JPH06317306A - 加圧内部循環型流動床ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動層高を変化させることなく負荷制御を行
うことができ、アグロメレーションの発生を防止し、脱
硝効率を向上させ、一酸化炭素の発生を最小限に抑え、
かつガスタービンの効率低下を防ぎ、石灰石の利用率の
向上をはかる。 【構成】 圧力容器１内に燃焼器２を配置し、燃焼器２
の底部に流動化用空気の空気分散装置２１を備え、質量
速度の大きい空気噴出部上方に該部分から噴出する流動
化用空気の上向流をさえぎり、かつ該流動化用空気を質
量速度の小さい空気噴出部上方に向けて反射転向せしめ
る傾斜仕切壁８を設けて流動床主燃焼室９を構成し、傾
斜仕切壁８によって主燃焼室９と仕切られた熱回収室１
０を形成せしめ、熱回収室１０内には受熱流体を通じた
伝熱面を配備するとともに熱回収室１０の底部に熱回収
室散気装置２４を設け、熱回収室１０の上方は主燃焼室
９の上方と一体となってフリーボード３１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加圧内部循環型流動床ボ
イラに係り、特に加圧流動層で石炭、オイルコークス等
の燃料を燃焼せしめて、燃焼ガスをガスタービンに導入
するようにした加圧流動床複合発電設備における加圧内
部循環型流動床ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、地球環境保全の立場からＣＯ₂ 削
減対策が重要となっている。またエネルギー問題につい
ては原子力と石油には大きく頼れない現状を鑑みると、
石炭に頼らざるを得なくなる時代がくると推測されてい
る。このような観点から、ＣＯ ₂ 削減対策と当面の石油
代替エネルギーとして高効率でコンパクト、クリーンな
石炭火力発電システムが期待されている。一方、従来の
微粉炭ボイラは炭種の制限や効率に限界があるなど問題
があるため、常圧型流動床ボイラが多品種石炭用として
開発されてきた。ところが常圧型流動床ボイラ（ＡＦＢ
Ｃ）自体期待されたほどの機能を発揮出来ていないこ
と、また常圧型流動床ボイラでは蒸気タービンしか設置
することが出来ないため高効率化、大出力化に限界があ
ることから、ガスタービンを利用した複合発電システム
が可能な加圧型流動床ボイラ（ＰＦＢＣ）へ移行しつつ
ある。

【０００３】また、石炭ガス化複合発電も研究されてお
り、そのシステムは石炭を全量ガス化し、ガス精製した
後、ガスタービンに供給する複合発電システムであり、
１３００℃級空冷ガスタービンを用いた場合の目標効率
は発電端で４７．１％となっている。一方、加圧型流動
床ボイラについては海外で既に８０ＭＷｅ級の発電所が
稼働していることや、脱硫装置不要などの利点があるも
のの、効率の点では石炭ガス化複合発電システムが優れ
ているため、両者の特徴を合わせ持つ、より性能の優れ
たトッピングサイクル複合発電システムが検討されてい
る。本トッピングサイクル複合発電システムは基本的に
は、石炭をガス化炉において石炭ガスとチャーに分解
し、チャーを流動床ボイラ（酸化炉）で燃焼させ、その
燃焼排ガスと石炭ガスをガスタービン入口で混合燃焼さ
せて高温ガスを発生させ、それによってガスタービンを
高効率で運転するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加圧型流動床ボ
イラの内、最も開発が進み、８０ＭＷｅ級の実証機が運
転されているのはバブリング式加圧流動床ボイラである
が、次のような課題がある。 （Ａ）負荷制御方法における課題 現在は、流動層高を変化させて負荷制御する方法が採用
されている。すなわち、燃焼器内部から流動媒体を抜き
だして別の貯留容器に送給し、流動層内伝熱面を露出さ
せることによって熱伝達率を低下させて、熱回収量を減
少させ、スチームタービン出力を低下させる。また燃料
供給量が低下した流動層から排出される燃焼ガスはさら
に露出した伝熱面で冷却されるため、燃焼器出口温度す
なわちガスタービン入口温度が低下し、その結果ガスタ
ービン出力が低下するものである。一方、負荷を上げる
時はこの逆の方法をとる。

【０００５】しかしながら、該層高変化方法には下記の
問題がある。 高温の流動媒体を燃焼器から出し入れする貯留容器
が必要であり、しかも高温高圧下での操作は容易ではな
く、さらに発熱密度が高い流動媒体を貯留容器内へ出し
入れする際にはアグロメレーション（凝集灰）が発生す
る。 ボイラが加圧下にあるため、流動層内伝熱面を露出
させたとき、スプラッシュゾーンでの摩耗の問題は常圧
バブリング流動床ボイラ（ＡＦＢＣ）よりも大きな問題
である。 低負荷時流動層を出た燃焼排ガスが層内管に冷却さ
れること、および層高が浅くなって燃焼ガスの層内滞留
時間が減少することによって、一酸化炭素（ＣＯ）の発
生量が増大する，又、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量も増
加する。

【０００６】（Ｂ）加圧容器の大型化 これまでのバブリング式加圧流動層ボイラは平面的
に見て角型の燃焼器を円筒型の圧力容器に収納するよう
になっているため、どうしても無駄なスペースがあり、
必然的に圧力容器が大型化しコストの上昇につながる。
それに対しては１９９３年５月サンディエゴにおける第
１２回ＡＳＭＥ流動床国際会議において、「PRINCIPLES
AND DESIGN PHILOSOPHY FOR A 350 MWe PFBC MODULE」
として A.B. B. Carbon, A. B. の Jim Anderson らに
よる発表によれば、３５０ＭＷｅのような大型化にあた
っては従来は図１４に示すように円形の圧力容器１４５
に２基の矩形の燃焼器１４６を収容した平面構成であっ
たバブリング式加圧流動層ボイラを図１５に示すように
１つの燃焼器１４７を菱形に変形させ、さらにそれを３
基組み合わせて１基の炉としてまとめ、全体の平面形状
を六角形としてできるだけ円形に近付けて円形の圧力容
器１４５に収容し、圧力容器の小型化をはかるとしてい
るが、これはバブリング式加圧流動層の場合、円筒形に
すると層内伝熱管の配列構成が極めて困難となるからで
ある。 負荷制御を行うために流動媒体を出し入れする貯蔵
容器および配管等が必要であり、これら貯蔵容器等を圧
力容器内部に収納すると圧力容器が大型化する。

【０００７】（Ｃ）層内伝熱管の摩耗 従来のバブリング式加圧流動層ボイラは流動化速度の大
きな層内に伝熱管を配置しているため伝熱管の摩耗が激
しく、溶射等による表面硬化処理などの対策が必要であ
る。

【０００８】（Ｄ）給炭機構の複雑化 従来のバブリング式加圧流動層ボイラは層内での石炭等
燃料の水平方向への拡散が不十分なことから、燃焼の不
均一を避けるため多数の給炭管を配置しなければなら
ず、給炭機構が複雑化するばかりでなく、各給炭管への
均等な石炭の分配は難しく、万一、不均等が生じた場合
は層内燃焼の不均一からアグロメレーションの発生を招
き、運転不能となる。

【０００９】（Ｅ）石灰石の消耗 従来の加圧流動床式発電システムにおいては、脱硫を行
うために石灰石を流動媒体に混合させていたが、この石
灰石は摩耗が激しく、脱硫反応に十分寄与することなく
集塵装置から飛灰として飛散してしまっていた。そのた
め、火力発電所が要求する高い脱硫率は望めず、脱硫率
を上げようとすると膨大な量の廃棄物（飛灰）を作るこ
とになる。

【００１０】また、トッピングサイクル複合発電システ
ムにおいても酸化炉に用いる流動床ボイラについては、
前記と同じ問題点があり、またガス化炉についても固定
床ガス化炉にはタールの残留問題があり、また噴流床ガ
ス化炉には灰のスティック問題がある。これに対し、流
動床ガス化炉はその中間温度で運転するため、タールの
問題や、灰のスティックが避けられ、また炉内脱硫も可
能であるなど様々な利点もあるが、バブリング型加圧流
動床ボイラを採用した場合にはやはり上記の（Ａ）〜
（Ｄ）に掲げる問題点が残されている。

【００１１】そこで本発明は上記のような課題を解消
し、流動層高を変化させることなく負荷制御を行うこと
ができ、アグロメレーションの発生を防止し、しかも一
酸化炭素や、窒素酸化物の発生を最小限に抑えるととも
に石灰石の利用率の向上をはかり、かつ脱硫率をあげる
ことができる複合発電システムにおける加圧内部循環型
流動床ボイラを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ため本発明の第１の態様は、圧力容器内に燃焼器を配置
し、該燃焼器内の流動層内に伝熱管を有する加圧流動層
で石炭、オイルコークス等の燃料を燃焼し燃焼ガスをガ
スタービンに導入するようにした複合発電システムにお
ける加圧流動床ボイラにおいて、燃焼器の底部には、上
方に向けて少なくとも一側が他側より大きい質量速度で
流動化用空気を噴出させる空気分散装置を備えるととも
に、質量速度の大きい空気噴出部上方に該部分から噴出
する流動化用空気の上向流をさえぎり、かつ該流動化用
空気を質量速度の小さい空気噴出部上方に向けて反射転
向せしめる傾斜仕切壁を設けて流動床主燃焼室を構成す
るとともに、該傾斜仕切壁によって前記主燃焼室と仕切
られた熱回収室を形成せしめ、該熱回収室内には受熱流
体を通じた伝熱面を配備するとともに、該熱回収室の底
部に熱回収室散気装置を設け、また前記主燃焼室におい
ては前記空気分散装置からの噴出空気量を制御して、質
量速度の小さい空気噴出部上方には流動媒体が沈降拡散
する移動層を形成し、質量速度の大きい空気噴出部上方
においては流動媒体が活発に流動化し前記移動層上部に
向かって旋回せしめることにより旋回流動床を形成せし
めるとともに、前記熱回収室は前記仕切壁の上部及び下
部にて前記主燃焼室と連絡せしめ、流動媒体の一部が前
記傾斜仕切壁の上部を越えて前記熱回収室に入り込むよ
うにし、前記熱回収室散気装置から噴出する散気量を制
御して該熱回収室内の流動媒体を移動層の状態で沈降さ
せたのち、前記傾斜仕切壁の下部連絡口から前記主燃焼
室へ循環させるようにするとともに、該熱回収室の上方
は前記主燃焼室の上方と一体となってフリーボードを形
成し、該熱回収室からの燃焼ガスと前記主燃焼室からの
燃焼ガスが混合するようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００１３】本発明の好ましい態様によれば、前記フリ
ーボードにおいて、側面に単数もしくは複数の空気ノズ
ルを設けて２次空気を吹き込み、前記主燃焼室および熱
回収室からの燃焼ガスを混合撹拌し、該燃焼ガスに含ま
れる未燃物質を十分に燃焼させるように構成した。本発
明の好ましい態様によれば、前記フリーボードにおい
て、前記熱回収室と主燃焼室の間にはスクリーンを設
け、粒径の大きな燃焼物が熱回収室へ飛び込むのを防止
する一方、熱回収室からの燃焼ガスに整流効果を与えつ
つ通過させ、主燃焼室の燃焼ガスと十分に混合するよう
に構成した。

