JP6653862B2 - 発火装置における燃焼管理のための方法および発火装置 - Google Patents

Description

本発明は、一次燃焼ガス量が一次燃焼エリアへ燃料を通じて搬送される発火装置における燃焼管理のための方法であって、排ガスフローの一部が、リヤグレイトエリア中に抜き出され、内部再循環ガスの形態で燃焼過程に戻される方法に関する。

本発明はさらに、発火グレイトと発火グレイトの下方に配置されているデバイスとを備えており、発火グレイトを通じて一次燃焼空気を供給するように機能する、特にこのような方法を行うための発火装置であって、ここで排ガスのための少なくとも１つの吸入管が、発火グレイト上の燃焼チャンバ内に設けられ、かつここでファンの吸い込み側が、吸入管に接続されて、該ファンの圧力側が、導管を介してノズルに接続される、発火装置に関する。

対応する方法および対応する発火装置は、特許文献１から公知である。この場合には、再循環ガスを用いて、排ガスフローおよび汚染物排出の容積を減らしている。

欧州特許出願公開第１９０１００３号明細書

本発明は、特に固形燃料の健全なバーンアウトおよび最小限の酸化窒素形成が達成されるような方法で、この種の方法を最適化することを目的とする。

工程技術に関して、この目的は、請求項１に開示される方法の特徴を組み合わせて達成される。システム技術に関して、上記の目的は、請求項１３に開示される特徴を有する発火装置で達成される。

本発明の方法によって、酸化窒素形成の低い排ガスの最適のバーンアウトを達成することが可能になり、ここでは、約λ＝１．１〜λ＝１．５という低空気過剰率で、最小排ガス容積で安定な操作が実現され得る。

進歩した方法によれば、二次燃焼ガスが、第一の排ガス排気筒に供給されることはないことが提唱される。

プロセス技術に関して、化学量論からλ＝１〜λ＝０．５である高度に準化学量論の反応条件が一次燃焼エリア中で調整される場合、および内部再循環ガスが、フロー方向と呼ばれる一次燃焼エリアの下流にあるバーンアウトエリア中に供給される場合が有利である。

この場合、内部再循環ガスの最終供給の後に８５０℃を超える温度で少なくとも２秒という排ガスの滞留時間を実現することを企図している。

フロー方向と呼ばれる一次燃焼エリアの下流に乱流ガスが供給されることによって改善されたバーンアウトが達成されて、乱流が生じ得る。この乱流ガスは好ましくは、蒸気または不活性ガスからなる。

外部再循環ガスを、フロー方向と呼ばれる乱流ガスの供給の下流に供給し、ここでこの再循環ガスが、蒸気発生器および必要に応じて排ガス浄化システムを通過することをさらに提案する。

この場合、内部再循環ガスは、乱流ガス供給の上流に供給されてもよい。

内部再循環ガスを冷却し、かつまた酸素含量を低下するために、蒸気発生器および必要に応じて排ガス浄化システムを通過した外部再循環ガスを、内部再循環ガスに混合することを提案する。これはまた、ガスのバーンアウトの制御にも正に影響する。

一次燃焼またはガス化における空気比λに影響するように、空気を内部再循環ガスに混合することを提案する。これによってまた、内部再循環ガスを冷却することも可能になる。

１よりかなり低い空気比λ、すなわちλ＝０．５程度の低さが達成可能であるように、一次燃焼は広範な範囲にまたがって準化学量論で管理可能である。結果として、ガス化プロセスが行われるように、最大４０００ｋＪ／Ｎｍ^３の合成ガス加熱値が、燃焼チャンバのガス化エリア中で測定され得る。実際の適用では、２０００ｋＪ／Ｎｍ^３を超える、好ましくは３０００ｋｊ／Ｎｍ^３を超える合成ガス加熱値を、フロー方向と呼ばれる内部再循環ガス供給の上流の一次燃焼エリアで調節する。

