JPS6129601A

JPS6129601A - 流動層燃焼装置

Info

Publication number: JPS6129601A
Application number: JP14935084A
Authority: JP
Inventors: 武生野谷
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-02-10

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】〔発明の利用分野〕この発明は流動層燃焼装置に係り、特に、伝熱管の腐蝕
および摩耗を防止することができる流動層燃焼ボイラに
関するもの（アル。

〔発明め背景〕

流動層燃焼ボイラは、熱容量が大きいために、石炭鉱山
のぼた山に野積みされている低品位炭を燃焼して、燃料
として有効に利用することができる特徴をもっている。

流動層燃焼ボイラの流動層内に配設した伝熱管の伝熱量
（熱伝達率）は、従来形のボイラにおける燃料の燃焼カ
ス流のみから伝達される伝熱量に比べて大きく、５〜１
０倍程度程度るので、燃料を有効に利用できる流動層燃
焼ボイラは、省エネルギー化の進む近年脚光を浴びてい
る。

流動層燃焼ボイラは、流動層内において、１〜１０ｒｒ
Ｖ′′の粒径の石炭を８００〜９００°Ｃの比較的低温
度域で燃焼させるものである。そして、流動媒体として
、燃料となる石炭と脱硫作用をする石灰石とメー用いて
いるので、流動層内において石炭の燃焼ガスの脱硫が容
易に行われると七もに、石炭の燃焼が８００〜９００℃
程度の比較的低温度域での燃焼であるため、窒素酸化物
の発生量が従来の微粉炭燃焼ボイラに比べて少ない。

第３図は従来の流動層燃焼装置の概略を示す図である。

第３図において、流動層燃焼ボイラ１は、空気分散板２
によって流動層３と空気室４とに仕切られ、石炭、石灰
石、燃焼灰等が混合している流動層３内に伝熱管５が配
設されている。石炭および石灰石は、燃料供給管６によ
って搬送用空気とともに、流動層燃焼ボイラ１の底部か
ら流動層３内に供給される。燃焼用空気は、空気供給管
７によって空気室４に供給され、空気分散板２の空気供
給ノズル２２を通って流動層３に供給される。

燃料供給管６によって流動層３に供給される１〜１０胴
の粒径の石炭は、流動層３内における燃焼によって粒径
が徐々に小さくなり、ある粒径以下になると流動層３内
に留まることができず、石炭の燃焼排ガスとともに、流
動層３の上方の空間ｍ５すなわちフリーボード部８に排
出される。石炭の燃焼排ガスとともに流動層３からフリ
ーホード部８に排出される粒径の小さな石炭は、揮発分
力（少なく炭素分が多（て燃焼しにくいので、一部の石
炭はフリーボード部８において燃焼するが完全（こは燃
焼せず、通常１０係程度の未燃石炭が排ガス出口管９か
ら排出される。

排ガス出口管９から排出される石灰石および未燃石炭な
どは、灰捕集装置１０によって捕集さ第１、捕集灰出口
管１１を経て混合ホ・ンノク１２に供給される。

混合ホッパ１２には、石炭が石炭貯蔵ホッパ１３から石
炭供給管１４を経て、また、石灰石が石灰石貯蔵ホッパ
１５から石灰石供給管１６を経て、夫々供給されている
。そして、灰捕集装置１０によって捕集された石灰石や
未燃石炭は、上記の石炭および石灰石と共に燃料供給管
６を経て流動層燃焼ボイラ１内に戻される。灰捕集装置
１０によって石灰石および未燃石炭等が捕集されて清浄
になった燃焼排ガスは、排ガス出口管１７から大気に放
出される。

第４図は、モデル試験装置の流動層内における各種材質
の伝熱管の摩耗試験後の外径減少量と、空気分散板から
の高さとの関係を示す図である。

既に説明した第３図における燃料供給管６から搬送用空
気によって石炭および石灰石が供給されず、そして、空
気供給管７から燃焼用空気が供給されないときの流動層
すなわち静止流動層の上面１８は、空気分散板２から高
さＨ２の位置にある。また、燃料供給管６から搬送用空
気によって石炭および宕灰石が供給されており、そして
、空気供給管７から燃焼用空気が供給されているときの
流動層すなわち運転流動層は体積が増加するので、運転
流動層の上面１９は静止流動層の上面１８よりも高さＨ
。

