JPH062810A - 流動層燃焼装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】排ガス中の窒素酸化物を増加させることなく、
流動層燃焼装置の流動層内に配設されている伝熱管の摩
耗減肉を抑制する流動層燃焼装置とその運転方法を提供
する。 【構成】流動層内に伝熱管を配設して流動層燃焼を行う
燃焼装置において、伝熱管の表面温度が低い流動層部位
へ供給する燃焼用空気量と石炭量の比、および伝熱管の
表面温度が高い流動層部位へ供給する燃焼用空気量と石
炭量の比を、それぞれ独立して制御する石炭および燃焼
用空気の供給手段を設ける。全燃焼用空気量と石炭量の
比を変化させることなく、表面温度が約５００℃以下の
伝熱管が配設されている流動層部位へ供給する燃焼用空
気量と石炭量の比を、使用する石炭の燃料比に反比例さ
せて増減し流動層燃焼を行う。 【効果】表面温度の低い伝熱管の酸素不足を解消するこ
とができ、酸化皮膜の再生が促進されるので伝熱管の摩
耗減肉を効果的に抑制され、かつ低ＮＯx燃焼が実現で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動層内に熱交換器を
設置した流動層燃焼装置およびその運転方法に係り、特
に流動媒体による流動層内に埋設した伝熱管の摩耗減肉
を軽減することができる流動層燃焼装置およびその運転
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流動層ボイラ等の流動層燃焼装
置においては、石灰、けい砂、石炭灰などを流動媒体と
して、これを流動層底部に設けた風箱から燃焼用空気を
噴出させて流動させると共に、適当な方法で加熱し、そ
の流動層中に石炭等の固体燃料を上部（上込め方式）ま
たは下部（下込め方式）より投入し、流動媒体と混合し
て燃焼させ、流動層中に設置された伝熱管との間で熱交
換を行わせるように構成されている。このように、流動
層燃焼装置では、流動層と伝熱管との熱交換が接触によ
る熱吸収の形で行われるため、伝熱特性に優れ、少ない
伝熱面積であっても所定の熱吸収効果があげ得られると
いう特徴がある。さらに、流動層内の温度は一般のボイ
ラ火炉に比べて、７００〜９００℃と低温であるため
に、サーマルＮＯx（窒素酸化物）の発生が少なく、Ｃa
ＯやＭgＯなどを流動媒体として使用した場合には、Ｓ
Ｏx（イオウ酸化物）の発生も抑制できるという特徴が
ある。なお、従来の代表的な公知例として、例えば特開
昭５８−１９６１１号公報、特開昭６３−２０１４０９
号公報等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
の流動層燃焼装置の流動層内に設置された伝熱管は、流
動媒体によって摩耗減肉され易いという問題があった。
流動層燃焼装置における流動層内の伝熱管の摩耗減肉
は、流動媒体が伝熱管表面に衝突して伝熱管を摩耗させ
る現象であり、伝熱管表面に形成される酸化皮膜の性状
が伝熱管の摩耗に与える影響が大きい。すなわち、表面
温度の高い伝熱管では、厚い酸化皮膜が形成されると共
に、流動媒体が伝熱管に衝突して表面の酸化皮膜が剥離
しても、すぐに酸化皮膜が再生されるため、伝熱管の減
肉は無視できる程度である。一方、表面温度がほぼ５０
０℃以下の伝熱管では、流動媒体の摩耗に対して保護的
な役目をする酸化皮膜の形成が不十分であり、酸化皮膜
の厚さが薄い。このため、流動媒体の衝突により酸化皮
膜がいったん剥離されると、伝熱管の表面が露出され易
くなる。特に、燃料比（固定炭素／揮発分）の低い低燃
料比の石炭を流動層燃焼させる場合には、揮発分が多い
ために流動層内における燃焼割合が多くなるので、揮発
分の少ない高燃料比の石炭を燃焼させる場合に比べて流
動層内の酸素濃度は低くなる。このため、表面温度の低
い伝熱管では、流動媒体の衝突により剥離された酸化皮
膜の再生がなされないまま、流動媒体は伝熱管に直接衝
突するようになり燃料比の高い石炭を燃焼させた場合に
比べて伝熱管の減肉が大きくなる。例えば、燃料比が
１．０前後の石炭を流動層燃焼をした場合の伝熱管の摩
耗減肉量は、燃料比が２．０前後の石炭の場合に比べ５
〜１０倍に急増する。なお、石炭の燃料比と伝熱管の摩
耗減肉量の関係を図４に示す。上記の伝熱管の減肉の問
題を回避する方法としては、低燃料比の石炭を燃焼させ
る場合に、流動層内に供給する空気量対石炭量の比を大
きくして、酸素リッチとすることにより流動層内の酸素
濃度の低下を抑制する方法が考えられるが、この場合に
は排ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）が増大するという問
題があった。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、排ガス中の窒素酸化物を増加させることなく、
流動層燃焼装置の流動層内に設置されている伝熱管の摩
耗減肉を防止するのに好適な流動層燃焼装置およびその
運転方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明の流動層燃焼装置の流動層内に設け
る伝熱管において、例えば表面温度がほぼ５００℃以下
の低温の伝熱管が設置されている部位への燃焼用空気供
給量と、例えば表面温度がほぼ５００℃以上の高温の伝
熱管が設置されている部位への燃焼用空気供給量を、そ
れぞれ独立して制御できる石炭および燃焼用空気の供給
手段を設け、さらに表面温度がほぼ５００℃以下の伝熱
管が設置されている部位への燃焼用空気供給量と石炭供
給量の比を、石炭の燃料比（固定炭素／揮発分の比）に
反比例させて増減すると共に、流動層内に供給するトー
タルの燃焼用空気供給量および石炭供給量の比を、ほぼ
一定とする制御を行い、低ＮＯx燃焼を実現するもので
ある。

