説明

循環流動層燃焼装置の運転方法

【課題】代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る循環流動層燃焼装置の運転方法を提供する。
【解決手段】燃料性状中の揮発分、C/H比、C/O比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、都市ゴミや産業廃棄物等の焼却処理、或いはゴミ固形化燃料(RDF:Refuse Derived Fuel)等の燃料の燃焼に際して発生する燃焼熱を回収するために用いられる循環流動層燃焼装置の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、都市ゴミや産業廃棄物等は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、これらを焼却処理したり、或いはゴミ固形化燃料等を燃料として用いることにより、その燃焼熱を回収するようにした発電設備の開発が進められている。
【0003】
前記発電設備の形式の一つとして循環流動層燃焼装置があり、これは、図4に示される如く、空気分散ノズル2から吹き出される一次空気Aにより都市ゴミやゴミ固形化燃料等の燃料としての廃棄物を、砂や石灰石等からなるベッド材3と共に流動化させながら燃焼させる燃焼炉1と、該燃焼炉1の上部に接続され且つ燃焼炉1内での燃焼により発生した排ガス中に含まれる灰や砂等の流動媒体を捕集する媒体分離装置としてのホットサイクロン4と、該ホットサイクロン4で捕集された流動媒体がダウンカマー5を介して導入され、該流動媒体を冷却し流動媒体戻し管6を介して前記燃焼炉1の底部に戻し循環させる外部再循環ユニットとしての外部熱交換器7と、前記ホットサイクロン4で流動媒体が捕集された排ガスが導入され、内部に過熱器8と節炭器9とが配設された後部伝熱部10とを備えてなる構成を有している。
【0004】
前記後部伝熱部10の節炭器9の下流側には、排ガスの熱により押込通風機11から圧送される空気を加熱するガスエアヒータ12を設け、該ガスエアヒータ12で加熱された空気を、一次空気ライン13を介して前記燃焼炉1の底部へ一次空気Aとして供給すると共に、一次空気ライン13から分岐する二次空気ライン14を介して前記燃焼炉1の上下方向中間部所要位置へ二次空気Bとして供給するようにし、更に、流動用空気ブロワ15から圧送される空気を流動用空気ライン18を介して前記外部熱交換器7の底部へ流動用空気Cとして供給するようにしてある。尚、前記二次空気ライン14の分岐部より下流側における一次空気ライン13途中には、一次空気Aの流量調節用のダンパ16を設け、二次空気ライン14途中には、二次空気Bの流量調節用のダンパ17を設けてある。
【0005】
前記外部熱交換器7は、前記ダウンカマー5が接続されるシールボックス19内底部に、流動用空気Cを空気分散ノズル20から上方へ吹き出すためのウィンドボックス21を形成し、空気分散ノズル20の上方におけるシールボックス19内に、流動媒体との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器22を配設してなる構成を有している。又、前記外部熱交換器7は、一般的にホットサイクロン4下部の圧力よりも燃焼炉1内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、燃焼炉1内の排ガスがホットサイクロン4下部のダウンカマー5側に流れ込むことを防止し、且つホットサイクロン4で分離された流動媒体を燃焼炉1内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるサイホンのような形に形成してある。
【0006】
前述の如き発電設備としての循環流動層燃焼装置においては、押込通風機11から圧送される空気がガスエアヒータ12で加熱され、一次空気ライン13を介して燃焼炉1の底部へ一次空気Aとして供給されると共に、一次空気ライン13から分岐する二次空気ライン14を介して燃焼炉1の上下方向中間部所要位置へ二次空気Bとして供給され、更に、流動用空気ブロワ15から圧送される空気が流動用空気ライン18を介して外部熱交換器7の底部へ流動用空気Cとして供給されており、この状態で、燃焼炉1の空気分散ノズル2上に都市ゴミやゴミ固形化燃料等の廃棄物を投入すると、該廃棄物が空気分散ノズル2から吹き出される一次空気Aによりベッド材3と共に流動化しながら燃焼する。
【0007】
燃焼炉1内での廃棄物の燃焼により発生した排ガスは、灰や砂等の流動媒体と一緒に吹き上げられてホットサイクロン4へ導入され、該ホットサイクロン4において流動媒体が捕集され、該ホットサイクロン4で捕集された流動媒体は、ホットサイクロン4下部に接続されたダウンカマー5から外部再循環ユニットとしての外部熱交換器7へ導入され、該外部熱交換器7において抜熱されて冷却された後、流動媒体戻し管6を介して前記燃焼炉1の底部に戻され、循環される。
【0008】
前記ホットサイクロン4で流動媒体が分離された排ガスは、後部伝熱部10へ導かれ、該後部伝熱部10の過熱器8及び節炭器9において熱回収され、更にガスエアヒータ12において熱回収された後、図示していない集塵機等を経て煙突から大気に放出される。
【0009】
一方、ボイラ給水は、節炭器9において排ガスにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て燃焼炉1の炉壁1a内を流れ、再び蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器8へ導入され排ガスにより過熱され、該過熱器8において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器22へ導かれ流動媒体により更に過熱され、該最終過熱器22において過熱された過熱蒸気は、蒸気タービンへ導入され、発電が行われる。
【0010】
ところで、前述の如き従来の循環流動層燃焼装置においては、新規の多種燃料を専焼或いは混焼させるような運転を行う場合、その燃料毎に広範な条件で試験を実施し、所定時間内に排出されるフライアッシュを図示していないバグフィルタで採取し、該採取したフライアッシュの量と未燃カーボン濃度から燃焼効率を算出することが行われていた。
【0011】
尚、前述の如き循環流動層燃焼装置を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
【特許文献1】特開2002−168423号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、前述の如く新規の多種燃料毎に試験を実施して燃焼効率をその都度求めるのでは、非常に手間とコストがかかるという欠点を有していた。
