JPH06265107A - 流動層燃焼装置およびその運転方法 - Google Patents

流動層燃焼装置およびその運転方法

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JPH06265107A
JPH06265107A JP5402093A JP5402093A JPH06265107A JP H06265107 A JPH06265107 A JP H06265107A JP 5402093 A JP5402093 A JP 5402093A JP 5402093 A JP5402093 A JP 5402093A JP H06265107 A JPH06265107 A JP H06265107A
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JP
Japan
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fluidized bed
heat transfer
transfer tube
combustion
oxygen concentration
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JP5402093A
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Inventor
Ryuichi Sugita
隆一 杉田
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】流動層内に複数の伝熱管群を配設して流動燃焼
を行う流動層燃焼装置において、伝熱管群の摩耗減肉量
の低減をはかる。 【構成】各伝熱管群の間に、ブロック状の耐熱性の金
属、合金またはセラミックスを装填して燃焼ガスおよび
流動媒体が通過する空隙を有するバケット、もしくは上
記の空隙を内部に持つ多孔性のセラミックス焼結体から
なるブロックを流動媒体の流動制御部材(流動障害物)
を配設する。 【効果】流動層内に発生するマクロフローや気泡の成長
を抑制できるので伝熱管の摩耗減肉量を著しく低減する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は流動層燃焼装置に係り、
特に伝熱管の摩耗減肉防止に好適な構造の流動層燃焼装
置およびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の微粉炭焚きボイラ火炉における伝
熱管の摩耗による減肉量は、約0.1mm/10000
時間程度であるのに対し、石炭を燃料として使用する流
動層ボイラ火炉における伝熱管の減肉量は約1mm/1
0000時間(微粉炭焚きボイラ火炉に比べて約10
倍)前後である。このように、流動層ボイラ火炉におけ
る伝熱管の摩耗が以前から深刻な問題になっているにも
かかわらず依然として解決されていない問題である。図
6に、従来技術による流動層ボイラ火炉の構造の一例を
示す。図において、流動層ボイラ火炉が運転されている
時の層高さを、流動層高さ5と言い、運転を停止した場
合の層高さを、静止層高さ6と言う。流動媒体内に気泡
が含まれ膨張した状態での流動層高さ5は、静止層高さ
6の約2倍程度の高さになる。図7に、従来技術におけ
る伝熱管の減肉量と流動層高さとの関係を示す。すなわ
ち、静止層高さ以下に配置された伝熱管の減肉量は少な
いが、静止層高さ以上では減肉量が増加する傾向にあ
る。これは、気泡が上昇する過程で合体し大きくなり、
気泡が破裂する際のエネルギーが気泡の大きさに比例し
て大きくなるため伝熱管の摩耗減肉量が増加するものと
考えられている。図8は、従来の流動層ボイラ火炉にお
いて発生すると言われている流動媒体の循環流を示すも
ので、通常、マクロフローと呼ばれている。このマクロ
フローは、火炉中央部から流動媒体が吹き上がり、火炉
側壁部で下降する流動形態をとるので、図9に示すよう
に、火炉中央部と火炉側壁部の伝熱管の減肉量が大きく
なる傾向を示している。また、火炉幅が広く、流動層高
さが低く、伝熱管の配列ピッチが狭い場合にはマクロフ
ローが発生し難いが、流動層高さが高く、伝熱管の配列
ピッチが広い場合にはマクロフローが発生しやすいもの