【００１４】本発明の第２の態様は、圧力容器内に燃焼
器を配置し、該燃焼器内の流動層内に伝熱管を有する加
圧流動層で石炭、オイルコークス等の燃料を燃焼し燃焼
ガスをガスタービンに導入するようにした複合発電シス
テムにおける加圧流動床ボイラにおいて、前記燃焼器を
円筒形にするとともに該燃焼器の燃焼ガス出口部を前記
圧力容器に接続し、該燃焼器の円筒外壁と同心の円筒状
仕切壁を設け、該円筒状仕切壁によって内側に主燃焼室
を形成するとともに外側に環状の熱回収室を形成し、前
記主燃焼室の炉床は中心部が高く周辺に向かって低くな
る円錐状をなし、前記主燃焼室の炉床には外周部の方が
中心部よりも大きい質量速度で流動化用空気を噴出させ
るように構成した空気分散装置を設け、前記円筒状仕切
壁に質量速度の大きい空気噴出部上方に該部分から噴出
する流動化用空気の上向流をさえぎり、かつ該流動化用
空気を質量速度の小さい空気噴出部上方に向けて反射転
向せしめるように円錐状の傾斜仕切部を設け、前記熱回
収室には受熱流体を通じた伝熱面を配備するとともに該
熱回収室の底部に熱回収室散気装置を設け、前記主燃焼
室においては前記空気分散装置からの噴出空気量を制御
して、質量速度の小さい空気噴出部上方には流動媒体が
沈降拡散する移動層を形成し、質量速度の大きい空気噴
出部上方には流動媒体が活発に流動化し前記移動層上部
に向かって旋回せしめることにより旋回流動床を形成せ
しめるとともに、前記熱回収室は前記仕切壁の上部及び
下部にて前記主燃焼室と連絡せしめ、流動媒体の一部が
前記仕切壁の上部から前記熱回収室に入り込むように
し、前記熱回収室散気装置から噴出する散気量を制御し
て該熱回収室内の流動媒体を移動層の状態で沈降させた
のち、前記仕切壁の下部連絡口から前記主燃焼室へ循環
させるようにしたことを特徴とするものである。

【００１５】本発明の好ましい態様によれば、前記熱回
収室の上方は前記主燃焼室の上方と一体となってフリー
ボードを形成し、該熱回収室からの燃焼ガスと前記主燃
焼室からの燃焼ガスが混合するようにした。本発明の好
ましい態様によれば、前記フリーボードにおいて、側面
に単数もしくは複数の空気ノズルを設けて２次空気を吹
き込み、前記主燃焼室および熱回収室からの燃焼ガスを
混合撹拌し、該燃焼ガスに含まれる未燃物質を十分に燃
焼させるように構成した。本発明の好ましい態様によれ
ば、前記フリーボードにおいて、前記熱回収室と主燃焼
室の間にはスクリーンを設け、粒径の大きな燃焼物が熱
回収室へ飛び込むのを防止する一方、熱回収室からの燃
焼ガスに整流効果を与えつつ通過させ、主燃焼室の燃焼
ガスと十分に混合するように構成した。本発明の好まし
い態様によれば、前記仕切壁の下部に設けられた前記主
燃焼室と前記熱回収室との連絡口の下方の炉床部に散気
装置を設け、連絡口を流動化するようにした。本発明の
好ましい態様によれば、前記熱回収室の伝熱面を放射状
に配置された層内伝熱管で構成し、該層内伝熱管を用途
別に蒸発管ブロック、蒸気過熱管ブロック、蒸気再熱管
ブロックとして使用するため、平面的にみて数個の管群
に分割した。本発明の好ましい態様によれば、前記燃焼
器から導出される燃焼排ガスの通路には集塵装置を設置
し、該集塵装置で捕集した飛灰を、前記圧力容器側面の
開口部を通して前記熱回収室へ戻すように構成した。本
発明の好ましい態様によれば、前記燃焼器から導出され
る燃焼排ガスの通路には集塵装置を設置し、該集塵装置
で捕集した飛灰を、前記圧力容器側面の開口部を通して
前記主燃焼室およびまたはフリーボードへ戻すように構
成した。本発明の好ましい態様によれば、ガス化炉で生
成したチャーを酸化炉で燃焼させ、燃焼排ガスと前記ガ
ス化炉からの発生ガスをガスタービン入口で混合燃焼
し、高温ガスを発生させてガスタービンを駆動し、発電
や燃焼用空気の圧縮などに利用するトッピングサイクル
複合発電システムにおいて、前記ガス化炉及び／または
酸化炉として加圧内部循環型流動床ボイラを利用する。

【００１６】本発明の第３の態様は、加圧流動床複合発
電システムにおける流動層炉において、該流動層炉を円
筒形にするとともに該流動層炉の円筒外壁と同心に円筒
状仕切壁を設け、該円筒状仕切壁によって内側にガス化
炉を形成するとともに外側に環状の酸化炉を形成し、前
記ガス化炉の炉床は中心部が高く周辺に向かって低くな
る円錐状をなし、前記ガス化炉の炉床には外周部の方が
中心部よりも大きい質量速度で流動化用空気を噴出させ
るように構成した空気分散装置を設け、前記円筒状仕切
壁には質量速度の大きい空気噴出部上方に該部分から噴
出する流動化用空気の上向流をさえぎり、かつ該流動化
用空気を質量速度の小さい空気噴出部上方に向けて反射
転向せしめるように円錐状の傾斜仕切部を設け、前記酸
化炉の底部に酸化炉散気装置を設けるとともに前記仕切
壁の中間部及び下部にて前記ガス化炉と連絡せしめ、前
記ガス化炉においては前記空気分散装置からの噴出空気
量を制御して、質量速度の小さい空気噴出部上方には流
動媒体が沈降拡散する移動層を形成し、また質量速度の
大きい空気噴出部上方には流動媒体が活発に流動化し前
記移動層上部に向かって旋回せしめることにより旋回流
動床を形成せしめるとともに、流動媒体の一部が前記仕
切壁の中間部から前記酸化炉に入り込むようにし、前記
酸化炉散気装置から噴出する散気量を制御して該酸化炉
内の流動媒体を移動層の状態で沈降させたのち、前記仕
切壁の下部連絡口から前記ガス化炉へ循環させるように
し、前記酸化炉の上方と前記ガス化炉の上方とは前記仕
切壁によって仕切られてそれぞれ別のフリーボードを形
成し、該酸化炉からの燃焼ガスと該ガス化炉からの発生
ガスが混合しないようにし、それぞれ別のガス出口から
外部に導出されるようにして、酸化炉とガス化炉を一体
化したことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】前述の手段によって以下に列挙する作用を奏す
る。 （１） 燃焼室と熱回収室とを同一炉内にて機能的に分
離したことにより、負荷制御は流動層高変化法によるこ
となく、熱回収室の風量調節による層内伝熱管の総括熱
伝達係数の変化により容易に行うことができるため、流
動媒体の出し入れなどに伴う複雑な操作や設備が不要で
あり、また、流動媒体の出し入れの際に生ずるアグロメ
レーションの発生を防止できる。また、負荷変化時であ
っても流動層温度をほぼ一定に保持できることから、常
にＮＯｘ，ＳＯｘ等の抑制に最適な温度条件で運転する
ことができる。しかも、層内伝熱管は緩やかな流動状態
にある熱回収室にのみ存在するため、激しい流動状態に
ある流動層内に配置された場合に比べ摩耗が少ない。ま
た、流動層内部に旋回流が形成されるため、流動層内で
の流れの滞留が無く、石炭等の燃料が均一に分散燃焼す
るため、アグロメの発生を防止できる。そして、流動層
を出たガスが層内管で冷却されることがないため、一酸
化炭素（ＣＯ）の発生量を低く抑えることができるほ
か、ガスタービン効率の低下を防げる。さらに熱回収室
の上方は主燃焼室の上方と一体となって広い空間のフリ
ーボードを形成し、このフリーボード内で熱回収室から
の燃焼ガスと主燃焼室からの燃焼ガスとが混合される。
したがって、フリーボードにおける燃焼ガス滞留時間を
長くすることができ、可燃分をフリーボード内で十分に
燃焼させることができる。また、フリーボードにおい
て、２次空気を吹き込むことにより、主燃焼室および熱
回収室からの燃焼ガスを混合撹拌し、燃焼ガスに含まれ
る燃焼物質を十分に燃焼させることができる。

【００１８】（２）大気圧以上の内部圧力を保持するよ
うに構成された圧力容器に収納された円筒形燃焼器の流
動層内部に仕切壁を設けて、主燃焼室と熱回収室を分離
し、該仕切壁は、円筒状仕切壁と円錐状仕切壁からな
り、この円錐状仕切壁は流動化用空気の上向き流路をさ
えぎり、流動化用空気を炉内中央に向けて反射転向させ
る反射壁として機能させるとともに、主燃焼室には円錐
状の炉床を設け、該炉床に配置した空気分散ノズルによ
って主燃焼室内を流動化するが、その際主燃焼室の約１
／２程度の径の同心円の範囲内は最低流動化速度の１〜
２．５倍程度の緩やかな流動化状態とし同心円の外側の
環状部では最低流動化速度の４〜１２倍程度の強い流動
化状態となるように空気分散ノズルからの吹き出し空気
量を調節することにより、主燃焼室流動層内部では、流
動媒体が中央から円錐状炉床面に沿いながら全方位に向
かって緩やかに分散移動したのち、前記仕切壁の内側に
沿って吹き上がるが、次第に中心方向への凝集力が高ま
り、流動層表面で最高に達すると一転その反力で周方向
および上方向へ爆発的に流動媒体が飛散し、その結果多
量の流動媒体が仕切壁を越えて前記熱回収室へ入り込
む。

【００１９】一方、流動層表面に残った流動媒体は中心
付近で円筒状の流れとなって周囲の流動媒体を巻き込み
ながら沈降し、前記円錐状炉床中心付近に到達すると今
度は再び水平周方向への移動に転じる循環流が生じる。
この循環流によって、流動媒体が中央から円錐状炉床面
に沿いながら、全方位に向かって緩やかに分散移動する
拡散流が生じるため燃料や脱硫剤などの均一な拡散が行
われることから、燃焼が均一となりアグロメレーション
の発生がなく、また給炭口も少なくてすみ、給炭設備が
きわめて簡素化されるなどの効果がある。流動層表面に
残った流動媒体は中心付近で円筒状の流れとなって周囲
の流動媒体を巻き込みながら沈降するため、燃料や脱硫
剤などの層内滞留時間が長くとれ、燃焼効率の向上、脱
硫効率の向上にきわめて効果的である。

【００２０】一方、多量の流動媒体が仕切壁を越えて、
熱回収室に入り込むが、この時、主燃焼室と熱回収室上
部のフリーボードには熱回収室を囲うようにクシ歯状な
どの形状をしたスクリーンを設けることによって粒径の
粗い石炭など固形燃料の混入を防止できることから、熱
回収室流動層は最低流動化速度の２倍以内の緩やかな流
動状態であるにもかかわらず、アグロメレーションの形
成を避けることができる。このスクリーンは、熱回収室
から発生する燃焼ガスに対してはバッフルの作用を果た
し、主燃焼室から発生する燃焼ガスと十分に混合撹拌す
る効果が得られる。

【００２１】特に、加圧流動床ボイラにおいては、燃焼
排ガス中の未燃分が多いことは、燃焼効率の低下は当然
であるが、さらに下流側に設けられた集塵装置、例えば
サイクロン内で未燃分の燃焼が発生しアグロメレーショ
ンの形成が起きたり、またセラミックフィルタの場合に
はフィルタ表面で燃焼しフィルタを破損するなどのトラ
ブルが発生し、運転不能に立ち至るなど深刻な問題につ
ながっている。そのため燃焼炉内で可燃分を完全に燃焼
することが望ましく、前記スクリーンのバッフル作用に
よる撹拌混合効果は、後述の２次空気の投入方法や、フ
リーボード高さ、フリーボードにおける燃焼ガス滞留時
間などとも相乗的に作用し、燃料中の可燃分をフリーボ
ード内で十分に燃焼させる上で大きな効果を発揮してい
る。

