JP3063362B2 - 加圧流動層燃焼炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加圧容器に収納した石炭
などを燃焼させ、発生したスチームでスチームタービン
を駆動し、さらに石炭などの燃焼で得られた高圧、高温
の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得
る加圧流動層ボイラ複合発電プラント等の設備に用いら
れる流動層燃焼炉に関し、特に負荷変化に対応して流動
層燃焼炉内の媒体粒子を媒体容器へ抜き出し、あるいは
媒体容器から流動層燃焼炉へ媒体粒子を供給して流動層
高を変化させる流動層高の制御装置を備えた加圧流動層
燃焼炉に関わる。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層燃焼炉では負荷変化に対応し
て流動層高を変化させる。すなわち、負荷が減少する時
は流動層燃焼炉内の媒体粒子を抜き出して、流動層高を
低くし、抜き出した媒体粒子を該流動層燃焼炉の上方に
位置した媒体容器に輸送、貯蔵する。逆に、負荷を増加
する時には媒体容器から媒体粒子を流動層燃焼炉内に戻
して流動層高を増加する。このように加圧流動層燃焼炉
は流動層高の操作によって流動層内に埋設されている伝
熱管の埋没深さを変化させて、その伝熱面積を増減させ
スチームの発生量を調節するものである。

【０００３】従来技術の加圧流動層燃焼炉として、例え
ば特開平１−２１７１０８号公報に記載されたものは、
加圧容器内に所定の圧力下に保持されている流動層燃焼
炉と媒体容器が収納され、媒体容器の底部と流動層燃焼
炉の底部とを接続する媒体粒子の戻し管が設けられてい
て、負荷に対応した層高になるように媒体容器内の流動
媒体が流動層燃焼炉に戻される構成になっている。ま
た、この加圧流動層燃焼炉には負荷に対応させるために
媒体粒子を流動層燃焼炉内から媒体容器に抜き出すため
の吸引導管が流動層燃焼炉と媒体容器間に設けられてい
る。吸引導管は、その下端部が流動層燃焼炉の底部に開
孔され、上端部は流動層燃焼炉の空塔部壁を貫通して媒
体容器の上部空間部に開孔しているので、媒体容器を減
圧状態にすることで、該吸引導管を経由して流動層燃焼
炉からの媒体粒子が媒体容器に輸送される構成になって
いる。ここで、媒体容器には圧力容器外部の大気と連通
可能な導管が設けられているので、この導管のバルブを
開くと媒体容器を減圧にすることができ、媒体容器の圧
力が流動層燃焼炉圧力により低下して、吸引導管を通っ
て流動層燃焼炉内の媒体粒子が、該燃焼炉内のガスと共
に媒体容器内に吸引、輸送されて抜出される。

【０００４】しかしながら、前記特許公報記載の加圧流
動層燃焼炉において、吸引導管の吸引ガス量は大気圧下
に開孔した該導管のバルブの開度によって調節できるも
のの、媒体容器への流動層燃焼炉からの媒体粒子の吸引
量の制御は難しく、任意の量で媒体容器に流動媒体が流
入し、特に過大に流入して吸引導管の圧力損失の増加、
大幅な圧力の変動を引き起こすことがあることが判明し
た。

【０００５】このことを図３を用いて、さらに説明す
る。図３には粒子を空気で輸送するときの輸送管内の輸
送空気流速Ｕと輸送管の圧力損失△Ｐの一般的な関係を
示す。輸送管内空気流速Ｕを減少してゆくと、輸送管の
圧力損失△Ｐは最小値を示した後、急速に増加する。圧
力損失△Ｐが最小値を示すときの空気流速Ｕが安定に粒
子を輸送するための限界空気流速Ｕｌであり、限界空気
流速Ｕｌは輸送粒子量Ｗｓが多くなるほど高くなり、安
定な粒子輸送のために高い空気流速を必要とする。した
がって、前記特許公報記載の吸引導管内の吸引ガス流速
を一定に保持した場合、過大の媒体粒子が吸引導管に流
入すると限界空気流速Ｕｌを超えることになり、不安定
領域に入り、圧力損失△Ｐが急増し、また、その変動も
激しくなる。また、媒体粒子が過大に流入した状態での
操作は吸引導管材料の摩耗も生じ易い。

