CN101095013A - 循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
为了极其简单地定量评价实际的流动介质循环量，从而实现通过模拟等研究的热平衡结果与实际运转结果的比较精度提高，在停止了向外部热交换器(7)供给的流动用空气时，对下导管(5)内堆积的流动介质从下侧基准高度位置(H0)到达上侧既定高度位置(H1)的时间进行计测，并根据该时间和基于下导管(5)的内径(D)的流动介质堆积量，求出流动介质的流量作为循环量。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置，其用于对城市垃圾或产业废弃物等的焚烧处理、或者用于将垃圾固形化燃料(RDF：Refuse Derived Fuel)等燃料燃烧时所产生的燃烧热回收。
背景技术
近年来，城市垃圾或产业废弃物等朝着增加的方向发展，导致其处理成为社会问题，因此，逐步开发了对它们进行焚烧处理、或将垃圾固形化燃料等作为燃料进行使用，从而回收其燃烧热的发电设备。
作为前述发电设备的一种形式有循环流动层燃烧装置，如图1所示，其具有如下所述的构成，即具备：燃烧炉1，通过从空气分散喷嘴2吹出的一次空气A使城市垃圾或垃圾固形化燃料等作为燃料的废弃物，与由砂或石灰石等构成的底料3一同流动化，同时使它们燃烧；作为介质分离装置的热旋风分离器(hot cyclone)4，其与该燃烧炉1的上部连接，且对因燃烧炉1内的燃烧而产生的排气中含有的灰或砂等流动介质进行捕捉收集；作为外部再循环单元的外部热交换器7，其经由下导管5被导入由该热旋风分离器4捕捉收集的流动介质，对该流动介质进行加热使其经由流动介质返回管6循环返回到前述燃烧炉1的底部；和后部传热部10，其被导入由前述热旋风分离器4捕捉收集了流动介质后的排气，并在内部设置有过热器8和节煤器9。
在前述后部传热部10的节煤器9的下游侧，设置有通过排气的热对从强制通风机11加压输送的空气进行加热的空气加热器12，被该空气加热器12加热后的空气经由一次空气管线13作为一次空气A向前述燃烧炉1的底部供给，并且，经由从一次空气管线13分支的二次空气管线14由前述燃烧炉1的侧面作为二次空气B进行供给，进而，由流动用空气鼓风机15加压输送的空气经由流动用空气管线18而作为流动用空气C向前述外部热交换器7的底部供给。另外，在比前述二次空气管线14的分支部靠向下游侧的一次空气管线13的中途，设置有一次空气A的流量调节用调节器(damper)16，在二次空气管线14的中途设置有二次空气B的流量调节用调节器17。
前述外部热交换器7具有下述结构：在与前述下导管5连接的密封箱19内底部，形成用于将流动用空气C从空气分散喷嘴20向上方吹出的风箱(wind box)21，在空气分散喷嘴20上方的密封箱19内，配置有最终过热器22，该最终过热器22用于借助与流动介质的热交换使过热蒸汽产生并向蒸汽涡轮导入。此外，一般考虑到下导管5下部被流动介质料封(material seal)，会导致外部热交换器7的压力变得比燃烧炉1内下部的压力高的情况，将前述外部热交换器7形成为所谓虹吸管那样的形式，以便在该状态下防止燃烧炉1内的排气流入到热旋风分离器4下部的下导管5侧，且在燃烧炉1内使被热旋风分离器4分离的流动介质能够可靠地流下、返回。
如上所述，在作为发电设备的循环流动层燃烧装置中，由强制通风机11加压输送的空气被空气加热器12加热，并经由一次空气管线13作为一次空气A被供给到燃烧炉1的底部，并且，经由从一次空气管线13分支的二次空气管线14作为二次空气B由燃烧炉1的侧面进行供给，进而，由流动用空气鼓风机15加压输送的空气经由流动用空气管线18作为流动用空气C被供给到外部热交换器7的底部，在该状态下，如果将城市垃圾或垃圾固形化燃料等废弃物投入到燃烧炉1的空气分解喷嘴2上，则该废弃物一边基于从空气分散喷嘴2吹出的一次空气A与底料3一同流动，一边燃烧。
由燃烧炉1内的废弃物的燃烧而产生的排气，与灰或砂等流动介质一同被吹起，向热旋风分离器4导入，流动介质在该热旋风分离器4中被捕捉收集，被该热旋风分离器4捕捉收集的流动介质从与热旋风分离器4下部连接的下导管5向作为外部再循环单元的外部热交换器7导入，在该外部热交换器7中冷却之后，经由流动介质返回管6循环返回到前述燃烧炉1的底部。
由前述热旋风分离器4分离了流动介质的排气被导向后部传热部10，在该后部传热部10的过热器8及节煤器9中被实施热回收，并且，在空气加热器12中被热回收之后，经由未图示的集尘器等从烟囱排放到大气中。
另一方面，锅炉给水在节煤器9中被排气加热，经过未图示的蒸汽鼓(steam drum)在燃烧炉1的炉壁1a内流动，并再次返回到蒸汽鼓成为饱和蒸汽，被导入过热器8通过排气被过热，在该过热器8中过热后的过热蒸汽被导向最终过热器22，由流动介质使其进一步过热，在该最终过热器22中被过热后的过热蒸汽向蒸汽涡轮导入，由此进行发电。
然而，在如上所述的循环流动层燃烧装置中，虽然通过系统计算等可在理论上判断将流动介质的循环量控制为怎样的量，能够使得燃烧炉1的温度均匀化而稳定，但由于如此谋求运转的稳定化需要准确地把握流动介质的循环量，所以，以往通过燃烧炉1与热旋风分离器4的压差来定性地评价流动介质的循环量。
另外，作为推定流动介质的循环量的机构例如在专利文献1中进行了公开。
专利文献1：特开2001-289406号公报
