JPH10300020A

JPH10300020A - 発電システム

Info

Publication number: JPH10300020A
Application number: JP10952397A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Orita; 久幸折田; Tomohiko Miyamoto; 知彦宮本; Ryuhei Kawabe; 隆平川部; Teruyuki Okazaki; 輝幸岡崎; Masaharu Kuramoto; 正治倉本; Koji Takahashi; 浩二高橋
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼ガスを利用する発電システムにおいて、
燃焼ガスの脱塵性能を向上させる。【解決手段】石炭と石灰石を混練し、ペースト状にし
たＣＷＰをＣＷＰ供給ライン１からボイラ４に供給し、
流動媒体としての石灰石を石灰石供給ライン２から供給
する。ボイラ４から燃焼ガスとともに排出された灰は第
１段目のサイクロン５で粗粒灰が捕集され、その粗粒灰
を冷却器６で冷却し、ホッパ８に貯蔵する。一方、サイ
クロン５で脱塵されたガスはライン１１から後段の脱塵
装置へ導入し、細粒灰を除去する。ホッパ８に貯蔵した
粗粒灰を圧力容器１２に移し、弁１３を開として、エジ
ェクタ１４によりボイラに粗粒灰を供給する。搬送ライ
ン２７のボイラに近い位置の静圧とエジェクタ後流の静
圧の差圧Ｐ₁、エジェクタ後流の静圧と圧力容器１２内
圧力の差圧Ｐ₂を測定し、差圧Ｐ₁、Ｐ₂に基づいて、エ
ジェクタ１４の駆動流体流量、圧力容器を加圧するため
のガス量を自動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化石燃料を燃焼
し、その燃焼ガスに含まれる灰をガスタービンの上流で
除去する高温脱塵装置を備えた発電システムに関し、特
に、加圧流動層複合発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層複合発電システムは、石炭と
水を混練しペースト状にした燃料（以下、ＣＷＰと記
載）を、加圧流動層ボイラで石灰石存在下で、約１０気
圧、８５０℃で流動層燃焼させ、ボイラで発生した蒸気
で蒸気タービンを、燃焼ガスでガスタービンを駆動させ
る発電システムである。燃焼ガスでガスタービンを駆動
させるため、ボイラとガスタービンの間に脱塵装置を設
置し、燃焼ガスに含まれてボイラから流出する灰でター
ビン翼が摩耗するのを防ぐ。脱塵装置としては、含塵ガ
スを旋回させ、その遠心力で灰等の固体粒子を分離する
サイクロン装置が用いられている。

【０００３】サイクロンで捕集した灰をボイラに戻す公
知の技術として、特願昭６１−３８３１１号、特願昭６
２−１９６５１４号に記載のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特願昭６１−３８３１
１号に記載の技術は、粗粒灰だけをボイラに戻すもので
はないために、脱塵性能の向上が図れない。特願昭６２
−１９６５１４号記載の技術はボイラ内で脱塵し、その
捕集灰を燃焼部に戻している。高温では灰が溶融し、輸
送管内を閉塞する可能性があり、灰輸送の点で困難が伴
う。

【０００５】本発明は、以下に述べた課題を達成するた
めの発電システムを提供することを目的とする。

【０００６】（１）脱塵性能の向上（２）粗粒灰をボイラに搬送するシステムの自動化（３）粗粒灰のボイラへの安定供給

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成する本
発明の第１の手段は、化石燃料を供給するラインと、空
気を供給するラインと、それらが接続されたボイラと、
該ボイラで生成された燃焼ガスに含まれる固体粒子を脱
塵する脱塵装置と、を含んでなる発電システムを、冷却
された粗粒灰を貯蔵する圧力容器と、該圧力容器内の粗
粒灰を吸引し、前記ボイラ火炉に搬送、供給するエジェ
クタと、を含んで構成したことを特徴とする。

【０００８】上記の課題を達成する本発明の第２の手段
は、上記第１の手段を、ボイラ内の圧力とエジェクタ吐
出口の静圧の差圧Ｐ₁を測定する差圧測定器と、エジェ
クタの駆動流体を供給する管路に介装された駆動流体流
量調整手段と、前記差圧Ｐ₁を入力として前記駆動流体
流量調整手段を制御する制御装置と、を含んで構成した
ことを特徴とする。

【０００９】上記の課題を達成する本発明の第３の手段
は、上記第１または第２の手段を、前記圧力容器に加圧
するための流体を供給する圧力容器加圧流体供給ライン
と、該圧力容器加圧流体供給ラインに介装された加圧流
体流量調整手段と、前記エジェクタ吐出口の静圧と前記
圧力容器内の圧力の差圧Ｐ₂を測定する差圧測定器と、
前記差圧Ｐ₂を取り込んで前記加圧流体流量調整手段を
制御する制御装置と、を含んで構成したことを特徴とす
る。