【０００６】一方、本発明者らは、先に媒体粒子を流動
層燃焼炉内から媒体容器に抜き出す手段として媒体粒子
の移動層下降管と気流輸送管を組合わせて構成した加圧
流動層燃焼炉の発明をして特許出願した（特願平２−２
２５１２５号）。前記我々の発明は移動層下降管の上部
端を流動層燃焼炉の底部に開孔して設け、その下端を気
流輸送管に接続し、該気流輸送管の上端を媒体容器の上
部空間部に開孔して接続している。そして、移動層下降
管と気流輸送管の接続部の下方から気流輸送用空気とし
て加圧容器からの加圧空気が供給され、移動層下降管か
ら流下してきた媒体粒子を媒体容器に気流輸送する。こ
のとき、移動層下降管からの媒体容器に抜き出される媒
体粒子の流量は移動層下端部のいわゆるＬ字形部に空気
をエアレーションすることによって制御されている。ま
た、前記気流輸送用空気は粒子を輸送した後、媒体容器
から導管を介して流動層燃焼炉の上部空塔部に戻され
る。前記我々が発明した加圧流動層燃焼炉は気流輸送管
内の空気流速に見合って気流輸送管への媒体粒子流入量
を制御することができるので、過大な粒子量が気流輸送
管に流入することがなく、気流輸送管の圧力損失が増大
すること、あるいは大幅に変動することがない。しかし
ながら気流輸送管への媒体粒子流入量は媒体容器圧力に
よって決り、供給可能な気流輸送用空気量には限界があ
る。そのため、媒体粒子の輸送量によっては加圧容器内
の空気をさらに昇圧させて気流輸送用空気として供給す
る必要があることが分かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は上記の従来技術の問題点、すなわち特開平１−２１７
１０８号公報記載の問題点である媒体粒子の気流輸送管
圧力損失の増大、変動をなくし、併せて特願平２−２２
５１２５号公報記載の気流輸送用空気の再昇圧の要求を
排除した加圧流動層燃焼炉の提供をすることである。

【０００８】本発明の上記目的は次の構成によって達成
される。すなわち、加圧容器と、該加圧容器内に収納さ
れる流動層燃焼炉と、負荷変化に対応して流動層燃焼炉
の層高を調整させるために、媒体粒子を該流動層燃焼炉
に戻すため媒体粒子の戻し手段と該流動層燃焼炉から抜
き出すための抜き出し手段とで該流動層燃焼炉と接続さ
れる媒体容器とを設けた加圧流動層燃焼炉において、前
記流動媒体の抜き出し手段が、流動燃焼炉に接続された
媒体粒子移動層下降管と該下降管の下部に設置された供
給管途中にバルブを設けたエアレーション空気供給管と
該下降管に接続し、かつ、媒体容器に開孔した気流輸送
管と該気流輸送管の下端に設置された供給管途中にバル
ブを設けた気流輸送用空気供給管と媒体容器に大気と連
通可能にし、途中にバルブを設けた気流輸送空気排出導
管とからなる加圧流動層燃焼炉である。本発明の上記加
圧流動層燃焼炉のエアレーション空気供給管と気流輸送
用空気供給管には加圧容器内の空気を供給する供給管を
接続した構成とすることで、媒体粒子移動層下降管に供
給するエアレーション空気、および気流輸送管に供給す
る気流輸送用空気を加圧容器から導入することができ
る。

【０００９】本発明が特開平１−２１７１０８号公報記
載の発明と異なるのは流動層燃焼炉からの粒子の抜き出
し、媒体容器への粒子の輸送手段に移動層下降管と気流
輸送管をそれぞれ採用したことであり、また、特願平２
−２２５１２５号公報記載の発明と異なるのは媒体容器
を減圧して気流輸送用の空気を加圧容器から導入するよ
うにしたことである。