と考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の流動層
ボイラ火炉における伝熱管の摩耗減肉量を低減させる方
法として、例えば伝熱管表面にプロテクタを取付ける等
の提案がなされているが、これは伝熱管の表面をプロテ
クタが覆う構造であるので熱伝達率が低下することにな
り、根本的な問題の解決方法にはなっていない。また、
プロテクタを設けること以外の対策としては、オメガ型
伝熱管、溶射伝熱管、ヒレ付伝熱管等を用いることが提
案されているが、製作コストが高くなるため実機に全面
的に採用されるような状況にはなっていない。そこで、
流動層ボイラ火炉におけるマクロフローや、火炉の上部
で気泡が合体し摩耗による減肉量が増加することに着目
し、比較的製作コストが安価な方法として、流動障害物
を設置してマクロフローを抑制し、かつ流動層内に発生
する大きな気泡を粉砕し伝熱管の摩耗減肉量の低減をは
かることに着目して、本出願人は先願として実開昭61
−186901号公報を提案している。この考案は、気
泡粉砕板として穴を開けた板を流動層内に配設して、伝
熱管の直径の3倍以下に気泡を粉砕することを目標とし
たものである。しかし、板に穴を開けた程度では気泡粉
砕板を通過した気泡はすぐに合体して大きくなり充分な
効果が得られないという問題があった。
【0004】本発明の目的は、流動層ボイラ火炉内の流
動層内に複数の伝熱管群が配設されている流動層燃焼装
置において、流動媒体のマクロフローおよび流動層内で
成長する気泡を粉砕するのに好適な流動障害物(流動調
整部材)を、上記伝熱管群の間に配設して伝熱管の摩耗
減肉量の抑制が可能な構造の流動層燃焼装置およびその
運転方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、流動層内に複数の伝熱管群を配設し、流動
媒体を流動させながら燃焼を行う流動層燃焼装置におい
て、上記伝熱管群の間に、ブロック状の耐熱性の金属、
合金またはセラミックスを装填した燃焼ガスおよび流動
媒体が通過する空隙を持つバケット、もしくは上記の空
隙を内部に持つ多孔性セラミックス焼結体からなるブロ
ックを、流動媒体の流動調整部材(流動障害物)として
配設し、流動層内で成長し大きくなる気泡を粉砕するも
のである。そして、流動媒体の流動調整部材を配設した
流動層燃焼装置の火炉側壁部に、燃料供給管を設けて燃
料供給量を制御し、また、複数の伝熱管群の配設部位
に、流動層内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、
該酸素濃度検出器からの酸素濃度信号に基づいて、燃料
供給量および燃焼用空気供給量を制御する手段を設ける
ものである。さらに本発明は、流動層内に複数の伝熱管
群を配設し、該伝熱管群の間に流動媒体の流動調整部材
を設け、流動媒体を流動させながら燃焼を行う流動層燃
焼方法において、上記複数の伝熱管群の配設部位の流動
層内の酸素濃度を検出し、上記流動層内が還元性雰囲気
とならないように、燃料と燃焼用空気の供給量を制御
し、還元性雰囲気で生じる硫化腐食による伝熱管の腐食
と摩耗減肉を抑制するものである。
【0006】
【作用】ブロック状の耐熱性の金属、合金またはセラミ
ックス等を充填した燃焼ガスおよび流動媒体が通過する
空隙を設けたバケット、または燃焼ガスおよび流動媒体
が通過する空隙を内部に持つ多孔性セラミックス焼結体
からなるブロック等の流動媒体の流動調整部材(流動障
害物)を設置することで、次に示す作用効果が生じる。 (a)例えば、流動媒体の流動調整部材を設置すること
で、上部伝熱管群と下部伝熱管群の間の流動媒体の流動
を分割する作用があるので流動層におけるマクロフロー
が発生し難い。 (b)塊状の耐熱性の金属、合金またはセラミックス等
を充填したバケットの空隙の間、または多孔性セラミッ
クス焼結体ブロックの内部空隙の間を、流動層内で大き
く成長した気泡が通過する際に、成長した気泡を粉砕す
る作用があるので気泡が小さくなり、伝熱管の摩耗減肉
量を少なくすることができる。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例1〉図1に、本発明の流動層ボイラ火炉の構成