【００２２】（３）本発明の内部循環流動床ボイラは主
燃焼室には伝熱面を有しないため、主燃焼室を還元雰囲
気で燃焼することが可能である。そのため、燃焼用空気
の分配比率の設定によって、主燃焼室には燃焼に必要な
理論空気量以下の空気を供給するほか、熱回収室には制
御に必要な空気量を投入し、さらに完全燃焼に必要な残
りの空気量は２次空気としてフリーボードに設けた複数
の２次空気ノズルを用いて、供給する２段燃焼を行う。
その結果主燃焼室を還元雰囲気で燃焼し、還元燃焼によ
って石炭の揮発分放出を活発に行い、気相反応において
ＣＨ₄ などの炭化水素やＣＯあるいは気相のＮ化学種
（ＮＨｉ、ＨＣＮなど）等が燃焼によって生成した窒素
酸化物を還元するとともに、Ｎ化学種が酸化物へ転換す
る選択性を低下させる効果をもたらし、低ＮＯｘ燃焼が
可能となるものである。

【００２３】（４）仕切壁の下部、連絡流路の炉床に空
気室と散気装置を設けたことによって連絡流路全体が流
動化し、熱回収室を通って主燃焼室へ循環する流動媒体
の量を増加することができる。前記空気室は熱回収制御
用空気室と連通していてもよく、または該空気室とは独
立して制御してもよく、独立制御の場合は熱回収室散気
量とは無関係に流動媒体循環量を制御することができ、
１種の調節弁のような作用を行わせることも可能であ
る。その結果、矩形燃焼炉の場合よりも多量の流動媒体
を潤滑することができ、矩形燃焼炉の場合と比較して熱
回収室が大きくとれる円筒形の燃焼炉の特性を活かすこ
とができる。

【００２４】（５）熱回収室流動槽の内部に層内伝熱管
を放射状に配置し、しかも用途別に蒸発管ブロック、蒸
気過熱管ブロック、蒸気再熱管ブロックとして使用する
ため、平面で見て数個の管群に機能別に分割して配置し
たことにより熱回収室炉床部からの散気量をそれぞれの
ブロック毎に調整し、各ブロックの収熱量を独立して制
御することが可能である。また、各ブロックの間には、
メンテナンススペースが取ってあり、層内伝熱管の点検
等に効果的である。また、メンテナンススペースは必ず
しも必要でなく、メンテナンススペースを設けない場合
は、よりコンパクトになる。

【００２５】（６）燃焼排ガス系統に設けたサイクロン
で捕集した飛灰を熱回収室に戻すように構成することに
より、熱回収室内の平均粒子径および比重量が小さくな
る。主燃焼室内の平均粒子径が０．６ｍｍ程度なのに対
し、燃焼排ガスに同伴しサイクロンで捕集されリサイク
ルする粒子径ははるかに小さく、またチャーも含まれる
ため比重量も小さいからである。熱回収室においては、
流動化ガス速度が最低流動化速度の２倍程度と小さいた
め、リサイクルした粒子が再飛散することなく、したが
って熱回収室内の平均粒子径および比重量は主燃焼室に
比べて小さくなる。

【００２６】最低流動化速度（Ｕmf）は流動媒体の粒径
の２乗に比例し、また比重量とも比例するため、熱回収
室の流動化速度は主燃焼室と比較してかなり小さくな
る。従って熱回収制御用空気量は、熱回収室にリサイク
ルしない場合と比較して、かなり少なくてすむことにな
り、結果として熱回収室内の流動化ガス速度（Ｕ0 ）が
小さくなる。熱回収室内に配置された層内伝熱管の摩耗
速度は流動化ガス速度（Ｕ0 ）の３乗に比例することか
ら、Ｕ0 が小さくなることにより、摩耗は大きく低減す
ることになる。また、熱回収制御用空気は、主燃焼室の
流動層温度をコントロールするため常に変動している
が、この空気量が少なくてすむことは、熱回収空気量の
変動が燃焼に及ぼす影響を少なくすることであり、安定
燃焼にきわめて効果的である。

【００２７】（７）円筒形内部循環流動床ボイラから導
出される燃焼排ガスの通路には集塵装置を設置し、かつ
捕集した飛灰から未反応脱硫剤と未燃炭素分を回収する
ための分級装置を設け、該飛灰を粒径別に大中小３段階
に分級し、中間の粒径の飛灰のみ主燃焼室およびまたは
フリーボードおよびまたは燃料供給系統に戻すように構
成したことにより、チャー濃度が最も高い通常１０〜６
０μｍ程度の範囲の粒子のみ円筒形燃焼器へ戻すことが
できるため、最少の循環灰量でＮＯｘ低減、燃焼ガス系
統の摩耗の低減、燃焼効率上昇などの効果を上げること
が可能となる。

【００２８】（８）トッピングサイクル複合発電システ
ムにおいて、ガス化炉および／または酸化炉に加圧内部
循環型流動床ボイラを用い、ガス化炉から排出される未
燃チャーは全量生成ガスと同伴させ、６００℃以下に冷
却され、その後段に設置した集塵装置で捕集したあと、
酸化炉に導入して完全燃焼させ、その燃焼排ガスは酸化
炉を出たあと６００℃以下に冷却され、後段に設置した
集塵装置によりＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集排出し、清
浄になった燃焼ガスと前記ガス化炉を出たあと集塵され
てＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集排出し清浄になった生成
ガスをトッピングサイクル燃焼器で混合燃焼し、発生し
た高温の燃焼ガスをガスタービンに導入するように構成
したことにより、ガスタービンブレードの高温腐食の原
因となるＮａ，Ｋ等のアルカリ金属が燃焼ガス中に含ま
れないため、ガスタービンの材質、設計が従来技術で対
応することが可能である。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係る加圧内部循環型流動床ボ
イラの実施例を図面を参照して説明する。 （実施例１）図１は本発明の加圧円筒形内部循環型流動
床ボイラの縦断面図を示し、図２（ａ）は図１のII
（ａ）−II（ａ）線断面図である。図１に示す実施例
は、円筒形の圧力容器に円筒形内部循環型流動床ボイラ
を内蔵した実施例であり、これを用いて本発明の概略の
構成を説明する。

【００３０】圧力容器１は円筒形状をなし、上面が燃焼
ガス出口４を有する鏡板であり、下面は流動用空気入口
３、熱回収室制御用空気入口５などを有する鏡板となっ
ており、大気圧以上の内部圧力を保持できるように構成
されている。なお、図１に示す圧力容器１は円筒形状を
なすが、球形であっても良い。

【００３１】圧力容器１の内部には円筒形燃焼器２が配
置されており、該円筒形燃焼器２は水管を連結して構成
された円筒外壁１１を有する１つの密閉容器になってお
り、その内部に燃焼室流動層が形成されている。円筒形
燃焼器２の上端部には燃焼ガス出口２ａが設けてあり、
この燃焼ガス出口２ａは圧力容器１の燃焼ガス出口４と
接合されている。また円筒形燃焼器２の底部周囲は圧力
容器１の下部鏡板の上に取り付けられた円筒形サポート
７によって支持されている。

【００３２】円筒形燃焼器２の流動層内部には仕切壁８
が設けられ、この仕切壁８によって主燃焼室９と熱回収
室１０とを分離している。仕切壁８は円筒外壁１１から
取り出された水管によって構成され、この水管はさらに
耐火耐熱材料によって被覆されている。仕切壁８は円筒
形仕切壁８ａとこの円筒形仕切壁８の上部に形成された
円錐状仕切壁８ｂとからなり、この円錐状仕切壁８ｂは
流動化用空気の上向き流路をさえぎり、流動化用空気を
炉内中央に向けて反射転向させる反射壁として機能し、
その結果主燃焼室９の内部に矢印で示すような旋回流が
生じる。また主燃焼室９及び熱回収室１０の上方は一体
となってフリーボード３１を形成している。熱回収室１
０の上部のフリーボードと主燃焼室９の上部のフリーボ
ードの間には、仕切壁などはなく一体の空間のフリーボ
ード３１となっており、双方の燃焼ガスが相互に自由に
行き交うように構成されている。

【００３３】また熱回収室１０内には、円筒外壁１１の
外側に設けた層内管用上部ヘッダー１３と層内管用下部
ヘッダー１４とから分岐した層内伝熱管１５が配置され
ており、この層内伝熱管１５は図２（ａ）に示されるよ
うに平面的にみて放射状に配置されている。圧力容器１
の下部には給水入口１６が設置されており、給水入口１
６から導入されたボイラ水は前記円筒外壁１１を経由し
たあと、連絡管１６ａを経由して層内管用下部ヘッダー
１４に導入され、この層内管用下部ヘッダー管１４から
層内伝熱管１５に分配される。そして、層内伝熱管１５
で発生した蒸気は層内管用上部ヘッダー１３に集合し蒸
気出口１７から外部に導出される。

【００３４】一方、圧力容器１には均圧ノズル１８が設
けられており、流動用空気入口３に連結する高圧の流動
用空気系統１９から均圧空気系統１９ａを分岐して、該
均圧ノズル１８に接続し、圧力容器１内部と円筒形燃焼
器２内部が流動層の圧力損失分を除きほぼ均一な圧力と
し、該燃焼器２が非耐圧構造となるように工夫してい
る。ただし、この場合円筒形燃焼器２のフリーボード３
１においては、流動層圧力損失分の外圧は受けることに
なる。また、均圧ノズル１８の手前で減圧弁等を設け
て、圧力容器１と円筒形燃焼器２の間の空間３６とフリ
ーボード３１が均圧になるようにする場合には円筒形燃
焼器２の内、流動層より下部は流動層圧力損失分の内圧
を受けることになる。また圧力容器１には給炭入口６が
設けられ、この給炭入口６は給炭ノズル２２に連なって
いる。

【００３５】主燃焼室９には、中心部が高く外周側へ向
かうにつれて低くなった円錐状の炉床２０が設置され、
該炉床２０に空気分散ノズル２１が設置されている。そ
して、流動化用空気入口３に連通した空気分散ノズル２
１から流動化用空気を噴出し主燃焼室９内で流動媒体を
流動化するようになっている。また、前記給炭ノズル２
２は主燃焼室９の炉床２０近傍でかつ仕切壁８の近傍に
開口している。空気分散ノズル２１の外周環状部から噴
出する流動化用空気の質量速度は、炉内の流動媒体の流
動層を形成するのに十分な速度とするが、空気分散ノズ
ル２１の中央部から噴出する流動化用空気の質量速度は
外周環状部よりも小さく選ばれている。これによって、
主燃焼室９の約１／２程度の径の同心円の範囲内は最低
流動化速度の１〜２．５倍程度の緩やかな流動化状態と
し、同心円の外側の環状部では最低流動化速度の４〜１
２倍程度の強い流動化状態となるようにし、主燃焼室流
動層内部では、流動媒体が中央から円錐状炉床面に沿い
ながら全方位に向かって緩やかに分散移動したのち、前
記外周環状部に至るとそこでは、流動化速度が大きいた
めに移動方向は上向きに転じ、前記仕切壁８の内側に沿
って吹き上がるが、次第に中心方向への凝集力が高ま
り、流動層表面で最高に達すると一転その反力で周方向
および上方向へ爆発的に流動媒体が飛散する。

【００３６】その結果多量の流動媒体が仕切壁８を越え
て前記熱回収室１０へ入り込む。このとき熱回収室流動
層は最低流動化速度の２倍以内の緩やかな流動状態であ
るのでアグロメレーションが発生しやすい状態にあり、
粒径の粗い石炭など固形燃料の混入は避ける必要があ
る。そのためフリーボード３１には熱回収室１０を囲う
ようにクシ歯状の形状をした水管及びプロテクターから
なるスクリーン１２が設けられており、このスクリーン
１２により粗粒固形燃料の流入を防止するとともとに熱
回収室１０から発生する燃焼ガスに対してはバッフルの
効果を果たし、主燃焼室９から発生する燃焼ガスと十分
に混合撹拌するようにしている。

