WO2014119612A1 - 流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法 - Google Patents

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fluidized bed
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bed combustion
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阿川 隆一
裕司 森下
長尾 亙
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住友重機械工業株式会社
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18Details; Accessories
    • F23C10/22Fuel feeders specially adapted for fluidised bed combustion apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2204/00Supplementary heating arrangements
    • F23G2204/20Supplementary heating arrangements using electric energy
    • F23G2204/201Plasma
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50213Preheating processes other than drying or pyrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a fluidized bed combustion furnace and a method for operating the fluidized bed combustion furnace.
  • a fluidized bed combustion furnace that burns fuel while forming a fluidized bed in which a fluid such as coal and a fluidized material such as silica sand flow.
  • a fluidized bed combustion furnace As an operation method when starting up this fluidized bed combustion furnace, in Patent Document 1 below, fluidized material is supplied into the furnace and combustion air is supplied into the furnace to flow the fluidized material.
  • combustion air is supplied into the furnace to flow the fluidized material.
  • Patent Document 2 includes a start-up combustor that generates hot air by burning start-up fuel (fossil fuel) outside the furnace, and the hot air from the start-up combustor is transferred into the furnace.
  • start-up fuel frossil fuel
  • the fluidized material reaches a temperature at which the fuel can be ignited spontaneously, the fuel is introduced into the furnace and used for combustion. A method is described.
  • JP 2009-250571 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-187615
  • the present invention has been made to solve such a problem, and is capable of reducing CO 2 at the time of heating the fluidized material at the time of starting the furnace, and in addition, a flow that facilitates handling and maintenance. It aims at providing the operating method of a bed combustion furnace and a fluidized bed combustion furnace.
  • a fluidized bed combustion furnace enables continuous combustion of a raw material in a fluidized bed combustion furnace having a combustion chamber for combusting the raw material while forming a fluidized bed in which the raw material and the fluidized material flow.
  • An electric burner that heats the fluidized material up to the temperature at which the raw material can be continuously combusted is provided, and the output direction of the electric burner is a direction that intersects with the fluidized material flow direction.
  • An operation method of a fluidized bed combustion furnace is an operation method of a fluidized bed combustion furnace provided with a combustion chamber for combusting a raw material while forming a fluidized bed in which the raw material and the fluidized material flow.
  • the fluidized material is heated by the electric burner to a temperature at which the raw material can be continuously combusted to enable continuous combustion of the raw material, and the output direction of the electric burner is a direction that intersects the flow direction of the fluidized material.
  • the electric burner that heats the fluidized material to the temperature at which the raw material can be continuously combusted generates heat using electricity without using fossil fuel, and thus can reduce CO 2 .
  • this electric burner uses electricity without the need for transporting fossil fuels, it is easy to handle and maintain.
  • the output direction of the electric burner is a direction that intersects the flow direction of the fluidized material, burner closure and wear and tear due to the fluidized material can be suppressed.
  • the fluidized bed combustion furnace may include a fluidized material supply path for supplying the fluidized material into the furnace and an electric burner provided in the fluidized material supply path.
  • the electric burner can heat the fluidized material before the fluidized material is supplied into the furnace.
  • the fluidized bed combustion furnace may include a high moisture fuel supply path that is connected to the upstream side of the electric burner of the fluidized material supply path and supplies high moisture fuel.
  • the fluidized material is heated by an electric burner in the fluidized material supply path and supplied into the furnace, and the high moisture fuel is supplied from the high moisture fuel supply channel to the fluidized material supply channel. It is heated by an electric burner in the fluid material supply path and supplied into the furnace. For this reason, compared with the case where the high moisture fuel is supplied to the furnace without being heated, the moisture of the high moisture fuel evaporates to some extent, so that a decrease in the calorific value is suppressed and the fuel can be continuously burned. As a result, the fluidized bed combustion furnace can be operated stably.
  • the fluidized bed combustion furnace includes a fluidized material circulation path that separates the fluidized material from the exhaust gas discharged from the furnace into a solid gas and circulates it back into the furnace, and the fluidized material supply path may be connected to the fluidized material circulation path.
  • the electric burner may be disposed through the furnace wall so as to enter the combustion chamber.
  • the electric burner can heat the fluidized material stored in the combustion chamber.
  • the fluidized material and the high moisture fuel heated by the electric burner in the same manner as described above are supplied into the furnace via a route different from the above. Even in this case, compared with the case where the high moisture fuel is supplied to the furnace without being heated, the moisture of the high moisture fuel evaporates to some extent, so that a decrease in the calorific value is suppressed and the fuel can be continuously burned. As a result, the fluidized bed combustion furnace can be operated stably.
  • the fluidized material can be efficiently and easily heated by a small amount of high-temperature gas using electric energy generated by the plasma torch.
  • CO 2 can be reduced, and in addition, handling and maintenance are facilitated.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing the main part of a fluidized bed combustion furnace according to a first embodiment of the present invention.
