流動層ガス化燃焼炉
【課題】チャー発生量の大きな燃料であっても、チャーの移送量を容易に制御でき、しかも配管内部の閉塞などの問題がなく、簡単な設備でチャーを燃焼し、さらにチャーの燃焼熱をガス化用熱源として利用できる流動層ガス化燃焼炉を提供する。
【解決手段】仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４とに分割された流動層炉１であって、ガス化炉３は、生成ガス５０を排出するガス排出口４９と、可燃物４８を投入する可燃物投入口４７を備え、燃焼炉４は、燃焼排ガス５２を排出するガス排出口５１とを備え、仕切壁２は、流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体をガス化炉３から燃焼炉４に通す連絡口３８を具備し、燃焼炉４は第２仕切壁５によって主燃焼室６と熱回収室７とに分割され、熱回収室７をガス化炉３から分離して配置し、熱回収室７と主燃焼室６との間に流動媒体の循環流を形成する。
【解決手段】仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４とに分割された流動層炉１であって、ガス化炉３は、生成ガス５０を排出するガス排出口４９と、可燃物４８を投入する可燃物投入口４７を備え、燃焼炉４は、燃焼排ガス５２を排出するガス排出口５１とを備え、仕切壁２は、流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体をガス化炉３から燃焼炉４に通す連絡口３８を具備し、燃焼炉４は第２仕切壁５によって主燃焼室６と熱回収室７とに分割され、熱回収室７をガス化炉３から分離して配置し、熱回収室７と主燃焼室６との間に流動媒体の循環流を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス化流動層炉と燃焼流動層炉とを一体化した流動層ガス化燃焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を用いて高効率の発電を行う試みがなされている。
その１つとして、図１４に示すいわゆる加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルが提案されている。このシステムは流動床ガス化炉501で石炭をまずガス化する。その際ガス化炉501で発生した炭素主体の可燃分、いわゆるチャーを、ガス化炉501とは異なるチャー燃焼炉502で燃焼させる。すなわち、ガス化炉501で生成されたガスとチャーの混合物は、サイクロン505に導入され、ここでガスとチャーに分離され、チャーはチャー燃焼炉502に送られ、ガスは燃焼器503に送られる。一方、チャー燃焼炉502には、ガス化炉501から流動媒体とチャーが導入され、チャー燃焼炉502内でチャーは燃焼し、チャーの燃焼によって加熱された流動媒体は、ガス化炉501に戻される。そして、ガス化炉501で生じた可燃ガスとチャー燃焼炉502から発生する燃焼排ガスとを燃焼器503で混合燃焼させて温度を更に上げてから、ガスタービン504に導入する。また、チャー燃焼炉502で発生した燃焼排ガスと灰は、サイクロン506で分離され、前述したように燃焼排ガスは燃焼器503に導入され、灰はサイクロンの底部より排出される。
【０００３】
前記チャー燃焼炉502におけるチャーの燃焼によって発生した蒸気は、蒸気タービン508に導入された後、排熱ボイラ509にて加熱され、その後、チャー燃焼炉502に環流する。ガスタービン504から排出された燃焼排ガスは排熱ボイラ509を経て煙突511から排出される。
【０００４】
ガスタービンの効率はガスタービン入口のガス温度が高いほど効率がよくなり、全体システムの効率を上げるためには、ガスタービン入口のガス温度を高温に維持することが非常に重要となる。
【０００５】
一方、石炭は炭種によってガス化特性が大きく異なるが、一般にガス化反応は反応温度が高いほど促進され、ガス化率も高まるので、多様な石炭を燃料として用いるためには、ガス化炉の温度をいかに安定に、かつ高温に維持できるかが極めて重要な最大のポイントである。
【０００６】
ガス化炉の温度維持の方法は大きく分けて2つある。1つはガス化炉に投入された燃料の一部をガス化するだけでなく燃焼させる方法、もう一つはガス化炉で生じたチャーを流動媒体とともにチャー燃焼炉に導入し、チャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、加熱された流動媒体をガス化炉に戻す方法である。一般的に、固体の燃焼反応速度とガスの燃焼反応速度はオーダーが異なるほどガスの燃焼の方が速い。従って前者の場合、ガス化炉に供給された酸素の殆どはそこで発生したガス成分と反応してしまい、ガス化の収率を低下させることとなる。後者の場合はガス化炉で発生したガスが温度維持のために消費されないのでガスの収率が高く炭種適応性が広い。
【０００７】
しかしながら、後者の方法は、ガス化炉からチャー燃焼炉へ大量の高熱の熱媒体を循環させる技術が必要とされるが、この技術は未燃分を含む高温粒子のハンドリング技術であり、非常に技術的に難しい問題がある。加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルが未だ実用化に至らないのは、この未燃分を含む高温粒子のハンドリング技術が未完成だからというのが実状である。
【０００８】
一方、チャー燃焼炉とガス化炉を隣接させて配して、両者の間での高温粒子の搬送距離を極力短くしようという試みが提案されている。この技術はガス化炉に隣接してチャー燃焼炉を設け、チャー燃焼炉の層内に層内伝熱管を配したものである。
【０００９】
流動層内に置かれた伝熱管と熱媒体との熱伝達率は、図１５に示すように、流動化ガスの空塔速度が最低流動化に必要な速度の２倍以上あれば流動の強弱に関わらず、ほぼ一定である。即ち、流動層内に配された伝熱管からは空塔速度に関係なく、常にある一定量の収熱が行われるのである。従って層内での発生熱量が変化するような事態、例えば負荷変化に伴う給炭量変動等が生じた場合でも、伝熱量が一定のため、結果として流動層の温度が変化してしまうことになる。
【００１０】
加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルでは、ガス化炉出口のガス温度、及び燃焼炉出口のガス温度を各々所定の高温に保つことが重要であり、チャー燃焼炉とガス化炉を隣接させて配した構造においては、流動媒体がチャー燃焼炉とガス化炉を互いに循環しているため相互に関連しあい、このような層温の変動はシステム全体の安定運用に致命的な影響を与えることになる。
【００１１】
層内伝熱管を有したチャー燃焼炉の層温変動を抑える方法として、燃焼炉に吹き込む流動化ガス中の酸素量を負荷に応じて変化させ、燃焼量を変化させることによって層温を制御する方法もある。
しかしながら、酸素量制御による燃焼量制御は応答性が悪く、安定制御が困難であるため、層温が暴走し、流動媒体や灰が溶融して流動層が維持できなくなり運転不能に陥るおそれがある。
【００１２】
ガス化炉を高温に保つためには、チャー燃焼炉においてチャーを燃焼させることで熱媒体を加熱し、その高温の熱媒体をガス化炉に供給する必要があるため、チャー燃焼炉の層温を高くしなければならない。しかしながらチャー燃焼炉の層温を高くしすぎると、クリンカが発生してしまうため、層温を限られた所定の範囲内に制御する必要があり、チャー燃焼炉は優れた層温制御機能を有していることが必要である。
【００１３】
チャー燃焼室の温度を制御するのに最も容易な方法は、温度が上昇した際に低温の熱媒体を供給する方法である。例えば層温を950℃から900℃に50℃下げるために必要な流動媒体の量は供給する流動媒体の温度にもよるが、供給する流動媒体の温度が400℃の場合、供給すべき流動媒体の量は流動媒体全量の 50／（900−400）＝１／10 で済むのである。逆に、層の温度が目標値よりも下がった場合には、自ずとチャーの燃焼熱で層温は上昇し回復するので何もする必要はない。
【００１４】
従って燃焼炉の層温の変動を見ながら、必要に応じて低温の流動媒体をチャー燃焼炉に供給できる方法があればチャー燃焼炉の温度制御は容易に実現できるのである。この場合、供給された流動媒体と同量の流動媒体をチャー燃焼炉から排出することも重要である。
【００１５】
一方、従来、常圧の流動床ボイラにおいては、流動層の中で石炭を燃焼させ、熱せられた流動媒体及び燃焼排ガスから熱を回収する。図１６は、従来の常圧の流動床ボイラの一例を示す概略図である。流動床ボイラは、隔壁600によって仕切られた燃焼炉601と熱回収室602とを備えている。熱回収室602には流動媒体からの収熱用の伝熱面603が設けられ、フリーボードには燃焼ガスから収熱する伝熱面604が設けられている。伝熱面603，604による収熱により生成された蒸気は蒸気タービン605を駆動する。
石炭は炭種により性状が大きく異なるため、流動層内での燃焼率も異なり、流動媒体から収熱する熱量と燃焼ガスから収熱する熱量の割合が炭種によってまちまちである。
【００１６】
従って、流動媒体からの収熱用の伝熱面と燃焼ガスからの収熱用の伝熱面の適正配置が炭種によって異なることとなり、従来は炭種によってボイラの伝熱面配置を変えた設計がなされていた。それゆえボイラの改造なしに炭種を変えることには大きな制約があり、大きく炭種を変更しようとすると、ボイラの改造を余儀なくされたのである。なぜならば、収熱量に対して過剰な伝熱面は温度低下を招き、燃焼不良や燃焼ガスの環境特性を悪化させる原因になるし、逆に伝熱面不足は温度の上昇を招き、灰の溶融によるクリンカートラブルや流動媒体の凝集によるアグロメレーションといったトラブルの原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明は、上記の課題を解消し、別置の燃焼炉を必要とせず、ガス化炉および燃焼炉が一体であることから、必要なスペースが少なくてすみ、また石炭などのチャー発生量の大きな燃料であっても、チャーの移送量を容易に制御でき、しかも配管内部の閉塞などの問題がなく、簡単な設備でチャーを燃焼し、さらにチャーの燃焼熱をガス化用熱源として利用できるとともに燃焼炉の層温制御を容易かつ正確に行うことができ、しかもクリンカの発生がなく、不定形の不燃性物質を含む燃料であっても使用することができるなど幅広い燃料を利用可能であり、しかも高効率かつ有害排出物の極めて少ない高度環境対応の流動層ガス化燃焼炉を提供することを目的とする。
【００１８】
また本発明は、ボイラの伝熱面配置を変えることなく、即ち、ボイラの改造をすることなく、様々な炭種に対応できる流動床石炭ボイラである流動層ガス化燃焼炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様においては、仕切壁によってガス化炉と燃焼炉とに分割された流動層炉であって、前記ガス化炉は、炉底と、生成ガスを排出するガス排出口と、流動層の上方から可燃物を投入する可燃物投入口を備え、流動化ガスを前記炉底から前記ガス化炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の弱流動化域と強流動化域を形成して旋回流を形成し、前記弱流動化域は投入された可燃物を沈降させる流動媒体の沈降流を形成し、該弱流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、前記燃焼炉は、炉底と、燃焼排ガスを排出するガス排出口とを備え、流動化ガスを前記炉底から前記燃焼炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の強流動化域と弱流動化域を形成して旋回流を形成し、前記強流動化域は流動媒体の上昇流を形成し、該強流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、前記仕切壁は、前記流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体を前記ガス化炉から前記燃焼炉に通す連絡口を具備し、前記燃焼炉は第２仕切壁によって主燃焼室と熱回収室とに分割され、前記熱回収室を前記ガス化炉から分離して配置し、前記熱回収室と前記主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記ガス化炉と前記燃焼炉の主燃焼室と熱回収室は、一直線に並んで配置されていることを特徴とする。
また、前記ガス化炉と前記燃焼炉の熱回収室は、仕切壁により完全に分離されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記燃焼炉の炉底が前記連絡口に向かって下方に傾斜していることを特徴とする。
また、不燃物排出口が前記炉底に設けられていることを特徴とする。
また、不燃物排出口が前記ガス化炉の炉底と前記燃焼炉の炉底との間に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、複数の仕切壁によってガス化炉と燃焼炉の主燃焼室と熱回収室とに分割し、前記ガス化炉および主燃焼室の少なくとも一方には流動媒体の旋回流を形成し、ガス化炉と主燃焼室との間で流動媒体の循環流を形成し、さらに前記熱回収室と主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００２３】
本発明は一つの流動床炉であって、内部には機能的に明確に区分けされたガス化室、チャー燃焼室、熱回収室の３つがそれぞれ隔壁を介して設けられており、更にチャー燃焼室とガス化室、チャー燃焼室と熱回収室はそれぞれ隣接して設けられている。
【００２４】
熱回収室内には層内伝熱管が配され、常に内部の流動媒体を冷却している。熱回収室とチャー燃焼室の間の隔壁は垂直で、上面はほぼ流動層上面近傍までで、炉底近くには開口部が設けられている。隔壁近傍のチャー燃焼室は流動媒体が激しく吹きあがる強流動化域を形成しており、吹きあがった流動媒体の一部は熱回収室に飛び込む。チャー燃焼炉の温度が設定値を越えて上昇した場合には熱回収室の流動媒体の沈降速度を高め、炉底近くの開口部からチャー燃焼室内に流入する冷却された流動媒体の量を増加させることによって速やかにチャー燃焼炉の温度を低下させることができる。
また、熱回収室で流動媒体を冷却するために回収した熱エネルギーは、蒸気として回収し蒸気タービンを駆動して有効に利用することができる。
【００２５】
また本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は下部と、上部すなわち流動層表面近傍で相互に連絡するように開口を有し、前記ガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、該弱流動化域には可燃物を投入するように構成し、前記強流動化域における前記上昇流の一部は、流動層表面近傍で前記弱流動化域に向かう流れとなって、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、一部は反転流となって、前記第１仕切壁上部の連絡口から燃焼炉へ流入し、前記第１仕切壁を介した前記燃焼炉においては、さらに第２仕切壁を設けて流動層部分を主燃焼室と、熱回収室とに分割し、前記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとして、フリーボード部分においては、主燃焼室と熱回収室とを一体化させ、前記主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域とし、また第２仕切壁に近い区域は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域とする結果、弱流動化域には流動媒体の沈降流を生じさせ、該沈降流の一部は、第１仕切壁の下部連絡口からガス化炉へ還流してガス化炉と主燃焼室との間に循環流を生じ、また強流動化域には流動媒体の上昇流を生じさせ、該上昇流の一部は第１仕切壁側の弱流動化域に向かう流れとなって、主燃焼室流動層内にも旋回流を生じるとともに、一部は反転流となって第２仕切壁を越えて熱回収室に入り、前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成する結果、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００２６】
本発明の上述した態様においては、以下に列挙する作用を奏する。
（１）流動層炉の内部を第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割することによって、ガス化機能と燃焼機能が分離され、１つの流動層炉でありながら同時に２つの機能を独立して働かせることが可能となる。
【００２７】
該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、かつガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、第１仕切壁に近い流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、他側の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、強流動化域の上昇流のうち一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００２８】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００２９】
一方、第１仕切壁の向こう側に形成される燃焼炉においては、さらに流動層内に第２仕切壁を設けて、流動層部分を主燃焼室と熱回収室とに分割し、該第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室は一体化している。かつ主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、主燃焼室においてガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第２仕切壁側すなわち熱回収室側の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。
【００３０】
その結果、上昇流の一部は弱流動化域へ向かう流れとなって主燃焼室流動層内に旋回流を生じさせるとともに、一部は第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。そこでガス化炉からの未燃チャーは燃焼炉内の沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し十分な滞留時間をとって完全に燃焼する。さらにフリーボードに２次空気を投入することによって、燃焼と脱硫反応を完結させることができる。
【００３１】
一方、発生熱量の一部は高温の流動媒体によって第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流し、ガス化用熱源の一部として寄与する。さらに一部の熱量は高温の流動媒体によって第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。
【００３２】
熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った高温の流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成しており、熱回収室流動層内に配置された伝熱面によって収熱される。
【００３３】
また、熱回収室内は弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、流動媒体として珪砂の使用が可能であり、石灰石の使用量は脱硫反応上の必要最少限でよいため、灰の排出量が少なく環境対策上有利である。また、ガス化炉及び燃焼炉では、通常６５０〜９５０℃の範囲でガス化または燃焼を行う。
【００３４】
（２）投入される可燃物中に不燃性の不定形物質が含まれていても、流動層内の旋回流の方向と不燃物排出方向が一致しており、また炉床も不燃物排出口に向かって傾斜しているため、不燃物は容易に排出できる。
（３）第１仕切壁及び第２仕切壁ともに強流動化域側に倒れるような傾斜面をなすことにより、上昇流を方向転換して旋回流を形成するのに貢献し、また背後の弱流動化域側は垂直面をなすことにより、沈降流が停滞することなく、スムーズに形成される。
【００３５】
（４）ガス化炉の生成ガス及び燃焼炉からの燃焼排ガスを、それぞれ溶融炉に導入合流し、可燃性ガス、可燃分を含む微粒子を１２００℃以上の高温で燃焼、灰分を溶融させることにより、有害ガス成分の高温分解、廃棄物である灰の溶融減容化および重金属類の溶出防止が可能である。
（５）本発明の流動層ガス化燃焼炉を耐圧構造とするか、圧力容器に内蔵して、大気圧以上で運転し、かつ取り出された排出ガスをそれぞれ集塵し、その後ガスタービンに導入することによって、ガスタービン入口温度を１３００℃以上で運転することができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
【００３６】
ガス化炉に燃料を供給し、部分燃焼ガス化させ、発生する未燃チャーなどのうち生成ガスと同伴するものは、後段に設置したガス冷却装置で６００℃以下に冷却することによって、例えば、ガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機で捕集したあと燃焼炉に導入して完全燃焼させる。
【００３７】
また、燃焼炉の燃焼排ガスは圧力容器を出たあと、後段に設置したガス冷却装置で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化したあと集塵機で捕集し排出する。
【００３８】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼排ガスと、前記ガス化炉を出たあと集塵されて清浄になった生成ガスをガスタービンに導入し、１３００℃以上の高温で燃焼し、ガスタービンを高効率で駆動する。ガスタービンはコンプレッサー及び発電機を駆動する。
【００３９】
一方、燃料として石炭を使用する場合、石灰石を混合あるいは別途供給して、炉内脱硫反応させることができる。すなわち、ガス化炉にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機で捕集し、主燃焼室に投入するほか、ガス化炉から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを主燃焼室に導入する。そこで酸化雰囲気で完全に燃焼し、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機で捕集、排出する。
【００４０】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は下部と、上部すなわち流動層表面近傍に開口部を有してガス化炉と燃焼炉を相互に連絡し、前記ガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い側の流動化部分を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記強流動化域における上昇流の一部は、流動層表面近傍で前記弱流動化域に向かう流れとなって、ガス化炉流動層内に旋回流を形成するとともに、一部は反転流となって、前記第１仕切壁上部の連絡口から燃焼炉へ流入し、前記燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は、実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせて、流動層内に旋回流を形成させる結果、前記ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、燃焼炉内の旋回流によって流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００４１】