【００３７】特に加圧流動床ボイラにおいては、燃焼排
ガス中の未燃分が多いことは、燃焼効率の低下は当然で
あるが、さらに下流側に設けられた集塵装置、例えばサ
イクロン内で未燃分の燃焼が発生しアグロメレーション
の形成が起きたり、またセラミックフィルタの場合には
フィルタ表面で燃焼しフィルタを破損するなどのトラブ
ルが発生し、運転不能に立ち至るなど深刻な問題につな
がってくる。そのため、燃焼炉内で可燃分を完全に燃焼
することが望ましく、前記スクリーン１２のバッフル作
用による撹拌混合効果は、後述の２次空気の投入方法
や、フリーボード高さ、フリーボードにおける燃焼ガス
滞留時間などとも相乗的に作用し、燃焼中の可燃分をフ
リーボード内で十分に燃焼させる上で大きな効果を発揮
している。

【００３８】一方流動層表面に残った流動媒体は中心付
近で円筒状の流れとなって周囲の流動媒体を巻き込みな
がら沈降し、前記円錐状炉床中心付近に到達すると今度
は再び水平全周方向への移動に転じる循環流が生じる。
この循環流の効果により炉床付近に設けた給炭ノズル２
２から投入したＣＷＰ（Coal Water Paste）などが主燃
焼室内全方位方向へ均一に分散し、簡素な給炭設備であ
りながら燃料の偏在が避けられ、クリンカ発生の恐れが
ない。

【００３９】また熱回収室１０には、内周側より外周側
に向かうにつれて高くなった逆円錐状の炉床２３が設置
され、この炉床２３に空気分散ノズル２４が設置されて
いる。熱回収室制御用空気入口５に連通した空気分散ノ
ズル２４から空気を噴出し、熱回収室１０内を緩やかに
流動させることにより、仕切壁８を越えて熱回収室１０
に入る流動媒体が層内伝熱管１５で冷却されつつ熱回収
室流動層内を緩やかに沈降した後、傾斜した炉床に沿っ
て、前記仕切壁８の下部の連絡流路２７を通過し て主
燃焼室流動層に還流する。その結果、主燃焼室９で発生
した熱量が熱回収室１０の層内伝熱管１５を通じて有効
に熱回収されることになる。また円錐状仕切壁８ｂの背
面にも空気導入パイプ２５、背面散気ノズル２６を設
け、熱回収室１０に入ってきた流動媒体を流動化させ、
部分的に燃焼させることが可能であるが、円錐状仕切壁
８ｂの角度を大きくした場合には設けなくてもよい。

【００４０】主燃焼室炉床２０の下方には流動燃焼用空
気室２８が形成され、この流動燃焼用空気室２８は仕切
壁８を支える水管２９に囲まれ、流動用空気入口３につ
ながっている。また熱回収室炉床２３の下方には、熱回
収制御用空気室３０が形成され、この熱回収制御用空気
室３０は熱回収制御用空気入口５によって外部と接続し
ている。

【００４１】熱回収室１０の上方は主燃焼室９の上方と
一体となって広い空間のフリーボード３１を形成し、こ
のフリーボード３１内で熱回収室１０からの燃焼ガスと
主燃焼室９からの燃焼ガスとが混合される。したがっ
て、フリーボード３１における燃焼ガス滞留時間を長く
することができ、可燃分をフリーボード３１内で十分に
燃焼させることができる。またフリーボード３１には複
数の２次空気ノズル３３が設置されており、二段燃焼方
式の採用が可能になっている。なお、符号３４は２次空
気入口である。本出願の内部循環流動床ボイラは主燃焼
室９には伝熱面を有しないため、主燃焼室を還元雰囲気
で燃焼することが可能である。還元燃焼によって石炭の
揮発分放出を活発に行い、気相反応においてＣＨ₄ など
の炭化水素やＣＯあるいは気相のＮ化学種（ＮＨｉ、Ｈ
ＣＮなど）等が燃焼によって生成した窒素酸化物を還元
するとともにＮ化学種が酸化物へ転換する選択性を低下
させることから、低ＮＯｘ燃焼が可能である。したがっ
て主燃焼室９には燃焼に必要な理論空気量以下の空気を
供給するほか、熱回収室１０には制御に必要な空気量を
投入し、さらに完全燃焼に必要な残りの空気量は２次空
気として２次空気ノズル３３からフリーボード３１に供
給する２段燃焼方式を採用している。

【００４２】また、フリーボード３１において燃焼ガス
が燃焼ガス出口４に短絡して流れることを防ぎ、フリー
ボード内部で十分撹拌混合燃焼するようにバッフル３２
を設けることも一つの選択である。ただ、２次空気によ
る混合撹拌が十分な場合や空塔速度が遅くまたフリーボ
ード高さが十分あり、燃焼ガスの短絡流れの可能性がな
い場合はバッフルの必要はない。

【００４３】図２（ｂ）は図２（ａ）の変形例を示す図
であり、図２（ｂ）に示すように、層内伝熱管群は、蒸
発管ブロック４０、Ｎｏ．１蒸気過熱管ブロック４１、
Ｎｏ．２蒸気過熱管ブロック４２、Ｎｏ．３蒸気過熱管
ブロック４３、さらに蒸気再熱管ブロック４４と、機能
別に分割して配置されており、貫流型の場合、図示はし
ないがそれぞれ連絡管を経由しながら、蒸発管ブロック
４０、Ｎｏ．１蒸気過熱管ブロック４１、Ｎｏ．２蒸気
過熱管ブロック４２、Ｎｏ．３蒸気過熱管ブロック４３
の順に蒸気が流れる。発生した過熱蒸気は高圧蒸気ター
ビンに導かれたあと、再び蒸気再熱管ブロック４４に戻
って加熱され、次に中圧蒸気タービンへ導入される。

【００４４】このように機能別に分割して配置した結
果、熱回収室炉床部からの散気量をそれぞれのブロック
毎に制御することによって、各ブロックの収熱量を独立
して制御することが可能である。また、各ブロックの間
には、メンテナンススペース４５が取ってあり、層内伝
熱管の点検等に効果的である。また、メンテナンススペ
ースは必ずしも必要でなく、メンテナンススペースを設
けない場合は本図よりももう少しコンパクトになる。

【００４５】図３は負荷変化に応じた空気系統の制御方
式を説明する説明図であり、負荷が変化したとき、蒸気
出口（タービン入口蒸気系統）１７の蒸気流量が変化
し、それに伴い流量計Ｆ３１の蒸気流量信号が変化す
る。演算器Ｙ０では、流量計Ｆ３１からの流量信号のほ
か、蒸気圧力調節計Ｐ３１の出力信号を合わせて演算
し、出力信号を出力する。この出力信号は燃料系統に送
られ、負荷に応じた燃料供給を行うようにするととも
に、空気系統の演算器Ｙ０′に入力される。

【００４６】演算器Ｙ０′では、Ｙ０からの入力信号の
ほか、燃焼排ガス系統５０に設けられた酸素濃度調節計
Ａ２５の出力信号と熱回収制御用空気流量調節計Ｆ２１
からの空気流量信号を組み合わせて演算し、酸素濃度調
節計Ａ２５における酸素濃度が一定になるよう燃焼空気
量を調節する。その結果、該燃焼空気量から熱回収室空
気量を差し引いた残りの空気量を指示する信号を出力す
る。演算器Ｙ１，Ｙ２では該出力信号をもとに流動空気
量と２次空気量が一定の比率で供給されるように演算が
行われ、それぞれＹ１，Ｙ２からの出力信号によって流
動空気流量調節計Ｆ２２、２次空気流量調節計Ｆ２４を
コントロールする。

【００４７】該比率の設定によって主燃焼室９には燃焼
に必要な理論空気量以下の空気を供給するほか、熱回収
室１０には制御に必要な空気量を投入し、さらに完全燃
焼に必要な残りの空気量は２次空気としてフリーボード
３１に供給する２段燃焼が可能となる。したがって、主
燃焼室９を還元雰囲気で燃焼することが出来、還元燃焼
によって石炭の揮発分放出を活発に行い、気相反応にお
いてＣＨ₄ などの炭化水素やＣＯあるいは気相のＮ化学
種（ＮＨｉ，ＨＣＮなど）等が生成した窒素酸化物を還
元するとともに、Ｎ化学種が酸化物へ転換する選択性を
低下させる結果、低ＮＯｘ燃焼が可能となるものであ
る。

【００４８】一方、蒸気圧力調節計Ｐ３１の出力信号は
演算器Ｙ３１を経て流動層温度調節計Ｔ５８をコントロ
ールする。すなわち、蒸気圧力が少し低下したときはＹ
３１からの出力信号によってＴ５８の層温度設定値を少
し低下させる。それに伴って流動層温度調節計Ｔ５８か
らの操作信号が変化し、演算器Ｙ２１を経由して熱回収
空気流量調節計Ｆ２１に作用する結果、熱回収空気量を
増加させる。熱回収室における層内伝熱管の総括伝熱係
数は図４に示すように熱回収室流動層内の流動化ガス速
度（fluidizing gas velocity)とほぼ比例するので熱回
収空気量すなわち流動化ガス速度の増加によって収熱量
が増加し、蒸気圧力が回復する。蒸気圧力が設定値より
増加した時はこの逆動作となり、熱回収空気量を減少さ
せることにより蒸気圧力を低下させる。このように主た
る操作して燃料供給量の調整、副次的な操作として熱回
収空気量の調整を行うことによって、負荷変化に伴う影
響を最小限に抑え、素早く安定した制御を可能とするも
のである。

【００４９】また、ガスタービン３８の出口ガスとコン
プレッサ３９の空気取り入れ口を連結し、弁４９によっ
て供給空気への燃焼排ガス混入量を調節することによ
り、ＮＯｘの低減や、低負荷時における流動化速度の増
加による流動の安定をはかることが可能であるため、図
３中には一応記載してあるが、基本的には設けないでシ
ステムを構成することもできる。

【００５０】図５は図１に示す円筒形燃焼器２の詳細構
造を示す説明図である。図１のような円筒形の燃焼炉と
した場合、熱回収室１０は仕切壁８の外側に環状となっ
て広がり、矩形燃焼炉の場合と比較して熱回収室が大き
くとれるため多数の伝熱管を配置することが可能であ
る。したがってその特性を活かすためには矩形燃焼炉の
場合よりも多量の流動媒体を循環する必要がある。しか
しながら、従来は仕切壁８の下部、連絡流路２７には散
気装置がないため、熱回収室空気分散ノズル２４、主燃
焼室空気分散ノズル２１からの流動空気によって副次的
に流動化しているだけであり、図の符号２７ａのように
流動が活発でない部分が存在した。それを解消するため
仕切壁８の下部、連絡流路２７の炉床に空気室３０′と
空気分散ノズル２４′を設けたものである。これによっ
て連絡流路２７全体が流動化し、熱回収室１０を通って
主燃焼室９へ循環する流動媒体の量を増加させることが
できる。空気室３０′は熱回収制御用空気室３０と連通
してもよく、または該空気室３０とは独立して制御して
もよい。独立制御の場合は熱回収室散気量とは無関係に
流動媒体循環量を制御することができ、１種の調節弁の
ような作用を行わせることも可能である。

【００５１】（実施例２）図６は燃焼排ガスの処理系統
まで含めた本発明の第２実施例を示す説明図である。図
６に示されるように、圧力容器１から排出された燃焼排
ガスは排ガス系統５０に導かれ、サイクロン５１に導入
される。サイクロン５１で捕集された飛灰は重力で落下
し、シール機構５２に貯留されつつ灰リサイクル空気５
３によって、圧力容器１および円筒形燃焼器２の側面を
貫通するリサイクル灰導入管５４を経由して熱回収室１
０に戻される。

【００５２】飛灰を熱回収室１０にリサイクルすること
により、熱回収室内の平均粒子径および比重量が小さく
なる。主燃焼室９内の平均粒子径が０．６ｍｍ程度なの
に対し、燃焼排ガスに同伴しサイクロンで捕集されリサ
イクルする粒子径ははるかに小さく、またチャーも含ま
れるため比重量も小さい。熱回収室１０においては流動
化ガス速度が最低流動化速度の２倍程度と小さいため、
リサイクルした粒子が再飛散することなく、したがって
熱回収室１０内の平均粒子径および比重量は主燃焼室９
に比べて小さくなる。

