循環流動層分離燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置
【課題】 簡単な構成にして環境に影響を及ぼす燃焼排ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ濃度の低減及び灰溶融の抑制を図り且つ高温高効率な燃焼を実現可能な石炭等の固体燃料の循環流動層分離燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置を提供する。
【解決手段】 循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離し、固体燃料をガス化するガス化炉(10)から供給される固体燃料のチャーを燃焼炉(20)の下部で酸化剤を供給して燃焼させるとともに、燃焼炉(20)の上部（中央域Ａ及び上域Ｂ）にガス化炉内で固体燃料のガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を供給し、当該燃焼炉上部において当該ガス化ガスを燃焼させるようにした。
【解決手段】 循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離し、固体燃料をガス化するガス化炉(10)から供給される固体燃料のチャーを燃焼炉(20)の下部で酸化剤を供給して燃焼させるとともに、燃焼炉(20)の上部（中央域Ａ及び上域Ｂ）にガス化炉内で固体燃料のガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を供給し、当該燃焼炉上部において当該ガス化ガスを燃焼させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料の循環流動層燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置に係り、詳しくは、燃焼運転の制御性の向上を図り、環境に影響を及ぼす有害な排ガスの低減及び灰溶融の抑制を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料の循環流動層での燃焼方法として、燃料の熱分解（乾燥、乾留）及びガス化、これにより生成されるチャーやガス化ガスの燃焼を全て混合して同時に行うものが一般的である。
しかしながら、このように熱分解及びガス化、チャーの燃焼、ガス化ガスの燃焼の全てを同時に行うようにすると、燃焼運転の細かな制御や灰溶融の抑制及び環境に影響を及ぼす有害な排ガスの低減が難しいという問題がある。
【０００３】
このようなことに鑑み、例えば、廃棄物を燃料として部分酸化によってガス化しておき、これにより生成したガスを微粉炭燃焼炉の一次燃焼区域以上に導入することで当該燃焼炉から排出される排ガス中のＮＯx、ＣＯを除去するリバーニングという手法が知られている（特許文献１参照）。
また、排ガス中に揮発分を多く含む微粉炭等の化石燃料を供給し、当該燃料の揮発分が燃焼される前に８００℃で活性基を出すことで亜硫化窒素（Ｎ2Ｏ）を分解する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、熱分解ガスの生成とチャーの燃焼を分離し、チャーについてはチャー燃焼炉で燃焼し、熱分解炉で生成した熱分解ガスについては後段の灰溶融炉で燃焼させるようにして低酸素濃度、低ＣＯ濃度、低ＮＯx濃度及び低ダイオキシン類濃度を実現する方法が知られている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９２６７４号公報
【特許文献２】特開平５−５２３１６号公報
【特許文献３】特開２００２−１３０６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された方法は、別途廃棄物を燃料としてガス化したガスを微粉炭燃焼炉に導入してリバーンさせるというものであり、微粉炭燃焼炉から排出される排ガス中のＮＯx、ＣＯの除去を安価に行うことを目的とするものである。しかしながら、この場合、廃棄物の部分酸化により生成されるガスの主成分であるＣＯ、Ｈ2は、これらの成分だけでは酸素共存の高温（例えば、＞８００℃）の雰囲気においてＮＯxやＮ2Ｏを十分に還元できないという問題がある。また、この方法は、石炭と廃棄物の共燃装置だけに使うようなものであり、リバーニングという既存の燃焼方法のコストを低減するに過ぎず、独立な新規燃焼方法を示唆するものではない。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示された方法は、微粉炭等の燃焼性のよい化石燃料を通常の循環流動層燃焼器のサイクロンに供給することで専らＮ2Ｏを低減することを目的とするものである。この場合、サイクロン内での短い滞留時間中に上記供給した化石燃料を完全に熱分解できるかどうか疑問であり、当該熱分解ガスが燃焼ガスと十分に反応するかどうかも疑わしいという問題がある。さらに、サイクロンに微粉炭等を供給するとサイクロンの効率を低下させるおそれもある。そして、この方法も、上記特許文献１と同様、独立な新規燃焼方法を示唆するものではない。
【０００７】
また、上記特許文献３に開示された方法は、廃棄物燃焼の低酸素濃度、低ＣＯ濃度、低ＮＯx濃度及び低ダイオキシン類濃度を実現するよう、熱分解ガスの生成、チャーの燃焼及び生成ガスの燃焼による灰の溶融をそれぞれ流動層のガス化炉、チャー燃焼炉、灰溶融炉で行うものであり、この場合、ガス化炉の他にチャー燃焼炉と灰溶融炉とを別々に設けなければならず、全体としてシステムが複雑になるという問題がある。即ち、この方法は、コンパクトな新規燃焼方法の実現を目的とするようなものではない。
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にして環境に影響を及ぼす燃焼排ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ濃度の低減及び灰溶融の抑制を図り且つ高温高効率な燃焼を実現可能な固体燃料の循環流動層分離燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、請求項１の循環流動層燃焼分離方法では、ガス化炉内に、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成し、前記ガス化炉内において前記固体燃料を前記加熱された流動熱媒体の熱及び前記ガス化剤によってガス化する第一工程と、前記ガス化炉に並設される燃焼炉内に、前記ガス化炉から供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成し、前記燃焼炉の下部において該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する第二工程と、前記ガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を前記燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させる第三工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
これより、チャーの燃焼はガス化ガスの燃焼から分離されることになり、チャーは燃焼炉において酸素富化雰囲気の下で燃焼可能となり、通常は燃焼速度の遅いチャーの燃焼が促進される。また、燃焼炉ではチャーの燃焼ガスが発生することになるが、当該チャーの燃焼ガスにガス化炉で生成された固体燃料のガス化ガスが混入されて燃焼炉上部が還元雰囲気とされ、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去される。また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることにより、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることが防止され、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融が良好に抑制される。
【００１１】
また、請求項２の循環流動層分離燃焼方法では、請求項１の第一工程において、前記ガス化剤として前記燃焼炉から排出される排ガスを前記ガス化炉内に吹き込むことを特徴とする。
これにより、ガス化炉は固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することが可能となり、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が良好に還元除去される。
【００１２】
また、請求項３の循環流動層分離燃焼方法では、請求項１または２の第三工程において、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする。
