JP2014152940A

JP2014152940A - Circulating fluidized bed furnace

Info

Publication number: JP2014152940A
Application number: JP2013020083A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yoshimoto; 聡吉本; Teruyuki Kita; 照行喜多; Takashi Kono; 孝志河野; Kazuki Hayashi; 一毅林
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: JP6207050B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circulating fluidized bed furnace that is used for a boiler and a combustor, preventing the occurrence of troubles caused by fluid degradation and quality change of the sand that is a heat medium by reducing a flying ash content in the flow sand returned to a fluidized bed in the circulating fluidized bed furnace and a circulating fluidized bed combustor, and enabling the reduction of a height dimension of a furnace body and the reduction of production cost, etc.SOLUTION: In a circulating fluidized bed furnace with a furnace body 1 and a cyclone 2, the cyclone 2 is the cyclone having no inner cylinder, and a fluid mixture outlet 1d of a furnace body 1 is brought into communication with a fluid mixture inlet 2d of the cyclone 2 by using a duct 6 having a cross-sectional shape of a quadrangle, and arranged and fixed with an angle α to a horizontal direction tangential line of the cyclone 2.

Description

本発明は、所謂循環流動層ボイラや都市ごみ焼却施設で用いる循環流動層炉の改良に関するものであり、特に、バイオマスや石炭等を燃料とする循環流動層炉の炉本体とサイクロン間を繋ぐダクトやサイクロンの構造及び形態を改変することにより、炉本体内へ戻す流動砂の飛灰含有量を減少させて砂の流動性悪化や性状変化に起因するトラブルの発生を防止すると共に、サイクロンでの熱吸収量を増大させて炉本体の高さ寸法の短縮や製造コストの低減等を可能にした循環流動層炉に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a circulating fluidized bed furnace used in a so-called circulating fluidized bed boiler or municipal waste incineration facility, and in particular, a duct connecting a furnace body and a cyclone of a circulating fluidized bed furnace using biomass or coal as fuel. By modifying the structure and form of the cyclone, the fly ash content of the fluidized sand returned to the furnace body is reduced to prevent the occurrence of trouble due to sand flowability deterioration and property changes, The present invention relates to a circulating fluidized bed furnace in which the amount of heat absorption is increased and the height of the furnace body can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.

一般に、循環流動層炉は各種の固形燃料に対して優れた燃焼性能を有するものであり、発電用ボイラや都市ごみ焼却施設の燃焼装置として多用されている。その中でも、特に、バイオマスや石炭を燃料とする循環流動層ボイラは、循環流動層炉が具備する優れた燃焼特性の故に、従前から広く実用に供されている。 In general, a circulating fluidized bed furnace has excellent combustion performance for various solid fuels, and is widely used as a combustion apparatus for power generation boilers and municipal waste incineration facilities. Among them, in particular, circulating fluidized bed boilers using biomass and coal as fuels have been widely used in the past because of the excellent combustion characteristics of the circulating fluidized bed furnace.

図６は、この種循環流動層ボイラの一例を示すものであり、炉本体１とサイクロン２とループシール部３とバックパス部４等から循環流動層ボイラが形成されており、当該循環流動層ボイラを形成する炉本体１とサイクロン２とループシール部３とバックパス部４等の構成材による吸収熱及びループシール部３、バックパス部４内に設けた熱交換器５類による吸収熱により、発電用の高温高圧の過熱蒸気Stを発生させるよう構成されている（特開２００１−２熱交換器１０１号等）。 FIG. 6 shows an example of this kind of circulating fluidized bed boiler, in which a circulating fluidized bed boiler is formed from a furnace body 1, a cyclone 2, a loop seal portion 3, a back pass portion 4, and the like. By heat absorbed by components such as the furnace body 1, the cyclone 2, the loop seal portion 3, and the backpass portion 4 that form the boiler, and heat absorbed by the heat exchangers 5 provided in the loop seal portion 3 and the backpass portion 4. The high-temperature and high-pressure superheated steam St for power generation is generated (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2 heat exchanger 101 and the like).

尚、図６において、６はダクト、７は砂循環路、８は流動砂戻口、９は流動ノズル、１０はドレーン排出口、１１・１２は一次空気供給室、１３は蒸気ドラムはであり、また、A₁~A₃は空気流、Fは燃料、Gは燃焼ガス、Goは低温排ガス、Sは流動砂、Bは燃焼ガスと流動砂の混合流体、S’は排出砂、Woはボイラ給水、wはダクトの横幅（図示省略）、hはダクトの高さ、Stは過熱蒸気である。更に、１a₁は流動層部、1a₂は燃焼室、1aはメンブレン炉壁、1a’は水管（図示省略）、1bは炉材、1cは燃料供給口、１ｄは混合流体出口、2aはサイクロンの円筒胴部、2bはサイクロンの円錐部、2cは燃焼ガス出口、,2dは混合流体入口、１３aは管寄である。 In FIG. 6, 6 is a duct, 7 is a sand circulation path, 8 is a fluid sand return port, 9 is a fluid nozzle, 10 is a drain discharge port, 11 and 12 are primary air supply chambers, and 13 is a steam drum. A ₁ to A ₃ are air flows, F is fuel, G is combustion gas, Go is low temperature exhaust gas, S is fluid sand, B is a mixed fluid of combustion gas and fluid sand, S 'is exhaust sand, Wo is Boiler feed water, w is the width of the duct (not shown), h is the height of the duct, and St is superheated steam. Further, 1a ₁ is a fluidized bed portion, 1a ₂ is a combustion chamber, 1a is a membrane furnace wall, 1a 'is a water pipe (not shown), 1b is a furnace material, 1c is a fuel supply port, 1d is a mixed fluid outlet, and 2a is a cyclone. , 2b is a conical portion of the cyclone, 2c is a combustion gas outlet, 2d is a mixed fluid inlet, and 13a is a pipe.

前記燃料供給口1cより供給された燃料Fは、流動層部１a₁において、流動ノズル9からの空気流A₁により熱媒体である流動砂Sと混合され、所謂流動層燃焼されることにより燃焼ガスGや飛灰等の燃焼残渣が発生する。この燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGは、熱媒体である流動砂Sと一緒に炉本体1内を上昇し、燃焼室1a₂で高温流動砂Sによる伝熱促進により可燃物を完全燃焼させた後、ダクト6を通してサイクロン2内へ導入される。 The fuel F supplied from the fuel supply port 1c is combusted in a fluidized bed unit 1a _1, is mixed with the fluidized sand S is the heat medium by the air flow A ₁ from flowing nozzles 9, by being burned so-called fluidized bed Combustion residues such as gas G and fly ash are generated. The combustion gas G containing the combustion residue ascends in the furnace body 1 together with the fluidized sand S as the heat medium, and combustible materials are completely combusted by the heat transfer enhancement by the high-temperature fluidized sand S in the combustion chamber 1a ₂ . Thereafter, it is introduced into the cyclone 2 through the duct 6.

サイクロン２へ導入された燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGと流動砂Sとの混合流体Bは、ここで流動砂Sと、飛灰等を含んだ燃焼ガスGとに分離され、分離された流動砂Sは砂循環路７、ループシール部３、流動砂戻口８を通して流動層部１a₁内へ戻され、また、燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGはバックパス部４を通して低温排ガスGoとされ、排ガス処理装置（図示省略）等へ送られることにより、内部の飛灰等が除去される。
尚、上記循環流動層ボイラの炉本体１やサイクロン２の構造や動作は既に公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 The mixed fluid B of the combustion gas G containing the combustion residue introduced into the cyclone 2 and the fluid sand S is separated into the fluid sand S and the combustion gas G containing fly ash, etc. The sand S is returned into the fluidized bed 1a ₁ through the sand circulation path 7, the loop seal 3 and the fluidized sand return port 8, and the combustion gas G containing the combustion residue is converted into the low temperature exhaust gas Go through the back path 4. Then, it is sent to an exhaust gas treatment device (not shown) or the like to remove internal fly ash and the like.
In addition, since the structure and operation | movement of the furnace main body 1 and the cyclone 2 of the said circulating fluidized bed boiler are already well-known, the detailed description is abbreviate | omitted here.

上記循環流動層ボイラの循環流動層炉では、炉本体１内を上昇する燃焼ガスGと流動砂Sとの流速差が大きいため、炉本体１内の全域で燃料Fと流動砂Sとの攪拌混合が旺盛に行なわれ、燃焼反応が急速に進行する。その結果、低い空気過剰率でもって燃料Fを完全燃焼させることができ、未燃焼物損失の減少によるボイラ効率の向上や低空気過剰率による低NO_X燃焼が可能となる等の優れた効用を有するものである。 In the circulating fluidized bed furnace of the circulating fluidized bed boiler, since the flow velocity difference between the combustion gas G rising in the furnace body 1 and the fluidized sand S is large, the fuel F and the fluidized sand S are stirred in the entire region of the furnace body 1. Mixing is vigorous and the combustion reaction proceeds rapidly. As a result, fuel F can be completely burned with a low excess air ratio, and it has excellent effects such as improved boiler efficiency by reducing unburned material loss and low NO _X combustion by a low excess air ratio. It is what you have.

