JPH0391602A - 燃焼装置、特に、渦流層式燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置、特に、渦流層式燃焼装置

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JPH0391602A
JPH0391602A JP2178496A JP17849690A JPH0391602A JP H0391602 A JPH0391602 A JP H0391602A JP 2178496 A JP2178496 A JP 2178496A JP 17849690 A JP17849690 A JP 17849690A JP H0391602 A JPH0391602 A JP H0391602A
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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、請求項ｌの前文に記載されている特徴を備え
た燃焼装置、特に、渦流層式燃焼装置に関する。
（従来の技術） 循環式の渦流層を備えた公知の渦流層式燃焼装置（ＥＰ
−ＰＳ第１０３６１３号参照）においては、固体物質は
サイクロン・セパレーターを使用して燃焼ガスから分離
され、捕集サイロに捕集され、該捕集サイロから渦流層
に還流されている。
管壁から構成されている壁体を除いて、捕集サイロには
熱伝達面が設けられていず、均一な移送を行うことがで
きる程度の量の空気だけを使用して固体物質を流動化さ
せるようになっているので、分離された固体物質が還流
する前に、固体物質が渦流層の中で過度に冷却されるこ
とはない。
他の公知の循環式渦流層式燃焼装置（　Ｉ）　Ｅ　−　
ＰＳ第２６２４　３０２号参照）においては、固体物質
は、渦流層成反応器とサイクロン・セパレーターと還流
管路より成る循環システムを使用して燃焼ガス内の高い
懸濁密度と均一なシステム温度で循環されている。固体
物質の一部は循環系から取り出され、熱伝達面を備えて
いて、空気が貫流するようにされた別個の流動床式クー
ラーで冷却され、少なくとも部分流として渦流層式燃焼
装置に還流される。
さらに、渦流層を備えているとともに、固体物質の循環
を高めるよう構成された渦流層式燃焼装置であって、燃
焼ガスと浮遊ダストを冷却する管束式熱伝達面が渦流層
上のスペースに配置されている渦流層式燃焼装置が公知
である（ＢＷＫ４０号（１９８８年）、２７３ページか
ら２７６べ一部までを参照されたい）。
他の公知の渦流層式燃焼装置（ＶＧＢ発電技術６７号（
１９８７年）、第８巻、５７１ページから５７７ページ
までを参照されたい）においては、浸桔式熱伝達面が定
置の渦流層内に配置されている。渦流式燃焼室を圧力容
器内に包有するよう構成された渦流層式燃焼装置は加圧
状態で運転される。渦流式燃焼室を退出した燃焼ガスは
ガス・タービンに供給されるようになっている。
公知の渦流層式燃焼装置では、熱伝達面に伝達された熱
流または燃焼ガスといっしょになって渦流式燃焼室から
運び出された熱流は流動化された状態にある固体物質層
の中に放出される。定置式の渦流層を備えた渦流層式燃
焼装置の場合、熱伝達面は浸積式熱伝達面として構成さ
れている。構造上の理由と方法技術上の理由から渦流層
の横断面積をむやみに大きくすることができないので、
所定の出力における流動化速度は比較的高くなる。
シタ力って、渦流層内に浸積されている熱伝達血の腐食
は激しい。このため、使用されている材料が消耗するこ
とになる。
固体物質の循環が早い渦流層の場合、７１！′、１流式
燃焼室内に浸積式熱伝達面を配置しなくてもすむ。
その代わりに、高温の状態でダストを含んでいる燃焼ガ
スが貫流する壁体状かつ／または仕切り状の熱伝達面が
渦流式燃焼室に設けられる。所定の出力で発生するガス
の量もあらかじめ設定されている。流動体の横断面積は
構造上の理由からむやみに大きくすることはできない。
