JPH0612167B2

JPH0612167B2 - 流動床燃焼炉

Info

Publication number: JPH0612167B2
Application number: JP2-503369A
Authority: JP
Inventors: 剛行内藤; 啓一佐藤; 裕吉田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: EP0458967B1; EP0458967A4; DE69010891D1; EP0458967A1; WO1990009549A1; ATE108882T1; CA2046890C; DK0458967T3; CA2046890A1; DE69010891T2; ES2061015T3; JPH0612167B1; US5178531A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は流動床燃焼炉に関し、特に流動床部からの未燃
ガスと二次空気との混合を向上させ、且つ流動媒体のフ
リーボード部外への飛散を防止し、更に合流室で高温ガ
スを衝突させて微量のＣＯ等の未燃ガスを完全に燃焼さ
せるのに好適な流動床燃焼炉に関するものである。

背景技術流動床燃焼炉は流動床部で飛散した砂等の流動媒体を再
沈降させるためにフリーボードを必要とする。この流動
媒体は、フリーボード部を上昇する燃焼ガスの流速が速
過ぎると、フリーボード部外に飛散してしまうので、フ
リーボードにおける燃焼ガスの流速は２ｍ／ｓ程度に制
限されている。従って、一般にフリーボード部は、その
横断面積（水平断面積）が流動床部の横断面積（水平断
面積）に比べて大きくなるように構成されている。

しかしながら、このような構成とした場合、フリーボー
ド部での燃焼ガスの流速が遅いため、フリーボード部に
二次空気を供給しても、この流速では未燃ガスと空気の
混合を充分に行なうことが難しく、二次燃焼効率が低く
なる。そこで、未燃ガスと空気の混合を促進させるた
め、フリーボード部での空気の供給方法について種々の
提案がなされているが、フリーボード部の横断面積が広
いので、その効果が充分に現れていないというのが現状
である。

また、例えば実開昭６２−１８５１０号公報に開示する
ように流動床上部に絞り部を設けたものが提案されてい
るが、この絞り部の絞りが多過ぎると流動媒体は平均粒
径粒子の終末速度以上の流速となり、流動媒体のフリー
ボード部外への飛散が多量となり、飛散砂の戻しを行な
う手段が必要となる。

また、絞り部を多段に設けることで生じる絞り部と絞り
部の間の広がった空間や、フリーボード部の形状から生
じる空間部には燃焼に寄与しないデットスペースが多く
生じ、二次空気等として炉内に吹き込まれる空気が有効
に利用されないという問題もある。

従って、このような設備では絞り部の絞り量を少なくす
るか、飛散砂の戻し手段が必要となるという問題があっ
た。

また、従来の流動床燃焼炉において、砂等の流動媒体温
度を上昇させるには補助バーナを使用するとか、燃焼量
を増して低空気比にする方法がある。しかしながら、補
助バーナでは補助燃料が必要となり、経済的でなく、ま
た低空気比運転では、ＣＯガスとかＮＨ_３ガスといった
未燃ガスが発生するという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、絞り部での
燃焼ガス流速を流動床中の流動媒体の平均粒径粒子の終
末速度以上（２〜８ｍ／ｓ程度）とし、飛散した流動媒
体をフリーボード部で効率よく沈降させて流動媒体のフ
リーボード部外への飛散を最小限にし、且つ未燃ガスと
二次空気との混合を向上させ、更にフリーボード部から
分流した高温の燃焼ガスを合流室内で衝突混合させて微
量の未燃物を完全燃焼されることができ、また流動床の
流動媒体の温度を上昇させる補助燃料を必要とすること
がなく、且つＣＯガスとかＮＨ_３ガスの未燃ガスの発生
もない流動燃焼炉を提供することを目的とする。

発明の開示上記目的を達成するため本発明は流動床燃焼炉を下記の
ように構成した。

流動床の直上に流動媒体の平均粒径の粒子の終末速度以
上の燃焼ガス流速となる絞り部を形成し、該絞り部に二
次空気供給口を複数段配置すると共に、その上部に流動
媒体の平均粒径粒子の終末速度以下となるような横断面
積（水平断面）を持つフリーボード部を形成し、該フリ
ーボード部の天井部に対する前記絞り部の垂直方向投影
面以外の部分に燃焼ガス通路の燃焼ガス入口を２個以上
設け、該燃焼通路の出口部に該燃焼ガス通路からの燃焼
ガスが衝突合流する合流室を設けた。

