JP2000266309A - 加圧流動層燃焼装置と粉体排出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 媒体容器と火炉との水平距離が長い場合においても、
媒体容器から火炉へのＢＭの輸送が、微少な輸送量でも
調整可能なようにし、要求された負荷変化速度に応じて
プラントの負荷変化が可能とする。 【解決手段】 火炉１と媒体輸送管にて接続される媒体
容器３とＢＭ１６を火炉２に供給するためのＢＭ供給手
段と火炉２から抜き出すための抜き出し手段８、９とを
設け、ＢＭ供給手段が下降輸送管４と下降輸送管に接続
し適切な長さを持った水平輸送管５と、これにつながる
ＢＭの安息角以上の傾きを持った傾斜輸送管６、傾斜下
部水平輸送管７とで構成され、ＢＭ下降輸送管４には供
給調整空気１１を、傾斜輸送管６および傾斜下部水平輸
送管７にはアシスト空気１２をそれぞれ独立させて注入
するので、水平距離が長い場合でも微少なＢＭ量を搬送
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力容器に収納し
た火炉内で石炭などを燃焼させ、発生したスチームでス
チームタービンを駆動し、さらに石炭などの燃焼で得ら
れた高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高
効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラント等
の設備に用いられる流動層燃焼炉（以下、火炉と呼ぶこ
とがある）に関し、特に負荷変化に対応して火炉内の媒
体粒子（Bed Material、以下ＢＭと呼ぶことがある）を
媒体容器へ抜き出し、あるいは媒体容器から火炉へ媒体
粒子を供給して流動層高を変化させる流動層の層高制御
ができる加圧流動層装置に関わる。

【０００２】また、本発明は、例えば流動層ボイラに用
いられる媒体粒子などの粉体の空気輸送装置に係わり、
特に水平輸送管部において粉体の流動状態が事前に判明
していない場合に好適なる粉体排出制御装置に関し、特
に排出流路の水平又は水平に近い傾斜を持つ配管部にお
いて粉体の流動状態が事前に判明していない場合に好適
な粉体排出制御装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】加圧流動層ボイラの火炉では負荷変化に
対応して流動層高を変化させる。すなわち、負荷が減少
するときは火炉内のＢＭを抜き出して流動層高を低く
し、抜き出したＢＭを該火炉の上方に位置した媒体容器
に輸送して貯蔵する。逆に負荷を増加するときには媒体
容器からＢＭを火炉内に供給して流動層高を増加する。

【０００４】このように加圧流動層火炉は流動層高の操
作によって流動層内に埋設されている伝熱管の埋没深さ
を変化させて、その伝熱面積を増減させスチームの発生
量を調整するものである。

【０００５】従来技術の加圧火炉の例を図１８に示す。
圧力容器１内に所定の圧力下に保持されている火炉２が
収納され、圧力容器１外に設置された媒体容器３の底部
と火炉２の側面とを接続するＢＭ１６の供給管（ＢＭ下
降管４と水平輸送管５）が設けられていて、負荷上昇に
対しては負荷に対応した流動層高になるように媒体容器
３内のＢＭ１６が火炉２に供給される構成になってい
る。

【０００６】ＢＭ１６はＢＭ下降管４の下部に注入され
る供給調整空気１１によって水平方向に移動し、火炉２
に供給される。また、プラント負荷が低下した場合に備
えて、ＢＭ１６を火炉２内から媒体容器３内に抜き出す
ための抜出管８、９と戻し管１０が火炉２と媒体容器３
の間に設けられている。抜出管８は、その入口部が火炉
２の底部に開口され、ＢＭ１６は抜出管８を下降し、抜
出調整空気１３によって水平方向に移動して戻し管１０
の下部に到る。

【０００７】戻し管１０には下端から媒体輸送空気１４
が注入され、ＢＭ１６を上方に気流搬送する。戻し管１
０の上端出口部は媒体容器３の上部空塔部に開孔してお
り、媒体輸送空気１４を注入することと媒体容器３を火
炉２に対して減圧状態にすることで、抜出管８、９及び
戻し管１０を経由して火炉２からのＢＭ１６が媒体容器
３に輸送される構成になっている。

【０００８】ここでは、本発明のＢＭ１６の供給手段と
関係のある供給管の水平輸送管に着目する。上記図１８
に示す構成で、ＢＭ１６を媒体容器３から火炉２に供給
する場合、すなわちプラント負荷を上昇させる場合には
媒体容器３に接続されたＢＭ下降管４にＢＭ搬送のため
の空気を注入し、この空気量の調整によりＢＭ流量を調
整しながら火炉２へ供給するようになっている。ＢＭ１
６はＢＭ下降輸送管４と火炉２とを繋ぐ水平輸送管５内
を供給調整空気１１により押し流されながら輸送され
る。

【０００９】図１８には媒体容器３を圧力容器１の外部
に設置した例を示すが、これ以外の位置に設置される例
も考えられる。図３は媒体容器３を圧力容器１の外上方
に設置した例、図４は媒体容器３を圧力容器１の内部に
設置した例である。なお、図３、図４ではＢＭ１６を火
炉２から媒体容器３へ抜き出す抜出管、戻し管、媒体輸
送空気ラインについては図１８に示す装置と同様の構成
であるため図示を省略している。

【００１０】加圧流動層ボイラが事業用ボイラとして適
用され、大型化してくると、水平輸送管５の長さも必然
的に長くなってくる。図４のように媒体容器３を圧力容
器１内に設置した場合においても、媒体容器３の容量が
大きくなれば水平輸送管５の長さも長くなる。図１８の
場合、火炉２の大型化を考慮して、その外側に位置する
圧力容器１をできるだけ小さくするため、媒体容器３を
圧力容器１の外側に設置しているが、明らかに図４に比
較しても水平輸送管５の長さは長くとる必要がある。

【００１１】図３に示す例では媒体容器３を圧力容器１
の外部上方に設置してＢＭ下降管４を圧力容器１の上蓋
を貫通させて圧力容器１内に配置するため、水平輸送管
５の長さを短くすることができる。しかし、この配置も
媒体容器３を圧力容器１の上方に設置することから建屋
全体の高さが高くなり大型の加圧流動層ボイラとしては
建設コストがかかるなどの難点がある。

【００１２】図５（ａ）に示す水平輸送管５の長さＬと
口径ＤがＢＭ１６の輸送量の調整に与える影響につい
て、図５（ｂ）に示すグラフで口径Ｄを一定とした場合
について示した。ＢＭ１６の輸送量を供給調整空気１１
で調整しながら流すためには、図５（ｂ）の矢印Ｂで示
すように、水平輸送管５の長さが水平輸送管５の内径の
１０倍程度とすることが望ましい。水平輸送管５の口径
Ｄに対し、その長さＬが短い場合（図ではＬ／Ｄ＝２）
には、図５（ｂ）の矢印Ａで示す範囲のように、ＢＭ１
６の流量が少しの供給調整空気量でも大きく影響され、
その流量調整が困難となる。

【００１３】逆に、設備配置条件上、水平輸送管５の長
さＬを長くとらざるを得ない場合（図ではＬ／Ｄ＝５
０）もある。この場合同じＢＭ流量を得るのに必要な媒
体粒子輸送空気量は多くなる。

【００１４】また、図６に示すように、水平輸送管５の
長さが適切な場合に発生する輸送管５内部の両端部間の
差圧△Ｐ_１（図６（ａ））に比べ、水平輸送管５の長さ
が長くなった場合に発生する輸送管５内部の両端部間の
差圧△Ｐ_２（図６（ｂ））は大きくなるので、ＢＭ１６
を輸送する場合に抵抗が大きくなる。すなわちＢＭ１６
の輸送用空気として必要な空気源が、その容量、風圧と
も仕様が大きくなり、設備コストが増加する。

【００１５】また、水平輸送管５内でＢＭ１６を搬送す
るための前記輸送管５内部の両端部間の差圧が大きくな
ると安定した輸送特性が得られなくなる。つまり、少量
で風圧の比較的低い供給調整空気１１では抵抗が大きく
ＢＭ１６が流れず、大量で風圧の高い供給調整空気１１
でＢＭ１６が搬送可能となることから、その際に水平輸
送管５内の抵抗が急激に減少し、多量のＢＭ１６が搬送
される。

【００１６】この場合には負荷変化時に、必要な負荷変
化の速度にあわせて火炉２へのＢＭ供給量を調整しなが
ら送る場合に、細かなＢＭ供給量の調整ができず、一度
にまとまった量のＢＭ１６が入ってしまい、この結果、
流動層高の変化幅が大きくなり、流動層に埋設される伝
熱管の伝熱面積の調整も精度よく行えないのでプラント
の安定した負荷変化ができなくなってしまうおそれがあ
る。

【００１７】実公平４−１９２９０号公報には水平輸送
管の長さが長い場合に水平輸送管５の中央部に流れ方向
下方に傾斜する傾斜部を設けることでＢＭの滞留を防ぐ
ことが記載されている。

【００１８】上記公報記載の例では水平輸送管の傾斜分
の両端に水平部が設けられているものの、媒体輸送用の
供給調整空気は傾斜部上側のＢＭ下降管のみにしか設置
されていない。この場合、供給調整空気量が多く、傾斜
部下端側の水平輸送管にＢＭが堆積することなく押し流
されている状態であればよいが、負荷変化速度が小さく
ＢＭの輸送量を少量で調整したい場合、供給調整空気量
も少量となるので、傾斜下部水平輸送管でＢＭを押し流
す力がなく、ＢＭが堆積してしまうことが考えられる。
傾斜下部水平輸送管にＢＭが溜まると、やがて傾斜輸送
管にも粒子が堆積してしまうので、水平部全体に発生す
る輸送管内の差圧が大きくなり、ＢＭの輸送がますます
困難になってしまう。

【００１９】傾斜下部水平輸送管を無くし、傾斜のつい
たまま火炉に繋ぐことも考えられるが、これでは上記公
報中でも指摘されているように、ＢＭの流れが滑らかに
なりすぎＢＭ流量の微少な調整が非常に難しくなる。ま
た、火炉との接続部分の構造が複雑になるので製作上の
困難も生じる。

【００２０】従来技術の加圧流動層ボイラの火炉と層高
制御装置の他の例を図１９に示す。圧力容器１内に所定
の圧力下に保持されている火炉２と媒体容器３が収納さ
れ、媒体容器３の底部と火炉２の側面とを接続するＢＭ
１６を供給するＢＭ下降管４と水平輸送管５が設けられ
ている。

【００２１】火炉２からＢＭ１６を抜き出す場合には媒
体容器３に接続した排気管２５により媒体容器３を減圧
し、火炉２の側壁から媒体抜出管８でＢＭ１６を火炉２
から抜き出す。ここで媒体抜出管８で火炉２からＢＭ１
６を抜き出して火炉２の流動層層高を低下させる場合、
２つの制御事項が生じる。

【００２２】一つは火炉２の側壁の抜出管８との取り合
い位置以下のレベルのＢＭ１６は媒体容器３には抜き出
せないことである。他の一つはプラント負荷が一定運転
である場合に流動層層高を一定に保とうとして、火炉２
への燃料供給と燃焼排ガスのバランスが崩れ、常時ＢＭ
１６を抜き出しを必要とするような場合に経常的に媒体
容器３に抜き出すと媒体容器３が満杯となってしまい、
最終的には媒体抜出が困難になってしまうことである。