しかし、当該循環流動層炉にも未だ多くの問題が残されており、その中でも、（イ）熱媒体である流動砂Sに燃焼ガスG内の飛灰が固着して、流動砂Sの流動性や性状が変化したり、クリンカトラブルが多発すること、及び、（ロ）炉本体1 の背丈が相対的に高くなり、炉本体1の製造費や補修費の引下げが図れないこと等が、早急に解決されるべき問題となっている。 However, many problems still remain in the circulating fluidized bed furnace. Among them, (a) the fly ash in the combustion gas G adheres to the fluidized sand S as the heat medium, and the fluidized sand S flows. Changes in properties and properties, frequent occurrence of clinker troubles, and (b) the height of the furnace body 1 is relatively high, making it impossible to reduce the manufacturing costs and repair costs of the furnace body 1. It is a problem that needs to be resolved immediately.

上記（イ）の問題は、サイクロン２の分離機能に関係する問題であり、従前の円筒胴部2aと円錐部2bを備えた標準的なサイクロン２では、本来分離回収されるべきでない燃焼ガスG内の燃焼残渣である飛灰が流動砂Sと一緒に分離回収され、これが炉本体１内へ戻されることに起因して発生する問題である。 The problem (b) is related to the separation function of the cyclone 2, and in the conventional cyclone 2 having the conventional cylindrical body 2a and the cone 2b, the combustion gas G that should not be separated and recovered originally This is a problem that occurs due to the fly ash that is the combustion residue inside being separated and recovered together with the fluid sand S and being returned to the furnace body 1.

即ち、燃焼ガスG内の燃焼残渣である飛灰が流動砂Sと共に分離回収されると、溶融飛灰が炉本体1やサイクロン２、ループシール部３等の内壁面へ固着したり（クリンカの発生）、流動砂Sの外表面に固着してその流動性や外径、伝熱特性等を変化させ、燃焼特性に変動を来たしたり、ドレーン排出口１０から取り出す流動砂S’の増加を招くことになる。
また、水平状のダクト６場合には、ダクト６の底面に飛灰や流動砂Sの堆積物が生じ易くなり、堆積物が生じてダクト６の断面積が減少すると、流通する燃焼ガスGと流動砂Sの混合流体Bの流速が大幅に上昇し、サイクロン２の円筒胴部２aに磨耗を生じることになる。 That is, when fly ash, which is a combustion residue in the combustion gas G, is separated and recovered together with the fluid sand S, the molten fly ash adheres to the inner wall surface of the furnace main body 1, the cyclone 2, the loop seal portion 3, etc. Generation), adhering to the outer surface of the fluidized sand S, changing its fluidity, outer diameter, heat transfer characteristics, etc., causing fluctuations in combustion characteristics, or increasing the amount of fluidized sand S 'taken out from the drain outlet 10 It will be.
Further, in the case of the horizontal duct 6, deposits of fly ash and fluid sand S are likely to be generated on the bottom surface of the duct 6, and when the deposits are generated and the cross-sectional area of the duct 6 is reduced, the circulating combustion gas G and The flow velocity of the mixed fluid B of the fluidized sand S is significantly increased, and the cylindrical body 2a of the cyclone 2 is worn.

これに対して、上記（ロ）の問題は、主として流動砂Sの循環流動や炉本体１の燃焼特性、炉壁での熱吸収特性等に関係する問題である。
即ち、流動砂Sの循環流動性を確保するには、炉本体１内の高温燃焼ガスGの流速を相当の高速度とする必要があり、加えて、完全燃焼の達成や熱吸収量のバランス等の点から、高温燃焼ガスGを一定時間炉本体1内に滞在させる必要がある。その結果、必然的に炉本体1の背丈が高くなることになり、例えば、燃料Fの低位発熱量3,700kcal/kg、供給量１００ton/日、発生蒸気５００℃・１００kgの炉本体（実稼動炉）の場合、炉本体１の外形寸法（概略）は横幅３m・奥行３m・高さ２０m程度となり、循環流動層炉の建設や補修費の点に多くの問題が存在する（特開２００１−２３５１０１号等）。 On the other hand, the problem (b) is mainly related to the circulating flow of the fluidized sand S, the combustion characteristics of the furnace body 1, the heat absorption characteristics at the furnace wall, and the like.
In other words, in order to ensure the circulating fluidity of the fluidized sand S, the flow rate of the high-temperature combustion gas G in the furnace body 1 needs to be considerably high, and in addition, the achievement of complete combustion and the balance of heat absorption amount In view of the above, the high-temperature combustion gas G needs to stay in the furnace body 1 for a certain period of time. As a result, the height of the furnace body 1 is inevitably increased. For example, a furnace body with a lower heating value of fuel F of 3,700 kcal / kg, a supply amount of 100 ton / day, and a generated steam of 500 ° C / 100 kg ), The outer dimensions (outline) of the furnace body 1 are about 3 m in width, 3 m in depth and 20 m in height, and there are many problems in the construction and repair costs of the circulating fluidized bed furnace (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-235101). Issue).

一方、循環流動層炉の流動砂Sは、ボイラの運転時間の経過と共にその粒径が小さくなる傾向があるため、燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGと流動砂Sの混合流体Bから流動砂Sを分離するサイクロン２は、その分級性能を適宜に調整できる方が望ましい。 On the other hand, the fluidized sand S in the circulating fluidized bed furnace tends to have a smaller particle size as the boiler operating time elapses, so that the fluidized sand S from the mixed fluid B of the combustion gas G and fluidized sand S containing combustion residues. It is desirable that the cyclone 2 that separates can be appropriately adjusted in its classification performance.

そのため、従前から図7に示すように、水平なダクト６に可変ガイドベーン１8を設け、この可変ガイドベーン１8の傾斜角度φを変化させることにより、サイクロン２の分級性能を調整するようにした技術が開発されている（特開２０００−２１０５９５号等）。
しかし、大量の８００℃を超える高温燃焼ガスGと流動砂Sの混合流体Bが高速で流通する水平ダクト6に可変ガイドベーン18を設置することは、技術的に容易でなく、しかも、水平ダクト6内の可変ガイドベーン18は流通路を塞ぐダンパーとしの作用をし、混合流体Bの流れ方向を変更する機能を十分に発揮することが出来ないと云う問題がある。 For this reason, as shown in FIG. 7, a variable guide vane 18 is provided in the horizontal duct 6 and the classifying performance of the cyclone 2 is adjusted by changing the inclination angle φ of the variable guide vane 18. Have been developed (JP 2000-210595, etc.).
However, it is not technically easy to install the variable guide vane 18 in the horizontal duct 6 in which a large amount of the high-temperature combustion gas G exceeding 800 ° C and the mixed fluid B of the fluidized sand S circulates at a high speed. The variable guide vane 18 in 6 acts as a damper that blocks the flow passage, and there is a problem that the function of changing the flow direction of the mixed fluid B cannot be fully exhibited.

また、サイクロン２の分級性能を調整する技術として、図８に示すように、サイクロン２の燃焼ガス出口2c内へ内塔１9を上下位置調整可能に配設し、この内塔１９の上下位置を調整することにより、分級粒径を調節する技術が開発されている（特開平０３−７９９０６号等）。
しかし、８００℃を超える温度域で前記内筒1９を上下動自在に固定するためには、複雑な内筒１５の保持機構を必要とし、製造コストやメンテナンスの点に多くの問題が存在する。 Further, as a technique for adjusting the classification performance of the cyclone 2, as shown in FIG. 8, an inner tower 19 is arranged in the combustion gas outlet 2c of the cyclone 2 so that the vertical position of the inner tower 19 can be adjusted. A technique for adjusting the classified particle diameter by adjusting the temperature has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 03-79906).
However, in order to fix the inner cylinder 19 movably up and down in a temperature range exceeding 800 ° C., a complicated holding mechanism for the inner cylinder 15 is required, and there are many problems in terms of manufacturing cost and maintenance.

尚、従前の循環流動層炉では、現実には前記内筒１９の上下方向位置を固定する構成としたサイクロン２が広く利用されている。しかし、当該内筒１９を均一に冷却することは技術的に相当困難なことであり、８００℃を越える燃焼ガスGと流動砂Sの混合流体Bにより内筒１９に変形や焼損が生じたり、飛灰の付着によるトラブルが多発している。また、内筒１９が変形或いは焼損すると、その設置位置が高所であるため取換等に多くの手数を必要とし、補修費が高騰する等の問題がある。 In the conventional circulating fluidized bed furnace, the cyclone 2 configured to fix the vertical position of the inner cylinder 19 is widely used in practice. However, it is technically difficult to uniformly cool the inner cylinder 19, and the inner cylinder 19 is deformed or burned out by the mixed fluid B of the combustion gas G and the fluidized sand S exceeding 800 ° C., Troubles due to adhesion of fly ash frequently occur. Further, when the inner cylinder 19 is deformed or burnt out, the installation position is high, so that a large amount of work is required for replacement and the repair cost is increased.

