JP3258064B2 - 粒子分離手段を含む発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電所のタービンを駆
動する、化石燃料の燃焼により得られたガスから粒子を
分離する装置に関する。一般に、駆動ガス中の粒子は１
５ｐｐｍ以下に減少させることが必要である。本発明の
用途は特に、燃料の燃焼と粒子の除去が単一の大型圧力
容器内で行われるようになった加圧式流動層燃焼システ
ムのガスからの粒子の分離に関係がある。当該用途で
は、この容器は、「主容器」と呼ばれることがあり、こ
れは、主容器内に設けられる補助容器と区別される。燃
焼と粒子分離が統合化されたシステムに適用される本発
明は新規な特徴を有し、また、著しい利点を有する。し
かしながら、本発明がその特徴の何れにおいても燃焼と
粒子分離が統合されていない発電所に適用できる程度ま
では、かかる適用が、本願及びその結果として得られる
可能性のある特許の均等範囲に属することは理解される
べきである。本明細書で用いる「粒子」という用語は、
固体状の粒子と液体状の粒子の両方を包含するものとす
る。

【０００２】燃焼と粒子分離が統合された代表的な加圧
式流動層燃焼発電システムでは、粒子分離が行われる燃
焼生成ガスは、約１５，０００質量ｐｐｍの粒子を含有
している。タービンに供給される出口ガスの粒子含有量
は１５ｐｐｍ以下であることが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】燃焼と粒子分離が統合
されている従来型の加圧式流動層燃焼システムは、分離
室内に、各々が連続動作する複数の対をなすサイクロン
を有する。サイクロン対は、直径（詳細には、最大横断
方向直径）が約１０ミクロンを越える粒子を分離して粒
子の含有量を約３００質量ｐｐｍ以下にすることが可能
である。１５ｐｐｍ以下の要件を満たすためには、従来
法では、低温タービン排気ガスから残留粒子を除去する
ために電気集塵機又は従来型バグ・フィルターを使用し
なければならないことが判明した。タービン排気ガスは
実質的に大気圧の状態にあり、且つ容積流量が大きいの
で、上記要件を満たすためには広い領域の集塵機又は大
型のバグ・フィルターを使用しなければならない。

【０００４】本発明の目的は、従来技術の欠点を解決
し、燃焼と粒子分離が統合され、使用にあたり、分離室
内で行われる粒子分離により、処理ガス中の粒子含有量
を所要の少ない量に減少させ、かくして、電気集塵機又
は他の施設内フィルターを不要にする発電用燃焼装置を
提供することにある。また、本発明は、燃焼と粒子分離
が統合され、実施にあたり、処理ガス中の粒子含有量を
少量にするという要件を満たすようにする燃焼システム
の使用方法に関連している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、所要含
有量への粒子の除去は、粗選サイクロンと多孔性フィル
ター手段の協働により行われる。燃焼により生じたガス
は粗選サイクロンによって処理されて大きな粒子が除去
され、粗選サイクロンによって処理されたガスは多孔性
フィルター手段によって処理されて小さな残留粒子が除
去され、燃焼により生じたガスからの所要の９９．９％
以上の粒子の除去が多孔性フィルター手段から流れるガ
ス中で達成される。

【０００６】特に、本発明によれば、燃焼が行われる第
１の区画室又は区分及び第１の区画室とガス連通状態に
ある第２の粒子分離区画室を有する主容器が提供され
る。第２の区画室は、所望どおりに粒子を分離する粗選
サイクロン及び多孔性フィルター手段を有する。粒子分
離区画室は、複数の補助圧力容器を有する。各補助容器
は、サイクロン及び複数のセラミック製の多孔性フィル
ターを収容している。各モジュールは、フィルターの複
数のクラスタを含む。本発明の実施において、フィルタ
ーは、例えばシリバーティ（Ciliberti ）氏に付与され
た米国特許第４，３４３，６３１号に開示されているよ
うな直交流フィルターであるが、本発明では、波形シー
ト１４（かかる米国特許の図１Ｂ参照）は使用しないの
が好ましい。直交流フィルターは、波形シートの使用の
有無にかかわらず、残留粒子を分離するよう粗選サイク
ロンと協働するのに著しい効果がある。直交流フィルタ
ーは、粒子の吸着性が高く、しかも、本来的にコンパク
トであり且つ構造及び作動が単純である。しかしなが
ら、他の多孔性セラミック・フィルター、例えば、キャ
ンドル・フィルターを、本発明の実施への適用が可能な
程度まで、例えば、米国特許出願第０７／６００，９５
３号（発明の名称：「濾過装置」、発明者：Gaurang B.
Haldipur 氏等、出願人：ウエスチングハウス・エレク
トリック・コーポレイション、ウエスチングハウス社の
事件番号：ＷＥ５６，２１１）に開示されているような
クラスタに用いることは、本発明の均等範囲に属すると
考えられる。

【０００７】各容器内のサイクロンは燃焼区分の燃焼室
に連結されていてこの燃焼室から高温のガスを受け入れ
るようになっている。各サイクロンによって処理された
ガスは、サイクロンの出口管から放出されてモジュール
により包囲されている空間中に膨張して、ガスの速度が
減少するようになっている。各モジュールは、シュラウ
ド又はシールド内に包囲されている。バッフル又はガス
偏向板は、出口管と対向するようにシュラウド上に支持
されており、ガスが速度を減少してバッフルに当たり偏
向されて、各シュラウド内へその頂部から流入するた
め、モジュールの直交流フィルターと接触して残留粒子
が除去される。各モジュールを包囲しているシュラウド
は、粗選サイクロンの出口管を出て上方に流れるガスの
乱流からフィルターのクラスタを保護する。ガスは、シ
ュラウドの頂部からモジュール内へ流入して直交流フィ
ルターと粒子を分離する接触状態となる。シュラウドは
底部が円錐形であり、円錐の形状は、専用の粒子捕集ホ
ッパとして、また、モジュールのための灰排出ポートと
して役立つ。粒子は当初はフィルターの表面孔内の層と
して堆積し、そして、入口ガスがフィルター内に流入し
続けると、その粒子がこの層上に堆積することは明らか
である。フィルター内で生じる粒子は「ケーキ」と呼ば
れることがある。粒子が除去された処理ガスはフィルタ
ーから排出されてタービンに導かれる。米国特許第４，
３４３，６３１号に開示されているように数分間毎に定
期的にフィルターからケーキを除去する。