だけ高い位置にある。運転流動層の上面１９と静止流動
層の上面１８との間の厚さＨ，の層はスプラッシュゾー
ン２０と、また、空気分散板２と静止流動層の上面１８
との間の厚さＨ２の層はバブルゾーン２１と、夫々呼ば
れている。ＳＴＢ、　ＳＵＳ等の各種材質の伝熱管の外
径減少量の説明は、後述の第５図および第６図の説明と
ともに行う。

第５図は流動層内の石炭、石灰石、空気等の状況を示す
図、第６図は流動層内の流動媒体すなわち石炭および石
灰石のかさ密度および流動速度と空気分散板からの高訴
との関係を示す図である。

第５図および第６図において、空気分散板２の空気供給
ノズル２２から供給される燃焼用空気と、図示しない燃
料供給管６によって供給される石炭および石灰石を搬送
する搬送用空気とは、石炭に燃焼用酸素を供給しつつ、
石炭、石灰石、燃焼灰等を押し上げながら気泡２３とな
って、バブルゾーン２１内を上昇する。気泡２３は、バ
ブルゾーン２１内を上昇しながら合体、成長し、スプラ
ッシュゾーン２０内において瞬時に爆発的に膨張する。

したがって、バブルゾーン２１内の流動媒体すなわち石
炭および石灰石のかさ密度は、点線２５′で示すように
一定であるが、スプラッシュゾーン２０内の流動媒体す
なわち石炭および石灰石のかさ密度は、点線２５で示す
ように静止流動層の上面１８から運転流動層の上面１９
に向って低下する。また、バブルゾーン２１内の流動媒
体すなわち石炭および石灰石の流動速度は、実線２４′
で示すように低くて一定であるが、スプラッシュゾーン
２０内の流動媒体すなわち石炭および石灰石の流動速度
は、実線２４で示すように静止流動層の上面１８から運
転流動層の上面１９に向って急激に上昇する。

バブルゾーン２１内の流動媒体すなわち石炭および石灰
石の実線２４′で示す流動速度と、スプラッシュゾーン
２０内の流動媒体すなわち石炭および石灰石の実線２４
で示す流動速度との相違によって、バブルゾーン２１内
の図示しない伝熱管の摩耗による外径減少量と、スプラ
ッシュゾーン２０内の図示−しない伝熱管の摩耗による
外径減少量とが相違して（る。すなわち、第４図におい
て、スプラッシュゾーン２０内では、流動媒体すなわち
石炭お崖び石灰石の流動速度は第６図の実線２４で示す
ように急激に上昇するので、ＳＴＢ、ＳＵＳ等の耐蝕性
を有する材質の伝熱管であっても摩耗による外径減少量
は多いが、バブルゾーン２１内では、流動媒体すなわち
石炭および石灰石の流動速度は第６図の実線２４′で示
すように低いので、ＳＴＢ、ＳＵＳ等の耐蝕性を有する
伝熱管の摩耗による外径減少量は少ない。

また、空気分散板２の空気供給ノズル２２から供給され
る燃焼用空気中の酸素は、流動層３内での石炭の燃焼に
よって徐々に消費されるため、流動層３内の高さ方向の
酸素濃度は、流動層３の底部ちなわち空気分散板２の近
傍では高く、流動層３の頂部すなわちスプラッシュゾー
ン２０では低い。

したがって、スプラッシュゾーン２０内に伝熱管を配設
した場合、伝熱管は、流動速度の速い高温の流動媒体す
なわち石炭および石灰石と接触するととによって摩耗す
るとともに、流動層３内全体が石炭中の硫黄分によって
還元雰囲気であることと、特に、スプラッシュゾーン２
０内は酸素濃度が低いことによって還元雰囲気であるこ
ととか加わって、摩耗が加速されるので従来から問題と
なっていた。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもの
で、流動層燃焼ボイラの流動層のスプラッシュゾーンに
おける伝熱管の摩耗を無くすことのできる流動層燃焼装
置を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

この発明は、流動層燃焼ボイラの流動層のスプラソンユ
ゾーン内以外の部分、すなわち、バブルゾーン内および
流動層の上部のフリーボード部内に伝熱管を配設する。

そして、流動層底部とフリーボード部とに圧力計を設け
て、これら２個の圧力計の圧力の差圧に曖よってスプラ
ッンユゾーンの位置を検出し、流動層底部から流動媒体
！なわち石炭および石灰石を抽出したり、あるいは、流
動一層上部から流動媒体すなわち石炭および石灰石を補
給したりして、スプラッシュゾーンの位置を制御するこ
とにより、スプラッシュゾーンが上昇あるいは下降′し
てバブルゾーン内およびフリーホード部内に配設した伝
熱管に到達しないようにすることを特徴とするものであ
る。

