(57)【要約】【課題】  高窒素含有の液体燃料や高粘度の液体燃料を流動層にて低温燃焼させることによって、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、高粘度の液体燃料であっても低粘度化することなく燃焼させることができるようにする。【解決手段】  炉壁１ａ及び炉底１ｂを有する炉本体１と、炉底１ｂに配設した散気ノズル２と、炉底１ｂの下面側に設けられ、散気ノズル２へ流動化空気Ａを供給する流動化空気用風箱３と、炉底１ｂ上に貯留した流動媒体と、炉壁１ａに設けられ、炉内へ液体燃料Ｆを供給する液体燃料噴射ノズル５とを備えた液体燃料Ｆの燃焼用流動層装置であって、前記散気ノズル２から炉底１ｂ上の流動媒体層に流動化空気Ａを噴出して炉内の下部領域に流動層４を形成すると共に、前記液体燃料噴射ノズル５から高窒素含有の液体燃料Ｆ又は高粘度の液体燃料Ｆを液体の状態で前記流動層４上に噴射して流動層４内で低温燃焼させる構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁及び炉底を有する炉本体と、炉底に配設した散気ノズルと、炉底の下面側に設けられ、散気ノズルへ流動化空気を供給する流動化空気用風箱と、炉底上に貯留した流動媒体と、炉壁に設けられ、炉内へ液体燃料を供給する液体燃料噴射ノズルとを備えた液体燃料の燃焼用流動層装置であって、前記散気ノズルから炉底上の流動媒体層に流動化空気を噴出して炉内の下部領域に流動層を形成すると共に、前記液体燃料噴射ノズルから高窒素含有の液体燃料又は高粘度の液体燃料を液体の状態で前記流動層上に噴射して流動層内で低温燃焼させる構成としたことを特徴とする液体燃料の燃焼用流動層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を流動層で燃焼させるようにした流動層焼却炉や流動層ボイラ等に用いられるものであり、特に、ＮＯｘの発生量が多い高窒素含有の液体燃料や噴霧燃焼では高温度に加熱しないと良好な微粒化が得られない高粘度の液体燃料を、流動層に供給して流動層内で低温燃焼させることによって、液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘの発生量を抑制すると共に、高粘度の液体燃料であっても低粘度化することなく燃焼させることができるようにした液体燃料の燃焼用流動層装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、珪砂等の流動媒体から成る流動層は、都市ごみや産業廃棄物、下水汚泥、石炭等の固体燃料を燃焼する目的で用いられており、通常の燃焼方法では燃料として利用し難かった高水分のものから難燃性のものまで燃焼させることができるうえ、二種以上の混燃も可能であるので、広く利用されている。
この流動層を有する流動層装置に於いては、固体燃料に含まれる石やガラス、金属等の不燃物が流動層内で滞留すると、流動媒体の流動不良の原因となり、固体燃料を安定して連続燃焼させることができなくなるため、流動層の下部から不燃物を一部の流動媒体と共に排出する必要があり、下部に流動媒体等の排出口及び排出流路を有する構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２及び図３は何れも従来の流動層装置の一例を示し、図２に示す流動層装置は流動層への空気供給方法を散気管式としたものであり、又、図３に示す流動層装置は流動層への空気供給方法を散気板式としたものである。
【０００４】
即ち、図２の流動層装置は、炉本体１０内の下部領域に形成した珪砂等の流動媒体層内に、多数の散気ノズル１１を設けた複数本の散気管１２を水平状態で並列配置し、前記各散気管１２の散気ノズル１１から流動媒体層内へ流動化空気Ａを噴出させることによって、炉本体１０内の下部領域に珪砂等の流動媒体による流動層１３を形成せしめるように構成されている。
又、図３の流動層装置は、炉本体１０内の下部領域に多数の散気ノズル１１を設けた下り傾斜状の散気板１４を配設すると共に、この散気板１４の下方位置に散気ノズル１１へ流動化空気Ａを送り込む風箱１５を設け、散気板１４の散気ノズル１１から散気板１４上に形成した流動媒体層内へ流動化空気Ａを噴出させることによって、散気板１４上に珪砂等の流動媒体による流動層１３を形成せしめるように構成されている。
【０００５】
