JPS5928805B2 - コ−クスの燃焼方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コーク、スの燃焼装置に関し、特にコークス
を堆積層内で燃焼させる燃焼方法および装置に関する。

コークスを直立円筒炉内に装填して堆積し、その堆積層
の下方から上方に向けて燃焼用空気を流通させて燃焼さ
せる場合において、供給された燃焼用空気は堆積層下部
におけるコークスとの燃焼反応で消費される。

そのため、堆積層下部においてのみ燃焼反応が行なわれ
て高温度となり、堆積層上部では堆積層下部からの燃焼
排ガスによつてコークスが熱分解して一酸化炭素が発生
する。そのため未燃分が無駄に放出されることになり、
燃焼効率が劣る。また、上述のように堆積層下部でのみ
燃焼が行なわれることによつて、堆積層下部の温度が高
温度となる。たとえば前記温度が１２００℃を超えると
、コークス燃焼後の灰分が溶融してクリンカとなる。こ
のクリンカが生成されると、堆積層内にいわゆる棚吊り
現象が生じて安定な燃焼が困難になるとともに、クリン
カが炉壁に付着して炉壁を損傷することがある。さらに
前記棚吊り現象やクリンカの炉壁への付着によつて、コ
ークス燃焼後の灰分が円滑に排出されないようになり、
したがつてコークスを連続的に安定して燃焼させること
が困難になる。Ｊ 本発明は、上述の技術的課題を解決
し、固体燃料を効率良くしかも安定して燃焼させること
ができるようにしたコークスの燃焼方法および装置を提
供することを目的とする。

本発明は、火格子の下部から燃焼用空気を供給ｊ して
燃焼するコークスの肝煎式燃焼方法において、コークス
の燃焼温度が前記コークスの燃焼後の灰分の溶融点未満
になるように、かつ前記コークスが局部的に燃焼するこ
とを防ぐように、前記コークスから排出される燃焼排ガ
スの一部を前記燃焼用空気に混入することを特徴とする
コークスの燃焼方法である。

本発明は、燃焼筒の途中に火格子を設け、燃焼筒の上部
に燃焼排ガスを導く排ガス主管路を接続し、この燃焼筒
の下部に燃焼用空気を供給する空気供給管を接続し、排
ガス主管路の途中から排ガス循環管路を介して排ガス主
管路の燃焼排ガスの一部を火格子の下部に混入すること
を特徴とするコークスの燃焼装置である。

以下、図面によつて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例の簡略化した系統図である。
燃焼筒１６の途中には、火格子２１が設けられる。この
火格子２１上には、コークスが装填されて、堆積層３６
が形成される。燃焼筒１６の上部には、燃焼排ガスを導
く排ガス主管路６１が接続される。燃焼筒１６の火格子
２１よりも下部に燃焼用空気を供給する空気供給管４１
が接続される。排ガス主管路６１の途中から排ガス循環
管路４３を介して、排ガス主管路６１の燃焼排ガスの一
部を空気供給管４１に混入する。前記堆積層３６には、
空気供給管４１を介して燃焼用空気が供給され、この燃
焼用空気は堆積層３６内を上方に向けて流通する。堆積
層３６内におけるコークスと燃焼用空気との燃焼反応に
よつて生じた燃焼排ガスは、誘引送風機３３によつて誘
引されて排出されるが、その途中における熱交換器１５
においで燃焼排ガス顕熱が放熱される。誘引送風機３３
から排出される燃焼排ガスの一部は管路４３を介して空
気供給管４１に循環される。この燃焼排ガスの循環量は
、堆積層３６の内部温度を検出する温度検出器４４の温
度検出値に応じて、制御手段４５が管路４３の途中のダ
ンパ４６を開度制御することによつて調節される。この
ようにして、燃焼排ガスの一部を燃焼用空気中に混入す
ることにより、堆積層３６の下部から上部にわたつて全
体的にコークスが燃焼し、未燃ガスの発生が防止される
とともに堆積層３６内におけるクリンカの生成が防止さ
れる。ここで本発明に従うコークス燃焼が石炭燃焼とは
異なり、本発明は、このコークス燃焼に独特の問題点を
解決するものであることを詳述する。

石炭の可燃分は、（Ａ）揮発分と、（Ｂ）ノール、ピッ
チと、Ｃ）炭素とから成り、その着火温度は２２５〜５
００℃である。これに対して、コークスの可燃分は、炭
素だけであり、その着火温度は、約６００℃であつて、
石炭よりも高い。したがつて石炭燃焼では、揮発分のガ
ス化が２２５〜５００℃で生じ、着火が容易であり、こ
のことは、ガス燃料の着火と同様である。