  • This fluidized bed combustion furnace is here a fluidized bed boiler and used for a power plant. It is what
  • a fluidized bed boiler 100 includes a cylindrical furnace 1 whose upper and lower ends are closed, and a furnace wall 5 constituting the furnace 1 is a combustion chamber 6.
  • the fluidized bed boiler 100 previously accommodates a fluidized material 7 such as silica sand in the combustion chamber 6, introduces combustion air into the combustion chamber 6 through a plurality of openings 9 provided at the bottom of the combustion chamber 6, and Are introduced into the combustion chamber 6 to form a fluidized bed 8 while flowing with combustion air, and the raw material is combusted.
  • a water pipe disposed on the furnace wall 5 at the time of combustion.
  • the combustion gas exhaust gas
  • the combustion gas exhaust gas
  • the raw material to be combusted is particularly preferably a fuel such as biomass or coal, but may be a waste for incineration such as waste tires or garbage.
  • a fluidizing material supply device 2 for heating the fluidizing material 7 and supplying it to the combustion chamber 6 in the furnace 1 is attached to the furnace 1.
  • the fluidized material supply device 2 includes a fluidized material supply path 3 that serves as a flow path for the fluidized material 7.
  • This fluidized material supply path 3 enters the combustion chamber 6 through a first supply path 10 extending vertically downward from above and extending downward from the lower end of the first supply path 10 through the furnace wall 5. And a second supply path 11. Then, the fluidized material 7 in the fluidized material supply path 3 moves downward in the first supply path 10, moves in the second supply path 11 according to the inclination, and is supplied to the combustion chamber 6.
  • the middle of the first supply path 10 is a heating path 12 for heating the fluidized material 7.
  • the heating path 12 is for heating the fluidized material 7 and includes a plasma torch 4 which is a kind of electric burner.
  • the plasma torch 4 outputs a high-temperature plasma jet (hot gas body) of about 4000 to 20000 ° C. using electricity.
  • the plasma torch 4 is installed so that the nozzle at the tip of the plasma torch 4 penetrates the road wall in a substantially horizontal direction so as to enter the heating path 12, and a plasma flame PF by a plasma jet output from the nozzle in a substantially horizontal direction.
  • it is set as the arrangement
  • the plasma torch 4 heats the fluidized material 7 moving in the heating path 12 to the temperature at which the raw material can be continuously combusted in the combustion chamber 6 by the plasma flame PF.
  • the temperature at which the raw material can be continuously burned is 500 ° C. to 700 ° C.
  • the output direction of the plasma torch 4 is a direction that intersects the flow direction of the fluidized material 7. That is, the plasma torch 4 can output a plasma jet from the lateral direction with respect to the falling fluid 7.
  • a transition type (TR) torch or a non-transition type (NTR) torch can be adopted, but here, a transition type torch that can lengthen the plasma flame PF is adopted.
  • the furnace 1 when the furnace 1 is started, specifically, when the furnace 1 is started before the raw material is charged into the combustion chamber 6, the fluidized material 7 is caused to flow into the fluidized material supply path 3, and the moving fluidized material 7 is converted into plasma.
  • the torch 4 heats the raw material to the above-described continuous combustion possible temperature, and supplies the required amount of heated fluidized material 7 to the combustion chamber 6. At this time, the combustion air is supplied to the combustion chamber 6 through the opening 9 so that the fluidized material 7 flows evenly.
  • the raw material is charged into the combustion chamber 6, the fluidized bed 8 is formed while the raw material and the fluidized material 7 are fluidized, and the raw material is combusted.
  • the fluidized material 7 is heated to the temperature at which the raw material can be continuously combusted by the plasma torch 4 when the furnace 1 is started before the raw material is put into the combustion chamber 6. Since the torch 4 generates heat using electricity without using fossil fuel, CO 2 can be reduced. In addition, since this plasma torch 4 uses electricity without the need to transport fossil fuels, it is easy to handle and maintain. Further, since the output direction of the plasma torch 4 is a direction intersecting with the flow direction of the fluidizing material 7, burner closure and wear and tear by the fluidizing material 7 can be suppressed. When a combustion burner is used, the temperature of the fluidized material is raised by heat exchange by heat transfer between the high-temperature fuel combustion gas and the fluidized material. On the other hand, when an electric burner (plasma torch 4) is used, heat exchange by radiation can be performed between the plasma flame PF and the fluidized material 7, so that the temperature of the fluidized material 7 is easily raised.
  • an electric burner plasma torch 4
  • the fluidized material 7 can be efficiently and easily heated by a small amount of high-temperature gas body using electric energy from the plasma torch 4.
  • the fluidizing material 7 can be efficiently and easily heated in this manner, the fluidizing material 7 can be quickly heated to the temperature at which the raw material can be continuously combusted.
