JP2009204196A - 流動層ボイラ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】空気ノズルの損傷に起因した二次的被害の発生を防止可能な流動層ボイラを提供すること。
【解決手段】流動材が循環する燃焼室１１内に燃料及び空気を供給して燃焼させる流動床炉を備えている流動層ボイラ構造において、燃焼室１１の底面下方に形成された風室１２から燃焼室底板１３を貫通して設けられ、風室１２から燃焼室１１内へ一次空気を供給する空気ノズル２０が、風室１２から燃焼室１１へ向けた空気の流れを許容するとともに、風室１２内へ流入する流動材の流れを規制するキャップ３０を風室１２内に備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動材が循環する燃焼室内で燃料を燃焼させる循環型及び気泡型の流動層ボイラに関するものである。

従来、砂などを流動材として用いて炉（燃焼室）内を循環させ、炉内温度を一定に保つことで優れた燃焼効率及び脱硫効率が得られる循環型の流動層ボイラが知られている。
図５は、流動層ボイラを構成する外部循環型の流動床炉（以下、「流動床炉」と呼ぶ）１０を示している。流動床炉１０は、燃焼室１１の底面に、一次空気を投入するための空気ノズル２０が多数設けられている。この空気ノズル２０は、燃焼室１１の底面下方に形成された風室１２から燃焼室底板１３を貫通して設けられている。
また、空気ノズル２０の空気噴出口（不図示）は、運転停止時に流動材が空気噴射口を通って風室１２へ落下することを防止するため、一般的には水平もしくは若干下向きに設けられている。

関連する従来技術としては、反応チャンバとウインドボックスとの間に配置される流動床反応器のための格子構造について、流動床反応器から粗物質を確実且つ効率的に除去できるように最適化された耐久性のあるものが提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００３−５８７５３７号公報

ところで、上述した空気ノズル２０は、空気ノズル母管がパイプそのままの状態で燃焼室底板１３を貫通し、空気ノズル母管端部の空気入口が風室１２の内部に開口している。このため、燃焼室１１内に突出している空気ノズル２０が何らかの原因により破損した場合には、燃焼室１１内の流動材が空気ノズル母管を通って風室１２へ逆流する。

こうして風室１２内に逆流した流動材は、風室１２内にある程度貯まると空気の流れによって再度燃焼室１１内へ戻ろうとする。このとき、燃焼室１１内へ戻る流動材の流速が速いため、健全な状態の空気ノズル２０や炉底の蒸発管（不図示）にサンドブラストのように衝突するという問題が生じてくる。このような流動材の衝突は、正常な空気ノズル２０や蒸発管を摩耗させ、二次的な損傷を招く恐れがあるため好ましくない。
なお、流動層ボイラの運転中において、流動床炉１０の底面に多数設けられた空気ノズル２０の一部が破損したことを知ることは極めて困難である。

このような背景から、空気ノズル２０を損傷しても流動材が風室１２へ落下することを防止し、正常な空気ノズル等に二次的な被害を生じないようにすることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、空気ノズルの損傷に起因した二次的被害の発生を防止可能な流動層ボイラの提供を目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る流動層ボイラは、流動材が循環する燃焼室内に燃料及び空気を供給して燃焼させる流動床炉を備えている流動層ボイラ構造において、前記燃焼室の底面下方に形成された風室から燃焼室底板を貫通して設けられ、前記風室から前記燃焼室内へ一次空気を供給する空気ノズルが、前記風室から前記燃焼室へ向けた空気の流れを許容するとともに、前記風室内へ流入する前記流動材の流れを規制する粒子逆流規制部材を前記風室内に備えていることを特徴とするものである。

このような流動層ボイラによれば、燃焼室の底面下方に形成された風室から燃焼室底板を貫通して設けられ、風室から燃焼室内へ一次空気を供給する空気ノズルが、風室から燃焼室へ向けた空気の流れを許容するとともに、風室内へ流入する流動材の流れを規制する粒子逆流規制部材を風室内に備えているので、空気ノズルが正常な場合は風室から燃焼室へ向かって空気を流し、空気ノズルが破損した場合は風室内へ流入する流動材の量を最小限に制限することができる。

上記の発明において、前記粒子逆流規制部材は、前記風室内に開口する空気入口を下端部に有する空気ノズル母管に取り付けられ、該空気ノズル母管より大径とし、かつ、底板を有する筒状部材であることが好ましく、これにより、空気ノズル母管と粒子逆流規制部材の筒状部との間に空気を流す流路を形成し、粒子逆流規制部に設けた底板が風室内へ流入する流動材を受け止めて流入量を最小限に規制することができる。

