JPH06109230A - スラリー供給導管および加圧流動層燃焼炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば石炭・水スラリー等のスラリーを閉塞
させることなく円滑に輸送する供給導管を提供し、信頼
性のより高い加圧流動層燃焼炉を実現すること。 【構成】 加圧流動層燃焼炉の燃料である石炭・水スラ
リー等のスラリーを輸送する導管１の径の減少率をある
特定範囲以下にすると円滑に輸送することが可能であ
る。導管１の径を縮小は導管１の中心線２０に対する角
度θ₁を５度以下、好ましくは３度以下に選ぶことによ
りスラリーを閉塞させることなく円滑に輸送できること
が分かった。このことはスラリーを燃焼炉に供給するた
めの噴霧ノズルのスラリー流路に対しても適用できるこ
とである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスラリー供給導管に関
し、特に加圧した流動層で石炭を燃焼し、発生したスチ
ームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温
の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得
る加圧流動層ボイラ複合発電プラントの燃焼炉へ石炭と
水の混合スラリーを供給するときの該石炭・水スラリー
（以下、単にスラリーと称することがある）の供給導管
に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラ（燃焼炉）は発生する
スチームおよび高圧の燃焼ガスからエネルギーを得るこ
とができるので高効率の発電が可能である。ただし固体
である石炭粒子を加圧状態の燃焼炉内に連続的に、大量
に安定して供給することが課題の一つである。従来、流
動層燃焼炉へ石炭を供給する方法として、石炭粒子と水
を混合してスラリー状の流体とし該スラリーをポンプで
昇圧および圧送して噴霧ノズルから供給する湿式供給方
式（たとえば特開昭６２−１５５４３３号公報）があ
る。該スラリー供給方式は、乾式供給方式たとえばロッ
クホッパで昇圧したあと空気輸送する方式に比べ、乾燥
などの前処理が不要で低コストで、また輸送管の摩耗が
少ないので信頼性が高い。しかしながら、発電効率を乾
式供給方式と同等に維持する上で石炭に添加する水の量
をできるだけ少なくしなければならない。このため添加
水量が限定され石炭・水スラリーは粘度が高く、しかも
石炭の最大粒子径は数ｍｍと大きく流動性に乏しい。流
動性に乏しい石炭・水スラリーを流動層燃焼炉へ供給す
るにあたっては、ピストンポンプなどの定量型のポンプ
が用いられ導管を経てノズルから噴霧して燃焼炉内に供
給される。

【０００３】なお、従来重油の代替燃料として開発され
たＣＷＭ（石炭・水ミクスチャー）がある。これは石炭
の平均粒子径が数１０μｍの微粒子であり、また水分量
も３５ｗｔ％前後で、さらに粘度低下のための界面活性
剤が添加される。したがって、本発明に係わる石炭・水
スラリーの粘度が１０〜２０Ｐａ・ｓであるのに対し、
ＣＷＭは１Ｐａ・ｓ前後で粘度がかなり低い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したスラリー湿式
供給方式はポンプから燃焼炉の噴霧ノズルまで石炭・水
スラリーを供給する導管において、特に内径の異なる導
管相互の接続部または燃焼炉の噴霧ノズルにおいて、ス
ラリーを噴霧するために前記導管またはノズル内径を縮
小する必要性がある場合、重油あるいはＣＷＭなどの低
粘性液を供給すると同様に任意に導管径を縮小したとこ
ろ、供給導管に詰まりを生じスラリーの供給が不能にな
る問題点があった。そこで、本発明の目的は、例えば石
炭・水スラリー等のスラリーを閉塞させることなく円滑
に輸送する供給導管を提供し、さらに信頼性のより高い
加圧流動層燃焼炉を実現することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために鋭意検討を行ったところ、石炭・水スラリーを円
滑に輸送する導管径の減少率をある特定範囲以下にすべ
きことがわかった。すなわち、本発明はスラリー流動方
向に向けてスラリーの供給導管の内径を縮小するにあた
り、スラリーの供給導管の中心線に対する縮小のための
角度を５度以下、好ましくは３度以下にしたスラリー供
給導管である。ここで、前記スラリーの供給導管の内径
を縮小する部分をスラリーの噴霧ノズル部とすることが
できる。上記スラリー供給導管を加圧流動層燃焼炉の燃
料供給系に適用することができる。

