(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体を流動させて供給された燃料を燃焼する流動層と、該流動層内に設置されて上記燃料の燃焼熱を回収する層内伝熱管とを有する流動床ボイラにおいて、流動媒体として、ＳｉＯ2が４５ないし７２重量部、Ａｌ2Ｏ3が７ないし１４重量部、Ｆｅ2Ｏ3が８ないし１６重量部、ＭｇＯが５ないし１１重量部、ＣａＯが５ないし１０重量部、Ｎａ2Ｏが２ないし３重量部、Ｋ2Ｏが１重量部であり、これら成分の合計が１００重量部である組成のものを用いることを特徴とする流動床ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動床ボイラに関し、特に、流動層内伝熱管の摩耗を効果的に抑えることができる流動床ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動床ボイラは、炉床部に珪砂等の流動媒体を有する流動層を備え、炉床から空気等の気体を噴出させて流動媒体を浮遊流動させながら、炉内に投入した燃料を流動媒体と混合させながら効率的に燃焼し、その燃焼熱をボイラの熱源として利用するものである。
【０００３】
図４は流動床ボイラの流動状態を示す図である。図４において、流動層３１は、珪砂等の流動媒体３２に、空気３３がその底部に設けた分散板３４から均一に吹き込まれることにより形成され、吹き込まれた空気３３の気泡３５により流動媒体３２を浮遊流動化させる。この流動層３１に小径に粉砕されたゴミ、固形燃料、バイオマス燃料などの燃料を投入すると、この燃料は流動層内で効率よく燃焼する。流動層で発生した燃焼熱は流動層内に設置した層内伝熱管（紙面に対して直交する方向に設置されている）３６に伝達される。層内伝熱管３６の内部には水等の冷媒が流通しているので、燃焼熱をボイラ熱源として回収することができる。
【０００４】
ところで、流動床ボイラにおいては流動状態を安定に維持するため、所定の空塔速度で運転されるが、機構上、層内伝熱管３６は流動媒体３２との衝突を避けることができず、層内伝熱管３６の表面は非常に摩耗しやすい状況下におかれている。
【０００５】
この種の流動床ボイラに関する先行技術として、特許文献１には、伝熱管の摩耗しやすい位置でＨ2Ｓを発生させない流動床ボイラが開示されている。というのは、燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減を目的として燃焼空気の空気過剰率を小さくする傾向にあるので（酸素濃度が低いので）、流動床ボイラの燃料として微粉炭のような硫黄分を含有する燃料を使用した場合、流動床内には硫化水素（Ｈ2Ｓ）が生成しやすい。この硫化水素は伝熱管などの金属との反応性が高く、伝熱管表面には硫化物層が形成される。硫化物層はメタル単体に比べ非常に脆いので、伝熱管表面は短期間のうちに摩耗してしまう。そこで、特許文献１には、図５に示すように、微粉ＣａＣＯ3を、流動床内に配置した気流搬送管を経て、層内伝熱管４１の下部に取り付けられた噴出チューブ４２に導く構成が開示されている。この構成によれば、ＣａＣＯ3は気流搬送管内を通過する過程で流動床内の燃焼ガスによって加熱され、脱炭酸反応が生じてＣａＯになる。このＣａＯが噴出チューブ４２から噴出されると、短時間のうちにＨ2Ｓと反応するというものである。
【０００６】
また、特許文献２には、石灰石やドロマイトなどの天然鉱物はヒートショックにより粉化、飛散しやすいので、天然鉱物を流動媒体として使用した場合、流動層の層高を所定の高さに維持するため、継続的に大量の流動媒体を補給する必要があり、流動媒体として硬度の高い珪砂を使用すると、伝熱管を損耗しやすいという理由で、流動媒体のコスト低減と飛散ダストの減少を図るとともに伝熱管の摩耗を抑えるために、粒径を０．２ないし０．４mmに整粒したマグネシウム珪酸塩鉱物を焼成して得られる焼結体を流動媒体として使用することが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、流動媒体の焼結化（流動媒体の塊状化）の危険性が小さく、添加物を必要とせずに各種の燃料の下で使用することができる流動層材料として、石英の含有量が１０重量％以下である鉱物を用いることが記載されている。
【特許文献１】特開平５−２８８３０７号公報
【特許文献２】特開平６−８６９２９号公報
【特許文献３】国際公開第９９／５７４８８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示されたものは、流動媒体とは別にＣａＣＯ3を使用する必要があり、ＣａＯの噴出機構が必要であるなど、ランニングコストおよび設備コストの増大が懸念される。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたものは、特別の粒径のマグネシウム珪酸塩鉱物を使用する必要があるなど、製造コストが高くなる。