  • the place where the fluidized bed boiler 100 is arranged is a power plant (equipment with power generation facilities), electricity generated by the power generation facilities can be used as it is.
  • the fluidized bed boiler 100 includes a fluidized material supply path 3 for supplying the fluidized material 7 into the furnace 1 and a plasma torch 4 provided in the fluidized material supply path 3. .
  • the plasma torch 4 can heat the fluidized material 7 before the fluidized material 7 is supplied into the furnace 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a main part of a fluidized bed combustion furnace according to a second embodiment of the present invention.
  • the difference between the fluidized bed boiler 200 of the second embodiment and the fluidized bed boiler 100 of the first embodiment is that the plasma torch 4 is passed through the furnace wall 5 so that the nozzle at the tip of the plasma torch 4 enters the combustion chamber 6.
  • the fluidized material 7 previously stored in the combustion chamber 6 is heated by the plasma torch 4 to the temperature at which the raw material can be continuously combusted.
  • a specific operation method is as follows. First, when the furnace 1 is started before the raw material is charged into the combustion chamber 6, the normal temperature fluidized material 7 is supplied to the combustion chamber 6 from the outside, and then the combustion air is supplied through the opening 9 to the combustion chamber. 6, while the fluidizing material 7 is flowing uniformly, the fluidizing material 7 is heated by the plasma torch 4 to the temperature at which the material can be continuously combusted. When the raw material is ignited and starts to burn, the output of the plasma torch 4 is gradually lowered, and then the output of the plasma torch 4 is stopped. The output direction of the plasma torch 4 is a direction that intersects the flow direction of the fluidized material 7.
  • the plasma torch 4 can output a plasma jet from the lateral direction with respect to the fluidized material 7 that flows by the combustion air passing through the opening 9.
  • the flow direction of the fluidized material refers to the direction in which combustion air is supplied (vertical direction), and the fluidized material moving in the horizontal direction is not included in the fluidized material flow direction.
  • the plasma torch 4 either a transfer type torch or a non-transfer type torch can be adopted, but here, it is preferable to use a non-transfer type torch capable of forming a frame similar to a burner.
  • the fluidizing material 7 is heated to the temperature at which the raw material can be continuously combusted by the plasma torch 4 when the furnace 1 is started before the raw material is charged into the combustion chamber 6. Therefore, it goes without saying that the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the plasma torch 4 is disposed through the furnace wall 5 so as to enter the combustion chamber 6.
  • the plasma torch 4 can heat the fluidized material 7 stored in the combustion chamber 6.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a main part of a fluidized bed combustion furnace according to a third embodiment of the present invention.
  • the difference between the fluidized bed boiler 300 of the third embodiment and the fluidized bed boiler 100 of the first embodiment is that when a high moisture fuel that is difficult to burn is used as the fuel, the high moisture fuel is heated by the plasma torch 4 before the furnace. This is the point that it is supplied within 1.
  • a fluid material supply device 22 instead of the fluid material supply device 2, a fluid material supply device 22 in which a high moisture fuel supply channel 23 for supplying high moisture fuel is connected to the upstream side of the plasma torch 4 of the fluid material supply channel 3. It is a point using.
  • the high moisture fuel is a fuel having a moisture content of more than 50%, and specifically includes, for example, unused forest biomass.
  • the moisture content in this case is about 70%.
  • the fluidized material 7 is caused to flow into the fluidized material supply path 3 when the furnace 1 is started before the raw material is charged into the combustion chamber 6.
  • the moving fluid 7 is heated to the temperature at which the raw material can be continuously combusted by the plasma torch 4 and supplied into the furnace 1. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the high moisture fuel is supplied from the high moisture fuel supply passage 23 into the fluidized material supply passage 3 and is heated by the plasma torch 4 together with the fluidized material 7 to be supplied into the furnace 1. Is done. For this reason, as compared with the case where the high-moisture fuel is put into the furnace 1 without being heated, the moisture of the high-moisture fuel evaporates to some extent. As a result, the fluidized bed boiler 300 can be operated stably.
  • the high-moisture fuel supplied to the high-moisture fuel supply path 23 may be all or a part of the high-moisture fuel, and it is sufficient that the fuel can be continuously burned.
  • the high moisture fuel may be heated by the plasma torch 4 and supplied into the furnace 1 during normal operation other than when the furnace 1 is started.
  • the water content of the high moisture fuel is lowered to about 50% by the plasma torch 4, it is preferable because the decrease in the calorific value is suppressed and the fuel can be continuously burned.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a main part of a fluidized bed combustion furnace according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the fluidized bed boiler is a circulating fluidized bed boiler 400.
  • the circulating fluidized bed boiler 400 includes a fluidized material circulation path 25 that separates the fluidized material 7 (including ash and the like) from the exhaust gas from the furnace 1 and circulates it back into the furnace 1.
