JPH0629566B2 - 石炭燃焼形ボイラ - Google Patents

石炭燃焼形ボイラ

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JPH0629566B2
JPH0629566B2 JP62322649A JP32264987A JPH0629566B2 JP H0629566 B2 JPH0629566 B2 JP H0629566B2 JP 62322649 A JP62322649 A JP 62322649A JP 32264987 A JP32264987 A JP 32264987A JP H0629566 B2 JPH0629566 B2 JP H0629566B2
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、廃ガス排出配管に接続されたガスタービン、
ガスタービンのガス側に後置接続された廃熱ボイラおよ
び廃熱ボイラの蒸気側に接続された蒸気タービンを持っ
たガスタービン・蒸気タービン複合発電所のための石炭
燃焼形ボイラに関する。
〔従来の技術〕
石炭燃焼形ボイラを持ったガスタービン・蒸気タービン
複合発電所は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３
１２３３９１号公報（特開昭５７−２１２３０９号公
報）のような種々の文献で既に公知である。この発電所
の構想は大きな効率が期待でき、石炭ガス発生器が前置
接続されたガスタービン・蒸気タービン複合発電所にと
って必要とされる設備投資がかなり安価にできる。しか
し石炭燃焼形ボイラを持ったガスターイン・蒸気タービ
ン複合発電所は従来において実験段階以上には発展して
いない。これはガスタービンの寿命が廃ガスのダスト負
荷によって著しく短縮されることが判明しており、他方
ではガスタービンの入口温度が高いため、廃ガスの十分
効果的な除塵ができないからである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、石炭燃焼形ボイラにおいて石炭が十分
にダストが無くなるまで燃料し、これによってその廃ガ
スがガスタービン内においてその寿命をほとんど害する
ことなしに仕事をするようにすることにある。更に窒素
酸化物の放出基準を満足させるために、できるだけ少量
の窒素酸化物が生ずるような燃焼が進行するようにする
ことにある。
〔問題点を解決手段〕
この目的は本発明によれば特許請求の範囲第１項の特徴
部分に記載した手段によって達成される。本発明の有利
な実施態様は特許請求の範囲の実施例態様項に記載して
ある。
〔発明の効果〕
石炭燃焼形ボイラが、化学量論比を下廻るように運転さ
れる流動層燃焼装置、この流動層燃料装置に後置接続さ
れた一体のサイクロン分離器およびこのサイクロン分離
器のガス側にバーナと共に後置接続されたボイラ融灰室
から構成されているために、一方では流動層の燃焼温度
が低くなるので窒素酸化物の発生が著しく抑制され、他
方では粒子の永続的な旋回流動のために完全燃焼が達成
される。同時に流動層燃焼装置において発生される燃焼
ガスによって連行されるダスト粒子が一体のサイクロン
分離器において燃焼ガスから分離されるので、ボイラ融
灰室のバーナにはほとんどダクトを含まない主に一酸化
炭素を含有するガスが導かれる。万一連行されて来たダ
スト粒子は融灰室の高い温度において融解し、小さな液
滴に凝集する。これは重力で下向きに落下し、ボイラ融
灰室の下端に接続された灰排出配管に排出される。この
ようにしてボイラ融灰室から出る廃ガスはほとんどダス
トを含まなくなる。
〔実施態様〕
ボイラ融灰室から出る廃ガスのダストは、本発明に基づ
く実施態様においてボイラ融灰室の内壁が断面円筒状を
しており、バーナがこの内壁に接線方向に配置されてい
る場合に、より一層浄化される。これによって廃灰室に
おいて旋回流が発生し、これはなお燃焼ガス内に含まれ
る灰粒子をボイラ融灰室の壁に向って搬送する。そこで
液化した粘性の灰は壁において下向きに灰排出配管に流
れる。その灰はその粘性成分のためにそれに接触する粒
子をすべて付着し、そのようにして廃ガスを浄化するた
めに大きく貢献する。
融灰室に入る灰の一層の減少は、本発明の実施態様にお
