JP2020012627A - 複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法 - Google Patents

複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関し、さらに詳しくは、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関する。【解決手段】本発明は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部及び前記ライザー部の上側と結合するように設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関し、さらに詳しくは、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関する。
近年、二酸化炭素の低減及び新再生エネルギーの拡大政策により、低級燃料が活用可能な循環流動層ボイラーへのニーズが高まりつつあるが、現状、火力発電の大気汚染の規制は大幅に強化されており、硫黄酸化物及び窒素酸化物などを大幅に軽減可能なボイラー技術が求められる傾向にある。
また、最近には、変動性の高い太陽光、風力などの自然エネルギー使用の増加に伴い、電力需要にも弾力的に対応可能な発電システムが求められているのが現状である。
このような背景の下で、循環流動層ボイラーは、炉内脱硫が可能であることから、市場の需要が高まりつつある傾向にあるが、流動砂による摩耗、脱硫剤の使用に伴うコストの高騰といった問題と、出力を弾力的に制御し難いという問題がある。
具体的に、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるためにライザー（ｒｉｓｅｒ）内の流動砂の流速を４〜５ｍ／ｓに保つことを余儀なくされていた。ところが、従来の循環流動層ボイラーは、ライザー内に水管が配置され、水管が速やかに移送される流動砂によって腐食及び浸食されてしまうという問題が生じていた。
また、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるために流速が４〜５ｍ／ｓを保つように設けられるため、燃料、添加剤などがボイラー内に滞る時間が短くなり、その結果、燃焼効率、脱硫効率、脱窒効率が低下してしまうという問題がある。
さらに、循環流動層ボイラーは、運転のために、流動砂を循環させるための最低限必要な気体の流量が存在するが、従来の循環流動層ボイラーは、最低限必要な気体の流量が多いため、ボイラーの負荷の変動に応じて弾力的に対応し難かった。
さらにまた、従来の循環流動層ボイラーは、主としてライザーの内部の壁面に水管を配設していたため、全体の設備の規模が大きくなり過ぎて、効率よく空間を利用し難かった。
したがって、水管の浸食及び腐食を防止しつつ、燃焼効率が増大され、出力を弾力的に制御可能な循環流動層ボイラーが望まれる。
特許第２６５７８５４号公報
前記のような課題を解決するために、本発明は、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法を提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
前記のような目的を達成するために、本発明は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部の上側に設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを提供する。
本発明の実施形態において、前記ボイラー部の内部に設けられるが、前記ボイラー部の高さ方向に延びて複数設けられる水管部をさらに備えることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ボイラー部の高さ方向に互いに離間して設けられ、前記ライザー部の下部にさらに設けられる複数の酸化剤注入部をさらに備え、前記酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂と燃料の下降速度と燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ボイラー部の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部に燃料を投入する第１の燃料投入部をさらに備えることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ライザー部の下部の一側に設けられ、前記ライザー部に前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入する第２の燃料投入部をさらに備えることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ライザー部は、前記ボイラー部の周りに沿って、あるいは、前記ボイラー部の内部に複数設けられることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ボイラー部の壁面及び内部に設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて熱交換を行うように設けられた熱交換部を備えることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ライザー部と前記中継部との間に設けられる第１のサイクロン部をさらに備え、前記第１のサイクロン部は、前記ライザー部を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部の再熱器に移送するように設けられたことを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ボイラー部の上部と結合されるように設けられる第２のサイクロン部をさらに備え、前記第２のサイクロン部は、前記ボイラー部において、生成された燃焼ガスを熱交換部の対流熱交換器に移送することを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法において、ａ）複数の前記ライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップと、ｂ）前記ボイラー部に燃料及び酸化剤を投入して前記燃料を燃焼させるステップと、ｃ）前記ライザー部が、前記ボイラー部から前記燃料及び前記流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップと、ｄ）前記第１のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、前記流動砂は中継部に移送するステップと、ｅ）前記中継部に移送された前記流動砂を前記ボイラー部に再供給するステップと、を含み、前記ボイラー部において、前記燃料は下降しながら燃焼され、前記ライザー部において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を提供する。