【０００８】各圧力容器内のサイクロンと協働する直交
流フィルターのモジュールは、任意の形式のもので良
く、代表的には、米国特許第４，３４３，６３１号の図
４〜図７に示されているような形式のものである。代表
的には、各モジュールは、鉛直のコラムを形成するよう
に列状に配置され、或いは、積み重ねられた複数のクラ
スタを含む。米国特許第４，３４３，６３１号の図４で
は、クラスタは、直交流フィルターの清浄なガスの出口
孔と連通した状態でダクト３４の鉛直軸線の周りに半径
方向に延びている。汚れているガスはダクト３４の下端
部に流入し、清浄なガスはダクト３４の上端部を通って
流出する。米国特許第４，３４３，６３１号の図６は、
複数のモジュールを示しており、各モジュールは、フィ
ルター内の出口孔に連結された中央ダクト７８の周りに
十字の形をなして放射状に配置された４つのコラムの状
態で積み重ねられた直交流フィルターのクラスタを含
む。ダクト７８は管板から吊り下げられている。ダクト
７８は、清浄なガスを導き出し、清浄化ガスパルスを導
き入れる。

【０００９】本発明による申し分のない粒子の分離は、
上述の直交流フィルター装置を用いると達成できる。こ
の直交流フィルター装置は、構造及び操作が単純、しか
も、経済的且つコンパクトであり、従って、燃焼プロセ
スと有効な協働関係で粒子分離室内に容易に組み込むこ
とができる。しかしながら、この直交流フィルター装置
は、スケールアップしようとすると、オンラインでの清
浄化能力に悪い影響が及び、問題がある。スケールアッ
プとは、クラスタ内に用いられる直交流フィルターの数
を増加することである。フィルターの清浄化能力が充分
でないと、ケーキが堆積する傾向が強くなり、クラスタ
内の圧力降下が許容できないほど大きくなる場合があ
る。

【００１０】従来型のモジュール構造の問題点は、処理
されたガス及び清浄化ガスパルスを単一ダクトで送るこ
とに起因している。単一のノズルはパルスをダクト内へ
送り込む役目を果たす。清浄化パルスがケーキの除去に
有効か否かは、クラスタのコラム内の直交流フィルター
の数により決まる。清浄化パルスは、コラム内のフィル
ターが３個であれば有効であるが、４０個へスケールア
ップすると有効な清浄化が行えない。ダクト内へ注入さ
れるガスのパルスの速度及びエネルギーは相当減少す
る。というのは、ダクトの容積が大きく、しかも、パル
スのエネルギーが小さいために、フィルターからケーキ
を払い落とすのが困難で、その結果、ケーキの除去が不
完全且つ不均一になるからである。

【００１１】多数本のフィルターを用いる場合、フィル
ターは長いコラムを形成するように配列され、低いレベ
ルのフィルターへ高いレベルのフィルターから脱落した
ケーキの粒子が再付着して問題である。ジェット清浄化
によるバクハウス・フィルターに関する試験結果によれ
ば、再付着を予想すべきであることが示されている。こ
れについては、Filter Cake Redeposition in a Pulse
Jet Filter-NTIS No.266233, March 1977-Harvard Scho
ol of Public Healthを参照されたい。

【００１２】直交流フィルターでは、ケーキは水平スロ
ット内に堆積し、払い落とされると、まず最初に水平方
向にスロットを通って移動し、次に垂直方向に移動す
る。方向転換により、脱落ダストケーキが相当程度粉々
になり、その結果、再付着の問題が深刻になる。再付着
のために、モジュールのフィルターを介する圧力降下
は、モジュールの各コラム内の列の数の増加と共に増大
する。この欠点は、コラム内の列の数を減少させること
により解決できるが、これにより、粒子の分離の有効性
が小さくなってしまう。

【００１３】本発明の実施例によれば、上から下まで鉛
直方向に列状に配置された直交流フィルターの複数のク
ラスタを含むモジュールが提供される。下部クラスタで
は、直交流フィルターは中央鉛直軸線から放射状に延び
る列をなして配置され、フィルター列は、コラム状に積
み重ねられ、コラムは周囲全体、即ち３６０°にわたり
円周方向に延びている。また、上部クラスタにおいて
も、直交流フィルターは中心軸線から放射状に延びるコ
ラムに積み重ねられた列の状態に配置されている。しか
しながら、コラムは、軸線の周りに円周方向に完全には
延びないで所定角度にわたって延び、クラスタはそれぞ
れ異なる円周方向位置にある。各クラスタは、クラスタ
の直交流フィルターと連通状態に設けられていて、処理
されたガスをフィルターから離れる方向に、また、清浄
化パルスをフィルターの方へ導くための別個の管又はパ
イプ組立体を備えている。管又はパイプ組立体は「プレ
ナム」と呼ぶことがある。パルスは別々の管組立体又は
プレナムにつぎつぎに供給される。管組立体は、互いに
物理的に邪魔しないよう角度をずらして配置される。特
に、このモジュールでは、下部クラスタは、十字形のフ
ィルターコラムを４個有し、他のクラスタはＴ字形のコ
ラムを３個有する。Ｔ字形のコラムは、互いに１２０°
の角度で隔たった円周方向位置を有し、管組立体の軸線
は互いに１２０°の間隔を有する。

