| 【発明の名称】 |
微粉炭燃焼装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】須田 俊之
【氏名】藤森 俊郎
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| 【要約】 |
【課題】微粉炭の燃え切り時間を短縮して熱回収装置のコンパクト化を図る。
【解決手段】燃焼炉１Ａの炉壁１ａに炉と直交して、部分燃焼炉２０を配設し、炉壁に、バーナ内筒を囲むように燃焼空気路を設けたバーナ３Ａを配設し、バーナ内筒に微粉炭供給管１４を接続し、燃焼空気路に燃焼空気供給管１５の一端を接続し、上記燃焼炉の炉壁に、燃焼排ガス排出管１５ａの一端を接続し、燃焼排ガス排出管の他端と上記燃焼空気供給管の他端にはハニカム状セラミックス製の回転蓄熱式熱交換器１６をそれぞれ接続する。バーナに熱交換器１６を通って加熱された燃焼空気１１を送るり、バーナ内筒から微粉炭を送って部分燃焼炉で部分燃焼させて飛灰を溶融して回収し、部分燃焼ガスを燃焼炉に送って完全燃焼させ、燃焼排ガス１３を熱交換器に送り熱交換器を加熱して、燃焼排ガスの冷却を行い、部分燃焼炉内の溶融スラグは溶融スラグ排出管２１から排出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃焼炉の炉壁に、燃焼炉と直交するように部分燃焼炉を配設し、該部分燃焼炉の炉壁に、バーナ内筒を囲むように燃焼空気路を設けたバーナを配設し、バーナ内筒に微粉炭供給管を接続するとともに、燃焼空気路に燃焼空気供給管の一端を接続し、また、上記燃焼炉の炉壁に、燃焼排ガス排出管の一端を接続し、該燃焼排ガス排出管の他端と上記燃焼空気供給管の他端にはハニカム状セラミックス製の蓄熱体を有する回転蓄熱式熱交換器をそれぞれ接続してなり、バーナに熱交換器を通って加熱された燃焼空気を送るとともに、バーナ内筒から微粉炭を送って部分燃焼炉で部分燃焼させて飛灰を溶融させて回収し、部分燃焼ガスを燃焼炉に送って燃焼炉内で完全燃焼させ、燃焼排ガス排出管から燃焼排ガスを熱交換器に送って熱交換器を加熱するとともに、燃焼排ガスの冷却を行わせ、部分燃焼炉内からの溶融スラグは部分燃焼炉に接続した溶融スラグ排出管から排出するようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
【請求項２】 部分燃焼炉は円筒状をしており、バーナは部分燃焼炉に接線方向に配設している請求項１記載の微粉炭燃焼装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭の燃焼装置に係り、特に高温空気中で微粉炭を燃焼して高温の燃焼排ガスの熱回収を行う微粉炭燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】微粉炭燃焼は、粉砕機で粉砕した石炭を、燃焼空気とともにバーナに送り、バーナ部で空気通路を経て送られた二次空気と強制的に混合されながら燃焼室に噴射される。炉内に入った微粉炭を含む空気噴流は、高温放射熱および対流熱により着火されて火炎を形成し、燃焼するようになっている。
【０００３】また、工業炉などでは、主にプロパンなどの気体燃料を燃焼して高温の燃焼排ガスの熱をハニカム製の蓄熱体によって熱回収し、回収した熱によって燃焼空気を高温に加熱して気体燃料を燃焼させる高温空気燃焼が知られているが、微粉炭燃焼には適用されていない。
【０００４】図４は従来の微粉炭焚きボイラの概念図である。図において、１は微粉炭焚きボイラの燃焼炉である。１ａは燃焼炉１の炉壁である。２は燃焼室である。３は炉壁１ａに配設された複数の燃焼バーナである。４は燃焼空気供給管である。４ａは燃焼空気供給管４の中間に接続した微粉炭供給管であり、４ｂは燃焼空気供給管兼微粉炭供給管である。５は蒸気管である。６はスーパーヒータであり、６ａはエコノマイザである。７は燃焼炉１の下流側に設けられた排煙脱硝装置であり、８は空気予熱器、９は電気式集じん機、１０は排煙脱硫装置、１１は燃焼空気である。１２は火炎、１３は燃焼排ガスである。１９は微粉炭である。