【００２３】このため、従来技術では火炉炉底排出管６
０を設け、上記のような場合でも円滑にＢＭ１６を抜き
出しができるようにしてある。火炉炉底排出管６０は高
温のＢＭ１６を火炉２から直接、抜き出して処理するこ
とから、抜き出したＢＭ１６は媒体ク−ラ６２で冷却さ
れ、逃し弁３４付きの灰処理用高圧タンク６４にいった
ん貯蔵され、灰処理用高圧タンク６４を高圧から常圧に
調整した後、系外に排出される。

【００２４】従来技術の加圧流動層ボイラのもう一つの
例を図２０に示す。図１９の従来技術と比べて、媒体容
器３か圧力容器１の外に設置されているのが特徴となっ
ている。媒体容器３の底部と火炉２の側面を接続する下
降管４と水平輸送管５が設けられている。火炉２からＢ
Ｍ１６を抜き出す場合には火炉炉底から媒体抜出管８で
圧力容器１外に取り出し、抜出管水平部９と戻し管１０
により媒体容器３に搬送する。その際に必要な媒体容器
３の減圧あるいは搬送空気の排出は排気管２５で行われ
る。

【００２５】本例においても、負荷一定運転の場合に火
炉２の流動層の層高を一定に保とうとして、火炉２への
燃料供給と燃焼排ガスのバランスが崩れ、常時、媒体抜
出を必要とするような場合には、図１９の例と同様に媒
体容器３が満杯となってしまい、最終的には媒体抜出が
困難になってしまう。このため、媒体炉底排出管６０で
高温の媒体を直接、抜き出し、媒体クーラ６２、灰処理
用高圧タンク６４を配備してＢＭ１６を冷却、常圧状態
にして系外に排出する。

【００２６】次に粉体の気流搬送装置として加圧流動層
ボイラの媒体粒子を例に説明する。図１８に示す従来技
術になる加圧流動層ボイラは火炉２内と媒体容器３の間
などでの粉体（ＢＭ）の空気搬送装置として機能する。
そしてこの場合の火炉２は粉体の貯蔵タンクとして機能
し、火炉２内の流動層はＢＭ１６が充填率ε≒０．５程
度で充填され、流動化されているが、加圧流動層ボイラ
の流動層の層高制御系、特に、その層高下げの場合の制
御方法を例として説明する。

【００２７】火炉２の炉底から下降管であるＢＭ抜出管
８、抜出管水平部９、および戻し管１０を通じてＢＭ１
６が抜き出されて媒体容器３に導入される。火炉２内の
流動層には図示しない伝熱管が浸漬されており、ＢＭ抜
き出し操作はボイラ負荷を低下するときに実施される。
すなわち、流動層の温度はエミッション制御の観点から
８６５℃前後に保持する必要があり、このためにはボイ
ラ負荷低下の際は燃料量、流動層の流動化空気量を下げ
るとともに流動層高を下げて水系への熱吸収を制御する
ことになる。

【００２８】図１８の中で、ＢＭ１６を抜き出すに際
し、抜出管８と抜出管水平部９の取合点の近傍にてＢＭ
輸送空気１４を、また水平管５と上昇管６の取合点１１
にて抜き出し調整空気１３を導入させる。

【００２９】図２１に、図１８のＢＭ抜き出し調整空気
１３，ＢＭ輸送空気１４の作用タイミングを媒体容器３
の後流のクーラー７０、サイクロン前遮断弁７１、サイ
クロン７２、減圧遮断弁７３などからなる差圧系の作
用、各種弁の開閉タイミングと共に説明する。

【００３０】流動層高の計測値（層高計測値）７７のト
レンドを決める層高設定値７８は、ボイラ負荷（図示せ
ず）の関数として与えられる。図２１に示す場合では時
刻Ｔ _１に負荷変化開始、Ｔ_２に負荷変化完了である。層
高計測値７７（Ｘ）を層高設定値（Ｘ_ｓｅｔ）７８と比
較して Ｘ＞Ｘ_ｓｅｔ の場合はＢＭ抜き出し調整空気（Ｇ_ｃｎｔ（ｔ））１３
が一定量だけ投入される。

【００３１】Ｇ_ｃｎｔ（ｔ）＝Ｇ^０ _ｃｎｔ 逆に Ｘ≦Ｘ_ｓｅｔ の場合は、ＢＭ抜き出し調整空気１３は吹き込まれず、 Ｇ_ｃｎｔ（ｔ）＝０ である。

【００３２】また、ＢＭ輸送空気（Ｇ_ｒｓｒ（ｔ））１
４は負荷変化中は一定量投入される。 Ｇ_ｒｓｒ（ｔ）＝Ｇ^０ _ｒｓｒ（Ｔ_１≦ｔ≦Ｔ_２） 負荷変化がない場合は Ｇ_ｒｓｒ（ｔ）＝０ である。

【００３３】遮断弁は２種設置されており、サイクロン
前遮断弁（Ｏ_２１（ｔ））７１は負荷変化中は開であ
り、

【数１】

【００３４】負荷が一定の場合は

【数２】 ここで、前記値１は弁は「開」、０は弁が「閉」である
ことを表すものとする。

【００３５】一方、差圧制御系では、火炉２の圧力Ｐ_Ｆ
と媒体容器３の圧力Ｐ_ＢＭＴＫの差圧が設定値に一致す
るよう制御され、ガスが火炉２から媒体容器３の側に流
れ、粉体を排出しやすくなるように制御される。

【００３６】すなわち、減圧遮断弁（Ｏ_２２（ｔ））７
３は、火炉２の圧力Ｐ_Ｆと媒体容器３の圧力Ｐ_ＢＭＴＫ
の差圧の計測値８０が設定値８１を下まわれば「開」、
越えれば「閉」となる。

【００３７】

【数３】

【００３８】

【数４】

【００３９】ここで（Ｐ_Ｆ−Ｐ_ＢＭＴＫ）は差圧計測値
８０、（Ｐ_Ｆ−Ｐ_ＢＭＴＫ）^ｓｅｔは差圧設定値８１で
ある。差圧設定値（Ｐ_Ｆ−Ｐ_ＢＭＴＫ）^ｓｅｔ８１は、
設計計画段階の検討をベースとして試運転での経験を通
じて設定されるが、いったん設定されると運転中は時間
変化しない一定値である。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】図１８に示す従来技術
では媒体容器３と火炉２との水平距離が長い場合でも途
中に傾斜管を設けることにより、ある量以上のＢＭ１６
の輸送は問題なく行うことはできたが、微少なＢＭ量の
調整を行いたい場合に、その調整範囲が狭く、微少な輸
送が困難であるという問題があった。

【００４１】加圧流動層ボイラにおいては火炉２内に保
有するＢＭ量によってプラントの負荷が決まってくるた
め、負荷変化時にプラントの負荷指令に応じて火炉２へ
のＢＭ１６の供給、あるいは火炉２からのＢＭ１６の抜
き出しが、必要量で行われなければ、負荷の変動が激し
くなりプラントの性能に大きく悪影響を及ぼすことにな
る。このため微少なＢＭ量でも調整可能でなければ加圧
流動層ボイラプラントの運転上問題となるのである。

【００４２】本発明の第１の課題は、上記のように媒体
容器と火炉との水平距離が長い場合においても、媒体容
器から火炉へのＢＭの輸送が、微少な輸送量でも調整可
能なようにし、要求された負荷変化速度に応じてプラン
トの負荷変化が可能とすることである。

【００４３】また、図１９、図２０に示す従来技術では
負荷一定運転の場合に火炉２の流動層の層高を一定に保
とうとして、火炉２への燃料供給と燃焼排ガスのバラン
スが崩れ、常時、媒体抜出を必要とするような場合に
は、媒体容器３が満杯となってしまい、最終的には媒体
抜出が困難になってしまうことがあった。

【００４４】そこで本発明の第２の課題は、火炉の流動
層の層高安定維持のために必要と考えられ、設置されて
いる火炉に直接取り付けられた媒体炉底排出管と、その
下降管より高温媒体を燃焼炉より系外に抜き出す高温灰
処理設備（図２０に示す媒体クーラ６２、灰処理用高圧
タンク６４および関連する配管、弁など）の設置を削除
し、システムの簡素化、経済化を図ることである。

【００４５】また、上記図１８と図２１に示す従来技術
では火炉２と媒体容器３との間の差圧設定値（Ｐ_Ｆ−Ｐ
_ＢＭＴＫ）^ｓｅｔ ８１は運転中一定である。そのた
め、ＢＭ１６の配管内流動状態が変化し、圧損バランス
が設計計画と違ってくると、ＢＭ１６が流動しないかま
たは流れ過ぎるとという問題が発生する。

【００４６】また、上記従来技術では、Ｘ（層高計測
値）≦Ｘ_ｓｅｔ（層高設定値）のときはＢＭ抜き出し調
整空気１３の吹き込み量（Ｇ_ｃｎｔ ^０）が一定値であ
る。この場合、水平又は水平に近い傾斜を持つＢＭ抜出
管水平部９でのＢＭ１６の流動状態によっては、以下に
示すように、負荷変化完了に近い時点においてＢＭ１６
が流れ過ぎ、流動層の層高が設定値より低くなったまま
負荷変化が完了する現象が発生する。

【００４７】すなわち、ＢＭ抜出管８内のＢＭ１６は充
填度合いが高く、ＢＭ１６が静定状態または活動状態の
いずれの状態にあっても、ガス相と粒子相のうちでガス
相の隙間が占める空隙率は小さく、約０．４６ないし
０．５程度である。

【００４８】一方、戻し管１０については、ＢＭ１６の
流動が静定状態では、ほぼ完全にガス相のみで空隙率は
殆ど１．０に近く、またＢＭ１６が流動している状態に
あっても空隙率は高く、ＢＭ１６が多いとしても０．８
程度までしか空隙率は低下しない。

【００４９】このような特性があるので、ＢＭ抜出管８
と戻し管１０については、各配管内でのＢＭ１６の流動
状態を予想することが容易である。しかし、水平又は水
平に近い傾斜を持つＢＭ抜出管水平部９内でのＢＭ１６
については、その輸送を開始する時点、すなわち初期の
静定状態は、それ以前に実施していたＢＭ輸送が終わっ
た時点での状態に応じて変化し、きわめて種々のＢＭ１
６の充填状態があり得る。ＢＭ抜出管８内と同様に、殆
ど隙間のないのような状態もあり得るが、別の場合に
は、戻し管１０内と同様に、殆どガスばかりで占められ
るような状態、さらにそれらの中間的状態もある。

【００５０】この中間的状態でもＢＭ１６の水平又は水
平に近い傾斜を持つ抜出管水平部９の底部への滞留状態
は、場合によってそれぞれ異なり、プラグ的な輸送履歴
があったとすると、ＢＭ抜出管８に近い入口近傍の場所
ではほぼ閉塞状態であっても、戻し管１０に近い出口近
傍の場所に移るにつれて閉塞様態が解放されて空隙率が
高くなる。