  • the fluid circulation path 25 is formed by connecting a cyclone 30, a downcomer 31, a loop seal 32, and a return pipe 33 in this order.
  • the cyclone 30 is connected to the furnace 1 and separates the fluidized material 7 from the exhaust gas discharged from the inside of the furnace 1.
  • the downcomer 31 is connected to the bottom of the cyclone 30 and sends the fluidized material 7 separated by the cyclone 30 downward.
  • the loop seal 32 is connected to the lower end of the downcomer 31, and the fluid 7 sent from the downcommer 31 is supplied from the cyclone 30 to prevent the gas in the furnace 1 from flowing back to the cyclone 30 side.
  • the fluidized material 7 is temporarily stored to shut off and seal between the fluidized bed 8 and the cyclone 30 in the furnace 1, and the stored fluidized material 7 is easily flowed by the flowing air appropriately supplied through the line L2. It is fluidized and sent sequentially downward.
  • the line L2 for supplying the flow air to the loop seal 32 is branched from the line L1 for supplying the combustion air to the plurality of openings 9 at the bottom of the furnace 1 described above.
  • the return pipe 33 is connected to the loop seal 32 and the lower part of the furnace 1 to return the fluidized material 7 from the loop seal 32 to the combustion chamber 6 in the furnace 1.
  • the fourth embodiment is the same as the third embodiment in that the fluidized material supply device 22 described above is connected to the lower part of the furnace 1.
  • the fourth embodiment is different from the third embodiment in that a fluid material supply device 42 having the same configuration as that of the fluid material supply device 22 of the third embodiment is connected to the loop seal 32.
  • the fluidized material 7 and the high-moisture fuel are different routes from the above. It is supplied into the furnace 1 via the loop seal 32 and the return pipe 33. Even in this case, compared with the case where the high-moisture fuel is supplied to the furnace 1 without being heated, the moisture of the high-moisture fuel evaporates to some extent. As a result, the circulating fluidized bed boiler 400 can be operated stably.
  • the high moisture fuel may be heated by the plasma torch 4 and supplied into the furnace 1 during normal operation other than when the furnace 1 is started, as described in the third embodiment.
  • the fluid supply device 42 is connected to the loop seal 32. However, it may be connected to the fluid supply circuit 25 such as the downcomer 31 and the return pipe 33, for example.
  • the second embodiment can also be applied to the above-described circulating fluidized bed boiler.
