JPH1163420A

JPH1163420A - 加圧流動層ボイラ及びその運転方法

Info

Publication number: JPH1163420A
Application number: JP21279497A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Mizumoto; 守水本; Yasuo Yoshii; 泰雄吉井; Toru Inada; 徹稲田; Tomohiko Miyamoto; 知彦宮本; Yoshio Sato; 美雄佐藤; Sadao Nishimura; 定男西村; Satoru Samejima; 哲鮫島
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Chugoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-03-05
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: JP3911599B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧流動層ボイラにおいて流動媒体中に生成
した粗粒及び微粒を分級して循環経路から除き、アグロ
メの生成を抑制する。【解決手段】流動層から抜き出された流動媒体１８を
一時貯蔵する貯蔵装置９５と、流動層から流動媒体を抜
き出して貯蔵装置９５に送りこむ抜き出し管路９１と、
貯蔵装置９５底部と火炉１１を接続する供給管路９２
と、貯蔵装置９５内に傾斜配置されその上に投入された
流動媒体中の特定粒径範囲より小さい径の微細粒子を通
過させる所定の大きさの穴を多数備えた傾斜スクリーン
５１と、傾斜スクリーン５１の穴を通過せずに傾斜スク
リーン５１下端にまで流下した粗粒子を取り出す、容器
９５Ａの壁面に形成された粗粒子の排出管路９２と、抜
き出し管路９１に形成され、抜き出された流動媒体から
特定粒径範囲より小さい径の微粒子を分級して循環経路
外に取り出す二重管式スクリーン５３と、を含んで加圧
流動層ボイラを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加圧流動層ボイラと
その運転方法に係り、特に流動層内における凝集物の生
成を抑制する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラは、９気圧程度の圧力
下で石灰石（ＣaＣＯ₃）を流動媒体として石炭を流動層
燃焼させ、燃焼熱の回収により生成させた蒸気によりス
チームタービンを駆動させ、860℃程度の高圧の燃焼ガ
スを用いてガスタービンを駆動させる高効率複合発電シ
ステムの主要な構成要素である。流動媒体と混合された
石炭は流動層内で流動しながら燃焼し、生成する燃焼熱
は石炭自身の流動と流動媒体への伝熱とその流動により
拡散し、流動層内の温度は均一化される。

【０００３】しかし、周辺部への伝熱が阻害された状態
で燃焼反応が進むと、局所的に温度が上昇し、灰が溶融
して流動媒体を取り込んで大きな凝集体（アグロメ）を
生成し、流動層の流動を停止させ、燃焼炉としての機能
停止に至る。この凝集体（アグロメ）はまた、流動媒体
の排出あるいは負荷変化のための流動媒体の移送の管路
を閉塞し、間接的に火炉の運転を停止させる。

【０００４】アグロメが生成される原因として最も大き
なものは、火炉内の流動が阻害されることと、燃料の供
給が偏在することである。火炉内の流動阻害は、火炉内
の伝熱管が流動媒体の円滑な流動を妨げるよう配置され
ていたり、流動媒体の抜き出し、供給部での流動媒体の
流動が停止するような不具合が発生した場合、あるいは
粗大粒子の混在により局所的に流動が停止する等の例が
ある。これらの対策としては、火炉内の流動を精密に解
析し、伝熱管の配置及び流動媒体抜き出し、供給部の構
造の最適化が進められている。粗大粒子の混在に関して
は、選炭の徹底により石炭中のズリを除くことにより解
決できる。

【０００５】燃料供給の偏在化は燃料供給装置及び火炉
内の伝熱管配置の不具合に起因するものであり、原因と
なる燃料供給装置及び伝熱管配置の改良で防止できる。
例えば、特表平6−504360号には、燃料及びガスの流動
層内における分配を改良するためのデイストリビュータ
装置の記載がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの対策にもかか
わらず依然として火炉内でのアグロメの生成が散見さ
れ、これによる火炉の停止も根絶できず、火炉の長時間
連続運転を安定して継続できるまでには至っていない。

【０００７】本発明の目的は、加圧流動層ボイラの運転
に際し、火炉内において生成する粗大粒子を流動媒体か
ら分離し、流動媒体からの凝集体の成長による火炉の停
止を防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】火炉を停止した時に内部
の状況を詳細に調べたところ、火炉内を縦断するような
巨大なアグロメの生成には至らないまでも、比較的小さ
なアグロメ（粗粒状アグロメ）の生成が頻発しているの
がわかった。小さなアグロメが炉底の流動媒体の抜き出
し口の一部を閉塞し、負荷の調整のために必要な流動媒
体の抜き出しを阻害していた。これをそのまま放置して
火炉の運転を継続した場合にはこのアグロメは成長を続
け、火炉の機能停止に至る可能性がある。

