JP2000266314A - 流動層ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料供給ノズル位置がずれても、燃料噴射速
度または量が変動しても燃料を層内に均一に分散するこ
とができる流動層ボイラ装置を提供する。 【解決手段】 流動層火炉と、その底部に設けられた散
気板と、流動化空気によって形成された流動層と、この
流動層に燃料を供給するノズルと、ノズル上部の流動層
内に設けられた伝熱管群とを有する流動層ボイラ装置
の、伝熱管群のうち少なくとも最下段の伝熱管の燃料供
給ノズルから噴射され、流動化空気に同伴される燃料が
衝突する位置に水平方向に延びるフィンを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動層ボイラ装置
に係り、特に、燃料供給ノズルから噴射された燃料を火
炉内に均一に分配するのに好適な、流動層ボイラ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流動層火炉内への燃料の供給は
できるだけ均等に行う必要があり、燃料を均等に分配す
るためには、燃料供給ノズルの本数を多くすることが望
ましい。しかしながら、ノズル本数を多くすると燃料供
給系統が複雑になり、設備費が嵩むという問題が生じ
る。一方、燃料供給ノズルの本数が少ないと燃料の投入
個所が少なくなり、ノズルの先端部で大量の空気が消費
され、この領域の、完全燃焼できなかった粒子が流動層
表面に達し、層上方のフリーボードからサイクロンに向
かって飛散して火炉以外の場所で燃焼することがある。
未燃粒子が、例えばサイクロン内で燃焼すると、灰を溶
融させてアグロメが生成し、灰の抜き出し管が閉塞して
プラントを停止せざるを得ない事態を招くことがある。
他方、燃料供給ノズルの先端部のみで燃料が局所的に燃
焼すると、その領域が還元雰囲気になり、近接する伝熱
管が腐食し易くなるという問題もある。

【０００３】このような問題を解決するために、例えば
特表平６−５０４３６０号公報のように、燃料供給ノズ
ルの先端部上方にディストリビュータ（燃料分配装置）
を配置したボイラ装置が提案されている。図２７は、こ
のような従来技術を示す説明図である。図２７におい
て、この装置は、圧力容器２７１と、該圧力容器２７１
内に設けられた流動層火炉２７２と、該流動層火炉２７
２の底部に設けられた散気板２７３と、該散気板２７３
から供給される流動化空気によって形成される流動層２
７４と、該流動層２７４の上部のフリーボード２７５
と、前記流動層２７４に燃料を供給する燃料供給ノズル
２７６と、前記流動層２７４内に設けられた伝熱管２７
７と、該伝熱管２７７の下部に設けられ、中央部分また
は中央セクションから外方へ延出する斜め上方に傾斜し
たウイング状部材または斜め上方に向かうロート状コー
ン部材からなるディストリビュータ２７８と、流動層火
炉２７２の前記フリーボード２７５に連結されたサイク
ロン２７９とから主として構成されている。

【０００４】このような構成において、散気板２７３か
ら流動層火炉２７２内に供給された空気は流動化媒体を
流動して流動層２７４を形成する。一方、燃料供給ノズ
ル２７６を経て前記流動層２７４に供給された燃料は、
ディストリビュータ２７８によって分配され、前記散気
管２７３から供給される流動化空気と混合して燃焼し、
流動層２７４を加熱する。燃焼ガスは、加熱流動層２７
４とともに伝熱管２７７内を流れる流通媒体を加熱しつ
つ上昇し、フリーボード２７５を経てサイクロン２７９
に流入し、ここで固形物が除去され、後流の例えば排ガ
ス処理装置を経て放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２７
のディストリビュータは非冷却構造であり、ステンレス
鋼等の高温耐久性材料で構成したとしても、例えば８６
０℃前後の高温下で、長期間使用することは困難であ
る。そして、例えば伝熱管に吊るされたディストリビュ
ータが外れて流動層火炉内を暴れ回り伝熱管を損傷する
という問題がある。また、図２７のディストリビュータ
は、燃料供給ノズルから投入された燃料がディストリビ
ュータの中心部に当たることを前提として設けられたも
のであるが、現実に流動層内の流動媒体や気泡の流動状
態を把握することは困難であり、流動層内に噴射された
燃料がディストリビュータの中心部に衝突しているか否
かは不明である。さらに、負荷１００％の時を想定して
前記ディストリビュータと燃料供給ノズルとの位置関係
が適正になるようにセットしたとしても、負荷の変動に
より燃料供給ノズルから噴射される燃料の到達距離が変
化し、ディストリビュータの中心部に燃料が衝突しなく
なる場合がある。

【０００６】図２８、２９および３０は、それぞれ上記
従来技術におけるディストリビュータ２７８と燃料噴射
ノズル２７６との位置関係を示す説明図である。図２８
のように燃料供給ノズル２７６とディストリビュータ２
７８との位置関係が適正な場合には、燃料をある程度均
一に分配させることはできるが、図２９または図３０の
ように、燃料供給ノズル２７６の位置、または燃料の噴
射量が適正でない場合には、却って燃料の分配を阻害す
ることも考えられる。すなわち、流動層における燃料ま
たは空気の流れは、負荷状態によって変化するので、燃
料供給ノズルから吹き出された燃料が上昇してデイスト
リビュータ２７８に到達する位置も前後左右に変化し、
ディストリビュータの中央部に燃料が的確に衝突するの
はごく限られた場合のみであり、多くの場合は燃料到達
位置がディストリビュータの中央部からずれて周囲の傾
斜部材に衝突するために、該傾斜部材の傾斜面に沿った
偏った流れとなる。

