JP3309482B2 - 加圧流動層発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動層ボイラから
の蒸気等によりタービンを駆動させて発電を行う加圧流
動層発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料を高い燃焼効率で燃焼でき、
かつコンパクト化、高脱硫率及びプラント熱効率の向上
等を図れる加圧流動層ボイラが研究開発されつつあり、
その加圧流動層ボイラを用いて蒸気タービン等を駆動さ
せる発電装置も提案されている。

【０００３】この加圧流動層発電装置は、ボイラが収容
されている圧力容器に高圧の空気を供給して、その圧力
容器内の燃焼空気をボイラ内に導き、燃料（例えば粒状
の石炭）を高温高圧下でベッド材と共に流動化させなが
ら燃焼させ、この流動層内の燃焼熱の一部を収熱して蒸
気を発生させ、これを蒸気タービンに供給して発電を行
うものである。その蒸気タービンからの蒸気を復水し、
これを脱気器を介した後、加圧流動層ボイラに戻してい
る。また、ボイラからの燃焼排ガスをサイクロン等の脱
塵装置で脱塵した後、ガスタービンに供給して発電を行
ったり、コンプレッサを駆動したりする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の加圧
流動層発電装置では、多くの冷却器が備えられ、これら
冷却器には、冷却媒体として低温の冷却媒体を用いると
冷却器内で水蒸気および酸が結露して冷却面の腐食ある
いはダストの付着のおそれがあるものがある。例えば、
加圧流動層ボイラからの燃焼排ガスには灰等のダストが
含まれるため、脱塵装置例えばサイクロンでダストを分
離除去し、そのダストを更に別のサイクロンに導き、ダ
ストと共に同伴するガスをダストから分離し、このガス
をバグフィルタ等に導く前に冷却するためのガスクーラ
がそれである。このクーラの冷却媒体に低温のもの（例
えば軸冷水）を用いると、ガスが冷やされ過ぎて、ガス
中に含まれる水蒸気および酸（例えばＳＯ₃ ）が結露し
て冷却面の腐食あるいはダストの付着のおそれがあるの
で、あまり低温の冷却媒体を使用することができず、例
えば約 100〜150 ℃の高温水を使用する必要がある。こ
のため、高温水（例えば約 100〜150 ℃の水）を製造す
るための高温水製造装置が別途必要になる。

【０００５】そこで、本発明は、このような事情を考慮
してなされたものであり、その目的は、冷却媒体である
高温水を別途製造することなくガスの冷却を行える加圧
流動層発電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するために、加圧流動層ボイラで発生し蒸気タービ
ンを介した蒸気を復水しこれを脱気器で加熱して脱気処
理した後前記ボイラに戻す戻しラインと、前記加圧流動
層ボイラからの燃焼排ガスを脱塵処理する脱塵装置から
ダストと共に同伴して排出され、その後、そのダストか
ら分離されたガスを冷却するガスクーラとを備えた加圧
流動層発電装置において、前記脱気器の脱気水を、前記
ガスクーラの冷却媒体としてクーラに供給し、そのクー
ラからの高温冷却水を脱気器に戻す脱気水循環ラインを
設けると共にその脱気水循環ラインに高温冷却水が飽和
圧力以上になるよう圧力調整弁を接続し、前記脱気器の
脱気水貯留部内に脱気水循環ラインからの高温冷却水の
戻し部を仕切る仕切板を立設したものである。

【０００７】

【作用】脱気器の脱気水は、脱気水循環ラインによりガ
スクーラに冷却媒体として供給され、そこでガスを冷却
した後、脱気器に戻される。このようにガスクーラに冷
却媒体として脱気器の脱気水が用いられることにより、
その脱気水は加熱されて脱気処理されるているため高温
であるので、脱気水を用いてガスの冷却を行ってもガス
はガス中の水蒸気及び酸が結露するまで冷却されること
はない。この際、脱気水循環ラインに圧力調整弁を接続
し、高温水を飽和圧力以上に保つことで、結露を確実に
防止でき、また脱気器の脱気水貯留部内に仕切板を設
け、その仕切板で仕切った戻し部に高温冷却水を戻すこ
とで、脱気水貯留部内での水位の外乱を小さくすること
ができる。従って、冷却媒体である高温水を別途製造す
ることなくガスの冷却を行えることになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【０００９】図１において、１は圧力容器２内に収容さ
れている加圧流動層ボイラを示し、このボイラ１には、
燃料（例えば粒径が10mm以下の細粒状の石炭）の燃料供
給ライン３が接続されている。

