JPH0443681Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は流動層ボイラに係り、特に流動層燃焼
炉及びこの流動燃焼炉で加熱された粒子が導入さ
れる流動層熱交換器を備えた流動層ボイラに関す
るものである。

［従来の技術］ 流動燃焼炉は、低質で燃焼の難しい燃料の燃焼
法として古くから用いられてきており、また最近
においては、石炭の無公害燃焼法として急速に開
発が進められている。

ところで、従来の一般的な流動層ボイラにおい
ては、流動燃焼炉の流動層部にて主要な燃焼反応
を行わせると同時に、流動層内に伝熱管（水管）
を配置しておき、この伝熱管によつて燃焼熱を回
収するよう構成されている。

しかしながら、この従来の一般的なタイプのも
のでは燃焼負荷の変化、即ちガス空塔速度の変化
に伴い、層温度が変化するため、出力の大幅な調
整が難しい。また、２段燃焼時に、層部と上部空
間のフリーボード部に温度差が生じ、低NOx、
脱SO₂性能が低下し易い。更に、伝熱管が流動燃
焼炉内に設置され、例えば800℃以上の高温の燃
焼ガスに晒されるので、この伝熱管の寿命が短い
という問題があつた。

これに対し近年、特開昭54−107474，58−
64123のように、高速流動層より成る流動燃焼炉
と熱交換器とを別体とした高速流動層ボイラが提
案されている。

これは、流動燃焼炉内の空塔速度を３〜10m／
ｓとし、細かい粒子を燃焼ガスに同伴させて飛散
させ、これをサイクロンで捕集し熱交換器に導入
するものである。なお、これらの公開公報に記載
のボイラにおいては、流動燃焼炉内に比較的粒径
の大きな粒子（デンスベツド）を装入して高密度
の流動層を形成し、この高密度流動層内において
主要な燃焼反応を進行させるようにしている。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記特開昭54−107474や58−
64123のように、粒子を燃焼ガスに同伴させて流
動燃焼炉から取り出すよう構成したタイプのもの
においては、粒子がサイクロンで捕集しきれず相
当量の損失が伴うので、特に灰分の少ない燃料を
燃焼させる場合は、運転中に粒子（流動化剤）を
連続的ないしは間欠的に補給しなければならず、
それだけランニングコストが高いものとなつてい
た。

また、粒子による装置内部の摩擦を防止するた
め、高級な耐火材を使用する必要があつた。

［問題点を解決するための手段］ 上記従来型流動層ボイラ及び高速流動層ボイラ
の問題点を解決するために、本考案の流動層ボイ
ラは、別体に設置された流動燃焼炉及び流動層熱
交換器を備えてなるものにおいて、ガス空塔速度
が0.5〜3m／ｓの流動燃焼炉の流動層部から流動
化剤もしくは燃料粒子を抜き出し、これを流動層
熱交換器へ供給する。そして、この流動層熱交換
器内にて熱交換した粒子を流動燃焼炉の流動層部
もしくは、この直上部と燃焼炉、炉頂部に分割し
て戻すよう構成したものである。

［作用］ 流動燃焼炉内に燃料を補給して流動燃焼炉を運
転すると、燃料の燃焼によつて流動化剤たる粒子
が加熱される。本考案においては、ガス空塔速度
が0.5〜3m／ｓの範囲のため、この粒子や燃料粒
子の大部分は、燃焼ガスによつて飛散されること
なく流動層内に滞留し、この流動層底部から抜き
出され流動層熱交換器に供給される。熱交換の終
了した粒子は流動層熱交換器から流動燃焼炉へ分
割して戻される。

本考案においては、熱交換が流動燃焼炉とは別
体に設置された流動層熱交換器で行われ燃焼炉の
温度は、循環する粒子量でコントロールされる。
従つて、負荷変動と独立に燃焼温度を制御できる
ため、ガス空塔速度0.5〜3m／ｓの変化範囲に対
応した１：６の大幅な出力調整が可能である。