【００１０】
さらに、特許文献３に開示されたものは、流動媒体の塊状化を防止することを目的としており、層内伝熱管の摩耗低減については考慮されていない。また、石英の含有量が１０重量％以下と非常に少なく、石英含有量が通常の流動媒体からかけ離れている。
【００１１】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、流動層内伝熱管の摩耗を効果的に抑えることができる流動床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】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の流動床ボイラは、流動媒体を流動させて供給された燃料を燃焼する流動層と、該流動層内に設置されて上記燃料の燃焼熱を回収する層内伝熱管とを有する流動床ボイラにおいて、流動媒体として、ＳｉＯ2が４５ないし７２重量部、Ａｌ2Ｏ3が７ないし１４重量部、Ｆｅ2Ｏ3が８ないし１６重量部、ＭｇＯが５ないし１１重量部、ＣａＯが５ないし１０重量部、Ｎａ2Ｏが２ないし３重量部、Ｋ2Ｏが１重量部であり、これら成分の合計が１００重量部である組成のものを用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特定の成分組成の流動媒体を使用することにより、層内伝熱管表面に好ましい性状の保護被膜が形成されるので、層内伝熱管の摩耗を効果的に抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の流動床ボイラの好ましい実施形態について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものでない。本発明の成分組成の流動媒体は、図１および図２のいずれの形式の流動床ボイラでも使用可能である。
【００１５】
図１は、本発明の流動床ボイラの一実施形態の縦断面を概略的に示す図である。図１において、１は流動媒体、２は層内伝熱管、３ａは空気分散板３に多数設けられた空気ノズル、４は空気供給口、５は燃料供給口、６と７は流動媒体貯留タンク、６ａと７ａは排出量調整弁、８は流動媒体供給配管、９は流動媒体排出口、１０は燃焼排ガスの出口である。この流動床ボイラは、層内伝熱管を設置している燃焼熱回収部と燃焼部とを分離しない、いわゆるバブリング型流動床ボイラである。
【００１６】
図２は、本発明の流動床ボイラの別の実施形態の縦断面を概略的に示す図であり、層内伝熱管を設置している燃焼熱回収部と燃焼部とを分離した、いわゆる内部循環式流動床ボイラに属するものである。
【００１７】
図２において、図１と共通する構成要素には同じ参照番号を付して説明を省略する。図１との大きな違いは、仕切板１１によって、燃焼部１２と、層内伝熱管２ａを設置した燃焼熱回収部１３とに流動層が分離された点である。また、図１の流動床ボイラの風箱１４は一つであるが、図２の流動床ボイラは隔壁１５によって仕切られた風箱１６と１７からなる。従って、空気供給口は４と１８の２箇所に設けられている。燃焼排ガスの出口１９は燃焼部１２の上部に設けられている。
【実施例】
【００１８】
次に、流動媒体の成分組成が層内伝熱管の摩耗に及ぼす影響についての基礎データを得るために、以下のような内容の高温腐食摩耗促進模擬試験を行ったので、説明する。
【００１９】
図３は、その試験装置を概略的に示す図である。図３において、円筒形の容器２１の下部には多数の空気吹き出し口が設けられた分散板２２が設置されている。分散板２２の下方の底部空間２３には図示しない開口が設けられており、この開口から空気と塩化水素ガスを底部空間２３内に供給する。２４は後記する組成の流動媒体である。流動媒体２４が充填された層には合成灰（実際の流動床炉を真似て、ＮａＣｌとＫＣｌとＣａＣｌ2を主として含有する物質）が添加されている。２５は中実丸棒形状の試験片であり、流動媒体２４の層の中に埋設されている。試験片２５はモータ２６に直結された回転軸２７に取り付けられた固定プレート２８に固定されている。２９は電気ヒータであり、電気ヒータ２９は容器２１を覆っている。３０は排気口である。以上のように構成される試験装置を用いて、流動媒体の成分組成が層内伝熱管の摩耗に及ぼす影響を調査するための高温腐食摩耗促進模擬試験を行った。
（試験方法と試験結果）
