JPH03282104A - 循環流動層ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は循環流動層ボイラに係り、特に循環流動層ボイ
ラ内の炉内粒子濃度を良好にするために好適な粒子循環
系統に関するものである。

［従来の技術］ 重油、石炭などを燃料とする流動層ボイラの層内温度は
通常８００〜９００℃とされ、この層内に伝熱管、蒸気
管を埋設した流動層ボイラにおいては、この伝熱管、蒸
気管の層中伝熱量（熱伝達率）が従来の微粉炭焚ボイラ
のガス流のみからの伝熱量に比べて５〜１０倍程度大き
く、大量の伝熱量をもたらす特徴がある。

そして、流動層ボイラは層中での伝熱特性が優れている
ことから、従来はぼた山に投棄していたスラッジ炭のよ
うな低品位炭、高硫黄分で高水分の低質炭、石油コーク
スや無煙炭であっても流動層ボイラの燃料として有効に
活用することができ、しかもこれら低品位炭や低質炭を
燃焼させることによって低品位炭や低質炭の減容にも役
立つことから近年流動層ボイラは脚光をあびている。

一方、流動層ボイラでは流動媒体として脱硫剤（石灰石
、ドロマイト）を用いれば一流動層ボイラ内で炉内脱硫
を行うこともでき、流動層ボイラでは８００〜９００℃
の低温燃焼であるために、サーマルＮ　ｏ　ｘが抑制で
きる利点もある。

以下、１ｉｉｉ環流動層流動ラの粒子循環系統について
第１０図を用いて説明する。

第１０図において、燃料バンカ１から供給される燃料粒
子２と媒体粒子バンカ３から供給される石灰石などの媒
体粒子４は燃料炉５に役人され、流動化用、燃料用空気
は押込通風機６、空気配管７から燃料炉５の炉底８およ
び二次空気人口９より供給され、燃焼炉５内で燃料粒子
２と流動化用、燃料用空気は混合されて浮遊燃焼する。

この燃焼炉５内での浮遊燃焼に伴なって粒子径が粗粒子
、細粒子、微小粒子へと順次小さくなり、飛故、乱流粒
子層を形成しながら更に燃焼炉５内を上昇する。これら
の飛散粒子は炉出立より一次分離器１ｏに入りこの一次
分離８１０で粗粒子は捕集されて一次り型バルブ１１を
当然落下した後、エヤレーションブロワ１２、エヤレー
ション配管１３および、エヤレーションノズル１４から
供給されるエヤレーション空気によって燃焼炉５内に戻
され再循環される。一方一次分離器１０を通過した燃焼
ガスは、過熱器１５、節炭器１６で熱交換した後、二次
分離器１７でガス中に残存する細粒子を分離し、空気予
熱器１８で燃焼用空気と熱交換して降温されるが、なお
残存するガス中の微粒子を三次分離器１９で除去した後
、誘引通風機２０にて吸引され煙突２１より大気へ放出
される。

−水分離器１０で捕集された粗粒子は燃焼炉５へ再循環
されて、再利用されるが二次分離器１７で捕集された細
粒子、三次分離器１９で捕集された微小粒子は、各々の
細粒子、微小粒子抜き出し管２２．２３より抜き出され
、図示していない灰処理設備等により灰ホッパに集積さ
れた後系外に排出される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の循環流動層ボイラでは二次分１ｉＦ！５１７以降
の後流側で捕集された細粒子、微小粒子は細粒子抜き出
し管２２、微小粒子抜き出し管２３によって系外に排出
されるため、燃焼炉５内を循環する粒子は、−水分離器
１０によって捕集される比較的粒径の大きいの粗粒子の
みを循環することになる。

ところが、循環流動層ボイラのボイラ容量が増大するの
に伴って一次り型バルブ１１での移動粒子量、エヤレー
ションノズル１４からのエヤレーション空気量も増加さ
せる必要があるが、この移動粒子量を増加させると一次
り型バルブ１１内では粒子の不規則流が発生し、この不
規則流によって粒子循環系統に振動が発生し好ましくな
い。

