JPH0322531B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流動層で固体燃料を燃焼して蒸気を
取り出すようにした流動層燃焼ボイラにおける新
規な燃焼方法、詳しくは、流動層から飛散した未
燃石炭を含むダストを回収して、流動層に戻すよ
うにした、いわゆる循環型流動層ボイラにおい
て、燃料比の高い石炭、たとえば無煙炭あるいは
燃焼性の悪いオイルコークスでも、高い燃焼効率
が得られる燃焼方法に関するものである。

〔従来の技術〕

循環型流動層ボイラは、次の２つの方式に分類
される。第１の方式は、流動層の本体下部に濃厚
な粒子層が存在しない型式で、ガス流速として７
〜８ｍ／ｓが採用され、一般的に高速循環流動層
方式と呼ばれている。第２の方式は、流動層本体
下部に、明確な濃厚粒子層を有する、いわゆるベ
ツド（流動層）が存在するバブリング型流動層方
式である。両者は、装置高さ方向の粒子濃度分布
に明確な相違があり、第３図に粒子濃度分布を示
した。

第３図は、空気分散板からの高さと粒子濃度の
関係を示したもので、図中のａ曲線は、高速循環
流動層方式の粒子濃度を示したもので、装置の上
部に行くに従つて、ほぼ直線的に粒子濃度が減少
する。一方、図中のｂ曲線は、バブリング型流動
層方式について示したもので、装置下部では高速
循環流動層方式よりも粒子濃度の高い１〜２ｍ高
さのほぼ均一粒子濃度域が存在し、いわゆるベツ
ドが存在する。このベツドを過ぎると、急激に粒
子濃度が減少していく。

流動層に固体燃料、たとえば石炭を供給する
と、燃焼の過程で微細化され、灰または未燃焼石
炭（チヤー）はガス流に伴われて流動層から飛散
し、後部伝熱面に入り冷却される。

上記の従来の流動層は、熱回収のために層内に
伝熱管を設けるのが一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし流動層内部に伝熱管を有する流動層は、
伝熱管の腐食、エロージヨンによる減肉、負
荷が下がると層温度が下がり、とくに炉内脱硫を
する場合には、負荷の範囲は100〜70％程度と狭
い、などの欠点がある。

また流動層の温度は、水冷壁構造としても、一
般炭を燃焼さすと、通常の燃焼状態においては約
1500℃以上になる。流動層温度は石炭の灰の融点
がら制限され、1100℃内外が操作限界温度とな
り、さらに炉内脱硫をCaCO₃で実施する場合に
は、脱硫に最適温度があることから、常圧流動層
においては、800〜900℃に制御する必要がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、収熱
後の500℃以下の中温灰（炉内脱硫を実施する場
合は、飛散した脱硫剤も含まれる）を流動層に戻
すことにより、流動層温度を所定の温度に保つこ
とができ、またフリーボードを積極的に反応領域
として使用することにより、フリーボード温度を
高温に保ち、必要な反応時間を確保して、燃焼反
応、脱硫反応およびNOx低減反応を促進するよ
うにして、燃料比の高い石炭、たとえば無煙炭、
燃焼性の悪いオイルコークスでも、高い燃焼効率
で燃焼することができる方法の提供を目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明の流動層燃焼方法は、流動層で固体燃料
を燃焼する方法において、流動層内部に伝熱管を
設けずに、フリーボードの上部に伝熱管を設けて
フリーボードの伝熱管の下側の温度を層温度〜
1000℃にし、流動層からフリーボードの伝熱管ま
での平均ガス滞留時間を２秒以上とするととも
に、フリーボード出口のガス温度が500℃以下と
なるように収熱した後、収熱したフリーボード出
口ガスを集じん器に導いて集じんし、収熱後の
500℃以下の中温灰の大部分を流動層の上側また
は上部に循環し、中温灰の残部を系外に排出し、
流動層温度を中温灰の循環量または中温灰の排出
量で制御することを特徴としている。

第２図は本発明の方法を実施する装置を簡略化
して示したものである。第２図において、１は流
動層燃焼炉本体、２は伝熱管、３は集じん器で、
供給された石炭中の灰、脱硫剤の内、集じん器３
で捕集される粒径のものは系内を循環し、循環量
は集じん器の性能による。循環量が不足する場合
には、さらに後流の空気予熱器捕集灰、場合によ
つては最終集じん器捕集灰も循環する必要があ
る。空気予熱器補修灰または／および最終集じん
器捕集灰の量をW₃で示している。いずれにして
も、保有される循環粒子量（保有循環粒子量）に
よつて、必然的に循環量W₁が定まる。保有循環
粒子量の増減は、循環系統から循環粒子を系外排
出する排出量を変えることによつて達成できる。
今、流動層温度が低い場合、系外抜出し量を増加
させると、保有循環粒子量が減少して循環粒子量
が減少し、流動温度が上昇する。逆に流動層温度
が高い場合には、系外排出量を減少さすか、空気
予熱器捕集灰または／および最終集じん器捕集灰
を供給することによつて温度を低下さすことがで
きる。W₂は抜出し量を示している。

