JPH064173Y2 - 流動床燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は流動床改質炉や流動床ボイラなどの流動床中で
燃料を燃焼させて熱を吸収する流動床燃焼装置に係り、
特に流動床燃焼装置の流動床から持ち去られる燃焼ガス
の保有熱量を有効に回収でき、かつ、流動媒体の装置外
への飛び出し排出を防止しうると共に、排出防止部材の
目詰まりを防止して安定した運転が行えるようにした流
動床燃焼装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、流動床燃焼装置としての流動床改質炉や流動
床ボイラでは、流動室の下部のガス分散板から噴き上げ
られるガスによって流動媒体を流動化させて流動床を形
成し、流動床中に供給される燃料の燃焼によって加熱さ
れた流動床と流動室内に配される触媒管やボイラチュー
ブなどの伝熱管とを接触させて流動床により伝熱管を加
熱し、改質作用や蒸気発生作用を行わせている。

［考案が解決しようとする課題］ 流動床燃焼装置として、例えば、流動床改質炉において
は、流動床内で加熱用燃料ガスを燃焼させてその熱量を
触媒管に与えて触媒管内で炭化水素系燃料を水蒸気を添
加して改質するのであるが、流動床高さが例えば４００
〜５００mmと低い場合、しかも流動床の温度を改質に適
した温度の例えば８００℃前後としたような場合には、
前記燃料ガスが流動床表面近傍で急激に燃焼し、また一
部の燃料ガスは上部空間で燃焼する。このため、燃焼排
ガス温度が例えば９００℃となり、この温度と前記流動
床の温度の差の１００℃分の熱量が改質作用に利用され
ずに改質炉から排出され熱損失をまねいている。また、
流動床ボイラであっても流動床で燃焼される燃料がガス
燃料である場合はもとより、石炭である場合でもその微
粉分が上記と同様に流動床表面近傍や上部空間で燃焼さ
れる傾向が強く、上記と同様の現象を呈している。

一方、このような流動床燃焼においては流動媒体の一部
が燃焼排ガスに同伴して炉外へ飛び出すという現象が必
ず生じる。これを防ぐため上部空間（空塔部）の高さを
充分とると装置が大きくなるし、上部空間高さを低くす
ると飛び出し粒子を捕捉する手段を別途設ける必要があ
る。

なお、従来から、例えばガスバーナを有する加熱炉の排
ガス出口にセラミツクフォーム（セラミツク多孔体）を
設けることにより、セラミツクフォームに排ガスの持つ
熱量を吸収させ、高温になった炉側表面からの放射熱を
被加熱物の加熱に利用することが知られている（例え
ば、省エネルギー、Vol.35 No.13 1983の３９〜４５
頁、財団法人省エネルギーセンター発行）。

しかし、流動媒体を流動化させて燃料を燃焼する流動床
燃焼装置においては、流動媒体の一部が上部空間に飛び
出してセラミツク多孔体の開孔に付着して目詰まりを生
じ、燃焼ガスの排出に支障をきたし、燃焼装置の運転が
円滑に行えないという問題点もある。

本考案は以上のような流動床燃焼装置の有する特有な問
題点に鑑みてなされたものであり、流動床特有の燃料の
燃焼現象による損失熱量を低減させて熱効率を高めると
共に、流動媒体の飛び出しを防止することができ、か
つ、目詰まり防止を行えて円滑な運転が行えるようにし
た流動床燃焼装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本考案の流動床燃焼装置
は、流動室の下部にガス分散板を備え、このガス分散板
上で流動媒体を流動化させて流動床を形成し流動床中で
燃料を燃焼させる流動床燃焼装置において、前記流動室
の燃焼ガス排出口に排出口を横断して多孔質セラミック
体を取付け、この多孔質セラミック体の取付部よりも燃
焼ガスの流れ方向下流側の燃焼ガス排出ダクトをダクト
を横断する方向に複数個に分割し、この分割した部屋に
それぞれ弁を設け、この分割した部屋に前記弁と多孔質
セラミック体との間で多孔質セラミック体逆洗用のガス
供給ノズルをそれぞれ設けた構成としたものである。