【０００６】

【作用】本発明が適用されるスラリーとして、加圧流動
層燃焼炉用の燃料である石炭・水スラリーを例にとり以
下説明する。発電効率を乾式供給方式と同等に維持する
上で石炭・水スラリー中の水分は、石炭の種類によって
異なるが２０〜３５ｗｔ％程度の範囲に限定される。そ
の結果得られるスラリーは粘度が１０〜２０Ｐａ・ｓ
で、しかも石炭の最大粒子径は数ミリメーターと大きく
流動性に乏しい。このようなスラリーを管径をある角度
以上に減少した導管内を流動させようとすると、断面縮
少部において石炭粒子群の圧密化が起こり、スラリーは
水分を分離して固着してしまう。従来技術におけるＣＷ
Ｍのように粘度が低い場合には石炭粒子同志の間ですべ
りを生じ、連続の式を満足して圧密化することはない
が、上述の性質をもつ石炭・水スラリーでは管壁と石炭
粒子および石炭粒子同志の間ですべりを生じることがで
きず、石炭粒子が停滞し、圧密化してしまうと考えられ
る。

【０００７】これに対して本発明のごとくスラリー供給
導管径の縮小角度を、導管の中心線に対する角度を５度
以下、好ましくは３度以下に選ぶことにより、管壁と石
炭粒子および石炭粒子同志の間にすべりを生じ、スラリ
ーは断面縮小部で閉塞することなく流通することができ
る。

【０００８】

【実施例】次に図面をもって本発明の一実施例を詳細に
説明する。まず、本実施例を適用する加圧流動層燃焼炉
に対する石炭・水スラリーの供給系統を図２に示す。流
動層燃焼炉１０１は加圧容器１０４内に収納されてお
り、その底部に空気分散板１０５が設けられ、その上に
流動媒体粒子１０２が充填されている。加圧空気１０６
は加圧容器１０４内に供給されたあと燃焼用空気１０７
として、空気分散板１０５を通って燃焼炉１０１内に供
給され流動媒体粒子１０２を流動化して流動層１０９を
形成する。

【０００９】流動層燃焼炉１０１にはスラリー導管７を
通じてポンプ６によって、スラリータンク１２１に貯留
されている石炭・水スラリー１２０が圧送され、スラリ
ー噴霧ノズル１１０から流動層１０９内に供給され、燃
焼される。燃焼ガスは燃焼炉１０１の上部から排出さ
れ、サイクロン１０３でダストを除去したあと導管１０
８を通ってガスタービン（図示を省略）に導入される。

【００１０】スラリータンク１２１内の石炭・水スラリ
ー１２０は上流のスラリー調整タンク（図示を省略）で
所定の粒径分布に調整された石炭粒子と該石炭粒子に対
する所定割合の清浄水および炉内脱硫用の石灰石粒子と
が混合、撹拌された後、導管４を通ってスラリータンク
１２１に補給され、貯留される。該タンク１２１内での
石炭・水スラリー１２０は電動機１２２によって回転さ
れる撹拌翼１２３によって撹拌され、流動性が保たれ
る。スラリー貯留タンク１２１の底部はバルブ５を介し
てスラリーポンプ６に接続されている。

【００１１】スラリー導管７の途中には切替バルブ３を
介してスラリータンク１２１へのスラリー循環導管８が
設けられる。またスラリー噴霧ノズル１１０内を空気で
パージするための加圧空気１０のパージ空気供給管１１
およびバルブ９が切替バルブ３の後流で、かつ切替バル
ブ３にできるだけ近い位置のスラリー導管７に設けられ
る。また、後述の図３にその詳細を示すので図２では図
示を省略するが、噴霧ノズル１１０にはスラリーを流動
層燃焼炉１０１内に噴霧、分散させるための噴霧空気の
導管および冷却水の導管が接続される。

