JP6183066B2 - 流動層ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、流動層ボイラに関する。

従来、スラッジやバイオマス等を燃料として使用する発電用ボイラ、また汚泥や廃液を処理する焼却炉として、川砂等の不活性無機物をベッド材として火炉に充填し、炉床から燃焼ガスを噴き込んで流動層を形成し、この砂（ベッド材）を所望温度に保持しつつ、燃料や処理対象物をこの層に投入し燃焼する流動層ボイラが知られている。この流動層ボイラは、発電用ボイラや焼却炉としては最も効率よく燃料や処理対象物を燃焼できる形式であり、広く利用されている。

ところで、このような流動層ボイラでは燃料を燃料投入口から火炉内に供給するが、その際、供給した燃料は燃料供給口近傍にて即時に着火する。
しかし、このように燃料が燃料供給口近傍にて即時に着火すると、火炉内壁面における燃料供給口の周囲、特に燃料供給口の直下にクリンカが付着し、付着したクリンカが成長することで燃料の投入障害が生じるおそれがある。

なお、燃料供給管の詰まりの発生を早期に発見するようにした流動床ボイラが、特許文献１に提案されている。しかし、この特許文献１の技術では、燃料供給口近傍での燃料の即時着火に起因する、燃料の投入障害を防止するのは困難である。

特開平９−３２３８２２号公報

また、前述したように燃料供給口近傍にて燃料が即時着火し、燃料供給口の周囲にクリンカが付着すると、経時によって堆積・成長したクリンカが一部欠け落ち、火炉の下端部に設けられたホッパの排出口が閉塞されることにより、ベッド材の抜き出し障害が生じるおそれもある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料供給口の周囲へのクリンカの付着を抑制し、これによって燃料の投入障害やベッド材の抜き出し障害を防止した、流動層ボイラを提供することにある。

本発明の流動層ボイラは、火炉の床部から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、火炉の側壁に設けられた燃料供給口から前記流動層に燃料を供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、前記燃料供給口から燃料を供給する際に該燃料の供給を補助するため、該燃料とともに前記燃料供給口から補助ガスを供給する補助ガス供給手段を有し、前記補助ガス供給手段は、空気より酸素濃度が低い低酸素ガスを補助ガスとして供給するよう構成されていることを特徴とする。

また、前記流動層ボイラにおいて、前記補助ガス供給手段は、前記補助ガスとして、前記火炉で燃焼処理された後の燃焼排ガスを用いることが好ましい。

また、前記流動層ボイラにおいて、前記火炉には、その下流側に伝熱部が接続され、前記伝熱部には、その下流側に通風機を介して脱硫装置が接続され、前記前記補助ガス供給手段は、前記補助ガスとして、前記通風機と前記脱硫装置との間を流れる燃焼排ガスを用いることが好ましい。

また、前記流動層ボイラにおいて、前記伝熱部と前記通風機と間に、集塵機が配置されていることが好ましい。

本発明の流動層ボイラによれば、燃料供給口から燃料を供給する際に該燃料の供給を補助するため、該燃料とともに燃料供給口から補助ガスを供給する補助ガス供給手段を有し、補助ガス供給手段を、空気より酸素濃度が低い低酸素ガスを補助ガスとして供給するように構成しているので、燃料供給口から燃料を火炉内に供給した際、該燃料を低酸素ガス（補助ガス）で包むように作用させることができる。これにより、従来のように空気を補助ガスとして供給する場合と異なり、供給した燃料が火炉内にて燃焼ガスとしての空気中の酸素と接触するのを遅らせることができ、燃料の燃料供給口近傍での即時着火を抑制することができる。したがって、燃料供給口の周囲にクリンカが付着するのを抑制し、燃料の投入障害やベッド材の抜き出し障害を防止することができる。