【００１４】別々の管組立体の断面容積は従来型モジュ
ールの一本のダクトよりも実質的に小さいので、清浄化
ガスの速度の減少により生じる清浄化パルスのエネルギ
ーの減少の度合いは従来型モジュールの場合よりも実質
的に小さく、パルスのフィルター清浄化能力は一層大き
い。鉛直方向に配置されている別々のクラスタに順次供
給される清浄化パルスは再付着の悪影響を大幅に減少さ
せる。

【００１５】本発明の内容は、添付の図面を参照して以
下の詳細な説明を読むと、一層明らかになろう。

【００１６】

【実施例】図１〜図１５に示す装置は、化石燃料の燃焼
及び燃焼によって生じる高温ガスからの粒子の分離の両
方が行われる主容器２３（図１及び図２参照）を含む加
圧式流動層燃焼装置２１である。主容器２３は、頂部及
び底部がそれぞれドーム２２，２４によって閉鎖された
全体として円形で円筒形のものである。容器２３は高温
高圧で使用されるよう構成されており、主容器の材質は
一般的には軟炭素鋼である。容器は、燃焼が行なわれる
ボイラー２６を収容した下部区画室２５及び燃焼により
生じた高温ガスが処理されて粒子が分離される上部区画
室２７を有する。主容器は頂部のドーム２２及び底部の
ドーム２４のところに、容器内の設備に接近できるよう
にするためのポート２９を有する。頂部のドームは中央
に配設された開口部２８を有し、処理されて清浄になっ
たガスをタービン（図示せず）に送るための同軸状に設
けられたコンダクタ組立体３０が開口部２８を貫通して
延びている。容器２３内には頂部の近傍にホイスト（図
示せず）が設けられている。

【００１７】主容器２３は上部区画室内に複数の補助圧
力容器３３を収納し、各補助容器３３は粒子分離組立体
３５（図３、図４及び図５）を収容している。補助圧力
容器３３は、主容器２３の壁に溶接されたプレート・ガ
ーダ３１（図１及び図２）によって支持されている。各
補助圧力容器３３は灰のためのホッパとして役立つ円錐
形シェル５３内で底部が終端する全体として円形の円筒
形本体５１を有する。容器の本体５１は代表的には、Ｓ
Ａ５１５−ＧＲ７０炭素鋼で構成されている。本体５１
はその頂部に、一定の間隔をおいて設けられた複数の突
出部またはノズル５５を有する。各突出部の外側には、
外面に繊維ブラケット５９を備えた代表的には３１０ス
テンレス鋼製の内側部材５７を含むスリーブが設けられ
ている。ブランケットは突出部５５の内面に係合してい
る。スリーブは着脱可能であるが締り嵌め状態にあり、
各突出部の開口部は効果的に断熱されている。本体５１
はノズル５５の下方に内側ライニングまたは内張り６
１、代表的には、中程度の重量の注型可能な耐火物を有
する。各補助容器の壁は、スリーブ５７〜５９の頂部の
下で終わり、フランジ６３の溶接される棚部を頂部に形
成している。本体５１は外部に、補剛リング６５を備
え、ノズル５５に合体する肩またはヘッドには補強リン
グ６７を有する。

【００１８】各ノズル５５はヘッド７１を有する。ヘッ
ド７１は、ＲＡ３３０合金の放射線遮蔽体７４を有する
繊維断熱材で構成されたドーム状の中空本体７３を有す
る。本体７３の外面は、球のセグメントに合体する円形
の円筒形部分を含む。本体７３は内部が円形で円筒形で
ある。外部が円筒形の部分は、軟鋼で構成された円筒形
シェル７５に係合している。シェル７５は本体７３の端
部の上方で終わっていて、フランジ７７が溶接される棚
部を提供している。代表的にはＲＡ３３３合金の伸縮部
材７９がヘッド内の繊維断熱材７３内に埋設されてい
る。この伸縮部材７９は外部が、下方に広がる切頭円錐
形になっており、また内部は上方に広がる切頭円錐形に
なっている。内面と外面は円形の頂点で接合している。
出口ノズル８１は頂部が、断熱されたＲＡ２５３合金製
の球面状の肩８３から延びている。ノズル８１は処理さ
れたガスをマニホルド８５に導き、そしてマニホルドを
通して同軸状コンダクタ組立体３０に送る。マニホルド
８５及びこれと関連したダクトの直径は２０インチ（５
８ｃｍ）、材質は代表的にはＲＡ２５３合金である。複
数のポート９１が肩８３から延びている。清浄化ガスパ
ルスを送る複数の二重壁管９３が各ポートを通ってヘッ
ド７１内へ貫入している。管９３は代表的にはＲＡ３３
３またはこれと均等な高合金金属で構成されている。管
９３には圧縮機（図示せず）から補助パルス・アキュム
レータ９４（図１及び図２）を通ってパルスが供給され
る。円形の管板９５の外端部が伸縮コーン７９の内端部
に連結されている。管板９５は代表的には圧延合金ＲＡ
３３３から製作され、繊維ブラケット７３によって内張
りされ、放射線遮蔽体７４によって保護されている。ヘ
ッド７１は補助圧力容器３３のガス密クロージャとして
役立つ。この目的のためフランジ７７，６３は、これら
の間で代表的には３１０ステンレス鋼で構成されたシー
ル・リング９７を圧縮する。伸縮コーン７９の外側リム
はリング９７に連結されている。

