JP6124453B2 - 循環流動層ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスや石炭等を燃料とし、発電用を主とする蒸気ボイラとして使用される循環流動層ボイラの改良に係り、特に、循環流動層ボイラの炉本体と流動媒体回収器とを接続するダクト等に改良を加えることによって、燃焼負荷変動時や燃料変化時のガス流速低下によるダクト内での飛灰や流動媒体の堆積を抑制することができ、その結果、多種類の燃料を切り替えて単独燃焼若しくは混合燃焼させても、広い燃焼範囲（高ターンダウン）で安定した運転を行えると共に、低負荷運転も可能になり、また、ダクト内での排ガスの流れが滑らかになって排ガスと流動媒体によるダクトの摩耗を低減できると共に、ダクトでの熱回収量を高められるようにした循環流動層ボイラに関するものである。

一般に、循環流動層ボイラは、バイオマスや石炭、ＲＤＦ、木屑、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥等の燃料に対して優れた燃焼性能を有するものであり、ごみ焼却施設の発電用蒸気ボイラとして使用されている。

従来、この種の循環流動層ボイラとしては、例えば、特開平１０−２２０７０８号公報（特許文献１）や特開２００１−２３５１０１号公報（特許文献２）に開示されたものが知られている。

図３は従前の循環流動層ボイラの一例を示すものであり、当該循環流動層ボイラは、流動層２０ａ及び燃焼室２０ｂを有する炉本体２０と、炉本体２０にダクト２１を介して接続され、内筒２２を有するサイクロン２３と、サイクロン２３及び炉本体２０に接続されたループシール部２４等から構成されており、炉本体２０とサイクロン２３とループシール部２４等の構成材（水管壁等）による吸収熱及び煙道に配設した熱交換器等による吸収熱により発電用の高温高圧の過熱蒸気を発生させるようにしたものである。

即ち、前記循環流動層ボイラによれば、燃料供給口２０ｃから炉内に供給された燃料は、流動層２０ａ内において流動ノズル（図示省略）から噴出する一次空気により流動砂等の流動媒体Ｓと撹拌・混合されつつ燃焼する。

燃焼により発生した燃焼ガスや飛灰等の焼却残渣は、流動媒体Ｓと一緒に流動層２０ａから燃焼室２０ｂへ吹き上げられ、ここで流動媒体Ｓと撹拌・混合されつつ燃焼室２０ｂに供給される二次空気により燃焼ガスや未燃分を完全燃焼させた後、ダクト２１を通してサイクロン２３に導入される。

サイクロン２３に導入された飛灰等を含んだ排ガスＧと流動媒体Ｓは、ここでサイクロン２３の遠心分離作用により流動媒体Ｓと、飛灰等を含んだ排ガスＧとに分離される。

分離された流動媒体Ｓは、サイクロン２３からダウンカマー２５、ループシール部２４、流動媒体Ｓの戻し口２０ｄを通して炉本体２０の流動層２０ａ内へ戻され、流動媒体Ｓの持っている保有熱を再利用し、また、飛灰等を含んだ排ガスＧは、サイクロン２３から煙道を通って熱交換器等で熱を回収され、バグフィルタ等の排ガス処理装置により飛灰等が除去された後、煙突から大気中へ放出される。

前記循環流動層ボイラは、炉本体２０内を上昇する燃焼ガスと流動媒体Ｓとの流速差が大きいため、炉内の全域で燃料と流動媒体Ｓの撹拌・混合が旺盛に行われ、燃焼反応が急速に進行する。その結果、低い空気過剰率でもって燃料を完全燃焼させることができ、未燃焼物損失の減少によるボイラ効率の向上や低空気過剰率による低ＮＯｘ燃焼が可能になる等の優れた効用を有するものである。

ところで、標準的なサイクロンを採用する循環流動層ボイラにおいては、通常炉本体２０とサイクロン２３とを水平なダクト２１で連通状に接続しているが、この場合、低負荷燃焼を行うと、ダクト２１内のガス流速が遅くなり、また、ガス温度も低下するため、飛灰や流動媒体Ｓがダクト２１内に堆積・固化し、ダクト２１を閉塞し易くなると云う問題があった。この問題は、炉内に投入する燃料を変えた場合にも起こり得る。
また、ダクト２１内に飛灰や流動媒体Ｓが堆積・固化した状態で高負荷燃焼に移行した場合、ダクト２１内の開口面積が狭くなっているため、ダクト２１内のガス流速が急上昇し、排ガスＧ中に含まれる流動媒体Ｓによりサイクロン２３の周壁に摩耗を生じることになる。

