JPH0418201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流動層形成領域の流動媒体層を該領
域下の流動化ガス噴出領域に流動化ガスを供給す
ることにより流動せしめ、前記流動層形成領域に
導いた伝熱管により熱回収を行わしめるよう構成
された流動層燃焼ボイラ装置等の流動層熱回収装
置において、流動層の負荷を制御するための方法
に関するものである。

（従来の技術） 例えば、流動層燃焼ボイラ装置にあつては、流
動層形成領域に砂、脱硫剤、灰等の固体粒子から
なる流動媒体層に設けて、これを該領域下の流動
化ガス噴出領域に流動化ガスたる加熱空気を供給
することにより流動せしめると共に、この流動層
に石炭、木屑、産業廃棄物等の燃料を供給して燃
焼させ、前記流動層形成領域に導いた伝熱管によ
り熱を回収して、その回収熱を所定の熱負荷部に
供給するようになされているが、一般に、負荷が
変動して設計定格負荷よりも減少した場合には、
流動媒体の流動速度が低下すると共に流動層高さ
も減少して、負荷変動に対する装置の調整幅つま
りターンダウンが制限されることになる。すなわ
ち、流動媒体の流動化適正速度範囲におけるター
ンダウンは35％程度であるが、通常は、流動媒体
による伝熱管の摩損を防止する観点から60〜70％
程度に抑えられていること、及び流動層温度も炉
内脱硫効率、窒素酸化物生成抑制、燃料の安定燃
焼、灰の溶融等を考慮して一定の温度範囲に制限
されていることから、充分なターンダウンを得る
ことができない。

そこで、従来からも、かかる問題を解消すべく
種々の流動層の負荷制御方法が提案されており、
一般に、流動媒体層を設けた流動層形成領域を仕
切板により区画すると共に、各区画領域の流動媒
体層部分に供給する流動化ガス量を各別に制御し
て、負荷変動に応じて流動化させる流動媒体層部
分を増減させることによつて流動層の負荷制御を
行わしめるようにした方法（以下「第１従来方
法」という。）、また流動層形成領域で発生した排
ガスの一部を負荷に応じて流動化ガス噴出領域に
循環させ、この循環排ガスを流動化ガスに混合さ
せて流動媒体層に供給するようにして、流動速度
を一定に維持することにより負荷を調整する方法
（以下「第２従来方法」という。）、さらに流動媒
体層の高さを負荷変動に応じて変化させる方法
（以下「第３従来方法」という。）が知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、第１従来方法では、流動媒体の流動に
よつて仕切板が摩損し易く、耐久性の面で問題が
ある。しかも、非流動状態にある流動媒体層部分
を負荷増大に伴い流動化させた場合、この流動媒
体層部分がこれに隣接する流動状態にある流動媒
体層部分と仕切板で分離されているため、新たな
流動層への火移りが迅速に行われず、急激な負荷
変動に対応し難いといつた問題がある。

また、第２従来方法では、排ガスを高圧の流動
化ガスと混合させるため、排ガスを循環させるた
めの循環フアンとしてかなり高圧のものが必要と
なり、電気代が嵩む等の問題がある。

さらに、第３従来方法は、流動媒体の抜き出
し、供給が極めて煩雑であり、実用的なものとは
いい難い。

本発明は、このような問題を解消して、ターン
ダウンを大幅にとることのできる流動層の負荷制
御方法を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の負荷制御方法及び負荷制御装置は、か
かる目的を達成すべく、前記した流動層熱回収装
置において、特に、流動化ガス噴出領域を複数の
単位噴出領域に区画することで流動層形成領域を
実質的に区画して、流動媒体の流動域を負荷変動
に応じて広狭変化させうるようにしたものであ
る。

すなわち、第１発明の方法は、流動化ガス噴出
領域を複数の単位噴出領域に区画し、この各単位
噴出領域に供給する流動化ガス量を各別に制御し
て、各単位噴出領域に対応する流動媒体層部分を
流動層若しくは流動しない非流動層に維持させ、
且つ流動層に隣接する非流動層には、それが流動
層への移行を開始しないものであつても、流動化
ガスの供給を停止することなく一定量の流動化ガ
スを供給し続けて、当該非流動層とこれに隣接す
る流動層との部分において、常時、流動媒体の移
動領域が形成されるようにするものである。

