JPS591901A - 流動層低負荷温度制御方法 - 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】 本発明は、流動層低負荷温度制御方法に関するもので、
とくに、流動床ボイラの流動層を垂直に設けた仕切材に
より相互間のベッド材の流出入の移動を可能に仕切るこ
とによって複数個の単位ベッドを楢成し、単位ベッドを
単位とする部分稼動の手段によって低負荷運転を行り方
式の流動床ボイラにおける流動層負荷温度制御方法に関
するものである。

一般に流動床ボイラは、単一の流動層では負荷変動の対
応範囲が、約１００％〜ｊＯチと狭いのがふつうで、こ
れが流動床ボイラの重大な短所の一つとなっているが、
その理由としてつき゛の点が挙げられる。すなわち、 ■　負荷を下げると流動層の層内ベッド材の温・度が下
フすぎ、燃料の良好な燃焼状態を維持できない。

■　負荷を下げると、空塔速度が流動化開始速度に近く
な夛、層内の流動状態が悪化し、流動域と静止域とが部
分的に存在する層分離の現象が発生して層内温度が均一
でなくなり、そのためたとえば石灰石を投入することに
よる炉内脱硫を行っている場合には、排ガス中の硫黄酸
化物などが増加する異常状態をきたすことになる。

したがって、ボイラの負荷変化範囲を広げるための従来
方法としては、つぎのような方法が行われている。すな
わち、流動層の層内を、垂直に設けた仕切材によって二
つ以上の単位ベッドに仕切フ、それぞれの単位ベッドに
対して等容量の層内伝熱管、燃料供給装置、風箱および
押込送風機をそれぞれ設ける。また、上記の仕切材とし
て、伝熱水管もしくは耐火壁を、二つ以上のベッド内に
おけるベッド材が流動時において相互間の流出入の移動
が自由に行なえるように、移動用の隙間をあけて配置す
る。この仕切材は、ふつうにはフリーボード部に対して
は設けられない。

以上のような従来の方法による負荷制御について説明す
るに際し、説明の簡略化のため、二個の単位ベッドが構
成される場合を例示して説明する。

まず、ボイラ負荷が比較的高い場合、すなわち１００％
〜３０％負荷の場合は、両ベッドを稼動することによっ
て負荷に対応し、比較的低い場合、すなわちＪ０チ〜、
２Ｊ％負荷の場合は、片方のベッドのみを稼動せしめる
ことによって負荷に対応せしめている。

しかし、このような従来方法によると、ボイラ負荷が比
較的低くて片方のベッドのみによる運転状態のとき、ベ
ッド材は、流動時と静止時との層高さの違いによシ、あ
るいは流動時の「バブリング現象」の発生によシ、稼動
側すなわち流動側ベッドから静止側ベッドへの移動の現
象が起こシ、流動側ベッドのベッド材は、両ベツｐ運転
の時よフも少なくなる。これにつき、第１図（支）およ
び第１図（イ）によって以下に説明する。なお、実際の
現象は種々の要素に影響されて、次の説明で完全に整理
できるものではないが、層の膨張という点のみに着目し
て説明する。

ふつうベッド材は、流動することによってベッド材の占
める体積が膨張し、静止時体積の約７．５９２倍の体積
になる。したがって、仮少にこの膨張率をコ倍として説
明することとする。第１図（ト）に示すＡ、Ｂ両ベッド
運転の場合のＡベッドの静止層高および流動層高をそれ
ぞれＨｈｆＪおよび匂とし、Ｂペッドの上記各層高をそ
れぞれＨＢＢおよびＨＢｊとすると、 Ｈｈｅ　＝　ＨＢＥｌ、　　ＨｂＪ　＝　ＨＢ／だから
、：Ｅｈｅ　＝　Ｌ＋ｓ　＝　Ｈｓ ＨＡ／士Ｈｍ／　＝ル と表示することができる＠ また、静止時のベッド材のかさ比重をγＢ、流動時のベ
ッド材のかさ比重をｌとすると、へ＝・ である。

