JPH04177008A - 流動層燃焼ボイラ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、流動層で石炭を燃焼し、スチームタービンと
ガスタービンを駆動して発電する流動層燃焼発電プラン
トに関し、特に、ＮＯｘ発生量の少ない流動層燃焼ボイ
ラを提供するものである。

［従来の技術］ 流動層燃焼ボイラは燃焼温度が８００ないし９００℃で
比較的低いことから、燃料中窒素の酸化に起因するもの
が主体で、空気中窒素の酸化に起因するＮＯｘが少ない
ことから、比較的ＮＯｘ発生量が低い。しかしながら、
ＮＯｘ排出量低減の強いニーズから、より一層の低減技
術の開発が必要とされている。

流動層燃焼におけるＮＯｘ発生量の低減方法として、従
来、二段燃焼法、ＮＯｘ還元剤の注入（たとえば特公昭
５８−１７３６６号）、流動層断面を区画し、空気不足
燃焼領域と二次空気供給領域を形成する燃焼方法（特公
昭５８−５６０４５号）などが知られている。

二段燃焼法は流動層内での石炭の燃焼を空気不足の状態
で行なってＮＯｘの発生を抑制し、発生した可燃性ガス
や未燃の飛散炭素分を、流動層上部の空間部いわゆるフ
リーボード部への二次空気の供給によって燃焼する方法
である。

還元剤注入法は、流動層内あるいはフリーボード部へア
ンモニアなどの還元剤を注入、燃焼ガスに混合してＮＯ
ｘと反応させ、低減する方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術の二段燃焼方法及び流動層断面を区画し
た燃焼方法はＮＯｘの低減にはかなりの効果を示すもの
の、低空気比の燃焼であることから燃焼効率の低下を招
き、また流動層内が還元性雰囲気になることから、石灰
石による炉内脱硫率の低下及び伝熱管腐食の進展といっ
た問題点をともない、軽度の空気不足条件にとどめざる
を得ない。

アンモニアなど還元剤の注入法は、ＮＯＸ低減率が低く
、その供給位置によってはアンモニアが酸化されて逆に
ＮＯｘが増加するといった問題点がある。

本発明の目的は上記従来技術の欠点、すなわち燃焼効率
の低下、炉内脱硫率の低下及び伝熱管腐食の進展などの
問題点を除き、ＮＯｘの発生量を効果的に低減した流動
層燃焼ボイラを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために、本発明は、流動層燃焼ボ
イラは流動層の断面方向に、流動媒体の循環流を以て流
動層を区画し、流動媒体の流れが上昇方向にある流動層
の中心領域を石炭の燃焼領域、下降方向にある流動層の
外周領域すなわち燃焼炉壁近傍を空気不足の状態として
還元剤発生領域としたものである。

上記の中心領域には伝熱管群が配置され１石炭は該領域
で燃焼効率の低下を生じない通常の空気比で燃焼される
。

石炭は流動層部側壁から外周領域に供給される。

石炭の供給方法は空気による気流搬送方式、スラリーに
よるポンプ供給方式のいずれでもかまわない。本発明で
はさらに壁近傍での媒体粒子の下降流れをより促進する
目的で石炭供給ノズルの直下の炉壁に気流搬送手段によ
る脱硫剤の供給ノズルが設けられる。また、石炭供給ノ
ズルの前面に炉壁との間に一定の間隙を保って、炉壁に
沿ってバッフル板が設けられる。

［作用］ 上記の手段を設けた本発明の流動層燃焼炉内においては
、流動媒体は上昇流と下降流からなる強い循環流を生じ
る。流動層底部の空気分散板から供給された空気は層内
で気泡となるが、気泡は流動層中心領域を上昇し、媒体
＠環流は気泡の挙動と関連して同様に流動層中心領域に
上昇流を生じる。その結果、下降流は外周領域に炉壁に
沿って生じる。媒体粒子の下降流れは本発明による石炭
供給ノズルの直下に設けた脱硫剤供給ノズルからの噴出
空気によって、媒体粒子が流動層中心領域方向に移動す
るのでより促進される。

また、炉壁近辺といえども上昇気泡は間欠的に通過し、
その結果、媒体粒子の下降流が乱れを生じる。本発明に
よる石炭供給ノズル前面のバッフル板は炉壁近辺で間欠
的に生じる媒体粒子の上昇流を抑制し、下降流と上昇流
を区画し、媒体粒子の下降流れをより促進させる作用を
なす。

