阅读说明：本技术 流化床炉及其运转方法 (Fluidized bed furnace and method for operating the same ) 是由 小川祐司 五十岚实 前川勇 清水敬哲 武藤贞行 清泷元 福本康二 山田隆平 村冈利纪 于 2018-11-28 设计创作，主要内容包括：流化床炉具有：流化床部,其使燃料燃烧；自由空间部,其位于流化床部的上方；燃料投入口,其向自由空间部投入燃料；以及二次燃烧用气体提供部,其向自由空间部吹入通过在自由空间部中生成的燃烧废气调整了氧浓度的二次燃烧用气体,以抑制燃料在自由空间部中的异常燃烧。(The fluidized bed furnace has: a fluidized bed part that burns fuel; a free space part located above the fluidized bed part; a fuel inlet for introducing fuel into the free space; and a secondary combustion gas supply unit that blows a secondary combustion gas, the oxygen concentration of which is adjusted by the combustion exhaust gas generated in the free space portion, into the free space portion to suppress abnormal combustion of the fuel in the free space portion.)

流化床炉及其运转方法

技术领域

本发明涉及流化床炉及其运转方法。

背景技术

以往，公知有一种流化床炉，该流化床炉具有利用从炉底吹出的流动用气体使填充在炉内下部的流动介质流动而形成的流化床，在流化床中进行燃料(燃烧对象物)的低空气比燃烧。这里，在燃料的低空气比燃烧中，将流动用气体的空气比设为小于1的低空气比，通过使燃料局部燃烧，燃料被干燥和热分解而气化。在专利文献1、2中公开了这种流化床炉。

专利文献1的流化床炉由流化床部和位于该流化床部的上部的自由空间部构成。在该流化床炉中，向流化床部的底部提供空气比为0.3～0.6的流动用气体，向流化床的表面附近提供空气比为0.4～0.7的二噁英类分解用燃烧用空气，向自由空间部提供二次空气。然后，在该流化床炉中，在流化床部进行燃料的局部燃烧，使在流化床部生成的生成气体及半焦在自由空间部燃烧。

并且，专利文献2的流化床炉由流化床部、位于流化床部的上方的自由空间部以及位于自由空间部的上方的后燃烧区域构成。向流化床部的底部提供空气比为1以下的一次空气，自由空间部由于吹入的二次空气而使空气比为1.0～1.5的高氧化气氛，后燃烧区域由于吹入的三次空气而使空气比为1.5以上。然后，在该流化床炉中，在流化床部进行燃料的局部燃烧，使在流化床部生成的生成气体在自由空间部燃烧，使自由空间部的废气中的未燃气体成分在后燃烧区域中燃烧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-40938号公报

专利文献2：日本特开平6-18017号公报

发明内容

发明要解决的课题

如专利文献1、2那样，当在流化床部中进行燃料的局部燃烧时，流化床部中的燃料的未燃烧部分(未燃半焦)的比例增大，未燃半焦或其挥发成分有可能在自由空间部或其后燃烧区域中产生急剧的燃烧反应。

当流化床部的表层部由于急剧的燃烧反应而暴露于高温时，在表层部产生团聚，流化床的流动特性有可能恶化。并且，当炉内因急剧的燃烧反应而局部处于高温时，炉壁等炉构成要素产生局部劣化。基于这些理由，优选抑制自由空间部或其后燃烧区域中的急剧的燃烧反应。

本发明是鉴于以上情况而完成的，其目的在于，提供如下的技术：在具有进行燃料的缓慢的局部燃烧的流化床部和设置于流化床部的上侧的自由空间部的流化床炉中，抑制自由空间部的急剧的燃烧反应。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的流化床炉具有：

流化床部，其使燃料燃烧；

自由空间部，其位于所述流化床部的上方；

燃料投入口，其向所述自由空间部投入所述燃料；以及

二次燃烧用气体提供部，其向所述自由空间部吹入通过在所述自由空间部中生成的燃烧废气调整了氧浓度的二次燃烧用气体，以抑制所述燃料在所述自由空间部中的异常燃烧。

根据所述结构的流化床炉，通过向自由空间部吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的二次燃烧用气体，抑制自由空间部的局部且急剧的燃烧反应。

在所述流化床炉中，可以是，所述二次燃烧用气体提供部包含未燃气体提供口，该未燃气体提供口朝向所述自由空间部的比所述燃料投入口靠燃烧气体的流动的下游侧且与所述燃料投入口相邻的位置吹入所述二次燃烧用气体。

由此，通过向燃料投入口的正下游侧吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的二次燃烧用气体，抑制自由空间部、特别是燃料投入口及其周围的局部且急剧的燃烧反应。