【００１０】

【作用】本発明は上記の構成により、気流輸送用空気は
媒体容器に設けた気流輸送排空気の排出導管のバルブを
調節して開くことにより媒体容器内にバルブを経由して
開孔した気流輸送管の下端から空気を流入させることが
できる。加圧容器の空気圧力は通常、大気圧より少なく
とも数気圧高いので、前記空気流入量は排出導管のバル
ブの調節によって所望量にすることが可能となる。

【００１１】また、媒体粒子移動層下降管側に設けられ
たエアレーション空気導入管に導入されるエアレーショ
ン空気の導入量を増減させることで、気流輸送管内の輸
送媒体粒子量を調節することができ、気流輸送用空気導
入管内の空気流速に見合った条件範囲で媒体粒子を媒体
容器に輸送することができる。したがって、気流輸送管
の過大な圧力損失および大きな圧力損失の変動を生じさ
せることがない。

【００１２】

【実施例】次に図面をもって本発明の一実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例であり流動層燃焼炉
１、媒体容器１１、移動層下降管２１、気流輸送管２
３、サイクロン４１は圧力容器１０１に収納される。流
動層燃焼炉１には、その底部から導入される燃焼用空気
８の分散板２が設けられ、その上に媒体粒子３が充填さ
れる。媒体粒子３は分散板２を通って供給される燃焼用
空気８によって気泡７を発生して流動層５を形成する。
石炭１０は給炭ノズル９から流動層５内に供給されて燃
焼する。流動層５内には伝熱管４が配列されており、石
炭の燃焼で生じる燃焼熱を吸収してスチーム５１を発生
する。なお、図１は分散板２、伝熱管４、給炭ノズル９
については模式的に示したもので、これにより本発明は
限定されるものではない。

【００１３】流動層燃焼炉１の底部側壁には流動媒体粒
子を媒体容器１１に抜き出すための移動層下降管２１が
開孔して設けられ、該移動層下降管２１は上部における
傾斜状態から下方に垂直に延長されＬ字形導管２２とな
り、気流輸送管２３の下部に接続される。Ｌ字形導管２
２の垂直部に設けられた導管２８からバルブ２４を通っ
て圧力容器１０１内からの加圧エアレーション用空気２
６が供給される。Ｌ字形導管２２には媒体容器１１の空
塔部１３に接続される気流輸送管２３が設けられる。気
流輸送管２３の下端からはバルブ２５で調節された圧力
容器１０１内からの気流輸送用空気２７が供給される。

【００１４】媒体容器１１は流動層燃焼炉１の上方に設
置され、その内部は媒体粒子１２層とその上部の空塔部
１３があり、その下端は円錐状に絞られた移動層下降管
１４を形成し、Ｌ字形導管１５となって流動層燃焼炉１
の底部側壁に開孔して接続されている。Ｌ字形導管１５
にはバルブ１６を通って圧力容器１０１内からの加圧エ
アレーション用空気１７が調節されて供給される。媒体
容器１１には流動層燃焼炉１から移動層下降管２１、Ｌ
字形導管２２および気流輸送管２３を通って抜き出され
た媒体粒子１２が蓄積される。媒体容器１１には媒体粒
子１２を流動層燃焼炉１から気流輸送した排空気３３の
排出導管３１が設けられている。排出導管３１のバルブ
３２を調節して開けることにより、気流輸送管２３の下
端からの気流輸送用空気２７をその量を調節して排出す
ることができる。媒体容器１１の上部には、例えばフィ
ルターなどの脱塵装置３０が設置されており気流輸送排
空気３３の排出の前に含有される粉塵が除去される。

【００１５】流動層燃焼炉１内の空塔部６上部の燃焼ガ
ス出口４０にはサイクロン４１が設けられ、燃焼ガス４
４は粉塵が除去されて次工程のガスタービン（図示せ
ず。）に導入される。サイクロン４１で分離された粉塵
は導管４２を通って排出され、適宜の処理がなされる。
圧縮空気１０３は導管１０２を通って加圧容器１０１内
に送り込まれ、燃焼用空気８、気流輸送用空気２７、エ
アレーション用空気１７、２６として利用される。