これより、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去された後、還元に使用されずに残った未燃ガスが良好に燃焼する。
【００１３】
請求項４の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置では、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成してなり、該加熱された流動熱媒体の熱及び該ガス化剤によって前記固体燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉に並設され、前記ガス化炉から連通路を介して下部に供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成してなり、該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する燃焼炉と、前記ガス化により生成したガス化ガスをガス通路を介して前記燃焼炉上部に供給するとともに酸化剤を該燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させるガス化ガス燃焼手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
これより、やはり、チャーの燃焼はガス化ガスの燃焼から分離されるとともに、チャーは燃焼炉において酸素富化雰囲気の下で燃焼可能とされ、通常は燃焼速度の遅いチャーの燃焼が促進される。また、燃焼炉ではチャーの燃焼ガスが発生することになるが、当該チャーの燃焼ガスにガス化炉で生成された固体燃料のガス化ガスが混入されて燃焼炉上部が還元雰囲気とされ、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去される。また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることにより、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることが防止され、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融が良好に抑制される。
【００１５】
また、請求項５の燃焼装置では、請求項４において、前記ガス化剤は、前記燃焼炉から排出される排ガスであることを特徴とする。
これにより、やはり、ガス化炉は固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することが可能となり、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が良好に還元除去される。
【００１６】
また、請求項６の燃焼装置では、請求項４または５において、前記ガス化ガス燃焼手段は、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする。
これより、やはり、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去された後、還元に使用されずに残った未燃ガスが良好に燃焼する。
【００１７】
また、請求項７の燃焼装置では、請求項４乃至６のいずれかにおいて、前記ガス化ガス燃焼手段は、酸化剤の一部を前記ガス通路に供給することを特徴とする。
これより、ガス化ガスが予燃焼させられ、ガス化ガスの燃焼効率が高められる。
また、請求項８の燃焼装置では、請求項４乃至７のいずれかにおいて、前記ガス化炉と前記燃焼炉とは共有壁を挟んで隣接しており、前記連通路は共有壁の下部に設けられた連通孔であることを特徴とする。
【００１８】
これより、燃焼装置がコンパクトなものとなる。また、ガス化炉と燃焼炉とが共有壁を挟んで隣り合うことで熱効率が向上する。
また、請求項９の燃焼装置では、請求項８において、前記ガス通路は前記共有壁の上部に設けられた開口孔であることを特徴とする。
これより、燃焼装置がさらにコンパクトなものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の循環流動層分離燃焼方法によれば、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた通常の循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離するようにできる。
これにより、通常の循環流動層燃焼器に採用している燃焼炉の下部から上方に向けて「貧酸素還元燃焼＋酸素富化酸化燃焼」となる燃焼構造を「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」となるようにでき、燃焼炉の下部において、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができる。
【００２０】
一方、燃焼炉の上部では、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにでき、排ガス中の窒素酸化物濃度を低下させることができる。
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
【００２１】
さらに、このように灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉の上部におけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にすることができる。
請求項２の循環流動層分離燃焼方法によれば、ガス化炉を固体燃料の熱分解炉とし、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
【００２２】
請求項３の循環流動層分離燃焼方法によれば、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を還元除去した後、還元に使用されずに残った未燃ガスを酸化剤により良好に燃焼させることができ、燃焼効率を高めることができる。
請求項４の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置によれば、上記同様、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた通常の循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離するようにできる。
【００２３】
即ち、上記同様、本発明に係る燃焼装置によれば、燃焼炉の下部から上方に向けての燃焼構造を「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」となるようにでき、燃焼炉の下部では、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができ、一方、燃焼炉の上部では、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにでき、排ガス中の窒素酸化物濃度を低下させることができる。
【００２４】
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
さらに、灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉の上部におけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にすることができる。
【００２５】
請求項５の燃焼装置によれば、ガス化炉を固体燃料の熱分解炉とし、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
請求項６の燃焼装置によれば、やはり、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を還元除去した後、還元に使用されずに残った未燃ガスを良好に燃焼させることができ、燃焼効率を高めることができる。
【００２６】
請求項７の燃焼装置によれば、ガス化ガスを予燃焼させることができ、ガス化ガスの燃焼を促進できるとともに、ガス化ガスを燃焼炉の流動層に流入させた際の急激な昇温を回避することができる。
請求項８の燃焼装置によれば、燃焼装置をコンパクトなものにできるとともに熱効率と燃焼の制御性を向上させることができる。
【００２７】
請求項９の燃焼装置によれば、燃焼装置をさらにコンパクトなものにできるとともに熱効率と燃焼の制御性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図１を参照すると本発明の第１実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第１実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。
