(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料の粉砕物と、水もしくは水と脱硫剤とを混練した固体・水混合燃料を、加圧流動層火炉へ供給する固体・水混合燃料の供給装置において、前記混合燃料を供給する本導管が、前記加圧流動層火炉の複数のノズルにそれぞれ接続する複数の分岐導管に分岐し、前記それぞれの分岐導管の途中には、前記混合燃料の流量を検出する流量検出手段と、前記流量を調節する流量調節手段と、前記分岐導管に空気を導入する空気導入手段とを備え、
前記それぞれの分岐導管へ分流される燃料流量の偏差を演算し、該演算値に基づく制御信号を、前記空気導入手段および前記流量調節手段へ出力する制御手段を備えたことを特徴とする固体・水混合燃料の供給装置。
【請求項２】
固体燃料の粉砕物と、水もしくは水と脱硫剤とを混練した固体・水混合燃料を、加圧流動層火炉へ供給する固体・水混合燃料の供給装置において、前記混合燃料を供給する本導管が、前記加圧流動層火炉の複数のノズルにそれぞれ接続する複数の分岐導管に分岐し、前記分岐する前段の本導管に空気を導入する空気導入手段を備えるとともに、前記それぞれの分岐導管の途中に、圧力損失を検出する圧力検出手段と、前記分岐導管の流路断面積を縮小する流路縮小手段とを備え、
前記それぞれの分岐導管で計測される圧力損失の偏差を演算し、該演算値に基づく制御信号を、前記本導管の空気導入手段と、前記分岐導管の流路縮小手段とへ出力する制御手段を備えたことを特徴とする固体・水混合燃料の供給装置。
【請求項３】
固体燃料の粉砕物と、水もしくは水と脱硫剤とを混練した固体・水混合燃料を、加圧流動層火炉へ供給する固体・水混合燃料の供給方法において、前記混合燃料の分流量が多い分岐導管の流路断面積を縮小し、抵抗を与えて偏流を修正する場合に、前記分岐導管に空気を導入した後、前記流路断面積を縮小して分流量を調節することを特徴とする固体・水混合燃料の供給方法。
【請求項４】
固体燃料の粉砕物と、水もしくは水と脱硫剤とを混練した固体・水混合燃料を、加圧流動層火炉へ供給する固体・水混合燃料の供給方法において、前記混合燃料に気体が混合した状態で、前記混合燃料の輸送配管の分岐部を通過させることを特徴とする固体・水混合燃料の供給方法。
【請求項５】
固体燃料の粉砕物と、水もしくは水と脱硫剤とを混練した固体・水混合燃料を、加圧流動層火炉へ供給する固体・水混合燃料の供給方法において、前記混合燃料を供給する本導管の先端は、少なくとも二つの分岐管に枝分かれする股状に形成された分岐部の基部に挿入されるとともに、前記先端の流路断面積は徐々に縮小して形成されてなり、
前記混合燃料に気体を混合させた状態で、前記分岐部を通過させることを特徴とする固体・水混合燃料の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体・水混合燃料の供給装置および供給方法に係り、特に、加圧流動層で石炭等の固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントの燃焼炉へ、固体燃料と水の混合物を分流して供給するときの固体・水混合燃料の供給装置および供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧流動層ボイラは、発生するスチームおよび高圧の燃焼ガスからエネルギーを得ることができるので、高効率の発電が可能である。ただし、加圧状態の燃焼炉内に、固体である石炭粒子を連続的に安定して供給することが課題の一つである。
【０００３】
従来、流動層燃焼炉への石炭の供給方法として、石炭粒子と水を混合してペースト状の流体（以下、ペーストと略す）とし、このペーストをポンプで昇圧および圧送してノズルから供給する湿式供給方式（例えば特開昭62-155433号公報）がある。
【０００４】
本方式では、発電効率を高レベルに維持するため、石炭に添加する水の量をできるだけ少なくすることが重要である。このため、添加水量が限定され石炭・水ペーストは粘度が高く流動性に乏しい。
【０００５】
したがって、従来のバルブなどの手段ではペースト供給量の調整が困難で、流動層燃焼炉に複数本設置されるペーストの供給ノズルに対し、例えば、ピストンポンプなどの定量型のポンプがそれぞれのノズルに設置される。すなわち、ペーストの供給ノズル１本に対し、定量ポンプ１台が設置されてペーストが供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