同様に、従前の循環流動層炉で使用されているサイクロン２は、何れも図９に示すように、円筒胴部2aと、これと同等若しくは大きい長さを有する円錐部2bとを備えた形態に構成されており、且つ、大多数の円筒胴部2a及び円錐部2bは、強制水冷却構造又は強制水冷却構造と耐火壁構造の組合せ若しくは耐火壁構造とされている（特開２００３−８３５０７号等）。 Similarly, as shown in FIG. 9, each cyclone 2 used in a conventional circulating fluidized bed furnace has a cylindrical body portion 2a and a conical portion 2b having a length equal to or larger than this. The majority of the cylindrical body portion 2a and the conical portion 2b have a forced water cooling structure, a combination of a forced water cooling structure and a fire wall structure, or a fire wall structure (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-83507). Issue).

即ち、ヒレ付き水管を用いて水冷壁構造のサイクロン本体を形成し、その内周面に伝熱製耐火材を内張りすることによりサイクロン２が形成されているため、円錐部2bを構成する水管1a’の配列数によって円筒胴部2aの水管1a’の配列数が限定され、その結果、円筒胴部2aの水管間隔が大きくなって、伝熱性能を高めることが困難になると云う問題がある。
また、円筒胴部2aと円錐部2bの境界部分で水管1a’を彎曲させる必要があり、その加工に手数が掛かると言う問題がある。 That is, a cyclone body having a water-cooled wall structure is formed using a water pipe with a fin, and a cyclone 2 is formed by lining a heat transfer refractory material on the inner peripheral surface thereof, so that the water pipe 1a constituting the conical portion 2b is formed. There is a problem that the number of arrangement of the water pipes 1a 'of the cylindrical body 2a is limited by the number of arrangements of', and as a result, the interval between the water pipes of the cylindrical body 2a is increased, making it difficult to improve heat transfer performance.
In addition, there is a problem that it is necessary to bend the water pipe 1a ′ at the boundary between the cylindrical body 2a and the conical part 2b, and that processing takes time.

特開２００１−２３５１０１号公報JP 2001-235101 A 特開２０００−２１０５９５号公報JP 2000-210595 A 特開平０３−７９９０６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-79906 特開２００３−８３５０７号公報JP 2003-83507 A

本願発明は、従前の循環流動層炉に於ける上述の如き問題、即ち、（イ）従前の円筒胴部2aと、これとほぼ同等若しくは大きい長さを有する円錐部2bを備えた標準的なサイクロン２では、本来分離回収すべきでない燃焼ガスG内の燃焼残渣である飛灰が流動砂Sと一緒に分離回収され、これが炉本体1内へ戻されることに起因してクリンカトラブルや流動砂Sの流動性の低下、ダクト内底面への付着物の堆積によるサイクロン2の円筒胴部2aの磨耗等を生じること、（ロ）炉本体1 の背丈が相対的に高くなり、炉本体1の製造費や補修費の引下げが図れないこと、（ハ）サイクロン2が円筒胴部2aと円錐部2bを備えた形状に形成されており、水管壁の伝熱面を大きくし難いうえ水管壁の加工に手数が掛かること、等の問題を解決せんとするものであり、サイクロン２の形状に改良を加えると共に、炉本体１とサイクロン２間を連通するダクト６の設置角度や設置位置、通路横幅の調整機構を改良することにより、構造が簡単で背丈を低くでき、しかも飛灰の混合循環に起因するクリンカトラブル等を大幅に減少させることを可能にした循環流動層炉を提供することを発明の主目的とするものである。 The present invention has the above-mentioned problems in the conventional circulating fluidized bed furnace, that is, (a) a standard cylindrical body 2a having a conventional cylindrical body 2a and a conical part 2b having a length substantially equal to or larger than this. In the cyclone 2, the fly ash, which is the combustion residue in the combustion gas G that should not be separated and recovered, is separated and recovered together with the fluidized sand S and returned to the furnace body 1 to cause clinker trouble and fluidized sand. Decreasing the fluidity of S, causing wear of the cylindrical body 2a of the cyclone 2 due to the accumulation of deposits on the bottom of the duct, and (b) the height of the furnace body 1 becomes relatively high, Manufacturing costs and repair costs cannot be reduced. (C) Cyclone 2 is formed into a shape with cylindrical body 2a and conical part 2b, making it difficult to enlarge the heat transfer surface of the water tube wall and It is intended to solve problems such as the wall processing taking time. In addition to improving the shape of the cron 2, the installation angle and position of the duct 6 communicating between the furnace body 1 and the cyclone 2 and the adjustment mechanism for the passage width can be improved, the structure is simple and the height can be lowered. It is a main object of the present invention to provide a circulating fluidized bed furnace that can greatly reduce clinker troubles and the like caused by the mixed circulation of fly ash.

本願請求項１の発明は、炉本体１とサイクロン２を備えた循環流動層炉において、前記サイクロン２を内筒を備えないサイクロンとすると共に、前記炉本体１の混合流体出口1dとサイクロンの混合流体入口2dの間を、断面形状が四角形で且つサイクロン２の水平方向接線に対して角度αをもって配設固定したダクト６により連通する構成としたことを発明の基本構成としたものである。 The invention of claim 1 of the present application is a circulating fluidized bed furnace provided with a furnace body 1 and a cyclone 2. The cyclone 2 is a cyclone without an inner cylinder, and the mixed fluid outlet 1d of the furnace body 1 is mixed with a cyclone. The basic structure of the present invention is such that the fluid inlet 2d communicates with a duct 6 having a square cross-sectional shape and an angle α with respect to the horizontal tangent of the cyclone 2.

請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、ダクト６の配設固定角度αを15〜２０度としたものである。 The invention of claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the arrangement fixing angle α of the duct 6 is set to 15 to 20 degrees.

請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、サイクロン入口近傍のサイクロン中心側の側壁面に、ダクト横幅調機構を備えたダクトとしたものである。 A third aspect of the present invention is the duct according to the first aspect of the present invention, wherein the duct is provided with a duct lateral width adjusting mechanism on the side wall surface of the cyclone center near the cyclone inlet.

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ダクト６内を流通する燃焼ガスGと流動砂Sとの混合流体Bの燃焼ガスの流速を４m/sec以上とすると共に、ダクトの断面形状をダクトの横幅wに対して高さhがその2倍以上のものとしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the flow velocity of the combustion gas of the mixed fluid B of the combustion gas G and the fluidized sand S flowing through the duct 6 is set to 4 m / sec or more. In addition, the cross-sectional shape of the duct is such that the height h is more than twice that of the lateral width w of the duct.

請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、サイクロン２の円筒胴部2aの高さをダクト6の横幅wの3〜5倍に、円錐部2bを含めたサイクロン2の全体の高さLをダクト６の高さhの５〜６倍、円筒胴部2aの径dをダクト6の横幅wの3〜5倍とするようにしたしたものである。 The invention of claim 5 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the height of the cylindrical body 2a of the cyclone 2 is 3-5 times the lateral width w of the duct 6 and the cyclone including the conical part 2b. The overall height L of 2 is 5 to 6 times the height h of the duct 6, and the diameter d of the cylindrical body 2 a is 3 to 5 times the lateral width w of the duct 6.

請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ダクト６のサイクロン側s接続部の中心pを、サイクロン２の円筒胴部2aの上面から円筒胴部2aの高さL’の1/2〜1/4下方に位置させて接続するようにしたものである。 The invention of claim 6 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the center p of the cyclone side s connecting portion of the duct 6 is set to the height of the cylindrical body 2a from the upper surface of the cylindrical body 2a of the cyclone 2. It is arranged to be located 1/2 to 1/4 below L ′.

請求項７の発明は、請求項１の発明に於いて、炉本体１の燃焼室1a₂及びサイクロン2の円筒胴部2aを水冷構造とするようにしたものである。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1, wherein the combustion chamber 1a ₂ of the furnace body 1 and the cylindrical body 2a of the cyclone 2 have a water cooling structure.

請求項８の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、炉本体１の燃焼室1a₂及び流動層部1a₂、ダクト6、サイクロン2の円筒胴部2a及び円錐部2b、ループシール部3並びに砂循環路7を含む流動砂の循環径路の全てを水冷構造としたものである。 The invention of claim 8 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the combustion chamber 1a ₂ and the fluidized bed portion 1a _{2 of} the furnace body 1, the duct 6, the cylindrical body portion 2a and the conical portion 2b of the cyclone 2, All of the circulation path of the fluid sand including the loop seal portion 3 and the sand circulation path 7 have a water cooling structure.