専門的なプロセス管理によれば、燃料がガス化グレイト上でガス化すること、燃え殻のバーンアウトが、バーンアウトグレイトの下流で確立されること、およびガスのバーンアウトが、この位置で排ガスフローに対して内部再循環ガスを供給することによって、バーンアウトチャンバ中で達成されて、ガスがバーンアウトされ、かつλ＝１，１からλ＝１，５という空気過剰率が達成されることを提唱する。従って、燃焼管理は、グレイト上の一次燃料転換が準化学量論の条件下で生じるように制御されてもよい（すなわち、燃料はガス化して、内部再循環ガスが一旦追加されるまで燃焼は生じない）。

一次空気の規定の追加および内部再循環ガスの抜き取りに起因して、ガス化グレイト上で燃料をガス化すること、バーンアウトグレイトの下流で燃え殻のバーンアウトを制御すること、およびコンパクトなハイブリッド過程において、バーンアウトチャンバ中でガスのバーンアウトを制御することが可能である。この場合、ガス化グレイトおよびバーンアウトグレイトは、下流グレイトからなってもよく、またはグレイトの形態で実現されてもよい。単一でかつ必要に応じてより長いグレイト上の下流の空気ゾーンは、ガス化グレイトおよびバーンアウトグレイトに割り当てられてもよい。これらの空気ゾーンは、エリアまたはチャンバの形態で実現されてもよい。燃焼後空気ゾーンまたは燃焼後チャンバは、そのプロセスのセグメントに相当し、ここでは、内部再循環ガスが排ガスフローに供給されて、ガスをバーンアウトして、λ＝１，１〜λ＝１，５という空気過剰率が達成される。

本発明の方法を行うために、フロー方向と呼ばれる発火グレイトの下流にノズルを第一のガス供給ノズルの形態で配置することを提案する。

ガス排気筒のデザインおよびノズルの配置は、排ガスが内部再循環ガスの最終供給後に８５０℃を超える温度で少なくとも２秒という滞留時間に達するような方法で実現される場合に有利である。

不活性ガスの接続または蒸気接続がある乱流ノズルを、発火グレイトとノズルとの間に配置することをさらに提案する。

外部排ガス循環の排ガスのためのノズルを、発火グレイトとノズルとの間に配置してもよい。

吸入管が外気を混合するための入口を特徴とする場合、他の制御の選択肢が実現される。

単純な構成デザインによって、ガス化グレイトおよびバーンアウトグレイトが、単一グレイト上の連続的に配置された空気ゾーンに存在することを提案する。

本発明は、以下の図面を参照してさらに詳細に記載される。

発火装置の模式的な縦断面を示す。 特許文献１による空気導通を模式的に示す。 二次空気のない本発明の空気導通を模式的に示す。 蒸気または不活性ガスを導入するための追加のノズルを有する図３に図示される空気導通を模式的に示す。 外部排ガスの追加の供給をともなう図４による空気導通を模式的に示す。 蒸気注入の下方の内部再循環ガスの追加の供給をともなう空気導通を模式的に示す。 外部ガス再循環による燃焼管理を、内部および外部のガス再循環のガス混合物の形態で模式的に示す。 外気を内部ガス再循環に混合する、図７による工程管理を模式的に示す。 模式的に示される装置の異なるエリアにおける空気比の例示的な指標を示す。 ガス化およびバーンアウトの順序を模式的に示す。 固形燃料のガス化および燃焼、ならびに排ガスのバーンアウトを模式的に示す。 内部再循環、ガス化、燃焼およびバーンアウトをともなう工程順序を模式的に示す。 図６による燃焼空気導通を伴う発火装置を通る縦断面を示す。

図１に図示される発火装置は、切込テーブル３（その上にチャージングピストン４が往復方式で設けられており、発火グレイト５（その上で燃料の燃焼が生じる）上に、供給シュート２から到達する燃料を送達する）上に燃料を送達するための下流の供給シュート２を備える供給ホッパー１を特徴とする（ここで、グレイトがその作動原理にかかわらず傾斜したグレイトからなるか、または水平なグレイトからなるかは無関係である）。