【００１２】図２に示す上記系統において、たとえばポ
ンプ６の吐出管２の径がスラリー導管７の必要管径より
大きすぎて、吐出管２とスラリー導管７の接続部におい
て管径を縮小管１をもって縮小せざるを得ないことがあ
る。図１はその縮小管１の詳細断面図であり、スラリー
流入口フランジ２１とスラリー流出口フランジ２２の中
心を結ぶ中心線２０と縮小管１の管内壁がなす角度θ₁
（＝縮小管部１の中心線２０に対する縮小角θ₁）は５
度以下、好ましくは３度以下に選ばれる。石炭・水スラ
リーはスラリータンク１２１およびその上流の調整タン
ク（図示を省略）で混合されはするものの、時には混合
が不十分で流動性のより乏しい混合状態の部分もあり、
信頼性を十分に確保する上からは縮小角θ₁は３度以下
に選ぶことが好ましい。

【００１３】一方、図３はスラリー噴霧ノズル１１０の
一実施例を示す断面図である。該ノズル１１０は三重管
で、その中心からノズルスラリー導管３１、冷却水導管
３２、噴霧空気導管３３の順に同心円の管で構成されて
いる。冷却水導管３２は高温の噴霧空気によってスラリ
ー中の水分が蒸発するのを防止する目的で冷却のために
設けられ、冷却水を冷却水入口３５から導入する。噴霧
空気導管３３はスラリーを流動層１０９内に噴霧、供給
するための高圧空気導管であり、噴霧空気入口３６から
導入した高圧空気を噴霧ノズル１１０の先端部３７に位
置する噴霧空気噴出孔３８から噴出させてスラリーに衝
突させ、石炭粒子をその運動量をもって分散させる。

【００１４】上記のスラリー噴霧ノズル１１０におい
て、噴霧空気を有効にスラリーに衝突させ、石炭粒子の
良好な分散状態を得るためにノズル１１０の先端部３７
の径をスラリー導管７の径あるいはノズル１１０のスラ
リー入口３４の径より縮小しなければならないことがあ
る。本実施例によれば上述の縮小管１の場合と同じ理由
でノズルスラリー導管３１の中心線３０に対する縮小角
θ₂は５度以下、好ましくは３度以下に選ばれる。上記
実施例ではスラリー供給導管を加圧流動層燃焼炉に適用
した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、その他
の燃焼炉あるいはスラリー状の流体の供給装置にも適用
できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、たとえば加圧流動層燃
焼炉等の燃焼炉への石炭・水スラリーの供給において、
スラリー供給導管およびスラリー噴霧ノズルの閉塞を生
じることがなくなるので信頼性の高い燃焼炉を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のスラリー供給導管の縮小
管部の断面図である。

【図２】 本発明の一実施例を適用する加圧流動層燃焼
炉へ石炭・水スラリーの供給系統図である。

【図３】 本発明の一実施例のスラリー噴霧ノズルの断
面図である。

【符号の説明】

１…縮小管部、２…ポンプの吐出管、６…スラリーポン
プ、７…スラリー導管、１０…加圧空気、２０…縮小管
部の中心線、３０…スラリー導管の中心線、３１…ノズ
ルスラリー導管、３２…冷却水導管、３３…噴霧空気導
管、３７…ノズル先端部、１０１…流動層燃焼炉、１０
３…サイクロン、１０４…加圧容器、１０５…空気分散
板、１０６…加圧空気、１０７…燃焼用空気、１０９…
流動層、１１０…スラリー噴霧ノズル、１２０…石炭・
水スラリー、１２１…スラリータンク、θ₁、θ₂…中心
線に対する縮小角

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラリー流動方向に向けてスラリーの供
   給導管の内径を縮小するにあたり、スラリーの供給導管
   の中心線に対する縮小のための角度を５度以下、好まし
   くは３度以下にしたことを特徴とするスラリー供給導
   管。
2. 【請求項２】 前記スラリーの供給導管の内径を縮小す
   る部分がスラリーの噴霧ノズル部であることを特徴とす
   る請求項１記載のスラリー供給導管。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のスラリー
   供給導管を備えたことを特徴とする加圧流動層燃焼炉。