JP2978019B2 - 循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配置構造 - Google Patents
循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配置構造Info
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- JP2978019B2 JP2978019B2 JP4310412A JP31041292A JP2978019B2 JP 2978019 B2 JP2978019 B2 JP 2978019B2 JP 4310412 A JP4310412 A JP 4310412A JP 31041292 A JP31041292 A JP 31041292A JP 2978019 B2 JP2978019 B2 JP 2978019B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭粒、炭化物粒等を
循環流動層で燃焼せしめて熱交換する循環流動床装置の
燃焼室の熱伝達面配置構造に関する。
循環流動層で燃焼せしめて熱交換する循環流動床装置の
燃焼室の熱伝達面配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】流動層を利用した燃焼装置は、多様な燃
料を安定した条件下で効率よく燃焼することができる特
長を活かし、種々の分野で利用されているもので、通
常、図３および図４に示すように、粉体燃料を主体とす
る燃料を燃焼する燃焼室１と、ホットサイクロン２とシ
ール機構３からなる粒子循環系と、過熱器４、節炭器
５、空気予熱器６からなる後部対流伝熱構造の３つの主
要部とからなる。
料を安定した条件下で効率よく燃焼することができる特
長を活かし、種々の分野で利用されているもので、通
常、図３および図４に示すように、粉体燃料を主体とす
る燃料を燃焼する燃焼室１と、ホットサイクロン２とシ
ール機構３からなる粒子循環系と、過熱器４、節炭器
５、空気予熱器６からなる後部対流伝熱構造の３つの主
要部とからなる。
【０００３】この循環流動床装置の操業形態は、燃焼室
１に、循環粒子として、石炭粉，石炭灰，脱硫用の石灰
粉とが投入され、燃焼室の下部に２段に設置されたノズ
ルから、１次燃焼空気と２次燃焼空気が吹込まれて流動
床を形成する。循環粒子は、燃焼室を出たのち、ホット
サイクロン２で捕集され、ニューマチックバルブから形
成されるシール機構３を経て、燃焼室１へ再循環する。
一方、ホットサイクロン２を出た燃焼排ガスは、ダクト
を経て後流の対流伝熱部で熱交換後、バグフィルタで集
塵され誘引通風機を経て煙突から排出される。
１に、循環粒子として、石炭粉，石炭灰，脱硫用の石灰
粉とが投入され、燃焼室の下部に２段に設置されたノズ
ルから、１次燃焼空気と２次燃焼空気が吹込まれて流動
床を形成する。循環粒子は、燃焼室を出たのち、ホット
サイクロン２で捕集され、ニューマチックバルブから形
成されるシール機構３を経て、燃焼室１へ再循環する。
一方、ホットサイクロン２を出た燃焼排ガスは、ダクト
を経て後流の対流伝熱部で熱交換後、バグフィルタで集
塵され誘引通風機を経て煙突から排出される。
【０００４】この循環流動床装置は、炉内脱硫が可能で
あるためＳＯx の排出量の少なさに加えて、低温燃焼が
可能であるためにＮＯx の排出が少なく炉外の脱硫、脱
硝設備が不要である、瀝青炭から半無煙炭までの巾広い
石炭を使用でき燃料多様性を有し、さらには、設備自体
も信頼性において優れているという多くの利点があり、
化学，鉄鋼設備の自家発電用のボイラとして広く用いら
れるようになった。
あるためＳＯx の排出量の少なさに加えて、低温燃焼が
可能であるためにＮＯx の排出が少なく炉外の脱硫、脱
硝設備が不要である、瀝青炭から半無煙炭までの巾広い
石炭を使用でき燃料多様性を有し、さらには、設備自体
も信頼性において優れているという多くの利点があり、
化学，鉄鋼設備の自家発電用のボイラとして広く用いら
れるようになった。
【０００５】この利点をより活かすために、操業上、構
造上の種々の改良が加えられており、例えば、特公昭５
７−２８０４６号公報，特公昭５９−１３６４４号公
報，特開昭５９−１７９２９０号公報，特開昭５９−１
９７７２４号公報等には、循環させる石炭粉の粒度を初
めとする操業条件を規定することによって操業効率を挙
げ得ることが開示されている。また、特開平２−１２２
８２６号公報，特開平３−９５３０３号公報，特開平３
−１０２１０１号公報等には、後流側の対流伝熱構造の
改善が提案されている。
造上の種々の改良が加えられており、例えば、特公昭５
７−２８０４６号公報，特公昭５９−１３６４４号公
報，特開昭５９−１７９２９０号公報，特開昭５９−１