一次燃焼空気を供給するためのデバイス（全部、参照記号６で特定される）は、発火グレイト５の下方に配置されており、いくつかのチャンバ７〜１１（ここに一次燃焼空気がファン１２によって導管１３を介して供給され得る）を備えてもよい。チャンバ７〜１１の配置次第で、一次燃焼空気をそれぞれの要件に応じて発火グレイト上で異なって調節できるように、発火グレイトを、いくつかのアンダーブラストゾーンに分割する。

発火チャンバ１４を、発火グレイト５の上に配置して、ここでこの発火チャンバの前面セグメントを排ガス排気筒（ここへは、例えば、排熱回収ボイラーおよび排ガス清浄化システムなどの下流のユニットの接続は示されていない）に変換させる。

そのリヤエリアでは、発火チャンバ１４は、天井１６、リヤウォール１７およびサイドウォール１８によって規定される。参照記号１９で特定した燃料のガス化は、発火率５の前面セグメント（その上に排ガス排気筒１５が位置する）で生じる。ほとんどの一次燃焼空気は、このエリアのチャンバ７、８および９を通じて供給される。

かなりバーンアウトした燃料のみ（すなわち、燃え殻）が、発火グレイト５のリヤセグメントに位置し、一次燃焼空気が本質的にこのエリアに、チャンバ１０および１１を介してのみ供給されて、この燃え殻の残りのバーンアウトを冷却して実現する。

次いで、この燃料のバーンアウト画分は、発火グレイト５の末端で燃え殻廃棄物２０に崩れ落ちる。ノズル２１および２２を、排ガス排気筒１５の下部エリアに設けて、内部再循環ガスを発火チャンバ１４のリヤエリアから上行性の排ガスに供給して、排ガスフローを徹底的に混合して、排ガス中の可燃性画分の事後燃焼を生じる。

この目的のために、内部再循環ガスと呼ばれる排ガスを、天井１６、リヤウォール１７およびサイドウォール１８で規定される、燃焼チャンバのリヤセグメントから抜き出す。示される例示的な実施形態では、吸い込み口２３を、リヤウォール１７に設ける。この吸い込み口２３は、排ガスを抜き出すことができるように、ファン２５の吸い込み側に接続する。ファンの圧力側を導管２６に接続し、この導管が抜き出された排ガスの量を、排ガス排気筒１５の上部エリア（すなわちバーンアウトエリア２８）のノズル２７に供給する。再循環ガスの一部は、この位置からノズル２１および２２へ上向きに搬送される。

排ガス排気筒１５は、バーンアウトエリア２８中で、またはこのバーンアウトエリアの上で有意に狭窄されて、排ガスフローの乱流および混合効果を強化する（ここでノズル２７が、この狭窄されたエリアに位置する）しかし、ガスフローを妨げ、それによって乱流を生じる、バッフルまたは構成要素２９を設けることも可能である。

ノズル３０および３１を、排ガス排気筒１５中に１つ以上の水準で設けて、蒸気および／または不活性ガスを排ガスに１つ以上の水準で供給する。さらに、ノズル３２および３３を設けて、外部再循環ガスを、排ガス排気筒１５の１つ以上の水準で排ガスに供給する。この外部再循環排ガス（蒸気発生器、および必要に応じて（示さないが）排ガス浄化システムを既に通過した）は、ノズル３２および３３に供給されるだけでなく、内部再循環排ガス（好ましくは、ファン２５の上流）へ導管３４を介して供給されてもよい。さらに外気を、導管３５を介して内部再循環ガスに混合してもよい。

図２に図示される、特許文献１による燃焼ガスを供給するための公知の方法に基づいて、図３〜８は、本発明の種々のバリエーションを示し、ここではそれぞれ、参照記号５１が、一次空気を特定し、参照記号５２は内部ガス再循環を特定し、参照記号５３は排ガスを特定し、参照記号５４は二次空気を特定し、参照記号５５は蒸気または不活性ガスを特定し、参照記号５６は、外部排ガスを特定し、参照記号５７は、外気を特定する。