いてボイラ融灰室のバーナの前に別のサイクロン分離器
を接続することによって達成される。
ボイラ融灰室が本発明の実施態様において放射室に直接
移行している場合、特に有利である。この処置によって
融灰室の旋回流と関連して、放射室を通る長い経路にわ
たる放射室における冷却によって灰が凝固するのでその
搬出が一層改善され、同時に廃ガスの感知し得る熱の水
蒸気回路への伝達が保証される。
〔実施例〕
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明
する。
図面は石炭燃焼形ボイラ１、それに接続されたガスター
ビン・蒸気タービン複合発電所２、およびボイラ１に前
置接続された石炭供給装置３を概略的に示している。石
炭燃焼形ボイラ１はその下側部分に灰サイクロン分離器
４の両側に配置された二つの流動層燃焼室５，６を有
し、それらのノズル床７，８は、空気圧縮器９，１０に
接続されボイラの構成要素をケーシング状に取り囲む新
鮮空気配管１１に接続されている。各流動層燃焼室５，
６のノズル床７，８の上側には、石炭供給装置３に接続
されている燃料供給配管１２，１３が開口している。流
動層燃焼室５，６の定常流動層１４，１５の上側の自由
空間内に、熱交換器伝熱面１６，１７，１８，１９が配
置され、これらはガスタービン・蒸気タービン複合発電
所２の水蒸気回路に接続されている。流動層燃焼室５，
６間のサイクロン分離器４は主に同心的な二重管２０，
２１から構成され、その外側管２０の上側密閉端は両方
の流動層燃料室５，６に接線方向に開口している排気通
路２２，２３に接続されており、下端は灰排出配管２４
に漏斗状に開口している。内側管２１の下端は開いてお
り、これは外側管２０の下側漏斗状端のすぐ下側まで外
側管２０の中に入り込んでいる。この実施例の場合、内
側管２１の上端はその両側に配置された二つの補助サイ
クロン分離器２５，２６に開口している。
サイクロン分離器２５，２６はそれらの下端が灰排出配
管２７，２８に接続され、ガス側が流動層燃焼室５，６
の上側に配置されたボイラ融灰室３１のバーナ２９，３
０に接続されている。これらのバーナ２９，３０はボイ
ラ融灰室３１の円筒状内壁に対して接線方向に向き、そ
の対称軸３２，３３が幾分下向きに傾斜している。これ
らは新鮮空気配管１１に接続されている。ボイラ融灰室
３１は内側が耐火レンガ３４でライニングされ、その下
端は漏斗状に形成されている。この漏斗状端には、噴水
装置３５を備えた灰収集ホッパー３６が続いており、こ
れは別の灰排出配管３７に開口している。このボイラ融
灰室３１には円筒状放射室３８の下端が続いている。放
射室３８はガスタービン・蒸気タービン複合発電所２の
水蒸気回路に接続されたフィン付管壁３９を備えてい
る。これは上端に対流伝熱面４０および廃ガス排出配管
４１を有している。
放射室３８から出る廃ガス排出配管４１はガスタービン
・蒸気タービン複合発電所２のガスタービン４２に直接
接続されている。ガスタービン４２の廃ガス配管４３
は、水蒸気回路に接続されている別の熱交換器伝熱面４
５，４６を持った廃熱ボイラ４４を会して煙突４７に通
じている。廃熱ボイラ４４の熱交換器伝熱面４５，４６
は蒸気タービン４８の水蒸気回路に接続されている。蒸
気タービン４８並びにガスタービン４２はそれぞれ発電
機４９，５０を駆動する。ガスタービン４２は空気圧縮
機９も駆動する。始動時および故障時に使用する別の空
気圧縮機１０は電動機５１によって駆動される。
石炭燃焼形ボイラ１に前置接続された石炭供給装置３
は、石炭ホッパー５２、これに後置接続された粉砕機５
３、生石灰ホッパー５４および燃料配管１２，１３に接
続された生石灰配合装置５５を有している。
ガスタービン・蒸気タービン複合発電所２を運転する場
合、石炭ホッパー５２から石炭が取り出され、粉砕さ
れ、ホッパー５４から配合される石灰と混合される。こ
の混合物はノズル床７，８の上側において燃料配管１
２，１３を介して両方の流動層燃焼室５，６に導入され
る。同時にガスタービン４２の空気圧縮機９を介して新
鮮空気が吸い込まれ、圧縮され、廃ガス排出配管４１お
よびボイラ１の構造要素４，５，６，２５，２６，３
１，３８をケーシング状に取り囲む新鮮空気配管１１を
通してノズル床７，８のノズルから流動層燃焼室５，６
