JPS5843644B2 - 多段流動層式燃焼方法およびそれを実施する多段流動層式燃焼炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石灰石粒子をベッド材（流動媒体）の一部とす
る流動層を上下２段形成し、上部流動層にて脱硫処理を
行うと共に生成されるカルシウム塩類を下部流動層へ流
下せしめてこれを還元媒体として脱硝処理を行うことが
できる多段流動層式燃焼方法およびそれを実施する多段
流動層式燃焼炉に関する。

近年、石灰を燃料とする流動化（層）燃焼方法を採用す
るボイラ等が注目され且つ開発されつつあるが、ＮＯｘ
、ＳＯｘの大幅な低減が必要とされている。

この目的を達成するためベッド材（流動媒体）として石
灰石を用いカルシウム塩類の硫黄酸化物に対する吸収剤
としての作用と窒素酸化物に対する触媒としての作用を
利用してＮＯｘ 、ＳＯｘ を低減させることが提案
されている。

そしてこれを実施する装置として単一の流動層を形成す
る炉を用いることも知られている。

しかしながら、現実の環境基準を考慮すると、決して満
足できるものではない。

この原因はＮＯｘは還元雰囲気で最も効果的に抑制され
るのに対し脱硫反応は酸化雰囲気でのみ進行するという
相反する条件を必要とするにもかかわらず、単一流動層
では、ひとつの反応帯でＮＯｘ、ＳＯｘの両者を同時に
抑制ルようとしているためである。

この炉は下部に脱硝域を上部に脱硫域を形成する石灰石
をベッド材とする流動層形成部を２段有するもので、こ
の炉を採用することにより各流動層をそれぞれの反応に
適した条件に設定できるので脱硫脱硝効果を飛躍的に向
上せしめることができる。

ところで、この多段流動層式燃焼炉で脱硫脱硝釦よびサ
ーマルＮＯｘの生成抑制効果を得るには次の点が重要な
要件となる。

１、下部流動層は還元雰囲気、上部流動層は酸化雰囲気
となるように上下の流動層に燃焼用空気を分配し供給す
る。

２、脱硝触媒として用いるカルシウム塩類（ＣａＯＣａ
ＳＯ３、Ｃａ５０４）を脱硫域である上部流動層から脱
硝域を形成する下部流動層に確実に供給すること。

３、脱硝域からの還元性ガスを全量上部流動層を通過さ
せ２次燃焼空気によって残存する未燃分を燃焼させると
同時に脱硫すること。

４、上部流動層で生成する一部のサーマルＮＯｘを抑制
すること。

本発明は上記の要件を満足させる多段流動層式燃焼方法
及びその燃焼炉を提供することを目的としたものである
。

以下に本発明の好適一実施例に基づいて詳述する。

第１図及び第２図に示す如く燃焼炉８内には下方から上
方へ風箱９、散気板１０、下部乃至−次流動層形成部１
１、仕切手段１２、上部乃至二次流動層形成部１３及び
フリーボード１４が順に設置され、下部流動層形成部１
１、上部流動層形成部１３とフリーボード１４内には伝
熱管１５が夫夫設けられている。

炉８の下部に形成される下部乃至−次流動層形成部１１
には散気板１０が設けられると共に石灰等の燃料Ｃを導
入するための供給管１６が設けられている。

炉８の上部に形成される上部乃至二次流動層形成部１３
には石灰石Ｓを導入するための供給管１７が設けられて
いる。

また仕切手段１２は下部の一次流動層形成部１１と上部
の二次流動層形成部１３とを仕切るものである。

その構造は、仕切板２３にガス通路である連通孔２４を
複数個設け、その各連通孔２４の中心に二次空気口と再
循環排ガス供給口を兼ねた噴出口２５を同軸に配置し、
各噴出口２５を供給管２６に設置し、各供給管をヘッダ
２７に取り付け、そのヘッダ２７には弁の開閉を任意に
設定できる電動弁（またはロータリバルブ）１８が取り
付けられ、排ガス用ブースタ１９及び主送風機２０から
の再循環排ガスと燃焼用空気（二次空気）を炉８内の二
次流動層形成部１３へ導入するように構成されてかり、
これらの再循環排ガスや燃焼用空気の供給量を調節する
ことにより上部に形成された二次流動層形成部１３のベ
ッド材Ｍを一次流動層形成部１１へその流量を制御しつ
つ落下し得るように構成されている。

具体的には この二次流動層形成部１３よりその流量を
制御しつつベッド材Ｍを落下させ、また、これを停止さ
せるためには、ロータリバルブ２８の開度を増大させる
ことにより再循環排ガスＧや二次空気Ｅの供給量を増加
して連通孔２４の上方に放出される出口ガス流速Ｕｇを
ベッド材Ｍの終速度Ｕｔ以上に加速できるように構成す
ると共に、ロータリバルブ２８の開度を減少させて或い
はこれを閉じることにより出口ガス流速Ｕｇが終速度Ｕ
ｔ以下となるように構成する。