このため一定の最小ガス速度が決まることになり、この
最小ガス速度を下回って流動が生じることはない。この
最小ガス速度で流動するダストを含んだガスのため、を
体状かつ／または仕切り状の熱伝達面に腐食が生じる。
Ｎ　Ｏｘの放出を大幅に減少させるために段階状に空気
を供給するやり方を採用した場合、反応スペース内に部
分的に還元性の状態が生じるため、熱伝達面が付加的に
腐食する。しかし、この問題を解消するためには高価な
材料を使用しなければならない。
定置の渦流層を備えた加圧状態で運転される渦流層式燃
焼装置は、負荷が低下するに件って渦流床の高さが減少
するよう制御されている。渦流床の高さが低下すると、
浸積されている熱伝達面の一部が渦流層から突出するた
め、渦流層から伝達される熱の量は少なくなる。これと
同時にガスの温度が低下し、負荷に応じた温度を有する
ガスが燃焼装置に後設されているガス・タービンに供給
されることになる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、反応スペースの形状上の欠点を解消す
るとともに、熱伝達面の腐食の発生を減少せしめ、反応
器の横断面積対反応器の高さの比に関連して燃焼装置の
幾何学的な寸法を自白に選択することができ、ガスの温
度が負荷に左右されないよう構成された当初に挙げた種
類の燃焼装置を提供することである。
（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するため、請求項１の特徴項に記載さ
れている構成を備えた当初に挙げた種類の燃焼装置が本
発明に従って提供されたのである。
本発明の有利な実施態様については、ａＩ′Ｉ求項２よ
り１６までを参照されたい。
（作用と効果） 燃焼に伴って放出された熱は主としてガスから分離され
た固体物質から取り出され、冷却された固体物質だけが
燃焼装置に還流されるので、反応領域における熱の放出
の工程と、再燃焼領域における再反応の工程と、固体物
質の冷却領域におけス弛庇側１（の下段〉けそ刺、νわ
、ル１１々にこ５ｇＭ６六れるので、プロセス全体に不
利な影響及ぼすことなく、」―記の諸工程を変更するこ
とができる。したがって、燃焼装置のうちこれらの工程
に関係した区画の高さと横断面評を自由に選択すること
ができる。
かくして、腐食の危険のある熱伝達面を包イｆした区画
におけるガス速度を、腐食のために熱伝達面に激しい損
傷が生じることがない程度まで低下させることが可能で
ある。
燃焼装置の安全上の理由から、第２の通路の冷却領域で
捕集される固体物質の粒子サイズは小さく設定されてい
る。したがって、１〜１１体物質を流動化させるために
必要なガス速度が低くても十分である。流動化により熱
伝達係数が大きくなるため、小さい熱伝達面を使用する
ことが可能である。冷却領域に還元性のガス雰囲気が生
じることがないので、オーステナイト系の材料から作ら
れた負荷特仕の高い熱伝達面を使用することができる。
高いガス速度に調整しなければならない区画に腐食の危
険のある熱伝達面を設ける必要がない。
ＪｂｋＪｌ’！／＋占）、、！ｉＪ−ＷｆＪＭ’Ｊ＋’
！？、？１ｕｉｒＪｊＺ＝に＋＋１−Ｊ！＋：ｔｆ−ａ
ｔＪ＋’ｉ＊Ｊｌ−るに必要な滞留時間は、自由に選択
可能な燃焼装置の横断面積対高さの比とガスの速度によ
り適切に調節することができるので、粒子サイズ範囲が
広い石炭を使用して、具合よく燃焼させることができる
。冷却領域で分離された固体物質から熱を排出するとと
もに、反応領域における空気の過剰の程度を選択するこ
とにより、すべての負イ：：ｉ状態にあわせて渦流の温
度とガスの温度を調節することができる。さらに、再燃
焼を行わせることにより、再燃焼領域の終わりにおける
ガスの温度を渦流層の運転に必要な温度を上回った値ま
で高めることができる。最後に、冷却領域にある国体物
質を調節可能な温度まで冷却することができるので、反
応領域に還流される固体物質の量を自由に選択すること
ができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図解した添付図面を参照しなが
ら本発明の詳細な説明する。
燃焼室ｌは、第２の通路２が横通路５を介して燃焼室ｌ
と接続されているよう構成されている。
燃焼室１と第２の通路２は、を体、好適には、互いにガ
スタイトに溶接されたバイブより成る管壁により構成さ
れている。
国体燃料、液状の燃料またはガス状の燃料と、燃焼用空
気とが図示されていない供給部をへて燃焼室ｌの下部に
供給されるようになっている。燃焼装置は、定置の渦流
層または循環式の渦流層を打する渦流式燃焼装置であっ
てもよくあるいは浮流燃焼部を有する可搬式反応器であ
ってもよい。
この燃焼装置は反応領域Ｒを備えており、さらに、再燃
焼領域Ａが反応領域Ｒに接続されている。＋＋）燃焼領
域Ａは、ガスが流れる方向に見て燃焼室Ｉと第２の通路
との接続部の後ろに位置しているセパレーターｌＯの手
前で終わっている。別の燃焼用空気と、必要か場合、補
足的な燃料が１４燃焼りｎ域Ａに供給されるようになっ
ている。冷却６ｎ域Ｃが第２の通路２内に形成されてい
る。
以下、渦流層式燃焼装置として構成されている燃焼装置
を例にとって本発明を説明する。この燃焼装置は、固体
物質の循環が激しい渦流層を備えている。なお、以下の
説明は、高度に循環が行われる渦流層または固体物質が
循環するようにされたダスト燃焼装置にも当て嵌まるも
のである。
燃焼室１の下部にノズル部３が配置されており、燃焼用
空気として使用される空気と流動化用の空気として使用
される空気がノズル部３を通って吹き込まれるようにな
っている。好適には限定された床表面積を有する渦流層
４がノズル部３上で形成されるよう設定された速度と量
を＜ｆする空気が燃焼装置に導入される。渦流層４は反
応領域Ｒを形成している。
燃焼室ｌはノズル部３の下にアッシュ排出部６を備えて
おり、排出機構、例えば、羽根車式排出装置７がアッシ
ュ排出部６に配置されている。静止状態にあるアッシュ
層８がノズル部３と排出機構７との間に所在している。
ノズル９が静止状態のアッシュ層８内に配置されている
。アッシュ層８を冷却するため、ガス状の媒体、例えば
、空気または燃焼ガスがノズル９を通ってアッシュ層８
ｔ、−昨・缶汰主れスーノズル部３か＾１四Ａ込主れた
流動化用の空気といしょになってノズル９を通って吹き
込まれたガスは燃焼室１に流出する。
燃焼ガスと該燃焼ガースといっしょに移動する固体物質
の粒子の下から上に向かう流動状態は、ノズル部３を通
って吹き込まれる空気により燃焼部ｌ内で適切に調節す
ることができる。ガスの流動方向に見て燃焼室１と第２
の通路２との接続部の後ろにセパレーター１０が配置さ
れている。セパレーター１０のガス側の排出部にガス排
出管通路１１が接続されている。ガス排出管路１１は燃
焼ガスを再処理する装置まで延設されている。この再処
理装置は、のちほど説明されているように、渦流層式燃
焼装置が、例えば、２０バールの高化のもとで運転され
る場合は廃熱ボイラであってもよく、ガス・タービンで
あってもよい。
第１図と第２図には概念的に示されているだけであるが
、セパレーター１０は心過作用を行うセパレーターとし
て構成されており、固体排出部は第２の通路２内に突設
されている。この独のセパし一々−１＋研１児Ｆ后ぜ襟
４ｈ枯若ｌハふｔ北出六れｔ−悦（ｆＬガスを浄化する
装置としてすでに公知であり、分離効率が高いことが特
徴である（ＶＤＩレポート第７１５号（１９８９年）の
２８９ページから３２２ページまで、特に、２９９ペー
ジから３０９ページまでと３１５ページから３１７ペー
ジまでを参照されたい）。
例えば、石英の砂のごとき粒状のフィルター材料より成
るフィルター層が載置されている傾斜した多孔質の底板
を包有している震盪板式フィルターをセパレーターとし
て使用してもさしつかえない。渦流層４より成る床材料
をフィルター材料として使用することができる。燃焼ガ
スが１゛工流したときにフィルター層上に沈１ｚＩ　し
たダストはときおり吹き飛ばされて、第２の通路２に移
送される。