【００１９】各粒子分離組立体３５は、複数の直交流フ
ィルター組立体３９（図４）と協働する粗選サイクロン
３７を含む。サイクロン外壁は、３８ＣＡＳＴＯＬＡＳ
ＴＧ１鋼の表面硬化内張りを備えた２１０ステンレス鋼
で構成されている。各サイクロンはフィルター組立体３
９に対して心出しされた状態でその補助圧力容器内に取
り付けられ、その軸線４１はフィルター組立体の軸線４
３から等距離のところにある。各サイクロンは燃焼の高
温ガスをそれが連結されているダクト４７（図１）を通
って受け入れる。ダクト４７は容器３３内の取付け具４
８に連結され、この取付け具４８はサイクロン３７のガ
ス入口４９に連結されている。サイクロンフィルターは
大きな粒子をガスから除去し、その結果得られたより小
さな残留粒子を含むガスを出口管４５を通してフィルタ
ー組立体３９の間の領域に送り込む。ガスはこの領域に
入ると膨脹してその速度が減少する。

【００２０】代表的には、開口部またはネック２８が下
部ドーム２４の中心に向かってドーム２２に結合する領
域から測った主容器２３の距離（または高さ）は１３５
フィート（４１．１４８ｍ）であり、直径は６５フィー
ト（１９．８１２ｍ）である。ホイスト（図示せず）が
設置されているドーム２２の下端部からの上部区画室２
７の長さ（または高さ）は３６フィート（１０．９７３
ｍ）である。

【００２１】代表的には、ボイラー２６内のガスの温度
は１６４０°Ｆ（８９３．５℃）、ボイラーの回りのガ
スの温度は７００°Ｆ（３１７．５℃）である。ボイラ
ー２６内の圧力は２３２ｐｓｉａ（３．３ｇ／ｃｍ
２）、ボイラーの外部の圧力は２７ｐｓｉａ（０．３８
ｇ／ｃｍ２）である。補助容器３３内の圧力は２０５ｐ
ｓｉａ（２．９２ｇ／ｃｍ２）である。

【００２２】代表的には、各補助圧力容器３３は炭素鋼
（ＳＡ５１５等級７０）で構成され、公称直径は２４フ
ィート（８．３５ｍ）、圧力容器の底部のフランジ１０
０から出口ノズル８１までの全長は４８フィート（１
２．５０ｍ）である。フランジ１００からドーム９８ま
での距離は１３４．５フィート（１０．５２ｍ）であ
る。容器３３の頂部は皿状になっており、それは、代表
的にはスリーブ５７〜５９で補強された直径が８．５フ
ィート（２．５９ｍ）の４つのノズルを支持している。
ノズルはシールフランジ６３，７７及び管板９５を位置
決めしている。

【００２３】代表的には、耐火性内張り６１（図４）
は、厚さが７インチ（１７．７８ｃｍ）の中程度の重量
の注型可能な材料、たとえばＲＥＳＣＯ ＲＳ３３Ａ及
び厚さが２インチ（５．０８ｃｍ）の表面硬化内張り、
たとえばＨａｒｂｉｓｏｎ Ｗａｌｋｅｒ“ＣＡＳＴＯ
ＬＡＳＴ”Ｇを含む。

【００２４】各圧力容器３３内には複数の直交流フィル
ター組立体３９が設けられている（図４）。各直交流フ
ィルター組立体３９は、３１０ステンレス鋼で作られた
ガス分配シュラウド１０５（図４，５，６）内に封入さ
れた複数（代表的には、３つ）の直交流フィルターモジ
ュール１０１を含む。シュラウド１０５は頂部が開口し
た中空の円形円筒体であり、灰のためのホッパとして役
立ち且つ底部が灰を処分のために通す管１０７に連結さ
れた切頭円錐形になっている。補助容器３３内のシュラ
ウド１０５は、半径方向リブ・ブラケット１０９によっ
て容器３３の本体５１から支持され、ブラケット１０９
は本体の壁に溶接されている。リブ・ブラケット１０９
はアングル１１１によってシュラウド１０５に固定され
ている。バッフル又は慣性衝撃板１１３が、シュラウド
１０５間でサイクロン３７（図４）の出口管４５と対向
した領域内でシュラウドに固定されたアングル１１５に
よってシュラウド１０５から支持されている（図４）。
衝撃板１１３は、３１０ステンレス鋼製のベース１１７
及び代表的には管４５に対面するCASTALOY-G１製の硬化
表面内張り１１９を有する。代表的には、ベース１１７
の厚さは０．５インチ（１．２７ｃｍ）、内張りの厚さ
は１インチ（２．５４ｃｍ）である。シュラウド１０５
の全長は２１フィートと２インチ（６．４６ｍ）であ
る。シュラウドの円筒形部分の直径は１２フィートと４
インチ（２．２９ｍ）である。シュラウドの円錐形部分
の長さは７フィートと５インチ（２．２６ｍ）である。

