JPH09126417A - 加圧流動層ボイラのスラリー供給ノズル及びスラリー供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭・水スラリー流路内に残留して固化した
スラリーを容易に除去できる加圧流動層ボイラのスラリ
ー供給ノズル及びスラリー供給方法を提供すること。 【解決手段】 スラリー供給時にはスラリータンク121
よりスラリー送給管127、131、一端が該スラリー送給管
に接続され他端が加圧流動層火炉に接続されたスラリー
供給ノズル110を介して加圧流動層ボイラに石炭・水ス
ラリー燃料を供給し、スラリー供給停止時にはスラリー
タンク121よりスラリー送給管127、スラリー循環導管12
8側にスラリーの流路を切り換える切換バルブ123、前記
スラリー循環導管128を介してスラリータンク121にスラ
リーを循環させるように構成された加圧流動層ボイラの
スラリー供給ノズルにおいて、スラリー供給ノズル110
の上流側で、かつ前記切換バルブ123の後流側のスラリ
ー送給管131に、スラリーの噴霧、供給媒体であるスラ
リー導管空気を常時、供給するスラリー導管空気供給管
132を設け、スラリー供給ノズルのスラリー流路内にス
ラリーと空気とが共存するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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加圧流動層ボイラ複合発電プラン
トの流動層ボイラに係り、特に該燃焼炉へ石炭と水の混
合スラリーを供給する石炭・水スラリー（以下、単にス
ラリーと称することがある）の供給ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラは発生するスチーム及
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
子を加圧状態の流動層火炉内に連続的に、大量に安定し
て供給することが重要である。流動層火炉に石炭を供給
する方法として、湿式供給方式（たとえば特開昭62-155
433）がある。図３に示すように湿式供給方式は最大径
が６ｍｍ前後の石炭粒子１１６と水１１４及び炉内脱硫
剤としての石灰石１１５を混練機１１２で混合、撹拌し
て水分２５％前後のスラリー１１３とし、該スラリー１
１３を一時的に撹拌機１２２つきのスラリータンク１２
１に貯留したあと、スラリーポンプ１２６で昇圧してス
ラリー送給管１２７及び１３１を通して流動層火炉１０
１に圧送する。

【０００３】さらにスラリー供給ノズル１１０(以下で
単にノズル、あるいはスラリーノズルと称することがあ
る)で噴霧空気５１によって噴霧して流動層火炉１０１
内の流動層１０９内に供給する。流動層火炉１０１への
スラリー１１３の供給を停止する場合は切り替えバルブ
１２３によって流路をスラリー循環導管１２８に切り替
え、スラリータンク１２１に循環する。

【０００４】この湿式供給方式は、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
の摩耗が少ないなどの特長がある。

【０００５】なお、図３において流動層１０９内の流動
媒体１０２は下方からの燃焼用空気１０７によって流動
化され、流動層１０９内には伝熱管１０５が設置され、
スチーム１１１を発生する。流動層火炉１０１の出口に
は燃焼ガス中の灰を除去する脱塵装置１０３が設置さ
れ、除塵された燃焼ガス１０８はガスタービン(図示省
略)に供給される。流動層火炉１０１は加圧容器１０４
内に収納され、加圧空気１０６の供給によって加圧下に
保持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の湿式供給方式を
用いた加圧流動層ボイラにおいて、計画に沿って流動層
火炉１０１へのスラリー１１３の供給を停止する場合は
切り替えバルブ１２３によって流路をスラリー循環導管
１２８に切り替え、タンク１２１に循環するようにした
後、ただちに切り替えバルブ１２３後流の直近に設けた
パージ空気導管１２９から所定量のパージ空気及びパー
ジ水５８を供給して、スラリー送給管１３１内及びスラ
リー供給ノズル１１０内に残留したスラリーを流動中の
流動層１０９内に放出する。この放出されたスラリーを
燃焼した後、燃焼用空気１０７の供給を停止する。この
操作によってスラリー供給ノズル１１０内にスラリーが
残留することはない。

