JPH03213902A - 循環流動層燃焼装置 - 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］ 本発明は石炭等の固形燃料を効率よく燃焼させる循環流
動層燃焼装置に関するものである。

［従来の技術］ 石炭等の固形燃料を窒素酸化物、硫黄酸化物の排出を低
く押さえながら効率よく燃焼させる装置として、特開昭
５７−２８０４６号「炭質物を燃焼させる方法」に記載
されるような循環流動層燃焼装置が知られている。

これは、流動層燃焼室内の流動化ガス空筒速度を流動粒
子の終端速度以上とし、ガスに同伴する流動粒子を粒子
分離器にて分離し、燃焼室に戻す粒子循環回路を持つこ
とによって、 １）粒子循環による長い粒子滞留時間、２）ガスと粒子
の高い流動速度差によるガスと粒子の強度の混合、 などの特徴を持っている。

この循環流動層燃焼装置は、第１３図に示すように、流
動層燃焼室１、粒子分離器２、粒子再循環導管３及びボ
イラ伝熱面などの熱交換部４から構成され、燃焼室１の
底部に一次燃焼空気吹込口５、中段に二次燃焼空気吹込
口６設けられ、その上方空間に燃焼熱を回収する冷却面
７が設けられている。

そして、石炭等の固形燃料は粒径１０龍から０．５動程
度に粉砕されて石灰等の脱硫剤と共に流動層燃焼室下方
に装入される。ここで、底部から吹込まれる一次燃焼空
気５によって流動化され、炉内粒子と急速に混合されて
着火する。

燃焼空気は、−次と二次に分けて供給されるので、二次
燃焼空気吹込口６下方では空気比が１以下の還元炎、一
方上方では空気比が１以上の酸化炎となる二段燃焼がな
されるようになっている。

ガスと粒子の活発な混合による燃焼室温度の均−性及び
多量の循環粒子が十分な熱容量を持つことから安定した
低温燃焼が可能で、燃焼室１内の冷却面７によって燃焼
室温度は約８５０℃に保持されている。

燃焼室内の粒子はある粒径分布を持つために終端速度に
達しえない粗粒も混在している。燃焼室底部では一次燃
焼空気５によって、これら粗粒も細粒と一緒に吹き上げ
られて流動層を形成しているが、燃焼室上方へ移るにつ
れて、これら粗粒は底部へ落下していく。燃焼室内のこ
のような粒子循環があるため、燃焼室内の粒子懸濁濃度
は下部では高く、上部では低くなっている。

燃焼室内の冷却面７の伝熱量は、粒子懸濁濃度により変
動するために、−次と二次の燃焼空気量の配分比を変え
て底部から吹き上げられる粗粒の量を調節して、燃焼室
温度が一定となるように冷却面での伝熱量を調整してい
る。

燃焼の進行に伴って燃料粒子は微細化し終端速度に達す
ると、燃焼室１からガスに同伴して排出され、粒子分離
器２で捕集される。この捕集粒子は再循環導管３によっ
て再度燃焼室１へ戻される。

この再循環サイクルを繰り返すことで、燃料粒子の未燃
損失は最小化されるようになっている。

燃焼過程で生成される窒素酸化物は、 １）燃焼室内の温度が低く、均一である、２）二段燃焼
を行う、 ３）還元剤となる未燃の燃料粒子が燃焼室内全域に分布
している、 などの作用により、排出量を低く押さえることができる
。

一方、硫黄酸化物は、石灰石等の脱硫剤粒子が燃焼室内
空間全域に分布し、粒子循環によって長い滞留時間が確
保されるため、効果的な脱硫反応が達成される。

［解決しようとする課題］ 従来の循環流動層燃焼装置は、以上のような構成になつ
いてるので、次のような問題がある。

１）流動層燃焼室１を出た直後の高温燃焼ガス（約８５
０℃）を粒子分離器２へ通すことが必要である。この粒
子分離器２は、その使用条件から通常は耐火物で構成さ
れた遠心分離式のホットサイクロンを用いるが、高温で
処理ガス量が多いため、ホットサイクロンでの通風損失
が大きく、補機動力が増大する。また、ホットサイクロ
ンの形状が非常に大きく　（流動層燃焼室にほぼ等しい
）、所用スペースが増大する。更に、ホットサイクロン
で用いられる耐火物のため起動時間が長くかがり、また
保守作業量が増大する。

２）ホットサイクロン２から再循環導管３を経て、流動
層燃焼室１へ戻るまでの一過程の時間が長く（１０〜２
０秒）、個々の固形燃料粒子が燃え尽きるまで何回も（
１０〜１００回）この過程を繰り返すために、全体では
非常に長い時間がかかる。従って、燃焼の時定数が非常
に長いこととなり、負荷変動時の追随性が良くない。

３）−次、二次燃焼空気量の配分比を変えることで粒子
懸濁濃度分布、更に燃焼室温度を調節しているが、この
空気分配比によって二段燃焼による脱硝効果も影響を受
ける。従って、燃焼室温度と脱硝性能の両方の条件を満
たそうとすると、運転範囲が限定されることになる。

