JPH0359323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流動層燃焼装置に係り、特に流動層
部を複数の区画に形成した装置の、各区画毎の運
転、停止を良好に行える装置に関する。

流動層燃焼装置は比較的難燃性のものでも良好
に燃焼（焼却）し得るためその利用分野が拡大し
ている。この燃焼装置の一つとして燃焼により発
生した熱を温水、蒸気等として回収する流動層ボ
イラがあるが、この流動層ボイラの一つとして、
流動層を複数の区画（セル）に形成し、各セル毎
の運転、停止を行うことによりボイラ負荷を幅広
くさせ、かつ流動層の起動を容易に行えるボイラ
が開発されている。この形式のボイラにおいて
は、各セルの運転状態、とりわけ運転停止中のセ
ルを再起動する場合にこのセルの流動化開始時点
を正確に検知する必要がある。即ち従来の運転方
法では運転中止中のセル（区画）上方の層の流動
媒体の密度は流動化の気体の供給を受けていない
ことからその密度は次第に大となつて行く。従つ
て再起動しようとすると運転中のセルよりも流動
化用気体の圧力を大にしないと流動化しないこと
となる。またその層内部の濃度も低いものとなつ
てくる。このような状態でセル起動時に流動化開
始空気量以上の空気を投入すると既に運転中のセ
ルの層温度を例えば150℃以上も低下させてしま
い蒸気条件が変動してしまう。また他の運転中の
セルに対する空気供給量が過剰となつて高O₂分
圧下で多量の窒素酸化物（NOx）が生成される
ことになる。また逆に空気供給量が流動化開始空
気量以下であると起動時間が長くなるという問題
がある。このため従来からセルの流動開始時期を
的確に検知する方法が要望されているがいづれの
方法もその要望を満足させるには至つていない。

先ず、半実験式により被起動セルの流動化開始
に必要な空気量を算出する一般式を定め、この式
に基づいて供給空気量から流動化開始時期を推定
する方法がある。しかし、流動媒体の性状、その
粒径、粒度分布、媒体層に対する燃料投入の有
無、停止中のセル温度、セル内に対する層内伝熱
管の有無等の種々の要因によつて流動化開始時期
は相違する。従つて一般式による流動化開始時点
の推定はきわめて不正確なものとならざるを得
ず、少くともこの方法のみでは実用に耐えること
ができない。

次に目視による方法も考えられるが、層内およ
び空塔部は運転中のセルによつて媒体の一部飛
散、燃焼ガス等によつて視界がきかず、かつ元来
流動層の表面は水面の如く画然としたものではな
いため、やはり正確な検知は困難である。また目
視部の形成のために火炉構造に対して特別配慮を
せねばならず、特に実用プラントにおいては安全
上、経済上問題がある。

この発明は上述した問題点に鑑み構成したもの
であり、各セル内の流動媒体の流動化開始時期を
正確に検知し得る運転方法を提供することを目的
とする。

要するにこの発明は、被起動セルにおいて流動
化を開始する時点に層内の上昇率が急激に高くな
ることに着目し、この温度変化を検知することに
より媒体の流動化開始時期を検知することを内容
とする方法である。