に圧送される。そのようにして予熱されて吹き込まれる
新鮮空気によって、燃料粒子は定常流動層燃焼室５，６
において流動し、化学量論比を下廻る空気量により主に
水蒸気および一酸化炭素に燃焼される。化学量論比を下
廻る燃焼によって流動層における温度は９００℃以上に
は上昇しない。この温度は、補助配管５６に組み込まれ
た制御弁５７によって新鮮空気に廃ガスを混合すること
によってその都度所望の７５０℃〜８５０℃の値に調整
される。その場合流動層燃焼室５，６の熱の一部は、そ
の都度定常流動層１４，１５の上側における自由空間に
おいて流動層燃焼室に入り込んでいる熱交換器伝熱面１
６〜１９によって蒸気タービン４８の水蒸気回路に放熱
される。
流動層燃焼室５，６から出る燃焼ガスは、廃ガス通路２
２，２３を通して灰サイクロン分離器４の二重管２０，
２１間の隙間に流れ込み、この中で下向きの強い旋回流
を発生する。連行されて来た灰粒子は遠心力によって外
側管２０の壁に沿って下向きに漏斗状下端に流れ、そこ
から灰排出配管２４に達する。ダストが十分に除去され
た燃焼ガスはそれからサイクロン分離器４の内側管２１
を通して上昇し、この実施例の場合補助サイクロン分離
器２５，２６にも導かれる。ダストをほとんど全く含ま
ない燃焼ガスは、互いに並列接続されたこれらのサイク
ロン分離器２５，２６から、ボイラ融灰室３１の外側壁
に接線方向に入れられたバーナ２９，３０に送られ、そ
こで新鮮空気配管１１からの別の新鮮空気で燃焼され
る。この新鮮空気は新鮮空気配管１１から制御弁５８，
５９を介して両方のバーナ２９，３０に流入する。
新鮮空気配管１１が廃ガス排出配管４１、放射室３８、
ボイラ融灰室３１、サイクロン分離器４，２５，２６お
よび流動層燃焼室５，６を取り囲む円胴体として形成さ
れているので、新鮮空気はボイラ融灰室３１のバーナ２
９，３０ないし流動層燃焼室５，６のノズル床７，８に
入る前に既に加熱されている。これは、新鮮空気がこれ
らの構造要素を冷却し、その際に加熱され、この熱を再
びプロセスに戻せるという利点を有する。これらの非常
に高温の構造要素の特別な断熱はこれによって不要とな
る。むしろ非常に低い温度レベルにある新鮮空気配管の
外側壁に、ボイラ１の熱損失を最小にするために断熱材
を設けるだけで十分である。更に流動層燃焼室５，６お
よび放射室３８内のガス圧とほんの僅かしか異なってい
ない新鮮空気の圧力によって、熱的に強く負荷される構
造要素は圧力的には負荷されない。
ボイラ融灰室３１における温度は、万一連行されて来る
細かい灰粒子が融解し、バーナ２９，３０の接線方向の
配置によって発生される旋回流内を流動させられ、凝集
させられ、ボイラ融灰室３１の耐火性外側壁に運ばれる
ように、高く決められている。粘液性の灰はそこからボ
イラ融灰室３１の漏斗状底に流出し、そこから噴水装置
３５によって凝固して冷却形灰取出しホッパー３６に滴
下し、そこから灰排出配管３７を通して排出される。ボ
イラ融灰室３１の内壁に運ばれて来るすべての粒子は、
そこで流出する粘性の灰に付着し、これと一緒に排出さ
れる。この効果は廃ガスからあらゆる種類の粒子を浄化
する働きを強める。
ボイラ融灰室３１の廃ガスは、その上側に配置され直接
これに移行している放射室３８を貫流し、その場合放射
によってそのフィン付管壁３９に放熱する。廃ガスは放
射室３８の上端においてそこに配置された対流伝熱面４
０を貫流し、そこで更に蒸気タービン発電所の水蒸気回
路に放熱し、流入する新鮮空気によって冷却された廃ガ
ス配管４１を介してガスタービン４２に送られる。ガス
タービン４２は空気圧縮機９および発電機５０を駆動す
る。廃ガスはガスタービン４２から出た後で廃熱ボイラ
４４を貫流し、そこで熱交換器伝熱面４５，４６を介し
て蒸気タービン発電所の水蒸気回路に感知し得る熱を放
出し、最後に煙突４７から排出される。
このガスタービン・蒸気タービン複合発電所２の大きな
利点は、ガスタービンの運転にとって必要な高いガス温
度が、このボイラによって問題なしに得られるだけでな
く、その廃ガスが、ガスタービン４２の寿命を石炭ガス
化設備の後方で得られる寿命に匹敵する程にダストを含
まないことである。更にこの石炭燃焼形ボイラの特別な
利点は、流動床１４，１５における化学量論比を下廻る
