JPH0960813A - 流動層の流動媒体循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｌバルブの水平管に流動媒体が停滞して溶
融、焼結、固結することなく良好に循環する。 【解決手段】 垂直方向に設けられた移動層下降管２１
と、この一端で水平方向に延設された水平管２５と、移
動層下降管２１と水平管２５との接続部近傍に設けら
れ、流動媒体を循環させるガスを吹き込むエアレーショ
ン口２８とを備え、水平管２５の口径ｄは、移動層下降
管２１の口径Ｄの４０乃至６０％に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ス
チームタービン等を駆動して複合発電を行う石炭の加圧
流動層燃焼炉に係り、特に流動層の流動媒体を良好に循
環する流動層の流動媒体循環装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来技術に係る加圧流動層ボイ
ラの系統図である。従来の加圧流動層ボイラ２の負荷変
動の対応方法としては、流動層燃焼炉３内に流動媒体３
９を供給又は抜き出しすることによって、流動層の高さ
即ち流動層高８を増減させ負荷変動に対応している。負
荷が下がった時には、流動層燃焼炉３内の流動媒体３９
を炉内から抜き出して別置の媒体容器１１に一時貯蔵
し、逆に負荷が上昇した時には、この媒体容器１１から
流動媒体３９を流動層燃焼炉３内に供給することによっ
て行なう。このように流動媒体３９を用いて炉内の流動
層高８を変化させて、伝熱管７に対する流動媒体３９の
接触面積を増減させ蒸気の発生量を変化させて負荷変動
に対応している。

【０００３】流動層燃焼炉３とその燃焼炉空塔部９から
接続されたサイクロン３７、媒体容器１１とその空塔部
１２に接続された気流輸送管３４は、圧力容器３６に収
納されている。流動層燃焼炉３は、その底部に燃焼用空
気４２の分散板６が設けられ、その上に流動媒体３９が
充填される。流動媒体３９は、分散板６を通過して供給
された燃焼用空気４２によって発生した気泡４１によっ
て流動層４を形成する。石炭４３は、給炭管１０から流
動層４内に供給され燃焼される。伝熱管７は、流動層４
内に配列され燃焼熱を吸収して蒸気を発生する。

【０００４】流動層燃焼炉３の下部側面５には垂直管で
ある移動層下降管２１（スタンドパイプ）が開口して設
けられ、移動層下降管２１は傾斜状態から垂直方向に延
設され、その一端２２で水平方向の水平管２５に接続さ
れる。移動層下降管２１と水平管２５との接続部２７近
傍にはガス吹込口であるエアレーション口２８が設けら
れている。移動層下降管２１の下部と水平管２５とエア
レーション口２８は、上記流動層４の流動媒体を抜き出
す抜出側Ｌバルブ２９を形成する。抜出側Ｌバルブ２９
の末端部には気流輸送管３４が設けられ、気流輸送管３
４の先端部は媒体容器１１に接続される。媒体容器１１
の空塔部１２には減圧弁１８が連結される。

【０００５】流動層高８を下げるには、流動層４から流
動媒体３９を移動層下降管２１、抜出側Ｌバルブ２９及
び気流輸送管３４を通して媒体容器１１に導く。気流輸
送管３４で輸送される流動媒体３９は、コントロールバ
ルブ２３によって流量調整された気流輸送ガス４６を用
いて行なわれ、該ガスは減圧弁１８を経由して系外へ排
出される。

【０００６】抜出側Ｌバルブ２９の流動媒体の流量調整
は、抜出側Ｌバルブ２９に連結されたライン上のコント
ロールバルブ２０で行なう。この際、抜出側Ｌバルブ２
９は、コントロールバルブ２０を通ってエアレーション
ガス４５が供給される。

【０００７】一方、媒体容器１１に一時貯蔵された流動
媒体３９は、垂直管である移動層管１３から、その一端
に接続された水平管１４を介して、移動層管１３と水平
管１４の接続部１５近傍に設けられたガス吹込口である
エアレーション口１６からコントロールバルブ１９によ
って流量調整されたエアレーションガス４４により流動
層燃焼炉３の流動層４に供給される。移動層管１３の下
部と水平管１４及びエアレーション口１６は、供給側Ｌ
バルブ１７を形成する。供給側Ｌバルブ１７の作用につ
いても、抜出側Ｌバルブ２９と同様であるのでその説明
を省略する。

