JPH0328603A - 循環流動層を使用した炭材の燃焼方法 - 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、循環流動層で石炭等の炭材を燃焼させ、燃焼
熱を効率良く回収する方法に関する。

〔従来の技術〕

流動層を利用した燃焼装置は、多様な固体燃料を安定し
た条件下で効率良く燃焼することができる特徴を活かし
、種々の分野で利用されている。

また、この燃焼装置によるとき、燃焼時に発生するＳ　
ＯＸ，　　Ｎ　ＯＸ等の有害或分も少なくなる。この燃
焼装置は、一つの槽内で炭材を流動化させるパブリング
流動層式と、槽外に飛散した炭材を槽内に？ｉｍさせる
循環流動層式とに大別される。この循環流動層式の燃焼
装置は、空塔速度を大きくし炭材．熱媒体等を積極的に
循環させているので、良好な混合特性及び高い伝熱特性
が得られる。また、均一な温度場の中で燃料と空気との
接触が充分に行われることから、低温燃焼が可能となり
、流動層を構或する部材の耐久性が向上することは勿論
、サーマルＮＯｘの発生も抑制される。

第４図は、すでに知られている循環流動層式の燃焼装置
の一つを示す（特公昭５７−２８０４６号公報特公昭５
９−１３６４４号公報等参照）。

この燃焼装置においては、流動層反応炉４１にランス４
２から石炭が吹き込まれる。石炭は、流動層反応炉４１
の底部から導管４３を介して吹き込まれた流動化ガスに
よって流動状態に維持される。そして、流動化ガスに含
まれている酸素及び二次ガス導入管４４から吹き込まれ
る空気によって石炭が燃焼し、燃焼ガスは流動層反応炉
４１内を上昇する。

流Ｄ層反応炉４１の内部には、水等の冷媒を循環させろ
管を多数備えた冷却面４５が設けられている。

また、流動層反応炉４１の炉壁部分にも、同様な構造を
もつ冷却面４６が設けられている。

燃焼ガスが炉内を上昇する過程で冷却面４５及び冷却面
４６を流れる冷媒と熱交換され、燃焼ガスの保有熱は高
温の冷媒として外部に取り出される。

他方、熱交換後の燃焼ガスは、分離器４７に送られる。

この分離器４７にも、同様な構造をもつ冷却面４８が設
けられている。流動層反応炉４１から送り出された燃焼
ガスは、この分離器４７を下降流としで流れる。この過
程で、燃焼ガスの保有熱は、更に冷却面４８によって系
外に取り出される。また、燃焼がスに浮遊している未燃
焼炭材．灰分等の粒子は、燃焼ガスから分離され、返送
管４９を経由して流動層反応炉４１に戻される。他方、
冷却された燃焼ガスは、排気管５０を経て排熱ボイラー
５１に送られ、更に抜熱された後、集塵機５２に送られ
る。

集塵１ｉａ５２で除塵された燃焼ガスは、排ガスとして
系外に放出される。他方、燃焼ガスから分離した固形物
質は、導管５３を介して流動層冷却器５４に送り込まれ
る。流動層冷却器５４には、返送管４９の途中に接続さ
れた導管５５を介して、分離器４７で分離された固形物
質の一部も送り込まれる。これらの固形物質は、導管５
６から吹き込まれる酸素含０゛ガスによって流動化され
る。このガスは、フードで集められ、二次ガスとして二
次ガス導入管４４から流動層反応炉４ｌに吹き込まれる
。

また、流動層冷却器５４内の固形物質は、導管５７から
吹き込まれる酸素含有ガスと熱交換される。

このようにして予熱された酸素含有ガスは、流動化ガス
として導管４３から、及びキャリアガスとしてランス４
２から流動層反応炉４１の内部に吹き込まれる。

〔発明が解決し，ようとする課題〕

この燃焼装置により石炭を燃焼させるとき、たとえば特
公昭５７−２８０４６号公報では、二次ガス導入管４４
上方の流動層反応炉４１内における固形物質のび濁密度
を１５〜１００　ｋｇ／ｍ’とし、冷却面４５．　４６
４８に対する熱伝達係数を確保している。そして、懸濁
密度が１５　ｋｇ　／　ｍ’未満となると、冷却面に対
する熱伝達が小さくなり過ぎ、系外に熱を取り出す効率
が低下するとされている。

