JPH11511236A - 蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蒸気発生器（１）において燃料（Ｓ）としてバイオマスを利用する場合、特に高い効率が得られる。この蒸気発生器は本発明に基づいて、第１の燃料（Ｋ）を燃焼して作動媒体（Ａ）を発生するための第１の燃焼室（２４）と第２の燃料（Ｓ）を燃焼するための第２の燃焼室（２６）とを有している。その第２の燃焼室（２６）は作動媒体（Ａ）の流れ方向において第１の燃焼室（２４）に後置接続されている。その場合、第１の燃焼室（２４）に燃料（Ｋ）として石炭が供給され、および／又は第２の燃焼室（２６）に燃料（Ｓ）としてバイオマス特にわらが供給される。蒸気発生器（１）の運転の際に第１の燃焼室（２４）で発生した作動媒体（Ａ）が第２の燃焼室（２６）において燃焼用空気として用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気発生器 本発明は燃料を燃焼して作動媒体を発生するための燃焼室を備えた蒸気発生器 に関する。 化石燃料燃焼式の蒸気発電所において、燃料のエネルギー含量は技術的に有用 な形のエネルギーに変換される。その場合燃料の燃焼によって高温ガスが作動媒 体として発生され、その熱含量は蒸発器において水を完全にあるいは部分的に蒸 発するためおよび／又は過熱するために利用される。そのようにして発生された 蒸気は蒸気タービンに導入され、そこで膨張して、その際にエネルギーが発電機 系に伝達される。 その場合燃料として化石エネルギー担体である燃料油、天然ガスあるいは石炭 が利用される。これらの燃料は燃焼する際に炭酸ガス（ＣＯ２）を発生する点で 共通している。その際に変質した炭素は燃焼する前に長い間にわたって燃料内に 拘束されていたものであり、このために大気圏の炭酸ガスの収支から引き出され たものである。従ってこの燃料の燃焼は地球上の実際ＣＯ２レベルを高めること になる。特にこれに基づく温室効果即ち大気圏の連続的な温暖化に関しても、蒸 気を発生する際に再生可能なエネルギー担体あるいは例えばバイオマスのような 比較的短い炭酸ガス周期のエネルギー担体を採用することに特に価値がある。例 えばわらのようなバイオマスを燃焼する際にも炭酸ガス（ＣＯ２）が大気に放出 されるが、その基礎となっている炭素は一般に予め短期間しかバイオマスに入り 込んでいなかったので、このバイオマスの燃焼は炭酸ガスの平均レベルを顕著に 増大することはない。 従って蒸気発生用の燃料としてバイオマスとして特にわらを利用することに魅 力があることが判明している。しかしわらを燃料として蒸気発生器を設計する場 合、約４７０℃以上の蒸気温度では、わらに含まれる例えば塩素やカリウムのよ うな物質のために蒸気発生器の金属加熱面が著しく腐食するという問題があるこ とが判明している。蒸気発生器を経済的な運転にとって十分な高い効率で運転で きるようにするためには、しかし５００℃以上の蒸気温度が必要である。 本発明の課題は、燃料としてバイオマスを利用する場合に著しい腐食を生ずる ことなしに高い効率が得られる蒸気発生器を提供することにある。 この課題は本発明によれば、第１の燃料を燃焼して作動媒体を発生するための 第１の燃焼室と第２の燃料を燃焼するための第２の燃焼室とを備え、その第２の 燃焼室が作動媒体の流れ方向において第１の燃焼室に後置接続されている蒸気発 生器によって解決される。 このような蒸気発生器は、異なった種類の燃料を利用する際に変動する要件に 特に柔軟に適合可能である。これによってはじめてバイオマスを燃焼する場合に 蒸気発生器の加熱面における腐食を防止するために特別な要件を考慮に入れるこ とが保証され、それでも高い効率にとって必要な蒸気発生器における高い温度レ ベルが達成可能となる。 特に有利な実施態様においては、第１の燃焼室に燃料として炭特に石炭が供給 され、および／又は第２の燃焼室に燃料としてバイオマス特にわらが供給される 。これによって第１の燃焼室の範囲においては高い効率にとって必要な例えば５ ５０℃以上の蒸気温度を得ることが保証され、その際、バイオマスが燃焼される 第２の燃焼室の範囲においては高温腐食を防止するために、蒸気温度は約４７０ ℃以下とされている。