JPH03260504A - 流動床燃焼装置および方法 - 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、石炭等の固体燃料やＣＷＭ、重質油等の液体
燃料の燃焼に適用される装置および方法に関する。

〔従来の技術］ 従来、石灰石やドロマイト等を流動媒体として、石炭等
を燃焼させると同時に脱硫も行なうという流動床燃焼装
置および方法が実用化されている。

そのような従来の代表的な例を第７図に基づいて説明す
る。

流動床（１１）は、水冷壁（５）に囲まれた、分散板（
６）上に形成されている。流動床とは分散板の下方から
供給されるガスによって粒子が浮遊し、ガスにより混合
攪拌されている状態であり、その上方には粒子の存在割
合が流動床よりも１桁以上小さくなったフリーボード（
１２）が存在する。石炭（１０２）と石灰石（１０３）
は供給ノズル（２）　、　（３）からそれぞれ流動床（
１１）へ供給され、空気（１０１）は空気供給ノズル（
１）から風箱（１０）を経て、多数の小孔を有する分散
板（６）から流動床（１１）へ供給される。

水冷壁（５）と流動床（１１）内に設置された冷却管（
４）とには、流動床（１１）内の反応熱を除去するため
、それぞれ冷却水（１０５）、　（１０４）が供給され
ている。

流動床（１１）内の粗大粒子は排出管（９）から排出さ
れる。燃焼ガスはフリーボード（１２）で燃焼ガスに随
伴された未燃粒子および脱硫剤粒子を重力分級により分
離した後、排出口（７）からダストを含んだ燃焼排ガス
（１０７）として排出される。

低Ｎｏ、燃焼を指向しない場合、空気比は１．１〜１．
２である。

低Ｎｏ、燃焼を指向する場合は、空気（１０１）の量を
減少させて流動床の空気比（供給空気量／完全燃焼に必
要な空気量の比）を１．０〜１．０５に小さくすること
により、Ｎｏ、（Ｎｏ、Ｎｏ２等）の発生量を低く抑え
ている。流動床の空気比を小さくしたことにより、低Ｎ
Ｏｘ燃焼を指向しない場合に較べると、発生するガス中
のＣＯおよびガスに随伴された未燃粒子が増加する。そ
こで、ノズル（１６）から空気（１０６）を供給して、
ＣＯおよび未燃粒子をフリーボード（１２）において燃
焼させ、燃焼効率の低下を防いでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の流動床燃焼装置では、低Ｎｏ、燃焼を実現するた
めに空気比を小さくすると燃焼効率が低下し、ＳＯＸが
増大した。また空気比を小さくしても、Ｎｅｏの発生量
までは低下させることができなかった。更に、フリーボ
ードへ空気を吹き込んで流動床で発生した未燃粒子を燃
焼する場合でも、フリーボードに未燃粒子が滞留する時
間が短いので、高い燃焼効率で未燃粒子を燃焼させるこ
とは難しかった。加えて、フリーボードの周壁が水冷壁
で構成されているので、フリーボードの温度を容易に高
温化できなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記従来の課題を解決するために、側壁が冷
却水のチューブで構成され、空気供給口、固体燃料また
は液体燃料の供給口、脱硫剤供給口および燃焼残渣排出
口を有する第１の反応室と、同第１の反応室の上端に連
通してその上方に配され、周壁が耐火断熱材で構成され
るとともに、上部にガスの出口を有する第２の反応室と
、上記第１の反応室の内部に設けられた冷却水管と、上
記第２の反応室の入口部に固着された旋回羽根と、上記
第２の反応室内に開口し、上記旋回羽根の旋回方向と同
方向に空気を噴出する空気供給管とを備えたことを特徴
とする流動床燃焼装置；ならびに上記流動床燃焼装置に
おいて、第１の反応室でカルシウムを含む脱硫剤を空気
により流動化させて流動床を形成するとともに、その流
動床中で燃料を８００℃ないし８７０℃で燃焼させ、発
生したガスを次に第２の反応室内で旋回させてランキン
渦を発生させ、更に同第２の反応室内に吹込まれた空気
によりガス中の未燃粒子を８８０℃ないし１０００℃で
燃焼させることを特徴とする流動床燃焼方法を提案する
ものである。

〔作用〕

本発明においては、従来のフリーボード部に相当する第
２の反応室を耐火断熱構造とすることにより、伝熱によ
り壁から系外へ放散される発生ガスの顕熱量を減少させ
ることができ、そこで発生するガスの温度を容易に高温
化することができる。

また、第２の反応室の入口に設けられた旋回羽根と第２
の反応室に吹き込まれる空気とによって第２の反応室内
のガスを旋回させ、その旋回流を、旋回方向流速が半径
方向で一定となるような、ランキン渦とすることにより
、粒子は第２の反応室の空間内を旋回するが粒子が壁に
近づく速度は非常に遅いという状態が出現し、粒子濃度
の高い領域が旋回流中に生しる。このように第２の反応
室のガスをランキン渦の旋回流とすることにより、粒子
の滞留時間をガスよりも長くすることが可能となる。

