(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流動層ボイラの炉底面をフラットなボトム水冷壁で構成すると共に、該ボトム水冷壁の下側に空胴を備えたウインドボックスを形成し、前記ボトム水冷壁に、ウインドボックス内に導入された流動用ガスを炉内へ噴出する流動用ノズルを複数配設し、前記ウインドボックス内に、前記ボトム水冷壁との間に空間を隔てたクーラ水冷壁及び灰クーラを配設し、上端が前記ボトム水冷壁を貫通して炉底面に開口し下端が前記灰クーラに接続されたベッド材排出管を備えた加圧流動層ボイラの炉底部構造において、流動用ノズルの外周に上端が固定されて下端が下部外方に延びたサーマルスリーブを配設し、該サーマルスリーブの下端をボトム水冷壁に固定し、前記流動用ノズルの外周とサーマルスリーブの内周との間に保温材を挿入したことを特徴とする加圧流動層ボイラの炉底部構造。
【請求項２】
流動用ノズルに複数の分岐ノズルが分岐されており、且つ該分岐ノズルが分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の加圧流動層ボイラの炉底部構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加圧流動層ボイラの炉底部構造に係わり、更に詳しくは、流動用ガスと燃料を下方から供給しかつ燃焼後の灰を含むベッド材を下方に排出する加圧流動層の炉底部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧下で石炭を流動燃焼させる加圧流動層ボイラ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｓｅｄ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）は、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイクルにより４０％以上の熱効率を有し、炉内脱硫率が高く、ＮＯxの発生量が少ない、等の特徴を有することから、従来の微粉焚ボイラに代わる新型ボイラとして現在開発が進められている。
【０００３】
かかる加圧流動層ボイラは、例えば図７に示すように、ボイラ本体１、サイクロン２、ベッド材貯蔵容器３、等が圧力容器４内に格納された構成のものであり、外部から供給された石炭Ｃをボイラ本体１内で燃焼させ、その排ガスはサイクロン２に送られ、サイクロン２で灰が除去された排ガスが外部のガスタービンＧＴに供給されて発電機の駆動等の仕事を行うようになっている。
【０００４】
また、ボイラ本体１内には、石炭灰、石灰石砂等のベッド材ｂが挿入され、下方から供給される空気Ａ或いは高温燃焼ガスＡ’からなる流動用ガスにより流動して流動層Ｂが形成されており、この流動層Ｂ内には、水蒸気を発生させるための蒸発器５、過熱器６、及び再熱器７が挿入されている。流動層Ｂ内で石炭の燃焼により発生した熱により、蒸発器５内で水が蒸発して水蒸気となり、過熱器６内で水蒸気が更に加熱されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気は外部に設けられた蒸気タービン（図示せず）で膨張し仕事をする。更に、蒸気タービンで温度が下がった蒸気は、再熱器７で再度過熱されて過熱蒸気となり、外部の蒸気タービンで再び仕事をするようになっている。
【０００５】
図８は、従来の加圧流動層ボイラの散気構造図である。従来の加圧流動層ボイラにおける散気構造では、ボイラ本体１の下部に互いに隙間を開けて（図面に対して垂直な方向に間隔を隔てて）水平に配置された散気ダクト８と、該散気ダクト８の上方にほぼ水平に配置された燃料ダクト９と、散気ダクト８の下方に設けられた灰シュート１０と、を備え、通常運転時には散気ダクト８の上面から流動用ノズル８ａを介して空気Ａを流動層Ｂ内に供給し、かつ燃料ダクト９により空気輸送等により石炭Ｃを流動層Ｂ内に供給して、流動層Ｂ内で石炭Ｃを燃焼させ、燃焼後の灰を含むベッド材ｂを散気ダクト８の隙間から灰シュート１０内に下降させ、外部に排出するようになっていた。