同図に示すように、燃焼装置は、ガス化炉１０と燃焼炉２０とが別体に併設され、流動熱媒体（砂等のベッド材）とともに燃料の固形成分がガス化炉１０及び燃焼炉２０内を循環するように構成されている。
【００２９】
ガス化炉１０は、例えば当該ガス化炉１０の上部側壁から流動層１２に固体燃料（石炭、バイオマス、廃棄物等）を供給するとともに多孔状の分散板を介してガス化剤（ＣＯ2、排ガス等）を吹き込み供給し、後述の如く加熱され高温化される流動熱媒体の熱により固体燃料のガス化を行う装置である。そして、ガス化炉１０は、上部側壁において燃焼炉２０の下部と連通路１５を介して連通しており、これにより固体燃料のガス化により生成されたチャーと固体燃料ガス化により低温化された流動熱媒体をガス化炉１０から燃焼炉２０に供給可能である。
【００３０】
燃焼炉２０は、流動層２２に下方から酸化剤（空気またはＯ2）を供給することでガス化炉１０から供給されたチャーを燃焼させ且つ流動熱媒体を加熱して高温化する装置であり、当該燃焼炉２０の上部はサイクロン４０に連通している。
また、燃焼炉２０のうちチャーの燃焼ガスが発生している中央域Ａとガス化炉１０の上部とはガス通路３０により連通している。これにより、ガス化炉１０において固体燃料のガス化により生成されたガス化ガス（ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）が当該ガス通路３０を通って燃焼炉２０の中央域Ａに供給される（ガス化ガス燃焼手段）。
【００３１】
また、同図に示すように、ガス化炉１０には、上壁から流動層１２の中央部辺りまで下方に延びてシル１６が設けられている。これにより、ガス化炉１０がガス通路３０に連通する大室Ｃと連通路１５に連通する小室Ｄとに仕切られ、ガス化炉１０で生成されたガス化ガスが連通路１５に流れることなく良好にガス通路３０を経て燃焼炉２０に供給される。
【００３２】
さらに、燃焼炉２０は、燃焼炉２０のうち上記ガス通路３０の連通する中央域Ａよりもサイクロン４０側の上域Ｂにさらに酸化剤（空気またはＯ2）を供給可能に構成されている（ガス化ガス燃焼手段）。
燃焼炉２０の上域Ｂからの高温燃焼ガスと流動熱媒体及び燃料燃焼により生成された固形成分（チャーや灰分等）はサイクロン４０にて分離され、高温燃焼ガスについては排ガスとしてサイクロン４０から排出された後、熱交換器（図示せず）を通してスチームの発生（発電等のため）に利用される一方、高温の流動熱媒体や燃焼により生成された固形成分についてはダウンカマー５０を介して自重によりガス化炉１０へ戻される。
【００３３】
連通路１５とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とはガス化炉１０内においてそれぞれ相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間するように配設されており、さらに、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とはガス化炉１０の大室Ｃ内で互いに対角に位置するように配設されている。このように連通路１５とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とが互いに離間し、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とが互いに対角に設けられていることにより、固形燃料をガス化炉１０内で十分に時間をかけてガス化するようにでき、十分にガス化され尽くしたチャーを連通路１５から燃焼炉２０の下部に供給することが可能であるとともに、成分濃度の高いガス化ガスをガス通路３０から燃焼炉２０の中央域Ａに供給可能である。
【００３４】
なお、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とは必ずしも対角に設ける必要はなく、それぞれ大室Ｃ内の相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間できるよう設けてもよい。
以下、このように構成された本発明に係る燃焼装置の作用、即ち循環流動層分離燃焼方法について説明する。
【００３５】
上述したように、燃焼炉２０の下部にはガス化炉１０から供給されたチャーとともに酸化剤が供給され、チャーの燃焼が行われるとともに流動熱媒体が当該チャーの燃焼熱によって加熱される。このとき、酸化剤はチャーの燃焼が当該酸化剤の存在により酸素富化状態となるように調整されて供給され（例えば、空燃比１．３〜２．０）、これよりチャーの燃焼が良好に促進される。なお、ここではチャーの燃焼のみが行われるため、燃焼は比較的低温で進行する。
【００３６】
一方、このように酸素富化状態の下でチャーの燃焼が行われることで、窒素酸化物（ＮＯx、Ｎ2Ｏ等）の生成も促進される。
しかしながら、ここでは、ガス化炉１０において固体燃料のガス化により生成されたガス化ガス（ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）がガス通路３０を介して燃焼炉２０の中央域Ａに供給されており、当該ガス化ガスが還元剤となって中央域Ａが還元雰囲気となり（例えば、上記酸化剤の供給を制御することにより空燃比０．３〜１．０に調整）、上述の如く発生したＮＯx、Ｎ2Ｏ等は良好にＮ2に還元される。
【００３７】
また、このようにガス化ガスが中央域Ａに供給され、還元雰囲気が生起されると、ガス化ガスのうち還元に使用されなかった余剰ガスが未燃ガスとして残ることになる。しかしながら、上述したように上域Ｂには酸化剤（空気またはＯ2）が供給されているため、当該酸化剤の存在により未燃ガスが良好に酸化除去される。つまり、ガス化ガスが中央域Ａにおいて還元剤として使用されるとともに上域Ｂにおいて良好に燃焼させられる。詳しくは、酸化剤の供給量は上域Ｂが酸化雰囲気（例えば、理論空燃比近傍の空燃比１．２〜１．５）となるように適正に調整される。
【００３８】
即ち、本発明に係る循環流動層分離燃焼方法では、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた循環流動層燃焼が固体燃料の熱分解によるガス化（第一工程）、これにより生じるチャーの燃焼（第二工程）、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼（第三工程）の３つの段階に分離されている。具体的には、チャーの燃焼とガス化ガスの燃焼とが分離されることで、通常の循環流動層燃焼器に採用している燃焼炉の下部から上方に向けて「貧酸素還元燃焼＋酸素富化酸化燃焼」となる燃焼構造が「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」とされている。
【００３９】
これにより、燃焼炉２０の下部において、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができ、一方、燃焼炉２０の中央域Ａにおいて、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにできる。
【００４０】
この場合、特にガス化炉１０内に吹き込むガス化剤として燃焼炉２０から排出される排ガスを用いることにより、ガス化炉１０が固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉２０の中央域Ａにおいてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
【００４１】
さらに、このように灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉２０の上域Ｂにおけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にまで高めることができる。
このように、本発明に係る循環流動層分離燃焼方法によれば、簡単な構成でありながら、環境に影響を及ぼす燃焼排ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ濃度を低減し、灰溶融を抑制し、高温高効率な燃焼を実現することができる。
【００４２】
次に、第２実施例を説明する。
図２を参照すると本発明の第２実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第２実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、ここでは、上記第１実施例との共通部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
当該第２実施例では、ガス化ガスの通るガス通路３０の途中に酸化剤（空気またはＯ2）を供給するとともに、ダウンカマー５０のガス化炉１０近傍部分に空気を加圧供給するようにしている。