【０００８】図８は、図７に適用されている抜出側Ｌバ
ルブ２９近傍を示している。抜出側Ｌバルブ２９は、移
動層下降管２１の下部、水平管２５及びエアレーション
口２８で形成される。移動層下降管２１の口径Ｄ₀と水
平管２５の口径ｄ₀は同一である。抜出側Ｌバルブ２９
内には図示しない流動層４から高温の流動媒体３９が供
給されるため冷却手段が必要である。このため、抜出側
Ｌバルブ２９の周囲には冷却管３１が設置され、冷却水
４０を通して抜出側Ｌバルブ２９を冷却している。

【０００９】流動媒体３９は、エアレーション口２８か
ら供給されるエアレーションガス４５によって気流輸送
管３４に移送され循環される。更に、水平管２５を通過
した流動媒体３９は、水平管２５末端に接続した気流輸
送管３４内に供給される気流輸送ガス４６によって図７
に示した媒体容器１１に移送される。移動層下降管２１
及び水平管２５内は、流動媒体３９で高密度に充満され
るが、気流輸送管３４内は、流動媒体３９が希薄な状態
で満たされ運転される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の抜
出側Ｌバルブ２９又は供給側Ｌバルブ１７において、例
えば、抜出側Ｌバルブ２９内で流動媒体３９が溶融、固
化するという問題が発生した。これは抜出側Ｌバルブ２
９内に流動媒体３９が流れているにもかかわらず、水平
管２５には常に流動媒体３９が停滞しているためであ
る。この停滞量は抜出側Ｌバルブ２９を流れる流動媒体
３９の流量と相関があり流動媒体３９の流量が多いほど
減少する。

【００１１】しかしながら、実際の運転では、水平管２
５に流動媒体３９が停滞した条件になることがある。例
えば、流動層燃焼炉３の下部側面５で移動層下降管２１
が開口して設けられているため、流動媒体３９や未燃石
炭粒子と共に燃焼用空気４２の一部が抜出側Ｌバルブ２
９内に逆流するからである。このような条件が重なり未
燃石炭粒子が抜出側Ｌバルブ２９に停滞した状態で断熱
燃焼し、流動媒体３９の温度が過度に上昇し流動媒体３
９（燃焼灰も含む）が溶融、焼結、固化すると推定され
る。尚、以下の説明において、流動媒体３９には燃焼灰
も含むものとする。

【００１２】本発明の目的は、流動層燃焼炉から媒体容
器への流動媒体を抜き出す抜出側Ｌバルブ又は媒体容器
から流動層燃焼炉への流動媒体の供給を行なう供給側Ｌ
バルブにおいて、これらＬバルブの水平管に流動媒体が
停滞して溶融、焼結、固結することがなく良好に循環す
る流動層の流動媒体循環装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、流動層の流動媒体の循環量を制御するこ
とによって、発生する燃焼熱量を調節する流動層の流動
媒体循環装置であって、垂直方向に設けられた垂直管
と、該垂直管の一端で水平方向に延設された水平管と、
前記垂直管と該水平管との接続部近傍に設けられ、前記
流動媒体を循環させるガスを吹き込むガス吹込口とを備
え、前記流動層から前記流動媒体を抜き出す流動層の流
動媒体循環装置又は前記流動層に前記流動媒体を供給す
る流動層の流動媒体循環装置において、前記水平管の口
径は、前記垂直管の口径よりも小さく形成されたもので
ある。

【００１４】水平管の口径が垂直管の口径よりも小さく
形成されたものは、この水平管に流動媒体が停滞しにく
く、停滞による溶融、焼結、固結等がなく良好に循環す
る。

【００１５】更に、上記発明において、前記水平管の口
径は、前記垂直管の口径の４０乃至６０％に形成された
ものである。水平管の口径が垂直管の口径の４０％未満
のものは、流動媒体の流れの抵抗が大きく運転の動力が
余計にかかり、水平管の内面が流動媒体によって摩耗が
発生する恐れがある。水平管の口径が垂直管の口径の６
０％を超えるのものは、流動媒体の流れが遅く、流動媒
体が停滞して溶融、焼結、固結する恐れがある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る流動層の流動
媒体循環装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明
する。

【００１７】図１は、本発明に係る流動層の流動媒体循
環装置の一実施の形態を示す断面図、図２は、図１の流
動層の流動媒体循環装置を適用した加圧流動層ボイラの
系統図である。

【００１８】図２において、本実施の形態の流動層の流
動媒体循環装置１は、流動層４の流動媒体３９の循環量
を制御することによって、発生する燃焼熱量を調節する
ものであって、垂直方向に設けられた垂直管である移動
層下降管（スタンドパイプ）２１と、これら垂直管の一
端で水平方向に延設された水平管２５と、移動層下降管
２１と水平管２５との接続部２７近傍に設けられ、流動
媒体３９を循環させるガスを吹き込むガス吹込口である
エアレーション口２８とを備えている。

