(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動材が循環する燃焼室内に燃料を供給して燃焼させる外部循環型流動床炉と、該外部循環型流動床炉に接続され主として流動材の固体から燃焼ガスの気体を分離させるサイクロンとを備えている流動層ボイラにおいて、
前記サイクロンで分離された流動材がシールポット部及び高温粒子循環ラインを通って前記外部循環型流動床炉に戻され、前記サイクロンの流動材出口に連結して設けられた前記シールポット部の上部と前記サイクロンの下部との間を連通させる均圧管が設けられ、
前記均圧管のサイクロン側開口位置は、サイクロン下部からの高さＨ（ｍ）が、前記高温粒子循環ラインを前記外部循環型流動床炉に接続した位置におけるドラフトのゲージ圧Ｐ（mmH２OＧ）及び前記流動材の粒子かさ密度ρ（kg/m３）により表される式「Ｈ≧Ｐ／ρ」を満たしていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項２】
前記均圧管は、前記シールポット部の上部及び前記サイクロンの下部との接続部が上向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラ。
【請求項３】
前記均圧管が、円周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固気二相を分離させるサイクロンを備えた循環型の流動層ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、砂などを流動材として用いて炉内を循環させ、炉内温度を一定に保つことで優れた燃焼効率及び脱硫効率が得られる循環型の流動層ボイラにおいては、固体の流動材と気体の燃焼ガスとを分離させるサイクロンが必要となる。（たとえば、特許文献１参照）
図４は循環型の流動層ボイラを示す構成図であり、図中の符号１は流動層ボイラ、２はシールポット部、３は流動層熱交換手段、４は低温粒子循環ライン、５は高温粒子循環ライン、６は排ガス熱交換手段、７はバグフィルタ、８は誘引ファン、９は煙突、１０は外部循環型流動床炉（以下、「流動床炉」と呼ぶ）、２０はサイクロンである。
この装置では、流動床炉１０内で燃料を燃焼させて発生した燃焼ガスが流動材と共に固気２相の状態でサイクロン２０へ導かれ、サイクロン２０において、流動材の砂が主成分である固体と燃焼ガスの気体とに分離される。
【０００３】
上述した流動床炉１０は、矩形断面の縦長柱状容器内部が燃焼室１１となり、この燃焼室１１の内部には、底部付近に燃料及び空気が供給される。この結果、流動床炉１０内に充填された流動材、底部付近に供給される燃料及び空気は、燃焼室１０内を上昇することとなり、この過程において、高温に保たれる流動材と共に上昇する燃料が燃焼して燃焼ガスとなる。
また、燃焼ガスが燃焼室１１内を上昇する過程では、石灰や石灰石等の添加剤とも反応し、燃焼ガスに含まれている硫黄分を除去するいわゆる脱硫が行われる。なお、流動材として使用される砂の平均粒径は、通常０．１５〜０．２５mm程度である。
【０００４】
こうして燃焼室１１内で燃焼した燃焼ガスの気体は、主成分が流動材の固体と共に固気２相流となり、燃焼室１１の上部に設けられた出口開口１２からサイクロン２０へ送られる。出口開口１２とサイクロン２０の入口開口２１との間は、サイクロン導入路３０によって接続されている。そして、サイクロン２０内においては、気体である燃焼ガスと固体である流動材とが分離し、燃焼ガスは上部の出口開口２２から外部へ流出する。
一方、サイクロン２０内で分離した流動材は底部に落下し、流動材出口２３からシールポット部２を通って流動床炉１０へ戻される。図示の構成例では、流動材をシールポット部２から燃焼室１１内へ直接導く高温粒子循環ライン５と、流動層熱交換手段３にて熱交換後に炉内へ戻す低温粒子循環ライン４とに分かれている。
【特許文献１】特開２００１−３１１５０３号公報（図９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、流動層ボイラ１の燃料としては、木屑や固形燃料（Refuse Paper & Plastic Fuel；RPF）等の廃棄系燃料が主体となっている。このような廃棄系燃料は、Ｎａ，Ｋ，Ｃｌ，金属Ａｌ等のように、低融点共結晶塩を形成しうる成分を含有し、循環粒子の流動性を悪化させる傾向にある。
すなわち、廃棄系燃料を循環型の流動層ボイラ１に使用すると、流動材の表面に粘着性を有する低融点共結晶塩が付着するので、シールポット部２の上部に位置するサイクロン下部では、図４に示す流動材出口２３において粒子が滞留と崩壊とを繰り返す。
【０００６】