また、本方式では、熱交換器からの戻り粒子を
流動層部もしくは、その直上部と炉頂部に分割す
ることにより、燃焼部の軸方向温度差を極力防止
することができる。特にフリーボード部の温度を
コントロールするために、戻り粒子管の１つを炉
頂部に設けることが重要である。空塔速度が0.5
〜3m／ｓと高速流動層に比べて比較的低いため、
フリーボード中間部の側壁からでは充分なガス−
粒子間の熱交換が行えない。本方式では、炉頂部
から戻り粒子が流動層部に落下する間に、充分な
滞留時間が得られると共に、粒子の偏流が防止で
き、フリーボードの温度を均一にコントロールで
きる。

この効果により、特に２段燃焼実施時に生じる
軸方向温度差を極力少なくでき、より大きな
NOx低減効果が得られる。

また、石灰石を供給してNOx，SO₂同時除去
を行う場合、従来の流動層ボイラでは、脱硫反応
が層内で行われるため、２段燃焼実施時には、層
内のO₂濃度の低下による脱硫性能の低下という
問題があつた。

本方式では、炉頂部からの戻り管により脱硫反
応が酸素濃度の高いフリーボード部でも行われ、
この領域のガス−粒子の相対速度も高いことか
ら、効率的な炉内脱硫効果を得ることができる。

また本考案の流動層ボイラにおいては、粒子を
一旦飛散させた後、これを捕集するようにした高
速流動層ボイラとは異なり、ガス空塔速度が0.5
〜3m／ｓと比較的低い流速で運転される。その
ため、粒子による摩擦が少ないので耐火材等の寿
命が長く、保守管理が容易である。また、粒子の
損失も極めて少ないので、運転中にこれを補給す
る必要がなく、それだけ運転コストを引き下げる
ことが可能である。

［実施例］ 以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本考案の実施例に係る流動層ボイラの
構成図である。

１は流動燃焼炉であつて、その下部には流動化
空気を吹き込むための配管２が差し込まれ、この
配管２の上面に設けられた多数の孔（図示せず）
から吹き出される空気により流動層３が形成可能
とされている。４は流動燃焼炉１内に燃料を供給
するための配管である。

流動燃焼炉１の上部には、燃焼ガスを抜き出す
ための配管５が接続され、燃焼ガスはサイクロン
６に導入される。

一方、流動燃焼炉１とは別体に、流動層熱交換
器７が設置されている。この流動層熱交換器は伝
熱管８を有し、かつその下部には流動化空気を吹
き込むための配管９が差し込まれている。この配
管９の上面にも多数の孔（図示せず）が穿設され
ており、この孔から吹き出された空気によつて流
動層熱交換器７内に流動層が形成可能とされてい
る。

而して、流動燃焼炉１内の流動層３から粒子を
抜き出すために、流動燃焼炉１の底部に配管１０
が接続され、ライザ１１によつて粒子が流動層熱
交換器７へ供給可能とされている。また、流動層
熱交換器７の底部には配管１２及び１３が接続さ
れ、この流動層熱交換器７の底部から粒子を抜き
出し流動燃焼炉１へ返送し得るようになつてい
る。なお配管１３の途中にはライザ１４が設けら
れており、流動燃焼炉の炉頂部の位置から流動燃
焼炉１内に粒子を返送、投入し得るようになつて
いる。

なお、流動燃焼炉１に空気を供給するための配
管２は、その途中で分岐されており、分岐配管２
ａは流動層３の層面よりも上方の空間部に燃焼用
空気を供給し得るよう流動燃焼炉１の比較的上部
の部分に接続されている。

また、流動層熱交換器７に配管９から吹き込ま
れた流動化空気は、流動層熱交換器７の上部から
取り出され、配管１５を通つて流動燃焼炉１内に
供給される。図中１６，１７はそれぞれライザ１
１及び１４へ粒子押し上げ用の空気を供給するた
めの配管を示す。

次に上記実施例装置の作動について説明する。

配管２から流動化用空気を吹き込むと共に配管
４から燃料を供給し、流動層３内にてこの燃料を
燃焼させる。なお、運転の開始に際しては、流動
化剤たる粒子を流動燃焼炉１内に装入しておく。