【００２５】各モジュール１０１は、米国特許第４，３
４３，６３１号に開示されているような鉛直方向に列状
に配置された直交流フィルター１２４のクラスタ、代表
的には、上部クラスタ１２５、中間クラスタ１２７及び
下部クラスタ１２９（図５及び図６）を有する。本発明
は、図示のような３つのクラスタに限定されず、３つ以
上又は３つ以下のクラスタを用いてもよい。各クラスタ
１２５，１２７，１２９のフィルター１２４は、上部ク
ラスタ１２５、中間クラスタ１２７及び下部クラスタ１
２９のそれぞれの別々の積み重ねられた支持部分１３
５，１３７，１３９を備えるフィルター・ホルダ１３１
（図７）上に鉛直の列又はコラム状に積み重ねられてい
る。上部クラスタ１２５及び中間クラスタ１２７では、
直交流フィルター１２４は全体としてＴ字形にコラム状
に積み重ねられ、中央に位置したコラム１４１の内端部
からは、コラム１４３，１４５が反対方向に延びてい
る。下部クラスタ１２９では、フィルター１２４は十字
形に積み重ねられ、４つのコラム１４７が互いに対して
９０°の間隔をおいて対をなして直径方向反対側に延び
ている。中間クラスト１２７は図５に示すように１２０
°だけ上部クラスタ１２５に対して回転されている。こ
の角度は１２０°と異なってもよいことは理解されるべ
きである。モジュール内に３つ以上の上部クラスタ（た
とえば１２５及び１２７）がある場合、角度は実質的に
１２０°よりも小さい。代表例として図面に示すような
モジュール１０１内では、各コラム内に５つのフィルタ
ー１２４が設けられ、各モジュール内には５０個のフィ
ルターが設けられ、上部クラスタ１２５、中間クラスタ
１２７内には３０個のフィルター、下部クラスタ１２９
内には２０個のフィルターが設けられている。

【００２６】次に、図７、図８及び図９を参照して直交
流フィルターのホルダ１３１を説明する。ホルダーの支
持部分１３５，１３７，１３９の形状は、モジュール１
２４のクラスタ１２５，１２７，１２９の形状に一致し
ている。上部クラスタ１２５の支持部分１３５は、パイ
プ組立体またはプレナム１５１を含み、このプレナム１
５１から、パットまたはパン１５３の３つのコラムがＴ
字形に積み重ねられた状態で吊り下げられている。中間
クラスタの中間支持部分１３７は、パイプ組立体１５５
を有し、このパイプ組立体から、パッド１５３の３つの
コラムがＴ字形に積み重ねた状態で吊り下げられてい
る。底部支持部分１３９は、パイプ組立体１５７を有
し、パイプ組立体１５７からパッド１５３の４つのコラ
ムが十字形に積み重ねられた状態で吊り下げられてい
る。パイプ組立体１５１，１５５，１５７は代表的には
各々、直径が６インチ（１５．２４ｃｍ）、３１０ステ
ンレス鋼で構成されている。パイプ組立体は互いに１２
０°の角度間隔で配置されている。パイプ組立体１５
１，１５５，１５７は頂部が開口し、底部が閉鎖されて
いる。

【００２７】中間支持部分１３７の軸線１５８（図６）
は、中間クラスタ１２５が上部クラスタに対して回転し
ているのと同じ角度だけ（代表的には１２０°）上部支
持部分１３５の軸線に対して回転されている。各モジュ
ール１０１のパイプ組立体１５１，１５５，１５７は頂
部がフランジ１６１（図６参照）に密封的に取り付けら
れ、このフランジ１６１は管板９５（図４）に密封的に
取り付けられており、パイプ組立体の各組はヘッド７１
の領域１６３の中に開口し、この領域１６３を通って、
処理後のガス及びフィルター１２４を清浄化するパルス
が送られる。清浄化パルスを供給する管の各束９３の別
個の管１６５が各パイプ組立体と関連している。上部ク
ラスタはＴ字形のものなので、パイプ部分は互いに邪魔
にならない。

【００２８】各パッド１５３は本質的には端部が閉じら
れた半円形横断面のレセプタクル１６７を画定する矩形
のパンである（図１０、図１１、図１２及び図１４参
照）。パッドはＴ字形の列の状態でパイプ組立体１５
１，１５５に取り付けられてコラム１３５，１３７を形
成し、十字形のパイプ１５７に取り付けられてコラム１
３９を形成している。

【００２９】次に、パッド１５３及びこれらとパイプ組
立体１５１，１５５，１５７への連結部の構造を図１０
〜図１４を参照して説明する。各パイプ組立体またはプ
レナムは、支持部分１３５，１３７，１３９の連続して
位置するレベルまたは列を画定するカプラーまたはスリ
ーブ１７３の間に連結されたパイプ部分１７１を含む。
レセプタクル１６７は円筒体を直径方向に切断して形成
された半円形の円筒形部材である。フレーム状部材１７
５（図１０、図１１及び図１２Ａ）がレセプタクル１６
７の上部リムを横切って溶接されている。フレーム状部
材１７５の上方に延びるリム１７７（図１２Ｂ）は、レ
セプタクル１６７の長さに沿って延びるフランジを形成
し、フランジ１７７の端部から内方に延びる部分はシー
ト１７９を形成している。各カプラー１７３はパイプ部
分１７１の外径と締り嵌め関係をなすような内径を備え
る円形の円筒形管状部材１８１（図１０、図１２及び図
１４）を含む。各パイプ部分は、各クラスタ１２５，１
２７，１２９の連続層またはレベルで部材１８１に溶接
されている。各部材１８１の回りにはブロック１８３，
１８５が設けられ、隣接のブロックの端部は図１０及び
図１１に示すように互いに当接している。ホルダー１３
１の上方部分１３５，１３７の場合、３つのブロック１
８３がフレーム状部材１７５の外端部から延び、フレー
ム状部材１７５にはこれらが溶接され（図１２Ａ）４番
目は別のブロック１８５である。各レセプタクル１６７
はその外端部１９１が封止されている。レセプタクル１
６７はその内端部が開口し、レセプタクル（図１４）と
同一の輪郭を持つカプラ１７３内の開口部１９３（図
４）に圧嵌め状態で密封的に取り付けられている。開口
部１９３はパイプ組立体１５１，１５５，１５７の部分
１７１と連通状態にあり、これらパイプ組立体はまた、
カプラ１７３に圧密状態で密封的に取り付けられてお
り、かくしてヘッド７１の内容積部１６３、出口ノズル
８１及びマニホルド８５と連通状態にある。