【０００７】本発明の第１の課題は、上記従来技術の問
題点を解決し、燃料供給ノズル位置が多少ずれても、ま
たは燃料供給ノズルから噴射される燃料の噴射速度また
は量が変化しても噴射された燃料を流動層内に均一に分
配することができる、流動層ボイラ装置を提供すること
にある。また、本発明の第２の課題は、圧力容器内に流
動層火炉を設けた加圧型流動層ボイラ装置の前記圧力容
器をコンパクト化することができる流動層ボイラ装置を
提供することにある。

【０００８】さらに、本発明の第３の課題は、ダミー管
の使用本数を少なくし、かつ伝熱管およびダミー管の摩
耗を防止することができる流動層ボイラ装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 （１）流動層火炉と、該流動層火炉の底部に設けられた
散気板と、該散気板から供給された流動化空気によって
形成される流動層と、該流動層に燃料を供給する燃料供
給ノズルと、該燃料供給ノズルの上部に設けられた伝熱
管群とを有する流動層ボイラ装置において、前記伝熱管
群のうち、少なくとも最下段の伝熱管の前記燃料供給ノ
ズルから噴射され、流動化空気に同伴された燃料が接触
する個所に、水平方向に延びるフィンを設けたことを特
徴とする流動層ボイラ装置。

【００１０】（２）前記フィンに鋸歯状の切り込みを設
けたことを特徴とする上記（１）に記載の流動層ボイラ
装置。 （３）前記燃料供給ノズルの燃料噴射方向と最下段の伝
熱管の長手方向を同一とし、前記燃料供給ノズルの平面
位置を挟んで平面上右側の伝熱管には右方向に延びるフ
ィンを、左側の伝熱管には左方向に延びるフィンを、お
よび中央部の伝熱管には左右両方向に延びるフィンを、
それぞれ設けたことを特徴とする上記（１）または
（２）に記載の流動層ボイラ装置。 （４）前記燃料供給ノズルの燃料噴射位置に近い伝熱管
ほどフィンの取付け幅を広くしたことを特徴とする上記
（１）〜（３）の何れかに記載の流動層ボイラ装置。

【００１１】（５）前記燃料供給ノズルの燃料噴射方向
と最下段の伝熱管の長手方向が直交するように伝熱管を
配置し、該伝熱管のフィンを、前記燃料供給ノズルの平
面位置を挟んで左右逆向きに交互に取り付けたことを特
徴とする上記（１）または（２）に記載の流動層ボイラ
装置。 （６）前記最下段の伝熱管が摩耗防止用カバーで被覆さ
れたものであり、該摩耗防止用カバーに前記フィンを設
けたことを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記
載の流動層ボイラ装置。

【００１２】（７）流動層火炉と、該流動層火炉の底部
に設けられた散気板と、該散気板から供給される流動化
空気によって形成される流動層と、該流動層に燃料を供
給する燃料供給ノズルと、該燃料供給ノズルの上部の前
記流動層内に設けられた伝熱管群とを有する流動層ボイ
ラ装置において、前記伝熱管の下部の、燃料噴射ノズル
から噴射された燃料の到達位置に、上向きに凸型形状の
中央部材と、該中央部材の下端外周部に沿って設けられ
た、上向きに傾斜する壁面を有する外周部材と、前記中
央部材の上部壁面に設けられ、上部空間に開口する連通
管とを有する燃料分配器を配置したことを特徴とする流
動層ボイラ装置。

【００１３】（８）前記上向きに凸状形状の中央部材
が、円筒状または円錐状部材からなり、前記上向きに傾
斜する壁面を有する外周部材が、前記中央部材の下端外
周部に沿って設けられた、斜め上方に延びる翼状または
鍔状部材であることを特徴とする上記（７）に記載の流
動層ボイラ装置。 （９）前記中央部材に設けられた連通管の下端を、前記
中央部材の上部壁面よりも下方に突出させたことを特徴
とする上記（７）または（８）に記載の流動層ボイラ装
置。

【００１４】（１０）前記流動層ボイラ装置が加圧型の
流動層ボイラ装置であり、前記流動層火炉が、圧力容器
と、該圧力容器の内面に沿って配置された耐火材と、該
耐火材を固定するようにその表面に配置された水管群か
らなる水冷壁を有することを特徴とする上記（１）〜
（９）の何れかに記載の流動層ボイラ装置。 （１１）前記燃料供給ノズルと最下段の伝熱管との間隔
および前記流動層内に配置された伝熱管管群相互の間隔
を、それぞれ８００ｍｍ以下としたことを特徴とする上
記（１）〜（１０）の何れかに記載の流動層ボイラ装
置。 （１２）前記伝熱管管群の体積率を、１２％以上とした
ことを特徴とする上記（１１）に記載の流動層ボイラ装
置。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明を図面を用いてより詳
細に説明する。図１〜３は、本発明の一実施例を示す説
明図であり、図１は、最下段の伝熱管を燃料噴射ノズル
の下方向からみた要部を示す図、図２は、図１のII−II
線矢示方向断面図、図３は、図１の要部拡大図である。
図において、この装置は、流動層火炉と、該流動層火炉
の底部に設けられた散気板と、該散気板から供給された
流動化空気によって形成される流動層と、該流動層に燃
料を供給する燃料供給ノズルと、該燃料供給ノズルの上
部の前記流動層内に設けられた伝熱管群とを有する流動
層ボイラ装置（図２７参照）において、燃料供給ノズル
１の燃料噴射方向と最下段の伝熱管２の長手方向を同一
としたものであって、前記最下段の伝熱管２の前記燃料
供給ノズル１から噴射された燃料が衝突する個所に、水
平方向に延びるフィン３を設け、該フィン３に鋸歯状の
切り込みを設けたものである。