具体的に説明すると、表面の粘着性を増した流動材は、サイクロン２０の下部及びシールポット部２を通過する際に密着して滞留するので、粒子搬送用の空気がサイクロン２０へ向けて上昇する流路を塞ぐこととなる。この結果、シールポット部２側では空気の内圧が上昇し、流動材出口２３を塞ぐ流動材を崩壊させる圧力まで上昇した時点でサイクロン２０内へ流入する。従って、流動床炉１０の燃焼室１１には、流動材の滞留及び崩壊に連動した差圧変動が発生する。このような差圧変動により、燃焼室１１の炉内温度は高さ方向に不均一となるため、燃料の燃焼性も不安定になる。
【０００７】
このように、近年の流動層ボイラにおいては、廃棄系燃料の運用が増加するとともに、石炭燃料等の質も低下する傾向にあるので、流動材の表面に流動性を低下させる成分が付着するなどして、流動性の低下した流動材が流動材出口２３で滞留及び崩壊を繰り返し、流動材の外部循環や燃料の燃焼性を不安定にするという問題を生じやすい状況にある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流動材が流動材出口に滞留することを防止して、流動材の外部循環や燃料の燃焼性を安定させることができる流動層ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の参考例に係る流動層ボイラは、流動材が循環する燃焼室内に燃料を供給して燃焼させる外部循環型流動床炉と、該外部循環型流動床炉に接続され主として流動材の固体から燃焼ガスの気体を分離させるサイクロンとを備えている流動層ボイラにおいて、前記サイクロンで分離された流動材がシールポット部及び高温粒子循環ラインを通って前記外部循環型流動床炉に戻され、前記サイクロンの流動材出口に連結して設けられた前記シールポット部の上部と前記サイクロンの下部との間を均圧させる手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような流動層ボイラによれば、サイクロンの流動材出口に連結して設けられたシールポット部の上部とサイクロンの下部との間を均圧させる手段が設けられているので、シールポット部の上部とサイクロンの下部との圧力差がなくなり、流動材出口に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にする。
【００１０】
本発明に係る流動層ボイラは、流動材が循環する燃焼室内に燃料を供給して燃焼させる外部循環型流動床炉と、該外部循環型流動床炉に接続され主として流動材の固体から燃焼ガスの気体を分離させるサイクロンとを備えている流動層ボイラにおいて、前記サイクロンで分離された流動材がシールポット部及び高温粒子循環ラインを通って前記外部循環型流動床炉に戻され、前記サイクロンの流動材出口に連結して設けられた前記シールポット部の上部と前記サイクロンの下部との間を連通させる均圧管が設けられ、前記均圧管のサイクロン側開口位置は、サイクロン下部からの高さＨ（ｍ）が、前記高温粒子循環ラインを前記外部循環型流動床炉に接続した位置におけるドラフトのゲージ圧Ｐ（mmH２OＧ）及び前記流動材の粒子かさ密度ρ（kg/m３）により表される式「Ｈ≧Ｐ／ρ」を満たしていることを特徴とするものである。
【００１１】
このような流動層ボイラによれば、サイクロンの流動材出口に連結して設けられたシールポット部の上部とサイクロンの下部との間を連通させる均圧管が設けられているので、シールポット部を上昇する気流が均圧管を通ってサイクロン側へ流れ、流動材出口に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にする。そして、均圧管のサイクロン側開口位置は、サイクロン下部からの高さＨ（ｍ）が、高温粒子循環ラインを外部循環型流動床炉に接続した位置におけるドラフトのゲージ圧Ｐ（mmH２OＧ）及び流動材の粒子かさ密度ρ（kg/m３）により表される式「Ｈ≧Ｐ／ρ」を満たしているので、流動材出口に流動材が滞留することを確実に防止することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記均圧管は、前記シールポット部の上部及び前記サイクロンの下部との接続部が上向きに傾斜していることが好ましく、これにより、流動材が均圧管へ入り込んで均圧管を塞いでしまうことを防止できる。
【００１４】
上記の発明において、前記均圧管は、円周方向に複数設けられていることが好ましく、これにより、サイクロンの大型化に応じて均圧管の数を増せば、流動材出口に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にする。なお、複数の均圧管は、円周方向に等ピッチで対称となるように配置することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、サイクロンの流動材出口に連結して設けられたシールポット部の上部とサイクロンの下部との間を均圧させる手段の均圧管を設けたので、シールポット部の上部とサイクロンの下部との圧力差がなくなり、流動材出口における流動材の滞留が防止されて安定した流動を可能にする。この結果、サイクロン下部に流動材が滞留することを防止し、外部循環を安定化させることができる。
