JP4274124B2 - 循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、都市ゴミや産業廃棄物等の焼却処理、或いはゴミ固形化燃料（ＲＤＦ：Refuse Derived Fuel）等の燃料の燃焼に際して発生する燃焼熱を回収するために用いられる循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法及び装置に関するものである。
近年、都市ゴミや産業廃棄物等は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、これらを焼却処理したり、或いはゴミ固形化燃料等を燃料として用いることにより、その燃焼熱を回収するようにした発電設備の開発が進められている。
前記発電設備の形式の一つとして循環流動層燃焼装置があり、これは、図４に示される如く、空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａにより都市ゴミやゴミ固形化燃料等の燃料としての廃棄物を、砂や石灰石等からなるベッド材３と共に流動化させながら燃焼させる燃焼炉１と、該燃焼炉１の上部に接続され且つ燃焼炉１内での燃焼により発生した排ガス中に含まれる灰や砂等の流動媒体を捕集する媒体分離装置としてのホットサイクロン４と、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体がダウンカマー５を介して導入され、該流動媒体を冷却し流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻し循環させる外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７と、前記ホットサイクロン４で流動媒体が捕集された排ガスが導入され、内部に過熱器８と節炭器９とが配設された後部伝熱部１０とを備えてなる構成を有している。
前記後部伝熱部１０の節炭器９の下流側には、排ガスの熱により押込通風機１１から圧送される空気を加熱するガスエアヒータ１２を設け、該ガスエアヒータ１２で加熱された空気を、一次空気ライン１３を介して前記燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給すると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して前記燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給するようにし、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気を流動用空気ライン１８を介して前記外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給するようにしてある。尚、前記二次空気ライン１４の分岐部より下流側における一次空気ライン１３途中には、一次空気Ａの流量調節用のダンパ１６を設け、二次空気ライン１４途中には、二次空気Ｂの流量調節用のダンパ１７を設けてある。
前記外部熱交換器７は、前記ダウンカマー５が接続されるシールボックス１９内底部に、流動用空気Ｃを空気分散ノズル２０から上方へ吹き出すためのウィンドボックス２１を形成し、空気分散ノズル２０の上方におけるシールボックス１９内に、流動媒体との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器２２を配設してなる構成を有している。又、前記外部熱交換器７は、一般的にホットサイクロン４下部の圧力よりも燃焼炉１内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、燃焼炉１内の排ガスがホットサイクロン４下部のダウンカマー５側に流れ込むことを防止し、且つホットサイクロン４で分離された流動媒体を燃焼炉１内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるサイホンのような形に形成してある。
前述の如き発電設備としての循環流動層燃焼装置においては、押込通風機１１から圧送される空気がガスエアヒータ１２で加熱され、一次空気ライン１３を介して燃焼炉１の底部へ一次空気Ａとして供給されると共に、一次空気ライン１３から分岐する二次空気ライン１４を介して燃焼炉１の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給され、更に、流動用空気ブロワ１５から圧送される空気が流動用空気ライン１８を介して外部熱交換器７の底部へ流動用空気Ｃとして供給されており、この状態で、燃焼炉１の空気分散ノズル２上に都市ゴミやゴミ固形化燃料等の廃棄物を投入すると、該廃棄物が空気分散ノズル２から吹き出される一次空気Ａによりベッド材３と共に流動化しながら燃焼する。
燃焼炉１内での廃棄物の燃焼により発生した排ガスは、灰や砂等の流動媒体と一緒に吹き上げられてホットサイクロン４へ導入され、該ホットサイクロン４において流動媒体が捕集され、該ホットサイクロン４で捕集された流動媒体は、ホットサイクロン４下部に接続されたダウンカマー５から外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７へ導入され、該外部熱交換器７において抜熱されて冷却された後、流動媒体戻し管６を介して前記燃焼炉１の底部に戻され、循環される。
前記ホットサイクロン４で流動媒体が分離された排ガスは、後部伝熱部１０へ導かれ、該後部伝熱部１０の過熱器８及び節炭器９において熱回収され、更にガスエアヒータ１２において熱回収された後、図示していない集塵機等を経て煙突から大気に放出される。
一方、ボイラ給水は、節炭器９において排ガスにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て燃焼炉１の炉壁１ａ内を流れ、再び蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器８へ導入され排ガスにより過熱され、該過熱器８において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器２２へ導かれ流動媒体により更に過熱され、該最終過熱器２２において過熱された過熱蒸気は、蒸気タービンへ導入され、発電が行われる。