また、前記燃焼ガス通路近傍及びフリーボード下部側壁
に三次空気を水平又は下向きに吹き込む三次空気供給口
を設けた。

また、前記二次空気供給口は二次空気を下向きに吹き込
むように設けた。

また、絞り部に設けた二次空気供給口を炉横断面（水平
断面）の炉壁の接線方向に対して所定角度をもって設け
た。

図面の簡単な説明第１図は本発明に係る流動床燃焼炉の概略構造を示す図
で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面
図、第２図は本発明に係る他の流動床燃焼炉の概略構造
を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は絞り
部内の二次空気の流れを示す図である。

発明を実施するための最良の形態以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しつつ
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す流動床燃焼炉の概略構
造を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同
図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、流動床燃焼炉は流動床部１１の直上に
絞り部１２を形成すると共に、その直上に該絞り部１２
の横断面積（水平断面積）より大きい横断面積を有する
フリーボード部１３を形成している。また、このフリー
ボード部１３の最上部には絞り部１２の横断面より大き
い面積を有する天井部１５が設けられている。

このフリーボード部１３の天井部１５の前記絞り部１２
の投影面以外の部分に燃焼ガス通路１６，１７の燃焼ガ
ス入口１６ａ，１７ａが左右対称に設けられている。該
燃焼ガス通路１６及び燃焼ガス通路１７の出口は合流室
２５に開口している。更に合流室２５は排ガス出口２６
に接続されている。

流動床部１１の下部には流動床１８の流動媒体である砂
を流動化させる流動化空気、即ち、一次空気を送る配管
１９、空気室２０及び散気板２１等が設けられている。
また、絞り部１２の炉壁１４には二次空気を水平方向に
吹き込んで供給する二次空気供給口２２が複数段（図で
は２段）設けられている。フリーボード部１３の天井部
１５の燃焼ガス通路１６，１７の燃焼ガス入口１６ａ，
１７ａの近傍及びフリーボード部１３の下部側壁には下
向き又は水平に三次空気を供給する三次空気供給口２３
及び２３′が複数（図ではそれぞれ２個）設けられてい
る。

なお、図中２４はゴミ、石炭等の燃焼物を供給する燃焼
物供給口である。

一次空気は配管１９から空気室２０に供給され、散気板
２１を通して流動床１８の下部から供給される。絞り部
１２の炉壁１４に設けられた二次空気供給口２２から二
次空気が供給されるが、絞り部１２の横断面（水平断
面）が小さく、燃焼ガス流速は砂の平均粒径粒子の終末
速度（２〜８ｍ／ｓ程度）以上と速くなるので未燃ガス
と二次空気の混合の効果が促進される。流動床１８での
砂の粒径は0.2mm乃至0.8程度であり、流動床１８の床面
（砂層上面）から適切な高さだけ離して二次空気供給口
２２が設置されている。即ち、二次空気供給口２２が流
動床１８の床面にあまり近いと、床面から吹き上げられ
た砂が全てフリーボード部１３に移動してしまう。ま
た、流動床１８の床面からあまり離しすぎると火炎が流
動床１８の床面（砂層上面）から離れてしまい未燃ガス
が多くなってしまう。従って、二次空気供給口２２の流
動床１８の床面からの高さは、１乃至５ｍ程度とするこ
とが好ましい。

なお、この場合でも砂の一部は絞り部１２の二次空気供
給口２２まで吹き上がり、その殆どは終末速度を越えて
しまってフリーボード部１３まで吹き上げられる。一
方、絞り部１２から吹き上げられた燃焼ガスは、フリー
ボード部１３の燃焼ガスの出口が１個の場合はフリーボ
ード部１３の横断面（水平断面）のうち絞り部１２の投
影面以外の部分にデットスペースを形成しながら上昇
し、あたかも設計上のフリーボード部横断面より小さい
横断面を燃焼ガス通路とすることになり、設計上の燃焼
ガス流速より実際の燃焼ガスの流速のほうが速くなって
しまい未燃ガスの燃焼に必要な滞留時間を確保できない
という問題や、また流速が速いのでフリーボード部まで
到達した砂の炉外への飛散を生じるという問題がある。

これに対して本実施例の如く、フリーボード部１３の天
井部１５の絞り部１２の投影面以外の端部に燃焼ガス通
路１６，１７の燃焼ガス入口１６ａ，１７ａを左右対称
に設けると、フリーボード部１３内の燃焼ガスは天井部
１５の近傍で左右に分流する。即ち、炉の縦断面方向か
らみた上昇流と下降流からなる２つの対称な旋回流とな
るから｛第１図（ａ）の旋回流Ｂ，Ｃを参照｝、フリー
ボード部１３内に燃焼ガスの流れのないデットスペース
がなくなり、未燃ガスの燃焼に必要な滞留時間を確保で
きる。

