JP6450957B2 - 循環流動層ボイラ、及び循環流動層ボイラの起動方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温の粒子を流動させて燃料を燃焼し、この燃焼による熱を用いて蒸気を発生させる循環流動層ボイラ、及び循環流動層ボイラの起動方法に関する。

従来、火炉内で発生した排ガスを排出する流路内に、排ガスの熱を回収する伝熱部が設けられた循環流動層ボイラが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の循環流動層ボイラには、排ガスの熱を回収可能な伝熱部として、過熱蒸気を生成する過熱器、ボイラ給水を予熱する節炭器、及び火炉内に供給される空気を加熱するガスエアヒーターが設けられている。

特開２００２−１６８４２３号公報

例えば、ガスエアヒーターを備えていない小型の循環流動層ボイラは、過熱器及び節炭器によって、排ガスの熱を回収する。ボイラ起動時において、蒸気が発生していない状態では、ボイラ給水の補給が不要であるので、ボイラ給水の循環が起きない。そのため、ボイラ給水に排ガスの熱を伝熱する節炭器で、排ガスの熱を回収することができず、排ガスの温度が低下せず、排ガス温度が下流側の機器の設計温度を超えてしまうおそれがある。本発明は、起動時において排ガス温度を低下させることが可能な循環流動層ボイラ及び循環流動層ボイラの起動方法を提供することを目的とする。

本発明に係る循環流動層ボイラは、火炉から排出された排ガスとボイラ給水とを熱交換することで排ガスの熱を回収可能な節炭器を備えた循環流動層ボイラにおいて、節炭器にボイラ給水を送水するボイラ給水供給ポンプと、節炭器内を流れたボイラ給水を循環させるボイラ給水循環経路と、を備え、ボイラ給水循環経路は、脱気器と前記節炭器とを接続し、脱気器内のボイラ給水を節炭器に供給するボイラ給水供給配管と、節炭器と脱気器とを接続し、節炭器内を流れたボイラ給水を脱気器へ返送する回収配管と、を有し、回収配管は、節炭器から排水されたボイラ給水を蒸気ドラムへ供給する蒸気ドラム連絡配管から分岐され、回収配管には、節炭器内を流れたボイラ給水の圧力を減圧する減圧部として制限オリフィスが設けられている。

また、本発明に係る循環流動層ボイラの起動方法は、火炉から排出された排ガスとボイラ給水とを熱交換し、過熱蒸気を発生させる過熱器の後段に設けられ、排ガスの熱を回収可能な節炭器を備えた循環流動層ボイラを起動する方法において、蒸気発生前にボイラ給水供給ポンプを起動し、ボイラ給水を節炭器に供給して、節炭器内にボイラ給水の流れを発生させ、節炭器内を流れたボイラ給水を、制限オリフィスを用いて減圧した後に、脱気器へ供給するボイラ給水流通工程と、火炉内で燃焼を生じさせて、排ガスと節炭器内を流れたボイラ給水とを熱交換させて熱回収する熱回収工程とを備えて構成される。

本発明の循環流動層ボイラ及び循環流動層ボイラの起動方法によれば、ボイラ給水供給ポンプによって、ボイラ給水を送水し、ボイラ給水がボイラ給水供給配管を通り、節炭器へ供給される。ボイラ給水は、節炭器から排水されて回収配管を通り回収される。これにより、節炭器にボイラ給水の流れを生じさせることができる。排ガスと熱交換することで加熱されたボイラ給水は、節炭器から排出され、節炭器には連続してボイラ給水が給水されるので、排ガスの熱を継続的にボイラ給水に伝熱することができる。その結果、ボイラの起動時において、節炭器によって排ガスの熱を回収して、排ガスの温度を低下させることができる。

ここで、循環流動層ボイラは、節炭器内を流れたボイラ給水を循環させるボイラ給水循環経路を備え、ボイラ給水循環経路は、脱気器と節炭器とを接続し、脱気器内のボイラ給水を節炭器に供給するボイラ給水供給配管と、節炭器と脱気器とを接続し、節炭器内を流れたボイラ給水を脱気器へ返送する回収配管と、を有しているので、節炭器から排水されたボイラ給水を、回収配管を用いて脱気器へ戻し、脱気器で回収されたボイラ給水を節炭器へ供給することができる。このため、ボイラ給水を循環させることができ、ボイラ給水を繰り返し使用することで、ボイラ給水の使用量を抑えることができる。ボイラ給水は、脱気器内のボイラ給水と混合することにより温度が低下し、温度が下がったボイラ給水が、節炭器に供給されて、排ガスの熱を回収する。