【００５３】最低流動化速度（Ｕmf）は流動媒体の粒径
の２乗に比例し、また比重量とも比例するため、熱回収
室の最低流動化速度は主燃焼室と比較してかなり小さく
なる。従って熱回収制御用空気量は、熱回収室にリサイ
クルしない場合と比較して、かなり少なくてすむことに
なり、結果として熱回収室内の流動化ガス速度（ＵO）
が小さくなる。熱回収室内に配置された層内伝熱管の摩
耗速度は流動化ガス速度（ＵO ）の３乗に比例すること
から、ＵO が小さくなることにより、摩耗は大きく低減
することになる。また、熱回収制御用空気量は、図３に
示すように主燃焼室９の流動層温度をコントロールする
ため常に変動しているが、この空気量が少なくてすむこ
とは、熱回収空気量の変動が燃焼に及ぼす影響を少なく
することになり、安定燃焼にきわめて効果的である。

【００５４】また、図６に示されるように排ガスはサイ
クロン５１を経由してさらに集塵装置５５に導入され
る。該集塵装置５５は例えばセラミックフィルタや高温
バグフィルタで構成される。そこで捕集された飛灰は灰
クーラー５６で冷却された後にロックホッパ５７を通っ
て大気圧下に放出される。一方、集塵され清浄になった
高温の排ガスはガスタービン５８に導入される。燃料に
ついては、原炭バンカ５９に貯留された石炭は破砕機６
０によって粉砕されて撹拌槽６１に送られ、脱硫剤バン
カ６２から投入される脱硫剤と水６４を撹拌混合してス
ラリー状の燃料を作り、スラリーポンプ６５によって燃
焼器２に送られ、給炭ノズル２２から主燃焼室流動層内
に供給される。

【００５５】また、リサイクル灰導入管５４ａによりフ
リーボード３１に飛灰をリサイクルすることも可能であ
る。この時、フリーボード内の粒子濃度が増加し、燃焼
ガスの攪拌効果を増すとともに未燃チャーや未反応脱硫
剤と燃焼ガスの接触効果を上げる。その結果、燃焼効率
の上昇、脱硫脱硝性能の向上につながる。また、リサイ
クル灰導入官５４ａを延長して主燃焼室９の中央付近、
移動層の層表面もしくは層中に飛灰をリサイクルＣ、下
降する流動媒体に同伴させることにより主燃焼室流動層
内で十分な滞留時間をとって未燃分の燃焼や、脱硫脱硝
反応の向上に寄与させることも可能である。

【００５６】図１に示す加圧内部循環型流動床ボイラは
貫流型であるが、図６乃至図８においては強制循環型ボ
イラとして示す。強制循環型ボイラにおいては、汽水胴
７１を設け、そこにボイラ給水系７０にて給水する一
方、強制循環ポンプ７２によって強制循環配管７３を経
由して水管壁や熱回収室層内の蒸発管に缶水を循環させ
る。一方、汽水胴７１で発生した蒸気７４は、特に図示
しないが連絡管によって熱回収室層内に設けた過熱管に
送られ、そこで発生した過熱蒸気７４′は高圧蒸気ター
ビンへと供給される。

【００５７】（実施例３）図７は、燃焼排ガスの処理系
統まで含めた本発明の第３実施例を示す説明図である。
図７に示されるように、排ガス系統５０の途中に設けた
サイクロン５１で捕集した飛灰を灰クーラ７７で冷却す
る。特に図示はしないが、この冷却用の媒体としてはボ
イラへの給水や、流動用空気などを用い、有効に熱回収
をはかることが可能である。冷却された飛灰はロックホ
ッパ７８を介して分級槽７９に導入され、同じく集塵装
置５５から、灰クーラー５６、ロックホッパ５７を介し
て得られた飛灰と混合して、分級される。本図では分級
用空気８０を散気パイプ８１から投入して行う流動層分
級の例を示すが、かならずしもこれに限定されるもので
はない。

【００５８】分級槽７９で選択的に分離された通常６０
μｍ以下の粒径の未反応脱硫剤や未燃炭素などは空気に
よってサイクロン８３に運ばれる。ここでさらに分級さ
れ、約１０μｍ以下の粒子は、集塵装置８４へ導入され
て、移送空気と分離されたあと外部へ排出される。一方
サイクロン８３から排出される粒径が１０〜６０μｍの
飛灰は、シール弁８５、ロックホッパ８６、ロータリー
バルブ８７を経てリサイクル灰圧送空気８８によって円
筒形燃焼器２に投入される。燃焼器２に戻すにあたり、
リサイクル灰導入管５４によって、熱回収室に戻す方法
をとる場合、図６の詳細説明に述べたような特徴が発揮
出来るほかまた、リサイクル灰導入管５４ａによりフリ
ーボード３１に飛灰をリサイクルすることの可能であ
る。この時、フリーボード内の粒子濃度が増加し、燃焼
ガスの攪拌効果を増すとともに未燃チャーや未反応脱硫
剤と燃焼ガスの接触効率を上げる。その結果、燃焼効率
の上昇、脱硫脱硝性能の向上につながる。

【００５９】また、リサイクル灰導入管５４ａを延長し
て主燃焼室９の中央付近、移動層の層表面もしくは層中
に飛灰をリサイクルし、下降する流動媒体に同伴させる
ことにより主燃焼室流動層内で十分な滞留時間をとって
未燃分の燃焼や、脱硫脱硝反応の向上に寄与させること
も可能である。このように粒径別に３段階に分級し、チ
ャー濃度が最も高い通常１０〜６０μｍ程度の範囲の粒
子のみ円筒形燃焼器２へ戻すことにより、最少の循環灰
量でＮＯｘ低減、燃焼ガス系統の摩耗の低減、燃焼効率
上昇などの効果を上げることが可能となる。

【００６０】また、本図ではサイクロン５１、集塵装置
５５の２段集塵となっているが、サイクロン５１、灰ク
ーラ７７、ロックホッパ７８を廃し、集塵装置５５単独
とすることも可能である。また、その際灰クーラ５６、
ロックホッパ５７を介さないで加圧下で分級してもよ
い。集塵装置５５は通常セラミックフィルタが使用され
る。

【００６１】図８は分級した飛灰を処理する他の例を示
す図である。分級槽７９で選択的に分離された通常６０
μｍ以下の粒径の未反応脱硫剤や未燃炭素などは空気に
よってサイクロン８３に運ばれる。ここでさらに分級さ
れ、約１０μｍ以下の粒子は、集塵装置８４へ導入され
て、移送空気と分離されたあと外部へ排出される。一方
サイクロン８３から排出される粒径が１０〜６０μｍの
飛灰は、シール弁８５、ロックホッパ８６、ロータリー
バルブ８７を経てから、ホッパ８９に貯留したあと、混
合装置９０で石炭や脱硫剤と一緒に粒子状の燃料に混合
され、燃料圧送空気によって円筒形燃焼器２に供給され
る。一方、ロータリーバルブ８７から排出される１０〜
６０μｍの飛灰を燃焼系ではなく２次空気３４によって
空気輸送し、２次空気ノズル３３からフリーボード３１
へ投入することも可能である。

【００６２】（実施例４）図９は本発明の実施例の一つ
であるとともに加圧流動床ボイラとしての全体系統図の
一例を示す。図９に示した系統を概略説明する。本図に
示すボイラは貫流型ボイラとして構成されており、運転
中はスラリー状の燃料をスラリーポンプ６５で燃焼器２
に送り、主燃焼室９の流動層内に供給、燃焼する。燃焼
排ガスは排ガス系統５０を通って、集塵装置５５によっ
て除塵されたあと高圧ガスタービン１００、低圧ガスタ
ービン１０１を駆動したあと、さらに排ガスクーラ１０
２でボイラ給水を加熱し、煙突１０３から大気放出され
る。

【００６３】一方、流動燃焼用空気はガスタービンで駆
動される低圧コンプレッサー１０４、高圧コンプレッサ
ー１０６によって昇圧され、一部は熱回収制御用空気と
して分岐し、熱回収制御用空気室３０に導入され、残り
は流動燃焼用空気室２８に導入され、主燃焼室９内の流
動媒体を旋回流動させながら燃焼を行う。蒸気系統に関
しては、給水はボイラ給水ポンプ１０７によって、途中
排ガスクーラ１０２で加熱されつつ、ボイラに送られ、
円筒壁を構成する水管を経由した後、熱回収室層内の蒸
発管１０８、蒸気過熱管１０９を通って過熱蒸気とな
る。発生した過熱蒸気は高圧蒸気タービン１１０を駆動
した後、再び燃焼器２に戻り、再熱用層内伝熱管１１１
で加熱された後、中圧タービン１１２、低圧タービン１
１３を駆動し、発電機１１４で発電した後、復水器１１
５で復水となり、再びボイラ給水として使用される。

【００６４】（実施例５）図１０は本発明の実施例の１
つとして内部循環型流動床ボイラをトッピングサイクル
複合発電システムの酸化炉として組み込んだ実施例を示
す。また、特に図示はしないが図１０に示すトッピング
サイクル複合発電システムのガス化炉として本発明によ
る加圧円筒形流動床ボイラを使用することも可能であ
る。ガス化炉への応用については以下のように説明でき
る。すなわち、図１及び図３で詳述したように本願の加
圧型内部循環型流動床ボイラの主燃焼室９には伝熱面が
配置されていない。そのためＮＯｘ低減を目的として２
段燃焼を行い、その結果主燃焼室９は空気比０．８程度
の還元雰囲気での燃焼となっている。しかも主燃焼室９
の内部では流動化ガス速度に差をつけるように構成して
いるため、主燃焼室移動層部では実質空気比は約０．５
とガス化炉に近い運転となっている。そのため、トッピ
ングサイクルのガス化炉に転換するのはきわめて容易で
あり、熱バランス上、層内熱回収が不要であれば熱回収
制御用空気を停止すればよく、また層内伝熱管を除去し
てもよい。

【００６５】ここでは、図１０に沿って概略系統を説明
する。まず、ガス化炉１２０に石炭１２１と脱硫剤１２
２が供給されガス化炉１２０内部で空気１２４によって
石炭ガスとチャー及び、ＣａＳなどに分解する。チャー
及び、ＣａＳなどはガス化炉１２０からと、および石炭
ガス通路に設けられた集塵器１２３から排出され、通路
１２５を通って、内部循環形流動床ボイラからなる酸化
炉１２６に導入され、円筒形燃焼器２の炉床付近に供給
される。供給先は必ずしも炉床付近でなくてもよく流動
層層上でもよい。

【００６６】酸化炉１２６には、石炭１２１、脱硫剤１
２２を供給することも可能であり、給炭ノズル２２を通
って主燃焼室９内に投入され前記チャーと一緒に燃焼す
る。一方、酸化炉１２６で発生した燃焼ガスは集塵器１
２７で除塵されたあと、ガスタービン１２８入口の燃焼
器１２９に導入され、そこでガス化炉１２０から排出さ
れ、集塵器１２３、集塵器１３０で除塵された石炭ガス
と混合燃焼して高温ガスとなり、ガスタービン１２８を
高効率で駆動する。

【００６７】また、ガスタービン１２８はコンプレッサ
ー１３１、発電機１３２を駆動する。ガスタービン１２
８を出た排ガスは熱回収装置１３３で冷却されたのち大
気放出される。一方、ボイラで発生した過熱蒸気７４′
は、蒸気タービン１３４と該タービン１３４に連結され
た発電機１３５を駆動したあと、復水器１３６で復水に
戻り、ボイラ給水ポンプ１３７で再びボイラに給水され
る。なお、酸化炉１２６内部での加圧円筒形流動床ボイ
ラの作動は実施例１乃至４の場合と同様である。