また、第２発明の方法は、上記第１発明の方法
において、非流動層を形成する場合に、非流動層
には流動化ガス供給を停止すると共に流動層形成
領域で発生する排ガスを一定量循環供給し続け
て、当該非流動層とこれに隣接する流動層との境
界部分において、常時、流動媒体の移動領域が形
成されるようにするものである。

（作用） 各単位噴出領域に供給する流動化ガス量を各別
に制御することによつて、流動層形成領域には、
各単位噴出領域に対応する各流動媒体層部分をす
べて流動層に若しくはその一部のみを流動層に形
成しておくことができる。後者の場合、他の流動
媒体層部分は流動化しない非流動層に維持され
る。

このように、流動化する領域を増減制御するこ
とにより、負荷変動に対処することができ、流動
層形成領域を仕切板で区画したと同様の効果を得
ることができる。

しかも、非流動層にはガスが全く供給されない
ようにするのではなく、所定量の流動化ガス又は
排ガスを供給するのであり、これによつて、当該
非流動層とこれに隣接する流動層との境界部分に
おいて、流動媒体の移動領域が形成される。すな
わち、かかる移動領域においては、流動媒体が流
動層域から非流動層域へと緩やかに流動している
ことから、流動層域から非流動層域へと拡散され
た流動媒体及び燃料が流動層域に戻され、適正な
燃焼が確保されると共に流動層の高さが維持され
る。したがつて、流動層が安定した流動状態に保
持されると共に、非流動層が適当な温度に維持さ
れることになり、負荷の増加により、当該非流動
層を流動化させる場合、その移行を円滑且つ良好
に行わしめることができ、新たな流動層への火移
りも迅速に行われて、急激な負荷変動にも良好に
対処することができる。

（実施例） 以下、本発明の構成を第１図〜第６図に示す実
施例に基づいて具体的に説明する。この実施例
は、本発明を流動層燃焼ボイラ装置に適用した例
に係る。

第１図において、１は流動層燃焼ボイラ、２は
流動層燃焼ボイラ１からエコノマイザ３、サイク
ロン４、電気集塵器５、排ガスにより流動化ガス
たる空気を加熱する加熱器６、誘引フアン７を経
て煙突８に至る排ガス排出路、９は押込フアン１
０から加熱器６、起動用熱風発生炉１１を経過す
る流動化ガス供給路、１２は電気集塵器５と加熱
器６との間において排ガス排出路２から分岐して
循環フアン１３を経過する排ガス供給路である。

流動層燃焼ボイラ１にあつては、第１図及び第
２図に示す如く、ボイラ本体１４の側壁１４ａに
石炭、木屑、産業廃棄物等の燃焼の供給口１５を
設けると共に下窄まり形状の底壁１４ｂに流動媒
体出口１６を設けてあり、このボイラ本体１４内
には、流動層形成領域１７及びその下位に位置せ
しめた流動化ガス噴出領域１８が形成されてい
る。

流動層形成領域１７には、第２図に示す如く、
砂、脱硫剤、灰等の固定粒子からなる流動媒体層
１９が設けられていると共に該流動媒体層１９の
上面上に配して伝熱管２０が導かれている。伝熱
管２０は、その内部を適宜の熱負荷部（図示せ
ず）との間で循環流動する熱媒体を介して、流動
層形成領域１７における発生熱を回収し、その回
収熱を前記熱負荷部に供給するためのものであ
り、流動層形成領域１７の横断面全域に亘つて配
置されている。なお、流動媒体層１９は、ボイラ
本体１４の底壁１４ｂに保持されていて、流動層
形成領域１７から流動化ガス噴出領域１８下に亘
つて形成されているが、流動化ガス噴出領域１８
からのガス噴出によつて流動化せしめられるのは
主として流動層形成領域１７内に位置する部分
（以下の説明において「流動媒体層１９」と云う
ときは、この部分を指すものとする。）であり、
流動化ガス噴出領域１８より下位の部分は流動化
せしめられることのない静止層である。