【００１０】圧力容器２には、容器２内を高圧にする圧
縮機４を有する空気供給ライン５が接続され、この空気
供給ライン５からの空気により容器２内が高圧になる。
そして、ボイラ１内との圧力差により、容器２内の空気
が散気管６からボイラ１内に噴射されて高温高圧下で石
炭と灰や石灰石等からなるベッド材が流動化されて流動
層が形成されると共に、燃料が燃焼するように構成され
ている。

【００１１】ボイラ１の上部には、燃焼排ガスの排ガス
ライン７が接続され、この排ガスライン７は、ガス中の
ダストを遠心分離除去するサイクロン８と、そのサイク
ロン８からのガスをセラミックチューブ（図示せず）を
通過させて脱塵処理するセラミックフィルタ９とを介し
てガスタービン１０に接続される。サイクロン８で分離
されたダストは更に第２サイクロン１１で遠心分離され
る。その第２サイクロン１１には、ダストに同伴したガ
スのガス排出ライン１２が接続され、このガス排出ライ
ン１２は、ガスクーラ１３及びバグフィルタ１４を介し
てガスタービン１０からの排ガスのタービン排ガスライ
ン１５に接続される。セラミックフィルタ９には、セラ
ミックチューブで捕捉したダストのダスト排出ライン１
６が接続され、このダスト排出ライン１６に灰クーラ１
７が介設されている。ガスタービン１０は、前記圧縮機
４と同軸に設けられて発電機１０ａを駆動するようにな
っている。

【００１２】また、ボイラ１の下部には、ボイラ１内の
余剰のベッド材（灰）を排出する灰ライン１８が接続さ
れている。さらに、ボイラ１内には、流動層内の燃焼熱
の一部を収熱して蒸気を発生する伝熱管１９が設けら
れ、この伝熱管１９からの蒸気が蒸気ライン２０を介し
て蒸気タービン２１に供給される。蒸気タービン２１か
ら排出された蒸気は、コンデンサ２２を介して復水され
る。コンデンサ２２には、前記伝熱管１９に接続される
水ライン２３が接続され、前記蒸気ライン２０と水ライ
ン２３とから戻しライン２４が形成される。

【００１３】水ライン２３には、流れ方向に沿って復水
ポンプ２５、復水脱塩装置２６、脱気器２７、給水ポン
プ２８及び高圧加熱器２９等が順次介設されている。

【００１４】脱気器２７は、蒸気を用いて給水を飽和温
度まで加熱して水中に溶けている酸素及び炭酸ガスを放
出させ、水を脱気処理するもので、蒸気と直接接触して
加熱脱気された高温（約 100〜150 ℃）の水が下部の貯
水タンク３０に溜まる。貯水タンク３０の容量は、給水
系統の負荷変動に応じうるようになっており、その水の
レベルが常に一定になるよう脱気器２７への給水を調節
している。貯水タンク３０の下部には、水ライン２３が
接続されていると共に、脱気水の一部を抜き出して戻す
脱気水循環ライン３１が接続されている。

【００１５】脱気水循環ライン３１には、脱気水（飽和
水）を昇圧する高温冷却水ポンプ３２が介設され、この
ポンプ３２の下流側に、前記ガスクーラ１３、前記灰ク
ーラ１７及び前記セラミックフィルタ９内に設けられそ
のチューブを支持する管板（図示せず）を冷却するため
のセラミック管板冷却器３３が並列に配設され、各クー
ラ１３，１７，３３にポンプ３２からの水が冷却媒体と
して供給されるようになっている。すなわち、冷却媒体
に低温のものを用いると、冷却器内で冷却するガス等に
含まれる水蒸気および酸（例えばＳＯ₃ ）が結露してし
まうおそれがある冷却器が並設される。尚、これ以外に
冷却媒体に低温のものを用いると、冷却器内で水蒸気お
よび酸（例えばＳＯ₃ ）が結露してしまうおそれがある
冷却器をさらに並設するようにしてもよい。例えば、ボ
イラ本体内の流動層の層高を調節する際に排出されるガ
スを冷却するガスクーラを並設するようにしてもよい。