【００１０】粗粒灰をボイラに戻すため、粗粒灰にボイ
ラから飛散してくる細粒灰が付着する。さらに、好まし
くは粗粒灰をボイラ上部の流動層の上に供給する。こう
すれば、流動層内に粗粒灰を供給する場合より粒子同士
の摩擦が小さい。

【００１１】さらに、エジェクタのガス噴射流量をボイ
ラに近い位置の粗粒灰搬送ラインの静圧とエジェクタ後
流の静圧との差を用いて自動制御するので、粗粒灰の逆
流を防げる。

【００１２】さらに、圧力容器内を加圧するガス流量を
エジェクタ後流の静圧と圧力容器内の差を用いて自動制
御するので、エジェクタ内の灰の詰まりを防げる。

【００１３】さらに、常温の粗粒灰をボイラに搬送する
ので、ボイラまでの粗粒灰搬送ライン内の灰の詰まりを
防げる。

【００１４】さらに、複数の脱塵装置を直列に接続した
脱塵システムにおいて、第一段目の脱塵装置の捕集灰を
ボイラに戻すようにすれば、全捕集灰中の粗粒灰だけを
ボイラに戻すことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は粗粒灰を脱塵装置の上
流、特にボイラ火炉に供給するものであり、それによ
り、供給された粗粒灰と火炉で生成した細粒が合体し
（粗粒灰に火炉で生成した細粒が付着し）、粗粒灰と細
粒が合体したものをサイクロンで再捕集することにより
脱塵性能を向上させるものである。実施例として加圧流
動層複合発電システムについて説明するが、必ずしも加
圧流動層複合発電システムに限定されるべきものではな
く、含塵ガスを旋回させて分離するサイクロン装置のよ
うに１μｍ以下の細粒を脱塵しにくい装置を含むシステ
ムに有効である。以下、図面を用いて本発明の実施例を
説明する。

【００１６】（実施例１）図１は、本発明の実施例であ
る加圧流動層複合発電システムの、粗粒灰を加圧流動層
ボイラ４に供給する部分を示すシステム図で、ガスター
ビン、発電機等、加圧流動層複合発電システムを構成す
る他の要素は省略してある。図示の装置は、加圧流動層
ボイラ４と、この加圧流動層ボイラ４に接続されてＣＷ
Ｐを該ボイラ４に供給するＣＷＰ供給ライン１と、前記
加圧流動層ボイラ４に接続されて石灰石を該ボイラ４に
供給する石灰石供給ライン２と、前記加圧流動層ボイラ
４に接続されて燃焼用空気を該ボイラ４に供給する空気
供給ライン３と、前記加圧流動層ボイラ４に接続されて
燃焼ガスを処理する燃焼ガス処理系と、前記加圧流動層
ボイラ４に接続されてその火炉に粗粒灰を供給する粗粒
灰供給系と、を含んで構成されている。

【００１７】燃焼ガス処理系は、前記加圧流動層ボイラ
４に接続されて燃焼ガスを該ボイラ４から取り出す燃焼
ガス取出しライン２８と、燃焼ガス取出しライン２８の
下流端に接続され燃焼ガス中の固体粒子を分離除去する
第１段目サイクロン５と、この第１段目サイクロン５上
部に接続され固体粒子を分離除去された燃焼ガスを取り
出す燃焼ガス供給ライン１１と、第１段目サイクロン５
下部に管路２９を介して接続され冷却水管７を内装して
分離除去された固体粒子を冷却する冷却器６と、冷却器
６の下方に配置され該冷却器６の下部に管路３０を介し
て接続されたホッパ８と、ホッパ８の底部に接続され弁
９を介装した捕集灰抜き出しライン１０と、を含んで構
成されている。

