JPH0518501A - 加圧流動層燃焼装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷変化時に安定した排ガス性状を満足して
調節することのできる流動層高の制御装置を備えるよう
にする。 【構成】 媒体容器に圧力レベルの検出手段を設け、さ
らに媒体レベルの検出手段が、媒体容器高さ方向に設け
た２対以上の圧力測定座及び差圧発信器とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン、スチー
ムタービンを駆動して複合発電を行う石炭の加圧流動層
燃焼炉に関し、特に、負荷変動に対応するための流動層
高制御装置を備えた加圧流動層燃焼装置及びその運転方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層燃焼炉では、流動層高を増減
して負荷変化に対応する。すなわち、負荷の減少に対し
ては、燃焼炉内の流動媒体を炉内から抜き出して別置き
の媒体容器に貯蔵し、逆に、負荷の増加に対しては、上
記の媒体容器から流動媒体を炉内に供給している伝熱管
の埋没深さを変化し、伝熱面積を増減して蒸気の発生量
を変化している。

【０００３】従来、例えば特開平１−２１７１０８号公
報には、流動媒体を炉内から媒体容器に抜き出すため
に、端部を流動層燃焼炉の底部に開口し、他の端部を燃
焼炉空塔部に貫通して、媒体容器上部のダスト分離機に
開口した媒体の吸引導管を設けて、流動層燃焼炉と媒体
容器を連結し、さらに、媒体容器を流動層燃焼炉より圧
力の低い加圧容器外部空間とバルブを有する導管を介し
て接続した手段が示されている。

【０００４】上記手段において、貯蔵容器と外部空間を
結ぶ導管のバルブを調整して開くことによつて、貯蔵容
器内の圧力が燃焼炉内より低くなり、吸引導管を通つて
燃焼炉内のガスとともに流動媒体が炉内媒体容器内へ抜
き出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、媒体容器内において流動媒体が溶融、
アグロメレーシヨン化するという問題が発生している。
これは流動媒体の燃焼炉への供給のために設けられた媒
体容器下部の導管から、流動媒体が酸素濃度の高いガス
及び未燃石炭粒子を伴つて貯蔵容器内に逆流し、未燃石
炭粒子が容器内に貯蔵された状態で断熱的に燃焼し、過
度に温度上昇して流動媒体が溶融したものと推定され
る。

【０００６】また、導管のバルブを調整して燃焼炉内の
媒体粒子を定量的に抜き出すことは、燃焼炉内及び媒体
容器内の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ² と高いことから困難で
ある。さらに、負荷を高くする場合、すなわち媒体容器
から流動層燃焼炉に媒体粒子を移送する際、媒体粒子の
温度が流動層燃焼炉内の粒子温度に比べて低いことか
ら、所定の媒体粒子流量を移送すると流動層燃焼炉の温
度が著しく低下するトラブルが発生する。

【０００７】媒体粒子流量は負荷変化速度に対応して供
給する必要があり、その速度は４から５％／ｍｉｎと大
きく、例えば５０％の負荷変化の場合、約１２分で負荷
変化が行われる。従つて、媒体容器内の粒子温度が流動
層燃焼炉に比べて僅かでも低い場合には、流動層燃焼炉
の温度が低下することになる。火炉内の温度が低下する
と燃焼排ガスの性状が所定の値を維持できないばかりで
なく、有毒ガス（ＣＯ，ＳＯ₂ ，ＮＨ₃ など）が生成さ
れる。

【０００８】特に、脱硫反応には最適な温度条件が８３
０〜８７０℃と限られており、この条件範囲外では脱硫
率は著しく低下し、多量のＳＯ₂ の発生を伴う。さら
に、火炉からの未燃損失も増加し、所定の蒸気発生量が
得られない問題がある。

【０００９】また、従来技術では媒体容器内が高温（８
００℃以上）、高圧（１０気圧以上）のため、媒体容器
の媒体レベルを検知できないことから流動層媒体の保有
量が判断できず、流動層媒体の欠損及びオーバなどによ
るトラブルが度々発生する。媒体容器内の媒体の欠損が
発生すると、流動層燃焼炉内の媒体粒子が媒体容器内に
流入し、媒体容器内でクリンカトラブルの原因となるば
かりでなく、負荷制御そのものができなくなる。