【００５１】さらに、前回のＢＭ輸送が希薄流輸送に近
い状態で輸送が終わっていたとすると、水平又は水平に
近い抜出管水平部９の底部の沈積滞留層は薄く、ガス相
が水平部９の全長に亘って続くという状態もあり得る。

【００５２】このような種々の初期充填状態に応じての
ＢＭ１６の流動性が違うのは明らかであり、ＢＭ１６の
流動状態が設計時点の予想と大きく異なることがあり得
る。

【００５３】図２２は従来技術になる粉体循環システム
において負荷変化完了時点にて層高が部分負荷での設定
値より低値の位置にて保持されてしまう事象を説明する
図である。

【００５４】図２２に示すようなことは、負荷変化完了
に近い時点でＢＭ１６がかなり薄い層として、高い空隙
率で水平又は水平に近い傾斜を持つ抜出管水平部９内を
流動しているような場合に発生する。抜出管水平部９の
中では、空隙率が高い状態では動摩擦係数がかなり小さ
くなっており、このため少量の抜き出し空気量を投入し
ても、抜き出し空気量に相応する以上の多量のＢＭ１６
が流れてしまう可能性がある。

【００５５】すなわち設計計画上の一定量の抜き出し調
整空気Ｇ_ｃｎｔ ^０１３を吹き込むとすれば、この時点で
の動摩擦係数が小さくなっていることからＢＭ１６は、
予想値より多く流れすぎる。ＢＭ１６が流れすぎると、
流動層の層高（層高計測値）７７は層高設定値７８から
大きく下回ってしまう。ボイラ負荷完了に近い時点Ｔ _２
において、このような現象が生じると、流動層の層高が
設定値より低めのままで負荷変化が完了することにな
り、所定の部分負荷での熱的特性、すなわち流動層中の
伝熱管による熱吸収量が所定値に達しないことになる。

【００５６】本発明の第３の課題は、流動媒体の種々の
流動状態に対して、流動層高を所定の層高設定値に適切
に保持し、層高が設定値より低く保持されてしまい熱的
バランス条件を崩すような状態を発生させないようにす
る粉体排出制御装置および当該制御装置を備えた流動層
燃焼ボイラを提供することである

【００５７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第１の課題
については次の構成（第１発明）により解決される。火
炉と媒体輸送管にて接続される媒体容器と、ＢＭを火炉
に供給するためのＢＭの供給手段と、火炉から抜き出す
ための抜き出し手段とを設けた加圧火炉において、前記
流動媒体の供給手段が、媒体容器に接続されたＢＭ下降
輸送管と下降輸送管に接続した適切な長さを持った水平
輸送管と、これにつながるＢＭの安息角以上の傾きを持
った傾斜輸送管、そして、火炉側部に接続した傾斜下部
水平輸送管とで構成され、ＢＭ下降輸送管には供給調整
空気を、傾斜輸送管および傾斜下部水平輸送管にはアシ
スト空気をそれぞれ独立させて注入するようにする。

【００５８】媒体容器から火炉へＢＭを供給する場合に
おいて、媒体容器と火炉の水平距離が長い場合でもＢＭ
輸送料の調整が可能な最低必要な水平輸送管長さを確保
した上で傾斜輸送管が設置されており、さらに水平輸送
管に繋がるＢＭ下降輸送管に供給調整空気が、傾斜輸送
管および傾斜下部水平輸送管にアシスト空気がそれぞれ
独立して注入することが出来るため、供給調整空気量を
適正に調整することにより、要求された負荷変化速度
（すなわちＢＭの輸送量）に応じたＢＭ流量の調整を行
うことが出来る。特に、水平距離が長い場合でも微少な
ＢＭ量を搬送できる。

【００５９】プラント負荷増加時に火炉にＢＭを供給す
る場合、図１０（ａ）に示すように傾斜輸送管全体にＢ
Ｍが詰まっていたとしても、傾斜輸送管には、図２に示
すように管７内にアシスト空気１２を流すためのアシス
ト空気ノズル２１が傾斜下部水平輸送管まで挿入されて
いるので、アシスト空気１２を流してやればＢＭの詰ま
った傾斜輸送管６上部よりも、流動化している火炉に近
い側の方が空気が流れやすくなる。

【００６０】このため微少なＢＭ輸送量を流したい場合
に、ＢＭ下降管に注入する供給調整空気が少ない場合に
おいても、アシスト空気１２を流すことで傾斜下部水平
輸送管１７から徐々にＢＭが火炉へ流れるようになり、
やがて傾斜管内全体のＢＭの堆積もなくなるので、ＢＭ
の流量調整が可能である（図１０（ｂ））。また、図１
０（ｃ）には上記図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示す場
合の配管内の圧力損失の大きさの比較をした図を示す。

【００６１】ＢＭ量の微少調整を行うには、供給調整空
気とともにアシスト空気を流した状態で供給調整空気量
の増減を行う。またＢＭの流れを止めたい場合には供給
調整空気とアシスト空気１２とを遮断すればよい。

【００６２】上記第２の課題は次の構成（第２発明）に
より達成される。すなわち、圧力容器と、圧力容器内に
収納される流動層燃焼炉と、負荷変化に対応して流動層
燃焼炉の流動層高を調整させるための媒体粒子を貯留し
た媒体容器と、該媒体容器から媒体粒子を流動層燃焼炉
に供給するための媒体粒子の供給手段と、流動層燃焼炉
から媒体容器に媒体粒子を抜きだすための媒体粒子の抜
き出し手段とを設けた加圧流動層燃焼装置において、前
記媒体粒子の抜き出し手段の媒体粒子の流路は、流動層
燃焼炉に接続した媒体粒子移動層下降管と媒体容器に媒
体を搬送する搬送管のみから構成され、該媒体粒子移動
層下降管に接続した媒体容器には大気と連通可能にした
媒体粒子排出管を設けた加圧流動層燃焼装置である。

【００６３】例えば、図１１を用いて流動層ボイラで説
明すると、火炉２の層高安定維持のために高温のＢＭ１
６を一定量、系外に抜くことが要求されるが、そのため
に、層高制御設備として設けられた媒体抜出管８と気流
搬送管である戻し管１０等を介して高温媒体を一旦、媒
体容器３に移動して後、媒体容器３より媒体容器底部排
出管３１，灰処理用高圧タンク２６を経て媒体サイロ２
７に搬送する。

【００６４】媒体容器底部排出管３１と灰処理用高圧タ
ンク２６は耐高温高圧機器であり、媒体容器３から灰処
理用高圧タンク２６までのＢＭ１６の搬送は運転中に媒
体容器底部排出管３１に設けられた弁３１ａを開くこと
により実施することができる。搬送終了後、弁３１ａが
閉じられ、灰処理用高圧タンク２６の圧力逃し弁３４が
解放され、また、タンク２６内で高温のＢＭ１６が冷却
された後、気流搬送管３２により媒体サイロ２７へ送ら
れ、他の未使用のＢＭ１６と同様に保管される。

【００６５】本発明によれば、火炉の層高安定維持のた
めに高温媒体を系外に抜き出すことを、火炉より直接行
うことをせずに、一旦、層高制御設備の下降管および気
流搬送管により媒体容器に移送して、そこから下降管、
高圧灰処理用タンクを経て媒体を系外に排出する。こう
することで図１９に示す従来技術で必要としていた火炉
より直接媒体を抜き出す媒体炉底排出管６０およびその
ＢＭ１６を冷却、常圧状態にして系外に排出するための
媒体クーラ６２などの設置を不要とすることができる。

【００６６】ここで、媒体容器に一旦、ＢＭを戻して
後、灰処理用高圧タンクにＢＭを搬送するのは下記の効
果がある。 １）火炉から直接ＢＭを抜き出す場合には、火炉の層高
を維持する目的があることから、常時、稼働することを
基本とし、また抜き出しを行っていないときでも待機状
態を保持しなければならない。一方、媒体容器から抜き
出す場合には、媒体容器の容量が十分あることから、適
宜、状況に応じて抜き出しを実施することが可能とな
る。

【００６７】２）媒体容器が大容量であり、ある程度の
期間、高温ＢＭを保持する能力があることから、灰処理
用高温タンクへ搬送する前に高温ＢＭの温度を低下し
て、その上でタンクに搬送することができる。例えば、
火炉内の高温ＢＭの温度は８５０℃の高温であるが、火
炉から直接ＢＭを抜き出す場合、媒体クーラで４００℃
以下に冷却して炭素鋼あるいは低合金鋼の灰処理用高圧
タンクに排出する。一方、媒体容器から抜き出す場合に
は、８５０℃の高温ＢＭは６００℃以下に媒体容器内で
温度低下した後、抜き出せるので、灰処理用高圧タンク
はステンレス鋼製で製作して媒体クーラの設置を省略す
ることができる。タンクの材質のコストが上昇しても、
媒体クーラ機器全体を省略する経済的効果の方がより大
きい。

【００６８】３）火炉から直接ＢＭを抜き出す場合は層
高の安定維持の要求により抜き出すために、その抜き出
したＢＭは一旦系外に出されることになる。一方、媒体
容器に搬送した後、抜き出す方法を採れば、媒体容器が
大容量であるため、すぐに灰処理高圧タンクから系外に
抜き出す必要は無くなる。つまり、層高の安定維持の要
求に直接的に影響されることなく、ＢＭを系外に出すこ
と無しに継続的に運転可能であり、例えば媒体容器が満
杯に近くなるような時点で系外にＢＭを抜き出せばよ
い。このことにより、層高安定維持調整の時に時間的な
余裕ができ、その結果、系外にＢＭを抜き出す量、およ
び回数を減少することができ、運転、制御の裕度が向上
する。

【００６９】本発明の上記第３の課題を解決するために
は、粉体を貯留する第１貯留部と、該第１貯留部の粉体
を排出する排出流路を設けた粉体排出手段と、該粉体排
出手段で排出された粉体を貯留する第２貯留部と、該第
２貯留部に貯留された粉体を前記第１貯留部に供給する
粉体供給手段と、前記第１貯留部と第２貯留部との差圧
を計測し、予め設定された差圧設定値と比較し、差圧計
測値が前記差圧設定値を超えると前記第２貯留部に接続
する圧力開放手段を開放する差圧制御手段と、前記第１
貯留部に負荷される所定負荷に応じて第１貯留部の粉体
を排出する前記粉体排出手段の、少なくとも水平または
水平に近い傾斜を有する排出流路の所定区間の粉体入口
部近傍と粉体出口部近傍に気流を吹き込んで前記第１貯
留部の粉体を排出するための気流搬送制御をする粉体排
出制御手段を有する粉体排出制御装置において、前記粉
体排出手段内部の前記水平または水平に近い傾斜を有す
る排出流路内の粉体の流動状態に応じて、前記粉体入口
近傍への粉体搬送用の気流吹き込み量を設定する粉体搬
送用の気流吹き込み量制御手段を備えた粉体排出制御装
置を設ける。

【００７０】この発明（第３発明）を加圧流動層ボイラ
を例として説明すると、上記粉体排出制御装置における
粉体が流動媒体であり、第１貯留部が流動媒体が流動す
る火炉であり、第２貯留部が該火炉が媒体粒子を排出
し、あるいは戻す流路を備えた媒体容器に相当する。