ここで、回収配管は、節炭器から排水されたボイラ給水を蒸気ドラムへ供給する蒸気ドラム連絡配管から分岐されている。蒸気が発生し通常の運転状態となったあとは、節炭器を流れたボイラ給水は、連絡配管を通り蒸気ドラムへ供給される。この構成の循環流動層ボイラでは、起動時において排ガス温度を低下させるための専用の節炭器を設けるのはなく、通常、使用される節炭器を用いて、起動時の排ガス温度を低下させることができる。

ここで、回収配管には、節炭器内を流れたボイラ給水の圧力を減圧する減圧部として制限オリフィスが設けられているので、減圧部である制限オリフィスによって減圧されたボイラ給水を脱気器へ戻すことができる。

ここで、節炭器から排水されたボイラ給水の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出されたボイラ給水の温度に基づいて、回収配管を流れるボイラ給水の流量を制御する流量制御部と、を備えていると、ボイラ給水の温度に基づいてボイラ給水の流量を制御することができる。このため、ボイラ給水の温度変化に応じて、循環するボイラ給水の流量を制御し、排ガス温度を調整することができる。

本発明によれば、起動時において排ガスの温度を低下させることができる循環流動層ボイラを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る循環流動層ボイラを示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、図１を用いて、本実施形態の循環流動層ボイラについて説明する。

図１に示す循環流動層ボイラ１００は、高温で流動する固体粒子（循環材、珪砂）を循環させながら、燃料を燃焼して、蒸気を発生させる装置である。循環流動層ボイラでは、燃料として、例えば、非化石燃料（木質バイオマス、廃タイヤ、廃プラスチック、スラッジなど）を使用することができる。循環流動層ボイラ１００で発生した蒸気は、例えば発電タービンの駆動に用いられる。

循環流動層ボイラ１００は、火炉１内で燃料を燃焼し、サイクロン２によって排ガスから循環材を分離して、分離された固体粒子を火炉１内に戻して循環させる。分離された循環材は、サイクロン２の下方に接続された循環材回収管３を経由して、火炉１の下部に返送される。サイクロン２によって固体粒子が取り除かれた排ガスは、排ガス流路５を通り、図示しない排ガス処理装置に供給される。

火炉１は、燃料を燃焼させる燃焼炉である。火炉１には、燃料を投入する投入口１ａが設けられている。火炉１には、燃焼用空気を火炉１内に供給するためのファン４が接続されている。火炉１の上部には、燃焼により生じた排ガスをサイクロン２へ排出する排出口１ｂが設けられている。また、火炉１の炉壁には、ボイラ給水を加熱するための炉壁管６６が設けられている。炉壁管６６内を流れるボイラ給水は、火炉１内での燃焼によって加熱される。

排ガス流路５は、サイクロン２から排出した排ガスを下方へ流す流路を形成している。排ガス流路５内には、排ガスの熱を回収する伝熱部（排熱回収部）として、過熱蒸気を発生させる過熱器１２、及びボイラ給水を予熱する節炭器１０が設けられている。排ガス流路５内を流れる排ガスは、過熱器１２及び節炭器１０で熱交換されて冷却される。

また、循環流動層ボイラ１００は、ボイラ給水の溶存酸素を除去するための脱気器１６、脱気器１６内のボイラ給水を節炭器１０に供給するボイラ給水供給ポンプ２４、節炭器１０を通過したボイラ給水が貯留されると共に、火炉１の炉壁管６６と接続された蒸気ドラム１８を備えている。

脱気器１６は、ボイラ給水供給配管２２によって、節炭器１０と接続されている。ボイラ給水供給配管２２には、ボイラ給水供給ポンプ２４が接続されている。脱気器１６に貯留されているボイラ給水は、ボイラ給水供給ポンプ２４によって送水され、ボイラ給水供給配管２２内を流れて、節炭器１０に供給される。

節炭器１０は、排ガスの熱をボイラ給水に伝熱して、ボイラ給水を予熱する。節炭器１０は、配管６２によって、蒸気ドラム１８と接続されている。節炭器１０によって加熱されたボイラ給水は、配管６２を通り蒸気ドラム１８に供給される。