そのため石炭の燃焼する領域をこの温度範囲に維持すれ
ば、石炭の可燃分のガス化→その揮発分の燃焼→輻射熱
の発生→石炭の揮発分の発生すなわちガス化→・・・を
繰返し、連続的な燃焼を維持しながら石炭の揮発分が燃
焼する。その輻射熱によつて同時に石炭のタール、ピッ
チ、および炭素分が燃焼していく。こうして石炭の燃焼
は、ガスの燃焼を伴なうので、燃焼の維持が容易であり
、また未燃分の一酸化炭素の発生量を少なくすることが
可能である。これに対して、コークス燃焼は、下記の独
特の燃焼状態を呈する。コークスは、前述のように着火
温度が約６００℃であり、したがつてその温度以上にコ
ークス自体を保持しなければ、の反応が生じない。

燃焼を連続的に生ぜしめるためには、発生した熱によつ
てコークス自体の温度が約６００℃以上に維持されるよ
うにすることが必要である。コークス燃焼の場合、仮り
に燃焼排ガスの一部を燃焼用空気に混入しないとき、す
なわち排ガス循環管路４３を省略したときには、酸素が
燃焼によつて局部的に消費されて第１式の反応が行なわ
れ、しかも、局部的に高温となるので酸素が少なくなり
、となる反応が生じやすくなる。

したがつて燃焼排ガスの一部を循環しない場合には、一
酸化炭素の発生が必然的に多くなる。しかも局部的な高
温度の領域が発生するので、コークス灰分は、１２００
℃以上となり、クリンカが発生する。コークス燃焼時に
第１図に示されるように本発明に従つて燃焼排ガスの一
部を排ガス循環管路４３を介してリサイクルすると、堆
積層３６の下部における酸素濃度が低くなる。

そのため第１式で示される反応が緩慢となる。これによ
つて酸素の消費も緩慢となる。そのため堆積層３６の上
部にまで酸素が分布することになる。したがってコーク
スの燃焼を堆積層３６の上部においても生じさせること
が可能となり、しかも堆積層３６の下部における燃焼熱
をガスの流過によつて堆積層３６の上部に伝達されるこ
とが可能になり、堆積層３６の上部を着火温度である約
６００℃以上にすることが可能になる。こうして堆積層
３６の上部でもまた、連続的な燃焼が可能になる。この
結果、堆積層３６の火格子２１近傍以外の残余の部分に
おいて燃焼状態を緩慢にかつ長時間に亘つて行なうこと
が可能となる。

また局部的な温度の上昇が生ぜず、そのためコークス燃
焼後の灰分がクリンカとはならずに燃焼させることが可
能となる。また上述のようにコークスの燃焼が緩慢であ
り、しかも局部的な高温度とならないことに起因して、
第１式の反応に続く第２式の反応が抑制される。

これによつて一酸化炭素の発生量は、極めてわずかとな
り、また低温燃焼であることによつて、ＮＯＸの発生が
抑制される。なお参考のために述べると、火格子上のコ
ークス層の厚みが小さい非貯骸式燃焼装置において燃焼
排ガスの一部を燃焼用空気に混入して循環するようにす
れば、次のような問題が生じる。

この燃焼装置では、酸素濃度が低く、またコークスの堆
積層に供給される流量は、燃焼排ガスの混入分だけ多く
なるので、コークスが過度に冷却される。これらの理由
から火格子の近傍のコークスの燃焼が困難になる。しか
もコークスの堆積層が薄いので、火格子の下方からの燃
焼用空気と燃焼用排ガスとの混合ガスが、いわゆるショ
ートバスしやすくなる。これによつてコークスの局部燃
焼の可能性が生じる。本発明では、コークスの堆積層３
６を厚くした、いわば貯骸式燃焼装置であり、このよう
な構成において、燃焼用空気に燃焼排ガスの一部を混入
して循環するようにし、上述の問題を解決するものであ
る。本発明の他の実施例として、排ガス循環管路４３を
空気供給管４１に接続して火格子２１の下部に混入する
代りに、排ガス循環管路４３を燃焼筒１６の火格子２１
の下部に、空気供給管４１からの燃焼用空気とともに個
別に直接導入し、燃焼筒１６の火格子２１の下部で燃焼
排ガスと燃焼用空気とを衝突させて両者の充分な混合を
行なうようにしてもよく、このような実施例もまた前掲
の特許請求の範囲に含まれるものと解釈されなければな
らない。