尚、循環流動層ボイラにおいては、ダクト内での飛灰等の堆積を抑制するため、特開平１１−０８２９６８号公報（特許文献３）や特開２００５−０５８８７２号公報（特許文献４）のようにダクトを傾斜させたものもある。
しかし、ただ単にダクト全体を傾斜させてサイクロンに接続する場合、ボイラ水管の構造が難しく、燃焼室を形成する炉本体とサイクロンとを一体で構成する必要がある。
また、炉本体側のダクトとサイクロン側のダクトを伸縮継手（図示省略）で接続する場合、伸縮継手部分に飛灰や流動媒体が堆積し易く、伸縮継手の能力低下や損傷を引き起こすことがある。

更に、循環流動層ボイラにおいては、燃焼室２０ｂやダクト２１、サイクロン２３等を水管パネルで構成し、水管パネルの水管（ボイラ水管）を流動媒体Ｓの衝突による摩耗から防止するために、水管表面を耐火物や溶射（金属溶射やセラミック溶射）により保護するようにしているが、燃焼室２０ｂでは、上向きのガス流れと下向きに落下しようとする流動媒体Ｓによる対向流があり、水管パネルの流動層２０ａに対向する部分の内面に内張りされた耐火物と、水管パネルの燃焼室２０ｂに対向する部分の内面に設けた溶射部分との境界部分は、耐火物と溶射部分の段差によって高速の渦流が発生し、溶射部分が削り取られて水管を損傷すると云う問題がある。
また、水管パネルの溶射部分が削り取られることを避けるために水管パネルの全面を耐火物で保護した場合には、熱回収率が悪くになるので伝熱面積を増加させる必要があり、その結果、ボイラ自体が大きくなって製造コストが増加することになる。

特開平１０−２２０７０８号公報 特開２００１−２３５１０１号公報 特開平１１−０８２９６８号公報 特開２００５−０５８８７２号公報

本発明は、従前の循環流動層ボイラにおける上述の如き問題、即ち、（１）燃焼負荷変動時や燃料変化時にダクト内のガス流速が低下したときに、飛灰や流動媒体がダクト内に堆積・固化してダクトを閉塞すること、（２）ダクトの途中に伸縮継手を介設した場合、伸縮継手部分に飛灰や流動媒体が堆積すること、（３）流動媒体の衝突により水管が損傷すること、（４）ダクト等を構成する水管パネルの磨耗を防止すために水管パネル全面を耐火物で保護する場合には、熱回収率が悪くなること、等の問題を解決せんとするものであり、その目的は、循環流動層ボイラの炉本体と流動媒体回収器とを接続するダクト等に改良を加えることによって、燃焼負荷変動時や燃料変化時のガス流速低下によるダクト内での飛灰や流動媒体の堆積を抑制することができ、その結果、多種類の燃料を切り替えて単独燃焼若しくは混合燃焼させても、広い燃焼範囲（高ターンダウン）で安定した運転を行えると共に、低負荷運転も可能になり、また、ダクト内での排ガスの流れが滑らかになって排ガスと流動媒体によるダクトの摩耗を低減できると共に、ダクトでの熱回収量を高められるようにした循環流動層ボイラを提供することにある。