【００７１】また、上記発明の所定の計測値としてはＢ
Ｍ抜出管の圧力損失値、また火炉流動層の層高の時間的
変化率を使い、水平又は水平に近い傾斜を持つ流路であ
るＢＭ抜出管水平部内の全空気流量を予測計算する。

【００７２】ＢＭ抜出管の圧力損失値また火炉流動層の
層高の時間的変化率は、加圧流動層ボイラの粉体の気流
搬送用の流路であるＢＭ抜出管とＢＭ戻し管に空気がど
れだけ流れているか、またはＢＭ抜出管水平部でどの程
度流動の滞留があるかなどの状態量と相関があるので、
例えば、媒体粒子の流動に対する抵抗値、すなわち動摩
擦係数の実効的値として該媒体流路である前記ＢＭ抜出
管水平部の流動状態を定量化できる。

【００７３】媒体粒子が水平又は水平に近い傾斜を持つ
流路内を流動する場合、希薄層の時もあれば殆どプラグ
フロ−的に流路断面に亘って媒体粒子が覆い尽くしてい
るときもあり、その流動状態はきわめて多様である。こ
れを、前記流路の実効的内径値で代表的に表現し、フル
ード数への変換を通じて、動摩擦係数の実効的値という
一つのパラメータによって代表させる。

【００７４】こうして、前記流路の流動状態という多岐
にわたりかつ定性的な物理現象を、吹き込み空気量を制
御する際の定量的指標として使用することができるよう
になる。この動摩擦係数実効値に応じた媒体粒子抜き出
し制御空気量を与えるのであれば、媒体粒子が前記流路
内で薄い層となっている場合であれば、該制御空気量も
低めに設定され、これにより、負荷変化完了時点には確
実に流動層の層高を設定値に保持できているという制御
が可能となる。

【００７５】上記第３発明を加圧流動層ボイラの流動層
高調整設備に適用した場合を例として、はじめに（１）
水平又は水平に近い傾斜を持つ流路（ＢＭ抜出管水平
部）内でのガスおよび粉体の運動の物理式を説明し、そ
れを基礎として、

【００７６】（２）前記流路の全空気量の計測値を適用
した推算方法を示す。ここで計測値としてはＢＭ抜出管
圧力損失値、また流動層の層高の時間的変化率を使う。
次に、（３）全空気量に応じた、粉体の前記流路内での
流動状態の定量化を行う。

【００７７】これは空気がどれだけ流れているかという
ことと前記流路底部でどの程度媒体粒子の滞留があるか
ということとの相関を利用するものであり、例えば、媒
体粒子の流動に対する抵抗、すなわち動摩擦係数の実効
的値として前記流路の流動状態を定量化できるというも
のである。さらに、（４）媒体粒子の流動状態に応じた
媒体粒子の抜き出し用の搬送空気量の設定を説明する。

【００７８】（１）水平又は水平に近い傾斜を持つ流路
（以下、配管と言うことがある）内でのガスおよび粉体
の運動の物理式 記号の説明： Ａ：配管の内径ベースの断面積［ｍ^２］ ａ：定数［１／（ｍ^３／ｓ）］ ｂ：定数［−］ Ｄ：水平に近い傾斜を持つ配管の流路内径［ｍ］ ｄＸ_Ｌ／ｄｔ：流動層高の時間変化率［ｍ／ｓ］ ｄ／ｄＸ_Ｌ：流動層高Ｘ_Ｌによる微分［１／ｍ］ Ｆ：単位体積当たりに働く力［Ｎ／ｍ^３］ Ｆｒ：フルード数［−］（Ｆｒ＝Ｖ_ｓ／ｓｑｒｔ（ｇ・
Ｄ）） ｆ_０：定数［−］ ｆｕｎｃ：一般的な関数を示す Ｇ_ｃｎｔ：吹き込み空気（ＢＭ抜き出し空気）量［ｍ^３
／ｓ］ ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ^２］ Ｋ：動摩擦係数［ｌ／ｓ］ Ｐ：圧力［Ｐａ］ Ｐ：定数［（ｋｇ／ｓ）／（ｌ／ｓ）］ ｑ：定数［ｋｇ／ｓ］ ｕ：ガス流速（真速度）［ｍ／ｓ］ Ｖ：火炉流動層の特定流動層高までの体積(伝熱管の占
める領域を除く)[ｍ^３] ｖ：粉体流速［ｍ／ｓ］ ｔ：時間パラメータ［ｓ］ Ｘ_Ｌ：流動層高［ｍ］ ｘ：水平に近い傾斜を持つ配管の管軸方向の位置座標パ
ラメータ［ｍ］ ｙ：定数［（ｍ^３／ｓ）／（ｌ／ｓ）］ ｚ：定数［ｍ^３／ｓ］

【００７９】ギリシャ文字 β_Ａ：ｄｒａｇ力の関数［（Ｎ／ｍ^３）／（ｍ／ｓ）］ ε：体積分率［−］ μ：摩擦係数［−］ ρ：密度［ｋｇ／ｍ^３］ σ：粉体層の内部応力［Ｐａ］ θ：水平移管の水平方向からの傾斜角［ｒａｄ］ ∂／∂ｘ：パラメータｘについての偏微分［ｌ／ｍ］ ∂／∂ｔ：パラメータｔについての偏微分［ｌ／ｓ］

【００８０】下添え字 Ｄ：動的 Ｆ：流動層火炉 ｇ：ガス ｓ：粉体 上添え字 ＤＣ：下降管 ｅｆｆ：実効的な量 Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ：流動化状態 ＬＶ：水平に近い傾斜を持つ配管 記号 ＊：計測値 ＃：推算値

【００８１】ガスおよび粉体運動の物理モデル 水平又は水平に近い傾斜を持つ配管内のガスおよび粉体
の流動は、以下の１次元運動量バランスで表現できる。

【００８２】ａ．ガスの運動量バランス式 ∂/∂ｔ(ρ_ｇ・ε_ｇ・ｕ_ｇ)＝−∂/∂ｘ(ρ_ｇ・ε_ｇ・ｕ_ｇ・
ｕ_ｇ)＋Ｆ_ｇ(ｕ_ｇ，ｖ _ｓ) ｂ．粉体の運動量バランス式 ∂/∂ｔ(ρ_ｓ・ε_ｓ・ｖ_ｓ)＝−∂/∂ｘ(ρ_ｓ・ε_ｓ・ｖ_ｓ・
ｖ_ｓ)＋Ｆ_ｓ(ｕ_ｇ，ｖ _ｓ) である。

【００８３】ここで、輸送空気に作用する力は、 Ｆ_ｇ(ｕ_ｇ，ｖ_ｓ)＝β_Ａ(ｕ_ｇ，ｖ_ｓ）・（ｖ_ｇ−ｕ_ｇ)
−ε_ｇ・∂Ｐ/∂ｘ であり、 β_Ａ（ｕ_ｇ，ｖ_ｓ）・（ｖ_ｓ−ｕ_ｇ）：輸送空気によ
る流体力（「ｄｒａｇ」力）の反作用力、 −εｇ・∂Ｐ／∂ｘ：輸送空気の圧損、 また、粉体に作用する力は、粉体が流動している（ｖｓ
≠０）限りにおいて、 Ｆ_ｇ(ｕ_ｇ，ｖ_ｓ)＝−∂σ/∂ｘ＋ρ_ｓ・ε_ｓ・ｇ・ｓｉｎ
θ＋β_Ａ（ｕ_ｇ，ｖ_ｓ）・（ｖ_ｇ−ｖ_ｓ)−ε_ｇ・∂Ｐ/
∂ｘ−μ_Ｄ・ρ_ｓ・ε_ｓ・ｇ であり、各項は、をれぞれ次の意味を持つ；

【００８４】−∂σ／∂ｘ：粉体同士の接触による
力、 ρ_ｓ・ε_ｓ・ｇ・ｓｉｎθ：粉体の自重 β_Ａ（ｕ_ｇ，v_ｓ）・（ｕ_ｇ−ｖ_ｓ）：輸送空気によ
る流体力（「drag」力） −ε_ｓ・∂Ｐ／∂ｘ：輸送空気の圧力損失分布に起因
する力 −μ_Ｄ・ρ_ｓ・ε_ｓ・ｇ：配管の管壁からの摩擦力 である。

【００８５】ｃ．動摩擦係数の算定 上記ｂ．の粉体の運動量バランスにおける、前記動摩
擦力に現れる動く摩擦係数μ_Ｄはフルード数 Ｆ_ｒ ^ｅｆｆ＝ｖ_ｓ／ｓｑｒｔ（ｇ・Ｄ^ｅｆｆ） を用いて、 μ_Ｄ ^ｅｆｆ＝ｆ_０・Ｆ_ｒ ^ｅｆｆ である。このμ_Ｄ ^ｅｆｆを配管の動摩擦係数とよぶこと
にすると、この動摩擦係数を決める実効的配管内径Ｄ
^ｅｆｆは水平又は水平に近い傾斜を持つ配管を通る全空
気量Ｑ_ｔｏｔと次の関係にある； Ｄ^ｅｆｆ／Ｄ^ＬＶ＝ａ・Ｑ_ｔｏｔ・ｂ

【００８６】（２）前記配管の全空気量の計測値を適用
した推算方法 ＢＭ抜出管８の粉体速度の推算 流動層の層高の時間変化速度（ｄＸ_Ｌ／ｄｔ）＊を用い
て、ＢＭ抜出管８の粉体流速Ｖ_Ｓ ^ＤＣを推定できる。

【００８７】流動層から排出される粉体の量は ρ_ｓ・ε_ｓ ^{Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ}・ｄＶ_Ｆ（Ｘ_Ｌ）/ｄｔ
［ｋｇ/ｓ］ であり、これがＢＭ抜出管８を通じて排出される量 ρ_ｓ・ε_ｓ ^ＤＣ・Ａ^ＤＣ・ｖ_ｓ ^ＤＣ ［ｋｇ/ｓ］ に等しいから、 ｖ_ｓ ^ＤＣ＝ρ_ｓ・ε_ｓ ^{Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ}・(ｄＶ
_Ｆ（Ｘ_Ｌ）/ｄｔ）/（ρ_ｓ・ε_ｓ ^ＤＣ・Ａ^ＤＣ） である。ここで、流動層の体積の時間変化率を変換する
と、 ｄＶ_Ｆ（Ｘ_Ｌ）/ｄｔ＝ｄＶ_Ｆ（Ｘ_Ｌ）/ｄＸ_Ｌ・（ｄＸ
_Ｌ/ｄｔ）＊ であり、右辺のｄＶ_Ｆ（Ｘ_Ｌ）/ｄＸ_Ｌは火炉２の流動
層の幾何的条件から予め分かる。従って、 ｖ_ｓ ^ＤＣ＝ρ_ｓ・ε_ｓ ^{Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ}・ｄＶ_Ｆ（Ｘ
_Ｌ）/ｄＸ_Ｌ）・（ｄＸ_Ｌ/ｄｔ）＊/（ρ_ｓ・ε_ｓ ^ＤＣ
・Ａ^ＤＣ） と、右辺の知られた量のみを用いて粉体のＢＭ抜出管８
における流速ｖ_ｓ ^ＤＣが得られる。