【０００６】

【作用】表面温度がほぼ５００℃以上の高温の伝熱管表
面には、流動媒体の摩耗に対して保護的な作用をする酸
化皮膜が厚く形成されているために、低燃料比の石炭を
燃焼させた場合においても摩耗による減肉作用は小さ
い。一方、表面温度がほぼ５００℃以下の低温の伝熱管
では低燃料比の石炭が供給された場合には、揮発分が多
いので流動層内での燃焼割合が増加するため、伝熱管表
面の皮膜を再生するための必要な酸素濃度以下となる。
そこで、流動層燃焼に使用する石炭の燃料比の変化によ
って、それぞれの流動層への空気供給量と石炭供給量の
割合を増減させる（燃料比の低下と共に、空気供給量／
石炭供給量の比を増加させる）ことによって、伝熱管表
面での酸素不足を解消することができる。その結果、伝
熱管表面への酸化皮膜の再生が促進され、流動媒体の伝
熱管表面への衝突による摩耗減肉を防止することができ
る。他方、表面温度がほぼ５００℃以上となる伝熱管を
設けた流動層への空気供給量／石炭供給量の比は、上記
と反対に低下させ、流動層燃焼装置全体での空気供給量
および石炭供給量の比は、低ＮＯx燃焼を達成するため
の所定の比となるように制御することにより、排ガス中
の窒素酸化物の増加を抑制することができる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図１は、本発明の流動層燃焼装
置の流動層部の構成の一例を示す断面図である。図１に
おいて、流動層２には表面温度が約５００℃以下となる
伝熱管群３と、表面温度が約５００℃以上となる伝熱管
群４が設置されている。燃焼用空気９は、表面温度が約
５００℃以下となる伝熱管群２の下部に設けられている
第１の空気室６と、表面温度が約５００℃以上の伝熱管
群３の下部に設けられている第２の空気室７へ分岐して
供給されるようになっており、それぞれの空気室に供給
される空気量は流量コントロールバルブ１０によって制
御されている。おのおのの空気室に供給された燃焼用空
気９は、多孔板５を経て、流動媒体が充填してある流動
層２内に供給される。一方、石炭１１は、石炭供給管８
によって流動層２内に供給され、流動媒体と混合撹拌し
ながら燃焼し、発生した熱は流動層２内に配置された流
動層２内の伝熱管群３、４において熱回収されて、蒸気
または温水として回収される。図２は、図１に示した実
施例の運転方法の説明図である。すなわち、表面温度が
約５００℃以下となる伝熱管群３の下部へ供給する空気
量と石炭量の比ａは、供給石炭の燃料比が低下するにし
たがい増加させる。一方、表面温度が約５００℃以上と
なる伝熱管群４の下部へ供給する空気量と石炭量の比ｂ
は、ａの増加とともに低下させ、全体の空気量と石炭量
の比ｃは、使用石炭の燃料比が変化しても低ＮＯx燃焼
が達成できるように、常にほぼ一定の値となるように運
転制御する。これにより、流動層２内に供給する石炭と
燃焼用空気比を、石炭の燃料比によって変化させること
なく一定とする。すなわち、窒素酸化物を増加させるこ
となく伝熱管の摩耗減肉を防止することが可能となる。
図３は、表面温度が約５００℃以下となる伝熱管群３
と、表面温度が約５００℃以上となる伝熱管群４が、異
なる流動層燃焼炉に設置された場合の実施例であるが、
燃焼用空気の流動層燃焼炉内への供給方法および運転方
法は、図１で示した実施例とほぼ同様である。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、燃料比の種々異なる多
種の石炭を使用しても、流動層燃焼装置の流動層内に配
設されている表面温度の低い伝熱管群の酸素不足を解消
することができ、酸化皮膜の再生がはかられるので、流
動媒体の伝熱管表面への衝突による摩耗減肉を効果的に
防止することができる。一方、全体としての燃焼用空気
量と石炭量の比は所定の燃焼比とするため低ＮＯx燃焼
が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で例示した流動層燃焼装置の流
動層部の断面構造を示す模式図。

