JPH04506399A - 流動床内で燃焼を行う燃焼器を備えている発電プラント - Google Patents

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】 流動床内で燃焼を行う燃焼器を備えている発電プラント技術分野 本発明は、請求の範囲の請求項１の前文に記載の如き、流動床を有する燃焼器を 備えている発電プラントに関する。

本発明は特に、圧力容器の中に設置された燃焼器内の加圧される流動床を以て稼 働する上記型式の発電プラント（ＰＦＢＣプラント、ここでｒＰＦＢｃＪはＰｒ ｅｓｓｕ−ｒｉｚｅｄ　Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　Ｂｅｄ　Ｃｏａ＋ｂｕｓｔｉｏｎ 　（加圧される流動床燃焼）の略〕に関する。

ＰＦＢＣプラントにおいてはガスと蒸気のサイクルが組合されることが多い。ガ スタービン用の推進ガスと蒸気タービン用の蒸気との両方が１つの同じ燃焼器内 で発生される。これによって全効率を高め、又固体燃料を好適に燃焼させること ができる。更に、例えば硫黄のような環境に有害な生成物を効果的に吸収できる 。

所要の発電出力を得るためには床の高さを調節しなければならない。そこで燃焼 器に対する床材料の除去や供給を行わなければならない。床材料の非常な高温（ ７５０−９００℃）、及びその他の特性のため、その取扱いには解決の難しい様 々な問題か伴なう。

背景技術 流動床を育する燃焼器を備えているプラントにおける床材料の取扱いに関するそ れらの問題点及びその取扱い手段についての現在の技術状況に関して、アルゴン ヌ国立研究所（イリノイ州、アルゴンヌ）から出された、ジョン・Ｅ・ハンウェ イ・ＪｒとＷ−Ｆ・ボトルスキによる「加圧された流動床燃焼器からの固体の排 出及び取扱い」と題する報告書ＡＮＬ／ＣＥＮ／ＦＥ−８１−３に詳しい記述が ある。

ＤＥ−Ｃ−９４８１０５号より、流動床から床材料が恒常的に排出され、そして 戻される如き流動床を有する燃焼プラントが知られている。流動床から排出され た床材料は導管内へ送られて比較的低温の圧縮ガスに接触させられ、これによっ て床材料から熱が吸収される。それからサイクロンの中で床材料とガスは分離さ れる。床材料は流動床へ戻され、そしてガスは流動床からの燃焼ガスと混合して ガスタービンに送給される。このようにして、タービンへ流れていくガスの温度 が制御される。

この方法は流動床を有する燃焼プラントの出力の制御には利用されず、そして流 動床中に存在する床材料の量は実質的に常時一定である。

ヨーロッパ特許出願第８４１０４８２１．８号、公開番号第０　１２４　８４２ 号には、当該型式の更に別の発電プラントが記載されている。

発明の摘要 本発明の目的は、上記ヨーロッパ特許出願に記載の型式の発電プラントにおいて 、その高温の床材料を貯蔵する容器の、大きい応力を受け又大量の材料を必要と する容器壁を、普通の比較的安価な構造材料から製作できるような設計に改良す ることである。そのための１つの条件として、容器の壁の温度を低く、しかも容 器内に貯蔵される床材料の温度よりもかなり低くする必要がある。

その条件を解決するため、請求の範囲の請求項Ｉの前文に記載の本発明による発 電プラントは、その請求項１の特徴部分に記載するような特徴を備えるものとさ れる。

本発明によるプラントにおいては、その床材料貯蔵容器の壁とこれの内側のマン トルとの間の間隙にセラミック断熱材料を備えることによって貯蔵容器の内部断 熱を行う。そのマントルの内部に高温の床材料が貯蔵される。

マントルについては耐熱性の高温材料を使用しなければならない。円筒である容 器の壁とマントルとは熱膨張係数の違う材料で構成され、そしてそれぞれ異なる 温度に加熱されるから、その円筒とマントルは違った程度に膨張される。更に、 容器の外壁とマントル間のｒＩＪＨＩと、マントル内部のスペースとの間でガス が循環するのを防ぐため、マントルの一方の端部、好適には下端部を容器外壁に 気密に結合しなければならない。上記のようなガスの循環は容器の壁に有害な局 部的加熱と熱的不釣合いをもたらし、断熱材料に損傷を与え、又マントルと断熱 材との間の間隙に床材料を運びこむ。そのような間隙は、マントルが加熱によっ て膨張するときに断熱材を押圧、破損しないために不可欠なのである。