燃焼によって窒素酸化物が僅かしか発生しない低い温度
が生じ、非常に強い還元作用をする大気が窒素酸化物の
発生に対抗するので、窒素酸化物が非常に僅かしか発生
しないことである。ボイラ融灰室３１のバーナ２９，３
０の炎内には、ＣＯ成分が多いために非常に僅かな窒素
酸化物が生ずるだけである。更に最初の燃焼段として流
動層を使用することは、灰の中に硫黄化合物を形成する
添加物の配合を可能にする。これは廃ガス内における硫
黄酸化物の含有量を非常に少なくする効果がある。流動
層燃焼室が前置接続され融灰室が後置接続された石炭燃
焼形ボイラは、石炭ガス発生器が前置接続されたガスタ
ービン・蒸気タービン複合発電所よりも、非常にコンパ
クトで場所をとらず技術的にも非常に安価である。この
利点は設備投資を著しく節約する。しかし本発明に基づ
く石炭燃焼形ボイラは、例えば管形反応炉のような非常
に高い温度レベルにおいてダストをほとんど含まない廃
ガスが必要とされるようなプラントにも有利に採用でき
る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に基づく石炭燃焼形ボイラを持ったガスタ
ービン・蒸気タービン複合発電所の系統図である。 １：ボイラ、２：ガスタービン・蒸気タービン複合発電
所、４：サイクロン分離器、５，６：流動層燃焼室、１
１：新鮮空気配管、１４，１５：流動層、１６〜１９：
熱交換器伝熱面、２４：灰排出配管、２５，２６：サイ
クロン分離器、２７，２８：灰排出配管、２９，３０：
バーナ、３１：ボイラ融灰室、３５：噴水装置、３８：
放射室、４０：対流伝熱面、４１：廃ガス排出配管、４
２：ガスタービン、４３：廃ガス配管、４４：廃熱ボイ
ラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロタール、シユタデイー ドイツ連邦共和国ヘヒシユタツト、ゲルリ ツツアーシユトラーセ29 (72)発明者 ゲルハルト、シヨル ドイツ連邦共和国シユピーゼンエルフアー スベルク、ローベルトコツホシユトラーセ ８ (56)参考文献 特開 昭58−143129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−173610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−156107（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−167610（ＪＰ，Ａ)

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】廃ガス排出配管に接続されたガスタービ
    ン、ガスタービンのガス側に後置接続された廃熱ボイラ
    および廃熱ボイラの蒸気側に接続された蒸気タービンを
    持ったガスタービン・蒸気タービン複合発電所のための
    石炭燃焼形ボイラにおいて、石炭燃焼形ボイラ（１）
    が、化学量論比を下廻るように運転される流動層燃焼装
    置（５，６）、この流動層燃焼装置に後置接続された一
    体のサイクロン分離器（４）およびこのサイクロン分離
    器のガス側にバーナ（２９，３０）と共に後置接続され
    たボイラ融灰室（３１）を有し、新鮮空気配管（１１）
    がボイラ（１）をケーシング状に取り囲んでいることを
    特徴とする石炭燃焼形ボイラ。
  2. 【請求項２】ボイラ融灰室（３１）の内壁が断面円筒状
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石
    炭燃焼形ボイラ。
  3. 【請求項３】ボイラ融灰室（３１）のバーナ（２９，３
    ０）が灰分離作用を高めるために壁表面に対して接線方
    向に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    ２項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  4. 【請求項４】ボイラ融灰室（３１）のバーナ（２９，３
    ０）に一体のサイクロン分離器（４）に加えて別のサイ