次にこの発明の実施例を説明するのに先立つ
て、流動化開始時期と層内温度の上昇率の変化と
の関係について、発明者等の実験結果も含めて考
察する。

第１図において、ボイラ本体１の多孔板２の下
部には複数の空気室３ａ，３ｂ，３ｃが区画形成
しており、各空気室に対する空気の供給、遮断を
行うことによりその上部の媒体を流動化させ、ま
たは停止させる。なお図示のものにおいては媒体
層内には隔壁は形成していないが、静止層高さの
全部または一部の高さに隔壁を形成してもよい。
以下、各空気室の上部の媒体配置部を、隔壁の有
無に係りなく各々セルと称することにする。第１
図の場合においては空気室３ａ，３ｂに対して流
動化空気が供給され、その上部のセル４ａ，４ｂ
の媒体が流動化され流動層を形成している。一方
セル４ｃはこれから起動を開始するところであ
り、空気室３ｃに対する空気供給量が徐々に増加
させているところである。空気供給量の増加と共
に静止層内には流動化空気が徐々に浸透し、流動
用空気で層中の加熱物の燃焼が徐々に行われ、ま
たは供給空気が予熱されているとその熱により層
温度が上昇し始める。さらに空気供給量を増加
し、媒体の流動化が開始すると運転中の隣室４ｂ
等のセルから高温の媒体と急激に混合するため層
温度は急上昇する。

以上の場合において、静止層にある程度燃料を
投入しておいた場合には流動化開始と共に燃料の
燃焼状態が急激に良好となり、層温度はより急激
に上昇する。

第２図は熱風炉を用いてセルの起動を行う場合
について示す。この場合にはセルの起動に当つて
は流動化空気として熱風炉５で加熱した空気を供
給するようにしてあり、セル４ｃの起動に当つて
はこの熱風を供給する。熱風の供給量を徐々に増
加させると静止層内にこの加熱ガスは浸透し、そ
の層の温度は上昇するが、その層の昇温は比較的
緩かである。しかし流動化が開始するとこの静止
層であつた部分の粒子と隣室の上部の高温媒体粒
子との混合は急速に行なわれその層温度は急上昇
する。この場合発明者等は以上の事実を実験的に
も確認し、いづれのセル起動方法においても、セ
ルの流動化開始と共にセル内の温度は急上昇する
ことが確認できた。

第３図はこの発明の実施例を示す。図中流動層
ボイラ本体１の多孔板２の下部には空気室３ａ，
３ｂが区画形成してあり、その上部には隔壁６を
介してセル７ａ，７ｂが形成してある。ここでセ
ル７ｂは運転中であり、かつセル７ａをこれから
起動する場合を想定してこの実施例を示す。な
お、各センサ、制御部はセル７ａ側についてのみ
図示しているが、他のセルに対してももとより取
り付けてある。８は記憶と指令信号を発する制御
箱であり、セル７ａの起動に当つてはタイマ９を
介してダンパ１０の開度を徐々に増加させる。す
なわち、単位時間毎にダンパ開度を段階的に増加
させ、この単位時間内での層温度の変化を温度検
知器１１により検知し、制御箱８に入力する。制
御箱８はこの検知結果により、単位時間当りの層
内温度の上昇率を算出し、単位時間における温度
が急上昇した時点をもつてセル７ａの流動化開始
時を推定する。なお温度は検知器を層内に直接配
置する外、流動層壁面の外側に密着して配置する
ことにより検知するようにして検知器の寿命を延
長させることもできる。メンブレン構造の壁面の
場合には水管の影響のないフイン中央部に配置す
ると良い。

第４図はこの検知状態の一例を示す。被起動セ
ルに対しては、単位時間t₁を設定して、空気供給
量を段階的に増加させる。図示の場合には単位時
間t₁を10秒とし、単位時間毎の空気増加量を
200Nm³／ｈとする。最初の段階においては温度
上昇は比較的少く、かつ上昇率もほぼ一定してい
る。しかし所定時間（図示のものは約120秒）経
過した時点においては温度は急上昇し流動化開始
が推定される。図示の場合は単位時間（t₁）（図
示例では10秒）に対する上昇温度（Te）が８℃
に急上昇し、流動化開始が確認される。なお５℃
以上の温度上昇があれば流動化が開始しているこ
とが実験的に確認できた。この時点でダンパ１０
の開度調節は一旦停止し、流動状態を保持する。
但し、この時点における空気供給量は流動状態を
保持する最低流量であるからチヤネリングやバブ
リングを生じ易いので、以後空気供給量を適正に
制御する。以上空気供給を段階的に増加させる場
合について説明したが、もとよりこれに限るもの
ではなく、ダンパ開度を連続的に増大させる等し
て空気供給量を連続的に増加させてもよい。但
し、段階的増加の方が単位時間当りの昇温率を検
知するのは容易であると言える。