【００１６】このような構成において、燃料供給ノズル
１から噴射された燃料は最下段の伝熱管２に設けられた
フィン３に衝突し、フィン３の延設方向に沿って層内に
ほぼ均一に分配される。本実施例によれば、最下段の伝
熱管２の、燃料供給ノズル１から供給された燃料が衝突
する個所に水平方向に延びるフィン３を設けたことによ
り、燃料をフィン３の延設方向に沿って均一に分配する
ことができる。また燃料が均一に分配されることによ
り、燃焼効率が向上し、フリーボードやサイクロンでの
未燃分の燃焼を回避することができるとともに、最下段
の伝熱管付近における還元雰囲気の発生を抑制して伝熱
管の腐食を防止することができる。さらに、フィン３に
鋸歯状の切り込みを設けたことにより、フィン３の先端
部と根本部とで生じるメタル温度差に起因する熱応力を
低減することができる。

【００１７】本実施例において、前記燃料供給ノズル１
の位置を挟んで右側の伝熱管２については右方向に延び
るフィン３を、左側の伝熱管２については左方向にのび
るフィン３を、中央部の伝熱管２には左右両方向に延び
る伝熱管３をそれぞれ設けることが好ましい。これによ
って、燃料噴射ノズルから噴射された燃料の到達位置が
変化しても各伝熱管２に設けられたフィン３の延設方向
に沿って燃料を均一に分配することができる。

【００１８】本実施例において、負荷変動により燃料供
給ノズル１から噴射される燃料の到達位置が大きく変化
する場合には、図１中のフィン３全体の取付け幅Ｌを広
くするか、または図４に例示したように燃料供給ノズル
１の燃料噴射位置に近い伝熱管ほどフィン３の取付け幅
Ｌを広くすることが好ましい。これによって噴霧された
燃料到達位置が変化しても燃料がフィン３に衝突するよ
うになり、均一分配性を確保することができる。

【００１９】本実施例において、フィン３の伝熱管への
取付け角度は水平、または水平線に対して０〜４５度で
あることが好ましい。これによって、燃料の均一分配性
がより向上する。本実施例において、伝熱管の一部とし
てダミー管（ステンレス鋼管）を配置してもよく、最下
段伝熱管群の代わりにダミー管群を用いてもよい。伝熱
管が、内部流体温度の低い蒸発器管の場合には、フィン
材として炭素鋼や低合金鋼を使用することができるが、
ダミー管にフィンを設ける場合、フィンが内部流体で冷
却されないので、フィン温度が層内温度と同様に高くな
る。従って、例えば高クロム鋼のフィンを使用すること
が好ましい。この場合、フィン先端部と溶接部との温度
差は無視できるので、フィンの切り込みをなくすことも
できる。

【００２０】本実施例においてフィンを取り付ける伝熱
管またはダミー管（以下、単に伝熱管ということがあ
る）は、最下段のものに限定されるものではなく、最下
段の伝熱管群およびこれに近接する上方の伝熱管に設け
ることもできる。このように最下段の伝熱管のみでな
く、その上部の伝熱管にもフィンを設けることは、フィ
ンの長さが制限される場合に有効となる。すなわち、流
動層ボイラは、ガスのみでなく、流動媒体の接触による
伝熱効果があるので、微粉炭焚きボイラ等に較べて一般
的に管外伝熱係数が大きく、単位面積当たりの伝熱面負
荷も大きくなる。従ってフィン先端温度が高くなり易い
ので、材料の使用限界温度等の理由からフィンの長さを
一定以上長くできない場合があり、このような場合に
は、最下段のみならずその上部の伝熱管にもフィンを設
けることが有効となる。

【００２１】流動層ボイラ装置においては、散気板と最
下段伝熱管との間で気泡が合体、成長して大きくなる。
従って、最下段伝熱管は気泡の破裂によって摩耗を受け
やすいので、散気板から最下段伝熱管までの距離をでき
るだけ短くして気泡の成長を抑えるとともに、最下段伝
熱管に摩耗防止用のカバーを取り付けることが行われる
が、本発明は、このようなカバーで覆われた伝熱管に対
しても適用することができる。

【００２２】図５〜図７は、実施例１の最下段の伝熱管
に代えて摩耗防止用カバーで被われた伝熱管を用いた本
発明の他の実施例を示す説明図であり、図５は、本発明
が適用される摩耗防止用カバーを取り付けた最下段伝熱
管の説明図、図６は、図５のカバーにフィンを設けた場
合の説明図、図７は、図６のVII−VII方向視図である。
図５において、伝熱管２が、管材を上下に２分割した
摩耗防止用のカバー５で覆われており、該カバー５の当
接部にあて金６が溶接され、固定されている。このよう
な摩耗防止用カバー５で被覆された伝熱管２にフィン３
を取り付ける場合は、図５の前記あて金６の代わりにフ
ィン３を用い、該フィン３を前記半割りにした摩耗防止
用カバー５の当接部に溶接することによって取り付けら
れる。

【００２３】本実施例によれば、摩耗防止用カバー５で
被覆された最下段伝熱管２の、燃料供給ノズル１から供
給された燃料が衝突する個所に水平方向に延びるフィン
を設けたことにより、上記実施例同様、燃料をフィン３
の延設方向に沿って均一に分配することができる。本実
施例において、図７に示したように、カバー５の一部に
孔をあけ、伝熱管２にカバー５の回り止め溶接（栓溶
接）を行うことが好ましい。これによって伝熱管２に対
してカバー５およびフィン３が回転またはずれるのを防
止できる。