前記各流動層装置にあっては、珪砂等の流動媒体から成る流動媒体層内に流動化空気Ａを吹き込んで流動媒体を流動せしめて流動層１３を形成し、当該流動層１３内へ炉壁に形成した燃料投入口１６から固体燃料Ｆ′を投入して流動燃焼させると共に、固体燃料Ｆ′中の不燃物を流下させて一部の流動媒体と一緒に排出口１７から排出流路（図示省略）へ排出させるようになっている。
【０００６】
ところで、従来の流動層装置にあっては、何れも不燃物及び流動媒体の排出口１７及び排出流路を有しているため、流動層１３内で多量の液体燃料の燃焼を行うと、高温に加熱されて流動化し易くなった液体燃料が排出口１７及び排出流路内にある流動媒体を伝わって未燃のまま垂れて排出され、外部で燃焼する等の不具合を誘発すると云う問題があった。このような問題から、液体燃料の燃焼には、上述した構造の流動層装置は用いられていなかった。
【０００７】
尚、水分を多く含む下水汚泥の燃焼に於いては、熱量不足時の助燃用として流動層内に重油等の液体燃料を吹き込んでいる事例は数多くある。この場合、液体燃料は、助燃が目的であるため、燃焼量が少なくて下部からの漏れは殆どなく、特に問題になるようなことはない。
【０００８】
一方、灯油や軽油、重油等の液体燃料の燃焼には、噴霧式バーナ（図示省略）を用いた噴霧燃焼が用いられている。噴霧燃焼であるために液滴の微粒化が燃焼の生命であり、この微粒化を促進するために高粘度の液体燃料、例えばＣ重油や残渣油、アスファルト等の液体燃料は、これを蒸気式の加熱器（図示省略）や電気式の加熱器（図示省略）で加熱し、その動粘度を微粒化が可能な２０ｃＳｔ程度以下の低粘度にして噴霧式バーナにより噴霧燃焼しているのが一般的である。
【０００９】
しかし、噴霧式バーナによる液体燃料の燃焼は、噴霧燃焼であるために高温燃焼とならざるを得ず、ＮＯｘの発生量を下げることに限界がある。かかる噴霧燃焼にあっては、ＮＯｘの低減対策として二段燃焼、排ガス再循環、蒸気吹き込み等の方式が採用されているが、液体燃料中の窒素分が高い場合（窒素分が０．２５ｗｔ％以上の場合）には、燃焼技術だけではＮＯｘの発生量を国の規制値レベルの１５０ｐｐｍ（Ｏ2 ＝４％換算）以下に抑えることは困難であり、液体燃料に軽質油を混合して燃料中の窒素分を低くするか、或いは重質油のまま燃焼させて後から触媒式脱硝装置等で脱硝するしか方法がなかった。
【００１０】
従って、液体燃料を主燃料として流動層を用いて燃焼している事例はなく、Ｃ重油や残渣油、アスファルト等の高粘度の液体燃料の燃焼に於いて、低ＮＯｘ対策を目的として使用されている流動層装置は未だ開発されていないのが現状である。
【特許文献１】特開平６−２４１４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、高窒素含有の液体燃料や高粘度の液体燃料を流動層に供給して流動層内で低温燃焼させることによって、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、高粘度の液体燃料であっても低粘度化することなく燃焼させることができるようにした液体燃料の燃焼用流動層装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、炉壁及び炉底を有する炉本体と、炉底に配設した散気ノズルと、炉底の下面側に設けられ、散気ノズルへ流動化空気を供給する流動化空気用風箱と、炉底上に貯留した流動媒体と、炉壁に設けられ、炉内へ液体燃料を供給する液体燃料噴射ノズルとを備えた液体燃料の燃焼用流動層装置であって、前記散気ノズルから炉底上の流動媒体層に流動化空気を噴出して炉内の下部領域に流動層を形成すると共に、前記液体燃料噴射ノズルから高窒素含有の液体燃料又は高粘度の液体燃料を液体の状態で前記流動層上に噴射して流動層内で低温燃焼させる構成としたことに特徴がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液体燃料の燃焼用流動層装置は、ＮＯｘの発生量が多い高窒素含有の液体燃料や、噴霧燃焼では高温度に上げないと良好な微粒化が得られない高粘度の液体燃料を流動層内で低温燃焼させているため、液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘの発生量を大幅に抑制することができ、従来の噴霧式バーナによる噴霧燃焼では得られなかった低ＮＯｘ化を図れる。その結果、本発明の液体燃料の燃焼用流動層装置を用いれば、窒素分が０．２５ｗｔ％以上の重質油を燃焼させても、ＮＯｘの発生量を大幅に抑制することができ、脱硝装置等が不要となって燃料費用及び排ガス処理費用の削減を図れる。
