JPS6053703A - 流動層燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は還元雰囲気で使用される流動層燃焼装置に係り
、特に伝熱管の腐食、摩耗を防止することができる流動
層燃焼装置に関するものである。

例えば流動層燃焼装置の流動層ボイラは、ぼた山に野積
されている低品位炭であっても燃料として有効に利用す
ることができる特徴をもっている。

それは流動層ボイラ内の熱容量が大きいために低品位炭
であっても燃焼、減容、焼却ができるからである。

また、流動層ボイラ内に伝熱管を埋設すれば伝熱管の層
中伝熱ｉ（熱伝達率）は従来形ボイラのガス流のみから
の伝熱量に比べて５〜１０倍程度大きく、大量の伝熱量
をもたらす特徴があり、省エネルギー化の進む中で近年
流動層ボイラは脚光をあびている。

この流動層ボイラでは１〜１０ｍｍに粉砕された石炭を
流動層内で８００〜′９００℃の比較的低温域で燃焼さ
せるものであり、流動媒体としては燃料となる石炭とと
もに脱硫作用をする石灰石を用いることから、流動層内
で石炭の燃焼と脱硫作用が容易に行なわれ、また石炭の
燃焼は８ｏｏ〜９ｏｏ℃の比較的低温域での燃焼である
ために、ＮＯｘの生成量が従来の微粉炭焚ボイラに比べ
て少なくなる特徴もある。

以下、第１図を用いて流動層燃焼装置の概要について説
明するが、流動層ボイラを例に説明する。

主燃焼炉１は空気分散板２によって、石炭、脱硫剤、燃
焼灰による流動層３と、空気室４に仕切られ、流動層３
内には伝熱管５が埋設されている。

石炭および脱硫剤は燃料供給管６からの空気とともに主
燃焼炉１の底部から流動層３内へ供給され、燃焼用空気
は空気供給管７より空気室４、空気分散板２を経て流動
層３へ供給される。

そして、１〜ｌＱｍｍの石炭は流動層３内での燃焼に伴
って、粒径が徐々に小さくなり、ある粒径以下になると
流動層３内に留まることができず、排ガスとともに主燃
焼炉１から炉外に排出される。

この排ガスとともに排出される粒径の小さい石炭は揮発
分が少なく炭素分が多いい燃えにくいもので、一部分は
流動層３上のフリーボード部８において燃焼するものの
、完全燃焼は期しがたく通常１０％程度の未燃分の飛散
は避けられず、一方では石炭の燃焼熱は流動層３内の伝
熱管５で熱吸収され蒸気を発生する。

なお、主燃焼炉１から排ガス出口管９へ飛散した脱硫剤
、未燃分などの捕集灰は灰捕集装置１０で回収され、捕
集灰出口管１１を経て混合ホッパ１２に貯められる。

そしてこの捕集灰は、石炭貯蔵ホッパ１３、石炭供給管
１４からの石炭と、脱硫剤貯蔵ホッパ１５、脱硫剤供給
管１６からの脱硫剤とともに燃料供給管６を経て再び主
燃焼炉１内へ再循環されて燃焼する。

他方、灰捕集装置１０で清浄にされた排ガスは排ガス出
口管１７より大気へ放出される。

ところが、流動層３内に棚設された伝熱管５は流動層３
内で高温の流動媒体と接触することから、この高温の流
動媒体による摩耗現象が発生し、さらに石炭中の８分に
より層内芥囲気は還元雰囲気になり、摩耗現象が加速さ
れるとともに一方では硫化現象による減肉が生じ好まし
くない。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、伝熱管のＭ粍、硫化現象を防
止し、伝熱管の減肉量を少なくすることができ、しかも
脱硫率が向上する流動層燃焼装置を得ようとするもので
ある。

本発明は前述の目的を達成するために、伝熱管の近傍に
酸素を含有した噴射媒体を供給する供給管を設け、伝熱
管外表面を酸化雰囲気にしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図は本発明に係る流動Ｊ−燃焼装置の縦断面図、第
３図は第２図のＡ−Ａ線断面の拡大図、第４図は第３図
における流動層の高さ方向の酸素濃度を示す特性図、第
５図は本発明の供給管の詳細拡大図、第６図は縦軸にイ
オウ分圧、横軸に酸素分圧を示し、流動層内の雰囲気と
伝熱管の材料の存在状態を示した特性図である。

第２図において、符号１から８までは第１図のものと同
一である。１７は伝熱管５の近傍に酸素を含有した噴射
媒体を供給する供給管、１８は供給管１７のヘッダ、１
９は弁、題は空気供給管７から分岐した分岐管、２１は
供給管１７に穿設された噴射孔、ｎは供給管１７の噴射
孔２１からの噴射媒体が供給される噴射媒体領域、％は
金属（Ｍ）が安定な領域、冴は硫化物（ＭＳ）が安定な
領域、５は酸化物（ＭＯ）が安定な領域、がはＣｒの境
界線、２７はＦｅの境界線、郡はＮｉの境界線、２９は
層内推定環境領域、恥は伝熱管５が設置される領域、曲
線Ｂは従来の伝熱管５近傍の酸素濃度を示し、曲線Ｃは
本。

発明の伝熱管５近傍の酸素濃度を示す。

このような構造において、本発明においては第２図に示
す如く伝熱管５の近傍に噴射媒体を噴射する供給管１７
を設け、空気供給管７、分岐管加、弁１９、ヘッダ１８
および供給管１７の噴射孔２１よりの噴射媒体によって
伝熱管５の外表面に噴射媒体領域２２を形成し、伝熱管
５の近傍を硫化雰囲気から酸化雰囲気にしたものである
。