【００２４】本実施例において、カバー５に取り付けた
フィンは伝熱流体で冷却されにくいので、フィン材とし
ては高クロム鋼を用いることが好ましい。また、フィン
３のカバー５への溶接部とフィン３の先端部との温度差
が生じることもあるので、フィン３として鋸歯状の切り
込みを有するフィンを使用することが好ましい。図８〜
１０は、実施例１の燃料供給ノズル１の燃料噴射方向を
伝熱管２の長手方向に対して直角にした本発明の別の実
施例を示す説明図であり、図８は、下方向からみた要部
を示す図、図９は、図８のIX−IX線矢示方向断面図、図
１０は、図８のX−X線矢示方向断面図である。図におい
て、燃料噴射方向に対して燃料供給ノズル１の左右でフ
ィン３が逆向きに伝熱管２に取り付けられている。

【００２５】本実施例によれば、燃料供給ノズル１の左
右でフィン３を逆向きに取り付けたことにより、最下段
の伝熱管２に衝突した燃料を燃料供給ノズルの噴射口の
前後に拡散するように均一に分配することができる。本
発明においては、燃料ノズルから噴射され、流動層を上
昇する燃料の一部または全部を流動化空気および流動媒
体と共に一旦貯留する空間部を設け、該貯留した燃料
を、その上昇位置に関係なく各方向に均一に放出するこ
とができる燃料均一分配器（ディストリビュータ）を設
けてもよい。

【００２６】図１１は、本発明の別の実施例を示す説明
図であり、図１２は、図１１の要部拡大図、図１３は、
図１２の縦断面図である。図１１および図１２におい
て、伝熱管１１２の下部の、燃料噴射ノズル１１１から
噴射される燃料の到達位置に、上向きに凸型形状の中央
部材としての円筒状部材１１４と、該円筒状部材１１４
の下端外周部に沿って設けられた、上向きに傾斜する壁
面を有する外周部材としての翼状部材１１５と、前記円
筒状部材１１４の上部壁面に設けられ、上部空間に開口
する連通管１１６とを有するディストリビュータ１１７
が設けられている。また図１３において、連通管１１６
は中空の円筒状部材１１４の内部まで差し込まれてお
り、かつその下端部は前記円筒状部材１１４の高さ方向
のほぼ中間部で開口している。

【００２７】このような構成において、燃料供給ノズル
１１１から噴射された燃料は、流動層中を上昇する空気
および流動媒体（ＢＭ）との混合物となり、図１３中矢
印１１８で示すように、中空の円筒状部材１１４内の空
間部１１９に至り、その一部が連通管１１６の下部開口
部１２０から上方に抜け出る。このとき、開口部１２０
は、前記中空の円筒状部材１１４の空間部１１９の開口
断面積よりも小さいので、前記空間部１１９から上方へ
抜け出る量よりも、ここに入り込む量が多くなり、前記
空間部１１９には前記混合物が滞留し、この滞留容量が
空間部１１９の容積よりも多くなると、前記混合物は図
１３中矢印１２１で示すように、翼状部材１１５と円筒
状部材１１４の接合部１２２をかいくぐるように移動し
て前記翼状部材１１５の傾斜面の下側に至る。このとき
翼状部材１１５の下側面は、斜め上方に向かう構造であ
るために、下からの流動化空気の外周方向に移動する動
きに従って、前記溢れた混合物は外周方向に移動する。
この混合物の溢れは、前記接合部１２２のどの位置にお
いても同様に生じるので、前記混合物は前記翼状部材１
１５の円周方向のどの位置にも均等に配分される。

【００２８】本実施例によれば、ディストリビュータ１
１７が、燃料供給ノズル１１１から噴射され、流動層を
上昇する燃料の一部または全部を流動化空気および流動
媒体と共に一旦貯留する空間部１１９を形成する中空の
円筒状部材１１４を設け、かつその下端外周部に沿って
上向きに傾斜する壁面を有する翼状部材１１５を有する
ことにより、下方から上昇する燃料流は前記円筒状部材
１１４の下部開口端１２３のどの位置に上昇してきて
も、一旦前記空間部１１９内に蓄えられ、その後、前記
円筒状部材１１４と翼状部材１１５との接合部１２２か
ら溢れるように流出するので、上昇位置に関係なく均一
に分散することができる。

【００２９】本実施例において、円筒状部材１１４の連
通管１１６の下部開口部１２０よりも上側の空間部に
は、前記混合物のうち主として空気が滞留し、該空気
は、下方から上昇してこの空間部に入りこみ、溢れた空
気が図中矢印１２４で示すように開口部１２０を通って
上方へ抜けるので、円筒状部材１１４の内部空間部１１
９が上部の空気層と下部の固体成分（ＢＭ＋ＣＷＰ）層
とに分離され、前記混合物のうち主として空気を連通管
１１６を通して上方へ逃がしながら、固体成分としての
燃料を下方から翼状部材１１５の下側面に沿って移動さ
せて層内に均一に分配することができる。また、空気の
一部を連通管１１６から上方へ逃がすことにより、ディ
ストリビュータ１１７の上方の流動化媒体を効率よく流
動させることができる。

【００３０】本実施例において、燃料等を一次的に滞留
させる空間部１１９の大きさは、燃料噴射ノズルから噴
射された燃料が噴射速度および流動化媒体の影響を受け
て広がる全範囲を被う程度に大きくすることが好まし
い。これによって燃料供給ノズル１１１から供給された
燃料の上昇位置や広がりにかかわらず、前記空間部１１
９に一旦貯留したのち層内に均一に分配することができ
る。