【００１６】流動層燃焼炉１は温度８００ないし９５０
℃、流動層燃焼炉１の空塔基準のガス速度０．５ないし
１．５ｍ／ｓの範囲で運転される。流動層燃焼炉１内の
圧力は供給される石炭量すなわち燃焼炉負荷によって変
わるが、定格運転状態では１０ないし２０気圧が採用さ
れる。流動層燃焼炉１内の媒体粒子３は炉内脱硫を行わ
せるために石灰石粒子を用い、最大５ｍｍ程度の粒子径
のものが一般的に用いられる。気流輸送管２３内の空気
流速は媒体粒子径および媒体粒子／輸送用空気重量比で
あるいわゆる固気比によって変える必要があるが、１０
から３０ｍ／ｓの範囲が採用される。

【００１７】図２は移動層下降管２１のＬ字形導管２２
の垂直部に導管２８からバルブ２４でその流量を調節し
たエアレーションガス（空気）を供給したときの空気流
量と気流輸送管２３への媒体粒子３の流入量の関係を示
す。石灰石粒子を模擬して平均径０．８ｍｍの硅砂粒子
を用い、常温条件で試験した結果である。図２はＬ字形
導管２２の垂直部に空気をエアレーションすることによ
って媒体粒子３の流量を調節して媒体容器１１に供給で
きることを示している。本実施例における流動層燃焼炉
１からの媒体粒子３の抜き出し量、すなわち気流輸送管
２３への流入量は、この図２に示す特性を応用して調節
するものである。

【００１８】本実施例による負荷の変化、すなわちスチ
ーム発生量の変化は次のようにして行う。図１において
流動層燃焼炉１の流動層５が伝熱管４をすべて埋没して
いる状態であるが、たとえば、この状態から媒体粒子３
を移動層下降管２１、Ｌ字形導管２２、気流輸送管２３
を通して媒体容器１１に移送すると、流動層５の高さは
流動層５’の高さに低下し、伝熱管４の上部が流動層
５’から露出し、流動層５’内に埋没している状態にあ
る伝熱管４の面積、換言すれば熱伝達量が減少してスチ
ーム発生量が低下する。このとき温度、空気比などの燃
焼条件を一定に保持するために、この操作と並行して石
炭供給量、燃焼炉圧力も低下させる。

【００１９】負荷の減少速度は流動層５の高さの低下速
度と相関するので、図２に示したようにＬ字形導管２２
へエアレーション空気２６の供給量をバルブ２４で調整
して供給することによって、流動層燃焼炉１からの媒体
粒子３の抜き出し量を制御して流動層５の高さの低下速
度を規定する。

【００２０】媒体粒子３を媒体容器１１に揚送するため
に気流輸送管２３へ供給する気流輸送用空気２７は、媒
体容器１１に設けた気流輸送排空気３３の排出導管３１
のバルブ３２を調節して開き、媒体容器内１１の圧力を
加圧容器１０１より低下させて加圧容器１０１からバル
ブ２５を経由して気流輸送管２３の下端から流入させ
る。加圧容器１０１の空気圧力は上記の流動層燃焼炉１
の圧力である１０ないし２０気圧に近いので、気流輸送
用空気２７の流入量は大気圧とつながった排出導管３１
のバルブ３２によって所望量に調節することができる。

【００２１】こうして、本実施例では負荷変化操作にと
もなって流動層燃焼炉１の流動層５の高さを低下させる
際にエアレーション空気２６の供給量をバルブ２４で調
整することで、気流輸送管２３の圧力損失の過大な増
加、大幅な変動を引き起こすことがなく、スムーズに、
かつ安定した状態で運転ができる。そのうえ、気流輸送
用空気２７の流入量は大気圧とつながった媒体容器１１
の排出導管３１のバルブ３２によって所望量の調節がで
きるため、媒体粒子３の輸送量を多くするために気流輸
送用空気２７を再昇圧する必要がなく低コストの流動層
燃焼炉１を実現することが可能となる。なお、本発明の
請求項１でいう気流輸送管は本実施例ではエアレーショ
ン空気２６を供給するＬ字形導管２２と気流輸送用空気
２７を供給する気流輸送管２３の両方の配管に相当す
る。