【０００９】この粗粒状アグロメの生成状況及び形状を
詳細に解析した結果、アグロメの生成場所は火炉の底部
に集中し、20mm程度の大きさで流動媒体を中に取り込ん
ではいたものの粒子間の結合は弱く、溶融の痕跡はわず
かであった。これは火炉の運転温度に近い温度で溶融を
経由せずに小アグロメの生成が進行していることを示
す。

【００１０】加圧流動層ボイラにおいては、石灰石（Ｃ
aＣＯ₃）と石炭の燃焼灰であるＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃が共存
し、860℃程度の温度にさらされている。石灰石の一部
は脱炭酸反応を起こし、活性な生石灰（ＣaＯ）を生成
し、これが燃焼灰と反応して低融点化合物を生成するこ
とが予想される。

【００１１】ＣaＯ−ＳiＯ₂-Ａl₂Ｏ₃三成分系相平衡図
としては図２に示すような図が知られている（“Phase
Diagrams for Ceramists”, Vol．1，FIG．630，t
he American Ceramic Society，Inc．（1964））。
それによると、各成分の融点は、それぞれ、ＣaＯは257
0℃、ＳiＯ₂は1723℃、Ａl₂Ｏ₃は2020℃であるが、三成
分が互いに混合されると融点は低下する。例えばアノー
サイト（ＣaＯ・Ａl₂Ｏ₃・2ＳiＯ₂）の組成領域は図中
の中央やや上部に位置し、この組成領域中にはＣaＯ−
ＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃三成分系における融点の最も低い組成
が存在し、そのときの融点は1170℃である。

【００１２】この相平衡図はあくまで該当する組成の融
点を示したものであり、ＣaＯ−ＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃三成分
間の固相反応は実際には融点よりも低い温度で進行しう
る。経験的には融点の60％程度の温度で固相反応が進行
することが知られており、アノーサイトの最低融点1170
℃に相当する組成では、700℃付近から反応が進行する
恐れがある。アノーサイトの量論組成（ＣaＯ・Ａl₂Ｏ₃
・2ＳiＯ₂）の融点は1553℃であり、この組成では930℃
付近から固相反応が進行する。粗粒アグロメの組成分析
によれば、ＣaＯ−ＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃三成分の組成は図２
に示すアノーサイト及びゲーレナイトの組成範囲に近
く、Ｘ線回折により上記化合物の生成を確認できた。

【００１３】そこで、火炉内における石灰石及び燃焼灰
の凝集反応に及ぼす温度及び時間の影響を模擬灰を用い
て調べた。石炭灰をシリカ（ＳiＯ₂）粉末とアルミナ
（Ａl₂O₃）粉末を混合することで模擬し、その組成は以
下の３種とした。

【００１４】

【表１】

【００１５】これらの組成の灰、各88、75、50重量部に
生石灰（ＣaＯ）の粉末をそれぞれ12、25、50重量部の
割合で混合して加圧流動層の火炉内の灰組成を模擬し、
これを3×2×2mmの大きさに成型したものに荷重を加
え、この成型体が圧壊したときの荷重を成型体の断面積
で割り圧壊強度とした。

【００１６】成型体を温度を変化させて熱処理すると、
図３に示すように温度が800℃を越えると成型体の圧壊
強度が急激に上昇した。これはＣaＯとＳiＯ₂、Ａl₂Ｏ₃
の間の固相反応により粉体粒子間に結合が生成し、この
結合により粉体粒子が互いに結びつけられたためであ
る。図２の三成分系相平衡図によれば、アノーサイトの
融点は最低で1170℃であり、上述のように融点の60％の
温度で固相反応の進行が顕著になるとすれば、その温度
は702℃となり、800℃では十分固相反応が進行し得る。

【００１７】ＣaＯの比率を変えて同様の試験を行う
と、図４に示すようにＣaＯの比率が増えるに従って圧
壊強度は上昇した。

【００１８】また流動媒体を模擬した粒径1〜3mmの石灰
石粒子と、燃焼灰を模擬したシリカ、アルミナ及び生石
灰粉末の混合物を85／15の重量比で混合して同様に熱処
理すると、温度930℃で模擬灰の固相反応によりシリ
カ、アルミナを媒介として石灰石粒子の間に結合が生成
して直径20mm程度の凝集体が生成した。実際には燃焼灰
中には各種の微量成分が含まれ、Si及びAl成分は粒径が
小さく反応性の高いカオリナイト（2ＳiＯ₂・Ａl₂Ｏ₃・
２Ｈ₂Ｏ）の形で存在する比率が高い。また流動媒体側
でも粒子表面に脱炭酸による多孔質層の形成が予想さ
れ、上記の模擬灰による試験結果よりもさらに低い温度
で固相反応が進行する。

