JP2003240210A

JP2003240210A - 流動層ボイラの運転方法

Info

Publication number: JP2003240210A
Application number: JP2002043609A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tajiri; 隆田尻; Toshiharu Katabuchi; 敏治片渕; Yoshitaka Fujii; 義孝藤井; Hajime Watanabe; 肇渡邊; Junichi Koike; 淳一小池; Terutoshi Uchida; 輝俊内田; Junichi Shigeta; 潤一茂田; Shinya Mori; 慎也毛利
Original assignee: Kyushu Electric Power Co Inc; IHI Corp
Current assignee: Kyushu Electric Power Co Inc; IHI Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】灰の溶融温度を上げてバインダーとなる溶融
物の生成を抑え、焼結物の生成を抑制し得、且つ生成さ
れた焼結物の結合強度を低下させ、焼結物の大径空洞化
或いは異形化を阻止し得、ベッド材と伝熱管との接触並
びに流動層の流動を良好に行うことができ、運転の安定
化を図り得る流動層ボイラの運転方法を提供する。【解決手段】流動層９内にマグネシウム化合物又はア
ルミニウム化合物を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動層ボイラの運
転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は流動層ボイラのうち加圧流動層ボ
イラの一例を表わすものであって、該加圧流動層ボイラ
は、内部が加圧雰囲気になっている圧力容器１の中に流
動層ボイラ本体２が設けられており、流動層ボイラ本体
２内の下部には複数本の散気管３が配設されており、該
散気管３は、圧力容器１内の加圧空気４を、途中に後述
する灰クーラ５が設けられた燃焼用空気供給ライン６か
ら風箱７へ取り入れて上方に噴出するようになってい
る。

【０００３】前記散気管３の上部には、スラリータンク
８ａに貯留された石炭スラリー等の燃料を燃料ポンプ８
ｂの作動により供給する燃料供給管８が配設されている
と共に、流動層９を形成するための石灰石等の脱硫材と
石炭灰等を混合したベッド材１０がベッド材貯蔵容器
（図示せず）から供給されるようになっており、コンプ
レッサ１１から圧力容器１内に供給された加圧空気４が
前記燃焼用空気供給ライン６から風箱７を介して散気管
３に供給され上方に噴出されることにより流動層９が形
成され、前記燃料供給管８から供給された燃料が流動層
９の中で撹拌されて効率よく燃焼されるようになってい
る。

【０００４】前記流動層ボイラ本体２内における流動層
９の形成部には、伝熱管によって形成された蒸発器１２
及び過熱器１３と再熱器１４とが配設されており、過熱
器１３の蒸気流通方向上流側端部は蒸発器１２を介して
管路１５によりボイラ給水系統１６に、下流側端部は管
路１７により蒸気タービン１８の高圧タービン１９の蒸
気入口に接続され、又、再熱器１４の蒸気流通方向上流
側端部は管路２０により蒸気タービン１８の高圧タービ
ン１９の蒸気出口に、下流側端部は管路２１により蒸気
タービン１８の中低圧タービン２２を構成する中圧ター
ビン２２ａの蒸気入口に接続されており、更に、前記中
圧タービン２２ａから蒸気が導入される低圧タービン２
２ｂの蒸気出口は管路２３により復水器２４に接続され
ている。

【０００５】前記ボイラ給水系統１６は、中低圧タービ
ン２２から排出された蒸気を冷却凝縮する復水器２４
と、該復水器２４の出側に設けられた復水ポンプ２５
と、該復水ポンプ２５で昇圧されたボイラ給水を加熱す
る低圧給水加熱器２６と、該低圧給水加熱器２６からの
ボイラ給水を脱気するための脱気器２７と、該脱気器２
７の出側に設けられた給水ポンプ２８と、該給水ポンプ
２８で昇圧されたボイラ給水を加熱する高圧給水加熱器
２９とを備えてなる構成を有している。

【０００６】前記流動層ボイラ本体２の上部には、蒸発
器１２、過熱器１３、並びに再熱器１４内の水や蒸気を
加熱した後の高温で且つ高圧の排ガス３０が分岐ダクト
３１を介して導かれる複数（例えば六基）のサイクロン
３２が配設されて、前記排ガス３０中の灰を分離するよ
うになっており、サイクロン３２には、排ガス管３３を
介して圧力容器１外部に設けられたセラミックチューブ
フィルタ等のフィルタ装置３４が接続され、該フィルタ
装置３４には、前述したコンプレッサ１１を駆動し且つ
余剰動力でガスタービン発電機３７を駆動するガスター
ビン３６が排ガス管３５を介して接続されている。