流動化ガス噴出領域１８は、これに第１〜第３
噴出ノズル群部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃを並列
配置して、第１〜第３単位噴出領域１８ａ，１８
ｂ，１８ｃに区画されている。各噴出ノズル群部
材２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、第２図、第３図及
び第５図に示す如く、多数のノズル２２ａ…，２
２ｂ…，２２ｃ…を備えた適当本数（この実施例
では３本）のマニホールド２３ａ…，２３ｂ…，
２３ｃ…を並列配置してなる。各マニホールド群
２３ａ…，２３ｂ…，２３ｃ…の一端部は、ボイ
ラ本体１４外において、第１〜第３ヘツダ２４
ａ，２４ｂ，２４ｃを介して連通させている。

そして、各噴出ノズル群部材２１ａ，２１ｂ，
２１ｃのヘツダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃには、前
記流動化ガス供給路９から分岐した第１〜第３流
動化ガス供給分岐路９ａ，９ｂ，９ｃか連通接続
されている。また、各流動化ガス供給分岐路９
ａ，９ｂ，９ｃから各噴出ノズル群部材２１ａ，
２１ｂ，２１ｃへの流動化ガス供給量は、流動化
ガス供給量制御機構つまり各流動化ガス供給分岐
路９ａ，９ｂ，９ｃに介装した第１〜第３流量制
御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃの開度を調節するこ
とによつて各別に制御されるようになつている。

また、各流動化ガス供給分岐路９ａ，９ｂ，９
ｃ及び流動化ガス供給量制御機構は、第４図に示
す如く構成しても良い。すなわち、第４図に示す
ものでは、ボイラ本体１４外に配設した流動化ガ
ス供給室２６を第４及び第５流量制御弁２４ｄ，
２４ｅで第１〜第３室２６ａ，２６ｂ，２６ｃに
区画し、各室２６ａ，２６ｂ，２６ｃに前記各マ
ニホールド群２３ａ…，２３ｂ…，２３ｃ…を連
通接続すると共に、第２室２６ｂに流動化ガス供
給路９を連通接続して、第４及び第５流量制御弁
２５ｄ，２５ｅの開度（及び押込フアン１０によ
る送風量）を調節することによつて、各噴出ノズ
ル群部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの流動化ガス
供給量を各別に制御するようになつている。この
場合、第１及び第２室２６ａ，２６ｂが前記第１
流動化ガス供給分岐路９ａに、又第２室２６ｂが
前記第２流動化ガス供給分岐路９ｂに、更に第２
及び第３室２６ｂ，２６ｃが前記第３流動化ガス
供給分岐路９ｃに夫々対応する。

さらに、この実施例では、第１図及び第３図又
は第４図に示す如く、第１及び第３ヘツダ２４
ａ，２４ｃ又は第１及び第３室２６ａ，２６ｃ
に、夫々、前記排ガス供給路１２から分岐した排
ガス供給分岐路１２ａ，１２ｃを連通接続して、
ボイラ１から排出される排ガスの一部を第１及び
第３噴出ノズル群部材２１ａ，２１ｃに循環供給
しうるようにしてある。そして、各排ガス供給分
岐路１２ａ，１２ｃから第１及び第３噴出ノズル
群部材２１ａ，２１ｃへの排ガス供給量は、排ガ
ス供給量制御機構つまり各排ガス供給分岐路１２
ａ，１２ｃに介装した各排ガス量制御弁２７ａ，
２７ｃの開度を調節することによつて各別に制御
されるようになつている。

次に、本発明に係る方法を、上記装置を用いて
具体的に説明する。

まず、各流量制御弁２５ａ〜２５ｅを開制御さ
せると共に押込フアン１０を作動させて、流動化
ガスたる空気を流動化ガス供給路９から全噴出ノ
ズル群部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃに供給し、流
動媒体層１９全体を流動化せしめると共に、燃料
供給口１５から適宜の燃料を流動層形成領域１７
に供給して、この燃料を流動層１９で燃焼させ
る。なお、空気は、起動時には起動用熱風発生炉
１１により所定温度に加熱され、〓後、流動層形
成領域１７から排ガスが排出されるようになる
と、加熱器６において排ガスにより加熱される。