更に本発明では第２の反応室内の温度を第１の反応室内
の流動床よりも高くするので、ＳＺＯの分解量が増大す
る。しかし、その上昇値によっては、カルシウムを含む
脱硫剤が温度上昇により再分解してＳＯｚの放出が生し
る。流動床と同一温度にすると、常圧では加圧した場合
よりも脱流剤からのＳＯ２放出量が多くなるので、加圧
状況やＮ、０．　ＳＯ□未燃分の発生量に応して第２の
反応室の温度を選定し、Ｎ、Ｏの分解量が太きく８０２
の再放出が小さな温度を選定する。常圧では８８０℃＋
　１６ａ　ｔａの加圧時には１０００”Ｃまで必要であ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す流動床燃焼装置の縦断
面図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は第２図
の■−■断面図、第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ断面図で
ある。

まず第１図において、Ａは第１の反応室であって、その
側壁は冷却水のチューブで構成されて水冷壁（５）を形
成している。そして空気供給ノズル（１）、石炭供給ノ
ズル（２）、石灰石供給ノズル（３）および燃焼残渣の
排出管（９）が設けられている。

またＢは第２の反応室であって、上記第１の反応室Ａの
上端に連通してその上方に配され、周壁（１５）が耐火
断熱材で構成されていて、上部に排出ガス管（１７）が
設けられている。

流動床（１１）は、水冷壁（５）に囲まれた上記第１の
反応室Ａ内の分散板（６）上に形成されている。

石炭（１０２）　、石灰石（１０３）は石炭供給ノズル
（２）１石灰石供給ノズル（３）から流動床（１１）へ
供給され、空気（１０１）は空気供給ノズル（１）から
風箱（１０）を経て多数の小孔を有する分散板（６）を
通り流動床（１１）へ供給される。流動床（１１）内に
設置された冷却管（４）および水冷壁（５）には、流動
床（１１）内の反応熱を除去するため、それぞれ冷却水
（１０４）　、　（１０５）が供給されている。流動床
（１１）内の粗大粒子は排出管（９）から排出される。

燃焼ガスは、第２の反応室Ｂの入口に設置された旋回羽
根（１３）で、旋回を与えられて第２の反応室内Ｂへ導
入される。旋回羽根は、第２図および第３図に示したよ
うな構造をしている。旋回羽根は、第２の反応室Ｂの外
壁（１５）とは連結しておらず、間隙ｄがあるので、第
２の反応室の外壁（１５）側のガスは旋回羽根（１３）
から旋回力を受けない。

したがって、旋回方向流速は中心部が速く外周部が遅い
流速分布とすることができる。第２図に示されて旋回羽
根（１３）と第２の反応室外壁（１５）との間のこのよ
うな間隙ｄは、第２の反応室Ｂ内のランキン渦形成に大
きな影響を与える。また、旋回方向流速は、第３図に示
されている旋回羽根（１３）と軸心のなす角度θも、第
２の反応室Ｂ内のランキン渦形成に大きな影響を与える
。したがって、ｄとθは第２の反応室Ｂ内の未燃粒子の
燃焼効率を左右する因子であるので、最適な値となるよ
う実験斡により決定する。

第２の反応室Ｂの細心部には、空気供給管（１１６）が
配され、フリーボード空気の供給ノズル（１４）が開口
している。この空気供給ノズル（１４）は、第４図に示
されるように、半径方向に対して角φをなすような方向
に吹出口が設置されている。このような角度φを有する
ので、フリーボード空気の吹き出しにより、第２の反応
室Ｂ内の燃焼ガス（１０８）の旋回が助長される。した
がって角度φは、最適な値となるよう実験的に決定する
。

第５図（ａｌ、　（ｂｌは第２の反応室Ｂ内の旋回方向
流速分布を示す図である。第５図ｔａ）は、第５図（Ｃ
１の（８１部（第１図のＴＶ−ＩＶ鎖線部）、すなわち
空気の供給ノズル（１４）部付近における旋回方向流速
の分布を示し、第５囲い）は第５図（Ｃ１の中）部、す
なわち第２の反応室Ｂの上部における旋回方向流速の分
布を示す。まず（６１部では、旋回方向流速が半径方向
にほぼ一様であり、ランキン渦が生している。

この部分では、大部分の粒子の軌跡は第１図中に一点鎖
線（１０９）で示すように旋回している。そして、点線
（１１０）のように壁まで移動して壁近傍のガスの下降
流に乗り、再度流動床へ落下する粒子の割合は少ない。

