(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に収容された六角柱形状のボイラ本体内に流動層を形成する六角ボイラの燃料供給装置において、
ボイラ本体内を３つの平行四辺形領域に仮想的に仕切る３つの放射状仮想面に平行に延び、かつ圧力容器の外部からボイラ本体内まで水平に延びた複数の燃料ノズルと、該燃料ノズルの外端部を圧力容器に連結する管台と、燃料ノズルの中間部に一端が固定され他端がボイラ本体の炉壁に固定された可撓性ベローズと、燃料ノズルの内端部を軸方向に摺動可能に支持する支持具と、からなり、
燃料ノズルは、圧力容器の外部からボイラ本体付近までの小径部分と、小径部分に連結された大径部分とからなり、小径部分は、その弾性変形により上下方向の熱膨張差を吸収できるように形成されている、ことを特徴とする六角ボイラの燃料供給装置。
【請求項２】
前記管台は、圧力容器の開口部に取付けられたフランジ部と、該フランジ部に連結される盲板フランジとからなり、該盲板フランジを貫通して２本１組の燃料ノズルが取付られる、ことを特徴とする請求項１に記載の六角ボイラの燃料供給装置。
【請求項３】
前記支持部は、燃料ノズルの内端部を水平に挟持する挟持部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の六角ボイラの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は大型流動層の燃料供給装置に係わり、更に詳しくは、ボイラ本体が六角柱の形をした六角ボイラの燃料供給装置に関する。
【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  Ｃｏｍｂｕｓｔｅｒ）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４に示すように、ボイラ本体１、サイクロン２、灰クーラ３、ベッド材貯蔵容器４、等が圧力容器５内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭Ｃをボイラ本体１内で燃焼させ、その排ガスがサイクロン２に送られ、サイクロン２で除去された灰が灰クーラ３で冷却されてボイラ本体１に戻り、灰が除去された排ガスが外部のガスタービン（図示せず）に供給され仕事（例えば発電機の駆動）をするようになっている。
【０００４】
また、ボイラ本体１内には、石炭灰、砂等のベッド材が下方から供給される空気Ａにより流動した流動層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６ａ、過熱器６ｂ、及び再熱器６ｃ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６ａ内で水が蒸発して水蒸気となり、過熱器６ｂ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６ｃで再度加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５は、図４に示した従来の加圧流動層ボイラにおける燃料ノズルの平面配置図である。この図に示すように、従来の加圧流動層ボイラでは、流動層（ボイラ本体１）が細長い矩形断面であり、圧力容器５のフランジとボイラ本体１の炉壁管を貫通して複数の燃料ノズル７が水平に挿入されていた。また、ボイラ本体の炉壁管貫通部にはボイラ本体と圧力容器の熱膨張差を吸収するためにベローズ８が設けられている。燃料は、石炭粉、石灰石、及び水が混じったスラリー（燃料スラリー）であり、この燃料スラリーを燃料ノズル７を通して圧送し、ボイラ本体１内に図に点で示すようにボイラ本体１にほぼ均等に噴射するようになっている。
【０００６】
更に、上述した加圧流動層ボイラの大容量化に伴い、スペース効率を高めるためにボイラ本体を六角柱に近い形状にした六角形加圧流動層ボイラ（以下、単に六角ボイラという）が現在開発されている。この六角ボイラは、図６に示すように、ボイラ本体の水平断面が六角形をしており、その内部を構成する３つの平行四辺形領域（セルとよぶ）にそれぞれ２つの層内管群９ａ，９ｂが密に挿入されている。なお、この図で１０は、層内管群９ａ，９ｂに給水するためのスタブ部であり、炉底から層内管群まで多数の水管がほぼ垂直に立ち上がっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしかかる六角ボイラに図５に示した従来の水平燃料ノズル７を適用しようとすると、▲１▼ボイラのスペース効率が高いため、圧力容器とボイラ本体との間隔が狭く、その間の熱膨張差の吸収が困難であり、▲２▼逆にボイラ本体が大型であるため、ボイラ内の水平部分が長くなり、先端部分が撓んだり揺動（オシレーション）する問題点があった。
【０００８】