【００６８】（実施例６）図１１は本発明の実施例の１
つとして加圧円筒形流動床ボイラをトッピングサイクル
複合発電システムのガス化炉１２０および酸化炉１２６
として組み込んだ実施例を示す。図１１においては、ガ
ス化炉１２０に石炭１２１、脱硫剤１２２を供給し、空
気１９を供給することによって部分燃焼ガス化させる。
酸化剤として空気のほか酸素１５０、あるいは水蒸気１
５１を投入することも可能である。

【００６９】ガス化炉１２０で発生する未燃チャー等は
全量生成ガスと同伴させ、その後段に設置したガス冷却
装置１４０で６００℃以下に冷却し、ガスタービンブレ
ードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋ等のアルカリ金属
を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集塵装置
１４１で捕集したあと、酸化炉１２６に導入して完全燃
焼させる。酸化炉１２６の燃焼排ガスは酸化炉１２６を
出たあと、後段に設置したガス冷却装置１４２で６００
℃以下に冷却され、この冷却によって固化したＮａ，Ｋ
などのアルカリ金属粒子は粒子集塵装置１４３で捕集排
出される。集塵装置１４１，１４３には通常セラミック
フィルタを使用する。

【００７０】高温腐食の原因となるＮａ，Ｋを取り除い
て清浄になった燃焼ガスと前記ガス化炉１２０を出たあ
と集塵されて清浄になった生成ガスを燃焼器１２９で混
合燃焼するが、それぞれのガスを冷却した分、燃焼器１
２９での燃焼温度が若干低下するので、燃焼温度の低下
を防ぐためには、酸化炉１２６でなるべく空気過剰率を
低くして運転することによって燃焼排ガス量を低減す
る。そのため燃焼器１２９で必要な酸素量は別途、酸素
１５０として該燃焼器に供給する。

【００７１】燃焼器１２９で発生した高温の燃焼ガスは
ガスタービン１２８を高効率で駆動する。そして、ガス
タービン１２８はコンプレッサ１３１、発電機１３２を
駆動する。ガスタービン１２８を出た排ガスは熱回収装
置１３３で冷却されたのち大気放出される。なお、本実
施例において、タービンブレードの材質が向上すれば、
ガス冷却装置１４０，１４２を省略してもよい。

【００７２】（実施例７）図１２は、本発明の実施例の
１つとして加圧円筒形流動床ボイラをトッピングサイク
ル複合発電システムのガス化炉と酸化炉とを一体化した
炉として構成した例である。加圧流動床複合発電システ
ムにおける円筒形流動層炉２０１において、該流動層内
に円筒外壁２０２と同心の仕切壁２０３を設け、該仕切
壁２０３は円筒状仕切壁２０３ａおよび円錐状仕切壁２
０３ｂからなり、該仕切壁２０３の中間部及び下部に空
隙２０４，２０５を設けて連絡口とするほか、上端部は
円筒外壁２０２の天井面と接続され、ガス出口２０６を
形成している。

【００７３】前記仕切壁２０３の内側をガス化炉２０７
とし、外側の環状空間は酸化炉２０８として使用する。
前記流動層炉の炉床は、ガス化炉２０７の炉床２０９で
は中心が高く、前記仕切壁２０３に向かって低くなる円
錐状である。酸化炉２０８の炉床２１２は内側に向かっ
て傾斜しており、流動層炉全体では炉床断面がどの方向
においても全体でＷ字形を形成している。また前記ガス
化炉２０７の炉床２０９および酸化炉２０８の炉床２１
２の下方には、それぞれ独立した空気室２１４〜２１７
（後述）が設置されている。

【００７４】ガス化炉２０７の炉床２０９に配置した空
気分散ノズル２１０によってガス化炉流動層を流動化す
るが、その際ガス化炉２０７の約１／２程度の径の同心
円の範囲内は最低流動化速度の１〜２．５倍程度の緩や
かな流動化状態とし同心円の外側の環状部では最低流動
化速度の４〜１２倍程度の強い流動化状態となるように
空気分散ノズル２１０からの吹き出し空気量を調節す
る。その結果、ガス化炉流動層内部では、流動媒体が中
央から円錐状炉床面に沿いながら全方位に向かって緩や
かに分散移動し、その後前記外周環状部に至るとそこで
は流動化速度が大きいため移動方向は上向きに転じる。
すなわち流動媒体は前記仕切壁２０３の内側に沿って吹
き上がるが、円錘状仕切壁２０３ｂの傾斜に従って次第
に中心方向への凝集力が高まり、流動層表面で最高に達
すると一転その反力で周方向および上方向へ爆発的に飛
散する。

【００７５】その結果、未燃チャー等多量の流動媒体が
仕切壁２０３に設けられた連絡流路２０４を通過し、酸
化炉２０８へ入り込む。一方流動層表面に残った流動媒
体は中心付近で円筒状の流れとなって周囲の流動媒体を
巻き込みながら沈降し、前記円錐状炉床中心付近に到達
すると今度は再び水平全周方向への移動に転じる循環流
が生じる。この循環流の効果により炉床付近に設けた給
炭ノズル２１１から投入した石炭や脱硫剤などがガス化
炉流動層内全方位方向へ均一に分散し、簡素な給炭設備
でありながら燃料の偏在が避けられ、クリンカ発生の恐
れがない。

【００７６】また酸化炉２０８の炉床２１２に空気分散
ノズル２１３を設け、酸化炉２０８内を緩やかに流動さ
せることにより、空隙２０４を通過して酸化炉２０８に
入る未燃チャー等が酸化炉流動層内を燃焼しつつ緩やか
に沈降した後、傾斜した炉床に沿って、前記仕切壁２０
３下部の連絡流路２０５を通過してガス化炉流動層に還
流する。なお、円錐状仕切壁２０３ｂの背面にも流動化
用の空気導入パイプ、背面散気ノズルを設けることが可
能であるが、円錐状仕切壁２０３ｂの角度を大きくした
場合には設けなくてもよい。

【００７７】また、酸化炉２０８の炉床２１２に設けた
空気分散ノズルから吹き出す空気量を、円筒外壁２０２
に沿った環状部分を大きな流動化速度、仕切壁２０３に
沿った環状部分を小さな流動化速度になるように調節す
ることによって、酸化炉の流動層内部に、仕切壁２０３
に沿って沈降し円筒外壁２０２に沿って上昇する循環流
を生じさせることも可能である。この循環流によって、
酸化炉２０８内で未燃チャー等が十分な滞留時間をとっ
て完全燃焼することをより確実とする。

【００７８】したがって、それぞれの炉床に設けられた
空気分散ノズルに空気を供給する空気室については、ガ
ス化炉２０７の炉床２０９の下方には中央に少量の空気
を供給する移動層空気室２１４があり、そのまわりは大
きな流動化速度を与えるための流動層空気室２１５に囲
まれ、それぞれ空気入口につながっている。また、酸化
炉２０８の炉床２１２の下部には、円錐状内壁側に空気
室２１６が設けられ、円筒外壁側に空気室２１７が設け
られ、それぞれ流動化空気量を制御できるようになって
いる。酸化炉２０８上部の円筒外壁２０２には燃焼ガス
出口２１８が設けられている。

【００７９】このようにして、中央のガス化炉２０７に
石炭と脱硫剤を供給して、流動層内で循環しながら、石
炭は部分ガス化され、生成ガスはガス化炉上部のガス出
口２０６から外部へ導出される。一方ガス化されなかっ
たチャーは空隙２０４から酸化炉２０８へ入り込み、流
動層内で循環しながら完全燃焼される。そして、燃焼ガ
スは酸化炉２０８の上部にある燃焼ガス出口２１８から
外部へ取り出される。なお、酸化炉フリーボードに２次
空気ノズル２１９を設け、２段階燃焼させることも可能
である。

【００８０】（実施例８）図１３はガスの処理系統まで
含めた本発明の一例を示す実施例を示す系統図である。
ガス化炉２０７に石炭２５１，脱硫剤２５２を供給し、
空気２５３によって部分燃焼ガス化させる。酸化剤とし
て空気のほか酸素１５０、あるいは水蒸気１５１を投入
することも可能である。

【００８１】ガス化炉２０７で発生する未燃チャー等
は、全量生成ガスと同伴させ、その後段に設置したガス
冷却装置２５４で６００℃以下に冷却し、ガスタービン
ブレードの高温腐食の原因となるＮａ，Ｋなどのアルカ
リ金属を固化あるいは粒子表面に固定化し、該粒子を集
塵装置２５５で捕集する。一方、空隙２０４を通過して
ガス化炉２０７から酸化炉２０８に導入された未燃チャ
ーは酸化炉２０８内で完全燃焼し、その燃焼排ガスは燃
焼ガス出口２１８を出たあと、後段に設置したガス冷却
装置２５６で６００℃以下に冷却され、この冷却によっ
て固化したＮａ，Ｋなどのアルカリ金属粒子は集塵装置
２５７で捕集され、系外に排出される。