【０００７】前記ガスタービン３６のガス出口は煙道３
８により煙突３９に接続され、該煙道３８途中には、高
圧給水加熱器２９より下流側における管路１５を流れる
ボイラ給水によってガスタービン３６からの排ガス３０
の熱を回収する第１段高圧ガスクーラ４０と、高圧給水
加熱器２９のバイパスライン４１を流れるボイラ給水に
よってガスタービン３６からの排ガス３０の熱を回収す
る第２段高圧ガスクーラ４２と、低圧給水加熱器２６の
バイパスライン４３を流れるボイラ給水によってガスタ
ービン３６からの排ガスの熱を回収する低圧ガスクーラ
４４とが設けられている。

【０００８】一方、前記圧力容器１内には、サイクロン
３２で分離された分離灰４５の熱を加圧空気４によって
回収する灰クーラ５が設けられている。

【０００９】前述の如き加圧流動層ボイラにおいては、
コンプレッサ１１により圧縮した加圧空気４を圧力容器
１内へ供給し、該圧力容器１内の加圧空気４を燃焼用空
気供給ライン６から取り入れて灰クーラ５で分離灰４５
により加熱した後、風箱７を介して散気管３から上方に
噴出させると、流動層ボイラ本体２内で流動層９が形成
され、スラリータンク８ａから燃料ポンプ８ｂの作動に
より燃料供給管８を介して供給された石炭スラリー等の
燃料が流動層９の中で撹拌されて効率よく燃焼される。

【００１０】前記流動層９の中で燃料が燃焼すると、そ
の熱エネルギーは、流動状態のベッド材１０に伝達さ
れ、更に、該ベッド材１０が蒸発器１２、過熱器１３、
再熱器１４に接触することによって、前記熱エネルギー
が蒸発器１２、過熱器１３、再熱器１４に伝達される。

【００１１】ボイラ給水系統１６から蒸発器１２へ供給
されるボイラ給水は前記熱エネルギーによって蒸気化
し、その蒸気は過熱器１３により過熱蒸気となり、該過
熱蒸気は蒸気タービン１８の高圧タービン１９に流入し
て該高圧タービン１９が駆動される。

【００１２】高圧タービン１９を駆動した後の蒸気は、
再熱器１４へ流入し、該再熱器１４によって再熱された
蒸気は中低圧タービン２２に流入して、該中低圧タービ
ン２２を駆動し、更に中低圧タービン２２を駆動した後
の蒸気は、ボイラ給水系統１６の復水器２４によってボ
イラ給水に戻され、復水ポンプ２５を経て低圧給水加熱
器２６において加熱されると共に、バイパスライン４３
へ分岐されたボイラ給水の一部により低圧ガスクーラ４
４においてガスタービン３６からの排ガス３０の熱が回
収された後、脱気器２７でボイラ給水の脱気が行われ、
該脱気器２７で脱気されたボイラ給水は、給水ポンプ２
８により昇圧された後、高圧給水加熱器２９において加
熱されると共に、バイパスライン４１へ分岐されたボイ
ラ給水の一部により第２段高圧ガスクーラ４２において
ガスタービン３６からの排ガス３０の熱が回収され、更
に第１段高圧ガスクーラ４０においてガスタービン３６
からの排ガス３０の熱が回収され、再び蒸発器１２へ供
給される。

【００１３】このようにして、蒸気タービン１８は蒸気
により駆動され、蒸気タービン１８に接続された蒸気タ
ービン発電機４６によって発電が行われる。

【００１４】一方、前記流動層ボイラ本体２内において
燃焼した燃料の排ガス３０は、蒸発器１２、過熱器１
３、並びに再熱器１４内の水や蒸気を加熱した後、分岐
ダクト３１を介してサイクロン３２へ導入され、排ガス
３０中の灰が分離され、サイクロン３２で大部分の灰が
分離された排ガス３０は、排ガス管３３を介して圧力容
器１外部に設けられたセラミックチューブフィルタ等の
フィルタ装置３４へ導入され、該フィルタ装置３４にお
いて更に灰が捕集除去された後、排ガス管３５を介して
ガスタービン３６に供給され、これによりガスタービン
３６が駆動され、該ガスタービン３６により前記コンプ
レッサ１１が駆動されると共に、余剰動力でガスタービ
ン発電機３７が駆動され、発電が行われる。

