JP3017106B2 - 外部燃焼型動力装置に熱を供給する方法及び装置 - Google Patents

外部燃焼型動力装置に熱を供給する方法及び装置

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JP3017106B2
JP3017106B2 JP8278465A JP27846596A JP3017106B2 JP 3017106 B2 JP3017106 B2 JP 3017106B2 JP 8278465 A JP8278465 A JP 8278465A JP 27846596 A JP27846596 A JP 27846596A JP 3017106 B2 JP3017106 B2 JP 3017106B2
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heat exchanger
stream
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    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/04—Heat supply by installation of two or more combustion apparatus, e.g. of separate combustion apparatus for the boiler and the superheater respectively

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部燃焼型動力装
置に熱を送る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】直接型火力発電所において、燃料、例え
ば、粉状炭は、燃焼室で燃焼され、燃焼室には、通常、
予熱された燃焼用空気が供給される。燃焼領域を包囲す
る管は、作動流体（例えば水）を含み、作動流体は、沸
騰するまで加熱され、電気のようなエネルギーの有効な
形に変換する（例えばタービンを含む）動力装置に送ら
れる。カリナ（ｋａｌｉｎａ）の米国特許第５，４５
０，８２１号には、分離した燃焼室及び熱交換器を用い
た多段燃焼装置が開示されており、この多段燃焼装置で
は、作動流体の熱特性に合致するとともにＮＯｘガスが
形成される温度以下の温度に維持するために、種々の段
階で放出される熱の温度が制御されている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、通常、２つま
たはそれ以上の燃焼領域を有する複数段装置を使用する
ことによって外部燃焼型動力装置に熱を送ることを特徴
とする。各燃焼領域は、外部燃焼型装置から各作動流体
を搬送する関連熱交換器を有する。各燃焼領域は、燃焼
燃料の全体量のうちの一部を受取る。各燃焼領域に供給
される燃料及び空気の量は、温度を所定値に制御するた
めに調整される。従って、燃焼領域の温度は管の金属温
度が過剰に高くなることを防止するように制御すること
ができ、これにより損傷を防止することができる。これ
に加えて、２つまたはそれ以上の独立した流体流のうち
冷たい部分は、炉の境界を画定し、さらに管の金属温度
を下げるために使用することができる。そして動力装置
の効率を向上する上での要求に応じて、種々の作動流体
の温度を適合させることができる。
【０００４】好ましい実施例において、同じ炉の中に種
々の燃焼領域が配置されている。１つまたはそれ以上の
燃焼領域に供給される空気は、煙道ガスからの熱を使用
して予熱される。熱交換器導管は、燃焼領域を包囲す
る。また、燃焼領域からの煙道ガスを受取るように接続
され、対流領域内の熱交換器導管において燃焼領域から
の煙道ガスから各作動流体流に熱を伝達するために熱交
換器を含む対流領域がある。燃焼領域の熱交換器からの
作動流体流は、対流領域の作動流体流と直列に接続して
もよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図１には、炉システムが示
されており、この炉システムは空気予熱器１００と、独
立した作動流体冷却型熱交換器ＨＥ１Ａ及びＨＥ２Ａに
よってそれぞれ形成された２つの燃焼領域１０１及び１
０２と、作動流体冷却型熱交換器ＨＥ２Ｂ及びＨＥ１Ｂ
をそれぞれ含む２つの対流通路領域１０３及び１０４
と、外部動力装置１０５とを有している。燃料流５及び
６内の燃料量及び空気流３及び４内の空気量は、図１の
機構２０３，２０４，２０５，２０６として示した適当
な制御機構によって制御されている。動力装置１０５
は、外部直接燃焼型動力装置とすることができる。本発
明による燃焼装置は、エネルギーの対流サイクルに必要
な大量の熱が作動流体の蒸発のためには必要とはされ
ず、加熱及び再加熱用として必要とされる動力サイクル
及び装置において特に有効である。このような動力装置
の例は、米国特許第４，７３２，００５号及び米国特許
第４，８８９，５４５号に開示されている。また、エネ
ルギー変換装置の例は、米国特許第３，３４６，５６１
号；４，４８９，５６３号；５，５４８，０４３号；
