（基礎知識）循環流動層ボイラーの基本的な特徴は何ですか？

循環流動層ボイラーの基本的な特徴は何ですか？ 循環流動層ボイラーの基本的な特徴は以下の通りです：（1）低温での動力制御燃焼。その燃焼速度は主に化学反応の速度に依存し、温度レベルによって決まる。物理的要因はもはや燃焼を制御する主導的な要因ではない。 （2）高速、高濃度、高流量の固体物質の流動循環プロセス。循環流動層ボイラーのすべての燃焼は、これら2つの形態の循環運動の中で段階的に行われる。 （3）高強度のエネルギー、質量、運動量の伝達過程。循環流動層ボイラーの熱は、高速で高濃度かつ大量の固体燃料が往復して循環することによって生み出され、炉内における熱、質量、運動量の伝達と交換が非常に迅速に行われるため、炉全体の温度分布が均一になります。 （4）負荷が異なると流動状態が変化し、最小で0となる。

（一）低温燃焼　流動層燃焼は層燃焼や石炭粉燃焼とは大きく異なり、常に炉内に大量の高温の不活性物質（灰、石灰石、砂など）を備えておく必要がある。これらの不活性物質は炉内の全固体物質の97～98％を占め、つまり常に炉内の固体可燃物の割合は全床材の2～3％を超えない。したがって、燃焼温度が850～900℃という低い条件でも、十分な酸素があればどんな固体燃料も完全に燃焼させることができる。さらに、燃料が炉内で長時間滞留し、床内で強い乱流混合が起こることも相まって、850～900℃という低温条件下でも流動層ボイラーがあらゆる燃料を安定かつ効率的に燃焼させることを可能にしている。 （二）優れた燃料適応性 流動層ボイラーは前述の低温燃焼という特徴を持つため、優れた燃料適応性を有し、ほぼあらゆる燃料に対して、その燃料を燃焼させるための流動層ボイラーを設計することができ、燃焼プロセスの安定性と高い燃焼効率を確保できる；既存の流動層ボイラーにおいては、燃料の性質がかなり広範囲に変動しても、安定した燃焼を維持することができる。これまでに流動層ボイラーで燃焼に成功してきた燃料には、高灰分かつ高水分を持つ瀝青炭をはじめとするあらゆる種類の石炭、低揮発分の無煙炭、各種石炭から得られる石炭ガレキや洗浄ガレキ、洗浄石炭スラリー、石炭質頁岩、各種石油コークス、オイルシェール、泥炭、都市ごみ、油汚泥、廃タイヤ、樹皮や木くず、稲わら、サトウキビの搾りかすなどの農林業系バイオマス廃棄物が含まれる。また、さまざまな液体やガス燃料の燃焼にも使用でき、これらの燃料は単独で燃焼させることも混合して燃焼させることもでき、これは他のどの燃焼方法とも比較にならない。 （三）低い汚染物質排出量　流動層ボイラーの低温燃焼という特性により、熱力型NOxの生成が効果的に抑制される。さらに段階燃焼を採用することで燃料型NOxの排出も制御できるため、流動層ボイラーにおけるNOxの生成量は石炭粉ボイラーの1/3～1/4程度になる。これにより、バブル流動層ボイラーのNOx排出値は0.03～0.04％未満に、循環流動層ボイラーのNOx排出値は0.01～0.02％に抑えることができる。また、燃焼過程で直接炉内に石灰石やドロマイトを投入する場合、850～900℃の燃焼温度は石灰（CaO）と二酸化硫黄（SO2）が反応する最適な脱硫温度であるため、石炭の硫黄含有量に応じて流動層ボイラーの炉内に適量の石灰石を投入することで、約90％の脱硫効率を達成することができる。したがって、流動層は経済的かつ効果的な低汚染石炭燃焼技術であり、これが世界中で重視され急速に発展した最も根本的な理由です。 （四）燃焼強度が高い　流動層燃焼の過程で生じる強烈な乱流による混合により、循環流動層ボイラーの燃焼は炉全体の空間内で行われるため、その燃焼強度が大幅に向上し、単位炉容積あたりの出力が高まり、炉の断面積や体積が小さくなる。循環流動層ボイラーの体積は、通常のボイラーよりも小さくできる。 （五）床内の伝熱能力が高い　流動層内の高強度な伝熱特性により、炉内の加熱面に必要な金属の使用量を削減できる。泡状流動層ボイラーにおいては、層内の気体/固体二相混合物による層内に設置された管への伝熱係数は233～326W/(m²·K)に達し、循環流動層ボイラーの炉内における気体/固体二相混合物による水冷壁への伝熱係数は450～100W/(m²·K)の範囲である。 （六）負荷調整性能が優れている　炉内に大量の熱ベッド材が蓄えられているため、流動層ボイラーは優れた負荷調整性能を持ち、大きな負荷調整幅があり、定格負荷の20％という低負荷でも安定した燃焼を維持できる。 （七）操作およびメンテナンスが容易である。燃焼温度が低いため、灰やスラグが軟化したり固着したりすることがなく、炉内でのスラッジの付着という問題も発生しない。そのため、炉内に吹き掃除装置を設置する必要もない。炉内の温度が低いため、炉内の加熱面における熱流束も低くなり、伝熱危機による配管の破裂の可能性が減少する。燃焼による腐食作用も、層燃炉や石炭粉炉に比べて小さい。これらにより、流動層ボイラーは操作やメンテナンスが容易になります。流動層ボイラーで発生しやすい摩耗の問題については、摩耗しやすい部分に耐摩耗性の耐火材コーティングなど、一連の防摩耗対策を講じることで解決されている。 （八）灰渣の総合的な利用が容易である。低温燃焼によって生成される灰渣は活性が高く、かつ飛灰や底灰の炭素含有量も低く、通常4～5％未満であるため、セメントの混和材やその他の建築材料の原料として利用することができ、灰渣の総合的な利用に役立つ。