【００１５】前記ガスタービン３６を駆動した後の排ガ
ス３０は、煙道３８を流れ、第１段高圧ガスクーラ４０
において高圧給水加熱器２９の下流側のボイラ給水によ
って熱が回収され、第２段高圧ガスクーラ４２において
高圧給水加熱器２９のバイパスライン４１を流れるボイ
ラ給水によって熱が回収され、更に低圧ガスクーラ４４
において低圧給水加熱器２６のバイパスライン４３を流
れるボイラ給水によって熱が回収され、煙突３９から大
気へ放出される。

【００１６】前記サイクロン３２で分離された分離灰４
５は、前記灰クーラ５において燃焼用空気供給ライン６
から風箱７を介して散気管３へ供給される加圧空気４に
より熱が回収されて冷却された後、圧力容器１の外部の
灰処理装置（図示せず）に輸送される。

【００１７】又、前記流動層９における燃料の燃焼によ
って生じた灰は、前記流動層ボイラ本体２から必要に応
じて適宜抜き出され、セメント材料等に使用されるよう
になっている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前述の如き加圧流動層
ボイラにおける収熱量の制御は、ベッド材１０によって
形成される流動層９の高さ（層高）を変え、ベッド材１
０と伝熱管との接触面積を変えることで行うようになっ
ており、運転が安定している状態、つまり収熱が安定し
ている状態では、層高が一定状態を保ち、又、流動状態
が安定していれば、層内のどの部分を取っても、層温は
略同一な温度となる。

【００１９】ところで、脱硫材と石炭灰の成分によって
は、流動層９内で低融点共晶物が生成され、溶融物をバ
インダーとして複数のベッド材１０を結合した焼結物
（大径焼結体）が形成され、この焼結物は、正常なベッ
ド材１０とは明らかに形状が異なり、例えば、黄身の抜
けたゆで卵状に内部が空洞となって大径化した形状とな
ったり、或いはこんぺいとうのように凸凹した形状とな
ってしまうことがあるが、ベッド材１０と流動層９内の
伝熱管との熱伝達は、ベッド材１０の粒径或いはベッド
材１０の形状に大きく依存するため、前述の如く粒径が
大きくなったり或いは表面形状が複雑になると、伝熱管
との接触が悪くなり、熱伝達率が低下し、所定の蒸気を
発生させることができなくなるという不具合が生じてい
た。

【００２０】又、大径焼結体は、正常なベッド材１０に
比べ、それを流動化させるために必要となる空気の最小
流速が大きくなるため、流動層９の流動を阻害し、流動
層９の温度の不均一や燃焼の不均一をも引き起こすこと
となり、その結果として脱硫率の低下をももたらすこと
となっていた。

【００２１】尚、ベッド材１０が大径空洞化或いは異形
化すると空隙率が増加するため、流動層９の層比重が低
下するが、該層比重は、加圧流動層ボイラの場合、常時
監視項目であり、層比重の低下をチェックすることで、
焼結物の生成の判断を行うことは可能である。

【００２２】本発明は、斯かる実情に鑑み、灰の溶融温
度を上げてバインダーとなる溶融物の生成を抑え、焼結
物の生成を抑制し得、且つ生成された焼結物の結合強度
を低下させ、焼結物の大径空洞化或いは異形化を阻止し
得、ベッド材と伝熱管との接触並びに流動層の流動を良
好に行うことができ、運転の安定化を図り得る流動層ボ
イラの運転方法を提供しようとするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、流動層内にマ
グネシウム化合物を添加することを特徴とする流動層ボ
イラの運転方法にかかるものである。

【００２４】前記流動層ボイラの運転方法においては、
マグネシウム化合物を水酸化マグネシウム、酸化マグネ
シウム、或いは炭酸マグネシウムとすることができる。

【００２５】又、本発明は、流動層内にアルミニウム化
合物を添加することを特徴とする流動層ボイラの運転方
法にかかるものである。

【００２６】前記流動層ボイラの運転方法においては、
アルミニウム化合物を水酸化アルミニウム、或いは酸化
アルミニウムとすることができる。

【００２７】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２８】流動層内にマグネシウム化合物又はアルミ
ニウム化合物を添加すると、脱硫材と石炭灰の成分によ
らず、灰の溶融温度が上昇し、流動層内で低融点共晶物
が生成されにくくなって、溶融物をバインダーとして複
数のベッド材を結合した焼結物が形成されにくくなり、
ベッド材の粒径が大きくなったり或いは表面形状が複雑
にならず、伝熱管との接触がよくなり、熱伝達率が低下
せず、所定の蒸気を発生させることが可能となる。

