JPH06193826A - 流動層ボイラー装置及び複合発電設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力変動の大きい場合でも、燃焼室と熱回収
室との間における流動媒体の移動を確実に行う。 【構成】 燃料が流動燃焼する燃焼室１１と流動媒体の
熱を回収する熱回収室１６とは仕切り壁１５で仕切ら
れ、この仕切り壁１５の上部に流動媒体が通る連通口１
５ａが形成されている。燃焼室１１の底部と熱回収室１
６の底部とは、流動媒体が通る所定長さの流動媒体循環
配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃで接続され、この流動媒体
循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の流動媒体を熱回収
室１６から燃焼室１１方向へ搬送可能な流量の空気を噴
出する空気配管２８ａ，２５ａ，…が流動媒体循環配管
２０ａ，２０ｂ，２０ｃに接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料が流動燃焼する燃
焼室と流動媒体から熱を回収する熱回収室とを備えてい
る流動層ボイラー装置、及びこれを備えている複合発電
設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】複合発電設備として、流動層ボイラー
と、流動層ボイラーの伝熱管内で発生した蒸気で駆動す
るスチームタービンと、このスチームタービンによって
駆動する発電機と、流動層ボイラーで発生した燃焼排気
ガスから塵等を取り除く脱塵器と、塵等が取り除かれた
燃焼排気ガスで駆動するガスタ−ビンと、このガスター
ビンによって駆動する発電機とを備えているものがあ
る。流動層ボイラーでは、内部に石灰石を主体とする流
動層を形成し、化石燃料（以後、石炭で代表する）を燃
焼しつつ燃焼時に発生する亜硫酸ガスを流動粒子である
石灰石に吸収させている。したがって、このような複合
発電設備は、脱硫装置が不要であるという長所がある。
また、流動層ボイラーで発生した燃焼熱で水蒸気を発生
させてスチームタービンを駆動させると共に、流動層ボ
イラーから排気される高温の燃焼排気ガスでガスタービ
ンを駆動させているので、発電効率が高いという長所も
ある。

【０００３】ところで、このような複合発電設備等に用
いられる流動層ボイラー装置としては、従来、特開昭６
２−２７２０８９号公報や、特開平３−２７１６０５号
公報に記載されているものがある。これらは、いずれも
流動層ボイラー内を、石炭を燃焼する燃焼室と熱を回収
する熱回収室とに仕切り壁で区分けし、仕切り壁の上部
連通口から燃焼室で形成された流動媒体を熱回収室へ移
送し、仕切り壁の下部連通口から流動媒体を熱回収室か
ら燃焼室へ戻すというものである。このように、ボイラ
ー内を仕切るのは、脱硫率の向上、伝熱管の摩耗や腐食
の低減を図るためである。しかし、両者は、流動層ボイ
ラー内の燃焼室と熱回収室間での流動媒体の移送形式が
異なっている。

【０００４】前者の流動層ボイラー装置では、熱回収室
の下部側から空気を吹き込むと共に燃焼室の下部側から
も熱回収室に吹き込む空気量よりも多い空気を吹き込ん
で、燃焼室内で形成された流動媒体を熱回収室へ移送し
ている。また、熱回収室から燃焼室への流動媒体の移送
は、燃焼室から熱回収室への流動媒体の移送により、熱
回収室内底部の圧力が高まり、その結果、燃焼室と熱回
収室との間に生じる圧力差を利用して、流動媒体を移送
している。

【０００５】また、後者の流動層ボイラー装置では、熱
回収室の底部に、流動媒体を機械的に移送するスクリュ
ーフィーダ等を設けて、流動媒体の移送を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、以下のような問題点がある。すなわ
ち、前者の流動層ボイラー装置では、常圧流動層ボイラ
ーのように圧力変動が小さい場合、簡易な設備で流動媒
体の移送を確実に行えるので優れたものであると言える
が、１０数気圧で運転する加圧流動層ボイラーのように
圧力変動が大きい場合、流動媒体の移動量制御が困難で
あるという問題点がある。