定量ポンプを多数設置するのを避けるために、分岐管を用いて１台のポンプから複数の供給ノズルにペーストを分流供給する方式を採用することが容易に考えられる。
【０００７】
しかしながら、流動層では、層内媒体の流動にともなって層圧損が変動するため、分岐管を用いると分流量が不均一になりやすい。また、ペーストのレオロジー的性質の違いも分流量を不均一にする一因である。
【０００８】
分流量が変動するとペーストは流れやすい方に選択的に輸送され、完全に流れが止まった分岐導管には、石炭粒子と水との分離、沈降が生じ閉塞に至る可能性もある。
【０００９】
分流量が不均一になるのを抑制するため、流動層の層圧損の変動に比べて分岐導管での圧力損失を大きくする方法が考えられる。例えば、分岐導管の内径を縮小すればよいが、ペーストは高粘性の固体・水混合燃料であり、流路断面の縮小部では容易に閉塞してしまう。
【００１０】
また、分流量が変動した場合に、流量の多い分岐導管に流路断面積を縮小して抵抗を負荷し、流れにくい方に燃料を送り込む調節を試みる場合も、同様に閉塞する。
【００１１】
以上のように、加圧流動層へ高粘性の固体・水混合燃料であるペーストを、１台のポンプから複数本のノズルへ分岐して供給する場合、流量の制御、絞り部での閉塞を避けることができなかった。
【００１２】
その結果、従来技術ではペーストの供給ノズル１本に対し、定量ポンプ１台が設けられている実用の加圧流動層ボイラでは、複数個のペースト供給ノズルが設置され、それに対応してノズルの本数と同数のポンプや供給導管が必要であり、設備コストが増大するという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、加圧流動層燃焼炉において、１台のペーストポンプから複数個の供給ノズルに、それぞれ均一にペーストを分流して送ることのできる固体・水混合燃料の供給装置および方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明装置の以下の構成で達成される。まず、加圧された流動層火炉へペーストを供給する加圧流動層ボイラ用燃料の供給装置において、燃料供給のための本導管を、加圧流動層火炉の複数のノズルにそれぞれ接続する複数の分岐導管に分岐して、各分岐導管途中に燃料の流量を検出する手段と、流量を調節する手段と、空気を導入する手段を備えるものとする。
【００１５】
この場合、各分岐導管へ分流される燃料流量の偏差を演算し、その演算値に基づく制御信号を、分岐導管へ空気を導入する手段と、分岐導管内の燃料流量を調節する手段へ出力する制御手段を備えるようにする。
【００１６】
また、分岐する前の本導管に空気を導入する手段を備え、各分岐導管途中に圧力損失を検出する手段と、該分岐導管の流路断面積を縮小する手段を備えるものとする。
【００１７】
この場合、各分岐導管で計測される圧力損失の偏差を演算し、この演算値に基づく制御信号を、本導管へ空気を導入する手段と、該分岐導管の流路断面積を縮小する手段へ出力する制御手段を備えるようにする。
【００１８】
そして、ペースト状混合燃料を輸送する本導管が、それぞれの分岐導管に枝分かれする分岐部に向かって、本導管の流路断面積が徐々に縮小する構造であると本発明の効果が顕著となる。
【００１９】
また、上記目的は、本発明方法の以下の構成により達成することもできる。
すなわち、ペーストの分流量が多い分岐導管の流路断面積を縮小し、抵抗を与えて偏流を修正する場合に、先ず分岐導管に空気を導入し、その後に流路断面積を縮小して分流量を調節するとよい。また、各分岐導管へは常時空気を導入してもよい。
【００２０】
また、加圧流動層火炉へペーストを分岐して供給する加圧流動層ボイラ用燃料の供給方法において、ペーストに気体を混合し、燃料供給のための本導管と分岐導管を接続する分岐部に、該ペーストと気体の混合物を通過させることによっても本発明の目的が達成される。
【００２１】
従来法で問題なのは、配管絞り部をペーストが充満して流れると、絞り部で閉塞トラブルが発生しやすい。本発明法によれば、同伴する気体によって、分岐導管内のペーストの容積比率が減少し、絞り部を閉塞することなく通過する。