〔発明の実施例〕

この発明に係る実施例を図に基づいて説明する。

第１図はこの発明の流動層燃焼ボイラの概略構造を示す
図、第２図はこの発明の流動層燃焼ボイラの流動層の底
部とフリーボード部との差圧と、流動層の上面の高さと
の関係を示す図である。

第１図番こおいて、伝熱管群２９ａが流動層燃焼ボイラ
１のフリーボード部８内に、また、伝熱管群２９ｂが流
動層燃焼ボイラ１の流動層３のバブルゾーン２１内に、
夫々配設されており、スプラッシュ流動層３内において
スプラッシュゾーンｉｏが空気分散板２の上方のどの位
置にくるかによって決定される。スプラッシュゾーン２
０の位置は、流動層燃焼ボイラ１を設計する際、燃料供
給管６によって石炭と石灰石とを搬送する搬送用空気お
よび空気供給管７から供給される燃焼用空気等の供給空
気量から決定することができる。（Ｒｅｆ　；　Ｓ、　
Ｐ。

Ｂａｂｕ他２．　ＡＩＣｈＥ’ＳＹＭＰＯ３ＩＵＭ　５
ＥＲＩＥＳＮｏ、　１７６、’７４．１７６〜１８６．
１９７８　）スプラッシュゾーン２０の厚さＨ，は、通
常、バブルゾーン２１の厚さＨ２の０．２倍以上の厚さ
であるので、伝熱管群２９ａと伝熱管群２９ｂとの間隔
Ｈもバブルゾーン２１の厚さＨ２の０２倍以上の間隔ニ
しである。既に説明した第４図において、スプラッシュ
ゾーン２０の厚さＨｌはバブルゾーン２１の厚すＨ２の
０．３倍の厚さであり、スプラッシュゾーン２０の頂部
すなわち運転流動層の上面１９の近傍では、伝熱管の外
径減少量が急激に減少している。

空気分散板２の近傍には、流動層燃焼ボイラｌの運転中
にスプラッシュゾーン２０の位置を下降させるために、
流動媒体すなわち石炭および石灰石を抽出する流動媒体
抽出管２６が配設されている。

また、流動層燃焼ボイラ１の運転中にスプラッシュゾー
ン２０の位置を上イ昇させるために、フリーボード部８
から流動媒体すなわち石炭および石灰石を補給する流動
媒体貯蔵ホ・ツバ２８が配設されている。

スプラッシュマ゛−ン２０の位置すなわち運転流動層の
上面１９の高さを検出するために、圧力計３０２がフリ
ーボード部８に、また、圧力計３０ｂが空気分散板２の
直上部に、夫々設けられており、圧力計３０ａの指示圧
力と圧力計３０ｂの指示圧力との差圧ΔＰ１〜ΔＰ３を
用いて、第２図に示す関係によって、運転流動層の上面
１９の高さり、−ｈ３を算出する流動層上面高演算装置
３１が設けられている。

流動層上面高演算装置３１によって算出される運転流動
層の上面１９の高さは、予め定められた高さになるよう
に流動層上面高制御装置３２によって制御される。すな
わち、流動層上面高演算装置３１によって算出される運
転流動層の上面１９の高さが予め定められた高さより低
い場合、流動層上面高制御装置３２によって、燃料供給
管６あるいは流動媒体貯蔵ホッパ２８から流動媒体すな
わち石炭および石灰石が供給され、運転流動層の上面１
９の高さは予め定められた高さまで上昇する。逆に、運
転流動層の上面１９の高さが予め定められた高さより高
い場合、流動層上面高制御装置３２によって、流動媒体
抽出管２６から流動媒体すなわち石炭および石灰石が抽
出され、あるいは、燃料供給管６によっ゛　　　て供給
される石炭および石灰石の供給量が減少させられ、また
は、空気供給管７によって供給される燃焼用空気の供給
量が減少させられて、運転流動層の上面１９の高さは予
め定められた高さまで下降する。

流動層上面高制御装置３２によって運転流動層の上面１
９の高さを予め定められた高さに制御する場合、流動層
上面高制御装置３２と流動媒体抽出弁２７ａ、流動媒体
補給弁２７ｂ、燃料供給弁２７Ｃ１燃焼用空気供給弁２
７ｄとを連結して自動的に制御することができるが、流
動層上面高制御装置３２から警報を出して流動媒体抽出
弁２７ａ、流動媒体補給弁２７ｂ、燃料供給弁２７Ｃ１
燃焼用空気供給弁２７ｄを手−動で制御することもでき
る。

