JP2006194465A - 循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を正確に把握し得、プラント効率向上等に役立てることができる循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置を提供する。
【解決手段】外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７内部を細分化した多数箇所の温度を検出する温度検出手段２３と、該温度検出手段２３で検出された各箇所の温度により、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を把握する演算手段２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、都市ゴミや産業廃棄物等の焼却処理、或いはゴミ固形化燃料（ＲＤＦ：Refuse Derived Fuel）等の燃料の燃焼に際して発生する燃焼熱を回収するために用いられる循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置に関するものである。

近年、都市ゴミや産業廃棄物等は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、これらを焼却処理したり、或いはゴミ固形化燃料等を燃料として用いることにより、その燃焼熱を回収するようにした発電設備の開発が進められている。

前記発電設備の形式の一つとして循環流動層燃焼装置があり、これは、図３に示される如く、空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａにより都市ゴミやゴミ固形化燃料等の燃料としての廃棄物を、砂や石灰石等からなるベッド材３と共に流動化させながら燃焼させる燃焼炉１と、該燃焼炉１の上部に接続され且つ燃焼炉１内での燃焼により発生した排ガス中に含まれる灰や砂等の流動媒体を捕集する媒体分離装置としてのホットサイクロン４と、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体がダウンカマー５を介して導入され、該流動媒体を冷却し流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻し循環させる外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７と、前記ホットサイクロン４で流動媒体が捕集された排ガスが導入され、内部に過熱器８と節炭器９とが配設された後部伝熱部１０とを備えてなる構成を有している。

前記後部伝熱部１０の節炭器９の下流側には、排ガスの熱により押込通風機１１から圧送される空気を加熱するガスエアヒータ１２を設け、該ガスエアヒータ１２で加熱された空気を、一次空気ライン１３を介して前記燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給すると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して前記燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給するようにし、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気を流動用空気ライン１８を介して前記外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給するようにしてある。尚、前記二次空気ライン１４の分岐部より下流側における一次空気ライン１３途中には、一次空気Ａの流量調節用のダンパ１６を設け、二次空気ライン１４途中には、二次空気Ｂの流量調節用のダンパ１７を設けてある。

前記外部熱交換器７は、前記ダウンカマー５が接続されるシールボックス１９内底部に、流動用空気Ｃを空気分散ノズル２０から上方へ吹き出すためのウィンドボックス２１を形成し、空気分散ノズル２０の上方におけるシールボックス１９内に、流動媒体との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器２２を配設してなる構成を有している。又、前記外部熱交換器７は、一般的にホットサイクロン４下部の圧力よりも燃焼炉１内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、燃焼炉１内の排ガスがホットサイクロン４下部のダウンカマー５側に流れ込むことを防止し、且つホットサイクロン４で分離された流動媒体を燃焼炉１内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるサイホンのような形に形成してある。

前述の如き発電設備としての循環流動層燃焼装置においては、押込通風機１１から圧送される空気がガスエアヒータ１２で加熱され、一次空気ライン１３を介して燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給されると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給され、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気が流動用空気ライン１８を介して外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給されており、この状態で、燃焼炉１の空気分散ノズル２上に都市ゴミやゴミ固形化燃料等の廃棄物を投入すると、該廃棄物が空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａによりベッド材３と共に流動化しながら燃焼する。

燃焼炉１内での廃棄物の燃焼により発生した排ガスは、灰や砂等の流動媒体と一緒に吹き上げられてホットサイクロン４へ導入され、該ホットサイクロン４において流動媒体が捕集され、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体は、ホットサイクロン４下部に接続されたダウンカマー５から外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７へ導入され、該外部熱交換器７において抜熱されて冷却された後、流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻され、循環される。

前記ホットサイクロン４で流動媒体が分離された排ガスは、後部伝熱部１０へ導かれ、該後部伝熱部１０の過熱器８及び節炭器９において熱回収され、更にガスエアヒータ１２において熱回収された後、図示していない集塵機等を経て煙突から大気に放出される。