【００１９】更に、移動層下降管２１と水平管２５及び
エアレーション口２８は、流動層４から流動媒体を抜き
出す抜出側Ｌバルブ２９を形成している。尚、図２にお
けるその他の部分で図７と同じ構造、作用部分には同じ
参照番号を付けてその説明を省略する。

【００２０】図１において、水平管２５の口径ｄは、移
動層下降管２１の口径Ｄよりも小さく形成され、水平管
２５の口径ｄは、移動層下降管２１の口径Ｄの４０乃至
６０％に形成されたものである。本実施の形態の流動層
の流動媒体循環装置１は、水平管２５の口径ｄを移動層
下降管２１の口径Ｄに比べて小さくすることが特徴であ
る。具体的には移動層下降管２１の下端に絞り管３２を
垂直に設ける。絞り管３２の側壁に設けられたエアレー
ション口２８から供給されるエアレーションガス４５に
よって抜出側Ｌバルブ２９を流れる流動媒体３９の流量
を制御している。抜出側Ｌバルブ２９の水平管２５を通
過した流動媒体３９は、水平管２５の末端部と接続した
気流輸送管３４内に供給される気流輸送ガス４６によっ
て図示していない媒体容器１１に輸送される。

【００２１】更に、抜出側Ｌバルブ２９の周囲には冷却
管３１が設置され、冷却水４０を流して抜出側Ｌバルブ
２９を冷却している。但し、抜出側Ｌバルブ２９を冷却
することは、これに限定されるものでなく抜出側Ｌバル
ブ２９の運転条件によっては耐火キャスタなどを施す場
合もある。

【００２２】図３は、抜出側Ｌバルブ２９における挙動
を示し、（Ａ）は流動媒体の流量が小さい場合、（Ｂ）
は流動媒体の流量が中の場合、（Ｃ）は流動媒体の流量
が大きい場合を、各々示す。水平管２５における流動媒
体３９の停滞について実験した結果、以下のことが明か
になった。即ち、流動媒体の流量が小さい場合は、流動
媒体３９の移動は抜出側Ｌバルブ２９断面方向の上層部
のみで確認され、下層部では流動媒体３９が完全に停滞
する領域が発生した。流動媒体の流量が大きい場合は、
流動媒体３９の移動は抜出側Ｌバルブ２９断面方向の上
層部、中層部で確認され、下層部の一部でのみ流動媒体
３９の完全な停滞領域が発生した。流動媒体の流量が中
の場合は、流動媒体３９の移動は抜出側Ｌバルブ２９断
面方向の上層部と中層部の半分で確認され、中層部の半
分と下層部で流動媒体の停滞領域が発生した。流動媒体
の停滞部の面積は抜出側Ｌバルブ２９を流れる流動媒体
３９の流量が増加するほど減少する傾向が見られた。
尚、参照番号２１は、移動層下降管、４６は気流輸送ガ
スを示す。

【００２３】図４は、流動媒体の流量と停滞部断面積比
の関係曲線である。抜出側Ｌバルブの水平管２５の流動
媒体停滞部はＬバルブの口径ｄによっても変化する。曲
線４８は、水平管２５の口径ｄが３００ｍｍの場合、曲
線４９は、水平管２５の口径ｄが１５０ｍｍの場合を示
す。流動媒体の流量は、水平管２５の断面積当たりの流
動媒体流量で、いわゆる線速度に相当する。流動媒体停
滞部の断面積は、流動媒体流量が一定でも水平管２５の
口径ｄが小さくなるほど小さい。これらの知見から水平
管２５の口径ｄを小さくすることで流動媒体停滞部断面
積を低減出来る。

【００２４】図５は、流動媒体の流量と停滞部断面積比
の関係曲線である。抜出側Ｌバルブの水平管２５の口径
ｄを移動層下降管２１の口径Ｄに対して変化させて、水
平管２５の流動媒体の流量と停滞部断面積比との関係を
示した関係曲線である。流動媒体の流量は、水平管２５
断面積当たりの流動媒体流量で、いわゆる線速度に相当
する。水平管２５の口径ｄと移動層下降管２１（スタン
ドパイプ）の口径Ｄの比ｄ／Ｄをパラメータとして表示
した。曲線５０、５１、５２、５３は、それぞれｄ／Ｄ
＝１、０．６、０．５、０．４を示す。水平管２５の流
動媒体停滞部断面積比は、ｄ／Ｄが小さいほど、流動媒
体の流量が大きいほど減少することが分かる。

