JPH10176805A - 石炭の加圧流動層燃焼装置 - Google Patents

石炭の加圧流動層燃焼装置

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JPH10176805A
JPH10176805A JP8337069A JP33706996A JPH10176805A JP H10176805 A JPH10176805 A JP H10176805A JP 8337069 A JP8337069 A JP 8337069A JP 33706996 A JP33706996 A JP 33706996A JP H10176805 A JPH10176805 A JP H10176805A
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JP
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fluidized bed
combustion
limestone
pressurized
coal
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JP8337069A
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English (en)
Inventor
Osamu Ito
修 伊藤
Ryuhei Kawabe
隆平 川部
Tomohiko Miyamoto
知彦 宮本
Yasuo Yoshii
泰雄 吉井
Katsuya Oki
勝弥 大木
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Hitachi Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】石炭焚加圧流動層複合発電システムにおける石
炭の加圧流動層燃焼装置の脱硫反応の促進と発生するS
Ox成分の抑制。 【解決手段】石灰石流動媒体を流動化して石炭を流動層
燃焼する石炭の加圧流動層燃焼装置において、燃焼装置
下部より供給される燃焼用加圧空気、または、供給され
る流動媒体である石灰石の予熱手段を設け、燃焼前の石
灰石の脱炭酸化を促進し、CaO量を増加させて流動層
燃焼時の脱硫化性能を向上させた石炭の加圧流動層燃焼
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭の加圧流動層
燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の一般的な流動層発電シス
テムの例として、石炭焚加圧流動層複合発電システムの
構成を示したものである。
【0003】この加圧流動層複合発電システムは、常圧
の流動層燃焼発電システムに比較して、燃焼を加圧状態
で行うため、燃焼排ガスでガスタービンを駆動できるこ
とから、蒸気タービンによる発電と複合して高効率の発
電を行うことができる。
【0004】この加圧流動層複合発電システムの主要機
器は、圧力容器1内に設置した流動層ボイラ2と、ここ
で発生する蒸気3で駆動する蒸気タービン4と、ボイラ
から発生した燃焼ガス5をサイクロン11およびセラミ
ックフィルタ12でクリーン化した燃焼ガス15により
駆動するガスタービン6で構成される。
【0005】流動層ボイラ2では、粉砕された石炭と水
を混合したものを燃料7として圧力容器内に形成された
流動層8中に供給し、ガスタービン6と同時に駆動され
るコンプレッサ9から供給される加圧空気により約86
0℃で流動層燃焼する。
【0006】流動層の流動媒体16(ベッド剤とも云
う)には石灰石粒子が用いられ、燃焼時に発生するSO
2は、流動層8内でこの石灰石に吸収される。このため
流動層燃焼装置は、排煙脱硫装置が不用になると云う特
長がある。
【0007】さらに燃焼温度が火炎燃焼に比較して低い
ことからNOxの発生も抑制され、環境に調和した発電
システムである。
【0008】動層8内で発生した熱は、層内に設置され
た伝熱管10を加熱し、伝熱管に供給した水は蒸気3と
して回収され、蒸気タービン4を駆動する。
【0009】一方、流動層ボイラ2を出た燃焼ガス5
は、サイクロン11と高温フィルタであるセラミックフ
ィルタ12で脱塵され、燃焼灰18とクリーン化した燃
焼ガス15に分離され、クリーン化した燃焼ガス15は
ガスタービン6を駆動し、脱硝装置19、脱塵装置20
を通過した後、スタック13から排ガス17として大気
中へ排出される。
【0010】このガスタービン駆動の余剰動力は、発電
機14を動かすだけでなく、流動層ボイラ2で使用され
る加圧空気を作るためのコンプレッサ9の駆動にも使用