但是，目前的状况是虽然开发了定性计测实际的流动介质循环量的机构，但没有开发定量计测实际的流动介质循环量的机构，因此，难以提高通过模拟等研究的热平衡结果与实际的运转结果的比较精度。
另外，专利文献1所公开的流动介质的循环量推定机构作为系统是非常复杂的。
发明内容
本发明鉴于上述实际情况而提出，其目的在于提供一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置，从而能够极其简单地定量评价实际的流动介质循环量、可实现由模拟等研究的热平衡结果与实际运转结果的比较精度提高。
本发明提供一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法，将从燃烧炉导出的排气导入到介质分离装置来分离流动介质，将该分离后的流动介质经由下导管提供给外部再循环单元，通过流动用空气使被提供给该外部再循环单元的流动介质流动化并返回到前述燃烧炉，其特征在于，
在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测，根据该时间和基于下导管内径的流动介质的堆积量，求出流动介质的流量作为循环量。
前述循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法中，在按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻使计时器起动；在按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使计时器停止，从而可对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测。
该情况下，优选按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置及上侧既定高度位置的方式投射的光，不被下导管内流下的流动介质遮断。
另外，本发明提供一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测装置，将从燃烧炉导出的排气导入到介质分离装置来分离流动介质，将该分离后的流动介质经由下导管提供给外部再循环单元，通过流动用空气使被提供给该外部再循环单元的流动介质流动化并返回到前述燃烧炉，其特征在于，包括：
下侧检测机构，其在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质到达了下侧基准高度位置的情况进行检测；
上侧检测机构，其在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质到达了上侧既定高度位置的情况进行检测；和
运算机构，其根据来自前述下侧检测机构及上侧检测机构的检测信号，计测在下导管内堆积的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间，并根据该时间和基于下导管内径的流动介质的堆积量，求出流动介质的流量作为循环量。
在前述循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测装置中，由对按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的光进行受光的下侧光传感器构成下侧检测机构，并且，由对按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的光进行受光的上侧光传感器构成上侧检测机构，在按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的前述下侧光传感器的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使运算机构的计时器起动；在按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的前述上侧光传感器的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使运算机构的计时器停止，由此，对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测。
该情况下，优选在比下侧光传感器及上侧光传感器靠向上方的下导管内设置有顶部部件，用于使得按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置及上侧既定高度位置的方式投射的光，不被下导管内流下的流动介质遮断。
根据本发明的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置，能够极其简单地定量评价实际的流动介质循环量，从而可实现通过模拟等研究的热平衡结果与实际运转结果的比较精度提高。
附图说明
图1是表示现有循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置的一个例子的俯视图。
图2是表示本发明的一个实施例的主要部分概要构成图。
图3是图2的III-III剖视图。
图4是图2的IV-IV剖视图
附图标记说明