【０００５】微粉炭１９の燃焼によって発生した高温の燃焼排ガス１３は、燃焼室２の上方から排出され、その下流側でスーパーヒータ６およびエコノマイザ６ａを加熱した後、さらに燃焼炉１の下流側に設けられた排煙脱硝装置７を通り、空気予熱器８を通る際、燃焼空気１１を３００℃程度に加熱するとともに、温度を２００℃以下まで降温して電気式集じん機９および排煙脱硫装置１０を通って煙突から放出される。空気予熱器８を通って３００℃程度に加熱された燃焼空気１１は、燃焼空気供給管４の中間に接続された微粉炭供給管４ａから送られた微粉炭１９と混合されて燃焼バーナ３に送られ、燃焼室２内で燃焼される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の微粉炭焚きボイラでは、燃焼空気を、空気予熱器によって３００℃程度にしか加熱することができないため着火性と燃え切りが悪い。着火性が悪いため無煙炭などの燃料比の高い炭種が使用できない。燃え切りが悪いため燃え切り時間に支配される火炉の大きさを小さくできない。排熱回収のためエコノマイザや空気予熱器を設けなければならず熱伝達率をあまり大きくできないので、装置全体が大型化するなどの問題がある。
【０００７】本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたもので、工業炉などで行われている気体燃料による高温空気燃焼を、微粉炭燃焼に適用することによって、高温の燃焼排ガスの排熱を急速に回収し、エコノマイザや空気予熱器などの機器をなくして熱回収装置のコンパクト化を図るとともに、燃焼空気を高温化して燃焼炉内で高温燃焼し、燃え切り時間を短縮することによって燃焼室の体積をコンパクトにし、かつ、揮発分がなく燃料比の高い無煙炭も燃焼することのできる微粉炭燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明によれば、燃焼炉の炉壁に、燃焼炉と直交するように部分燃焼炉を配設し、該部分燃焼炉の炉壁に、バーナ内筒を囲むように燃焼空気路を設けたバーナを配設し、バーナ内筒に微粉炭供給管を接続するとともに、燃焼空気路に燃焼空気供給管の一端を接続し、また、上記燃焼炉の炉壁に、燃焼排ガス排出管の一端を接続し、該燃焼排ガス排出管の他端と上記燃焼空気供給管の他端にはハニカム状セラミックス製の蓄熱体を有する回転蓄熱式熱交換器をそれぞれ接続してなり、バーナに熱交換器を通って加熱された燃焼空気を送るとともに、バーナ内筒から微粉炭を送って部分燃焼炉で部分燃焼させて飛灰を溶融させて回収し、部分燃焼ガスを燃焼炉に送って燃焼炉内で完全燃焼させ、燃焼排ガス排出管から燃焼排ガスを熱交換器に送って熱交換器を加熱するとともに、燃焼排ガスの冷却を行わせ、部分燃焼炉内からの溶融スラグは部分燃焼炉に接続した溶融スラグ排出管から排出するようにした微粉炭燃焼装置が提供される。
【０００９】部分燃焼炉は円筒状をしており、バーナは部分燃焼炉に接線方向に配設しているのが好ましい。
【００１０】次に本発明の作用を説明する。本発明の微粉炭燃焼装置によれば、燃焼炉から排出される１，０００℃以上の高温の燃焼排ガスと燃焼炉内に供給する燃焼空気とを、高温部と低温部の温度勾配が非常に大きいハニカム状セラミックス製の蓄熱体を有する熱交換器を介して熱交換するようにしたので、燃焼空気を８００℃〜１，０００℃に高温化して部分燃焼炉に供給することができ、部分燃焼炉では微粉炭を１，３００℃以上の高温で部分燃焼させるとともに、その部分燃焼ガスを燃焼炉に供給して完全燃焼することができる。したがって、高温の燃焼空気により微粉炭の燃焼反応が促進されるので、燃え切り時間を短縮することができ、燃焼室の体積をコンパクトにすることができる。また、着火性が改善されるので、燃料比の高い無煙炭など燃焼できる炭種の拡大を図ることができる。