請求項９の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、炉本体１の燃焼室1a₂及び流動層部1a₂、ダクト6、サイクロン2の円筒胴部2a及び円錐部2b、ループシール部3並びに砂循環路7を含む流動砂の循環径路の全てを耐火物構造としたものである。 The invention of claim 9 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the combustion chamber 1a ₂ and the fluidized bed portion 1a _{2 of} the furnace body 1, the duct 6, the cylindrical body portion 2a and the conical portion 2b of the cyclone 2, All of the circulation path of the fluid sand including the loop seal portion 3 and the sand circulation path 7 have a refractory structure.

請求項１０の発明は、請求項3の発明に於いて、ダクト横幅調整機構を、サイクロン中心側の側壁面を外方へ突出させた半円筒状の膨出部と、当該膨出部の内部空間内に回動可能に縦向に配設した断面形状が扇形の横幅調整体と、当該横幅調整体を支持する支軸とから成り、横幅調整体の回動によりその一側をダクト通路内へ移動してダクト横幅wを調整する構成としたものである。 The invention according to claim 10 is the invention according to claim 3, wherein the duct lateral width adjusting mechanism includes a semi-cylindrical bulging portion in which a side wall surface on the cyclone center side protrudes outward, and an inside of the bulging portion. A cross-sectional shape vertically arranged so as to be able to rotate in the space is composed of a fan-shaped lateral width adjusting body and a support shaft that supports the lateral width adjusting body. To adjust the duct lateral width w.

本願発明では、サイクロン１として内筒を具備せず且つ比較的長尺の円筒胴部2aを主体とする形態のサイクロンを用いるとともに、前記炉本体１の混合流体出口1dとサイクロンの混合流体入口2dの間を、断面形状が四角形で且つサイクロン２の水平方向接線に対して角度αをもって配設固定したダクト６により連通するようにしているため、燃焼ガスG内の飛灰を効率よく燃焼ガスGと一緒に後段の排ガス処理装置へ排出することができ、これにより各部のクリンカトラブル等を防止できると共に、サイクロン１の局所的な磨耗の発生や流動砂Sの性状変化等を防止することができる。 In the present invention, a cyclone having no inner cylinder and having a relatively long cylindrical body 2a as a main body is used as the cyclone 1, and the mixed fluid outlet 1d of the furnace body 1 and the mixed fluid inlet 2d of the cyclone are used. Are communicated by a duct 6 having a square cross-sectional shape and an angle α with respect to the horizontal tangent of the cyclone 2, so that the fly ash in the combustion gas G is efficiently converted into the combustion gas G. Can be discharged to an exhaust gas treatment device at the subsequent stage, thereby preventing clinker troubles in each part and preventing local wear of the cyclone 1 and changes in the properties of the fluidized sand S. .

また、サイクロン２の形態を円筒胴部2aを主体とするものにしているため、サイクロン２の組立加工が簡単化できると共に、冷却用水管を蜜に配列することができて熱吸収量の増大を図ることが可能となる。その結果、炉本体１側での熱吸収量を減少させることが出来、結果として、炉本体１やサイクロン２の高さの低減が可能となり、製造コストや補修費の削減等を図ることが出来る。 Moreover, since the shape of the cyclone 2 is mainly the cylindrical body 2a, the assembly process of the cyclone 2 can be simplified, and the cooling water pipes can be arranged in the nectar to increase the heat absorption amount. It becomes possible to plan. As a result, the amount of heat absorption on the furnace body 1 side can be reduced. As a result, the height of the furnace body 1 and the cyclone 2 can be reduced, and the manufacturing cost and the repair cost can be reduced. .

本発明の実施形態に係る循環流動層炉を用いたボイラの基本構成を示す系統図である。It is a distribution diagram showing the basic composition of the boiler using the circulating fluidized bed furnace concerning the embodiment of the present invention. 本発明で使用するサイクロンの基本形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic form of the cyclone used by this invention. サイクロンにおける四角状ダクトの傾斜角度等と、流動砂の全体集塵率及び飛灰の部分集塵率の関係を示す曲線である。It is a curve which shows the relationship between the inclination angle etc. of the square duct in a cyclone, the whole dust collection rate of fluid sand, and the partial dust collection rate of fly ash. 本発明で使用するダクトの横幅調整機構の一例を示す横断面概要図であるIt is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the width adjustment mechanism of the duct used by this invention. 四角状ダクトの横幅wが変化した場合のサイクロンにおけるダクトの傾斜角度等と飛灰の部分集塵率の関係を示す曲線である。It is a curve which shows the relationship between the inclination angle etc. of the duct in a cyclone, and the partial dust collection rate of fly ash when the width w of a square duct changes. 従前の循環流動層炉を用いたボイラの構成を示す系統図である。It is a system diagram which shows the structure of the boiler using the conventional circulating fluidized bed furnace. 従前のサイクロンのガイドベーン式分級性能調整装置の説明図である。It is explanatory drawing of the guide vane type | mold classification performance adjustment apparatus of the conventional cyclone. 従前のサイクロンの内筒移動式分級性能調整装置の説明図である。It is explanatory drawing of the inner cylinder moving type classification performance adjustment apparatus of the conventional cyclone. 従前のサイクロンの基本形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic form of the conventional cyclone.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る循環流動層炉を用いたボイラの基本構成を示す系統図であり、図１に於いて、１は炉本体、２はサイクロン、３はループシール部、４はバックパス部、５は熱交換器、６はダクト、７は砂循環路、８は流動砂戻口、９は流動ノズル、１０はドレーン排出口、１１・１２は一次空気供給室、１３は蒸気ドラムである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing a basic configuration of a boiler using a circulating fluidized bed furnace according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a furnace body, 2 is a cyclone, 3 is a loop seal portion, 4 is a back path section, 5 is a heat exchanger, 6 is a duct, 7 is a sand circulation path, 8 is a fluid sand return port, 9 is a fluid nozzle, 10 is a drain discharge port, 11 and 12 are primary air supply chambers, 13 Is a steam drum.

また、図１において、A₁~A₃は空気流、Fは燃料、Gは燃焼ガス、Goは低温排ガス、Sは流動砂（熱媒体）、S’は排出砂、Woはボイラ給水、Stは過熱蒸気であり、更に、1a₁は流動層部、1a₂は燃焼室、1aはメンブレン炉壁、1a’は水管、1bは炉材、1cは燃料供給口、１ｄは混合流体出口、2aは円筒胴部、2bは円錐部、2cは燃焼ガス出口、2dは混合流体入口、１３aは管寄である。
尚、図１〜図３において、前記図６~図９と同一の部位・部材には、これと同じ参照番号を使用している。 In FIG. 1, A ₁ to A ₃ are air flows, F is fuel, G is combustion gas, Go is low-temperature exhaust gas, S is fluid sand (heat medium), S 'is discharged sand, Wo is boiler feed water, St 1a ₁ is a fluidized bed portion, 1a ₂ is a combustion chamber, 1a is a membrane furnace wall, 1a 'is a water pipe, 1b is a furnace material, 1c is a fuel supply port, 1d is a mixed fluid outlet, 2a Is a cylindrical body, 2b is a cone, 2c is a combustion gas outlet, 2d is a mixed fluid inlet, and 13a is a pipe.
1 to 3, the same reference numerals are used for the same parts and members as those in FIGS. 6 to 9.

前記燃料供給口1cより供給された燃料Fは、流動層部1a₁において、流動ノズル９からの空気流A₁により熱媒体である流動砂Sと混合され、所謂流動層燃焼されることにより燃焼ガスGや飛灰等の燃焼残渣が発生する。この燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGは、熱媒体である流動砂Sと一緒に炉本体1内を上昇し、燃焼室1a₂で高温流動砂Sによる伝熱促進により可燃物が完全燃焼されたあと、ダクト6を通してサイクロン2内へ導入される。 The fuel F supplied from the fuel supply port 1c is mixed with the fluid sand S as a heat medium by the air flow A ₁ from the fluid nozzle 9 in the fluidized bed 1a ₁ and burned by so-called fluidized bed combustion. Combustion residues such as gas G and fly ash are generated. The combustion gas G containing the combustion residue ascends in the furnace body 1 together with the fluidized sand S that is the heat medium, and the combustible material is completely combusted in the combustion chamber 1a ₂ by the heat transfer enhancement by the high-temperature fluidized sand S. Then, it is introduced into the cyclone 2 through the duct 6.

サイクロン2内へ導入された燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGと流動砂Sとの混合流体Bは、ここで流動砂Sと、飛灰等を含んだ燃焼ガスGとに分離され、分離された流動砂Sは砂循環路７，ループシール部３、流動砂戻口８を通して流動層部2a内へ戻される。また、燃焼残渣を含んだ燃焼ガスGはバックパス部4を通して低温排ガスGoとされ、排ガス処理装置等へ送られることにより,内部の飛灰等が除去される。
尚、上記循環流動層炉の炉本体１やサイクロン２の基本的な構造や動作については、前記図６に示した循環流動層炉の場合と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 The mixed fluid B of the combustion gas G containing the combustion residue introduced into the cyclone 2 and the fluidized sand S is separated into the fluidized sand S and the combustion gas G containing fly ash and the like and separated. The fluidized sand S is returned into the fluidized bed portion 2a through the sand circulation path 7, the loop seal portion 3, and the fluidized sand return port 8. Further, the combustion gas G containing the combustion residue is converted into low-temperature exhaust gas Go through the back path unit 4 and is sent to the exhaust gas treatment device or the like, thereby removing the internal fly ash and the like.
The basic structure and operation of the circulating fluidized bed furnace main body 1 and the cyclone 2 are the same as those in the circulating fluidized bed furnace shown in FIG. 6, and therefore detailed description thereof is omitted here. To do.

