によれば、
炉壁を実質的に水平に貫通する分散孔が多段に設けられ
、このことにより、分散孔の多少の詰まりにも影響され
ずに熱媒体粒子の好適な流れを維持することができる。

また、分散孔の外側開口部を包囲する気体室を炉壁底部
の外側に隣接させて形成することにより、分散孔から進
入してきた灰等を気体室内で留めて更に上流側へ灰等が
流入するのを防止することができる。更にまた、分散孔
から吹き出す気体を各段ごとに個別的に制御する手段を
設けることにより、流動層内で任意の熱媒体粒子の流れ
を形成することが可能になる。

（実施例） 以下、本発明による実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

本発明の流動層式燃焼装置は、第１図に示すように、装
置本体を構成する燃焼炉１０を具え、この燃焼炉の内部
には熱媒体粒子１２が充填されて流動層１３が形成され
ている。また、炉壁には、流動層１３内に燃焼物を投入
するための燃焼物投入管１１が取り付けられている。　
燃焼炉１０の上部には、燃焼物が燃焼の際に発生する燃
焼排ガスを炉外へ導く排ガス導出管１４が設けられてい
る。この排ガス導出管１４には排ガスに随伴する粉粒子
を分離するサイクロン分離器１５が取り付けられている
。この分離器の上端には、排ガスを大気又はガス処理装
置に送り出す排気管１６と、分離器で分離した熱媒体粒
子等の粉粒子を炉内に戻す戻り管１７とを具えている。

炉１０の下部には、炉内の流動層１３内で熱媒体粒子１
２を流動化する燃焼用気体を送り込むための分散孔１８
と、この分散孔の外側開口部を包囲する気体室１９と、
この気体室に気体を供給する気体供給装置２０とが設け
られている。炉の底部には、燃焼灰等を排出する取り出
し部２１が設けられている。

この取出し部２１は一対をなすバルブ２１ａ、２１ｂに
より構成されて、外部よりも高い圧力の炉内から灰等を
効率良く取出すことを可能ならしめている。

本発明の流動層式燃焼装置の分散孔１８は、炉１０の下
部で炉壁１０ａ内に多段（本実施例では４段）に形成さ
れ、例えば、第２図に示すように、放射状に配置されて
いる６分散孔１８の外側開口部を包囲する各気体室１９
は、炉壁１０ａの外周に取り付けられた円筒状の包囲壁
２２と、この包囲壁内で各段毎に分散孔１８を仕切る仕
切り板２３とにより画成される。したがって、同一容積
をなす気体室１９を各段毎に独立させて形成することが
できる。各気体室内に気体を供給する気体供給装置２０
は、包囲壁２２の外周壁２２ａに各段毎に取り付けられ
た複数の気体供給管２４と、各供給管２４に毎に設けら
れた流量調整弁２５と、各供給管２４に気体を供給する
気体供給源例えばブロワ２６とから構成する。したがっ
て、上述した構成により、ブロワ２６から送り出された
気体は、調整弁２５により流量が調整され、その後、供
給管２４を通って気体室１９内に供給される。

そして、所要容積をもった気体室１９内である程度圧力
調整された気体を、分散孔１８を通って流動層内に吹き
出すことが可能となる。

分散孔１８からの気体の吹き出し速度は、分散孔の入口
圧力損失、気体室１９内の圧力損失、及びブロワ２６か
ら送り出される気体の流量等の様々な影響を受けるので
、流量調整弁２５を設けることが、分散孔から送り出さ
れる気体の流量を最適な状態で制御することを可能なら
しめる。

上述した各調整弁２５の開閉度の調整により流動層１３
内で様々な流動状態を形成することが可能となる６例え
ば、流動層１３内の水平方向断面における流速分布の均
一な上昇気流の発生（第３図参照）は、最下段の弁から
順次に弁の開度を所望量だけ小さくして、分散孔１８か
ら吹き出す気体の量を最下段から段階的に少なくするこ
とにより達成される。このような上昇気流を発生させる
結果として、流動層内が均一な温度分布となり、燃焼が
効率的に行われ、燃焼温度の制限幅が小さいものでも好
ましい流動化状態が得られる。

流動層１３内での比較的大きな流動化状態の発生（第４
図参照）は、第３図の場合よりも弁の開度を全体的に大
きくして、流動層１３内の水平方向断面における流速分
布を中央部分で密にすることにより達成される。このよ
うな流動化状態を発生させる結果として、流動層内での
熱媒体粒子の動きが大きくなり、熱媒体粒子が固まろう
とする場合、これを妨げるような流動化状態が得られる
。