また、上述した本発明によれば、シールポット部を上昇するガスが均圧管を通ってサイクロン側へ流れ、流動材出口に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にするので、サイクロン下部に流動材が滞留することを防止して外部循環を安定化する。このため、廃棄系燃料や粗悪な石炭燃料等を使用する場合であっても、流動材出口で流動材が滞留及び崩壊を繰り返すことを防止できる。従って、流動材の滞留及び崩壊に連動して流動床炉の燃焼室内に発生していた差圧変動がなくなり、燃焼室内の炉内温度も高さ方向に均一となるので、燃料の燃焼性を安定させることができる。
すなわち、流動材が流動材出口に滞留することを防止し、流動材の外部循環や燃料の燃焼性が安定する流動層ボイラとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る流動層ボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す循環型の流動層ボイラ１は、砂等の流動材が循環する燃焼室１１内に燃料を供給して燃焼させる外部循環型流動床炉（以下、「流動床炉」と呼ぶ）１０と、この流動床炉１０に接続され主として流動材の固体から燃焼ガスの気体を分離させるサイクロン２０とを備えている。この流動床炉１０は、燃焼室（炉）１１内で燃料を燃焼させて発生した燃焼ガスが流動材と共に固気２相の状態でサイクロン２０へ導かれ、サイクロン２０の内部で流動材を主成分とする固体と燃焼ガスの気体とに分離される。
【００１７】
サイクロン２０で分離された固相の流動材は、サイクロン下部の流動材出口２３に連通するシールポット部２及び高温粒子循環ライン５を通って流動床炉１０の燃焼室１１に戻される。図示の構成例では、流動材をシールポット部２から燃焼室１１内へ直接導く高温粒子循環ライン５と、流動層熱交換手段３に導いて熱交換後に燃焼室１１内へ戻す低温粒子循環ライン４とに分かれている。
シールポット部２は、サイクロン２０の下部を絞った最下端部に開口する流動材出口２３の下方に延びる鉛直管部に設けられている。従って、サイクロン２０内で分離した流動材は、サイクロン底部に落下した後、再循環用として供給される空気により流動し、流動材出口２３からシールポット部２を通って流動床炉１０へ戻される。
【００１８】
このように構成されたサイクロン２０には、流動材出口２３に連結して設けられたシールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間を連通させる均圧管４０が設けられている。この均圧管４０は、シールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間を均圧させる手段であり、一端がサイクロン下部から高さＨ以上となる位置に接続されている。この場合の高さＨは、サイクロン２０の流動材出口２３が開口する位置を基準にして鉛直方向上向きに規定される寸法であり、均圧管４０がサイクロン２０の側壁面に開口する最上端位置までの寸法である。なお、均圧管４０の他端は、シールポット部２の側面に接続されている。
また、この場合の高さＨは、すなわち、均圧管４０のサイクロン側開口位置は、サイクロン下部からの高さをＨ（ｍ）とした場合、下記の式で表される条件を満たすことが望ましい。
〔式〕    Ｈ≧Ｐ／ρ
【００１９】
この式において、Ｐ（mmH２OＧ）は高温粒子循環ライン５を流動床炉１０に接続した位置におけるドラフトのゲージ圧、ρ（kg/m３）は流動材の粒子かさ密度である。
また、上述した均圧管４０は、シールポット部２の上部及びサイクロン２０の下部と接続される水平管部４１，４２を備え、両水平管部４１，４２間を連結する鉛直管部４３を備えている。そして、水平管部４１，４２については、サイクロン２０内を旋回する流動材が入り込んで塞ぐことを防止するため、たとえば図２に示す均圧管４０Ａのように、いずれも上向きに６０度程度傾斜している水平管部４１Ａ，４２Ａとすることが好ましい。なお、上述した均圧管４０，４０Ａは、シールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間を連通させることが主たる目的であるから、その途中経路については特に限定されるものではない。  
【００２０】