本発明の上述した態様においては、ガス化炉において、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、第１仕切壁に近い流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、他側の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、強流動化域の上昇流のうち一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００４２】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００４３】
一方、第１仕切壁の向こう側に形成される燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、ガス化炉との第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第１仕切壁側と離れた区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、上昇流の一部は弱流動化域へ向かう流れとなって燃焼炉の流動層内に旋回流を生じさせる。ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、燃焼炉内の旋回流によって流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００４４】
燃料の熱分解ガス化作用を生じさせるためには、熱エネルギーが必要であり、通常、石炭ガス化の場合、石炭を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用している。そこでは、ガス化効率の向上をはかりタール発生の抑制のためには高温化が必要なことから、本来出来るだけガスに転化すべき石炭を無駄に燃焼しているのが実状である。
【００４５】
本発明の上述した態様では、上述したように、未ガス化成分であるチャーの燃焼熱を高温流動媒体によってガス化炉に還元するため、その熱量の分だけ石炭の燃焼を節約することが出来る。その結果、空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【００４６】
さらに本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、前記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室とを一体化させ、前記主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、一部は第１仕切壁の下部連絡口を通してガス化炉へ還流するとともに、一部は第２仕切壁側の実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域に向かう流れとなり、かつ該強流動化域では流動媒体は上昇流となり、その結果、主燃焼室流動層内に旋回流を生じるとともに、上昇流の一部は第２仕切壁上部を越える反転流となって熱回収室に入り、前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００４７】
本発明の上述した態様においては、流動層炉の内部を同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割することによって、ガス化機能と燃焼機能が分離され、１つの流動層炉でありながら同時に２つの機能を独立して働かせることが可能となる。
【００４８】
該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、かつ該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００４９】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００５０】
一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、該第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室は一体化させ、かつ主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第２仕切壁側すなわち熱回収室側の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は弱流動化域へ向かう流れとなって主燃焼室流動層内に旋回流を生じさせるとともに、一部は第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。その結果、ガス化炉からの未燃チャーは燃焼炉内の沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって完全に燃焼する。さらにフリーボードに２次空気を投入することによって、燃焼と脱硫反応を完結させることができる。
【００５１】
一方、発生熱量の一部は高温の流動媒体によって第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流し、ガス化用熱源の一部として寄与する。さらに一部の熱量は高温の流動媒体によって第２仕切壁を越えて熱回収室に持ち込まれる。
【００５２】
熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った高温の流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成しており、熱回収室流動層内に配置された伝熱面によって収熱される。
【００５３】
また、熱回収室内は弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、流動媒体として珪砂の使用が可能であり、石灰石の使用量は脱硫反応上の必要最少限でよいため、灰の排出量が少なく環境対策上有利である。また、ガス化炉及び燃焼炉では、６５０〜９５０℃の範囲でガス化又は燃焼を行う。
【００５４】
本発明の上述した態様においても、先に述べた（２）〜（５）に列挙する作用を奏するものである。
【００５５】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁と離れた区域は、実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００５６】
本発明の上述した態様においては、第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００５７】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００５８】
一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、ガス化炉との第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第１仕切壁側と離れた区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００５９】
燃料の熱分解ガス化作用を生じさせるためには、熱エネルギーが必要であり、通常、石炭ガス化の場合、石炭を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用している。そこでは、ガス化効率の向上をはかりタール発生の抑制のためには高温化が必要なことから、本来出来るだけガスに転化すべき石炭を無駄に燃焼しているのが実状である。
【００６０】
本発明の上述した態様では、上述したように、未ガス化成分であるチャーの燃焼熱を高温流動媒体によってガス化炉に還元するため、その熱量の分だけ石炭の燃焼を節約することが出来る。その結果、空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明は以下に列挙する効果を奏する。
（１）部分燃焼ガス化したあとチャーを完全に燃焼することができるため、ガス化しにくくチャー発生量が多い可燃物であっても、利用することができ、ガス化溶融システムなどのメリットを生かすことができる。
（２）ガス化炉と燃焼炉が一体化しており、コンパクトである。
【００６２】
（３）未反応チャーの移送が簡便で制御が容易である。即ち、ガス化炉と燃焼炉が一体化していることから、ガス化炉から燃焼炉へのチャーの移送に関しては、配管やＬバルブなど複雑な機械設備が不要であり、しかも移送量はガス化炉、燃焼炉相互の流動化速度の変化によって制御するため、容易かつシンプルである。また、配管内部での閉塞トラブルなどもない。
（４）ガス化炉のガス化熱源として燃焼炉からの還流流動媒体の保有熱量が有効に利用できるため、ガス化炉への空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【００６３】
（５）ガス化炉における燃料分散が良好である。即ち、ガス化炉流動層内部における旋回流により、燃料の飲み込みがよく滞留時間を長くとれるほか、分散混合がよいので均一な部分燃焼ガス化が可能であり、また燃料の供給箇所も少なくてよい。
（６）不燃物を含む燃料であっても利用できる。
【００６４】
（７）大気圧以上で運転することにより、さらに高効率を得ることができる。即ち、従来の加圧流動床ボイラにおいては、ガスタービン入口温度が８５０〜９００℃であったのに対し、石炭をガス化炉で部分燃焼によりガス化し、残りの可燃分は燃焼炉で完全燃焼して、それぞれの炉から排出される生成ガスと燃焼排ガスをガスタービンに導入することによって、ガスタービン入口での燃焼ガス温度を１３００℃以上にあげることができる。その結果、送電端効率を４２％〜４６％へと大幅に向上させることができる。
【００６５】
（８）燃焼炉が内部循環流動床ボイラであることにより、以下の効果を奏する。
１） 燃焼炉での発生熱を高効率で回収できる。
２） 負荷変化時の制御について、流動層の層高変化の必要がなく、熱回収室の流動化速度を変化させることで簡単に対応できる。
３） 流動層の層高変化の必要がないので、流動媒体貯留槽や移送配管などの設備が不要であり、設備が簡素化できる。
４） 負荷変化時においても流動層温度および燃焼ガス温度を一定に制御でき、ガスタービン効率が安定している。
５） 熱回収室が弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、そのため流動媒体に硬い珪砂の使用が可能であり、灰の排出量が少なくてすむ。
また、本発明の流動層ガス化燃焼炉の一種である流動床石炭ボイラにおいては、炭種が変化しても、ボイラの伝熱面を変更又は改造することなく対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
図１は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。本実施例の流動層炉１は、水平断面が概略矩形をなしている。図１に示すように、流動層炉１の内部は第１仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４に分割されている。第１仕切壁２には上部連絡口３７、下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【００６７】
一方、燃焼炉４はさらに第２仕切壁５によって、主燃焼室６と熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【００６８】
ガス化炉３の下部には炉床２７，２８が構成されており、炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられている。風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する旋回流が生じる。
【００６９】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０が構成されており、炉床２９，３０の下部には風箱１０，１１が設けられている。風箱１０，１１にはそれぞれ接続口１５，１６を通して流動化ガス２０，２１が導入される。一方、炉床２９，３０にはそれぞれ散気装置３４，３５が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３０の上方に強流動化域４４を形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が生じる。
【００７０】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
【００７１】
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流５５にのって下降する。そして炉床２７近くで、強流動化域４２に向かう水平流５６に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流５７となる。一方、上昇流５７は流動層表面近傍で、弱流動化域４１へ向かう流れ５８と第１仕切壁２の連絡口３７を通って燃焼炉４へ向かう反転流５９とに分岐する。
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７を通って主燃焼室６に導入される。
【００７２】
一方、主燃焼室６においても、炉床２９の上方には弱流動化域４３が形成され、また炉床３０の上方には強流動化域４４が形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流６０にのって下降する。そして炉床２９の近くで、一部は第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７となってガス化炉３に戻るほか、強流動化域４４に向かう水平流６１となり、強流動化域４４ではさらに上昇流６２となる。一方、上昇流６２は流動層表面近傍で、弱流動化域４３へ向かう流れ６３と第２仕切壁５の上部開口部３９を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５の上部を越えて熱回収室７に導入される。
【００７３】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６、燃焼炉４の熱回収室７の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されている。
【００７４】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４１の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５５によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【００７５】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流５９によって主燃焼室６に導入され、そこで沈降流６０によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１に示されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【００７６】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７によってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部３９を越える反転流６４として熱回収室７に入り、沈降流６５となったのち、第２仕切壁下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室７に運ばれ、伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【００７７】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、本実施例のように主燃焼室６の炉床３０と熱回収室７の炉床３１の間に不燃物排出口２４を設け、この排出口２４から不燃物２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れるような傾斜面２ａをなし、一方燃焼炉側は垂直面になっている。燃焼炉４において、主燃焼室６と熱回収室７との境界をなす第２仕切壁５は、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒れるような傾斜面５ａをなし、一方、熱回収室側は垂直面になっている。なお、前記傾斜面２ａ，５ａは垂直面になっていてもよい。
【００７８】
図２は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の別の縦断面図である。図２に示すように、流動層炉１の内部は第１仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４に分割されている。第１仕切壁２には上部連絡口３７、下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、第１実施例と同様に傾斜面を有してもよいし垂直面になっていてもよい。第２仕切壁５も同様である。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【００７９】
一方、燃焼炉４はさらに第２仕切壁５によって、主燃焼室６と熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【００８０】
ガス化炉３の下部には炉床２７，２８が構成されており、炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられている。風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８ａ，１９ａが導入される。一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に強流動化域４１ａを形成する。散気装置３３からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に弱流動化域４２ａを形成する。
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が強流動化域４１ａで上昇し、弱流動化域４２ａで下降する旋回流が生じる。
【００８１】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０，１３０ａが構成されており、炉床２９，３０，１３０ａの下部には風箱１０，１１，１１１ａが設けられている。風箱１０，１１，１１１ａにはそれぞれ接続口１５，１６，１１６ａを通して流動化ガス２０ａ，２７ａ，２１ａが導入される。一方、炉床２９，３０，１３０ａにはそれぞれ散気装置３４，３５，１３５ａが設けられている。散気装置３４，３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９，３０の上方に強流動化域１６２ａ，６２ａを形成する。散気装置１３５ａからは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床１３０ａの上方に弱流動化域４３ａを形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４４ａで沈降し、強流動化域４３ａ，４３ａで上昇する旋回流が生じる。
【００８２】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【００８３】
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４２ａで流動媒体は沈降流５７ａにのって下降する。そして炉床２８近くで、強流動化域４１ａに向かう水平流５６ａに転じ、強流動化域４１ａではさらに上昇流５５ａとなる。一方、下降流５７ａは炉床２８近傍で、強流動化域４１ａへ向かう流れ５６ａと第１仕切壁２の連絡口３８を通って燃焼炉４へ向かう反転流６０ａとに分岐する。
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域４２ａで沈降し、強流動化域４１ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁下部の連絡口３８を通って主燃焼室６に導入される。
【００８４】
一方、主燃焼室６においても、炉床２９，３０の上方には強流動化域４３ａが形成され、また炉床１３０ａの上方には弱流動化域４４ａが形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４４ａで流動媒体は沈降流７０ａにのって下降する。そして流動層表面近傍で、一部は第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る反転流５９ａとなってガス化炉３に戻るほか、弱流動化域４４ａに向かう水平流１７１ａとなり、弱流動化域４４ａではさらに下降流７０ａとなる。一方、上昇流６２ａは流動層表面近傍で、弱流動化域４４ａへ向かう流れ７１ａと第２仕切壁５の上部開口部３９を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
【００８５】
従って、燃焼炉４の主燃焼室６の流動層内部では弱流動化域４４ａで沈降し、強流動化域４３ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５の上部を越えて熱回収室７に導入され、さらに一部の流動媒体は第１仕切壁２の上部連絡口３７を通ってガス化室３に導入される。
【００８６】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されており、燃焼炉４の熱回収室７においては、内部の沈降流と、主燃焼室６との間の循環流が形成されている。
【００８７】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４２ａの上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５７ａによってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【００８８】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流６０ａによって主燃焼室６に導入され、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図２に示されるように、必要に応じて主燃焼室６の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【００８９】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る反転流５９ａによってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部３９を越える反転流６４として熱回収室７に入り、沈降流６５となったのち、第２仕切壁下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室７に運ばれ、伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【００９０】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、本実施例のように主燃焼室６の炉床３０と熱回収室７の炉床３１の間に不燃物排出口２４を設け、この排出口２４から不燃物２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。