以下、本発明者等の行なった実験データを紹介する。

下表はモデル試験装置で２９４時間試験した各種材料の
減肉量を測定した結果である。

上表の実験１は第２図の燃料供給管６近傍の空気量の少
ない位置に挿入された試験片の減肉量を示し、実験２は
第２図の空気分散板２近傍の空気量の多い位置に挿入さ
れた試験片の減肉量を示したものである。

つまり、燃料供給管６近傍は燃料と空気が供給され、空
気分散板２近傍は空気のみが供給されている位置であり
、実験１と実験２の異る点は、酸素濃度が低いか、ある
いは酸素濃度が高いかの違いである。

この実験１と実験２との比較結果から明らかなように、
第２図の流動層３内での酸素濃度が低い位置（実験１）
でいずれの材料も激しい減肉量が生じていることから、
この減肉量の主原因は、前述した摩耗現象、硫化現象の
うち酸素欠乏による硫化現象が主要因と考えられる。

つまり、第２図の主燃焼炉１の流動層３の高さ方向にお
ける酸素濃度は第４図の曲線Ｂで示す如く流動層３の底
部で多く、流動層３の頂部で少なくなっていると考えら
れる。

すなわち、空気分散板２から供給された燃焼用空気は流
動層３内での石炭の燃焼によって徐々に消費されるため
に、流動層３の底部では（空気分散板２の近傍）多く、
流動層３の頂部では酸素濃度が低下する。

従って、流動層３内での伝熱管５の硫化現象も定性的に
は流動層３の上方はど激しくなる。

第６図はこれを定値的に示したもので、Ｃｒ、　Ｆｅ。

Ｎｉそれぞれが、金属（Ｍ）、硫化物（ＭＳ）および酸
化物（ＭＯ）として安定に存在する領域田、２４．５を
示している。

従って、第６図の右下に向うと酸化雰囲気、左上に向う
と硫化雰囲気になり、図中の斜線を施した範囲は流動層
３の層内推定環境領域２９である。

そして、この層内推定環境領域２９と、前述の流動層３
の高さ方向の関係は、流動１＠３の底部が層内推定環境
領域２９の右下に相当し、流動層３の頂部が層内推定環
境領域２９の左上に相当する。

この層内推定環境領域２１）と各元素（Ｃｒ、　Ｆｅ、
　Ｎｉ）の安定状態を比較すると、流動層３の底部では
Ｆｅ。

Ｃｒ、Ｎｉいずれも酸化物が安定であるのに対し、流動
層３の頂部ではＮｉ、Ｆｅは硫化物が安定となり、前述
したように流動層３の上方では硫化現象が激しくなるこ
とを裏付けている。

従って、流動層３の上方（頂部）に位置する伝熱管５は
第６図の層内推定環境領域２９のうち左上方の硫化雰囲
気に位置していることから、硫化現象が激しく伝熱管５
の寿命を著しく短命にしている。

そこで、本発明の実施例においては第２図、第３図およ
び第５図に示すように、伝熱管５の近傍に供給管１７を
配置して伝熱管５の外表面に第３図に示す如く噴射媒体
領域２２を形成して伝熱管５の近傍を噴射孔２１からの
噴射媒体によって硫化雰囲気から酸化雰囲気にしたので
ある。

この様に供給管１７から噴射媒体を吹き込むことによっ
て伝熱管５の外表面の酸素濃度は第４図の曲線Ｃで示す
如く著しく上昇し、伝熱管５が設置される領域Ｉは硫化
雰囲気から酸化雰囲気となり伝熱管５への硫化現象によ
る減肉量は少なくなると共に、流動層３内での脱硫作用
も酸化雰囲気で効果的に行なわれる。

また、前述したように流動層３の上方はど酸素濃度が低
下することから、供給管１７の上方に位置するものほど
弁１９を開いて噴射媒体量を増加させて硫化現象を防止
することもできる。

なお、本発明の実施例においては、供給管１７からの噴
射媒体は燃焼用空気を用いたものについて説明したが、
酸素を含むガス、例えば０．−　Ｎ、混合ガスを用いて
もよい。

本発明は伝熱管の近傍に酸素を含有した噴射媒体を供給
する供給管を設け、伝熱管外表面を酸化雰囲気にしたの
で、伝熱管の硫化現象は防止でき、流動層内での燃焼効
率は向上し、更に酸化反応の促進によって脱硫率も向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動層燃焼装置の概略系統図、第２図は本発明
の実施例に係る流動層燃焼装置の縦断面図、第３図は第
２図のＡ−Ａ線断面を拡大した詳細図、第４図は第３図
における流動層の高さ方向の酸素濃度を示す特性図、第
５図は本発明の実施例に係る供給管の拡大詳細図、第６
図は縦軸にイオウ分圧、横軸に酸素分圧を示し、流動層
内の雰囲気と伝熱管の材料の存在状態を示した特性図で
ある。 １・・・・・・主燃焼炉、３・・・・・・流動層、５・
・・・・・伝熱管、１７・・・・・・供給管。 才　１　図 ／７ ７２　ロ ーフ３．￥１　７４７ ′１−５　昭 牙　６　日 ξ巨４−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流動層内に伝熱管を配置した流動層燃焼装置において、
   前記伝熱管の近傍に酸素を含有した噴射媒体を供給する
   供給管を設け、伝熱管外表面を酸化雰囲気にしたことを
   特徴とする流動層燃焼装置。