循環流動層燃焼ボイラーの基本特性：　　(1)低温での動力制御燃焼　　循環流動層燃焼とは、炉内で高速で流れる煙ガスが、それに伴って運ばれる乱流が非常に強い固体粒子と密接に接触し、多数の粒子が逆流する流動層燃焼反応過程である；同時に、炉外で高温の固体粒子の大部分を捕捉し、それらを再び炉内に送り返して燃焼過程に参加させることで、繰り返し循環しながら燃焼を行う。明らかに、燃料が炉内で燃焼する時間が長くなった。この燃焼方式では、脱硫に適した温度の制約により炉内温度は一般的に850℃前後となる。このような温度は、通常の石炭粉ボイラー内の温度レベルよりもはるかに低く、また一般的な石炭の灰の融点よりも低いため、灰の溶融がもたらすさまざまな問題を回避できる。この「低温燃焼」方式には多くの利点があり、炉内でのスラグの生成やアルカリ金属の析出は石炭粉炉に比べて大幅に改善される。灰の特性に対する敏感度も低下し、高温の灰を冷却するための広いスペースも不要である。また、窒素酸化物の発生量も少なく、炉内で安価かつ効率的な脱硫プロセスを構築することも可能だ。燃焼反応動力学の観点から、循環流動層ボイラー内の燃焼反応は動力燃焼域（または遷移域）内で制御される。循環流動層ボイラー内では比較的温度が低く、大量の固体粒子が激しく混合しているため、この場合の燃焼速度は主に化学反応速度、つまり温度レベルに依存し、物理的要因はもはや燃焼速度を制御する主要な要因ではなくなる。循環流動層ボイラー内の燃料の燃焼度は非常に高く、通常、性能の良い循環流動層ボイラーの燃焼効率は95～99％以上に達する。 (2) 高速度、高濃度、高通量の固体物質の流動層化循環プロセス　循環流動層ボイラー内の固体物質（燃料、残炭、灰、脱硫剤、不活性床材などを含む）は、炉本体、分離器、返料装置から構成される外部循環を経る。同時に、炉内では壁面効果により内部循環も存在するため、循環流動層ボイラー内の物質は外部循環と内部循環の両方の循環運動に参加する。燃焼過程全体および脱硫過程は、これら2つの形態の循環運転という動的なプロセスの中で段階的に完了される。 (3) 高強度の熱量、質量、運動量の伝達過程　循環流動層ボイラーでは、大量の固体物質が激しい乱流の中を炉内を通過する。人為的な操作によって物質の循環量を変えることができ、また異なる燃焼状態に適応させるために炉内の物質分布パターンも変更可能である。このような組織形態の下では、炉内の熱、質量、運動量の伝達過程が非常に激しくなり、それによって炉全体の高さ方向の温度分布が均一になる。