すなわち、上記した如く構成することにより上方へ放出
される出口ガス流速Ｕｇとベッド材Ｍの終速度Ｕｔ と
の間に第４図に示す如き速度変化が得られ、Ｕｇ ）
Ｕ ｔ の条件でベッド材Ｍの流下を停止でき、また
Ｕｇ＜Ｕｔ の条件において再循環排ガスＧ等の供給量
を増減することによりベッド材Ｍの落下を可能ならしめ
且つその流量を増減させることができる。

主送風機２０からの燃焼用空気は風箱９にも送らへ散気
板１０を通って一次流動層形成部１１に導入され、燃焼
に用いられると共に流動化を促進する。

昔た、炉８の排ガスはサイクロン２１を通って排気され
るが、サイクロン２１を出た排ガスの一部は排ガス用ブ
ースタ１９へ送られ、このブースタ１９の働きで電動弁
１８を介して仕切手段１２に供給されて、炉８内を再循
環する。

尚、散気板１０にはベッド材搬出管２２の一端が取り付
けられてかり、−次流動層形成部１１のベッド材Ｍを炉
８外へ搬出するようになっている。

上記の如く構成されたものに釦いて、あらかじめ所定の
石灰石粒子を一次、二次の流動層形成部１１．１３に供
給しておく。

次いで主送風機２０を作動させて燃焼用空気を散気板１
０から均等に供給し、−次流動層を形成させ、層内温度
を着火用バーナ２３で石炭の着火程度以上に昇温させて
むき、燃料供給管１６から石炭を散気板上に供給し流動
化燃焼を実施する。

このとき、−次流動層形成部１１にかいて空気不足の条
件で燃料（石炭）Ｃを燃焼させると、この−次流動層内
はＣＯを含む還元性ガスの雰囲気となり、−次流動層で
生成するＮＯがベッド材ＭでＣａＯならびに一部のＣａ
ＳＯ４を触媒とするＣＯの接触還元反応によって除去さ
れる。

次に、−次流動層でＮＯｘが除去された排ガスは仕切装
置１２の連通孔２４を通つ゛て上部に形成された二次流
動層に入る。

この二次流動層を形成する二次流動層形成部１３には電
動弁１８及びヘッダ２γを介して主送風機２０から燃焼
用空気が供給されているため、排ガス中の未燃焼ガスは
二次流動層内形成部１３で燃焼し、フリーボード１４を
経て炉出口に至る１でに完全燃焼する。

このとき、二次流動層で生成し貯留するＳＯ２。

ＳＯ３はベッド材Ｍである石灰石Ｓと接触反応してＣａ
ＳＯ３ｔｃａｓＯ４に転化されて脱硫処理がなされると
共に生成されたＣａＳＯ３ｔＣａＳＯ４は未反応のＣａ
Ｏと共にベッド材Ｍとして堆積する。

このベッド材Ｍは仕切装置１２の連通孔２４より下部に
形成される一次流動層へ落下導入され、−次流動層のベ
ッド材Ｍとなる。

この際、再循環排ガスＧや二次空気Ｅの供給量を増大さ
せて連通孔２４の出口ガス流速Ｕｇをベッド材Ｍの終速
度Ｕｔ より大きくすることによりベッド材Ｍの落下を
停止でき、また逆に、再循環排ガスＧ等の供給量を減少
させて連通孔２４の出口ガス流速Ｕｇをベッド材Ｍの終
速度Ｕｔよりも小占くすることによりベッド材Ｍを落下
させることができ、しかもその落下流量を増減させるこ
とができる。

そして、−次流動層のベッド材Ｍはベッド材搬出管２２
から炉８へ搬出されて、−次及び二次の流動層のレベル
を一定に保持する。

このようにＮＯｘ とＳＯｘがともに除去された排ガス
はフリーボード１４を経て炉８外のサイクロン２１に導
かれ、ここで一部の未燃粒子及び灰分が分離されてクリ
ーンガスとして放出される。

この放出されるガスの一部は排ガス用ブースタ１９によ
り炉８内へ戻され、二次流動層のベッド材を一次流動層
に落下させるためのがスならびに二次流動層内で生成さ
れるサーマルＮ０ｘＯ生成抑制に用いられる。

以上の工程及び反応を繰り返させることにより、脱硝及
び脱硫を効果的に行なうことができる。

第５図及び第６図は本発明の他の実施例で、ゴツト材Ｍ
を強制的に落下させるようにしたものである。

この仕切板２９にはガス通路である排ガス連通孔３０が
設けられ、そのうちの幾つかの連通孔３０（図中では１
個）内にはベッド材Ｍ落下用の空気或いは再循環排ガス
Ｈを間欠乃至周期的に噴射できるように電動弁３１の接
続された再循環排ガス供給口である噴射口３２が下向き
に設置される。

また、仕切板２９内には複数の供給管３３が挿入され、
その各々に二次空気口である上向きの噴射口３４が連通
孔３３と千鳥状の配列で設けられ、二次空気Ｅならびに
再循環排ガスＨを上部の二次流動層形成部１３へ供給す
るようになっている。

