JPH0718534B2 - 加圧型流動層ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は流動層ボイラ等を圧力容器内に収納して燃焼効
率を高めた加圧型流動層ボイラに係り、特に圧力容器内
の圧力を制御して耐久性を高めた加圧型流動層ボイラに
関する。

［従来の技術］ 従来、スラリ化した微粉炭にベット材を加え、燃焼空気
で流動化させて燃焼させる流動層ボイラ内を高圧にして
燃焼を行った場合、燃焼効率の向上すると共に流動層ボ
イラの小型化が可能となり、さらに高圧の排ガスが得ら
れ、これによって発電効率が向上するといった利点を有
している。しかしながら、流動層ボイラ内のみを高圧に
することは強度的にも無理があるため、流動層ボイラ雰
囲気、すなわち、流動層ボイラ自体を圧力容器内に収容
し、圧力容器内を高圧にして流動層ボイラの炉壁に加わ
る圧力負荷を低減することで上記の長所を兼ね備えた加
圧型流動層ボイラが提案されている。

第３図はこの加圧型流動層ボイラの概略図である。図示
するように、この加圧型流動層ボイラａは主に流動層ボ
イラｂ、サイクロンｃ、ベット材貯蔵容器ｄ等を密閉式
の圧力容器ｅ内に収容し、この圧力容器ｅ内を約16〜17
気圧の高圧状態にして燃焼を行っている。

この圧力容器ｅは炭素鋼板等を略円筒形状に溶接して内
部中空に形成されている。

また、流動層ボイラｂは一般に火炉ｆ内にスラリ化した
微粉炭燃料とベット材ｇとを火炉ｆの下部に設けられた
空気取入口ｑより取り入れられた燃焼空気により流動化
させて燃焼させるための流動層形成部ｈを有している。
この流動層形成部ｈは底部が開口した火炉ｄの炉底に設
けられる床板ｉ上に形成され、この床板ｉ上には流動化
流体として燃焼空気を流動層に導入するための空気ノズ
ルｊが複数設けられている。従って、床板ｉ上にはベッ
ト材ｇが投入され、このベット材ｇにスラリ化した微粉
炭等を供給すると共に空気ノズルｊから流動化のための
燃焼空気を供給して燃料とベット材ｇとを流動化させて
燃焼させることになる。さらにこの流動層ボイラｂの側
部には流動層と連動管ｋで結ばれたベット材貯蔵容器ｄ
が設けてあり、このベット材貯蔵容器ｄ内部には流動層
ボイラｂの流動層を形成すべくベット材ｇが貯蔵されて
いる。

このベット材貯蔵容器ｄにはベット材貯蔵容器ｄ内の圧
力を調整して流動層のレベルを制御するレベル制御手段
ｍと共にベット材ｇを流動層ボイラｂ内に気流搬送する
ための空気搬送手段ｏが設けてあり、流動層ボイラｂ内
の燃焼度に応じてベット材の回収、還流を行うことで流
動層のレベルを調節して燃焼効率を高めるようになって
いる また、流動層ボイラｂの排気系ｌには排ガス中の固形物
を分離するサイクロンｃが設けてあり、このサイクロン
ｃを通過した高圧の排ガスでガスタービンｎを駆動し、
これに接続された発電機ｆによって発電を行っている。
また、このガスタービンｎにはガスタービンｎによって
駆動されるコンプレッサｐが接続されており、このコン
プレッサｐによって圧力容器ｅ内に燃焼および圧力空気
を送っている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述したように圧力容器ｅ内に流動層ボイラ
ｂ等を収容し、圧力容器ｅ内を高圧にすることで流動層
ボイラｂの炉壁に圧力負荷を加えること無く高圧状態で
燃焼を行うことが可能となったが、燃焼及び圧力空気は
一時、圧力容器ｅ内に導入されてから流動層ボイラｂの
下部に設けられた空気導入口ｑより燃焼空気として導入
されるようになっているため、必然的に流動層ボイラｂ
内の圧力は圧力容器ｅ内の圧力より低い状態となってお
り、この圧力差が流動層ボイラｂの炉壁に圧力負荷を生
じていた。また、ベット材貯蔵容器ｄによるベット材の
回収、還流は圧力変化によって行っているため、ベット
材の回収、還流の際にはさらに大きな圧力差が生じてい
た。