【００１９】火炉内では粒子が絶えず移動しており、粒
子間に固相反応が進行するとは通常は考えにくい。しか
し、火炉内の特定の場所で流動媒体と燃焼灰が混合され
て、靜置状態が出現する可能性がある。この状態で火炉
の運転が継続されると、この混合物は燃焼場の高温雰囲
気にさらされ、固相反応によりＣaＯ−ＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃
三成分系化合物を生成する。混合物の組成が図２の低融
点化合物組成に近いと固相反応はより強く進行し、凝集
体（アグロメ）を生成する。凝集の進行度は高温雰囲気
にさらされる時間すなわち火炉の運転時間に比例するた
め、生成した凝集体を運転期間中そのままに放置して運
転を継続すると、巨大アグロメを生成し火炉停止に至ら
しめる恐れがある。

【００２０】具体的にどの位置で粒子の滞留が発生して
いるかを、火炉点検時に炉内の流動媒体を高さ方向の各
位置で採取し、粒径分布を測定して調べた。その結果、
図５に示すように、分散板の直上部では流動媒体中の粒
径0．3mm以下の粒子の比率が火炉の上部に比べて高く、
粒径の小さい媒体が分散板の直上部に多く存在している
ことが確認された。

【００２１】図６に空気分散板構造の一例を示すが、燃
焼用空気の吹き出し口の死角に当たる部分に吹き溜まり
が生成し、ここにＳiＯ₂及びＡl₂Ｏ₃を主成分とする燃
焼灰と流動媒体の粉化物のうち、火炉内の上昇ガス流れ
に同伴できなかった部分が滞留すると考えられる。また
流動が緩慢であると、粒径の大きい粒子が上部に、粒径
の小さい粒子が下部に集まり、粒径の小さい粒子の蓄積
が加速される。

【００２２】さらに、分散板直上部は燃焼反応がまだ進
行しておらず、ＣＯ₂分圧が低いため、石灰石の脱炭酸
反応が進行しやすくなる。分散板直上部に蓄積された流
動媒体で脱炭酸反応が進行してＣaＯの比率が高まる
と、反応性が高いためＳiＯ₂及びＡl₂Ｏ₃との間で固相
反応が進行しやすくなる。

【００２３】固相反応によるアグロメの生成を抑制する
ためには、分散板直上での微細粒子の滞留抑制と、固相
反応により生成した粗大粒子の除去が必要となる。微細
粒子を火炉内に滞留させないためには、（1）空塔速度
を上昇させる、あるいは空気ノズルからの噴出速度を増
加させることにより、微細粒子を燃焼ガスに同伴させて
火炉から飛散させる方法及び、（2）蓄積した部分を炉
底から排出する方法がある。しかし空塔速度を上げると
飛散する灰量が増え、脱塵設備の負荷が増大する。さら
には流動媒体の流動が活発となり、伝熱管の磨耗が顕著
になるため不適当である。また空気ノズルからの噴出速
度を増大させても死角の解消には不十分であり、炉底か
らの排出が最も効果的である。また粗粒アグロメは炉底
部に滞留する傾向があり、これを排除するためにも炉底
抜き出しを利用することが最も効果的である。

【００２４】流動層ボイラの概略構造の一例を図８に示
す。図示の流動層ボイラは、伝熱管１５を内装して火炉
１１を形成する炉体１００と、火炉１１の底部にほぼ水
平に火炉１１を横断するように配置された空気分散板１
２と、空気分散板１２の下方に形成されたウインドボッ
クス６６と、空気分散板１２及び炉体１００の下端を上
下方向に貫通して配置され一端が空気分散板１２の上面
で開口する流動媒体の抜き出し管路９１と、同じく空気
分散板１２及び炉体１００の下端を上下方向に貫通して
配置され空気分散板１２の上面で開口する炉底灰の排出
管路９０と、炉体１００に接続して設けられ火炉１１に
燃料を供給する燃料ノズル９３と、前記流動媒体の抜き
出し管路９１の他端に流動媒体の移送管路９４を介して
接続された流動媒体の貯蔵装置９５と、流動媒体の貯蔵
装置９５底部と火炉１１を連通する流動媒体の供給管路
９２と、を含んで構成されている。移送管路９４と抜き
出し管路９１の接続部、及び移送管路９４の垂直部分の
下端には、それぞれ流動媒体を気体搬送するための搬送
気体が供給されるようになっている。なお、火炉１１を
加圧するための装置等は図示を省略してある。