また、燃焼炉５内での粒子濃度分布は理論的に粒子の終
端速度に依存するものであり、ガス速度。

濃度、粒子径よって影響されるが、この中でガス速度は
燃焼ガス量で決定され１粒子層度分布は一次分離器１０
からの循環量で制御されるが、粒子径が一次分離器１０
の性能による比較的粗いもののみであり粒子の精度分布
を制御することはできない。

そして、媒体粒子を石灰石としてガス中の硫黄分を除去
するものに於いては細粒子、＊粒子中に未反応のＣａ　
ＣＯｓが多量（通常５〜１０％）に含まれており、ニー
テリティとしての石灰石が無私に消費される欠点がある
。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、一次り型バルブでの振動が防
止でき、しかも粒子の濃度分布を制御して石灰石の消費
量をできるだけ少なくしようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の目的を達成するために、一次り型バルブ
の途中に再循環する粒子を一次的に貯蔵するホッパを設
けたものである。

そして、二次分離器と燃焼炉の間に粒子を再循環する二
次り型バルブを配置したものである。

また、二次分離器と燃焼炉の間に粒子を再循環する二次
り型バルブを設け、この二次り型バルブの途中に二次り
型バルブ内の粒子流れを止めるシール調整弁と、粒子を
分配するマスフローライタを配置したものである。

［作用］ ホッパ内で粒子がゆっくりとした落下速度変化で移動す
るので、流量変動があっても振動を防止できる。

そして、二次り型バルブによって細粒子、微粒子も燃焼
炉へ再循環できるので、粒子の粒度分布を制御でき、石
灰石の消費量も少なくなる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る循環流動層ボイラの概略
系統図、第２図は第１図の要部を拡大した詳細図、第３
図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は一次り型バルブの
水平管内の流動状態を説明する模式図、第４図（ａ）、
（ｂ）は一次り型バルブの垂直管内の流動状態を説明す
る模式図、第５図は縦軸に一次り型バルブの振動を示し
、横軸に粒子の循環量を示した特性曲線図である。

第１図から第４図において、符号１から符号２３は第１
０図に示す従来のものと同一のものを示す。

２４．２５は一次り型バルブ１１の水平管、垂直管、２
６は一次り型バルブ１１の途中に設けた再循環する粒子
を一次的に貯蔵するホッパである。

この様な構造において、従来の循環流動層ボイラと異な
る点は一次り型バルブ１１の途中にホッパ２６を設けた
ことである。

第１図において、燃焼炉５から排出される排ガス中の粒
子は、−水分離器１ｏにより捕集され、一次り型バルブ
１１の垂直管２５を自然落下した後、第２図に示すホッ
パ２６に一次的に貯えられエヤレーションノズル１４か
ら供給されるエヤレーション空気により一次り型バルブ
１１のホッパ２６、水平管２４を通って、燃焼炉５へ戻
され再循環される。この一次り型バルブ１１の垂直管２
５と一次・Ｌ型バルブ１１の水平管２４内の流動状態を
第３図、第４図を用いて説明する。なお、第３図（、）
はエヤレーション空気量が少ない場合、第３図（ｂ）は
中間、第３図（ｃ）はエヤレーション空気量が多い場合
を示す。水平管２４においてエヤレーション空気量を第
３図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）の様に順次２４の増
加してゆくと粒子の移動量もエヤレーション空気量に比
例して増加してゆくが、まずエヤレーション空気量が少
ない場合は第３図（ａ）に示すように水平管２４の上層
の粒子のみが移動を開始し、下層の粒子は停止状態で波
動状のスラグフローとなって移動する。更に第３図（ｂ
）に示すようにエヤレーション量を増加すると上層の粒
子は第３図（ａ）のものよりもその波動は大きくなり、
下層の粒子は断続的に移動、停止をくり返す断続流れを
開始する。