【０００７】しかしながら緊急的に燃焼を停止しなけれ
ばならない場合がある。その時、燃焼用空気１０７の供
給が停止し、流動媒体１０２の流動が停止する。同時
に、スラリーポンプ１２６が停止し石炭・水スラリー１
１３の供給も停止される。供給が停止されたスラリー１
１３はスラリー供給ノズル１１０のスラリー流路内に残
留し、流動媒体１０２から侵入する熱によってスラリー
１１３中の水分が蒸発し、乾燥、固化してスラリー供給
ノズル１１０内を閉塞してしまう。流路内に固化したス
ラリー１１３はスラリーポンプ１２６の起動を阻害し、
再起動のためにはこれを取り除く必要がある。しかしな
がら、固化したスラリーの除去にはかなりの困難と工数
が必要である。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、上記の石炭・水スラリー流路内に残留して
固化したスラリーを容易に除去できるようにした加圧流
動層ボイラのスラリー供給ノズル及びスラリー供給方法
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の固化スラリー除去
の困難性を解決するために鋭意、実験検討を行った結
果、固化スラリーの容易な除去には、（１）ノズル先端
部でスラリー流路に合流して石炭・水スラリーを流動層
内に噴霧、供給する媒体である分散空気の一部を、ノズ
ルの上流で、かつスラリー循環ラインへの切替バルブの
後流におけるスラリー送給管に常時供給すること、
（２）スラリー導管に供給する分散空気の一部（以下、
スラリー導管空気という）は、該ノズルのスラリー流路
の温度、圧力条件で流路管断面積基準で０．４ｍ／ｓ〜
２．４ｍ／ｓ、望ましくは０．８ｍ／ｓ〜２ｍ／ｓの空
気流速を採用することが有効であることを確認した。さ
らに、（３）緊急停止時にスラリー流路内でのスラリー
の固化を防止する方法として、ノズル先端部の残存する
石炭・水スラリーへの冷却及び水分保持のための注水を
行うことが有効であり、この提案に上記のスラリー導管
空気の常時供給を加えることによって、より効果的に本
発明を実施できることを確認した。

【００１０】ノズルの上流で、かつスラリー循環ライン
への切替バルブの後流におけるスラリー送給管に上記の
スラリー導管空気を常時供給することによって、スラリ
ーとスラリー導管空気は常に共存して該スラリー流路内
を流れる。この状態で緊急停止等によってスラリー、分
散空気、スラリー導管空気の供給が停止され、そのまま
の状態で導管内のスラリーが乾燥、固化すると該流路内
は空洞を形成したままの状態で保存される。

【００１１】流路内に固化したスラリーはポンプの起動
を阻害し、再起動のためにはこれを取り除く必要がある
が、固化スラリーは空洞を形成した状態であり、空洞を
先導孔として除去作業を行うことによってその機械的な
除去は従来の密に固化している場合に比べ、容易とな
る。

【００１２】さらに、空洞の形成によってスラリー流路
内に残留する固化スラリーの量も半分以下に減少して除
去量も少なくなる。

【００１３】一方、上記ノズルのスラリー流路の温度、
圧力条件で流路管断面積基準で０．４ｍ／ｓ以上、望ま
しくは０．８ｍ／ｓ以上のスラリー導管空気流速を採用
することによって、断面積基準で平均的に２０％以上の
空洞を形成することができ、空洞を先導孔とした固化ス
ラリーの除去作業を容易に行うことができる。一方、上
記のスラリー導管空気流速を高くして行くと、スラリー
流路内壁に摩耗が発生することが観察された。摩耗の発
生を抑制して本発明を実施する上で、該スラリー導管空
気流速は２．４ｍ／ｓ以下、望ましくは２ｍ／ｓ以下が
採用される。

【００１４】またノズルの上流のスラリー送給管に上記
のスラリー導管空気を常時供給し、さらに、ノズル先端
部の残留する石炭・水スラリーへの冷却及び水分保持の
ための注水を行うことによって、該流路内に空洞を形成
した状態で残存したスラリーの水分を保持することがで
き、流動性が得られ乾燥した場合に比べて、さらに機械
的な除去が容易になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のス
ラリー供給ノズル１１０の実施の形態の一例を詳細に説
明する。

【００１６】図１は、本発明によるスラリー供給ノズル
の拡大図である。スラリー供給ノズル１１０はその中心
からスラリー流路３０、スラリー導管３１、冷却水供給
流路３２、冷却水供給導管３３、冷却水戻り流路３４、
冷却水戻り導管３５、噴霧空気流路３６、噴霧空気導管
３７の順に同心円の管で構成されている。