【００２５】火炉１１の底部に設置された空気分散板１
２の上に流動媒体を充填し、空気分散板１２の下方のウ
インドボックス６６に燃焼用の空気を供給し、この空気
を空気分散板１２に形成された空気穴から上方に吹き出
させて流動媒体を流動化させる。運転中ボイラの負荷を
降下させる場合（負荷が低下した場合も同じ）、同じく
火炉の底部に設置された流動媒体の抜き出し管路９１か
ら、負荷の降下にあわせて流動媒体を火炉１１から抜き
出し、抜き出された流動媒体を貯蔵装置９５に移送す
る。負荷上昇時には、流動媒体の貯蔵装置９５から火炉
の側面に設置された前記流動媒体の供給管路９２を経て
流動媒体を火炉内に供給する。

【００２６】燃料ノズル９３から供給された石炭は流動
層で流動しながら燃焼し、生成した燃焼灰は燃焼ガスと
ともに火炉から排出されるが、一部はガス流れに同伴さ
れずに炉内に残留する。また流動媒体も火炉内で流動し
ながら衝突及び反応により部分的に磨耗し、これにより
生成した小粒径粒子も一部は火炉内に残留する。

【００２７】空気分散板１２上での燃焼灰を含む小粒径
灰の蓄積を防ぐために、図７に示すように炉底灰の排出
管路９０の周囲の空気分散板１２に傾斜をつけ、炉底部
をホッパ形状とし、随時小粒径灰を空気分散板近傍から
排出できる構造とすることが一般的に実施されている。
これにより炉外に排出された小粒径灰を含む流動媒体は
廃棄される。

【００２８】しかし、負荷降下時に流動媒体の抜き出し
管路９１から抜き出された流動媒体中に含まれる小粒径
灰及び粗粒子は、流動媒体貯蔵設備９５に戻されて再び
そのまま流動媒体とともに負荷上昇時に火炉内に戻さ
れ、炉内での固相反応によるアグロメ生成の原因物質と
なる。

【００２９】これを避けるために、小粒径灰及び粗粒子
を流動媒体循環の途中で除去し、再び火炉内に戻されな
いようにする必要がある。このため、粗粒アグロメは流
動媒体の貯蔵装置９５に戻した後、貯蔵装置内で分級、
除去される。例えば図１に示すように貯蔵装置９５内に
所定の大きさの穴を多数設けたスクリーンを水平面に対
して傾斜させて張り、この傾斜スクリーンの上に貯蔵装
置９５内に戻された流動媒体を投入し、粗粒子を分離す
る。これにより流動媒体中の特定粒径範囲を超える径の
粒子は循環する流動媒体中から除去され、この流動媒体
は再び火炉内に戻されてもアグロメを生成しなくなる。

【００３０】小粒径灰は上述した貯蔵装置９５内での分
級方式では、循環する流動媒体からの分離は不可能であ
る。逆に移送管路９４内を移送されてくる過程で管路内
に堆積し管路を閉塞することが危惧される。そこで移送
管路内での詰まりを防ぐために、火炉に近い側すなわち
火炉直下で小粒径灰を流動媒体中から分離する必要があ
る。

【００３１】通常炉底からの流動媒体の抜き出しは負荷
降下時に実施される。しかし負荷降下時にのみ流動媒体
の抜き出しを実施するのでは不十分であり、通常の一定
負荷運転時にも流動媒体の抜き出しができる方策を講じ
なければならない。加圧流動層ボイラの出力は熱吸収量
により決まるため、流動層の設定温度を上昇させると、
伝熱面積すなわち流動層の高さを下げる必要がある。こ
れに対して流動層の設定温度を低下させると、伝熱面積
すなわち流動層の高さを上げなければならない。この流
動層の温度設定を利用して流動媒体の出し入れを実施
し、一定負荷運転時においても流動媒体中の粗粒子の分
級が可能となる。

【００３２】上記課題を達成する本発明の第１の手段
は、流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動媒体貯蔵設
備へ送る管路と、流動媒体貯蔵設備から流動層火炉へ流
動媒体を供給する管路とを備えてなる加圧流動層ボイラ
において、前記流動層火炉と前記流動媒体貯蔵設備の間
あるいは前記流動媒体貯蔵設備に流動媒体を分級する設
備を備えたことを特徴とする。

【００３３】上記課題を達成する本発明の第２の手段
は、流動媒体を流動層火炉から抜き出して流動媒体貯蔵
設備へ送る管路と、流動媒体貯蔵設備から流動層火炉へ
流動媒体を供給する管路とを備えてなる加圧流動層ボイ
ラの運転方法において、一定負荷運転時に、流動層の温
度設定値を上昇させて前記流動層火炉から流動媒体を抜
き出し、抜き出された流動媒体中に含まれる特定粒径範
囲以外の径の流動媒体粒子を、流動媒体を前記流動媒体
の貯蔵設備内に移送する過程で分離することを特徴とす
る。