【００１８】粗粒灰供給系は、粗粒灰を常温で貯蔵する
圧力容器１２と、上流端を圧力容器１２の底部に接続さ
れ弁１３を介装した管路３２と、管路３２の下流端に吸
込口を接続して配置されたエジェクタ１４と、エジェク
タ１４の駆動流体入り口に接続され駆動流体流量調整手
段である流量調整弁１６を介装したエジェクタ用ガス供
給ライン１５と、エジェクタ１４の吐出口と前記加圧流
動層ボイラ４の火炉（流動層のすぐ上）を接続する搬送
管２７と、前記圧力容器１２に接続され加圧流体流量調
整手段である流量調整弁１９を介装した圧力容器加圧流
体供給ライン３３と、搬送管２７の下流端の静圧とエジ
ェクタ１４の吐出口付近の静圧の差圧Ｐ₁を検出する差
圧測定器１８と、エジェクタ１４の吐出口付近の静圧と
圧力容器１２の内圧の差圧Ｐ₂を検出する差圧測定器１
７と、差圧測定器１８及び差圧測定器１７に接続され差
圧Ｐ₁，Ｐ₂を入力として流量調整弁１６，１９の開度を
制御する制御装置２０と、を含んで構成されている。

【００１９】以下、上記構成の装置の動作を説明する。
石炭と石灰石を混練し、ペースト状にしたＣＷＰがＣＷ
Ｐ供給ライン１から加圧流動層ボイラ４に供給され、流
動媒体としての石灰石が石灰石供給ライン２から供給さ
れる。空気供給ライン３から供給される空気によりＣＷ
Ｐが燃焼し、灰などの固体粒子を含む燃焼ガスが生成さ
れる。この燃焼ガスは、燃焼ガス取出しライン２８を経
て加圧流動層ボイラ４から取り出され、第１段目サイク
ロン５に導入される。燃焼ガスに含まれて加圧流動層ボ
イラ４から流出した灰は、第１段目サイクロン５で脱塵
分離される。分離された灰は、冷却装置６で冷却され、
ホッパ８に貯蔵される。ホッパ８に貯蔵された灰は定期
的にバルブ９を開にして、ライン１０から系外に取り出
される。第１段目サイクロン５で脱塵された燃焼ガスは
燃焼ガス供給ライン１１を経て後流へ排出される。

【００２０】一方、圧力容器１２には、予め粗粒灰が貯
蔵される。また、圧力容器１２の内圧は、エジェクタ１
４の吐出口付近の静圧と圧力容器１２の内圧の差圧Ｐ₂
が予め設定された差圧Ｐ₂₀になるように、流量調整弁１
９の開度が調整される。粗粒灰のボイラへの供給は、弁
１３を開とし、流量調整弁１６を経てエジェクタ駆動用
ガス供給ライン１５から供給されるガスで駆動されるエ
ジェクタ１４により、圧力容器１２内の粗粒灰を吸引、
搬送するエジェクタ方式により行われる。

【００２１】図２は加圧流動層複合発電システムにおけ
るサイクロンの脱塵性能を、粒径と部分集塵効率の関係
で示すグラフである。ここで、部分集塵効率（％）は、
供給灰中の任意の粒径における灰量(ｋｇ)に対する捕集
灰中の前記粒径における灰量(ｋｇ)の百分率として定義
する。

【００２２】サイクロンは、遠心力を利用して脱塵する
装置であり、粒径が大きいほど脱塵効果は大きくなる。
しかし、図２では０.７μｍ以下の粒径で低粒径ほど部
分集塵効率が大きくなっている。これは、粗粒灰と細粒
灰が合体（以下、凝集と記す）し、塊として脱塵される
ためである。本発明はこの点に着目してなされたもの
で、ボイラへ外部から低温の粗粒灰を供給して、粗粒灰
と細粒灰の凝集作用を促進させ、細粒灰を脱塵しやすく
して脱塵性能の向上を図ったことを特徴とする。

【００２３】ボイラにおける粗粒灰の供給位置は、流動
層内に供給すれば粗粒灰が摩耗し、細粒化する可能性が
あることから、摩耗の小さい流動層の層上が好ましい。

【００２４】粗粒灰のボイラへの搬送については、ボイ
ラまでの搬送径路の圧力がボイラ内圧力以上であるとと
もに、搬送径路の圧力を上流側ほど高圧にする必要があ
る。このため、搬送径路中ボイラに近い位置の搬送管内
静圧とエジェクタ吐出部の静圧の差圧Ｐ₁、エジェクタ
吐出部の静圧と圧力容器１２内圧力の差圧Ｐ₂を連続的
に測定し、常時、ボイラに近い位置の搬送管２７内静圧
＜エジェクタ１４吐出口の静圧＜圧力容器１２内圧力の
関係を成立させることにより粗粒灰のボイラ４の火炉か
らの逆流を防ぐ。粗粒灰の搬送を円滑にするために、エ
ジェクタ１４を駆動するガスの噴射量、圧力容器１２を
加圧するためのガスの供給量を制御する。ボイラ４に近
い位置の搬送管２７の静圧とエジェクタ１４吐出口の静
圧の差圧Ｐ₁と、エジェクタ１４吐出口の静圧と圧力容
器１２内圧力の差圧Ｐ₂とを制御装置２０に取り込み、
これら差圧Ｐ₁，Ｐ₂に基づいて流量調整弁１６及び流量
調整弁１９の開度、すなわちこれらの流量調整弁を通過
するガス量を自動制御する。