【０００７】また、後者の流動層ボイラーでは、機械的
方法で強制的に流動媒体の移送を行っているため、常圧
流動層でも加圧流動層でも適用可能であるものの、機械
部品が常に高温の粒子にさらされることになるため、設
備の耐久性が低く信頼性に欠ける問題点がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、圧力変動の大き
なものであっても、燃焼室と熱回収室との間における流
動媒体の移動を行うことができると共に、耐久性が高く
設備の信頼性を向上させることができ流動層ボイラー装
置、及びこれを備えている複合発電設備を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の流動層ボイラー装置は、燃料が燃焼する燃焼室と流動
媒体から熱を回収する熱回収室とは仕切り壁で仕切ら
れ、該仕切り壁の上部に該燃焼室内の前記流動媒体を該
熱回収室に導く連通口が形成され、前記燃焼室の底部と
前記熱回収室の底部とは、前記流動媒体が通る所定長さ
の流動媒体循環配管で接続され、該流動媒体循環配管内
の該流動媒体を該熱回収室から該燃焼室方向へ搬送可能
な流量の空気を噴出する空気配管が該流動媒体循環配管
に接続されていることを特徴とするものである。

【００１０】ここで、前記流動層ボイラー装置におい
て、前記流動媒体循環配管は、前記熱回収室の底部から
鉛直下方に伸びる立下がり部と、立下がり部の下端から
前記燃焼室方向へほぼ水平に伸びる水平部と、該水平部
の端から鉛直上方に伸び前記燃焼室の底部に接続される
立上がり部とを有し、前記流動媒体循環配管の前記水平
部と前記立上り部との角部には、ここに至った前記流動
媒体を前記燃焼室に搬送するに足る流量の空気を該立上
り部の長手方向に噴出する搬送用空気配管が接続され、
前記流動媒体循環配管の前記立下がり部と前記水平部と
の角部には、ここに至った前記流動媒体を該水平部と前
記立上り部との前記角部へ搬送するに足る空気を噴出す
る搬送量制御用空気配管が接続され、該搬送量制御用空
気配管には、ここを通る空気の流量を調節する流量調節
弁が設けられていることが望ましい。

【００１１】また、前記流動層ボイラー装置において、
前記流動媒体循環配管は、運転中に生じる前記燃焼室の
底部と前記熱回収室の底部との圧力差以上の圧力損失が
内部に前記流動媒体が充填されている状態で生じるよう
形成されていることが好ましい。

【００１２】

【作用】燃焼室内の流動媒体は、燃焼室内において流動
燃焼する過程で仕切り壁を飛び越え、上部連通口から熱
回収室に移動する。熱回収室内では、ここに移動してき
た流動媒体と伝熱管内の水とが熱交換して、流動媒体の
熱が回収される。熱回収室内の流動媒体が、流動媒体循
環配管に流れ込むと、ここに噴出される空気によって燃
焼室側へ搬送される。

【００１３】ここで、重要なことは、仕切り壁の下部に
連通口が形成され、そこを通って流動媒体が熱回収室か
ら燃焼室へ移動するのではなく、流動媒体循環配管を介
して移動することである。このように、熱回収室の底部
と燃焼室の底部とは、流動媒体循環配管で接続され、こ
こを通って流動媒体が移動するため、燃焼室内の圧力変
動に起因して熱回収室の底部と燃焼室の底部とに圧力差
が生じても、内部に流動媒体が充填されている流動媒体
循環配管の圧力損失により、圧力の高い室内から圧力の
低い室内へ流動媒体が流れにくくなる。すなわち、熱回
収室の底部と燃焼室の底部とに圧力差が生じた場合で
も、この圧力差による搬送力が流動媒体循環配管の抵抗
（圧力損失）により緩和され、流動媒体循環配管に噴出
されるガスが流動媒体の搬送する主要な力として作用
し、流動媒体を確実に搬送することができる。

【００１４】特に、流動媒体循環配管が、運転中に生じ
る燃焼室の底部と熱回収室の底部との圧力差以上の圧力
損失が内部に流動媒体が充填されている状態で生じるよ
う形成されている場合には、燃焼室の底部と熱回収室の
底部との圧力差によって生じる流動媒体の搬送力は基本
的に流動媒体循環配管の抵抗（圧力損失）により相殺さ
れることになるので、非常に確実に流動媒体を搬送する
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る複合発電設備の一実施例
について、図１及び図２を用いて説明する。本実施例の
複合発電設備は、図２に示すように、加圧流動層ボイラ
ー１０と、流動層ボイラー１０内で発生した燃焼排気ガ
スから塵等を取り除くサイクロン４１，４２と、脱塵さ
れた燃焼排気ガスで駆動するガスタービン４４と、この
ガスタービン４４によって駆動する発電機４５と、燃焼
排気ガスの脱硝装置４６と、脱硝された燃焼排気ガスの
熱を回収する熱回収装置４７と、熱回収装置４７を通過
した燃焼排気ガスを大気に放出するための煙突４８と、
空気を圧縮して、これを流動層ボイラー１０に供給する
空気圧縮機５３と、石炭、石灰石及び水から成るスラリ
ーを流動層ボイラー１０に供給する燃料供給ポンプ３２
と、サイクロン４１，４２で脱塵された燃焼排気ガスの
一部をさらに精密脱塵して空気圧縮機５３に送る精密脱
塵器４３と、流動層ボイラー１０の伝熱管１７内で発生
した蒸気で駆動するスチームタービン６０と、このスチ
ームタービン６０によって駆動する発電機６１とを備え
ている。