【００３４】上記課題を達成する本発明の第３の手段
は、流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動媒体貯蔵設
備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層火炉へ流動
媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイラの運転方
法において、負荷の降下時に、前記流動層火炉から流動
媒体を抜き出し、抜き出された流動媒体中に含まれる特
定粒径範囲以外の径の流動媒体粒子を、流動媒体の貯蔵
設備内に移送する過程で分離することを特徴とする。

【００３５】上記課題を達成する本発明の第４の手段
は、流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動媒体貯蔵設
備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層火炉へ流動
媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイラにおい
て、前記流動層火炉から抜き出された流動媒体中に含ま
れる特定粒径以上の径の粒子を分離するため、該流動媒
体の貯蔵設備内に、所定の大きさの穴を多数有する傾斜
スクリーンもしくは円錐形状スクリーンを備え、該傾斜
スクリーンもしくは円錐形状スクリーンの下端に分離さ
れた粗粒子を排出する設備を備えたことを特徴とする。

【００３６】上記課題を達成する本発明の第５の手段
は、流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動媒体貯蔵設
備へ送る流動媒体抜き出し管路と流動媒体貯蔵設備から
流動層火炉へ流動媒体を供給する管路を備えた加圧流動
層ボイラにおいて、前記流動層火炉から抜き出された流
動媒体中に含まれる特定粒径以下の径の粒子を分離する
ため、前記流動層火炉直下の流動媒体抜き出し管路に、
内管を網目状金属で構成した二重管式分級設備を備えた
ことを特徴とする。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を参照
して説明する。

【００３８】〈実施例１〉本実施例は、図８に示す加圧
流動層ボイラの流動媒体の貯蔵装置９５を、図１に示す
流動媒体の貯蔵装置９５に置き換えたものである。図示
の貯蔵装置９５は、両端が閉じられ軸線をほぼ鉛直にし
て配置された円筒形の容器９５Ａと、容器９５Ａの上端
部中心軸上に設置され一端を容器９５Ａ内に開口し他端
が移送管路９４に接続された流動媒体の投入ノズル９８
と、容器９５Ａの下端部中心軸上に設置され一端を容器
９５Ａ底面に開口し他端が流動媒体の供給管路９２に接
続された流動媒体の供給ノズル９９と、容器９５Ａ内上
部に水平面に対して傾斜して張設された傾斜スクリーン
５１と、傾斜スクリーン５１の一番低い位置の端部が接
する容器９５Ａの壁面に、外方に突出して形成された粗
粒子の排出管路９７と、を含んで構成されている。流動
媒体の貯蔵装置９５以外の構成は前記図８に示す加圧流
動層ボイラの構成と同じであり、図示と説明は省略して
ある。

【００３９】図１に示す流動媒体の貯蔵装置９５を備え
た加圧流動層ボイラにおいて、加圧流動層ボイラの出力
を100％から75％へ降下させるのに伴い、炉内の流動媒
体の25％に相当する量を、流動層火炉の底部の流動媒体
の抜き出し管路９１から抜き出し、移送管路９４を経て
流動媒体の貯蔵装置９５に移送した。

【００４０】流動媒体の貯蔵装置９５内には、図１に示
すようにメッシュサイズ5．56mmのＳＵＳ製傾斜スクリ
ーン５１を、水平面に対して傾斜した向きに設置してあ
る。傾斜角は流動媒体の安息角以上の角度としてある。
貯蔵装置９５内に戻された流動媒体は傾斜スクリーン５
１上を流れ下り、流動媒体中の小さい粒子は流れ下りな
がら傾斜スクリーン５１の穴を通って容器９５Ａ底部に
落下する。傾斜スクリーン５１の穴を通過しない大きさ
の粒子（粗粒子）は、傾斜スクリーン５１上をそのまま
下方に流れ下り、粗粒子の排出管路９７を経て流動媒体
の循環経路該に取り出される。

【００４１】これにより粒径5．56mm以上の粗粒アグロ
メは、抜き出された流動媒体中より分離除去された。粗
粒アグロメが分離された流動媒体１８は流動媒体の貯蔵
装置９５内に貯えられ、負荷上昇時に再び火炉１１へ供
給される。流動媒体の投入ノズル９８は本実施例では容
器９５Ａの中心軸上に設置されているが、傾斜スクリー
ン５１の相対的高さが高い位置に偏心して設置すると分
級効率が高まる。分離された粗粒アグロメは傾斜スクリ
ーン５１の傾きに従って、傾斜スクリーン５１の下端に
設置された粗粒子の排出管路９７に移動し、流動媒体の
循環経路から除去された。これにより、アグロメ生成の
もう一つの原因物質である粗粒状ズリも流動媒体中から
排除することができた。