の一例を示す。下部伝熱管群1の上に、図2(a)、
(b)に示すような耐熱性の金属、合金またはセラミッ
クス等からなる塊(ブロック)10を入れたバケット9
を配設する。なお、図2(b)は、図2(a)を下から
見た図(A矢視図)である。また、図3(a)、(b)
に示すような、空隙13を有する焼結体ブロック12を
火炉幅全体に配設する。なお、図3(b)は、図3
(a)に示すブロック12を装填するサポート14であ
る。図2(a)、(b)に示すバケット9は、流動媒体
の流動を完全に阻害しないように底部に開口15を設け
てある。石炭焚き流動層ボイラ火炉には、通常粒径が1
mm程度の流動媒体が使用されるが、塊10と塊10の
隙間や焼結体ブロック12の空隙があまりに小さいと、
流動媒体の抜出し時に流動媒体が落下しなくなるので、
少なくとも自然落下する程度の大きさの隙間は必要であ
る。また、塊10と塊10の隙間や焼結体ブロック12
の空隙の幅寸法は、20〜30cmに成長した気泡を粉
砕するためには最大で3cm以下、最小で1cm以上に
することが望ましい。石炭焚き流動層ボイラ火炉の炉内
温度は850℃前後となるので、バケット9やバケット
9の中に入れる塊10の材質としては、耐熱性のある高
Cr系金属、合金またはセラミックスを用いる必要があ
る。バケット9や焼結体ブロック12は、流動層の空塔
速度が遅い場合には固定する必要はないが、空塔速度が
速くバケット9や焼結体ブロック12が移動する可能性
のある場合には、サポート11または14をUボルト等
で伝熱管に固定したほうが好ましい。なお、バケット9
や焼結体ブロック12と各伝熱管群までの間は気泡だま
りとして作用する。このように、下部伝熱管群1と上部
伝熱管群7の間を、バケット9や焼結体ブロック12で
分割することになるので流動層におけるマクロフローの
発生が少なくなり、また流動層内の気泡の成長を抑制す
ることができ、伝熱管の摩耗減肉量を少なくすることが
できる。しかし、上下方向の流動媒体および燃料の循環
も抑制されるので、上部伝熱管群7の下にも下部伝熱管
群1と同様の燃料供給ノズル4を設置することが望まし
い。なお、上記のようにして気泡を粉砕しても、上部伝
熱管群7の上部には気泡成長域8が形成されるので、上
部伝熱管群7を上記の気泡成長域8に配設しないように
配慮することが必要となる。
【0008】〈実施例2〉図4は、実施例1と同様の構
造の火炉内に、上部、中部および下部段伝熱管群7、1
6および1を設けた構造の流動層ボイラ火炉の構成の一
例を示すものである。このように多段に構成にすると、
気泡成長域8を小さくすることができるばかりでなく、
例えば図5に示すように、流動層高さ5を下げて運転負
荷を低減する場合においても、流動層高さ5を上部伝熱
管群7と中部伝熱管群16との間に設定することで、伝
熱管が気泡成長域8にさらされないように運転すること
が可能となる。ただし、この場合、燃料の供給は中部、
および、下部の燃料供給ノズル4からのみとし、上部の
燃料供給ノズル4からの燃料の供給は停止する。また、
流動層ボイラ火炉の流動層内で、燃料が多く存在する部
分と少ない部分が存在し、燃料が多く存在する場所では
酸素を多く消費して還元性雰囲気となり、硫化腐食が発
生して腐食と摩耗により伝熱管の減肉を急激に進展させ
る場合がある。本実施例の場合において、上部、中部、
下部伝熱管群7、16、1の部位の酸素の濃度を検出す
る酸素濃度検出器を設置し、硫化腐食が発生しない酸素
濃度となるように燃料供給量および空気供給量を制御す
ることにより、伝熱管群の腐食と摩耗減肉量の低減をは
かることができる。
【0009】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の流
動層燃焼装置によれば、流動層内に配設された複数の伝
熱管群の間に、流動媒体の流動を調整する所定の空隙を
設けたバケットや焼結体ブロックの流動障害物(流動調
整部材)を設置することにより、マクロフローや気泡径
の成長を抑制することができるので、伝熱管の摩耗減肉
量を著しく低減することができる。また、多段の伝熱管
群構造とすることで、低負荷運転時における流動層高さ
を設定の位置にすることで、気泡成長域に伝熱管を曝す
ことを回避することができる。さらに、酸素濃度検出器
と組み合わせた燃料供給制御を行うことにより、伝熱管