このような均圧管４０，４０Ａを備えた流動層ボイラ１は、サイクロン２０の流動材出口２３に連結して設けられたシールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間が均圧管４０，４０Ａを介して連通しているので、シールポット部２を通って上昇する空気の気流が均圧管４０，４０Ａを通ってスムーズにサイクロン２０側へ流れる。このため、サイクロン２０及びシールポット部２の内部は略同じ圧力となり、サイクロン下部の流動材出口２３に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にする。すなわち、流動材の粒子がサイクロン２０の下部に滞留することを防止し、流動材の外部循環をスムーズにして安定化することができる。
【００２１】
特に、均圧管４０，４０Ａがサイクロン２０に開口する位置の高さＨを規定する式１を満足すれば、流動材の滞留を確実に防止することができる。
このように、上述した本発明の流動層ボイラ１によれば、シールポット部２を上昇する気流が均圧管４０，４０Ａを通ってサイクロン２０側へ流れ、流動材出口２３に流動材が滞留することを防止して安定した流動を可能にするので、サイクロン下部に流動材が滞留することを防止して外部循環を安定化する。このため、流動層ボイラ１の燃料として廃棄系燃料や粗悪な石炭燃料等を使用する場合であっても、流動材出口２３で流動材が滞留及び崩壊を繰り返すことを防止できる。
【００２２】
従って、流動材の滞留及び崩壊に連動して流動床炉１０の燃焼室１１内に発生していた差圧変動がなくなり、燃焼室１１内の炉内温度も高さ方向に均一となるので、燃料の燃焼性を安定させることができる。すなわち、均圧管４０，４０Ａを設けたことにより、流動材が流動材出口２３に滞留することを防止し、流動材の外部循環や燃料の燃焼性が安定する流動層ボイラ１となる。
【００２３】
また、上述した均圧管４０，４０Ａは、たとえば図３に示すように、大型のサイクロン２０Ａを使用する場合など、円周方向に複数配置した構成を採用することが望ましい。
図３に示す構成例において、大型のサイクロン２０Ａには、流動材出口２３に連結して設けられたシールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間を連通させる均圧管４０Ａが、円周方向に等ピッチで６本設けられている。すなわち、サイクロン２０Ａの底部には、合計６本の均圧管４０Ａが設けられており、各均圧管４０Ａは、周方向に均等な６０度ピッチとなるよう放射状に配設されている。
なお、図示の構成例では、上向きの傾斜角度を有する水平管部４１Ａ，４２Ａ備える均圧管４０Ａとしたが、図１に示すように、角度が０度（水平）の水平管部４１，４２を備える均圧管４０を採用してもよい。
【００２４】
このように、シールポット部２の上部とサイクロン２０の下部との間を均圧させる手段として複数の均圧管４０，４０Ａを設けることにより、大型化したサイクロン２０Ａにおいても、流動材の滞留及び崩壊に連動して流動床炉１０の燃焼室１１内に発生していた差圧変動がなくなり、燃焼室１１内の炉内温度も高さ方向に均一となるので、燃料の燃焼性を安定させることができる。従って、円周方向に複数の均圧管４０，４０Ａを設けたことにより、サイクロン２０Ａの周方向においては、全周にわたって流動材が流動材出口２３に滞留することを防止し、流動材の外部循環や燃料の燃焼性が安定する流動層ボイラとなる。
【００２５】
このような大型サイクロン２０Ａに対し、６本程度の均圧管４０，４０Ａを周方向に等ピッチで配置すれば、シールポット部２を上昇する気流は、各均圧管４０，４０Ａを通ってサイクロン側へ流れるので、流動材出口においては全周にわたって流動材の滞留が防止される。従って、サイクロン２０Ａを大型化しても、部分的な滞留を生じることなく全体的に安定したスムーズな流動が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る流動層ボイラの構成例を示す図である。
【図２】均圧管の変形例を示す要部断面図である。
【図３】均圧管を複数設けた流動層ボイラの構成例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】流動層ボイラの従来例を示す構成例の図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    流動層ボイラ
２    シールポット部
５    高温粒子循環ライン
１０    外部循環型流動床炉（流動床炉）
１１    燃焼室
２０，２０Ａ    サイクロン
２３    流動材出口
４０，４０Ａ    均圧管
【図１】
0005336821.tif 000002
【図２】
0005336821.tif 000003
【図３】
0005336821.tif 000004
【図４】
0005336821.tif 000005