そこで本発明の目的は上述した問題点を有効に解決する
ために成されたものであり、これらの圧力差を低減し、
圧力容器内に収容されている流動層ボイラ等に加わる圧
力負荷を極めて小さく抑えた加圧型流動層ボイラを提供
するものである。

［課題を解決するために手段］ 上記課題を解決するために第１の発明は、圧力容器内
に、スラリ化した微粉炭にベット材を加えて燃焼空気で
流動化させて燃焼させる流動層ボイラと、該流動層ボイ
ラに直接上記燃焼空気を供給するための燃焼空気供給系
と、上記圧力容器内を所定圧に加圧維持させるために該
圧力容器内に空気を導入する加圧空気導入系と、該加圧
空気導入系に設けられ、流動層ボイラ内から検出される
ボイラ内圧に略等しい圧力容器内圧に設定すべく制御す
る圧力制御手段とを備えて構成されている。また、第２
の発明は圧力容器内に、スラリ化した微粉炭にベット材
を加えて燃焼空気で流動化させて燃焼させる流動層ボイ
ラと、該流動層ボイラに直接上記燃焼空気を供給するた
めの燃焼空気供給系と、上記圧力容器内を所定圧に加圧
維持させるために該圧力容器内に空気を導入する加圧空
気導入系と、該加圧空気導入系に設けられ、流動層ボイ
ラ内から検出されるボイラ内圧に略等しい圧力容器内圧
に設定すべく制御する圧力制御手段と、上記圧力容器内
が所定温度以上に昇温されたことにより、圧力容器内空
気を上記流動層ボイラの排気系に合流させて放出させ、
圧力容器内温度を制御する圧力容器内温度制御手段とを
備えて構成されている。

［作用］ 以上の構成により、流動層ボイラに直接、燃焼空気を供
給する燃焼空気供給系を、圧力容器内を所定圧に加圧維
持させるために該圧力容器内に空気を導入する加圧空気
導入系と別個に設けると共に、流動層ボイラと圧力容器
の内圧を検出して、これらの圧力が略等圧になるように
圧力容器の内圧を制御することによりこれらの圧力差を
極めて少なくすることができる。

また、圧力容器内の空気が所定温度以上に昇温された場
合、圧力容器内温度制御手段により、その空気を流動層
ボイラの排気系に合流させて放出させているため、圧力
容器内の空気が所定温度以上の高温となるのを防止でき
る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例である加圧型流動層ボイラ１
を示したものである。図示するように、この加圧型流動
層ボイラ１は主に流動層ボイラ２、サイクロン３、ベッ
ト材貯蔵容器４等を圧力容器５内に収容し、圧力容器５
内を約15〜17気圧の高圧とし、これに燃焼空気供給系
６、加圧空気導入系７、圧力制御手段８および圧力容器
内温度制御手段９を備えて構成されている。

この流動層ボイラ２は例えば図示するように圧力容器５
内に設置してあり、下部がテーパ状に狭まった円筒状の
火炉10内にスラリ化した微粉炭燃料とベット材11とを燃
焼空気により流動化させて燃焼させるための流動層形成
部12を有している。この流動層形成部12は火炉10の炉底
に設けられる床板13上に形成され、この床板13上には流
動化流体として燃焼空気を燃焼空気供給系６から流動層
に導入するための空気ノズル14が複数、設けられてい
る。

この流動層ボイラ２の側部には流動層ボイラ２の流動層
を形成するベット材11を貯蔵するベット材貯蔵容器４が
設けられており、流動層ボイラ２の流動層形成部12から
連通管15、16で接続している。そしてこのベット材貯蔵
容器４には、レベル制御手段17及びベット材搬送手段18
が設けられている。このベット材搬送手段18はベット材
貯蔵容器４の下部と流動層ボイラ２の流動層形成部12を
接続する連通管16と、一端が連通管16の途中に接続し、
他端が圧力容器５外へ貫通し、さらに圧力容器５に接続
した空気吹込管19と、空気吹込管16の途中に設けられ、
空気吹込管19にキャリアガスを吹き込むブロア20とによ
って構成されている。そして、このブロア20によって圧
力容器５内の空気を空気吹込管19にキャリアガスとして
吹き込むことでベット材貯蔵容器４内のベット材11を連
通管16より流動層ボイラ２内に気流搬送している。ま
た、レベル制御手段17は一端がベット材貯蔵容器４の上
端部に接続されると共に、他端が圧力容器５を貫通して
外部に延出して設けられた圧力管22と、圧力管21の経路
に設けられた接続された制御弁22によって構成されてい
る。そして、この制御弁22を開いてベット材貯蔵容器４
内を大気開放し、ベット材貯蔵容器４内を減圧させて流
動層ボイラ２内のベット材11をベット材貯蔵容器４内に
回収している。