の硫化腐食と摩耗減肉の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で例示した流動層ボイラ火炉
の構成の一例を示す模式図。
【図2】本発明の実施例1の流動層ボイラ火炉炉内に配
設したバケットの構造の一例を示す模式図。
【図3】本発明の実施例1の流動層ボイラ火炉炉内に配
設した焼結体ブロックの構造の一例を示す模式図。
【図4】本発明の実施例2で例示した流動層ボイラ火炉
の構成の一例を示す模式図。
【図5】本発明の実施例2で例示した流動層ボイラ火炉
の低負荷運転時における流動層高さを示す模式図。
【図6】従来の流動層ボイラ火炉の構成の一例を示す模
式図。
【図7】従来の流動層ボイラ火炉における流動層高さと
伝熱管減肉量の関係を示すグラフ。
【図8】従来の流動層ボイラ火炉で発生するマクロフロ
ーの一例を示す説明図。
【図9】従来の流動層ボイラ火炉のマクロフローによる
伝熱管の減肉パターンを示す説明図。
【符号の説明】
1…下部伝熱管群 2…分散板 3…空気供給ノズル 4…燃料供給ノズル 5…流動層高さ 6…静止層高さ 7…上部伝熱管群 8…気泡成長域 9…バケット 10…塊(ブロック) 11…サポート 12…焼結体ブロック 13…空隙 14…サポート 15…開口 16…中部伝熱管群 17…マクロフロー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流動層内に複数の伝熱管群を配設し流動媒
    体を流動させながら燃焼を行う流動層燃焼装置におい
    て、上記伝熱管群の間に、ブロック状の耐熱性の金属、
    合金またはセラミックスを装填した燃焼ガスおよび流動
    媒体が通過する大きさの空隙を有するバケット、もしく
    は上記の空隙を内部に持つ多孔性セラミックス焼結体か
    らなるブロックを、流動媒体の流動調整部材として配設
    したことを特徴とする流動層燃焼装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、流動媒体の流動調整部
    材を配設した流動層燃焼装置の火炉側壁部に、燃料供給
    量を調整する燃料供給制御手段を設けたことを特徴とす
    る流動層燃焼装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、複数の
    伝熱管群が配設されている部位に、流動層内の酸素濃度
    を検出する酸素濃度検出器と、該酸素濃度検出器からの
    酸素濃度信号に基づいて、燃料供給量および燃焼用空気
    供給量を制御する手段を設けたことを特徴とする流動層
    燃焼装置。
  4. 【請求項4】流動層内に複数の伝熱管群を配設し、該伝
    熱管群の間に、請求項1記載の流動媒体の流動調整部材
    を設け、流動媒体を流動させながら燃焼を行う流動層燃
    焼方法において、上記複数の伝熱管群の設置部位の流動
    層内の酸素濃度を検出し、上記流動層内が還元性雰囲気
    とならないように燃料と燃焼用空気の供給量を調整し、
    還元性雰囲気下で生じる硫化腐食による伝熱管の腐食と
    摩耗減肉を抑制することを特徴とする流動層燃焼方法。
JP5402093A 1993-03-15 1993-03-15 流動層燃焼装置およびその運転方法 Pending JPH06265107A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3930936A1 (de) * 1989-01-24 1990-07-26 Aisan Ind Glaettbohrer
DE3991666C2 (de) * 1989-05-16 1996-07-04 Fuji Bellows Co Ltd Kombiniertes Bohr-und Reibwerkzeug

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DE3930936A1 (de) * 1989-01-24 1990-07-26 Aisan Ind Glaettbohrer
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