そこで、上記のような種々の問題点を解決する手段とし
て、ＰＣＴ／ＥＰ８７１００７２９　ｒ流動化ベツドの
中での炭素質材料の燃焼装置」が提案されている。

その実施例を第１４図に示す。この例では、流動層燃焼
室１の上部空間内に非遠心式機械分離器であるラビリン
ス分離器８が設置され、その下流に熱交換器部４が設置
されている。

この例では、従来ホットサイクロンを経由していた粒子
循環を、ラビリンス分離器８により燃焼室１内で行うこ
とによってホットサイクロンに起因する問題点を解決す
るものであるが、ホットサイクロン付きの循環流動層燃
焼装置と同じように、−次、二次燃焼空気量比によって
粒子懸濁濃度分布が変わるために、運転範囲が限定され
る問題点は解決されない。

本発明は上記のような問題点を解消できるようにした循
環流動層燃焼装置を提供することを課題とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の循環流動層燃焼装置は、固形燃料を燃焼させる
循環流動層燃焼装置において、燃焼室の二次燃焼空気吹
込口の下方に粗粒子分離のためのラビリンス分離器を設
けると共に、上記燃焼室に接続された熱交換器の下流に
微粒子分離のためのマルチサイクロンを設け、且つこの
マルチサイクロンでの分離粒子を上記燃焼室内のラビリ
ンス分離器の上方又は下方空間に、任意の分配比で戻す
分配機を設けたことを特徴とするものである。

〔作用］ マルチサイクロンでの分離粒子を分配機により、燃焼室
内のラビリンス分離器の上方又は下方空間に、任意の分
配比で戻すことによって、−次、二次燃焼空気量比は脱
硝性能上の最適値をとりながら、これと独立にラビリン
ス分離器上方の粒子懸濁濃度を調節して、燃焼室温度の
最適化を図ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

流動層燃焼室１において、炉底に一次燃焼空気吹込口５
が設けられ、中間に二次燃焼空気吹込口６が設けられて
おり、この二次燃焼空気吹込口６の直下にラビリンス分
離器８が設置されている。

流動層燃焼室１には冷却面７が設けられており、燃焼室
出口部には熱交換器４が接続されている。

熱交換器４の下流には、マルチサイクロン９が設けられ
、分離された粒子は再循環導管１０を経て燃焼室に戻さ
れるようになっている。そして、再循環導管１０に分配
機１１が設けられ、分離粒子を上記燃焼室１内のラビリ
ンス分離器８の上方又は下方空間に、任意の分配比で戻
すことができるようになっている。

ラビリンス分離器８の断面構造を第２図から第９図に示
す。

これらは、ガス流れ１４中にガス流れを阻害する複数の
構造体を、その間隙が互い違いになるように複数列配置
して、迷路状のガス通路を形成している。そして、燃焼
ガスはこの迷路状の通路を曲がりながら通過する。一方
、燃焼ガスに同伴した粒子は、その慣性力によって構造
体の表面に衝突し運動量を失い、また衝突の際に粒子は
凝集して、ある固まりとなってガス流から分離して落下
する。

非冷却構造の場合の構造体の断面形状を第２図〜６図に
示す。

第２図に示す構造体１５は平板状、第３図に示す構造体
１６は三角形、第４図に示す構造体１７は半円、第５図
に示す構造体１８は矩形をなしており、第６図に示す構
造体１９は矩形開口端部を内側に折り曲げて粒子の溜ま
りを形成している。

また、冷却構造の場合の構造体の断面形状が第７図〜９
図に示されている。これらは、隣り合った冷却管１３の
間を、それぞれ平板１５、三角形板１６及び半円板１７
で、接続した構造になっている。

次に、ラビリンス分離器８の配設姿勢例を、第１０図か
ら第１２図に示す。

第１０図は、ラビリンス分離器８をガス流れに直角、即
ち水平に配置して、分離された凝集体を真下へ直接落下
させるようになっている。

第１１図では、ラビリンス分離器８ａを片側に傾斜させ
ガス流れに斜交して配設し、分離された粒子凝集体を右
側（図上）の壁面１２まで誘導して、その壁面に沿って
落下させるようなっている。

また、第１２図では、ラビリンス分離器８ｂを山形状に
配設し、分離された粒子凝集体を両側の壁面１２まで誘
導して、それら壁面に沿って落下させるようなっている
。

次に、上記構成の循環流動層燃焼装置の作用について説
明する。

石炭等の固形燃料は、粒径１０璽■から０．５關程度に
粗粉砕されて、石灰石等の脱硫剤と共に、流動層燃焼室
１内のラビリンス分離器８の下方空間に装入される。こ
こで、底部から吹き込まれる一次燃焼空気５によって流
動化され、炉内粒子と急速に混合して、着火される。同
時に、揮発成分の分離も始まる。