また、特にボイラ起動時には、バーナ等により加熱した８００℃前後の高温燃焼ガスＡ’を散気ダクト８を介して流動層Ｂ内に供給し、ベッド材ｂの加熱を行って流動化を図るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年では加圧流動層ボイラの大型化が要求されており、このために図７、図８に示した従来の流動層ボイラにより大型化を図ろうとすると、起動時の高温燃焼ガスＡ’（８００℃前後）によって散気ダクト８が非常に大きく変形し、それによって散気ダクト８が損傷を受けるなどの問題を生じる恐れがあった。更に、流動層Ｂの寸法が大きいため、燃料ダクト９による燃料（石炭）の供給を均一にする場合、多くの燃料ダクト９を散気ダクト８の上に配置する必要があり、散気ダクト８のメンテナンスがやりにくいなどの問題があった。また、この問題を避けるために燃料ダクト９を下方から垂直（鉛直）に配置するようにした場合には、燃料ダクト９との干渉を回避するために散気ダクト８の構造が複雑になり、散気ダクト８が損傷を受けやすいなどの問題があった。
【０００７】
また、近年では図９に示すように、ボイラ本体１が六角柱の形態をなす六角形加圧流動層ボイラ（以下、六角流動層ボイラという）が提案されている。
【０００８】
図９に示す六角流動層ボイラは、図７と同様に、ボイラ本体１、サイクロン２、ベッド材貯蔵容器３、等が圧力容器４内に格納された構成のものであり、外部から供給された石炭をボイラ本体１内で燃焼させ、その排ガスが排ガスマニホールドを介してサイクロン２に送られて灰が分離され、サイクロン２で分離された灰は灰クーラ２ａにより冷却されて圧力容器４外部に取り出され、灰が除去された排ガスは外部のガスタービンＧＴに供給され仕事をするようになっている。
【０００９】
図１０は、六角流動層ボイラのボイラ本体１まわりを示す斜視図であり、六角流動層ボイラは、六角柱のボイラ本体１とその炉底部２１、及びボイラ本体１を吊り下げる支持梁１１から構成されている。ボイラ本体１とその炉底部２１は明瞭化のため分離して示している。ボイラ本体１は、３つの菱形柱１ａが隣接した構成であり、内部には仕切りがなく、六角柱の各面は平行な水管相互をフィンで接続した水管壁からなっており、六角柱の各隅部は連絡管で構成されている。３つの菱形柱１ａの上面には菱形の開口１ｂがあり、この開口１ｂから内部の層内管を取り出せるようになっている。
【００１０】
炉底部２１は、六角形を３等分して菱形柱１ａに対応した菱形形状としたものを更に２等分した平行四辺形形状の炉底面１２ａを上部に有し、内部が空胴のウインドボックス１２を備えており、ウインドボックス１２の前端面に備えたガス入口１４から導入された流動用ガスＡ，Ａ’を、ウインドボックス１２内上部に前後方向に延びて図８のように形成されている散気ダクト（図示せず）を介して図示しない流動用ノズルからボイラ本体１内に吹出すようになっており、更に前記散気ダクトの左右側に形成した複数の灰落下口１５からウインドボックス１２内に灰を落下させて図示しない灰クーラにより冷却させた後下方から取り出すようになっている。１３はウインドボックス１２を上下方向に貫通配置されている燃料ダクトを示す。
【００１１】
上記した炉底部２１の構成においても、図８に示した散気ダクト８と同様に細長い形状の散気ダクトを備えた構成としていたために、ボイラ起動、停止時等の流動用ガスＡ，Ａ’の流量が少ない時に図８について述べたように、流動層のベッド材が流動用ノズルから散気ダクト８内に落下して堆積する問題があり、このように散気ダクト内にベッド材が堆積すると流動用ガスの均一な吹出しが阻害されることになるので除去する必要がある。しかし、前記散気ダクトは縦横断面の寸法が小さいために、作業員が散気ダクトの中に入って掃除を行うことはできず、そのために、前記散気ダクト内に堆積したベッド材を掃除するには、散気ダクト内にファイバースコープ等を挿入してベッド材の堆積を確認しながら長い吸引ホース等を用いて作業員が手作業で吸引除去するなどの面倒な作業が必要となっていた。
【００１２】