【００９１】
図３は図１および図２に示す流動層ガス化燃焼炉の別の形態の実施例を示す。図１および図２に示す実施例においては、それぞれ水平断面が矩形状のガス化炉３、主燃焼室６、熱回収室７が一直線上に並んで配置されているが、図３に示す実施例では、直角に組み合わせた例を示す。図３は本発明の流動層燃焼ガス化炉の水平断面図を示しており、流動層炉１の内部を第１仕切壁２で、ガス化炉３と燃焼炉４に分割している。
【００９２】
一方、燃焼炉４は、さらに第２仕切壁５によって主燃焼室６と熱回収室７に分割されているが、図１の実施例の場合とは異なり、第１仕切壁２と第２仕切壁５は同一平面上にあり、ガス化炉３と熱回収室７は第３仕切壁７０を隔てて隣り合っている。ただし、第３仕切壁７０には開口部はなく、完全に分離されている。
また、流動層に関しては、図１の実施例と同じように、流動化速度の異なる領域を形成することにより、ガス化炉３の流動層においては弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する循環流が構成され、一部は反転流となって主燃焼室６に移行する。
【００９３】
一方、主燃焼室６においても同様に弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する循環流が構成され、一部は反転流６４となって熱回収室７に移行するが、図１の実施例の場合とは異なり、主燃焼室６における循環流の旋回面は、ガス化炉３における循環流の旋回面とは直角になっている。また主燃焼室６と熱回収室７の間の循環流の旋回面も、主燃焼室６内における循環流の旋回面とは直角になっている。このように構成することにより、流動層炉１の水平断面形状がより正方形に近くなり、製作上、プラント構成上の利点がある。
【００９４】
図４は廃熱ボイラおよび蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明の流動層ガス化燃焼炉の実施例である。図４に示すように、ガス化炉３のガス排出口４９から排出された生成ガスと、燃焼炉４のガス排出口５１から排出された燃焼排ガスは、それぞれ溶融燃焼炉１０１に導かれ、円筒形の１次燃焼室１０２にタンジェンシャル（接線方向）に吹き込まれる。１次燃焼室１０２及び２次燃焼室１０３には、必要に応じて補助燃料１０４が供給され、酸素または空気、あるいはそれらの混合気体が吹き込まれ、１２００〜１５００℃以上で燃焼する。その結果、灰が溶融し、またダイオキシン、ＰＣＢなどの有害物質が高温で分解される。溶融灰１０６は排出口１０５を出た後、水室１０７で急冷され、スラグ１０８となって排出される。
【００９５】
一方、溶融燃焼炉１０１から排出される高温の燃焼ガスは、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１で順次冷却され、集塵機１１２、誘引送風機１１３を経て大気に放出される。空気予熱器１１１を出た燃焼ガスには、必要に応じて、集塵機１１２の手前で消石灰などの中和剤１１４が添加される。
【００９６】
一方、ボイラ給水１１６はエコノマイザー１１０を経由して廃熱ボイラ１０９にて過熱蒸気１２１となり、蒸気タービンを駆動する。また燃焼用気体１１５は酸素、空気、あるいはそれらの混合気体として、空気予熱器１１１で加熱され、溶融燃焼炉１０１、及び燃焼炉４のフリーボードに供給される。また、本図には図示していないが流動化ガス１８〜２２とすることも可能である。また、層内伝熱管４６で得られた蒸気は中圧又は低圧タービンを駆動する。
【００９７】
さらに特に図示はしないが、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１から排出される灰１１７，１１８は燃焼炉４に戻すことも可能である。
一方、集塵機１１２で捕集された飛灰１１９は、揮散したＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩を含む場合には処理機１２０にて薬品処理される。
【００９８】
図５は、本発明の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合の実施例を示す図である。
図５では図示しないが、流動層炉１そのものを耐圧構造としてもよい。しかし、耐熱機能と耐圧機能を分離したほうが、構造上、有利であるため、本実施例においては、流動層炉１を圧力容器２０１の内部に格納し、ガス化炉３及び燃焼炉４を大気圧以上で運転することを可能にしている。
【００９９】
燃焼炉４からの燃焼ガス排出口５１、ガス化炉３からの生成ガス排出口４９、ガス化炉３への可燃物供給口４７、燃焼炉４の２次空気供給口５３、およびその他の流動化ガス供給ライン、不燃物排出ラインなどは圧力容器２０１を貫通している。
本実施例においては、ガス化炉３に可燃物４８を供給し、部分燃焼ガス化させる。可燃物供給方法は本図に記載のスクリューによる方法の他、空気輸送や、スラリー状態での供給も可能である。
【０１００】
ガス化炉３で発生する未燃チャー等のうち生成ガスと同伴したものは、後段に設置したガス冷却装置２０２で６００℃以下に冷却し、例えばガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０３で捕集したあと燃焼炉４に導入して完全燃焼させる。燃焼炉４の燃焼排ガスは圧力容器２０１を出たあと、後段に設置したガス冷却装置２０４で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０５で捕集し排出する。集塵機２０３，２０５にはセラミックフィルタを用いることが多いが、他の形式の集塵機でもよい。
【０１０１】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼ガスと、前記ガス化炉３を出たあと集塵機２０３で集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼器２０６で混合燃焼させるが、それぞれのガスを冷却した分、燃焼器２０６へ持ちこまれる熱エネルギーが低下するので、燃焼器２０６にて高温燃焼させるためには、燃焼炉４での空気過剰率をなるべく少なくして運転し、燃焼排ガス量を低減する。そして、燃焼器２０６で燃焼に必要な酸素は、別途、酸素２０７として燃焼器２０６に供給する。
【０１０２】
燃焼器２０６からの高温高圧燃焼排ガスは、ガスタービン２０９を高効率で駆動する。ガスタービン２０９はコンプレッサ２１０、発電機２１１を駆動する。
ガスタービン２０９を出た排ガスは熱回収装置２１２で冷却されたのち、大気放出される。なお、本実施例においては、タービンブレードの材質が向上すれば、ガス冷却装置２０２，２０４は省略してもよい。
【０１０３】
一方、可燃物４８として石炭を使用する場合、石灰石２１４を混合あるいは別途供給して炉内脱硫反応させる。すなわち、ガス化炉３にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機２０３で捕集し、主燃焼室６に投入する。
【０１０４】
また、ガス化炉３から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを含む流動媒体が主燃焼室６に導入される。そこで沈降流によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼され、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機２０５で捕集、排出される。さらにガス化炉３における炉内脱硫反応が不十分な場合、ガス化炉を出た後、追加の脱硫反応装置２１３を設けることもよい。
【０１０５】
図６は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の部分断面図である。図７は流動層部分の水平断面を示す。また、図６において流動層部分の垂直断面は図７のａ−ａ矢視に相当する。ここでは、図６，図７を用いて説明する。
図６及び図７に示す実施例において、図１に示す実施例における要素（又は部材）と同一又は類似した機能を有する要素（又は部材）は同一符号を用いて説明する。
【０１０６】
円筒形流動層炉１の内部は外壁と同心の第１仕切壁２によってガス化炉３と円環状の燃焼炉４に分割されている。該第１仕切壁２には複数の矩形状の上部連絡口３７、複数の矩形状の下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、本図では省略し、図１０に示すように、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れるような傾斜面をなし、一方燃焼炉側は垂直面になっている。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【０１０７】
一方、燃焼炉４はさらに半径方向に延びる複数の第２仕切壁５によって、複数の主燃焼室６と複数の熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。各熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また各第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１０８】
ガス化炉３の下部には、中央に炉床２７が構成され、この炉床２７を取り巻くように円環状の炉床２８が構成されている。炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられており、風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。
一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
【０１０９】
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、周囲の円環状範囲の強流動化域４２で上昇し、中央に向かって流れ込み、中央部の円筒状範囲の弱流動化域４１で沈降する旋回流が生じる。
【０１１０】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０が構成されており、炉床２９，３０の下部には風箱１０，１１が設けられている。風箱１０，１１にはそれぞれ接続口１５，１６を通して流動化ガス２０，２１が導入される。一方、炉床２９，３０にはそれぞれ散気装置３４，３５が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３０の上方に強流動化域４４を形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が生じる。
【０１１１】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【０１１２】
上述のようにガス化炉３、燃焼炉４の内部に流動化速度の異なる流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流５５にのって下降する。そして炉床２７の近くで、強流動化域４２に向かう水平流５６に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流５７となる。一方、上昇流５７は流動層表面近傍で、中央の弱流動化域４１へ向かう流れ５８と第１仕切壁２の連絡口３７を通って燃焼炉４へ向かう反転流５９とに分岐する。
【０１１３】
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域で沈降し、強流動化域で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７を通って燃焼炉４の主燃焼室６に導入される。
【０１１４】
一方、主燃焼室６においても、連絡口３７付近には弱流動化域４３が形成され、また炉床３０の上方には強流動化域４４が形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流６０にのって下降する。そのため、反転流５９によってガス化炉３から流入した未燃チャーを含む流動媒体も沈降流６０にのって燃焼炉の内部に飲み込まれ、完全に燃焼する。
【０１１５】
そして炉床近くで、一部の流動媒体は第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７となってガス化炉３に戻るほか、強流動化域４４に向かう水平流６１となり、強流動化域４４ではさらに上昇流６２となる。一方、上昇流６２は流動層表面近傍で、弱流動化域４３へ向かう流れ６３と第２仕切壁５の上部空間を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する流れが形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５上部を越えて熱回収室７に導入され、さらに別の流動媒体は第１仕切壁２の下部の連絡口３８からガス化炉３へ還流する。
【０１１６】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６、燃焼炉４の熱回収室７の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されている。
【０１１７】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４１の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５５によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【０１１８】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流５９によって主燃焼室６に導入され、そこで沈降流６０によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図５に示されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１１９】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７によってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部を越えて熱回収室７に入り、下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室の伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は燃焼炉４にて熱エネルギーに転換して有効に高効率で回収することが可能である。
【０１２０】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、特に図示しないが同様に第２仕切壁下部付近、主燃焼室炉床と熱回収室炉床の間に不燃物排出口を設け、不燃物を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。燃焼炉４において、主燃焼室６と熱回収室７との境界をなす第２仕切壁５は、本図では省略し、図１０に断面を示すが、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒れるような傾斜面をなし、一方、熱回収室側は垂直面になっていてもよい。
【０１２１】
図８および図９は廃熱ボイラおよび蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明の円筒形流動層ガス化燃焼炉の実施例である。
図８に示すように、ガス化炉３のガス排出口４９から排出された生成ガスと、燃焼炉４のガス排出口５１から排出された燃焼排ガスは、それぞれ溶融燃焼炉１０１に導かれ、円筒形の１次燃焼室１０２にタンジェンシャル（接線方向）に吹き込まれる。１次燃焼室１０２及び２次燃焼室１０３には、必要に応じて補助燃料１０４が供給され、酸素または空気、あるいはそれらの混合気体が吹き込まれ、１２００〜１３００℃以上で燃焼する。その結果、灰が溶融し、またダイオキシン、ＰＣＢなどの有害物質が高温で分解される。溶融灰１０６は排出口１０５を出た後、水室１０７で急冷され、スラグ１０８となって排出される。
【０１２２】
一方、溶融燃焼炉１０１から排出される高温の燃焼ガスは、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１で順次冷却され、集塵機１１２、誘引送風機１１３を経て大気に放出される。空気予熱器１１１を出た燃焼ガスには、必要に応じて、集塵機１１２の手前で消石灰などの中和剤１１４が添加される。
【０１２３】
一方、ボイラ給水１１６はエコノマイザー１１０を経由して廃熱ボイラ１０９にて過熱蒸気１２１となり、蒸気タービンを駆動する。また燃焼用気体１１５は酸素、空気、あるいはそれらの混合気体として、空気予熱器１１１で加熱され、溶融燃焼炉１０１、及び燃焼炉４のフリーボードに供給される。また、本図には図示していないが流動化ガス１８〜２２とすることも可能である。また、層内伝熱管４６で得られた蒸気は中圧又は低圧タービンを駆動する。
【０１２４】
さらに特に図示はしないが、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１から排出される灰１１７，１１８は燃焼炉４に戻すことも可能である。
一方、集塵機１１２で捕集された飛灰１１９は、揮散したＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩を含む場合には処理機１２０にて薬品処理される。
【０１２５】
図９は、本発明の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合の実施例を示す図である。
図９では図示しないが、流動層炉１そのものを耐圧構造としてもよい。しかし、耐熱機能と耐圧機能を分離したほうが、構造上、有利であるため、本実施例においては、流動層炉１を圧力容器２０１の内部に格納し、ガス化炉３及び燃焼炉４を大気圧以上で運転することを可能にしている。
【０１２６】
燃焼炉４からの燃焼ガス排出口５１、ガス化炉３からの生成ガス排出口４９、ガス化炉３への可燃物供給口４７、燃焼炉４の２次空気供給口５３、およびその他の流動化ガス供給ライン、不燃物排出ラインなどは圧力容器２０１を貫通している。
本実施例においては、ガス化炉３に可燃物４８を供給し、部分燃焼ガス化させる。可燃物供給方法は本図に記載のスクリューによる方法の他、空気輸送や、スラリー状態での供給も可能である。
【０１２７】
ガス化炉３で発生する未燃チャーのうち生成ガスに同伴するものは、後段に設置したガス冷却装置２０２で６００℃以下に冷却し、例えばガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０３で捕集したあと燃焼炉４に導入して完全燃焼させる。燃焼炉４の燃焼排ガスは圧力容器２０１を出たあと、後段に設置したガス冷却装置２０４で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０５で捕集し排出する。集塵機２０３，２０５にはセラミックフィルタを用いることが多いが、他の形式の集塵機でもよい。
【０１２８】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼ガスと、前記ガス化炉３を出たあと集塵機２０３で集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼器２０６で混合燃焼させるが、それぞれのガスを冷却した分、燃焼器２０６へ持ちこまれる熱エネルギーが低下するので、燃焼器２０６にて高温燃焼させるためには、燃焼炉４での空気過剰率をなるべく少なくして運転し、燃焼排ガス量を低減する。そして、燃焼器２０６で燃焼に必要な酸素は、別途、酸素２０７として燃焼器２０６に供給する。
燃焼器２０６からの高温高圧燃焼排ガスは、ガスタービン２０９を高効率で駆動する。ガスタービン２０９はコンプレッサ２１０、発電機２１１を駆動する。
【０１２９】
ガスタービン２０９を出た排ガスは熱回収装置２１２で冷却されたのち、大気放出される。なお、本実施例においては、タービンブレードの材質が向上すれば、ガス冷却装置２０２，２０４は省略してもよい。
【０１３０】
一方、可燃物４８として石炭を使用する場合、石灰石２１４を混合あるいは別途供給して炉内脱硫反応させる。すなわち、ガス化炉３にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機２０３で捕集し、主燃焼室６に投入する。
【０１３１】
また、ガス化炉３から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを含む流動媒体が主燃焼室６に導入される。そこで沈降流によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼され、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機２０５で捕集、排出される。さらにガス化炉３における炉内脱硫反応が不十分な場合、ガス化炉を出た後、追加の脱硫反応装置２１３を設けることもよい。
【０１３２】
図１０では、仕切壁の構造の一例を示す。
強流動化域３０２に形成される上昇流３０４の方向を変えるように仕切壁３０１が傾斜面３０１ａを有しており、一方、傾斜面３０１ａの反対面は垂直面になっており、仕切壁上端を越えた反転流３０５が停滞せず、そのまま沈降流３０６となって弱流動化域３０３を下降するように構成している。本構造は本発明の第１仕切壁、第２仕切壁のいずれであってもよい。なお、図１乃至図９に示す実施例において、第１仕切壁、第２仕切壁に傾斜面を形成することなく、垂直壁としてもよい。
【０１３３】
次に、本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の他の実施例を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は円筒形の流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。図１２は流動層部分の水平断面を示す。図１１及び図１２に示す実施例において、図６及び図７に示す実施例における要素（又は部材）と同一又は類似した機能を有する要素（又は部材）は同一符号を用いて説明する。
【０１３４】
本実施例においては、円筒形流動層炉１の内部は、外壁と同心の第１仕切壁２によって、中央部の円形の燃焼炉４と、その外側の円環状の炉部とに分割されている。円環状の炉部は半径方向に延びる複数の第２仕切壁５によって、複数のガス化炉３と複数の熱回収室７とに分割されている。第１仕切壁２には複数の矩形状の上部連絡口３７、複数の矩形状の下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。
【０１３５】
ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。また第１仕切壁２は燃焼炉４の主燃焼室６と熱回収室７とを流動床部分においてのみ分割しており、フリーボード部分は燃焼炉４の主燃焼室６と熱回収室７とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。各熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第１仕切壁２には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１３６】
燃焼炉４の下部には、中央に炉床２７が構成され、この炉床２７を取り巻くように円環状の炉床２８が構成されている。炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられており、風箱８，９にはそれぞれ接続口を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。
【０１３７】
一方、炉床２７，２８には、図６に示す実施例と同様に、それぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
燃焼炉４の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、周囲の円環状範囲の強流動化域４２で上昇し、中央に向かって流れ込み、中央部の円形状範囲の弱流動化域４１で沈降する旋回流が生じる。
【０１３８】
一方、ガス化炉３および熱回収室７においても、下部には、それぞれ炉床２９，３１が構成されており、炉床２９，３１の下部には風箱１０，１２が設けられている。風箱１０，１２にはそれぞれ接続口を通して流動化ガス２１，２２が導入される。一方、炉床２９，３１には、図５に示す実施例と同様に、それぞれ散気装置３４，３６が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【０１３９】
上述のように構成することによって、以下のような流動媒体の流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流にのって下降する。そして、流動媒体は炉床２９の近くで、下部連絡口３８を通って燃焼炉４に流入する。
【０１４０】
燃焼炉４の主燃焼室６の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流にのって下降する。そして炉床２７の近くで、強流動化域４２に向かう水平流に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流となる。一方、上昇流は流動層表面近傍で、中央の弱流動化域４１へ向かう流れと、第１仕切壁２の連絡口３７を通ってガス化炉３へ向かう反転流および第１仕切壁２の上部開口３９より熱回収室７へ向かう反転流とに分岐する。
【０１４１】
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域で沈降し、強流動化域で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７および上部開口３９を通ってガス化炉３および熱回収室７に導入される。前述したように、ガス化炉３に流入した流動媒体は沈降流にのって下降する。
【０１４２】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流が生じ、さらに流動媒体は第１仕切壁２の下部連絡口４０を通る還流によって主燃焼室６へ戻る。
従って、ガス化炉３の弱流動化域４３の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、部分燃焼、ガス化が行われる。またガス化炉３の炉床部分のやや上方にも可燃物投入口４７が形成されている。
【０１４３】
可燃物投入口４７は通常ガス化炉の数に対して１本ずつ設けるが、大型機の場合ガス化炉が大きくなりガス化炉内の燃料分散が不十分となる場合は、ガス化炉の炉床を分割して流動化の強さを部分的に変えられるようにし、例えばガス化炉内に弱流動化域と強流動化域を形成して内部旋回流を生じさせて燃料の分散を促進することも有効である。
【０１４４】
図１２は、ガス化炉の炉床を放射状に３分割し、中央部に弱流動化域４３を、両端に強流動化域４４を設けるようにした場合の例を示している。この場合、可燃物は中央の弱流動化域４３に投入され、層内を沈降しながら熱分解、ガス化され、弱流動化域４３の下部で両側の強流動化域４４側に移動する。強流動化域４４では可燃物の流れは上昇流に転じ再び層の上部で、矢印６３で示すように中央の弱流動化域４３側に流れ込む。
【０１４５】
主燃焼室６からガス化炉３へ流入する流動媒体の流れ５９は、主燃焼室６から熱分解、ガス化に必要な熱量を流動媒体が顕熱としてガス化炉３へ供給するという関係上多い方が望ましい。従って、主燃焼室６とガス化炉３の第１仕切壁の上部開口３７は、開口面積を大きくとるためガス化炉前面にわたるのが望ましいが、ガス化炉内に弱流動化域４３、強流動化域４４を形成する場合には、上部開口３７を弱流動化域のみに設けることも有効である。こうすることによって、熱分解、ガス化が不十分な可燃物が主燃焼室に流入して燃焼することによる、ガス化率の低下を抑制することができる。
【０１４６】
一方、ガス化炉３内の未燃チャーを含む流動媒体は、下部連絡口３８を通って、主燃焼室６に導入され、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１１に示されるように、ガス化炉３に、必要に応じて弱流動化域４３の上部に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１４７】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る流動媒体の流れによってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第１仕切壁２の上部を越えて熱回収室７に入り、下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室の伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は燃焼炉４にて熱エネルギーに転換して有効に高効率で回収することが可能である。
【０１４８】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、燃焼炉４の炉床２８とガス化炉３の炉床２９との間に不燃物排出口２３を設けるとともに、燃焼炉４の炉床２８と熱回収室７の炉床３１との間に不燃物排出口２３を設け、これら排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。
【０１４９】
以上説明したように、主燃焼室６内は中央部の流動化速度が周辺部の流動化速度よりも低く抑えられており、周辺部では激しく流動化し流動媒体が吹き上がり、中央部で沈降移動層を形成するいわゆる内部旋回流が形成されている。
【０１５０】
このような構成にすることによって主燃焼室６側の高温の流動媒体が第１仕切壁２を通ってガス化炉３側に流入しやすくなり、ガス化に必要な熱量が供給されやすくなり、発熱反応が生じている主燃焼室６の熱拡散をも促進することができるので、局所的な高温部が生じにくく、アグロメの発生を抑制することができる。
【０１５１】
ガス化炉３内はすべて比較的緩やかな流動層を形成させることによって未反応チャーの飛び出しを抑制し、効果的にガス化反応を行わせることが可能になる。主燃焼室６からの流動媒体の流入が十分であれば、ガス化炉３の流動化ガスは全く酸素を含む必要がなく、その場合はガス化炉３内で発熱反応が生じないので、アグロメ形成の可能性が皆無となる。
熱回収室７も比較的緩やかな流動層が形成されるが、そのためにアグロメの発生が懸念される場合は流動化ガスの酸素濃度を下げるか、もしくは酸素を含まないガスにて流動化させることで対処できる。
【０１５２】
熱回収室７のフリーボード部は主燃焼室６のフリーボード部と一体化しても良く、その場合は完全燃焼を促進するために必要に応じて二次空気を吹き込むこともできる。熱回収室７の流動化ガスの酸素濃度を抑え、熱回収室７の上部の酸素濃度がほぼゼロになるような場合は、熱回収室７のフリーボード部をガス化炉３のフリーボード部と一体化しても良い。
【０１５３】
可燃物の性状によって炉内にチャーが蓄積してくるような場合は主燃焼室６の周辺部、主燃焼室６の中央部、熱回収室７、ガス化炉３の順に流動化ガス中の酸素濃度を高めていくのが有効な対処方法である。逆にチャーが蓄積しない可燃物性状の場合は、ガス化炉３、熱回収室７、主燃焼室６の中央部、主燃焼室６の周辺部の順に酸素濃度を下げることによってより有効なガス化反応を行わせることができる。
【０１５４】
図１３は、本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の一種である常圧の流動床石炭ボイラの実施例を示す概略図である。図１３に示すように、流動床石炭ボイラの炉内は、ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403に３分割され、燃料はガス化室401に供給され熱分解、ガス化される。ガス化室401に隣接して燃焼室402を設け、さらに燃焼室402に隣接して熱回収室403を設ける。常圧の流動床石炭ボイラに本発明を応用する際のフリーボード部はガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の上部で一体化され互いに仕切られていない。熱回収室403内には流動媒体から収熱する伝熱面406が設置されている。フリーボード部にはガスの流れ方向に沿って蒸気過熱器404A、蒸発器404Bが順に設けられた構成からなる伝熱面404が設けられている。またフリーボード部の壁面には高さ方向、水平方向に複数の２次空気供給ノズル405A,405Bが設けられている。伝熱面404,406の収熱によって生成された蒸気は蒸気タービン407に導かれ、これを駆動する。一方、流動床石炭ボイラより排出された燃焼排ガスは、節炭器408、空気予熱器409、バグフィルタ410を経由して煙突411より排出される。また、ブロワ412より供給された空気は、空気予熱器409により加熱された後、流動床ボイラの底部より炉内に流動化ガスおよび燃焼用ガスとして供給される。
【０１５５】
ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の流動化ガスは空気で、ガス化室401へは、供給する燃料の理論空気量の約１〜２割の空気を供給する。ガス化室401へ供給される空気量の目安としては、燃焼によって生じる熱量と、ガス化反応に必要な熱とガスの顕熱として層から持ち出される熱量の合計を比べた時、前記合計の熱量のほうが前記燃焼によって生じる熱量より若干大きくなる程度の空気量が望ましい。このような空気量であれば、ガス化室401の層温を維持するのに不足する熱量を、隣接した燃焼室402から流入させる流動媒体の熱で補うことができ、ガス化室401の層温制御が容易になるのである。なお、図示されてはいないが、ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の各々の流動化ガスの流量及び組成は、独立して制御することが可能である。前記組成としては、空気に、酸素及び水蒸気の少なくとも一方を加えた流動化ガスが考えられる。
【０１５６】
ガス化室401は８００℃〜９５０℃に維持され、そこに供給された燃料は部分燃焼、熱分解、ガス化され、未燃ガス及び部分燃焼によって発生した燃焼ガスの混合ガスはガス化室401の上部のフリーボード部に導かれる。一方、層内に残存した未反応チャーは、ガス化室401と燃焼室402間の粒子循環に伴い燃焼室402側に流入し、そこで完全燃焼する。燃焼室402に供給される空気量は、そこに流入するチャーの燃焼に必要な理論燃焼空気量よりも若干多い。具体的には理論燃焼空気量の約１１０〜１２０％の空気を供給することにより高温の層温で燃焼が促進されるとともに、脱硫反応と低ＮＯｘ燃焼に最適な８００℃〜９００℃の温度に維持するよう、熱回収室403から低温の流動媒体を必要に応じて適宜供給できるようになっている。
【０１５７】
上記のような条件で運転すれば、流動層部（ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403）に吹き込む合計の空気比は石炭の性状、特に燃料比によるが、概ね７０〜９０％となり、残りの１０〜３０％分の燃焼反応はフリーボードにて生じることになる。従って、フリーボードへの２次空気吹き込み個所を複数設けておき、必要に応じて吹き込み個所を変えることによって、フリーボードの温度を自在に制御できるのである。
【０１５８】
例えば、層内燃焼率が高く、フリーボードのガス温度が低下気味の炭種においては、フリーボードに設けた蒸気過熱器管404A、蒸発器管404Bの上部に２次空気405Bを吹き込むことによってフリーボードの伝熱管404での収熱を抑え、かつボイラ出口の燃焼ガス温度を適正に維持することができる。逆に層内燃焼率の低い炭種においては流動層部に設けた伝熱管406とフリーボードに設けた伝熱管404の間の空間に２次空気405Aを吹き込んで燃焼させた後、フリーボードの伝熱管で収熱することによって層内での収熱を補うことができる。その中間的な炭種についてはボイラ出口のガス温度を監視しながらフリーボードに設けた伝熱管の上側、下側にそれぞれ吹き込む２次空気405B,405Aの配分を調節することで最適な状態に調節することができる。
【０１５９】
またこのような構成にすることによって、流動床ボイラの据え付け面積を削減することができる。層内燃焼率の高い燃料の場合、通常の流動層燃焼炉で燃焼させると、層内で収熱すべき熱量が多いため、必要な層内伝熱面積が多く必要となり、その層内伝熱管配置のために流動層部の水平断面積が大きくなり、据え付け面積の増大を招く場合があるが、本発明を応用した常圧流動床石炭ボイラは層内燃焼を抑制し、フリーボード燃焼させることができることから、伝熱管のうちフリーボードに配する伝熱面の割合を増加させることができるため、ボイラ形状は縦長になり、水平断面積が減少し、据え付け面積を減少させることができるのである。
【０１６０】
なお、前述したように、図１乃至図１３に示す実施例において、同一の作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して示されている。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、都市ごみおよび産業廃棄物を含む廃棄物、あるいは石炭などの固形燃料をガス化して燃焼させるシステムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】図１は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図２は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の他の実施例を示す縦断面図である。
【図３】図３は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の別の形態を示す平面図である。
【図４】図４は廃熱ボイラ及び蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明に係る流動層ガス化燃焼炉を示す系統図である。
【図５】図５は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合のシステムを示す系統図である。
【図６】図６は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の一実施例を示す縦断面図である。
【図７】図７は図６における流動層部分の水平断面を示す図である。
【図８】図８は廃熱ボイラ及び蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉を示す模式図である。
【図９】図９は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合のシステムを示す模式図である。
【図１０】図１０は本発明の第１仕切壁及び第２仕切壁の詳細構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は円筒形の流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。
【図１２】図１２は流動層部分の水平断面を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の流動層ガス化燃焼炉の一種である常圧の流動床石炭ボイラの実施例を示す縦断面図である。
【図１４】図１４は従来の加圧燃焼炉トッピングサイクルを示す模式図である。
【図１５】図１５は伝熱管の熱伝達率と流動化質量速度との関係を示す図である。
【図１６】図１６は従来の流動床石炭ボイラの概略図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１ 流動層炉
２ 第１仕切壁
２ａ，５ａ 傾斜面
３ ガス化炉
４ 燃焼炉
５ 第２仕切壁
６ 主燃焼室
７ 熱回収室
８，９，１０，１１，１２，１１１ａ 風箱
１３，１４，１５，１６，１７，１１６ａ 接続口
１８，１９，１８ａ，１９ａ，２０，２１，２２，２０ａ，２１ａ，２７ａ 流動化ガス
２３，２４ 不燃物排出口
２５，２６ 不燃物
２７，２８，２９，３０，３１，１３０ａ 炉床
３２，３３，３４，３５，３６，１３５ａ 散気装置
３７ 上部連絡口
３８ 下部連絡口
３９ 上部開口部
４０ 下部連絡口
４１ 弱流動化域
４１ａ 強流動化域
４２ 強流動化域
４２ａ 弱流動化域
４３ 弱流動化域
４３ａ 弱流動化域
４４ 強流動化域
４４ａ 弱流動化域
４５ 弱流動化域
４６ 伝熱面
４７ 可燃物投入口
４８ 可燃物
４９ ガス排出口
５０ 生成ガス
５１ ガス排出口
５２ 燃焼排ガス
５３ ノズル
５４ ２次空気
５５ 沈降流
５５ａ 上昇流
５６ 水平流
５６ａ 水平流
５７ 上昇流
５７ａ 沈降流
５８ 流れ
５９ 反転流
５９ａ 反転流
６０ 沈降流
６０ａ 反転流
６１ 水平流
６２ 上昇流
６２ａ，１６２ａ 強流動化域
６３ 流れ
６４ 反転流
６５ 沈降流
６６ 還流
６７ 還流
６８ 燃料投入口
６９ 補助燃料
７０ 第３仕切壁
７０ａ 下降流
７１ａ 流れ
１０１ 溶融燃焼炉
１０２ １次燃焼室
１０３ ２次燃焼室
１０４ 補助燃料
１０５ 排出口
１０６ 溶融灰
１０７ 水室
１０８ スラグ
１０９ 廃熱ボイラ
１１０ エコノマイザー
１１１ 空気予熱器
１１２ 集塵機
１１３ 誘引送風機
１１４ 中和剤
１１６ ボイラ給水
１１７，１１８ 灰
１１９ 飛灰
１２０ 処理機
１２１ 過熱蒸気
１７１ａ 水平流
２０１ 圧力容器
２０２，２０４ ガス冷却装置
２０３，２０５ 集塵機
２０６ 燃焼器
２０７ 酸素
２０９ ガスタービン
２１０ コンプレッサ
２１１ 発電機
２１２ 熱回収装置
２１３ 脱硫反応装置
２１４ 石灰石
３０１ 仕切壁
３０１ａ 傾斜面
３０２ 強流動化域
３０３ 弱流動化域
３０５ 反転流
３０６ 沈降流
４０１ ガス化室
４０２ 燃焼室
４０３ 熱回収室
４０４ 伝熱管
４０４Ａ 蒸気過熱器管
４０４Ｂ 蒸発器管
４０５Ａ ２次空気
４０５Ｂ ２次空気
４０６ 伝熱管
４０７ 蒸気タービン
４０８ 節炭器
４０９ 空気予熱器
４１０ バグフィルタ
４１１ 煙突
４１２ ブロワ
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス化流動層炉と燃焼流動層炉とを一体化した流動層ガス化燃焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を用いて高効率の発電を行う試みがなされている。
その１つとして、図１４に示すいわゆる加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルが提案されている。このシステムは流動床ガス化炉501で石炭をまずガス化する。その際ガス化炉501で発生した炭素主体の可燃分、いわゆるチャーを、ガス化炉501とは異なるチャー燃焼炉502で燃焼させる。すなわち、ガス化炉501で生成されたガスとチャーの混合物は、サイクロン505に導入され、ここでガスとチャーに分離され、チャーはチャー燃焼炉502に送られ、ガスは燃焼器503に送られる。一方、チャー燃焼炉502には、ガス化炉501から流動媒体とチャーが導入され、チャー燃焼炉502内でチャーは燃焼し、チャーの燃焼によって加熱された流動媒体は、ガス化炉501に戻される。そして、ガス化炉501で生じた可燃ガスとチャー燃焼炉502から発生する燃焼排ガスとを燃焼器503で混合燃焼させて温度を更に上げてから、ガスタービン504に導入する。また、チャー燃焼炉502で発生した燃焼排ガスと灰は、サイクロン506で分離され、前述したように燃焼排ガスは燃焼器503に導入され、灰はサイクロンの底部より排出される。
【０００３】
前記チャー燃焼炉502におけるチャーの燃焼によって発生した蒸気は、蒸気タービン508に導入された後、排熱ボイラ509にて加熱され、その後、チャー燃焼炉502に環流する。ガスタービン504から排出された燃焼排ガスは排熱ボイラ509を経て煙突511から排出される。
【０００４】
ガスタービンの効率はガスタービン入口のガス温度が高いほど効率がよくなり、全体システムの効率を上げるためには、ガスタービン入口のガス温度を高温に維持することが非常に重要となる。
【０００５】
一方、石炭は炭種によってガス化特性が大きく異なるが、一般にガス化反応は反応温度が高いほど促進され、ガス化率も高まるので、多様な石炭を燃料として用いるためには、ガス化炉の温度をいかに安定に、かつ高温に維持できるかが極めて重要な最大のポイントである。
【０００６】
ガス化炉の温度維持の方法は大きく分けて2つある。1つはガス化炉に投入された燃料の一部をガス化するだけでなく燃焼させる方法、もう一つはガス化炉で生じたチャーを流動媒体とともにチャー燃焼炉に導入し、チャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、加熱された流動媒体をガス化炉に戻す方法である。一般的に、固体の燃焼反応速度とガスの燃焼反応速度はオーダーが異なるほどガスの燃焼の方が速い。従って前者の場合、ガス化炉に供給された酸素の殆どはそこで発生したガス成分と反応してしまい、ガス化の収率を低下させることとなる。後者の場合はガス化炉で発生したガスが温度維持のために消費されないのでガスの収率が高く炭種適応性が広い。
【０００７】
しかしながら、後者の方法は、ガス化炉からチャー燃焼炉へ大量の高熱の熱媒体を循環させる技術が必要とされるが、この技術は未燃分を含む高温粒子のハンドリング技術であり、非常に技術的に難しい問題がある。加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルが未だ実用化に至らないのは、この未燃分を含む高温粒子のハンドリング技術が未完成だからというのが実状である。
【０００８】
一方、チャー燃焼炉とガス化炉を隣接させて配して、両者の間での高温粒子の搬送距離を極力短くしようという試みが提案されている。この技術はガス化炉に隣接してチャー燃焼炉を設け、チャー燃焼炉の層内に層内伝熱管を配したものである。
【０００９】
