JPS63153301A

JPS63153301A - 流動床ボイラの制御方法

Info

Publication number: JPS63153301A
Application number: JP12921287A
Authority: JP
Inventors: 安正出井
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-08-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-06-25
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: ID874B; JP2513231B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は石炭等の流動燃焼を行う流動床ボイラの制御方
法に関するものであり、詳しくは負荷変動があっても流
動床温度の変化が極めて少なくなるように改良された流
動床ボイラの制御方法に関するものである。

［従来の技術］流動床ボイラは、よく知られているように、流動室内に
燃料を連続的に供給すると共に、分散板を通して該流動
室内に空気を供給し、燃料の燃焼と流動媒体の流動とを
行い、該流動室内に配設された伝熱管にて熱交換させる
ものである。この流動床ボイラにおいては、従来、伝熱
管は流動床内に埋没するようにその設置高さや流動媒体
の充填量が設定されている。

［発明が解決しようとする問題点］上述の如く、従来の流動床ボイラでは伝熱管が流動床内
に埋没しており、流動層伝熱の特徴として空気流速が下
がっても総括伝熱係数は下がらな゛い領域で運転すると
ころから、ボイラ負荷が低下した場合に燃料供給量及び
空気供給量を減少させて燃料の燃焼熱を低下させても、
伝熱係数と伝熱面積が殆ど低下しない、従って、熱交換
量が多く、流動床の温度が急激に低下し、運転不能に陥
ることがある。

この対策として、流動床を幾つかのセルに分け、負荷に
応じて幾つかのセルをスランプ状態として対応する方法
がある。しかしながら、この方法は、制御の上からも非
常に複雑であり、また負荷変動が頻繁に起こる場合には
充分には対応できないという問題がある。

［問題点を解決するための手段］本発明は、燃料供給量及び空気供給量を変化させるか、
又はさらに流動媒体を給排することにより流動床高さを
変化させ、流動床内に埋没する伝熱管の本数を制御して
流動床温度を一定に維持するすることを特徴とするもの
である。

［作用］本発明では、例えば、負荷の減少に対応して空気と燃料
の供給量を減少させると、流動床高さが低下し、該流動
床に埋没する伝熱管の本数が減少する。逆に、負荷の増
大に対応して空気と燃料との供給量を増大させた場合に
は、流動床高さが高くなり、該流動床に埋没する伝熱管
本数が増大する。そのため、ボイラ負荷の増減に対応し
て伝熱面積が変化することになり、流動床から伝熱管に
伝えられる総伝熱量が該負荷の増減に対応して増減され
ることになり、流動床温度の変動幅が著しく小さくなる
。従フて、従来の如き流動床の温度が急激に低下し゛て
運転できなくなる等の事態が確実に回避され、安定した
流動床ボイラの運転が可能となる。

また、石炭の炭種や粒径分布の変化に伴い、同一負荷、
同一過剰空気率、同一流動媒体充填量でも流動床温度が
変化する。この場合には、流動媒体の供給又は排出を行
って流動床高さを制御することにより、流動床温度の変
動幅を小さくできる。

［実施例］以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る流動床ボイラの制
御方法を説明するための流動床ボイラの縦断面図である
。

符号１０はボイラ炉体であり、その内部の底部には分散
板１２が該ボイラ内部を横断するように設置され、空気
室１４が区画形成されている。この空気室１４には１次
空気の供給管１６が接続されている０分散板１２の上方
は流動室であり、多数の伝熱管１８が設置されている０
本実施例では、伝熱管１８は高さ方向に３段になるよう
に設置されており、かつ上下方向に千鳥配列となるよう
に設置されている。符号２０は燃料（本実施例において
は粒状炭）の供給管であり、分散板１２の直上に均一に
供給するように複数本配設されている。

伝熱管１８上方のフリーボード部には２次空気の供給管
２２が接続されている。２次空気供給管２２の更に上方
には、分散板２４がボイラ炉体内部を横断するように設
置され、その上方に脱硫室を形成している。符号２６は
石灰石やドロマイト等の脱硫剤（本実施例では石灰石）
を供給するための配管であり、符号２８は脱硫反応後の
石灰石を排出するための排出管である。また、符号３０
はボイラ炉体中の頂部に設けられた排ガス抜出口である
。