1燃烧炉；4热旋风分离器(介质分离装置)；5下导管；7外部热交换器(外部再循环单元)；23下侧检测机构；24上侧检测机构；25运算机构；26透光窗；27透光窗；28下侧投光器；29下侧受光器；30下侧光传感器；31上侧投光器；32上侧受光器；33上侧光传感器；34顶部(roof)部件；34’顶部部件；C流动用空气；D内径；H0下侧基准高度位置；H1上侧既定高度位置。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图2～图4是本发明的一个实施例，图中，被赋予和图1相同附图标记的部分表示同一物，虽然基本的构成与图1所示的现有结构相同，但本图示实例的特征在于，当循环流动层燃烧装置运转时，在停止了向作为外部再循环单元的外部热交换器7供给的流动用空气C(参照图1)的情况下，由于流动介质不从外部热交换器7经由流动介质返回管6而返回到燃烧炉1的底部，所以，利用该现象如图2～图4所示，具备：
下侧检测机构23，其在停止了向前述外部热交换器7供给的流动用空气C时，对堆积在下导管5内的流动介质到达了下侧基准高度位置H0的情况进行检测；
上侧检测机构24，其在停止了向前述外部热交换器7供给的流动用空气C时，对堆积在下导管5内的流动介质到达了上侧既定高度位置H1的情况进行检测；和
运算机构25，其根据来自前述下侧检测机构23及上侧检测机构24的检测信号，计测在下导管5内堆积的流动介质从下侧基准高度位置H0到达上侧既定高度位置H1的时间t[sec]，根据该时间t和基于下导管5的内径D[m]的流动介质的堆积量V[m3]，求出流动介质的流量Q[kg/sec]作为循环量。
在前述下导管5的下侧基准高度位置H0处，使埋入了具有耐热性的石英玻璃等的透光窗26与垂直延伸的管的直径方向对置配置，并且，在前述下导管5的上侧既定高度位置H1处，使埋入了具有耐热性的石英玻璃等的透光窗27与垂直延伸的管的直径方向对置配置。
前述下侧检测机构23由下侧光传感器30构成，该下侧光传感器30通过下侧受光器29对按照经由透光窗26横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0的方式，从下侧投光器28投射的光进行受光；并且，由上侧光传感器33构成上侧检测机构24，该上侧光传感器33通过上侧受光器32对按照经由透光窗27横穿过下导管5内的上侧既定高度位置H1的方式，从上侧投光器31投射的光进行受光，在按照横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0的方式投射的前述下侧光传感器30的光，被堆积在下导管5内的流动介质遮断的时刻，使运算机构25的计时器起动；在按照横穿过下导管5内的上侧既定高度位置H1的方式投射的前述上侧光传感器33的光，被堆积在下导管5内的流动介质遮断的时刻，使运算机构25的计时器停止，由此，对堆积在下导管5内的流动介质从下侧基准高度位置H0到达上侧既定高度位置H1的时间t进行计测。
在比前述下侧光传感器30及上侧光传感器33靠向上方的下导管5内设置有顶部部件34，用于使得按照横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0及上侧既定高度位置H1的方式投射的光，不被在下导管5内流下的流动介质遮断。另外，前述顶部部件34在图2中如实线所示，只要至少设置在比上侧光传感器33靠向上方的下导管5内即可，但也可以在前述顶部部件34的基础上，如图2中由假想线所示那样，在比下侧光传感器30靠向上方的下导管5内设置顶部部件34’。
接着，对上述图示例的作用进行说明。
如果在循环流动层燃烧装置运转时停止向作为外部再循环单元的外部热交换器7供给的流动用空气C(参照图1)，则流动介质不会从外部热交换器7经由流动介质返回管6返回到燃烧炉1的底部，将在下导管5内缓慢堆积流动介质。
这里，从构成下侧检测机构23的下侧光传感器30的下侧投光器28经由透光窗26并按照横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0的方式投射的光，被下侧受光器29受光，并且，从构成上侧检测机构24的上侧光传感器33的上侧投光器31经由透光窗27并按照横穿过下导管5的上侧既定高度位置H1的方式投射的光，被上侧受光器32受光，但如果前述流动介质在下导管5内缓慢堆积，则首先按照横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0的方式投射的前述下侧光传感器30的光，被堆积在下导管5内的流动介质遮断。
如果前述下侧光传感器30的光被堆积在下导管5内的流动介质遮断，则运算机构25的计时器起动，接着，按照横穿过下导管5内的上侧既定高度位置H1的方式投射的前述上侧光传感器33的光，被堆积在下导管5内的流动介质遮断。
如果前述上侧光传感器33的光被堆积在下导管5内的流动介质遮断，则运算机构25的计时器停止，由此，可以计测堆积在下导管5内的流动介质从下侧基准高度位置H0到达上侧既定高度位置H1的时间t。
这里，若将从前述下导管5的下侧基准高度位置H0到上侧既定高度位置H1的高度设为h[m]，则在前述下导管5的下侧基准高度位置H0与上侧既定高度位置H1之间堆积的流动介质的堆积量V，可以通过V＝(π·D2/4)×h而求出，并且，如果将流动介质的体积密度设为σ[kg/m3]，则流动介质的流量Q，即循环量可以通过Q＝σ·V/t求出。
此外，在流动介质的循环量多时，前述下导管5内处于从上面大量落下流动介质的状态，但由于在比前述下侧光传感器30及上侧光传感器33靠向上方的下导管5内设置了顶部部件34以及根据需要设置顶部部件34’，所以，不必担心按照横穿过下导管5内的下侧基准高度位置H0及上侧既定高度位置H1的方式投射的光，被下导管5内流下的流动介质遮断，能够可靠且高精度地进行前述流动介质循环量的计测。