このようにして、固体物質の層１２が第２の通路２に形
成される。′ 衆盪板式フィルターの代わりにカートリッジ・フィルタ
ーを使用するのも好ましい。このようなフィルターが第
３図に示されており、多孔質なセラミック材料から構成
された多数のフィルター・バイブ１３がカートリッジ・
フィルターに使用されている。フィルター・バイブ１３
は適当な保持装置を使用して第２の通路２内に固定され
ている。
固体物質を包有したガスは多孔質なフィルター材料を貞
流し、ガス排出管路１１をへてクリーン・ガス側に移送
される。このとき固体物質はフィルター・バイブ１３の
ガス側で分離される。堆積した同体物質の層は自重によ
り落下するかまたは第２の通路２を逆洗性したときに落
下し、国体物質のｈ′／ｉ１２を形成する。
第２の通路２の下端は固体物質還流管路１４を介してノ
ズル部３より上方の位置で燃焼室ｌと接続されている。
固体物質の層１２を貫流する空気を吹き込むノズル格子
ｔ５が第２の通路２の下部に配置されている。空気の代
わりに他のガス、例えば、還流された燃焼ガスを使用し
てもよい。このように吹き込まれた空気または燃焼ガス
は燃焼室ｌから到来した燃焼ガスとい°つしよになって
セパレーターＩＯとガス排出管路１１をへて排出される
。また、例えば、再燃焼領域Ａに設けられたエジェクタ
ーを使用して２次燃焼用空気として空気を吹き込むよう
にしてもよい。
熱伝達面１６と１７が第２の通路２の固体物質の層１２
内に配置されている。ガス、空気、蒸気、水、サーマル
・オイル、液体金属等の液状またはガス状の熱交換用の
媒体が熱伝達面１６と１７を貫流するようになっている
。熱伝達面１６と１７を第２の通路２と燃焼室１の管壁
とともに水−蒸気の循環系に接続するようにしてもよい
。
第１図に示されている実施例では、第２の通路２は別の
ノズル格子１８を設けることにより２つの上下に並んだ
チャンバー１９と２０に分割されている。第２図に示さ
れている実施例では、第２の通路２は１つまたは複数の
垂直方向に延設された隔壁またはガスタイトに互いに溶
接されたバイブから形成された隔壁により２つの隣接し
たチャンバー２１と２２に分割されている。これらの互
いに隣接したチャンバー２１と２２にノズル格子２３と
２４が設けられている。ノズル格子２３と２４を通って
流動する気体の流量は大幅に異なるようにしてもよい。
例えば、水−蒸気の循環系のエコノマイザ、蒸発器、過
熱器等におけるごとく、それぞれ異なったやり方で接続
される熱伝達面１６と１７がチャンバー２１と２２に設
けられている。
第２の通路２内の国体物質層１２の固体は、噴流する空
気または噴流するガスまたは熱伝達面１６と１７を貫流
する熱交換用の媒体に熱を伝達することにより冷却され
る。セパレーター１０で分離され、第２の通路２内で冷
却された固体は、ｌ、Ｉ、１体物質還流管路１４をへて
その全部または一部が燃焼室ｌに還流される。空気を使
用して燃料を燃焼するとき発生した燃焼熱は燃焼室１を
固定している管４＋１内の熱交換媒体に伝達されるとと
もに、冷却ずみの還流された固体物質に伝達されるので
、燃焼室ｌの温度は７５０から９００°Ｃまでのｉ’！
Ｉ’１度、好適には８５０°Ｃの７ｆ！度に継続的に保
持される。１１ｆ燃焼室Ａ内に熱伝達面は配置ｒＣされ
ていない場合、渦流層４の温度を有する燃焼ガスがセパ
レーク−１０に流入する−１４ｒ＃川空Ｃ［のｈ）をλ
＆＾すことにより燃焼室Ｉ内で不完全燃焼を行わせるこ
とも可能である。この場合、渦流層４から流出したガス
は可燃物質を含んでいる。この可燃物質はｆｌ）燃焼領
域Ａでｉｆｆ燃焼される。このようにすれば、ガス排出
管路ＩＩから退出する燃焼ガスの温１文は、渦流床の温
度を上回った温度、例えば、１０００°Ｃに高めること
ができる。この場合、＋１燃焼領域八に使用される燃焼
用空気として、固体物質の層１２を貫流する空気が使用
される。別の２次燃焼用空気と３次燃焼用空気を、必要
な場合、補足的な燃料といっしょに再燃焼領域へに吹き
込むことができる。このような燃焼方法は、渦流ｈＹ１