この炉体１０には流動媒体の貯槽３２が供給弁３４付き
の供給管３６を介して接続されている。

また、流動媒体の抜出用配管３８が接続され、抜出弁４
０が設置されている。さらに、フリーボード部と空気室
１４との差圧を検出する差圧計４２、流動床Ｆの温度を
測定する温度計４４、空気室１４内の圧力検出計４６が
設置されている。

かかる構成において、分散板１２上方の流動室内には流
動媒体が充填され、供給管２０から供給される粒状炭が
空気室１４を通って供給される１次空気によって燃焼し
、流動床Ｆを形成する。

しかして、この流動床Ｆの高さがボイラ負荷の変動に対
応して変えられた際に該流動床Ｆへの埋没本数が変化す
るように伝熱管１８の設置高さ及び流動媒体の充填量が
設定されている。例えば、ボイラ負荷が最大になった場
合にはこれに対応して粒状炭供給量及び１次空気供給量
が最大とされ、流動床Ｆの高さは図のＡのレベルにまで
増大□　し、全ての伝熱管１８が該流動床Ｆに埋没する
。

また、中間の負荷状態にあっては、それに見合って粒状
炭供給量及び１次空気供給量が減少され、流動床Ｆの高
さは図のＢのレベルにまで低下し、伝熱管１８のうち最
上段のものが流動床Ｆから露出する。更に、最低負荷状
態になったときには、粒状炭供給量及び１次空気供給量
が最低量まで減少され、流動床Ｆの高さは図のＣのレベ
ルにまで低下する。これにより最上段及び中段の伝熱管
１８が流動床Ｆから露出し、最下段の伝熱管１８のみが
流動床Ｆに埋没することになる。このように、流動床ボ
イラの負荷変動に対応して流動床高さが変動すると、該
流動床に埋没する伝熱管１８の本数が増減し、伝熱面積
が増減する。従って、流動床Ｆから伝熱管１８に伝えら
れる総熱量が負荷の増減に対応して増減することになり
、流動床Ｆの温度の変動幅が著しく小さくなる。従って
、従来のようにボイラ負荷が低下した場合においても多
量の熱交換がなされて流動床温度が急激に低下するとい
う事態が回避され、低負荷状態においても安定したボイ
ラの運転を行うことが可能である。

なお図の流動床ボイラにおいては、流動床Ｆを通った燃
焼ガスは、２次空気の供給を受けた後分散板２４を通っ
て脱硫流動床Ｓに入り、イオウ分が除去された後排ガス
となって抜出口３０より排出される。

上記実施例では粒状炭供給量と１次空気供給量とを変化
させることにより流動床Ｆの高さを制御しているが、本
発明では、さらに流動媒体の充填量を変化させることに
より流動床Ｆの高さを制御しても良い。即ち、例えば石
炭の炭種の粒径分布の違いにより、同一負荷、同一過剰
空気率、同一流動媒体充填量でも流動床温度が変わる。

また、揮発分が高い程、あるいは微粒が多い程、流動床
内よりもフリーボードで燃焼する割合が増えるため、流
動床内で発生する熱量が減少し流動床温度は下がる。こ
のような場合には、流動媒体の排出を行なって流動床Ｆ
の高さを減少させることにより流動床温度を元の状態に
戻す。

また、ボタ等の低カロリー炭を燃焼する場合、頁岩等の
岩石成分が多いところから、流動床内に蓄積され、流動
媒体の増加をもたらす。そのため、流動床高さを一定に
支持するためには流動媒体を流動床から抜出す必要があ
る。この時、同様の方法で制御する。