【００３０】フランジ１９５（図１２、図１３及び図１
４）が各フィルター１２４のフェース１９７の長い方の
側部から延び、各フィルター１２４を通って処理ガスが
流出し、清浄化パルスが流入する。フィルター１２４は
パッド１５３上に着座し、このフランジはフレーム状部
材１７５のシート１７９内に嵌め込まれている。各フィ
ルター１２４は、締付けバー１９９（図１２）によって
パッド上に保持されており、締め付けバー１９９は部材
１７５のボルト穴２０１内にねじ込まれたボルト（図示
せず）によって固定されている。締付けバー１９９はフ
ィルターをパッド内に効果的に密封状態で嵌め込み、そ
れにより、フィルター１２４とマニホルド８５、さらに
管９３（図４）との連通が得られている。

【００３１】本発明の実施にあたり、各容器３３内のサ
イクロン３７の出口管４５から出る粒子を含有している
ガスは、管４５上でより広い容積部内に流入すると、速
度が減少する。ボイラー２６内で圧力によって駆動され
るこのガスは、バッフル１１３によって偏向され、上方
へ流れて、頂部からシュラウド１０１内へ実質的に一様
に流入する。シュラウド内では、残留粒子を含むガスは
黒の矢印２１５（図１３Ａ）によって示すように各フィ
ルター１２４の側部２１３上のスロット２１１内に流入
する。スロット２１１はフィルター１２４の両側部を貫
通しており、残留粒子含有ガスはこれらスロットを通っ
て循環する。側部２１３は入口側部と呼ぶ場合がある。
粒子は当初はスロット２１１の表面上に堆積し、プロセ
スの進行につれて、これらの表面上に堆積する。処理さ
れたガスはフィルターの孔を通って入り、白の矢印２１
９によって示すようにフェース１９７のスロット２１７
を通ってレセプタクル１６７に流入し、ここから関連の
パイプ組立体１５１，１５５または１５７及びマニホル
ド８５を通り清浄なガスとして流出する。このプロセス
は関連の圧力容器３３内の高い圧力によって駆動され
る。スロット２１７は本明細書では出口スロットと呼ぶ
場合がある。これらスロット２１７はフェース１９７と
反対側のフェースが閉鎖されている（図１３に関し左側
のフェース）。

【００３２】清浄化パルスの制御及びこれらの手順を図
１５を参照して説明する。各補助容器３３のパルスは、
マイクロプロセッサ２３５から命令を受け取るプログラ
マブル・ロジック・コントローラ（以下、「ＰＬＣ」と
いう）２３３によって制御されるインストラメンテーシ
ョン・コントロール・システム（以下「Ｉ＆Ｃ」とい
う）２３１を通ってアキュムレータ９４（図１、図２及
び図１５）から供給される。別個に設けられたＩ＆Ｃが
各モジュール１０１を制御する。ＰＬＣ２３３は、シス
テムの動作状態をモニターするとともに各パイプ組立体
またはプレナム１５１，１５５，１５７（図６参照）の
ためのパルス清浄化動作にシーケンスを与えるためのデ
ータロガを有する。高信頼性を確保するために、Ｉ＆Ｃ
システム２３１は、弁の故障を診断するための冗長的な
空気弁ネットワーク２３７，２３９及び適当なセンサー
（図示せず）を含む。ネットワーク２３７，２３９は、
非常時に用いられる通常は閉じた手動操作可能な弁ＨＶ
１，ＨＶ２，ＨＶ３，ＨＶ４、ソレノイド弁Ｓ１，Ｓ２
及び電動の遮断弁Ｍ１，Ｍ２を含む。各プレナムまたは
パイプ組立体１５１，１５５，１５７は、それぞれ電動
の遮断弁Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５で制御される。

【００３３】繰り返される操作手順は次の通りである。

【００３４】１．Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を開く。

【００３５】２．Ｓ１を通常は２００〜５００ミリ秒間
開く。ガスがプレナム１５１に流入し上部クラスタ１２
５を通って流れる。もしクラスタ１２５を通るパルスの
清浄化作用が申し分なければ、 ３．Ｓ１及びＭ３を閉じる。次に、 ４．Ｍ４を開く（Ｍ１及びＭ２は閉鎖、Ｍ３は開放）。

【００３６】５．Ｓ１を通常は２００〜５００ミリ秒間
開く。ガスはプレナム１５５に流入しクラスタ１２７を
通って流れる。もしクラスタ１２７を通るパルスの清浄
化作用が申し分なければ、 ６．Ｓ１及びＭ４を閉じる。次に、 ７．Ｍ５を開く（Ｍ１，Ｍ２は開放、Ｍ３及びＭ４は閉
鎖）。

【００３７】８．Ｓ１を通常は２００〜５００ミリ秒間
開く。ガスはプレナム１５７に流入し、底部クラスタ１
２９を通って流れる。クラスタ１２９を通るパルスの清
浄化作用が申し分なければ、 ９．Ｓ１及びＭ５を閉じる。 パルス作用の手順を完了する。この段階において、Ｍ１
及びＭ２を開き、Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５を閉じる。次に上記
手順を繰り返す。

【００３８】もしＳ１が操作の任意の段階で開放し損な
うと、Ｓ２が開く。Ｓ１が操作の任意の段階で閉じなけ
れば、Ｍ１が閉じられ、パルス動作がＳ２及びＭ２を通
って行なわれる。

【００３９】圧力によって駆動される束９３の各管１６
５内の清浄化ガスのパルスはパイプ組立体１５１，１５
５，１５７に流入し、次に、レセプタクル１６７を通っ
て白い矢印２２３（図１３Ｂ）によって示すようにフェ
ース１９７のスロット２１７に流入し、次にフィルター
の機構を通り、矢印２２５で示すようにフェース２１３
のスロット２１１を流出する。清浄化ガスはスロットの
表面からケーキを吹き飛ばし、これはシュラウド１０１
の編成形部分２２７を通って灰として流れる。処理され
たガスの流入は、清浄化ガスが流れているインターバル
の間、妨害される。