【００１０】また、媒体容器内の媒体粒子がオーバする
と、媒体粒子による搬送管の閉塞などの問題が発生す
る。これらの問題に対して従来技術では、媒体容器内に
複数の温度計を設置し、媒体粒子とガスの温度差から粒
子レベルを検知する方法がある。

【００１１】しかし、本方法は媒体を移動している状態
では計測が可能であるが、媒体容器内の粒子が停止して
いる場合は、ガスと粒子の温度が均一になり、粒子レベ
ルの検知が不可能となる。一般には負荷が所定の値に保
持されると、その条件で長時間運転が行われることが多
いために、媒体容器内の粒子は移動しないため、粒子と
ガスの温度差がなくなる現象が発生する。さらに、一定
負荷時に媒体容器内の粒子が完全に停止しているため、
媒体容器内で粒子のクリンカ生成の問題もある。

【００１２】本発明は、上記の従来技術の欠点を解消
し、媒体容器内の粒子のクリンカ発生を解除し、媒体容
器内の粒子レベルを連続検知し、さらに、媒体容器から
流動層燃焼炉への媒体粒子移送時に流動層燃焼炉の温度
を一定に保ち、負荷変化時に安定した排ガス性状を、満
足して調節することのできる流動層高の制御装置を備え
た加圧流動層燃焼炉及びその運転方法を提供することを
目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するために、一定負荷時にも流動層燃焼炉と媒体
容器間で粒子循環を連続して行うこと、及びそのために
媒体容器に圧力差による媒体レベルの検出手段、例えば
媒体容器の高さ方向の壁面に２対以上の圧力測定座及び
差圧発信器を設け、媒体容器内の媒体粒子レベルを検知
し、その値を操作量として媒体容器に設けた媒体粒子抜
き出し及び移送バルブをコントロールすることを特徴と
している。

【００１４】

【作用】一定負荷による定常運転時にも、流動層燃焼炉
と媒体容器間で粒子循環を連続して行うことにより、媒
体容器内の粒子温度を流動層燃焼炉内の粒子温度とほぼ
同じに保つことができる。従つて、負荷を上昇させるた
めに媒体容器内の粒子を流動層に返送した時、流動層燃
焼炉と媒体容器間の温度差が少ないので、流動層燃焼炉
の温度を低下させることがない。

【００１５】さらに定常運転時に媒体容器内の粒子は常
に移動しているので局部的な過熱がなく粒子のクリンカ
を発生することがない。また、媒体容器内の媒体粒子を
常に移動させることにより、容器の上、下で媒体容器内
の粒子層レベルに比例した差圧が発生し、媒体容器に設
置した２対以上の差圧計によつて、媒体容器内の粒子レ
ベルを連続的に検知することができる。

【００１６】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。流動層燃焼炉
１、媒体容器１１、サイクロン４１、及び本発明の係わ
る媒体輸送管、機器は、圧力容器１０１に収納される。
流動層燃焼炉１には、その底部に燃焼用空気８の分散板
２が設けられ、その上に流動媒体（粒子）３が充填され
る。この流動媒体３は、分散板２を通つて供給された燃
焼用空気８によつて気泡７を発生して流動層５を形成す
る。石炭１０は、給炭管９によつて流動層５内に供給さ
れ燃焼される。流動層５内には伝熱管４が配列され、燃
焼熱を吸収してスチームを発生する。

【００１７】流動層燃焼炉１の側壁底部には、移動層下
降管２１が開口して設けられ、移動層下降管２１は、傾
斜状態から垂直方向に延長され、Ｌバルブ２２となる。
Ｌバルブ２２には、バルブ２０を通つてエアレーシヨン
ガス１９がＬバルブ２０内に供給される。さらに、Ｌバ
ルブ２２から媒体容器１１の空塔部１３に気流輸送管２
３が接続され、その下端からは、コントロールバルブ２
５を通つて気流輸送ガス２４が供給される。