式燃焼装置が過圧状態のもとで運転される場合に有利で
ある。
空気またはガスが固体物質の層１２に吹き込まれる速度
に応じて静止床または渦流床が形成される。すなわち、
ガスの速度が流動化点を下回っている場合は静止床が形
成され、ガスの速度が流動化点を上回っている場合は渦
流床が形成される。
熱伝達係数は静止床の場合よりも渦流床の場合のほうが
大幅に高いので、固体物質の層１２を１０ｉ流する空気
の流動化点の近傍で速度を変えることにより、固体物質
から取り出された熱が空気と熱伝達面１６と１７の熱交
換用の媒体へ分配される割合を適正に調節することがで
きる。空気またはガスに有利に熱を伝達するには静止床
が使用される。
熱伝達面１６と１７の熱交換用の媒体に多量の熱を伝達
しなければならない場合、固体物質Ｋｆｉ　１２を流動
化させる。上述のように第２の通路２を複数のチャンバ
ー１９と２０と２１と２２に分割した場合、伝達すべき
熱を有利に分配することができる。この場合、１つのチ
ャンバー内に静止床を設け、他のチャンバー内に渦流床
を設けるようにすることも可能である。
第２図に示されている実施例によれば、燃焼室ｌと第２
の通路２との１１１１にあって、燃焼ガスの流動方向に
見て反応領域Ｒの後ろに、すなわち、再燃焼領域Ａに燃
焼ガスと接触する熱伝達面２９が配置されている。上記
の位置における横断面の形状を適当に設定することによ
りこの拉政で速度が過度に高くなることを防止すること
ができる。
吸込通路を設けなくともよいようにするため、大気圧よ
りわずかに高い圧力で上述の燃焼装置を運転するように
してもよい。燃焼室ｌと第２の通路２内の過圧状態を１
から３０バールまで、好適には２０バールに設定するこ
とができる。この場合、ガス排出管路１１内に流入した
浄化ずみのガスをガス・タービンまたは化学的なプロセ
スに供給することができる。
過圧状態のもとで運転される特別な燃焼装置が第４図に
示されでいる。この燃焼装置の場合、燃焼室１と第２の
通路２は互いに独立した用力容恭２６と２７内に配置さ
れている。ＪＥ力容恭２６と２７に置設されている圧力
管路２８を介して燃焼室ｌが第２の通路２と接続されて
いる。ガス排出管路ｔｉはガス・タービン２５と接続さ
れている。
図示の実施例を変更して、共通の圧力８恭が燃焼室ｌと
第２の通路２を包イｆするようにしてもよい。
その他の構成と機能の点では、第４図に示されＣいるＩ
ｎ＋Ｉ’Ｆ状態で部幅される実施態様は、第１図から第
３図までに示されている大気圧のもとあるいは過圧状態
で運転される実施態様と基本的な原裡においては同一の
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は渦流層式燃焼装置の構１戊を図解した概要図、
第２図は渦流層式燃焼装置ぎｉの別の実施態様に従った
構成を図解した概要図、第３図は渦流用式燃焼装置の他
の実施態様に従った構成を図解した概要図、第４図は過
圧力状態で運転される他の渦流層式燃焼装置を図解した
概要図。 ｌ・・・燃焼室、２・・・通路、３・・・ノズル部、４
・・・渦流層、５・・・横通路、６・・・アッシュ排出
部、７・・・；１；１根車式排出装置、８・・・アッシ
ュ層、９・・・ノズル、１０・・・セパレーター　１１
・・・ガス排出管路、１２・・・固体物質の層、１３・
・・フィルター・バイブ、１４・・・固体物質戻し管路
、１５．１８．２３．２４・・・ノズル格子、１６．１
７．２９・・・熱伝達面、１９．２０．２１．２２・・
・チャンバー、２５・・・ガス・タービン、２６．２７
．２８・・・圧力客語、Ａ・・・＋＋ｊ燃位価域−Ｃ・
・・冷却領域、Ｒ・・・反応領域。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ガス出口が第２の通路（２）と燃焼室（１）から
    退出した燃焼ガスから固体物質を分離するセパレーター
    （１０）と接続されている、下から上に向かってガスが
    貫流するよう構成された燃焼容器（１）を備えていて、