【００２５】あらかじめ、ボイラに近い位置の搬送管の
静圧とエジェクタ後流の静圧の差圧について基準差圧Ｐ
₁₀が、エジェクタ後流の静圧と圧力容器１２内圧力の差
圧について基準差圧Ｐ₂₀が、それぞれ設定される。差圧
測定器１８で検出された差圧Ｐ₁と基準差圧Ｐ₁₀が比較
され、差圧測定器１７で検出される差圧Ｐ₂と基準差圧
Ｐ₂₀が比較される。差圧Ｐ₁が基準差圧Ｐ₁₀より許容範
囲を超えて小さいとき、制御装置２０は、流量調整弁１
６の開度を増加するように動作し、差圧Ｐ₂が基準差圧
Ｐ₂₀より許容範囲を超えて小さいとき、制御装置２０
は、流量調整弁１９の開度を増加するように動作する。
逆に、差圧Ｐ₁が基準差圧Ｐ₁₀より許容範囲を超えて大
きいとき、制御装置２０は、流量調整弁１６の開度を減
少するように動作し、差圧Ｐ₂が基準差圧Ｐ₂₀より許容
範囲を超えて大きいとき、制御装置２０は、流量調整弁
１９の開度を減少するように動作する。

【００２６】差圧Ｐ₁及び差圧Ｐ₂を上述のように制御す
ることにより、圧力容器１２内の粗粒灰が所要の量、連
続的にボイラ火炉内の供給され、この粗粒灰に、火炉内
の燃焼で生成される細粒灰が付着する。細粒灰を付着さ
せた粗粒灰は燃焼ガスとともに、燃焼ガス取出しライン
２８を経て第１段目サイクロン５に導かれ、分離除去さ
れてホッパ８に貯蔵される。すなわち、ボイラ４で発生
した細粒の固体粒子は、火炉で生成された粗粒灰に付着
するだけでなく、外部から供給された粗粒灰にも付着し
て塊になり、サイクロンでの脱塵の効率が向上するか
ら、ガスタービンに供給される燃焼ガスの中の固体粒子
の量を少なくできる。

【００２７】本実施例では、粗粒灰に細粒灰が付着した
（凝集した）状態で脱塵するので、細粒灰の集塵性能が
向上する。また、ボイラに供給する粗粒灰が細粒化せ
ず、粗粒灰に付着した細粒灰も脱離しないので、効果的
に凝集作用が得られ、エジェクタのガス噴射流量を自動
制御するので、ボイラの負荷変化に対して迅速に対応で
きる。さらに、圧力容器内を加圧するガス流量を自動制
御することで、エジェクタ内の灰の詰まりを防ぎ、粗粒
灰を安定して供給できる。

【００２８】（実施例２）加圧流動層複合発電の脱塵技
術として、脱塵装置を直列に複数基連結し、第１段で粗
粒灰を、後段で細粒灰を除去する方法がある。この場
合、第１段目の捕集灰をボイラに供給する。図３は本発
明の第２の実施例を示し、第１段目のサイクロンの捕集
灰をボイラに戻すシステム図である。本実施例と前記実
施例１の相違点は、弁９に代えて三方弁９’が設けられ
ていること、三方弁９’の出口の一つが管路３１を介し
て圧力容器１２に接続されていること、燃焼ガス供給ラ
イン１１の下流端にガス入り口を接続して第２段目サイ
クロン２１が配置され、第２段目サイクロン２１の底部
に管路３５を介して冷却水管２３を内装した冷却器２２
が接続されていること、冷却器２２の底部に管路３６を
介してホッパ２４が接続され、ホッパ２４の底部に弁２
５を介装した捕集灰抜き出しライン２６が接続されてい
ること、である。他の構成は前記実施例１と同じである
ので、同一の符号を付して説明は省略する。

【００２９】第１段目サイクロン５は粗粒灰を除去する
のに適したサイクロンとするのが望ましい。第２段目も
サイクロン２１としてあるが、高度な脱塵性能を要求さ
れることから電気集塵器あるいはセラミックフィルタで
あってもよい。