【００１７】冷却水戻り導管３５の管端は管端板３９
で、また噴霧空気導管３７の管端は管端板４０で閉じら
れている。管端板４０には環状の噴霧空気噴出孔４１及
びスラリー噴出孔４２が形成されている。

【００１８】冷却水供給導管３３は冷却水５３を冷却水
供給流路３２及び冷却水戻り流路３４を通して流し、ス
ラリー導管３１の管壁温度を６０℃、好ましくは５０℃
以下に保持してスラリー中の水分の蒸発を防止する。５
４は冷却排水である。

【００１９】噴霧空気導管３７はスラリー流路３０を通
って供給されるスラリー１１３を流動層内に噴霧、供給
するための高圧の噴霧空気５１の導管であり、噴霧空気
噴出孔４１からスラリー流路３０に噴出させ、このスラ
リー流路３０を通って供給されるスラリー１１３に衝突
させ、スラリー噴出孔４２からスラリー１１３を流動層
火炉１０１内の流動層１０９に噴霧、供給する。

【００２０】注水導管３８は冷却水供給流路３２内を通
して、及びノズル先端の噴霧空気噴出口４１近傍のスラ
リー流路３０に注水導管先端４４を開口して設け、緊急
停止時に注水導管３８を通して緊急時注入水５５を残留
スラリーに注水する。流動層火炉１０１の通常の運転時
には、注水導管３８の閉塞を防止するために常時、パー
ジ空気５６が供給されている。

【００２１】本発明の特徴であるスラリー導管空気５７
は、フランジ等の接続手段６４、６６を介してスラリー
供給ノズル１１０と接続されるスラリー送給管１３１に
開孔して接続されたスラリー導管空気５７のスラリー導
管空気供給管１３２から、ノズル空気５０を分岐して供
給される。

【００２２】スラリー導管空気５７は図２に示すよう
に、スラリー供給ノズル１１０の上流側で、かつスラリ
ー循環導管１２８への切替バルブ１２３の後流側から供
給される。

【００２３】７１、７２及び７３はそれぞれ噴霧空気、
緊急時供給窒素及び緊急時注入水の供給、遮断バルブで
あり、黒く塗りつぶしたバルブは閉止状態を示してい
る。６１、６２、６３、６４、６５及び６６はそれぞれ
の流体の母管と接続するためのフランジなどの接続手段
である。接続手段６０は噴霧空気導管３７に固定され、
流動層火炉１０１にスラリー供給ノズル１１０を取り付
けるためのフランジである。

【００２４】上記の構造において、スラリー１１３はス
ラリー送給管１３１を通ってスラリー流路３０へ送ら
れ、スラリー導管空気５７はスラリー導管空気の供給管
１３２を通してスラリー送給管１３１に供給される。し
たがって、スラリー１１３及びスラリー導管空気５７は
スラリー流路３０内を共存しながら送られる。

【００２５】冷却水５３は冷却水供給流路３２を通って
送られ、冷却水戻り流路３４を通って排出される。噴霧
空気５１は噴霧空気流路３６を通って供給される。スラ
リー１１３は噴出孔４１からスラリー流路３０に噴出さ
れる噴霧空気５１及び共存して送られてきたスラリー導
管空気５７によって流動層１０９内に噴霧、供給され
る。

【００２６】ところで、なんらかの原因によって流動層
火炉１０１の運転停止を余儀なくされ、緊急的に燃焼空
気及びスラリーの供給を遮断せざるを得ないことがあ
る。スラリー１１３の供給が停止した場合、そのまま放
置すればスラリー流路３０内にスラリー１１３が残留
し、残留したスラリー１１３は流動層１０９から侵入す
る熱によって水分が蒸発され乾燥、固化してしまう。

【００２７】本発明のスラリー供給ノズルによれば、ス
ラリー１１３とスラリー導管空気５７は常に共存してス
ラリー流路３０内を流れているので、スラリー流路３０
内でスラリー１１３が乾燥、固化してもスラリー流路３
０内はスラリー導管空気５７により空洞を形成したまま
の状態で保持される。

【００２８】流路内に固化したスラリー１１３はスラリ
ーポンプ１２６の起動を阻害し、再起動のためにはこれ
を取り除く必要があるが、形成された空洞を先導孔とし
て除去作業を行うことができ、その機械的な除去は、従
来のスラリー導管空気５７を供給しない場合、したがっ
て空洞がなく密に固化している場合に比べて容易とな
る。