上記の発明において、前記粒子逆流規制部材は、着脱可能に取り付けられていることが好ましく、この場合、前記粒子逆流規制部材は、前記空気入口を開く正常位置または前記空気入口を閉じる異常位置からいずれか一方を選択して取付可能であることが好ましい。このようにすれば、破損した空気ノズルの粒子逆流規制部材を簡単な作業で異常位置に変更して流動層ボイラを運転することができる。

上記の発明において、前記粒子逆流規制部材は、前記風室内に開口する前記空気ノズルの空気入口に取り付けられた燒結金属であることが好ましい。

上述した本発明によれば、風室から燃焼室内へ一次空気を供給する空気ノズルが、風室から燃焼室へ向けた空気の流れを許容し、かつ、風室内へ流入する流動材の流れを規制する粒子逆流規制部材を風室内に備えているので、空気ノズルが正常な場合は風室から燃焼室へ向かって空気を流し、空気ノズルが破損した場合は風室内へ流入する流動材の量を最小限に制限することができる。従って、空気ノズルに破損等のトラブルが生じた場合であっても、流動材が風室の内部へ落下することを防止し、他の正常な空気ノズル等に対する二次的な被害が及ぶことを防止した流動層ボイラとなる。

以下、本発明に係る流動層ボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
循環型の流動層ボイラには、砂等の流動材が循環する炉内に燃料を供給して燃焼させる外部循環型の流動床炉（以下、「流動床炉」と呼ぶ）１０が設けられている。この流動床炉１０は、主として流動材の固体と燃焼ガスの気体とを分離させるため、図示しないサイクロンを備えている。このサイクロンには、流動床炉１０の燃焼室（炉）１１内で燃料を燃焼させて発生した燃焼ガスが流動材と共に固気２相の状態で導入され、サイクロン内部において流動材を主成分とする固体と燃焼ガスの気体とに分離される。

流動床炉１０の底面には、多数の空気ノズル２０が設けられている。この空気ノズル２０は、図１に示すように、流動床炉１０の底部を仕切って風室１２を形成している燃焼室底板１３を貫通して取り付けられている。
このように、流動材が循環する燃焼室１１内に燃料及び空気を供給して燃焼させる流動床炉１０を備えている流動層ボイラ構造においては、燃焼室１１の底面下方に形成された風室１２から燃焼室底板１３を貫通し、風室１２から燃焼室１１内へ一次空気を供給する空気ノズル２０が設けられ、この空気ノズル２０に対し、風室１２から燃焼室１１へ向けた空気の流れを許容するとともに、風室１２内へ流入する流動材の流れを規制する粒子逆流規制部材として、風室１２内にキャップ３０が取り付けられている。

このキャップ３０は、たとえば略有底円筒形状の部材であり、燃焼室底板１３を貫通して風室１２内に開口する空気ノズル母管２１の下端部に対し、固定または着脱可能に取り付けられている。また、キャップ３０は、風室１２から空気ノズル母管２１内に空気が流入するのを許容するため、円筒部３１が空気ノズル母管２１の外径より大きな内径を有するとともに、底部３２が空気ノズル母管２１の下端部に開口する空気入口２１ａから所定の間隔を設けて取り付けられている。
なお、図中の符号２２は空気ノズル２０のノズル本体であり、多数の空気吹出口２３が設けられている。

従って、円筒部３１と空気ノズル母管２１との間、そして、底部３２と空気入口２１ａとの間に形成される間隙部は、風室１２から空気ノズル２０を通って燃焼室１１へ一次空気を供給する空気流路となる。さらに、円筒部３１に底部３２を備えた有底円筒形状のキャップ３０は、空気ノズル２０のノズル本体２２等が破損した場合、空気ノズル母管２１を通って風室１２内へ流入（逆流）する流動材を溜め込むことで、流動材の流れを規制することができる。すなわち、キャップ３０内に流入した流動材が空気入口２１ａまで溜まると、空気入口２１ａが流動材により塞がれるため、これ以上の逆流を規制することができる。

図２に示す構成例は、キャップ３０を空気ノズル母管２１の外周面に固定支持させたものである。この場合、放射状に配置した複数本のステー３１を介して、空気ノズル母管２１の外周面と円筒部３１の内周面とが溶接等により連結固定されている。
このように、上述した流動層ボイラ１０によれば、燃焼室１１の底面下方に形成された風室１２から燃焼室底板１３を貫通して設けられ、風室１２から燃焼室１１内へ一次空気を供給する空気ノズル２０が、風室１２から燃焼室１１へ向けた空気の流れを許容するとともに、風室１２内へ流入する流動材の流れを規制するキャップ３０を風室１２内に備えているので、空気ノズル２０が正常な場合は風室１２から燃焼室１１へ向かって空気を流し、空気ノズル２０が破損した場合は風室１２内へ流入する流動材の量を最小限に制限することができる。

