流動層燃焼 | 種類と利点
流化は、燃料と空気を特定の割合で混合して燃焼を得る方法です。流動床とは、固体粒子が液体のように振る舞う床のことです。これは、均一に分布した空気が細かく分割された固体粒子の層を低速で上向きに通過すると、粒子は動かないが、空気流量の速度が徐々に増加すると、個々の粒子が空気流れ中に浮遊する段階に達するという原理に基づいています。
さらに空気の速度が増加すると、ベッドは高度に乱流となり、粒子の急速な混合が発生し、沸騰する液体のような泡の形成が見られ、この過程は流動床燃焼として知られています。
流動化を引き起こす空気の速度は、以下のパラメータに依存します：
燃料粒子のサイズ。
空気燃料混合物の密度。
これらのパラメータは、所望の燃焼速度を得るために空気流量の速度を操作する際に考慮されます。流動床燃焼では、急速な混合により温度の一様性が確保されます。流動床燃焼システムの主な利点は、市町村廃棄物、下水処理施設の汚泥、バイオマス、農業廃棄物、その他の高水分燃料を使用して熱を生成できることです。
流動炉は、底に空気を導入するための開口部を持つ閉鎖空間を持っています。砕いた石炭、灰、砕いたドロマイトまたは石灰岩がベッド炉内で混合され、高圧の燃焼空気が炉の底からベッドに通過します。
空気の速度が徐々に増加すると、ベッド全体の圧力降下がベッドの単位断面あたりの重量と等しくなる段階に達し、この特定の臨界速度は最小流動速度と呼ばれます。
さらに空気の速度が増加すると、ベッドは膨張し、追加の空気をバブルの形で通過させます。空気の速度が臨界速度の3〜5倍になると、ベッドは激しく沸騰する液体のように見えます。流動床燃焼の図示は以下の図に示されています：
ボイラーの蒸発管は直接流動ベッドに浸漬されており、燃える石炭粒子と直接接触することで非常に高い熱伝達率を生み出します。これにより、ユニットサイズが大幅に削減され、非常に高い効率での燃焼が可能になります。
流動床燃焼の種類
流動床燃焼（FBC）には2つのバリエーションがあります：
垂直型FBC：一般的に小型のプラントで使用され、1時間あたり最大6トンの蒸気を生成することができます。垂直形状により、全体的な寸法が小さくなり、スペース制約のあるプラントで非常に効果的です。
水平型FBC：垂直型流動床燃焼と比較して容量がほぼ10倍で、1時間あたり最大60トンの蒸気を生成できます。ボイラーチューブに対して水平に配置されます。水平型流動ボイラーの高容量と高効率により、石炭火力発電所で非常に魅力的な選択肢となっています。
流動床燃焼の利点と欠点
FBCは現在、世界中の主要な発電所で広く使用されており、他の主流の燃焼方法に比べて多くの利点を提供しています。いくつかの利点は以下の通りです：
高い熱効率。
簡単な灰除去システムで、セメント製造に転用可能。
短い設置期間と建設期間。
完全自動化であり、極端な温度でも安全な運転が可能です。
150oC（つまり灰の融解温度よりもかなり低い温度）での効率的な運転。
石炭の粉砕などの必要性が減少します（粉砕石炭はここでは不要です）。
ベッド内の空気と燃料粒子間の熱平衡が迅速に確立されるため、負荷変動への応答が迅速です。
流動床炉の低温運転により、大気汚染が減少します。低温運転により窒素酸化物の生成も減少します。ドロマイト（カルシウム・マグネシウム炭酸塩）または石灰石（カルシウム炭酸塩）を炉に添加することで、必要に応じて硫黄酸化物の大気排出量も減少させることができます。
これらすべての流動床燃焼の利点を考えると、流動床燃焼は今日利用できる最良の代替手段であることが明らかです。しかし、このシステムの主要な欠点は、ベッドを支えるために非常に高い圧力で継続的に空気を供給する必要があるため、ファンの電力が相当に高い値を維持しなければならないことです。これにより、プラントの補助装置の運転コストが増加しますが、FBCが提供する高い効率によって十分に補われます。
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