一方、燃料ノズル７を垂直にし、炉底から燃料を供給する垂直挿入方式もあるが、かかる方式の燃料ノズルでは、▲３▼層高の低い起動時にも適用できるように、ノズル先端を水平に曲げる必要があり、構造が複雑となり、▲４▼石灰石を含む燃料スラリーが曲がり部分に詰まるおそれがあり、メンテナンスが難しい問題点があった。すなわち、燃料ノズルは、高温の流動層内で使用するために、噴射用空気、燃料スラリー、冷却水供給ライン及びその戻りライン、保温、保護リング、等の多重管からなるため、その先端部を曲げることによって径自体も大きくなり、詰まった場合の清掃に多くの時間と費用を要し、かつ抜き出す場合にスラリーが落下するなど作業環境が悪く、また、曲がり部分のため外部から分解できず、パージしても詰まりが解決できない場合、圧力容器やボイラを冷却して作業員が入る必要があり、運用性が非常に劣る問題点がある。更に、かかる垂直燃料ノズルでは、▲５▼流動媒体（ベッド材や灰）を抜き出すシュートとの関係で位置が制限され、また、▲６▼ノズル位置を追加できるように予備部分を設けてその部分に蓋をしておくと、その部分の流動状態が悪化して流動媒体が固まり（アグロメ）を形成しやすくなる問題点があった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、大型流動層である六角ボイラにおいて、圧力容器とボイラ本体間の熱膨張差を吸収することができ、先端部分の撓みや揺動を防止でき、曲がり部分がなくメンテナンスが容易であり、流動状態を悪化させることなく燃料の噴射位置を変更できる、六角ボイラの燃料供給装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧力容器内に収容された六角柱形状のボイラ本体内に流動層を形成する六角ボイラの燃料供給装置において、ボイラ本体内を３つの平行四辺形領域に仮想的に仕切る３つの放射状仮想面に平行に延び、かつ圧力容器の外部からボイラ本体内まで水平に延びた複数の燃料ノズルと、該燃料ノズルの外端部を圧力容器に連結する管台と、燃料ノズルの中間部に一端が固定され他端がボイラ本体の炉壁に固定された可撓性ベローズと、燃料ノズルの内端部を軸方向に摺動可能に支持する支持具と、からなり、燃料ノズルは、圧力容器の外部からボイラ本体付近までの小径部分と、小径部分に連結された大径部分とからなり、小径部分は、その弾性変形により上下方向の熱膨張差を吸収できるように形成されている、ことを特徴とする六角ボイラの燃料供給装置が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、前記管台は、圧力容器の開口部に取付けられたフランジ部と、該フランジ部に連結される盲板フランジとからなり、該盲板フランジを貫通して２本１組の燃料ノズルが取付られる。また、前記支持部は、燃料ノズルの内端部を水平に挟持する挟持部を有する、ことが好ましい。
【００１２】
【作用】
上記本発明の構成によれば、燃料ノズルの中間部に一端が固定され他端がボイラ本体の炉壁に固定されたベローズを有し、このベローズが可撓性を有するので、圧力容器とボイラ本体間の半径方向の熱膨張差と連結部分における燃料ノズルの傾きの両方をこのベローズの撓みにより吸収することができる。
【００１３】
更に、燃料ノズルは、圧力容器の外部からボイラ本体付近まで水平に延びる小径部分を有し、この小径部分が、その弾性変形により上下方向の熱膨張差を吸収するので、ベローズとの組み合わせにより、圧力容器とボイラ本体間の上下方向及び半径方向の熱膨張差を吸収することができる。
また、燃料ノズルは、ボイラ本体内を３つの平行四辺形領域に仮想的に仕切る３つの放射状仮想面に平行かつ水平に延びているので、曲がり部分なしで層内管群の下方を圧力容器の外部からボイラ本体内まで水平に挿入し或いは引き出すことができる。従って、先端部が詰まった場合でも、簡単に引き出して容易にメンテナンスができ、かつ燃料ノズルの挿入長さを変えることにより先端位置を自由に変更でき、流動状態を悪化させることなく燃料の噴射位置を変更できる。
【００１４】
更に、燃料ノズルの内端部を軸方向に摺動可能に支持する支持具を有しているので、燃料ノズルの熱膨張を許容して先端部分の撓みや揺動を防止することができる。
【００１５】
【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。
図１は、本発明による六角ボイラの燃料供給装置の平面配置図であり、図２（Ａ）は図１のＡ部拡大図、図２（Ｂ）はそのＣ部断面図である。
【００１６】
図１において、本発明の燃料供給装置１２は、圧力容器１５内に収容された六角柱形状のボイラ本体１１内に流動層を形成する六角ボイラ用の燃料供給装置である。この六角ボイラは、図６に示したように、ボイラ本体１１の水平断面が六角形をしており、その内部を構成する３つの平行四辺形領域（セル）にそれぞれ２つの層内管群９ａ，９ｂが密に挿入され、その間に層内管群９ａ，９ｂに給水するためのスタブ部１０が設けられている。このスタブ部１０は、炉底から層内管群まで多数の水管がほぼ垂直に延びている。
【００１７】
図１及び図２において、本発明の燃料供給装置１２は、圧力容器１５の外部からボイラ本体１１の内部まで水平に延びた複数の燃料ノズル１４と、燃料ノズル１４の外端部を圧力容器１５に連結する管台１６と、燃料ノズル１４の中間部に一端１８ａが固定され他端１８ｂがボイラ本体１１の炉壁１１ｂに固定された可撓性ベローズ１８と、燃料ノズル１４の内端部を軸方向に摺動可能に支持する支持具２０（図１参照）と、からなる。複数の燃料ノズル１４は、ボイラ本体１１内を３つの平行四辺形領域（セル）に仮想的に仕切る３つの放射状仮想面１１ａに平行に延びている。