流動層内に置かれた伝熱管と熱媒体との熱伝達率は、図１５に示すように、流動化ガスの空塔速度が最低流動化に必要な速度の２倍以上あれば流動の強弱に関わらず、ほぼ一定である。即ち、流動層内に配された伝熱管からは空塔速度に関係なく、常にある一定量の収熱が行われるのである。従って層内での発生熱量が変化するような事態、例えば負荷変化に伴う給炭量変動等が生じた場合でも、伝熱量が一定のため、結果として流動層の温度が変化してしまうことになる。
【００１０】
加圧流動床燃焼炉トッピングサイクルでは、ガス化炉出口のガス温度、及び燃焼炉出口のガス温度を各々所定の高温に保つことが重要であり、チャー燃焼炉とガス化炉を隣接させて配した構造においては、流動媒体がチャー燃焼炉とガス化炉を互いに循環しているため相互に関連しあい、このような層温の変動はシステム全体の安定運用に致命的な影響を与えることになる。
【００１１】
層内伝熱管を有したチャー燃焼炉の層温変動を抑える方法として、燃焼炉に吹き込む流動化ガス中の酸素量を負荷に応じて変化させ、燃焼量を変化させることによって層温を制御する方法もある。
しかしながら、酸素量制御による燃焼量制御は応答性が悪く、安定制御が困難であるため、層温が暴走し、流動媒体や灰が溶融して流動層が維持できなくなり運転不能に陥るおそれがある。
【００１２】
ガス化炉を高温に保つためには、チャー燃焼炉においてチャーを燃焼させることで熱媒体を加熱し、その高温の熱媒体をガス化炉に供給する必要があるため、チャー燃焼炉の層温を高くしなければならない。しかしながらチャー燃焼炉の層温を高くしすぎると、クリンカが発生してしまうため、層温を限られた所定の範囲内に制御する必要があり、チャー燃焼炉は優れた層温制御機能を有していることが必要である。
【００１３】
チャー燃焼室の温度を制御するのに最も容易な方法は、温度が上昇した際に低温の熱媒体を供給する方法である。例えば層温を950℃から900℃に50℃下げるために必要な流動媒体の量は供給する流動媒体の温度にもよるが、供給する流動媒体の温度が400℃の場合、供給すべき流動媒体の量は流動媒体全量の 50／（900−400）＝１／10 で済むのである。逆に、層の温度が目標値よりも下がった場合には、自ずとチャーの燃焼熱で層温は上昇し回復するので何もする必要はない。
【００１４】
従って燃焼炉の層温の変動を見ながら、必要に応じて低温の流動媒体をチャー燃焼炉に供給できる方法があればチャー燃焼炉の温度制御は容易に実現できるのである。この場合、供給された流動媒体と同量の流動媒体をチャー燃焼炉から排出することも重要である。
【００１５】
一方、従来、常圧の流動床ボイラにおいては、流動層の中で石炭を燃焼させ、熱せられた流動媒体及び燃焼排ガスから熱を回収する。図１６は、従来の常圧の流動床ボイラの一例を示す概略図である。流動床ボイラは、隔壁600によって仕切られた燃焼炉601と熱回収室602とを備えている。熱回収室602には流動媒体からの収熱用の伝熱面603が設けられ、フリーボードには燃焼ガスから収熱する伝熱面604が設けられている。伝熱面603，604による収熱により生成された蒸気は蒸気タービン605を駆動する。
石炭は炭種により性状が大きく異なるため、流動層内での燃焼率も異なり、流動媒体から収熱する熱量と燃焼ガスから収熱する熱量の割合が炭種によってまちまちである。
【００１６】
従って、流動媒体からの収熱用の伝熱面と燃焼ガスからの収熱用の伝熱面の適正配置が炭種によって異なることとなり、従来は炭種によってボイラの伝熱面配置を変えた設計がなされていた。それゆえボイラの改造なしに炭種を変えることには大きな制約があり、大きく炭種を変更しようとすると、ボイラの改造を余儀なくされたのである。なぜならば、収熱量に対して過剰な伝熱面は温度低下を招き、燃焼不良や燃焼ガスの環境特性を悪化させる原因になるし、逆に伝熱面不足は温度の上昇を招き、灰の溶融によるクリンカートラブルや流動媒体の凝集によるアグロメレーションといったトラブルの原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明は、上記の課題を解消し、別置の燃焼炉を必要とせず、ガス化炉および燃焼炉が一体であることから、必要なスペースが少なくてすみ、また石炭などのチャー発生量の大きな燃料であっても、チャーの移送量を容易に制御でき、しかも配管内部の閉塞などの問題がなく、簡単な設備でチャーを燃焼し、さらにチャーの燃焼熱をガス化用熱源として利用できるとともに燃焼炉の層温制御を容易かつ正確に行うことができ、しかもクリンカの発生がなく、不定形の不燃性物質を含む燃料であっても使用することができるなど幅広い燃料を利用可能であり、しかも高効率かつ有害排出物の極めて少ない高度環境対応の流動層ガス化燃焼炉を提供することを目的とする。
【００１８】
また本発明は、ボイラの伝熱面配置を変えることなく、即ち、ボイラの改造をすることなく、様々な炭種に対応できる流動床石炭ボイラである流動層ガス化燃焼炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様においては、仕切壁によってガス化炉と燃焼炉とに分割された流動層炉であって、前記ガス化炉は、炉底と、生成ガスを排出するガス排出口と、流動層の上方から可燃物を投入する可燃物投入口を備え、流動化ガスを前記炉底から前記ガス化炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の弱流動化域と強流動化域を形成して旋回流を形成し、前記弱流動化域は投入された可燃物を沈降させる流動媒体の沈降流を形成し、該弱流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、前記燃焼炉は、炉底と、燃焼排ガスを排出するガス排出口とを備え、流動化ガスを前記炉底から前記燃焼炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の強流動化域と弱流動化域を形成して旋回流を形成し、前記強流動化域は流動媒体の上昇流を形成し、該強流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、前記仕切壁は、前記流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体を前記ガス化炉から前記燃焼炉に通す連絡口を具備し、前記燃焼炉は第２仕切壁によって主燃焼室と熱回収室とに分割され、前記熱回収室を前記ガス化炉から分離して配置し、前記熱回収室と前記主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記ガス化炉と前記燃焼炉の主燃焼室と熱回収室は、一直線に並んで配置されていることを特徴とする。
また、前記ガス化炉と前記燃焼炉の熱回収室は、仕切壁により完全に分離されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記燃焼炉の炉底が前記連絡口に向かって下方に傾斜していることを特徴とする。
また、不燃物排出口が前記炉底に設けられていることを特徴とする。
また、不燃物排出口が前記ガス化炉の炉底と前記燃焼炉の炉底との間に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、複数の仕切壁によってガス化炉と燃焼炉の主燃焼室と熱回収室とに分割し、前記ガス化炉および主燃焼室の少なくとも一方には流動媒体の旋回流を形成し、ガス化炉と主燃焼室との間で流動媒体の循環流を形成し、さらに前記熱回収室と主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００２３】
本発明は一つの流動床炉であって、内部には機能的に明確に区分けされたガス化室、チャー燃焼室、熱回収室の３つがそれぞれ隔壁を介して設けられており、更にチャー燃焼室とガス化室、チャー燃焼室と熱回収室はそれぞれ隣接して設けられている。
【００２４】
熱回収室内には層内伝熱管が配され、常に内部の流動媒体を冷却している。熱回収室とチャー燃焼室の間の隔壁は垂直で、上面はほぼ流動層上面近傍までで、炉底近くには開口部が設けられている。隔壁近傍のチャー燃焼室は流動媒体が激しく吹きあがる強流動化域を形成しており、吹きあがった流動媒体の一部は熱回収室に飛び込む。チャー燃焼炉の温度が設定値を越えて上昇した場合には熱回収室の流動媒体の沈降速度を高め、炉底近くの開口部からチャー燃焼室内に流入する冷却された流動媒体の量を増加させることによって速やかにチャー燃焼炉の温度を低下させることができる。
また、熱回収室で流動媒体を冷却するために回収した熱エネルギーは、蒸気として回収し蒸気タービンを駆動して有効に利用することができる。
【００２５】
また本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は下部と、上部すなわち流動層表面近傍で相互に連絡するように開口を有し、前記ガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、該弱流動化域には可燃物を投入するように構成し、前記強流動化域における前記上昇流の一部は、流動層表面近傍で前記弱流動化域に向かう流れとなって、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、一部は反転流となって、前記第１仕切壁上部の連絡口から燃焼炉へ流入し、前記第１仕切壁を介した前記燃焼炉においては、さらに第２仕切壁を設けて流動層部分を主燃焼室と、熱回収室とに分割し、前記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとして、フリーボード部分においては、主燃焼室と熱回収室とを一体化させ、前記主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域とし、また第２仕切壁に近い区域は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域とする結果、弱流動化域には流動媒体の沈降流を生じさせ、該沈降流の一部は、第１仕切壁の下部連絡口からガス化炉へ還流してガス化炉と主燃焼室との間に循環流を生じ、また強流動化域には流動媒体の上昇流を生じさせ、該上昇流の一部は第１仕切壁側の弱流動化域に向かう流れとなって、主燃焼室流動層内にも旋回流を生じるとともに、一部は反転流となって第２仕切壁を越えて熱回収室に入り、前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成する結果、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００２６】
本発明の上述した態様においては、以下に列挙する作用を奏する。
（１）流動層炉の内部を第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割することによって、ガス化機能と燃焼機能が分離され、１つの流動層炉でありながら同時に２つの機能を独立して働かせることが可能となる。
【００２７】
該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、かつガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、第１仕切壁に近い流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、他側の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、強流動化域の上昇流のうち一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００２８】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００２９】
一方、第１仕切壁の向こう側に形成される燃焼炉においては、さらに流動層内に第２仕切壁を設けて、流動層部分を主燃焼室と熱回収室とに分割し、該第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室は一体化している。かつ主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、主燃焼室においてガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第２仕切壁側すなわち熱回収室側の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。
【００３０】
その結果、上昇流の一部は弱流動化域へ向かう流れとなって主燃焼室流動層内に旋回流を生じさせるとともに、一部は第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。そこでガス化炉からの未燃チャーは燃焼炉内の沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し十分な滞留時間をとって完全に燃焼する。さらにフリーボードに２次空気を投入することによって、燃焼と脱硫反応を完結させることができる。
【００３１】
一方、発生熱量の一部は高温の流動媒体によって第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流し、ガス化用熱源の一部として寄与する。さらに一部の熱量は高温の流動媒体によって第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。
【００３２】
熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った高温の流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成しており、熱回収室流動層内に配置された伝熱面によって収熱される。
【００３３】
また、熱回収室内は弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、流動媒体として珪砂の使用が可能であり、石灰石の使用量は脱硫反応上の必要最少限でよいため、灰の排出量が少なく環境対策上有利である。また、ガス化炉及び燃焼炉では、通常６５０〜９５０℃の範囲でガス化または燃焼を行う。
【００３４】
（２）投入される可燃物中に不燃性の不定形物質が含まれていても、流動層内の旋回流の方向と不燃物排出方向が一致しており、また炉床も不燃物排出口に向かって傾斜しているため、不燃物は容易に排出できる。
（３）第１仕切壁及び第２仕切壁ともに強流動化域側に倒れるような傾斜面をなすことにより、上昇流を方向転換して旋回流を形成するのに貢献し、また背後の弱流動化域側は垂直面をなすことにより、沈降流が停滞することなく、スムーズに形成される。
【００３５】
（４）ガス化炉の生成ガス及び燃焼炉からの燃焼排ガスを、それぞれ溶融炉に導入合流し、可燃性ガス、可燃分を含む微粒子を１２００℃以上の高温で燃焼、灰分を溶融させることにより、有害ガス成分の高温分解、廃棄物である灰の溶融減容化および重金属類の溶出防止が可能である。
（５）本発明の流動層ガス化燃焼炉を耐圧構造とするか、圧力容器に内蔵して、大気圧以上で運転し、かつ取り出された排出ガスをそれぞれ集塵し、その後ガスタービンに導入することによって、ガスタービン入口温度を１３００℃以上で運転することができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
【００３６】
ガス化炉に燃料を供給し、部分燃焼ガス化させ、発生する未燃チャーなどのうち生成ガスと同伴するものは、後段に設置したガス冷却装置で６００℃以下に冷却することによって、例えば、ガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機で捕集したあと燃焼炉に導入して完全燃焼させる。
【００３７】
また、燃焼炉の燃焼排ガスは圧力容器を出たあと、後段に設置したガス冷却装置で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化したあと集塵機で捕集し排出する。
【００３８】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼排ガスと、前記ガス化炉を出たあと集塵されて清浄になった生成ガスをガスタービンに導入し、１３００℃以上の高温で燃焼し、ガスタービンを高効率で駆動する。ガスタービンはコンプレッサー及び発電機を駆動する。
【００３９】
一方、燃料として石炭を使用する場合、石灰石を混合あるいは別途供給して、炉内脱硫反応させることができる。すなわち、ガス化炉にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機で捕集し、主燃焼室に投入するほか、ガス化炉から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを主燃焼室に導入する。そこで酸化雰囲気で完全に燃焼し、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機で捕集、排出する。
【００４０】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、第１仕切壁でガス化炉と燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は下部と、上部すなわち流動層表面近傍に開口部を有してガス化炉と燃焼炉を相互に連絡し、前記ガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記第１仕切壁に近い側の流動化部分を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記強流動化域における上昇流の一部は、流動層表面近傍で前記弱流動化域に向かう流れとなって、ガス化炉流動層内に旋回流を形成するとともに、一部は反転流となって、前記第１仕切壁上部の連絡口から燃焼炉へ流入し、前記燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁と離れた区域は、実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせて、流動層内に旋回流を形成させる結果、前記ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、燃焼炉内の旋回流によって流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００４１】
本発明の上述した態様においては、ガス化炉において、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、第１仕切壁に近い流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、他側の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、強流動化域の上昇流のうち一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００４２】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００４３】
一方、第１仕切壁の向こう側に形成される燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、ガス化炉との第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第１仕切壁側と離れた区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、上昇流の一部は弱流動化域へ向かう流れとなって燃焼炉の流動層内に旋回流を生じさせる。ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、燃焼炉内の旋回流によって流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００４４】
燃料の熱分解ガス化作用を生じさせるためには、熱エネルギーが必要であり、通常、石炭ガス化の場合、石炭を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用している。そこでは、ガス化効率の向上をはかりタール発生の抑制のためには高温化が必要なことから、本来出来るだけガスに転化すべき石炭を無駄に燃焼しているのが実状である。
【００４５】
本発明の上述した態様では、上述したように、未ガス化成分であるチャーの燃焼熱を高温流動媒体によってガス化炉に還元するため、その熱量の分だけ石炭の燃焼を節約することが出来る。その結果、空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【００４６】
さらに本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、前記第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室とを一体化させ、前記主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、一部は第１仕切壁の下部連絡口を通してガス化炉へ還流するとともに、一部は第２仕切壁側の実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域に向かう流れとなり、かつ該強流動化域では流動媒体は上昇流となり、その結果、主燃焼室流動層内に旋回流を生じるとともに、上昇流の一部は第２仕切壁上部を越える反転流となって熱回収室に入り、前記熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成し、熱回収室流動層内には伝熱面を配置している。
【００４７】
本発明の上述した態様においては、流動層炉の内部を同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割することによって、ガス化機能と燃焼機能が分離され、１つの流動層炉でありながら同時に２つの機能を独立して働かせることが可能となる。
【００４８】
該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、かつ該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００４９】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００５０】
一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、半径方向に第２仕切壁を設けて流動層部分を複数の主燃焼室と、熱回収室とにそれぞれ分割し、該第２仕切壁は下部の連絡口で主燃焼室と熱回収室を相互に連絡するとともに、上端部は流動層表面近傍までとし、フリーボード部分においては主燃焼室と熱回収室は一体化させ、かつ主燃焼室においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、主燃焼室の中央部でかつガス化炉との連絡口付近の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第２仕切壁側すなわち熱回収室側の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は弱流動化域へ向かう流れとなって主燃焼室流動層内に旋回流を生じさせるとともに、一部は第２仕切壁を越えて熱回収室に流入する。その結果、ガス化炉からの未燃チャーは燃焼炉内の沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって完全に燃焼する。さらにフリーボードに２次空気を投入することによって、燃焼と脱硫反応を完結させることができる。