【００１６】各クーラ１３，１７，３３の上流側にはそ
れぞれ流量調節弁３４，３４，３４が設けられて、クー
ラ１３，１７，３３への流量が調節されるようになって
いる。また、それらクーラ１３，１７，３３の下流側に
は、圧力調節装置３５と圧力調節弁３６とが設けられ、
その圧力調節装置３５は、クーラ１３，１７，３３から
の水（高温冷却水）の圧力を検出し、この検出値が飽和
圧力以上になるように圧力調節弁３６をコントロールす
るように構成されている。尚、脱気器２７の器内圧をプ
ラント負荷によらず一定範囲内に制御することができ、
ポンプ３２がクーラ１３，１７，３３に常に十分な冷却
水が流せる容量で運転することができれば圧力調節装置
３５および圧力調節弁３６は省略して減圧オリフィスま
たは手動調節弁に置換えることもできる。

【００１７】さらに、脱気器２７の貯水タンク３０内に
は、図２に示すように、仕切板３７が立設されて、タン
ク３０内が、脱気された水（脱気水）が流入すると共に
前記水ライン２３及び脱気水循環ライン３１が接続され
る脱気水貯留部３０ａと戻し部３０ｂとに、例えば８：
２（脱気水貯留部３０ａ：戻し部３０ｂ）の割合で仕切
られる。仕切板３７には、脱気水貯留部３０ａ内の水と
戻し部３０ｂ内の水が連通しそれらの水位が同じになる
ように複数の連通穴３８が設けられていると共に、その
上端に戻し部３０ｂの上方の一部を覆う天板３９が取り
付けられている。その戻し部３０ｂ内の水中には、脱気
水循環ライン３１の排出口３１ａが配置され、脱気水循
環ライン３１に流入し前記クーラ１３，１７，３３を介
した水が戻し部３０ｂに戻される際のタンク３０の水位
の外乱が小さくなるようになっている。

【００１８】次に本実施例の作用を説明する。

【００１９】圧縮機４からの高圧空気が圧力容器２内に
供給され、容器２内が高圧（例えば約16kg／cm² ）にな
り、そして、空気がボイラ１内に流入する。これによ
り、高温高圧（例えば約15〜16kg／cm² ）下で燃料例え
ば石炭が流動化されながら燃焼する。この燃焼排ガスが
サイクロン８及びセラミックフィルタ９を介してガス中
のダストが除去されてからガスタービン１０に供給され
る。また、燃焼熱の一部が伝熱管１９に収熱され、これ
により発生した蒸気が蒸気タービン２１に供給される。
これにより、ガスタービン１０及び蒸気タービン２１が
駆動され各発電機１０ａ，２１ａにて電気エネルギが発
生される。

【００２０】蒸気タービン２１から排出された蒸気はコ
ンデンサ２２で復水され、これが復水脱塩装置２６を介
して脱気器２７に入り、そこで脱気処理されて貯水タン
ク３０に溜まる。この貯水タンク３０の高温（約 100〜
150 ℃）の水（脱気水）の一部が給水ポンプ２８及び高
圧加熱器２９等を介して伝熱管１９に戻される。また、
貯水タンク３０の水の一部は、脱気水循環ライン３１を
循環する。この貯水タンク３０の水位は常に一定範囲に
保つように脱気器２７ヘの給水を調節している。

【００２１】脱気水循環ライン３１に流入した水は、高
温冷却水ポンプ３２で昇圧された後、循環ライン３１の
途中に並列に設けられたガスクーラ１３、灰クーラ１７
及びセラミック管板冷却器３３に冷却媒体としてそれぞ
れ流入する。脱気水は、ガスクーラ１３では、サイクロ
ン８から排出されるダストに同伴するガスの冷却に用い
られ、灰クーラ１７では、セラミックフィルタ９からの
ダストの冷却に用いられ、セラミック管板冷却器３３で
は、管板の冷却に用いられる。この際、脱気水は、ガス
等の冷却に寄与して加熱されるが、圧力調節弁３６によ
り脱気水循環ライン３１中の水の圧力が飽和圧力以上に
圧力調節されるため、クーラ１３，１７，３３の内部で
のフラッシュが防止される。