一方、ボイラ給水は、節炭器９において排ガスにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て燃焼炉１の炉壁１ａ内を流れ、再び蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器８へ導入され排ガスにより過熱され、該過熱器８において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器２２へ導かれ流動媒体により更に過熱され、該最終過熱器２２において過熱された過熱蒸気は、蒸気タービンへ導入され、発電が行われる。

ところで、前述の如き循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７においては、その内部に流動媒体が滞留する、いわゆるデッドスペースが生じた場合、その部分の温度が低下し、結果的に蒸気温度の低下即ちプラント効率の低下につながるため、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を把握する必要がある。

尚、前述の如き循環流動層燃焼装置を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００２−１６８４２３号公報

しかしながら、従来の場合、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を正確に把握するための具体的な手段はなく、ある意味、成り行き任せ的な制御にならざるを得ないのが現状であった。

尚、外部熱交換器７内におけるデッドスペースをなくすためには、外部熱交換器７の底部へ供給する流動用空気Ｃの流量を増加させ、流動媒体の流動を促進することが一般に行われているが、実機では、外部熱交換器７の内部での流動媒体の流動状態を目視することはできず、温度が均一になっているか否かは判断できないため、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を把握することは困難となっていた。

又、実機での運転より低い温度で各種シミュレーション等を行う、いわゆるコールドモデルでは、外部熱交換器７のケーシングを透明なアクリル等で形成することにより、内部での流動媒体の流動状態を目視可能であるが、流動媒体が激しく流動していても実際に温度が均一になっているか否かはやはり判断できず、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を把握することは困難となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を正確に把握し得、プラント効率向上等に役立てることができる循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体を外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法であって、
外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所の温度を検出することにより、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握することを特徴とする循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法にかかるものである。

前記循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法においては、実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部再循環ユニットに、所要温度の流動用空気を供給した状態で、該外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所において検出された各温度の経時変化に基づき、各箇所の偏差を求めることにより、コールドモデルの外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握し、流動層相似則に基づいて実機に反映させるようにすることができる。

又、本発明は、燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体を外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置であって、
外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段で検出された各箇所の温度により、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握する演算手段と
を備えたことを特徴とする循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置にかかるものである。

前記循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置においては、実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部再循環ユニット内部における上下左右方向及び奥行方向へ細分化した多数箇所に、温度検出手段を配設し、前記コールドモデルの外部再循環ユニットに所要温度の流動用空気を供給した状態で、温度検出手段で検出された各温度の経時変化に基づき、演算手段において、各箇所の偏差を求めることにより、コールドモデルの外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握し、流動層相似則に基づいて実機に反映させるようにすることができる。

本発明の循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置によれば、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を正確に把握し得、プラント効率向上等に役立てることができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図３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３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、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７内部を細分化した多数箇所の温度を検出する温度検出手段２３と、該温度検出手段２３で検出された各箇所の温度により、外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を把握する演算手段２４とを備えた点にある。

本図示例の場合、外部熱交換器７のケーシングの正面側の壁面に、上下左右方向へ多数の挿入孔２５を穿設し、各挿入孔２５からそれぞれ、長さの異なる複数本（図１の例では三本）の温度検出手段２３としての熱電対２３ａ，２３ｂ，２３ｃを外部熱交換器７の奥行方向へ挿入配置するようにしてある。

前記温度検出手段２３は、実機の外部熱交換器７に設けても良いが、実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部熱交換器７に配設し、該コールドモデルの外部熱交換器７に所要温度（例えば、１００［℃］程度）の流動用空気Ｃを供給した状態で、温度検出手段２３で検出された各温度の経時変化に基づき、演算手段２４において、各箇所の偏差を求めることにより、コールドモデルの外部熱交換器７における流動媒体の循環特性を把握し、流動層相似則に基づいて実機に反映させるようにすることが有効となる。尚、流動層相似則とは、実機とコールドモデルとの相関関係を示すものであって、ごく一般的に広く知られており、例えば、「流動層ハンドブック」（（社）日本粉体工業技術協会編集、堀尾正靱、森滋勝監修、（株）培風館発行）に詳述されている。