本発明の実施形態において、前記ステップｂ）において、前記ボイラー部内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、第２のサイクロン部を通過して熱交換部の対流熱交換器に移送されることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ステップｂ）において、前記ボイラー部内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ステップｃ）において、前記ライザー部には、前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料がさらに供給されることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ステップｃ）において、前記ライザー部で生成された燃焼ガスは、前記ボイラー部で生成された燃焼ガスに比べて温度が高いため、再熱器に供給されてスチームの温度及び圧力をさらに高めるように設けられたことを特徴としてもよい。
本発明の実施形態において、前記ステップａにおいて、前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードであることを特徴としてもよい。
前記のような目的を達成するために、本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを用いる発電設備を提供する。
前記のような目的を達成するために、本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を用いる純酸素火力発電用の発電システムを提供する。
前記のような構成を有する本発明は、水管部の浸食及び腐食を防止することができるという効果を奏する。具体的に、本発明は、流動砂がボイラー部内において下降するように設けられ、従来に主としてライザー部の壁面にのみ配置されていた水管部が、ボイラー部の壁面及び内部に配置されるように設けられる。したがって、本発明のボイラー部は、流動砂を循環させるために４〜５ｍ／ｓの速い流速を保つ必要がないので、流動砂が水管部を浸食させたり腐食させたりすることがない。
また、本発明のボイラー部内の流速は、多段状からなる酸化剤注入部に注入された酸化剤の量に応じて制御可能であり、小さな粒度を有する流動砂や脱硫剤を使用することができ、粒子の下降速度が低いという特徴によって水管の浸食及び腐食が生じないようにできる。
さらに、本発明は、ボイラー部内の流速を制御することで、粒子の滞留時間を調節することができるので、燃料、酸化剤及び添加剤の反応時間を調節して完全燃焼が可能であり、酸化剤の多段供給による速度の制御過程において再燃焼技術が適用されるという効果がある。
さらにまた、本発明は、小さな粒度の脱硫剤を用いて、長時間に掛けて反応させることで脱硫効果を極大化させることもできる。
そして、本発明は、ボイラー部の壁面とともに、内部空間に複数の水管部が配置されるので、ボイラーの体積が減って経済性に富んでいる。
また、本発明は、複数のライザー部を備え、それぞれのライザー部がそれぞれ別々に制御される。したがって、ライザー部の運転数に応じて全体の出力を容易に制御することができる。
さらに、複数のライザーを備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転を始めるとき、複数のライザー部において、全体のボイラーシステムの早い予熱が可能であり、部分負荷運転に際しても一部のライザー部を順次に運転して流動砂の循環を制御し、稼働準備時間や出力の変化時間を従来に比べて短縮させることができる。すなわち、本発明は、コールドスタートアップ（ｃｏｌｄ ｓｔａｒｔ ｕｐ）方式の運転と、ウォームスタートアップ（ｗａｒｍ ｓｔａｒｔ ｕｐ）方式の運転のいずれにおいても従来に比べて効率的である。
また、本発明は、既存のボイラーに比べて粒径の小さな流動砂、脱硫剤、添加剤などの物質が使用可能である。具体的に、本発明は、ライザー部が複数設けられるので、ライザー部と結合される第１のサイクロン部のサイズが大幅に削減され、粒子の捕集効率を格段と高めることができ、より小さな粒子を使用可能にする。なお、このように、流動砂粒子の粒径が小さくなると、循環のために用いられるファンの動力が減って発電効率をも向上させることができる。
さらにまた、本発明は、第１のサイクロン部と第２のサイクロン部とを別々に設けることにより、微細粒子（壊れた流動砂または灰材）が再熱器及び後端の環境設備に移ってしまうことを防止し、ボイラー及び環境設備の運転障害を低減することができる。
これらに加えて、本発明は、複数の熱交換器が配置されたボイラー部内において生じる低温の燃焼ガスを対流熱交換器へと、ライザー部において、相対的に高温に保たれた燃焼ガスがそれぞれ分離されて再熱器へと個々分けられて移動するように設けられているので、より高い温度及び圧力を有するスチームを生産できるようにする。
本発明の効果は、前記効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載されている発明の構成から推論可能なあらゆる効果が含まれるものと理解すべきである。
本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。 本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。 本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法の手順図である。