加熱による膨張に伴なう問題点は、マントルの下方部分に外方向且つ上方向に向 かうカラー又はスカートを備え、これの最外側部分を容器壁に溶接で気密に結合 することによって解決される。容器壁とマントル間のスペースにおける断熱と、 マントル及びカラーにおける低温の床材料の断熱とによって、マントルの円筒形 部分と容器壁との間の温度が次第に低くなっていき、この温度低下によって円錐 形のカラー又はフランジ内の応力が許容できる値まで小さくされる。フランジの 軸方向の伸縮は応力の大きさを左右する。円錐形カラー又はフランジは幾つかの 材料で作られる。マントルの円筒形部分に最も近い個所では好適にはその円筒形 部分の材料と同様な特性をもった材料が使用される。容器壁に最も近い個所では 好適にはその容器壁の材料と同様な特性をもった材料が使用される。カラーは又 マントルを容器内に同軸心に設定する。

図面の簡単な説明 次に添付図面を参照して本発明のより詳細な説明を行う。８１図はＰＦＢＣ発電 プラントを概略的に示し、第２図は床材料が部分的に充満された高温床材料貯蔵 容器を示し、第３ｒＭは床材料が抜き出された容器を示し、そして第４図は容器 内の金属マントルの下方部分の設計を示す。

好適な実施例の説明 図面において、１ｏは燃焼器であり、１２はサイクＩンで象徴される清浄プラン トである。これらユニット（圧力容器１４内に収納される。圧力容器１４と燃焼 器１０との間のスペース１６の中に圧縮された燃焼用窓りがあり、この空気は燃 焼器底部１８のノズル１７から聾。

焼器へ供給される。この空気は粒子材料の床２ｏを流量化し、又送入導管２２を 通して燃焼器１ｏへ送給されイ燃料を燃焼させる。床２ｏは、硫黄を吸収できる 石灰）はドロマイトのような材料を含有している。燃焼器内１発生した燃焼ガス は清浄プラント１２で清浄されてか吐ガスタービン２４へ送給される。このター ビン２４は、圧力容器１４内のスペース１６へ供給される燃焼用窓りを圧縮する 圧縮機２６、及び発電機２８を駆動する。炉焼器１０は床２ｏから熱を放出させ る管３ｏを備え、これら管は蒸気を発生して蒸気タービン３２及びこのタービン に結合した発電機３４を駆動させる。

プラントの発電出力を制御する場合には、床２ｏの高さが変えられる。出方低減 の際には、床内の温度を燃焼に充分な高温に保持するように床の高さが下げられ て、管３０のいくつかが露出し、その熱吸収が減少するようにされる。出力が大 きくされる場合には、床高さが上げ出力を変化させるとき、圧力容器１４の内部 又は外部に配置した複数個の断熱された貯蔵容器３６と燃焼器ｌＯとの間で床材 料が移送される。燃焼器■ｏから導管０　３８を通しての容器３６への床材料の 移送は、容器３６は　内のスペース４０の中の圧力を低下させて燃焼器ＩＯと容 器３６との間に移送に必要な圧力差をつくることによ気　って行われる。その圧 力低下は、導管４４の弁４２を開燃　いてスペース４０からガスを除去すること によって行わ動　れる。好適には弁４２の下流側にガス流規制用の絞り装る　置 ４３が、そして上流側にガス冷却器４５が備えられる。

又　このようにして弁におけるガスの速度及び加熱が減少さで　れ、従って弁に 掛かる応力が少なくされる。燃焼器１０ら　から容器３６への床材料の移送は希 薄相において行われる。出力増加時の容器内の床材料４６の燃焼器１０へのべ　 戻しはＬ形弁５０を備えた導管４８を通して行われる。

然　この導管４８を通る床材料の戻しは濃密相において行われる。この戻しを行 うための推進ガスが圧縮機５２から−弁５６を備えた導管５４を通して供給され る。例えば焼結物が形成されて容器３６の戻り導管４８が閉塞されたη　場合、 容器３６内の約８５０℃の温度の床材料がマンホ若　−ルを通して吸出される前 に冷却されて、作業者が圧力容器１４と容器３６の中に入り導管４８内の閉塞物 を除去できるようにしなければならない。