本発明に係る流動層ボイラの一実施形態を示す概略構成図である。 火炉の下部の拡大図である。 排ガスラインおよび循環ラインの概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の流動層ボイラを詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の流動層ボイラの一実施形態を示す概略構成図であり、図１中符号１は流動層ボイラである。この流動層ボイラ１は、火炉２、サイクロン３、伝熱部４を備えて構成されたもので、火炉２内に充填されたベッド材Ｘを、サイクロン３を経て再度火炉２内に循環させる、循環流動層ボイラである。

火炉２は、内部に供給された燃料Ｙを燃焼処理することによってガス化及び灰化するもので、高さ方向に長い四角筒形状に形成されている。すなわち、横断面形状が略矩形に形成されている。ここで、燃料Ｙとしては、石炭やバイオマス、さらには廃タイヤやＲＤＦ（ごみ固型化燃料）等の廃棄物由来の燃料が使用される。このような燃料Ｙは、火炉２の前側の側壁２ａの下部に設けられた燃料供給口３０から火炉２内に供給される。すなわち、燃料供給口３０には燃料Ｙを供給するための供給フィーダ３１が接続されており、この供給フィーダ３１によって燃料Ｙが燃料供給口３０内に連続的に供給されるようになっている。なお、この供給フィーダ３１としては、例えば重力落下式や機械式のものが用いられる。

また、前記供給フィーダ３１には、その燃料供給口３０側に補助ガス供給管３２が接続されている。補助ガス供給管３２は、本実施形態では後述する排ガスラインから燃焼排気ガスを一部返送・循環させる循環ライン３３に接続するもので、この循環ライン３３とともに本発明の補助ガス供給手段を構成している。補助ガス供給管３２は、このように燃焼排気ガスを循環させる循環ライン３３に接続することにより、排ガスラインから返送された燃焼排ガスを供給フィーダ３１に供給し、これによって燃料Ｙの燃料供給口３０への供給を補助している。すなわち、補助ガスは燃料Ｙを同伴し案内することにより、燃料Ｙが燃料供給口３０内に円滑、かつ安定して供給されるようにしている。

また、排ガスラインから返送される燃焼排ガスは、後述するように火炉２で燃焼に供された後の排ガスであるため、燃焼ガスとして用いられる空気（酸素濃度が約２１％）に比べてその酸素濃度が充分に低く、例えば酸素濃度が３．５〜５％程度となっている。したがって、このような低酸素濃度の排ガスを補助ガスとして燃料Ｙとともに燃料供給口３０に導入することにより、補助ガス（排気ガス）は燃料供給口３０への供給直後に、燃料Ｙを包み込むように作用する。その結果、火炉２内に供給される燃焼ガスとしての空気と接触するのを遅らせ、これによって燃料Ｙの燃料供給口３０近傍での即時着火を抑制することができる。

火炉２の内部には、川砂等の不活性無機物からなるベッド材Ｘが充填されている。
そして、火炉２の下部には、図２に示すように該火炉２の床部を形成する複数の散気管２１、所定の傾斜面が形成されたホッパ２２が配置されている。

散気管２１は、火炉２の下端部（底端部）に多数が並列配置されたことによって火炉２の床部を形成するもので、隣り合う散気管２１、２１間に適宜な隙間が形成されるように配置されている。これら散気管２１は、その上部に、鉛直方向上方に向く複数のノズル（あるいは複数の孔）を有した管状の部材であり、火炉２の外部に配置された第１の燃焼空気供給装置５に接続されている。これによって散気管２１は、前記ノズル（孔）から火炉２内に向けて、一次空気（燃焼ガス）を噴射するようになっている。

ホッパ２２は、前記散気管２１の下方にて火炉２の床面（底面）を覆うように配置されたもので、その下端部に排出口２２ａを有している。なお、図１、図２ではホッパ２２を一つしか示していないが、例えば図１における紙面と垂直方向に、ホッパ２２を複数連設してもよい。