本発明の請求項１の発明は、流動層及び燃焼室を有する炉本体と、炉本体の上部に設けた燃焼室出口に接続され、燃焼室出口から水平方向へ排出された排ガス、流動媒体、飛灰を下向きの流れにする四角筒状の燃焼室出口ダクトと、燃焼室出口ダクトに伸縮継手を介して接続された下向き傾斜状の入口ダクトを有し、燃焼室出口ダクトから下向きに排出された排ガス、流動媒体、飛灰を入口ダクトから受け入れてこれらを排ガス及び飛灰と流動媒体とに分離する円筒状の流動媒体回収器と、流動媒体回収器で分離された流動媒体を流動媒体回収器から炉本体内の流動層に戻すループシール部とを備えた循環流動層ボイラにおいて、前記燃焼室出口ダクトの燃焼室側の上壁は、水平に形成し、また、燃焼室側の底壁は、燃焼室に対して下向きに傾斜させて形成し、更に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁及び底壁は、流動媒体回収器側へ下向きに傾斜させて形成し、燃焼室出口ダクトの底壁に極力水平部分を設けない構成としたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、請求項１の発明において、燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁内面に耐摩耗性に優れた耐火物を内張りし、前記上壁を燃焼室出口ダクトの他の部位よりも耐摩耗性を向上させたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、請求項１の発明において、燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁を鋼板に耐火物を内張りして成る耐火物構造としたことに特徴がある。

本発明の請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、燃焼室出口ダクトに伸縮継手を介して接続される流動媒体回収器の入口ダクトの少なくとも垂直部を水管が裸管状態になっている水管パネル構造としたことに特徴がある。

本発明の請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において、燃焼室、燃焼室出口ダクト、流動媒体回収器、流動媒体回収器とループシール部を接続するダウンカマー、ループシール部、ループシール部と炉本体を接続する循環用ダクトをそれぞれ水管パネル構造としたことに特徴がある。

本発明の請求項６の発明は、請求項１の発明において、燃焼室、燃焼室出口ダクト、流動媒体回収器、流動媒体回収器とループシール部を接続するダウンカマー、ループシール部、ループシール部と炉本体を接続する循環用ダクトをそれぞれ耐火物構造としたことに特徴がある。

本発明の循環流動層ボイラは、炉本体の燃焼室出口と流動媒体回収器の下向き傾斜状の入口ダクトとの間を四角筒状の燃焼室出口ダクトにより接続し、燃焼室出口ダクトの燃焼室側の底壁を燃焼室に対して下向きに傾斜させて形成すると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁及び底壁を流動媒体回収器側へ下向きに傾斜させて形成し、燃焼室出口ダクトの底壁に水平部分を極力設けない構成としているため、燃焼負荷変動時や燃料変化時にダクト内のガス流速が低下しても、飛灰や流動媒体がダクト内に堆積・固化するのを抑制することができ、その結果、多種類の燃料を切り替えて単独燃焼若しくは混合燃焼させても、広い燃焼範囲（高ターンダウン）で安定した運転を行えると共に、低負荷運転も可能になる。

本発明の循環流動層ボイラは、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁を流動媒体回収器側へ下向きに傾斜させて形成しているため、排ガスの流速が上昇した場合でも、ダクト内での排ガスの流れが滑らかになり、燃焼室出口ダクトの上壁部分の排ガスと流動媒体による摩耗を低減することができる。

本発明の循環流動層ボイラは、燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁内面に耐摩耗性に優れた耐火物を内張りし、前記上壁を燃焼室出口ダクトの他の部位よりも耐摩耗性を向上させているため、流動媒体の衝突による上壁部分の水管の摩耗を防止することができる。

本発明の循環流動層ボイラは、燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とし、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁を鋼板に耐火物を内張りして成る耐火物構造としているため、摩耗を起こし易い個所の水管を省くことで水管の摩耗によるトラブルを更に防止することができる。

本発明の循環流動層ボイラは、排ガス、流動媒体及び飛灰を下向きの流れにする燃焼室出口ダクトの垂直部に伸縮継手を介して流動媒体回収器の入口ダクトを接続しているため、低負荷運転でガス流速が遅い場合でも、伸縮継手部分に飛灰や流動媒体が堆積すると云うことがなく、伸縮継手の損傷によるトラブルを回避することができる。

本発明の循環流動層ボイラは、燃焼室出口ダクトに伸縮継手を介して接続される流動媒体回収器の入口ダクトに垂直部を形成し、当該垂直部を裸管状態の水管パネル構造としている。即ち、入口ダクトの垂直部は、排ガスと流動媒体が同じ向きに流れるため、局所的な渦流を生じることがなく、流動媒体等の摩耗によるトラブルを生じないので、耐火物や溶射による保護が不要となり、水管が裸管状態となっている水管パネル構造とすることができ、熱回収量を高めることができる。