【００１６】流動層ボイラー１０は、図１に示すよう
に、燃料である石炭が投入される燃焼室１１と、伝熱管
１７が設けられ流動媒体から熱を回収する熱回収室１６
とに、仕切り壁１５で仕切られている。仕切り壁１５の
上部は、燃焼室１１内の流動媒体が熱回収室１６に移動
できるよう、開口している。また、燃焼室１１及び熱回
収室１６の底部には、下方に向かうに連れて縮径される
複数のコーンが形成されている。

【００１７】燃焼室１１の各コーン１２ａ，１２ｂ，１
２ｃの下部と熱回収室１６の各コーン１８ａ，１８ｂ，
１８ｃの下部とは、流動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，
２０ｃで接続されている。燃焼室１１の各コーン１２
ａ，１２ｂ，１２ｃは、その頂角が約４５°になるよう
形成され、熱回収室１６の各コーン１８ａ，１８ｂ，１
８ｃは、流動媒体が熱回収室１６の底部から流動媒体循
環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃへ流れ込み易くするため
に、その頂角が約６０°になるよう形成されている。流
動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、熱回収室１
６のコーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃの下部から鉛直下方
に伸びる立下がり部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、立下が
り部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下端から水平に燃焼室１
１方向に伸びる水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、水平
部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの端部から鉛直上方に伸び燃
焼室１１のコーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ下部と接続さ
れている立上り部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを有してい
る。

【００１８】一般的に、本実施例のような加圧流動層ボ
イラーでは、燃焼中の流動層の圧力変化量が大きく、数
千ミリ水柱にも及ぶ。このため、燃焼室１１の底部と熱
回収室１６の底部とに圧力差が生じる。本実施例では、
流動媒体が充填されている状態の流動媒体循環配管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの圧力損失が、流動層の圧力変動に
起因する圧力差とほぼ同じになるよう、流動媒体循環配
管２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、その流路径や流路長等が
定められている。

【００１９】各流動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０
ｃの立下がり部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと水平部２２
ａ，２２ｂ，２２ｃとの角部には、水平部２２ａ，２２
ｂ，２２ｃの長手方向に向かって搬送量制御用空気を噴
出する搬送量制御用空気配管２５ａ，２５ｂ，２５ｃが
接続されている。各搬送量制御用空気配管２５ａ，２５
ｂ，２５ｃには、ここを通過する空気流量を制御するた
めに、制御用空気流量調節弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃと
空気流量計２７ａ，２７ｂ，２７ｃとが設けられてい
る。さらに、この角部には、立下がり部２１ａ，２１
ｂ，２１ｃを通ってきた流動媒体を系外に排出するため
の流動媒体排出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃが接続され
ている。また、水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと立上り
部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの角部には、鉛直上方に流
動媒体搬送用空気を噴出する搬送用空気配管２８ａ，２
８ｂ，２８ｃが接続されている。各搬送量制御用空気配
管２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び各搬送用空気配管２８
ａ，２８ｂ，２８ｃは、その上流側でまっとまってお
り、空気圧縮機５３の吐出口と圧縮空気供給配管５４を
介して接続されている。

【００２０】燃焼室１１の各コーン１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ下部には、流動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０
ｃの他に、燃料である石炭、石灰石及び水から成るスラ
リーを供給する燃料供給配管３０ａ，３０ｂ，３０ｃが
接続されている。各燃料供給配管３０ａ，３０ｂ，３０
ｃには、燃料流量調節弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃが取付
けられ、その上流側に燃料供給ポンプ３２が設けられて
いる。

【００２１】燃焼室１１の複数のコーン１２ａ，１２
ｂ，１２ｃのうち、一のコーン１２ａには、流動層ボイ
ラー１０起動時の燃料着火に用いるバーナ１３が設けら
れている。このバーナ１３には、ここにプロパンガス等
の燃料を供給する燃料供給配管３６と、ここに空気を供
給する空気供給配管３５とが接続されている。これら燃
料供給配管３６及び空気供給配管３５の端部には、タン
クローリ等からプロパンガスや液体空気を受け入れるこ
とができるよう、タンクローリ側の配管と接続可能な継
手が取付けられている。燃焼室１１の底部側には、ここ
の流動媒体の温度を測定する温度計１４が設けられてい
る。また、燃焼室１１及び熱回収室１６の頂部には、こ
こに石灰石を供給する石灰石投入口３７ａ，３７ｂが設
けられている。