される。ここで、コンプレッサ9により生成される加圧
空気の温度は、約350℃程度である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記従来システムで
は、燃焼時に発生するSO2は、流動媒体16である石
灰石に吸収されるが、石灰石CaCO3のみでは脱硫効
率が悪く、多くの石灰石量を必要とし、Ca/S比率が
高くなる傾向にあった。
【0012】しかし、石灰石が脱炭酸によりCaOに変
化し、粉化するとSO2の吸収力が向上し、CaCO3
けの場合に較べてより少ない石灰石量で脱硫を進行させ
ることができる。この石灰石の脱炭酸反応は、雰囲気温
度、CO2分圧に影響されるが、自由エネルギー的にC
aCO3およびCaOの安定な領域をまとめると、図5
のようになる。
【0013】図5の左側領域ではCaCO3が安定であ
り、脱炭酸反応は進行しないが、右側領域では所定の反
応速度に基づいて脱炭酸反応が進行する。脱炭酸反応は
CO2がほとんどない状態でも常温ではほとんど進行せ
ず、500℃を超えてようやく進行することが分かる。
【0014】また、従来の石炭を流動層燃焼する加圧流
動層は、約860℃で行われており、この温度では石灰
石のおかれた領域のCO2分圧に影響されてCaCO3
たはCaOの安定性が決定される。
【0015】こうした石炭を流動層燃焼する加圧流動層
が約860℃、約9気圧では、脱炭酸反応が進行するか
否かの境界に燃焼前の石灰石流動媒体がおかれているこ
とが分かる。このような状況下において、脱硫効率が高
いCaOの量を増加させるには石灰石の温度を高めか、
CO2分圧を低下させかの2つの方法が考えられる。
【0016】CO2分圧を低下させる方法については、
石灰石の脱炭酸反応、石炭燃焼反応自体がCO2を排出
する反応なので、CO2分圧の低下はこの反応に逆行す
る方法となり、実現は困難と考えられる。
【0017】そこで、石灰石の温度を増加させること
が、石灰石の脱炭酸を推進させる方策として着目され
る。
【0018】本発明の目的は、上記に鑑み石灰石の脱炭
酸を図り、脱硫反応の促進とSOx成分の発生を抑制し
た石炭の加圧流動層燃焼装置の提供にある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の要旨は、石灰石流動媒体を流動化して石炭を流動
層燃焼する石炭の加圧流動層燃焼装置において、燃焼装
置下部より供給される燃焼用加圧空気、または/およ
び、供給される流動媒体である石灰石の予熱手段を設け
たことを特徴とする石炭の加圧流動層燃焼装置にある。
【0020】燃焼装置下部より供給する燃焼用加圧空気
の温度を予熱、もしくは、供給される流動媒体である石
灰石を予熱して、燃焼前の流動媒体である石灰石の脱炭
酸可能な温度以上に加熱することにより燃焼前の脱炭酸
反応を促進させる。
【0021】供給する燃焼用加圧空気、または/およ
び、流動媒体である石灰石の予熱熱源としては、流動層
火炉、サイクロン灰、あるいは、ガスタービンの排熱を
用いる。
【0022】また、流動層火炉出口のSOx濃度に基づ
き、燃焼装置下部より供給する燃焼用加圧空気温度、ま
たは/および、流動媒体である石灰石温度を制御し流動
層火炉内石灰石の脱炭酸反応を制御してSOx成分の発
生を抑制する。
【0023】
【発明の実施の形態】流動層燃焼炉における脱硫反応
は、石灰石であるCaCO3のみで反応が進行するも
の、脱炭酸によるCaOを伴うものゝ2通りがある。C
aCO3による脱硫反応は、
【0024】
【数1】 CaCO3+SO2+1/2O2 ⇒ CaSO4+CO2 …〔1〕 の反応式で表され、既述のように脱硫効率が悪く多量の
石灰石を必要とする。
【0025】一方、CaOを伴う脱硫反応は、脱炭酸、
脱硫反応の2段階に分けられる。脱炭酸反応は、CaC
3 ⇒ CaO+CO2で表される。このとき石灰石の粉
化が生じ、次に示される脱硫効率の高い脱硫反応が進行
する。
【0026】この脱硫反応は、
【0027】
【数2】 CaO+SO2+1/2O2 ⇒ CaSO4 …〔2〕 の反応式で表される。
【0028】脱炭酸反応は、図5に示したように雰囲気
温度、CO2分圧(P)によって決まるが、従来の加圧
流動層燃焼では、この脱炭酸反応の可能な領域は、燃焼
直前の流動層火炉下部においてのみ実現されていた。そ
こで予め、燃焼用加圧空気、もしくは石灰石を予熱して
おくことにより、CO2分圧を高めることなく石灰石温
度を向上させて、流動層の燃焼領域下部における脱炭酸
反応の進行領域を広げ脱硫性能の向上を図る。
【0029】これにより流動媒体粒子の粉化が進むの
で、CaO量が増加し脱硫反応が容易となり、SOx成
分の発生を抑制した流動層燃焼が可能となる。