【００３０】第１段目サイクロン５では、ボイラ４から
燃焼ガスに含まれて飛散してくる灰のうち粗粒灰が捕集
され、この捕集灰をボイラ４に戻して細粒灰を凝集させ
る。第１段目サイクロン５で捕集された粗粒灰は冷却器
６で常温程度に冷却され、ホッパ８に貯えられる。ホッ
パ８は圧力容器１２より圧力が低いので、弁１３、流量
調整弁１９を閉とし、三方弁９’をホッパ８と圧力容器
１２を連通する方向に操作してホッパ８と圧力容器１２
を均圧化してから、ホッパ８内の捕集灰を圧力容器１２
に移す。次いで弁１３を開、三方弁９’を閉、流量調整
弁１９を開として、圧力容器１２内の捕集灰（粗粒灰）
をエジェクタ１４によりボイラ４へ搬送する。また、三
方弁９’はライン切り換えにより、ホッパ８内の捕集灰
を外部に排出できるようになっている。

【００３１】ボイラへの粗粒灰搬送方法は、前記実施例
１と同様な方法を用いればよい。本実施例によれば、捕
集した灰のうちの大きな粒径のものを冷却したうえで、
ボイラ４の火炉に供給するので、前記実施例１の効果に
加え、外部から圧力容器１２に粗粒を補給する必要がな
い、第１段目のサイクロンの捕集灰を冷却することで、
ボイラまでの搬送管内での灰の詰まりを防ぎ、粗粒灰を
安定して供給できる、複数の脱塵装置を直列に接続した
脱塵システムにおいて、全捕集灰中の粗粒灰だけをボイ
ラに戻すことができるので、高い凝集効果が得られ、脱
塵性能が向上する、などの効果が得られる。

【００３２】なお、上記各実施例では、管路２７の下流
端付近の静圧とエジェクタ１４の吐出口の静圧の差圧を
検出するようになっているが、ボイラ４の火炉の圧力と
エジェクタ１４の吐出口の静圧の差圧を検出するように
してもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、エジェクタの駆動流体
の流量を自動制御するので、ボイラの負荷変化に対して
迅速に対応できる、圧力容器内を加圧するガス流量を自
動制御することで、エジェクタ内の灰の詰まりを防ぎ、
粗粒灰を安定して供給できる、低温の粗粒をエジェクタ
で駆動するので、ボイラまでの搬送管内での灰の詰まり
を防ぎ、粗粒灰を安定して供給できる、などの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示すシステム図である。

【図２】加圧流動層複合発電システムにおけるサイクロ
ンの脱塵性能図である。

【図３】本発明の実施例２を示すシステム図である。

【符号の説明】

１ＣＷＰ供給ライン２石灰石供給ライン３空気供給ライン４ボイラ５第１段目サイクロン６冷却器７冷却水管８ホッパ９弁９’ ３方弁１０捕集灰抜き出しライン１２圧力容器１３弁１４エジェクタ１５エジェクタ用ガス供給ライン１６流量調整弁１７，１８差圧測定器１９流量調整弁２０制御装置２１第２段目サイクロン２２冷却器２３冷却水管２４ホッパ２５弁２６捕集灰抜き出しライン２７搬送管２８燃焼ガス取出しライン２９，３０，３１，３２管路３３圧力容器加圧流体供給ライン３４，３５．３６管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川部隆平茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岡崎輝幸茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者倉本正治広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者高橋浩二茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化石燃料を供給するラインと、空気を供
給するラインと、それらが接続されたボイラと、該ボイ
ラで生成された燃焼ガスに含まれる固体粒子を脱塵する
脱塵装置と、を含んでなる発電システムにおいて、冷却
された粗粒灰を貯蔵する圧力容器と、該圧力容器内の粗
粒灰を吸引し、前記ボイラ火炉に搬送、供給するエジェ
クタと、を含んでなることを特徴とする発電システム。
【請求項２】請求項１記載の発電システムにおいて、
ボイラ内の圧力とエジェクタ吐出口の静圧の差圧Ｐ₁を
測定する差圧測定器と、エジェクタの駆動流体を供給す
る管路に介装された駆動流体流量調整手段と、前記差圧
Ｐ₁を入力として前記駆動流体流量調整手段を制御する
制御装置と、を含んでなることを特徴とする発電システ
ム。
【請求項３】請求項１または２に記載の発電システム
において、前記圧力容器に加圧するための流体を供給す
る管路と、該管路に介装された加圧流体流量調整手段
と、前記エジェクタ吐出口の静圧と前記圧力容器内の圧
力の差圧Ｐ₂を測定する差圧測定器と、前記差圧Ｐ₂を取
り込んで、前記加圧流体流量調整手段を制御する制御装
置と、を含んでなることを特徴とする発電システム。