【００４０】本発明によるモジュール１０１と従来型モ
ジュールの関係を説明する。モジュール１０１は直交流
フィルターの従来型モジュールよりも著しい利点を有す
る。従来型モジュールは、代表的には十字形の中に４つ
のコラムがあり、各コラムは１０個のフィルターを有し
ている。単一のノズルが高圧パルスをプレナムに送って
４０個のフィルターを清浄化する。このような清浄化は
比較的短いコラムを有するモジュールについては効果的
であるが（たとえば各々３つのフィルター）、実質的に
長さの長いフィルター・コラム（たとえば各々１０個の
フィルター）を備えるモジュールに関連した力学的な影
響及び機械的なキャパシタンスの影響により、パルスの
強さは圧力降下によって減少し、ケーキの不完全な、或
いは不均一な脱落が生じる。効果的に清浄化できるコラ
ム当たりのフィルターの数は制限される。

【００４１】直交流フィルターと類似点を有するバグ・
フィルターに関する研究結果によれば、特にコラムの長
さがかなり長い場合において、高い位置にあるフィルタ
ーから脱落した粒子が再び低い位置にあるフィルターに
付着することが必然的に起こる。モジュールを単一のノ
ズルからパルスによって清浄化する場合、再付着により
パルスの圧力降下が約９倍になり、かくしてコラムを限
定された長さにする必要が生じる。

【００４２】本発明の実施にあたり、従来型の単一プレ
ナム・モジュールに代えて、別個の管組立体またはプレ
ナム１５１，１５５，１５７によって清浄化される別個
のクラスタ１２５，１２７，１２９を備えたモジュール
１０１を用いる。パルスのタイミングを順次遅らせると
独特な利点が得られる。これは、先のパルスによって上
部クラスタ１２５または１２７から順次脱落して下部ク
ラスタ１２７または１２９に付着したケーキが、シーケ
ンス中の後のパルスによって脱落するからである。

【００４３】本発明の装置及びその使用方法が満たさな
ければならない代表的な条件を表１に示す。

【００４４】

【表１】 ３３０メガワット級の加圧式流動層燃焼装置の各補助容
器３３についてのパルス清浄化システムの代表的な設計
規格を表２に一覧表にして示す。

【００４５】

【表２】 図１〜図１５に示す本発明は、粒子の再付着に鑑みて必
要とされるような最長のプレナム１５１，１５５，１５
７を収容するように容易に改造できる。たとえば、もし
最大許容自由落下長さが開示したようなコラムあたり５
個のフィルター１２４ではなく、コラムあたり４個のフ
ィルター１２４であるならば、各コラム内のフィルター
の数は４個に過ぎず、モジュール内のフィルター１２４
の総数は４０個（即ち１２＋１２＋１６）になろう。

【００４６】本発明の変形例を図１６に示す。この場
合、モジュールあたり２個のクラスタ、即ち、上部モジ
ュールＴ及び下部モジュールＢしかない。図１６では、
この変形例のフィルター１２４のホルダー２５１が示さ
れている。ホルダーは容器３３内のシュラウド１０５内
に取り付けられている。各ホルダーは、上部プレナムま
たはパイプ組立体１５３（Ｔという記号がつけられてい
る）及び下部プレナム２５５（Ｂという符号がつけられ
ている）を含む。３個のパッド２５７が頂部プレナム２
５３からＴ字形の各列をなして放射状に延び、４個のパ
ッド２５９が底部プレナム２５５内で十字形の各列をな
して放射状に延びている。代表的には、各コラムは高さ
がフィルター５個分である。この場合、各モジュールに
は３５個のフィルターがあり（即ち１５＋２０）、容器
内には１０５個のフィルター１２４がある。２５００ｐ
ｐｍの濃度の粒子を含む１３０５０・ＡＣＦＭ（３６
９．６ＡＣＭＭ）を濾過する上で本発明の適応容易性を
主張するための代表的な条件のもとでは、圧力容器３３
の外径は１１３．５インチ（２８８．２９ｃｍ）、内側
ライナーの外径は１０２．８インチ（２６１．１１ｃ
ｍ）、シュラウド１０５の外径は８５．５インチ（２１
７．１７ｃｍ）である。

【００４７】図１７は、プレナムまたは管組立体の直径
と３，４，６，９個のプレナムを有する４つのモジュー
ルについての圧力降下との関係を示すグラフ図である。
直径がインチ単位で横軸に示され、圧力降下が水柱のイ
ンチ単位で縦軸に示されている。破線２６１は、最適許
容圧力降下を示している。

【００４８】本発明の好ましい実施例を開示したが、そ
の多くの変形例を想到できる。したがって本発明の技術
的範囲は、図示のものに限定されず、特許請求の範囲の
記載に基づいて定められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高温高圧の統合型燃焼・粒子分離
装置を示す図２の２−２線における縦断面図である。

【図２】図１の２−２線における横断面図である。

【図３】主容器の粒子除去区画室内の４つの圧力容器
（補助容器）のうち１つを示す図２の３−３線における
平面図である。

【図４】図３の４−４線における縦断面図である。

【図５】図４の５−５線における横断面図である。

【図６】本発明にしたがって構成され、圧力容器内に含
まれる型式の直交流フィルターのモジュールの等角図で
ある。

【図７】図７は、本発明の実施において直交流フィルタ
ーを支持するためのフィルタホルダーを示す立面図であ
る。

【図８】図７の８−８線における平面図である。

【図９】図７の９−９線における断面図である。

【図１０】モジュールの最も下に位置するクラスタの直
交流フィルターを支持するためのパッドの関係を示すフ
ィルターホルダのレベルまたは層における構造の平面図
である。