流動層を有する、いわゆるバブリング型の流動
層燃焼炉においては、流動層内で大部分燃焼する
が、若干のチヤーが飛散するため、フリーボード
での燃焼条件が重要である。第４図はその概要を
示したもので、チヤーはフリーボード温度が高く
なる程少なくなるが、Nox、So₂は1000℃を越え
ると増加する傾向にある。また1000℃を越える
と、石炭燃焼の場合は、灰の融点に近くなり、フ
リーボードに灰、脱硫剤のコーチグ（付着）が発
生するため、1000℃以下に制限する必要がある。
したがつて、フリーボード温度は、流動層温度〜
1000℃、好適には850〜950℃が良いことがわか
る。

水冷壁構造で温度が低下する場合には、断熱材
で水冷壁のカバーを行う。また耐火断熱構造の場
合で1000℃を越える場合には、伝面を設置する必
要がある。

本発明の方法においては、フリーボードの伝熱
管までの平均ガス滞留時間は２秒以上、好適には
2.5〜3.5秒に限定される。２秒未満の場合は、未
燃分が燃焼しないので燃焼効率が悪く、一方、
3.5秒を越える場合は、燃焼効率は良くなるが、
装置が高くなつて設備比が嵩むことになるからで
ある。

流動層に戻す冷却された灰の量は、流動層設定
温度と灰の温度から定まり、循環比Ｒを、 循環比Ｒ＝流動層に戻す灰量（Kg／ｈ）／流動層に供
給する石炭量（Kg／ｈ） と定義すると、循環比と層温度との関係は第５図
に示すようになる。Trは灰の温度を示している。

今、流動層温度を850℃にしたい場合は、灰の
温度が100℃の場合は循環比＝14、灰の温度が400
℃の場合は循環比＝21となることが示されてい
る。

このように、飛散した灰を流動層に戻す手段を
用いた流動層の温度コントロール方法を用いる
と、ボイラ負荷が低下した場合でも、温度コント
ロールが可能であり、低負荷においても安定した
層温度に設定することができる。

本発明の方法における中温灰とは、500℃以下、
好適には400〜300℃の灰を指称する。前述の高速
循環流動層ボイラでは、900℃前後の高温灰を循
環しており、この点において差異を有している。

本発明の方法において、上記のように限定する
のは、灰温度が300℃未満の場合は、ベツド温度
を所定の温度にするのに、循環量が少なくて性能
が低下し、一方、灰温度が500℃を越える場合は、
ベツド温度を所定の温度にするのに、循環量が多
すぎて性能が良くなるが、循環動力費が増え、か
つ伝面の損傷が激しくなるなどの不利な点が生じ
るからである。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して、本発明の好適な実施
例を例示的に説明する。ただしこの実施例におい
て、とくに特定的な記載がないかぎりは、本発明
の範囲を限定するものではなく、単なる説明例に
すぎない。流動層４の内部に伝熱管を設けずに、
フリーボード５の上部に伝熱管２を設けて、フリ
ーボード５の上部の伝熱管２までの平均ガス滞留
時間を２秒以上、好適には2.5〜3.5秒として、フ
リーボード５の伝熱管２の下側の温度を流動層温
度〜1000℃、好適には850〜950℃とする。フリー
ボード５の伝熱管２の出口ガス温度が500℃以下、
好適には400〜300℃となるように、蒸気を発生さ
せた後、このガスを集じん器３に導いて集じん
し、この集じん器３で捕集された500℃以下、好
適には400〜300℃の中温灰の大部分を循環ライン
６により流動層４の上側または上部へ循環し、中
温灰の残部を排出ライン７により系外に排出し、
流動層温度を中温灰の循環量または中温灰の排出
量で制御する。８は空気分散板、９は風箱、１０
は１次空気供給管、１１は２次空気供給管、１２
はダンパー、１３は排出機である。

流動層燃焼炉本体１が耐火断熱材構造である場
合には、100％負荷の循環比とほぼ同等の循環比
で、流動層温度は所定の温度に保持できる。水冷
壁構造の場合には、水冷壁による収熱割合が若干
増加するため、若干循環比が少なくすることで所
定の流動層温度に設定することができる。

また少なくとも静止層高よりも高い位置から給
炭し、かつ給炭位置よりも高い位置から２次空気
を供給するようにするのが好適である。

循環灰の戻す位置をフリーボード５の下部で静
止層高より高い位置とフリーボード５の中央部な
ど複数にすることによつて、全体の温度を所定の
温度にすることができる。

また２段燃焼、炉内脱硫を行う場合も適用され
ることは勿論である。

前記の集じん器３の下流に後部伝熱部１４を設
け、ここでさらに蒸気を発生させた後、第２の集
じん器１５で集じんし、ついで空気予熱器１６で
燃焼用空気を予熱し、その後、最終集じん器１７
で集じんするように構成する場合もある。この場
合、後部伝熱部１４、第２の集じん器１５、空気
予熱器１６、最終集じん器１７の捕集灰の大部分
を流動層４内に循環し、残りを系外に排出するよ
うにする。１８は空気フアンである。