【００２９】又、大径焼結体が形成されにくくなること
に伴って、流動層の流動が阻害されず、流動層の温度の
不均一や燃焼の不均一も発生しにくくなり、脱硫率の向
上にもつながることとなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００３１】図１は本発明を実施する形態の一例であっ
て、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしており、基本的な構成は図５に示す従来のものと同
様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示
す如く、流動層９内にマグネシウム化合物又はアルミニ
ウム化合物を添加するよう構成した点にある。

【００３２】本図示例の場合、マグネシウム化合物又は
アルミニウム化合物は、石炭スラリー等の燃料が貯留さ
れたスラリータンク８ａに供給し、該スラリータンク８
ａから燃料ポンプ８ｂの作動により燃料と一緒に燃料供
給管８を介して流動層９内へ添加するようにしてある。

【００３３】前記マグネシウム化合物としては、例え
ば、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）
等が挙げられ、又、前記アルミニウム化合物としては、
例えば、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）、酸化
アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等が挙げられる。

【００３４】次に、上記図示例の作動を説明する。

【００３５】流動層９内にマグネシウム化合物又はアル
ミニウム化合物を添加すると、脱硫材と石炭灰の成分に
よらず、灰の溶融温度が上昇し、流動層９内で低融点共
晶物が生成されにくくなって、溶融物をバインダーとし
て複数のベッド材１０を結合した焼結物（大径焼結体）
が形成されにくくなり、ベッド材１０の粒径が大きくな
ったり或いは表面形状が複雑にならず、伝熱管との接触
がよくなり、熱伝達率が低下せず、所定の蒸気を発生さ
せることが可能となる。

【００３６】又、大径焼結体が形成されにくくなること
に伴って、流動層９の流動が阻害されず、流動層９の温
度の不均一や燃焼の不均一も発生しにくくなり、脱硫率
の向上にもつながることとなる。

【００３７】ここで、図２は水酸化マグネシウム（Ｍｇ
（ＯＨ）₂）の添加が灰の溶融温度（溶流温度）に及ぼ
す影響を表わす実験結果図であって、

【数１】石炭：石灰石：Ｍｇ（ＯＨ）₂＝５０：１．８
７５：（０．４８８×α）の重量比となる試料を、α＝０（添加しない）、α＝１
／２、α＝１、α＝２と変化させ、電気炉にてＪＩＳ法
に準じて灰化させ、溶融温度（溶流温度）を測定したも
のであり、この図から、水酸化マグネシウムを添加する
と、水酸化マグネシウムを添加しない場合に比べて、灰
の溶融温度（溶流温度）が上がっていることがわかり、
これにより、バインダーとなる溶融物が生成されにくく
なって、焼結物が生成されにくくなることがわかる。
尚、前述の「石炭：石灰石＝５０：１．８７５」は、石
炭とＣａ／Ｓモル比９に相当する石灰石との混合比であ
り、又、水酸化マグネシウムの添加比率は、α＝０の状
態の石灰石をドロマイト（ＣａＣＯ₃・ＭｇＣＯ₃）に置
き換えた場合のＭｇ量と水酸化マグネシウム中のＭｇ量
とが同一になるようにした場合の水酸化マグネシウムの
重量から算出した比である。

【００３８】又、図３は石炭灰と石灰石に対しマグネシ
ウム化合物或いはアルミニウム化合物を添加した場合の
添加割合とラトラ強度との関係を表わす実験データ線図
であって、

【数２】石炭灰：（石灰石＋添加剤）＝３０：７０の重量比（例えば、添加剤の添加割合を１５［％］とす
ると、

【数３】石炭灰：石灰石：添加剤＝３０：５５：１５となる）で混合した試料を電気炉に入れ、１２００
［℃］の温度で一時間加熱した後、デシケータ内で放冷
し、常温まで戻った状態でラトラ強度を測定した実験結
果である。尚、ラトラ強度とは、電気炉で加熱処理した
試料をラトラ試験器の回転籠に入れ、所定回転数で回転
させると、該回転籠の回転により試料が崩れて落下し重
量が減少するが、このとき、