又、本発明の液体燃料の燃焼用流動層装置は、高粘度の液体燃料を噴霧燃焼させることなく流動層にて燃焼させているため、微粒化が困難な高粘度の液体燃料であっても、高粘度の液体燃料を配管にて輸送できる程度の粘度にまで下げるだけで良く、液体燃料を高粘度のまま燃焼させることができる。その結果、本発明の液体燃料の燃焼用流動層装置は、高粘度の液体燃料を噴霧燃焼時のように２０ｃＳｔ程度まで低粘度化する必要もなく、ポンプで輸送できる５００ｃＳｔ程度の粘度になるまで加熱するだけで良いため、電気又は蒸気による加熱が不要になったり、或いは少なくて済み、省エネルギー化を図れる。
更に、本発明の液体燃料の燃焼用流動層装置は、液体燃料噴射ノズルから液体燃料を液体の状態で噴射させているため、噴霧式バーナのようにバーナノズルが未燃カーボンで汚れて定期的にバーナノズルを掃除したものと交換する必要もなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る液体燃料Ａの燃焼用流動層装置を示し、当該燃焼用流動層装置は、流動層焼却炉や流動層ボイラ等に用いられており、ＮＯｘの発生量が多い高窒素含有の液体燃料Ｆを流動層４にて低温燃焼させることによって、液体燃料Ｆの燃焼時に発生するＮＯｘの発生量を大幅に抑制し、又、高温度に加熱しないと良好な微粒化が得られない高粘度の液体燃料Ｆを噴霧燃焼させることなく流動層４にて燃焼させることによって、高粘度の液体燃料Ｆを高粘度のまま燃焼させることができるようにしたものである。
【００１５】
即ち、前記液体燃料Ｆの燃焼用流動層装置は、図１に示す如く、炉本体１、散気ノズル２、流動化空気用風箱３、流動層４及び液体燃料噴射ノズル５等から構成されており、炉内の下部領域に散気ズル２から流動化空気Ａを噴出して珪砂等の流動媒体による流動層４を形成すると共に、液体燃料噴射ノズル５から液体燃料Ｆを液体の状態で前記流動層４上に噴射して流動層４内で燃焼させるようにしたものである。
そのため、この燃焼用流動層装置は、液体燃料Ｆが垂れて外部へ排出されないように、炉本体１の下部に流動媒体の排出流路を無くし、運転中に炉本体１の下部からの流動媒体の抜き出しを行わない構造としている。
又、この燃焼用流動層装置は、細かくなった流動媒体を流動層４から吹き上げて炉本体１の中間部又は上部から排出し、飛散して排出された流動媒体の減量分だけを炉内に補充できるように構成されている。
更に、この燃焼用流動層装置は、炉内の上部領域（燃焼室）に於いて二次空気が供給されており、炉内の燃焼ガス及び燃焼ガス中の未燃成分を完全燃焼させるようになっている。
【００１６】
前記炉本体１は、耐火壁構造の炉壁１ａ及び炉底１ｂにより有底の円筒状又は有底の角筒状に形成されており、炉壁１ａの流動層４の上層部分に対応する部分には、燃焼用流動層装置の運転時に流動媒体の一部を抜き出すための流動媒体抜き出し口６が形成されている。
又、炉本体１の炉壁１ａの下部には、燃焼用流動層装置の運転停止時に炉内の流動媒体を排出するための流動媒体排出口７が形成されている。この流動媒体排出口７は、燃焼用流動層装置の運転中に流動層４に噴射された液体燃料Ｆが漏れないように十分なシールが施されており、燃焼用流動層装置の運転時には、閉鎖されて流動媒体や液体燃料Ｆが漏れないようにし、又、燃焼用流動層装置の運転停止時には、開放されて炉内の流動媒体を排出できるように構成されている。
尚、前記実施形態に於いては、炉本体１を耐火壁構造としたが、炉本体１は耐火壁構造に限定されるものではなく、熱量によっては水冷壁構造や冷却用の層内管を装備した構造としても良い。
【００１７】
前記散気ノズル２は、炉本体１の炉底１ｂ上に貯留した流動媒体層に流動化空気Ａを噴出して炉内の下部領域に珪砂等の流動媒体による流動層４を形成するためのものである。
即ち、散気ノズル２は、耐熱性及び耐摩耗性等に優れた金属材により形成されており、炉本体１の炉底１ｂに貫通状態で且つ所定の間隔で配設されている。この散気ノズル２と炉底１ｂとの間は、液体燃料Ｆが漏れないようにシールされている。
【００１８】