【００１８】媒体容器１１は、その下端が円錐状に絞ら
れ、移動層管１４となり、さらに、Ｌバルブ１５とな
り、流動層燃焼炉１の側壁底部に開口して接続される。
Ｌバルブ１５にはエアレーシヨンガス１７が、コントロ
ールバルブ１８で流量調整され供給される。媒体容器１
１には、流動層燃焼炉１から抜き出された流動層媒体１
２が蓄積される。媒体容器１１の側壁部には圧力測定座
２８，２９及び圧力計３０，３１が設置される。

【００１９】圧力計３０，３１からの信号は、媒体容器
１１内の粒子レベルを演算する演算装置３４と、コント
ロール弁を作動させる制御箱３５に導かれている。さら
に制御箱３５の信号は、Ｌバルブ１５下部に設けた粒子
抜出管２６のバルブ３７及び媒体容器１１の空塔部１３
に設置されている、石灰石または流動媒体ホツパの流量
調整バルブ３６に連結されている。

【００２０】燃焼炉空塔部６と媒体容器空塔部１３は、
バルブ３２を備えた導管３３で接続される。また、燃焼
炉空塔部６には、サイクロン４１が接続され、燃焼ガス
中の微粒子が除去されて、クリーンなガス４４として次
工程のガスタービンに供給される。分離された微粒子
は、導管４２を通つて系外に排出される。

【００２１】上記の装置において、燃焼炉１の圧力は１
０〜２０気圧、燃焼温度は８００〜９００℃、燃焼炉の
空塔ガス速度は、０．５〜１．５ｍ／ｓの範囲が採用さ
れる。流動媒体及び層内脱硫剤として、最大径３ｍｍ程
度の石灰石粒子が用いられる。スチーム発生量の制御
は、次のようにして行うことができる。

【００２２】例えば、流動層が伝熱管４群をすべて埋没
させる高さにある状態から流動媒体３を移動層下降管２
１、Ｌバルブ２２、気流輸送管２３を通して媒体容器１
１に抜き出し移送すると、燃焼炉内の流動層高さは５′
の位置に減少し、伝熱管４群の一部が流動層５′から露
出し、流動層３内に埋没した伝熱面積が低下して、スチ
ーム発生量を減少させることができる。

【００２３】逆に、燃焼炉１内の流動層が５′の状態か
ら、媒体容器１１内の流動媒体１２を、移動層１４、Ｌ
バルブ１５を通して流動層燃焼炉１に戻すことによつ
て、伝熱管４群をある水準まで流動層に埋没させて、伝
熱面積を増減させることによつて、スチーム発生量を所
望に増加させることができる。

【００２４】以上のようにして負荷変化を行うが、本発
明によれば、特に火炉の流動層高を増加して負荷を増加
する際、安定な層温度制御が可能となり、負荷コントロ
ールが容易になる。すなわち一定負荷時においても粒子
循環を行うことにより、媒体容器内の粒子温度を、火炉
内粒子温度に比べて低下することなく保持することがで
きる。これは一定負荷時にＬバルブ２２，１５及び気流
輸送管２３を用いて流動層燃焼炉と媒体容器間で粒子循
環を行うことにより容易に達成される。

【００２５】媒体粒子の温度が火炉内粒子に比べて低い
状態で媒体粒子を火炉内に移送すると、流動層燃焼炉１
内の粒子温度が急低下する。流動層燃焼炉１内の粒子温
度を低下させないためには、媒体容器内からの粒子移送
量を著しく減じた操作を行うことになる。このため負荷
変化速度が所望の値を維持できない問題が発生する。従
つて、本発明のように常に媒体容器１１と火炉の間で粒
子循環を行うことにより、媒体容器１１内の温度を低下
させることなく、負荷変化時に対応できる。

【００２６】この時の粒子循環量は、流動層燃焼炉１と
媒体容器内の粒子の温度差が４０℃以上にならないよう
に調整することによつて、負荷変化時に安定な負荷制御
が達成できる。実際の運用は媒体容器１１内の粒子温度
を検知しながら粒子循環量のコントロールを行うが、負
荷変化時に比べて僅かな粒子循環量で媒体容器内の粒子
温度は維持できる。