【００８８】ＢＭ抜出管８内の空気流量Ｇ_ｇ ^ＤＣの推
算 ＢＭ抜出管８の差圧計測値ΔＰ^ＤＣ＊を用いて、ＢＭ抜
出管８ガス流速ｕ_ｇ ^{Ｄ Ｃ}、従って、ＢＭ抜出管８を通る
ガス流量Ｇ_ｇ ^ＤＣを計算できる。

【００８９】ＢＭ抜出管８の差圧はｄｒａｇ力起因がほ
ぼ全体を占める（壁摩擦は相対的に無視できる大きさ）
ので、 ΔＰ^ＤＣ＊＝β_Ａ（ｕ_ｇ ^ＤＣ，v_ｓ ^ＤＣ）・（ｕ_ｇ ^ＤＣ
−ｖ_ｓ ^ＤＣ） となり、（１）で得られたｖ_ｓ ^ＤＣを代入してＢＭ抜出
管８を通るガス流速ｕ_ｇ ^ＤＣを逆算する。

【００９０】これから、ＢＭ抜出管８ガス流量Ｇ_ｇ ^ＤＣ
は Ｇ_ｇ ^ＤＣ＝ε_ｇ ^ＤＣ・β_ｇ ^ＤＣ・ｕ_ｇ ^ＤＣ と計算できる。

【００９１】水平管空気流量Ｇ_ｇ ^ＬＶおよび体積流量
Ｑ_ｇ ^ＬＶの計算 水平管入口には制御空気量Ｇ_ｃｎｔが吹き込まれるの
で、これを（２）で計算のＧ_ｇ ^ＤＣに加算すれば水平管
空気流量Ｇ_ｇ ^ＬＶを得る； Ｇ_ｇ ^ＬＶ＝Ｇ_ｇ ^ＤＣ＋Ｇ_ｃｎｔ これを、ガス密度で補正すれば体積流量Ｑ_ｇ ^ＬＶを得る
ことができる。 Ｑ_ｇ ^ＬＶ＝Ｇ_ｇ ^ＬＶ／ρ_ｇ ^ＬＶ

【００９２】（３）全空気量に応じた、粉体の該配管内
での流動状態の定量化 全空気量に応じて、実効的配管内径Ｄ^ｅｆｆを、またこ
れにより動摩擦係数値Ｋを見積もることができる。

【００９３】実効的配管内径Ｄ^ｅｆｆの計算 上記（２）で得た全空気流量Ｑ_ｇ ^ＬＶを適用して Ｄ^ｅｆｆ＃＝Ｄ^ＬＶ・（ａ・Ｑ_ｇ ^ＬＶ＋ｂ） 動摩擦係数Ｋの計算 μ_Ｄ＃＝ｆ_０・Ｆｒ^ｅｆｆ＊ 以上の手法により、動摩擦係数Ｋの実効的値μ_Ｄ＃とし
て該配管部の流動状態を定量化できたことになる。

【００９４】媒体粒子などの粉体が水平又は水平に近い
傾斜を持つ配管内を流動する場合、希薄層である場合の
ときもあれば、殆どプラグフロー的に管断面に亘って媒
体粒子が覆い尽くしているときもあり、その流動状態は
きわめて多様である。これを、該配管の実効的内径値で
代表的に表現し、フルード数への変換を通じて、動摩擦
係数の実効的値という一つのパラメータによって代表さ
せたものである。

【００９５】そのため、次の（４）で示すように、該配
管の流動状態という多岐にわたりかつ定性的な物理現象
を、吹き込み空気量を制御する際の定量的指標として使
用することができるようになる。

【００９６】（４）流動状態に応じた媒体粒子抜き出し
空気量の設定、 以上で、水平に近い傾斜を持つ配管内での粉体の流動状
態が、実効値である動摩擦係数μ_Ｄ＃の形で定量化でき
たので、これに応じて Ｇ_ｃｎｔ＝ｐ・μ_Ｄ＃＋ｑ として、ＢＭ抜き出し調整空気量Ｇ_ｃｎｔを設定するこ
とができる。

【００９７】以上の本発明（第３発明）は空気搬送の制
御に関するものであり、特に好適な簡易計算モデルを有
する空気搬送装置の制御に関する。具体例として流動層
ボイラにおける本発明の空気搬送装置の適用例を述べて
いるが、これは説明の一例としてであって、本発明の利
用分野は流動層ボイラのみに限定されるものではない

【００９８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面と共に
説明する。図１は本発明（第１発明）の実施の形態の加
圧流動層ボイラの概略図である。圧力容器１内に火炉２
が収納されており、圧力容器１の外部に媒体容器３が設
置されている。ボイラプラント負荷降下時に火炉２内の
ＢＭ１６を媒体容器３へ抜き出すために、火炉２の底部
に抜出管８と抜出管水平部９と気流搬送用の戻し管１０
が設けられている。抜出管８にはＢＭ量を調整するため
の抜出調整空気１３を注入する座が抜出管８の垂直部に
設けられている。ＢＭ１６は抜出管８を下降し、空気源
１５から抜出調整空気１３によって水平部９を通り、戻
し管１０下部に到る。戻し管１０には下端から媒体輸送
空気１４が注入され、媒体容器３まで気流搬送される。

【００９９】また負荷上昇時に媒体容器３内のＢＭ１６
を火炉２へ供給するために、媒体容器３の底部と火炉２
の側面とを接続するＢＭ下降管４と水平輸送管５が設け
られ、ＢＭ下降管４にはＢＭ量を調整しながら輸送する
ための供給調整空気１１の一部１２を注入する座が設け
られている。水平輸送管５の長さはＢＭ流量の調整を行
うため口径の１０倍程度の長さとし、火炉２までの距離
が口径の１０倍以上である場合は図１に示すようにＢＭ
１６の安息角以上の角度を設けた傾斜輸送管６を設け
る。

【０１００】傾斜輸送管６下端の火炉２との接続部分は
傾斜のままではなく傾斜下部水平輸送管７を設ける。傾
斜輸送管６には、図２（ａ）の断面図と図２（ａ）のＡ
−Ａ線断面図である図２（ｂ）に示すように管内にアシ
スト空気１２を流すためのアシスト空気ノズル２１が挿
入されている。このアシスト空気ノズル２１は傾斜下部
水平輸送管７まで挿入されている。

【０１０１】図９に示す傾斜輸送管６と傾斜下部水平輸
送管７にＢＭ１６が詰まった状態からＢＭ１６を火炉２
へ流そうとするときには、供給調整空気１１と同時にア
シスト空気１２を流すようにする。そうすればＢＭ１６
の詰まった傾斜輸送管６の上部より、流動化している火
炉２に近い側の方がアシスト空気１２が流れやすくなる
ので、アシスト空気１２により傾斜下部水平輸送管７か
ら徐々にＢＭ１６が火炉２へ流れるようになり、図８に
示すようにやがて傾斜管６の内部全体のＢＭ１６の堆積
もなくなる。

【０１０２】このとき図示はしていないが、供給調整空
気１１とアシスト空気１２の供給路にはそれぞれ空気注
入量調整手段が設けられ、該空気注入量調整手段の調整
量を負荷信号に応じて制御する制御装置も設けられてい
る。

【０１０３】この結果水平輸送管５、傾斜輸送管６、傾
斜下部水平輸送管７を含めた水平部分全体の圧力損失が
少なくなり、必要とするＢＭ流量の調整が行え、プラン
ト全体の制御から要求される負荷変化速度に応じた流動
層高の変化が行えるようになる。

【０１０４】図６、図７により本発明の効果を説明す
る。図６（ａ）に示した適切な水平輸送管５の長さで発
生する輸送管内圧力損失△Ｐ_１に対し、図７では傾斜輸
送管６とアシスト空気１２を注入する構成としたことで
全圧力損失を、 △Ｐ_１≒△Ｐ_３＋△Ｐ_４＋△Ｐ_５ とすることができ、水平輸送管５の長さが適切な場合と
同等の媒体輸送量の調整を行うことができる。

【０１０５】なお、△Ｐ_３、△Ｐ_４、△Ｐ_５はそれぞれ傾
斜下部水平輸送管７、傾斜輸送管６、水平輸送管５の両
端間の差圧である。

【０１０６】また、図７で供給調整空気１１、アシスト
空気１２が停止した状態では、傾斜下部水平輸送管７と
傾斜輸送管６にＢＭ１６が堆積するので、それぞれ差圧
△Ｐ３、△Ｐ４が発生し、 △Ｐ１＜△Ｐ３＋△Ｐ４＋△Ｐ５ となり、ＢＭ１６は火炉２に供給されることはない。

【０１０７】よってＢＭ量の微少調整を行うには、供給
調整空気とともにアシスト空気を流した状態で供給調整
空気量を増減すればよく、ＢＭ１６の流れを止めたい場
合には両空気を遮断すれば直ちに停止することができ
る。

【０１０８】本発明は図３、図４に示す加圧型流動層ボ
イラ流動層ボイラにも適用できる。本発明（第２発明）
の実施の形態を図１１に示す。なお、図１９、図２０に
示す従来例と同様の構成部材には同符号を付し、説明を
省略する。

【０１０９】圧力容器１内の火炉２からＢＭ１６を抜き
出す場合には、火炉炉底から媒体抜出管８で圧力容器１
外に取り出し、戻し管１０により媒体容器３にＢＭ１６
を搬送する。その際、必要な媒体容器３の減圧あるいは
搬送空気の排出は排気管２５で行われる。

【０１１０】ここで媒体容器３の下部には媒体容器底部
灰排出管３１が設置され、底部排出管３１の弁３１ａを
開くことにより媒体容器３から灰処理用高圧タンク２６
へＢＭ１６を自然落下により搬送する。底部排出管３１
は媒体容器３に取り付けても良いし、図１に示すように
媒体供給管４から分岐する形で取り付けてもよい。

【０１１１】灰処理用高圧タンク２６は媒体容器３から
ＢＭ１６を搬送する際は高圧になるが、搬送が終了し、
底部排出管３１の弁３１ａが閉じられると逃し弁３４が
開放され、タンク２６は常圧となる。タンク２６内の高
温ＢＭはタンク２６内で自然放冷または空気あるいは冷
却水による強制冷却により、後流の媒体サイロ２７に搬
送可能な温度となるまで冷却される。

【０１１２】冷却されたＢＭ１６は気流搬送管３２の弁
３２ａを開放し、気流搬送により媒体サイロ２７に搬送
される。搬送されたＢＭ１６はその他の未使用のＢＭ１
６と共に媒体サイロ２７で保管され、必要に応じて媒体
容器３の上に設置されている媒体補充ホッパ３３に気流
搬送管３０で搬送される。

【０１１３】通常安定運転時で予想される運転制御の方
法と本考案での設備の運用方法を以下に述べる。一定負
荷で運用する場合でも必要な燃料供給量が供給され、Ｂ
Ｍ中の比較的細かな粒子部分や火炉２で細流化した部分
が燃焼排ガス中に飛散して排出される。この供給と飛散
のバランスを保つために燃料に媒体成分（石灰石）を混
ぜて運転中に層高を一定に保つように調整するが、実際
には正確にバランスを保ち、層高を安定一定に保つのは
諸特性の変動も多く困難である。

【０１１４】また、燃料に適量の石灰石を入れるにして
も大元の燃料供給設備で燃料成分を配合してから、その
燃料が火炉２に入るまでにかなりの時間が経過するため
応答が遅く、燃料成分調整のみで層高を安定させるのは
困難である。