蒸気ドラム１８には、降水管６４、及び炉壁管６６が接続されている。蒸気ドラム１８内のボイラ給水は、降水管６４内を下降し、火炉１の下部側で炉壁管６６内に導入される。炉壁管６６内のボイラ給水は、火炉１の燃焼によって加熱されて、蒸気ドラム１８内で蒸発し蒸気となる。

蒸気ドラム１８には、内部の蒸気を排出する配管６８が接続されている。配管６８は、蒸気ドラム１８と過熱器１２とを接続している。蒸気ドラム１８内の蒸気は、配管６８を通り、過熱器１２に供給される。過熱器１２は、排ガスの熱を用いて蒸気を加熱して、過熱蒸気を生成する。過熱蒸気は、配管７０内を通り、循環流動層ボイラ１００外へ排出される。過熱蒸気は、発電タービンに供給されて発電に利用される。

ここで、本実施形態の循環流動層ボイラ１００は、起動時において、節炭器１０にボイラ給水を供給し、節炭器１０から排水されたボイラ給水を回収して循環させるボイラ給水循環経路３０を備えている。

ボイラ給水循環経路３０は、具体的には、脱気器１６、ボイラ給水供給配管２２、節炭器１０、及びボイラ給水回収配管２８を有する。ボイラ給水回収配管２８は、節炭器１０と脱気器１６とを接続している。ボイラ給水回収配管２８は、配管６２と分岐されている。

ボイラ給水回収配管２８には、開閉弁４０、及び制限オリフィス５５（減圧部）が設けられている。開閉弁４０を開閉することで、ボイラ給水回収配管２８内へのボイラ給水の流入を制御することができる。開閉弁４０を閉じることで、ボイラ給水回収配管２８へのボイラ給水の流入を停止し、開閉弁４０を開くことで、節炭器１０内を流れたボイラ給水をボイラ給水回収配管２８へ導入することができる。

ボイラ給水回収配管２８内に導入されたボイラ給水は、制限オリフィス５５によって減圧された後、脱気器１６内に供給されて回収される。ボイラ給水は、脱気器１６内のボイラ給水と混合することにより温度が低下する。脱気器１６内で貯留されたボイラ給水は、再度、ボイラ給水供給ポンプ２４によって送水されて、節炭器１０に供給される。

回収されたボイラ給水によって、脱気器１６内の水温が上昇した場合には、脱気器１６内のボイラ給水を抜き出して、より温度が低い新しいボイラ給水を脱気器１６に供給してもよい。

また、循環流動層ボイラ１００は、節炭器１０を流れたボイラ給水の温度を検出する温度検出部、及びこの温度検出部によって検出されたボイラ給水の温度に基づいて、節炭器１０に供給され、循環されるボイラ給水の流量を制御する流量制御部を備える構成でもよい。これにより、節炭器１０に供給されるボイラ給水の流量を制御して、排ガスからボイラ給水に伝熱される熱量を調節することができる。

ボイラを起動して、所定時間が経過した後、蒸気が発生し、蒸気ドラム１８の水位が低下した場合には、節炭器１０から排出されたボイラ給水を蒸気ドラム１８に補給する。その後、通常運転状態となり所定量の蒸気が発生したら、ボイラ給水循環経路３０を用いたボイラ給水の循環を停止する。

本実施形態の循環流動層ボイラ１００では、ボイラ給水循環経路３０を備えているので、ボイラ起動時において、未だ蒸気が発生していない場合でも、ボイラ給水を節炭器１０に供給して、ボイラ給水の流れを生じさせることができる。ボイラ給水供給ポンプ２４が、ボイラ給水を送水し、ボイラ給水はボイラ給水供給配管２２を通り節炭器１０へ供給される。ボイラ給水は、節炭器１０から排水されてボイラ給水回収配管２８を通り回収される。排ガスと熱交換することで加熱されたボイラ給水は節炭器１０から排出され、節炭器１０には継続的にボイラ給水が給水されるので、排ガスの熱はボイラ給水に好適に伝熱される。その結果、ボイラの起動時において、節炭器１０によって排ガスの熱を回収して、排ガスの温度を低下させることができる。ガスエアヒーターを備えていない小型の循環流動層ボイラ１００においても、起動時において、排ガスの熱を伝熱することで、排ガスの温度を低下させることができる。