【００３１】本発明を、加圧流動層ボイラ装置に適用す
る場合は、圧力容器内面に耐火材を配置して空洞部を有
する火炉を構成し、該火炉の前記耐火材を固定するよう
に、水管群からなる水冷壁を設け、火炉内圧を前記水冷
壁および耐火材を介して圧力容器で負担する構造とする
ことが好ましい。図１４は、本発明の別の実施例を示す
説明図、図１５は、図１４のXV−XV線矢示方向断面図で
ある。図１４において、圧力容器１４１内に流動層ボイ
ラの火炉１４２を形成するように耐火材１４３が配置さ
れ、図１５に示すように、耐火材１４３の表面には水管
１４４群が配列されており、該水管１４４群の上下両端
部は管寄せ１４５に連結されて水冷壁が形成されてお
り、該水冷壁は圧力容器１４１の上部から、スリングボ
ルト１４６を介して吊り下げ支持され、その下端部に、
前記水冷壁の熱伸びを吸収する隙間が設けられている。
また前記火炉１４２の底部には、空気ノズル１４８を複
数有する分散板１４９が配置されており、流動層１４７
内に伝熱管１５０および燃料供給ノズル１５１、ならび
に前記伝熱管１５０と燃料供給ノズル１５１との間に、
上記実施例と同様の構成のディストリビュータ１５２が
配置されている。

【００３２】このような構成において、燃料供給ノズル
１５１から噴霧された燃料は、ディストリビュータ１５
２に衝突して、上記実施例と同様に火炉１４２内に均一
に分配される。本実施例によれば、圧力容器１４１内に
流動層火炉１４２を形成するように耐火材１４３を配置
し、該耐火材１４３の表面に水管１４４群を配列したこ
とにより、火炉の燃焼用空気および燃焼ガスの圧力は、
耐火材１４３を介して圧力容器１４１に伝達し、該圧力
容器１４１でのみで負担されるので、水冷壁のバックス
テーが不要となる。また、高温の燃焼ガスが有する熱エ
ネルギーは、耐火材１４３によって熱放散が抑制され、
水冷壁で効率よく吸収されるので熱効率が向上する。さ
らに、耐火材１４３の厚さを変化させることにより圧力
容器１４１の表面温度を調整することができるようにな
り、圧力容器の板圧を薄くするとともに、コンパクト化
が可能となる。

【００３３】本実施例において水冷壁は、耐火材１４３
の熱収縮に起因する脱落を防止する機能を有している。
本実施例において、水冷壁の支持構造を、自立構造とす
ることもできる。この場合、下部管寄せ１４５を固定
し、上部管寄せ１４５の上方向の熱伸びを考慮した隙間
を耐火物１４３との間に設けることが好ましい。

【００３４】本実施例において、水冷壁を複数の単管で
構成しないで、図１６に、それぞれ断面図（i）〜（ii
i）として例示したように、火炉圧が直接作用しない非
密閉型構造としても同様の効果が得られる。なお、図１
４〜図１６で説明した圧力容器構造は、一般の加圧流動
層ボイラ装置にも適用可能である。

【００３５】本発明において、流動層内に、伝熱管管群
を複数段配置する場合には、各伝熱管管群相互の間隔を
８００ｍｍ以下とすることが好ましく、また伝熱管群の
体積率は１２％以上であることが好ましい。これは、伝
熱管管群の一部としてダミー管を使用する場合、または
最下段管群としてダミー管群を用いる場合も同様であ
る。

【００３６】図１７〜図２２を用いて本発明の原理を説
明する。図１８は、図１７に示したばね鋼板の根本に歪
みゲージを取り付けたセンサーを流動層内に挿入した場
合の空気ノズルからの距離（間隔）と流動化媒体の衝突
による発生歪みとの関係を示す図である。図１８におい
て、空気ノズルからの距離が大きくなるほど発生歪みが
大きくなり、流動状態が激しくなることが分かる。これ
は、流動層内の気泡が上昇過程で合体して大きくなるか
らである。

【００３７】また図１８において、空気ノズルから６０
０ｍｍの位置の最大歪みに対して８００ｍｍの位置の最
大歪みは約１．４倍であり、発生歪みεは流動媒体の衝
突エネルギー１／２ρＶ² （ρ：流動媒体の嵩密度、
Ｖ：流動媒体の衝突速度）に比例するので流動媒体の衝
突速度で比較すると１．４^0.5 ＝１．１８（倍）とな
る。また伝熱管の摩耗速度は衝突速度の３．５乗に比例
するから、摩耗速度は１．１８^3.5 ＝１．８（倍）とな
る。

【００３８】図１９に空気ノズルから最下段伝熱管まで
の距離と伝熱管の摩耗減肉量との関係を示す。図１９に
おいて、距離が大きくなるほど伝熱管の摩耗減肉量が指
数関数的に増加することが分かる。従って、本発明にお
いては、空気ノズルから最下段伝熱管までの距離、およ
び伝熱管管群相互の間隔を８００ｍｍ以下とすることが
好ましい。

【００３９】図２０は、火炉幅１．２ｍ火炉奥行き０．
６ｍ、流動層高０．６５ｍの伝熱管のない流動層モデル
に平均粒径０．５ｍｍのケイ砂を流動媒体として使用し
て前記歪みゲージを火炉奥行き方向の中央の流動層高付
近に挿入し、最大、最小歪みを測定した結果を示す図で
ある。図において、最小の歪みの絶対値が最大歪みを上
回るところは下向流が発生しており、層内には二つの循
環流が発生していることが分かる。また、火炉の断面が
正方形や円形の流動層においては層の中央部がふき上が
り周辺部が下向流となり伝熱管がない流動層では気泡が
集中するので、流動状態は極めて激しくなる。このよう
な流動状態を抑制するには伝熱管を均等にかつ密に配置
する必要がある。

【００４０】図２２は、水平ピッチが５０ｍｍ、管外径
が２７．２ｍｍの管列を段数を増やし、図２１に示すよ
うに、空気ノズル２１１から６００ｍｍ上方に伝熱管群
を配置して気泡の破砕効果を調べた結果を示したもので
ある。図２２において、伝熱管群の段数が８段前後から
以上は発生歪みが殆ど変わらないことから、８段前後に
すると気泡は伝熱管で充分破砕されてそれ以上大きくな
らないことが分かる。

