(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数個に分割された風箱と、該風箱の上側に設けられた空気分散板と、該空気分散板の上側に形成した流動層と、該流動層に燃料類を気流搬送する搬送管と、該搬送管から二以上に分岐された分岐管と、前記複数の分岐管のうち最後の分岐部から分岐し、かつ流動層内に達した分岐管の先端に搬送ノズルを備え、前記最後の分岐部から分岐した分岐管の先端の搬送ノズル同士は、近接する隣の風箱の境界から同じ距離に設置された燃料搬送管構造を有することを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項２】
数個に分割された風箱と、該風箱の上側に設けられた空気分散板と、該空気分散板の上側に形成した流動層と、該流動層に燃料類を気流搬送する搬送管と、該搬送管から二以上に分岐された分岐管と、前記複数の分岐管のうち最後の分岐部から分岐し、かつ流動層内に達した分岐管の先端に搬送ノズルを備え、前記最後の分岐部から分岐した分岐管の先端の搬送ノズル同士は、近接する一の風箱の境界から同じ距離に設置された燃料搬送管構造を有することを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項３】
前記搬送管は、燃料分配用の分配器から一以上に分岐された燃料供給用配管であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の燃料搬送管構造を有することを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流動層ボイラを備えたことを特徴とする流動層燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ボイラに関し、特に流動層燃焼装置へ石炭、石灰石などの粉粒体、ガス状燃料または噴霧状の液体燃料などを気流搬送により供給する燃料類の搬送管の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来の流動層燃焼炉の燃料供給系統の一例として流動層ボイラの飛散灰再循環燃料供給系統の例を示す。図２において図示していない流動層燃焼炉より排出された灰を含む燃焼排ガスは煙道１０１を通り、集塵器１０２で未燃分を多く含む灰１３０が捕集される。この灰１３０は灰シュート１０３から灰中継ホッパ１０４、サービスホッパ入口弁１０５、サービスホッパ１０６、ロックホッパ入口弁１０７およびロックホッパ１０８を通り、ロータリフィーダ１０９で一定量ずつ送り出される。
一方、搬送用空気１１０はファン１１１により昇圧され、流量調整弁１１２により流量を制御される。その流量は流量計１１３で測定される。
【０００３】
また、前記ロータリフィーダ１０９からの灰１３０は空気により搬送され、給灰母管１１４を通り、分配器１１５で多数の給灰管１１６に分岐される。各給灰管１１６はさらに２つに分岐された後、搬送ノズル１２０から流動層ボイラ１２５内の流動層１２１内へ供給される。
【０００４】
流動層ボイラ１２５の炉幅方向は、複数の風箱１２７、１２８および１２９によって仕切られ、それぞれには流動化空気調整弁１２４を介して流動化空気１２３を供給できる。流動層１２１内には伝熱管１２２および空気分散板１２６が設置され、搬送ノズル１２０は空気分散板１２６より上部に位置する。
【０００５】
上記した従来技術において、部分負荷運用時には、複数の風箱（セル）１２７、１２８および１２９内に供給する流動化空気の一部を調整すると同時に、各風箱１２７、１２８および１２９に供給する灰および燃料の一部を停止する方法で行われる。例えば、風箱１２７、１２８および１２９ごとに供給する空気および燃料を停止する際には、それぞれの風箱１２７〜１２９に対応して設けられた流動化空気流量調整弁１２４を閉とし、流動化空気１２３を遮断し、同時に流量調整弁１１２を閉とし、搬送空気１１０を遮断する。これらの操作が行われた風箱１２７、１２８および１２９内の流動層は固定層の状態になり、流動層温度が低下し、伝熱管１２２による熱吸収量が低下してボイラの負荷を調整することができる。
【０００６】