【図１１】モジュールの最も下に位置するクラスタの直
交流フィルターを支持するためのパッドの関係を示す図
１０と類似した平面図である。

【図１２】部分図（Ｏ）は直交流フィルタを破線で示す
図１１の１２−１２線における側面図、部分図（Ａ）
は、取付けブロックを破線で示す図１０〜図１２に示す
パッドの頂部フレームの平面図、部分図（Ｂ）は図１２
（Ｏ）の１２Ｂ−１２Ｂ線における横断面図、部分図
（Ｃ）は取付けブロックの等角図である。

【図１３】部分図（Ａ）はガスから粒子を分離したとき
直交流フィルタの動作を示す等角図、部分図（Ｂ）はフ
ィルタの洗浄中直交流フィルタの動作状態を示す等角分
解図である。

【図１４】本発明による装置の動作状態におけるフィル
ターホルダと直交流フィルターの協働状態を示す等角図
である。

【図１５】清浄化パルスの流れを制御するための空気回
路を示す略図である。

【図１６】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１７】モジュールの種々の形状についての損失計算
値を示すグラフ図である。

【符号の説明】

２１ 加圧式流動層燃焼装置 ２３ 主容器 ２５ 下部区画室 ２６ ボイラー ２７ 上部区画室 ３０ コンダクタ組立体 ３３ 補助圧力容器 ３５ 粒子分離組立体 ３７ 粗選サイクロン ３９ 直交流フィルター組立体 ４７ ダクト ４９ ガス入口 ５１ 本体 １０１ 直交流フィルター・モジュール １０５ シュラウド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム ジョセフ ディルモア アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 マ リスビル ローガンズ フェリー ロー ド 4783 (72)発明者 トーマス エドウィン リッパート アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 マ リスビル ケンブリッジ ロード 3205 (56)参考文献 特開 昭63−274427（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−26573（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−157476（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭７−8252（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 50/00 B01D 46/00 B04C 9/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化石燃料の燃焼によりガスを発生させる
   手段を備えた第１の区画室、 ガスから粒子を分離する粒子分離手段を備えた第２の区
   画室、及び発生ガスを第１の区画室から第２の区画室に
   送るコンダクタを含む主容器を有し、 粒子分離手段は、 発生ガスから大きな粒子を分離するが、処理ガス中に残
   留粒子を残す粗選サイクロンと、発生ガスを粗選サイクロンに送り込むために コンダクタ
   を粗選サイクロンに連結する手段と、 粗選サイクロンと協働関係にあり、粗選サイクロンから
   の処理ガス中の残留粒子を分離する複数の多孔性フィル
   ター組立体と、 複数の 多孔性フィルター組立体と協働関係にあり、多孔
   性フィルター組立体により処理されたガスを送り出すた
   めに主容器に連結された手段とより成る発電装置におい
   て、 第２の区画室は、粗選サイクロンと、複数の多孔性フィ
   ルター組立体とを収容する補助容器を備えており、第１
   の区画室からのコンダクタは補助容器を貫通して粗選サ
   イクロンに連結され 、各多孔性フィルター組立体は、各々が列状に支持された
   複数の直交流式フィルターより成る複数のモジュールに
   より構成され、各多孔性フィルター組立体の少なくとも
   一部はシュラウドにより包囲され 、シュラウドは、粗選サイクロンからの処理ガスを案内し
   て、残留粒子が効果的に除去されるように直交流フィル
   ターと接触させることを特徴とする発電装置 。
2. 【請求項２】 シュラウドと、シュラウドが少なくとも
   一部を包囲する多孔性フィルター組立体とは、それらの
   長さ方向軸線と、長さ方向軸線に垂直な平面との交点
   が、多角形の頂点となるように取り付けられており、粗
   選サイクロンからの処理ガスの進路内においてシュラウ
   ドにより支持されたバッフルは、処理ガスを、補助容器
   のシュラウド外方領域において偏向させ、シュラウド内
   へその頂 部から流入させて、残留粒子が除去されるよう
   に直交流フィルターと接触させることを特徴とする請求
   項１の発電装置。
3. 【請求項３】 直交流式フィルターの各モジュールは、
   各々が複数の直交流式フィルターより成る複数のクラス
   タに分割されており、各多孔性フィルター組立体は直交
   流フィルターを清浄化するためのガス供給手段を有し、
   清浄化ガス供給手段は、各クラスタの直交流フィルター
   により処理されたガスを主容器に連結された処理ガス送
   り出し手段へ導くための、また、各クラスタの直交流フ
   ィルターへ清浄化ガスを供給するための別個の管状手段
   を含むことを特徴とする請求項１の発電装置。
4. 【請求項４】 清浄化ガス供給手段は、管状手段に連結
   され、清浄化ガスをパルスの状態で各クラスタの直交流
   フィルターに順次供給する手段を含むことを特徴とする
   請求項３の発電装置。
5. 【請求項５】 モジュールの一端に最も近い少なくとも
   一つのクラスタは、モジュールの該クラスタとは反対端
   の他のクラスタよりも少数の直交流フィルターを有し、
   前記少なくとも一つのクラスタは、ほぼＴ字形に取り付
   けられた直交流フィルターより成り、前記他のクラスタ
   は、ほぼ十字形に取り付けられた直交流フィルターより
   成ることを特徴とする請求項４の発電装置。
6. 【請求項６】 各クラスタに順次、清浄化ガスを送るよ
   うに制御する手段が、別個の管状手段に結合されている
   ことを特徴とする請求項４の発電装置。