本発明の実施形態に係る循環流動層ボイラの概略正面図である。 同じく循環流動層ボイラの概略平面図である。 従来の循環流動層ボイラの概略正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態に係る循環流動層ボイラを示し、当該循環流動層ボイラは、流動層１ａ及び燃焼室１ｂを有する炉本体１と、炉本体１に燃焼室出口ダクト２及び伸縮継手３を介して接続された円筒状の流動媒体回収器４と、流動媒体回収器４にダウンカマー５を介して接続されたループシール部６と、ループシール部６と炉本体１を接続する循環用ダクト７等から構成されており、炉本体１等の構成材（水管パネル等）による吸収熱及び煙道に配設した熱交換器等による吸収熱により発電用の高温高圧の過熱蒸気を発生させるようにしたものである。

具体的には、前記炉本体１は、隣接する水管相互間をヒレ板を介して気密状に連結して成る水管パネルにより横断面形状が四角形に形成されており、その内部には、一次空気を吹き込む複数の流動ノズル（図示省略）を配設した流動層１ａと、二次空気が吹き込まれる燃焼室１ｂとが設けられている。この炉本体１を形成する水管パネルの外面は、断熱材及び鋼板製のケーシングで覆われている
また、炉本体１の側壁の上部位置には、炉内の燃焼ガス及び吹き上げられた飛灰、流動媒体Ｓを水平方向へ排出する燃焼室出口１ｃが形成されていると共に、炉本体１の側壁の下部位置には、流動媒体回収器４で排ガスＧから分離された流動媒体Ｓの戻し口１ｄが形成されている。

尚、水管パネルの流動層１ａに対向する部分の内面には、耐火煉瓦やキャスタブル耐火物等の耐火物が内張りされており、流動化している流動媒体Ｓによる水管パネルの摩耗が防止されている。
また、水管パネルの燃焼室１ｂに対向する部分は、水管を裸管状態としても良く、或いは耐摩耗性の金属やセラミックを溶射して保護皮膜を形成し、この保護皮膜により水管パネルを保護するようにしても良い。

上記の実施形態においては、炉本体１を水管パネル構造としたが、他の実施形態においては、炉本体１を、鋼板製のケーシング内に耐火物を内張りして成る耐火物壁構造としても良い。
また、上記の実施形態においては、炉本体１の横断面形状を四角形としたが、他の実施形態においては、炉本体１の横断面形状を円形としても良い。

前記燃焼室出口ダクト２は、燃焼室出口１ｃから水平方向へ排出された排ガスＧ、流動媒体Ｓ、飛灰を下向きの流れにするものであり、燃焼室出口１ｃに接続される横向きの入口２ａと入口２ａに対して９０度下向きのフランジ構造の出口２ｂとを有し、内面を耐火物で保護した四角筒状の水管パネル構造に構成されている。
この燃焼室出口ダクト２の燃焼室１ｂ側の上壁２ｃは、水平に形成され、また、燃焼室１ｂ側の底壁２ｄは、燃焼室１ｂに対して下向きに傾斜させて形成され、更に、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅ及び底壁２ｆは、流動媒体回収器４側へ下向きに傾斜させて形成されている。即ち、燃焼室出口ダクト２は、底壁２ｄ，２ｆに水平部分を極力設けない構成となっている。
また、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅは、その内面に更に耐摩耗性に優れた耐火物（耐火煉瓦やキャスタブル耐火物）が内張りされており、燃焼室出口ダクト２の他の部位よりも耐摩耗性を向上させ、流動媒体Ｓ等による上壁２ｃ部分の水管の摩耗を防止するようにしている。
更に、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅには、流動砂等の補充用流動媒体、脱硫剤（石灰石やドロマイト等）及び粉末状のクリンカ抑制剤（Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃａ、Ａｌ等の化合物）の投入口２ｇが形成されており、当該投入口２ｇから自然落下により補充用流動媒体、脱硫剤又はクリンカ抑制剤のうちの何れか一つ又は二つ以上を同時に投入することができるようになっている。