【００２２】一方、流動層燃焼炉１の流動層５’の高さ
の状態からスチーム発生量を増加する場合には、媒体容
器１１の媒体粒子１２を移動層下降管１４、Ｌ字形導管
１５を通して流動層燃焼炉１に戻すことによって流動層
５の高さに復帰させ、伝熱管４を該流動層５内に埋没さ
せる。並行して石炭供給量、燃焼用空気量、燃焼炉圧力
も増加させる。このときバルブ２４、２５、３２を閉じ
て媒体粒子３の燃焼炉１からの抜き出し、媒体容器１１
への移送を停止させ、Ｌ字形導管１５にバルブ１６で調
節されたエアレーション用空気１７を導入して媒体容器
１１から流動層燃焼炉１への媒体粒子１２の供給量を制
御することによって流動層５の高さの増加速度を規定す
ることができる。この場合もエアレーション空気１７の
供給量をバルブ１６で調整することで、Ｌ字形導管１５
からスムーズに、かつ安定した状態で媒体粒子１２の流
動層燃焼炉１への供給が行える。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、負荷変化操作にともな
って流動層高を低下させる際に気流輸送管の圧力損失の
過大な増加、大幅な変動を引き起こすことがないので安
定で信頼性の高い運転が可能となる。そのうえ気流輸送
用空気を再昇圧する必要がなく低コストの加圧流動層燃
焼炉を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の加圧流動層燃焼炉の一実施例を模式
的に示す図である。

【図２】 図１に示す実施例のＬ字形導管におけるエア
レーション空気流量と媒体粒子流量の関係を示す図であ
る。

【図３】 気流輸送管内の空気流速Ｕと圧力損失△Ｐの
一般的な関係を示す図である。

【符号の説明】

１…流動層燃焼炉、２…分散板、３、１２…媒体粒子、
４…伝熱管、５…流動層、６、１３…空塔部、７…気
泡、８…燃焼用空気、１０…石炭、１１…媒体容器、１
４、２１…移動層下降管、１５、２２…Ｌ字形導管、１
７、２６…エアレーション空気、２３…気流輸送管、２
７…気流輸送用空気、３０…脱塵装置、３１…気流輸送
空気排出導管、１０１…加圧容器、１０２…導管、１０
３…圧縮空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 勝弥 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 坂田 太郎 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 平５−18501（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−63905（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 10/28 F23C 10/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧容器と、該加圧容器内に収納される
   流動層燃焼炉と、負荷変化に対応して流動層燃焼炉の層
   高を調整させるために、媒体粒子を該流動層燃焼炉に戻
   すため媒体粒子の戻し手段と該流動層燃焼炉から抜き出
   すための抜き出し手段とで該流動層燃焼炉と接続される
   媒体容器とを設けた加圧流動層燃焼炉において、 前記流動媒体の抜き出し手段が、 流動燃焼炉に接続された媒体粒子移動層下降管と該下降
   管の下部に設置された供給管途中にバルブを設けたエア
   レーション空気供給管と該下降管に接続し、かつ、媒体
   容器に開孔した気流輸送管と 該気流輸送管の下端に設置
   された供給管途中にバルブを設けた気流輸送用空気供給
   管と 媒体容器に大気と連通可能にし、途中にバルブを設
   けた気流輸送空気排出導管とからなることを特徴とする
   加圧流動層燃焼炉。
2. 【請求項２】 エアレーション空気供給管と気流輸送用
   空気供給管には加圧容器内の空気を供給する供給管を接
   続したことを特徴とする請求項１記載の加圧流動層燃焼
   炉。