【数４】ラトラ強度＝ラトラ試験後の試料の重量／ラト
ラ試験前の試料の重量と定義されるものである。即ち、ラトラ強度が低いほ
ど、灰中の焼結物の強度が弱く、壊れやすくなり、焼結
物が大径空洞化或いは異形化しにくくなることを意味し
ているが、図３の実験データ線図から明らかなように、
石炭灰と石灰石に対しマグネシウム化合物或いはアルミ
ニウム化合物を添加した場合、その添加割合が大きいほ
ど、ラトラ強度が低下することがわかる。

【００３９】更に又、図４は水酸化マグネシウム添加の
有無による層比重低下率の違いを比較した実機データ図
であり、この図から、添加剤なし，の比較により、
モル比及び運転圧力が高いほど、層比重低下率が高くな
ることがわかるが、添加剤なしと水酸化マグネシウム
添加との比較では、モル比、運転圧力とも後者の方が高
いにもかかわらず、層比重低下率が低下していることが
わかり、これは、流動層９（図１参照）に水酸化マグネ
シウムを添加すると、層比重の低下が抑えられ、焼結物
が生成されにくくなったことを示しており、実験データ
を裏付けるものとなっている。

【００４０】こうして、灰の溶融温度を上げてバインダ
ーとなる溶融物の生成を抑え、焼結物の生成を抑制し
得、且つ生成された焼結物の結合強度を低下させ、焼結
物の大径空洞化或いは異形化を阻止し得、ベッド材１０
と伝熱管との接触並びに流動層９の流動を良好に行うこ
とができ、運転の安定化を図り得る。

【００４１】尚、本発明の流動層ボイラの運転方法は、
上述の図示例にのみ限定されるものではなく、加圧流動
層ボイラに限らず、流動層ボイラ本体が圧力容器で覆わ
れていない形式の流動層ボイラにも適用可能なこと等、
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々
変更を加え得ることは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の流動層ボ
イラの運転方法によれば、灰の溶融温度を上げてバイン
ダーとなる溶融物の生成を抑え、焼結物の生成を抑制し
得、且つ生成された焼結物の結合強度を低下させ、焼結
物の大径空洞化或いは異形化を阻止し得、ベッド材と伝
熱管との接触並びに流動層の流動を良好に行うことがで
き、運転の安定化を図り得るという優れた効果を奏し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図
である。

【図２】水酸化マグネシウムの添加が灰の溶融温度（溶
流温度）に及ぼす影響を表わす実験結果図である。

【図３】石炭灰と石灰石に対しマグネシウム化合物或い
はアルミニウム化合物を添加した場合の添加割合とラト
ラ強度との関係を表わす実験データ線図である。

【図４】水酸化マグネシウム添加の有無による層比重低
下率の違いを比較した実機データ図である。

【図５】従来例の全体概要構成図である。

【符号の説明】

２流動層ボイラ本体８燃料供給管８ａスラリータンク８ｂ燃料ポンプ９流動層１０ベッド材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片渕敏治福岡県京都郡苅田町長浜町１番地１九州電力株式会社苅田発電所内 (72)発明者藤井義孝福岡県京都郡苅田町長浜町１番地１九州電力株式会社苅田発電所内 (72)発明者渡邊肇福岡県京都郡苅田町長浜町１番地１九州電力株式会社苅田発電所内 (72)発明者小池淳一東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者内田輝俊東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者茂田潤一神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社機械・プラント開発センター内 (72)発明者毛利慎也神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社機械・プラント開発センター内Ｆターム(参考） 3K064 AA06 AA08 AB01 AC06 AD05 AF02 BA05 BA13 BA17 BA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動層内にマグネシウム化合物を添加す
ることを特徴とする流動層ボイラの運転方法。
【請求項２】マグネシウム化合物を水酸化マグネシウ
ムとした請求項１記載の流動層ボイラの運転方法。
【請求項３】マグネシウム化合物を酸化マグネシウム
とした請求項１記載の流動層ボイラの運転方法。
【請求項４】マグネシウム化合物を炭酸マグネシウム
とした請求項１記載の流動層ボイラの運転方法。
【請求項５】流動層内にアルミニウム化合物を添加す
ることを特徴とする流動層ボイラの運転方法。
【請求項６】アルミニウム化合物を水酸化アルミニウ
ムとした請求項５記載の流動層ボイラの運転方法。
【請求項７】アルミニウム化合物を酸化アルミニウム
とした請求項５記載の流動層ボイラの運転方法。