燃料の燃焼によつて加熱された粒子もしくは燃
料粒子は、流動燃焼炉１の底部から抜き出され、
配管１０及びライザ１１を通つて流動層熱交換器
７に導入される。流動層熱交換器７には、配管９
から空気が吹き込まれて流動層が形成されてお
り、この熱交換器７内に導入された粒子は流動状
態となつて伝熱管８と接触し熱交換する。熱交換
の終つた粒子は配管１２及び１３によつて抜き出
され、それぞれ流動燃焼炉１に戻される。

流動層３を脱した燃焼ガスは、若干の粒子を同
伴しつつ配管５からサイクロン６に導かれ、この
サイクロン６にて粒子が捕集される。

捕集された粒子は配管１８から流動層熱交換器
７に導入され、一方粒子が除去されたガスは配管
１９からボイラや対流伝熱部等の熱交換手段に送
られる。

このように、流動燃焼炉１内の粒子は、流動層
３の部分から直に抜き出されて、配管１０，ライ
ザ１１を経て流動層熱交換器７に供給され、次い
で、配管１２，１３を経て流動層１に戻されるよ
う循環する。

而して、この粒子の循環量を調整することによ
つて、流動燃焼炉１内の温度制御や流動層熱交換
器７での熱交換量を極めて容易かつ迅速に調整す
ることができる。そのため、従来の一般的な流動
層ボイラの様に伝熱管を流動燃焼炉内に設けたも
のと異なり、ボイラの出力を大幅に変更したり、
負荷の変化に迅速に追従した調整などが可能であ
る。また、伝熱管８が流動燃焼炉１とは別体の流
動層熱交換器７に設けられているので、従来のよ
うな伝熱管の早期損傷が回避される。

本考案の流動層ボイラにおいては、粒子を飛散
させて流動燃焼炉から取り出すものと異なり、流
動燃焼炉１内の空塔速度が小さい。そのため、燃
焼ガスに同伴される粒子も微量であつて、かつそ
の流速も小さいので、装置内壁面の磨耗が極めて
少なく、耐火材などの寿命が長い。

本考案の流動層ボイラは、前述のように、加熱
された粒子が流動燃焼炉１内の流動層部３から直
に抜き出されて循環されるので、コークスや石炭
の燃料粒子そのものを循環させることが可能であ
る。そのため、燃料以外に必要とする流動化剤た
る粒子量は、極めて少量で足りる。そして、流動
化剤の損失も、空塔速度が小さいところから僅少
であるので、運転中に流動化剤たる粒子を補給す
る必要が殆どなく、本考案の流動層ボイラにおい
ては、そのランニングコストが低廉なものとな
る。

なお上記実施例においては、粒子を搬送させる
手段の一部としてライザが採用されているが、ラ
イザ以外の輸送手段を採用してもよいことは明ら
かである。

［効果］ 以上詳述した通り、本考案の流動層ボイラによ
れば、 流動化粒子が少量で足り、かつ補給も不要で
ある。

負荷変化への追従が迅速であり、かつ大幅な
出力調整が可能である。

伝熱管や耐火材の寿命が長い。

デンスベツド材が不要である。

等の優れた効果が奏される。そのため、本考案の
流動層ボイラは、保守管理が容易であり、ランニ
ングコストも低廉なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係る流動層ボイラの
構成図である。 １……流動燃焼炉、３流動層、６……サイクロ
ン、７流動層熱交換器、８……伝熱管、１０……
粒子抜出用配管、１２，１３……粒子返送用配
管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流動燃焼炉及び該流動燃焼炉で加熱された粒子
   が導入される流動層熱交換器を備えてなり、該流
   動燃焼炉と該流動層熱交換器とは別体に設けられ
   た流動層ボイラにおいて、流動燃焼炉の流動層部
   から粒子を抜き出して流動層熱交換器へ供給する
   手段と、該流動層熱交換器から粒子を抜き出して
   流動燃焼炉のベツド部と流動燃焼炉の炉頂部とに
   分割して返送する手段とを有しており、空塔速度
   が0.5〜3m／secであることを特徴とする流動層
   ボイラ。