以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。
明細書全体を通して、ある一部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているという場合、それには「直接連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味するものである。
本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本発明における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解すべきである。
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。
図１及び図２に示すように、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー１００は、ボイラー部１１０、中継部１１５、第１の燃料投入部１２０、酸化剤注入部１３０、水管部１４０、ライザー部１５０、第２の燃料投入部１６０、第１のサイクロン部１７０、第２のサイクロン部１８０、及び熱交換部１９０を備える。
前記ボイラー部１１０は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられてもよい。
具体的に、前記ボイラー部１１０は、前記燃料の燃焼が起こるように設けられた炉（ｆｕｒｎａｃｅ）状に設けられても良く、前記ボイラー部１１０内において、流動砂、燃料、添加剤は下部に向かって流動するように設けられてもよい。
前記中継部１１５は、前記ボイラー部１１０の上側に設けられ、前記ライザー部１５０を通過して前記第１のサイクロン部１７０において燃焼ガスの分離された流動砂を前記ボイラー部１１０に与えるように設けられてもよい。
より具体的に、前記中継部１１５は、前記ボイラーの内部に流動砂を満遍なく分配して下降させるように設けられてもよい。
第１の燃料投入部１２０は、前記ボイラー部１１０の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部１１０に燃料を投入するように設けられてもよい。
すなわち、前記燃料は、前記ボイラー部１１０の上側から投入されて下降しながら燃焼されるように設けられてもよい。
前記酸化剤注入部１３０は、前記ボイラー部１１０の高さ方向に互いに離間して多段状に設けられてもよく、前記ライザー部１５０の下部にさらに設けられてもよい。
前記酸化剤注入部１３０は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂と燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。
例えば、前記酸化剤注入部１３０は、前記ボイラー部１１０の上部から下部に向かって順次に設けられた第１のノズル１３１、第２のノズル１３２、第３のノズル１３３、及び第４のノズル１３４を備えていてもよい。
そして、前記ボイラー部１１０の内部において前記第２のノズル１３２と対応する位置の流量を変化させなければならない場合、前記第２のノズル１３２の酸化剤注入量を制御してもよい。すなわち、前記第２のノズル１３２と対応する位置の流量を増やせなければならない場合、前記第２のノズル１３２の酸化剤注入量を増やして、対応する位置の流量及び流速を向上させてもよい。
前記水管部１４０は、前記ボイラー部１１０の外壁と内部空間に設けられるが、前記ボイラー部１１０の高さ方向に延びて複数設けられてもよい。
このようにして設けられた前記水管部１４０は、浸食及び腐食が生じない。具体的に、本発明は、流動砂がボイラー部１１０内において下降するように設けられ、従来、ライザー部１５０内に配置されていた水管部１４０がボイラー部１１０内に配置されるように設けられる。したがって、本発明のボイラー部１１０は、流動砂を循環させるために４〜５ｍ／ｓの速い流速を保つ必要がないので、流動砂が水管部１４０を浸食させたり腐食させたりすることがない。
また、本発明のボイラー部１１０内の流速は、多段状からなる酸化剤注入部１３０に注入された酸化剤の量に応じて制御可能であり、流動砂と燃料が低い速度で下降するので、水管の浸食及び腐食が生じないようにできる。
さらに、本発明は、ボイラー部１１０内の流速を制御することで、粒子の滞留時間を調節することができるので、燃料と酸化剤の反応時間を調節して完全燃焼が可能であり、酸化剤の多段供給による速度の制御過程において再燃焼技術が適用されるという効果がある。
さらにまた、図示はしないが、前記ボイラー部１１０は、内部に脱硫剤、脱窒剤などの添加剤がさらに投入されるように設けられてもよく、より小さな粒度を有する添加剤を用いることで反応性を高めることができる。このように、前記ボイラー部１１０に投入される添加剤は、従来よりも流速の遅い前記ボイラー部１１０内において長時間に掛けて反応しながら効果を極大化させることができる。
そして、本発明は、ボイラー部１１０の外壁だけではなく、内部空間に複数の水管部１４０が配置されるので、流動砂下降型の循環流動層ボイラー１００の体積が減って経済性に富んでいる。
前記ライザー部１５０は、前記ボイラー部１１０と結合され、前記ボイラー部１１０から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられてもよい。
また、前記ライザー部１５０の下部には、前記酸化剤注入部１３０である第５のノズル１３５がさらに設けられてもよい。このようにして設けられた前記第５のノズル１３５は、前記ライザー部１５０内の流量及び流速が高い場合、酸化剤の注入量を減らすように、且つ、前記ライザー部１５０内の流量及び流速が低い場合、酸化剤の注入量を増やすように設けられてもよい。
前記第２の燃料投入部１６０は、前記ライザー部１５０の下部の一側に設けられ、前記ライザー部１５０に燃料を投入するように設けられてもよい。このようにして設けられた前記第２の燃料投入部１６０は、前記ライザー部１５０内の燃料の量を増やす必要があるとき、燃料をさらに投入することができる。