【００２９】さらに、空洞の形成によってスラリー流路
３０内に残存するスラリーの量も半分以下に減少して除
去量も少なくなる。

【００３０】スラリー導管空気５７の供給量はスラリー
流路３０の温度、圧力条件で該流路管断面積基準で０．
４ｍ／ｓ以上、望ましくは０．８ｍ／ｓ以上、及び２．
４ｍ／ｓ以下、望ましくは２ｍ／ｓ以下の空気流速が採
用される。

【００３１】流路管断面積基準の空気流速とは、実際に
は該流路内に共存するスラリーによって導管空気の通過
する正味の断面積は縮小されるが、その縮小分を無視し
た空管状態の断面積で計算した流速をいう。

【００３２】本発明によるスラリー導管空気流速を採用
すれば、図４に示すようにスラリー流路３０の長手方向
に連続した状態で空洞８０が形成される。空気流速が本
発明の値より低い場合には、空洞８０は図５に示すよう
に不連続的な状態で形成され、固化スラリー８１の除去
を円滑に行うことができない。

【００３３】この空洞の連続性はスラリー流路３０を流
れるスラリーの流速に比べて導管空気の流速が倍以上高
くすることによって得られる効果であり、上記の０．４
ｍ／ｓ以上、望ましくは０．８ｍ／ｓ以上の空気流速は
この効果を発揮する範囲として規定するものであり、か
つ、スラリー流路３０内に断面積基準で平均的に２０％
以上の空洞を形成することができる。

【００３４】一般にスラリーは空気に比べて粘性が高い
ので管壁に付着しやすく、この性質に起因して本発明で
採用した流速では連続的な空洞は導管のほぼ中心ないし
は若干、中心より上に形成され、管壁に接して形成され
ることはない。したがって、たとえば螺旋状の回転体に
よって固化スラリーを除去するのに好都合である。

【００３５】一方、本発明の流速以下であれば図５の不
連続的な状態で、水平配置であるスラリー供給ノズルで
は空洞は管断面上部で管壁に接した状態で形成され、円
滑な機械的除去ができなくなる。

【００３６】しかしながら、過度の空気流速はスラリー
送給管１３１及びスラリー導管３１の内壁を摩耗させる
ので好ましくない。本発明のスラリー導管空気流速２．
４ｍ／ｓ以下、望ましくは２ｍ／ｓ以下を採用すること
によって実用上、問題のない摩耗量に抑えることができ
る。

【００３７】さらに、冷却水５３によってスラリー導管
３１の管壁は６０℃、好ましくは５０℃以下に冷却され
る。噴霧空気５１は流動層１０９内でのスラリーの燃焼
を停止するためにバルブ７１を閉めて供給を停止する
が、代わってバルブ７２を開けて窒素ガス５２を供給す
る。それと同時に、バルブ７３を開放して緊急時用の注
入水５５を注入導管３８内を通して、ノズル先端部のス
ラリー流路３０内に送り、残留したスラリーに注入して
この残留スラリーの水分を保持する。したがって、スラ
リー流路内に空洞を形成した状態で残留したスラリーの
水分が保持でき、流動性が得られて乾燥、固化した場合
に比べて機械的な除去が容易になる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、加圧流動層燃焼炉への
石炭・水スラリーの供給において、緊急停止時にスラリ
ーノズル内に残留して固化したスラリーの除去が極めて
容易となり、除去のための作業時間、したがって再起動
時間が短縮されて稼働率が高く、経済性の高い加圧流動
層燃焼ボイラを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスラリー供給ノズルの実施の形態
の一例を示す図である。