【００２２】燃焼排気ガスから塵等を取り除くサイクロ
ン４１，４２として、図２に示すように、粗脱塵用サイ
クロン４１と精密脱塵用マルチサイクロン４２とがあ
る。粗脱塵用サイクロン４１は、そのガス取入口が流動
層ボイラー１０の燃焼排気ガス排気口と接続されてい
る。また、粗脱塵用サイクロン４１の塵排出配管は、流
動層ボイラー１０の熱回収室１６内に挿入されている。
精密脱塵用マルチサイクロン４２は、そのガス取入口が
粗脱塵用サイクロン４１のガス排気口と接続され、その
ガス排気口がガスタービン４４と接続されている。この
精密脱塵用マルチサイクロン４２には、この捕集効率を
高めるための気流吸引（ブローダウン）用の配管４２ａ
が設けられており、これが精密脱塵機４３のガス取入口
と接続されている。この精密脱塵機４３には、マルチサ
イクロン４２から気流吸引した燃焼排気ガスを空気圧縮
機５３に供給可能なよう、非常に微細な塵等までも捕集
するセラミックフィルターが設けられている。精密脱塵
機４３のガス排気口は、排気ガス循環配管５７を介して
空気圧縮機５３の吸込口と接続されている。この排気ガ
ス循環配管５７には、排気ガス循環量制御用の排気ガス
流量調節弁５８と流量計５９とが設けられている。

【００２３】大気を空気圧縮機５３に導く空気吸引配管
５０には、ここを通る空気の流量を調節する吸入空気量
調節弁５１と流量計５２とが設けられている。また、空
気圧縮機５３の吐出口に接続されている圧縮空気供給配
管５４には、圧縮空気の一部を脱硝装置４６へ導くため
の圧縮空気分岐配管５５が接続されている。

【００２４】制御装置６５は、流動層部１１ａの温度を
測定する温度計１４や圧縮空気供給配管５４内の酸素濃
度を測定する酸素濃度計５６等と、信号線で接続されて
いる。この制御装置６５には、各種機器の起動等を指示
する機能の他、温度計１４や酸素濃度計５６からの出力
や要求される負荷に基づき、各種調節弁を通過する流体
の流量を算出する機能も備えている。制御装置６５は、
この算出結果が各調節弁に出力されるよう、各調節弁と
も信号線で接続されている。

【００２５】次に、本実施例の複合発電設備の運転方法
を説明しつつ、その作用について説明する。起動時に
は、石灰石投入口３７ａから燃焼室１１内に石灰石を
０．５ｍ程度充填しておく（初回の起動時のみ、石灰石
投入口３７ｂから熱回収室１６内に石灰石を仕切り壁１
５の上端のレベルまで供給しておく。）。さらに、液体
空気が充填されているタンクローリ等を空気供給配管３
５に接続すると共に、プロパン等が充填されているタン
クローリ等を燃料供給配管３６に接続する。そして、空
気圧縮機５３を起動して、圧縮空気供給配管５４及び搬
送用空気配管２８ａ，２８ｂ，２８ｃを介して、流動媒
体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃの立上りぶ２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ内において流動媒体が気流搬送可能な７
ｍ／ｓ以上の流速になるような空気量（燃焼炉内では粒
子の流動化速度（燃焼室１１の空塔速度基準）以上にな
る空気流量）を燃焼室１１に供給する。その後、各タン
クローリ内の空気及びプロパンガスをバーナ１３から噴
射し、プロパンガスを流動層部１１ａで燃焼させる。な
お、燃焼以前に、空気圧縮機５３からの圧縮空気を精密
脱塵器４３に導き、ここを水蒸気の露点温度以上に加熱
する。また、圧縮空気分岐配管５５に設けられている弁
を開き、空気圧縮機５３からの圧縮空気（燃焼排気ガス
を含む）を脱硝装置４６にも流し、ここも水蒸気の露点
温度以上に加熱しておく。