冷却ガスが容器３６の下方部分のノズル５８から容器へ供給される。床材料４６ 内に存在している燃料の燃焼；　を防ぐため、例えば窒素のような不活性冷却ガ スが適当に使用される。窒素ガスは容器６０から弁６４を備えた導管６２を通し て供給される。

第２図、第３図、及び第４図に示されるように、貯蔵容器３６は下方部分３６ａ と蓋になる上方部分３６ｂとで構成される。これら部分はフランジ３６ｃと３６ ｄ及びボルトシタインド（図示せず）によって−緒に結合される。容器下方部分 ３８ａは内部のマントル６６と、セラミック材料、例えばパイロブロック（Ｐｙ ｒｏｂｌｏｃｋ　＠）の商標をもっている材料のブロックの内部断熱材６８とを 存する。この断熱材６８とマントル６６との間に間隙７０が存在する。しかしそ の最下方部分では間隙の全スペースは断熱材で充満されている。容器の蓋として 形成される上方部分３６ｂには内部断熱材７２とカバー７４が備えられている。

断熱材７２とカバー７４との間には間隙７６が存在する。カバー７４の内部下方 部分７４ａは下方へとマントル６６の内部へ延びている。カバー７４の下方部分 ７４ａとマントル６６との間には間隙７５が存在し、この間隙を通して間隙７０ と７６がスペース４０と連通し、従って間隙７０．７６とスペース４０との間に 圧力差は生じない。供給導管３８とガス導管４４はそれぞれベロー７８と８０に よって容器の上方部分３６ｂに結合される。送出導管４８と冷却ガス導管６２は それぞれベロー８２と８４によって容器下方部分３６ａの底部に結合される。

先述したように、内部断熱材６８は、スペース４０内の圧力が低下したとき大き な力にさらされる容器の外側部分３６ａ、３６ｂを低温度に維持できるようにす る。

その外側部分は周囲の圧縮燃焼用空気によって冷却され、約３００℃の温度に維 持される。その所要の強度は普通の安価なシート金属の材質（炭素鋼）で且つ適 当な材料の厚さによって得られる。床材料４６を取囲み且つ断熱材を保護するＩ 内部マントル６６は高温の床材料の温度、８５０−９００’Ｃと同じ温度になる 。この高温度のためにマントル６６は、その温度で床材料４０から加わる力を吸 収できる優れた強度を存する耐熱材料で作らなければならない。

容器３６の外壁に使われる普通の鋼材と内部マントルに使われる高温材料とては その熱膨張係数が〜１３Ｘ１０−＠と〜１９ＸＩＯ−’／”Ｃのように異なる。

これは、プラントが操作状態に入って温度がそれぞれ〜３００　”Ｃと８５０℃ に上昇したとき直径が不同に増加するということを意味する。直径がそれぞれ１ ３００ａ＋ｍと１２００ｍｍの場合その直径はそれぞれ〜５と〜１９．５　ｌｌ １ｍ増加する。

この直径増加の差異は、貯蔵容器３６の壁と内部マントル６６との間で断熱材７ ０が圧縮、損傷されないようにするために間隙７０を少なくとも約１５ａｍ＋に しなければならないことを意味する。幾つかの理由からマントル６６の下方部分 と容器３６の壁との間は気密の結合にすることが必要である。それは、流れ抵抗 の大きい床材料４６を通って冷却ガスが上方へ流れるようにするために必要であ る。その流れ抵抗は０．２−０．３バールの圧力低下をもたらす。マントル６６ の下方部分と容器３６の壁との間にもし漏洩が生じれば、冷却ガスは高温床材料 を通ってではなく、その漏洩路を通って流れるようになる。更に、このようなガ スの流れによって床材料が容器３６の壁とマントル６６との間のスペース内へ伴 送され、従って間隙７０に床材料が詰ったり断熱材６８が破損されたりする危険 か生じる。気密の結合は、構造材料として炭素鋼が使用されるような低温度を容 器３６の壁に維持するのを可能にする。