  • a hopper for accommodating the fluidized material 7 is provided, and a damper at the hopper outlet is provided.
  • the fluidized material 7 is supplied and accommodated in the hopper in a closed state, and the fluidized material 7 in the hopper is heated to the temperature at which the raw material can be continuously combusted by the plasma torch 4 as in the second embodiment, and the outlet damper is heated after the heating.
  • the heated fluidized material 7 may be supplied to the combustion chamber 6.
  • high moisture fuel is also supplied into the hopper.
  • the plasma torch 4 is used in particular because it is possible to efficiently and easily output a high-temperature gas body.
  • heat is generated using electricity without using fossil fuel, and the fluidized material 7 is continued as a raw material.
  • Other electric burners may be used as long as they can be heated to a combustible temperature.
  • the present invention can be applied to all fluidized bed combustion furnaces equipped with a combustion chamber for burning a raw material while forming a fluidized bed in which the raw material and a fluidized material flow.

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Abstract

原料及び流動材が流動床を形成しながら原料を燃焼する燃焼室(6)を備えた流動床燃焼炉(1)において、原料継続燃焼可能温度まで流動材を加熱する電気式バーナー(4)を備え、電気式バーナー(4)の出力方向は流動材の流動方向と交差する方向である、流動床燃焼炉。

Description

流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法
 本発明は、流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法に関する。
 従来、例えば石炭等の燃料及び例えば珪砂等の流動材が流動する流動床を形成しながら燃料を燃焼する流動床燃焼炉が知られている。この流動床燃焼炉を起動する場合の運転方法として、以下の特許文献1には、炉内に流動材を供給し、燃焼空気を炉内に供給して流動材を流動させながら、例えば重油等の化石燃料を燃料としたバーナーを作動させ、バーナーの火炎により流動材を所定温度まで加熱し、その後、燃料を炉内に投入し燃焼に供すると共にバーナーの作動を停止する炉起動時の運転方法が記載されている。
 また、以下の特許文献2には、炉外に、起動用燃料(化石燃料)を燃焼することにより熱空気を発生する起動用燃焼器を設け、この起動用燃焼器からの熱空気を炉内に供給し、この熱空気により、炉内の流動材を流動させながら加熱し、流動材が燃料の自然着火可能な温度に達したら、燃料を炉内に投入し燃焼に供する炉起動時の運転方法が記載されている。
特開2009-250571号公報 特開平5-187615号公報
 しかしながら、上記何れの特許文献にあっても、流動材を加熱する際に化石燃料を用いて燃焼する、詳しくは、特許文献1ではバーナーの作動に化石燃料を用いて燃焼し、又、特許文献2では起動用燃焼器の作動に化石燃料を用いて燃焼するため、COが発生する。ここで、COは地球温暖化の原因とされているため、COを低減することが求められている。また、例えば重油等の化石燃料を、流動床燃焼炉が設置された現地(現場)まで運搬して使用するため、取り扱い及び維持管理が面倒である。
 本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、炉起動時の流動材の加熱時を始めとしてCOを削減でき、加えて、取り扱い及び維持管理が容易となる流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法を提供することを目的とする。
 本発明の一形態に係る流動床燃焼炉は、原料及び流動材が流動する流動床を形成しながら原料を燃焼する燃焼室を備えた流動床燃焼炉において、原料の継続した燃焼を可能とする原料継続燃焼可能温度まで、流動材を加熱する電気式バーナーを備え、電気式バーナーの出力方向は流動材の流動方向と交差する方向である。
 また、本発明の一形態に係る流動床燃焼炉の運転方法は、原料及び流動材が流動する流動床を形成しながら原料を燃焼する燃焼室を備えた流動床燃焼炉の運転方法であって、電気式バーナーにより、原料の継続した燃焼を可能とする原料継続燃焼可能温度まで流動材を加熱し、電気式バーナーの出力方向は流動材の流動方向と交差する方向である。
 このような本発明によれば、流動材を原料継続燃焼可能温度まで加熱する電気式バーナーは、化石燃料を用いずに電気を用いて熱を発するため、COを削減できる。加えて、この電気式バーナーでは、化石燃料の運搬等が必要なく電気を使用するため、取り扱い及び維持管理が容易となる。また、電気式バーナーの出力方向は流動材の流動方向と交差する方向であるため、流動材によるバーナー閉鎖や摩耗損耗を抑制できる。