ホッパ２２の上部であり、かつ散気管２１の直下には、例えば前記第１の燃焼空気供給装置５に接続された空冷式の第１のクーラ２３が配置されている。
また、ホッパ２２の排出口２２ａの下方には、例えば水冷式のスクリューコンベアからなる第２のクーラ２４が配置されている。さらに、第２のクーラの下方には、金属物を磁力によって除去する磁選機２５が配置されている。この磁選機２５は、第２のクーラ２４で冷却された排出物中から金属物を磁力によって分別回収するものである。このような磁選機２５としては、例えば、永久磁石をベルトに配置したベルトコンベア式のものが挙げられる。

図１に示すようにサイクロン３は、火炉２内部における燃焼処理の結果生成された排ガス中に含有される灰化物及びベッド材Ｘを捕集するためのもので、火炉２の上部に接続されている。このサイクロン３の下方には循環部６が設けられている。この循環部６は、サイクロン３によって捕集された灰化物及びベッド材Ｘを流動化するもので、灰戻し管７を介して火炉２の底部に接続している。また、循環部６の下部には空気分散管８が配置されており、この空気分散管８を介して流動化空気が図示しない空気供給装置から循環部６の内部に供給されるように構成されている。このような構成によって循環部６は、サイクロン３によって捕集された灰化物及びベッド材Ｘを、空気供給装置によって供給された流動化空気によって流動化させ、灰戻し管７を介して火炉２の底部に返送し循環させるようにしている。

伝熱部４は、サイクロン３の上部から排気される排ガス（燃焼排ガス）を排ガスライン９に供給するための流路となるもので、その内部に、例えば、発電用蒸気タービン（図示せず）の駆動に利用される過熱器及び節炭器等が配置されている。
排ガスライン９には、この排ガスライン９および循環ライン３３の概略構成を示す模式図である図３に示すように、後部伝熱部（ＨＲＡ）３４および空気予熱機（ＧＡＨ）３５が設けられ、さらにその下流側にバグフィルタからなる集塵機３６が設けられている。そして、この集塵機３６の下流側には、本発明における通風機としての誘引通風機（ＩＤＦ）３７が設けられ、さらにこの誘引通風機３７の下流側には、脱硫装置３８、煙突３９が設けられている。

また、誘引通風機３７と脱硫装置３８との間には、循環ライン３３が分岐して接続されている。この循環ライン３３は、前述したように補助ガス供給管３２に接続するもので、誘引通風機３７を出た排ガス（燃焼排ガス）を補助ガス供給管３２に送り、該補助ガス供給管３２、供給フィーダ３１を介して排ガスを火炉２内に導入するものである。すなわち、循環ライン３３は排ガスを補助ガスとして補助ガス供給管３２に送り、該補助ガス供給管３２から供給フィーダ３１に排ガス（補助ガス）を流入させることにより、この排ガス（補助ガス）によって燃料Ｙの燃料供給口３０への供給を補助する、補助ガス供給手段となっている。

この循環ライン３３には、排ガス再循環ファン４０が設けられている。排ガス再循環ファン４０は、火炉２内の静圧に抗して排ガスを燃料Ｙとともに火炉２内に導入すべく、所定の揚程を有したものである。

また、前記誘引通風機３７も、脱硫装置３８の静圧に抗して排ガスを脱硫装置３８に導入すべく、所定の揚程を有したものである。なお、この誘引通風機３７としてその揚程が比較的高いものを用いることにより、前記の排ガス再循環ファン４０として、その揚程が特別高いものを用いることなく、一般的なファンを用いることが可能となる。また、誘引通風機３７としてその揚程が充分に高いものを用いた場合には、排ガス再循環ファン４０の設置を省略し、誘引通風機３７から排出した排ガスを補助ガスとして直接補助ガス供給管３２に送ることができる。