図１を参照して、本発明においては、サイクロン１の形態、及び炉本体１の背丈、並びに炉本体１とサイクロン２間を連通するダクト６の取付け構造が、夫々従前の図４に示した循環流動層炉の場合と異なっており、これ等の相違点を除いたその他の部分の構成は、図４の場合と略同じである。 Referring to FIG. 1, in the present invention, the configuration of the cyclone 1, the height of the furnace body 1, and the mounting structure of the duct 6 communicating between the furnace body 1 and the cyclone 2 are shown in FIG. Unlike the case of the circulating fluidized bed furnace, the configuration of the other parts excluding these differences is substantially the same as that of FIG.

即ち、炉本体１は、断面形状が四角筒形又は円筒形に形成されており、その内部に流動層部1a₁と燃焼室1a₂が設けられている。この流動層部1a₁及び燃焼室1a₂は、水管相互間をヒレ板で溶接連結した吸熱部を構成するメンブレン炉壁によりその主要部が形成されており、流動層部1a₁の下方には一次空気供給室１１が設けられている。また、前記燃焼室1a₂を形成するメンブレン壁の内側外表面には、厚さ２０〜８０mmの高伝熱性炉材（炭化珪素等）が設けられており、更に、流動層部1a₁を形成するメンブレン炉壁の内側外表面には、厚さ５０〜１００ｍｍのプレキャスターブロックやキャスター等の炉材が設けられ、メンブレン壁面が夫々保護されている。 That is, the furnace body 1 has a cross-sectional shape of a square cylinder or a cylinder, and a fluidized bed portion 1a ₁ and a combustion chamber 1a ₂ are provided therein. The fluidized bed portion 1a ₁ and the combustion chamber 1a ₂ are mainly formed by a membrane furnace wall constituting a heat absorbing portion in which water pipes are welded to each other with a fin plate, below the fluidized bed portion 1a _1. A primary air supply chamber 11 is provided. Further, a high heat transfer furnace material (silicon carbide or the like) having a thickness of 20 to 80 mm is provided on the inner outer surface of the membrane wall forming the combustion chamber 1a ₂ , and the fluidized bed portion 1a ₁ is further formed. A furnace material such as a precaster block or a caster having a thickness of 50 to 100 mm is provided on the inner outer surface of the membrane furnace wall to protect the membrane wall surfaces.

前記ダクト６は断面形状が四角形に形成されており、サイクロン２の円筒胴部2aの上方側部へ所定の傾斜角度αでもって、傾斜姿勢で取付け固定されている。
即ち、当該ダクト６の断面積（高さh、横幅w（図示省略））は、流動砂Sと燃焼ガスGの混合流体Bを円滑に循環流動させると云う観点から、ダクト６内を流通する燃焼ガスGの流速が４m/sec以上、望ましくは５~７m/secとなるように選定する必要があり、本実施形態においては、横幅wが400mm、高さhが1000mmの四角筒形ダクトが使用されている。 The duct 6 has a quadrangular cross-sectional shape, and is fixedly attached to the upper side of the cylindrical body 2a of the cyclone 2 in a tilted posture with a predetermined tilt angle α.
That is, the cross-sectional area (height h, lateral width w (not shown)) of the duct 6 circulates in the duct 6 from the viewpoint of smoothly circulating and flowing the mixed fluid B of the fluidized sand S and the combustion gas G. It is necessary to select the flow velocity of the combustion gas G to be 4 m / sec or more, preferably 5 to 7 m / sec. In this embodiment, a rectangular cylindrical duct having a lateral width w of 400 mm and a height h of 1000 mm is used. It is used.

尚、前記ダクト６の傾斜角度αは、ダクト６内の燃焼ガスGの流速及び必要とするサイクロン２の分級性能から適宜(０~３０度)に決定され、本実施形態においては、後述するように、実稼動循環流動層炉を模擬した試験装置を用いて、燃焼ガスGの流速とダクト６の傾斜角度αとサイクロン２の分級性能の関係を求めると共に、サイクロン２で分離した流動砂S内に含まれる飛灰量や流動砂Sの粒径等を調査することにより、傾斜角度αを２０度と設定している。 The inclination angle α of the duct 6 is appropriately determined (0 to 30 degrees) from the flow velocity of the combustion gas G in the duct 6 and the required classifying performance of the cyclone 2, and will be described later in this embodiment. In addition, using a test device simulating an actual circulating fluidized bed furnace, the relationship between the flow velocity of the combustion gas G, the inclination angle α of the duct 6 and the classification performance of the cyclone 2 is determined, and the fluidized sand S separated by the cyclone 2 The inclination angle α is set to 20 degrees by investigating the amount of fly ash contained in the particles, the particle size of the fluidized sand S, and the like.

また、当該ダクト６のサイクロン２への導入部分は、図１に示すように、サイクロン２の側壁面と交差する中心位置ｐが、円筒胴部2aの天井部からその全高Lの１/３~1/６の高さ位置となるように取付けするのが、サイクロン２に於ける流動砂Sの分離効率等の点から望ましい。
尚、上記ダクト６の導入部分の中心位置pは、炉本体１とサイクロン２との間の間隔距離、即ちダクト６の長さ寸法により変化すことになるが、当該ダクト６の長さは１〜４mの範囲に選定されており、本実施形態に於いては、炉本体１とサイクロン２との間の間隔距を１．５mとしている。 Further, as shown in FIG. 1, the introduction portion of the duct 6 to the cyclone 2 has a central position p intersecting with the side wall surface of the cyclone 2 at 1/3 to the total height L from the ceiling portion of the cylindrical body 2a. It is desirable from the viewpoint of the separation efficiency of the fluid sand S in the cyclone 2 to be mounted so that the height is 1/6.
The center position p of the introduction portion of the duct 6 varies depending on the distance between the furnace body 1 and the cyclone 2, that is, the length of the duct 6, but the length of the duct 6 is 1 In the present embodiment, the distance between the furnace body 1 and the cyclone 2 is 1.5 m.

更に、当該ダクト６の前記断面形状は、横幅w（図示省略）に対して高さhはその２倍以上とするのが、ダクト６の底面への流動砂Sの堆積固着を防止するという点等から最も望ましいことが確認されている。本実施形態においては、上記の通り、横幅wは400mm、高さhは1000mmの四角筒形ダクトとしている。 Furthermore, the cross-sectional shape of the duct 6 is that the height h is at least twice that of the width w (not shown), which prevents sedimentation of the fluid sand S on the bottom surface of the duct 6. From the above, it is confirmed that it is most desirable. In the present embodiment, as described above, a rectangular cylindrical duct having a lateral width w of 400 mm and a height h of 1000 mm is used.

前記サイクロン２は、図１及び図２に示しように、従前のサイクロン２とは形態を著しく異にするものであり、水管壁構造の比較的長い高さLの円筒胴部2aと、極く短い高さL’’の円錐部2bとから円筒胴形に形成されている。即ち、円筒胴部2aのみで流動砂Sの分離部が形成されており、この水管壁構造の円筒胴部2aにおいて、全吸収熱量の約1/４〜１/３の熱が吸収されることになる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the cyclone 2 is remarkably different in shape from the conventional cyclone 2, and has a cylindrical body 2 a having a relatively long height L of a water pipe wall structure, It is formed in a cylindrical body shape from a conical portion 2b having a short height L ''. That is, the separation part of the fluid sand S is formed only by the cylindrical body part 2a, and the heat of about 1/4 to 1/3 of the total absorbed heat is absorbed by the cylindrical body part 2a of this water pipe wall structure. It will be.

尚、水管壁構造の円筒胴部2aの下方部には、極短い円錐部2bが設けられているが、この円錐部2bは流動砂Sのガイド体の機能のみを果たすものであり、流動砂Sと燃焼ガスGとの分離機能は全く有していない。また、当該円錐部2bは、通常は水管壁構造でなしに鋼板と耐熱性炉材等の組合せにより構成されている。 Note that an extremely short conical portion 2b is provided below the cylindrical body 2a of the water pipe wall structure, and this conical portion 2b serves only as a guide body for the fluidized sand S, and flows. It has no separation function between the sand S and the combustion gas G. In addition, the conical portion 2b is usually configured by a combination of a steel plate and a heat-resistant furnace material, not a water tube wall structure.