またフリーボード５が水冷壁構造で、フリーボ
ードの伝熱管の下側の温度が層温度よりも低下す
るときは、フリーボード５を断熱材で内張りし
て、フリーボードの伝熱管の下側の温度が流動層
温度〜1000℃になるようにし、一方、フリーボー
ド５が耐火断熱材構造で、フリーボードの伝熱管
の下側の温度が1000℃を越える場合には、フリー
ボードに伝熱管を配して、フリーボードの伝熱管
の下側の温度が流動層温度〜1000℃になるように
する。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つ
ぎのような効果を有している。

(1) フリーボード出口ガスを500℃以下に冷却す
るので、ガスの体積が小さくなり、後流の集じ
ん器が小型となり、さらに集じん効率を上げる
ことができる。また後燃焼しないので、クリー
ンカートラブルやコーチングトラブルが生じな
くなり、長期間の連続運転を継続することがで
きる。さらに集じん器を耐火、断熱構造とする
必要はなく、鋼板製のものが使用できるので、
コストの低減を図ることができる。

(2) 上込め方式の給炭方法は、燃焼効率の低下、
NOx、SO₂の増加となるため、従来方式では
採用に制限があつたが、本発明の方法では、上
込め方式を採用しても、チヤー、脱硫剤を含む
灰を循環することと、フリーボードの温度を高
く保つことによつて、NOx、SO₂を低下させ
ることができ、十分性能が確保できる。また循
環灰も背圧の少ない流動層の上側または上部へ
戻すので、十分性能が確保できるし、エネルギ
ーロスも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動層燃焼方法を実施する装
置の一例を示すフローシート、第２図は本発明の
方法を実施する装置を簡略化して示したフローシ
ート、第３図は高速循環流動層方式およびバブリ
ング型流動層方式の粒子濃度と空気分散板からの
高さとの関係を示すグラフ、第４図はフリーボー
ド温度と、チヤー、NOx、SO₂濃度との関係を
示すグラフ、第５図は灰温度を変化させた場合の
循環比と層温度との関係を示すグラフである。 １……流動層燃焼炉本体、２……伝熱管、３…
…集じん器、４……流動層、５……フリーボー
ド、６……循環ライン、７……排出ライン、８…
…空気分散板、９……風箱、１０……１次空気供
給管、１１……２次空気供給管、１２……ダンパ
ー、１３……排出機、１４……後部伝熱部、１５
……第２の集じん器、１６……空気予熱器、１７
……最終集じん器、１８……空気フアン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動層で固体燃料を燃焼する方法において、
   流動層内部に伝熱管を設けずに、フリーボードの
   上部に伝熱管を設けてフリーボードの伝熱管の下
   側の温度を層温度〜1000℃にし、流動層からフリ
   ーボードの伝熱管までの平均ガス滞留時間を２秒
   以上とするとともに、フリーボード出口のガス温
   度が500℃以下となるように収熱した後、収熱し
   たフリーボード出口ガスを集じん器に導いて集じ
   んし、収熱後の500℃以下の中温灰の大部分を流
   動層の上側または上部に循環し、中温灰の残部を
   系外に排出し、流動層温度を中温灰の循環量また
   は中温灰の排出量で制御することを特徴とする流
   動層燃焼方法。 ２ フリーボードが水冷壁構造で、フリーボード
   の伝熱管の下側の温度が層温度よりも低下すると
   きは、フリーボードを断熱材で内張りして、フリ
   ーボードの伝熱管の下側の温度が流動層温度〜
   1000℃になるようにする特許請求の範囲第１項記
   載の流動層燃焼方法。 ３ フリーボードが耐火断熱材構造で、フリーボ
   ードの伝熱管の下側の温度が1000℃を越える場合
   には、フリーボードの伝熱管の下側に他の伝熱管
   を配して、フリーボードの伝熱管の下側の温度が
   流動層温度〜1000℃になるようにする特許請求の
   範囲第１項記載の流動層燃焼方法。 ４ 少なくとも静止層高よりも高い位置から給炭
   し、かつ給炭位置よりも高い位置から２次空気を
   供給する特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼
   方法。 ５ 灰を静止層高よりも高い位置に戻す特許請求
   の範囲第１項記載の流動層燃焼方法。 ６ 空気予熱器、最終集じん器からの灰も流動層
   に戻す特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方
   法。 ７ ２段燃焼を行う特許請求の範囲第１項記載の
   流動層燃焼方法。 ８ 炉内脱硫を行う特許請求の範囲第１項記載の
   流動層燃焼方法。 ９ 集じん器についで後部伝熱部を設けて熱回収
   する特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼方
   法。