９７７２４号公報等には、循環させる石炭粉の粒度を初
めとする操業条件を規定することによって操業効率を挙
げ得ることが開示されている。また、特開平２−１２２
８２６号公報，特開平３−９５３０３号公報，特開平３
−１０２１０１号公報等には、後流側の対流伝熱構造の
改善が提案されている。
【０００６】この循環流動床装置において、その全体の
熱交換の機能の略５０％を司る燃焼室には、熱交換効率
を上げるために、図５に示すように水管からなる伝熱管
７を配列した伝熱板８が配置されている。
熱交換の機能の略５０％を司る燃焼室には、熱交換効率
を上げるために、図５に示すように水管からなる伝熱管
７を配列した伝熱板８が配置されている。
【０００７】この伝熱板８の配置の形式としては、上記
図３に示すように、燃焼室１の壁面に沿って燃焼室を横
断して配置する形式のものと、燃焼室１の中部から壁面
に沿って垂直方向に突き抜けて設ける形式のものとがあ
る。
図３に示すように、燃焼室１の壁面に沿って燃焼室を横
断して配置する形式のものと、燃焼室１の中部から壁面
に沿って垂直方向に突き抜けて設ける形式のものとがあ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、かかる形式
の伝熱板の配置構造を有する燃焼室においては、底部か
ら吹き上げられた粒子が伝熱板の下端に衝突する現象
と、粒子が伝熱板に沿って下降する現象が起きるため
に、伝熱板は粒子の衝突又は流下により伝熱板に摩耗が
発生するため、耐摩耗対策が必要となる。特に、図３及
び図４の伝熱板８の配置では、各伝熱板の上下に耐摩耗
処置が必要であり、且つ、粒子流れに直行する伝熱板を
数段使用することにより、粒子流れを乱し、乱れに伴う
粒子の伝熱板への衝突により摩耗を促進する結果とな
る。さらに、上方に突き抜けて設けられた伝熱板はサイ
クロンに流入する粒子の流れを阻害し、燃焼室からサイ
クロンを通じた粒子の循環を減らし、装置全体の操業効
率の低下をもたらすという問題がある。
の伝熱板の配置構造を有する燃焼室においては、底部か
ら吹き上げられた粒子が伝熱板の下端に衝突する現象
と、粒子が伝熱板に沿って下降する現象が起きるため
に、伝熱板は粒子の衝突又は流下により伝熱板に摩耗が
発生するため、耐摩耗対策が必要となる。特に、図３及
び図４の伝熱板８の配置では、各伝熱板の上下に耐摩耗
処置が必要であり、且つ、粒子流れに直行する伝熱板を
数段使用することにより、粒子流れを乱し、乱れに伴う
粒子の伝熱板への衝突により摩耗を促進する結果とな
る。さらに、上方に突き抜けて設けられた伝熱板はサイ
クロンに流入する粒子の流れを阻害し、燃焼室からサイ
クロンを通じた粒子の循環を減らし、装置全体の操業効
率の低下をもたらすという問題がある。
【０００９】本発明は循環流動床装置の燃焼室における
伝熱板の配置による問題を解消するもので、燃料粉末の
循環を阻害することなく、燃焼室における最大の熱交換
能力を有する伝熱板の配置構造を提供することにある。
伝熱板の配置による問題を解消するもので、燃料粉末の
循環を阻害することなく、燃焼室における最大の熱交換
能力を有する伝熱板の配置構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の循環流動床装置
の燃焼室における熱伝達面配置構造は、複数の冷却水導
管を垂直に配列して板状の伝熱板を形成し、この伝熱板
を燃焼室の内壁面に対して平行にそれぞれ１．０ｍ以上
の一定の間隔をあけて複数段配列し、この配列した複数
の伝熱板の下端を燃焼室の底部から５ｍ以上の上方に、
また、上端をサイクロンとの連結通路の下面レベルと同
一または僅か下方に位置せしめ、さらに、これらの複数
の伝熱板を、それぞれの両端面と内壁面との間を３００
ｍｍ以上間隔を設けて配列してなることを特徴とする。
の燃焼室における熱伝達面配置構造は、複数の冷却水導
管を垂直に配列して板状の伝熱板を形成し、この伝熱板
を燃焼室の内壁面に対して平行にそれぞれ１．０ｍ以上
の一定の間隔をあけて複数段配列し、この配列した複数
の伝熱板の下端を燃焼室の底部から５ｍ以上の上方に、
また、上端をサイクロンとの連結通路の下面レベルと同
一または僅か下方に位置せしめ、さらに、これらの複数
の伝熱板を、それぞれの両端面と内壁面との間を３００
ｍｍ以上間隔を設けて配列してなることを特徴とする。
【００１１】その伝熱板の配置は、その端面と燃焼室の
内壁面との間に間隙を設けて配列し、さらには、平行に
複数配列した伝熱板相互の間の間隔が略一定とすること
がその目的達成には、さらに、効果的である。
内壁面との間に間隙を設けて配列し、さらには、平行に
複数配列した伝熱板相互の間の間隔が略一定とすること
がその目的達成には、さらに、効果的である。
【００１２】
【作用】最高温度域の断面の略全域に伝熱板が配置され