第２図は、第１図の系統図に従つて構成された装置を示
す横断面図であり、第３図はその右側面図である。

園芸用温室１内の扉３に近接した位置には、本発明に従
つてコークスを燃焼して温風を得る加温装置２が設けら
れる。この加温装置２で得られた温風は、温室１の側壁
内面に沿つて敷設された吹出し管４の吹出し孔（図示せ
ず）から吹出され、それによつて温室１内が加温される
。第４図は加温装置２の縦断面図であり、第５図は第４
図の切断面線Ｖ−Ｖから見こ断面図であり、第６図は加
温装置２の一部を切欠いて内部を示す斜視図である。加
温装置２のケーシング６は、横方向に長い箱状であつて
、脚部７ａ，７ｂによつて地上に設置される。ケーシン
グ６内には、その長手方向一方端から他方端に向けて（
第４図および第５図の左方から右方に向けて）順に、加
熱室８、熱交換部９および空気導入室１０が形成される
。熱交換部９は、側壁１１ａ，１１ｂおよびケーシング
６で規定される上部ガス室１２、ならびに側壁１３ａ，
１３ｂおよびケーシング６で規定される下部ガス室１４
間に熱交換器１５を介在して成る。この熱交換器１５は
、実線矢符で示すごとく空気導入室１０から加熱室８へ
の空気の流通を許容するとともに、その空気の流通方向
と直交する方向に破線矢符で示すごとく上部ガス室１２
から下部ガス室１４への燃焼排ガスの流れを許容し、し
かも両者が相互に混ざり合うことはない。加熱室８には
、複数たとえば５個の直立した燃焼筒１６が配置される
。これらの燃焼筒１６は、図示のごとく一直線上に配置
してもよく、あるいは千鳥配置などにしてもよい。各燃
焼筒１６の上部には、導出管１７がそれぞれ接続され、
各導出管１７は、集合管１８に共通に接続される。集合
管１８の一端部は閉塞されており、他端部は上部ガス室
１２に接続される。各燃焼筒１６の下部には、空気供給
管４１がそれぞれ接続され、これらの空気供給管４１は
、管路４７に共通に接続され、管路４７は大気に開放さ
れる。ケーシング６の一端部側壁６ｃには、加熱室８に
連通する吹出し管４が接続される。第７図は燃焼筒１６
の縦断面図である。

燃焼筒１６は金属製直立円筒状であつて、その上端部は
ケーシング６の天板６ａを気密的に貫通する。燃焼筒１
６の下端部はケーシング６の底板６ｂを気密的に貫通し
て地上に設置される。燃焼筒１６の上端部には、燃焼筒
１６内に同心に突入した投入筒４２が固着され、この投
入筒４２には蓋５０が挿脱自在に挿入される。ケーシン
グ６の底板６ｂ付近で、燃焼筒１６の内壁には下挟まり
の円錐状多孔板１９が固着される。多孔板１９の下面か
ら支持枠２０が垂下されており、この支持枠２０によつ
て、多孔板１９の開口部を塞ぐ火格子２１が水平方向に
移動自在に支持される。前記空気供給管４１は、多孔板
１９よりも下方で燃焼筒１６に接続される。第８図は第
７図の切断面線■−■から見た断面図であり、第９図は
第８図の切断面線■−■から見た断面図である。

燃焼筒１６の下部において、火格子２１の移動方向に直
交する側部には、焼却灰排出のための開口部２２が形成
される。この開口部２２を覆つてカバー２３が設けられ
、カバー２３は燃焼筒１６の側部に固着された上下の案
内部材２４ａ，２４ｂによつて支持される。しかも、カ
バー２３は案内部材２４ａ，２４ｂによつて案内され、
燃焼筒１６の外周面に沿つて移動自在である。第１０図
は熱交換器１５を示す斜視図である。

この熱交換器１５には、上部ガス室１２および下部ガス
室１４を連通するガス通路２６、ならびに空気導入室１
０および加熱室８を連通する空気通路２７がプレート形
伝熱壁２８を介して相互に隣接しかつ交互に形成される
。したがつてガス通路２６には破線矢符で示すごとく燃
焼排ガスが上方から下方に流過し、空気通路２７には実
線矢符で示すごとく前記燃焼排ガスと交差する方向で空
気が横方向に流通する。ガス通路２６および空気通路２
７には、波形に成形された金網２９，３０が装入され、
金網２９，３０の間隙には、ラシヒリング３１などの充
填物が充填される。

このようにラシヒリング３１を充填することによつて、
ガス通路２６および空気通路２７を流通する燃焼排ガス
および空気の流れが乱されるとともに伝熱面積が増大し
て熱伝達効率が向上される。下部ガス室１４には、排出
管３２の一端部が接続される。