【００２６】燃焼室１１の流動層部１１ａの温度が５５
０℃以上になると、制御装置６５からの指示により、燃
料供給ポンプ３２が起動して、燃料供給配管３０ａ，３
０ｂ，３０ｃのうち、一の燃料供給配管３０ａから燃焼
室１１のコーン１２ａ内に、石炭、石灰石及び水から成
るスラリーが供給される。さらに、この際、制御装置６
５からの指示を受けて制御用空気流量調節弁２６ａが僅
かに開き、制御用空気配管２５ａから流動媒体循環配管
２０ａに搬送量制御用空気が吹き込まれ、熱回収室１６
内の流動媒体が流動媒体循環配管２０ａを介して燃焼室
１１に移送される。なお、熱回収室１６から燃焼室１１
への流動媒体の搬送動作に関しては、後述する。熱回収
室１６内の流動媒体が少なくなると、石灰石投入口３７
ｂから石灰石を補充する。

【００２７】燃焼室１１の温度が７００℃程度になる
と、制御装置６５からの指示で燃料流量調節弁３１ｂ，
３１ｃも開き、燃料供給配管３０ｂ、３０ｃから燃料ス
ラリーが供給されると同時に、制御用空気供給管２５
ｂ、２５ｃからも流動媒体循環配管２０ｂ，２０ｃに搬
送量制御用空気が吹き込まれる。その後は、発電機４
５，６１の負荷に応じて、燃焼室１１の温度が所定値に
なるように、制御装置６５により各流量が制御されるこ
とになる。

【００２８】燃焼室１１内では、石灰石存在下で石炭が
流動燃焼すると同時に、脱硫反応が起こり、石炭燃焼で
発生した亜硫酸ガスが石灰石に吸収される。燃焼室１１
内の流動媒体は、この流動過程で仕切り壁１５を飛び越
えて連通口１５ａから熱回収室１６の上部に至る。熱回
収室１６では、流動媒体の熱が伝熱管１７で熱交換さ
れ、伝熱管１７内の水が蒸気となる。この蒸気は、スチ
ームタービン１９に供給されてタービン１９を駆動す
る。

【００２９】熱回収室１６内の流動媒体は、熱回収室１
６の底部より流動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
を介して、燃焼室１１に必要量送られる。燃焼室１１へ
送られる流動媒体の量は、発電機６１の負荷に応じた所
定の蒸気量が得られるよう、熱回収室１６内の流動媒体
のレベル（このレベルは、伝熱管１７と流動媒体との接
触面積に比例する。）を調節すべく、制御装置６５によ
って定められる。

【００３０】ここで、熱回収室１６から燃焼室１１への
流動媒体搬送動作について説明する。燃焼室１１で石炭
が燃焼している際には、基本的に、流動媒体の搬送に必
要な空気量の少なくとも５倍以上の空気が搬送用空気配
管２８ａ，２８ｂ，２８ｃから流動媒体循環配管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの立上り部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
に供給されている。したがって、流動媒体循環配管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃか
ら立上り部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに至った流動媒体の
すべては、確実に燃焼室１１内に導かれる。なお、搬送
用空気は、燃焼室１１内においては、流動媒体の燃焼用
空気として用いられる。ところで、流動媒体循環配管２
０ａ，２０ｂ，２０ｃの水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
には、粉体である流動媒体の性質上、燃焼室１１や熱回
収室１６内の流動媒体の自重による圧力がほとんどかか
らない。このため、水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに充
填されている流動媒体のみの搬送には、搬送用空気流量
に比べて遥かに少ない流量の空気で十分である。また、
水平部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに充填されている流動媒
体を移動させれば、熱回収室１６内の流動媒体も流動媒
体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃの立下がり部２１
ａ，２１ｂ，２１ｃを通って、自由落下する。そこで、
必要な流動媒体搬送量に対応した量の空気を搬送量制御
用空気配管２５ａ，２５ｂ，２５ｃから、流動媒体循環
配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃの水平部２２ａ，２２ｂ，
２２ｃに噴出させて、流動媒体の搬送量制御を行ってい
る。

【００３１】しかし、前述したように、流動層部１１ａ
が圧力変動して、燃焼室１１の底部と熱回収室１６の底
部との間に圧力差が生じた場合には、上記のような流動
媒体の搬送制御も難しくなる。そこで、本実施例では、
流動層部１１ａの圧力変動による燃焼室１１の底部と熱
回収室１６の底部との間の最大圧力差を予め計算で求め
ておき（実験で求めてもよい。）、この最大圧力差と、
流動媒体が充填されている状態の流動媒体循環配管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの圧力損失とがほぼ同じなるよう、
流動媒体循環配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃの流路径や流
路長等を定めている。このため、流動層部１１ａが圧力
変動し、燃焼室１１の底部と熱回収室１６の底部との間
に圧力差が生じた場合でも、この圧力差によって流動媒
体に働く搬送力は配管抵抗（圧力損失）により相殺さ
れ、目的の量の流動媒体を的確に搬送することができ
る。