【０１１５】そこで層高を安定にさせるための調整方法
としては、燃料成分調整としては層高がわずかに上昇す
るように設定し、適宜、ＢＭ１６の適量を火炉２より抜
き出す方法を採る必要がある。従って、安定運転中に火
炉２より抜き出す量は、前記調整後の量ということで原
則として負荷変化時に層高変化のために抜き出すＢＭ量
と比較すれば微量であることは前提となっている。

【０１１６】このように火炉流動層の層高安定維持のた
めに必要な高温媒体の系外への抜き出しは媒体容器３に
設けられた排出管３１より灰処理用高圧タンク２６へ搬
出され、このタンク２６内で常圧として一定温度以下に
冷却された後、常温常圧の灰処理設備へと搬出される。

【０１１７】しかし、図１１に示す装置によれば、安定
運転中での必要なＢＭ抜き出しは媒体抜出管８、高温気
流搬送用の戻し管１０を経て媒体容器３への経路で実施
される。ここで、火炉２から抜き出す高温ＢＭ１６の温
度は約８５０℃であるが、微量であることを前提として
通常低温で保持されている媒体容器３の熱容量を考えれ
ば、６００℃以下に温度が下がるのにはほとんど時間は
かからない。

【０１１８】媒体容器３から灰処理用高圧タンク２６へ
ＢＭ１６を搬送するのは必要に応じて、適宜、実施すれ
ばよいが、媒体容器底部排出管３１と灰処理用高圧タン
ク２６は、例えばステンレス鋼製とし、設計耐熱温度を
６００℃としておけば、適宜、ＢＭ１６の搬送に温度の
制約を受けることは無い。

【０１１９】また、灰処理用高圧タンク２６から媒体サ
イロ２７まで抜き出したＢＭ１６を搬送する場合は、Ｂ
Ｍ１６は常温近くまで冷却されていることが好ましい
が、これも灰処理用高圧タンク２６で保持されている間
に必要な温度まで冷却することが可能である。このこと
はいずれも安定層高維持のために抜き出すＢＭ量が調整
後の微量なものであることが前提となっているもので、
頻繁に多量のＢＭ１６を抜き出すようでは本発明の特徴
を生かすことはできない。

【０１２０】しかし、安定運転時の必要ＢＭ抜き出し量
の予測ができ、実際に予測の範囲内で稼働すれば、各機
器は適切に設計し、設置することができ有効に作動す
る。なお、本発明の中で媒体容器３は圧力容器１の外に
位置しているが、圧力容器１の外に位置していた方が、
ＢＭ１６の冷却条件は緩和され圧力容器１の中に媒体容
器３を設置することも可能である。

【０１２１】また火炉２からのＢＭ抜き出し用の抜出管
８は炉底に設けることは必須である。なぜならば、図１
９の媒体抜出管８のように火炉２の側部から抜き出す
と、その抜き出し位置以下のレベルのＢＭ抜き出しのた
めには他の抜出管を追加設置せざるを得なくなるからで
ある。

【０１２２】以下、本発明（第３発明）の粉体排出制御
装置およびこれを備えた加圧流動層ボイラの実施の形態
について、図面と共に詳細に説明する。図１２は粉体排
出制御装置を備えた流動層ボイラの系統図である。圧力
容器１内部にはＢＭ１６と石炭等燃料と石灰席などを流
動状態にした流動層が設けられ、該流動層内には伝熱管
４１が埋設されている。火炉２内の流動層からＢＭ１６
が排出され媒体容器３に輸送される。

【０１２３】火炉２内の流動層高Ｈの時間変化率と、Ｂ
Ｍ抜出管８の差圧ΔＰ^ＤＣ＊の計測値が火炉２からのＢ
Ｍ１６抜き出し空気吹込量設定器４０に入力される。抜
き出し用の吹込量設定器４０では、次の手順で、水平又
は水平に近い傾斜を持つ抜出管水平部９内での流動状態
を判定・定量化し、その上で抜き出し用の空気の吹込量
が設定される。

【０１２４】流動層高Ｌの時間的変化率（ｄＸ_Ｌ／ｄ
ｔ）＊を使った抜出管８内の粉体流速Ｖ_ｓ ^ＤＣの推算、 抜出管８内の粉体流速Ｖ_ｓ ^ＤＣと抜出管８圧損ΔＰ
^ＤＣ＊を使った抜出管８空気流量Ｇ_ｇ ^ＤＣの推算 抜出管８内の空気流量Ｇ_ｇ ^ＤＣと現時点の抜き出し
空気量Ｇ_ｃｎｔから全空気量Ｑ_ｇ ^ＬＶの算出 相関カーブから、水平に近い傾斜を持つ抜出管水平部
９の実効的配管内径Ｄ^{ｅ ｆｆ}を計算、 実効的内径Ｄ^ｅｆｆを用いて動摩擦係数μ_Ｄの計算。 相関カーブによる抜き出し空気量Ｇ_ｃｎｔの計算、の
以上である。このうち、第４段階の相関カーブを図１３
に、第６段階での相関カーブを図１４にそれぞれ示す
が、本例の場合にあっては、相関カーブは直線である。

【０１２５】図１５は、本発明に係わる粉体排出制御装
置の機能を示すものであり、層高設定値７８と層高計測
値７７の大小関係に対する媒体粒子抜き出し調整空気１
３の時間的動きを説明する線図である。流動層高Ｈの計
測値である層高計測値７７のトレンドを決める層高設定
値７８は、ボイラ負荷（図示せず）の関数として与えら
れる。図示の場合では、時刻Ｔ _１に負荷変化開始、Ｔ_２
に負荷変化完了である。層高計測値７７を層高設定値７
８と比較して、 Ｘ_Ｌ＊＞Ｘ_Ｌ ^ｓｅｔ の場合は、媒体粒子抜出し調整空気１３が吹き込まれ、 Ｇ_ｃｎｔ（ｔ）＝Ｃ_ｃｎｔ となり、逆に、 Ｘ_Ｌ＊≦Ｘ_Ｌ ^ｓｅｔ の場合は、流動体抜き出し空気１３は吹き込まれず、 Ｇ_ｃｎｔ（ｔ）＝０ である。ここで上記Ｇ_ｃｎｔ（ｔ）＝Ｃ_ｃｎｔのＣ
_ｃｎｔは、全空気量から算定した管径比Ｄ^ｅｆｆ／Ｄ
^ＬＶ（図１３（ａ）の管径比８３）により決定した動摩
擦係数μ_Ｄ ^ｅｆｆの大小に応じて決まる。図１５に示す
場合では、負荷変化完了時点Ｔ_２に近づくにつれ、全空
気量８４が大で管径比８３も大、従って動摩擦係数８５
が小、すなわち水平に近い傾斜を持つ抜出管水平部９内
でＢＭ１６が流動しやすい状態となっている。

【０１２６】このため、抜き出し調整空気１３の流量が
小さめに設定されるものとなり、層高Ｌは急低下せず設
定値７８に追従し、負荷変化完了時点Ｔ_２以降は、部分
負荷に応じた層高Ｈに保持され、それ以下の層高Ｈであ
って熱バランスを崩すようなものにはなっていない。

【０１２７】このように上記実施の形態によれば、ＢＭ
１６の流動状態が設計計画段階では予想できないような
ものとなっていても、ＢＭ抜き出し調整用の空気１３の
吹き込み量を適切な値に時々刻々設定し直すので、流動
層高設定値により速やかに追従する流動層高トレンドを
得る。特に負荷変化完了近くの時点においても、流動状
態に適応した吹き込み量を与えるので、流動層高が設定
値より下がりすぎた点で保持されるということはなくな
る。

【０１２８】また、これにより、負荷変化時のボイラ上
記温度、流動層温度の変動を制御して再熱スプレ等によ
る効率低下要因を避けることができ、ボイラ効率を保持
でき、特に負荷変化完了にて流動層高を設定値に保持で
きるので熱バランスを崩すことがない、との効果があ
る。

【０１２９】また、上記粉体排出制御装置によれば、粉
体の種々の充填状態を配管の動摩擦係数の実効的値とし
て定量化する。粉体が水平又は水平に近い傾斜を持つ配
管内を流動する場合、希薄層のときもあれば殆どプラグ
フロ−的に管断面に亘って粉体が覆い尽くしているとき
もあり、その流動状態はきわめて多様である。

【０１３０】これを、該配管の実効的内径値で代表的に
表現し、フルード数への変換を通じて、動摩擦係数の実
効的値という一つのパラメータによって代表させたの
で、該配管の流動状態という多岐にわたりかつ定性的な
物理現象を、吹き込み空気量を制御する際の定量的指標
として比較的簡単に把握することができるようになっ
た。

【０１３１】このように、従来定性的にとらえるしか無
かった、水平又は水平に近い傾斜を持つ配管内での粉体
の流動状態を数値として定量化した上で、抜き出し制御
空気の吹き込み量を適応的に設置する。これにより、負
荷変化完了に近い時点にて吹き込み量が大きすぎて層高
が設定値から下がってしまい回復不能となる等の現象の
発生を避けることができる。

【０１３２】また、本発明の流動層ボイラによれば、粉
体である流動媒体が流動する火炉に上記粉体排出制御装
置を備えることにより、該粉体排出制御装置の効果を発
揮することができる。

【０１３３】上記実施の形態の粉体排出制御装置は、加
圧流動層ボイラに備えられたものについてであったが、
本発明はこれに限定されず、第１貯留部と第２貯留部に
粉体が貯留されるものであって、この粉体を第１貯留部
から排出し、第２貯留部に供給する流路が設けられたも
のに対して汎用的に適用できる。

【０１３４】以下、本発明（第３発明）になる空気によ
る粉体輸送制御装置の別の実施の形態について図１２を
用いて説明する。抜出管８と抜出管水平部９の取合点
Ａ、抜出管水平部９と戻し管１０の取合点Ｂの差圧計測
値を差圧計測器４４を当該部の差圧計算値４５で除算器
４６により除して圧損比率計測値４７を算出する。

【０１３５】この圧損比率を計測することで、ＢＭ１６
の流動状態のうち最も予測しにくい抜出管水平部９の流
動状態を確認することができる。当該部すなわち抜出管
水平部９の圧損（圧力損失）の計画値からも圧損比率は
計算でき、これは圧損比率計画値４９である。これらの
差を減算器５０で演算する。この演算によりＢＭ１６の
抜出管水平部９での流動状態が、どの程度設計計画時の
予測とズレているかが分かる。

【０１３６】演算結果を比例器５１で比例定数倍する。
この比例定数倍された結果は差圧計画値５２と加算器５
３で加算され、加算結果が差圧設定値５５である。この
ように設定された差圧設定値５５は図１６に示すように
時間的に変化する量である。この時間変化する差圧設定
値５５に追従するように図１７に示すように減圧遮断弁
７３が開閉する。このように差圧設定値５５を時間変化
させると、ＢＭ１６の流動状態、すなわち配管壁との摩
擦力やＢＭの偏析の状態が変動して、ＢＭ１６を流出さ
せるに必要な差圧が変化する場合であってもこれに追従
することができる。