また、圧力容器５は第２図に示すように炭素鋼板等を略
円筒形状に溶接して内部中空に形成されており、その胴
体周囲23には補強リブ24が円周方向及び縦方向に設けら
れており、容器壁を厚くすることなく圧力容器５の強度
を高めている。

また、流動層ボイラ２の排気系25にはサイクロン３が設
けてあり、流動層ボイラ２の燃焼によって発生する排ガ
ス中に含まれるベット材11あるいは未燃炭等の固形物を
分離している。さらにこの排気系25には発電機27を駆動
するガスタービン26が接続してあり、サイクロン３を通
過した排ガスによってガスタービン26が回転され、発電
機27が駆動されるように構成されている。

このガスタービン26には発電機27と共にガスタービン26
によって駆動されるコンプレッサ28が連結されており、
外気を高圧にして空気供給管30に空気を送っている。こ
の空気供給管30はその途中で分岐し、それぞれ燃焼空気
供給系６及び加圧空気導入系７に接続している。

この燃焼空気供給系６はコンプレッサ28によって送られ
てきた高圧の空気を直接、流動層ボイラ２内に導入し、
流動層ボイラ２内の圧力及び燃焼空気として利用するた
めのものであり、空気導入管31の一端が空気供給管30に
接続され、他端は流動層ボイラ２内の空気ノズル14に直
接、接続されている。

また、加圧空気導入系７はコンプレッサ28によって送ら
れてきた高圧の空気を圧力容器５内に導入し、圧力容器
５内を所定圧に加圧維持するためのものであり、空気圧
力管32の一端が圧力容器５に接続され、他端は空気供給
管30に接続されている。また、この空気圧力管32の途中
には圧力容器５内に導入される圧力空気の流量を制御す
る流量調整弁33が設けられており、この流量調整弁33に
よる流量を調整することで圧力容器５内の圧力を可変に
調整している。そして、この流量調整弁33は圧力制御手
段８によって制御されている。

この圧力制御手段８は上記加圧空気導入系７に接続さ
れ、流動層ボイラ２内から検出される流動層ボイラ２内
圧力に略等しく圧力容器５内の圧力を設定するためのも
のであり、圧力容器５、流動層ボイラ２及びベット材貯
蔵容器４のそれぞれの内圧を検出する圧力計34と、この
圧力計34によって検出された検出値を演算処理するCPU
（中央演算処理装置）35とによって構成されている。そ
して、このCPU35は上記流量調整弁33に接続しており、
その出力に応じて流量調整弁33を制御している。

一方、圧力容器５の上部には圧力容器内温度制御手段９
が設けてある。この圧力容器内温度制御手段９は流動層
ボイラ２内の燃焼により設定された所定温度以上の高温
となった圧力容器５内の圧力空気を上記排気系25に合流
されて放出するためのものであり、圧力容器５内の温度
を計測する温度計36と排気管37とによって構成されてい
る。この排気管37の一端は圧力容器５に接続され、他端
は排気系25に合流すべく接続されている。さらに、この
排気管37の途中には圧力容器５内の高温空気の排気流量
を制御する流量調整弁38が設けられており、圧力容器５
に設置された温度計36の検出値に応じてその流量を制御
するようになっている。

次に、本発明の作用について説明する。

コンプレサ28を駆動して、空気を空気供給管30より圧送
すると、圧送された空気は空気供給管30に接続された空
気導入管31および空気圧力管32にそれぞれ分給され、空
気導入管31からは流動層ボイラ２内に導入され、炉壁の
耐圧および燃焼空気として利用される。一方、空気圧力
管32からは直接、圧力容器５内に圧力空気として利用さ
れる。流動層ボイラ２内に導入された燃焼空気は排ガス
となってサイクロン３に送られ、サイクロン３で懸濁し
ている固形物を分離した後、ガスタービン26を駆動して
発電機27及びコンプレサ28を駆動し、発電及び空気の圧
送を行う。