本発明における作用は上記の手段により加速された流動
媒体の循環流を積極的に活用したもので、気泡の上昇が
少ない、すなわち空気不足状態にある流動層外周領域の
媒体＠環上降流に石炭を供給することから始まる。下降
流に供給された石炭は空気不足状態で燃焼され、ＮＯｘ
の還元剤であるアンモニア、シアン、炭化水素ガスなど
を含む燃焼ガスを生成する。それらの還元剤を含むガス
は壁近傍の領域を上昇してフリーボードに放出される。

一方、未燃の石炭は流動媒体の流れに乗って下降し、炉
底部から炉中心部の石炭の燃焼領域に分散される。中心
部の燃焼領域において空気分散板からの燃焼に十分な空
気を得て石炭は効率よく燃焼される。この領域において
ＮＯｘを含む燃焼ガスが生成されるが、フリーボードに
おいて外周領域から放出された還元剤と接触してＮ２に
還元され、ＮＯＸの低減が達成される。さらにフリーボ
ードのより上部には流動層内に置かれた導管を通って二
次空気が供給される。この空気は加熱されているのでフ
リーボードの温度低下を招くことなく未燃の可燃性ガス
や飛散炭素分を燃焼することができる。

以上のように、燃焼領域は酸化性雰囲気に保持されるの
で燃焼領域に置かれた伝熱管は腐食によって損傷を受け
ることが少ない。また、燃焼炉のほとんどの領域が燃焼
領域で酸化性雰囲気に保持されることから、燃焼効率及
び石灰石による炉内脱硫率の低下も生じることがない。

［実施例］ 次に図面をもって本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例であり、流動層燃焼炉１、媒
体容器１１、サイクロン４１が圧力容器１０１に収納さ
れている。流動層燃焼炉１にはその底部に空気分散板２
が設けられ、その上に流動媒体粒子３が充填される。該
流動粒子３は起動用燃焼炉９がら空気室７、空気分散板
２を通って供給された空気８によって流動化され、流動
層５を形成する。

流動層５上部の空間部はフリーボード６と呼ばれる。フ
リーボード６には、流動層内に浸漬された二次空気導管
８６の端部が解放される。フリーボード６の後流にはサ
イクロン４１が接続され、燃焼ガス中の微粒子がここで
除去されてクリーンな高温ガス４３として次工程のガス
タービンに供給される。高温ガス４３と交流して加圧空
気１０３が加圧容器１０１に供給され、起動用燃焼炉９
から流動層燃焼炉１に入る。

石炭は加圧条件下への石炭供給を容易に行なうために、
本実施例では流動可能な石炭・水スラリー６３として供
給ポンプ６２によって導管６１を通って流動層側壁に設
けた石炭供給ノズル６５゜６５′から炉内に供給される
。

流動媒体兼炉内脱硫剤としてドロマイトあるいは石灰石
の粒子７３がロックホッパー（図示省略）によって加圧
されて、容器７５から搬送用空気７４によって混合器７
２、導管７１を経て流動層側壁に設けた脱硫剤供給ノズ
ル７６．７６’から炉内に供給される。脱硫供給ノズル
７６．７６’の位置は、石炭供給ノズル６５．６５’　
の直下１１００Ｌｏ〜３００ｍｍの範囲の炉壁に設けら
れる。これは石炭供給ノズル６５．６５″直下の流動媒
体を脱硫剤供給ノズル７６．７６’　からの搬送ガスに
よって流動層中心部へ押し出すことにより、媒体粒子の
下降流を増大させる効果をなすものである。

ノズル直下１００ｍｍ未満では円滑な石炭供給が阻害さ
れる傾向にあり、逆に３００ｍｍを超えると媒体下降流
の増大に寄与しなくなる傾向がある。

また１石炭供給ノズル６５．６５’の前面には炉壁との
間に一定の間隙を保ち、かつ流動層側壁に沿ってほぼ平
行にバッフル板１０．１０″が設けられる。パワフル板
１０．１０’　と炉壁との間隔は、石炭供給ノズル６５
．６５″先端からバッフル板１０，１０’　との距離で
規定され、２００１Ｉ１１〜４００ｗ＋ｍが好ましい範
囲である。これらの距離は石炭供給ノズル６５，６５’
　からの噴流ガス長さと関係する。実験結果によれば噴
流ガス長さは噴流ガス速度と流動層空塔ガス速度によっ
て決まり、たとえば噴流ガス速度１００　ｍ　／　ｓ、
流動層空塔ガス速度０．５ｍ／ｓ以上の場合１００〜２
００ｓｍであり、設計的な考慮を加味すると石炭供給ノ
ズル６５．６５’先端からバッフル板１０゜１０’　と
の好ましい距離は前述のように２００＋ｍ〜４００ｍｍ
となる。気泡の挙動にともなって生じる流動媒体循環流
の下降流８２の半径方向の幅は、この範囲よりも大きい
。なお、流動層壁は傾斜していることが望ましい。なぜ
ならば、傾斜壁に沿っての媒体下降流８２は底部からの
上昇気泡によってその流れを阻害されることが少ないか
らである。