そして、第３図（ｃ）に示すようにエヤレーション量を
増加すると、ついには上層、下層の粒子が共に連続的に
移動する連続流になる。

この第３図（ｃ）に示す場合でも、特に下層の粒子の移
動速度は断続的に早くなったり、遅くなったり変化をく
り返すが連続流である。この水平管２４での継続流れに
影きようされて、垂直管２５の流れも、水平管２４の流
れと同様に第４図（ａ）に示すように断続流となって移
動し、ついには第４図（ｂ）に示すように粒子が密充填
されて移動しなくなる。

この様に一次り型バルブ１１の水平管２４、垂直管２５
内で断続流が発生すると、この断続流の発生に伴なって
一次り型バルブ１１に振動が発生する。

以下、発明者等の行なった実験結果に基づいて一次り型
バルブ１１が振動する様子を第５図を用いて説明する。

第５図は縦軸に一次り型バルブ１１の振動を示し、横軸
に粒子の循環量を示したもので、第５図の曲線Ａは従来
の一次り型バルブ１１の振動特性を示し、曲線Ｂは一次
り型バルブ１１の途中にホッパ２６を設けたものの振動
特性を示す。

流動実験の１例として；内径２００＋ｎの一次り型バル
ブ１１について、その振幅と粒子循環量の関係を第５図
に示す。第５図の曲線Ａで示すように粒子循環量の増加
に伴い振動が増加し、粒子の循環量が約１５１ｃｇ／ａ
ｌ−５で最大の振動（１５０ｐ　ｍ）を示した。更に粒
子循環量を３０ｋｇ／ｍ”・Ｓまで増加したところ逆に
振動は／ＪＸさくなった。この原因は１５ｋｇ／ｍ”・
Ｓでは一次り型バルブ１１の水平管２４の下層粒子流の
停止、移動をくり返す断続流れ（第３図（ｂ））に相当
する循環量であり、３０ｋｇ／ｍ”・Ｓは下層粒子流速
が、早くなったり、遅くなったりする連続流れ（第３図
（Ｃ））に相当する循環量であることが、実験中の目視
観察の結果判明した。

なお、一次り型バルブ１１の振動は燃焼炉５内の炉内変
動とは周期的に一致せず、水平管２４内の断続流と全く
同一の周期で発生することも判明した。

従って本発明の実施例においては、第１図、第２図に示
すように一次り型バルブ１１の途中にホッパ２６を設け
、一次り型バルブ１１内での断続流を防止したのである
。

つまり、粒子は一次り型バルブ１１の垂直管２５を自然
落下する途中に防振器と１２のホッパ２６に入り、−締
、留められた後、エヤレーションノズル１４より供給さ
れるエヤレーション空気により、一次り型バルブ１１の
水平管２４を通って燃焼炉５に戻され再循環される。

この様にホッパ２６を設けることによって、第５図の曲
線Ｂで示すように粒子循環量を変えても振動が低下した
。

それはホッパ２６内に留められた粒子が断続流に対する
クツション作用となり、かつ、ホッパ２６内に留められ
た粒子の安息角のゆるやかな移動流れによって一次り型
バルブ１１の水平管２４の断続流れが連続流れへと変化
するためである。

この様に一次り型バルブ１１内の垂直管２５における粒
子の落下８Ｉ撃はホッパ２６内の粒子によってやわらげ
られ、しかも一次り型バルブ１１の水平管２４内の流れ
もホッパ２６内でのゆるやかな流れによって断続流から
連続流となるために、循環系統の振動を少なくすること
ができる。

第６図は他の実施例を示すもので、第６図は循環流動層
ボイラの概略系統図、第７図は縦軸に燃焼炉の炉高を示
し、横軸に粒子濃度を示した特性曲線図である。

第６図において、符号１から２１．２３は第１図および
第２図のものと同一のものを示す。

２７は二次分離器１７と燃焼炉５の間に設けた二次り型
バルブ、２８はエヤレーション配管１３から分岐した二
次エヤレーション配管、２９は二次エヤレーションノズ
ルである。