在所述流化床炉中，可以是，所述二次燃烧用气体提供部包含燃料滑槽吹送气体提供管，该燃料滑槽吹送气体提供管向到达所述燃料投入口的燃料提供路径提供所述二次燃烧用气体，以使所述二次燃烧用气体在与所述燃料混合的状态下从所述燃料投入口提供。

由此，抑制从燃料投入口投入的燃料在燃料投入口及其周围的局部且急剧的燃烧反应。

所述流化床炉还可以具有三次燃烧用气体提供部，该三次燃烧用气体提供部向所述自由空间部的比所述二次燃烧用气体提供部靠燃烧气体的流动的下游侧的位置吹入三次燃烧用气体，该三次燃烧用气体通过所述燃烧废气调整了氧浓度，并且氧浓度比所述二次燃烧用气体的氧浓度高。

这样，通过向自由空间部吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的三次燃烧用气体，能够使自由空间部的可燃性气体的燃烧变得缓慢。

在所述流化床炉中，可以是，所述三次燃烧用气体提供部包含沿燃烧气体的流动方向分散的多个三次燃烧用气体提供口，该多个三次燃烧用气体提供口提供越靠燃烧气体的流动的下游侧则氧浓度越高的三次燃烧用气体。

由此，能够提供燃烧气体的未燃烧部分多的越靠燃烧气体的流动的下游侧则氧浓度越高的三次燃烧用气体，由此，能够使自由空间部的可燃性气体的燃烧变得缓慢，并且抑制局部且急剧的燃烧反应。

在所述流化床炉中，可以是，所述三次燃烧用气体提供部包含：温度传感器，其检测所吹入的所述三次燃烧用气体的扩散区域的温度；以及控制装置，其根据所述温度传感器的检测值，通过使所述燃烧废气相对于空气的混合量发生变化而对所述三次燃烧用气体的氧浓度进行调整，以使所述温度传感器的检测值处于规定的范围内。

这样，调整三次燃烧用气体的氧浓度以使自由空间部的温度处于规定的范围内，因此，能够使自由空间部的可燃性气体的燃烧变得缓慢，并且，能够抑制自由空间部的局部且急剧的燃烧反应。

发明效果

根据本发明，在具有进行燃料的缓慢的局部燃烧的流化床部和设置于流化床部的上侧的自由空间部的流化床炉中，能够抑制自由空间部的急剧的燃烧反应。

附图说明

图1是示出包含本发明的一个实施方式的流化床炉的燃烧系统的概略结构的框图。

图2是示出本发明的一个实施方式的流化床炉的概略结构的图。

图3是流化床炉的流化床部的放大图。

图4是变形例1的流化床炉的流化床部的放大图。

具体实施方式

〔燃烧系统100的结构〕

首先，对包含本发明的一个实施方式的流化床炉1的燃烧系统100的结构进行说明。图1所示的燃烧系统100是通过燃烧煤、生物质、RDF、城市垃圾、工业废弃物等燃料(燃烧对象物)并回收其废热的系统。

燃烧系统100具有燃烧燃料的流化床炉1。在流化床炉1的燃烧废气系统3中设置有热交换装置31、旋风式集尘机32、袋式过滤器33以及作为诱导风扇的诱导鼓风机34。流化床炉1的燃烧废气由热交换装置31回收废热，由旋风式集尘机32和袋式过滤器33分离尘埃，其一部分由诱导鼓风机34通过未图示的烟囱向系统外排出。

在燃烧废气系统3的袋式过滤器33的下游侧连接有废气再循环系统4。在废气再循环系统4中设置有气体再循环鼓风机40，通过该气体再循环鼓风机40使燃烧废气系统3的燃烧废气的一部分返回到流化床炉1中。通过废气再循环系统4返回到流化床炉1的燃烧废气被用作流动用气体(一次燃烧气体)、二次燃烧用气体以及三次燃烧用气体。

〔流化床炉1的结构〕

接着，对本发明的一个实施方式的流化床炉1的结构进行说明。图2所示的流化床炉1具有：炉主体10，其设置有燃烧室，该燃烧室由炉下部的流化床部11和流化床部11的上方的自由空间(free board)部12构成；以及运转控制装置15，其对流化床炉1的运转进行控制。在自由空间部12的下部存在与燃烧室的剩余部分相比气体通路截面面积缩小的节流部13。在自由空间部12中，燃烧气体从下向上游动，在与自由空间部12的上部连接的烟道中设置有构成热交换装置31的导热管。