４，５８６，３４０号；４，６０４，８６７号；４，７
３２，００５号；４，７６３，４８０号；４，８９９，
５４５号；４，９８２，５６８号；５，０２９，４４４
号；５，０９５，７０８号；５，４５０，８２１号及び
５，４４０，８８２号に開示されている。作動流体とし
て、サブクール液（ｓｕｂ−ｃｏｏｌｅｄ ｌｉｑｕｉ
ｄ）、２相液（ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ ｌｉｑｕｉｄ）、
飽和液（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｌｉｑｕｉｄ）飽和蒸気
（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｖａｐｏｒ）または過熱蒸気
（ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ ｖａｐｏｒ）を用いてよ
い。
【０００６】図１を参照すると、位置１で燃焼用空気は
空気予熱器１００に送られ、ここで位置２において５０
０乃至６００°Ｆ（２６０乃至３１５℃）の温度になる
ように予熱される。燃焼領域１０１に供給された燃料流
５の燃料量は、燃焼する燃料全体の一部にすぎない。燃
焼領域１０１は、作動流体により冷却される熱交換器Ｈ
Ｅ１Ａの管の内側に形成されている。第１の作動流体流
は、位置１１で熱交換器に入り、上昇した温度で位置１
２で熱交換器を出る。煙道ガス流からの熱は、主に放射
エネルギーとして伝達される。燃焼室に供給される燃料
及び予熱空気の量は、燃焼領域を包囲した炉の壁の熱吸
収についての要求に基づいた所定値に燃焼領域の温度を
制御するように選択される。特に、第１の燃焼領域１０
１の燃焼領域温度は、熱交換器ＨＥ１Ａの炉壁の過度な
温度上昇を防止して熱交換器に損傷を与えないように制
御される。
【０００７】第１の燃焼領域１０１からの煙道ガスは、
位置７で第２の燃焼領域１０２に入る。煙道ガスは、燃
焼用空気流４及び燃料流６と混合される。燃焼領域１０
２の燃焼領域温度は、熱交換器ＨＥ２Ａの炉壁の温度が
過度に上昇し熱交換器に損傷を与えることがないように
制御される。燃焼領域１０２は作動流体により冷却され
る熱交換器ＨＥ２Ａの管の内側に形成されている。第２
の作動流体は、位置１３で熱交換器ＨＥ２Ａに入り、温
度が上昇して位置１４で熱交換器から出る。
【０００８】第２の燃焼領域１０２からの煙道ガスは、
第１の対流領域１０３に入る炉の対流通路に入り、第１
の対流領域１０３内で煙道ガスは熱交換器ＨＥ２Ｂで冷
却される。本実施形態において第２の作動流体流と直列
に接続されている第３の作動流体流は、位置１５で熱交
換器ＨＥ２Ｂに入り、温度が上昇して位置１６で熱交換
器ＨＥ２Ｂを出る。そして煙道ガスは位置９で位置８に
比較して低い温度で対流領域１０３を出て第２の対流領
域１０４に入る。
【０００９】同様に、煙道ガスは、熱を熱交換器ＨＥ１
Ｂに与えることによって第２の対流領域１０４で冷却さ
れる。本実施形態において第１の作動流体流と直列に接
続されている第４の作動流体流は、位置１７で熱交換器
ＨＥ１Ｂに入り、上昇した温度で位置１８で熱交換器Ｈ
Ｅ１Ｂを出て、そして動力装置１０５に戻る。煙道ガス
は、位置１０で対流通路を出て、空気予熱器１００に流
れる。空気予熱器１００において、燃焼用空気流に熱を
与えることにより煙道ガスはさらに冷却され、低下した
温度で位置１１で煙突に向かう。
【００１０】複数段に炉を構成することによる著しい効
果は、個々の燃焼領域における到達燃焼温度が燃料及び
空気流を管理することにより個々に制御することができ
ることである。第１の段階において燃焼領域温度を制御
するために、理論空燃比以上または理論空燃比以下の空
燃比による燃焼のいずれをも使用することができる。さ
らに、炉を包囲するように形成された独立した作動流体
流を使用することにより、炉の最も温度の高い領域にお
いて冷たい作動流体の使用が可能になる。作動流体流の
最終的な加熱は、炉の対流通路内で生じる。本発明は、
管の金属の過剰な温度上昇を防止するために燃焼領域温
度の制御を容易にする方法で直接燃焼型炉装置に熱を供
給する。
【００１１】以上の説明において、燃焼領域と対流通路
との間に直列に接続された作動流体の２つの独立した流
れによって冷却された対流通路と燃焼領域を備えた２段
の装置を述べた。各々の場合において、煙道ガス流は、
すべての先行する段階からのガス流を含む。他の変形例
において、同様の性質を有する３つまたは４つの段階の
装置を含むようにしてもよい。さらに、炉中または対流
通路の断面のみを冷却するための独立した作動流体流を
使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの燃焼領域及び２つの独立した作動流体流
を有する本発明の方法及び装置の１つの実施形態を示す
ブロック図。
【図２】図１に示す炉と対流通路の構成を示す概略図。
【符号の説明】