【0013】
本発明は、斯かる実情に鑑み、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る循環流動層燃焼装置の運転方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、燃料を燃焼炉で流動媒体と共に流動化させつつ燃焼させ、流動媒体を外部循環させるようにした循環流動層燃焼装置の運転方法であって、
燃料性状中の揮発分、C/H比、C/O比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とすることを特徴とする循環流動層燃焼装置の運転方法にかかるものである。
【0015】
前記循環流動層燃焼装置の運転方法においては、燃料性状中の揮発分が60[%]以上、C/H比が10以下、C/O比が15以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整することが有効となる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の循環流動層燃焼装置の運転方法によれば、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0018】
本発明者等は、図4に示されるのと略同等のパイロット規模の試験装置を使用して試験を行った。燃焼炉1は、耐火キャスタブルで成形された内径φ0.36[m]、高さ15[m]の外部循環型のものとした。二次空気Bは、空気分散ノズル2の上方4.3[m]の位置から供給した。起動時は、都市ガスバーナ(図示せず)で層温を約973[K]まで予熱した後、燃料としての廃棄物をフィーダから供給し、廃棄物の混焼に切り換えた。尚、ベッド材3には、平均粒径が約0.3[mm]の砂を使用した。
【0019】
使用した燃料は、廃タイヤ、RPF(Refuse Plastic Fuel)、木材チップ、RDF、及び石炭の五種類であり、それらの燃料性状を図1に示してある。廃タイヤは、強化材として金属ワイヤを含有しているものを使用した。RPFは、廃プラスチックや紙を圧縮成型したものである。RDFは、φ15×40[mm]の国内産のものを使用した。石炭は、燃料比8.8の高燃料比炭を使用した。図1の燃料性状より、揮発分含有量は、RPFが最も高く、木材チップ、RDF、廃タイヤ、石炭の順となっている。石炭の揮発分含有量は9.0[%]であり、他の燃料と比較してかなり低い。発熱量は、廃タイヤが最も高く、木材チップが最も低い。
【0020】
図2に試験条件を示す。混焼のサンプルとして、廃タイヤとRPF、RDFと石炭、木材チップとRPFの三種類を用意した。混焼率は、発熱量ベースで種々調整を行った。炉内ガス温度は、1073〜1173[K]の範囲とした。燃焼効率は、所定時間内に排出されるフライアッシュを図示していないバグフィルタで採取し、該採取したフライアッシュの量と未燃カーボン濃度から算出した。
【0021】
そして、試験データを整理した結果、燃料性状中の揮発分と燃焼効率との関係は、図3(a)の如く、僅かに右上がりの勾配を有する直線状となる傾向を示し、燃料性状中のC/H比と燃焼効率との関係は、図3(b)の如く、僅かに右下がりの勾配を有する直線状となる傾向を示し、燃料性状中のC/O比と燃焼効率との関係は、図3(c)の如く、僅かに右下がりの勾配を有する直線状となる傾向を示すことが判明した。尚、縦軸の燃焼効率は、石炭専焼の燃焼効率を1.0とした場合の割合で示してある。
【0022】
即ち、燃料性状中の揮発分、C/H比、C/O比に基づいて燃焼効率を予測することが可能となり、これを循環流動層燃焼装置における運転の指標とすることができる。
【0023】
例えば、揮発分が低く且つC/H比やC/O比が高くて所望の燃焼効率が得られないような燃料を使用する場合には、揮発分が高く且つC/H比やC/O比が低い燃料を混ぜてやれば良い。
【0024】
この場合、燃料性状中の揮発分が60[%]以上、C/H比が10以下、C/O比が15以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整すれば、高い燃焼効率が得られ、きわめて有効となる。
【0025】
こうして、代表的な条件についてのみ試験を実施するだけで新規の多種燃料の専焼或いは混焼に対応でき、手間とコストを大幅に削減し得る。
【0026】
尚、本発明の循環流動層燃焼装置の運転方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明を実施する形態の一例を立証するための試験に使用した燃料性状を示す図表である。
【図2】本発明を実施する形態の一例を立証するための試験条件を示す図表である。
【図3】本発明を実施する形態の一例を立証するための試験結果を示す線図であって、(a)は揮発分と燃焼効率との関係を示す線図、(b)はC/H比と燃焼効率との関係を示す線図、(c)はC/O比と燃焼効率との関係を示す線図である。
【図4】従来の循環流動層燃焼装置の一例を示す全体概要構成図である。
【符号の説明】
【0028】
1 燃焼炉
2 空気分散ノズル
3 ベッド材
4 ホットサイクロン
5 ダウンカマー
6 流動媒体戻し管
7 外部熱交換器
10 後部伝熱部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料を燃焼炉で流動媒体と共に流動化させつつ燃焼させ、流動媒体を外部循環させるようにした循環流動層燃焼装置の運転方法であって、
燃料性状中の揮発分、C/H比、C/O比に基づいて燃焼効率を予測し、運転の指標とすることを特徴とする循環流動層燃焼装置の運転方法。
【請求項2】
燃料性状中の揮発分が60[%]以上、C/H比が10以下、C/O比が15以下となるよう、燃料の混焼率を発熱量ベースで調整する請求項1記載の循環流動層燃焼装置の運転方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−153364(P2006−153364A)
【公開日】平成18年6月15日(2006.6.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−345685(P2004−345685)
【出願日】平成16年11月30日(2004.11.30)
【出願人】(000000099)石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Fターム(参考)】