【0030】また、流動層火炉出口のSOx濃度の増減
に基づき、燃焼装置下部より供給する燃焼用加圧空気温
度、もしくは、流動媒体である石灰石温度を制御し、流
動層の燃焼領域下部における脱炭酸反応の進行領域の大
きさを制御することによっても、SOx成分の発生を抑
制した流動層燃焼が可能となる。
【0031】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
1は、本発明の加圧流動層燃焼装置を適用した石炭焚加
圧流動層複合発電システムの一構成図である。
【0032】図1に示すように、脱硫性能の向上のため
従来のシステムに新たに、コンプレッサ9から供給され
る加圧空気を、加圧流動層燃焼装置の内部に導入する伝
熱管10’を設けた。これにより従来350℃程度であ
った加圧空気は400℃以上に予熱することができる。
【0033】上記の導入する加圧空気の温度を上昇する
ことにより、燃焼炉下部での脱炭酸反応進行領域を広げ
ることがで、石灰石は従来よりも長時間、脱炭酸反応進
行領域に滞留することが可能となる。
【0034】図3は燃焼用加圧空気を予熱のための伝熱
管10’に通した場合のSOx濃度の変化を示したもの
である。予熱開始後、徐々に流動層火炉出口のSOx濃
度が減少し、約3時間後には約10ppmと云う低濃度
でSOx濃度が安定した。これにより、燃焼用加圧空気
を予熱することが脱硫性能向上に有効なことが分かる。
【0035】図2は本発明の他一実施例として、本発明
の加圧流動層燃焼装置を適用した石炭焚加圧流動層複合
発電システムの一構成図である。
【0036】図2に示すように、供給される流動媒体で
ある石灰石を燃焼装置内で予熱する石灰石予熱手段25
を設けたもので、これにより流動層の燃焼領域下部温度
が上昇し、脱炭酸反応進行領域が広がり流動媒体粒子の
粉化が進むので、CaO量が増加する。
【0037】図4は石灰石を加圧流動層燃焼装置内の石
灰石予熱手段25で予熱した場合のSOx濃度の変化を
示したものである。加熱開始後、徐々に流動層火炉出口
のSOx濃度が減少し、約3時間後には約10ppmと
云う低濃度でSOx濃度が安定した。これにより、供給
される石灰石を予熱することが図1のシステムと同様に
脱硫性能向上に有効であることが分かる。
【0038】図7は、流動層火炉出口のSOx濃度に基
づき、燃焼装置下部より供給する燃焼用加圧空気の温度
を制御して、流動層火炉内石灰石の脱炭酸反応を制御す
る石炭焚加圧流動層複合発電システムの一構成図であ
る。
【0039】SOx濃度測定装置23からの信号に基づ
き、燃焼用加圧空気流量調節弁21を制御し、予熱しな
い空気流量と予熱した空気流量の比を調節して、最終的
に供給する燃焼用加圧空気の温度を制御する。これによ
り、流動層の燃焼領域下部における脱炭酸反応進行領域
の大きさを制御できる。
【0040】図8は流動層火炉出口のSOx濃度と燃焼
用加圧空気温度の変化を示したものである。この制御手
段を設けたことにより、SOx濃度が上昇すると加熱空
気量が増加し、空気温度が上昇してSOx濃度が徐々に
低下することが分かる。
【0041】流動層火炉内で発生する熱は、基本的に加
熱蒸気生成のために供されるべきであり、この燃焼用加
圧空気の温度の制御により、SOx濃度抑制に必要な最
低限の熱量だけを空気加熱に振り分けることができるの
で、全体のエネルギー効率を低下させることなくSOx
濃度の抑制を図ることができる。
【0042】図9は、流動層火炉出口のSOx濃度に基
づき、供給される流動媒体である石灰石の温度を制御し
流動層火炉内石灰石の脱炭酸反応を制御する石炭焚加圧
流動層複合発電システムの一構成図である。
【0043】SOx濃度測定装置23よりの信号に基づ
き、石灰石供給量調節弁22を制御し、予熱しない石灰
石量と予熱した石灰石量の比を調節して、最終的に供給
する石灰石の温度を制御する。これにより、流動層の燃
焼領域下部における脱炭酸反応進行領域の大きさを制御
できる。
【0044】図10は流動層火炉出口のSOx濃度と供
給される石灰石温度の変化を示したものである。この制
御手段を設けたことにより、SOx濃度が上昇すると加
熱石灰石量が増加し、石灰石温度が上昇してSOx濃度
が徐々に低下することが分かる。この供給石灰石温度の
制御により、SOx濃度抑制に必要な最低限の熱量だけ
を供給石灰石加熱に振り分けることができるので、全体
のエネルギー効率を低下させることなくSOx濃度の抑
制を図ることができる。
【0045】
【発明の効果】本発明の燃焼用加圧空気温度、または/
および、供給される流動媒体である石灰石を予熱して、
燃焼炉下部での石灰石の脱炭酸反応進行領域を広げるこ
とにより、石灰石が従来よりも長時間、脱炭酸反応進行