また、図３に示す構成例では、キャップ３０が着脱可能に取り付けられている。この場合、たとえば円筒部３１の内周面に係止部３３を設けておき、空気ノズル母管２１の外周面に固定されているフック２４に係止させて取り付けるように構成されている。
このような構成では、フック２４を予め上下方向に２箇所設けておくことにより、キャップ３０の取付位置を正常位置及び異常位置から選択することが可能になる。

すなわち、フック２４を固定する取付位置は、空気入口２１ａを開く正常位置と、空気入口２１ａを底部３２が塞いで閉じる異常位置との二つの取付位置から、いずれか一方を選択して取付可能である。このようにすれば、たとえば定期点検等により多数設けられている空気ノズル２０の一部に破損が認められた場合、空気ノズル２０に取り付けられているキャップ３０の取付位置を、簡単な作業で正常位置から異常位置に変更して流動層ボイラ１０を運転することができる。従って、流動材が破損した空気ノズル２０を通って風室１２内へ逆流する異常状態を、短時間で修復可能となる。

また、上述した粒子逆流規制部材としては、たとえば図４に示すように、風室１２内に開口する空気ノズル２０の空気入口２１ａに燒結金属製の栓４０を取り付けてもよい。この栓４０は、燒結金属であることから、気体の空気は通すものの、固体粒子である流動材の流通を阻止することができる。

このように、上述した本発明によれば、風室１２から燃焼室１１内へ一次空気を供給する空気ノズル２０が、風室１２から燃焼室１１へ向けた空気の流れを許容し、かつ、風室１２内へ流入する流動材の流れを規制するキャップ３０や栓４０のような粒子逆流規制部材を風室１２内に備えているので、この粒子逆流防止部材により、空気ノズル２０が正常な場合は風室１２から燃焼室１１へ向かって空気を流し、空気ノズル２０が破損した場合は風室１２内へ流入する流動材の量を最小限に制限することができる。

従って、空気ノズル２０に破損等のトラブルが生じた場合であっても、流動材が風室１２の内部へ落下することを防止し、他の正常な空気ノズル２０等に対する二次的な被害が及ぶことを防止することができる。
また、上記の説明では、粒子が循環する流動層ボイラとして説明したが、上述した本発明の構成は気泡型の流動層ボイラにも適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばキャップ３０の形状が略有底円筒形状に限定されないなど、円筒本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る流動層ボイラ構造の一実施形態として、空気ノズルが設けられている燃焼室底部の構成例を示す要部断面図である。 キャップを固定して取り付ける場合の構成例を示す断面図である。 キャップを着脱可能に取り付ける場合の構成例を示す断面図である。 焼結金属製の栓を用いた構成例を示す断面図である。 流動層ボイラの構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 流動層ボイラ
１１ 燃焼室（炉）
１２ 風室
１３ 燃焼室底板
２０ 空気ノズル
２４ フック
３０ キャップ（粒子逆流規制部材）
３１ ステー
３３ 係止部
４０ 栓

Claims (5)

1. 流動材が循環する燃焼室内に燃料及び空気を供給して燃焼させる流動床炉を備えている流動層ボイラ構造において、
   前記燃焼室の底面下方に形成された風室から燃焼室底板を貫通して設けられ、前記風室から前記燃焼室内へ一次空気を供給する空気ノズルが、前記風室から前記燃焼室へ向けた空気の流れを許容するとともに、前記風室内へ流入する前記流動材の流れを規制する粒子逆流規制部材を前記風室内に備えていることを特徴とする流動層ボイラ構造。
2. 前記粒子逆流規制部材が、前記風室内に開口する空気入口を下端部に有する空気ノズル母管に取り付けられ、該空気ノズル母管より大径とし、かつ、底板を有する筒状部材であることを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラ構造。
3. 前記粒子逆流規制部材が、着脱可能に取り付けられている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構造。
4. 前記粒子逆流規制部材が、前記空気入口を開く正常位置または前記空気入口を閉じる異常位置からいずれか一方を選択して取付可能であることを特徴とする請求項３に記載の流動層ボイラ構造。
5. 前記粒子逆流規制部材が、前記風室内に開口する前記空気ノズルの空気入口に取り付けられた燒結金属であることを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラ構造。

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