【００５１】
一方、発生熱量の一部は高温の流動媒体によって第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流し、ガス化用熱源の一部として寄与する。さらに一部の熱量は高温の流動媒体によって第２仕切壁を越えて熱回収室に持ち込まれる。
【００５２】
熱回収室においては、流動層内に実質的に小さな流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設けて弱流動化域を形成し、主燃焼室から第２仕切壁上部を越えて熱回収室に入った高温の流動媒体が熱回収室で沈降し、該第２仕切壁の下部連絡口を通って主燃焼室に還流するような循環流を構成しており、熱回収室流動層内に配置された伝熱面によって収熱される。
【００５３】
また、熱回収室内は弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、流動媒体として珪砂の使用が可能であり、石灰石の使用量は脱硫反応上の必要最少限でよいため、灰の排出量が少なく環境対策上有利である。また、ガス化炉及び燃焼炉では、６５０〜９５０℃の範囲でガス化又は燃焼を行う。
【００５４】
本発明の上述した態様においても、先に述べた（２）〜（５）に列挙する作用を奏するものである。
【００５５】
本発明の好ましい態様においては、流動層炉であって、同心の第１仕切壁で円筒形状のガス化炉とその周囲に形成される円環状の燃焼炉に分割するとともに、該第１仕切壁は上部の流動層表面近傍及び下部で相互に連絡するように開口を有し、前記該第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、前記第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、一部は前記第１仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉へ流入し、一部は中央の弱流動化域に向かう流れとして、ガス化炉の流動層内に旋回流を形成するとともに、該弱流動化域に可燃物を投入するように構成し、前記燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、前記ガス化炉との第１仕切壁に近い区域を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁と離れた区域は、実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせ、ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で第１仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００５６】
本発明の上述した態様においては、第１仕切壁に囲まれた円筒形状のガス化炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、中心付近の円筒状範囲の流動層を実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として、流動媒体の沈降流を生じさせ、また第１仕切壁に近い円環形状範囲の流動層を実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。その結果、流動層内に旋回流を形成するとともに、一部の流動媒体は反転流として第１仕切壁上部連絡口を通して燃焼炉に流入する。
【００５７】
そこで該弱流動化域に可燃物を投入するように構成すれば、可燃物は沈降流に飲み込まれ、旋回流で均一に分散混合し、十分な滞留時間をとって部分燃焼ガス化作用を受ける。一方ガス化しにくいチャーは反転流によって燃焼炉に導入される。
【００５８】
一方、第１仕切壁外側の円環状の燃焼炉においては、流動層内に異なる流動化速度を与えるような散気装置を炉床部分に設け、ガス化炉との第１仕切壁に近い区域の流動層は実質的に小さな流動化速度を与えられた弱流動化域として流動媒体の沈降流を生じさせるとともに、第１仕切壁側と離れた区域の流動層は実質的に大きな流動化速度を与えられた強流動化域として流動媒体の上昇流を生じさせる。ガス化炉から仕切壁上部の連絡口を通して燃焼炉に流入した流動媒体は、流動層内を下降しつつ、未ガス化成分であるチャーが燃焼し、高温となった流動媒体の一部は炉底付近で仕切壁下部の連絡口からガス化炉へ還流することによって、ガス化炉における熱分解ガス化の熱源として作用する。
【００５９】
燃料の熱分解ガス化作用を生じさせるためには、熱エネルギーが必要であり、通常、石炭ガス化の場合、石炭を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用している。そこでは、ガス化効率の向上をはかりタール発生の抑制のためには高温化が必要なことから、本来出来るだけガスに転化すべき石炭を無駄に燃焼しているのが実状である。
【００６０】
本発明の上述した態様では、上述したように、未ガス化成分であるチャーの燃焼熱を高温流動媒体によってガス化炉に還元するため、その熱量の分だけ石炭の燃焼を節約することが出来る。その結果、空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明は以下に列挙する効果を奏する。
（１）部分燃焼ガス化したあとチャーを完全に燃焼することができるため、ガス化しにくくチャー発生量が多い可燃物であっても、利用することができ、ガス化溶融システムなどのメリットを生かすことができる。
（２）ガス化炉と燃焼炉が一体化しており、コンパクトである。
【００６２】
（３）未反応チャーの移送が簡便で制御が容易である。即ち、ガス化炉と燃焼炉が一体化していることから、ガス化炉から燃焼炉へのチャーの移送に関しては、配管やＬバルブなど複雑な機械設備が不要であり、しかも移送量はガス化炉、燃焼炉相互の流動化速度の変化によって制御するため、容易かつシンプルである。また、配管内部での閉塞トラブルなどもない。
（４）ガス化炉のガス化熱源として燃焼炉からの還流流動媒体の保有熱量が有効に利用できるため、ガス化炉への空気の投入量を減らすことができ、ガス化効率の向上と、単位体積あたりのガスの発熱量を増加させることが可能となる。
【００６３】
（５）ガス化炉における燃料分散が良好である。即ち、ガス化炉流動層内部における旋回流により、燃料の飲み込みがよく滞留時間を長くとれるほか、分散混合がよいので均一な部分燃焼ガス化が可能であり、また燃料の供給箇所も少なくてよい。
（６）不燃物を含む燃料であっても利用できる。
【００６４】
（７）大気圧以上で運転することにより、さらに高効率を得ることができる。即ち、従来の加圧流動床ボイラにおいては、ガスタービン入口温度が８５０〜９００℃であったのに対し、石炭をガス化炉で部分燃焼によりガス化し、残りの可燃分は燃焼炉で完全燃焼して、それぞれの炉から排出される生成ガスと燃焼排ガスをガスタービンに導入することによって、ガスタービン入口での燃焼ガス温度を１３００℃以上にあげることができる。その結果、送電端効率を４２％〜４６％へと大幅に向上させることができる。
【００６５】
（８）燃焼炉が内部循環流動床ボイラであることにより、以下の効果を奏する。
１） 燃焼炉での発生熱を高効率で回収できる。
２） 負荷変化時の制御について、流動層の層高変化の必要がなく、熱回収室の流動化速度を変化させることで簡単に対応できる。
３） 流動層の層高変化の必要がないので、流動媒体貯留槽や移送配管などの設備が不要であり、設備が簡素化できる。
４） 負荷変化時においても流動層温度および燃焼ガス温度を一定に制御でき、ガスタービン効率が安定している。
５） 熱回収室が弱流動化域であるため、層内伝熱管の摩耗が少なく、そのため流動媒体に硬い珪砂の使用が可能であり、灰の排出量が少なくてすむ。
また、本発明の流動層ガス化燃焼炉の一種である流動床石炭ボイラにおいては、炭種が変化しても、ボイラの伝熱面を変更又は改造することなく対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
図１は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。本実施例の流動層炉１は、水平断面が概略矩形をなしている。図１に示すように、流動層炉１の内部は第１仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４に分割されている。第１仕切壁２には上部連絡口３７、下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【００６７】
一方、燃焼炉４はさらに第２仕切壁５によって、主燃焼室６と熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【００６８】
ガス化炉３の下部には炉床２７，２８が構成されており、炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられている。風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する旋回流が生じる。
【００６９】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０が構成されており、炉床２９，３０の下部には風箱１０，１１が設けられている。風箱１０，１１にはそれぞれ接続口１５，１６を通して流動化ガス２０，２１が導入される。一方、炉床２９，３０にはそれぞれ散気装置３４，３５が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３０の上方に強流動化域４４を形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が生じる。
【００７０】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
【００７１】
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流５５にのって下降する。そして炉床２７近くで、強流動化域４２に向かう水平流５６に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流５７となる。一方、上昇流５７は流動層表面近傍で、弱流動化域４１へ向かう流れ５８と第１仕切壁２の連絡口３７を通って燃焼炉４へ向かう反転流５９とに分岐する。
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７を通って主燃焼室６に導入される。
【００７２】
一方、主燃焼室６においても、炉床２９の上方には弱流動化域４３が形成され、また炉床３０の上方には強流動化域４４が形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流６０にのって下降する。そして炉床２９の近くで、一部は第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７となってガス化炉３に戻るほか、強流動化域４４に向かう水平流６１となり、強流動化域４４ではさらに上昇流６２となる。一方、上昇流６２は流動層表面近傍で、弱流動化域４３へ向かう流れ６３と第２仕切壁５の上部開口部３９を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５の上部を越えて熱回収室７に導入される。
【００７３】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６、燃焼炉４の熱回収室７の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されている。
【００７４】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４１の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５５によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【００７５】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流５９によって主燃焼室６に導入され、そこで沈降流６０によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１に示されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【００７６】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７によってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部３９を越える反転流６４として熱回収室７に入り、沈降流６５となったのち、第２仕切壁下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室７に運ばれ、伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【００７７】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、本実施例のように主燃焼室６の炉床３０と熱回収室７の炉床３１の間に不燃物排出口２４を設け、この排出口２４から不燃物２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れるような傾斜面２ａをなし、一方燃焼炉側は垂直面になっている。燃焼炉４において、主燃焼室６と熱回収室７との境界をなす第２仕切壁５は、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒れるような傾斜面５ａをなし、一方、熱回収室側は垂直面になっている。なお、前記傾斜面２ａ，５ａは垂直面になっていてもよい。
【００７８】
図２は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の別の縦断面図である。図２に示すように、流動層炉１の内部は第１仕切壁２によってガス化炉３と燃焼炉４に分割されている。第１仕切壁２には上部連絡口３７、下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、第１実施例と同様に傾斜面を有してもよいし垂直面になっていてもよい。第２仕切壁５も同様である。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【００７９】
一方、燃焼炉４はさらに第２仕切壁５によって、主燃焼室６と熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【００８０】
ガス化炉３の下部には炉床２７，２８が構成されており、炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられている。風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８ａ，１９ａが導入される。一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に強流動化域４１ａを形成する。散気装置３３からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に弱流動化域４２ａを形成する。
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が強流動化域４１ａで上昇し、弱流動化域４２ａで下降する旋回流が生じる。
【００８１】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０，１３０ａが構成されており、炉床２９，３０，１３０ａの下部には風箱１０，１１，１１１ａが設けられている。風箱１０，１１，１１１ａにはそれぞれ接続口１５，１６，１１６ａを通して流動化ガス２０ａ，２７ａ，２１ａが導入される。一方、炉床２９，３０，１３０ａにはそれぞれ散気装置３４，３５，１３５ａが設けられている。散気装置３４，３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９，３０の上方に強流動化域１６２ａ，６２ａを形成する。散気装置１３５ａからは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床１３０ａの上方に弱流動化域４３ａを形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４４ａで沈降し、強流動化域４３ａ，４３ａで上昇する旋回流が生じる。
【００８２】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【００８３】
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４２ａで流動媒体は沈降流５７ａにのって下降する。そして炉床２８近くで、強流動化域４１ａに向かう水平流５６ａに転じ、強流動化域４１ａではさらに上昇流５５ａとなる。一方、下降流５７ａは炉床２８近傍で、強流動化域４１ａへ向かう流れ５６ａと第１仕切壁２の連絡口３８を通って燃焼炉４へ向かう反転流６０ａとに分岐する。
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域４２ａで沈降し、強流動化域４１ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁下部の連絡口３８を通って主燃焼室６に導入される。
【００８４】
一方、主燃焼室６においても、炉床２９，３０の上方には強流動化域４３ａが形成され、また炉床１３０ａの上方には弱流動化域４４ａが形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４４ａで流動媒体は沈降流７０ａにのって下降する。そして流動層表面近傍で、一部は第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る反転流５９ａとなってガス化炉３に戻るほか、弱流動化域４４ａに向かう水平流１７１ａとなり、弱流動化域４４ａではさらに下降流７０ａとなる。一方、上昇流６２ａは流動層表面近傍で、弱流動化域４４ａへ向かう流れ７１ａと第２仕切壁５の上部開口部３９を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
【００８５】
従って、燃焼炉４の主燃焼室６の流動層内部では弱流動化域４４ａで沈降し、強流動化域４３ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５の上部を越えて熱回収室７に導入され、さらに一部の流動媒体は第１仕切壁２の上部連絡口３７を通ってガス化室３に導入される。
【００８６】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されており、燃焼炉４の熱回収室７においては、内部の沈降流と、主燃焼室６との間の循環流が形成されている。
【００８７】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４２ａの上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５７ａによってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【００８８】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流６０ａによって主燃焼室６に導入され、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図２に示されるように、必要に応じて主燃焼室６の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【００８９】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る反転流５９ａによってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部３９を越える反転流６４として熱回収室７に入り、沈降流６５となったのち、第２仕切壁下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室７に運ばれ、伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【００９０】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、本実施例のように主燃焼室６の炉床３０と熱回収室７の炉床３１の間に不燃物排出口２４を設け、この排出口２４から不燃物２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。
【００９１】
図３は図１および図２に示す流動層ガス化燃焼炉の別の形態の実施例を示す。図１および図２に示す実施例においては、それぞれ水平断面が矩形状のガス化炉３、主燃焼室６、熱回収室７が一直線上に並んで配置されているが、図３に示す実施例では、直角に組み合わせた例を示す。図３は本発明の流動層燃焼ガス化炉の水平断面図を示しており、流動層炉１の内部を第１仕切壁２で、ガス化炉３と燃焼炉４に分割している。
【００９２】
一方、燃焼炉４は、さらに第２仕切壁５によって主燃焼室６と熱回収室７に分割されているが、図１の実施例の場合とは異なり、第１仕切壁２と第２仕切壁５は同一平面上にあり、ガス化炉３と熱回収室７は第３仕切壁７０を隔てて隣り合っている。ただし、第３仕切壁７０には開口部はなく、完全に分離されている。
また、流動層に関しては、図１の実施例と同じように、流動化速度の異なる領域を形成することにより、ガス化炉３の流動層においては弱流動化域４１で沈降し、強流動化域４２で上昇する循環流が構成され、一部は反転流となって主燃焼室６に移行する。
【００９３】
一方、主燃焼室６においても同様に弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する循環流が構成され、一部は反転流６４となって熱回収室７に移行するが、図１の実施例の場合とは異なり、主燃焼室６における循環流の旋回面は、ガス化炉３における循環流の旋回面とは直角になっている。また主燃焼室６と熱回収室７の間の循環流の旋回面も、主燃焼室６内における循環流の旋回面とは直角になっている。このように構成することにより、流動層炉１の水平断面形状がより正方形に近くなり、製作上、プラント構成上の利点がある。
【００９４】
図４は廃熱ボイラおよび蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明の流動層ガス化燃焼炉の実施例である。図４に示すように、ガス化炉３のガス排出口４９から排出された生成ガスと、燃焼炉４のガス排出口５１から排出された燃焼排ガスは、それぞれ溶融燃焼炉１０１に導かれ、円筒形の１次燃焼室１０２にタンジェンシャル（接線方向）に吹き込まれる。１次燃焼室１０２及び２次燃焼室１０３には、必要に応じて補助燃料１０４が供給され、酸素または空気、あるいはそれらの混合気体が吹き込まれ、１２００〜１５００℃以上で燃焼する。その結果、灰が溶融し、またダイオキシン、ＰＣＢなどの有害物質が高温で分解される。溶融灰１０６は排出口１０５を出た後、水室１０７で急冷され、スラグ１０８となって排出される。