このようにガス通路３０の途中に酸化剤を供給すると、ガス化ガスをガス通路３０内で予燃焼させることが可能となり、ガス化ガスの燃焼を促進できるとともに、ガス化ガスを燃焼炉２０の流動層２２に流入させた際の急激な昇温を回避することができる。
【００４４】
また、ダウンカマー５０のガス化炉１０寄りの部分に空気を加圧供給するようにすると、サイクロン４０から降下する流動熱媒体や排ガス中の固体成分のダウンカマー５０内での流動を促進して詰まりを防止することができる。
次に、第３実施例を説明する。
図３を参照すると本発明の第３実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第３実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、ここでも、上記第１実施例との共通部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
第３実施例では、燃焼装置は、上記第１実施例における連通路１５に代えて、共有壁１７を挟み、当該共有壁１７に穿設された連通路（連通孔）１５’を介してガス化炉１０’の下部と燃焼炉２０’の下部とを直接連通するように構成されている。この場合、ガス化炉１０’の多孔状の床面は燃焼炉２０’に向けて傾斜しており、これによりチャーが良好に燃焼炉２０’に導かれる。
【００４６】
これにより、燃焼装置をより簡単な構造でコンパクトに実現することができる。また、ガス化炉１０’と燃焼炉２０’とが共有壁１７を挟んで隣接しているので、熱効率の向上を図ることができ、燃焼の制御性を高めることができる。
ダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置はガス化炉１０’内において燃焼炉２０’から離間するように配設されており、さらに、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とは、上記第１実施例の場合と同様、ガス化炉１０’内で互いに対角に位置するように配設されている。このようにダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置が燃焼炉２０’から離間し、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とが互いに対角に設けられていることにより、上記同様、固形燃料をガス化炉１０’内で十分に時間をかけてガス化するようにでき、十分にガス化され尽くしたチャーを燃焼炉２０’の下部に供給することが可能であるとともに成分濃度の高いガス化ガスをガス通路３０から燃焼炉２０’の中央域Ａに供給可能である。
【００４７】
なお、この場合にも、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とは必ずしも対角に設ける必要はなく、それぞれガス化炉１０’内の相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間できるよう設けてもよい。
また、ここでは、ダウンカマー５０’が屈曲しており、固形燃料についてはガス化炉１０’の上方から供給するようにしているが、上記第１実施例の場合と同様に、ダウンカマー５０’を真直ぐとして固形燃料を上部側壁から供給するようにしてもよい。
【００４８】
さらに、図３中にオプションとして示すように、上記第２実施例を適用し、ガス化ガスの通るガス通路３０の途中に酸化剤（空気またはＯ2）を供給するとともに、ダウンカマー５０’のガス化炉１０’近傍部分に空気を加圧供給するようにしてもよい。
次に、第４実施例を説明する。
図４を参照すると本発明の第４実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第４実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、当該第４実施例は上記第３実施例を変形したものであり、上記第１実施例及び第３実施例との共通部分については説明を省略し、これらと異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
第４実施例では、燃焼装置は、ガス化炉１０”の容積を上方に拡大させ、上記第１、３実施例におけるガス通路３０に代えて、ガス化ガスが共有壁１７’の上部に穿設されたガス通路（開口孔）３０’を介してガス化炉１０”から燃焼炉２０”の中央域Ａに供給されるよう構成されている。
これにより、燃焼装置をさらにコンパクトに実現することができる。また、熱効率のさらなる向上を図ることができ、燃焼の制御性をさらに高めることができる。
【００５０】
この場合にも、図４中にオプションとして示すように、上記第２実施例の一部を適用し、ダウンカマー５０”のガス化炉１０”近傍部分に空気を加圧供給し、ダウンカマー５０”の詰まりを防止するようにしてもよい。
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、ガス化炉１０、１０’、１０”において生成されたガス化ガスの全てを燃焼炉２０、２０’、２０”に供給するようにしたが、ガス化ガスの一部だけをガス通路３０、３０’を介して燃焼炉２０、２０’、２０”に供給し、残りを他の用途に使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１０’、１０” ガス化炉
１２ 流動層
１５、１５’ 連通路
１７、１７’ 共有壁
２０、２０’、２０” 燃焼炉
２２ 流動層
３０、３０’ ガス通路
４０ サイクロン
５０、５０’、５０” ダウンカマー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料の循環流動層燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置に係り、詳しくは、燃焼運転の制御性の向上を図り、環境に影響を及ぼす有害な排ガスの低減及び灰溶融の抑制を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料の循環流動層での燃焼方法として、燃料の熱分解（乾燥、乾留）及びガス化、これにより生成されるチャーやガス化ガスの燃焼を全て混合して同時に行うものが一般的である。
しかしながら、このように熱分解及びガス化、チャーの燃焼、ガス化ガスの燃焼の全てを同時に行うようにすると、燃焼運転の細かな制御や灰溶融の抑制及び環境に影響を及ぼす有害な排ガスの低減が難しいという問題がある。
【０００３】
このようなことに鑑み、例えば、廃棄物を燃料として部分酸化によってガス化しておき、これにより生成したガスを微粉炭燃焼炉の一次燃焼区域以上に導入することで当該燃焼炉から排出される排ガス中のＮＯx、ＣＯを除去するリバーニングという手法が知られている（特許文献１参照）。
また、排ガス中に揮発分を多く含む微粉炭等の化石燃料を供給し、当該燃料の揮発分が燃焼される前に８００℃で活性基を出すことで亜硫化窒素（Ｎ2Ｏ）を分解する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、熱分解ガスの生成とチャーの燃焼を分離し、チャーについてはチャー燃焼炉で燃焼し、熱分解炉で生成した熱分解ガスについては後段の灰溶融炉で燃焼させるようにして低酸素濃度、低ＣＯ濃度、低ＮＯx濃度及び低ダイオキシン類濃度を実現する方法が知られている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９２６７４号公報
【特許文献２】特開平５−５２３１６号公報
【特許文献３】特開２００２−１３０６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された方法は、別途廃棄物を燃料としてガス化したガスを微粉炭燃焼炉に導入してリバーンさせるというものであり、微粉炭燃焼炉から排出される排ガス中のＮＯx、ＣＯの除去を安価に行うことを目的とするものである。しかしながら、この場合、廃棄物の部分酸化により生成されるガスの主成分であるＣＯ、Ｈ2は、これらの成分だけでは酸素共存の高温（例えば、＞８００℃）の雰囲気においてＮＯxやＮ2Ｏを十分に還元できないという問題がある。また、この方法は、石炭と廃棄物の共燃装置だけに使うようなものであり、リバーニングという既存の燃焼方法のコストを低減するに過ぎず、独立な新規燃焼方法を示唆するものではない。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示された方法は、微粉炭等の燃焼性のよい化石燃料を通常の循環流動層燃焼器のサイクロンに供給することで専らＮ2Ｏを低減することを目的とするものである。この場合、サイクロン内での短い滞留時間中に上記供給した化石燃料を完全に熱分解できるかどうか疑問であり、当該熱分解ガスが燃焼ガスと十分に反応するかどうかも疑わしいという問題がある。さらに、サイクロンに微粉炭等を供給するとサイクロンの効率を低下させるおそれもある。そして、この方法も、上記特許文献１と同様、独立な新規燃焼方法を示唆するものではない。