この様な構造において、第１図および第２図に示すもの
と異なる点は、第１図、第２図のものにおいては一次分
離器１０で分離された粗粒子のみを一次り型バルブ１１
によって燃焼炉５へ再１ｉＩｉ］！ｊＩし、二次分離器
１７で分離された細粒子は細粒子抜き出し管２２から系
外に排出されていたが、第６図のものにおいては二次分
離器１７と燃焼炉５の間に二次り型バルブ２７を設け、
二次分離ｉ１７で捕集された細粒子を二次り型バルブ２
７によって燃焼炉５へ再循環する点で異なる。

つまり、第１図、第２図のものにおいては第７図の曲線
Ｃで示すように燃焼炉５内の濃度分布は一次分離器１０
からの循環量で制御されるために、燃焼炉５の炉高方向
における粒子濃度は薄く、炉底８付近の粒子濃度は濃く
なり、熱伝達の面からは好ましくない。

それは炉底８付近の粒子濃度が濃くてもこの粒子は炉底
８付近でバブリングしているのみで熱伝達には余り寄与
することがなく、炉高方向の粒子濃度が熱伝達量に寄与
するからである。

従って、第６図のものにおいては、二次り型バルブ２７
からの細粒子を燃焼炉５へ再循環するために細粒子の量
が増加し、第７図の曲線りで示すように曲線Ｃのものと
比べて炉底８付近の粒子濃度は薄くなり、炉高方向の粒
子濃度が濃くなるために熱伝達量は多くなるので、それ
だけ熱効率はよくなり、細粒子中に含まれる未反応の石
灰石を有効に再利用できる。

また、第１図、第２図のものにおいては石炭粒子を燃料
として用いる場合は石炭灰が流動媒体として利用できる
ので問題ないが、燃料としてパーク、木くず。スラッジ
を用いる場合には流動媒体が少なくなり、砂などの流動
媒体を追加する必要がある。

これに対し、第６図のものにおいては二次分離器１７で
捕集された細粒子も二次り型バルブ２７から燃焼炉５内
へ再循環させるので、燃料としてパーク、木くず、スラ
ッジを用いる場合であっても流動媒体を追加する必要は
なくなる。

第８図、第９図は他の実施例を示すもので、第８図は二
次り型バルブの拡大図、第９図はマスフローライタの斜
視図である。

第８図において、２７は二次り型バルブ、２８は二次エ
ヤレーション配管、２９は二次エヤレーションノズル、
３０．３１は二次り型バルブ２７の垂直管および水平管
３２．３３は二次り型バルブ２７の途中に設けたシール
調整弁およびマスフローフィーダ、３４は仕切板、３５
は仕切板３４で仕切られたます、３６は細粒子レベル検
出器、３７は開閉駆動機、３８は回転調整機である。

この様な構造において、二次分離器１７により捕集され
た細粒子は二次り型バルブ２７の垂直管３０内を自重で
降下し、シール調整弁を３２通過してマスフローフィー
ダ３３に入る。マスフローライタ３３の内部は第９図に
示すように仕切板３４で仕切られており細粒子は第９図
に示すます３５へ入りマスフローフィーダ３３の回転に
よってブロックとして水平管３１に排出される。水平管
３１にブロック状で入った細粒子は二次エヤレーション
ノズル２９からのエヤレーション空気により燃焼炉５側
へ排出される。

二次り型バルブ２７の垂直管３０には細粒子レベル検出
器３６があり、開閉駆動機３７と連動して、シール調整
弁３２の開度を調整する。すなわち垂直管３０内での細
粒子のレベルが低い場合（実際には細粒子レベルが低い
時には洩れエヤで細粒子はバブリング状態になるため零
となる。）にはシール調整弁３２を徐々に閉じる。シー
ル調整弁３２を閉じることにより、細粒子のバブリング
は静止して細粒子は落下して流れ、再び粒子レベルが低
下し、二次エヤレーションノズル２９からの洩れエヤで
粒子がバブリング状になれば更に°シール調整弁３２を
徐々に閉じる。この動作をくり返すことにより全量排出
してシール調整弁３２は全閉する。