【００１８】
上述した構成により、圧力容器１５とボイラ本体１１の間の半径方向の熱膨張差と連結部分における燃料ノズル１４の傾きの両方をベローズ１８の撓みにより吸収することができる。
【００１９】
また図２（Ａ）に示すように、燃料ノズル１４は、圧力容器１５の外部（この図で右側）からボイラ本体１１の付近まで水平に延びた小径部分１４ａと、小径部分１４ａに連結された大径部分１４ｂとからなる。小径部分１４ａは、その弾性変形により圧力容器１５とボイラ本体１１間の上下方向の熱膨張差を吸収できる寸法に形成されている。かかる構成により、ベローズ１８との組み合わせにより、圧力容器１５とボイラ本体１１との間の上下方向及び半径方向の熱膨張差を吸収することができる。
【００２０】
更に図２（Ｂ）に示すように、小径部分１４ａは、例えば噴射用空気ラインａと燃料スラリーラインｂからなる二重管であり、大径部分１４ｂの中心を通して内端部まで延び、大径部分１４ｂは、更に、保温層、保護リング、等を備えている。この構成により、噴射用空気ラインａの先端部が詰まった場合でも、噴射用空気ラインａだけを簡単に引き出して容易にメンテナンスができ、かつ小径部分１４ａの挿入長さを変えることにより先端位置を自由に変更でき、流動状態を悪化させることなく燃料の噴射位置を変更したりできる。
【００２１】
また図２（Ａ）において、管台１６は、圧力容器１５の開口部に取付けられたフランジ部１６ａと、フランジ部１６ａに連結された盲板フランジ１６ｂとからなり、この盲板フランジ１６ｂを貫通して２本１組の燃料ノズル１４（すなわち小径部分１４ａ）が取付られている。盲板フランジ１６ｂへの２本１組の燃料ノズル１４の取付けは、例えば溶接により固着してもよく、或いはその他の手段により、燃料ノズル１４を軸方向に移動できるようにしてもよい。
【００２２】
上述した構成により、２本１組で圧力容器１５を貫通させるので狭いピッチでノズルを配置することができる。また、曲がり部分なしで層内管群９ａ，９ｂ（図６参照）の下方を圧力容器１５の外部からボイラ本体１１内まで水平に挿入し或いは引き出すことができる。
【００２３】
図３（Ａ）は図１のＢ部の拡大図であり、図３（Ｂ）はそのＤ−Ｄ線における矢視図である。この図に示すように、支持部２０は、燃料ノズル１４の内端部を水平に挟持する挟持部２０ｂを有する。この挟持部２０ｂの下端は、ボイラ本体１１の炉底に設けられた水管１１ｃ（管寄せ）に固定されている。かかる構成により、燃料ノズル１４の軸方向の熱膨張を許容して先端部分の撓みや揺動を防止することができる。
【００２４】
更に図３（Ｂ）に示すように、スタッブ部１０を構成する水管１０ａの一部が、燃料ノズル１４を避けるように曲げられており、これにより、燃料ノズル１４の挿入が容易になっている。
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。
【００２５】
【発明の効果】
上述したように、本発明の六角ボイラの燃料供給装置は、大型流動層である六角ボイラにおいて、圧力容器とボイラ本体間の熱膨張差を吸収することができ、先端部分の撓みや揺動を防止でき、曲がり部分がなくメンテナンスが容易であり、流動状態を悪化させることなく燃料の噴射位置を変更できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】六角ボイラの燃料供給装置の平面配置図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図とそのＣ部断面図である。
【図３】図１のＢ部の拡大図と、そのＤ─Ｄ矢視図である。
【図４】従来の加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図５】従来の加圧流動層ボイラにおける燃料ノズルの平面配置図である。
【図６】六角ボイラの平面配置図である。
【符号の説明】
１  ボイラ本体
２  サイクロン
３  灰クーラ
４  ベッド材貯蔵容器
５  圧力容器
６ａ  蒸発器
６ｂ  過熱器
６ｃ  再熱器
７  燃料ノズル
８  ベローズ
９ａ，９ｂ  層内管群
１０  スタブ部
１１  ボイラ本体
１１ａ  仮想面
１１ｂ  炉壁
１１ｃ  水管（管寄せ）
１２  燃料供給装置
１４  燃料ノズル
１４ａ  小径部分
１４ｂ  大径部分
１５  圧力容器
１６  管台
１６ａ  フランジ部
１６ｂ  盲板フランジ
１８  ベローズ
２０  支持具
２０ａ  挟持部
Ａ  空気
Ｂ  流動層
Ｃ  石炭
【図１】
0003552341.tif 000002
【図２】
0003552341.tif 000003
【図３】
0003552341.tif 000004
【図４】
0003552341.tif 000005
【図５】
0003552341.tif 000006
【図６】
0003552341.tif 000007