JPS6298105A

JPS6298105A - 流動層燃焼装置

Info

Publication number: JPS6298105A
Application number: JP23706785A
Authority: JP
Inventors: Takeo Notani; 武生野谷
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1987-05-07

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】（産業上の利用分野）本発明は流動層燃焼装置に係り、特に流動層内に蒸発器
と過熱器の２種以上の伝熱管を設置した流動層燃焼装置
に関する。

（従来の技術）流動層燃焼装置は、装置の底部に設けた空気室の天井部
を構成する多孔の空気分散板を介して、その上部にある
流動層に流動他用兼燃焼用空気を供給し、流動層を形成
する流動媒体（砂、セメント用タリンカーなどの耐熱性
粒子で構成され、場合によっては、石灰石などの説硫剤
粒子を含むことがある）を、あたかも水の沸騰するよう
な状態に流動化させ、流動層中に供給される石炭粒子な
どのような燃料を燃焼させるものである。

流動層の高さは５０〜１００ａａ程度であり、７００〜
１０００℃程度に加熱された高温の流動媒体の有する大
きな熱容量のため、石炭に限らず、含水率の高い汚泥や
難燃性のＥＰ灰（ボイラなどの煙道に設けられた電気集
じん器で捕集された重油や石炭の燃焼線じん、燃焼灰を
いう）や石油コークスなども容易に燃焼させることがで
きる。

しかしながら、流動層燃焼装置では留意すべき問題点が
ある。すなわち燃料を１０００℃以上の高温で燃焼させ
ると、燃焼用空気に含まれている窒素と酸素が結合して
酸化窒素（ＮＯｘ）を生成し、これが燃焼排ガス中に高
濃度に含有されると、環境汚染という公害問題が生じる
。また、硫黄分を多く含む燃料を燃焼させる場合、流動
媒体に石灰石粉末を混合して、燃焼によって生成する硫
黄酸化物（ＳＯｘ）を除去することが行なわれるが、こ
の脱硫反応を効果的に行なうには、流動層の温度を８５
０〜９５０℃に維持することが必要である。

一方、流動層の温度が低温に過ぎると石炭粒子などの燃
料が中心部に未燃分を残したままで装置外に排出されて
しまうという問題があり、以上の諸問題を考慮しつつ、
流動層温度を適切に維持して運転することが必要である
。

第５図は、従来から採用されている流動層燃焼装置の縦
断面図である。この装置は、流動層燃焼装置の周壁１と
流動層２０内に設置された蒸発器２と、蒸発器管３と、
蒸発器管寄２ａから成っている。流動層の底部は多数の
空気供給孔を備えた空気分散板８が設けられ、空気分散
板の下方には空気室が設けられる。第５図では空気室は
隔壁２２により３つの空気室９ａ、９ｂ、９ｃに分割さ
れ、空気管２１からそれぞれ空気が供給されるようにな
っている。蒸発器管３は空気分散板８に取付けられたチ
ューブサポート２３により支持されている。流動層部上
部に設けられた空塔部２５で流動層から上昇してきた燃
焼ガスや、石炭粒子などの未燃分がさらに燃焼される。

第６図は、第５図において蒸発器管より上方の流動媒体
を取去り、流動層の上方であるＢ方向からみた平面図を
示したもので、蒸発器２と並行に過熱器４が設置されて
いる。過熱器は過熱器管５と過熱器管寄４ａから成り立
っている。第６図では蒸発器管３と過熱器管５は、それ
ぞれ大きな一つの管束として一括して一束ごとにまとめ
て配置されており、蒸発器管３はチューブサポート２３
で支持され、過熱器管はチューブサポート２４で支持さ
れている。なお、チューブサポート２４は２３と同様に
空気分散板８に固定され、流動媒体が流動するに際して
、過熱器管が移動したり振動したりしないようになって
いる。

第７図は、従来技術の他の例を示すもので、流動層内に
蒸発器と過熱器が上下方向に重なるようにある間隔をも
って水平にかつ平行に配されており、空気分散板上に固
定された同一のチューブサポート２３により支持されて
いる。第８図は、第７図の変形例であり、蒸発管と過熱
管の管寄２ａと４ａを互いに反対方向の周壁外に取付は
配置したものである。この場合も第７図の例と同様に空
気分散板上に垂直に取付けられた同一のチューブサポー
ト２３で、それぞれの管束が固定されている。