誘引通風機３７の上流側、すなわち伝熱部４側に集塵機３６を設けているので、誘引通風機３７は良好に駆動し、例えばその上流側にマルチサイクロンを配置することなく、排ガス再循環ファン４０、さらには補助ガス供給管３２に清浄な排ガスを送ることができる。ここで、このように補助ガス供給管３２に送られる排ガスは、前述したように酸素濃度が３．５〜５％程度となっている。また、温度は例えば１８０℃程度となっている。このように比較的高い温度の排ガスを補助ガスとして用いることにより、この補助ガスを火炉２内に導入した際、火炉２内での燃焼効率を低下させることなく、燃焼を安定的に行わせることができる。

また、本実施形態の流動層ボイラ１には、図１に示すように前記ホッパ２２の排出口２２ａから排出され、さらに前記磁選機で金属物が除去された排出物（主にベッド材Ｘ）を再び火炉２内部に供給する循環機構１０が設けられている。この循環機構１０は、例えばファンを備えて形成されたもので、前記排出物を空気圧送によって火炉２に供給するように構成されている。なお、この循環機構１０としては、排出物を空気圧送するものに限られることなく、ベルトコンベア等を用いることもできる。

また、前記火炉２の途中部位、すなわち燃料供給口３０より上方で、かつ、前記灰戻し管７との接続部より少し上方には、二次空気（燃焼ガス）を火炉２内に供給するための第２の燃焼空気供給装置１１が接続されている。二次空気（燃焼ガス）は、火炉２内部における燃焼処理において発生する未燃分の燃料の燃焼を補助するために、供給される。
また、前記火炉２の内部には、流動層ボイラ１の起動時に火炉２内部において着火を行うための、起動用バーナ（図示せず）が配置されている。

次に、このように構成された流動層ボイラ１の動作について説明する。
まず、第１の燃焼空気供給装置５を駆動させることによって散気管２１に設けられたノズル（孔）から一次空気（燃焼ガス）を火炉２に供給する。また、これと同時に第１のクーラ２３からも空気を噴出する。火炉２に供給された一次空気により、火炉２に充填されたベッド材Ｘの一部が流動状態となり、流動層が形成される。また、火炉２には、第２の燃焼空気供給装置１１から補助用の二次空気が供給される。

そして、供給フィーダ３１から燃料供給口３０を介して火炉２内の流動層に、石炭や廃タイヤ等の燃料Ｙを供給する。その際、供給フィーダ３１には補助ガス供給管３２より排ガスを補助ガスとして導入する。
ここで、前記の一次空気、二次空気、及び燃料Ｙは、流動層ボイラ１の稼動時において、常に連続して火炉２に供給する。

このようにして流動層に一次空気、二次空気を供給し、かつ燃料Ｙを供給して火炉２内にて燃焼を行わせると、火炉２内で燃焼した後の低酸素濃度の排ガスは、サイクロン３、伝熱部４を経て排ガスライン９に流れる。そして、後部伝熱部３４、空気予熱機３５を通過し、さらに集塵機３６で集塵された後、排ガスの一部は誘引通風機３７によって脱硫装置３８に送られ、さらに煙突３９から排出される。また、排ガスの残部は、誘引通風機３７によって循環ライン３３に送られる。

循環ライン３３に送られた排ガスは、前述したように排ガス再循環ファン４０に送られる。そして、この排ガス再循環ファン４０によってさらに補助ガス供給管３２に送られ、この補助ガス供給管３２から補助ガスとして供給フィーダ３１に送られる。
供給フィーダ３１に送られた補助ガス（排ガス）は、供給フィーダ３１による燃料供給口３０への燃料Ｙの供給を補助する。すなわち、燃料Ｙが燃料供給口３０内に円滑に導入されるようにこれを同伴、案内することにより、燃料Ｙの燃料供給口３０内への供給を補助する。