【００８２】集塵装置２５５からの捕集粒子は空気輸送
で酸化炉２０８へ供給する。集塵装置２５５，２５７に
は通常セラミックフィルタを使用し、高温腐食の原因と
なるＮａ，Ｋを取り除いて清浄になった生成ガスおよび
燃焼排ガスは燃焼器２５８で混合燃焼され、発生した高
温の燃焼ガスはガスタービン２６１を高効率で駆動す
る。そして、ガスタービン２６１はコンプレッサ２６
２、発電機２６３を駆動する。ガスタービン２６１を出
た排ガスは熱回収装置２６４で冷却されたのち大気放出
される。なお、本実施例において、タービンブレードの
材質が向上すれば、ガス冷却装置２５４，２５６を省略
してもよい。また、酸化炉２０８の流動層内に層内伝熱
管２６５を配置することも可能である。さらに、流動層
炉の外側に圧力容器２６６を設けて、流動層炉を非耐圧
構造とすることも可能である。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果が
得られる。 （１）燃焼室と熱回収室を同一燃焼容器内部で機能的に
分離したことにより、負荷制御は流動層高変化方法によ
ることなく、熱回収室の風量調節による層内伝熱管の総
括伝熱係数の変化により容易に行うことができるため、
流動媒体の出し入れに伴う複雑な操作や設備（ベッド材
貯蔵容器等）が不要であり、また流動媒体の出し入れの
際に生じるアグロメの発生を防止できる。また、負荷変
化時であって流動層温度の変化が少ないことから、常に
ＮＯｘ，ＳＯｘ等の抑制に最適な温度条件で運転するこ
とが可能である。しかも層内伝熱管は緩やかな流動状態
にある熱回収室にのみ存在するため、激しい流動状態に
ある流動層内に配置された場合に比べ、摩耗が少ない。 （２）流動媒体が中央から円錐状炉床面に沿いながら全
方位に向かって緩やかに分散移動する拡散流が生じるた
め燃料や脱硫剤などの均一な拡散が行われるため、燃焼
が均一となりアグロメの発生がなく、また給炭口も中央
付近に設けるだけでよく、給炭設備がきわめて簡素化さ
れるなどの効果がある。 （３）流動層表面の流動媒体は中心付近で円筒状の流れ
となって周囲の流動媒体を巻き込みながら沈降するた
め、燃料や脱硫剤などの層内滞留時間が長くとれ、燃焼
効率の向上、脱硫効率の向上にきわめて効果的である。 （４）従来の矩形内部循環流動床ボイラの場合は長方形
の相対する２辺に層内伝熱管が配置されているのに比
べ、本発明の場合は全周を利用できるため、より多くの
伝熱管が配置できることから、さらにコンパクトな構造
となる。 （５）従来の加圧流動床ボイラは水管構造の矩形燃焼容
器を圧力容器の中に納めているが、燃焼器内部と圧力容
器内部の圧力変動が発生した場合に備えて、燃焼器を保
護するため充分な補強が必要であるのに対し、本発明に
おいては燃焼器が円筒であるため充分な強度をもってお
り、補強も簡便でよい。また、圧力容器と燃焼器が円と
円の組み合わせであることから無駄なスペースが無く、
コンパクトな配置となる。 （６）フリーボードに熱回収室を覆うように、クシ歯状
などの形状をしたスクリーンを設けることによって、熱
回収室への粒径の粗い石炭などの固形燃料の混入を避
け、熱回収室におけるアグロメレーションの形成を防ぐ
ほか、熱回収室から発生する燃焼ガスに対してバッフル
作用を果たし、主燃焼室燃焼ガスと十分に混合撹拌する
効果が得られる。 （７）加圧内部循環流動床ボイラは主燃焼室に伝熱面を
有しないため、還元雰囲気で燃焼することができる。そ
の結果、石炭の揮発分放出が活発に行われ、気相反応に
おいてＣＨ₄ などの炭化水素やＣＯあるいは気相のＮ化
学種（ＮＨｉ，ＨＣＮなど）等が、生成した窒素化合物
を還元するとともに、Ｎ化学種が酸化物へ転換する選択
性を低下させる効果をもたらし、低ＮＯｘ燃焼が可能と
なる。 （８）熱回収室流動層内部に層内伝熱管を放射状に配置
し、しかも用途別に蒸発管ブロック、蒸気過熱管ブロッ
ク、蒸気再熱管ブロックとして使用するため、平面で見
て数個の管群に機能別に分割して配置したことにより、
それぞれのブロック毎に熱回収空気量を調節することに
より、蒸発管ブロック、蒸気過熱管ブロック、蒸気再熱
管ブロックそれぞれの収熱量を独立して制御することが
可能である。 （９）燃焼排ガス系統に設けたサイクロンで捕集した飛
灰を熱回収室に戻すように構成することにより、熱回収
室内の平均粒子径および比重量が小さくなる。その結
果、最低流動化速度が小さくなり、熱回収空気量が少な
くて済む。そのため、層内伝熱管の摩耗が大幅に低減す
るほか、熱回収空気量の変動が燃焼に及ぼす影響も小さ
くなり、安定燃焼にきわめて効果的である。 （１０）燃焼器から排出された燃焼ガスから回収した飛
灰、未燃炭素分、未反応脱硫剤などを分級して、粒径が
１０〜６０μｍの範囲の飛灰のみ主燃焼室もしくは熱回
収室へ戻すことにより、最少の循環灰量でＮＯｘ低減、
燃焼ガス系統の摩耗の低減、燃焼効率上昇などの効果を
上げることが可能となる。従って、脱硝装置を省略でき
る可能性があり、また炉内脱硫において脱硫剤利用率の
向上が期待できるとともに脱硫率を上げることが可能で
ある。 （１１）集塵装置で捕集した飛灰を、冷却したあと大気
圧下で分級し、未燃炭素分や未反応脱硫剤を選択的に燃
焼器に戻すようにしたことにより、高温の粒子を高圧下
で取り扱うことに伴うスラッギングなどの問題を避ける
ことができるほか、分級することによって有用な物質の
みを戻すことになり取り扱う量が少なくなるなどの効果
が生じる。また燃料系統にリサイクルし、スラリー状燃
料に混練して燃焼器に供給することにより、燃焼器への
リサイクル系統を省略できるほか、未反応脱硫剤と燃料
との接触も良好となり脱硫率の向上にも効果的である。 （１２）トッピングサイクル複合発電システムにおい
て、ガス化炉およびまたは酸化炉に本願の加圧円筒形内
部循環型流動床ボイラを用い、ガス化炉から排出される
未燃チャーは全量生成ガスと同伴させ、６００℃以下に
冷却され、その後段に設置した集塵装置で捕集したあと
酸化炉に導入して完全燃焼させ、その燃焼排ガスは酸化
炉を出たあと、６００℃以下に冷却され、後段に設置し
た集塵装置によりＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集排出し、
清浄になった燃焼ガスと前記ガス化炉を出たあと集塵さ
れてＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集排出し、清浄になった
生成ガスをトッピング燃焼器で混合燃焼し、発生した高
温の燃焼ガスをガスタービンに導入するように構成した
ことにより、ガスタービンブレードの高温腐食の原因と
なるＮａ，Ｋ等のアルカリ金属が燃焼ガス中に含まれな
いため、ガスタービンの材質、構造が従来技術で対応可
能である。 （１３）加圧流動床複合発電システムにおける円筒形流
動層炉において該流動層内に円筒外壁と同心の仕切壁を
設け、該仕切壁の中間部および下部に空隙を設けて連絡
口とするほか、上端部は円筒外壁の天井面と接し、ガス
出口を形成しており、該仕切壁の内側をガス化炉とし、
該仕切壁の外側の環状空間は酸化炉として使用すること
により、１つの炉でありながら、ガス化炉と酸化炉の２
つの機能を有する複合炉として高効率で運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧内部循環型流動床ボイラの一実施
例を示す断面図である。

【図２】図２（ａ）は図１のII（ａ）−II（ａ）線断面
図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の変形例である。

【図３】負荷変化に応じた空気系統の制御方式を説明す
る説明図である。

【図４】層内管総括伝熱係数と空塔速度の関係を示す図
である。

【図５】図１の円筒形燃焼器の詳細構造を示す説明図で
ある。

【図６】本発明の燃焼排ガス処理系統を含めた一例を示
す系統図である。

【図７】本発明の燃焼排ガス処理系統を含めた他の例を
示す系統図である。

【図８】本発明の燃焼排ガス処理系統を含めた更に他の
例を示す系統図である。

【図９】本発明の加圧内部循環型流動床ボイラの全体系
統図である。

【図１０】本発明の内部循環型流動床ボイラをトッピン
グサイクル複合発電システムの酸化炉として組み込んだ
例を示す系統図である。

【図１１】本発明の内部循環型流動床ボイラをトッピン
グサイクル複合発電システムのガス化炉および酸化炉と
して組み込んだ例を示す系統図である。

【図１２】本発明の内部循環型流動床ボイラをトッピン
グサイクル複合発電システムのガス化炉および酸化炉を
一体化した炉を示す断面図である。

【図１３】本発明の燃焼排ガス処理系統を含めた１例を
示す系統図である。

【図１４】従来のバブリング式加圧流動床ボイラを示す
平面図である。

【図１５】従来のバブリング式加圧流動床ボイラを示す
平面図である。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ 円筒形燃焼器 ３ 流動用空気入口 ４ 燃焼ガス出口 ５ 熱回収制御用空気入口 ６ 給炭入口 ７ 円筒形サポート ８ 仕切壁 ９ 主燃焼室 １０ 熱回収室 １１ 円筒外壁 １２ スクリーン １３ 層内管用上部ヘッダー １４ 層内管用下部ヘッダー １５ 層内伝熱管 １６ 給水入口 １８ 均圧ノズル １９ 流動用空気系統 ２０ 主燃焼室炉床 ２１ 主燃焼室空気分散ノズル ２２ 給炭ノズル ２３ 熱回収室炉床 ２４ 熱回収室空気分散ノズル ２７ 連絡流路 ２８ 流動燃焼用空気室 ３０ 熱回収制御用空気室 ３１ フリーボード ３３ ２次空気ノズル ５１ サイクロン ５５ 集塵装置 ５８ ガスタービン １００ 高圧ガスタービン １０１ 低圧ガスタービン １２０，２０７ ガス化炉 １２６，２０８ 酸化炉 ２０１ 流動層炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 誠一郎 東京都港区三田１−10−12 (72)発明者 下倉 明 神奈川県横浜市磯子区氷取沢町204−40 (72)発明者 信濃 知行 神奈川県横浜市神奈川区神大寺２−５−３ −512 (72)発明者 細田 修吾 神奈川県横浜市磯子区汐見台３−２，3204 −421