しかしながら、流動層反応炉４１に浮遊する固形物質の
懸濁密度をこのように大きくするとき、冷却面４５．　
４６．　４８の伝熱管の摩耗が激しくなり、設備の信頼
性が低下する。また、固形物質の流動化に消費される圧
損が大きくなり、燃焼装置の運転に必要とされる動力費
の増加を招く。

そこで、本発明は、固形物質の粒径を懸濁密度との関係
において制御することにより、固形物質の懸濁密度を小
さくした場合においても、冷却面に対する熱伝達率の低
下を招くことなく、安定した条件下で炭材の燃焼を行い
、効率良く燃焼ガスから熱を回収することを目的どする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成するために、流動層燃焼室内
で流動状態にされた炭材を燃焼させ、未燃成分及び灰分
と共に燃焼ガスを分離器に送り、該分離器で前記未燃成
分及び灰分を燃焼ガスから分離して前記流動層燃焼室に
返送しながら炭材を１ａｌｌ焼する際、前記流動層燃焼
室内の二次空気導入管よりも上方の空間に存在する固形
物質の平均粒径ｄ（ｍｎ）と懸濁密度ρ（　ｋｇ　／　
ｍ’　）との間に、ρ−ａ−ｄ０１　（ａ：熱伝達率に
関する係数）で表される関係を維持することを特徴とす
る。

〔作用〕

冷却面に対する熱伝達は、流動層に浮遊している固形物
質からの輻射により主として行われる。

従来では、この輻射を促進させるため、固形物質の懸濁
密度に下限を設けていた。本発明者等は、この輻射によ
る熱伝達が固形物質の粒径によっても大きく影響される
ことを見い出し、その粒径を懸濁密度との関係において
所定範囲に維持するとき、懸濁密度が低い領域にあって
も充分な熱伝達率を得ることができることを解明した。

一般的にいえば、固形物質の懸濁密度が一定であっても
、その粒径が小さくなるほど、流動層燃焼室内に存在す
る固形物質を中心とした高温点が多くなる。この高温点
から輻射された熱が冷却面に一様に伝えられるため、結
果として冷却面が受け取る熱量が多くなる。そして、固
形物質の微細化は、流動層燃焼室の温度分布をより小さ
くする方向に働くため、冷却面の全表面が熱伝達に効率
良く利用される。

〔実施例〕

次いで、実施例により、本発明を具体的に説明する。

第２図は、本実施例において使用した燃焼装置の概略を
示す。

炭材としては、粒状石炭ｌを石炭供給ホッパー２に蓄え
ておく。また、脱硫材として、粒状の石灰石３を石灰石
供給ホッパ−４に貯留している。

これら粒状石炭１及び石灰石３は、それぞれのホッパ−
２．４から切り出されて、原科供給管５に送り出され、
この原料供給管５を介して流動層燃焼室６の下部に送り
込まれる。この流動層燃焼室６の底部には空気供給源７
に接続されている一次空気導入管８が開口している。こ
の一次空気導入管８から吹き込まれた一次空気によって
、原料供給管５から送り込まれた粒状石炭１，石灰石３
等が流動層燃焼室６内で流動状態に維持される。

また、一次空気導入管８から分岐して設けられた二次空
気導入管９は、流動層燃焼室６内に開口している。

二次空気導入管９から吹き込まれた空気は、一次空気導
入管８からの空気と相俟って、粒状石炭ｌの燃焼を促進
させる。このときに発生した燃焼熱は、主として粒状石
炭，石灰粒１　粒状灰分等の固形物質に担持され、この
固形物質から周囲に輻射熱として放散される。そこで、
流動層燃焼室６の内部に、第４図の冷却面４５．　４６
と同様に内部に水等の流体を循環させる配管系を備えた
抜熱機構３２を設け、燃焼熱を高温流体として系外に取
り出す。