又、図２に示す如く、前記外部熱交換器７の空気分散ノズル２０の下側に形成されるウィンドボックス２１を仕切壁２６によって複数分割（図２の例では、奥行方向へ三分割）し、該複数分割したウィンドボックス２１にそれぞれ、途中に流動用空気ブロワ１５からの流動用空気Ｃの流量調節用のダンパ２７が設けられた流動用空気ライン１８を接続し、前記外部熱交換器７における流動媒体の循環特性に応じて、前記ダンパ２７の開度を調節するようにしても良い。

次に、上記図示例の作用を説明する。

実機の外部熱交換器７に温度検出手段２３を設けた場合、該温度検出手段２３によって外部熱交換器７内部を細分化した多数箇所の温度が検出され、該検出された各温度の経時変化に基づき、演算手段２４において、各箇所の偏差が求められ、外部熱交換器７における流動媒体の循環特性が把握される。

そして、前記把握された外部熱交換器７における流動媒体の循環特性に応じて、図２に示すダンパ２７の開度を調節し、流動媒体が滞留していると判断される箇所に対応したウィンドボックス２１へ供給される流動用空気Ｃの流量を増加させるようにすれば、流動媒体の流動が促進され、これによりデッドスペースが生じなくなって、温度が均一となり、蒸気温度が低下せず、プラント効率の低下も避けられることとなる。

一方、実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部熱交換器７に温度検出手段２３を配設した場合には、該コールドモデルの外部熱交換器７に所要温度（例えば、１００［℃］程度）の流動用空気Ｃを供給した状態で、温度検出手段２３で検出された各温度の経時変化に基づき、演算手段２４において、各箇所の偏差が求められ、コールドモデルの外部熱交換器７における流動媒体の循環特性が把握され、流動層相似則に基づいて実機に反映させることが可能となる。

この場合、実機の外部熱交換器７には、温度検出手段２３としての熱電対２３ａ，２３ｂ，２３ｃを多数配設しなくて済むため、メンテナンス等も行いやすくすることが可能となる。

こうして、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７内における流動媒体の循環特性を正確に把握し得、プラント効率向上等に役立てることができる。

尚、本発明の循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器の代りに、主に生ゴミや下水汚泥等の含水廃棄物の乾燥・部分ガス化を行う部分ガス化炉を設けると共に、燃焼炉において主に可燃性固形分の燃焼を行わせるようにした循環流動層燃焼装置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。

本発明を実施する形態の一例を示す要部概要構成斜視図である。 本発明を実施する形態の一例における外部熱交換器のウィンドボックスを示す要部概要構成平断面図である。 従来の循環流動層燃焼装置の一例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

１ 燃焼炉
４ ホットサイクロン（媒体分離装置）
５ ダウンカマー
７ 外部熱交換器（外部再循環ユニット）
２３ 温度検出手段
２３ａ 熱電対
２３ｂ 熱電対
２３ｃ 熱電対
２４ 演算手段
Ｃ 流動用空気

Claims (4)

1. 燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体を外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法であって、
   外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所の温度を検出することにより、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握することを特徴とする循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法。
2. 実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部再循環ユニットに、所要温度の流動用空気を供給した状態で、該外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所において検出された各温度の経時変化に基づき、各箇所の偏差を求めることにより、コールドモデルの外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握し、流動層相似則に基づいて実機に反映させるようにした請求項１記載の循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価方法。
3. 燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体を外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置であって、
   外部再循環ユニット内部を細分化した多数箇所の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段で検出された各箇所の温度により、外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握する演算手段と
   を備えたことを特徴とする循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置。
4. 実機での運転より低い温度でシミュレーションを行うためのコールドモデルの外部再循環ユニット内部における上下左右方向及び奥行方向へ細分化した多数箇所に、温度検出手段を配設し、前記コールドモデルの外部再循環ユニットに所要温度の流動用空気を供給した状態で、温度検出手段で検出された各温度の経時変化に基づき、演算手段において、各箇所の偏差を求めることにより、コールドモデルの外部再循環ユニット内における流動媒体の循環特性を把握し、流動層相似則に基づいて実機に反映させるようにした請求項３記載の循環流動層燃焼装置の外部再循環ユニット内流動媒体循環特性評価装置。

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