图3是流化床部11的放大图。如图2和图3所示，在流化床部11中通过流动层51、流动用气体提供装置52以及分隔壁41、42来形成内部循环流化床，其中，该流动层51填充有硅砂等流动介质，该流动用气体提供装置52从流动层51的底部向流动层51提供流动用气体，该分隔壁41、42将流动层51分隔为3个单元61、62、63。

第1分隔壁41将包含流化床部11的炉主体10的下部分分隔为燃烧区域53和热回收区域54。第2分隔壁42在热回收区域54中接近第1分隔壁41并且与第1分隔壁41平行地设置。通过这些分隔壁41、42，流化床部11被分隔为形成在炉主体10的第1侧壁10a与第1分隔壁41之间的“燃烧单元61”、形成在第1分隔壁41与第2分隔壁42之间的“循环单元62”以及形成在第2分隔壁42与炉主体10的第2侧壁10b之间的“吸热单元63”这3个单元。在吸热单元63上设置有过热器管或蒸发器管等导热管64。利用通过该导热管64的热介质来进行热回收。

在燃烧区域53的上方形成有沿铅垂方向呈直线状延伸的燃烧室。另一方面，在热回收区域54的上方设置有将热回收区域54的上部封闭的顶壁43。第1分隔壁41的上端接近顶壁43，在第1分隔壁41的上端与顶壁43之间形成有作为未燃气体提供口68的上部连通口。第1分隔壁41的下端比第2分隔壁42的下端高，由此，在第1分隔壁41的下部形成有供流动介质流通的下部连通口55。并且，在第2分隔壁42的上部和下部形成有将循环单元62和吸热单元63连通并且供流动介质流通的连通口56、57。

流动用气体提供装置52向燃烧单元61、循环单元62以及吸热单元63分别提供独立地调整了流量后的流动用气体。在燃烧单元61、循环单元62以及吸热单元63的各单元的底部设置有具有向侧方开口的多个吹出口的一个或多个散气管80。各散气管80配置在比第1分隔壁41和第2分隔壁42的下端靠下方的位置。但是，流动用气体提供装置52也可以具有配置在各单元61、62、63的底部的风箱和以封闭风箱的上部的方式设置的气体分散板(均省略图示)来代替散气管80。

散气管80在每个单元61、62、63中利用插头件而连结，各插头件与具有风阀(或阀)等流量调整构件81a、82a、83a及流量计81b、82b、83b的流动用气体提供配管81、82、83连接。通过压入鼓风机79向与配置在燃烧单元61的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管81和与配置在循环单元62的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管82提供空气。并且，在与配置在吸热单元63的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管83上连接有废气再循环系统4。

运转控制装置15根据在流动层51中检测燃烧单元61和吸热单元63的温度的温度传感器(省略图示)和流量计81b、82b、83b等的检测值，使流量调整构件81a、82a、83a进行动作以调整各流动用气体提供配管81、82、83的流动用气体的流量。从燃烧单元61和循环单元62的底部吹出空气来作为流动用气体，从吸热单元63的底部吹出燃烧废气来作为流动用气体。

这里，对流动用气体的流量进行调整以使燃烧单元61的流动用气体的空塔速度比吸热单元63的流动用气体的空塔速度大，并且循环单元62的流动用气体的空塔速度比燃烧单元61的流动用气体的空塔速度和吸热单元63的流动用气体的空塔速度大。由此，产生如下的流动介质的流动：燃烧单元61的流动介质通过第1分隔壁41的下部连通口55向循环单元62移动，循环单元62的流动介质通过第2分隔壁42的上部连通口56向吸热单元63移动，吸热单元63的流动介质通过第2分隔壁42的下部连通口57向燃烧单元61和循环单元62循环。通过这样的流动介质的循环，在燃烧单元61中处于高温的流动介质所带有的热能在吸热单元63中向外部释放，温度降低后的流动介质返回到燃烧单元61，由此，抑制了燃烧单元61的流动介质的温度上升。

在自由空间部12中，在运转时的流化床部11的表层部的正上方、即第1侧壁10a上开口有燃料投入口65。燃料投入口65位于比节流部13靠燃烧气体的流动的上游侧的位置。通过未图示的燃料提供装置向该燃料投入口65提供燃料。从燃料投入口65向炉内投入的燃料向流化床部11的燃烧单元61的上部落下。

在自由空间部12中，在比燃料投入口65靠燃烧气体的流动的下游侧、即节流部13的附近的炉壁上开口有未燃气体提供口68。从未燃气体提供口68吹出从配置在热回收区域54的流动层51中的散气管80向流动层51内吹出并通过了流动层51后的空气和燃烧废气的混合气体来作为二次燃烧用气体。