図３に示す装置の流動媒体２４として後記する表１の３種類の組成の中のいずれかを使用し、試験片２５の材質を後記する表２のように変化させて、電気ヒータ２９のスイッチを投入して容器２１内の流動媒体２４の温度を上昇させた。そして、流動媒体２４の温度を容器２１の内壁面に設置した温度センサ（図示せず）で検知しながら、３２５℃まで上昇させた。そして、３２５℃に達した時点でモータ２６を駆動させて回転軸２７の回転を開始し、最終的に０．６ｍ／秒の回転速度で試験片２５を回転させた。試験片２５の回転中は、底部空間２３内に上記開口から塩化水素ガスを適宜供給した。合成灰を流動媒体が充填された層に添加し、塩化水素ガスを底部空間２３内に供給するのは、実際の流動床ボイラの燃焼ガスには各種腐食成分が含まれており、また燃焼の結果、灰分が生成するので、実際の流動床ボイラの層内部に近い状態を再現するためである。なお、試験中において、容器２１上部の雰囲気ガスの一部は容器内外の圧力差により、排気口３０より排出された。
【００２０】
かくして、試験片２５が流動媒体２４中を上記速度で回転することにより、流動媒体２４の層は試験片２５の回転方向にゆっくりとかき回される。その結果、試験片２５は、流動媒体２４との摩擦や塩化水素ガスによる腐食の影響で摩耗が進行する。
【００２１】
以上の高温腐食摩耗促進模擬試験を１００時間行った結果、試験片２５の摩耗による減肉量（直径変化）について、流動媒体として珪砂を使用した場合の減肉量に対する相対値として表２に示す。表２において、例えば、炭素鋼試験片の流動媒体Ｂの数値０．３０とは、珪砂を流動媒体として使用したときの炭素鋼試験片２５の直径の減少量（当初の直径から試験後の直径の数値を差し引いたもの）を１００とすれば、流動媒体Ｂを流動媒体として使用したときの炭素鋼試験片２５の直径の減少量が３０であるという意味である。この表２の数値が小さい方が摩耗しにくいことを示す。
【００２２】
【表１】
0005162312.tif 000002
【００２３】
【表２】
0005162312.tif 000003
【００２４】
表２に明らかなように、流動媒体Ａと流動媒体Ｂを流動媒体として使用することにより、珪砂を流動媒体とする場合に比べて明らかに減肉量は少なくなっている。
【００２５】
以上の結果に基づいて、図１の流動床ボイラにおいて、本発明の範囲内の成分組成の流動媒体１からなる層を備え、空気供給口４から風箱１４および空気ノズル３ａを経て供給された空気により流動媒体１を浮遊流動させて流動層を形成するとともに燃料供給口５から供給された燃料を燃焼させ、その燃焼熱を層内伝熱管２で回収し、燃焼後の排ガスを出口１０から排出する。
【００２６】
この流動媒体１の浮遊流動状態において流動媒体１が層内伝熱管２に衝突しても、流動媒体１は特定の成分組成の流動媒体（流動媒体Ａと流動媒体Ｂの成分組成を上限または下限とするもの）からなるので、層内伝熱管２の摩耗が抑えられる。
【００２７】
そして、排出量調整弁６ａと７ａを調整して流動媒体貯留タンク６と７に貯留された本発明の範囲内の成分組成の適正量の流動媒体を供給配管８を経て流動床ボイラ内に供給し、流動媒体排出口９から適正量の流動媒体を適宜排出することにより、安定して操業を続けることができる。
【００２８】
図２の流動床ボイラにおいても、同様にして安定して操業を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の流動床ボイラの一実施形態の縦断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の流動床ボイラの別の実施形態の縦断面を概略的に示す図である。
【図３】高温腐食摩耗促進模擬試験の試験装置を概略的に示す図である。
【図４】流動床ボイラの流動状態を説明する図である。
【図５】従来の流動床ボイラの層内伝熱管の摩耗防止手段の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  流動媒体
２  層内伝熱管
２ａ  層内伝熱管
３  空気分散板
３ａ  空気ノズル
４  空気供給口
５  燃料供給口
６  流動媒体貯留タンク
６ａ  排出量調整弁
７  流動媒体貯留タンク
７ａ  排出量調整弁
８  流動媒体供給配管
９  流動媒体排出口
１０  燃焼排ガス出口
１１  仕切板
１２  燃焼部
１３  燃焼熱回収部
１４  風箱
１５  隔壁
１６  風箱
１７  風箱
１８  空気供給口
１９  燃焼排ガス出口
２１  容器
２２  分散板
２３  底部空間
２４  流動媒体
２５  試験片
２６  モータ
２７  回転軸
２８  固定プレート
２９  電気ヒータ
３０  排気口
【図１】
0005162312.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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