ているので、燃焼室内の単位容積当たりの伝熱面積を最
大にでき、熱利用効率を最大で、且つ、コンパクトな構
造とすることができる。
ているので、燃焼室内の単位容積当たりの伝熱面積を最
大にでき、熱利用効率を最大で、且つ、コンパクトな構
造とすることができる。
【００１３】また、サイクロンとの連結通路区域を避け
て設けることによって、サイクロンとの流体の循環を阻
害することがない。
て設けることによって、サイクロンとの流体の循環を阻
害することがない。
【００１４】さらに、伝熱板を燃焼室下部の粒子の濃厚
な部位のサイクロン入口へ粒子の流れの方向を変える領
域を避け、且つ、粒子流れが上方へ比較的均一に流れる
領域の全域に渡って上下方向に空隙なく設置することに
より粒子の流れを整流し、燃焼室断面全域の流動状態を
均一に形成し、装置全体の効率を上昇させ、且つ、伝熱
板の流れ方向の空隙による粒子流れの乱れに伴う摩耗を
防止する。
な部位のサイクロン入口へ粒子の流れの方向を変える領
域を避け、且つ、粒子流れが上方へ比較的均一に流れる
領域の全域に渡って上下方向に空隙なく設置することに
より粒子の流れを整流し、燃焼室断面全域の流動状態を
均一に形成し、装置全体の効率を上昇させ、且つ、伝熱
板の流れ方向の空隙による粒子流れの乱れに伴う摩耗を
防止する。
【００１５】一般に循環流動床装置においては、燃焼室
内の粒子の流動を確保するために、底部の空塔速度は１
〜１０ｍ／ｓに維持されるが、この場合、燃焼室の底部
から５〜１０ｍの燃焼室底部の領域はこれより上方の領
域に比べて粒子濃度が３〜５倍以上高いことが判った。
したがって、本領域に伝熱板を設置した場合、伝熱板が
相当の摩耗条件にさらされることになり、伝熱板の安定
稼動のためには、本領域への伝熱板設置を避けることが
必要となることが、研究により判った。
内の粒子の流動を確保するために、底部の空塔速度は１
〜１０ｍ／ｓに維持されるが、この場合、燃焼室の底部
から５〜１０ｍの燃焼室底部の領域はこれより上方の領
域に比べて粒子濃度が３〜５倍以上高いことが判った。
したがって、本領域に伝熱板を設置した場合、伝熱板が
相当の摩耗条件にさらされることになり、伝熱板の安定
稼動のためには、本領域への伝熱板設置を避けることが
必要となることが、研究により判った。
【００１６】燃焼室上部のサイクロン入口の領域では、
天井部への粒子の衝突反転により粒子の濃度がその直下
の部位よりも最大２倍以下まで濃度が上昇することが研
究により判り、さらに、サイクロン入口への粒子流れの
反転により粒子流れが乱れ、摩耗上厳しい環境となる。
また、この領域に伝熱板を設置した場合、伝熱板の配置
によっては、サイクロン入口への粒子の流れを阻害する
ことも判った。したがって、本領域への伝熱板設置を避
けることにより伝熱板の摩耗を避け、且つサイクロンへ
の粒子の流入に従って全体の粒子循環を正常に維持する
ことができる。
天井部への粒子の衝突反転により粒子の濃度がその直下
の部位よりも最大２倍以下まで濃度が上昇することが研
究により判り、さらに、サイクロン入口への粒子流れの
反転により粒子流れが乱れ、摩耗上厳しい環境となる。
また、この領域に伝熱板を設置した場合、伝熱板の配置
によっては、サイクロン入口への粒子の流れを阻害する
ことも判った。したがって、本領域への伝熱板設置を避
けることにより伝熱板の摩耗を避け、且つサイクロンへ
の粒子の流入に従って全体の粒子循環を正常に維持する
ことができる。
【００１７】
【実施例】図１は、本発明に係る循環流動床装置の燃焼
室１の実施例を、それに付随するホットサイクロン２と
シール機構３を有する粒子循環系と共に示す。また、図
２は図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した水平断面を示
す。
室１の実施例を、それに付随するホットサイクロン２と
シール機構３を有する粒子循環系と共に示す。また、図
２は図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した水平断面を示
す。
【００１８】燃焼室の壁面９は、水冷壁で構成され、耐
火物のライニングが施された底部１０に配置された２段
の吹込みノズル１１からは、予熱された燃焼用空気が供
給され、これによって、底部内には比較的高濃度粒子で
流動状態の活発なデンス・ベッドが形成され、その上方
は８５０〜９００℃の高温域が形成される。
火物のライニングが施された底部１０に配置された２段
の吹込みノズル１１からは、予熱された燃焼用空気が供
給され、これによって、底部内には比較的高濃度粒子で
流動状態の活発なデンス・ベッドが形成され、その上方
は８５０〜９００℃の高温域が形成される。
【００１９】１２は、この高温域内の略全面に垂直に、
且つ、それぞれが平行に複数個配置され、加熱粒子が通
過する空間に配置された伝熱部を示す。この伝熱部１２