また、フリーボード部１３の上部中央部に燃焼ガスの出
口があった場合は、絞り部１２に吹き上げられた砂はそ
の燃焼ガスの流れに乗って炉外に流出してしまうが上記
のように構成することにより、吹き上げられ、上昇した
砂の多くは、フリーボード部１３の天井部１５に当って
落下するので、砂の炉外の流出を減少させることができ
る。

また、絞り部１２から吹き上げられた大部分の砂はフリ
ーボード部１３で減速して高温の砂層をフリーボード部
１３下部に形成し、更に絞り部１２の内壁面に沿って流
動床１８の床面（砂層上面）に沈降する。未燃ガスはこ
の砂の層を通過することにより反応が促進される。

三次空気はフリーボード部１３の天井部１５の燃焼ガス
１６，１７の燃焼ガス入口１６ａ，１７ａの付近から、
三次空気供給口２３を通して下向きに供給されるので、
燃焼ガスは下向きの流れとなり、その結果フリーボード
部１３内で燃焼ガスの循環を誘起する。三次空気は、フ
リボード１３の下部側壁から三次空気供給口２３′を通
して水平又は下向きに更に加えてもよい。更に、この循
環流の下向き流れの作用によって燃焼ガス入口１６ａ，
１７ａから燃焼ガス通路１６，１７への砂の飛散を防止
することにもなる。

また、天井部１５の両端部に左右対称に設けられた燃焼
ガス入口１６ａ，１７ａから、燃焼ガス通路１６，１７
流入した高温の燃焼ガスは、流速を１０ｍ／ｓ以上から
２０ｍ／ｓ以下とする横断面を持つこの対称形に配置さ
れた燃焼ガス通路１６，１７を通って、合流室２５に流
入し、該合流室２５内で略同一流量で対向衝突して、混
合することにより、該合流室２５内で更に燃焼ガス中に
残る未燃分の燃焼が促進される。

第２図は本発明に係る他の流動床燃焼炉の概略構造を示
す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は絞り部内
の二次空気の流れを示す図である。同図において、第１
図と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。
図示するように、本実施例においては、絞り部１２の炉
壁１４に設けられる二次空気供給口２２は、その段数を
２段とし、且つその供給される二次空気流が下向きとな
るように設け、更に供給される二次空気を第２図（ｂ）
に示すように絞り部１２内で回流するように配置する。
即ち、二次空気供給口２２は、下向きで且つ炉横断面の
炉壁１４の接線方向に対して所定の角度をもって設けて
いる。

上記構造の流動床燃焼炉において、流動床１８の砂の温
度を上げたい時は、１段目の二次空気供給口２２から二
次空気を下向きに吹き込み、炎が流動床１８の床面（砂
層上面）近くに形成され、砂の温度を上げる。また、通
常は２段目の二次空気供給口２２からの二次空気を吹き
込む。

なお、この二次空気供給口２２は３段以上設けてもよ
い。

また、例えば排ガス出口２６よりの排ガスを二次空気及
び三次空気として再循環させてもよい。

流動床燃焼炉を上記の如く構成することにより、流動媒
体である砂の温度を上昇させるのに補助バーナを使用す
るとか、燃焼量を増して低空気比にする必要がないか
ら、補助燃料の必要がなく、且つＣＯガスとかＮＨ_３ガ
スといった未燃ガスが発生することもない。

以上、説明したように本発明によれば下記のような優れ
た作用効果が得られる。

絞り部１２での燃焼ガス流速が速くなり（流動媒体の平
均粒径粒子の終末速度以上）、未燃ガスと二次空気との
混合が促進される。

また、流動床１８からの流動媒体は吹き上げられ、フリ
ーボード部１３を上昇するが、フリーボード部１３はそ
の横断面積（水平断面積）が絞り部１２の横断面積より
大きく、流動媒体の終末速度以下のガス流速となるよう
に設計され、更にその最上部に天井部１５があり、且つ
絞り部１２の投影面外の天井部１５に２つ以上の燃焼ガ
ス通路の燃焼ガス入口（実施例では左右２個の燃焼ガス
通路１６，１７の燃焼ガス入口１６ａ，１７ａ）を対称
に設けたので、上昇した燃焼ガスと流動媒体はこの天井
部１５に衝突し、燃焼ガスは対称に配置されたそれぞれ
の燃焼ガス通路に向かって転向するから、この時燃焼ガ
スと同伴した流動媒体は天井部１５で衝突し、上昇する
燃焼ガスから分離される。これにより流動媒体がフリー
ボード部１３の外へ飛散するのを防止する。