 流動床燃焼炉は、流動材を炉内に供給するための流動材供給路と、流動材供給路に設けられた電気式バーナーと、を備えてよい。このような構成を採用した場合、流動材が炉内に供給される前段階で、電気式バーナーが流動材を加熱することができる。
 流動床燃焼炉は、流動材供給路の電気式バーナーより上流側に接続され高水分燃料を供給する高水分燃料供給路を備えてよい。
 このような構成を採用した場合、流動材は、流動材供給路において電気式バーナーにより加熱されて炉内に供給され、高水分燃料は、高水分燃料供給路から流動材供給路に供給され当該流動材供給路において電気式バーナーにより加熱されて炉内に供給される。このため、高水分燃料が加熱されずに炉内に供給される場合に比して、高水分燃料の水分がある程度蒸発することから発熱量の低下が抑止されて燃料の継続した燃焼が可能とされ、その結果、流動床燃焼炉を安定して運転できる。
 流動床燃焼炉は、炉内から排出される排ガスから流動材を固気分離し炉内に戻し循環させる流動材循環路を備え、流動材供給路は、流動材循環路に接続されてよい。
 流動床燃焼炉において、電気式バーナーは、燃焼室に進入するように炉壁を貫通して配置されていてよい。このような構成を採用した場合、電気式バーナーは、燃焼室内に貯められている流動材を加熱することができる。
 ここで、電気式バーナーは、炉の起動時に使用されるものとすると、特に上記作用・効果を好適に奏することができる。
 このような構成を採用した場合、上記と同様にして電気式バーナーにより加熱された流動材や高水分燃料が、上記とは別ルートを経由して炉内に供給される。これによっても、高水分燃料が加熱されずに炉内に供給される場合に比して、高水分燃料の水分がある程度蒸発することから発熱量の低下が抑止されて燃料の継続した燃焼が可能とされ、その結果、流動床燃焼炉を安定して運転できる。
 ここで、電気式バーナーは、プラズマトーチであると、プラズマトーチによる電気エネルギーを用いた少量の高温ガス体によって、流動材を効率良く容易に加熱することができる。
 このような本発明によれば、COを削減でき、加えて、取り扱い及び維持管理が容易となる。
本発明の第1実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。 本発明の第2実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。 本発明の第3実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。 本発明の第4実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。
 以下、本発明による流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一又は相当要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
 図1は、本発明の第1実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図であり、この流動床燃焼炉は、ここでは、流動床ボイラであって、発電所に用いられるものである。
 図1に示すように、流動床ボイラ100は、上下端を閉じた筒状の炉1を備え、炉1を構成する炉壁5内が燃焼室6とされる。この流動床ボイラ100は、燃焼室6に例えば珪砂等の流動材7を予め収容し、燃焼室6の底部に設けた複数の開口9から当該燃焼室6に燃焼空気を導入し、さらに、外部から燃焼室6に燃焼対象の原料を導入し、これらを燃焼空気により流動させながら流動床8を形成して原料を燃焼するものであり、燃焼の際に、炉壁5に配設された水管により熱交換を行うと共に炉1の上部から燃焼ガス(排ガス)を後段に排出する。
 なお、ここでは、燃焼対象の原料を、特に好ましいとして、例えばバイオマスや石炭等の燃料としているが、例えば廃タイヤやごみ等の焼却目的の廃棄物とすることもできる。
 ここで、特に本実施形態においては、上記流動材7を加熱し炉1内の燃焼室6に供給するための流動材供給装置2が、炉1に対して付設されている。
 流動材供給装置2は、流動材7の流路となる流動材供給路3を備える。この流動材供給路3は、上方から下方に向かって鉛直に延びる第1供給路10と、この第1供給路10の下端から傾いて下方に延び炉壁5を貫通して燃焼室6に進入する第2供給路11と、を有する。そして、流動材供給路3内の流動材7は、第1供給路10内を下方に向かって移動し、第2供給路11内を傾斜に従い移動し、燃焼室6に供される。
 第1供給路10の途中は、流動材7を加熱するための加熱路12とされている。この加熱路12は、流動材7を加熱するためのものであり、電気式バーナーの一種であるプラズマトーチ4を備える。
 プラズマトーチ4は、電気を用いて約4000~20000°Cの高温のプラズマジェット(高温ガス体)を出力するものである。このプラズマトーチ4は、その先端のノズルが、加熱路12内に進入するように路壁を略水平方向に貫通して設置され、そのノズルから略水平方向に出力されるプラズマジェットによるプラズマフレームPFが、下方に移動する流動材7の傍(側)を横切る配置とされている(交わらない配置とされている)。そして、プラズマトーチ4は、プラズマフレームPFにより、加熱路12内を移動する流動材7を、燃焼室6において上記原料の継続した燃焼を可能とする原料継続燃焼可能温度まで加熱する。この原料継続燃焼可能温度は、ここでは、500°C~700°Cとされている。プラズマトーチ4の出力方向は流動材7の流動方向と交差する方向である。すなわち、プラズマトーチ4は、落下する流動材7に対して横方向からプラズマジェットを出力することができる。
 プラズマトーチ4としては、移行型(TR)トーチ又は非移行型(NTR)トーチの何れも採用することができるが、ここでは、プラズマフレームPFを長くすることができる移行型トーチが採用されている。
 次に、このような構成を有する流動床ボイラ100の運転方法について説明する。