当該サイクロン２は、図２のように、水管壁構造の比較的長い円筒胴部2aのみで流動砂Sの分離部が形成されており、且つ、従前の内筒に相当する部材が設けられていない。
下向きの傾斜角度αで、燃焼室1a₂からサイクロン２の接線へ傾斜導入された高速の燃焼ガスGと流動砂Sの混合流体Bは、サイクロン内で２〜４回転の流線を経ることにより、ほぼ完全に燃焼ガスGと流動砂Sとに分離されることが確認されている、即ち、燃焼ガスGと流動砂Sとの分離に必要なサイクロン２内での流線は、２〜４回転分の流線で十分であり、従って、サイクロン２の円筒胴部2aの高さは、分離性能の点のみからからすれば、２〜４回転の流線が得られるだけの高さL’があれば十分である。 As shown in FIG. 2, the cyclone 2 includes a relatively long cylindrical body 2 a having a water tube wall structure and a fluid sand S separation portion formed therein, and a member corresponding to a conventional inner cylinder is provided. Not.
The mixed fluid B of the high-speed combustion gas G and the fluidized sand S introduced into the tangent line of the cyclone ₂ from the combustion chamber 1a ₂ at a downward inclination angle α passes through streamlines of 2 to 4 revolutions in the cyclone. It is confirmed that the combustion gas G and the fluidized sand S are almost completely separated. That is, the streamlines in the cyclone 2 necessary for the separation of the combustion gas G and the fluidized sand S are 2 to 4 Therefore, the height of the cylindrical body 2a of the cyclone 2 is a height L ′ sufficient to obtain a streamline of 2 to 4 rotations from the viewpoint of separation performance alone. If there is enough.

尚、当該円筒胴部2aの高さL’は、分離性能の他に、炉本体１と円筒胴部2aとにおける熱吸収量のバランス等を考慮して、通常は、円筒胴部2aの高さL’は、ダクト高さhの３〜６倍程度の高さに選定されている。
また、前記サイクロン２の全高L（L’+L’’）や直径dは、循環流動層炉の容量に応じて適宜に選定されるものであることは勿論であるが、一般には、円筒胴部2aの高さL’は８〜２０m、直径は１．５〜４ｍ程度に選定され、本実施形態ではサイクロンの全高さL’を約15m、直径ｄを約２．５mとしている。 In addition to the separation performance, the height L ′ of the cylindrical body 2a is usually higher than the cylindrical body 2a in consideration of the balance of heat absorption in the furnace body 1 and the cylindrical body 2a. The length L ′ is selected to be about 3 to 6 times the duct height h.
Of course, the overall height L (L '+ L'') and diameter d of the cyclone 2 are appropriately selected according to the capacity of the circulating fluidized bed furnace. The height L ′ of the portion 2a is selected to be about 8 to 20 m and the diameter is about 1.5 to 4 m. In this embodiment, the total height L ′ of the cyclone is about 15 m and the diameter d is about 2.5 m.

前記炉本体１の上方の混合流体出口１ｄと、サイクロン２の円筒胴部2aとの間を連通するダクト６の傾斜角度αは、前述の通り、０度以上〜３０度以下に選定されている。即ち、当該傾斜角度αは、次のよう実機を用いた試験結果から決定されたものである。
先ず、図４に示した如き従前の標準形サイクロンを用いて、サイクロン２へ流入する流動砂Sと燃焼ガスGの混合流体Bの流速と傾斜角度と集塵率の関係を、内筒１５がある場合及び内筒１５が無い場合の夫々について、測定調査した。 As described above, the inclination angle α of the duct 6 communicating between the mixed fluid outlet 1d above the furnace body 1 and the cylindrical body 2a of the cyclone 2 is selected from 0 degree to 30 degrees. . That is, the inclination angle α is determined from the test results using an actual machine as follows.
First, using a conventional standard cyclone as shown in FIG. 4, the inner cylinder 15 shows the relationship between the flow velocity, the inclination angle, and the dust collection rate of the mixed fluid B of the fluid sand S and the combustion gas G flowing into the cyclone 2. A measurement investigation was performed for each of the cases where there was a case and the case where there was no inner cylinder 15.

即ち、集塵率については、混合流体Bを対象とした流動砂の集塵率と、流動砂内の飛灰の集塵率とを夫々測定し、この測定結果から、従前の標準形サイクロンの場合には、飛灰の大部分が流動砂と一緒に分離回収されて循環していること、及び内筒１５を無くしてダクト６の傾斜角角度を大きくするほど、飛灰の集塵率が低下することを見出した。
また、この測定結果を基にして、燃料の種類を変化させて同様の飛灰集塵率の試験を繰り返し行ない、そのテスト結果から、燃料が木屑等のバイオマス燃料又は石炭等の場合には、ダクト傾斜角度αを１５〜２５度に選定するのが、飛灰の集塵（飛灰の分離除去）の上から最適であることを見出した。 That is, as for the dust collection rate, the dust collection rate of the fluidized sand for the mixed fluid B and the dust collection rate of the fly ash in the fluidized sand are measured, and from this measurement result, the conventional standard cyclone is measured. In this case, the fly ash dust collection rate increases as the fly ash is separated and recovered together with the fluidized sand and circulated, and the inner cylinder 15 is eliminated and the inclination angle of the duct 6 is increased. I found it to decline.
Also, based on this measurement result, the same type of fly ash dust collection test was repeated by changing the type of fuel.From the test result, when the fuel is biomass fuel such as wood chips or coal, It has been found that selecting the duct inclination angle α to 15 to 25 degrees is optimal from the viewpoint of dust collection (separation removal of fly ash).

図３は、上記標準形サイクロンの集塵率試験結果を示すものであり、図３（a）は、流動砂Sと燃焼ガスGの混合流体Bからの流動砂Sの集塵率、即ち飛灰を含んだ流動砂Sを主体とする固形物の集塵率（Wt%）を示すものであり、△は、標準型サイクロン（全高約８．０００mm、直径約１．５００mmφ、内筒径２５０mmφ、ダクト傾斜角角度＝０度、燃料燃料＝木屑）の場合の、□は、同じ標準型サイクロンで内筒無し、ダクト傾斜角度＝０度の場合の、○は、同じ標準型サイクロンで内筒無し、ダクト傾斜角度＝２０度の場合の各集塵率の測定値を夫々示すものである。尚、ダクト６は、前記の通り横幅w＝400mm、高さh＝1000mmの四角筒形ダクトである。 FIG. 3 shows the dust collection rate test results of the standard cyclone. FIG. 3 (a) shows the dust collection rate of the fluidized sand S from the mixed fluid B of the fluidized sand S and the combustion gas G, that is, the flying rate. It shows the dust collection rate (Wt%) of solid matter mainly composed of fluidized sand S containing ash, and △ is a standard cyclone (total height of about 8.000 mm, diameter of about 1.500 mmφ, inner cylinder diameter of 250 mmφ) □ in the case of duct inclination angle = 0 degrees, fuel fuel = wood chips, □ is the same standard type cyclone without inner cylinder, and in the case of duct inclination angle = 0 degree, ○ is the same standard type cyclone in inner cylinder None, the measured values of each dust collection rate when the duct inclination angle = 20 degrees are shown. The duct 6 is a square cylindrical duct having a width w = 400 mm and a height h = 1000 mm as described above.

また、図３の（b）は、同じ試験条件下における飛灰の集塵率（粒径２０μmでの飛灰の部分集塵率）を示すものであり、△は、ダクト傾斜角度＝０度の場合の飛灰の部分集塵率、□は、内筒無しでダクト傾斜角度＝０度の場合の飛灰の部分集塵率、○は、内筒無しでダクト傾斜角度＝２０度の場合の飛灰の部分集塵率を、夫々示すものである。 FIG. 3 (b) shows the fly ash dust collection rate (partial fly ash collection rate at a particle size of 20 μm) under the same test conditions, and Δ is the duct inclination angle = 0 degree. □ is the partial dust collection rate of fly ash in the case of □, □ is the partial dust collection rate of fly ash in the case of the duct inclination angle = 0 ° without the inner cylinder, and ◯ is the case of the duct inclination angle = 20 ° without the inner cylinder The partial dust collection rate of fly ash is shown respectively.

図３（a）からも明らかなように、従前の標準サイクロンの場合、サイクロン入口流速が４~10m/secの範囲においては、ほぼ一定の集塵率が得られるが（△）、内筒１９が無い場合には、集塵率は著しく低下する（□及び○印）。この現象は、図３（ｂ）からも明らかなように、飛灰の集塵率の低下に起因するものであり（□及び○印）、標準サイクロンの場合には、流動砂Sと一緒に大量の飛灰が分離回収され、炉本体１及びサイクロン２内を循環していることが判る。 As is clear from FIG. 3 (a), in the case of the conventional standard cyclone, a substantially constant dust collection rate is obtained when the cyclone inlet flow velocity is in the range of 4 to 10 m / sec (Δ), but the inner cylinder 19 In the absence of dust, the dust collection rate decreases significantly (□ and ○). As is apparent from FIG. 3 (b), this phenomenon is caused by a decrease in the dust collection rate of fly ash (marked with □ and ○). In the case of a standard cyclone, along with fluid sand S It can be seen that a large amount of fly ash is separated and recovered and circulated in the furnace body 1 and the cyclone 2.