これら従来の給灰装置に用いられる搬送ノズル１２０は、一般に図３に示すように垂直部の搬送管１３１と、その上端部に接続した水平部の搬送管１３２が水平に十字状または一文字状に分岐した形状を有し、常時開口している。搬送ノズル１２０の開口部の形状は角型もしくは丸型が採用される。開口部の径の長さは、通常１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、搬送ノズル１２０からの搬送空気１１０の流速は１５〜２５ｍ／ｓで運用される。搬送ノズル１２０の開口部には、特に逆止弁に相当するものは設置されない。これは、流動層１２１内が８５０℃以上の高温であることおよび粉体の移送に伴いエロージョンが発生することに耐えられる耐熱性および耐エロージョン性の逆止弁を用いることはコスト高になるためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、流動層燃焼炉では運転状態において、流動層を形成する流動媒体が水の沸騰現象と同様な状態で流動層内で動揺し、かつ燃料の燃焼を持続するために８５０℃以上の高温に保持されている。ここで給灰管１１６および搬送ノズル１２０外面は流動層１２１内に設置されるため、常にこの高温の流動媒体に接触しており、特に搬送ノズル１２０の外面は流動媒体の温度に近い高温になっている。
【０００８】
流動層１２１内では、流動媒体が分散板１２６から供給された燃焼用空気により沸騰状態のように流動層１２１内で浮遊し、かつ空気は気泡を生成しながら流動層１２１内を上昇し、流動層１２１上部に達した気泡は破裂する。この気泡の発生、破裂に伴い流動層１２１内の圧力は変動を繰り返す。このとき搬送ノズル１２０は流動層１２１の下部に位置することから、ほぼ流動層１２１全体の圧力変動を受けるが、流動層１２１の下部に位置にすることから、ほぼ流動層１２１内の圧力は変動を繰り返す。
【０００９】
このとき、搬送ノズル１２０は流動層１２１の下部に位置することから、ほぼ流動層１２１全体の圧力変動を受けるが、流動層１２１が流動している状態では、前記ノズル１２０部での前記搬送空気の流速の範囲で調整することによって流動媒体の逆流を防止することができる。
しかし、部分負荷運用時には停止した風箱（セル）１２７、１２８および１２９内の搬送ノズル１２０から給灰管１１６内に流動媒体が逆流する問題がある。
【００１０】
図４には垂直部搬送管１３１と水平部搬送管１３２を介して給灰管１１６内に分散板１２６上の流動媒体が逆流し、給灰管１１６内に充満した様子を示す。
この場合、図２に示すように各給灰管１１６に設けたパージ遮断弁１１７、パージ空気弁１１８を用いて給灰管１１６内の流動媒体をパージする手段がとられる。すなわち、給灰管１１６内に逆流した流動媒体をパージするためパージ遮断弁１１７を閉とし、パージ遮断弁１１７より下流側の給灰管１１６に接続された配管１１９にパージ空気弁１１８を開として、パージ空気を流動層１２１内へ押し戻す方向に流入させるが、セル内の流動媒体は停止した状態で、さらに固定層の状態であるため抵抗が大きく、容易に詰まりをパージできなくなる。
【００１１】
また、セル１２７、１２８および１２９の中の停止したセル（以下スランプセルと称す）内に存在する流動媒体を流動化させても給灰管１１６内の流動媒体の閉塞状況によってはパージができない場合があり、給灰管１１６内の閉塞を起こすことになる。閉塞した搬送ノズル１２０からの灰流量を補うために他の搬送ノズル１２０での搬送空気の流速および灰流量を増加させた運転を行う。この操作は暫定的なものであり、固気比が増加し、搬送に必要な運送空気圧力が増加し、最終的には灰を搬送できなくなり、流動層燃焼炉を停止することになる。
【００１２】
本発明の課題は流動層燃焼炉の燃料搬送装置において、スランプセル上の固定層の流動媒体を容易に再度流動化させて、搬送ノズルを閉塞させないようにすることである。また、本発明の課題は流動層燃焼炉の燃料搬送装置において、スランプセル上の固定層から給灰管１１６内に流動媒体が逆流するのを防止することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。すなわち、請求項１記載の発明は、数個に分割された風箱と、該風箱の上側に設けられた空気分散板と、該空気分散板の上側に形成した流動層と、該流動層に燃料類を気流搬送する搬送管と、該搬送管から二以上に分岐された分岐管と、前記複数の分岐管のうち最後の分岐部から分岐し、かつ流動層内に達した分岐管の先端に搬送ノズルを備え、前記最後の分岐部から分岐した分岐管の先端の搬送ノズル同士は、近接する隣の風箱の境界から同じ距離に設置された燃料搬送管構造を有する流動層ボイラである。