尚、上記の実施形態においては、燃焼室出口ダクト２全体を内面を耐火物で保護した水管パネル構造とし、摩耗によるトラブルを起こし易い流動媒体回収器４側の上壁２ｅ部分の水管を更に耐摩耗性に優れた耐火物で保護するようにしたが、他の実施形態においては、伝熱面積に余裕がある場合には、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅ部分には水管を設けず、当該上壁２ｅを鋼板に耐火物を内張りして成る耐火物構造としても良い。この場合、水管そのものを省くことができるので摩耗によるトラブルをより一層防止することができる。
また、上記の実施形態においては、燃焼室出口ダクト２全体を水管パネル構造としたが、他の実施形態においては、燃焼室出口ダクト２全体を鋼板製のケーシングに耐火物を内張りして成る耐火物構造としても良い。

前記流動媒体回収器４は、上端面にフランジ構造の排ガス出口４ａを有し、横断面形状が円形で内周面を耐火物で保護した水管パネル構造に構成された比較的高さの高い円筒胴部４Ａと、円筒胴部４Ａの下端部に設けられ、下方へ行くに従って漸次縮径する円錐形状を呈すると共に、下端面にフランジ構造の流動媒体出口４ｂを有する耐火物構造の高さの低い円錐部４Ｂと、燃焼室出口ダクト２の下向きの出口２ｂに伸縮継手３を介して下向き傾斜姿勢で接続され、円筒胴部４Ａにその接線方向に接続された四角筒状の水管パネル構造の入口ダクト４Ｃとから成り、比較的長さの高い円筒胴部４Ａで流動媒体Ｓと排ガスＧの分離が行われるようになっている。そのため、円筒胴部４Ａ内には、従前のサイクロンの内筒に相当する部材は設けられていない。

前記流動媒体回収器４の入口ダクト４Ｃは、円筒胴部４Ａと一体的に構成されており、フランジ構造の排ガス入口４ｃを有する四角筒状の垂直部４Ｃ′と、垂直部４Ｃ′の下端に連設されて円筒胴部４Ａに下向き傾斜姿勢で且つ接線方向に接続された四角筒状の傾斜部４Ｃ″とから成る。
この入口ダクト４Ｃの垂直部４Ｃ′は、排ガスＧと流動媒体Ｓが同じ向きに流れるため、局所的な渦流を生じることがなく、流動媒体Ｓ等の摩耗によるトラブルを生じないので、この部分の水管には、耐火物や溶射による保護が不要となる。そのため、この入口ダクト４Ｃは、少なくとも垂直部４Ｃ′が裸管状態の水管パネルにより構成されており、排ガスＧからの熱回収量を高められるようになっている。尚、入口ダクト４Ｃの傾斜部４Ｃ″は、裸管状態の水管パネル構造としても良く、或いは、耐火物や溶射で保護された水管パネル構造としても良い。
また、入口ダクト４Ｃの垂直部４Ｃ′の上端部には、脱硫剤及びクリンカ抑制剤の投入口４ｅが複数形成されており、当該投入口４ｅから脱硫剤又はクリンカ抑制剤のうちの何れか一つ又は二つを同時に投入することができるようになっている。

尚、入口ダクト４Ｃの傾斜部４Ｃ″の傾斜角度αは、入口ダクト４Ｃ内の排ガスＧの流速及び必要とする流動媒体回収器４の分級性能から適宜に決定されている。
また、入口ダクト４Ｃの傾斜部４Ｃ″の断面積（高さ×幅）は、入口ダクト４Ｃ内を流通する排ガスＧの流速が所定の値になるように設定されている。
この実施形態においては、入口ダクト４Ｃの傾斜部４Ｃ″の傾斜角度αを１０°〜４５°に設定し、また、入口ダクト４Ｃの傾斜部４Ｃ″の断面積を入口ダクト４Ｃ内の排ガスＧの流速が循環流動層ボイラの最大負荷燃焼時で２０ｍ／ｓ以下になるように設定すると共に、低負荷燃焼時の下限を設けないようにしている。これらの値は、実機を用いた試験結果から決定されたものである。