【図２】本発明が適用される加圧流動層燃焼炉への石炭
・水スラリーの供給系統を示す図である。

【図３】従来の加圧流動層燃焼炉への石炭・水スラリー
の供給系統を示す図である。

【図４】本発明の空気流速条件でスラリーが固化したと
きの状態を示す本発明に係るスラリー供給ノズルの断面
図である。

【図５】本発明の空気流速条件以下でスラリーが固化し
たときの状態を示すスラリー供給ノズルの断面図であ
る。

【符号の説明】

３０ スラリー流路 ３１ スラリー導管 ３２ 冷却水供給流路 ３４ 冷却水戻り流路 ３６ 噴霧空気流路 ３８ 注水導管 ４１ 噴霧空気噴出孔 ４２ スラリー噴出孔 ５１ 噴霧空気 ５５ 注入水 ５６ パージ空気 ５７ スラリー導管空気 １０１ 流動層火炉 １０４ 加圧容器 １０９ 流動層 １１０ スラリー供給ノズル １１３ 石炭・水スラリー １１４ 水 １１６ 石炭 １２１ スラリータンク １２６ スラリーポンプ １３１ スラリー送給管 １３２ スラリー導管空気供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝田 康常 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラリー供給時にはスラリータンクより
   スラリー送給管、一端が該スラリー送給管に接続され他
   端が加圧流動層火炉に接続されたスラリー供給ノズルを
   介して加圧流動層ボイラに石炭・水スラリー燃料を供給
   し、スラリー供給停止時にはスラリータンクよりスラリ
   ー送給管、スラリー循環導管側にスラリーの流路を切り
   換える切換バルブ、前記スラリー循環導管を介してスラ
   リータンクにスラリーを循環させるように構成された加
   圧流動層ボイラのスラリー供給ノズルにおいて、 スラリー供給ノズルの上流側で、かつ前記切換バルブの
   後流側のスラリー送給管に、スラリーの噴霧、供給媒体
   であるスラリー導管空気を常時、供給するスラリー導管
   空気供給管を設け、スラリー供給ノズルのスラリー流路
   内にスラリーと空気とが共存するように構成したことを
   特徴とする加圧流動層ボイラのスラリー供給ノズル。
2. 【請求項２】 スラリー供給時にはスラリータンクより
   スラリー送給管、一端が該スラリー送給管に接続され他
   端が加圧流動層火炉に接続されたスラリー供給ノズルを
   介して加圧流動層ボイラに石炭・水スラリー燃料を供給
   し、スラリー供給停止時にはスラリータンクよりスラリ
   ー送給管、スラリー循環導管側にスラリーの流路を切り
   換える切換バルブ、前記スラリー循環導管を介してスラ
   リータンクにスラリーを循環させるように構成された加
   圧流動層ボイラのスラリー供給ノズルにおいて、 スラリー供給ノズルの上流側で、かつ前記切換バルブの
   後流側のスラリー送給管に、スラリーの噴霧、供給媒体
   であるスラリー導管空気を常時、供給するスラリー導管
   空気供給管を設け、スラリー供給ノズルのスラリー流路
   内にスラリーと空気とが共存するように構成し、かつ注
   水導管をスラリー供給ノズルの冷却水流路内を通して、
   その先端をノズル先端領域のスラリー流路へ開口して設
   け、加圧流動層ボイラの緊急運転停止時にノズル先端部
   に注水するように構成したことを特徴とする加圧流動層
   ボイラのスラリー供給ノズル。
3. 【請求項３】 前記スラリー導管空気は、前記スラリー
   供給ノズルのスラリー流路の温度、圧力条件で流路管断
   面積基準で０．４ｍ／ｓ〜２．４ｍ／ｓの空気流速とな
   るように前記スラリースラリー送給管に供給されること
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の加圧
   流動層ボイラのスラリー供給ノズル。
4. 【請求項４】 スラリー供給時にはスラリータンクより
   スラリー送給管、一端が該スラリー送給管に接続され他
   端が加圧流動層火炉に接続されたスラリー供給ノズルを
   介して加圧流動層ボイラに石炭・水スラリー燃料を供給
   し、スラリー供給停止時にはスラリータンクよりスラリ
   ー送給管、スラリー循環導管側にスラリーの流路を切り
   換える切換バルブ、前記スラリー循環導管を介してスラ
   リータンクにスラリーを循環させるように構成された加
   圧流動層ボイラのスラリー供給方法において、 スラリー供給ノズルの上流側で、かつ前記切換バルブの
   後流側のスラリー送給管に、スラリーの噴霧、供給媒体
   であるスラリー導管空気を常時、供給し、スラリー供給
   ノズルのスラリー流路内にスラリーと空気とが共存する
   ようにし、該スラリー供給ノズルのスラリー流路の温
   度、圧力条件で流路管断面積基準で０．４ｍ／ｓ〜２．
   ４ｍ／ｓの空気流速となるように前記スラリー導管空気
   を供給することを特徴とする加圧流動層ボイラのスラリ
   ー供給方法。