を構成するそれぞれの伝熱板８は、通常は炭素鋼又はス
テンレス鋼製の水冷却又は蒸気冷却の支持棒１６によっ
て上下が支持されており、それぞれの伝熱板８の間は粒
子の上昇流を妨げない程度の最低約１．０ｍ程度の間隔
を設けて設置されている。伝熱板８と燃焼室の壁面９と
の接合部は構造上空隙なしで設置することもできるが、
通常は粒子の間隔を妨げず、且つ、壁面９に沿って形成
される粒子の下降流れによる伝熱板８の端面付近の摩耗
を避けるために、支持棒の部位を除いて粒子の下降流の
約１００ｍｍ以下の層厚さを避けて約３００ｍｍ程度の
空隙を設けて設置する。しかも、この伝熱部１２は上下
方に空間を残して配置され、その上端はホットサイクロ
ンとの連絡通路１３の下面Ｌのレベルと略同一か、ある
いは、僅かに下方位置に設けられて燃焼室の上方に上方
空間１４を形成している。これによって、燃焼室１を上
昇して来た粒体がホットサイクロン内に方向変換して導
入されるのに支障のないように配置されている。また、
その下端は燃焼室底部内に形成される高濃度の流動体に
よるデンス・ベッドによって摩耗が進まない程度の高さ
を有する下方空間１５が形成されている。下方空間の粒
子の濃度は燃焼室の底部から５〜１０ｍの領域を過ぎれ
ば急激に低下し、燃焼室の空塔速度に支配されるほぼ一
定の値となることが研究により判ったため、伝熱板８の
下端は底部から５〜１０ｍ以上の高さに設置することが
必要である。
且つ、それぞれが平行に複数個配置され、加熱粒子が通
過する空間に配置された伝熱部を示す。この伝熱部１２
を構成するそれぞれの伝熱板８は、通常は炭素鋼又はス
テンレス鋼製の水冷却又は蒸気冷却の支持棒１６によっ
て上下が支持されており、それぞれの伝熱板８の間は粒
子の上昇流を妨げない程度の最低約１．０ｍ程度の間隔
を設けて設置されている。伝熱板８と燃焼室の壁面９と
の接合部は構造上空隙なしで設置することもできるが、
通常は粒子の間隔を妨げず、且つ、壁面９に沿って形成
される粒子の下降流れによる伝熱板８の端面付近の摩耗
を避けるために、支持棒の部位を除いて粒子の下降流の
約１００ｍｍ以下の層厚さを避けて約３００ｍｍ程度の
空隙を設けて設置する。しかも、この伝熱部１２は上下
方に空間を残して配置され、その上端はホットサイクロ
ンとの連絡通路１３の下面Ｌのレベルと略同一か、ある
いは、僅かに下方位置に設けられて燃焼室の上方に上方
空間１４を形成している。これによって、燃焼室１を上
昇して来た粒体がホットサイクロン内に方向変換して導
入されるのに支障のないように配置されている。また、
その下端は燃焼室底部内に形成される高濃度の流動体に
よるデンス・ベッドによって摩耗が進まない程度の高さ
を有する下方空間１５が形成されている。下方空間の粒
子の濃度は燃焼室の底部から５〜１０ｍの領域を過ぎれ
ば急激に低下し、燃焼室の空塔速度に支配されるほぼ一
定の値となることが研究により判ったため、伝熱板８の
下端は底部から５〜１０ｍ以上の高さに設置することが
必要である。
【００２０】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【００２１】（１） 燃焼室内の単位容積当たりの伝熱
面積を最大にでき、熱利用効率を最大で、且つ、コンパ
クトな構造とすることができる。
面積を最大にでき、熱利用効率を最大で、且つ、コンパ
クトな構造とすることができる。
【００２２】（２） 粒体の衝突による伝熱板の摩耗を
最小限にすることができる。
最小限にすることができる。
【００２３】（３） 流体の循環を阻害することがな
く、安定した操業が可能である。
く、安定した操業が可能である。
【００２４】（４） 燃焼室をコンパクトにできるため
に、流動層の層高、したがって、流動層の圧力損失を低
くすることが可能であり、このため、粒子を流動化させ
るための流動空気の圧力を低くでき流動空気用送風機の
動力を低くすることができる。
に、流動層の層高、したがって、流動層の圧力損失を低
くすることが可能であり、このため、粒子を流動化させ
るための流動空気の圧力を低くでき流動空気用送風機の
動力を低くすることができる。
【図１】 本発明の実施例に基づく燃焼室を粒体循環系
とともに示す。
とともに示す。
【図２】 図１をＡ−Ａ線から見た水平断面の構造を示
す。
す。
【図３】 従来の循環流動床装置の概要を示す。
【図４】 従来の循環流動床装置の他の形式の概要を示
す。
す。
【図５】 伝熱板の構造を示す。
１ 燃焼室 ２ ホットサイクロン ３ シール機構 ４ 加熱器 ５ 節炭器 ６ 空気予熱器 ７ 伝熱管 ８ 伝熱板 ９ 壁面 １０ 底部 １１ 空気吹込
みノズル １２ 伝熱部 １３ ホットサイクロンとの連絡通
路 １４ 上方空間 １５ 下方空間 １６ 支持棒
みノズル １２ 伝熱部 １３ ホットサイクロンとの連絡通
路 １４ 上方空間 １５ 下方空間 １６ 支持棒