高温の燃焼排ガスの排熱を、セラミックス製の蓄熱体を有する熱交換器により２００℃以下まで急速冷却できるので、エコノマイザや空気予熱器等の熱回収機器をなくして装置全体のコンパクト化を図ることができる。さらに、部分燃焼炉で飛灰を溶融してスラグとして排出するので、燃焼炉内での飛灰の発生を防止することができ、したがって、熱交換器の蓄熱体に飛灰が付着するのを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の微粉炭燃焼装置の概念図であり、図２は回転蓄熱式熱交換器の拡大図である。図３は部分燃焼炉の拡大図である。なお、図４の従来例で説明したものと共通のものについては同じ符号を用いて説明し、重複する説明を省略する。
【００１２】図１ないし図３において、１Ａは微粉炭燃焼装置の燃焼炉である。１ａは燃焼炉１Ａの炉壁である。２は燃焼炉１Ａの燃焼室である。３Ａは微粉炭バーナ（バーナ）である。５は蒸気管である。蒸気管５は、１本で水から過熱蒸気まで変換するようになっているが、蒸気管と過熱蒸気管を別にするようにしてもよい。１１は燃焼空気である。１２は火炎である。１３は燃焼排ガスである。１４はバーナ３Ａのバーナ内筒３ａに接続された微粉炭供給管である。１５は燃焼空気供給管である。１５ａは燃焼排ガス排出管である。１５ｂは一端を燃焼空気供給管１５の中間に、他端を燃焼炉１Ａに接続した二次燃焼空気供給管で、二次燃焼空気１１ｃを燃焼炉１Ａへ供給する。１６は回転蓄熱式熱交換器である。１９は微粉炭である。２０は燃焼炉１Ａに配設された部分燃焼炉で、１個の燃焼炉１Ａに１対配設されている。
【００１３】部分燃焼炉２０は円筒状をしており、バーナ３Ａは、部分燃焼炉２０の炉壁２０ａに接線方向に配設されており、部分燃焼炉２０内で部分燃焼ガス２３に部分燃焼炉２０の円周方向の旋回流を形成するようになっている。バーナ３Ａは、バーナ内筒３ａと、バーナ内筒３ａを囲むように設けられた燃焼空気路１７とからなり、燃焼空気路１７には燃焼空気供給管１５が接続されており、燃焼空気路１７にはアウターベーン１８とインナーベーン１８ａが配設されている。アウターベーン１８とインナーベーン１８ａは、一次燃焼空気１１ａと二次燃焼空気１１ｂの送り込み量を制御するとともに、一次燃焼空気１１ａと二次燃焼空気１１ｂに旋回流を形成するようになっている。
【００１４】部分燃焼炉２０は、飛灰を溶融してスラグ２４をスラグ排出管２１から排出するようになっている。２０ｂはスラグ２４が燃焼炉１Ａ内に流入するのを防止する仕切板である（図３）。スラグ排出管２１は、部分燃焼炉２０底部の燃焼炉１Ａ側に設けられている。
【００１５】１６は回転蓄熱式熱交換器である。回転蓄熱式熱交換器１６は、筒体１６ａと、筒体１６ａの中間に内装されたハニカム状セラミックス製の蓄熱体１６ｂと、蓄熱体１６ｂへの空気流が滞留する空気室を２分割する仕切板１６ｃとから構成されている（図２）。２分割された空気室の一方には燃焼空気供給管１５が、他方には燃焼排ガス排出管１５ａが接続されている。セラミックスの材質は、低熱膨張率と耐熱衝撃性の点でコーディエライト（２ＭｇＯ・２ＡＩ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）が好ましい。燃焼空気１１および燃焼排ガス１３は、この蓄熱体１６ｂに連続的に送られるようになっている。なお、セラミックスの比熱は、おおよそ０．２ＫＣａＬ／Ｋｇ℃であるのに対し、金属の比熱は０．１ＫＣａＬ／Ｋｇ℃程度であるので、熱容量が大きい。ハニカム状セラミックスは、耐熱性が大きいので、回転蓄熱式熱交換器１６を高温化することができ、かつ、空孔率および表面積が大きいので、熱交換の効率がよい。また、低温側と高温側の間で高い温度勾配をとることができる。
【００１６】回転蓄熱式熱交換器１６の蓄熱体１６ｂで高温に加熱された燃焼空気１１と微粉炭１９とをバーナ３Ａで混合して部分燃焼炉２０内で部分燃焼させ、部分燃焼ガス２３を旋回させながら燃焼炉１Ａ内に送り、燃焼炉１Ａ内で二次燃焼空気供給管１５ａから供給された二次燃焼空気１１ｃと混合して完全燃焼させる。