請求項２記載の発明は、 数個に分割された風箱と、該風箱の上側に設けられた空気分散板と、該空気分散板の上側に形成した流動層と、該流動層に燃料類を気流搬送する搬送管と、該搬送管から二以上に分岐された分岐管と、前記複数の分岐管のうち最後の分岐部から分岐し、かつ流動層内に達した分岐管の先端に搬送ノズルを備え、前記最後の分岐部から分岐した分岐管の先端の搬送ノズル同士は、近接する一の風箱の境界から同じ距離に設置された燃料搬送管構造を有する流動層ボイラである。 
請求項３記載の発明は、前記搬送管は、燃料分配用の分配器から一以上に分岐された燃料供給用配管であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の燃料搬送管構造を有する流動層ボイラである。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流動層ボイラを備えた流動層燃焼炉である。
【００１４】
スランプセルにおいて多量の流動媒体が給灰管および搬送ノズル内に漏れる原因について鋭意検討した結果、図５に示すように搬送ノズル１２０近傍と給灰管１１６内の差圧（ΔΡ＝固定層圧力−給灰管内圧力）が僅かにでも発生すると、固定化した流動層（固定層）１２１ａから給灰管１１６内に流動媒体が逆流することが明らかになった。すなわち、固定層１２１ａから給灰管１１６に少量の空気が流れると流動媒体は固定層１２１ａから給灰管１１６に逆流することになる。
このような現象が従来の給灰管１１６を分岐してその分岐管の先端に搬送ノズル１２０を設けた配置の場合に起きていることが明らかになった。
【００１５】
図６にスランプセル１２１’発生時の流動層１２１内の圧力分布特性を示す。流動層ボイラ１２５内の風箱は仕切り１３２により風箱１２７、１２８に区画されており、風箱１２８上の媒体などが流動化している流動層１２１では層高さ方向にＡからＥに示すように、一様な圧力分布が形成されるが、風箱１２７上のスランプセル１２１’内では流動層が形成されている流動セル１２１の近くで圧力が高く、流動セル１２１から炉幅方向（図の右側方向）に離れるにつれて圧力は低下する。したがって、給灰管１１６からの分岐管１１６ａ、１１６ｂに接続される搬送ノズル１２０ａ、１２０ｂの炉幅方向のノズル間で差圧が発生し、図中の矢印Ａの方向である搬送ノズル１２０ａから給灰管１１６ａおよび給灰管１１６ｂを経由して搬送ノズル１２０ｂに空気流れが発生すると同時に流動媒体が流れていることが明らかになった。
【００１６】
また、スランプセル１２１’内は固定層の状態であるが、流動している隣りのセル１２１から空気分散板１２６を経由して流れ込む空気により粒子同士が非常に緩んだ状態にあることも流動媒体の逆流を助長する結果になっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１により説明する。
流動層燃焼炉（図示せず）より排出された灰を含む燃焼排ガスは、煙道１を通り集塵器２により未燃分を多く含む灰３０が捕集される。この灰３０を灰シュート３を通り、灰中継ホッパ４、サービスホッパ入口弁５、サービスホッパ６、ロックホッパ入口弁７およびロックホッパ８を通り、ロータリフィーダ９により一定流量ずつ切り出される。一方、搬送用空気１０は空気ファン１１により昇圧され空気流量調整弁１２にて流量を制御され、ロータリフィーダ９から切り出される灰３０と合流する。空気流量の計測は流量計１３により行われる。
【００１８】
搬送される灰３０は給灰母管１４を通り、さらに分配器１５で多数に分岐されて複数の給灰管１６を通り、さらに各々の給灰管１６から２つに分岐された分岐管５０と５１を経由して、各分岐管５０、５１先端の搬送ノズル２０からボイラ２５内の流動層２１内へ供給される。
【００１９】