【００４２】〈実施例２〉本実施例は、図８に示す加圧
流動層ボイラの流動媒体の貯蔵装置９５を、図９に示す
流動媒体の貯蔵装置９５に置き換えたものである。図示
の貯蔵装置９５は、両端が閉じられ軸線をほぼ鉛直にし
て配置された円筒形の容器９５Ａと、容器９５Ａの上端
部に偏心設置され一端を容器９５Ａ内に開口し他端が移
送管路９４に接続された流動媒体の投入ノズル９８と、
容器９５Ａの下端部中心軸上に設置され一端を容器９５
Ａ底面に開口し他端が流動媒体の供給管路９２に接続さ
れた流動媒体の供給ノズル９９と、容器９５Ａ内上部に
軸線を容器９５Ａの中心軸線に一致させて配置された漏
斗形の円錐状スクリーン５２と、円錐状スクリーン５２
の一番低い位置の端部（小径端）に接続された粗粒子貯
蔵容器５５と、粗粒子貯蔵容器５５の下端開口に接続さ
れた弁５５Ａと、弁５５Ａより下方の炉壁に外方に突出
して形成された粗粒子の排出管路９７と、粗粒子貯蔵容
器５５と排出管路９７とを弁５５Ａを介して連通する管
路５５Ｂと、を含んで構成されている。流動媒体の貯蔵
装置９５以外の構成は前記図８に示す加圧流動層ボイラ
の構成と同じであり、図示と説明は省略してある。

【００４３】図９に示す流動媒体の貯蔵装置９５を備え
た加圧流動層ボイラにおいて、100％定負荷で運転中に
加圧流動層の基準層温度を860℃から885℃へと25℃上昇
させた。これに伴い炉内の流動媒体の10％に相当する量
を、流動層火炉の底部の流動媒体の抜き出し管路９１か
ら抜き出し、移送管路９４を経て流動媒体の貯蔵装置９
５に移送した。

【００４４】図９に示すように、メッシュサイズ5．56m
mのＳＵＳ製メッシュスクリーンで円錐状スクリーン５
２が形成され、容器９５Ａ内にスクリーンの頂点を下向
きにして張設してある。流動媒体の投入ノズル９８は容
器９５Ａの中心軸から偏心した位置に取付けられてい
る。円錐状スクリーン５２の傾斜角は流動媒体の安息角
以上の角度とし、貯蔵装置９５内に戻された流動媒体は
円錐状スクリーン５２上を流れ下りながら分級された。
分級された粗粒子は、円錐の頂点の下側に設置された粗
粒子貯蔵容器５５に貯えられ、排出管路９７を経て排出
され、粗粒アグロメは流動媒体の循環経路から除去され
た。200時間以上の定負荷運転が継続される場合は、200
時間経過ごとにこの操作を繰り返すのが望ましい。これ
により、アグロメ生成のもう一つの原因物質である粗粒
状ズリを流動媒体中から排除することができた。

【００４５】〈実施例３〉本実施例は前記実施例１，実
施例２の加圧流動層ボイラの流動媒体の抜き出し管路９
１及び移送管路９４の一部を、図１０に示す構成に置き
換えたものであり、他の構成は前記実施例１，実施例２
の構成におなじである。本実施例においては、図１０に
示すように、流動層火炉直下の流動媒体の抜き出し管路
９１に傾斜部分を設け、この傾斜した部分の一部の管路
を二重管式管路９１Ａとし、二重管の内管をＳＵＳ製エ
キスパンドメタルで形成して二重管式スクリーン５３を
構成した。エキスパンドメタルのメッシュサイズは1mm
×0．4mmとした。二重管式管路９１Ａの内管（二重管式
スクリーン５３）の末端を垂直に配置された移送管路９
４の途中に接続し、二重管式管路９１Ａの外管を前記内
管の末端よりも延長し、その末端を二重管式管路９１Ａ
の下流端下方に配置された微粒子貯蔵容器５６の上面に
接続した。微粒子貯蔵容器５６内部は、移送管路９４の
前記内管との接続部よりも上方の位置に管路９４Ａで連
通されている。また、垂直に配置された移送管路９４の
下端には、流動媒体を気体搬送するための搬送気体が供
給されるようになっている。微粒子貯蔵容器５６の底部
には開口が設けられ、微粒子取り出し用の弁５６Ａが取
り付けられている。また、抜き出し管路９１の傾斜部分
の上流側（高い側）には、図示されていない搬送気体供
給手段が接続されている。抜き出し管路９１の傾斜部分
を設ける位置は、流動層火炉直下の、できるだけ火炉に
近い位置とするのが望ましい。

【００４６】上記構成の加圧流動層ボイラにおいて、定
格負荷で運転中に、加圧流動層の基準層温度を860℃か
ら885℃へと25℃上昇させた。これに伴い炉内の流動媒
体の10％に相当する量を、流動層火炉の底部に流動媒体
の抜き出し管路９１から抜き出し、移送管路９４を経て
流動媒体の貯蔵装置９５に移送した。