【００２５】更に、水平管２５の口径ｄは、移動層下降
管２１の口径Ｄの０．４乃至０．６即ち４０乃至６０％
に形成されたものである。水平管２５の口径ｄが移動層
下降管２１の口径Ｄの４０％未満のものは、流動媒体の
流れの抵抗が大きく運転の動力が余計にかかる。又、水
平管２５の内面が流動媒体によって摩耗が発生する恐れ
がある。水平管２５の口径ｄが移動層下降管２１の口径
Ｄの６０％を超えるのものは、流動媒体の流れが遅く、
流動媒体が停滞して溶融、焼結、固結する恐れがある。

【００２６】一方、移動層下降管２１口径と抜出側Ｌバ
ルブ２９の水平管２５口径を同一とし、流動媒体の移動
速度を大きくする方法が考えられる。しかし、移動層下
降管２１内の流動媒体の速度が速くなると流動媒体間及
び流動媒体と壁の摩擦抵抗が低下し、流動媒体流量の制
御が困難になる。更に、抜出側Ｌバルブ２９の内面の摩
耗量が増加すること、及び抜出側Ｌバルブ２９の抵抗が
増加する問題が発生する。

【００２７】以上の結果から、抜出側Ｌバルブ２９の水
平管２５の口径ｄと移動層下降管２１の口径Ｄとの比ｄ
／Ｄは０.４〜０.６が妥当であった。

【００２８】図６は、本発明に係る流動層の流動媒体循
環装置の他の実施の形態を示す断面図である。この図に
示すように、絞り管３２の位置を抜出側Ｌバルブ２９の
水平管２５に設置したものである。移動層下降管２１の
下端部と水平管２５の接続部２７に絞り管３２を設置
し、水平管２５の口径ｄを移動層下降管２１の口径Ｄに
比べて小さくする。ここで図６に示す絞り角θは１０°
〜６５°の範囲が望ましいが、特にこれに限定されたも
のではない。尚、図６におけるその他の部分で図１と同
じ構造、作用部分には同じ参照番号を付けてその説明を
省略する。

【００２９】上記実施の形態においては、抜出側Ｌバル
ブ２９について説明したが、供給側Ｌバルブ１７につい
ても、上記実施の形態を適用出来ることは勿論である。

【００３０】以上この発明を図示の実施例について詳し
く説明したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例
のみに限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せ
ずして種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ること
は云うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、媒体容器から流動層燃
焼炉への流動媒体の供給を行なう供給側Ｌバルブ又は流
動層燃焼炉から媒体容器への流動媒体を抜き出す抜出側
Ｌバルブにおいて、これらバルブの水平管に流動媒体が
停滞して溶融、焼結、固結することのなく良好に循環す
る流動層の流動媒体循環装置であり、安定した信頼性の
高い負荷変動に対する制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流動層の流動媒体循環装置の一実
施の形態を示す断面図である。

【図２】図１の流動層の流動媒体循環装置を適用した加
圧流動層ボイラの系統図である。

【図３】抜出Ｌバルブにおける挙動を示し、（Ａ）は流
動媒体の流量が小さい場合、（Ｂ）は流動媒体の流量が
中の場合、（Ｃ）は流動媒体の流量が大きい場合、を各
々示す。

【図４】流動媒体の流量と停滞部断面積比の関係曲線で
ある。

【図５】流動媒体の流量と停滞部断面積比の関係曲線で
ある。

【図６】本発明に係る流動層の流動媒体循環装置の他の
実施の形態を示す断面図である。

【図７】従来技術に係る加圧流動層ボイラの系統図であ
る。

【図８】図７に適用されている抜出側Ｌバルブ近傍の断
面図である。

【符号の説明】

１ 流動層の流動媒体循環装置 ４ 流動層 １３ 移動層管（垂直管） １４ 水平管 １５ 接続部 １６ エアレーション口（ガス吹込口） ２１ 移動層下降管（垂直管） ２２ 一端 ２５ 水平管 ２７ 接続部 ２８ エアレーション口（ガス吹込口） ３９ 流動媒体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層の流動媒体の循環量を制御するこ
   とによって、発生する燃焼熱量を調節する流動層の流動
   媒体循環装置であって、垂直方向に設けられた垂直管
   と、該垂直管の一端で水平方向に延設された水平管と、
   前記垂直管と該水平管との接続部近傍に設けられ、前記
   流動媒体を循環させるガスを吹き込むガス吹込口とを備
   え、前記流動層から前記流動媒体を抜き出す流動層の流
   動媒体循環装置又は前記流動層に前記流動媒体を供給す
   る流動層の流動媒体循環装置において、前記水平管の口
   径は、前記垂直管の口径よりも小さく形成されたもので
   あることを特徴とする流動層の流動媒体循環装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記水平管の口径
   は、前記垂直管の口径の４０乃至６０％に形成されたも
   のであることを特徴とする流動層の流動媒体循環装置。