また、循環流動層ボイラ１００では、脱気器１６に回収されたボイラ給水を循環させることができるので、ボイラ給水の使用量を抑えつつ、節炭器１０を用いて起動時の排ガス温度を低下させることができる。また、既設の節炭器１０を用いて、起動時の排ガス温度を制御することができるので、建設コスト、設計コストの上昇を抑制することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態にあっては、起動時において、ボイラ給水を循環させているが、ボイラ給水を循環させずに、新たなボイラ給水を節炭器１０に供給してもよい。

また、循環流動層ボイラ１００は、ボイラ給水循環経路３０に、ボイラ給水を冷却する冷却部を備える構成でもよい。

１…火炉、２…サイクロン、３…循環材回収管、５…排ガス流路、１０…節炭器、１２…過熱器、１６…脱気器、１８…蒸気ドラム、２２…ボイラ給水供給配管、２４…ボイラ給水供給ポンプ、２８…ボイラ給水回収配管、３０…ボイラ給水循環経路、４０…開閉弁、５５…制動オリフィス、６２，６８，７０…配管、６４…降水管、６６…炉壁管、１００…循環流動層ボイラ。

Claims (3)

1. 火炉から排出された排ガスとボイラ給水とを熱交換することで前記排ガスの熱を回収可能な節炭器を備え、ガスエアヒーターを備えていない循環流動層ボイラにおいて、
   前記循環流動層ボイラの起動時に、前記節炭器に前記ボイラ給水を送水するボイラ給水供給ポンプと、
   前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水を循環させるボイラ給水循環経路と、を備え、
   前記ボイラ給水循環経路は、
   脱気器と前記節炭器とを接続し、前記脱気器内の前記ボイラ給水を前記節炭器に供給するボイラ給水供給配管と、
   前記節炭器と前記脱気器とを接続し、前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水を前記脱気器へ返送する回収配管と、を有し、
   前記回収配管には、前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水の圧力を減圧する減圧部として制限オリフィスが設けられており、
   前記回収配管の前記節炭器と前記制限オリフィスの間には、前記節炭器から排水された前記ボイラ給水を蒸気ドラムへ供給する蒸気ドラム連絡配管が分岐され、
   前記蒸気ドラムは、降水管及び炉壁管が接続されており、蒸気ドラム内のボイラ給水は、降水管内を下降し、火炉の下部側で炉壁管内に導入され、炉壁管内のボイラ給水は、火炉の燃焼により加熱されて、蒸気ドラム内で蒸発し蒸気となり、
   前記蒸気ドラムは、内部の前記蒸気を排出する配管が接続され、前記配管は、前記蒸気ドラムと、蒸気を加熱する過熱器とを接続し、
   前記過熱器は、排ガス流路内において、前記節炭器より排ガスの流れの上流側に配置されていることを特徴する循環流動層ボイラ。
2. 前記節炭器から排水された前記ボイラ給水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段によって検出された前記ボイラ給水の温度に基づいて、前記回収配管を流れる前記ボイラ給水の流量を制御する流量制御部と、を備える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. 火炉から排出された排ガスとボイラ給水とを熱交換し、過熱蒸気を発生させる過熱器より排ガス流路の排ガスの流れの下流側に設けられ、前記排ガスの熱を回収可能な節炭器を備え、ガスエアヒーターを備えていない循環流動層ボイラを起動する方法において、
   前記流動層ボイラは、前記節炭器に前記ボイラ給水を送水するボイラ給水供給ポンプと、
   前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水を循環させるボイラ給水循環経路と、を備え、
   前記ボイラ給水循環経路は、
   脱気器と前記節炭器とを接続し、前記脱気器内の前記ボイラ給水を前記節炭器に供給するボイラ給水供給配管と、
   前記節炭器と前記脱気器とを接続し、前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水を前記脱気器へ返送する回収配管と、を有し、
   前記回収配管には、前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水の圧力を減圧する減圧部として制限オリフィスが設けられており、
   蒸気ドラム内の蒸気発生前に前記ボイラ給水供給ポンプを起動し、前記ボイラ給水を、脱気器から前記節炭器に供給して、節炭器内にボイラ給水の流れを発生させ、前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水を、制限オリフィスを用いて減圧した後に、前記脱気器へ返送するボイラ給水流通工程と、
   前記火炉内で燃焼を生じさせて、前記排ガスと、前記ボイラ給水流通工程により前記節炭器内を流れた前記ボイラ給水とを熱交換させて熱回収する熱回収工程とを備えることを特徴とする循環流動層ボイラの起動方法。
   

Images