【００４１】また伝熱管の配列方法としては、例えば図
２３に示したように、スタッガード配列、インライン配
列があげられ、図２４は、前記インライン配列の管群の
管と管の間に歪みゲージを取り付けたセンサーを挿入
し、伝熱管の外径を代えることによって流動層内に占め
る伝熱管の体積率を変えて、発生した歪みを測定した結
果を示したものである。図２４において、伝熱管の体積
率が１２％前後から以上は発生歪みが変わらないことが
分かる。従って本発明においては、伝熱管の体積率を１
２％以上とすることが好ましい。

【００４２】すなわち、本発明においては、空気ノズル
と管群との間隔および管群と管群との間隔を８００ｍｍ
以下とし、伝熱管もしくはダミー管管群における管の体
積率を１２％以上とし、管群の段数を８段以上とする伝
熱管配置を採用することが好ましい。なお、この伝熱管
配置構造は、一般の流動層ボイラ装置にも適用可能であ
る。

【００４３】図２５は、本発明の別の実施例を示す説明
図である。この流動層ボイラ装置は、空気分配板２５２
の空気ノズル２５３から６００ｍｍ上方に最下段の伝熱
管群２５４を配置し、その上にそれぞれ６００ｍｍづつ
離して合計４個の伝熱管群２５４を配置したものであ
る。伝熱管群２５４は外径２７．３ｍｍの伝熱管をイン
ラインに配置し、図２３に示した管のピッチはＳｈ＝５
０ｍｍ、Ｓｖ＝５０ｍｍとした。この伝熱管群２５４の
体積率はそれぞれ２３．２％である。また、図示省略し
たが、最下段の伝熱管管群２５４の最下段管には伝熱管
の摩耗を防止するために外径３４ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ
のステンレス鋼管を半割りにしたプロテクターが取付け
られており、該プロテクターに図１に示した、燃料を均
一に分配するためのフィンが設けられている。

【００４４】本実施例によれば、最下段伝熱管のプロテ
クターに水平方向に延設されたフィンを設けたことによ
り燃料を均一分散することができる。また、空気ノズル
２５３と最下段の伝熱管群２５４との間隔、および伝熱
管群相互の間隔をそれぞれ６００ｍｍとしたことにより
前記各伝熱管群２５４が気泡を破砕してその成長を阻害
するので、伝熱管の摩耗を軽減することができる。さら
に、伝熱管を４つの管群で構成したことにより、ボイラ
負荷１００％、７５％、５０％、２５％とステップ応答
的に負荷変化させ易いという利点がある。

【００４５】本実施例において、最下段の伝熱管群２５
４をダミー管（ステンレス鋼管）管群とすることもでき
る。最下段の管群が伝熱管であると伝熱管によって熱が
持ち去られ、起動に時間がかかるという問題を生じる
が、最下段の管群として非冷却のダミー管を使用するこ
とにより、起動時に燃料等が冷却されないので起動時間
を短縮することができる。

【００４６】なお、本実施例において、流動層ボイラの
起動は流動層高を最下段管以下にし、熱風炉により６５
０度前後まで昇温してからＣＷＰ（Ｃｏａｌ Ｗａｔｅ
ｒＰａｓｔｅ）を投入し、その後流動層高を徐々に上げ
て起動した。図２６は、本発明のさらに別の実施例を示
す説明図である。この流動層ボイラ装置は、空気分配板
２６２の空気ノズル２６３から６００ｍｍの位置に外径
２７．２ｍｍのダミー管（ステンレス鋼管）管群を配置
するとともに、その最下段のダミー管に図１に示したフ
ィンを設け、このダミー管群の上方に管中心寸法で６０
０ｍｍ離して同様のダミー管群２６７を配置し、その上
に管中心寸法で６００ｍｍ離して伝熱管管群２６４を配
置したものである。伝熱管およびダミー管管群は、イン
ラインに配置し、第２３図に示した管のピッチをＳｈ＝
５０ｍｍ、Ｓｖ＝５０ｍｍとした。

【００４７】本実施例によれば、最下段のダミー管にフ
ィンを設けたことにより、燃料を均一分散できる。また
ダミー管群２６７相互またはダミー管群２６７と伝熱管
群２６４との間隔を６００ｍｍとしたことにより伝熱管
およびダミー管の摩耗を防止することができる。さら
に、伝熱管管群２６４を流動層の上部に配置したことに
より、流動層高を大きく変化させることなく負荷制御が
でき、また低負荷時の燃焼効率の低下を回避することが
できる。

【００４８】本実施例においてダミー管管群２６７の中
に伝熱管を混入させ、伝熱管管群２６４の中にダミー管
を混入させてもよい。

【００４９】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
少なくとも最下段の伝熱管の、燃料供給ノズルから噴射
され、流動化空気に同伴される燃料が接触する個所に、
水平方向に延びるフィンを設けたことにより、前記噴射
された燃料がフィンに衝突して拡散するので、燃料を流
動層内に均一に分配することができる。また、燃焼効率
が向上し、未燃分の発生が少なくなるので、フリーボー
ドやサイクロンでの、いわゆる後燃えがなくなるととも
に、最下段の伝熱管付近に還元雰囲気が生じないので、
伝熱管の腐食を防止することができる。