    セパレーター（１０）の固体物質側が固体物質層（１２
    ）を包有している第２の通路（２）と接続されており、
    下端が固体物質還流管路（１１４）を介して燃焼室（１
    ）と接続されるよう構成された燃焼装置、特に、渦流層
    式燃焼装置において、第２の通路（２）が固体物質を冷
    却するクーラーとして構成されているとともに、セパレ
    ーター（１０）が濾過作用を行うセパレーターとして構
    成されていることを特徴とする燃焼装置。
  2. （２）液状またはガス状の熱交換媒体が貫流する熱伝達
    面（１６、１７）が第２の通路（２）内に配置されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
  3. （３）ガス、特に、空気が第２の通路（２）内の固体物
    質層（１２）を貫流することを特徴とする請求項１また
    は２記載の燃焼装置。
  4. （４）固体物質層（１２）が静止床であることを特徴と
    する請求項１から３までのいずれか１項記載の燃焼装置
    。
  5. （５）固体物質層（１２）が渦流層であることを特徴と
    する請求項１より３までのいずれか１項記載の燃焼装置
    。
  6. （６）固体物質層（１２）を貫流するガスの流量が、排
    出されるべき熱をガスと熱伝達面（１６、１７）に分配
    するやり方に従って調節されることを特徴とする請求項
    １より３までのいずれか１項記載の燃焼装置。
  7. （７）第２の通路（２）が複数のチャンバー（１９、２
    ０、２１、２２）に分割されていることと、該チャンバ
    ー（１９、２０、２１、２１）がそれぞれガスを供給す
    るシステムを備えていることとを特徴とする請求項６記
    載の燃焼装置。
  8. （８）燃焼室（１）の下部に燃料と燃焼用空気を供給す
    ることにより反応領域（Ｒ）が形成されることと、別の
    燃焼用空気を供給することによりセパレーター（１０）
    の入口まで延在した再燃焼領域（Ａ）が形成されること
    とを特徴とする請求項１より７までのいずれか１項記載
    の燃焼装置。
  9. （９）再燃焼領域（Ａ）内の温度が反応領域（Ｒ）内の
    温度より高い値に調節されていることを特徴とする請求
    項８記載の燃焼装置。
  10. （１０）固体物質層（１２）を貫流する空気が再燃焼領
    域（Ａ）内の燃焼用空気として導入されることを特徴と
    する請求項８または９記載の燃焼装置。
  11. （１１）再燃焼領域（Ａ）が補足的な燃料供給系を備え
    ていることを特徴とする請求項８より１０までのいずれ
    か１項記載の燃焼装置。
  12. （１２）燃焼室（１）と第２の通路（２）がガス・ター
    ビン（２５）を運転するに適した過圧状態に保持されて
    いることを特徴とする請求項１より１１までのいずれか
    １項記載の燃焼装置。
  13. （１３）燃焼室（１）と第２の通路（２）が大気圧より
    わずかに高い圧力に保持されていることを特徴とする請
    求項１より１１までのいずれか１項記載の燃焼装置。
  14. （１４）燃焼室（１）と第２の通路（２）が互いに独立
    した圧力容器（２６、２７）内に配置されていることと
    、燃焼室（１）と第２の通路（２）が圧力管路（２８）
    を介して相互に接続されていることとを特徴とする請求
    項１２記載の燃焼装置。
  15. （１５）燃焼室（１）と第２の通路（２）が共通の圧力
    容器内に包有されていることを特徴とする請求項１２記
    載の燃焼装置。
  16. （１６）ガスの流動方向に見て反応領域（Ｒ）の後ろに
    熱伝達面（２９）がガス流の中に吊り下げられているこ
    とを特徴とする請求項１より１５までのいずれか１項記
    載の燃焼装置。
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