［作用］ 流動床で燃焼された排ガスは流動床よりも上部の空塔部
を通って流動室排出口へと流れ、この排出口に設けられ
た多孔質セラミック体中の無数の微細な空隙をぬって通
過して排出ダクトに排出される。この時、排ガスはこの
多孔質セラミック体に熱を与え、これにより多孔質セラ
ミック体は放射熱を発し、これが流動媒体へ吸収され、
改質炉の改質作用やボイラの蒸気発生に有効に利用され
る。

また、流動媒体の排出口からの飛び出しがこの多孔質セ
ラミック体によって防がれ、流動媒体量が変化すること
なく安定した流動床燃焼が行われる。そして、このよう
な運転中に、多孔質セラミック体設置位置よりも下流側
の排出ダクトに複数個分割して設けられた各々の部屋の
弁操作を行うことにより、すなわち、ある部屋の弁を開
いて排ガスを排出ダクトに排出させつつ、別の部屋の弁
は閉じて逆洗用ガスをガスノズルから噴出させることに
よりその弁の位置する部分の多孔質セラミック体に流動
室の反対側から流動室の空塔部に向けて逆洗ガスが流さ
れ、セラミツク体に付着した流動媒体などが分離されて
セラミツク体の目詰まりが防止される。この動作が各々
の分割された部屋について順次行われて安定した連続運
転が行われる。

［実施例］ つぎに図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本考案の実施例に係る流動床燃焼装置としての
流動床改質炉の縦断面図、第２図は第１図のII〜II線矢
視平面図で燃焼ガス排出部を示すものであり、第３図は
第２図のIII〜III線矢視断面図である。

符号１０は改質炉体であり、その内部の底部にはガス分
散板１２がこの炉内部を横断するように設置され、ガス
分散板１２の下部には燃焼室１４が区画形成されてい
る。この燃焼室１４の炉壁にはガスバーナ１６が設置さ
れ、このバーナ１６には図示を省略したガス燃料管と空
気供給管が接続されている。ガス分散板１２の上方には
流動室１７が形成され、この流動室１７内には触媒管１
８が水平状態で上下方向と水平方向にわたって多数配設
されており、本実施例では上下方向に４段になるように
設置されており、かつ上下方向に千鳥配列となるように
設置されている。符号Ｆは砂などの小粒径の流動媒体に
よって形成される流動床を示し、符号１７ａは流動床Ｆ
上部のフリーボード（空塔部）である。触媒管１８内に
は都市ガスなどの炭化水素系燃料と水蒸気が供給され
る。流動室１７の上方には排ガス排出口３０が設けられ
ている。

ガス分散板１２は、上下方向に間隔をおいて上部仕切板
１２ａと下部仕切板１２ｂとが炉体１０を横断して配置
され、前記間隔部はガス燃料供給通路４１を構成し、前
記上下の仕切板１２ａ，１２ｂを上下方向に貫通してガ
スノズル４０が固着されて形成され、このガスノズル４
０のガス燃料供給通路４１に位置する部分の壁面にはガ
ス燃料導入孔４０ａが設けられている。このガスノズル
４０の下端は前記燃焼室１４に開口されており、その上
部には燃焼室１４で燃焼した燃焼ガスや前記ガス燃料導
入孔４０ａから流入したガス燃料を流動室１７内へ噴出
する吹出孔４０ｂが設けられ、その上端にはこの吹出孔
４０ｂへの流動媒体の侵入を阻止するための蓋体４０ｃ
が取付けられている。また、前記ガス燃料供給通路４１
に通ずる炉体１０壁にはガス燃料供給口４１ａが設けら
れている。

前記排ガス排出口３０部には排出口を横断して多孔質セ
ラミック体２０が設けられ、さらにこのセラミツク体２
０の流動室１７側の表面および炉体１０の内壁面、すな
わち流動室１７の触媒管１８設置高さより上方の炉壁内
面には図中破線で示すように放射率の高いコーティング
材２１が塗布されている。

前記多孔質セラミック体２０としては、空孔率が８５〜
９０％で高温耐熱性および高放射率（０．７５〜０．
８）を有し、厚みが５０mm程度のものが好適である。さ
らに、前記コーティング材２１としては、耐熱性、耐食
性を有し２００〜７００℃の高温度でセラミツク化して
高い放射率（０．９）を有しポリマーを主成分とする塗
料〔例えば宇部興産（株）製チラノコート（登録商
標）〕が好適である。また、前記多孔質セラミック体２
０はその開孔径が流動媒体の粒径（０．３〜１．０mm）
よりも小さいものが好ましい。