特に、前記第２の燃料投入部１６０は、前記ボイラー部１１０内に供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入するように設けられたことを特徴としてもよい。
さらに、前記ライザー部１５０は、前記ボイラー部１１０に比べて小径の管状に設けられてもよい。
このようにして設けられた前記ライザー部１５０は、前記ボイラー部１１０に比べて小径を有し、第１のサイクロン部１７０もまた、既存のボイラーに比べてはるかに小さい。
さらにまた、前記ライザー部１５０は、図示のごとく、前記ボイラー部１１０の内部または前記ボイラー部１１０の周りに沿って複数設けられてもよい。
これらに加えて、前記ライザー部１５０は、独立して運転が行われるように設けられてもよい。すなわち、複数設けられた前記ライザー部１５０は、全体が同時に運転されるように設けられてもよく、一部のみが運転されるように設けられてもよい。
したがって、本発明は、前記ライザー部１５０の運転数に応じて全体の出力を容易に制御することができる。
また、前記ライザー部１５０は、それぞれのライザー部１５０がそれぞれ別々に純酸素燃焼モードで運転されてもよく、あるいは、空気燃焼モードで運転されてもよい。
さらに、本発明は、前記複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー１００の運転を始めるとき、前記ライザー部１５０の運転を順次に始めて、流動砂の循環のための稼働準備時間を従来に比べて大幅に短縮させることができる。
さらにまた、従来の循環流動層ボイラーの場合、出力を減らすために投入される燃料を減らし、酸化剤の供給量を減らす場合、全体の流動砂の循環に必要な最低限の酸化剤の供給量を保たなければならないため、出力を減らすのに限界があった。しかしながら、本発明は、前記ライザー部１５０が複数設けられ、前記流動砂の循環に必要な流量が少ない。なお、本発明は、純酸素の燃焼の際に酸化剤の濃度の増加に伴って供給される酸化剤と二酸化炭素の絶対流量が減るときの制約条件を解消することもでき、様々な酸化剤の濃度において運転を可能にする。
また、本発明は、空気燃焼モードで運転し、前記ライザー部１５０の全体または一部を純酸素燃焼モードで運転して、全体の発電出力を同様に保持し、一部のライザー部１５０の排ガスから純粋な二酸化炭素を分離して活用するＣＣＳ技術を実現することもできる。
前記第１のサイクロン部１７０は、前記ボイラー部１１０及び前記ライザー部１５０の上側に結合されるように設けられ、前記ライザー部１５０を通過した流動砂を前記中継部１１５に与えるように設けられてもよい。
このようにして設けられた前記ボイラー部１１０、前記ライザー部１５０及び前記第１のサイクロン部１７０、前記中継部１１５は、流動砂を循環させ続けることができる。
前記熱交換部１９０は、前記ボイラー部１１０及び前記ライザー部１５０と結合されるように設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて、熱交換を行うように設けられる。なお、前記熱交換部１９０は、再熱器１９１及び対流熱交換器１９２を備える。
前記第１のサイクロン部１７０は、前記ライザー部１５０を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部１９０の再熱器１９１に移送するように設けられてもよい。このとき、前記第１のサイクロン部１７０が前記再熱器１９１に移送する燃焼ガスの温度は、９００℃以上であってもよい。ここで、前記再熱器１９１は、最終過熱器であってもよい。
前記第２のサイクロン部１８０は、前記ボイラー部１１０の上部と結合されるように設けられ、前記第２のサイクロン部１８０は、前記ボイラー部１１０において生成された燃焼ガスを熱交換部１９０の対流熱交換器１９２に移送するように設けられる。このとき、前記第２のサイクロン部１８０が前記対流熱交換器１９２に移送する燃焼ガスの温度は、８００℃以上、且つ、９００℃未満であってもよい。
このように、本発明は、ボイラー部１１０内において生じる燃焼ガスと、ライザー部１５０を通過しながら前記ボイラー部１１０内において生じた燃焼ガスに比べて相対的に高温となった燃焼ガスと、がそれぞれ分離され、対流熱交換器１９２と再熱器１９１に移動されるように設けられる。したがって、前記熱交換部１９０は、従来よりも高い温度及び圧力を有するスチームを生産することができる。すなわち、本発明の前記熱交換部１９０は、熱効率がなお一層向上する。
また、本発明は、既存のボイラーに比べて粒径の小さな流動砂、脱硫剤、添加剤などの物質が使用可能である。具体的に、本発明は、ライザー部１５０が複数設けられるので、ライザー部１５０と結合される第１のサイクロン部１７０のサイズが大幅に削減され、粒子の捕集効率を格段と高めることができ、より小さな粒子を使用可能にする。なお、このように、流動砂粒子の粒径が小さくなると、循環のために用いられる前記ライザー部１５０のファン（図示せず）の動力が減って発電効率をも向上させることができる。
図３は、本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法の手順図である。
図３をさらに参照すると、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー１００の運転方法は、まず、複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ（Ｓ２１０）を行ってもよい。
複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ（Ｓ２１０）において、前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードを指すことがある。すなわち、複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ（Ｓ２１０）においては、それぞれの前記ライザー部１５０が純酸素燃焼モードで運転されるか、あるいは、空気燃焼モードで運転されるかを決定することができ、且つ、各前記ライザー部１５０を運転するか否かも決定することができる。
複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ（Ｓ２１０）後には、前記ボイラー部１１０に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ（Ｓ２２０）を行ってもよい。