熱膨張の差が結合点に危険な応力を生ずるのを防ぐため、マントル６６の下方部 分には外方向且つ上方向へ向かうスカート状のフランジが備えられる。このフラ ンジは好適には、相互に異なる材料の少な（とも２つ、好適には３つの部分６６ 　ａ、６６　ｂ、６６　ｃで構成される。

部分６６ａにはマントル６６の円筒形部分と同じ材料を使用できる。上方部分６ ６ｂには、熱膨張の観点から容器３６の外壁の材料と実質的に同じ特性を有する 材料を用いるのが好適である。部分６６ｃには、熱膨張の観点から部分６６ａの 材料と部分６６ｂの材料との中間の材料を用いるのが好適である。フランジ上方 部分６６ｂは容器３６の外壁に直接、又は中間シート３６ｃを介して溶接により 結合される。断熱材６８と、マントル６６の最下方部分における低温の床材料と によって、温度はスカート状フランジ６６ａ、６６ｃ、６６ｂ内で次第に低下し ていき、これによって結合点における応力は許容できる値に制限される。間隙７ ０は、マントル６６が決して断熱材６８に対し押圧されること力でないほど大き くなければならない。容器３６とマントル６６の寸法を前記のようなものにした 場合、約２０ｍｍの間隙幅が適切である。

送出管４８は好適には、容器３６から床材料が抜き出された場合その残留床材料 ４６ａがこの材料の安息角に依存するじょうご８８の形状を形成するような距離 だけ容器３６の中へ突入している。管４８のオリフィス４８ａは好適には、じょ うご８８の上方部分の外縁部が容器３６の壁３６ａとスカート状部分６６ｂとの 結合点と実質的に同じレベルにあるような高さに位置している。

この床材料はマントル６６の下方部分に対する断熱材となるのでマントル６６の 最も熱い部分と容器３６の壁との間に、応力の観点から育益な温度勾配が得られ る。

好適には、容器３６の下方部分において、この容器の壁とスカート状部分８６ｂ 、６６ｃとの間に断熱材８６が備えられる。間隙７０の最下方部分において、断 熱材６８とマントル６６との間に断熱材９０が備えられてもよい。

Ｆｌ（’；　７ Ｆｌｆ’；　：？ Ｈ５，４ 国際調査報告 １ｌ１１．”ｉｌ骨。７ｍｌ＾ｅ１１ｉ＋＋ｎ＋い−−０ＰＣＴ／ＳＥ９０１０ ０４４６国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．流動床（２０）に送給される燃料を燃焼させる流動床（２０）を有する燃焼 器（１０）、及び、第１材料の外側ケーシングと、第２高温材料の内側円筒形マ ントル（６６）と、前記外側ケーシングと前記マントル（６６）間のセラミック 断熱材（６８）とを有する貯蔵容器（３６）と前記燃焼器との間で床材料を移送 することによって前記流動床の高さを発電プラントの操作条件に応じて調節する 装置を備えている発電プラントにおいて、前記マントル（６６）がその下端部に おいて外方向且つ上方向へ向かうスカート状フランジ（６６ａ、６６ｃ、６６ｂ ）によって前記容器（３６）の壁に気密に結合されていることを特徴とする発電 ブラント。
2. ２．前記断熱材（６８）と前記マントル（６６）との間に間隙（７０）が仔在す ることを特徴とする請求項１記載の発電プラント。
3. ３．前記フランジが少なくとも２つの部分（６６ａ、６６ｂ）で構成され、その 前記マントル（６６）に結合される部分（６６ａ）は、該マントルの材料と同じ 材料又はそのマントル材料とほぼ同じ大きさの熱膨張係数を有する材料で作られ 、そして前記容器（３６）の外壁（３６ａ）に結合される部分（６６ｂ）は、該 外壁の材料と同じ材料又はその外壁材料とほぼ同じ大きさの熱膨張係数を有する 材料で作られていることを特徴とする請求項１記載の発電プラント。
4. ４．前記フランジが、両前記部分（６６ａ、６６ｂ）の熱膨張係数の間の熱膨張 係数を有する材料の中間部分（６６ｃ）を備えていることを特徴とする請求項３ 記載の発電プラント。
5. ５．１個又はそれ以上の容器（３６）がＰＦＢＣ発電プラント内に備えられ、そ して燃焼器と一緒に圧力容器（１４）の中に設置されていることを特徴とする先 行請求項のいずれか１項記載の発電プラント。