（発明が解決しようとする問題点）第６図に示した従来技術においては、蒸発器と過熱器が
水平方向に並列に配置されているが、蒸発管内の液体（
一般には水）と伝熱管との熱伝達係数（８０００〜１０
　、　０００　ｋ　ｃ　ａ　ｌ！　／　ｒｄ　ｈ　”Ｃ
）は、過熱管内の蒸気と伝熱管との熱伝達係数（１００
〜１５０　ｋ　ｃ　ａβ／　ＩＩ（ｈ℃）より大幅に大
きい。また、蒸発器内の水が加熱されて蒸気になったも
のを、さらに過熱器管内で高温の蒸気に加熱するのであ
るから、蒸発器と流動層との温度差は、過熱器と流動層
との温度差より大きい。伝熱管内の流体と流動層との伝
熱量は、両者の温度差に比例し、また、伝熱管内の熱伝
達係数が大きいほど伝熱量は大きい。したがって、第６
図においては、流動層から蒸発管への伝熱量△Ｑは、流
動層から過熱管への伝熱量より大きくなる。この状況を
第６図に示すが、この結果、流動層の層温は蒸発管部で
は低く、過熱管部では高くなりアンバランスな温度分布
をどることになる。

前述したように、流動層燃焼装置においてＮ。

Ｘの生成を抑え、硫黄酸化物を除去する脱硫燃焼を行な
ったり、未燃分の少ない燃焼を行なうには、流動層の層
温をかなり狭い温度範囲に保持することが必要である。

このような見地からみると、蒸発器部と過熱器部間で流
動層に大きな温度差を生じるようなことはさけなければ
ならない。

一方、第７図および第８図に示したものでは、蒸発器と
過熱器を同一水平面内に並列に配置せず、上下に並列に
配置しているので、流動層内の水平方向における温度分
布の偏差は生じないが別の問題がある。すなわち、蒸発
管３と過熱管５は同一のチューブサポート２３で固定せ
ざるを得ないが、流動層燃焼装置の運転時において蒸発
管の温度は低く、熱膨張による伸び量は小さい。これに
対し、過熱管の温度は蒸発管に比べて高（、熱膨張によ
る伸び量は大きい。したがって、蒸発管と過熱管を同一
のチューブサポート２３で固定すれば伸び拘束による応
力が発生し、チューブサポート２３の変形や、２３と蒸
発管あるいは過熱管の固定部の破損などの問題が発生す
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は以上の問題点を解決するため、蒸発器および過
熱器の伝熱管３と５を数本程度の小伝熱管束に分割し、
かつ、蒸発管と過熱管の小伝熱管束を水平方向に交互に
配置するようにしたものである。すなわち、本発明は、
流動層内に蒸発器と過熱器の伝熱管を設置した流動層燃
焼装置において、蒸発器と過熱器の伝熱管をそれぞれ複
数個の小伝熱管束に分割するとともに、蒸発器と過熱器
の上記小伝熱管束を、水平方向に対して交互に設置した
ことを特徴とする。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。図は流動層内の水平
面方向での伝熱管配置を示したもので、蒸発器２は蒸発
管３を数本程度の小伝熱管束に分割したちの３個からな
り、各小伝熱管束は水平方向に適当な間隔をあけて配置
される。なお、３個の小伝熱管束の蒸発管は本実施例で
は１個の蒸発器管寄２ａに接続されている。一方、過熱
器４も３個の小伝熱管束の過熱管束に分割され、各小伝
熱管束は水平方向に間隔をあけて配置され、その間隔も
蒸発器における間隔と等しくしである。また、３個の小
伝熱管束の過熱管は１個の過熱器管寄４ａに接続されて
いる。このように構成された蒸発器と過熱器は、それら
の各小伝熱管束が水平方向に交互に配置されるように設
けられる。小伝熱管束よりなる蒸発管束と過熟管束の配
置された各流動層部の間には温度差が生じるが、両流動
層部の境界部では流動層を形成する流動媒体粒子が相互
に混合するので、流動層温度も境界部ではある幅をもっ
て、温度差がなだらかにならされる。