ベッドの巾および奥行がＡ、Ｂ両ベッドでそれぞれ等し
いものとしてＬおよびＴで表示すると、各ベッドに収容
されるベッド材の重量０人。

ＧＢは、 ＧＡ＝　ＧＢ　＝昂・Ｌ−Ｔ−Ｈ８＝η・Ｌ−Ｔ−Ｈ／
となυ、ベッド材全重量Ｇは、 Ｇ＝コ・−・Ｌ−Ｔ−Ｈ日＝コー７−、−　Ｉ、　−Ｔ
　−Ｈ／また、７／に＋霜だから、 Ｇ＝７”、−Ｌ−Ｔ−Ｈ／　　　　、、、、、、（１）
つぎに、Ａベッドのみ運転に切り替えた場合について説
明する。両ベッド運転から単ベッド（へベッド）のみの
運転に切シ替えると、瞬間的にＢベッドは静止するので
、Ｂベッドの層高は両ベッド運転時の静止層高Ｈｅまで
下がる。しかしＡベッドは運転しているので、へベッド
の層高は両ベッド運転時の流動層高Ｈ／のま＼であるか
ら、層高にレベル差ｄが生じ、その結果、移動用の隙間
ｅを通じてＡベッドからＢベッドへのベッド材の流入が
始まる。こ＼で、Ｂベッドめ静止層高とＡベッドの流動
層高が等レベルになるまでベッド材の移動が続くと仮定
する。

このときのＡベッドの静止層高をＨ゛ムａ流動層高をＨ
’Ａ／、Ｂペッドの静止層高をＨ’ＢＩＴとすると、前
述の仮定により第１図（イ）に示すように、Ｈ’Ｂ８　
＝　Ｈ’Ａ／ となる〇 つぎに、このときのＡベッドとＢベッドとのベッド材の
重量バランスにりｈて考える。

Ａベッドのベッド材重量Ｇムは、 Ｇ１ム＝η・Ｌ−Ｔ−Ｈ′Ａ／ Ｂペッドのベッド材重量ＱＢは、 Ｇ’Ｂ　＝γ。・Ｌ−Ｔ−ＨＩＢＢ これよシベッド材の全重量Ｇは、 Ｇ　＝　Ｇ’ム＋Ｇ’ｓ　＝　７７−Ｌ−Ｔ　Ｈ’ν＋
−・Ｌ−Ｔ−Ｈ′Ｂｔ１トコロカ、７／　＝　４７６ｓ
　Ｈ’ｓａ　＝　Ｈ’Ａ／だから、Ｇ＝＋昂・Ｌ−Ｔ−
Ｈ’Ａ／＋ル・Ｌ−Ｔ−Ｈ’Ａ／＝Ｔ脂・Ｌ−Ｔ−Ｈ’
、ｙ　　　、、、、、、（２）ベッド材の全重量Ｇは、
両ベッド運転の場合と単ベッド（Ａベッド）のみの運転
の場合との間で変化していないので、α）およびし）よ
シ、Ｇ＝−・Ｌ−Ｔ−Ｗ＝７−ｒ８・Ｌ−Ｔ−ＨＩＡ／
・”　Ｈ’Ａ／＝　ｓ　Ｈｆ この式の意味は、単ベッド（Ａベッド）のみの運転の場
合のＡベッドの流動層高Ｈ’ａ／は、両ベッド運転時の
流動層高Ｈ／の１になることであフ、また単ベッド（Ａ
ベッド）のみの運転時の静止層高Ｈ’Ａ８も、両ベッド
運転時の静止層高ＨｅのＴになることである。実際に試
験してみると、試験条件にもよるが、単ベッドのみの運
転時の静止層高が、両ベッド運転時の静止層高のに０〜
４ｊ％になるデータを得ている。したがって、従来方法
のように、ベッドをこのような要領で仕切９１層内の伝
熱管の配置を図示のように層内に均等に配置し、ボイラ
負荷１００　％で両ベッド運転の場合の層内のベッド材
温度を、炉内脱硫ないしはベッド内の灰の溶融を防ぐ意
味で、１３θＯＣ程度になるように伝熱管の伝熱面積を
確保しておくと、単ベッドでボイラ負荷ｓｏ％の運転を
した場合、前述の計算結果では、＠／図（イ）に糸すよ
うに、流動層高がボイラ負荷１００％の両ベッド運転時
の−に下がるので、層内伝熱管の＋が流動層界面の上方
に露出することになる。したがって、ボイラ負荷１０ｏ
　％の両ベッド運転から、ボイラ負荷ｊｏｔｌｐの単ベ
ッド運転にすると、熱伝達のきわめて良好な流動層内の
伝熱面積は、単ベッド伝熱面積の７まで減少するので、
燃料供給量に対する伝熱面積が減少し、層内での熱の受
給のバランスが崩れ、単ベッド内の流動しているベッド
材の温度が異常に上昇する。このため、炉内に石灰石を
投入することによって炉内脱硫を行っている場合には、
脱硫率が激減し、その結果排ガス中の硫黄酸化物が異常
に増加したり、さらにベッド材中の灰が溶融したりする
ことになる。