流動層１３内の垂直中心軸線近傍での渦流の発生（第５
図参照）は、第４図の場合よりも弁の開度を全体的に更
に大きくして、流動層１３内の水平方向断面における流
速分布を中央部分で更に密にすることにより達成される
。このような渦流を発生させる結果として、同一炉内で
混合の激しい中央部分と、比較的流れの穏やかな周辺部
分とが得られるので、二段燃焼に適した流動化状態が得
られる。

上述した構成の流動層式燃焼装置において、分散孔１８
から制御されながら水平方向に吹き出された気体は、炉
内で上述した流動化状態又は渦を発生し、この気流に乗
って流動層内で、燃焼物投入管１１により炉内に送り込
まれた燃焼物（例えばタイヤ、プラスチック、木片等の
可燃物）並びに熱媒体粒子１２が流動化され、そして、
燃焼物が高温の熱媒体粒子１２に接触しながら急速に加
熱される。

その結果、灰等が発生すると同時に燃焼排ガスが発生す
る。このようにして発生した排ガスは排ガス導出管１４
を通ってサイクロン分離器１５内に送りこまれ、その後
、熱媒体粒子等の比較的径の大きな粒子は分離された後
、戻り管１７を通って炉内に戻される。また、炉内の圧
力が外の圧力よりも高いので、炉底部に溜まった灰等は
、先ず、上側のバルブ２１ａを開放し、灰が下側のバル
ブ２１ｂ上に溜まったところで上側のバルブ２１ａを閉
鎖し、その後、下側バルブ２１ｂを開放することにより
炉外に排出される。このように取出し部を２段に構成す
ることで、炉内での燃焼物の燃焼と同時並行的に灰等の
排出を行うことができ、したがって、燃焼装置を、灰等
の排出のために一時停止することなく、効率良く連続作
動させることができる。

上述した流量調整弁２５に代えて、各段の気体供給管２
４に設定値の異なる固定型オリフィスを設けても、分散
孔１８から吹き出される気体の流量を調整することが可
能となる。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、種々
の変更を加えることができるのは言うまでもない。

気体供給装置２０の他の実施例として、第６図に示すよ
うに、各段毎に取り付けられた気体供給管２４の上流側
に形成した合流部２７に、切り換えバルブ２８を設ける
ことも可能である。このバルブはモータ２９により駆動
され、このモータの駆動により各段毎の気体供給管２４
とプロワ２６とを個別的に連通させることができ、その
結果として、所要の段の分散孔から気体を選択的に排出
させることが可能となる。また、切り換えバルブ２８を
時間毎に切り換える構成にすることで、気体室１９内へ
送られる気体の流量を経時的に変化させることが可能と
なる。

気体室１９内に送り込まれる気体の放熱量や加熱量を調
整するためには、例えば、第７図に示すように、気体室
１９を包囲する包囲壁２２の外周壁２２ａの厚みを各段
毎に変化させると好適である。また、第８図に示すよう
に、気体室１９の容積を各段毎に変化させても好適であ
る。

分散孔１８からの気体の吹き出し速度を各段毎に調整す
る実施例として、例えば、第９図に示すように、各分散
孔１８の吹き出し口を所定量だけ絞ったもの、並びに、
第１０図に示すように、各分散孔１８の吹き出し口を所
定量だけ拡開させたものがある。前者のように構成する
と、分散孔１８から吹き出される気体はジェット流とな
り、その結果、流動層の中央部付近まで気体を吹き出さ
せることが可能となり、流動層内の中央部付近の流動化
を大きくすることができる。後者のような構成にすると
、分散孔１８から吹き出される気体は拡散しながら吹き
出され、その結果、炉壁付近の気体の量を大きくするこ
とができる。

分散孔１８からの気体の吹き出し方向を各段毎に変える
実施例として、分散孔１８を、例えば第１１図に示すよ
うに流動層１３の垂直中心軸線に対して所定角度をなし
て配置させると好適である。このように分散孔からの気
体の吹き出し角度を段毎に変えることによって、分散孔
の経路の長さが変わり、これに伴って経路内での圧力損
失を変化させることができるので、気体の吹出し速度を
好適に変えることができる。また、吹出し角度を変える
ことにより、吹き出したジェット流の水平方向の分布速
度を変えることができる。したがって、水平方向の速度
分布を好適に調整することができる。

分散孔からの気体の吹き出し量及び吹き出し方向を各段
毎に変える実施例として、例えば第１２図に示すような
ものがある。この場合、上段の分散孔１８は気体出口側
で縮径され、中段の分散孔１８は中央部に球形の部屋が
設けられ、下段の分散孔１８はｖ字状に折り曲げられて
構成されている０分散孔のこのような形状はほんの一例
であり、適時に応じて分散孔の経路の長さ、太さ及び方
向を変えることが好ましいことは言うまでもない。