流動層ボイラ２５の炉幅方向は、複数の風箱２７、２８および２９（風箱はこの三つに限定されない。）によって仕切られ、それぞれの風箱２７〜２９に対応して設けられた流動化空気調整弁２４を介して流動化空気２３を供給できる。流動層２１内には伝熱管２２および空気分散板２６が設置され、搬送ノズル２０は空気分散板２６より上部に位置する。
【００２０】
本発明では給灰管１６から２分岐された分岐管５０および５１は近接する隣りの流動している風箱（風箱２７〜２９のいずれか）の境界から同じ距離に設置される。分岐管５０および５１は炉奥行き方向に数十本設置され、その末端には搬送ノズル２０がそれぞれ設置されている。
【００２１】
本発明では部分負荷運用時には、従来法と同じように複数の風箱（セル）２７、２８および２９内に供給する流動化空気２３の一部を調整すると同時に、各風箱２７、２８および２９に供給する灰および燃料の一部を停止する方法で行われる。例えば、風箱２７に供給する空気および燃料を停止する際には、風箱２７用の流動化空気流量調整弁２４を閉とし、流動化空気２３の導入を遮断し、同時に流量調整弁１２を閉とし、搬送空気１０を遮断する。これらの操作が行われた風箱２７内の空気および燃料の供給が停止された流動層２１は固定層の状態になり、流動層温度が低下し、伝熱管２２による熱吸収量が低下してボイラ２５の負荷を調整することができる。
【００２２】
このとき、風箱２７内の分岐管５０および５１の先端の搬送ノズル２０は近接する隣りの流動している風箱（風箱２８〜２９のいずれか）の境界から同じ距離に設置されているので、図６で説明したように風箱２７上の固定層は隣接する流動層２１から空気分散板２６を経由して空気が流れ込むようなことはなく、空気搬送ノズル２０の炉幅方向のノズル間で差圧が発生することも防ぐことができ、分岐管５０および５１を経由する流動媒体の逆流を防止することができる。
【００２３】
なお、図１において、各給灰管１６に設けたパージ遮断弁１７、パージ空気弁１８、配管１９を用いて給灰管１６内の流動媒体をパージする手段がとられることは図２に説明したものと同様である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、流動媒体が搬送ノズル内に混入することがなく、搬送ノズル内で灰および流動媒体が固着して閉塞を起こすことがないため、信頼性のある流動層ボイラシステムを提供できる。また、本発明に係わる設備コストは従来と全く変わらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を燃料類搬送システムの系統の説明図である。
【図２】  従来技術の燃料類搬送システムの系統の説明図である。
【図３】  搬送ノズル構造の平面の説明図である。
【図４】  流動媒体の漏れの様子を示す説明図である。
【図５】  固定層における流動媒体の漏れを示す説明図である。
【図６】  負荷変化時の層内の圧力分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１  煙道                        ２  集塵器
３  灰シュート                  ４  灰中継ホッパ
５  サービスホッパ入口弁        ６  サービスホッパ
７  ロックホッパ入口弁          ８  ロックホッパ
９  ロータリフィーダ            １０  搬送用空気
１１  空気ファン                １２  空気流量調整弁
１３  流量計                    １４  給灰母管
１５  分配器                    １６  給灰管
１７  パージ遮断弁              １８  パージ空気弁
１８  パージ空気用配管          ２０  搬送ノズル
２１  流動層                    ２２  伝熱管
２３  流動化空気                ２４  流動化空気調整弁
２５  流動層ボイラ              ２６  空気分散板
２７、２８、２９  風箱          ３０  灰
５０、５１  分岐管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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