ところで、前述の如き循環流動層燃焼装置において、流動媒体の循環量をどれくらいの量に制御すれば燃焼炉１における温度が均一化されて安定するかは、システム計算等により理論上判断することは可能であるが、このように運転の安定化を図るには流動媒体の循環量を正確に把握する必要があるため、従来においては、燃焼炉１とホットサイクロン４との差圧より流動媒体の循環量を定性的に評価したりすることが行われていた。
尚、流動媒体の循環量を推定する手段を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００１−２８９４０６号公報
しかしながら、実際の流動媒体の循環量を定性的にではなく定量的に計測する手段については開発されていないのが現状であり、シミュレーションで検討した熱バランスの結果と実際の運転結果との比較の精度を向上させることが困難となっていた。
又、特許文献１に開示されている流動媒体の循環量推定手段は、システムとして非常に複雑になっていた。
本発明は、斯かる実情に鑑み、実際の流動媒体の循環量を極めて簡単に定量評価し得、シミュレーションで検討した熱バランスの結果と実際の運転結果との比較の精度向上を図り得る循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法及び装置を提供しようとするものである。
本発明は、燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体をダウンカマーを介して外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法であって、
外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測し、該時間とダウンカマー内径に基づく流動媒体の堆積量とにより、流動媒体の流量を循環量として求めることを特徴とする循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法にかかるものである。
前記循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法においては、ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点でタイマをスタートさせ、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点でタイマをストップさせることにより、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測することができる。
この場合、ダウンカマー内の下側基準高さ位置及び上側所要高さ位置を横切るように投射された光が、ダウンカマー内を流下する流動媒体によって遮断されないようにすることが望ましい。
又、本発明は、燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体をダウンカマーを介して外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置であって、
外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置に到達したことを検出する下側検出手段と、
外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が上側所要高さ位置に到達したことを検出する上側検出手段と、
前記下側検出手段及び上側検出手段からの検出信号に基づき、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測し、該時間とダウンカマー内径に基づく流動媒体の堆積量とにより、流動媒体の流量を循環量として求める演算手段と
を備えたことを特徴とする循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置にかかるものである。
前記循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置においては、ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された光を受光する下側光センサによって下側検出手段を構成すると共に、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された光を受光する上側光センサによって上側検出手段を構成し、ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された前記下側光センサの光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段のタイマをスタートさせ、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された前記上側光センサの光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段のタイマをストップさせることにより、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測するよう構成することができる。
この場合、下側光センサ及び上側光センサより上方所要箇所におけるダウンカマー内に、ダウンカマー内の下側基準高さ位置及び上側所要高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内を流下する流動媒体によって遮断されないようにするための屋根部材を配設することが望ましい。
本発明の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法及び装置によれば、実際の流動媒体の循環量を極めて簡単に定量評価し得、シミュレーションで検討した熱バランスの結果と実際の運転結果との比較の精度向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、循環流動層燃焼装置の運転時において、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７へ供給する流動用空気Ｃ（図４参照）を停止した場合、流動媒体が外部熱交換器７から流動媒体戻し管６を介して燃焼炉１の底部に戻されなくなるため、この現象を利用し、図１〜図３に示す如く、