なお、伝熱管群２９ａが流動層燃焼ボイラ１のフリーボ
ード部８（ζ、また、伝熱管群２９ｂが流動層燃焼ボイ
ラｌの流動層３のバブルゾーン２１内に、夫々設けられ
ていると説明したが、流動層燃焼ボイラｌの負荷の容量
によっては、伝熱管群２９ａをフリーボード部８に設け
るだけにするか、または、伝熱管群２９ｂをバブルゾー
ン２１内に設けるだけにするか、何れでもよい。

さらに、伝熱管群２９ａおよび伝熱管２９ｂの伝熱管の
配列は、縦型、横型、傾斜型の何れであっても、流動層
３内の流動媒体すなわち石炭および石灰石による摩耗は
同等である。

また、運転流動層の上面１９の高さを検出するために、
フリーホード部８と空気分散板２の直上部との２個所に
圧力計を設けると説明したが、圧力計を３個所以上に設
ければ、運転流動層の上面１９の高さの検出精度はさら
に向上する。

５発明の効果〕この発明は、以上説明したように、スプラッンュゾーン
内以外の部分、すなわち、バブルゾーン内およびフリー
ボード部内に伝熱管を配設している。そして、スプラッ
ンユゾーンが上昇または下降して伝熱管に到達しないよ
うにスプラッシュゾーンの位置を制御している。したが
って、伝熱管が、スプラッシュゾーン内の流動速度の速
い高温の流動媒体すなわち石炭および石灰石と接触しな
いので、摩耗しない効果がある。また、スプラッンユゾ
ーンの還元雰囲気によって摩耗が加速されない効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の流動層燃焼ボイラの概略構造を示す
図、第２図はこの発明の流動層燃焼ボイラの流動層の底
部とフリーボード部との差圧と、流動層の上面の高さと
の関係を示す図、第３図は従来の流動層燃焼装置の概略
を示す図、第４図は、モデル試験装置の流動層内におけ
る各種材質の伝熱管の摩耗試験後の外径減少量と、空気
分散板がらの高さとの関係を示す図、第５図は流動層内
の石炭、石灰石、空気等の状況を示す図、第６図は流動
層内の流動媒体すなわち石炭および石灰石のかさ密度お
よび流動速度と空気分散板からの高さとの関係を示す図
である。１・・流動層燃焼ボイラ　２・・・空気分散板３・・・
流動層　　　　　　４・・・空気室５・・・伝熱管　　
　　　６・・燃料供給管７・・・空気供給管　　　８・
・・フリーボード部９・・・排ガス出口管　　１０・・
・灰捕集装置１１・・捕集灰出口管　　１２・・・混合
ホッパ１３・・石炭貯蔵ホッパ　１４・・・石炭供給管
１５・・・石灰石貯蔵ホッパ１６・・・石灰石供給管１
７・・排カス出口管　　］８・・静止流動層上面１９・
・運転流動層上面２０・・・スプラッンユゾーン２１・・バブルゾーン　　２２・・・空気供給ノズル２
３・・気泡　　　　　　２４・・・流動速度２５・・・
かさ密度　　　　２６・・・抽出管２７ａ　〜２７ｄ　
−・弁２８・・流動媒体貯蔵ホッパ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動層内に配設した伝熱管内の流体に、前記流動
層内の燃料の燃焼熱量を伝達する流動層燃焼装置におい
て、前記流動層内の燃料を燃焼していないときの静止流
動層内と、前記流動層内の燃料を燃焼しているときの運
転流動層の上部の空間部分とに、夫々前記伝熱管を配設
することを特徴とする流動層燃焼装置。
（２）前記静止流動層内に配設する前記伝熱管と、前記
運転流動層の上部の空間部分に配設する前記伝熱管との
間の距離は、前記静止流動層の鉛直方向の厚さの０．２
倍以上の距離であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の流動層燃焼装置。
（３）少くとも前記運転流動層の底部と前記運転流動層
の上部の前記空間部分との２個所に圧力計を設け、前記
２個所に設けた前記圧力計の指示圧力の差圧によって、
前記運転流動層の上面の高さを検出することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼装置。
（４）前記運転流動層の前記底部から前記運転流動層内
の流動媒体を抽出する流動媒体抽出管と、前記運転流動
層の上部の前記空間部分から前記運転流動層の流動媒体
を補給する流動媒体貯蔵ホッパとを設け、前記運転流動
層の上面の高さが予め定められた高さになるように、前
記運転流動層の上面の上昇および下降を制御することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼装置
。