【００２２】そして、各クーラ１３，１７，３３で冷却
媒体として用いられてガス等の熱を奪ってさらに高温に
なった水は合流された後、圧力調節弁３６を介してから
貯水タンク３０の戻し部３０ｂに戻される。この際、タ
ンク３０内の圧力が循環ライン３１の圧力より低いの
で、循環ライン３１からの水は戻された直後にフラッシ
ュする。蒸気は戻し部３０ｂの上方から上昇して脱気処
理する水を加熱する蒸気の一部として寄与する。このよ
うに蒸気はタンク３０から上昇して加熱蒸気として利用
されるため、タンク３０内の圧力はほぼ同じに保たれる
ので、タンク３０内の脱気水の温度は、そのときの圧力
における飽和蒸気温度位に抑えられることになりほぼ約
100〜150 ℃の温度に保たれる。

【００２３】従って、クーラ１３，１７，３３へ常に安
定して一定範囲（約 100〜150 ℃）内の温度の脱気水が
供給されることになる。これにより、ガスクーラ１３、
灰クーラ１７及びセラミック管板冷却器３３には冷却媒
体として約 100〜150 ℃の高温水が供給されるので、そ
れらクーラ１３、１７、３３で、ガスやダストが冷却さ
れても、それに含まれる水蒸気および酸が結露するまで
冷却されることがなくなり、結露による冷却面の腐食あ
るいはダストの付着の心配がない。これによって、冷却
媒体である高温水を別途製造することなくガス等の冷却
を行えることになる。

【００２４】また、脱気器２７の貯水タンク３０内が複
数の連通穴３８を有する仕切板３７により脱気水貯留部
３０ａと戻し部３０ｂとに仕切られ、その戻し部３０ｂ
の水中に脱気水循環ライン３１の排出口３１ａが配置さ
れるため、タンク３０から抜き出されてクーラ１３，１
７，３３を介して戻される水によるタンク３０の水位の
外乱が小さくなる。つまり、タンク３０に水を戻す場
合、タンクの貯留水へその上方から水を注入すると水位
の変動が大きくなり、貯水タンク３０の水位を一定ある
いは一定範囲に保つよう脱気器２７ヘの給水を調節して
いるため貯水タンク３０の水位制御に支障を来してしま
うが、タンク３０を脱気水貯留部３０ａと戻し部３０ｂ
とに仕切り、その戻し部３０ｂの水中に水を戻すことに
より、戻される際のタンク３０の水位の外乱が戻し部３
０ｂ内で抑制されるので、タンク３０の水位の外乱を小
さくすることができ、貯水タンク３０の制御を支障なく
行える。

【００２５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、脱気器の
脱気水をガスクーラの冷却媒体としてクーラに供給し、
そのクーラからの水を脱気器に戻す脱気水循環ラインを
設けたので、冷却媒体である高温水を別途製造すること
なくガスの冷却を行え、また脱気水循環ラインに圧力調
整弁を接続し、高温水を飽和圧力以上に保つことで、結
露を確実に防止でき、また脱気器の脱気水貯留部内に仕
切板を設け、その仕切板で仕切った戻し部に高温冷却水
を戻すことで、脱気水貯留部内での水位の外乱を小さく
することができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧流動層発電装置の一例を示す構成
図である。

【図２】本発明の脱気器の貯水タンクの一例を示す概略
一部断面図である。

【符号の説明】

１ 加圧流動層ボイラ ８ サイクロン（脱塵装置） １３ ガスクーラ ２１ 蒸気タービン ２４ 戻しライン ２７ 脱気器 ３１ 脱気水循環ライン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧流動層ボイラで発生し蒸気タービン
   を介した蒸気を復水しこれを脱気器で加熱して脱気処理
   した後前記ボイラに戻す戻しラインと、前記加圧流動層
   ボイラからの燃焼排ガスを脱塵処理する脱塵装置からダ
   ストと共に同伴して排出され、その後、そのダストから
   分離されたガスを冷却するガスクーラとを備えた加圧流
   動層発電装置において、前記脱気器の脱気水を、前記ガ
   スクーラの冷却媒体としてクーラに供給し、そのクーラ
   からの高温冷却水を脱気器に戻す脱気水循環ラインを設
   けると共にその脱気水循環ラインに高温冷却水が飽和圧
   力以上になるよう圧力調整弁を接続し、前記脱気器の脱
   気水貯留部内に脱気水循環ラインからの高温冷却水の戻
   し部を仕切る仕切板を立設したことを特徴とする加圧流
   動層発電装置。