【０００７】
また、上記特許文献３に開示された方法は、廃棄物燃焼の低酸素濃度、低ＣＯ濃度、低ＮＯx濃度及び低ダイオキシン類濃度を実現するよう、熱分解ガスの生成、チャーの燃焼及び生成ガスの燃焼による灰の溶融をそれぞれ流動層のガス化炉、チャー燃焼炉、灰溶融炉で行うものであり、この場合、ガス化炉の他にチャー燃焼炉と灰溶融炉とを別々に設けなければならず、全体としてシステムが複雑になるという問題がある。即ち、この方法は、コンパクトな新規燃焼方法の実現を目的とするようなものではない。
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にして環境に影響を及ぼす燃焼排ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ濃度の低減及び灰溶融の抑制を図り且つ高温高効率な燃焼を実現可能な固体燃料の循環流動層分離燃焼方法及び該方法を用いた燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、請求項１の循環流動層燃焼分離方法では、ガス化炉内に、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成し、前記ガス化炉内において前記固体燃料を前記加熱された流動熱媒体の熱及び前記ガス化剤によってガス化する第一工程と、前記ガス化炉に並設される燃焼炉内に、前記ガス化炉から供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成し、前記燃焼炉の下部において該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する第二工程と、前記ガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を前記燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させる第三工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
これより、チャーの燃焼はガス化ガスの燃焼から分離されることになり、チャーは燃焼炉において酸素富化雰囲気の下で燃焼可能となり、通常は燃焼速度の遅いチャーの燃焼が促進される。また、燃焼炉ではチャーの燃焼ガスが発生することになるが、当該チャーの燃焼ガスにガス化炉で生成された固体燃料のガス化ガスが混入されて燃焼炉上部が還元雰囲気とされ、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去される。また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることにより、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることが防止され、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融が良好に抑制される。
【００１１】
また、請求項２の循環流動層分離燃焼方法では、請求項１の第一工程において、前記ガス化剤として前記燃焼炉から排出される排ガスを前記ガス化炉内に吹き込むことを特徴とする。
これにより、ガス化炉は固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することが可能となり、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が良好に還元除去される。
【００１２】
また、請求項３の循環流動層分離燃焼方法では、請求項１または２の第三工程において、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする。
これより、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去された後、還元に使用されずに残った未燃ガスが良好に燃焼する。
【００１３】
請求項４の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置では、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成してなり、該加熱された流動熱媒体の熱及び該ガス化剤によって前記固体燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉に並設され、前記ガス化炉から連通路を介して下部に供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成してなり、該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する燃焼炉と、前記ガス化により生成したガス化ガスをガス通路を介して前記燃焼炉上部に供給するとともに酸化剤を該燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させるガス化ガス燃焼手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
これより、やはり、チャーの燃焼はガス化ガスの燃焼から分離されるとともに、チャーは燃焼炉において酸素富化雰囲気の下で燃焼可能とされ、通常は燃焼速度の遅いチャーの燃焼が促進される。また、燃焼炉ではチャーの燃焼ガスが発生することになるが、当該チャーの燃焼ガスにガス化炉で生成された固体燃料のガス化ガスが混入されて燃焼炉上部が還元雰囲気とされ、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去される。また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることにより、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることが防止され、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融が良好に抑制される。
【００１５】
また、請求項５の燃焼装置では、請求項４において、前記ガス化剤は、前記燃焼炉から排出される排ガスであることを特徴とする。
これにより、やはり、ガス化炉は固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することが可能となり、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が良好に還元除去される。
【００１６】
また、請求項６の燃焼装置では、請求項４または５において、前記ガス化ガス燃焼手段は、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする。
これより、やはり、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等が還元除去された後、還元に使用されずに残った未燃ガスが良好に燃焼する。
【００１７】
また、請求項７の燃焼装置では、請求項４乃至６のいずれかにおいて、前記ガス化ガス燃焼手段は、酸化剤の一部を前記ガス通路に供給することを特徴とする。
これより、ガス化ガスが予燃焼させられ、ガス化ガスの燃焼効率が高められる。
また、請求項８の燃焼装置では、請求項４乃至７のいずれかにおいて、前記ガス化炉と前記燃焼炉とは共有壁を挟んで隣接しており、前記連通路は共有壁の下部に設けられた連通孔であることを特徴とする。
【００１８】
これより、燃焼装置がコンパクトなものとなる。また、ガス化炉と燃焼炉とが共有壁を挟んで隣り合うことで熱効率が向上する。
また、請求項９の燃焼装置では、請求項８において、前記ガス通路は前記共有壁の上部に設けられた開口孔であることを特徴とする。
これより、燃焼装置がさらにコンパクトなものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の循環流動層分離燃焼方法によれば、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた通常の循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離するようにできる。
これにより、通常の循環流動層燃焼器に採用している燃焼炉の下部から上方に向けて「貧酸素還元燃焼＋酸素富化酸化燃焼」となる燃焼構造を「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」となるようにでき、燃焼炉の下部において、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができる。
【００２０】