この様に細粒子は回転調整機３８によるマスフローフィ
ーダ３３の回転によってます３５内に貯蔵された細粒子
が排出され、エヤレーションノズル２９からのエヤレー
ション空気はマスフローフィーダ３３のまず３５内に充
填された細粒子と。

シール調整弁３２によってシールされているので、垂直
管３０への漏れや逆流も少なくなり、エヤレーション空
気のほとんどは水平管３１内の搬送用空気として利用で
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、Ｌ型バルブでの振動が防止でき、しか
も細粒子による濃度分布が制御でき、石灰石の消費量も
少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る循環流動層ボイラの概略
系統図、第２図は第１図の要部を拡大した詳細図、第３
図（ａ）　、　（ｂ）、　（ｃ）は一次り型バルブの水
平管内の流動状態を説明する模式図、第４図（ａ）、（
ｂ）は一次り型バルブの垂直管内の流動状態を説明する
模式図、第５図は縦軸に一次り型バルブの振動を示し、
横軸に粒子の循環量を示した特性曲線図、第６図は他の
実施例を示した循環流動層ボイラの概略系統図、第７図
は縦軸に燃焼炉の炉高を示し、横軸に粒子濃度を示した
特性曲線図、第８図は二次り型バルブの拡大図、第９図
は第８図のマスフローライタの斜視図、第１０図は従来
の循環流動層ボイラの概略系統図である。 １・・・・・・燃料バンカ、２・・・・・・燃料粒子、
３・・・・・・媒体粒子バンカ、４・・・・・・媒体粒
子、５・・・・・・燃焼炉、８・・・・・・炉底、１ｏ
・・・・・・−水分離器、１１・・・・・・一次り型バ
ルブ、１７・・・・・・二次分離器、２６・・・・・・
ホッパ、２７・・・・・・二次り型バルブ、３２・・・
・・・シール調整弁、３３・・・・・・マスフローライ
タ。 第２図 ４ ［３図 流量小 流量中 ５丸量人 第４図 （Ｑ） （ｂ） 第５１！１ 第７１１ 第８図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料バンカからの燃料粒子と媒体粒子バンカから
   の媒体粒子を遊浮燃焼させる燃焼炉の出口に、排ガスか
   ら粒子を分離する一次分離器、二次分離器を設け、一次
   分離器で分離した粒子を一次Ｌ型バルブで燃焼炉の炉底
   へ再循環するものにおいて、前記一次Ｌ型バルブの途中
   に再循環する粒子を一次的に貯蔵するホッパを設けたこ
   とを特徴する循環流動層ボイラ。
2. （２）燃料バンカからの燃料粒子と媒体粒子バンカから
   の媒体粒子を浮遊燃焼させる燃焼炉の出口に、排ガスか
   ら粒子を分離する一次分離器、二次分離器を設け、一次
   分離器で分離した粒子を一次Ｌ型バルブで燃焼炉の炉底
   へ再循環するものにおいて、前記二次分離器と燃焼炉の
   間に粒子を再循環する二次Ｌ型バルブを配置したことを
   特徴とする循環流動層ボイラ。
3. （３）燃料バンカからの燃料粒子と媒体粒子バンカから
   の媒体粒子を浮遊燃焼させる燃焼炉の出口に、排ガスか
   ら粒子を分離する一次分離器、二次分離器を設け、一次
   分離器で分離した粒子を一次Ｌ型バルブで燃焼炉の炉底
   へ再循環するものにおいて、前記二次分離器と燃焼炉の
   間に粒子を再循環する二次Ｌ型バルブを設け、 この二次Ｌ型バルブの途中に二次Ｌ型バルブ内の粒子流
   れを止めるシール調整弁と、 粒子を分配するマスフローライタを配置したことを特徴
   とする循環流動層ボイラ。