第９〜１２図における気体室１９は区画されていないが
、例えば第７図に示すように気体室を各段毎に区画する
と、分散孔からの気体の吹き出しをより一層確実に制御
することが可能となる。

炉内の温度分布を変化させて、流動層内での燃焼物の燃
焼位置を好ましい場所に保持するために、冷却又は加熱
した気体を分散孔から吹き出させることが必要な場合が
ある。このことを達成するためには、例えば、第１３図
に示すように、気体供給装置２０の他に熱交換手段Ａを
設けると好適である。

この熱交換手段Ａは、具体的には、気体室１９を包囲す
る包囲壁２２の外周壁２２ａ内で、各気体室１９を包囲
するように形成した個別的な媒体循環通路３２と、この
媒体循環通路内に媒体を強制的に送り込むための媒体供
給装置（例えばポンプ）３４と、媒体通路内を循環して
熱交換の行われた媒体を所定の媒体状態に戻すための熱
交換器３０と、この熱交換器３０を通って各媒体循環通
路３２と媒体供給装置３４との間を連通させる一対の配
管３３と、各区画毎に対をなして設けられた配管３３の
うちの媒体供給側の管に取り付けられて、媒体供給装置
３４から送り出された媒体量を調整しながら、所望量の
媒体を媒体循通路内へ送り込むための第２の流量調整手
段（例えばバルブ）３１とから構成されている。

対をなす前述の配管３３は、各段に設けられた媒体循環
通路３２毎に配設されており、これに応じて、流量調整
手段３１及び媒体供給装置３４も各段毎に設けることが
可能となる。他の実施例として、各段の気体室に対応し
て個別的な熱交換器３０を取り付けることにより、各気
体室の加熱／冷却を、より正確に制御することが可能に
なると共に、個々の熱交換器３０をタイマ作動させて経
時的な制御も可能となる。ここで、気体室を加熱する場
合において、炉から排出されるガスを制御しながら媒体
循環通路内に直接流すことも可能である。

（発明の効果） 以上の記載から明らかなとおり、本発明の流動層式燃焼
装置は、燃焼炉内の流動層中に気体を送り込むための分
散孔を、燃焼炉の炉壁底部に多段に設けると共に、前記
炉壁を実質的に水平に貫通させて配置し、前記分散孔の
外側開口部を包囲する気体室を前記炉壁底部の外側に隣
接させて形成し、前記分散孔から吹き出す気体を各段ご
とに個別的に制御する手段を設けているので、分散孔の
多少の詰まりにも影響されずに熱媒体粒子の好適な流動
化状態を維持することができ、また、分散孔から進入し
てきた灰等を気体室内で留めて更に上流側へ灰等が流入
するのを防止することができ、更にまた、流動層内で任
意の熱媒体粒子の流動化状態を形成することが可能にな
るといった優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動層式燃焼装置の一実施例を示す断
面図、 第２図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３〜５図は
本発明の燃焼装置の流動層内で起こる種々の流動化状態
を示す図、 第６〜１３図は本発明の燃焼装置の他の実施例を示す断
面図である。 １０・・・燃焼炉 １０ａ・・・炉壁 １２・・・熱媒体粒子 １３・・・流動層 １８・・・分散孔 １９・・・気体室 ２０・・・気体供給装置 ２５・・・流量調整弁 ３１・・・第２の流量調整手段 Ａ・・・熱交換手段 第６図 第７図 ／’／ 第８図 第９図 第１１図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼炉内の流動層中に気体を送り込むための分散孔
   を、燃焼炉の炉壁底部に多段に設けると共に、前記炉壁
   を実質的に水平に貫通させて配置し、前記分散孔の外側
   開口部を包囲する気体室を前記炉壁底部の外側に隣接さ
   せて形成し、前記分散孔から吹き出す気体を各段ごとに
   個別的に制御する手段を設けたことを特徴とする流動層
   式燃焼装置。 ２、請求項１記載の燃焼装置において、前記気体室を各
   段ごとの区画に区分し、前記各区画に対する気体の温度
   、圧力及び供給量を調整する流量調整手段を設けたこと
   を特徴とする流動層式燃焼装置。 ３、請求項２記載の燃焼装置において、前記流量調整手
   段を、流量調整弁により構成したことを特徴とする流動
   層式燃焼装置。 ４、請求項２記載の燃焼装置において、前記気体室内の
   気体温度を制御するための熱交換手段を配置し、該熱交
   換手段内を流れる熱媒体の流量を調節する第２の流量調
   整手段を、前記各区画に対応させて設けて前記各区画を
   通過する前記気体の温度を個別的に調整可能としたこと
   を特徴とする流動層式燃焼装置。