１００ 空気予熱器 １０１，１０２ 燃焼領域 １０３，１０４ 対流領域 １０５ 外部燃焼型動力装置 ２０３，２０４，２０５，２０６ 制御機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−119230（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206689（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−31305（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 11/00 F02G 1/055 F23L 15/00

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の空気流及び燃料の全体量のうちの第
    １の部分を第１の燃焼領域に供給する段階と、 前記第１の燃焼領域内で燃料の第１の部分を燃焼して第
    １の煙道ガス流を形成する段階と、 第１の燃焼領域に供給される燃料及び空気の量を第１の
    燃焼領域の温度を第１の所定値に制御するように調整
    し、前記第１の燃焼領域に露出した第１の熱交換器導管
    に来入する外部燃焼型動力装置からの第１の作動流体流
    に前記第１の燃焼領域から熱を伝達する段階と、 前記第１の煙道ガス流と、第２の空気流と、燃料の全体
    量うちの第２の部分とを第２の燃焼領域に供給する段階
    と、 第２の燃焼領域に供給される燃料及び空気の量を第２の
    燃焼領域の温度を第２の所定値に制御するように調整
    し、前記第２の燃焼領域に露出した第２の熱交換器導管
    に来入する外部燃焼型動力装置からの第２の作動流体流
    に前記第２の燃焼領域から熱を伝達する段階と、 を備え、 前記第１の作動流体流と前記第２の作動流体流とが互い
    に独立していることを特徴とする外部燃焼型動力装置に
    熱を供給する方法。
  2. 【請求項２】前記第１及び第２の領域は同じ炉内にある
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記第１の空気流は、前記第２の煙道ガス
    流からの熱を使用して予熱されることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記第２の空気流は、前記第２の煙道ガス
    流からの熱を使用して予熱されることを特徴とする請求
    項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記第１の熱交換器導管は、前記第１の燃
    焼領域を包囲し、前記第２の熱交換器導管は、前記第２
    の燃焼領域を包囲していることを特徴とする請求項２に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】前記第２の煙道ガスを第１の対流領域を通
    過させ、前記第１の対流領域に露出した第３の熱交換器
    導管内に外部燃焼型動力装置から来入する第３の作動流
    体流に前記第１の対流領域から熱を伝達する段階を更に
    備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記第１の対流領域からの前記第２の煙道
    ガスを第２の対流領域を通過させ、前記第２の対流領域
    に露出した第４の熱交換器導管内に外部燃焼型動力装置
    から来入する第４の作動流体流に前記第２の対流領域か
    ら熱を伝達する段階を更に備えたことを特徴とする請求
    項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記第３の作動流体流は、前記第１及び第
    ２の作動流体流の一方と直列に接続されていることを特
    徴とする請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記第３の作動流体流は、前記第１及び第
    ２の作動流体流の一方と直列に接続されており、前記第
    ４の作動流体流は前記第１及び第２の作動流体流の他方
    と直列に接続されていることを特徴とする請求項７に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】前記第１及び第２の空気流は、前記第２
    の対流領域から受取られる前記第２の煙道ガス流からの
    熱を使用して予熱されることを特徴とする請求項７に記
    載の方法。
  11. 【請求項１１】第２の煙道ガス流を受取るように直列に
    接続された１つまたはそれ以上の追加燃焼領域を準備す
    る段階であって、各々の追加燃焼領域が対応する空気流
    と燃焼燃料の全体量のうち対応する部分とを受取るよう
    に構成された追加燃焼領域を準備する段階と、 前記追加燃焼領域の燃料の全体量のうちの各部分を燃焼
    して追加煙道ガス流をそれぞれ形成する段階と、 前記各追加燃焼領域に供給された燃料及び空気の量を追
    加燃焼領域の温度を各所定値に制御するように調整し、
    前記各追加燃焼領域に露出した熱交換器導管内で外部燃
    焼型動力装置から来入する作動流体流に前記追加燃焼領