このようにして約４７０℃の蒸気温度を発生するために主 燃料としてバイオマス特にわらを利用することができ、その場合単に補助燃料の 形で石炭を燃焼することによって、約４７０℃の蒸気温度レベルが５５０℃以上 に高められる。 蒸気発生器の効率を特に高めるために、有利な実施態様においては、運転の際 に第１の燃焼室で発生した作動媒体が第２の燃焼室において燃焼用空気として使 用される。そのために第１の燃焼室は過剰空気で運転され、特に実際に導入され る空気量と化学量論的燃焼にとって必要な空気量との比率が約２．５の過剰空気 比で運転されると好適である。第１の燃焼室を過剰空気で運転する際、作動媒体 の煙道ガス温度は約１０５０℃に下がるので、灰の軟化およびそれにより生ずる 加熱面の汚れが防止される。 蒸気を発生する際の特に良好な熱伝達を保証するために、蒸気発生器の外壁は 好適には多数の蒸発器管を含んでいる。運転圧力に応じて蒸気発生器は強制貫流 蒸気発生器、強制循環蒸気発生器あるいは自然循環蒸気発生器として設計される 。 高い効率にとって必要な高い蒸気温度レベルを特に確実に保証するために、好 適には複数の過熱器加熱面が設けられる。その場合有利な実施態様においては、 第１の過熱器加熱面が第２の燃焼室の煙道ガス範囲に配置され、第２の過熱器加 熱面が第１の燃焼室の煙道ガス範囲に配置される。これによって蒸気発生器の運 転パラメータは第１の燃焼室および第２の燃焼室の煙道ガス温度レベルに特に柔 軟に適合可能になる。 効率を一層向上するためには、第１の燃焼室および／又は第２の燃焼室に接続 されている空気導入配管に、燃焼の際に生じた煙道ガスとの熱交換により空気を 予熱するための熱交換器が配置されると好適である。 本発明によって得られる利点は特に、作動媒体側において第１の燃焼室の後ろ に第２の燃焼室が接続されることによって主燃料としてバイオマスを使用でき、 加熱面の高温腐食を防止しながら蒸気発生器の高い効率が保証されることにある 。更に補助燃料として石炭を利用することによって、特に例えば天然燃料である 燃料油や天然ガスのような他の補助燃料を利用する場合に比べても、この種の蒸 気発生器の経済的な運転が保証される。 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 図面は蒸気発生器を示している。 図面に示す蒸気発生器１はその給水入口２およびその蒸気出口４を介して蒸気 タービン（図示せず）の水・蒸気循回路に接続されている。そのために給水入口 ２は予熱器あるいはエコノマイザ６を介して蒸気発生器１の外壁１０の一部であ る多数の蒸発器管８に接続されている。蒸発器管８は出口側が第１の高圧過熱器 １２に接続されている。この過熱器は出口側が蒸気発生器１の蒸気出口４に開口 している第２の高圧過熱器１４に接続されている。 多数の圧力段を有する蒸気タービンに対して、蒸気発生器１には追加的に第１ の中間過熱器１６が配置されている。この過熱器は入口側が蒸気入口１８に、出 口側が同様に蒸気発生器１内に配置され蒸気出口２２に開口している第２の中間 過熱器２０に接続されている。蒸気タービンの設計に応じて蒸気入口１８は例え ば蒸気タービンの第１の圧力部あるいは高圧部に、蒸気出口２２は蒸気タービン の第２の圧力部あるいは中圧部あるいは低圧部に接続されている。 蒸気発生器１は第１の燃料Ｋを燃焼して作動媒体Ａを発生するための第１の燃 焼室２４を有している。第１の燃料Ｋは好適には炭特に石炭である。更に蒸気発 生器１は作動媒体Ａの流れ方向において第１の燃焼室２４に後置接続された第２ の燃料Ｓを燃焼するための第２の燃焼室２６を有している。後者の燃料は好適に はバイオマス特にわらである。第１および第２の燃焼室２４、２６の配置は、第 ２の高圧過熱器１４および第２の中間過熱器２０が第１の燃焼室２４の煙道ガス 範囲に配置され、第１の高圧過熱器１２および第１の中間過熱器１６が第２の煙 道室２６の燃焼ガス通路に配置されるようにされている。 第１の燃焼室２４に接続されている空気導入配管３０は、第２の燃焼室２６に 接続されている空気導入配管３２と同様に共通の空気供給配管３４から供給され る。空気供給配管３４は熱交換器３６の二次側に接続されている。この熱交換器 は一次側が燃焼の際に発生される排気ガスあるいは煙道ガスＲの排気ガス流に接 続されている。熱交換器３６は従って空気予熱器として作用する。 蒸気発生器１を運転する際に第１の燃焼室２４に燃料Ｋとして石炭が供給され る。