本発明は、大型流動層ボイラにおいて、炉底面の形状を簡素化して製作を容易にし、且つ灰落下口及び燃料ダクトの配置を任意にすることができ、更に炉底面と流動用ノズルとの間の応力の発生を防止することができ、且つ流動用ノズルに侵入するベッド材の除去を容易に行うことができる加圧流動層ボイラの炉底部構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加圧流動層ボイラの炉底面をフラットなボトム水冷壁で構成すると共に、該ボトム水冷壁の下側に空胴を備えたウインドボックスを形成し、前記ボトム水冷壁に、ウインドボックス内に導入された流動用ガスを炉内へ噴出する流動用ノズルを複数配設し、前記ウインドボックス内に、前記ボトム水冷壁との間に空間を隔てたクーラ水冷壁及び灰クーラを配設し、上端が前記ボトム水冷壁を貫通して炉底面に開口し下端が前記灰クーラに接続されたベッド材排出管を備えた加圧流動層ボイラの炉底部構造において、流動用ノズルの外周に上端が固定されて下端が下部外方に延びたサーマルスリーブを配設し、該サーマルスリーブの下端をボトム水冷壁に固定し、前記流動用ノズルの外周とサーマルスリーブの内周との間に保温材を挿入したことを特徴とする加圧流動層ボイラの炉底部構造、に係るものである。
【００１４】
【００１５】
また、本発明は、流動用ノズルに複数の分岐ノズルが分岐されており、且つ該分岐ノズルが分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の加圧流動層ボイラの炉底部構造、に係るものである。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【作用】
本発明によれば、流動用ノズルの外周に上端が固定されて下方に延びるサーマルスリーブを配設し、該サーマルスリーブの下端をボトム水冷壁に固定し、前記流動用ノズルの外周とサーマルスリーブとの間に保温材を挿入するようにしているので、流動用ノズル内を流れる流動用ガスの温度の大きな変化による変形をサーマルスリーブで吸収することができ、よって流動用ノズルとボトム水冷壁との間で応力が発生するのを防止することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、流動用ノズルに複数の分岐ノズルを分岐させた構成としているので、ボトム水冷壁に対する流動用ノズルの設置数を少なくしても流動層への吹出しを均一に行わせることができるので、炉底面の構成を簡略化することができ、また前記分岐ノズルが分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部を備えているので、分岐ノズル内に侵入したベッド材が傾斜部内を容易に落下することができ、ベッド材が流動用ノズル内に詰るようなことを防止できる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００２４】
図１は前記図１０に示した六角形の炉底部２１を構成しているウインドボックス１２の１つを取出して示した斜視図であり、図２は図１のＩＩ矢視断面図であり、図３は図１のＩＩＩ矢視断面図であり、図４は図１のＩＶ矢視断面図である。
【００２５】
ウインドボックス１２の上部に形成される炉底面１２ａを、平行な水管の相互間をフィンで接続したフラットなボトム水冷壁２２で構成し、該ボトム水冷壁２２の全面下側に、側部水冷壁２２ａ及び下部水冷壁２２ｂによって囲まれた空胴２３を形成している。更に前記炉底面１２ａの全面には、ボトム水冷壁２２を貫通してウインドボックスの空胴２３に導入された流動用ガスＡ，Ａ’を炉内（図１０のボイラ本体１内）へ噴出するための流動用ノズル２４を多数配設している。図１中２５はウインドボックス１２の端部側面に形成してウインドボックス１２内に流動用ガスＡ，Ａ’を導入するためのガス入口を示す。
【００２６】
前記ウインドボックス１２内には、前記ボトム水冷壁２２との間に空間Ｓを隔てて灰クーラ２６を複数配置しており、上端が前記ボトム水冷壁２２を貫通して炉底面１２ａに開口し下端が前記灰クーラ２６に接続されたベッド材排出管２７が備えられている。
【００２７】