このように、従来の負荷制御の方法では、上記の単ベッ
ド運転の場合も含めて、二つ以上おるベッドのうちのい
（つかのベッドを休止し、残少のベッドのみを運転して
いるときに致命的な欠点がある。

本発明は上記の欠点を排除するためになされたもので、
流動床ボイラの負荷変動の可能範囲を従来のものよシ格
段に広げることを可能とし、低負荷状態における層内の
ベッド材の流動状態の改善と層内温度の均一化を図シ、
もって投入燃料の良好な燃焼状態を維持することのでき
る温度制御方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

つぎに本発明方法の構成につき実施例を示す各図面に基
いて以下に具体的に説明する。

まず、第２図（ト）および第２図（イ）に示すものは、
第２図（ト）はＡ、Ｂ両ベッド運転時を示し、第２図（
イ）はＢベッドを休止した箪ベッド（へベッド）運転を
示すが、Ａ、Ｂ両ベッドの各伝熱管ｌおよびコのそれぞ
れの伝熱面積をアンバランスにし、伝熱管／の伝熱面積
のうち、単ベッド（Ａペッド）のみの運転時の流動層高
内に埋没する部分の伝熱管ｌの伝熱面積を、伝熱管／お
よびコの全伝熱面積のｊｏｔｓとなるようにする方法で
ある。

との方法では、両ベッド運転の場合、第２図（ト）に示
すようにＡベッドとＢベッドとのそれぞれの伝熱面積は
異なるから、両ベッドの伝熱量はたがいに異なっている
が、へベッドとＢベッドとに供給されている燃料は、そ
れぞれの燃料供給管Ｊおよびグによって等量を供給され
ているので、伝熱面積の小さい方のベッド□すなわちＢ
ベッド材の温度は上昇しようとし、伝熱面積の大きい方
のベッド−すなわちへベッドのベッド材の温度は下降し
ようとするが、両ベッドとも流動状態にあるので、一方
のベッドから他方のベッドへの熱の移動はスムースに行
われ、両ベッドとも均一な温度になる。

つぎに、これを単ベッド（へベッド）のみの運転に切少
替えると、第２図（イ）に示すように、Ａペッドのみで
は、Ａペッド内の流動層内の伝熱面積、ならびに燃料供
給量は、いずれもボイラ負荷ｔｏｏ　Ｌｓの両ベッド運
転時のそれぞれｓｏ％になってへベッド層内の熱の受給
はバランスし、ボイラ負荷ｔｏｏ　％の両ベッド運転時
と同じベッド材温度になシ、シたがって異常変化を起こ
ｌさない。

つぎに、第３図（ト）ならびに第３図（イ）に示す実施
例では、第３図（ト）はＡ、Ｂ両ベッド運転時を示し、
用コ図（イ）はＢベッドを休止した単ベッド（Ａペッド
）運転を示すが、Ａ、Ｂ両ベッドとも伝熱管の伝熱面積
は同じであり、伝熱管の上面高さの配置を変えた例が示
される。つまり、Ａベッド内の全伝熱管を単ベッド（へ
ベッド）のみの運転時・の流動層高以下に収納配置した
例である。この方法によっても、第２図例のものと同効
が得られ、ボイラ負荷７００　％の両ベッド運転の時と
、ボイラ負荷ＪＯ％の単ベッド（へベッド）のみの運転
の時との間に、流動層内のベッド材の温度差が生じない
。