そして、このように燃料Ｙの供給を補助した補助ガス（排ガス）は、燃料Ｙとともに燃料供給口３０を通って火炉２内に導入された直後において、該燃料Ｙを包み込むように作用する。すると、この補助ガスは空気より格段に酸素濃度が低い燃焼排ガスであるため、従来のように空気を補助ガスとして供給する場合と異なり、供給した燃料Ｙが火炉２内にて燃焼ガスとしての空気中の酸素と接触するのを遅らせることができる。これにより、燃料Ｙの燃料供給口３０近傍での即時着火を抑制することができる。

したがって、本実施形態の流動層ボイラ１によれば、火炉２内壁面の燃料供給口３０の周囲、特にその直下にクリンカが付着するのを抑制し、このクリンカの付着に起因する燃料Ｙの投入障害やベッド材Ｘのホッパ２２の排出口２２ａからの抜き出し障害を防止することができる。すなわち、燃料供給口３０の直下に付着したクリンカが成長することで、燃料Ｙの投入障害が生じることを確実に防止することができる。また、燃料供給口３０の直下に付着したクリンカが経時によって成長し、その一部が欠け落ちてホッパ２２の排出口２２ａを閉塞することにより、この排出口２２ａからのベッド材Ｘ（排出物）の抜き出し障害が生じることを確実に防止することができる。

また、補助ガスとして、火炉２で燃焼処理された後の燃焼排ガスを用いているので、空気より酸素濃度が低い低酸素ガスを別途用意する必要がなく、したがって運転コストの増加を抑制することができる。

また、補助ガスとして、誘引通風機３７と脱硫装置３８との間を流れる燃焼排ガスを用いているので、静圧のかかる火炉２に対して基本的に誘引通風機３７による送風によって排ガスを導入することができる。すなわち、誘引通風機３７としてその揚程が充分に高いものを用いれば、排ガス再循環ファン４０の設置を省略して、該誘引通風機３７から排出した排ガスを直接補助ガス供給管３２に送り、供給フィーダ３１を介して火炉２内に導入することができる。

また、伝熱部４と誘引通風機３７と間に集塵機３６を配置しているので、誘引通風機３７が良好に駆動し、例えばその上流側にマルチサイクロンを配置することなく、排ガス再循環ファン４０、さらには補助ガス供給管３２に清浄な排ガスを送ることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、補助ガスとして火炉２で燃焼処理された後の燃焼排ガスを用いているが、別の燃焼装置における排ガスラインを補助ガス供給管３２に接続し、この別の燃焼装置における排ガスを補助ガスとして用いてもよい。

また、排ガスライン９を通る排ガスを用いる場合、例えば集塵機３６を出た後、誘引通風機３７に流入する前の排ガスを一部循環ラインに分岐し、この排ガスを排ガス再循環ファン４０によって補助ガス供給管３２に循環させるようにしてもよい。

１…流動層ボイラ、２…火炉、２ａ…側壁、４…伝熱部、３０…燃料供給口、３１…供給フィーダ、３２…補助ガス供給管（補助ガス供給手段）、３３…循環ライン（補助ガス供給手段）、３６…集塵機、３７…誘引通風機（通風機）、Ｘ…ベッド材、Ｙ…燃料

Claims (2)

1. 火炉の床部から燃焼ガスを供給することによって流動層を形成し、火炉の側壁に設けられた燃料供給口から前記流動層に燃料を供給して燃焼処理する流動層ボイラであって、
   前記燃料供給口から燃料を供給する際に該燃料の供給を補助するため、該燃料とともに前記燃料供給口から補助ガスを供給する補助ガス供給手段を有し、
   前記火炉には、その下流側に伝熱部が接続され、前記伝熱部には、その下流側に通風機を介して脱硫装置が接続され、
   前記補助ガス供給手段は、前記補助ガスとして、前記通風機と前記脱硫装置との間を流れる燃焼排ガスを供給することを特徴とする流動層ボイラ。
2. 前記伝熱部と前記通風機と間に、集塵機が配置されていることを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ。

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