したがって、小伝熱管束の数を増し各管束に所属する伝
熱管の本数を少なくするほど、流動層温度は平均値に近
づき、ならされていくことになる。

第２図、第２Ａ図は本発明の他の実施例を示したもので
、第５図で示したものと同一符号のものは同一機能を有
する。空気分散板８の下方には３個の空気室９ａ、９ｂ
、９Ｃが設けられ空気管２１からそれぞれ空気が供給さ
れ、空気分散板８を介して上方の流動層室１３ａ、１３
ｂ、１３Ｃの流動層を流動化する。流動層内には蒸発器
２と過熱器４が設けられ、それらは小管束に分割された
３個の小ブロックから成り立っている。流動層は負荷に
応じて稼働する流動層室の数を増減するが、１３ｃは起
動セルと呼ばれ、流動層を起動するに際して、熱風炉３
０で高温の燃焼ガスを発生し空気室９Ｃに供給し、流動
層室１３Ｃの流動媒体を所定温度に加熱したのち、ここ
に燃料を供給し所定の燃焼状態に達した時点で熱風炉３
０を停止する。第２図の実施例が第１図に示したものと
相違する点は、起動セル１３Ｃに蒸発管が配置されてい
ないことであり、吸熱量の大きい蒸発管を設置しないこ
とにより、起動時の流動媒体の加熱時間を短（し、起動
時間を短縮することができる。

第３図は、流動層内に１次過熱器４と２次過熱器６およ
び蒸発器２を設置した流動層燃焼装置の伝熱管の配置状
況を示すもので、７は２次過熱器管、６ａは２次過熱器
管寄である。伝熱管の配置されていないスペース１２は
、伝熱管取替工事の際に有効に活用できる。

第４図および第４Ａ図は、蒸発器２．１次過熱器４．２
次過熱器６の各管寄２ａ、４ａ、５ａを同一側壁側に配
置した例を示すもので、第２図の場合と同様な効果を有
する。

（発明の効果）本発明によれば、蒸発器、過熱器を構成する伝熱管を、
複数個の小伝熱管束に分割するとともに、蒸発器と過熱
器の小伝熱管束を、流動層内で水平方向に交互に配置し
たことにより、流動層の温度偏差が少なく、ＮＯｘ発生
量を抑制し、ＳＯｘ除去を目的とした脱硫運転を効果的
に行なうことができるとともに、石炭などの固形粒子燃
料の未燃分を少なくすることができる。

また、蒸発器と過熱器の流動層内伝熱管は、空気分散板
に取付けられた別々のチューブサポートで、別個に支持
することができるので、熱膨張差に起因する故障を防ぐ
ことができる。

なお、第２図および第４図に示した実施例においては、
流動層内に設けた蒸発器と過熱器の各小伝熱管束は、は
ぼ同一水平面内にて、交互に配置されているが、本発明
の本質よりして、上記小伝熱管束は水平方向に交互に配
置することが特徴点であって、それらが全く同一水平面
内に設置せられることは必須要件ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、流動層内の水平方向の伝熱管配置に関する本
発明の実施例を示す平面図、第２図および第２Ａ図は、
起動セルに蒸発管を配置しないように構成された実施例
を示す平面図および正面図、第３図は、１次過熱器、２
次過熱器、蒸発器の伝熱管配置の実施例を示す平面図、
第４図、第４Ａ図は、蒸発器、１次過熱器、２次過熱器
の各管寄を同一周壁側に取付けるように構成した実施例
を示す平面図および正面図、第５図は、流動層内に伝熱
管を配置した従来技術になる流動層燃焼装置の縦断面図
、第６図は、蒸発器と過熱器の伝熱管を、それぞれ一つ
の大管束にまとめて構成した従来技術を示す説明図、第
７図および第８図は流動層内に設けた蒸発器と過熱器を
、同一チューブサポートで支持する従来技術を示す縦断
面図である。 ■・・・流動層周壁、２・・・蒸発器、２ａ・・・蒸発
器管寄、３・・・蒸発管、４・・・過熱器、４ａ・・・
過熱器管寄、５・・・過熱管、６・・・２次過熱器、６
ａ・・・２次過熱器管寄、７・・・２次過熱管、８・・
・空気分散板、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・空気室、１３ｃ
・・・起動セル、２１・・・空気管、２２・・・空気室
の仕切壁、２３・・・チューブサポート。代理人　弁理士　川　北　武　長第１図第２図第３図第４図第４Ａ図第５図ｚｌ第６図第７図第８図ソ　　　ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動層内に蒸発器と過熱器の伝熱管を設置した流
動層燃焼装置において、蒸発器と過熱器の伝熱管をそれ
ぞれ複数個の小伝熱管束に分割するとともに、蒸発器と
過熱器の上記小伝熱管束を、水平方向に対して交互に設
置したことを特徴とする流動層燃焼装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載の流動層燃焼装置にお
いて、蒸発器と過熱器の伝熱管束は、それぞれ別々のチ
ューブサポートにより独立に支持されていることを特徴
とする流動層燃焼装置。