前記外部熱交換器７へ供給する流動用空気Ｃを停止した際に、ダウンカマー５内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置Ｈ0に到達したことを検出する下側検出手段２３と、
前記外部熱交換器７へ供給する流動用空気Ｃを停止した際に、ダウンカマー５内に堆積する流動媒体が上側所要高さ位置Ｈ1に到達したことを検出する上側検出手段２４と、
前記下側検出手段２３及び上側検出手段２４からの検出信号に基づき、ダウンカマー５内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置Ｈ0から上側所要高さ位置Ｈ1へ到達する時間ｔ［ｓｅｃ］を計測し、該時間ｔとダウンカマー５の内径φＤ［ｍ］に基づく流動媒体の堆積量Ｖ［ｍ3］とにより、流動媒体の流量Ｑ［ｋｇ／ｓｅｃ］を循環量として求める演算手段２５と
を備えた点にある。
前記ダウンカマー５の下側基準高さ位置Ｈ0には、耐熱性を有する石英ガラス等が埋め込まれた透過光窓２６を、鉛直に延びる管の直径方向に対向させて配設すると共に、前記ダウンカマー５の上側所要高さ位置Ｈ1には、耐熱性を有する石英ガラス等が埋め込まれた透過光窓２７を、鉛直に延びる管の直径方向に対向させて配設してある。
前記下側検出手段２３は、透過光窓２６を介してダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0を横切るように下側投光器２８から投射された光を下側受光器２９で受光する下側光センサ３０によって構成すると共に、透過光窓２７を介してダウンカマー５内の上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように上側投光器３１から投射された光を上側受光器３２で受光する上側光センサ３３によって上側検出手段２４を構成し、ダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0を横切るように投射された前記下側光センサ３０の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段２５のタイマをスタートさせ、ダウンカマー５内の上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように投射された前記上側光センサ３３の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段２５のタイマをストップさせることにより、ダウンカマー５内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置Ｈ0から上側所要高さ位置Ｈ1へ到達する時間ｔを計測するよう構成してある。
前記下側光センサ３０及び上側光センサ３３より上方所要箇所におけるダウンカマー５内には、ダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0及び上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように投射された光がダウンカマー５内を流下する流動媒体によって遮断されないようにするための屋根部材３４を配設してある。尚、前記屋根部材３４は、図１中、実線で示すように、少なくとも上側光センサ３３より上方所要箇所におけるダウンカマー５内に設ければ良いが、前記屋根部材３４に加えて屋根部材３４′を、図１中、仮想線で示すように、下側光センサ３０より上方所要箇所におけるダウンカマー５内に設けるようにしても良い。
次に、上記図示例の作用を説明する。
循環流動層燃焼装置の運転時において、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器７へ供給する流動用空気Ｃ（図４参照）を停止すると、流動媒体が外部熱交換器７から流動媒体戻し管６を介して燃焼炉１の底部に戻されなくなり、流動媒体がダウンカマー５内に徐々に堆積して行く。
ここで、下側検出手段２３を構成する下側光センサ３０の下側投光器２８から透過光窓２６を介してダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0を横切るように投射された光は、下側受光器２９で受光されると共に、上側検出手段２４を構成する上側光センサ３３の上側投光器３１から透過光窓２７を介してダウンカマー５の上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように投射された光は、上側受光器３２で受光されるが、前記流動媒体がダウンカマー５内に徐々に堆積して行くと、先ず、ダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0を横切るように投射された前記下側光センサ３０の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断される。
前記下側光センサ３０の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断されると、演算手段２５のタイマがスタートし、続いて、ダウンカマー５内の上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように投射された前記上側光センサ３３の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断される。
前記上側光センサ３３の光がダウンカマー５内に堆積する流動媒体によって遮断されると、演算手段２５のタイマがストップし、これにより、ダウンカマー５内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置Ｈ0から上側所要高さ位置Ｈ1へ到達する時間ｔが計測される。
ここで、前記ダウンカマー５の下側基準高さ位置Ｈ0から上側所要高さ位置Ｈ1までの高さをｈ［ｍ］とすると、前記ダウンカマー５の下側基準高さ位置Ｈ0と上側所要高さ位置Ｈ1との間に堆積する流動媒体の堆積量Ｖは、
Ｖ＝（π・Ｄ2／４）×ｈ
で求められ、更に、流動媒体のかさ密度をδ［ｋｇ／ｍ3］とすると、流動媒体の流量Ｑ即ち循環量は、
Ｑ＝δ・Ｖ／ｔ
で求められる。