【０１３７】以上を数式を用いて説明する。火炉２と媒
体容器３の差圧は、ＢＭ抜出管８、抜出管水平部９およ
び戻し管１０の各部の差圧の総和である； Ｐ^Ｆ−Ｐ^ＢＭＴＫ＝Ｐ^ＤＣ＋Ｐ^ＬＶ＋Ｐ^ＲＳ ここで Ｐ^Ｆ：火炉２の内部圧力 Ｐ^ＢＭＴＫ：媒体容器３の内圧力 Ｐ^ＤＣ：ＢＭ抜出管８の圧力 Ｐ^ＬＶ：抜出管水平部９の圧力 Ｐ^ＲＳ：戻し管１０の圧力 であり、それぞれ次式で与えられる。

【０１３８】Ｐ^ＤＣ＝Ｐ^Ｆ−Ｐ^{ＤＣ／ＬＶ} Ｐ^ＬＶ＝Ｐ^{ＤＣ／ＬＶ}−Ｐ^{ＬＶ／ＲＳ} Ｐ^ＲＳ＝Ｐ^{ＬＶ／ＲＳ}−Ｐ^ＢＭＴＫ また、Ｐ^{ＤＣ／ＬＶ}、Ｐ^{ＬＶ／ＲＳ}はそれぞれＢＭ抜出
管８／抜出管水平部９の取合部、抜出管水平部９／戻し
管１０の取合部の圧力を意味する。

【０１３９】抜出管水平部９部分では、ＢＭ１６の大半
が管下部に沈積し、沈積層上をＢＭ１６の希薄層が流れ
るという流動様式である。また、抜出管水平部９の管中
にＢＭ１６が無いか、ほぼ完全に希薄状態であるなら
ば、圧損は輸送空気みで決まり 、△Ｐ^{ＬＶｄｉｌｕｔｅ}＝６４μ_ｇ ^ＬＶ・ρ_ｇ ^ＬＶ／２
Ｄ^ＬＶ２・ｕ_ｇ ^ＬＶ・Δｌ^ＬＶ で与えられる。ここで上添字ＬＶは抜出管水平部９につ
いての量であり、 μ_ｇ：動粘性係数 ρ_ｇ：輸送空気密度 Ｄ：管内径 ｕ_ｇ:輸送空気（ガス）流速 Δｌ：管長 である。

【０１４０】一方、設計時点での水平管圧損は △Ｐ^{ＬＶｄｅｓｉｇｎ}＝ｆ（Ｔ_ｇ ^ＬＶ、Ｕ_ｇ ^ＬＶ、ｖ
_ＢＭ ^ＬＶ）Δｌ^ＬＶ で与えられる。関数ｆは実験等で求められた式、また ｖ_ＢＭ：ＢＭ１６の流速 である。

【０１４１】すなわち上の２つの式から比率 Ｘ^{ｄｅｓｉｇｎ}＝ΔＰ^{ＬＶｄｅｓｉｇｎ}／ΔＰ
^{ＬＶｄｉｌｕｔｅ} が、設計時点の圧損比率計画値４９である。上式の右辺
の量としてはすべて設計時点での設計値を適用する。

【０１４２】運転中には抜出管水平部９の差圧は設計時
点での水平管圧損△Ｐ^{ＬＶｄｅｓｉ ｇｎ}で与えられるも
のと相違し、その計測値△Ｐ^ＬＶから抜出管水平部９で
の圧損比率計測値４７は ｘ＝△Ｐ^ＬＶ／ΔＰ^{ＬＶｄｉｌｕｔｅ} である。この式の右辺でΔＰ^{ＬＶｄｉｌｕｔｅ}には設計
時点での設定値を適用する。

【０１４３】火炉２と媒体容器３の間の差圧は抜出管水
平部９の設計時点での水平管圧損△Ｐ^{ＬＶｄｅｓｉｇｎ}
を設定されるが、ＢＭ１６の流動状態によって、設定差
圧では不足もしくは過大になることがある。これを防ぐ
ために、火炉２と媒体容器３の間の差圧をＢＭ流動状態
が抜出管水平部９でどの程度「希薄流」からずれている
か、を圧損比率という量で表現したものである。

【０１４４】計画上はこの圧損比率はｘ^{ｄｅｓｉｇｎ}で
あり、一方、運転中はｘであるので、火炉２と媒体容器
３間の差圧設定をこのｘの効果を入れて補正する。すな
わち、補正された差圧設定値は、 （Ｐ^Ｆ−Ｐ^ＢＭＴＫ）^ｓｅｔ＝（Ｐ^Ｆ−Ｐ^ＢＭＴＫ）
^{ｄｅｓｉｇｎ}＋Ｐ（ｘ^{ｄ ｅｓｉｇｎ}−ｘ） である。ここで（Ｐ^Ｆ−Ｐ^ＢＭＴＫ）^ｓｅｔ、（Ｐ^Ｆ−
Ｐ^ＢＭＴＫ）^{ｄｅｓｉｇ ｎ}はそれぞれ火炉２と媒体容器
３間の差圧の補正された設定値および計画上の設定値で
ある。

【０１４５】このように、ＢＭ１６の流動状態が設計計
画段階では予測できないようなものとなっていても、火
炉２と媒体容器３の間の差圧を適切な値に時々刻々設定
し直すので、火炉流動層の層高設定値により速やかに追
従する層高トレンドを得ることができる。これにより負
荷変化時のボイラ蒸気温度、層温の変動を抑え、特に再
熱スプレ等の効率低下要因を避け、ボイラ効率を保持で
きる。

【０１４６】

【発明の効果】第１発明によれば、媒体容器と火炉間の
水平距離が長い場合に、ＢＭの輸送料を調整するのに最
低必要な長さを確保した上で水平輸送管部に安息角以上
の傾斜部を設け全体の水平部分の長さを短くした構造に
おいて、ＢＭ下降管に供給調整空気を、傾斜輸送管およ
び傾斜下部水平輸送管にアシスト空気をそれぞれ独立し
て注入することで、ＢＭの輸送料の調整範囲を広く取る
ことが出来、特に微少な媒体輸送料の調整も可能とする
ことができる。

【０１４７】第２発明によれば、火炉において層高安定
維持のために炉底から高温媒体を直接、系外に取り出す
ために設けられる火炉に直接取り付けられる媒体抜出管
と、その媒体抜出管から取り出す高温媒体を処理して系
外に出す高温灰処理設備の設置を不要とすることができ
る。

【０１４８】加圧火炉から高温媒体を抜き出す導管は媒
体容器と接続する導管のみに統一され、システムの簡素
化が図れる。また、圧力容器外に設置されて媒体容器お
よび灰処理用高圧タンクは火炉より搬送された高温媒体
を自然放冷あるいは強制冷却により低温にすることが可
能であるので、火炉から媒体を直接取り出す場合には必
要であった高温灰処理設備が、灰処理用高圧タンクを経
て処理する場合は常温常圧の灰処理設備で対応が可能と
なりシステムの簡素化が図れる。

【０１４９】また、本発明によれば、流動媒体の流動状
態が設計計画段階では予想できないようなものとなって
いても、粉体抜き出し制御空気の吹き込み量を適切な値
に時々刻々設定し直すので、流動層高設定値により速や
かに追従する流動層高トレンドを得る。特に負荷変化完
了近くの時点においても、流動状態に適応した吹き込み
量を与えるので、流動層高かが設定値より下がりすぎた
点にて保持されてしまうとの不具合を解消でき、負荷変
化時のボイラ蒸気温度、流動層温度の変動を制御して再
熱スプレ等による効率低下要因を避けることができ、ボ
イラ効率を保持でき、特に負荷変化完了にて流動層高を
設定値に保持できるので熱バランスを崩すことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の加圧流動層燃焼
装置の概略図である。

【図２】 図１の媒体供給管の傾斜輸送管部分を拡大し
た断面図である。

【図３】 本発明が適用される加圧流動層燃焼装置の概
略図である。

【図４】 本発明が適用される加圧流動層燃焼装置の概
略図である。

【図５】 媒体供給流路の輸送性に関する説明図であ
る。

【図６】 媒体供給流路の輸送性に関する説明図であ
る。

【図７】 本発明の媒体供給流路の輸送性に関する説明
図である。

【図８】 本発明の媒体供給流路の輸送性に関する説明
図である。

【図９】 本発明の媒体供給流路の輸送性に関する説明
図である。

【図１０】 本発明の媒体供給流路の輸送性に関する説
明図である。

【図１１】 本発明の実施の形態の加圧流動層の燃焼
炉、層高制御設備、燃焼炉灰処理設備のシステム構成図
を示す。

【図１２】 本発明になる粉体の空気輸送制御装置の作
用を説明する図である。

【図１３】 図１２の粉体の空気輸送制御装置の粉体抜
き出し調整空気吹き込み量設定部において適用される抜
出管水平部の幾何学的内径に対する実効的内径の比率と
該配管を流れる全空気流量の相関関係を示す図である。

【図１４】 図１２の粉体の空気輸送制御装置の粉体抜
き出し調整空気吹き込み量設定部において適用される抜
出管水平部のでの動摩擦係数、と、抜き出し制御空気の
吹き込み量の相関関係を示す図である。

【図１５】 図１２の粉体の空気輸送制御装置の粉体抜
き出し調整空気の吹き込み量の設定について説明する図
である。

【図１６】 図１２の装置の中の差圧系の差圧設定値の
時間変化と、対応する圧損比率計測値の時間変化を説明
する図である。

【図１７】 図１２の装置の中の差圧系の減圧遮断弁の
開閉動作を説明する図である。

【図１８】 従来の加圧流動層燃焼装置の概略図であ
る。

【図１９】 従来の加圧流動層の燃焼炉、層高制御設
備、燃焼炉灰処理設備のシステム構成図を示す。

【図２０】 従来の加圧流動層の燃焼炉、層高制御設
備、燃焼炉灰処理設備のシステム構成図を示す。

【図２１】 図１８の装置の中の差圧系のサイクロン前
遮断弁と前圧遮断弁の開閉動作およびＢＭ抜き出し制御
空気の投入タイミングとＢＭ戻し空気設定投入について
説明する図である。

【図２２】 従来技術になる粉体の空気輸送制御装置か
らなる粉体循環システムにおいて負荷変化完了時点にて
流動層の層高が部分負荷での設定値より未満の位置にて
保持されてしまう事象を説明する図である。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ 火炉 ３ 媒体容器 ４ ＢＭ下降管 ５ 水平輸送管 ６ 傾斜輸送管 ７ 傾斜下部水平輸送管 ８ 媒体抜出管 ９ 抜出管水平部 １０ 戻し管 １１ 供給調整空気 １２ アシスト空気 １３ 抜出調整空気 １４ 媒体輸送空気 １５ 空気源 １６ ＢＭ ２１ アシスト空気ノズル ２２ 減圧遮断弁 ２５ 排気管 ２６ 灰処理用高圧タン
ク ２７ 媒体サイロ ３０、３２ 気流搬送管 ３１ 媒体容器底部排出管 ３３ 媒体補充ホッパ ３４ 逃し弁 ４０ ＢＭ抜出空気吹き
込み量設定器 ４１ 伝熱管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小笠原 正孝 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 友安 幸治 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 伊丹 哲郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 大谷 義則 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 牧野 秀則 広島県呉市宝町６番９号 バブ日立エンジ ニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3K064 AA10 AA15 AA20 AB01 AC07 AC13 AD05 BA11 BA24 BB01 BB05 BB07