この仕切板２９でベッド材Ｍを落下させるには、電動弁
３１を作動し、噴射口３２から空気或いは再循環排ガス
Ｈを下方へ間欠例えば周期的に噴射することにより、こ
の連通孔３０内を一次流動層から二次流動層に向けて上
昇してくる排ガス流に抗してこの連通孔３０に釦けるベ
ッド材の落下を強制することができる。

捷たベッド材の落下流量を増減するには再循環排ガスＨ
の供給量を増減することによりこの噴射流速を変えるよ
うにする。

すなわち、本実施例にあっては、前記実施例とその制御
方法は逆であり再循環排ガスＨの供給量を増大して下方
への噴射流速を高めることによりベッド材の落下流量を
増大せしめることができ、また、噴射流速を低くするこ
とによりベッド材の落下流量を減少させることができる
。

従って、以上の如き仕切板２３．２９からなる仕切装置
１２によればガスを通過させるほかに、空気や再循環排
ガスの供給により二次流動層形成部１３０ベツド材Ｍを
下部の一次流動層形成部１１へ落下させることができる
ことになる。

また、本発明の仕切板は以上の実施例で明らかなように
、外部から供給されるガス（燃焼空気並びに炉排ガス）
噴出口が仕切板に内蔵して設けられているために、仕切
板の自己冷却が可能で、内部のガス流路等の部材の過熱
を防止できる構造になっている。

尚、本発明は石炭焚きの装置例として主に説明したが、
これに限らず重油、ガス等の燃料を燃焼させる場合にも
採用し得ることができる。

以上の如く本発明によれば、次の如き効果を発揮する。

（１）上部流動層で生成するカルシウム塩類を周期的に
寸たは連続的に流量制御をしつつ確実に下部流動層に導
き還元触媒として利用することができるので、下部流動
層形成部で安定した脱硝効果を期待できる。

（２下部流動層形成部の燃焼ガスを全量上部流動層を通
過させベッド材である石灰石と接触させることかできる
ので燃焼ガスの脱硫処理を確実に行なうことができる。

（３）上部流動層に選択的に炉排ガスを供給することが
できるので上部流動層形成部でのサーマルＮＯｘの生成
を抑制することができる。

（４）仕切手段（装置）に外部から供給されるガス供給
口が内蔵されているために、仕切手段（装置）の過熱防
止ができ、耐久性が高められる。

（０炉排ガスの供給量を増減することにより上部流動層
の温度を脱硫処理に適した温度に制御でき、より脱硫効
果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略側断面図、第２図
は第１図の仕切装置の具体的装置例を示す平面図、第３
図は第２図のＡ−Ａ矢視側断面図、第４図は第２図及び
第３図に示す如き仕切装置の作動原理を示すグラフ、第
５図は他の仕切装置の具体的装置を示す平面図、第６図
は第５図のＢ−Ｂ矢視側断面図である。 図中、８は燃焼炉、１１は下部（−次）流動層形成部、
１２は仕切手段、１３は上部（二次）流動層形成部、２
３．２９は仕切板、２４．３０はガス通路、２５．３４
は二次空気口、２５．３２絋再循環排ガス供給口である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石灰石粒子を含むベッド材からなる流動層を上下に
   形成し、これら流動層に流動化気体としての燃焼用空気
   を供給し、下部流動層に燃料を供給して燃焼させつつ下
   部流動層を還元雰囲気に形成し、一方、上部流動層に下
   部流動層から発生する未燃焼ガスを含む排ガスを導いて
   ベッド材としての石灰石と接触反応させて脱硫すると共
   に、供給される燃焼空気により未燃焼ガスを完全燃焼さ
   せ、該上部流動層で生成されるカルシウム塩類を上記下
   部流動層へ強制的に流下させて下部流動層に発生する窒
   素酸化物の還元触媒の一部として導入すると共に上部流
   動層より排気される排ガスの一部を流下する上記カルシ
   ウム塩類の流量を制御するために上部流動層に還流させ
   たことを特徴とする多段流動層式燃焼方法。 ２ 炉内に、その下方に石灰石粒子を含むベッド材から
   なり、流動化気体としての燃焼用空気により燃料を燃焼
   させつつ還元雰囲気を形成する下部流動層形成部を設け
   、該下部流動層形成部の上方に石灰石粒子を含むベッド
   材からなり、流動化気体として燃焼空気が導入される上
   部流動層形成部を形成するための仕切手段を設け、該仕
   切手段に、下部流動層形成部から上部流動層形成部に未
   燃焼ガスを含む排ガスを連通させると共に上部流動層形
   成部から下部流動層形成部へカルシウム塩類を流下導入
   するための連通孔を形成し、該連通孔に、上記上部流動
   層形成部から排気される排ガスを上部流動層に還流させ
   つつ流下するカルシウム塩類の流量を制御すべく導入す
   るための噴出口を形成したことを特徴とする多段流動層
   式燃焼炉。