そして、流動媒体回収器４の排ガス入口４ｃは、伸縮継手３を介して燃焼室出口ダクト２の出口２ｂに、流動媒体回収器４の流動媒体出口４ｂは、伸縮継手３を介して水管パネル構造又は耐火物構造の円筒状のダウンカマー５に、流動媒体回収器４の排ガス出口４ａは、伸縮継手３を介して円筒状の排ガス出口ダクト８にそれぞれ接続されている。
従って、流動媒体回収器４は、入口ダクト４Ｃ、ダウンカマー５及び排ガス出口ダクト８に伸縮継手３を接続することによって、炉本体１とは別に複数本の支柱９による中間支持構造で自立させることができる。これに伴って、炉本体１も、複数本の支柱９による中間支持構造で自立させることができる。

尚、流動媒体回収器４の高さ及び直径は、循環流動層ボイラの容量に応じて適宜に選定されていることは勿論である。
また、流動媒体回収器４の外形の大きさは、トラックによる搬送に支障を来たさない程度に設定されている。
この実施形態においては、入口ダクト４Ｃを含まない流動媒体回収器４の平面視における外形の大きさは２５００ｍｍ以下に、また、入口ダクト４Ｃを含む流動媒体回収器４の平面視における外形の大きさは３８００ｍｍ以下になるようにそれぞれ設定されている。

上記の実施形態においては、円筒胴部４Ａを耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、円錐部４Ｂを耐火物構造としたが、他の実施形態においては、円筒胴部４Ａ及び円錐部４Ｂの両方を耐火物で保護した水管パネル構造としても良く、或いは、円筒胴部４Ａ、円錐部４Ｂ及び入口ダクト４Ｃの全てを耐火物構造としても良い。

前記ループシール部６は、その内部に仕切壁６ａと溢流部６ｂを備えたトラップ構造のボックス状の水管パネル構造又は耐火物構造に構成されており、流動媒体回収器４の円錐部４Ｂにダウンカマー５を介して接続されていると共に、炉本体１の戻し口１ｄに水管パネル構造又は耐火物構造の循環用ダクト７を介して接続され、炉本体１内と流動媒体回収器４内とをシールしつつ分離回収した流動媒体Ｓを炉本体１内の流動層１ａへ戻すようにしたものである。
また、ループシール部６内には、その底部から流動化空気が供給されており、これによりループシール部６内にも流動層が形成されている。

而して、上述した循環流動層ボイラによれば、燃料供給口（図示省略）から炉内に供給されたバイオマスや石炭等の燃料は、流動層１ａ内において炉本体１内の底部に配設した流動ノズル（図示省略）から噴出する一次空気により流動砂等の流動媒体Ｓと撹拌・混合されつつ燃焼する。

燃焼により発生した燃焼ガスや飛灰等の焼却残渣は、流動媒体Ｓと一緒に流動層１ａから燃焼室１ｂへ吹き上げられ、ここで流動媒体Ｓと撹拌・混合されつつ燃焼室１ｂに供給される二次空気により燃焼ガスや未燃分を完全燃焼させた後、燃焼室出口ダクト２、伸縮継手３及び入口ダクト４Ｃを通して流動媒体回収器４に導入される。

このとき、燃焼室出口ダクト２の燃焼室１ｂ側の底壁２ｄを燃焼室１ｂに対して下向きに傾斜させて形成すると共に、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅ及び底壁２ｆを流動媒体回収器４側へ下向きに傾斜させて形成し、燃焼室出口ダクト２の底壁２ｄ，２ｆに水平部分を極力設けない構成としているため、燃焼負荷変動時や燃料変化時に燃焼室出口ダクト２内のガス流速が低下しても、飛灰や流動媒体Ｓが燃焼室出口ダクト２内に堆積・固化するのを抑制することができる。
また、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｃを流動媒体回収器４側へ下向きに傾斜させて形成しているため、排ガスＧの流速が上昇した場合でも、、燃焼室出口ダクト２内での排ガスＧの流れが滑らかになり、燃焼室出口ダクト２の上壁２ｅ部分での排ガスＧと流動媒体Ｓによる摩耗を低減することができる。
更に、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅ内面に耐摩耗性に優れた耐火物を内張りしているため、流動媒体Ｓの衝突による上壁２ｅ部分の水管の摩耗を防止することができる。
更に、流動媒体回収器４に入口ダクト４Ｃを下向き傾斜姿勢で接続しているため、極低負荷運転を行った場合でも、流動媒体Ｓの落下が滑らかになる。その結果、流動媒体回収器４の下部の絞り部分（円錐部４Ｂ）に流動媒体Ｓがまとまって落ちることにより生じる閉塞を回避することができる。
更に、燃焼室出口ダクト２の垂直部４Ｃ′に伸縮継手３を介して入口ダクト４Ｃを接続しているため、低負荷運転でガス流速が遅い場合でも、伸縮継手３部分に飛灰や流動媒体Ｓが堆積すると云うことがない。