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器と、圧力容器内に収納される流
   動層を備えた流動層燃焼炉と、負荷変化に対応して流動
   層燃焼炉の流動層高を調整させるための媒体粒子を貯留
   した媒体容器と、該媒体容器から媒体粒子を流動層燃焼
   炉に供給するための媒体粒子の供給手段と、流動層燃焼
   炉から媒体容器に媒体粒子を抜きだすための媒体粒子の
   抜き出し手段とを設けた加圧流動層燃焼装置において、 前記流動媒体の供給手段が、媒体容器に接続した媒体粒
   子下降輸送管と下降輸送管に接続した水平輸送管とこれ
   につながる傾斜輸送管と流動層燃焼炉側部に接続した傾
   斜下部水平輸送管で構成されたことを特徴とする加圧流
   動層燃焼装置。
2. 【請求項２】 媒体粒子量を調整しながら輸送するのに
   下降輸送管に供給調整空気を、傾斜輸送管および傾斜下
   部水平輸送管にアシスト空気をそれぞれ独立させて注入
   する空気注入手段を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の加圧流動層燃焼装置。
3. 【請求項３】 下降輸送管への供給調整空気の空気注入
   手段と、傾斜輸送管および傾斜下部水平輸送管へのアシ
   スト空気の空気注入手段にはそれぞれ空気注入量調整手
   段が設けられ、該空気注入量調整手段の調整量を負荷信
   号に応じて制御する制御装置を設けたことを特徴とする
   請求項２記載の加圧流動層燃焼装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の加圧流動層燃焼装置の流
   動層燃焼炉の流動層の層高を調整するために、要求され
   た負荷変化速度に応じて下降輸送管に調整空気を、さら
   に、傾斜輸送管および傾斜下部水平輸送管にアシスト空
   気を、それぞれ調整しながら送ることで媒体容器から流
   動層燃焼炉への媒体粒子の供給量を調節することを特徴
   とする加圧流動層の層高調整方法。
5. 【請求項５】 圧力容器と、圧力容器内に収納される流
   動層燃焼炉と、負荷変化に対応して流動層燃焼炉の流動
   層高を調整させるための媒体粒子を貯留した媒体容器
   と、該媒体容器から媒体粒子を流動層燃焼炉に供給する
   ための媒体粒子の供給手段と、流動層燃焼炉から媒体容
   器に媒体粒子を抜きだすための媒体粒子の抜き出し手段
   とを設けた加圧流動層燃焼装置において、 前記媒体粒子の抜き出し手段の媒体粒子の流路は流動層
   燃焼炉に接続した媒体粒子移動層下降管と該媒体粒子移
   動層下降管に接続した媒体容器に媒体を搬送する搬送管
   のみから構成され、媒体容器には大気と連通可能にした
   媒体粒子排出管を設けたことを特徴とする加圧流動層燃
   焼装置。
6. 【請求項６】 前記媒体粒子の供給手段に大気と連通可
   能にした媒体粒子排出管を接続したことを特徴とする請
   求項５記載の加圧流動層燃焼装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の記載の加圧流動層燃焼装
   置の流動層燃焼炉の流動層の層高を調整するために、流
   動層燃焼炉から抜き出す媒体粒子は、一旦媒体容器に導
   入し、該媒体容器で所定温度に冷却された状態の媒体粒
   子を系外に排出して流動層の層高を調整することを特徴
   とする加圧流動層燃焼装置の流動層の層高制御方法。
8. 【請求項８】 粉体を貯留する第１貯留部と、該第１貯
   留部の粉体を排出する排出流路を設けた粉体排出手段
   と、該粉体排出手段で排出された粉体を貯留する第２貯
   留部と、該第２貯留部に貯留された粉体を前記第１貯留
   部に供給する粉体供給手段と、前記第１貯留部と第２貯
   留部との差圧を計測し、予め設定された差圧設定値と比
   較し、差圧計測値が前記差圧設定値を超えると前記第２
   貯留部に接続する圧力開放手段を開放する差圧制御手段
   と、前記第１貯留部に負荷される所定負荷に応じて第１
   貯留部の粉体を排出する前記粉体排出手段の、少なくと
   も水平または水平に近い傾斜を有する排出流路の所定区
   間の粉体入口部近傍と粉体出口部近傍に気流を吹き込ん
   で前記第１貯留部の粉体を排出するための気流搬送制御
   をする粉体排出制御手段を有する粉体排出制御装置にお
   いて、 前記粉体排出手段内部の前記水平または水平に近い傾斜
   を有する排出流路内の粉体の流動状態に応じて、前記粉
   体入口近傍への粉体搬送用の気流吹き込み量を設定する
   粉体搬送用の気流吹き込み量制御手段を備えたことを特
   徴とする粉体排出制御装置。
9. 【請求項９】 粉体を貯留する第１貯留部と、該第１貯
   留部の粉体を排出する排出流路を設けた粉体排出手段
   と、該粉体排出手段で排出された粉体を貯留する第２貯
   留部と、該第２貯留部に貯留された粉体を前記第１貯留
   部に供給する粉体供給手段と、前記第１貯留部と第２貯
   留部との差圧を計測し、予め設定された差圧設定値と比
   較し、差圧計測値が前記差圧設定値を超えると前記第２
   貯留部に接続する圧力開放手段を開放する差圧制御手段
   と、前記第１貯留部に負荷される所定負荷に応じて第１
   貯留部の粉体を排出する前記粉体排出手段の排出流路の
   第１の所定区間の粉体入口部近傍と粉体出口部近傍に気
   流を吹き込んで前記第１貯留部の粉体を排出するための
   気流搬送制御をする粉体排出制御手段を有する粉体排出
   制御装置において、 前記粉体排出手段の排出流路の第２の所定区間での圧力
   損失計測値および前記第１貯留部の粉体貯留高さの時間
   的変化率の計測値を用いて前記第１の所定区間での粉体
   の流動状態を定量化し、この定量値に適応して前記第１
   の所定区間の粉体入口近傍への粉体搬送用の気流吹き込
   み量を設定する粉体搬送用の気流吹き込み量制御手段を
   備えたことを特徴とする粉体排出制御装置。
10. 【請求項１０】 前記粉体排出手段の排出流路の第１の
    所定区間は、水平または水平に近い傾斜を持つ配管部で
    あることを特徴とする請求項９記載の粉体排出制御装
    置。
11. 【請求項１１】 前記粉体排出手段の排出流路の第２の
    所定区間は、第１貯留部から、前記粉体排出手段の排出
    流路の第１の所定区間の粉体入口近傍までの区間である
    ことを特徴とする請求項９記載の粉体排出制御装置。
12. 【請求項１２】 前記粉体排出手段の排出流路の第２の
    所定区間が鉛直方向に向いた流路であることを特徴とす
    る請求項９記載の粉体排出制御装置。
13. 【請求項１３】 請求項９記載の粉体排出制御装置にお
    ける第１貯留部が粉体である流動媒体が流動する火炉で
    あり、第２貯留部が該火炉が媒体粒子を排出し、あるい
    は戻す流路を備えた媒体容器であることを特徴とする流
    動層ボイラ。
14. 【請求項１４】 流動層を形成した粉体を貯留する第１
    貯留部と、該第１貯留部の粉体を排出する、少なくとも
    水平又は水平に近い傾斜を持つ排出流路を設けた粉体排
    出手段と、該粉体排出手段で排出された粉体を貯留する
    第２貯留部と、該第２貯留部に貯留された粉体を前記第
    １貯留部に供給する粉体供給手段と、前記第１貯留部と
    第２貯留部との差圧を計測し、予め設定された差圧設定
    値と比較し、差圧計測値が前記差圧設定値を超えると前
    記第２貯留部に接続する圧力開放手段を開放する差圧制
    御手段と、前記第１貯留部に負荷される所定負荷に応じ
    て第１貯留部の粉体を排出する前記粉体排出手段の排出
    流路の所定区間の粉体入口部近傍と粉体出口部近傍に気
    流を吹き込んで前記第１貯留部の粉体を排出するための
    気流搬送制御をする粉体排出制御手段を有する粉体排出
    制御装置において、 前記粉体排出制御手段は、 第１貯留部の流動層の層高の時間的変化率に基づき粉体
    排出手段の排出流路内の粉体流速を計算する手段と、 前記排出流路内の粉体流速と圧力損失に基づき排出流路
    内の空気流量を計算し、 前記排出流路内の空気流量の前記計算値と現時点の排出
    流路内に吹き込まれる空気流量から全空気量を算出する
    手段と、 予め求められている相関関係から、全空気量に対応した
    前記水平又は水平に近い傾斜を持つ排出流路の実効的流
    路内径を計算する手段と、 予め求められている相関関係から、前記実効的内径に対
    応した動摩擦係数を計算する手段と、 さらに、予め求められている相関関係から、前記動摩擦
    係数から前記粉体排出手段の排出流路の粉体入口部近傍
    と粉体出口部近傍に吹き込む気流の流量を計算する手段
    とからなることを特徴とする粉体排出制御装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の粉体排出制御装置に
    おける粉体が流動媒体であり、第１貯留部が粉体である
    流動媒体が流動する流動層火炉であり、第２貯留部が媒
    体を溜める媒体容器であることを特徴とする流動層ボイ
    ラ。
16. 【請求項１６】 粉体の流動層を形成する第１貯留部と
    該第１貯留部内の粉体流動層の層高を制御するために、
    粉体の気流搬送による抜き出し流路と、戻し流路を介し
    て設けられる第２貯留部と、前記第１貯留部と第２貯留
    部との差圧を計測し、予め設定された差圧設定値と比較
    し、前記第２貯留部に接続する圧力開放手段を開放し、
    前記第１貯留部に負荷される所定負荷に応じて第１貯留
    部の粉体を抜き出す、少なくとも水平または水平に近い
    傾斜状の流路を有する前記抜き出し流路の所定区間の粉
    体入口部近傍と粉体出口部近傍に気流を吹き込んで前記
    第１貯留部の粉体を排出するための気流搬送制御をする
    粉体排出制御を行う第１貯留部の流動層の層高制御方法
    において、 粉体の気流搬送による抜き出し流路と第２貯留部との間
    の所定の計測値に基づいて、前記抜き出し流路の水平ま
    たは水平に近い傾斜を持つ流路を流れる全気流流量を推
    算し、それに応じて該水平または水平に近い傾斜を持つ
    流路内部の粉体の流動状態を定量的に予想し、さらに該
    予測した流動状態に応じた粉体抜き出し気流流量により
    第１貯留部内の粉体流動層の層高を制御することを特徴
    とする流動層の層高制御方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の流動層の層高制御方
    法における粉体が媒体粒子であり、第１貯留部が粉体で
    ある流動媒体が流動する流動層火炉であり、第２貯留部
    が媒体容器であり、媒体粒子の抜き出し流路は下降方向
    に媒体粒子を抜き出す抜出管と、水平又は水平に近い傾
    斜を有する配管である抜出管水平部と媒体粒子を媒体容
    器に戻す、鉛直方向に向けられた戻し管であることを特
    徴とする流動層ボイラ。