    クロン分離器（２５，２６）が前置接続されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石炭燃焼形ボ
    イラ。
  5. 【請求項５】ボイラ融灰室（３１）のガス側が放射室
    （３８）に接続されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  6. 【請求項６】ボイラ融灰室（３１）が直接放射室（３
    ８）に移行していることを特徴とする特許請求の範囲第
    ５項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  7. 【請求項７】放射室（３８）の壁がフィン付管壁（３
    ９）として形成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第５項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  8. 【請求項８】放射室（３８）の流出側端に対流伝熱面
    （４０）が配置されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第５項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  9. 【請求項９】ボイラ融灰室（３１）の底が漏斗状に形成
    され、灰排出配管（３７）に接続されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  10. 【請求項１０】ボイラ融灰室（３１）の漏斗状下端に、
    噴水装置（３５）を備えた灰収集ホッパー（３６）が設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記
    載の石炭燃焼形ボイラ。
  11. 【請求項１１】定常流動層（１４，１５）が石炭のほか
    に脱硫用の添加物も導入されることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  12. 【請求項１２】石炭に生石灰が混合されることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の石炭燃焼形ボイラ。
  13. 【請求項１３】定常流動層燃焼装置（５，６）が設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    石炭燃焼形ボイラ。
  14. 【請求項１４】定常流動層（１４，１５）の上側におけ
    る空間に、熱交換器伝熱面（１６〜１９）が組み込まれ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
    石炭燃焼形ボイラ。
  15. 【請求項１５】複数の定常流動層燃焼室（５，６）が一
    体のサイクロン分離器（４）の回りに同心的に配置され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
    石炭燃焼形ボイラ。
  16. 【請求項１６】循環形流動層燃焼装置が設けられている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石炭燃焼
    形ボイラ。
  17. 【請求項１７】一体のサイクロン分離器（４）の灰排出
    配管が、分離されたダストの一部を流動層燃焼設備の流
    動層に戻すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の石炭燃焼形ボイラ。
  18. 【請求項１８】新鮮空気配管（１１）が、ボイラ（１）
    の廃ガス排出配管（４１）およびボイラ（１）をケーシ
    ング状に取り囲んでいることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の石炭燃焼形ボイラ。
JP62322649A 1986-12-22 1987-12-18 石炭燃焼形ボイラ Expired - Lifetime JPH0629566B2 (ja)

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