一方、内筒１９が無い場合には、ダクト傾斜角度αが０度であっても、飛灰の集塵率は低下する傾向にある（□印）。しかし、ダクト傾斜角度αを２０度とした場合（○印）には、飛灰の集塵率が一層大きく低下することになり、サイクロンSでの集塵を避けたい飛灰の集塵量をより効率よく低減できることが判る。 On the other hand, when there is no inner cylinder 19, even if the duct inclination angle α is 0 °, the dust collection rate of fly ash tends to decrease (□ mark). However, when the duct inclination angle α is set to 20 degrees (marked with a circle), the dust collection rate of fly ash is further reduced. It turns out that it can reduce more efficiently.

尚、図示はしていないが、空気流と流動砂Sのみを循環流動させた場合の集塵率（砂の分離回収率）は、前記サイクロンの三種のケースについて、何れも１００％であって、集塵率（砂の分離回収率）は内筒1９の有無やダクト６の傾斜角度αに関係の無いことが判っている。 Although not shown, the dust collection rate (sand separation / recovery rate) when only the air flow and the fluidized sand S are circulated and flowed is 100% for the three cases of the cyclone. It has been found that the dust collection rate (sand separation / recovery rate) is not related to the presence or absence of the inner cylinder 19 or the inclination angle α of the duct 6.

また、上記図３に示した集塵率の測定結果は、前記００４９欄に記載した従前の標準形サイクロンについ測定を行なった結果であるが、図２に示した円筒胴部2aを主体として形成した本発明に係るサイクロンであっても、前記図３の場合と同様の結果が得られることが実証されている。 Further, the measurement results of the dust collection rate shown in FIG. 3 above are the results of measurement on the conventional standard cyclone described in the above-mentioned column 0049. However, the dust collection rate is mainly composed of the cylindrical body 2a shown in FIG. Even with the cyclone according to the present invention, it has been demonstrated that the same result as in the case of FIG. 3 can be obtained.

図４は、本発明で使用する横幅調整機構を備えたダクト６の一例を示す横断面概要図であり、サイクロン２の混合流体入口２の近傍のダクト６の側部に横幅調整機構１４を設けるようにしたものである。
即ち、当該横幅調整機構１４は、ダクト６のサイクロン中心側の側壁面６aを外方へ膨出させ、高さ略hの断面形状が半円状の半円筒形の膨出部１６を形成すると共に、その内部空間１６a内に横断面形状が扇形の柱状の横幅調整体１５を縦向きに配設し、支軸１７によりこれを回動自在に支持することにより構成されている。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the duct 6 provided with the lateral width adjusting mechanism used in the present invention, and the lateral width adjusting mechanism 14 is provided on the side of the duct 6 in the vicinity of the mixed fluid inlet 2 of the cyclone 2. It is what I did.
In other words, the lateral width adjusting mechanism 14 bulges the side wall surface 6a on the cyclone center side of the duct 6 outward to form a semi-cylindrical bulged portion 16 having a semicircular cross section having a height of approximately h. At the same time, a columnar width adjusting body 15 having a sectoral cross section in the internal space 16a is disposed vertically and supported by a support shaft 17 so as to be rotatable.

横幅調整体１５の中心部を支持する支軸１７は、ダクト６の天井板及び底板に軸支されており、駆動装置（図示省略）により横幅調整体１５を矢印イーイ‘方向へ回動させ、その側縁部の突出位置を調節することにより、ダクト６の横幅w’が調節される。
尚、前記膨出部１６の内部空間１６a内は、冷却用空気等の通路として活用され、ここに冷媒を流通させ、横幅調整機構１４の冷却が行なわれる。 The support shaft 17 that supports the central portion of the lateral width adjusting body 15 is pivotally supported on the ceiling plate and the bottom plate of the duct 6, and the lateral adjusting body 15 is rotated in the direction of the arrow “i” by a drive device (not shown). By adjusting the protruding position of the side edge, the lateral width w ′ of the duct 6 is adjusted.
Note that the inside of the internal space 16a of the bulging portion 16 is utilized as a passage for cooling air or the like, and a refrigerant is circulated therein to cool the lateral width adjusting mechanism 14.

当該横幅調整機構１４は、多種燃料を混合燃焼させた場合の如く燃焼ガスG内に未燃焼物が多い場合等に一般に活用され、これによりダクト６の横幅wをw‘に調整し、サイクロン中心寄りのダクト通路断面積を減少させることにより、燃焼ガスG内の未燃焼物の排出量を仰制することが可能となる。又、当該横幅調整機構１４の作動は、ダクト６内等に設けたCO計の検出値と連動させることも可能である。 The lateral width adjusting mechanism 14 is generally used when there are many unburned substances in the combustion gas G as in the case where various fuels are mixed and combusted. Thereby, the lateral width w of the duct 6 is adjusted to w ′, and the center of the cyclone is adjusted. By reducing the cross-sectional area of the duct duct closer, it becomes possible to control the discharge amount of unburned matter in the combustion gas G. Further, the operation of the lateral width adjusting mechanism 14 can be interlocked with a detection value of a CO meter provided in the duct 6 or the like.

図５は、上記横幅調整機構１４により、ダクト６の横幅wを調整した場合の飛灰の部分集塵率の測定結果を示すものであり、前記００４欄に記載したサイクロン２において、ダクト６の横幅w＝４００mmをw‘＝２００mmに調整した場合の部分集塵率を示すものである。 FIG. 5 shows the measurement result of the partial dust collection rate of fly ash when the lateral width w of the duct 6 is adjusted by the lateral width adjusting mechanism 14, and in the cyclone 2 described in the column 004, The partial dust collection rate when the lateral width w = 400 mm is adjusted to w ′ = 200 mm is shown.

尚、この部分集塵率は、前記図３（ｂ）の場合と同様に粒径２０μmmでの測定値を示すものであり、ダクト６の横幅w＝４００とした場合の前記図３（b）に比較して、ダクト６の横幅w‘＝２００mmとすることにより、部分集塵率が大幅に向上することが判る。
又、前記図３（a）に対応する集塵率の特性は記載していないが、ダクト６の横幅wを図４に示すようにサイクロン２の接線側へ短縮して、サイクロン中心寄りの通路断面積を減少させることにより、当該集塵率も大幅に向上することが確認されている。 This partial dust collection rate shows a measured value at a particle diameter of 20 μmm as in the case of FIG. 3B, and FIG. 3B when the lateral width w of the duct 6 is 400. It can be seen that the partial dust collection rate is greatly improved by setting the width w ′ of the duct 6 to 200 mm as compared with FIG.
Although the characteristics of the dust collection rate corresponding to FIG. 3 (a) are not described, the lateral width w of the duct 6 is shortened to the tangential side of the cyclone 2 as shown in FIG. It has been confirmed that the dust collection rate is greatly improved by reducing the cross-sectional area.

本願発明においては、前記発明の効果の欄にも記載した如く、具体的には下記のような効用を有するものである。
先ず、内筒を具備しないサイクロン２を使用しているため、内筒の焼損や閉塞等のトラブルを皆無にできると共に、サイクロン２の製造コストの削減が可能となる。
また、内筒の無い円筒胴部2aを主体とするサイクロン２へダクト６を僅かに傾斜させた姿勢で連結するようにした場合には、粒子径の大きな流動砂Sは下方向へ、また、粒子径の小さな飛灰は燃焼ガスGの流れに同伴して後段へ、夫々排出されやすくなる。
更に、回収すべきでない飛灰が炉本体1内へ戻されないため、燃焼室1a₂内での飛灰の溶融に起因するトラブルの発生を抑制することができる。
加えて、流動砂Sへの飛灰の固着が抑制されるため、流動砂Sの抜出し頻度が少なくなり、流動砂Sの使用寿命が延伸される。 In the present invention, as described in the column of the effect of the invention, specifically, it has the following effects.
First, since the cyclone 2 having no inner cylinder is used, troubles such as burning and blockage of the inner cylinder can be eliminated and the manufacturing cost of the cyclone 2 can be reduced.
Further, when the duct 6 is connected to the cyclone 2 mainly composed of the cylindrical body portion 2a having no inner cylinder in a slightly inclined posture, the fluidized sand S having a large particle diameter is moved downward, Fly ash having a small particle diameter is easily discharged to the subsequent stage along with the flow of the combustion gas G.
Further, since the fly ash should not be collected is not returned to the furnace body 1, it is possible to suppress the occurrence of troubles due to the melting of the fly ash in the combustion chamber 1a within _2.
In addition, since the sticking of the fly ash to the fluid sand S is suppressed, the fluid sand S is extracted less frequently and the service life of the fluid sand S is extended.