【００２７】さらに、粒子循環を常時行つていることか
ら、媒体容器１１内の側壁に設けた差圧計で、媒体容器
内の粒子レベルの連続検知が可能となる。媒体容器１１
内の粒子レベル検知は粒子の循環量に関係なく、連続で
検知できる特徴がある。

【００２８】加圧流動層燃焼炉の運転においては、媒体
容器内の粒子レベルは常に所定のレベルに保持する必要
がある。粒子レベルが高くなると、粒子が媒体容器を溢
流し、搬送管などの詰まりの原因となる。一方、粒子レ
ベルが減少すると流動層燃焼炉内に粒子の供給がなされ
ないため、負荷変化ができなくなる。加圧流動層燃焼炉
内で媒体粒子がバランスするか否かは燃料の性状によつ
て著しく異なる特性がある。

【００２９】一般に燃料として石炭を使用した場合、石
炭中の灰分、燃料比、Ｓ分等によつて媒体粒子のバラン
スが決まる。例えば、灰分、Ｓ分の多い石炭は媒体粒子
量が増加する傾向があり、逆に灰分、Ｓ分の少ない石炭
の場合は媒体粒子が減少する特性がある。

【００３０】従つて、前者の場合は媒体粒子を系内から
抜き出すことになり、後者の場合には媒体粒子（石灰
石、流動砂など）を系内に供給する操作が必要になる。
粒子バランスは概念的には上記のような傾向があるが、
定量的には実際の運転時に頼るところが多いため、媒体
容器内の粒子レベルの検知が重要となる。なお、図にお
いて、２７は粒子供給管、３３は導管、３８，３９は媒
体である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷変化時に流動層燃焼炉器内の粒子レベルを連続的に
検知できるため、媒体容器内のクリンカトラブル等が解
消できることから、安定した信頼性のある負荷制御が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧流動層燃焼炉の実施例を示す構造
図である。

【符号の説明】

１ 流動層燃焼炉 ２ 分散板 ３ 流動層 ４ 伝熱管 ５ 流動層高 ６ 燃焼炉空塔部 ７ 気泡 ８ 燃焼用空気 ９ 給炭管 １０ 石炭 １１ 媒体容器 １２ 媒体 １３ 空塔部 １４ 移動層管 １５ Ｌバルブ １７ エアレーシヨンガス １８ コントロールバルブ １９ エアレーシヨンガス ２０ コントロールバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 太郎 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 野中 公大 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 西山 明雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒体容器への流動媒体の抜き出し、及び
   媒体容器から燃焼炉への返送によつて流動層高を変化し
   て負荷制御するための手段が、燃焼炉流動層部に開口し
   て設けられた移動層下降管とその下端と媒体容器の空塔
   部に開口して接続された気流輸送管である加圧流動層ボ
   イラにおいて、媒体容器に圧力差による媒体レベルの検
   出手段を設けたことを特徴とする加圧流動層燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、媒体レベルの検
   出手段が、媒体容器高さ方向に設けた２対以上の圧力測
   定座及び差圧発信器であることを特徴とした加圧流動層
   燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、媒体容器に媒体
   抜き出し管及び媒体供給管を設けることを特徴とした加
   圧流動層燃焼装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載において、媒体容器に設置
   したレベル検出手段の信号により、媒体移送用コントロ
   ールバルブ（Ｌバルブ）のエアレーシヨンガス量を操作
   量として媒体循環量を制御し、媒体容器内の媒体粒子レ
   ベルを一定に保持することを特徴とした加圧流動層燃焼
   装置。
5. 【請求項５】 媒体容器への流動媒体の抜き出し及び媒
   体容器から燃焼炉への返送によつて流動層高を変化して
   負荷制御する手段が、燃焼炉流動層部に開口して設けら
   れた移動層下降管と、その下端と媒体容器の空塔部に開
   口して接続された気流輸送管である加圧流動層ボイラに
   おいて、流動層媒体の抜き出し及び移送を、一定負荷時
   にも流動層燃焼炉と媒体容器間で常時連続して行うこと
   を特徴とした加圧流動層燃焼装置の運転方法。