【００３２】流動媒体の搬送に当たり、熱回収室１６内
の流動媒体の均一下降は、均一な熱バランスを取るため
にも重要なことである。また、燃焼室１１へ搬送される
流動媒体が燃焼室１１の底部に均一に供給されること
は、搬送される流動媒体と燃料スラリーとの均一混合を
図る上で重要なことである。このため、本実施例では、
熱回収室１６の底部及び燃焼室１１の底部に複数コーン
を形成して、対応する各コーン間を複数の流動媒体循環
配管２０ａ，２０ｂ，２０ｃで接続して、熱回収室１６
内の流動媒体の均一下降、及び、燃焼室１１の底部への
流動媒体の均一供給を図っている。

【００３３】流動層ボイラー１０で発生した燃焼排気ガ
スは、粗脱塵用サイクロン４１に導かれ、ここである程
度の塵等が除去された後、さらに、精密脱塵用マルチサ
イクロン４２でガスタービン４４の要求する塵濃度まで
低減される。ガスタービン４４は、塵等が取り除かれた
燃焼排気ガスで駆動し、発電機４５を駆動させる。ガス
タービン４４を通過して圧力及び温度の低下したガス
は、脱硝装置４６、熱回収装置４７を通過した後、煙突
４８より系外に排出される。なお、脱硝装置４６の下流
に、さらに脱塵装置を設けてもよい。

【００３４】精密脱塵用マルチサイクロン４２では、導
入ガスの一部がブローされ、捕集効率が高められてい
る。ブローガスは、精密脱塵器４３で脱塵された後、排
気ガス循環配管５７を通って空気圧縮機５３に導かれ
る。空気圧縮機５３には、このブローガスの他、空気吸
引配管５０から大気及び熱回収装置４７からの排気ガス
（酸素濃度３〜６％）も導かれる。空気圧縮機５３で
は、これらのガスが昇圧され、搬送量制御用空気及び流
動媒体搬送用空気（燃焼用空気）として、ボイラー１０
に供給される。排気ガス循環配管５７と空気吸引配管５
０とから空気圧縮機５３に導かれる空気流量の割合は、
圧縮空気供給配管５４に設けられている酸素濃度計５６
からの出力、つまりボイラー１０に供給される空気中の
酸素濃度によって定められる。また、ボイラー１０に供
給される空気の量やその空気中の酸素濃度は、ボイラー
１０に要求される負荷や燃焼室１１の温度によって定ま
る。したがって、排気ガス循環配管５７に設けられてい
る排気ガス流量調節弁５８を通過する空気流量と、空気
吸引配管５０に設けられている吸入空気流量調節弁５１
を通過する空気流量とは、酸素濃度計５６からの出力、
温度計１４、及びボイラー１０に要求される負荷に基づ
いて、制御装置６５により定められる。このように求め
られた値は、制御装置６５から対応する調節弁５１，５
８に出力される。なお、本実施例では、１００％負荷運
転時には、大気中の空気と精密脱塵器４３からの排気ガ
スとを空気圧縮器５３で加圧して、ボイラー１０に供給
するが、低負荷運転時には、熱回収装置４７出口からの
低酸素濃度排ガスを空気圧縮機５３に供給し、負荷に見
合った酸素量を流動層ボイラー１０に供給する。このた
め、低負荷運転においてもボイラー１０の圧力、ガス
量、及び温度を低下させることがなくガスタービン４４
での効率を高く保てる（従来、加圧流動層ボイラを用い
た発電装置では負荷変化に対して原料量、空気流量、ボ
イラの操作圧力、流動層高を変化するので、低負荷の運
転ではガスタービンへ流入する排ガス流量、温度、圧力
が低下し、ガスタービンの効率が著しく低くなってい
た。）。

【００３５】一般的に、発電設備は年間に多くとも数回
しか起動しないこのため、起動時の着火用の設備は、通
常、遊休設備となっている。そこで、また、本実施例で
は、起動時においては、系外の燃料供給装置（タンクロ
ーリ等）からの燃料をバーナ１３から噴出して、燃焼室
１１内の石炭を着火させ、通常遊休設備となる着火用設
備を設けず、設備コストの低減を図っている。