【００９５】
一方、溶融燃焼炉１０１から排出される高温の燃焼ガスは、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１で順次冷却され、集塵機１１２、誘引送風機１１３を経て大気に放出される。空気予熱器１１１を出た燃焼ガスには、必要に応じて、集塵機１１２の手前で消石灰などの中和剤１１４が添加される。
【００９６】
一方、ボイラ給水１１６はエコノマイザー１１０を経由して廃熱ボイラ１０９にて過熱蒸気１２１となり、蒸気タービンを駆動する。また燃焼用気体１１５は酸素、空気、あるいはそれらの混合気体として、空気予熱器１１１で加熱され、溶融燃焼炉１０１、及び燃焼炉４のフリーボードに供給される。また、本図には図示していないが流動化ガス１８〜２２とすることも可能である。また、層内伝熱管４６で得られた蒸気は中圧又は低圧タービンを駆動する。
【００９７】
さらに特に図示はしないが、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１から排出される灰１１７，１１８は燃焼炉４に戻すことも可能である。
一方、集塵機１１２で捕集された飛灰１１９は、揮散したＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩を含む場合には処理機１２０にて薬品処理される。
【００９８】
図５は、本発明の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合の実施例を示す図である。
図５では図示しないが、流動層炉１そのものを耐圧構造としてもよい。しかし、耐熱機能と耐圧機能を分離したほうが、構造上、有利であるため、本実施例においては、流動層炉１を圧力容器２０１の内部に格納し、ガス化炉３及び燃焼炉４を大気圧以上で運転することを可能にしている。
【００９９】
燃焼炉４からの燃焼ガス排出口５１、ガス化炉３からの生成ガス排出口４９、ガス化炉３への可燃物供給口４７、燃焼炉４の２次空気供給口５３、およびその他の流動化ガス供給ライン、不燃物排出ラインなどは圧力容器２０１を貫通している。
本実施例においては、ガス化炉３に可燃物４８を供給し、部分燃焼ガス化させる。可燃物供給方法は本図に記載のスクリューによる方法の他、空気輸送や、スラリー状態での供給も可能である。
【０１００】
ガス化炉３で発生する未燃チャー等のうち生成ガスと同伴したものは、後段に設置したガス冷却装置２０２で６００℃以下に冷却し、例えばガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０３で捕集したあと燃焼炉４に導入して完全燃焼させる。燃焼炉４の燃焼排ガスは圧力容器２０１を出たあと、後段に設置したガス冷却装置２０４で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０５で捕集し排出する。集塵機２０３，２０５にはセラミックフィルタを用いることが多いが、他の形式の集塵機でもよい。
【０１０１】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼ガスと、前記ガス化炉３を出たあと集塵機２０３で集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼器２０６で混合燃焼させるが、それぞれのガスを冷却した分、燃焼器２０６へ持ちこまれる熱エネルギーが低下するので、燃焼器２０６にて高温燃焼させるためには、燃焼炉４での空気過剰率をなるべく少なくして運転し、燃焼排ガス量を低減する。そして、燃焼器２０６で燃焼に必要な酸素は、別途、酸素２０７として燃焼器２０６に供給する。
【０１０２】
燃焼器２０６からの高温高圧燃焼排ガスは、ガスタービン２０９を高効率で駆動する。ガスタービン２０９はコンプレッサ２１０、発電機２１１を駆動する。
ガスタービン２０９を出た排ガスは熱回収装置２１２で冷却されたのち、大気放出される。なお、本実施例においては、タービンブレードの材質が向上すれば、ガス冷却装置２０２，２０４は省略してもよい。
【０１０３】
一方、可燃物４８として石炭を使用する場合、石灰石２１４を混合あるいは別途供給して炉内脱硫反応させる。すなわち、ガス化炉３にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機２０３で捕集し、主燃焼室６に投入する。
【０１０４】
また、ガス化炉３から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを含む流動媒体が主燃焼室６に導入される。そこで沈降流によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼され、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機２０５で捕集、排出される。さらにガス化炉３における炉内脱硫反応が不十分な場合、ガス化炉を出た後、追加の脱硫反応装置２１３を設けることもよい。
【０１０５】
図６は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の部分断面図である。図７は流動層部分の水平断面を示す。また、図６において流動層部分の垂直断面は図７のａ−ａ矢視に相当する。ここでは、図６，図７を用いて説明する。
図６及び図７に示す実施例において、図１に示す実施例における要素（又は部材）と同一又は類似した機能を有する要素（又は部材）は同一符号を用いて説明する。
【０１０６】
円筒形流動層炉１の内部は外壁と同心の第１仕切壁２によってガス化炉３と円環状の燃焼炉４に分割されている。該第１仕切壁２には複数の矩形状の上部連絡口３７、複数の矩形状の下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。ガス化炉３と燃焼炉４との境界をなす第１仕切壁２は、本図では省略し、図１０に示すように、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れるような傾斜面をなし、一方燃焼炉側は垂直面になっている。ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。
【０１０７】
一方、燃焼炉４はさらに半径方向に延びる複数の第２仕切壁５によって、複数の主燃焼室６と複数の熱回収室７とに分割されている。ただし、上方では分割されず、フリーボード部分は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。各熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また各第２仕切壁５には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１０８】
ガス化炉３の下部には、中央に炉床２７が構成され、この炉床２７を取り巻くように円環状の炉床２８が構成されている。炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられており、風箱８，９にはそれぞれ接続口１３，１４を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。
一方、炉床２７，２８にはそれぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
【０１０９】
ガス化炉３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、周囲の円環状範囲の強流動化域４２で上昇し、中央に向かって流れ込み、中央部の円筒状範囲の弱流動化域４１で沈降する旋回流が生じる。
【０１１０】
一方、燃焼炉４においても、主燃焼室６の下部には炉床２９，３０が構成されており、炉床２９，３０の下部には風箱１０，１１が設けられている。風箱１０，１１にはそれぞれ接続口１５，１６を通して流動化ガス２０，２１が導入される。一方、炉床２９，３０にはそれぞれ散気装置３４，３５が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３０の上方に強流動化域４４を形成する。
主燃焼室６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する旋回流が生じる。
【０１１１】
一方、熱回収室７においても、下部には炉床３１が構成されており、炉床３１の下部には風箱１２が設けられている。風箱１２には接続口１７を通して流動化ガス２２が導入される。また炉床３１には散気装置３６が設けられている。散気装置３６からは実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【０１１２】
上述のようにガス化炉３、燃焼炉４の内部に流動化速度の異なる流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流５５にのって下降する。そして炉床２７の近くで、強流動化域４２に向かう水平流５６に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流５７となる。一方、上昇流５７は流動層表面近傍で、中央の弱流動化域４１へ向かう流れ５８と第１仕切壁２の連絡口３７を通って燃焼炉４へ向かう反転流５９とに分岐する。
【０１１３】
従って、ガス化炉３の流動層内部では弱流動化域で沈降し、強流動化域で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７を通って燃焼炉４の主燃焼室６に導入される。
【０１１４】
一方、主燃焼室６においても、連絡口３７付近には弱流動化域４３が形成され、また炉床３０の上方には強流動化域４４が形成されているため、主燃焼室６の流動層内においても、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流６０にのって下降する。そのため、反転流５９によってガス化炉３から流入した未燃チャーを含む流動媒体も沈降流６０にのって燃焼炉の内部に飲み込まれ、完全に燃焼する。
【０１１５】
そして炉床近くで、一部の流動媒体は第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７となってガス化炉３に戻るほか、強流動化域４４に向かう水平流６１となり、強流動化域４４ではさらに上昇流６２となる。一方、上昇流６２は流動層表面近傍で、弱流動化域４３へ向かう流れ６３と第２仕切壁５の上部空間を通って、熱回収室７へ向かう反転流６４とに分岐する。
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域４３で沈降し、強流動化域４４で上昇する流れが形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁５上部を越えて熱回収室７に導入され、さらに別の流動媒体は第１仕切壁２の下部の連絡口３８からガス化炉３へ還流する。
【０１１６】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁５の下部連絡口４０を通る還流６６によって主燃焼室６へ戻る。このようにガス化炉３、燃焼炉４の主燃焼室６、燃焼炉４の熱回収室７の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されている。
【０１１７】
従って、ガス化炉３の弱流動化域４１の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流５５によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。ガス化炉３の炉床部分に供給する流動化ガスの酸素含有量は、投入される可燃物４８に対する理論燃焼に必要な酸素量以下に設定されている。この流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【０１１８】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流５９によって主燃焼室６に導入され、そこで沈降流６０によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図５に示されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１１９】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の下部連絡口３８を通る還流６７によってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第２仕切壁上部を越えて熱回収室７に入り、下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室の伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は燃焼炉４にて熱エネルギーに転換して有効に高効率で回収することが可能である。
【０１２０】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、ガス化炉３の炉床２８と燃焼炉４の炉床２９との間に不燃物排出口２３が設けられており、この排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料６９に不燃物が混入している場合には、特に図示しないが同様に第２仕切壁下部付近、主燃焼室炉床と熱回収室炉床の間に不燃物排出口を設け、不燃物を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。燃焼炉４において、主燃焼室６と熱回収室７との境界をなす第２仕切壁５は、本図では省略し、図１０に断面を示すが、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒れるような傾斜面をなし、一方、熱回収室側は垂直面になっていてもよい。
【０１２１】
図８および図９は廃熱ボイラおよび蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明の円筒形流動層ガス化燃焼炉の実施例である。
図８に示すように、ガス化炉３のガス排出口４９から排出された生成ガスと、燃焼炉４のガス排出口５１から排出された燃焼排ガスは、それぞれ溶融燃焼炉１０１に導かれ、円筒形の１次燃焼室１０２にタンジェンシャル（接線方向）に吹き込まれる。１次燃焼室１０２及び２次燃焼室１０３には、必要に応じて補助燃料１０４が供給され、酸素または空気、あるいはそれらの混合気体が吹き込まれ、１２００〜１３００℃以上で燃焼する。その結果、灰が溶融し、またダイオキシン、ＰＣＢなどの有害物質が高温で分解される。溶融灰１０６は排出口１０５を出た後、水室１０７で急冷され、スラグ１０８となって排出される。
【０１２２】
一方、溶融燃焼炉１０１から排出される高温の燃焼ガスは、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１で順次冷却され、集塵機１１２、誘引送風機１１３を経て大気に放出される。空気予熱器１１１を出た燃焼ガスには、必要に応じて、集塵機１１２の手前で消石灰などの中和剤１１４が添加される。
【０１２３】
一方、ボイラ給水１１６はエコノマイザー１１０を経由して廃熱ボイラ１０９にて過熱蒸気１２１となり、蒸気タービンを駆動する。また燃焼用気体１１５は酸素、空気、あるいはそれらの混合気体として、空気予熱器１１１で加熱され、溶融燃焼炉１０１、及び燃焼炉４のフリーボードに供給される。また、本図には図示していないが流動化ガス１８〜２２とすることも可能である。また、層内伝熱管４６で得られた蒸気は中圧又は低圧タービンを駆動する。
【０１２４】
さらに特に図示はしないが、廃熱ボイラ１０９、エコノマイザー１１０、空気予熱器１１１から排出される灰１１７，１１８は燃焼炉４に戻すことも可能である。
一方、集塵機１１２で捕集された飛灰１１９は、揮散したＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩を含む場合には処理機１２０にて薬品処理される。
【０１２５】
図９は、本発明の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合の実施例を示す図である。
図９では図示しないが、流動層炉１そのものを耐圧構造としてもよい。しかし、耐熱機能と耐圧機能を分離したほうが、構造上、有利であるため、本実施例においては、流動層炉１を圧力容器２０１の内部に格納し、ガス化炉３及び燃焼炉４を大気圧以上で運転することを可能にしている。
【０１２６】
燃焼炉４からの燃焼ガス排出口５１、ガス化炉３からの生成ガス排出口４９、ガス化炉３への可燃物供給口４７、燃焼炉４の２次空気供給口５３、およびその他の流動化ガス供給ライン、不燃物排出ラインなどは圧力容器２０１を貫通している。
本実施例においては、ガス化炉３に可燃物４８を供給し、部分燃焼ガス化させる。可燃物供給方法は本図に記載のスクリューによる方法の他、空気輸送や、スラリー状態での供給も可能である。
【０１２７】
ガス化炉３で発生する未燃チャーのうち生成ガスに同伴するものは、後段に設置したガス冷却装置２０２で６００℃以下に冷却し、例えばガスタービンブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０３で捕集したあと燃焼炉４に導入して完全燃焼させる。燃焼炉４の燃焼排ガスは圧力容器２０１を出たあと、後段に設置したガス冷却装置２０４で６００℃以下に冷却し、この冷却によってＮａ，Ｋなどのアルカリ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵機２０５で捕集し排出する。集塵機２０３，２０５にはセラミックフィルタを用いることが多いが、他の形式の集塵機でもよい。
【０１２８】
高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった燃焼ガスと、前記ガス化炉３を出たあと集塵機２０３で集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼器２０６で混合燃焼させるが、それぞれのガスを冷却した分、燃焼器２０６へ持ちこまれる熱エネルギーが低下するので、燃焼器２０６にて高温燃焼させるためには、燃焼炉４での空気過剰率をなるべく少なくして運転し、燃焼排ガス量を低減する。そして、燃焼器２０６で燃焼に必要な酸素は、別途、酸素２０７として燃焼器２０６に供給する。
燃焼器２０６からの高温高圧燃焼排ガスは、ガスタービン２０９を高効率で駆動する。ガスタービン２０９はコンプレッサ２１０、発電機２１１を駆動する。
【０１２９】
ガスタービン２０９を出た排ガスは熱回収装置２１２で冷却されたのち、大気放出される。なお、本実施例においては、タービンブレードの材質が向上すれば、ガス冷却装置２０２，２０４は省略してもよい。
【０１３０】
一方、可燃物４８として石炭を使用する場合、石灰石２１４を混合あるいは別途供給して炉内脱硫反応させる。すなわち、ガス化炉３にて発生する硫化水素Ｈ２ＳをＣａＯと脱硫反応させてＣａＳとし、生成ガスに同伴させて集塵機２０３で捕集し、主燃焼室６に投入する。
【０１３１】
また、ガス化炉３から第１仕切壁上部の連絡口を通る反転流によって、未燃チャーなどと共にＣａＳを含む流動媒体が主燃焼室６に導入される。そこで沈降流によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼され、またＣａＳはＣａＳＯ４となり、燃焼排ガスに同伴して集塵機２０５で捕集、排出される。さらにガス化炉３における炉内脱硫反応が不十分な場合、ガス化炉を出た後、追加の脱硫反応装置２１３を設けることもよい。
【０１３２】
図１０では、仕切壁の構造の一例を示す。
強流動化域３０２に形成される上昇流３０４の方向を変えるように仕切壁３０１が傾斜面３０１ａを有しており、一方、傾斜面３０１ａの反対面は垂直面になっており、仕切壁上端を越えた反転流３０５が停滞せず、そのまま沈降流３０６となって弱流動化域３０３を下降するように構成している。本構造は本発明の第１仕切壁、第２仕切壁のいずれであってもよい。なお、図１乃至図９に示す実施例において、第１仕切壁、第２仕切壁に傾斜面を形成することなく、垂直壁としてもよい。
【０１３３】
次に、本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の他の実施例を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は円筒形の流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。図１２は流動層部分の水平断面を示す。図１１及び図１２に示す実施例において、図６及び図７に示す実施例における要素（又は部材）と同一又は類似した機能を有する要素（又は部材）は同一符号を用いて説明する。
【０１３４】
本実施例においては、円筒形流動層炉１の内部は、外壁と同心の第１仕切壁２によって、中央部の円形の燃焼炉４と、その外側の円環状の炉部とに分割されている。円環状の炉部は半径方向に延びる複数の第２仕切壁５によって、複数のガス化炉３と複数の熱回収室７とに分割されている。第１仕切壁２には複数の矩形状の上部連絡口３７、複数の矩形状の下部連絡口３８が設けてあり、ガス化炉３と燃焼炉４とが相互に連絡されている。
【０１３５】
ガス化炉３にはガス排出口４９が設けられ、このガス排出口４９から生成ガス５０が外部に導出される。また第１仕切壁２は燃焼炉４の主燃焼室６と熱回収室７とを流動床部分においてのみ分割しており、フリーボード部分は燃焼炉４の主燃焼室６と熱回収室７とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部分で混合されたのち、ガス排出口５１から燃焼排ガス５２となって外部に導出される。各熱回収室７には伝熱面４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また第１仕切壁２には、下部連絡口４０が設けてあり、上部開口部３９と合わせ主燃焼室６と熱回収室７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１３６】
燃焼炉４の下部には、中央に炉床２７が構成され、この炉床２７を取り巻くように円環状の炉床２８が構成されている。炉床２７，２８の下部には風箱８，９が設けられており、風箱８，９にはそれぞれ接続口を通して、流動化ガス１８，１９が導入される。
【０１３７】
一方、炉床２７，２８には、図６に示す実施例と同様に、それぞれ散気装置３２，３３が設けられている。散気装置３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２７の上方に弱流動化域４１を形成する。散気装置３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床２８の上方に強流動化域４２を形成する。
燃焼炉４の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、周囲の円環状範囲の強流動化域４２で上昇し、中央に向かって流れ込み、中央部の円形状範囲の弱流動化域４１で沈降する旋回流が生じる。
【０１３８】