一方、燃焼炉の上部では、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにでき、排ガス中の窒素酸化物濃度を低下させることができる。
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
【００２１】
さらに、このように灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉の上部におけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にすることができる。
請求項２の循環流動層分離燃焼方法によれば、ガス化炉を固体燃料の熱分解炉とし、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
【００２２】
請求項３の循環流動層分離燃焼方法によれば、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を還元除去した後、還元に使用されずに残った未燃ガスを酸化剤により良好に燃焼させることができ、燃焼効率を高めることができる。
請求項４の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置によれば、上記同様、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた通常の循環流動層燃焼を固体燃料の熱分解によるガス化、これにより生じるチャーの燃焼、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼の３つの段階に分離するようにできる。
【００２３】
即ち、上記同様、本発明に係る燃焼装置によれば、燃焼炉の下部から上方に向けての燃焼構造を「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」となるようにでき、燃焼炉の下部では、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができ、一方、燃焼炉の上部では、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにでき、排ガス中の窒素酸化物濃度を低下させることができる。
【００２４】
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
さらに、灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉の上部におけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にすることができる。
【００２５】
請求項５の燃焼装置によれば、ガス化炉を固体燃料の熱分解炉とし、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉上部においてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
請求項６の燃焼装置によれば、やはり、チャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を還元除去した後、還元に使用されずに残った未燃ガスを良好に燃焼させることができ、燃焼効率を高めることができる。
【００２６】
請求項７の燃焼装置によれば、ガス化ガスを予燃焼させることができ、ガス化ガスの燃焼を促進できるとともに、ガス化ガスを燃焼炉の流動層に流入させた際の急激な昇温を回避することができる。
請求項８の燃焼装置によれば、燃焼装置をコンパクトなものにできるとともに熱効率と燃焼の制御性を向上させることができる。
【００２７】
請求項９の燃焼装置によれば、燃焼装置をさらにコンパクトなものにできるとともに熱効率と燃焼の制御性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図１を参照すると本発明の第１実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第１実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。
同図に示すように、燃焼装置は、ガス化炉１０と燃焼炉２０とが別体に併設され、流動熱媒体（砂等のベッド材）とともに燃料の固形成分がガス化炉１０及び燃焼炉２０内を循環するように構成されている。
【００２９】
ガス化炉１０は、例えば当該ガス化炉１０の上部側壁から流動層１２に固体燃料（石炭、バイオマス、廃棄物等）を供給するとともに多孔状の分散板を介してガス化剤（ＣＯ2、排ガス等）を吹き込み供給し、後述の如く加熱され高温化される流動熱媒体の熱により固体燃料のガス化を行う装置である。そして、ガス化炉１０は、上部側壁において燃焼炉２０の下部と連通路１５を介して連通しており、これにより固体燃料のガス化により生成されたチャーと固体燃料ガス化により低温化された流動熱媒体をガス化炉１０から燃焼炉２０に供給可能である。
【００３０】
燃焼炉２０は、流動層２２に下方から酸化剤（空気またはＯ2）を供給することでガス化炉１０から供給されたチャーを燃焼させ且つ流動熱媒体を加熱して高温化する装置であり、当該燃焼炉２０の上部はサイクロン４０に連通している。
また、燃焼炉２０のうちチャーの燃焼ガスが発生している中央域Ａとガス化炉１０の上部とはガス通路３０により連通している。これにより、ガス化炉１０において固体燃料のガス化により生成されたガス化ガス（ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）が当該ガス通路３０を通って燃焼炉２０の中央域Ａに供給される（ガス化ガス燃焼手段）。
【００３１】
また、同図に示すように、ガス化炉１０には、上壁から流動層１２の中央部辺りまで下方に延びてシル１６が設けられている。これにより、ガス化炉１０がガス通路３０に連通する大室Ｃと連通路１５に連通する小室Ｄとに仕切られ、ガス化炉１０で生成されたガス化ガスが連通路１５に流れることなく良好にガス通路３０を経て燃焼炉２０に供給される。
【００３２】
さらに、燃焼炉２０は、燃焼炉２０のうち上記ガス通路３０の連通する中央域Ａよりもサイクロン４０側の上域Ｂにさらに酸化剤（空気またはＯ2）を供給可能に構成されている（ガス化ガス燃焼手段）。
燃焼炉２０の上域Ｂからの高温燃焼ガスと流動熱媒体及び燃料燃焼により生成された固形成分（チャーや灰分等）はサイクロン４０にて分離され、高温燃焼ガスについては排ガスとしてサイクロン４０から排出された後、熱交換器（図示せず）を通してスチームの発生（発電等のため）に利用される一方、高温の流動熱媒体や燃焼により生成された固形成分についてはダウンカマー５０を介して自重によりガス化炉１０へ戻される。
【００３３】
連通路１５とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とはガス化炉１０内においてそれぞれ相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間するように配設されており、さらに、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とはガス化炉１０の大室Ｃ内で互いに対角に位置するように配設されている。このように連通路１５とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とが互いに離間し、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とが互いに対角に設けられていることにより、固形燃料をガス化炉１０内で十分に時間をかけてガス化するようにでき、十分にガス化され尽くしたチャーを連通路１５から燃焼炉２０の下部に供給することが可能であるとともに、成分濃度の高いガス化ガスをガス通路３０から燃焼炉２０の中央域Ａに供給可能である。
【００３４】
なお、ガス通路３０とダウンカマー５０及び固形燃料供給位置とは必ずしも対角に設ける必要はなく、それぞれ大室Ｃ内の相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間できるよう設けてもよい。
以下、このように構成された本発明に係る燃焼装置の作用、即ち循環流動層分離燃焼方法について説明する。
【００３５】
上述したように、燃焼炉２０の下部にはガス化炉１０から供給されたチャーとともに酸化剤が供給され、チャーの燃焼が行われるとともに流動熱媒体が当該チャーの燃焼熱によって加熱される。このとき、酸化剤はチャーの燃焼が当該酸化剤の存在により酸素富化状態となるように調整されて供給され（例えば、空燃比１．３〜２．０）、これよりチャーの燃焼が良好に促進される。なお、ここではチャーの燃焼のみが行われるため、燃焼は比較的低温で進行する。
【００３６】
一方、このように酸素富化状態の下でチャーの燃焼が行われることで、窒素酸化物（ＮＯx、Ｎ2Ｏ等）の生成も促進される。