また、燃焼ガス通路１６，１７を天井部１５の絞り部１
２の投影面外の部分に２つ以上対称に設け、更に三次空
気供給口２３をそれぞれの燃焼ガス通路１６，１７近傍
及びフリーボード下部側壁に下向き乃至水平に設けるの
で、三次空気は燃焼ガスの流れに対して、水平ではなく
角度を持って吹きこまれるから、燃焼ガスは積極的に乱
流状態で、且つ炉の縦断面方向からみて上昇流と下降流
からなる２つの対称な大きな旋回流を形成するので、フ
リーボード部１３内にデットスペースが生じることな
く、フリーボード部１３の全体で充分な燃焼ガスの滞留
時間が確保される。しかる後、この燃焼ガスは燃焼ガス
通路１６，１７から排出され、その上部の合流室２５で
合流し、互いに衝突するから、燃焼ガス中に残る微量の
未燃ガスもこの合流室２５で完全に燃焼し、完全燃焼し
た燃焼ガスは排ガス出口２６より外部に排出されること
になる。

上記作用効果により、フリーボード部１３の横断面を通
過する燃焼ガスの平均流速を流動媒体の終末速度以下の
流速に保つことができると共に、燃焼効率の優れた流動
床燃焼炉を提供できる。

一方、フリーボード部１３に上昇する燃焼ガスと共に、
吹き上げられた流動媒体は、その大部分がフリーボード
部１３でのガス流速の減速により、分離沈降するが、燃
焼ガスと同伴する一部の流動媒体は天井部１５に衝突
し、分離し、上記旋回流の下降流の作用によって、再び
効果的にフリーボード部１３の下部に沈降する。また、
第２図（ａ）に示すように、絞り部１２に二次空気を下
向に吹き込む二次空気供給口２２を設けると、流動床１
８の流動媒体の温度を上昇させたい場合、炎が燃焼ガス
の流れに乗って上方向に吹き上げられることなく、逆に
流動床１８の床面（砂層上面）に吹き付けられることに
なり、従来の補助バーナの使用や、燃焼量を増して低空
気比にする必要がなくなる。

また、二次空気供給口２２を第２図（ｂ）に示すよう
に、絞り部１２の横断面（水平断面）の接線方向に対し
て所定角度持たせて設けることにより、上記作用は更に
促進される。

産業上の利用可能性以上のように、本発明に係る流動床燃焼炉は、流動床の
直上に流動媒体の平均粒径の粒子の終末速度以上の燃焼
ガス流速となる絞り部を形成し、該絞り部に二次空気供
給口を複数段配置すると共に、その上部に流動媒体の平
均粒径粒子の終末速度以下となるような横断面積を持つ
フリーボード部を形成し、該フリーボード部の天井部の
前記絞り部の投影面以外の部分に燃焼ガス通路の燃焼ガ
ス入口を２個以上設け、該燃焼通路の出口部に該燃焼ガ
ス通路からの燃焼ガスが衝突合流する合流室を設けた構
成とするので、フリーボート部の横断面を通過する燃焼
ガスの平均流速を流動媒体の終末速度以下の流速に保つ
ことができるから燃焼ガスのフリーボート部での滞留時
間を充分確保でき、且前記合流室で燃焼ガス中の微量未
燃ガスが燃焼させるから、燃焼効率の優れた流動床燃焼
炉を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−7779（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−18510（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−175849（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動床の直上に流動媒体の平均粒径粒子の
終末速度以上の燃焼ガス流速となる絞り部を形成し、該
絞り部に二次空気供給口を複数段配置すると共に、その
上部に流動媒体の平均粒径粒子の終末速度以下となる横
断面積を持つフリーボードを形成し、該フリーボード部
の天井部に対する前記絞り部の垂直方向投影面以外の部
分に燃焼ガス通路の燃焼ガス入口を２個以上設けたこと
を特徴とする流動床燃焼炉。
【請求項２】前記燃焼ガス通路近傍及びフリーボード下
部側壁に三次空気供給口を水平又は下向きに設けたこと
を特徴とする請求項１記載の流動床燃焼炉。
【請求項３】前記二次空気供給口は二次空気を下向きに
吹き込むように設けたことを特徴とする請求項１又は２
記載の流動床燃焼炉。
【請求項４】前記絞り部に設けた二次空気供給口が炉横
断面の炉壁の接線方向に対して所定の角度をもって設け
られることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の流
動床燃焼炉。
【請求項５】前記複数の燃焼ガス通路の出口部に該燃焼
ガス通路を通った高温ガスが互いに衝突する合流室を設
けたことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載
の流動床炉。
【請求項６】（追加）前記合流室から燃焼ガスを排出す
る排ガス通路は前記燃焼ガス通路に対して略直角方向に
設けられていることを特徴とする請求項５記載の流動床
炉。