灰の軟化およびそれにより生ずる加熱面の汚れを防止するために、燃料Ｋの 燃焼は、その燃焼の際に発生される作動媒体Ａの温度が第２の高圧過熱器１４の 範囲において約１０５０℃になるように行われる。そのために燃料Ｋは第１の燃 焼室２４において過剰空気で、特に約２．５の過剰空気比で運転される。作動媒 体Ａの熱含量の一部は蒸発器管８を介してこれを貫流する水・蒸気混合物に伝え られる。作動媒体Ａの熱含量の他の部分は第２の高圧過熱器１４および第２の中 間加熱面２０を介してこれを貫流する蒸気に伝えられ、この蒸気温度が高い効率 を得るために約５５０℃になるようにされる。これによって約５５０℃に冷却さ れた作動媒体Ａは第２の燃焼室２６に燃焼用空気として導かれる。その際第２の 燃焼室２６はわらを燃焼するために例えば鉄格子３６′によって第１の燃焼室２ ４の燃焼ガス範囲から分離することができる。 第２の燃焼室２６は作動媒体Ａに加えて、第２の燃料Ｓとしてバイオマス特に わらが供給され、また必要に応じて空気導入配管３２を介して燃焼用空気が供給 される。燃料Ｓは第２の燃焼室２６においてその際に生ずる煙道ガスが、蒸発器 管８内を導かれる水・蒸気混合物への放熱後において、約８５０〜８８０℃の温 度を有するように燃焼される。このような温度において、灰の軟化により伝熱面 を過度に汚すことなしに種々のバイオマスを燃料Ｓとして使用することができる 。 煙道ガスＲの熱含量の一部は第１の高圧過熱器１２、第１の中間過熱器１６、 蒸発器管８並びにエコノマイザ６を介してそれらの中を導かれる水あるいは蒸気 に伝えられる。その蒸気温度は４７０℃を超えないので、第２の燃料Ｓとしてバ イオマスを利用する場合でも加熱面の高温腐食は生じない。その場合煙道ガスＲ は約３５０℃に冷却される。煙道ガスＲの残留熱含量は空気を予熱するために熱 交換器３６を介して、第１の燃焼室２４および／又は第２の燃焼室２６に導かれ る燃焼用空気に伝えられる。 従って本発明に基づく蒸気発生器１においては、約４７０℃までの蒸気温度を 発生するために主燃料としてバイオマス特にわらを使用することができる。その 場合加熱面の腐食は僅かであるので、この蒸気発生器１は特に長い寿命を有する 。第１の燃焼室２４を前置接続することによって、高い効率にとって特に有利な ５５０℃以上の蒸気温度を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の燃料（Ｋ）を燃焼して作動媒体（Ａ）を発生するための第１の燃焼室 （２４）と第２の燃料（Ｓ）を燃焼するための第２の燃焼室（２６）とを備え、 その第２の燃焼室（２６）が作動媒体（Ａ）の流れ方向において第１の燃焼室（ ２４）に後置接続されている蒸気発生器（１）。 ２．第１の燃焼室（２４）に燃料（Ｋ）として炭が供給されることを特徴とする 請求項１記載の蒸気発生器。 ３．第２の燃焼室（２６）に燃料（Ｓ）としてバイオマスが供給されることを特 徴とする請求項１又は２記載の蒸気発生器。 ４．運転の際に第１の燃焼室（２４）で発生した作動媒体（Ａ）が第２の燃焼室 （２６）において燃焼用空気として用いられることを特徴とする請求項１ないし ３のいずれか１つに記載の蒸気発生器。 ５．外壁（１０）が多数の蒸発器管（８）を含んでいることを特徴とする請求項 １ないし４のいずれか１つに記載の蒸気発生器。 ６．複数の過熱器加熱面（１２、１４、１６、２０）が内部に設けられているこ とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気発生器。 ７．第１の過熱器加熱面（１２、１６）が第２の燃焼室（２６）の煙道ガス範囲 に配置され、第２の過熱器加熱面（１４、２０）が第１の燃焼室（２４）の煙道 ガス範囲に配置されていることを特徴とする請求項６記載の蒸気発生器。 ８．第１の燃焼室（２４）および／又は第２の燃焼室（２６）に接続されている 空気導入配管（３０、３２、３４）に、燃焼の際に生じた煙道ガス（Ｒ）との熱 交換により空気を予熱するための熱交換器（３６）が配置されていることを特徴 とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気発生器。 ９．第１の過熱器加熱面（１２、１６）で発生した蒸気の温度が約４７０℃の最 高値を超えないことを特徴とする請求項７又は８記載の蒸気発生器。