一次燃焼空気５によって流動化された粗粒子は、ラビリ
ンス分離器８によってガスから分離され、底部に落下し
、再度流動化される。この過程を繰り返す間に、燃料粒
子の粗粒は燃焼の進行に伴う粒径の減少、或いは流動に
よる機械的な衝撃及び熱衝撃などによって微粉化し、燃
焼ガスと同伴してラビリンス分離器８を通過するように
なる。

ラビリンス分離器８上方の流動層燃焼室１内においては
、二次燃焼空気６の付加によって、揮発成分及び微小な
燃料粒子の燃焼が進行し、同時に燃焼室周囲の冷却面７
によよって冷却され、燃焼室内温度は一定温度に保持さ
れる。

揮発成分の燃焼は、流動層燃焼室１出口までの空間で完
了するが、微細な未燃の燃料粒子は、熱交換器４を経て
マルチサイクロン９で分離される。

この未燃粒子は粒子再循環導管１０を介し、分配機１１
により、流動層燃焼室１のラビリンス分離器８の上方ま
たは下方空間に戻される。この際、ラビリンス分離器８
の上方空間に直接戻せば、この空間内の粒子懸濁濃度は
そのまま上昇する。

方、ラビリンス分離器８の下方空間に戻すと、粒子の凝
集作用及び粗粒子との干渉作用などにより、ラビリンス
分離器を通過するまでの時間がかかり、ラビリンス分離
器８上方空間での粒子懸濁濃度は低下する。

従って、マルチサイクロン９からの戻し量のラビリンス
分離器８の上方及び下方空間への配分比を調節すること
で、−次、二次燃焼空気５．６の配分比は、脱硝性能上
の最適値をとりながら、方でこれと独立にラビリンス分
離器８上方の燃焼室空間内での粒子懸濁濃度を調節して
、燃焼室温度の最適化を計ることができる。

［発明の効果］ 本発明の循環流動層燃焼装置は上記のようなもので、次
のような効果を奏する。

流動層燃焼室１内に取り付けたラビリンス分離器８は、
粒子懸濁濃度が高い場合には、サイクロンなどの遠心式
粒子分離器と同程度の分離性能を、これに比べて十分低
い圧力損失で達成することができる。

また、マルチサイクロン９は、熱交換器４を通過して冷
却されたガスを処理するので、耐火物を用いない鋼板製
とすることが可能であり、従来の循環流動層燃焼装置に
おけるホットサイクロンと比較して圧力損失が十分低く
なる。

さらに、流動層燃焼室１内の流動化粒子は粗粒子がラビ
リンス分離器８下方の空間に集中しているので、燃焼室
１全体で見れば、従来の循環流動層燃焼方式と比べて流
動化粒子の総量が少なく、粒子流動化のための圧力損失
も低減する。

従って、ラビリンス分離器８及びマルチサイクロン９を
合計した粒子分離のための圧力損失及び粒子流動化のた
めの圧力損失のいずれも、従来の循環流動層燃焼装置と
比べて低く、補機の所用動力を低減することができる。

耐火物を使用したホットサイクロンを廃止できるので、
起動時間の短縮、保守作業の低減、設置スペースの低減
などの効果が得られる。

また、従来の循環流動層燃焼装置でホットサイクロンを
経由して循環する粒子と比較して、マルチサイクロン９
を経由して循環する粒子は微細なもののみであり、その
滞留量も相対的に少量であるので、燃焼の時定数を短縮
して制御性を向上させることができる。

粒子再循環導管１０に設けられた分配機１１により、マ
ルチサイクロン９からの戻し粒子をラビリンス分離器８
の下方或いは上方へ任意の分配比で戻すことによって、
−次、二次燃焼空気量５．６比は脱硝性能上の最適値を
とりながら、これと独立にラビリンス分離器８上方の粒
子懸濁濃度を調節して、燃焼室１の温度の最適化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２〜９図は
それぞれ異なるラビリンス分離器の断面説明図、第１０
〜１２図はラビリンス分離器のそれぞれ異なる配設状態
説明図、第１３図及び１４図は従来のそれぞれ異なる循
環流動層燃焼装置の説明図である。 １・・・流動層燃焼室　４・・・熱交換器　５・・・−
火燃焼空気吹込口　６・・・二次燃焼空気吹込口　７・
・・冷却面　８・・・ラビリンス分離器　９・・・マル
チサイクロン　１０・・・粒子再循環導管　１１・・・
分配機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固形燃料を燃焼させる循環流動層燃焼装置において、燃
   焼室の二次燃焼空気吹込口の下方に粗粒子分離のための
   ラビリンス分離器を設けると共に、上記燃焼室に接続さ
   れた熱交換器の下流に微粒子分離のためのマルチサイク
   ロンを設け、且つこのマルチサイクロンでの分離粒子を
   上記燃焼室内のラビリンス分離器の上方又は下方空間に
   、任意の分配比で戻す分配機を設けたことを特徴とする
   循環流動層燃焼装置