そして、多孔質セラミック体２０取付部よりもガス流下
流側の燃焼ガス排出ダクト３１内にはダクトの横断面を
２分割するようにガス流に沿う方向に分散板３２が前記
セラミツク体２０の表面から所定距離延在して設けられ
ており、この部分のダクト３１には２つの部屋３３，３
３が形成されている。そして各々の部屋３３には弁３４
が弁軸３５によって回動自在に設けられている。各々の
部屋３３の弁軸３５はそれぞれ、排出ダクト３１の外壁
面と前記分割板３２との間に軸受３６で軸支され、弁軸
３５の排出ダクト３１の外面側の軸端には駆動レバー３
６が設けられて図示を省略したエアシリンダなどの駆動
源と連結され各々の部屋の弁３４はそれぞれ独立して開
閉が行えるように構成されている。なお、両部屋３３の
弁軸３５は上下方向にややずらせた位置にある。

また、この両方の部屋３３には弁軸３５と多孔質セラミ
ック体２０との間において各々の部屋３３には多孔質セ
ラミック体２０の逆洗用ガスを供給するガスノズル３７
が設けられており、このガスノズル３７には図示を省略
した圧縮空気パイプが接続されている。

このように構成された流動床改質炉の作動を説明する。

都市ガスなどのガス燃料と空気をガスバーナ１６へ供給
し、ガス燃料を燃焼室１４で燃焼させてガスノズル４０
から燃焼ガスを流動室１７内へ導くと共に燃料の一部は
ガス分散板１２のガス燃料供給通路４１にも燃料供給口
４１ａを介して導きガスノズル４０の導入孔４０ａから
内部へ導入されて流動室１７内へ供給される。そして、
この燃料ガスの流動室１７への導入によって、流動室１
７内に充填された流動媒体は流動化されて加熱されて流
動床Ｆを形成する。同時に流動床Ｆ内には全体にわたっ
て前記ガス燃料がゆき渡って燃焼され、流動床Ｆ全体が
一層均等に加熱される。このようにして加熱された流動
床Ｆと触媒管１８との接触により触媒管１８内に充填さ
れたバナジウムやニッケル系の触媒中を通過する都市ガ
スなどの炭化水素系燃料が蒸気を添加された状態で流動
床Ｆから熱を均等に吸収して次第に分解して水素と一酸
化炭素濃度の高いガスに改質されて触媒管１８から取出
され、水素は燃料電池へ供給される。

そして、流動床Ｆで燃焼した排ガスは空塔部１７ａから
排ガス排出口３０へと流れ、ここに設置された多孔質セ
ラミック体２０を通過して排出ダクト３１内へ流入す
る。この過程において、多孔質セラミック体２０は排ガ
スの熱によって加熱されて放射熱を主に上流方向（流動
床Ｆ側）に発生し、この熱は流動媒体に吸収されて流動
媒体が加熱され改質に利用される。

このように燃焼ガス排出口３０に多孔質セラミック体２
０を設けた改質炉において、流動床Ｆの温度を８００℃
で運転し、フリーボード（１７ａ）部での燃焼により多
孔質セラミック体２０入口の燃焼ガスが９００℃になっ
た場合、多孔質セラミック体２０出口の燃焼ガス温度は
約８１０℃であり、多孔質セラミック体２０の表面に高
放射率を有するコンティング材２１として前記のチラノ
コートを塗布した場合、約８００℃となり、流動床Ｆの
温度に近い温度まで排ガス温度を下げることができた。
この場合、理論的にはコーティング材としてのチラノコ
ートの放射率ε１≒０．９と多孔質セラミック体２０の
放射率ε１≒０．７５の差だけ次式に基づく放射熱量Ｑ
の差が生じる。