流動媒体回収器４に導入された飛灰等を含んだ排ガスＧと流動媒体Ｓは、ここで流動媒体Ｓと、飛灰等を含んだ排ガスＧとに分離される。即ち、流動媒体回収器４内では、排ガスＧ及び流動媒体Ｓ等が流動媒体回収器４内に下向き傾斜姿勢で且つ接線方向へ導入されているため、重力加速度とサイクロンと同様の遠心加速度によって、粒子径が大きくて重たい流動媒体Ｓは流動媒体回収器４の下方へ、また、軽い排ガスＧと粒子径が小さくて軽い飛灰は流動媒体回収器４の上方へ分けられる。

この流動媒体回収器４においては、重力加速度と遠心加速度により流動媒体Ｓを分離・回収することができるため、従来の一般的なサイクロンで使用している内筒が不要になり、設備費の削減や内筒の変形、脱落、閉塞等のトラブルを回避することができる。

分離された流動媒体Ｓは、流動媒体回収器４からダウンカマー５、ループシール部６、循環用ダクト７通して炉本体１の流動層１ａ内へ戻され、流動媒体Ｓの持っている保有熱を再利用される。
また、分離された飛灰等を含んだ排ガスＧは、流動媒体回収器４の排ガス出口ダクト８から煙道を通って熱交換器等で熱を回収され、バグフィルタ等の排ガス処理装置により飛灰等が除去された後、煙突から大気中へ放出される。

尚、循環流動層ボイラの運転中においては、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅに設けた投入口２ｇから自然落下により補充用流動媒体、脱硫剤又はクリンカ抑制剤のうちの何れか一つ又は二つ以上を同時に投入している。また、入口ダクト４Ｃに設けた投入口４ｅからも、脱硫剤及びクリンカ抑制剤のうちの少なくとも何れか一つ又は二つを同時に投入している。

その結果、補充用流動媒体や脱硫剤等を燃焼室１ｂに直接投入することによる炉内温度の低下を抑制することができるうえ、補充用流動媒体や脱硫剤等の研磨効果により燃焼室出口ダクト２内や入口ダクト４Ｃ内をクリーニングすることができ、燃焼室出口ダクト２や入口ダクト４Ｃの閉塞を防止することができる。

このように、上述した循環流動層ボイラにおいては、燃焼室出口ダクト２の底壁２ｄ，２ｆに水平部分を極力設けない構成とし、燃焼室出口ダクト２の下向きの出口２ｂに伸縮継手３を介して流動媒体回収器４の下向き傾斜状の入口ダクト４Ｃを接続しているため、燃焼負荷変動時や燃料変化時のガス流速低下によるダクト内（燃焼室出口ダクト２内、伸縮継手３内及び入口ダクト４Ｃ内）での飛灰や流動媒体Ｓの堆積を抑制することができ、その結果、多種類の燃料を切り替えて単独燃焼若しくは混合燃焼させても、広い燃焼範囲（高ターンダウン）で安定した運転を行えると共に、低負荷運転も可能になる。

また、この循環流動層ボイラにおいては、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅを流動媒体回収器４側へ下向きに傾斜させて形成しているため、排ガスＧの流速が上昇した場合でも、燃焼室出口ダクト２内での排ガスＧの流れが滑らかになり、燃焼室出口ダクト２の上壁２ｅ部分の排ガスＧと流動媒体Ｓによる摩耗を低減することができる。しかも、燃焼室出口ダクト２の流動媒体回収器４側の上壁２ｅの水管を耐摩耗性に優れた耐火物で保護したり、或いは、上壁２ｅを耐火物構造としているため、摩耗によるトラブルを防止することができる。