この制御を行なうには、空気室１４の圧力と温度を検出
し、かつ燃焼用１次空気量を検出し、それらを所定の日
算式で計算させ、燃焼室の分散板１２の差圧を求める。

一方、フリーボード部と空気室１４の差圧を検出し、こ
れから、上記分散板１２の差圧△Ｐを引き、流動媒体の
かさ比重で割って、流動媒体の充填高さを求める。流動
媒体の充填高さ、流動床温度、１次空気量を、後述する
如くの所定の実験整理式を用いた流動床温度の制御式で
計算し、その結果との差により流動媒体の供給量及び抜
き出し量の制御を自動釣に行なう。

この間の演算、炭種の変化等の推論は、計算機のデータ
ベースに蓄積したデータにより行なう、いわゆるエキス
パートシステムにより実施することができる。

第１図（ｂ）はこの制御を行うためのブロック図であり
、符号４８は計算機、５０は関数発生機であり、流動床
温度と計算機４８からのデータにより関数を発生させ、
繰返形アナログ計算機を内蔵する調節計５２に出力して
いる。該調節計５２では、上記の差圧△Ｐとこの関数と
から流動媒体抜出弁４０と流動媒体供給弁３４の制御を
行なう。

図の実施例では伝熱管１８は高さ方向に３段に配列され
ているが、本発明は２段、４段もしくはそれ以上の多段
に配設してもよい。また、図の流動床ボイラは脱硫流動
床を設けているが、この脱硫流動床は本発明にとって必
須のものではない。

更に、上記実施例では燃料として粒状炭を採用している
が、粒状炭や微粉炭あるいは石炭以外の各種可燃性物質
をも原料とできる。

なお、本発明においては特に限定されるものではないが
、例えば流動媒体の静置時の高さは１５０〜３００ｍｍ
、伝熱管の上下方向のピッチは８０〜１７０ｍｍ、伝熱
管の直径は外径で３０〜９０ｍｍ、最下段の伝熱管の中
心が分散板から３００〜６００ｍｍ上方に位置するよう
に組み合わせるのが好適である。

以下好適な具体例について説明する。

第１図（ａ）の装置において、流動媒体として珪砂を採
用し、燃料として粒状炭を採用した。また、１次空気の
空気比を１．０５．２次空気の空気比を０．１７とし、
伝熱管１８の総表面積を３、　５ｒｆｌ’とした。また
、流動媒体の静置高さは２００ｍｍとし、伝熱管の上下
方向のピッチは１３０ｍｍ、伝熱管直径（外径）は６５
ｍｍ。

最下段の伝熱管の中心位置が分散板１２の上方４５０ｍ
ｍ、伝熱管設置段数３段（千鳥配列）とし、ボイラ負荷
を種々変動させて流動床Ｆの温度を測定した。その結果
を第２図に示す。

また、第３図は、伝熱管１８の総表面積を６５１Ｔ１′
とした他は、前記第２図に示したものとほぼ同様な条件
で、ボイラ負、荷を種々変動させて流動床Ｆの温度を測
定した結果を示すものである。

第２図および第３図より、本発明によればボイラ負荷が
変動しても流動床温度は殆ど変化せず、はぼ一定である
ことが認められる。なお、これら第２図、第３図に示す
結果において、負荷が４０％付近よりも以下になると、
１次空気量を一定として安定した流動化をはかる必要が
あるため、流動床温度は下降傾向となる。

ところで、本発明の流動床ボイラにおいて、伝熱管の設
置高さを最適値となるように決定するには、流動媒体の
充填量及び空気供給量より、高さの異なるそれぞれの伝
熱管の伝熱量がいくらになるかが把握されなければなら
ない。発明者らは、−辺が４００　ｍｍの方形の流動層
実験装置により、常温空気を電気発熱体伝熱管で加熱し
、伝熱係数を測定する方法で流動媒体の充填量と空気供
給量よりある設置高さの伝熱管の平均伝熱係数を求める
ことができる実験整理式を得た。これは下記に示す通り
である。なお、伝熱管は３列千鳥配列され、その直径は
４８ｍｍである。また、流動媒体は平均粒径１ｍｍ、Ｕ
ｍｆ＝０．４６ｍ／ｓの珪砂である。