【００５０】本願の請求項２記載の発明によれば、フィ
ンに鋸歯状の切り込みを設けたことにより、上記発明の
効果に加え、フィンの先端部と根本部とで生じるメタル
温度差に起因する熱応力を低減することができる。本願
の請求項３記載の発明によれば、燃料供給ノズルの燃料
噴射方向と最下段の伝熱管の長手方向を同一とし、前記
燃料供給ノズルの平面位置を挟んで平面上右側の伝熱管
には右方向に延びるフィンを、左側の伝熱管には左方向
に延びるフィンを、および中央部の伝熱管には左右両方
向に延びるフィンを、それぞれ設けたことにより、上記
発明の効果に加え、燃料噴射ノズルから噴射された燃料
をフィンの延設方向に沿って均一に分散することができ
る。

【００５１】本願の請求項４記載の発明によれば、燃料
供給ノズルの燃料噴射位置に近い伝熱管ほどフィンの取
付け幅を広くしたことにより、上記発明の効果に加え、
燃料噴射ノズルから噴射された燃料の到達位置が変化し
ても均一に分散することができる。本願の請求項５記載
の発明によれば、燃料供給ノズルの燃料噴射方向と最下
段の伝熱管の長手方向が直交するように伝熱管を配置
し、該伝熱管のフィンを、前記燃料供給ノズルの平面位
置を挟んで左右逆向きに交互に取り付けたことにより、
上記発明の効果に加え、燃料供給ノズルから噴射された
燃料を前記燃料供給ノズルの噴射口の前後に拡散するよ
うにして均一に分散させることができる。

【００５２】本願の請求項６記載の発明によれば、伝熱
管として摩耗防止用カバーで被覆されたものを用い、該
摩耗防止用カバーにフィンを設けたことにより、上記発
明と同様、燃料をフィンの延設方向に沿って均一に分配
することができる。本願の請求項７記載の発明によれ
ば、伝熱管の下部の、燃料供給ノズルから噴射された燃
料の到達位置に、上向きに凸型形状の中央部材と、該中
央部材の下端外周部に沿って設けられた、上向きに傾斜
する壁面を有する外周部材と、前記中央部材の上部壁面
に設けられ、上部空間に開口する連通管とを有する燃料
分配器を配置したことにより、燃料供給ノズルから噴射
された燃料の上昇位置に関係なく、均一に分配すること
ができる。

【００５３】本願の請求項８記載の発明によれば、上向
きに凸状形状の中央部材を、円筒状または円錐状部材と
し、前記上向きに傾斜する壁面を有する外周部材を、前
記中央部材の下端外周部に沿って設けられた、斜め上方
に延びる翼状部材または鍔部材としたことにより、上記
発明と同様の効果が得られる。本願の請求項９に記載の
発明によれば、中央部材に設けられた連通管の下端を、
前記中央部材の上部壁面よりも下方に突出させたことに
より、上記発明の効果に加え、燃料混合物のうち主とし
て空気を上方へ逃がしながら、燃料を層内に均一に分散
することができる。

【００５４】本願の請求項１０に記載の発明によれば、
流動層ボイラ装置を加圧型の流動層ボイラ装置とし、流
動層火炉を、圧力容器と、該圧力容器の内面に沿って配
置された耐火材と、該耐火材を固定するようにその表面
に配置された水管群からなる水冷壁を有するものとした
ことにより、水冷壁のバックステーを不要とし、圧力容
器のコンパクト化を図ることができる。

【００５５】本願の請求項１１に記載の発明によれば、
燃料供給ノズルと最下段の伝熱管との間隔および流動層
内に配置された伝熱管管群相互の間隔を、それぞれ８０
０ｍｍｍ以下としたことにより、上記発明の効果に加
え、気泡の成長を阻害して伝熱管の摩耗を軽減すること
ができる。本願の請求項１２に記載の発明によれば、伝
熱管管群の体積率を、１２％以上としたことにより、上
記発明と同様に気泡の成長を阻害して伝熱管の摩耗を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す説明図。