しかしながら、ここでは、ガス化炉１０において固体燃料のガス化により生成されたガス化ガス（ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）がガス通路３０を介して燃焼炉２０の中央域Ａに供給されており、当該ガス化ガスが還元剤となって中央域Ａが還元雰囲気となり（例えば、上記酸化剤の供給を制御することにより空燃比０．３〜１．０に調整）、上述の如く発生したＮＯx、Ｎ2Ｏ等は良好にＮ2に還元される。
【００３７】
また、このようにガス化ガスが中央域Ａに供給され、還元雰囲気が生起されると、ガス化ガスのうち還元に使用されなかった余剰ガスが未燃ガスとして残ることになる。しかしながら、上述したように上域Ｂには酸化剤（空気またはＯ2）が供給されているため、当該酸化剤の存在により未燃ガスが良好に酸化除去される。つまり、ガス化ガスが中央域Ａにおいて還元剤として使用されるとともに上域Ｂにおいて良好に燃焼させられる。詳しくは、酸化剤の供給量は上域Ｂが酸化雰囲気（例えば、理論空燃比近傍の空燃比１．２〜１．５）となるように適正に調整される。
【００３８】
即ち、本発明に係る循環流動層分離燃焼方法では、従来は燃焼に関わる工程を全て混合して同時に行うようにしていた循環流動層燃焼が固体燃料の熱分解によるガス化（第一工程）、これにより生じるチャーの燃焼（第二工程）、上記ガス化されたガス化ガスの燃焼（第三工程）の３つの段階に分離されている。具体的には、チャーの燃焼とガス化ガスの燃焼とが分離されることで、通常の循環流動層燃焼器に採用している燃焼炉の下部から上方に向けて「貧酸素還元燃焼＋酸素富化酸化燃焼」となる燃焼構造が「酸素富化のチャー酸化燃焼＋貧酸素のガス及びチャー還元燃焼」とされている。
【００３９】
これにより、燃焼炉２０の下部において、酸素富化雰囲気の下、燃焼速度の遅いチャーの燃焼を促進させることができ、一方、燃焼炉２０の中央域Ａにおいて、上記酸素富化雰囲気下でのチャーの燃焼により生成されたＮＯxやＮ2Ｏ等をガス化ガス中に富有している還元成分（例えば、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＨ4、Ｈ2、ＣＯ等）によって還元除去するようにできる。
【００４０】
この場合、特にガス化炉１０内に吹き込むガス化剤として燃焼炉２０から排出される排ガスを用いることにより、ガス化炉１０が固体燃料の熱分解炉となり、高還元性のあるガスを生成することができ、燃焼炉２０の中央域Ａにおいてチャーの燃焼ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ等を良好に還元除去することができる。
また、チャーの燃焼が固体燃料の揮発分であるガス化ガスの燃焼と分離されることになるので、チャー粒子の周囲が局所的に高温になることを防止でき、固体燃料の燃焼において問題となる灰溶融を良好に抑制することができる。
【００４１】
さらに、このように灰溶融を抑制できることで、従来は灰溶融の発生を抑えるべく制限されていた循環流動層燃焼の燃焼温度（例えば、８５０℃）を燃焼炉２０の上域Ｂにおけるガス化ガスの燃焼によりさらに高温（例えば、９００℃以上）にまで高めることができる。
このように、本発明に係る循環流動層分離燃焼方法によれば、簡単な構成でありながら、環境に影響を及ぼす燃焼排ガス中のＮＯxやＮ2Ｏ濃度を低減し、灰溶融を抑制し、高温高効率な燃焼を実現することができる。
【００４２】
次に、第２実施例を説明する。
図２を参照すると本発明の第２実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第２実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、ここでは、上記第１実施例との共通部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
当該第２実施例では、ガス化ガスの通るガス通路３０の途中に酸化剤（空気またはＯ2）を供給するとともに、ダウンカマー５０のガス化炉１０近傍部分に空気を加圧供給するようにしている。
このようにガス通路３０の途中に酸化剤を供給すると、ガス化ガスをガス通路３０内で予燃焼させることが可能となり、ガス化ガスの燃焼を促進できるとともに、ガス化ガスを燃焼炉２０の流動層２２に流入させた際の急激な昇温を回避することができる。
【００４４】
また、ダウンカマー５０のガス化炉１０寄りの部分に空気を加圧供給するようにすると、サイクロン４０から降下する流動熱媒体や排ガス中の固体成分のダウンカマー５０内での流動を促進して詰まりを防止することができる。
次に、第３実施例を説明する。
図３を参照すると本発明の第３実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第３実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、ここでも、上記第１実施例との共通部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
第３実施例では、燃焼装置は、上記第１実施例における連通路１５に代えて、共有壁１７を挟み、当該共有壁１７に穿設された連通路（連通孔）１５’を介してガス化炉１０’の下部と燃焼炉２０’の下部とを直接連通するように構成されている。この場合、ガス化炉１０’の多孔状の床面は燃焼炉２０’に向けて傾斜しており、これによりチャーが良好に燃焼炉２０’に導かれる。
【００４６】
これにより、燃焼装置をより簡単な構造でコンパクトに実現することができる。また、ガス化炉１０’と燃焼炉２０’とが共有壁１７を挟んで隣接しているので、熱効率の向上を図ることができ、燃焼の制御性を高めることができる。
ダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置はガス化炉１０’内において燃焼炉２０’から離間するように配設されており、さらに、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とは、上記第１実施例の場合と同様、ガス化炉１０’内で互いに対角に位置するように配設されている。このようにダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置が燃焼炉２０’から離間し、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とが互いに対角に設けられていることにより、上記同様、固形燃料をガス化炉１０’内で十分に時間をかけてガス化するようにでき、十分にガス化され尽くしたチャーを燃焼炉２０’の下部に供給することが可能であるとともに成分濃度の高いガス化ガスをガス通路３０から燃焼炉２０’の中央域Ａに供給可能である。
【００４７】
なお、この場合にも、ガス通路３０とダウンカマー５０’及び固形燃料供給位置とは必ずしも対角に設ける必要はなく、それぞれガス化炉１０’内の相対する一方の側壁及び他方の側壁の近傍に互いに離間できるよう設けてもよい。
また、ここでは、ダウンカマー５０’が屈曲しており、固形燃料についてはガス化炉１０’の上方から供給するようにしているが、上記第１実施例の場合と同様に、ダウンカマー５０’を真直ぐとして固形燃料を上部側壁から供給するようにしてもよい。
【００４８】
さらに、図３中にオプションとして示すように、上記第２実施例を適用し、ガス化ガスの通るガス通路３０の途中に酸化剤（空気またはＯ2）を供給するとともに、ダウンカマー５０’のガス化炉１０’近傍部分に空気を加圧供給するようにしてもよい。
次に、第４実施例を説明する。
図４を参照すると本発明の第４実施例に係る循環流動層分離燃焼方法の適用される当該第４実施例に係る燃焼装置の全体構成図が示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、当該第４実施例は上記第３実施例を変形したものであり、上記第１実施例及び第３実施例との共通部分については説明を省略し、これらと異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
第４実施例では、燃焼装置は、ガス化炉１０”の容積を上方に拡大させ、上記第１、３実施例におけるガス通路３０に代えて、ガス化ガスが共有壁１７’の上部に穿設されたガス通路（開口孔）３０’を介してガス化炉１０”から燃焼炉２０”の中央域Ａに供給されるよう構成されている。
これにより、燃焼装置をさらにコンパクトに実現することができる。また、熱効率のさらなる向上を図ることができ、燃焼の制御性をさらに高めることができる。
【００５０】
この場合にも、図４中にオプションとして示すように、上記第２実施例の一部を適用し、ダウンカマー５０”のガス化炉１０”近傍部分に空気を加圧供給し、ダウンカマー５０”の詰まりを防止するようにしてもよい。