この際、流動層ボイラ２及び圧力容器５内の内圧は圧力
計34によってそれぞれ検出され、CPU35に入力される。C
PU35はこれらの検出値を演算処理し、流動層ボイラ２と
圧力容器５内の内圧が略等圧になるように流量調整弁33
を調整して圧力容器５内の内圧を制御する。このよう
に、圧力容器５と流動層ボイラ２の内圧を略等しく制御
することにより、流動層ボイラ２の炉壁等を簡素化する
ことが可能になる。

次に、流動層ボイラ２の燃焼負荷が下がった場合は、レ
ベル制御手段17の制御弁22を開いてベット材貯蔵容器４
内を低圧にし、このベット材貯蔵容器４内にベット材11
を回収することで流動層のレベルを低下させる。この
際、ベット材貯蔵容器４、流動層ボイラ２及び圧力容器
５の内圧には圧力差が生じる。そして、これらそれぞれ
の内圧は圧力計34によって検出され、CPU35に入力され
る。CPU35はこれらの検出値を演算処理し、圧力容器５
の内圧がベット材貯蔵容器４と流動層ボイラ２の平均値
になるように流量調整弁33を調整して圧力容器５の内圧
を制御する。

また、流動層ボイラ２からの輻射熱によって、圧力容器
５内の圧力空気の温度が所定温度以上に上昇すると、そ
の温度は温度計36によって検出され、流量バルブ38を開
いて、高温となった圧力容器５内の空気を排気管37より
排気系25に放出して合流させて、圧力容器５内が所定温
度以上に上昇するのを防止する。このように、容器５内
に昇温された空気を放出することにより容器の安全性を
向上させると共に耐久性を高めることができる。また、
圧力容器５内から放出される高温の空気は排気系に流
れ、タービン等を駆動することになり、エネルギーの回
収が有効に達成し得る。

［発明の効果］ 本発明は次の如き優れた効果を有する。

（１）圧力容器の内圧と流動層ボイラの内圧を略等しく
することにより、流動層ボイラの炉壁に加わる圧力負荷
を低減することが可能となり、流動層ボイラの耐久性が
向上する。

（２）高温となった圧力容器の空気を適宜、放出するこ
とにより装置の安全性および耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図は圧力
容器を示す破断斜視図、第３図は従来の圧力型流動層ボ
イラの概略図である。 図中１は加圧型流動層ボイラ、２は流動層ボイラ、５は
圧力容器、６は燃焼空気供給系、７は加圧空気導入系、
８は圧力制御手段、９は圧力容器内温度制御手段、11は
ベット材、25は排気系である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力容器内に、スラリ化した微粉炭にベッ
   ト材を加えて燃焼空気で流動化させて燃焼させる流動層
   ボイラと、該流動層ボイラに直接上記燃焼空気を供給す
   るための燃焼空気供給系と、上記圧力容器内を所定圧に
   加圧維持させるために該圧力容器内に空気を導入する加
   圧空気導入系と、該加圧空気導入系に設けられ、流動層
   ボイラ内から検出されるボイラ内圧に略等しい圧力容器
   内圧に設定すべく制御する圧力制御手段とを備えたこと
   を特徴とする加圧型流動層ボイラ。
2. 【請求項２】圧力容器内に、スラリ化した微粉炭にベッ
   ト材を加えて燃焼空気で流動化させて燃焼させる流動層
   ボイラと、該流動層ボイラに直接上記燃焼空気を供給す
   るための燃焼空気供給系と、上記圧力容器内を所定圧に
   加圧維持させるために該圧力容器内に空気を導入する加
   圧空気導入系と、該加圧空気導入系に設けられ、流動層
   ボイラ内から検出されるボイラ内圧に略等しい圧力容器
   内圧に設定すべく制御する圧力制御手段と、上記圧力容
   器内が所定温度以上に昇温されたことにより、圧力容器
   内空気を上記流動層ボイラの排気系に合流させて放出さ
   せ、圧力容器内温度を制御する圧力容器内温度制御手段
   とを備えたことを特徴とする加圧型流動層ボイラ。