フロントページの続き (72)発明者 日浦 文明 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (72)発明者 俵 洋一 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (72)発明者 上谷 順一 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (72)発明者 田中 幸政 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の 59 日鐵プラント設計株式会社内 (72)発明者 藤田 源治 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の 59 日鐵プラント設計株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−220008（ＪＰ，Ａ) 米国特許4753197（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F22B 1/02
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の冷却水導管を垂直に配列して板状
の伝熱板を形成し、 この伝熱板を燃焼室の内壁面に対し
て平行にそれぞれ１．０ｍ以上の一定の間隔をあけて複
数段配列し、この配列した 複数の伝熱板の下端を燃焼室の底部から５
ｍ以上の上方に、また、上端をサイクロンとの連結通路
の下面レベルと同一または僅か下方に位置せしめ、 さらに、 これらの複数の伝熱板を、それぞれの両端面と内壁面と
の間を３００ｍｍ以上間隔を設けて配列してなることを
特徴とする 循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配
置構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310412A JP2978019B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配置構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310412A JP2978019B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配置構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06159601A JPH06159601A (ja) | 1994-06-07 |
| JP2978019B2 true JP2978019B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=18004954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4310412A Expired - Fee Related JP2978019B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 循環流動床装置の燃焼室における熱伝達面配置構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978019B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5129604B2 (ja) * | 2008-02-22 | 2013-01-30 | 三菱重工業株式会社 | 循環流動層燃焼炉 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4753197A (en) | 1987-12-10 | 1988-06-28 | The Babcock & Wilcox Company | Tube support |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP4310412A patent/JP2978019B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4753197A (en) | 1987-12-10 | 1988-06-28 | The Babcock & Wilcox Company | Tube support |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06159601A (ja) | 1994-06-07 |
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