前記ボイラー部１１０に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ（Ｓ２２０）において、燃料、流動砂及び添加剤が前記ボイラー部１１０の上部側から投入されてもよい。なお、前記燃料は、前記ボイラー部１１０内において下降しながら燃焼が行われてもよく、前記添加剤は、前記燃料及び前記燃料が燃焼されながら生成された燃焼ガスから脱窒、脱硫の反応を誘導することができる。このとき、前記ボイラー部１１０内に設けられた複数の前記水管部１４０には、流体が流動するように設けられて熱交換が行われてもよい。
さらに、前記ボイラー部１１０内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、前記第２のサイクロン部１８０を通過して前記熱交換部１９０の前記対流熱交換器１９２に移送されてもよい。
前記ボイラー部１１０に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ（Ｓ２２０）において、前記ボイラー部１１０内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部１３０は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられてもよい。
すなわち、前記酸化剤注入部１３０は、酸化剤の注入量を制御することにより、前記ボイラー部１１０内において、流量及び流速を位置ごとに制御することができる。
前記ボイラー部１１０に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ（Ｓ２２０）後には、ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップ（Ｓ２３０）を行ってもよい。
ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップ（Ｓ２３０）においては、前記ボイラー部１１０を通過した燃料、流動砂、添加剤などが前記ライザー部１５０の下部側に流れ込み、流れ込んだ燃料、流動砂、添加剤は、上部に結合された前記第１のサイクロン部１７０に向かって移動することができる。このとき、前記燃料は、移動しながら燃焼が行われ得る。
このように、前記ボイラー部１１０において、前記燃料は下降しながら燃焼されるように設けられ、前記ライザー部１５０において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられてもよい。
さらにまた、前記ライザー部１５０に沿って上昇する燃料は、燃焼されて燃焼ガスが生成される。このとき、生成される燃焼ガスは、前記ボイラー部１１０において生成される燃焼ガスに比べて高温である。
また、ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップ（Ｓ２３０）において、前記ライザー部１５０には燃料及び酸化剤がさらに供給されてもよく、このとき、供給される燃料は、前記ボイラー部１１０に供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料であることを特徴としてもよい。
ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップ（Ｓ２３０）後には、第１のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ（Ｓ２４０）を行ってもよい。
第１のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ（Ｓ２４０）において、前記第１のサイクロン部１７０は、前記ライザー部１５０を通過しながら生成された燃焼ガスを熱交換部１９０の再熱器１９１に移送し、流動砂は前記ボイラー部１１０の上側に形成された中継部１１５に移動して循環させてもよい。
すなわち、前記ボイラー部１１０において生成された燃焼ガスと、前記ライザー部１５０を通過しながら生成された燃焼ガスとは、それぞれに結合されたサイクロン部に移送されることで、互いに分離されて熱交換部１９０に移送されてもよい。すなわち、本発明は、第１のサイクロン部１７０と第２のサイクロン部１８０とを別々に設けることにより、微細粒子（壊れた流動砂または灰材）が再熱器及び後端の環境設備に移ってしまうことを防止し、ボイラー及び環境設備の運転障害を低減することができる。
第１のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ（Ｓ２４０）後には、中継部に移送された流動砂をボイラー部に再供給するステップ（Ｓ２５０）を行ってもよい。
中継部に移送された流動砂をボイラー部に再供給するステップ（Ｓ２５０）において、前記中継部１１５は、前記第１のサイクロン部１７０から与えられた流動砂を前記ボイラー部１１０の上側から下降させて前記流動砂を再循環させてもよい。
そして、前記中継部１１５は、前記流動砂を前記ボイラー部１１０内において下降させるとき、万遍なく分配して下降させることで、燃焼及び伝熱効率を向上させるように設けられてもよい。前述したようにして設けられた複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー１００及びこの運転方法は、それぞれ発電設備、発電システムに適用可能である。
前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明された各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明された構成要素を結合された形態に実施してもよい。
本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。
１００：複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー
１１０：ボイラー部
１１５：中継部
１２０：第１の燃料投入部
１３０：酸化剤注入部
１３１：第１のノズル
１３２：第２のノズル
１３３：第３のノズル
１３４：第４のノズル
１３５：第５のノズル
１４０：水管部
１５０：ライザー部
１６０：第２の燃料投入部
１７０：第１のサイクロン部
１８０：第２のサイクロン部
１９０：熱交換部
１９１：再熱器