この燃焼によって生威した燃焼ガスは、微細な未燃炭材
，石灰石，灰分等の粉塵と共に、流動層燃焼室６内を上
昇し、その上部に取り付けられた連結管１０を介してサ
イクロン１１に送られる。サイクロン１１で粉塵が分離
された燃焼ガスは、排気管１２を経由して対流ボイラー
１３に送られ、熱回収される。そして、この燃焼ガスは
、集塵機１４で除塵された後、系外に放出される。他方
、サイクロン１１で燃焼ガスから分離された粉塵は、返
送管１５を下降する。

返送管１５の下部は、図示のように一部が上方に指向し
た屈曲部とされている。この屈曲部にサイクロン１１か
らの粉塵が溜り、返送管１５の下部と流動層燃焼室６の
下部との間の粉体シールを行うニューマチックバルブ１
６が構或される。このニューマチックバルブｌ６に溜ま
っている粉塵は、一次空気導入管８から分岐した気送管
１７から吹き込まれる空気の圧力によって、流動層燃焼
室６内に適宜返送される。このように、粒状石炭１は、
流動層燃焼室６０サイクロン１１０ニューマチックバル
フ１６＝＝＞流勤層燃焼室６を循環しながら、完全燃焼
する。

また、供給された石炭中に混入する脈石や流動層燃焼室
６内の燃焼によって生じた比較的粒度の大きな灰分等は
、流動層燃焼室６の底部に接続された排出管ｌ８を経由
して、灰分級器１９に送られる。

この灰分級器１９で、空気２０の吹込みにより、排出管
１８から送り込まれた灰分等が粒度分級される。

そして、比較的粒度の大きなものは、粗粒灰分２１とし
て系外に排出される。他方、粒度の小さな区分は、微細
灰分２２として返送管２３を介して流動層燃焼室６に返
送される。

この燃焼装置において、抜熱機構３２として長さ１０ｍ
．内径６５．９ｍｍ，　　外径７６．３１１１１’；Ｄ
耐熱鋼製伝熱管を５本配置したものを、［料供給管５よ
り上方の流動層燃焼室６の壁面に配置した。そして、ポ
ンプ３０で各パイプ当り１２０ｋｇ／ｈの流量で温度２
０℃，圧力］．　Ｏ　ｋｇ　／　ｃｄの水３１を流した
。また、原料供給管５から流動層燃焼室６に送り込まれ
る粒状石炭１の粒径を２０１ｍ以下として、流量１５０
ｋｇ／ｈで流動層燃焼室６内に送り込んだ。そして、流
動層燃焼室６内の温度を８５０℃に維持して、粒状石炭
ｌを燃焼させた。

このとき、原料供給管５より上方にある流動層燃焼室６
の内部空間において、固形物質の懸濁密度ρは１７　ｋ
ｇ　／　ｍ’であった。そして、抜熱機構３２の配管か
ら取り出された水蒸気の温度は、１８０℃であった。以
下の説明においては、このときの熱伝達率αを基準値１
としている。

次いで、原料供給管５から供給される原料の流量、ニュ
ーマチックバルブ１６から返送される灰分等及び返送管
２３から返送される微細灰分２２の流量を調整すること
により、懸濁密度ρを２〜２０ｋｇ／ｍ”の範囲で変動
させた。この懸濁密度ρの変化に応じて、第３図に示す
ように熱伝達率αが変動した。すなわち、懸濁密度ρが
小さくなるほど、熱伝達率αも減少する。