又、流動媒体の循環量が多い時には、前記ダウンカマー５内に上から流動媒体が多量に降ってくる状態になるが、前記下側光センサ３０及び上側光センサ３３より上方所要箇所におけるダウンカマー５内には、屋根部材３４、並びに必要に応じて屋根部材３４′を配設してあるため、ダウンカマー５内の下側基準高さ位置Ｈ0及び上側所要高さ位置Ｈ1を横切るように投射された光がダウンカマー５内を流下する流動媒体によって遮断される心配がなく、前記流動媒体の循環量の計測を確実に且つ精度良く行うことが可能となる。
尚、前記流動媒体の循環量の計測が完了した後は、停止していた流動用空気Ｃが外部熱交換器７へ再度供給され、通常の運転に戻される。
こうして、実際の流動媒体の循環量を極めて簡単に定量評価し得、シミュレーションで検討した熱バランスの結果と実際の運転結果との比較の精度向上を図り得る。
尚、本発明の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、外部再循環ユニットとしての外部熱交換器の代りに、主に生ゴミや下水汚泥等の含水廃棄物の乾燥・部分ガス化を行う部分ガス化炉を設けると共に、燃焼炉において主に可燃性固形分の燃焼を行わせるようにした循環流動層燃焼装置にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の一例を示す要部概要構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 従来の循環流動層燃焼装置の一例を示す全体概要構成図である。
符号の説明
１ 燃焼炉
４ ホットサイクロン（媒体分離装置）
５ ダウンカマー
７ 外部熱交換器（外部再循環ユニット）
２３ 下側検出手段
２４ 上側検出手段
２５ 演算手段
２６ 透過光窓
２７ 透過光窓
２８ 下側投光器
２９ 下側受光器
３０ 下側光センサ
３１ 上側投光器
３２ 上側受光器
３３ 上側光センサ
３４ 屋根部材
３４′ 屋根部材
Ｃ 流動用空気
Ｄ 内径
Ｈ0 下側基準高さ位置
Ｈ1 上側所要高さ位置

Claims (6)

  1. 燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体をダウンカマーを介して外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法であって、
    外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測し、該時間とダウンカマー内径に基づく流動媒体の堆積量とにより、流動媒体の流量を循環量として求めることを特徴とする循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法。
  2. ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点でタイマをスタートさせ、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点でタイマをストップさせることにより、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測するようにした請求項１記載の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法。
  3. ダウンカマー内の下側基準高さ位置及び上側所要高さ位置を横切るように投射された光が、ダウンカマー内を流下する流動媒体によって遮断されないようにした請求項２記載の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測方法。
  4. 燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、該分離した流動媒体をダウンカマーを介して外部再循環ユニットへ供給し、該外部再循環ユニットへ供給される流動媒体を流動用空気により流動化させつつ前記燃焼炉へ戻すようにした循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置であって、
    外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置に到達したことを検出する下側検出手段と、
    外部再循環ユニットへ供給する流動用空気を停止した際に、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が上側所要高さ位置に到達したことを検出する上側検出手段と、
    前記下側検出手段及び上側検出手段からの検出信号に基づき、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測し、該時間とダウンカマー内径に基づく流動媒体の堆積量とにより、流動媒体の流量を循環量として求める演算手段と
    を備えたことを特徴とする循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置。
  5. ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された光を受光する下側光センサによって下側検出手段を構成すると共に、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された光を受光する上側光センサによって上側検出手段を構成し、ダウンカマー内の下側基準高さ位置を横切るように投射された前記下側光センサの光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段のタイマをスタートさせ、ダウンカマー内の上側所要高さ位置を横切るように投射された前記上側光センサの光がダウンカマー内に堆積する流動媒体によって遮断された時点で演算手段のタイマをストップさせることにより、ダウンカマー内に堆積する流動媒体が下側基準高さ位置から上側所要高さ位置へ到達する時間を計測するよう構成した請求項４記載の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置。
  6. 下側光センサ及び上側光センサより上方所要箇所におけるダウンカマー内に、ダウンカマー内の下側基準高さ位置及び上側所要高さ位置を横切るように投射された光がダウンカマー内を流下する流動媒体によって遮断されないようにするための屋根部材を配設した請求項５記載の循環流動層燃焼装置の流動媒体循環量計測装置。
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