【００１７】燃焼空気１１および燃焼排ガス１３は、回転蓄熱式熱交換器１６の蓄熱体１６ｂを回転して切り換えることにより、蓄熱体１６ｂを通って加熱された燃焼空気１１を微粉炭１９と混合してバーナ内筒３ａから搬送用空気とともに送って燃焼させ、燃焼炉１Ａから排出した燃焼排ガス１３を熱交換器１６の蓄熱体１６ｂに送って蓄熱体１６ｂを加熱するとともに、燃焼排ガス１３を急速冷却して熱回収を行うようになっている。なお、蓄熱体１６ｂの回転は間欠であってもよい。連続回転する場合の回転速度は、ほぼ１ｒｐｍである。
【００１８】２２は回転蓄熱式熱交換器１６の蓄熱体１６ｂを回転するモータであり、２２ａは回転軸である。なお、矢印Ａは蓄熱体１６ｂの回転方向を示す。
【００１９】次に実施形態に基づく作用について述べる。本発明の微粉炭燃焼装置によれば、燃焼炉１から排出される１，０００℃以上の高温の燃焼排ガス１３と燃焼炉１Ａ内に供給する燃焼空気１１とを、高温部と低温部の温度勾配が非常に大きいハニカム状セラミックス製の蓄熱体１６ｂを有する熱交換器１６を介して熱交換するようにしたので、燃焼空気１１を８００℃〜１，０００℃に高温化して部分燃焼炉２０に供給し、部分燃焼炉２０では微粉炭１９を１，３００℃以上の高温で部分燃焼させるとともに、その部分燃焼ガス２３を燃焼炉１Ａに供給して完全燃焼することができる。したがって、高温の燃焼空気１１により微粉炭１９の燃焼反応が促進されるので、燃え切り時間を短縮することができ、燃焼室２の体積をコンパクトにすることができる。また、着火性が改善されるので、燃料比の高い無煙炭など燃焼できる炭種の拡大を図ることができる。高温の燃焼排ガス１３の排熱を、セラミックス製の蓄熱体１６ａを有する熱交換器１６により２００℃以下まで急速冷却できるので、エコノマイザや空気予熱器等の熱回収機器をなくして装置全体のコンパクト化を図ることができる。さらに、部分燃焼炉２０で飛灰を溶融してスラグ２４として排出するので、燃焼炉１内での飛灰の発生を防止することができ、したがって、熱交換器１６の蓄熱体１６ａに飛灰が付着するのを防止することができる。
【００２０】本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、たとえば、熱交換器の蓄熱体は、ハニカム状コーディエライトセラミックス製に替えて、ハニカム状アルミナセラミックス製であってもよいなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃焼空気と燃焼排ガスとを回転蓄熱式熱交換器により熱交換し、熱交換器により高温化した燃焼空気を部分燃焼炉に供給して部分燃焼炉で部分燃焼させるとともに、その部分燃焼ガスを燃焼炉に供給して微粉炭の燃焼反応を促進するようにしたので、燃え切り時間を短縮することにより、燃焼室の体積をコンパクトにすることができるとともに、着火性の改善により使用できる炭種の拡大を図ることができる。また、熱交換器により高温の燃焼排ガスの排熱を急速冷却して熱回収できるので、エコノマイザや空気予熱器等の機器をなくして装置全体のコンパクト化を図ることができる。さらに、部分燃焼炉で部分燃焼ガス中に含まれる飛灰を溶融させてスラグとして排出するので、熱交換器への飛灰の付着を防止することができるなどの優れた効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１日（２０００．３．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１０８５
【弁理士】
【氏名又は名称】島村 芳明
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１６０９（Ｐ２００１−２４１６０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５６４４３（Ｐ２０００−５６４４３） |
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