第Ｖ図（支）ならびに第Ｖ図（イ）のものは、第７図（
ト）はＡ、Ｂ両ベッド運転時を示し、第２図（イ）はＢ
ベッドを休止した単ベッド（Ａベッド）運転を示すが、
さらに異なる実施例を示す。本例では、伝熱管の伝熱面
積や配置、および負荷に対応する両ベッドの合計燃料供
給量は従来のま＼として、それぞれの燃料供給量をＢペ
ッドを多く、Ａベッドを少くアンバランスにすることに
よシ、ボイラ負荷ｔｏｏ　％の両ベッド運転時における
流動層内のベッド材の温度と等しい温度になるように、
単ベッド（Ａペッド）のみの運転時のＡベッドに対する
最大燃料供給量を決める方法を示す。この方法の場合も
、前記の各実施例の場合と同様の効果が得られることは
明らかである。

第５図は、従来の流動床ボイラで行われた負荷制御方法
による場合の、ボイラ負荷に対応する流動層内ベッド材
の温度の変動を示すもので、図示のように、ボイラ負荷
５θチの単ベッド運転時に異常に上昇し、正常運転温度
範囲の上限値（ｚｓｏｏ）を大きく突破して各種の弊害
を引き起こしていた。第４図は、本発明方法（第２図、
第３図の方法）を適用した場合の流動層内ベッド材の温
度の変動を示し、図示のようにボイラの全負荷範囲（，
２ｊ％−７００％　）において、ボイラ負荷１００％時
の温度以下に納まシ、その結果、従来方法でしばしば発
生していたベッド劇中の灰６溶融、あるいは排ガス中の
硫黄酸化物の異常上列などの問題は解消した。第２図は
、本発明方法（第７図の方法）を適用した場合の流動層
内ベッド材の温度の変動を示し、この場合も同様にベッ
ド利の温度の異常上昇による問題は解消した。

本発明方法は以上のように構成されるので、流動床ボイ
ラの負荷変動で流動しているベッド材の温度が正常な範
囲を従来のものより格段に広げることができ、低負荷状
態における層内温度の均一化が図られ、もって投入燃料
の良好な燃焼状態を維持することができるというすぐれ
た効果がある。

なお、本発明の実施例では、説明を簡略化するため、流
動層を二つ＼１に仕切った場合についてのみ例示して説
明したが、二つ以上に仕切つた場合についても、上記に
準じて説明が可能であることは明白であシ、同効を得ら
れることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図（７）および第１図（イ）はいずれも従来の低負
荷温度制御方法におけるそれぞれ異なる運転状態を示す
説明図、第２図（支）および第２図（イ）はいずれも本
発明にか−る低負荷温度制御方法のム実施例におけるそ
れぞれ異なる運転状態を示す説明図、第３図（７）およ
び第３図（イ）はいずれも本発明方法の他の実施例にお
けるそれぞれ異なる運転状態を示す説明図、第Ｖ図（ト
）および第７図（イ）はいずれも本発明方法のさらに他
の実施例におけるそれぞれ異なる運転状態を示す説明図
、第３図は従来の低負荷温度制御方法における性能を示
すグラフ線図、第５図および第２図はいずれも本発明に
か＼る低負荷温度制御方法における性能を示すグラフ線
図である。 Ａ、Ｂ、、、ベッド、ｌ、コ０１．伝熱管、ｊｌグ０６
．燃料供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０）　流動床ボイラの燃焼室で、流動層内を複数個の単
   位ベッドに仕切〕、相隣る単位ベッド間の仕切りはベッ
   ド材の流出入の移動を可能とし、単位ベッドを単位とす
   る部分稼動の手段によって低負荷運転を行う流動床ボイ
   ２におｈて、低負荷運転時に稼動せしめられる単位ベッ
   ドの伝熱管の配置と低負荷運転時に体止匂しめられる単
   位ベッドの伝熱管の配置とに差を設けて低負荷運転時に
   おける伝熱管の熱の受給量を所望の量とすることを特徴
   とする流動層低負荷温度制御方法。 φ）　流動床ボイラの燃焼室で、流動層内を複数個の単
   位ベッドに仕切フ、相隣る単位ベッド間の仕切りはベッ
   ド材の流出入の移動を可能とし、単位ベツ゛！ド”を単
   位とする部分稼動の手段によって低負荷運転を行う流動
   床ボイラにおいて、低負荷運転時に稼動せしめられる単
   位ベッドに対する燃料供給量と低負荷運転時に休止せし
   められる単位ベッドに対する燃料供給量とに差を設けて
   低負荷運転時における伝熱管の熱の受給量を所望の量と
   することを特徴とする流動層低負荷温度制御方法。