【００３６】本実施例において、１００％負荷運転時に
おいては、燃料供給配管３０ａ，３０ｂ，３０ｃからの
スラリー（石炭：石灰石：水＝１４０ｋｇ：３ｋｇ：４
０ｋｇ）の供給量が３７０ｋｇ／ｈ、搬送用空気配管２
８ａ，２８ｂ，２８ｃからの空気供給量が２８００ｋｇ
／ｈ、搬送量制御用空気配管２５ａ，２５ｂ，２５ｃか
らの空気流量が８０ｋｇ／ｈ（流動媒体搬送量で１６０
００ｋｇ／ｈ）、伝熱管１７への水量が１８００ｋｇ／
ｈである。なお、ボイラー１０への導入空気の酸素濃度
は、２１％である。各流量は、伝熱管１７への水量と互
いに連動させて増減し、１００％負荷運転での燃焼室１
１内温度を制御している。基本的に、定常運転時の燃焼
室１１内の圧力は１２気圧で、燃焼室１１内の温度（流
動層温度）は９００℃で推移させる。

【００３７】低負荷運転時（５０％負荷運転時）には、
熱回収装置４７の出口ガスの一部を空気圧縮機５３に導
入する。この際、燃焼室１１への空気供給量は１００％
負荷運転時と同じく２８００ｋｇ／ｈで、導入空気の酸
素濃度は１２％である。また、燃料供給配管３０ａ，３
０ｂ，３０ｃからのスラリー供給量は１８３ｋｇ／ｈ
で、熱回収室１６から燃焼室１１への流動媒体搬送量は
８０００ｋｇ／ｈで、伝熱管１７への水量が９００ｋｇ
／ｈである。なお、燃焼室１１内の圧力は１２気圧で、
燃焼室１１内の温度（流動層温度）は１００％負荷運転
時と同じ９００℃、燃焼室１１出口部でのガス温度８８
５℃である。また、この際の脱硫率は９５％である。

【００３８】なお、１００％負荷運転時において、熱回
収室１６から燃焼室１１への流動媒体搬送量を８０００
ｋｇ／ｈ、１６０００ｋｇ／ｈ、３３６００ｋｇ／ｈに
した場合、いずれの場合も熱回収室１６上部の温度は、
スラリー供給量、空気量、伝熱管１７への水量を連動さ
せることで９００℃に制御することができる。また、１
００％負荷運転時では、燃焼室１１内のガス流速は１．
２ｍ／ｓ、熱回収室１６内のガス流速は粒子の流動化速
度以下となる。

【００３９】なお、以上の実施例において、流動媒体が
充填されている状態の流動媒体循環配管２０ａ，２０
ｂ，２０ｃの圧力損失が、流動層の圧力変動に起因する
圧力差とほぼ同じになるよう、流動媒体循環配管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃは、その流路径や流路長等が定めら
れているが、これは一例であって、例えば、流動媒体搬
送量の精度をあまり要求しないボイラーでは、流動層の
圧力変動に起因する圧力差よりも配管圧力損失が小さく
なってもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、燃焼室内の圧力変動に
より燃焼室と熱回収室とに圧力差が生じても、この圧力
差により流動媒体に働く搬送力を流動媒体循環配管の圧
力損失で緩和しているので、確実に流動媒体を搬送する
ことができる。また、高温の流動媒体を直接搬送するよ
うな機械式の搬送設備を用いていず、且つ簡易な設備で
上記効果を得ているので、設備の信頼性も高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の加圧流動層ボイラー装
置の構成を示す説明図である。