前記流動化空気用風箱３は、炉本体１の炉底１ｂ下面を覆うように炉底１ｂに取り付けられており、送風機（図示省略）から供給された流動化空気Ａを各散気ノズル２へ供給できるようになっている。
【００１９】
前記液体燃料噴射ノズル５は、炉本体１の炉壁１ａの流動層４よりも高い位置に設けられており、燃料タンク（図示省略）からポンプ（図示省略）及び燃料供給管８により供給された液体燃料Ｆを液体の状態で流動層４上へ均一に噴射できるようになっている。この液体燃料噴射ノズル５からは、高窒素含有の液体燃料Ｆや高粘度の液体燃料Ｆ（Ｃ重油、残渣油、アスファルト等）が噴射されている。又、液体燃料Ｆの供給量は、炉内の温度を温度検出器（図示省略）により検出し、この検出温度に基づいて燃料供給管８に介設したコントロールバルブ（図示省略）を制御することにより行われている。
【００２０】
次に、上述した液体燃料Ｆの燃焼用流動層装置の作用について説明する。
前記燃焼用流動層装置に於いては、流動媒体排出口７を閉鎖して流動媒体の流出を防止し、この状態で流動化空気用風箱３に供給された流動化空気Ａを散気ノズル２から炉内へ噴出すると、炉内の流動媒体が流動せしめられて炉内の下部領域に流動層４が形成される。
この状態で液体燃料噴射ノズル５から高窒素含有の液体燃料Ｆや高粘度の液体燃料Ｆを液体の状態で流動層４上に均一に噴射すると、液体燃料Ｆは流動層４内で低温燃焼される。
【００２１】
このとき、液体燃料Ｆを流動層４で低温燃焼させているため、高窒素含有の液体燃料Ｆであっても、ＮＯｘの発生量が少なくて済み、バーナ燃焼では得られなかった低ＮＯｘ化を図れる。その結果、窒素分が０．２５ｗｔ％以上の高窒素含有の重質油であっても、脱硝装置等が不要となって燃料費用や排ガス処理費用を下げることができる。又、窒素分が０．３５〜０４ｗｔ％の高窒素含有の液体燃料Ｆであっても、１５０ｐｐｍ（Ｏ2 ＝４％換算値）以下の燃焼が可能となり、還元燃焼炉での実績に近いＮＯｘ発生レベルに抑えることが可能となる。
更に、液体燃料Ｆを噴霧燃焼ではなく流動層４で燃焼させているため、微粒化が困難な高粘度の液体燃料Ｆであっても、高粘度の液体燃料Ｆをポンプで輸送できる程度の粘度にまで低下させるだけで良く、液体燃料Ｆを高粘度まま燃焼させることができる。その結果、高粘度の液体燃料Ｆを噴霧燃焼時のように２０ｃＳｔ程度まで低粘度化する必要もなく、高粘度の液体燃料Ｆをポンプで輸送できる５００ｃＳｔ程度の粘度になるまで加熱するだけで良く、電気又は蒸気による加熱が不要になったり、或いは少なくて済み、省エネルギー化を図れる。又、噴霧式バーナのようにバーナノズルが未燃カーボンで汚れて定期的にバーナノズルを掃除したものと交換する必要もなくなる。
【００２２】
そして、流動層４での液体燃料Ｆの燃焼によって発生した燃焼ガスは、炉内を上昇して行き、炉内の上部流域（燃焼室）に於いて炉内へ供給される二次空気により完全燃焼された後、炉本体から排出されて下流側の機器（排ガス処理装置等）へ送り込まれる。
又、流動により細かくなった流動媒体は、炉内の上部領域へ吹き上げられて燃焼ガスと一緒に炉本体１から排出されたり、或いは流動媒体抜き出し口６から抜き出されている。そのため、炉内には、炉本体１の上部に設けた流動媒体投入口（図示省略）から流動媒体が減量分だけ供給されている。
【００２３】
このように、前記液体燃料Ｆの燃焼用流動層装置に於いては、ＮＯｘの発生量が多い高窒素含有の液体燃料Ｆや噴霧燃焼では高温度に加熱しないと良好な微粒化が得られない高粘度の液体燃料Ｆを、流動層４に供給してここで低温燃焼させているため、燃焼時に発生するＮＯｘの発生を抑制することができると共に、高粘度の液体燃料Ｆであっても低粘度化することなく燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体燃料の燃焼用流動層装置の概略縦断面図である。
【図２】従来の流動層装置の概略縦断面図である。
【図３】同じく従来の他の流動層装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１は炉本体、１ａは炉壁、１ｂ炉底、２は散気ノズル、３は流動化空気用風箱、４は流動層、５は液体燃料噴射ノズル、Ａは流動化空気、Ｆは液体燃料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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