一方、ガス化炉３および熱回収室７においても、下部には、それぞれ炉床２９，３１が構成されており、炉床２９，３１の下部には風箱１０，１２が設けられている。風箱１０，１２にはそれぞれ接続口を通して流動化ガス２１，２２が導入される。一方、炉床２９，３１には、図５に示す実施例と同様に、それぞれ散気装置３４，３６が設けられている。散気装置３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床２９の上方に弱流動化域４３を形成する。散気装置３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３１の上方に弱流動化域４５を形成する。
【０１３９】
上述のように構成することによって、以下のような流動媒体の流れが生じる。
すなわち、ガス化炉３の流動層内においては、弱流動化域４３で流動媒体は沈降流にのって下降する。そして、流動媒体は炉床２９の近くで、下部連絡口３８を通って燃焼炉４に流入する。
【０１４０】
燃焼炉４の主燃焼室６の流動層内においては、弱流動化域４１で流動媒体は沈降流にのって下降する。そして炉床２７の近くで、強流動化域４２に向かう水平流に転じ、強流動化域４２ではさらに上昇流となる。一方、上昇流は流動層表面近傍で、中央の弱流動化域４１へ向かう流れと、第１仕切壁２の連絡口３７を通ってガス化炉３へ向かう反転流および第１仕切壁２の上部開口３９より熱回収室７へ向かう反転流とに分岐する。
【０１４１】
従って、燃焼炉４の流動層内部では弱流動化域で沈降し、強流動化域で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁上部の連絡口３７および上部開口３９を通ってガス化炉３および熱回収室７に導入される。前述したように、ガス化炉３に流入した流動媒体は沈降流にのって下降する。
【０１４２】
一方、熱回収室７においては、弱流動化域４５が形成されているので、沈降流が生じ、さらに流動媒体は第１仕切壁２の下部連絡口４０を通る還流によって主燃焼室６へ戻る。
従って、ガス化炉３の弱流動化域４３の上方に可燃物投入口４７を設け、可燃物４８を投入すると、沈降流によってガス化炉３の流動層内部に飲み込まれ、部分燃焼、ガス化が行われる。またガス化炉３の炉床部分のやや上方にも可燃物投入口４７が形成されている。
【０１４３】
可燃物投入口４７は通常ガス化炉の数に対して１本ずつ設けるが、大型機の場合ガス化炉が大きくなりガス化炉内の燃料分散が不十分となる場合は、ガス化炉の炉床を分割して流動化の強さを部分的に変えられるようにし、例えばガス化炉内に弱流動化域と強流動化域を形成して内部旋回流を生じさせて燃料の分散を促進することも有効である。
【０１４４】
図１２は、ガス化炉の炉床を放射状に３分割し、中央部に弱流動化域４３を、両端に強流動化域４４を設けるようにした場合の例を示している。この場合、可燃物は中央の弱流動化域４３に投入され、層内を沈降しながら熱分解、ガス化され、弱流動化域４３の下部で両側の強流動化域４４側に移動する。強流動化域４４では可燃物の流れは上昇流に転じ再び層の上部で、矢印６３で示すように中央の弱流動化域４３側に流れ込む。
【０１４５】
主燃焼室６からガス化炉３へ流入する流動媒体の流れ５９は、主燃焼室６から熱分解、ガス化に必要な熱量を流動媒体が顕熱としてガス化炉３へ供給するという関係上多い方が望ましい。従って、主燃焼室６とガス化炉３の第１仕切壁の上部開口３７は、開口面積を大きくとるためガス化炉前面にわたるのが望ましいが、ガス化炉内に弱流動化域４３、強流動化域４４を形成する場合には、上部開口３７を弱流動化域のみに設けることも有効である。こうすることによって、熱分解、ガス化が不十分な可燃物が主燃焼室に流入して燃焼することによる、ガス化率の低下を抑制することができる。
【０１４６】
一方、ガス化炉３内の未燃チャーを含む流動媒体は、下部連絡口３８を通って、主燃焼室６に導入され、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１１に示されるように、ガス化炉３に、必要に応じて弱流動化域４３の上部に燃料投入口６８を設け、補助燃料６９を供給することも可能である。
また、フリーボードに複数のノズル５３を設け、２次空気５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１４７】
燃焼炉４の主燃焼室６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁２の上部連絡口３７を通る流動媒体の流れによってガス化炉３に導入されてガス化熱源となるほか、第１仕切壁２の上部を越えて熱回収室７に入り、下部連絡口４０から主燃焼室６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室の伝熱面４６を通じて外部に取り出される。
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギーとして取り出され、ガス化しにくい成分は燃焼炉４にて熱エネルギーに転換して有効に高効率で回収することが可能である。
【０１４８】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、本実施例においては、燃焼炉４の炉床２８とガス化炉３の炉床２９との間に不燃物排出口２３を設けるとともに、燃焼炉４の炉床２８と熱回収室７の炉床３１との間に不燃物排出口２３を設け、これら排出口２３から不燃物２５を排出するようにしている。
【０１４９】
以上説明したように、主燃焼室６内は中央部の流動化速度が周辺部の流動化速度よりも低く抑えられており、周辺部では激しく流動化し流動媒体が吹き上がり、中央部で沈降移動層を形成するいわゆる内部旋回流が形成されている。
【０１５０】
このような構成にすることによって主燃焼室６側の高温の流動媒体が第１仕切壁２を通ってガス化炉３側に流入しやすくなり、ガス化に必要な熱量が供給されやすくなり、発熱反応が生じている主燃焼室６の熱拡散をも促進することができるので、局所的な高温部が生じにくく、アグロメの発生を抑制することができる。
【０１５１】
ガス化炉３内はすべて比較的緩やかな流動層を形成させることによって未反応チャーの飛び出しを抑制し、効果的にガス化反応を行わせることが可能になる。主燃焼室６からの流動媒体の流入が十分であれば、ガス化炉３の流動化ガスは全く酸素を含む必要がなく、その場合はガス化炉３内で発熱反応が生じないので、アグロメ形成の可能性が皆無となる。
熱回収室７も比較的緩やかな流動層が形成されるが、そのためにアグロメの発生が懸念される場合は流動化ガスの酸素濃度を下げるか、もしくは酸素を含まないガスにて流動化させることで対処できる。
【０１５２】
熱回収室７のフリーボード部は主燃焼室６のフリーボード部と一体化しても良く、その場合は完全燃焼を促進するために必要に応じて二次空気を吹き込むこともできる。熱回収室７の流動化ガスの酸素濃度を抑え、熱回収室７の上部の酸素濃度がほぼゼロになるような場合は、熱回収室７のフリーボード部をガス化炉３のフリーボード部と一体化しても良い。
【０１５３】
可燃物の性状によって炉内にチャーが蓄積してくるような場合は主燃焼室６の周辺部、主燃焼室６の中央部、熱回収室７、ガス化炉３の順に流動化ガス中の酸素濃度を高めていくのが有効な対処方法である。逆にチャーが蓄積しない可燃物性状の場合は、ガス化炉３、熱回収室７、主燃焼室６の中央部、主燃焼室６の周辺部の順に酸素濃度を下げることによってより有効なガス化反応を行わせることができる。
【０１５４】
図１３は、本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の一種である常圧の流動床石炭ボイラの実施例を示す概略図である。図１３に示すように、流動床石炭ボイラの炉内は、ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403に３分割され、燃料はガス化室401に供給され熱分解、ガス化される。ガス化室401に隣接して燃焼室402を設け、さらに燃焼室402に隣接して熱回収室403を設ける。常圧の流動床石炭ボイラに本発明を応用する際のフリーボード部はガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の上部で一体化され互いに仕切られていない。熱回収室403内には流動媒体から収熱する伝熱面406が設置されている。フリーボード部にはガスの流れ方向に沿って蒸気過熱器404A、蒸発器404Bが順に設けられた構成からなる伝熱面404が設けられている。またフリーボード部の壁面には高さ方向、水平方向に複数の２次空気供給ノズル405A,405Bが設けられている。伝熱面404,406の収熱によって生成された蒸気は蒸気タービン407に導かれ、これを駆動する。一方、流動床石炭ボイラより排出された燃焼排ガスは、節炭器408、空気予熱器409、バグフィルタ410を経由して煙突411より排出される。また、ブロワ412より供給された空気は、空気予熱器409により加熱された後、流動床ボイラの底部より炉内に流動化ガスおよび燃焼用ガスとして供給される。
【０１５５】
ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の流動化ガスは空気で、ガス化室401へは、供給する燃料の理論空気量の約１〜２割の空気を供給する。ガス化室401へ供給される空気量の目安としては、燃焼によって生じる熱量と、ガス化反応に必要な熱とガスの顕熱として層から持ち出される熱量の合計を比べた時、前記合計の熱量のほうが前記燃焼によって生じる熱量より若干大きくなる程度の空気量が望ましい。このような空気量であれば、ガス化室401の層温を維持するのに不足する熱量を、隣接した燃焼室402から流入させる流動媒体の熱で補うことができ、ガス化室401の層温制御が容易になるのである。なお、図示されてはいないが、ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403の各々の流動化ガスの流量及び組成は、独立して制御することが可能である。前記組成としては、空気に、酸素及び水蒸気の少なくとも一方を加えた流動化ガスが考えられる。
【０１５６】
ガス化室401は８００℃〜９５０℃に維持され、そこに供給された燃料は部分燃焼、熱分解、ガス化され、未燃ガス及び部分燃焼によって発生した燃焼ガスの混合ガスはガス化室401の上部のフリーボード部に導かれる。一方、層内に残存した未反応チャーは、ガス化室401と燃焼室402間の粒子循環に伴い燃焼室402側に流入し、そこで完全燃焼する。燃焼室402に供給される空気量は、そこに流入するチャーの燃焼に必要な理論燃焼空気量よりも若干多い。具体的には理論燃焼空気量の約１１０〜１２０％の空気を供給することにより高温の層温で燃焼が促進されるとともに、脱硫反応と低ＮＯｘ燃焼に最適な８００℃〜９００℃の温度に維持するよう、熱回収室403から低温の流動媒体を必要に応じて適宜供給できるようになっている。
【０１５７】
上記のような条件で運転すれば、流動層部（ガス化室401、燃焼室402、熱回収室403）に吹き込む合計の空気比は石炭の性状、特に燃料比によるが、概ね７０〜９０％となり、残りの１０〜３０％分の燃焼反応はフリーボードにて生じることになる。従って、フリーボードへの２次空気吹き込み個所を複数設けておき、必要に応じて吹き込み個所を変えることによって、フリーボードの温度を自在に制御できるのである。
【０１５８】
例えば、層内燃焼率が高く、フリーボードのガス温度が低下気味の炭種においては、フリーボードに設けた蒸気過熱器管404A、蒸発器管404Bの上部に２次空気405Bを吹き込むことによってフリーボードの伝熱管404での収熱を抑え、かつボイラ出口の燃焼ガス温度を適正に維持することができる。逆に層内燃焼率の低い炭種においては流動層部に設けた伝熱管406とフリーボードに設けた伝熱管404の間の空間に２次空気405Aを吹き込んで燃焼させた後、フリーボードの伝熱管で収熱することによって層内での収熱を補うことができる。その中間的な炭種についてはボイラ出口のガス温度を監視しながらフリーボードに設けた伝熱管の上側、下側にそれぞれ吹き込む２次空気405B,405Aの配分を調節することで最適な状態に調節することができる。
【０１５９】
またこのような構成にすることによって、流動床ボイラの据え付け面積を削減することができる。層内燃焼率の高い燃料の場合、通常の流動層燃焼炉で燃焼させると、層内で収熱すべき熱量が多いため、必要な層内伝熱面積が多く必要となり、その層内伝熱管配置のために流動層部の水平断面積が大きくなり、据え付け面積の増大を招く場合があるが、本発明を応用した常圧流動床石炭ボイラは層内燃焼を抑制し、フリーボード燃焼させることができることから、伝熱管のうちフリーボードに配する伝熱面の割合を増加させることができるため、ボイラ形状は縦長になり、水平断面積が減少し、据え付け面積を減少させることができるのである。
【０１６０】
なお、前述したように、図１乃至図１３に示す実施例において、同一の作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して示されている。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、都市ごみおよび産業廃棄物を含む廃棄物、あるいは石炭などの固形燃料をガス化して燃焼させるシステムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】図１は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図２は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の他の実施例を示す縦断面図である。
【図３】図３は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉の別の形態を示す平面図である。
【図４】図４は廃熱ボイラ及び蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明に係る流動層ガス化燃焼炉を示す系統図である。
【図５】図５は本発明に係る流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合のシステムを示す系統図である。
【図６】図６は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉の一実施例を示す縦断面図である。
【図７】図７は図６における流動層部分の水平断面を示す図である。
【図８】図８は廃熱ボイラ及び蒸気タービンと組み合わせて使用される本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉を示す模式図である。
【図９】図９は本発明に係る円筒形の流動層ガス化燃焼炉を大気圧以上の圧力条件で運転する場合のシステムを示す模式図である。
【図１０】図１０は本発明の第１仕切壁及び第２仕切壁の詳細構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は円筒形の流動層ガス化燃焼炉の縦断面図である。
【図１２】図１２は流動層部分の水平断面を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の流動層ガス化燃焼炉の一種である常圧の流動床石炭ボイラの実施例を示す縦断面図である。
【図１４】図１４は従来の加圧燃焼炉トッピングサイクルを示す模式図である。
【図１５】図１５は伝熱管の熱伝達率と流動化質量速度との関係を示す図である。
【図１６】図１６は従来の流動床石炭ボイラの概略図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１ 流動層炉
２ 第１仕切壁
２ａ，５ａ 傾斜面
３ ガス化炉
４ 燃焼炉
５ 第２仕切壁
６ 主燃焼室
７ 熱回収室
８，９，１０，１１，１２，１１１ａ 風箱
１３，１４，１５，１６，１７，１１６ａ 接続口
１８，１９，１８ａ，１９ａ，２０，２１，２２，２０ａ，２１ａ，２７ａ 流動化ガス
２３，２４ 不燃物排出口
２５，２６ 不燃物
２７，２８，２９，３０，３１，１３０ａ 炉床
３２，３３，３４，３５，３６，１３５ａ 散気装置
３７ 上部連絡口
３８ 下部連絡口
３９ 上部開口部
４０ 下部連絡口
４１ 弱流動化域
４１ａ 強流動化域
４２ 強流動化域
４２ａ 弱流動化域
４３ 弱流動化域
４３ａ 弱流動化域
４４ 強流動化域
４４ａ 弱流動化域
４５ 弱流動化域
４６ 伝熱面
４７ 可燃物投入口
４８ 可燃物
４９ ガス排出口
５０ 生成ガス
５１ ガス排出口
５２ 燃焼排ガス
５３ ノズル
５４ ２次空気
５５ 沈降流
５５ａ 上昇流
５６ 水平流
５６ａ 水平流
５７ 上昇流
５７ａ 沈降流
５８ 流れ
５９ 反転流
５９ａ 反転流
６０ 沈降流
６０ａ 反転流
６１ 水平流
６２ 上昇流
６２ａ，１６２ａ 強流動化域
６３ 流れ
６４ 反転流
６５ 沈降流
６６ 還流
６７ 還流
６８ 燃料投入口
６９ 補助燃料
７０ 第３仕切壁
７０ａ 下降流
７１ａ 流れ
１０１ 溶融燃焼炉
１０２ １次燃焼室
１０３ ２次燃焼室
１０４ 補助燃料
１０５ 排出口
１０６ 溶融灰
１０７ 水室
１０８ スラグ
１０９ 廃熱ボイラ
１１０ エコノマイザー
１１１ 空気予熱器
１１２ 集塵機
１１３ 誘引送風機
１１４ 中和剤
１１６ ボイラ給水
１１７，１１８ 灰
１１９ 飛灰
１２０ 処理機
１２１ 過熱蒸気
１７１ａ 水平流
２０１ 圧力容器
２０２，２０４ ガス冷却装置
２０３，２０５ 集塵機
２０６ 燃焼器
２０７ 酸素
２０９ ガスタービン
２１０ コンプレッサ
２１１ 発電機
２１２ 熱回収装置
２１３ 脱硫反応装置
２１４ 石灰石
３０１ 仕切壁
３０１ａ 傾斜面
３０２ 強流動化域
３０３ 弱流動化域
３０５ 反転流
３０６ 沈降流
４０１ ガス化室
４０２ 燃焼室
４０３ 熱回収室
４０４ 伝熱管
４０４Ａ 蒸気過熱器管
４０４Ｂ 蒸発器管
４０５Ａ ２次空気
４０５Ｂ ２次空気
４０６ 伝熱管
４０７ 蒸気タービン
４０８ 節炭器
４０９ 空気予熱器
４１０ バグフィルタ
４１１ 煙突
４１２ ブロワ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切壁によってガス化炉と燃焼炉とに分割された流動層炉であって、
前記ガス化炉は、炉底と、生成ガスを排出するガス排出口と、流動層の上方から可燃物を投入する可燃物投入口を備え、
流動化ガスを前記炉底から前記ガス化炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の弱流動化域と強流動化域を形成して旋回流を形成し、前記弱流動化域は投入された可燃物を沈降させる流動媒体の沈降流を形成し、該弱流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、
前記燃焼炉は、炉底と、燃焼排ガスを排出するガス排出口とを備え、
流動化ガスを前記炉底から前記燃焼炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の強流動化域と弱流動化域を形成して旋回流を形成し、前記強流動化域は流動媒体の上昇流を形成し、該強流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、
前記仕切壁は、前記流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体を前記ガス化炉から前記燃焼炉に通す連絡口を具備し、
前記燃焼炉は第２仕切壁によって主燃焼室と熱回収室とに分割され、前記熱回収室を前記ガス化炉から分離して配置し、
前記熱回収室と前記主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成することを特徴とする流動層ガス化燃焼炉。
【請求項２】
前記ガス化炉と前記燃焼炉の主燃焼室と熱回収室は、一直線に並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項３】
前記ガス化炉と前記燃焼炉の熱回収室は、仕切壁により完全に分離されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項４】
前記燃焼炉の炉底が前記連絡口に向かって下方に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項５】
不燃物排出口が前記炉底に設けられていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項６】
不燃物排出口が前記ガス化炉の炉底と前記燃焼炉の炉底との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項１】
仕切壁によってガス化炉と燃焼炉とに分割された流動層炉であって、
前記ガス化炉は、炉底と、生成ガスを排出するガス排出口と、流動層の上方から可燃物を投入する可燃物投入口を備え、
流動化ガスを前記炉底から前記ガス化炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の弱流動化域と強流動化域を形成して旋回流を形成し、前記弱流動化域は投入された可燃物を沈降させる流動媒体の沈降流を形成し、該弱流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、
前記燃焼炉は、炉底と、燃焼排ガスを排出するガス排出口とを備え、
流動化ガスを前記炉底から前記燃焼炉内に導入して、炉底上方に流動媒体の強流動化域と弱流動化域を形成して旋回流を形成し、前記強流動化域は流動媒体の上昇流を形成し、該強流動化域は前記仕切壁に近い区域にあり、
前記仕切壁は、前記流動媒体の沈降流によって下降した未燃チャーを含む流動媒体を前記ガス化炉から前記燃焼炉に通す連絡口を具備し、
前記燃焼炉は第２仕切壁によって主燃焼室と熱回収室とに分割され、前記熱回収室を前記ガス化炉から分離して配置し、
前記熱回収室と前記主燃焼室との間に流動媒体の循環流を形成することを特徴とする流動層ガス化燃焼炉。
【請求項２】
前記ガス化炉と前記燃焼炉の主燃焼室と熱回収室は、一直線に並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項３】
前記ガス化炉と前記燃焼炉の熱回収室は、仕切壁により完全に分離されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項４】
前記燃焼炉の炉底が前記連絡口に向かって下方に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項５】
不燃物排出口が前記炉底に設けられていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【請求項６】
不燃物排出口が前記ガス化炉の炉底と前記燃焼炉の炉底との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の流動層ガス化燃焼炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１９８７０（Ｐ２００９−１９８７０Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７７４２（Ｐ２００８−２０７７４２）
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【分割の表示】特願２０００−５１９２５３（Ｐ２０００−５１９２５３）の分割
【原出願日】平成９年１１月４日（１９９７．１１．４）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【分割の表示】特願２０００−５１９２５３（Ｐ２０００−５１９２５３）の分割
【原出願日】平成９年１１月４日（１９９７．１１．４）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]