領域に滞留し粉化が進むので、CaO量が増加し脱硫反
応が促進され、SOx成分の発生を抑制する流動層燃焼
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加圧流動層燃焼装置を適用した石炭焚
加圧流動層複合発電システムの一構成図である。
【図2】本発明の加圧流動層燃焼装置を適用した石炭焚
加圧流動層複合発電システムの他の一構成図である。
【図3】燃焼用加圧空気の予熱開始からの流動層火炉出
口のSOx濃度の変化を示すグラフである。
【図4】石灰石の予熱開始からの流動層火炉出口のSO
x濃度の変化を示すグラフである。
【図5】CaCO3とCaOの雰囲気温度に対する安定
領域を示すグラフである。
【図6】従来の石炭焚加圧流動層複合発電システムの構
成図である。
【図7】燃焼用加圧空気温度の制御手段を設けた石炭焚
加圧流動層複合発電システムの一構成図である。
【図8】流動層火炉出口のSOx濃度と燃焼用加圧空気
温度の変化を示すグラフである。
【図9】石灰石温度の制御手段を設けた石炭焚加圧流動
層複合発電システムの一構成図である。
【図10】流動層火炉出口のSOx濃度と石灰石温度の
変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1…圧力容器、2…流動層ボイラ、3…蒸気配管、4…
蒸気タービン、5…燃焼ガス、6…ガスタービン、7…
燃料、8…流動層、9…コンプレッサ、10…伝熱管、
11…サイクロン、12…セラミックフィルタ、13…
スタック、14…発電機、15…クリーン化した燃焼ガ
ス、16…流動媒体、17…排ガス、18…燃焼灰、1
9…脱硝装置、20…脱塵装置、21…燃焼用加圧空気
流量調節弁、22…石灰石供給量調節弁、23…SOx
濃度測定装置、24…空気分散板、25…石灰石予熱手
段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23C 11/02 313 F23C 11/02 313 F23L 15/04 F23L 15/04 F23N 5/00 F23N 5/00 J (72)発明者 宮本 知彦 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 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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石灰石流動媒体を流動化して石炭を流動
    層燃焼する石炭の加圧流動層燃焼装置において、燃焼装
    置下部より供給される燃焼用加圧空気、または/およ
    び、供給される流動媒体である石灰石の予熱手段を設け
    たことを特徴とする石炭の加圧流動層燃焼装置。
  2. 【請求項2】 前記燃焼用加圧空気の予熱手段として流
    動層火炉内に伝熱管を配置し、それにより前記燃焼用加
    圧空気を予熱できるようにした請求項1に記載の石炭の
    加圧流動層燃焼装置。
  3. 【請求項3】 前記流動媒体である石灰石の予熱手段と
    して流動層火炉内に石灰石予熱手段を配置し、それによ
    り前記石灰石を予熱できるようにした請求項1に記載の
    石炭の加圧流動層燃焼装置。
  4. 【請求項4】 石灰石流動媒体を流動化して石炭を流動
    層燃焼する石炭の加圧流動層燃焼装置において、流動層
    火炉出口のSOx濃度に基づき、燃焼装置下部より供給
    する燃焼用加圧空気、または/および、流動媒体である
    石灰石の温度を制御する制御手段を配置したことを特徴
    とする石炭の加圧流動層燃焼装置。
JP8337069A 1996-12-17 1996-12-17 石炭の加圧流動層燃焼装置 Pending JPH10176805A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103591575A (zh) * 2013-11-25 2014-02-19 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 350mw超临界循环流化床锅炉及汽水循环方法
CN104483714A (zh) * 2014-10-31 2015-04-01 杭州杭锅电气科技有限公司 一种循环流化床锅炉断煤检测装置及检测方法
CN110486719A (zh) * 2019-09-12 2019-11-22 哈尔滨红光锅炉总厂有限责任公司 低排放型循环流化床锅炉联合脱硫系统及协同脱硫方法

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