【図２】図１の流動層燃焼装置の運転方法を示す説明
図。

【図３】本発明の他の実施例を示す流動層燃焼装置の流
動層部の断面構造を示す模式図。

【図４】表面温度が５００℃以下の伝熱管に対する低燃
料比石炭と高燃料比石炭の流動層燃焼における伝熱管の
摩耗減肉量と時間の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…流動層炉本体 ２…流動層 ３…表面温度が約５００℃以下となる伝熱管群 ４…表面温度が約５００℃以上となる伝熱管群 ５…多孔板 ６…第１の空気室 ７…第２の空気室 ８…石炭供給管 ９…燃焼用空気 １０…流量コントロールバルブ １１…石炭

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流動層内に伝熱管を配設し流動層燃焼させ
   て熱交換を行う流動層燃焼装置において、伝熱管の表面
   温度が低い流動層部位へ供給する燃焼用空気量と石炭量
   の比、および伝熱管の表面温度が高い流動層部位へ供給
   する燃焼用空気量と石炭量の比を、それぞれ独立して制
   御する石炭および燃焼用空気の供給手段を備えたことを
   特徴とする流動層燃焼装置。
2. 【請求項２】請求項１において、表面温度の低い伝熱管
   はほぼ５００℃以下であり、表面温度の高い伝熱管はほ
   ぼ５００℃以上であることを特徴とする流動層燃焼装
   置。
3. 【請求項３】流動層内に伝熱管を配設し流動層燃焼させ
   て熱交換を行う流動層燃焼装置の運転方法において、流
   動層内に供給する全燃焼用空気量と石炭量の比を変化さ
   せることなく、表面温度がほぼ５００℃以下の伝熱管が
   配設されている流動層部位へ供給する燃焼用空気量と石
   炭量の比を、使用する石炭の固定炭素に対する揮発分の
   比、すなわち石炭の燃料比に反比例させて増減し流動層
   燃焼を行うことを特徴とする流動層燃焼装置の運転方
   法。