【図２】図１のII−II線矢示方向断面図。

【図３】図１の要部拡大図。

【図４】一実施例におけるフィンの取付け態様を示す
図。

【図５】本発明が適用される摩耗防止用カバーを取り付
けた伝熱管を示す図。

【図６】図５のカバーにフィンを取り付けた場合の説明
図。

【図７】図６のVII−VII方向視図。

【図８】本発明の別の実施例の要部を示す図。

【図９】図８のIX−IX線矢示方向断面図。

【図１０】図８のX−X線矢示方向断面図。

【図１１】本発明の別の実施例の要部を示す図。

【図１２】図１１の一部拡大図。

【図１３】図１２の縦断面図。

【図１４】本発明の別の実施例の要部断面を示す図。

【図１５】図１４のXV−XV線矢示方向断面図。

【図１６】一実施例における水冷壁の取付け態様を示す
図。

【図１７】歪みゲージの説明図。

【図１８】空気ノズルからの距離と発生歪みとの関係を
示す図。

【図１９】空気ノズルから最下段伝熱管までの距離と伝
熱管の摩耗減肉量との関係を示す図。

【図２０】伝熱管のない流動層内における流動媒体の流
動状態の測定結果を示す図。

【図２１】伝熱管段数と発生歪みの関係を測定する際の
伝熱管と空気ノズルとの関係を示す図。

【図２２】伝熱管段数と発生歪みの関係を示す図。

【図２３】伝熱管の体積率を示す説明図。

【図２４】伝熱管の体積率と発生歪の関係を示す図。

【図２５】本発明の別の実施例を示す説明図。

【図２６】本発明の別の実施例を示す説明図。

【図２７】従来技術の説明図。

【図２８】従来技術の燃料供給ノズルとディストリビュ
ータとの位置関係を示す図。

【図２９】従来技術の燃料供給ノズルとディストリビュ
ータとの位置関係を示す図。

【図３０】従来技術の燃料供給ノズルとディストリビュ
ータとの位置関係を示す図。

【符号の説明】

１…燃料供給ノズル、２…伝熱管、３…フィン、４…溶
接部、５…カバー、６…あて金、７…栓溶接、１１１…
燃料供給ノズル、１１２…伝熱管、１１４…円筒状部
材、１１５…翼状部材、１１６…連通管、１１７…ディ
ストリビュータ、１１８…燃料の流れを示す矢印、１１
９…空間部、１２０…連通管の下部開口部、１２１…燃
料の流れを示す矢印、１２２…円筒状部材と翼状部材と
の接合部、１２３…円筒状部材の下部開口端、１２４…
主として空気の流れを示す矢印、１４１…圧力容器、１
４２…流動層ボイラの火炉、１４３…耐火材、１４４…
水管、１４５…管寄せ、１４６…スリングボルト、１４
７…流動層、１４８…空気ノズル、１４９…分散板、１
５０…伝熱管、１５１…燃料供給ノズル、１５２…ディ
ストリビュータ、２１１…空気ノズル、２１２…伝熱
管、２５１…側壁、２５２…空気分散板、２５３…空気
ノズル、２５４…伝熱管群、２５５…サポート管、２５
６…ＣＷＰノズル、２６１…側壁、２６２…空気分散
板、２６３…空気ノズル、２６４…伝熱管、２６５…サ
ポート管、２６６…ＣＷＰノズル、２６７…ダミー管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河崎 照文 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 伊豆田 浩三 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 東川 謙示 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 藤原 秀成 広島県呉市宝町５番３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 AA06 AB01 AD03 AE16 BA05 BA13

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層火炉と、該流動層火炉の底部に設
   けられた散気板と、該散気板から供給された流動化空気
   によって形成される流動層と、該流動層に燃料を供給す
   る燃料供給ノズルと、該燃料供給ノズルの上部に設けら
   れた伝熱管群とを有する流動層ボイラ装置において、前
   記伝熱管群のうち、少なくとも最下段の伝熱管の前記燃
   料供給ノズルから噴射され、流動化空気に同伴された燃
   料が接触する個所に、水平方向に延びるフィンを設けた
   ことを特徴とする流動層ボイラ装置。
2. 【請求項２】 前記フィンに鋸歯状の切り込みを設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラ装置。
3. 【請求項３】 前記燃料供給ノズルの燃料噴射方向と最
   下段の伝熱管の長手方向を同一とし、前記燃料供給ノズ
   ルの平面位置を挟んで平面上右側の伝熱管には右方向に
   延びるフィンを、左側の伝熱管には左方向に延びるフィ
   ンを、および中央部の伝熱管には左右両方向に延びるフ
   ィンを、それぞれ設けたことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の流動層ボイラ装置。
4. 【請求項４】 前記燃料供給ノズルの燃料噴射位置に近
   い伝熱管ほどフィンの取付け幅を広くしたことを特徴と
   する請求項１〜３の何れかに記載の流動層ボイラ装置。
5. 【請求項５】 前記燃料供給ノズルの燃料噴射方向と最
   下段の伝熱管の長手方向が直交するように伝熱管を配置
   し、該伝熱管のフィンを、前記燃料供給ノズルの平面位
   置を挟んで左右逆向きに交互に取り付けたことを特徴と
   する請求項１または２に記載の流動層ボイラ装置。
6. 【請求項６】 前記最下段の伝熱管が摩耗防止用カバー
   で被覆されたものであり、該摩耗防止用カバーに前記フ
   ィンを設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに
   記載の流動層ボイラ装置。
7. 【請求項７】 流動層火炉と、該流動層火炉の底部に設
   けられた散気板と、該散気板から供給される流動化空気
   によって形成される流動層と、該流動層に燃料を供給す
   る燃料供給ノズルと、該燃料供給ノズルの上部の前記流
   動層内に設けられた伝熱管群とを有する流動層ボイラ装
   置において、前記伝熱管の下部の、燃料噴射ノズルから
   噴射された燃料の到達位置に、上向きに凸型形状の中央
   部材と、該中央部材の下端外周部に沿って設けられた、
   上向きに傾斜する壁面を有する外周部材と、前記中央部
   材の上部壁面に設けられ、上部空間に開口する連通管と
   を有する燃料分配器を配置したことを特徴とする流動層
   ボイラ装置。
8. 【請求項８】 前記上向きに凸状形状の中央部材が、円
   筒状または円錐状部材からなり、前記上向きに傾斜する
   壁面を有する外周部材が、前記中央部材の下端外周部に
   沿って設けられた、斜め上方に延びる翼状または鍔状部
   材であることを特徴とする請求項７に記載の流動層ボイ
   ラ装置。
9. 【請求項９】 前記中央部材に設けられた連通管の下端
   を、前記中央部材の上部壁面よりも下方に突出させたこ
   とを特徴とする請求項７または８に記載の流動層ボイラ
   装置。
10. 【請求項１０】 前記流動層ボイラ装置が加圧型の流動
    層ボイラ装置であり、前記流動層火炉が、圧力容器と、
    該圧力容器の内面に沿って配置された耐火材と、該耐火
    材を固定するようにその表面に配置された水管群からな
    る水冷壁を有することを特徴とする請求項１〜９の何れ
    かに記載の流動層ボイラ装置。
11. 【請求項１１】 前記燃料供給ノズルと最下段の伝熱管
    との間隔および前記流動層内に配置された伝熱管管群相
    互間の間隔を、それぞれ８００ｍｍ以下としたことを特
    徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の流動層ボイラ
    装置。
12. 【請求項１２】 前記伝熱管管群の体積率を、１２％以
    上としたことを特徴とする請求項１１に記載の流動層ボ
    イラ装置。