 先ず、炉1の起動時、具体的には、原料を燃焼室6に投入する前の炉1の起動時に、流動材7を流動材供給路3内に流し、移動する流動材7を、プラズマトーチ4により前述した原料継続燃焼可能温度まで加熱し、必要量の加熱済みの流動材7を燃焼室6に供給する。このとき、燃焼空気を開口9を通して燃焼室6に供給し流動材7を満遍なく流動させる。次いで、原料を燃焼室6に投入し、原料及び流動材7を流動させながら流動床8を形成し、原料を燃焼させる手順となる。
 このように、本実施形態においては、原料を燃焼室6に投入する前の炉1の起動時に、プラズマトーチ4により、流動材7を原料継続燃焼可能温度まで加熱するようにしており、このプラズマトーチ4は、化石燃料を用いずに電気を用いて熱を発するため、COを削減することができる。加えて、このプラズマトーチ4では、化石燃料の運搬等が必要なく電気を使用するため、取り扱い及び維持管理が容易となる。また、プラズマトーチ4の出力方向は流動材7の流動方向と交差する方向であるため、流動材7によるバーナー閉鎖や摩耗損耗を抑制できる。また、燃焼バーナーを用いた場合は、高温の燃料燃焼ガスと流動材との間で伝熱による熱交換によって流動材の温度を上げる。これに対して、電気式バーナー(プラズマトーチ4)を用いた場合、プラズマフレームPFと流動材7との間で輻射による熱交換を行うことができるため、流動材7の温度を上げやすい。
 また、本実施形態によれば、プラズマトーチ4による電気エネルギーを用いた少量の高温ガス体によって、流動材7を効率良く容易に加熱することができる。また、このように、流動材7を効率良く容易に加熱することができるため、流動材7を原料継続燃焼可能温度まで一早く加熱できる。
 また、本実施形態では、流動床ボイラ100が配された場所が発電所(発電設備がある設備)のため、発電設備で生じた電気をそのまま利用できる。
 また、本実施形態に係る流動床ボイラ100は、流動材7を炉1内に供給するための流動材供給路3と、流動材供給路3に設けられたプラズマトーチ4と、を備えている。このような構成を採用した場合、流動材7が炉1内に供給される前段階で、プラズマトーチ4が流動材7を加熱することができる。
 図2は、本発明の第2実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。
 この第2実施形態の流動床ボイラ200が第1実施形態の流動床ボイラ100と違う点は、プラズマトーチ4を、その先端のノズルが、燃焼室6に進入するように炉壁5を貫通させて設置し、このプラズマトーチ4により、燃焼室6に予め収容されている流動材7を、上記原料継続燃焼可能温度まで加熱するようにした点である。
 具体的な運転方法は、先ず、原料を燃焼室6に投入する前の炉1の起動時に、燃焼室6に常温の流動材7を外部から供給し、次いで、燃焼空気を開口9を通して燃焼室6に供給し流動材7を満遍なく流動させながら、プラズマトーチ4により、流動材7を前述した原料継続燃焼可能温度まで加熱し、流動材7が原料継続燃焼可能温度に達した後に原料を燃焼室6に投入し、原料が着火し燃焼し始めたらプラズマトーチ4の出力を徐々に下げ、その後、プラズマトーチ4の出力を停止する手順となる。プラズマトーチ4の出力方向は流動材7の流動方向と交差する方向である。すなわち、プラズマトーチ4は、開口9を通る燃焼空気によって流動する流動材7に対して横方向からプラズマジェットを出力することができる。なお、本実施形態において流動材の流動方向とは燃焼空気が供給される方向(鉛直方向)のことを言い、流動材が水平方向に移動するものは流動材の流動方向に含まない。
 なお、プラズマトーチ4としては、移行型トーチ又は非移行型トーチの何れも採用することができるが、ここでは、バーナーと似たフレームを形成できる非移行型トーチとするのが好ましい。
 このような第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、原料を燃焼室6に投入する前の炉1の起動時に、プラズマトーチ4により、流動材7を原料継続燃焼可能温度まで加熱するため、第1実施形態と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもない。
 また、本実施形態に係る流動床ボイラ200において、プラズマトーチ4は、燃焼室6に進入するように炉壁5を貫通して配置されている。このような構成を採用した場合、プラズマトーチ4は、燃焼室6内に貯められている流動材7を加熱することができる。
 図3は、本発明の第3実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。
 この第3実施形態の流動床ボイラ300が第1実施形態の流動床ボイラ100と違う点は、燃料として燃え難い高水分燃料を用いる場合、当該高水分燃料をプラズマトーチ4により加熱してから炉1内に供給するようにした点である。具体的には、流動材供給装置2に代えて、高水分燃料を供給する高水分燃料供給路23が、上記流動材供給路3のプラズマトーチ4より上流側に接続された流動材供給装置22を用いた点である。
 ここでいう高水分燃料とは、含水率が50%を越える燃料であり、具体的には、例えば山林系の未利用バイオマス等が挙げられる。この場合の含水率は70%程度である。
 このような第3実施形態にあっては、第1実施形態と同様に、原料を燃焼室6に投入する前の炉1の起動時において、流動材7が流動材供給路3内に流され、移動する流動材7がプラズマトーチ4により原料継続燃焼可能温度まで加熱されて炉1内に供給される。従って、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
 これに加えて、炉1の起動時において、高水分燃料は、高水分燃料供給路23から流動材供給路3内に供給され、流動材7と共にプラズマトーチ4により加熱されて炉1内に供給される。このため、高水分燃料が加熱されずに炉1内に投入される場合に比して、高水分燃料の水分がある程度蒸発することから、発熱量の低下が抑止されて燃料の継続した燃焼が可能とされ、その結果、流動床ボイラ300を安定して運転できる。
 なお、高水分燃料供給路23に供される高水分燃料は、高水分燃料の全部であっても一部であっても良く、燃料の継続した燃焼が可能となれば良い。