１９２：対流熱交換器

Claims (16)

  1. 内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、
    前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、
    前記ボイラー部の上側に設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、
    を備え、
    前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  2. 前記ボイラー部の外壁及び内部空間に設けられるが、前記ボイラー部の高さ方向に延びて複数設けられる水管部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  3. 前記ボイラー部の高さ方向に互いに離間して設けられ、前記ライザー部の下部にさらに設けられる複数の酸化剤注入部をさらに備え、
    前記酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  4. 前記ボイラー部の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部に燃料を投入する第１の燃料投入部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  5. 前記ライザー部の下部の一側に設けられ、前記ライザー部に前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入する第２の燃料投入部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  6. 前記ライザー部は、前記ボイラー部の周りに沿って、あるいは、前記ボイラー部の内部に複数設けられることを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  7. 前記ボイラー部及び前記ライザー部と結合されるように設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて熱交換を行うように設けられた熱交換部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  8. 前記ライザー部と前記中継部との間に設けられる第１のサイクロン部をさらに備え、
    前記第１のサイクロン部は、前記ライザー部を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部の最終過熱器または再熱器に移送するように設けられたことを特徴とする、請求項７に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  9. 前記ボイラー部の上部と結合されるように設けられる第２のサイクロン部をさらに備え、
    前記第２のサイクロン部は、前記ボイラー部において、生成された燃焼ガスを熱交換部の対流熱交換器に移送することを特徴とする、請求項７に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。
  10. 請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法において、
    ａ）複数の前記ライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップと、
    ｂ）前記ボイラー部に燃料及び酸化剤を投入して前記燃料を燃焼させるステップと、
    ｃ）前記ライザー部が、前記ボイラー部から前記燃料及び前記流動砂を与えられて第１のサイクロン部に向かって移送するステップと、
    ｄ）前記第１のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、前記流動砂は中継部に移送するステップと、
    ｅ）前記中継部に移送された前記流動砂を前記ボイラー部に再供給するステップと、
    を含み、
    前記ボイラー部において、前記燃料は下降しながら燃焼され、前記ライザー部において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。
  11. 前記ステップｂ）において、
    前記ボイラー部内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、第２のサイクロン部を通過して熱交換部の対流熱交換器に移送されることを特徴とする、請求項１０に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。
  12. 前記ステップｂ）において、
    前記ボイラー部内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴とする、請求項１０に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。
  13. 前記ステップｃ）において、
    前記ライザー部には、前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料がさらに供給されることを特徴とする、請求項１０に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。
  14. 前記ステップａ）において、
    前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードであることを特徴とする、請求項１０に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。
  15. 請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを用いる、発電設備。
  16. 請求項１に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を用いる、酸化剤火力発電用の発電システム。

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