前記灰クーラ２６の空胴２３と接している面にはクーラ水冷壁２８が構成されており、且つ灰クーラ２６の内部には灰冷却水管２９が充填されており、またベッド材排出管２７の外周には、前記灰冷却水管２９を通ってベッド材ｂを冷却した後の冷却水を導いてベッド材排出管２７を冷却するようにしたジャケット式或いは２重管式、又は冷却配管を巻き付けた方式等の水冷構造３０を備えている。尚、上記水冷構造３０に導く冷却水は、前記灰冷却水管２９を通ってベッド材ｂを冷却した後のものを用いる外に別系統で供給するようにしてもよい。前記灰冷却水管２９及び水冷構造３０に導かれた冷却水は、昇温されて蒸気となるように利用される。
【００２８】
また、前記ウインドボックス１２には、ウインドボックス１２の空胴２３内及びボトム水冷壁２２を貫通して燃料ダクト３１が配設されており、該燃料ダクト３１の外周には前記ベッド材排出管２７の外周と同様の水冷構造３２が設けられている。
【００２９】
流動用ノズル２４は、図５及び図６に示すように、中心ノズル２４ａの上部外周位置に複数の分岐ノズル２４ｂが分岐されている。図示の場合は中心ノズル２４ａに対して３本の分岐ノズル２４ｂが等間隔に形成されており、この構成とすることは、六角ボイラにおいて図６のように流動用ノズル２４を均等配置する上で好都合となっている。
【００３０】
前記分岐ノズル２４ｂは、中心ノズル２４ａに対する分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部３３を備えている。
【００３１】
また、前記流動用ノズル２４における分岐部の下側外周には、図５に示すように上端が固定されて下側外方に延びるサーマルスリーブ３４が溶接にて一体に取り付けてあり、該サーマルスリーブ３４の下端を、水管３５とフィン３６により構成されているボトム水冷壁２２のフィン３６に溶接により固定しており、更に前記流動用ノズル２４外周とサーマルスリーブ３４との間には対熱用の保温材３７を挿入している。また前記水冷壁２２，２２ａ，２２ｂ，２８及び水冷構造３０，３２の空胴２３に対向する面には図５に示すように保温材３８が装着されていて、高温燃焼ガスＡ’が無駄に冷却されないようにしている。図中、１６ａは中間水ドラム、１６ｂは出口水ドラムを示す。
【００３２】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００３３】
加圧流動層ボイラの炉底部を構成する炉底面１２ａをフラットなボトム水冷壁２２で構成し、該ボトム水冷壁２２の下側全面を空胴２３としているので、従来の散気ダクトを備える場合に比して炉底面１２ａの形状を大幅に簡略にしてボトム水冷壁２２の製作を容易に実施することができ、且つウインドボックス１２内に、ボトム水冷壁２２との間に空間Ｓを隔てた灰クーラ２６を配設し、上端が前記ボトム水冷壁２２を貫通して炉底面１２ａに開口し下端が前記灰クーラ２６に接続されたベッド材排出管２７を備えた構成としているので、灰クーラ２６及びベッド材排出管２７の設置位置を任意に選定することができ、且つ流動用ノズル２４からベッド材ｂが空胴２３内に落下しても、前記空間Ｓを大きく形成することにより灰クーラ２６上に堆積したベッド材ｂを容易に掃除して除去することができる。
【００３４】
図５に示すように、流動用ノズル２４の外周に上端が固定されて下方に延びるサーマルスリーブ３４を配設し、該サーマルスリーブ３４の下端をボトム水冷壁２２に固定し、前記流動用ノズル２４の外周とサーマルスリーブ３４との間に保温材３７を挿入するようにしているので、流動用ノズル２４内を流れる流動用ガスＡ，Ａ’の温度の大きな変化による変形をサーマルスリーブ３４で吸収することができ、よって流動用ノズル２４とボトム水冷壁２２との間で応力が発生するのを防止することができる。
【００３５】
また、流動用ノズル２４に複数の分岐ノズル２４ｂを分岐させた構成としているので、ボトム水冷壁２２に対する流動用ノズル２４の設置数を少なくしても流動層への吹出しを均一に行わせることができ、よって流動用ノズル２４の設置数を少なくして炉底面１２ａの構成を簡略化することができ、また前記分岐ノズル２４ｂが分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部３３を備えているので、分岐ノズル２４ｂ内に侵入したベッド材ｂが傾斜部３３内を容易に落下することができ、ベッド材ｂが流動用ノズル２４内に詰るようなことを防止できる。