この状態においては、第１〜第３単位噴出領域
１８ａ，１８ｂ，１８ｃに対応する第１〜第３流
動媒体層部分１９ａ，１９ｂ，１９ｃがすべて流
動化せしめられ、流動層形成領域１７の全域に亘
つて流動層が形成される（第６図Ａ参照）。した
がつて、伝熱管２０に対し最大の伝熱量が与えら
れる。なお、各流量制御弁２５ａ〜２５ｅの開度
は、各流動層１９ａ，１９ｂ，１９ｃの高さが一
定に維持されるように制御しておくこと勿論であ
る。

そして、負荷が低下すると、その程度に応じ
て、第１流動媒体層部分１９ｂ更に第３流動媒体
層部分１９ｃの流動化を停止する。

すなわち、負荷低下の程度がさほど高くない場
合には、第１又は第４流量制御弁２５ａ，２５ｄ
を全閉して、第１噴出ノズル群部材２１ａへの空
気供給を停止し、第１流動媒体層部分を流動しな
い非流動層１９ａとするのである（第６図Ｂ参
照）。

この状態においては、非流動層１９ａに対応す
る伝熱管２０部分に対する伝熱量は流動層１９
ｂ，１９ｃに対応する伝熱管２０部分に対する伝
熱量に比して大幅に減少することから、全体とし
て伝熱管２０に対して与えられる伝熱量が減少す
ることになる。

このとき、排ガス量制御弁２７ａの開度を制御
することにより、第１噴出ノズル群部材２１ａに
第１流動媒体層部分１９ａの非流動化を妨げない
範囲で排ガスを供給して、第１流動媒体層部分た
る非流動層１９ａとこれに隣接する第２媒体層部
分たる流動層１９ｂとの境界部分において流動媒
体の移動領域２８ａが形成されるようにする。か
かる移動領域２８ａにおいては、流動媒体が流動
域から非流動域へと緩やかに流動していることか
ら、流動域から非流動域へと拡散された流動媒体
及び燃料が流動域に戻され、適正な燃焼が確保さ
れると共に流動層１９ｂ，１９ｃの高さが維持さ
れる。したがつて、流動層１９ｂ，１９ｃが安定
した流動状態に保持されると共に、非流動層１９
ａが適当な温度に維持されることになり、負荷の
増加により、第１流動媒体層部分１９ａを流動化
させる場合、その移行を円滑且つ良好に行わしめ
ることができ、負荷増加に迅速に対処することが
できる。なお、排ガスは第２従来方法における如
く流動化ガスと混合させるものではないから、循
環フアン１３として高圧のものを使用する必要は
ない。

ところで、前記流動媒体の移動領域２８ａの形
成は、排ガスを用いず流動化ガスつまり供給路９
からの空気を用いて行うこともできる。すなわ
ち、第１又は第４流量制御弁２５ａ，２５ｄを全
閉とすることなく、全閉近くまで絞つて、第１噴
出ノズル群部材２１ａに僅かな量の空気を供給す
る。なお、このようにする場合には、前記排ガス
供給路１２、循環フアン１３等はこれらを設けて
おく必要がないこと勿論である。

そして、更に負荷が低下する場合には、、第３
流動媒体層部分１９ｃに対しても上記同様の操作
を行つて、つまり第３又は第５流量制御弁２５
ｃ，２５ｅを全閉とすると共に排ガス量制御弁２
７ｃを開操作して、或は第３又は第５流量制御弁
２５ｃ，２５ｅを全閉近くまで絞つて、第３流動
媒体層部分１９ｃを非流動化させると共にその非
流動層１９ｃと流動層１９ｂとの境界部分に流動
媒体の移動領域２８ｃを形成させるようにする。
このようにすると、伝熱管２０に対する伝熱量を
最小とすることができる（第６図Ｃ参照）。