更に、この循環流動層ボイラにおいては、流動媒体回収器４の入口ダクト４Ｃの垂直部４Ｃ′を裸管状態の水管パネル構造としているため、入口ダクト４Ｃ内での熱回収量を高めることができる。

加えて、この循環流動層ボイラにおいては、燃焼室出口ダクト２と流動媒体回収器４の入口ダクト４Ｃとの間、流動媒体回収器４の排ガス出口４ａと排ガス出口ダクト８との間、流動媒体回収器４の流動媒体出口４ｂとダウンカマー５との間に伸縮継手３をそれぞれ介設すると共に、流動媒体回収器４を支柱９により中間支持構造で自立させているため、燃焼室１ｂを有する炉本体１も支柱９による中間支持構造で自立させることができ、循環流動層ボイラ全体を囲う支柱９類が不要となり、支柱９類を簡素化できて材料費や据付工事費を大幅に削減できると共に、工期も短縮することができる。

１は炉本体、１ａは流動層、１ｂは燃焼室、１ｃは燃焼室出口、１ｄは戻し口、２は燃焼室出口ダクト、２ａは入口、２ｂは出口、２ｃは燃焼室出口ダクトの燃焼室側の上壁、２ｄは燃焼室出口ダクトの燃焼室側の底壁、２ｅは燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁、２ｆは燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の底壁、２ｇは投入口、３は伸縮継手、４は流動媒体回収器、４Ａは円筒胴部、４ａは排ガス出口、４Ｂは円錐部、４ｂは流動媒体出口、４Ｃは入口ダクト、４Ｃ′は垂直部、４Ｃ″は傾斜部、４ｃは排ガス入口、４ｅは投入口、５はダウンカマー、６はループシール部、６ａは仕切壁、６ｂは溢流部、７は循環用ダクト、８は排ガス出口ダクト、９は支柱、Ｇは排ガス、Ｓは流動媒体、αは傾斜角度。

Claims (6)

1. 流動層及び燃焼室を有する炉本体と、炉本体の上部に設けた燃焼室出口に接続され、燃焼室出口から水平方向へ排出された排ガス、流動媒体、飛灰を下向きの流れにする四角筒状の燃焼室出口ダクトと、燃焼室出口ダクトに伸縮継手を介して接続された下向き傾斜状の入口ダクトを有し、燃焼室出口ダクトから下向きに排出された排ガス、流動媒体、飛灰を入口ダクトから受け入れてこれらを排ガス及び飛灰と流動媒体とに分離する円筒状の流動媒体回収器と、流動媒体回収器で分離された流動媒体を流動媒体回収器から炉本体内の流動層に戻すループシール部とを備えた循環流動層ボイラにおいて、前記燃焼室出口ダクトの燃焼室側の上壁は、水平に形成し、また、燃焼室側の底壁は、燃焼室に対して下向きに傾斜させて形成し、更に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁及び底壁は、流動媒体回収器側へ下向きに傾斜させて形成し、燃焼室出口ダクトの底壁に極力水平部分を設けない構成としたことを特徴とする循環流動層ボイラ。
2. 燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁内面に耐摩耗性に優れた耐火物を内張りし、前記上壁を燃焼室出口ダクトの他の部位よりも耐磨耗性を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ボイラ。
3. 燃焼室出口ダクトを内面を耐火物で保護した水管パネル構造とすると共に、燃焼室出口ダクトの流動媒体回収器側の上壁を鋼板に耐火物を内張りして成る耐火物構造としたことを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ボイラ。
4. 燃焼室出口ダクトに伸縮継手を介して接続される流動媒体回収器の入口ダクトの少なくとも垂直部を水管が裸管状態になっている水管パネル構造としたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の循環流動層ボイラ。
5. 燃焼室、燃焼室出口ダクト、流動媒体回収器、流動媒体回収器とループシール部を接続するダウンカマー、ループシール部、ループシール部と炉本体を接続する循環用ダクトをそれぞれ水管パネル構造としたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の循環流動層ボイラ。
6. 燃焼室、燃焼室出口ダクト、流動媒体回収器、流動媒体回収器とループシール部を接続するダウンカマー、ループシール部、ループシール部と炉本体を接続する循環用ダクトをそれぞれ耐火物構造としたことを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ボイラ。

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