ただし、Ｑ；熱量（Kca/hr） t₁；壁面温度（℃）、 t₂；流動媒体温度（℃）、 Ａ；面積(m²)、 ε２；流動媒体の放射率 一方、運転中に流動媒体の一部が燃焼排ガスに同伴され
て上方へ飛散し、排ガス排出口３０から飛び出ようとす
ると排出口３０に設けられたこの多孔質セラミック体２
０によって飛び出し粒子が捕捉されるのでここで飛び出
しが防止され、流動媒体は流動室１７から炉外へ排出さ
れることなく、流動媒体の損失が防止される。そして、
前記のように多孔質セラミック体２０で捕捉された粒子
は、図示したように、２分割された各々の部屋３３に設
けられた弁３４の一方を開いたままの状態で排ガスを排
出ダクト３１に流し（第３図中、左側の部屋３３の状
態）、もう一方の弁３４を閉じ弁３４と多孔質セラミッ
ク体２０の間の空間をほぼ密閉状態として（第３図中、
右側の部屋３３の状態）逆洗用のガスをガスノズル３７
から供給することによりこの閉じた部屋３３に位置する
多孔質セラミック体２０を逆洗することにより多孔質セ
ラミック体２０から分離される。なお、第３図において
破線の矢印は逆洗空気の流れを示す。分離された粒子は
流動床Ｆ中に落下する。つぎに、今逆洗した部屋３３の
弁３４を開き、排ガス排出中であった部屋３３の弁３４
を閉じてそこに位置する多孔質セラミック体２０の逆洗
動作を行う。以下、運転中にこのような切替え逆洗動作
を定期的に、あるいは連続して行うことにより、多孔質
セラミック体２０が目詰まりすることなく安定して円滑
に運転が行われる。勿論、通常運転中は両方の弁３４を
開いた状態とし、逆洗作動時のみ交互に弁３４の開閉を
行うようにすることもできる。

このように流動媒体の流動室１７からの排出が効果的に
防止されて流動室１７内で常に安定した流動化が行われ
連続して安定した燃焼作用が行われると共に捕集のため
の手段が別個に必要でなくなる。また、このため流動室
１７も大きくならず、燃焼装置を小さくすることが可能
である。

以上の実施例では流動床燃焼装置が流動床改質炉である
場合について説明したが、本考案は流動床ボイラにも適
用することができ、同様な効果を呈することができる。

［考案の効果］ 本考案は以上詳述したように構成されているので、流動
床から排出される燃焼排ガスの熱量を多孔質セラミック
体により吸収して放射させてその放射熱を流動媒体に吸
収させることができ、同時に、燃焼排ガスに同伴して排
出口から排出されようとする流動媒体を捕捉して装置外
へ飛び出しを防止でき、かつ、捕捉された粒子は多孔質
セラミック体の逆洗動作によって多孔質セラミック体の
目詰まりを防止することができるので、燃焼効率の向上
が計れると同時に流動媒体の量の変動を抑えて安定した
流動化が行え、安定した燃焼状態を維持して連続して円
滑な運転が行える。そして、流動媒体飛散防止のため、
流動室を大きくしたり、別個に流動媒体の捕捉手段を設
ける必要がなく装置を全体的に簡単に構成することがで
き、流動床燃焼特有の問題を効果的に解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す流動床改質炉の縦断面
図、第２図は第１図のII−II線矢視断面図であり燃焼ガ
ス排出部を示す図、第３図は第２図のIII−III線矢視断
面図である。 １０……改質炉体、１２……ガス分散板、１６……ガス
バーナ、１７……流動室、１７ａ……空塔部、１８……
触媒管、２０……多孔質セラミック体、２１……コーテ
ィング材、３０……排ガス排出口、３１……排出ダク
ト、３２……分割板、３３……分割部屋、３４……弁、
３５……弁軸、３７……ガスノズル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】流動室の下部にガス分散板を備え、このガ
   ス分散板上で流動媒体を流動化させて流動床を形成し流
   動床中で燃料を燃焼させる流動床燃焼装置において、前
   記流動室の燃焼ガス排出口に排出口を横断して多孔質セ
   ラミック体を取付け、この多孔質セラミック体の取付部
   よりも燃焼ガスの流れ方向下流側の燃焼ガス排出ダクト
   をダクトを横断する方向に複数個に分割し、この分割し
   た部屋にそれぞれ弁を設け、この分割した部屋に前記弁
   と多孔質セラミック体との間で多孔質セラミック体逆洗
   用のガス供給ノズルをそれぞれ設けたことを特徴とする
   流動床燃焼装置。