 また、高水分燃料は、炉1の起動時以外の例えば通常運転時に、プラズマトーチ4により加熱されて炉1内に供給されても良い。
 因みに、プラズマトーチ4により、高水分燃料の含水率が50%程度に下げられれば、発熱量の低下が抑止されて燃料の継続した燃焼が可能とされるため、好ましい。
 図4は、本発明の第4実施形態に係る流動床燃焼炉の要部を示す概略断面構成図である。
 この第4実施形態では、流動床ボイラが循環流動床ボイラ400とされている。循環流動床ボイラ400は、炉1内からの排ガスから流動材7(灰等を含む)を分離し炉1内に戻し循環させる流動材循環路25を備える。この流動材循環路25は、サイクロン30、ダウンカマー31、ループシール32、戻し管33をこの順に接続して成る。
 サイクロン30は、炉1に接続され、炉1内から排出された排ガスから流動材7を固気分離するものである。
 ダウンカマー31は、サイクロン30の底部に接続され、当該サイクロン30で分離した流動材7を下方に送るものである。
 ループシール32は、ダウンカマー31の下端に接続され、当該ダウンカマー31から送られた流動材7を、炉1内のガス等がサイクロン30側に逆流するのを防止すべく、サイクロン30からの流動材7を一時的に貯留して炉1内の流動床8とサイクロン30との間を遮断しシールすると共に、ラインL2を通して適宜供給される流動用空気により、貯留した流動材7を流れやすく流動化させて順次下方に送るものである。なお、流動用空気をループシール32に供給するラインL2は、前述した燃焼用空気を炉1底部の複数の開口9に供給するためのラインL1から分岐されている。
 戻し管33は、ループシール32と炉1下部とに接続され、ループシール32からの流動材7を炉1内の燃焼室6に戻すものである。
 この第4実施形態では、前述した流動材供給装置22が炉1下部に接続される点は第3実施形態と同様である。この第4実施形態が第3実施形態と違う点は、第3実施形態の流動材供給装置22と同様な構成の流動材供給装置42を、ループシール32に接続した点である。
 このように構成された循環流動床ボイラ400によれば、流動材供給装置22による第3実施形態と同様な作用・効果に加えて、流動材7や高水分燃料が、上記とは別ルートのループシール32、戻し管33を経由して炉1内に供給される。これによっても、高水分燃料が加熱されずに炉1内に供給される場合に比して、高水分燃料の水分がある程度蒸発することから発熱量の低下が抑止されて燃料の継続した燃焼が可能とされ、その結果、循環流動床ボイラ400を安定して運転できる。
 なお、高水分燃料は、第3実施形態で述べたのと同様に、炉1の起動時以外の例えば通常運転時に、プラズマトーチ4により加熱されて炉1内に供給されても良い。
 また、第4実施形態では、流動材供給装置42をループシール32に接続しているが、例えばダウンカマー31や戻し管33等の流動材循環路25に接続していれば良い。
 因みに、第2実施形態も、上述した循環流動床ボイラに対して適用できる。
 以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、流動材7を収容するためのホッパを設け、ホッパ出口のダンパを閉にした状態でホッパ内に流動材7を供給して収容し、このホッパ内の流動材7を第2実施形態のようなプラズマトーチ4により原料継続燃焼可能温度まで加熱し、加熱後に出口ダンパを開にして加熱済みの流動材7を燃焼室6に供給するようにしても良い。なお、第3、第4実施形態に関しては、高水分燃料もホッパ内に供給することになる。
 また、上記実施形態においては、高温ガス体を効率良く容易に出力できるとして、特にプラズマトーチ4を用いているが、化石燃料を用いずに電気を用いて熱を発し、流動材7を原料継続燃焼可能温度まで加熱できる電気式バーナーであれば他のものであっても良い。
 また、上記実施形態においては、循環流動床を含む流動床ボイラに対する適用を述べているが、熱交換を行う水管を炉に備えていない流動床火炉に対しても適用可能であり、要は、原料及び流動材が流動する流動床を形成しながら原料を燃焼する燃焼室を備えた流動床燃焼炉全てに対して適用できる。
 1…炉、2,22,42…流動材供給装置、3…流動材供給路、4…プラズマトーチ(電気式バーナー)、6…燃焼室、7…流動材、8…流動床、23…高水分燃料供給路、25…流動材循環路、100,200,300,400…流動床ボイラ(流動床燃焼炉)。

Claims (8)

  1.  原料及び流動材が流動する流動床を形成しながら前記原料を燃焼する燃焼室を備えた流動床燃焼炉において、
     前記原料の継続した燃焼を可能とする原料継続燃焼可能温度まで、前記流動材を加熱する電気式バーナーを備え、
     前記電気式バーナーの出力方向は前記流動材の流動方向と交差する方向である、流動床燃焼炉。
  2.  前記流動材を炉内に供給するための流動材供給路と、
     前記流動材供給路に設けられた前記電気式バーナーと、を備える請求項1に記載の流動床燃焼炉。
  3.  前記流動材供給路の前記電気式バーナーより上流側に接続され高水分燃料を供給する高水分燃料供給路を備える、請求項2に記載の流動床燃焼炉。
  4.  炉内から排出される排ガスから前記流動材を固気分離し前記炉内に戻し循環させる流動材循環路を備え、
     前記流動材供給路は、前記流動材循環路に接続される、請求項2又は3に記載の流動床燃焼炉。
  5.  前記電気式バーナーは、前記燃焼室に進入するように炉壁を貫通して配置されている、請求項1に記載の流動床燃焼炉。
  6.  前記電気式バーナーは、炉の起動時に使用される、請求項1~5の何れか一項に記載の流動床燃焼炉。
  7.  前記電気式バーナーは、プラズマトーチである、請求項1~6の何れか一項に記載の流動床燃焼炉。
  8.  原料及び流動材が流動する流動床を形成しながら前記原料を燃焼する燃焼室を備えた流動床燃焼炉の運転方法であって、
     電気式バーナーにより、前記原料の継続した燃焼を可能とする原料継続燃焼可能温度まで前記流動材を加熱し、
     前記電気式バーナーの出力方向は前記流動材の流動方向と交差する方向である、流動床燃焼炉の運転方法。
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