そこで、原料供給管５から装入する粒状石炭１として、
粒径ｌｍ以下の細かな原料を使用した。

これにより、第３図に示すように懸濁密度ρが同一の場
合にあっても、より高い熱伝達率αが得られている。す
なわち、同じ熱伝達率αを得ようとすると、平均粒径ｄ
＝ｏ。５ＩＩｌＩ１の原料を使用する場合に懸濁密度ρ
＋（＝１７ｋｇ／ｍ″）が必要であったのに対し、平均
粒径ｄ＝０．１ｍｍの原料を使用することにより懸濁密
度ρ２　　（４ｋｇ／ｍ２）まで、固形物質の浮遊量を
減少させることができた。これにより、高い熱伝達率α
を確保すると共に、流動層燃焼室６内に配置されている
部材の損耗を軽減させることができた。

第１ｒｙＪは、懸濁密度ρ及び平均粒径ｄが熱伝達率α
に与える影響を表したグラフである。

返送管２３から返送される微細灰分２２の流量等を調整
することにより、懸濁粒子の粒径を変化させ、このとき
の懸濁濃度ρと熱伝達率αを測定した。

この結果から、同一の熱伝達率αを得る懸濁濃度ρと平
均粒径ｄの関係を求め、グラフとして整理したものが第
１図である。

すなわち、第１図によれば、必要となる熱伝達率を確保
しつつ、懸濁粒子の粒子を小さくすることにより、低減
できる懸濁濃度を定量的に把握できる。

このようにして、熱伝達率αを高く維持しながら、！！
濁密度ρを下げることができるため、流動層燃焼室６内
に配置した抜熱機構３２の配管系や内壁面の損傷が小さ
くなった。たとえば、懸濁密度ρ＝１７ｋｇ／ｍ″のと
き抜熱装置のバイブは０．１　　μｍ／ｈの割合で摩耗
したが、懸濁密度ｐ　＝　４　ｋｇ／　ｍ’とすること
によりパイプの摩耗速度は０．０４μｍ／ｈ以下となり
、約２．５倍の寿命延長が図られた。

また、懸濁密度ρを小さくすることによって、流動層燃
焼室６内で原料を流動化させるときのガス圧も、懸濁密
度ρ＝１７ｋｇ／ｍ”のときに７００帥八ｇであったの
に対し、！！濁密度ｐ−４ｋｇ／ｍ’で３８０　ｔｍ八
ｇと低減することができた。その結果、流動層燃焼室６
に空気を吹き込むブロアーとして小型のものを使用する
ことができ、しかもその動力費を節減することができた
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、懸濁密度と
の関係において原料の平均粒径を制御ずることにより、
熱伝達率を高く維持しながら流動層燃焼室内に浮遊する
固形物質の懸濁密度を下げることができる。このため、
流動層燃焼室内に配置された抜熱機構や内壁の損傷を少
なくし、原料を流動化させるガス圧を低減させて、炭材
の燃焼を行うことができる。また、流動層燃焼室内に多
数の発熱粒子が浮遊していることから、抜熱機構の配管
表面が効率良く熱伝達に使用され、優れた熱回収率の操
業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動層燃焼室内に浮遊する固形物質の懸濁密度
及び平均粒径が熱伝達率に与える影響を表したグラフで
あり、第２図は本発明実施例で使用した装置の概略を示
し、第３図は懸濁密度と熱伝達率との関係を表したグラ
フである。他方、第４図は、従来の燃焼装置を示す。 １：粒状石炭 ６ 流動層燃焼室 ９：二次空気導入管 １ｌ：サイ クロン（分離器）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動層燃焼室内で流動状態にされた炭材を燃焼させ
   、未燃成分及び灰分と共に燃焼ガスを分離器に送り、該
   分離器で前記未燃成分及び灰分を燃焼ガスから分離して
   前記流動層燃焼室に返送しながら炭材を燃焼する際、前
   記流動層燃焼室内の二次空気導入管よりも上方の空間に
   存在する固形物質の平均粒径ｄ（ｍｍ）と懸濁密度ρ（
   ｋｇ／ｍ＾２）との間に、 ρ＝ａ・ｄ＾０＾．＾９（ａ：熱伝達率に関する係数）
   で表される関係を維持することを特徴とする循環流動層
   を使用した炭材の燃焼方法。