在自由空间部12中，在比未燃气体提供口68靠燃烧气体的流动的下游侧的炉壁上开口有多个三次燃烧用气体提供口69。多个三次燃烧用气体提供口69分散设置在多个高度位置，换言之，沿燃烧气体的流动方向分散设置。在向各三次燃烧用气体提供口69提供空气的提供路和提供燃烧废气的提供路上设置有风阀(或阀)等流量调整构件88、89。并且，在从这些三次燃烧用气体提供口69吹出的三次空气的扩散区域所包含的炉壁上设置有温度传感器70。

〔流化床炉1的运转方法〕

这里，对上述结构的流化床炉1的运转方法进行说明。在流化床炉1中，在流化床部11中进行低空气比燃烧。更详细来说，调整向燃烧单元61提供的流动化空气和二次燃烧用气体的提供量和/或其空气含有量，以使流化床部11与自由空间部12的总空气比为大于1的值，同时使流化床部11的燃烧单元61的空气比(即，一次空气比)以及燃料投入口65的周围的空气比(二次空气比)均为小于1的低空气比。优选一次空气比低于二次空气比。例如，在使流化床部11与自由空间部12的总空气比为1.2的情况下，可以将一次空气比设为0.4，将二次空气比设为0.8。

在氧浓度低的还原气氛的流化床部11中，由于燃料的缓慢干燥和热分解而产生可燃性热分解气体和热分解残渣。热分解残渣或燃料的残余从设置在燃烧单元61的底部(即第1侧壁10a与第1分隔壁41之间的中间位置)的流动介质和不可燃物的取出口72向炉外排出。在流化床部11产生的热分解气体利用二次燃烧用气体进行燃烧，该燃烧气体中的未燃烧部分利用三次燃烧用气体进行完全燃烧，该燃烧废气向燃烧废气系统3排出。

在上述结构的流化床炉1的燃烧单元61中，由于使燃料进行低空气比燃烧，所以与空气比为1以上的情况相比，燃烧单元61中的燃料的未燃烧部分(未燃半焦)的比例较大。在如上述例子那样将一次空气比设为0.4的情况下，与以往的空气比为0.8～0.9左右的情况相比，燃烧单元61中的未燃半焦的比例特别大。

燃烧单元61的未燃半焦有可能由于流动介质的循环而从燃烧单元61向吸热单元63移动。但是，不希望在吸热单元63中产生燃烧反应。

因此，在上述流化床炉1中，使用氧浓度比空气低的燃烧废气来作为吸热单元63的流动用气体，使吸热单元63与燃烧单元61和循环单元62相比空气比更低，由此，抑制了吸热单元63中的未燃半焦的燃烧反应。

并且，在自由空间部12中，当含有未燃半焦的飞灰或未燃半焦的挥发成分的比例增加时，有可能在自由空间部12中产生急剧的燃烧反应。当在与流化床部11的流动层51接近的自由空间部12中产生急剧的燃烧反应时，流化床部11的表层部被暴露于高温中，在表层部产生团聚，流化床部11的流动特性有可能恶化。并且，当在自由空间部12产生急剧的燃烧反应时，则有可能产生***性的空气膨胀而损害炉运转的稳定性，或者炉主体10的劣化加剧。

因此，在上述流化床炉1中具有二次燃烧用气体提供部86，该二次燃烧用气体提供部86向自由空间部12吹入通过在自由空间部12中生成的燃烧废气调整了氧浓度的二次燃烧用气体，从而将自由空间部12的上游部的空气比抑制为小于1。通过该二次燃烧用气体提供部86，向自由空间部12吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的二次燃烧用气体，抑制自由空间部12的局部且急剧的燃烧反应和异常燃烧。

在自由空间部12中，燃料投入口65的附近也由于从燃料投入口65向炉内投入的燃料所扬起的微粉或其挥发成分而使气体中的未燃烧部分特别多。因此，二次燃烧用气体提供部86包含未燃气体提供口68，该未燃气体提供口68朝向自由空间部12的比燃料投入口65靠燃烧气体的流动的下游侧且与燃料投入口65相邻的位置吹入二次燃烧用气体。另外，“与燃料投入口65相邻的位置”是指燃料投入口65的周围，并且是指由于从燃料投入口65投入的燃料所扬起的微粉或其挥发成分而使气体中的未燃烧部分特别多的部分。由此，向燃料投入口65的正下游侧吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的二次燃烧用气体，抑制自由空间部12特别是燃料投入口65及其周围的局部且急剧的燃烧反应。