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、ガス化炉１０、１０’、１０”において生成されたガス化ガスの全てを燃焼炉２０、２０’、２０”に供給するようにしたが、ガス化ガスの一部だけをガス通路３０、３０’を介して燃焼炉２０、２０’、２０”に供給し、残りを他の用途に使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る燃焼装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１０’、１０” ガス化炉
１２ 流動層
１５、１５’ 連通路
１７、１７’ 共有壁
２０、２０’、２０” 燃焼炉
２２ 流動層
３０、３０’ ガス通路
４０ サイクロン
５０、５０’、５０” ダウンカマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉内に、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成し、前記ガス化炉内において前記固体燃料を前記加熱された流動熱媒体の熱及び前記ガス化剤によってガス化する第一工程と、
前記ガス化炉に並設される燃焼炉内に、前記ガス化炉から供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成し、前記燃焼炉の下部において該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する第二工程と、
前記ガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を前記燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させる第三工程と、
からなることを特徴とする循環流動層分離燃焼方法。
【請求項２】
前記第一工程では、前記ガス化剤として前記燃焼炉から排出される排ガスを前記ガス化炉内に吹き込むことを特徴とする、請求項１記載の循環流動層分離燃焼方法。
【請求項３】
前記第三工程では、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする、請求項１または２記載の循環流動層分離燃焼方法。
【請求項４】
供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成してなり、該加熱された流動熱媒体の熱及び該ガス化剤によって前記固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉に並設され、前記ガス化炉から連通路を介して下部に供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成してなり、該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する燃焼炉と、
前記ガス化により生成したガス化ガスをガス通路を介して前記燃焼炉上部に供給するとともに酸化剤を該燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させるガス化ガス燃焼手段と、
を備えたことを特徴とする循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項５】
前記ガス化剤は、前記燃焼炉から排出される排ガスであることを特徴とする、請求項４記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項６】
前記ガス化ガス燃焼手段は、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする、請求項４または５記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項７】
前記ガス化ガス燃焼手段は、酸化剤の一部を前記ガス通路に供給することを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項８】
前記ガス化炉と前記燃焼炉とは共有壁を挟んで隣接しており、前記連通路は共有壁の下部に設けられた連通孔であることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれか記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項９】
前記ガス通路は前記共有壁の上部に設けられた開口孔であることを特徴とする、請求項８記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項１】
ガス化炉内に、供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成し、前記ガス化炉内において前記固体燃料を前記加熱された流動熱媒体の熱及び前記ガス化剤によってガス化する第一工程と、
前記ガス化炉に並設される燃焼炉内に、前記ガス化炉から供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成し、前記燃焼炉の下部において該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する第二工程と、
前記ガス化により生成したガス化ガス及び酸化剤を前記燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させる第三工程と、
からなることを特徴とする循環流動層分離燃焼方法。
【請求項２】
前記第一工程では、前記ガス化剤として前記燃焼炉から排出される排ガスを前記ガス化炉内に吹き込むことを特徴とする、請求項１記載の循環流動層分離燃焼方法。
【請求項３】
前記第三工程では、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする、請求項１または２記載の循環流動層分離燃焼方法。
【請求項４】
供給した固体燃料、循環される加熱された流動熱媒体及び吹き込むガス化剤によって流動層を形成してなり、該加熱された流動熱媒体の熱及び該ガス化剤によって前記固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉に並設され、前記ガス化炉から連通路を介して下部に供給される前記固体燃料のガス化により生成されたチャー及び低温化した前記流動熱媒体に酸化剤を加えて流動層を形成してなり、該酸化剤により前記チャーを燃焼させるとともに該チャーの燃焼熱で前記流動熱媒体を加熱する燃焼炉と、
前記ガス化により生成したガス化ガスをガス通路を介して前記燃焼炉上部に供給するとともに酸化剤を該燃焼炉上部に供給し、該燃焼炉上部において前記ガス化ガスを燃焼させるガス化ガス燃焼手段と、
を備えたことを特徴とする循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項５】
前記ガス化剤は、前記燃焼炉から排出される排ガスであることを特徴とする、請求項４記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項６】
前記ガス化ガス燃焼手段は、前記燃焼炉上部のうち前記ガス化により生成したガス化ガスの供給よりも上位置に酸化剤を供給することを特徴とする、請求項４または５記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項７】
前記ガス化ガス燃焼手段は、酸化剤の一部を前記ガス通路に供給することを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項８】
前記ガス化炉と前記燃焼炉とは共有壁を挟んで隣接しており、前記連通路は共有壁の下部に設けられた連通孔であることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれか記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【請求項９】
前記ガス通路は前記共有壁の上部に設けられた開口孔であることを特徴とする、請求項８記載の循環流動層分離燃焼方法を用いた燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２９２２７５（Ｐ２００６−２９２２７５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１３５２８（Ｐ２００５−１１３５２８）
【出願日】平成１７年４月１１日（２００５．４．１１）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１１日（２００５．４．１１）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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