本発明に係る方法によれば、このようにしてタ
ーンダウンを大きくすることができるのである。

（発明の効果） 以上の説明から容易に理解されるように、本発
明の方法によれば、各単位噴出領域に供給する流
動化ガス量を各別に制御することによつて、流動
層形成領域における流動媒体の流動域を広狭変化
させ得て、負荷変動に対処でき、大きなターンダ
ウンを得ることができる。さらに、非流動層とこ
れに隣接する流動層との境界部分において流動媒
体の移動領域を形成するようにするから、第１従
来方法の如く流動層形成領域を仕切板によつて区
画しておかずとも、流動層と非流動層とが良好に
区画され、流動層を安定した状態に維持し得ると
共に、非流動層の流動層への移行を円滑且つ迅速
に行い得て、急激な負荷変動にも良好に対処する
ことができる。したがつて、第１従来方法に比
し、装置の耐久性及び負荷変動に対する応答性を
大幅に向上させ得る。しかも、上記移動領域の形
成用ガスとして流動化ガスを使用する場合は勿
論、排ガスを循環使用する場合にあつても、流動
化ガスと混合させる訳ではないから、その循環フ
アンとして高圧のものを使用する必要がなく、第
２従来方法における如き問題は生じない。さら
に、第３従来方法における如き煩雑な流動媒体の
抜き出し、供給を行う必要もない。

このように、本発明の方法は、従来方法におけ
る問題をすべて解消したものであり、容易且つ経
済的な運転を行うことができる、実用的価値極め
て大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明を実施するための流動
層の負荷制御装置を装備した流動層燃焼ボイラ装
置の一例を示したもので、第１図は系統図、第２
図は要部の縦断側面図（断面は第３図の−線
に沿う）、第３図は同要部の横断平面図（断面は
第２図の−線に沿う）、第４図は同要部の変
形例を示す第３図同様の横断平面図、第５図は第
２図の一部を拡大して示す拡大詳細図、第６図Ａ
〜Ｃは夫々異なる負荷状態を示す第２図相当の作
用説明図である。 １……流動層燃焼ボイラ（流動層熱回収装置）、
２……排ガス排出路、９……流動化ガス供給路、
９ａ，９ｂ，９ｃ……流動化ガス供給分岐路、１
２……排ガス供給路、１２ａ，１２ｃ……排ガス
供給分岐路、１７……流動層形成領域、１８……
流動化ガス噴出領域、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…
…単位噴出領域、１９……流動媒体層、１９ａ，
１９ｂ，１９ｃ……単位噴出領域に対応する流動
媒体層部分、２０……伝熱管、２１ａ，２１ｂ，
２１ｃ……噴出ノズル群部材、２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ……流量制御弁（流動化
ガス供給量制御機構）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
……流動化ガス供給室（流動化ガス供給分岐路）、
２７ａ，２７ｃ……排ガス量制御弁（排ガス供給
量制御機構）、２８ａ，２８ｃ……流動媒体の移
動領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動層形成領域の流動媒体層を該領域下の流
   動化ガス噴出領域に流動化ガスを供給することに
   より流動せしめ、前記流動層形成領域に導いた伝
   熱管により熱回収を行わしめるよう構成された流
   動層熱回収装置において、前記流動化ガス噴出領
   域を複数の単位噴出領域に区画し、この各単位噴
   出領域に供給する流動化ガス量を各別に制御し
   て、各単位噴出領域に対応する流動媒体層部分を
   流動層若しくは流動しない非流動層に維持させ、
   且つ流動層に隣接する非流動層には、それが流動
   層への移行を開始しないものであつても、流動化
   ガスの供給を停止することなく一定量の流動化ガ
   スを供給し続けて、当該非流動層とこれに隣接す
   る流動層との境界部分において、常時、流動媒体
   の移動領域が形成されるようにすることを特徴と
   する、流動層熱回収装置における流動層の負荷制
   御方法。 ２ 流動層形成領域の流動媒体層を該領域下の流
   動化ガス噴出領域に流動化ガスを供給することに
   より流動せしめ、前記流動層形成領域に導いた伝
   熱管により熱回収を行わしめるよう構成された流
   動層熱回収装置において、前記流動化ガス噴出領
   域を複数の単位噴出領域に区画し、この各単位噴
   出領域に供給する流動化ガス量を各別に制御し
   て、各単位噴出領域に対応する流動媒体層部分を
   流動層若しくは流動しない非流動層に維持させ、
   且つ流動層に隣接する非流動層には、それが流動
   層への移行を開始しないものであつても、流動化
   ガス供給を停止すると共に流動層形成領域で発生
   する排ガスを一定量循環供給し続けて、当該非流
   動層とこれに隣接する流動層との境界部分におい
   て、常時、流動媒体の移動領域が形成されるよう
   にすることを特徴とする、流動層熱回収装置にお
   ける流動層の負荷制御方法。