図３では、図２に図示される二次空気を完全になしで済ませることが可能であることが示される。図４では、蒸気または不活性ガス５５を、再循環ガス５２の下方に添加する。図５は、外部排ガス循環５６を示し、図６は、蒸気注入５５の下方の内部再循環ガス５２の追加の供給を示す。図７によるデザインでは、内部ガス再循環５２および外部ガス再循環５６のガス混合物を、内部再循環ガス５２として排ガスに供給する。

図８は、内部ガス再循環５２への外気５７の混合を示す。

図９では、狭窄６１が、再循環ガス５２の追加の下部で排ガス排気筒６０に設けられてもよいことが示される（ここで蒸気または不活性ガス５５は、この狭窄のエリア中に注入されてもよい）。この場合、例えば、１．１５というラムダ値を、発火グレイト上で調節してもよく、０．５というラムダ値を、狭窄のエリア中で調整してもよく、１．３のラムダ値を、内部再循環５２のガスの供給の上調整してもよく、ここで０．６５というラムダ値を有するガスを、グレイトのリヤエリア中に抜き出して、空気の追加の間０．１５というラムダ値で追加してもよい。従って、内部再循環ガス５２の追加の下方のエリアは、準化学量論であり、かつガス化エリア６２を形成するが、内部再循環ガスの追加の上方のエリアは、高化学量論であって、バーンアウトエリア６３として機能する。

ガス化過程のフローチャートを図１０〜１２に図示する。廃物７０はそれぞれ、ガス化エリア７１に供給されて、ここでは廃物が１よりかなり低いラムダ値で一次空気７２と一緒に燃え殻７３にガス化する。

ガス化の間に、最大で４ＭＪ／ｍ^３までの加熱値を有する合成ガス７４が産生されて、外部再循環ガス７５の添加後に、１．１〜１．５のラムダ値でもって、バーンアウトエリア７６中で、排ガス７７へバーンアウトされる。この場合、空気７８の添加は、可能であれば、完全に排出されなければならない。

燃え殻７３が、ガス化７１の間に完全にバーンアウトされない場合、燃え殻のための燃焼エリア７９は、直接下流に配置され、ここで燃え殻７３が、この燃焼エリア内で、一次空気８０と一緒に、１を超えるラムダ値で十分にバーンアウトされた燃え殻８１に燃焼する。この燃焼エリアは、１を超えるラムダ値の排ガス８２を生じ、これが内部再循環ガスの形態でバーンアウトエリア７６に供給される。

図１３は、図６に図示されるデザインによる、燃焼空気導通を備える発火装置を示す。この発火装置は、図１に図示される発火装置と同様にデザインされ、図１に図示される発火装置とちょうど同じように図２〜１２に模式的に示される工程管理に適切である。この図によって、蒸気または不活性ガスの模式的に示される注入５５の下方の内部再循環ガス５２の追加の供給が示される。外部再循環ガス５６の注入は、蒸気または不活性ガス注入５５の上に提供される。

Claims (17)