また山）部（第２図の反応室Ｂの上部）では、第５囲い
）に示されるように、旋回流速は全体に低下するが、ラ
ンキン渦はまだ保持されている。第２の反応室Ｂ内にお
ける燃焼ガス主流（Ｌｏ８）の平均滞留時間は約３秒で
あるが、粒子はランキン渦に乗って同一高さの位置を旋
回している時間が長くなり、粒子の平均滞留時間は１０
秒以上となる０粒子の平均滞留時間が延びることにより
、第２の反応室Ｂ内のフリボードにおける粒子の燃焼効
率が上昇する。試験によれば、１６ａｔａの加圧状態で
は粒子の燃焼速度が上昇したので、流動床温度８５０℃
、フリーボード温度９００℃で燃焼効率９９．５％、　
Ｓｏｗ　４０１１１ｐｍ、　ＮＯｘ　４０ｐｐｍ、Ｎｚ
Ｏ５ｐｐ髄という低公害で、かつ高い燃焼効率を達成す
ることができた。

なお、燃焼ガス（１０８）は最後に排出ガス管（１７〉
より糸外に排出される。

第２の反応室Ｂにおいて、旋回ガス流の旋回方向流速が
半径方向で均一となるような、ランキン渦を発生させる
ためには、３つの条件を考慮して、第２の反応室への空
気の吸込方法が選定される。

その３つの条件とは、■空気供給ノズル（１４）の軸方
向位置、■空気供給ノズル（１４）の吹き込み方向が半
径方向に対してなす角度φ、■フリーボードへ吹き込む
空気の吹き込み速度である。

第６図は本発明の第２実施例を示す流動床燃焼装置の縦
断面図である。本実施例では、燃焼ガスが、空気供給管
（２１６）と同心でその外方を囲んで設けられた排出ガ
ス管（２７）から、系外に取り出される。その他の構成
および作用・効果は前記第１の実施例と同様なので、詳
しい説明を省く。

〔発明の効果〕

本発明においては、第２の反応室Ｂの入口に旋回羽根を
設けるとともに、その旋回方向と同方向に空気を吹込む
ことにより、第２の反応室Ｂ内に形成されたフリーボー
ドにランキン渦型の旋回流を発生させ、フリーボードで
の未燃粒子を従来よりも高効率で燃焼することが可能と
なった。したがって、流動床の空気比を１．０〜１．０
５としても装置全体の燃焼効率は低下せず、かつフリー
ボードでの燃焼効率が上昇するため容易にフリーボード
のガス温度が上昇し、Ｎ、Ｏを分解することが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す流動床燃焼装置の縦
断面図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は第２
図の■−■断面図、第４図は第１図のＩＶ−ｆＶ断面図
である。第５図は第２図の反応室内における旋回方向流
速の半径方向分布を示す図である。第６図は本発明の第
２の実施例を示す流動床燃焼装置の縦断面図である。第
７図は従来の流動床燃焼装置の一例を示す縦断面図であ
る。 Ａ・・・第１の反応室、　　　Ｂ・・・第２の反応室（
１）・・・空気供給ノズル、（２）・・・石炭供給ノズ
ル。 （３）・・・石灰石供給ノズル、（４）・・・冷却管（
５）・・・水冷壁、（６）・・・分散板。 （７）、　（１７）、（２７）・・・排出ガス管（８）
・・・風箱壁、（９）・・・排出管００）・・・風箱、
００・・・流動床。 ０′！Ｊ・・・フリーボード、０３）・・・旋回羽根。 ０４１・・・空気供給ノズル、０５１・・・第２の反応
室の周壁。 （１６）、（１１６）・・・空気供給管、　（１０１）
・・・空気。 （１０２）・・・石炭、　　　　　（１０３）・・・石
灰石。 （１０４）　、　（１０５）・・・冷却水、　（１０６
）・・・フリーボード空気（１０７）・・・燃焼排ガス
、　　（１０８）・・・燃焼ガス。 第１囮

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）側壁が冷却水のチューブで構成され、空気供給口、
   固体燃料または液体燃料の供給口、脱硫剤供給口および
   燃焼残渣排出口を有する第１の反応室と、同第１の反応
   室の上端に連通してその上方に配され、周壁が耐火断熱
   材で構成されるとともに、上部にガスの出口を有する第
   ２の反応室と、上記第１の反応室の内部に設けられた冷
   却水管と、上記第２の反応室の入口部に固着された旋回
   羽根と、上記第２の反応室内に開口し、上記旋回羽根の
   旋回方向と同方向に空気を噴出する空気供給管とを備え
   たことを特徴とする流動床燃焼装置。 ２）請求項１）記載の流動床燃焼装置において、第１の
   反応室でカルシウムを含む脱硫剤を空気により流動化さ
   せて流動床を形成するとともに、その流動床中で燃料を
   ８００℃ないし８７０℃で燃焼させ、発生したガスを次
   に第２の反応室内で旋回させてランキン渦を発生させ、
   更に同第２の反応室内に吹込まれた空気によりガス中の
   未燃粒子を８８０℃ないし１０００℃で燃焼させること
   を特徴とする流動床燃焼方法。