【図２】本発明に係る一実施例の複合発電設備の系統図
である。

【符号の説明】

１０…加圧流動層ボイラー、１１…燃焼室、１１ａ…流
動層部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１８ａ，１８ｂ，１
８ｃ…コーン、１４…温度計、１５…仕切り壁、１５ａ
…連通口、１６…熱回収室、１７…伝熱管、２０ａ，２
０ｂ，２０ｃ…流動媒体循環配管、２１ａ，２１ｂ，２
１ｃ…立下がり部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…水平部、
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…立上り部、２４ａ，２４ｂ，
２４ｃ…流動媒体排出配管、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…
搬送量制御用空気配管、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…制御
用空気流量調節弁、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…搬送用空
気配管、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…燃料供給配管、４１
…粗脱塵用サイクロン、４２…精密脱塵用マルチサイク
ロン、４３…精密脱塵器、４４…ガスタービン、４５，
６０…発電機、５０…空気吸込配管、５１…吸入空気量
調節弁、５３…空気圧縮機、５４…圧縮空気供給配管、
５５…圧縮空気分岐配管、５７…排気ガス循環配管、５
８…排気ガス循環配管、６０…スチームタービン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 泰雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大木 勝弥 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を含む流動媒体が投入され該燃料が流
   動燃焼する燃焼室と、伝熱管を有し前記燃焼室から移動
   してきた前記流動媒体の熱を回収する熱回収室とを備え
   ている流動層ボイラー装置において、 前記燃焼室と前記熱回収室とは仕切り壁で仕切られ、該
   仕切り壁の上部に該燃焼室内の前記流動媒体を該熱回収
   室に導く連通口が形成され、 前記燃焼室の底部と前記熱回収室の底部とは、前記流動
   媒体が通る所定長さの流動媒体循環配管で接続され、該
   流動媒体循環配管内の該流動媒体を該熱回収室から該燃
   焼室方向へ搬送可能な流量の空気を噴出する空気配管が
   該流動媒体循環配管に接続されていることを特徴とする
   流動層ボイラー装置。
2. 【請求項２】燃料を含む流動媒体が投入され該燃料が流
   動燃焼する燃焼室と、伝熱管を有し前記燃焼室から移動
   してきた前記流動媒体の熱を回収する熱回収室とを備え
   ている流動層ボイラー装置において、 前記燃焼室と前記熱回収室とは仕切り壁で仕切られ、該
   仕切り壁の上部に該燃焼室内の前記流動媒体を該熱回収
   室に導く連通口が形成され、 前記燃焼室の底部と前記熱回収室の底部とは、前記流動
   媒体が通る所定長さの流動媒体循環配管で接続され、 前記流動媒体循環配管は、前記熱回収室の底部から鉛直
   下方に伸びる立下がり部と、立下がり部の下端から前記
   燃焼室方向へほぼ水平に伸びる水平部と、該水平部の端
   から鉛直上方に伸び前記燃焼室の底部に接続される立上
   がり部とを有し、 前記流動媒体循環配管の前記水平部と前記立上り部との
   角部には、ここに至った前記流動媒体を前記燃焼室に搬
   送するに足る流量の空気を該立上り部の長手方向に噴出
   する搬送用空気配管が接続され、前記流動媒体循環配管
   の前記立下がり部と前記水平部との角部には、ここに至
   った前記流動媒体を該水平部と前記立上り部との前記角
   部へ搬送するに足る空気を噴出する搬送量制御用空気配
   管が接続され、該搬送量制御用空気配管には、ここを通
   る空気の流量を調節する流量調節弁が設けられているこ
   とを特徴とする流動層ボイラー装置。
3. 【請求項３】前記流動媒体循環配管は、運転中に生じる
   前記燃焼室の底部と前記熱回収室の底部との圧力差以上
   の圧力損失が内部に前記流動媒体が充填されている状態
   で生じるよう形成されていることを特徴とする請求項１
   又は２記載の流動層ボイラー装置。
4. 【請求項４】前記燃焼室及び前記熱回収室には、それぞ
   れの底部に複数のコーン部が形成され、 前記燃焼室の複数のコーン部の下端と前記熱回収室の複
   数のコーン下端とが複数の前記流動媒体循環配管で接続
   されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の
   流動層ボイラー装置。
5. 【請求項５】前記流動媒体循環配管には、前記流動媒体
   を排出する排出配管が接続されていることを特徴とする
   請求項１、２、３又は４記載の流動層ボイラー装置。
6. 【請求項６】前記燃焼室の底部に、前記燃料を含む流動
   媒体を供給する燃料供給配管が接続されていることを特
   徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の流動層ボイ
   ラー装置。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５又は６記載の流
   動層ボイラー装置と、 前記流動層ボイラー装置の前記流動媒体供給配管への空
   気を供給する空気圧縮機と、 前記流動層ボイラー装置の前記伝熱管内で発生した蒸気
   で駆動するスチームタービンと、 前記スチームタービンによって駆動する発電機と、 前記流動層ボイラー装置から排出される燃焼排気ガスか
   ら塵を取り除く脱塵器と、 前記脱塵器で脱塵された前記燃焼排気ガスで駆動するガ
   スタービンと、 前記ガスタービンによって駆動する発電機と、 を備えていることを特徴とする複合発電設備。
8. 【請求項８】前記脱塵器からの前記燃焼排気ガスを前記
   空気圧縮機の吸込口に導く排気ガス循環ラインと、 前記排気ガス循環ラインを流れるガス流量を調節する排
   気ガス流量調節弁と、 大気を前記空気圧縮機の吸引口に導く空気吸引ライン
   と、 前記空気吸引ラインを流れるガスの流量を調節する空気
   流量調節弁と、 前記排気ガス循環ラインのガス流量を前記排気ガス流量
   調節弁に指示すると共に、前記空気吸引ラインのガス流
   量を前記空気流量調節弁に指示する制御装置と、 を備えていることを特徴とする請求項７記載の複合発電
   設備。