以上の場合においてセル内の差圧を検知し、こ
れに基づいて流動化開始時期を補足的に検知し、
これを補正値として制御をより精密に行うよう構
成するとよい。第３図において、１２は層入口部
と出口部との差圧を検知する差圧検知器であり、
この差圧も信号として制御箱８に入力される。第
５図はこの差圧△Ｐと層内に供給する空気の流速
との関係を示す。層内に供給する流動化空気の流
速を高めることにより差圧△Ｐは上昇し差圧P₁
において流動化を開始し、流動化開始と共に差圧
はやや低下してP₂となり以後流速を高めても差
圧はほぼ一定することが知られている。この差圧
P₁の際の流動化開始速度（Um₁）からUm₂に
低下する状態を検知することにより流動化開始時
期を推定することができる。なお、差圧P₁の時
点においては、以後の差圧変動の状態が不明であ
るため流動化開始を検知することは困難である。
以上により検知した結果を前述の層温度の変化に
基づく流動化開始推定の補正値として入力する。
但し、△Ｐと空気流速との関係は媒体粒子の性状
等により大きく変動し、かつP₁からP₂への変化
も不明瞭な場合があるのでP₁−P₂の差圧変動の
みでは流動化開始の推定はあまり正確には行えな
い。なお第５図中UTは一個の媒体粒子の自由落
下終端速度であり、流速をこれ以上増加させると
媒体は全て空塔部に飛散してしまい流動層は消失
する。従つて流動層は空気流速をUm₁からUT
の間とすることにより保持される。第３図の符号
１３は流動化気体の流量を検知する流量検知器で
あり、流量を検知することにより制御箱８は空気
流速を算出する。なお、以上の場合運転停止中の
セルに対しては燃焼排ガスをはじめとする不活性
ガスを供給しておき「おき」燃焼による灰分の溶
融、固化を防止するようにしてもよい。図中符号
１４はこのための排ガス供給用管路である。

この発明を実施することにより各セルの流動化
開始時期が正確に検知でき、蒸気条件に変動を与
えることなくセルの運転、停止が自由に行える。
また流動化していない層の上面又は層中に予め若
干の燃料を供給しておくときはその層の燃焼開始
即ち起動を容易のものにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図セル毎の運転状態を示す流動
層ボイラの断面図、第３図はこの発明に係る方法
を実施するための流動層ボイラの断面及び制御系
統を示す図、第４図は層温度、流動化空気量と時
間との関係を示す線図、第５図は差圧△Ｐと空気
流速との関係を示す線図である。 １……流動層ボイラ本体、７ａ，７ｂ……セ
ル、８……制御箱、１１……温度検知器、１２…
…差圧検知器、１３……流量検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のセルを有する流動層燃焼装置の各セル
   毎の運転、停止を制御する方法において、運転停
   止中のセルを起動するに当り、同セルに対する流
   動化気体の供給量を漸次増加するよう制御し、か
   つ単位時間におけるセル内の温度変化を検知し、
   単位時間における温度が急増した時点の空気量を
   流動化開始空気量とみなすことを特徴とする流動
   層燃焼装置の運転方法。 ２ 前記単位時間を約10秒とし、この単位時間に
   おける温度上昇が約５℃以上の時点を流動化開始
   時とみなすことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の流動層燃焼装置の運転方法。 ３ 運転停止中のセルに対して不活性ガスを供給
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の流動層燃焼装置の運転方法。 ４ 流動層の流動化気体入口部と出口部との差圧
   を検知し、差圧の変動を前記制御の補正値として
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいづれかに記載の流動層燃焼装置
   の運転方法。