流動層内には伝熱管４が配列されるが、流動層側壁近傍
における媒体粒子の下降流８２を阻害しないように流動
層側壁との間に一定の間隔を保たせる。この間隔はバッ
フル板１０．１０’　と炉壁の距離に合わせることが望
ましい。

上記のような構成により、石炭供給ノズル６５から供給
された石炭・水スラリー６３はバッフル板１０．１０’
　との間の媒体下降流８２に巻き込まれ、空気不足状態
で燃焼されＮＯｘの還元剤であるアンモニア、シアン、
炭化水素ガスなどを含む燃焼ガスを生成し、フリーボー
ド６に放出される。

一方、未燃の石炭８３は流動媒体３の下降流８２に乗っ
て下降し、脱硫剤供給ノズル７６からの噴流に促進され
ながら炉底部から炉中心部の石炭の燃焼領域８４に分散
される。中心部の燃焼領域８４において空気分散板２か
らの空気により酸化性雰囲気で石炭は効率よく燃焼され
る。それによってＮＯｘを含む燃焼ガスを生成するが、
外周領域で生成された前述の還元剤とフリーボード６で
接触して還元され低ＮＯｘ化が達成される。

フリーボード６には流動層５内に置かれた二次空気導管
８６を通って二次空気が供給され、ＮｏＸ還元後の未燃
の可燃性ガスや飛散炭素分を燃焼する。二次空気導管８
６を層内を通すのは二次空気を燃焼温度まで加熱するこ
とによって、二次空気放出部のフリーボード温度を低下
させないためである。

本発明の実施例に係る加圧流動層燃焼ボイラでは負荷変
動制御を流動層高の変化によって行なうが、媒体容器１
１はそのための流動媒体の貯蔵容器であり、層高を低下
するとき媒体粒子は移動層下降管２１を通して抜き出し
、気流輸送ガス２７によって気流輸送管２３を通して該
容器１１に送給する。逆に１層高を増加するときは該容
器１１下部から移動層管１４を通して流動媒体１２を流
動層燃焼炉１に返送する。気流輸送ガス２７は導管３１
を通して燃焼炉１のフリーボード６に排出される。

本発明のボイラにおいて、燃焼炉の圧力は１０〜２０気
圧、温度は８００〜９５０℃、流動層の空塔ガス速度は
０．５〜１．５ｍ／ｓの範囲が採用される。流動媒体粒
子には最大径が３ｍｍ程度のドロセイトあるいは石灰石
粒子が用いられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、流動層燃焼炉断面のほとんどを占める
中心領域を酸化性雰囲気に保持しながらＮＯｘ低減を達
成することができるので燃焼効率、炉内脱硫率の高い、
その上、伝熱管の腐食を抑制した加圧流動層燃焼ボイラ
を提供することができ。

高効率、低公害性、低コストで発電を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加圧流動層燃焼ボイラの一実施例を示
す図である。 １・・・・・・流動層燃焼炉、２・・・・・・分散板、
４・・・・・・伝熱管、５・・・・・・流動層、１０・
・・・・・バッフル板、６５・・・・・・石炭供給ノズ
ル、７６・・・・・・脱硫剤供給ノズル、８２・・・・
・・流動媒体下降流、８６・・・・・・二次空気導管。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動層燃焼炉内の空気分散板上に流動媒体が充填
   されており、その流動媒体層中に層内への燃料の拡散を
   阻止する阻止部材が配置され、その阻止部材に向けて燃
   料を供給して、阻止部材の近傍に還元剤発生領域を形成
   したことを特徴とする流動層燃焼ボイラ。
2. （２）請求項（１）記載において、前記阻止部材により
   流動媒体層中を還元剤発生領域と燃焼領域に区画し、前
   記還元剤発生領域中の流動媒体の流動方向が空気分散板
   に対して下降方向、前記燃焼領域中の流動媒体の流動方
   向が空気分散板に対して上昇方向になるように構成され
   ていることを特徴とする流動層燃焼ボイラ。