另外，在前述流动介质循环量的计测结束后，停止后的流动用空气C被再次提供给外部热交换器7，返回到通常的运转。
这样，能够极其简单地定量评价实际的流动介质循环量，从而可实现通过模拟研究的热平衡结果与实际运转结果的比较精度提高。
另外，本发明的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置不仅限定于上述的图示实例，也可以应用于流动层气化系统等，所述流动层气化系统替代作为外部再循环单元的外部热交换器，而设置主要进行生物物质、含水分的垃圾或下水污泥等含水废弃物的干燥、气化的气化炉，并在燃烧炉中主要进行可燃性固形物的燃烧，此外，当然可在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。
产业上的可利用性
本发明的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法及装置，可以在判断将流动介质的循环量控制为怎样的量，可使得燃烧炉的温度均匀化而稳定时使用。
Claims (6)
1、一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法，将从燃烧炉导出的排气导入到介质分离装置来分离流动介质，将该分离后的流动介质经由下导管提供给外部再循环单元，通过流动用空气使被提供给该外部再循环单元的流动介质流动化并返回到前述燃烧炉，其特征在于，
在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测，根据该时间和基于下导管内径的流动介质的堆积量，求出流动介质的流量作为循环量。
2、根据权利要求1所述的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法，其特征在于，
在按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使计时器起动；在按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使计时器停止，从而对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测。
3、根据权利要求2所述的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测方法，其特征在于，
按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置及上侧既定高度位置的方式投射的光，不被下导管内流下的流动介质遮断。
4、一种循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测装置，将从燃烧炉导出的排气导入到介质分离装置来分离流动介质，将该分离后的流动介质经由下导管提供给外部再循环单元，通过流动用空气使被提供给该外部再循环单元的流动介质流动化并返回到前述燃烧炉，其特征在于，包括：
下侧检测机构，其在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质到达了下侧基准高度位置的情况进行检测；
上侧检测机构，其在停止了向外部再循环单元供给的流动用空气时，对堆积在下导管内的流动介质到达了上侧既定高度位置的情况进行检测；和
运算机构，其根据来自前述下侧检测机构及上侧检测机构的检测信号，计测在下导管内堆积的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间，并根据该时间和基于下导管内径的流动介质的堆积量，求出流动介质的流量作为循环量。
5、根据权利要求4所述的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测装置，其特征在于，
由对按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的光进行受光的下侧光传感器构成下侧检测机构，并且，由对按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的光进行受光的上侧光传感器构成上侧检测机构，在按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置的方式投射的前述下侧光传感器的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使运算机构的计时器起动；在按照横穿过下导管内的上侧既定高度位置的方式投射的前述上侧光传感器的光，被堆积在下导管内的流动介质遮断的时刻，使运算机构的计时器停止，由此，对堆积在下导管内的流动介质从下侧基准高度位置到达上侧既定高度位置的时间进行计测。
6、根据权利要求5所述的循环流动层燃烧装置的流动介质循环量计测装置，其特征在于，
在比下侧光传感器及上侧光传感器靠向上方的下导管内设置有顶部部件，用于使得按照横穿过下导管内的下侧基准高度位置及上侧既定高度位置的方式投射的光，不被下导管内流下的流动介质遮断。
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