在本实施方式中，从未燃气体提供口68朝向燃料投入口65的燃烧气体的流动的正下游侧的节流部13吹入二次燃烧用气体。从未燃气体提供口68向自由空间部12吹入的二次燃烧用气体包含较多的因通过吸热单元63而氧浓度进一步降低的燃烧废气，因此可期待更效果地抑制燃料投入口65及其周围的燃烧反应。

并且，在上述流化床炉1中具有三次燃烧用气体提供部87，该三次燃烧用气体提供部87向自由空间部12的比未燃气体提供口68靠燃烧气体的流动的下游侧的位置吹入通过燃烧废气调整了氧浓度的三次燃烧用气体。这样，通过向自由空间部12的比未燃气体提供口68靠燃烧气体的流动的下游侧的位置吹入包含氧浓度比空气低的燃烧废气的三次燃烧用气体，自由空间部12中的可燃性气体的燃烧变得缓慢，并且能够抑制局部且急剧的燃烧反应。另外，三次燃烧用气体的氧浓度比二次燃烧用气体的氧浓度高。

三次燃烧用气体提供部87包含沿燃烧气体的流动方向分散的多个三次燃烧用气体提供口69、检测所吹入的三次燃烧用气体的扩散区域的温度的温度传感器70、以及根据温度传感器70的检测值来调整三次燃烧用气体的氧浓度的运转控制装置15。从各三次燃烧用气体提供口69吹出的三次燃烧用气体的扩散区域的温度由温度传感器70来检测，运转控制装置15对从各三次燃烧用气体提供口69吹入的三次燃烧用气体的氧浓度进行调整，以使检测出的温度收敛在规定的范围内。

具体来说，运转控制装置15通过使流量调整构件88、89的开度发生变化而使空气与燃烧废气的混合比例发生变化，从而对三次燃烧用气体的氧浓度进行调整。运转控制装置15对流量调整构件88、89的开度进行调整，使得在某个部位的温度传感器70所检测出的温度超过规定的范围的情况下，一边将三次燃烧用气体的流量维持为规定流量，一边减少向该部位提供的三次燃烧用气体的氧浓度，并且，在检测出的温度低于规定的范围的情况下，增加向该部位提供的三次燃烧用气体的氧浓度。

从沿燃烧气体的流动方向分散的多个三次燃烧用气体提供口69提供越靠燃烧气体的流动的下游侧则氧浓度越高的三次燃烧用气体。即，提供燃烧气体的未燃烧部分多的越靠燃烧气体的流动的下游侧则氧浓度越高的三次燃烧用气体。由此，自由空间部12中的可燃性气体的燃烧变得缓慢，并且能够抑制局部且急剧的燃烧反应。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的精神的范围内变更了上述实施方式的具体构造和/或功能的详细内容也包含在本发明中。

例如，在上述实施方式的流化床炉1中，二次燃烧用气体被从未燃气体提供口68向自由空间部12吹入，但除此之外/取而代之，二次燃烧用气体也可以在与燃料混合的状态下从燃料投入口65提供。在该情况下，如图4所示，二次燃烧用气体提供部86包含燃料滑槽吹送气体提供管67，该燃料滑槽吹送气体提供管67向到达燃料投入口65的燃料提供路径66提供二次燃烧用气体，以使二次燃烧用气体在与燃料混合的状态下从燃料投入口65提供。由此，燃料与二次燃烧用气体相伴地被投入到自由空间部12，因此能够抑制燃料投入口65及其周围的局部且急剧的燃烧反应。

标号说明

1：流化床炉；3：燃烧废气系统；4：废气再循环系统；10：炉主体；10a：第1侧壁；10b：第2侧壁；11：流化床部；12：自由空间部；13：节流部；15：运转控制装置；31：热交换装置；32：旋风式集尘机；33：袋式过滤器；34：诱导鼓风机；40：气体再循环鼓风机；41：第1分隔壁；42：第2分隔壁；43：顶壁；51：流动层；52：流动用气体提供装置；53：燃烧区域；54：热回收区域；55、56、57：连通口；61：燃烧单元；62：循环单元；63：吸热单元；64：导热管；65：燃料投入口；66：燃料提供路径；67：燃料滑槽吹送气体提供管；68：未燃气体提供口；69：三次燃烧用气体提供口；70：温度传感器；72：取出口；79：压入鼓风机；80：散气管；81、82、83：流动用气体提供配管；81a、82a、83a：流量调整构件；81b、82b、83b：流量计；86：二次燃烧用气体提供部；87：三次燃烧用气体提供部；88、89：流量调整构件；100：燃烧系统。