【００４７】図１０に示すように、流動層火炉直下の流
動媒体の抜き出し管路９１の傾斜した部分の一部の管路
を二重管式管路９１Ａとし、二重管の内管をＳＵＳ製エ
キスパンドメタルで二重管式スクリーン５３を形成して
ある。二重管式スクリーン５３のメッシュサイズは1mm
×0.4mmとしてあるので、火炉から抜き出された流動媒
体のうち、粒径0．4mm以下の微細粒子は二重管式管路９
１Ａを流下しながら二重管式スクリーン５３により分級
された。分級された微細粒子は外管を流下して微粒子貯
蔵容器５６に貯えられ、流動媒体の循環経路から分離除
去された。微細粒子とともに微粒子貯蔵容器５６に流入
する搬送気体は、管路９４Ａを経て移送管路９４に導か
れるから、前記外管、微粒子貯蔵容器５６、管路９４
Ａ、移送管路９４という搬送気体の流れができ、内管か
ら外管に落下した分級された微細粒子は、この搬送気体
の流れにのって微粒子貯蔵容器５６に導かれる。

【００４８】200時間以上の定負荷運転が継続される場
合は、200時間経過ごとにこの操作を繰り返すのが望ま
しい。

【００４９】これにより、流動層直下で微細粒子を除去
できるため、抜き出し配管内での微細粒子の固着による
閉塞をも防止することができた。

【００５０】〈実施例４〉図１に示す流動媒体の貯蔵装
置９５を備えた加圧流動層ボイラを75％定格負荷で運転
中に、加圧流動層の基準層温度を860℃から885℃へと25
℃上昇させた。これに伴い炉内の流動媒体の10％に相当
する量を、流動層火炉の底部の流動媒体の抜き出し管路
から抜き出し、移送管路９４を経て流動媒体の貯蔵装置
９５に移送した。

【００５１】流動媒体の貯蔵装置９５内には、図１に示
すように、メッシュサイズ5．56mmのＳＵＳ製傾斜スク
リーン５１を、水平面に対して傾斜した向きに設置して
ある。傾斜角は流動媒体の安息角以上の角度としてある
から、貯蔵装置９５内に戻された流動媒体は傾斜スクリ
ーン５１上を流れ下り、流動媒体中の小さい粒子は流れ
下りながら傾斜スクリーン５１の穴を通って容器９５Ａ
底部に落下する。傾斜スクリーン５１の穴を通過しない
大きさの粒子（粗粒子）は、傾斜スクリーン５１上をそ
のまま下方に流れ下り、粗粒子の排出管路９７を経て流
動媒体の循環経路該に取り出される。

【００５２】これにより粒径5．56mm以上の粗粒アグロ
メは、抜き出された流動媒体中より分離除去された。粗
粒アグロメが分離された流動媒体１８は流動媒体の貯蔵
装置９５内に貯えられ、負荷上昇時に再び火炉１１へ供
給される。流動媒体の投入ノズル９８は本実施例では容
器９５Ａの中心軸上に設置されているが、傾斜スクリー
ン５１の相対的高さが高い位置に偏心して設置すると分
級効率が高まる。分離された粗粒アグロメは傾斜スクリ
ーン５１の傾きに従って、傾斜スクリーン５１の下端に
設置された粗粒子の排出管路９７に移動し、流動媒体の
循環経路から除去された。これにより、アグロメ生成の
もう一つの原因物質である粗粒状ズリも流動媒体中から
排除することができた。

【００５３】200時間以上の定負荷運転が継続される場
合は、200時間経過ごとにこの操作を繰り返すのが望ま
しい。

【００５４】〈実施例５〉流動媒体の抜き出し管路９１
と移送管路９４に図１０に示す構成を備えた加圧流動層
ボイラを100％定格出力で運転中、出力を100％から75％
へ降下させるのに伴い、炉内の流動媒体の25％に相当す
る量を、流動層火炉の底部の流動媒体の抜き出し管路９
１から抜き出し、移送管路９４を経て流動媒体の貯蔵装
置９５に移送した。

【００５５】図１０に示すように、流動層火炉直下の流
動媒体の抜き出し管路９１の傾斜した部分の一部の管路
を二重管式管路９１Ａとし、二重管の内管をＳＵＳ製エ
キスパンドメタルで形成して二重管式スクリーン５３を
構成してある。二重管式スクリーン５３のメッシュサイ
ズは1mm×0.4mmとし、火炉から抜き出された流動媒体の
うち、粒径0.4mm以下の微細粒子は流動媒体の抜き出し
管路９１を流下しながら二重管式スクリーン５３により
分級された。分級された微細粒子は微粒子貯蔵容器５６
に貯えられ、流動媒体の循環経路から分離除去された。