1. 一次燃焼ガス（７２）が一次燃焼エリア（７１）へ燃料（７０）を通じて搬送される発火装置における燃焼管理のための方法であって、ここで排ガスフローの一部が、リヤグレイトエリア中において抜き出され、かつ内部再循環ガス（５２、８２）の形態で燃焼過程に戻され、二次燃焼空気（５４）が、グレイト（５）と前記内部再循環ガス（５２、８２）の供給との間に供給されず、
   乱流ガス（５５）が、フロー方向と呼ばれる前記一次燃焼エリア（７１）の下流に供給されて乱流を生じ、
   外部再循環ガス（５６）が、フロー方向と呼ばれる前記乱流ガス（５５）の供給の下流に供給され、ここで前記外部再循環ガス（５６）が、蒸気発生器および必要に応じて排ガス浄化システムを通過したという点で特徴付けられる、方法。
2. 前記二次燃焼空気（５４）が第一の排ガス排気筒（１５）に供給されないという点で特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
3. 化学量論からλ＝１〜λ＝０．５である高度に準化学量論の反応条件が前記一次燃焼エリア（７１）中で調整されるという点で、かつ前記内部再循環ガス（８２）が、フロー方向と呼ばれる前記一次燃焼エリア（７１）の下流にあるバーンアウトエリア（７６）中に供給されるという点で特徴付けられる、請求項１または２に記載の方法。
4. 排ガスが、前記内部再循環ガス（５２、８２）の最終供給（２７）の後に８５０℃を超える温度で少なくとも２秒という滞留時間を有するという点で特徴付けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記乱流ガス（５５）が、蒸気または不活性ガスからなるという点で特徴付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記内部再循環ガス（５２、８２）が、フロー方向と呼ばれる前記乱流ガス（５５）の供給の下流に供給されるという点で特徴付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 蒸気発生器および必要に応じて排ガス浄化システムを通過した前記外部再循環ガス（５６）が、前記内部再循環ガス（５２、８２）に混合されるという点で特徴付けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 空気（５７）が、前記内部再循環ガス（５２、８２）に混合されるという点で特徴付けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. ２０００ｋＪ／Ｎｍ３を超える、合成ガス加熱値が、フロー方向と呼ばれる前記内部再循環ガス（５２、８２）の追加の上流の前記一次燃焼エリア（７１）中で調節されるという点で特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記燃料（７０）がガス化グレイト上でガス化するという点で、燃え殻のバーンアウトが、バーンアウトグレイトの下流で確立されるという点で、およびガスのバーンアウトが、この位置で前記排ガスフローに対して前記内部再循環ガス（５２、８２）を供給することによって、バーンアウトチャンバ中で達成されて、ガスがバーンアウトされ、かつラムダ＝１．１からラムダ＝１．５という空気過剰率が達成されるという点で特徴付けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を行うための発火装置であって、発火グレイト（５）と、前記発火グレイト（５）の下方に配置されているデバイス（７〜１１）とを備え、前記発火グレイト（５）を通じて一次燃焼空気を供給するために働き、ここで排ガスのための少なくとも１つの吸入管（２４）が、前記発火グレイト（５）の上の燃焼チャンバ（１４）中に設けられ、かつここで、ファン（２５）の吸い込み側が、吸入管（２４）に接続され、かつ前記ファン（２５）の圧力側が、導管（２６）を介してノズル（２７）に接続され、前記ノズル（２７）は、前記発火グレイト（５）と前記ノズル（２７）との間に空気供給が配置されないように前記発火グレイト（５）上に配置されているという点で特徴付けられる、発火装置。
12. 前記ノズル（２７）が、フロー方向と呼ばれる前記発火グレイト（５）の下流に第一のガス供給ノズルの形態で配置されるという点で特徴付けられる、請求項１１に記載の発火装置。
13. 排ガス排気筒（１５）のデザインおよびノズル（２７）の配置は、前記排ガスが前記内部再循環ガス（５２、８２）の最終供給後に８５０℃を超える温度で少なくとも２秒という滞留時間に達するような方法で実現されるという点で特徴付けられる、請求項１１または１２に記載の発火装置。
14. 不活性ガスの接続または蒸気接続がある乱流ノズル（３０、３１）が、前記発火グレイト（５）と前記ノズル（２７）との間に配置されるという点で特徴付けられる、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の発火装置。
15. 外部排ガス再循環の排ガスのためのノズル（３２、３３）が、前記発火グレイト（５）と前記ノズル（２７）との間に配置されるという点で特徴付けられる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の発火装置。
16. 吸入管（２４）が、外気（５７）を混合するための入口として機能するという点で特徴付けられる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の発火装置。
17. ガス化グレイトおよびバーンアウトグレイトが、単一グレイト（５）上の連続的に配置された空気ゾーンに存在するという点で特徴付けられる、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の発火装置。