この排出管３２は、空気導入室１０内を上方に延びてケ
ーシング６の天板６ａを貫通し、その他端部はケーシン
グ６の上部に設置された誘引送風機３３の吸引口に接続
される。誘引送風機３３の吐出口は排出管４８を介して
煙突５に接続される。ケーシング６の他端部側壁６ｄに
は、空気導入室１０に連通して導入管３４の一端部が接
続される。導入管３４の他端部は、温室１内の地上に設
置された送風機３５の吐出口に接続される。排出管４８
の途中から管路４３が分岐され、この管路４３は管路４
７に接続される。したがつて燃焼排ガスの一部は、空気
供給管４１を介して各燃焼筒１６内に吸引される空気に
混入される。管路４３の途中にはダンパ４６が備えられ
ており、このダンパ４６の開度は制御手段４５（第１図
参照）によつて制御される。各燃焼筒１６の堆積層３６
内には、最高温度となる部分の内部温度を検出する温度
検出器４４（第１図参照）が設けられており、この温度
検出器４４で検出される温度が予め定めた値たとえば１
２００℃を超えないようにダンパ４６の開度が制御され
る。温室１内を加温するに当つては、各燃焼筒１６内に
加温すべき時間内で消費するに充分なだけのコークスを
装填しておき、各燃焼筒１６内におけるコークスの堆積
層３６の下部を着火するとともに、送風機３３，３５を
駆動する。

それによつてコークスの燃焼が開始される。このコーク
スの燃焼にあたつて、燃焼用空気中には燃焼排ガスが混
入されているので、酸素濃度が低い。そのため、コーク
スの燃焼反応速度が低下し、堆積層３６の下部のみで燃
焼反応が生じることなく、堆積層３６の下部から上部に
わたつて燃焼反応が進行する。それに応じて、堆積層３
６の上部からの一酸化炭素発生量が低減され、したがつ
て未燃分が無駄に放出することが極力抑えられ、燃焼効
率が向上する。本発明者等の実験によれば、排ガスの一
部を循環したときと、排ガス循環をしな℃・ときとでは
、堆積層３６の上部から排出される排ガスの組成が第１
表に示すように異なることがわかつた。

なお、第１表において、循環される排ガスの量は燃焼用
空気量に対して１：１に選ばれている。第１表から明ら
かなように、排ガスの一部を循環して燃焼用空気に混入
することにより、排ガス中の一酸化炭素を低減すること
ができる。

また、堆積層３６の内部温度は、前述のようにダンパ４
６の開度制御による燃焼ガス循環量の調節によつて、た
とえば１２００℃を超えることがないので、クリンカが
生じることはない。

したがつて、クリンカによる棚吊り現象やクリンカの炉
壁の付着が防止され、安定した燃焼を維持することがで
きる。燃焼筒１６で発生した燃焼排ガスは、導出管１７
、集合管１８、上部ガス室１２、熱交換器１５、下部ガ
ス室１４、排出管３２を順次経て、誘引送風機３３に至
り、一部の燃焼排ガスは管路４３を経て燃焼用空気に混
入され、残余の燃焼排ガスは煙突５から排出される。

一方、空気導入室１０に導入された空気は、熱交換器１
５で燃焼排ガスとの熱交換によつて加熱され、次いで加
熱室８において各燃焼筒１６の炉壁からの放熱によつて
加熱された後、吹出し管４から温室１内に吹出される。
それによつて温室１内の加温が達成される。なお、堆積
層３６の高さが高いときには、上下方向に複数の温度検
出器４４を設け、そのうちの最高温度となる部分の温度
が設定値を超えないように制御してもよい。

さらに、燃料コークスの品質に大きな変動がなく、燃焼
後の灰分の溶融点がほぼ一定しているときは、実験によ
り、燃焼温度がコークスの燃焼後の溶融点未満になるよ
うな適切な燃焼排ガスの循環量を与える位置にダンパ開
度を固定するか、適切な燃焼排ガスの循環量を与える制
限オリフィスを挿入すれば温度検出器４４及び制御手段
４５による自動制御を省略することもできる。

また、送風機の配置は、燃焼用空気存び燃焼排ガスに所
定の流動を与えればよいので第１図および第４図のもの
に限らず、第１１図、第１２図または第１３図のように
送風機３３ａ〜３３ｅを設けたものでもよい。

燃焼排ガスを循環すると、燃焼空気中の酸素濃度が低下
するため、コークスの酸化反応すなわち燃焼は火格子近
傍では起りにくくなるし、火格子下部から燃焼室に流入
する風量が燃焼排ガスの混入量に対応して増加させるた
めに、流速を大きくしなければならない。