【００３６】
ベッド材排出管２７が水冷構造３０を備えているので、ベッド材排出管２７とボトム水冷壁２２との接続部に大きな応力が発生するのを防止できる。また前記水冷壁２２，２２ａ，２２ｂ，２８及び水冷構造３０，３２の空胴２３に対向する面には図５に示すように保温材３８が装着されているので、高温燃焼ガスＡ’が無駄に冷却されることが防止される。
【００３７】
更に、ウインドボックス１２の空胴２３内及びボトム水冷壁２２を貫通して燃料ダクト３１が備えられているので、燃料の供給位置を任意に選定して均一な燃料の供給を行うようにすることができ、且つ燃料ダクト３１に水冷構造３２を備えているので、空胴２３に高温燃焼ガスＡ’が導入される時に膨張してボトム水冷壁２２との間で応力が発生することを防止できる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏し得る。
【００４０】
【００４１】
１．流動用ノズルの外周に上端が固定されて下方に延びるサーマルスリーブを配設し、該サーマルスリーブの下端をボトム水冷壁に固定し、前記流動用ノズルの外周とサーマルスリーブとの間に保温材を挿入するようにしているので、流動用ノズル内を流れる流動用ガスの温度の大きな変化による変形をサーマルスリーブで吸収することができ、よって流動用ノズルとボトム水冷壁との間で応力が発生するのを防止することができる。
【００４２】
２．流動用ノズルに複数の分岐ノズルを分岐させた構成としているので、ボトム水冷壁に対する流動用ノズルの設置数を少なくしても流動層への吹出しを均一に行わせることができるので、炉底面の構成を簡略化することができ、また前記分岐ノズルが分岐部から上側外方に向けて傾斜した傾斜部を備えているので、分岐ノズル内に侵入したベッド材が傾斜部内を容易に落下することができ、ベッド材が流動用ノズル内に詰るようなことを防止できる。
【００４３】
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  六角形加圧流動層ボイラの炉底部を構成するウインドボックスの１つを取り出して示した斜視図である。
【図２】  図１のＩＩ矢視断面図である。
【図３】  図１のＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】  図１のＩＶ矢視断面図である。
【図５】  流動用ノズルの縦断側面図である。
【図６】  図１のＶＩ部拡大平面図である。
【図７】  従来の加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図８】  従来の加圧流動層ボイラの散気構造図である。
【図９】  六角形加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図１０】  六角形流動層ボイラのボイラ本体まわりを示す斜視図である。
【符号の説明】
１２         ウインドボックス
１２ａ       炉底面
２１         炉底部
２２         ボトム水冷壁
２３         空胴
２４         流動用ノズル
２４ｂ       分岐ノズル
２６         灰クーラ
２７         ベッド材排出管
２８         クーラ水冷壁
３０         水冷構造
３１         燃料ダクト
３２         水冷構造
３３         傾斜部
３４         サーマルスリーブ
３７         保温材
Ａ         空気（流動用ガス）
Ａ’       高温燃焼ガス（流動用ガス）
Ｓ         空間
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003694910.tif 000010
【図１０】
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