【００５６】これにより、流動層直下で微細粒子を除去
できるため、抜き出し配管内での微細粒子の固着による
閉塞をも防止することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、流動媒体中の、特定粒
径範囲より径の大きい粗粒及び特定粒径範囲より径の小
さい微細粒子を、機械的な動作部分のある機械を用いる
ことなく、流動媒体の循環経路から除去することが可能
となり、火炉内での凝集物の生成を抑制できるため、火
炉の安定した運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の要部構成を示す断面図
である。

【図２】ＳiＯ₂−Ａl₂Ｏ₃−ＣaＯ三成分系相平衡図であ
る。

【図３】燃焼灰成形体の圧壊強度に及ぼす熱処理温度の
影響を示すグラフである。

【図４】模擬灰成形体の圧壊強度に及ぼすＣaＯ含有率
の影響を示すグラフである。

【図５】火炉内の流動媒体の粒径分布の火炉高さ方向の
変化を示すグラフである。

【図６】空気分散板形状の一例を示す断面図である。

【図７】空気分散板及び流動媒体抜き出し部の構造の一
例を示す断面図である。

【図８】加圧流動層ボイラの全体構成と流動媒体の循環
経路の例を示す断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例の要部構成を示す断面図
である。

【図１０】本発明の第３の実施例の要部構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

１１流動層火炉１２空気分散板１５伝熱管１８流動媒体５１傾斜スクリーン５２円錐形状スクリーン５３二重管式スクリーン５５粗粒子貯蔵容器５５Ａ弁５６微粒子貯蔵容器５６Ａ弁６１空気噴出孔６５吹き溜まり６６ウインドボックス９０炉底灰の排出管路９１流動媒体の抜出管路９１Ａ二重管式管路９２流動媒体の供給管路９３燃料ノズル９４流動媒体の移送管路９４Ａ管路９５流動媒体の貯蔵装置９５Ａ容器９７粗粒子の排出管路９８流動媒体の投入ノズル９９流動媒体の供給ノズル１００炉体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉井泰雄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)発明者稲田徹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)発明者宮本知彦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)発明者佐藤美雄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)発明者西村定男広島県広島市中区小町４番33号中国電力株式会社内 (72)発明者鮫島哲広島県広島市中区小町４番33号中国電力株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動
媒体貯蔵設備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層
火炉へ流動媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイ
ラにおいて、前記流動層火炉と前記流動媒体貯蔵設備の
間あるいは前記流動媒体貯蔵設備に流動媒体を分級する
設備を備えたことを特徴とする加圧流動層ボイラ。
【請求項２】流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動
媒体貯蔵設備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層
火炉へ流動媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイ
ラの運転方法において、一定負荷運転時に、流動層の温
度設定値を上昇させて前記流動層火炉から流動媒体を抜
き出し、抜き出された流動媒体中に含まれる特定粒径範
囲以外の径の流動媒体粒子を、前記流動媒体の貯蔵設備
内に移送する過程で分離することを特徴とする加圧流動
層ボイラの運転方法。
【請求項３】流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動
媒体貯蔵設備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層
火炉へ流動媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイ
ラにおいて、負荷の降下時に、前記流動層火炉から流動
媒体を抜き出し、抜き出された流動媒体中に含まれる特
定粒径範囲以外の径の流動媒体粒子を、前記流動媒体の
貯蔵設備内に移送する過程で分離することを特徴とする
加圧流動層ボイラの運転方法。
【請求項４】流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動
媒体貯蔵設備へ送る管路と流動媒体貯蔵設備から流動層
火炉へ流動媒体を供給する管路を備えた加圧流動層ボイ
ラにおいて、前記流動層火炉から抜き出された流動媒体
中に含まれる特定粒径以上の径の粒子を分離するため、
前記流動媒体の貯蔵設備内に、所定の大きさの穴を多数
有する傾斜スクリーンもしくは円錐形状スクリーンを備
え、前記傾斜スクリーンもしくは円錐形状スクリーンの
下端に分離された粗粒子を排出する設備を備えたことを
特徴とする加圧流動層ボイラ。
【請求項５】流動媒体を流動層火炉から抜き出し流動
媒体貯蔵設備へ送る流動媒体抜き出し管路と流動媒体貯
蔵設備から流動層火炉へ流動媒体を供給する管路を備え
た加圧流動層ボイラにおいて、前記流動層火炉から抜き
出された流動媒体中に含まれる特定粒径以下の径の粒子
を分離するため、前記加圧流動層火炉直下の流動媒体抜
き出し管路に内管を網目状金属で構成した二重管式分級
設備を備えたことを特徴とする加圧流動層ボイラ。