したがつて火格子２１近くのコークスが燃焼排ガスを混
入しない場合よりも強く冷却される。このため、前述の
ように火格子上のコークスの堆積層が薄い場合は、火格
子近くのコークスに着火し燃焼を開始してもしばらくす
ると消火してしまうことが本件発明者の実験により確認
された。

つまり、石炭の着火温度は２２５〜５００℃であるのに
対し、コークスの着火温度は約６００℃と高いため消火
しやすいのである。したがつて、燃焼排ガスを燃焼用空
気に混入してコークスを燃焼する場合、石炭の場合と違
つて、火格子２１上のコークス層は十分な厚さが必要で
あり、農業用加熱装置のように比較的小形の燃焼装置の
場合、第１図、第７図、第１１図〜第１３図のようにバ
ッチで十分な量のコークスを装填する貯骸式のものが簡
易で好ましい。この場合は、火格子２１近傍のコークス
はそれより上部の燃焼コークスの熱の影響を受けるので
、コークス層の厚さが薄いときよりぱ燃焼しやすい。な
お、必要なコークスの堆積層３６の最低の厚さは、コー
クスの品質、燃焼用空気量、燃焼排ガス混入量等によつ
て変るため一律に定めることはできない。

通常の運転においては十分な量のコークスを入れるため
、この最低必要厚さは求める必要はないが、求める場合
は個別の実験によらなければならな（・。燃焼用空気に
燃焼用空気と同量の燃焼排ガスを混入した一実施例では
、火格子２１上のコークス層の厚さが約３００ｍｍ未満
になると自然に消火し、継続した燃焼をするためには約
３００ｍｍ以上のコークス層が必要であつた。しかし、
このコークスの最低必要厚さは第１図、第７図、第１１
図〜第１３図に示すような貯骸式の燃焼装置においては
、容易に確保できる。自動給炭する非貯骸式の燃焼装置
は一般に構造が複雑で高価であるので、コークスの最低
必要厚さを常に確保する堆積量検出およびコークス供給
の手段を構じることはさらに高価となり好ましくない。
上述のごとく本発明によれば、コークスの堆積層に燃焼
排ガスを混入した燃焼用空気を供給するので、堆積層が
全体的に燃焼し、したがつて未燃分が無駄に放出される
ことはなく燃焼効率が向上する。また堆積層が局部的に
高温度となることがないので、灰分が溶融してクリンカ
となることが防止され、安定した燃焼を達成することが
できる。燃焼筒は、上述の実施例では細長く上下方向に
延びるたとえば円筒体であつたけれども、本発明の他の
実施例として水平断面が円形以外の形状、たとえば角形
などの筒であつてもよく、その高さはコークスが火格子
上で少なくとも燃焼を継続可能な量だけ堆積することが
できる容積をもつていればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は第１図の
系統図に従つて構成された装置を示す横断面図、第３図
はその右側面図、第４図は加温装置２の縦断面図、第５
図は第４図の切断面線Ｖ一Ｖから見た断面図、第６図は
加温装置２の一部を切欠いて内部を示す斜視図、第７図
は燃焼筒１６の縦断面図、第８図は第７図の切断面線■
一■から見た断面図、第９図は第８図の切断面線■一■
から見た断面図、第１０図は熱交換器１５を示す斜視図
、第１１図〜第１３図は他の各実施例の系統図である。 ２１・・・火格子、３６・・・堆積層、４４・・・温度
検出器、４５・・・制御手段、６１・・・排ガス主管路
。 （２）第１図を別紙のとおり訂正する。（２）第１１図
〜第１３図を追加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 火格子の下部から燃焼用空気を供給して燃焼するコ
   ークスの肝骸式燃焼方法において、コークスの燃焼温度
   が前記コークスの燃焼後の灰分の溶融点未満になるよう
   に、かつ前記コークスが局部的に燃焼することを防ぐよ
   うに、前記コークスから排出される燃焼排ガスの一部を
   前記燃焼用空気に混入することを特徴とするコークスの
   燃焼方法。 ２ 燃焼筒の途中に火格子を設け、燃焼筒の火格子より
   も上部に燃焼排ガスを導く排ガス主管路を接続し、この
   燃焼筒の火格子よりも下部に燃焼用空気を供給する空気
   供給管を接続し、排ガス主管路の途中から排ガス循環管
   路を介して排ガス主管路の燃焼排ガスの一部を火格子よ
   りも下部に混入することを特徴とするコークスの燃焼装
   置。