ダクト６を１５〜２０の傾斜姿勢とすることにより、ダクト６の底面への砂等の堆積固着が略完全に防止され、これによりサイクロン２内壁の局所的な磨耗が略完全に防止される。
又、ダクト６のサイクロン２側にダクト横幅長調整機構１４を設け、サイクロン側のダクト通路断面積を減少させることにより、サイクロン２に於ける飛灰の部分集塵率を効率よく且つ円滑に調整することができる。 By making the duct 6 have an inclined posture of 15 to 20, accumulation of sand and the like on the bottom surface of the duct 6 is almost completely prevented, and thereby local wear of the inner wall of the cyclone 2 is almost completely prevented.
In addition, a duct width adjustment mechanism 14 is provided on the cyclone 2 side of the duct 6 to reduce the duct passage cross-sectional area on the cyclone side, thereby efficiently and smoothly adjusting the partial dust collection rate of fly ash in the cyclone 2. can do.

サイクロン２を比較的長い円筒胴部2aを有する形態のものとしているための、従前のサイクロンに比較してサイクロン2の表面積が増大することになり、熱回収用の伝熱面積が増すことになる。これにより、炉本体１における伝熱面積を削減することが可能となり、牽いては設備全体の高さ寸法の削減が可能となる。
また、円筒胴部2aの長いサイクロン２とすることにより、サイクロン２の内部容積を増大させることができ、その結果、燃焼室1a₂を低くしても、燃焼ガスGの高温下に於ける滞留時間の減少分をサイクロン2内で補うことができ、有害ガスの熱分解等の点で問題を生ずることは無い。
更に、円筒胴部2aの長いサイクロン2とすることにより、従前の標準形サイクロンの場合よりも伝熱用水管1a’の間隔を狭くすることが可能となり、伝熱面積を増加させることができると共に、伝熱用水管1a’の曲げ加工が不要若しくは最小限の曲げ加工で良いことになり、製作コストの削減を図ることが出来る。
本願発明に係る循環流動層炉は、上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。 Since the cyclone 2 has a relatively long cylindrical body 2a, the surface area of the cyclone 2 is increased as compared to the conventional cyclone, and the heat transfer area for heat recovery is increased. . As a result, the heat transfer area in the furnace body 1 can be reduced, and the overall height of the facility can be reduced.
In addition, the internal volume of the cyclone 2 can be increased by using the long cyclone 2 of the cylindrical body 2a. As a result, even if the combustion chamber 1a ₂ is lowered, the combustion gas G stays at a high temperature. The decrease in time can be compensated for in the cyclone 2, and there is no problem in terms of thermal decomposition of harmful gases.
Furthermore, by making the cyclone 2 with a long cylindrical body 2a, the interval between the heat transfer water pipes 1a 'can be made narrower than in the case of the conventional standard cyclone, and the heat transfer area can be increased. The bending of the heat transfer water pipe 1a ′ is unnecessary or can be performed with a minimum amount of bending, and the manufacturing cost can be reduced.
The circulating fluidized bed furnace according to the present invention exhibits excellent practical utility as described above.

本発明に係る循環流動層炉は、木屑等にバイオマス燃料や石炭等を燃料とするものだけでなく、都市ごみ等を燃料とする循環流動層炉にも適用することがでる。また、本発明で使用するサイクロンは、流動砂と燃焼ガスの混合流体だけでなく、その他の混合流体を対象とする分離処理にも適用できるものである。 The circulating fluidized bed furnace according to the present invention can be applied not only to wood chips and the like using biomass fuel or coal as fuel, but also to circulating fluidized bed furnaces using municipal waste or the like as fuel. In addition, the cyclone used in the present invention can be applied not only to a fluid mixture of fluidized sand and combustion gas but also to separation treatment for other fluid mixture.

A_1〜A₃ 空気流〜空気流
F 燃料
G 燃焼ガス
Go 低温排ガス
S 流動砂
S’ 排出砂
B 混合流体’
St 過熱蒸気
Wo ボイラ給水
α 角度
Φ 角度
w ダクトの横幅
w’ 調整後のダクト横幅
h ダクトの高さ
p ダクト先端部の中心点
d サイクロンの直径
L サイクロンの全高
L’ サイクロン円筒胴部の高さ
L’’ サイクロン円錐部の高さ
1 炉本体
1a_１流動層部
1a_２燃焼室
1a メンブレン炉壁
1a’ 水管
1b 炉材
1c 燃料供給口
1d 混合流体出口
２サイクロン
2a 円筒胴部
2b 円錐部
2c 燃焼ガス出口
2d 混合流体入口
３ループシール部
４バックパス部
５熱交換器
６ダクト
６a サイクロン中心側のダクト側壁面
７砂循環路
８流動砂戻口
９流動ノズル
１０ドレーン排出口
１１一次空気供給室
１２一次空気供給室
１３蒸気ドラム
１３a 管寄
１４ダクト横幅調整機構
１５横幅調整体
１６空間部
１６a 内部空間
１７支軸
１８可変ガイドベーン
１９内筒 A _{1 to} A ₃ Air flow to Air flow
F fuel
G Combustion gas
Go Low temperature exhaust gas
S fluid sand
S 'discharged sand
B Mixed fluid '
St superheated steam
Wo boiler water supply α angle Φ angle
w Duct width
w 'Adjusted duct width
h Duct height
p Center point of duct tip
d Cyclone diameter
L Cyclone height
L 'Cyclone cylindrical body height
L '' height of cyclone cone
1 Furnace body
1a ₁ fluidized bed
1a ₂ Combustion chamber
1a Membrane furnace wall
1a 'water pipe
1b Furnace material
1c Fuel supply port
1d Mixed fluid outlet 2 Cyclone
2a Cylindrical body
2b Conical part
2c Combustion gas outlet
2d Mixed fluid inlet 3 Loop seal part 4 Back path part 5 Heat exchanger 6 Duct 6a Duct side wall surface of cyclone center side 7 Sand circulation path 8 Fluid sand return port 9 Fluid nozzle 10 Drain discharge port 11 Primary air supply chamber 12 Primary air Supply chamber 13 Steam drum 13a Deck 14 Duct width adjusting mechanism 15 Width adjusting body 16 Space 16a Internal space 17 Support shaft 18 Variable guide vane 19 Inner cylinder

Claims

In a circulating fluidized bed furnace equipped with a furnace body and a cyclone, the cyclone is a cyclone without an inner cylinder, and the cross-sectional shape is a quadrangle and a cyclone between the mixed fluid outlet of the furnace body and the mixed fluid inlet of the cyclone. A circulating fluidized bed furnace characterized in that it communicates with a duct arranged and fixed at an angle α with respect to the horizontal tangent line.

The circulating fluidized bed furnace according to claim 1, wherein the duct fixing angle α is 15 to 20 degrees.

The circulating fluidized bed furnace according to claim 1, wherein the duct is provided with a duct width adjusting mechanism on a side wall surface on the cyclone center side in the vicinity of the cyclone inlet.

The flow rate of the combustion gas of the mixed fluid of combustion gas and fluidized sand flowing through the duct is set to 4 m / sec or more, and the cross-sectional shape of the duct is set to a height h that is at least twice that of the width w of the duct. The circulating fluidized bed furnace according to claim 1 or 2, wherein

The height of the cylindrical body of the cyclone is 3 to 5 times the lateral width w of the duct, the height L of the entire cyclone including the cone is 5 to 6 times the height h of the duct, and the diameter d of the cylindrical body is The circulating fluidized bed furnace according to claim 1 or 2, wherein the horizontal width w of the duct is 3 to 5 times.

The center p of the cyclone side connecting portion of the duct is connected to be located 1/2 to 1/4 lower than the height L ′ of the cylindrical body from the upper surface of the cylindrical body of the cyclone. Item 3. A circulating fluidized bed furnace according to Item 2.

The circulating fluidized bed furnace according to claim 1 or 2, wherein the combustion chamber of the furnace body and the cylindrical body of the cyclone have a water cooling structure.

Claim 1 or Claim 2 wherein all of the circulation path of the fluid sand including the combustion chamber and fluidized bed part of the furnace body, the duct, the cylindrical body part and the cone part of the cyclone, the loop seal part and the sand circulation path are water-cooled. The circulating fluidized bed furnace described.

The refractory structure is used for all of the circulation path of the fluidized sand including the combustion chamber and fluidized bed part of the furnace body, the duct, the cylindrical body and cone part of the cyclone, the loop seal part, and the sand circulation path. The circulating fluidized bed furnace described in 1.

The duct width adjustment mechanism has a semi-cylindrical bulging part with the side wall surface on the cyclone center side projecting outward, and a cross-sectional shape that is arranged vertically in a rotatable manner in the internal space of the bulging part. 4. A structure comprising a fan-shaped lateral width adjusting body and a support shaft supporting the lateral width adjusting body, wherein one side of the lateral width adjusting body is moved into the duct passage to adjust the duct lateral width w. The circulating fluidized bed furnace described in 1.