Ａ　　ｗ　　１６３ｅ−’°２ＬＩｄｎ　　−１，６７＋１．８７ＵｄＵｄ＝Ｕｏ−ＵｍｆＨｘ：高さＸにおける管列の平均熱伝達率ＨＯＯ：単相
強制対流における管群の平均熱伝達率Ｈｍａｘ：各空塔速度におけるＨＸの最大値ＬＣ：静止
層高ＵＯ：空塔速度Ｕｍｆ　：最小流動化速度Ｘ：分散器から伝熱管中心までの高さ２と（Ｘ　−Ｌ　ｃ　）　／　Ｌ　ｃとの関係に関する
実験値及び上記整理式からの算出値を第４図に示す。

この第４図の通り、実験データと整理式は良好に一致す
る。

上記実験整理式を高温の実機に適用するには、別の公表
された、流動層内水平伝熱管の最大伝熱係数の式により
Ｈｗａｘを求め、輻射伝熱係数を加算して、伝熱管設置
位置と平均伝熱係数の関係を求める。一方、燃料の組成
により変化する理論燃焼温度と、組成、燃焼性及び粒径
により変化する流動床内外の燃焼割合から熱バランス計
算することにより、所定の流動床温度を得るために伝熱
管で交換すべき熱量を求める。これから、計算により、
負荷の変動幅に対応する空気供給量の変動幅の間で、所
定の流動床温度を一定に保つための、平均伝熱係数の変
化を求める。その変化のしかたに合致する流動媒体の充
填量と伝熱管の設置の高さとが最適値ということになる
。

前記−辺４００ｍｍの流動層実験装置の実験結果で示せ
ば、第５図の■の線が望むべき平均伝熱率Ｈｘの変化の
しかたであり、空塔速度Ｕｏに比例している。この場合
の静止層高Ｌｃ＝３００ｍｍ、全伝熱管の平均設置高さ
Ｘｍ＝４４５ｍｍが最適値である。なお、第６図はＬｃ
とＸｍを示す模式図である。

この方法によると低カロリーの燃料や、揮発分の非常に
高い燃料を燃焼させる場合、あるいは燃料が変化する場
合であっても、適切に伝熱管位置、流動媒体の充填量を
設定できる。これにより、負荷変動に対して流動床温度
を一定に保つことができる。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば流動床ボイラの負荷が変動
しても、・流動床温度の変動幅が極めて少なく、極めて
安定した流動床ボイラの運転を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は木１発明の詳細な説明する流動床ボイラの概略
的な縦断面図と制御ブロック図、第２図および第３図は
それぞれ異なる実験結果を示すグラフである。第４図は
ＺとＹとの関係を示すグラフ、第５図はＨｘとＵＯとの
関係を示すグラフ、第６図はＬｃとＸｍとを示す模式図
である。１２・・・分散板、　　　　　　１４・・・空気室、１
６・・・１次空気供給管、　　１８・・・伝熱管、２０
・・・燃料供給管、　　　Ｆ・・・流動床。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動室内に燃料を連続的に供給すると共に、分散
板を通して該流動室内に空気を供給し、燃料の燃焼と流
動媒体の流動とを行い、該流動室内に配設された伝熱管
にて熱交換させる流動床ボイラにおいて、燃料供給量及
び空気供給量を変化させることにより、流動床高さを変
化させて流動床内に埋没される伝熱管の本数を制御し、
流動床温度を一定に維持することを特徴とする流動床ボ
イラの制御方法。
（２）流動室内に燃料を連続的に供給すると共に、分散
板を通して該流動室内に空気を供給し、燃料の燃焼と流
動媒体の流動とを行い、該流動室内に配設された伝熱管
にて熱交換させる流動床ボイラにおいて、燃料供給量及
び空気供給量を変化させると共に流動媒体の給排を行う
ことにより、流動床高さを変化させて流動床内に埋没さ
れる伝熱管の本数を制御し、流動床温度を一定に維持す
ることを特徴とする流動床ボイラの制御方法。