    域からそれぞれ熱を伝達する段階と、 を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】第１の空気流と、燃料の全体量のうちの
    第１の部分とを受取るように接続され、燃料の第１の部
    分を燃焼した燃焼生成物を含む第１の煙道ガス流を供給
    する第１の燃焼領域と、 前記第１の燃焼領域に露出し、外部燃焼型動力装置から
    第１の作動流体流を搬送する第１の熱交換器導管と、 前記第１の燃焼領域の温度を第１の所定値に制御するた
    めに第１の燃焼領域に供給される燃料及び空気の量を制
    御する制御機構と、 第１の煙道ガス流と、第２の空気流と、燃焼燃料の全体
    量のうち第２の部分とを受取るように接続され、燃料の
    第２の部分を燃焼した燃焼生成物を含む第２の煙道ガス
    流を供給する第２の燃焼領域と、 前記第２の燃焼領域に露出し、外部燃焼型動力装置から
    第２の作動流体流を搬送する第２の熱交換器導管と、 第２の燃焼領域の温度を第２の所定値に制御するために
    第２の燃焼領域に供給される燃料及び空気の量を制御す
    る制御機構と、 前記第１の作動流体流と前記第２の作動流体流とが互い
    に独立するように、前記第１の熱交換器導管と前記第２
    の熱交換器導管とが互いに独立していることを特徴とす
    る、外部燃焼型動力装置に熱を供給する装置。
  13. 【請求項１３】前記第１及び第２の燃焼領域は同じ炉内
    にあることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記第２の煙道ガス流からの熱を使用し
    て前記第１の空気流を予熱する予熱器を更に備えたこと
    を特徴とする請求項１２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記予熱器は、前記第２の煙道ガス流か
    らの熱を使用して前記第２の空気流を予熱することを特
    徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記第１の熱交換器導管は前記第１の燃
    焼領域を包囲し、前記第２の熱交換器導管は前記第２の
    燃焼領域を包囲していることを特徴とする請求項１３に
    記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記第２の燃焼領域から前記第２の煙道
    ガス流を受取るために接続された第１の対流領域と、前
    記第１の対流領域に露出するととも外部燃焼型動力装置
    から第３の作動流体を搬送する第３の熱交換器導管とを
    更に備えたことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記第１の対流領域から前記第２の煙道
    ガス流を受取るために接続された第２の対流領域と、前
    記第２の対流領域に露出するとともに外部燃焼型動力装
    置から第４の作動流体を搬送する第４の熱交換器導管と
    を更に備えたことを特徴とする請求項１２に記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】前記第３の作動流体流は、前記第１及び
    第２の作動流体流の一方に直列に接続されていることを
    特徴とする請求項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記第３の作動流体流は前記第１及び第
    ２の作動流体流の一方に直列に接続され、前記第４の作
    動流体は前記第１及び第２の作動流体流の他方と直列に
    接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の装
    置。
  21. 【請求項２１】前記第２の対流領域から受取った前記第
    ２の煙道ガス流からの熱を使用して前記第１及び第２の
    空気流を予熱するための予熱器を更に備えたことを特徴
    とする請求項１８に記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記第２の煙道ガス流を受取るために直
    列に接続された１またはそれ以上の追加燃焼領域であっ
    て、各追加燃焼領域が対応する追加空気流と燃料の全体
    量のうちの対応する追加部分とを各々受取るように構成
    された追加燃焼領域と、 前記各追加燃焼領域に露出するとともに、外部燃焼型動
    力装置から対応する作動流体を搬送する追加熱交換器導
    管と、 前記各追加燃焼領域の温度を所定値に制御するために前
    記各追加燃焼領域に供給される燃料及び空気の量を制御
    する制御機構と、を更に備えたことを特徴とする請求項
    １２に記載の装置。
JP8278465A 1995-10-20 1996-10-21 外部燃焼型動力装置に熱を供給する方法及び装置 Expired - Lifetime JP3017106B2 (ja)

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