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内に燃焼器を配置し、該燃焼器
   内の流動層内に伝熱管を有する加圧流動層で石炭、オイ
   ルコークス等の燃料を燃焼し燃焼ガスをガスタービンに
   導入するようにした複合発電システムにおける加圧流動
   床ボイラにおいて、 燃焼器の底部には、上方に向けて少なくとも一側が他側
   より大きい質量速度で流動化用空気を噴出させる空気分
   散装置を備えるとともに、 質量速度の大きい空気噴出部上方に該部分から噴出する
   流動化用空気の上向流をさえぎり、かつ該流動化用空気
   を質量速度の小さい空気噴出部上方に向けて反射転向せ
   しめる傾斜仕切壁を設けて流動床主燃焼室を構成すると
   ともに、 該傾斜仕切壁によって前記主燃焼室と仕切られた熱回収
   室を形成せしめ、該熱回収室内には受熱流体を通じた伝
   熱面を配備するとともに該熱回収室の底部に熱回収室散
   気装置を設け、 前記主燃焼室においては前記空気分散装置からの噴出空
   気量を制御して、質量速度の小さい空気噴出部上方には
   流動媒体が沈降拡散する移動層を形成し、質量速度の大
   きい空気噴出部上方においては流動媒体が活発に流動化
   し前記移動層上部に向かって旋回せしめることにより旋
   回流動床を形成せしめるとともに、 前記熱回収室は前記仕切壁の上部及び下部にて前記主燃
   焼室と連絡せしめ、流動媒体の一部が前記傾斜仕切壁の
   上部を越えて前記熱回収室に入り込むようにし、前記熱
   回収室散気装置から噴出する散気量を制御して該熱回収
   室内の流動媒体を移動層の状態で沈降させたのち、前記
   傾斜仕切壁の下部連絡口から前記主燃焼室へ循環させる
   ようにするとともに、 該熱回収室の上方は前記主燃焼室の上方と一体となって
   フリーボードを形成し、該熱回収室からの燃焼ガスと前
   記主燃焼室からの燃焼ガスが混合するようにしたことを
   特徴とする加圧内部循環型流動床ボイラ。
2. 【請求項２】 前記フリーボードにおいて、側面に単数
   もしくは複数の空気ノズルを設けて２次空気を吹き込
   み、前記主燃焼室および熱回収室からの燃焼ガスを混合
   撹拌し、該燃焼ガスに含まれる未燃物質を十分に燃焼さ
   せるように構成したことを特徴とする請求項１記載の加
   圧内部循環型流動床ボイラ。
3. 【請求項３】 前記フリーボードにおいて、前記熱回収
   室と主燃焼室の間にはスクリーンを設け、粒径の大きな
   燃焼物が熱回収室へ飛び込むのを防止する一方、熱回収
   室からの燃焼ガスに整流効果を与えつつ通過させ、主燃
   焼室の燃焼ガスと十分に混合するように構成したことを
   特徴とする請求項１または２に記載の加圧内部循環型流
   動床ボイラ。
4. 【請求項４】 ボイラ出口における燃焼排ガス中の酸素
   濃度を管理して、燃料供給量に応じた一定の空気比で燃
   焼するように燃焼用空気量を調節する燃焼用空気系統を
   設け、該燃焼用空気系統によって前記燃焼用空気量の
   内、前記熱回収室散気装置から噴出する散気量を除いた
   残りの空気量を、一定の比率で２分し、一方を前記主燃
   焼室に供給して空気分散装置からの噴出空気とし、他方
   をフリーボードへ供給して前記２次空気とするように制
   御することを特徴とする請求項２または３に記載の加圧
   内部循環型流動床ボイラ。
5. 【請求項５】 前記主燃焼室においては、供給空気量が
   燃料の燃焼に必要な理論空気量を越えないように前記比
   率を設定したことを特徴とする請求項４記載の加圧内部
   循環型流動床ボイラ。
6. 【請求項６】 ガスタービン出口ガスを一定の比率で燃
   焼用空気に混合するように構成したことを特徴とする請
   求項１乃至４のいずれか１項に記載の加圧内部循環型流
   動床ボイラ。
7. 【請求項７】 前記集塵装置で捕集した飛灰を粒径別に
   大中小３段階に分級し、中間の粒径の飛灰のみ主燃焼室
   およびまたはフリーボードおよびまたは燃料供給系統に
   戻すように構成したことを特徴とする請求項２乃至６の
   いずれか１項に記載の加圧内部循環型流動床ボイラ。
8. 【請求項８】 圧力容器内に燃焼器を配置し、該燃焼器
   内の流動層内に伝熱管を有する加圧流動層で石炭、オイ
   ルコークス等の燃料を燃焼し燃焼ガスをガスタービンに
   導入するようにした複合発電システムにおける加圧流動
   床ボイラにおいて、 前記燃焼器を円筒形にするとともに該燃焼器の燃焼ガス
   出口部を前記圧力容器に接続し、該燃焼器の円筒外壁と
   同心に円筒状仕切壁を設け、該円筒状仕切壁によって内
   側に主燃焼室を形成するとともに外側に環状の熱回収室
   を形成し、 前記主燃焼室の炉床は中心部が高く周辺に向かって低く
   なる円錐状をなし、 前記主燃焼室の炉床には外周部の方が中心部よりも大き
   い質量速度で流動化用空気を噴出させるように構成した
   空気分散装置を設け、 前記円筒状仕切壁に質量速度の大きい空気噴出部上方に
   該部分から噴出する流動化用空気の上向流をさえぎり、
   かつ該流動化用空気を質量速度の小さい空気噴出部上方
   に向けて反射転向せしめるように円錐状の傾斜仕切部を
   設け、前記熱回収室には受熱流体を通じた伝熱面を配備
   するとともに該熱回収室の底部に熱回収室散気装置を設
   け、 前記主燃焼室においては前記空気分散装置からの噴出空
   気量を制御して、質量速度の小さい空気噴出部上方には
   流動媒体が沈降拡散する移動層を形成し、質量速度の大
   きい空気噴出部上方には流動媒体が活発に流動化し前記
   移動層上部に向かって旋回せしめることにより旋回流動
   床を形成せしめるとともに、 前記熱回収室は前記仕切壁の上部及び下部にて前記主燃
   焼室と連絡せしめ、流動媒体の一部が前記仕切壁の上部
   から前記熱回収室に入り込むようにし、前記熱回収室散
   気装置から噴出する散気量を制御して該熱回収室内の流
   動媒体を移動層の状態で沈降させたのち、前記仕切壁の
   下部連絡口から前記主燃焼室へ循環させるようにしたこ
   とを特徴とする加圧内部循環型流動床ボイラ。
9. 【請求項９】 前記熱回収室の上方は前記主燃焼室の上
   方と一体となってフリーボードを形成し、該熱回収室か
   らの燃焼ガスと前記主燃焼室からの燃焼ガスが混合する
   ようにしたことを特徴とする請求項８記載の加圧内部循
   環型流動床ボイラ。
10. 【請求項１０】 前記フリーボードにおいて、側面に単
    数もしくは複数の空気ノズルを設けて２次空気を吹き込
    み、前記主燃焼室および熱回収室からの燃焼ガスを混合
    撹拌し、該燃焼ガスに含まれる未燃物質を十分に燃焼さ
    せるように構成したことを特徴とする請求項９記載の加
    圧内部循環型流動床ボイラ。
11. 【請求項１１】 前記フリーボードにおいて、前記熱回
    収室と主燃焼室の間にはスクリーンを設け、粒径の大き
    な燃焼物が熱回収室へ飛び込むのを防止する一方、熱回
    収室からの燃焼ガスに整流効果を与えつつ通過させ、主
    燃焼室の燃焼ガスと十分に混合するように構成したこと
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の加圧内部循環型
    流動床ボイラ。
12. 【請求項１２】 前記熱回収室散気装置は前記主燃焼室
    側へ向かって傾斜しており、前記仕切壁の下部連絡口下
    方の炉床が最も低くなるように構成したことを特徴とす
    る請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の加圧内部循
    環型流動床ボイラ。
13. 【請求項１３】 前記仕切壁の下部に設けられた前記主
    燃焼室と前記熱回収室との連絡口の下方の炉床部に散気
    装置を設け、連絡口を流動化するようにしたことを特徴
    とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の加圧内
    部循環型流動床ボイラ。
14. 【請求項１４】 前記熱回収室の伝熱面を放射状に配置
    された層内伝熱管で構成し、該層内伝熱管を用途別に蒸
    発管ブロック、蒸気過熱管ブロック、蒸気再熱管ブロッ
    クとして使用するため、平面的にみて数個の管群に分割
    したことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項
    に記載の加圧内部循環型流動床ボイラ。
15. 【請求項１５】 前記主燃焼室に供給される燃料の供給
    口を主燃焼室炉床の仕切壁付近に設けたことを特徴とす
    る請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の加圧内部循
    環型流動床ボイラ。
16. 【請求項１６】 前記フリーボードにおいて、燃焼排ガ
    ス出口手前にバッフルを設けたことを特徴とする請求項
    ９乃至１５のいずれか１項に記載の加圧内部循環型流動
    床ボイラ。
17. 【請求項１７】 前記燃焼器から導出される燃焼排ガス
    の通路には集塵装置を設置し、該集塵装置で捕集した飛
    灰を、前記圧力容器側面の開口部を通して前記熱回収室
    へ戻すように構成したことを特徴とする請求項１乃至１
    ６のいずれか１項に記載の加圧内部循環型流動床ボイ
    ラ。
18. 【請求項１８】 前記燃焼器から導出される燃焼排ガス
    の通路には集塵装置を設置し、該集塵装置で捕集した飛
    灰を、前記圧力容器側面の開口部を通して前記主燃焼室
    およびまたはフリーボードへ戻すように構成したことを
    特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の加
    圧内部循環型流動床ボイラ。
19. 【請求項１９】 前記燃焼器から導出される燃焼排ガス
    の通路には集塵装置を設置し、該集塵装置で捕集した飛
    灰を、２次空気に混合してフリーボードへ戻すように構
    成したことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか
    １項に記載の加圧内部循環型流動床ボイラ。
20. 【請求項２０】 前記燃焼器から導出される燃焼排ガス
    の通路には集塵装置を設置し、かつ捕集した飛灰から未
    反応脱硫剤と未燃炭素分を回収するための分級装置を設
    けたことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項
    に記載の加圧内部循環型流動床ボイラ。
21. 【請求項２１】 前記分級装置で回収した未反応脱硫剤
    と未燃炭素分を主燃焼室または燃料供給系統に戻すよう
    に構成したことを特徴とする請求項２０に記載の加圧内
    部循環型流動床ボイラ。
22. 【請求項２２】 前記集塵装置で捕集した飛灰を粒径別
    に大中小３段階に分級し、中間の粒径の飛灰のみ主燃焼
    室およびまたはフリーボードおよびまたは燃料供給系統
    に戻すように構成した他、該飛灰を２次空気に混合して
    フリーボードへ戻すように構成したことを特徴とする請
    求項２０または２１記載の加圧内部循環型流動床ボイ
    ラ。
23. 【請求項２３】 ガス化炉で生成したチャーを酸化炉で
    燃焼させ、燃焼排ガスと前記ガス化炉からの発生ガスを
    ガスタービン入口で混合燃焼し、高温ガスを発生させて
    ガスタービンを駆動し、発電や燃焼用空気の圧縮などに
    利用するトッピングサイクル複合発電システムにおい
    て、 前記ガス化炉及び／または酸化炉として前記請求項８乃
    至１６のいずれか１項に記載の加圧内部循環型流動床ボ
    イラを利用することを特徴とするトッピングサイクル複
    合発電システム。
24. 【請求項２４】 前記トッピングサイクル複合発電シス
    テムにおいて、ガス化炉及び／または酸化炉に前記請求
    項８乃至１６のいずれか１項に記載の加圧内部循環型流
    動床ボイラを用い、ガス化炉から排出される未燃チャー
    は全量生成ガスと同伴させ、冷却したあと、その後段に
    設置した集塵装置でチャー及びＮａ，Ｋを含んだ粒子を
    捕集したあと、酸化炉に導入して完全燃焼させ、その燃
    焼排ガスは酸化炉を出たあと冷却し、後段に設置した集
    塵装置によりＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集排出し、清浄
    になった燃焼ガスと前記ガス化炉を出たあと集塵されて
    清浄になった生成ガスをトッピング燃焼器で混合撹拌
    し、発生した高温の燃焼ガスをガスタービンに導入する
    ように構成したことを特徴とするトッピングサイクル複
    合発電システム。
25. 【請求項２５】 加圧流動床複合発電システムにおける
    流動層炉において、 該流動層炉を円筒形にするとともに該流動層炉の円筒外
    壁と同心に円筒状仕切壁を設け、該円筒状仕切壁によっ
    て内側にガス化炉を形成するとともに外側に環状の酸化
    炉を形成し、 前記ガス化炉の炉床は中心部が高く周辺に向かって低く
    なる円錐状をなし、 前記ガス化炉の炉床には外周部の方が中心部よりも大き
    い質量速度で流動化用空気を噴出させるように構成した
    空気分散装置を設け、 前記円筒状仕切壁には質量速度の大きい空気噴出部上方
    に該部分から噴出する流動化用空気の上向流をさえぎ
    り、かつ該流動化用空気を質量速度の小さい空気噴出部
    上方に向けて反射転向せしめるように円錐状の傾斜仕切
    部を設け、 前記酸化炉の底部に酸化炉散気装置を設けるとともに前
    記仕切壁の中間部及び下部にて前記ガス化炉と連絡せし
    め、 前記ガス化炉においては前記空気分散装置からの噴出空
    気量を制御して、質量速度の小さい空気噴出部上方には
    流動媒体が沈降拡散する移動層を形成し、また質量速度
    の大きい空気噴出部上方には流動媒体が活発に流動化し
    前記移動層上部に向かって旋回せしめることにより旋回
    流動床を形成せしめるとともに、流動媒体の一部が前記
    仕切壁の中間部から前記酸化炉に入り込むようにし、前
    記酸化炉散気装置から噴出する散気量を制御して該酸化
    炉内の流動媒体を移動層の状態で沈降させたのち、前記
    仕切壁の下部連絡口から前記ガス化炉へ循環させるよう
    にし、 前記酸化炉の上方と前記ガス化炉の上方とは前記仕切壁
    によって仕切られてそれぞれ別のフリーボードを形成
    し、該酸化炉からの燃焼ガスと該ガス化炉からの発生ガ
    スが混合しないようにし、それぞれ別のガス出口から外
    部に導出されるようにして、酸化炉とガス化炉を一体化
    したことを特徴とする加圧流動床複合発電設備における
    流動層炉。
26. 【請求項２６】 前記酸化炉内に受熱流体を通じた伝熱
    面を配するようにしたことを特徴とする請求項２５記載
    の加圧流動床複合発電設備における流動層炉。
27. 【請求項２７】 前記請求項２５または２６記載の流動
    層炉の外側に大気圧以上の内部圧力を保持するように構
    成された圧力容器を設け、該圧力容器は燃焼ガス出口、
    発生ガス出口および燃焼用空気入口を有し、前記流動層
    炉とは前記燃焼ガス出口で、また前記ガス化炉とは発生
    ガス出口で接続したことを特徴とする加圧流動床複合発
    電設備。
28. 【請求項２８】 請求項２５乃至２７のいずれか１項に
    記載の流動層炉における前記ガス化炉から排出される未
    燃チャーは全量生成ガスと同伴させ、冷却したあと、そ
    の後段に設置した集塵装置でチャー及びＮａ，Ｋを含ん
    だ粒子を捕集し、さらに前記酸化炉に導入して完全燃焼
    させ、その燃焼排ガスは酸化炉を出たあと冷却し、後段
    に設置した集塵装置によりＮａ，Ｋを含んだ粒子を捕集
    排出し、清浄になった燃焼ガスと前記ガス化炉を出たあ
    と集塵されて清浄になった生成ガスをトッピング燃焼器
    で混合燃焼し、発生した高温の燃焼ガスをガスタービン
    に導入するように構成したことを特徴とする加圧流動床
    複合発電設備。