【００２２】
また、従来は、分岐部をペーストが充満して流れると、分流量が不均一になりやすいことが問題であった。本発明によれば、ペーストに気体を同伴して分岐部を通過させるので、上述のペースト性状を無視することができる。
【００２３】
また、分岐導管内のペーストの容積比率が減少し、絞り部を閉塞することなくペーストが通過するので、流路断面積を縮小して分流量を調整する手段を適用することもできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以上説明したように、本発明のポイントは、分岐導管内を輸送されるペースト流量の調節手段として使用する絞り部（流路断面積のを縮小部）に、空気を同伴させて閉塞を回避する点にある。すなわち、ペーストを絞り部で閉塞させずに分流を達成できる。
【００２５】
従来法で問題なのは、絞り部をペーストが充満して流れると、絞り部で閉塞トラブルが発生しやすい。特に、流量調節を目的として絞り部でペーストは確実に閉塞してしまう。本発明によれば、同伴する気体によって、分岐導管内のペーストの容積比率が減少し、絞り部を閉塞することなく通過する。
【００２６】
また、圧力容器と供給配管を連結するフレキシブルジョイントが、長時間の連続運転により変形し、結果として流路断面積を狭くする。この場合にも、流路断面積の変化に伴う管壁面からの抵抗が著しく減少され閉塞を妨げる。
【００２７】
以下、実施形態により本発明を詳細に説明する。
（全体構成）
図１は、本発明を実施するに好適なペーストの供給装置の系統図である。
【００２８】
図１において、タンク１内では、所定の水分を含有するペーストが貯留される。ペーストの供給指令信号が、制御装置３を介してポンプ制御装置４に出力されると、所定の供給量となるようにポンプ２が運転される。
【００２９】
三方弁６は、タンク１側の戻り配管７の方向に開かれ、ポンプ２より吐出されるペーストは、供給導管５、三方弁６および戻り導管７を経て、タンク１へ循環される。
【００３０】
次に、燃焼の準備が完了すると、三方弁６が、戻り配管７側から火炉２１側の供給導管８へ切り替えられ、ペーストが、火炉２１側への供給導管８を経て、分岐導管９および１０へ送られる。以上のようにして分流されたペーストは、それぞれノズル１７および１８より火炉２１内へ投入、燃焼される。
【００３１】
各分岐導管９、１０には、それぞれ本発明に係る流量計１１、１２と、流量調節器１３、１４と、調節弁１５、１６が接続された空気供給導管１９、２０が設けられている。これら流量計１１、１２、流量調節器１３、１４、調節弁１５、１６は、制御装置３と連結されている。
【００３２】
（各構成部分の相互関係および作用）
上記のような制御装置３を備えたペースト供給システムにおいて、流量計１１、１２で計測されるペーストの分流量は、制御装置３に出力される。
【００３３】
制御装置３において、例えば、分岐導管９の分流量が大きいと判断されると、調節弁１５へ作動信号が出力され、空気供給導管１９を経由して分岐導管９へ空気が供給される。同時に、流量調節弁１３に信号が出力され、分岐導管９の流路断面積を縮小して抵抗を与え、分流量に偏差が無くなるように流量調節される。
【００３４】
本実施形態のポイントは、前述したように、分岐導管９、１０内を供給されるペースト流量の調節手段として使用する絞り部（流路断面積の縮小部）に、空気を同伴させて閉塞を回避する点にある。
【００３５】
上述のように、空気供給導管１９より導入される空気によって、分岐導管９内のペーストの容積比率が減少し、流量調節器１３内の絞り部で閉塞させることなく抵抗を付加できる。従来、この操作ができず、流量の偏差を調節できなかったため、ペーストの分流技術が成り立たなかった。
【００３６】
分流量に偏差があると判断する基準は、使用する固体燃料の性状に依存する。均等に分流された場合の分流量に対し、１５％以上の流量差で偏差があると判断する。
【００３７】
また、分岐導管９へ空気を供給開始する時点では、流量調節器１３内の流路断面積が縮小していないことが重要である。先に断面積が縮小しているところへ、、空気に同伴されたペーストを通過させると閉塞するので注意を要する。空気を空気供給導管１９から常時供給しておけば、空気の導入に関して運転条件が簡素になる。
【００３８】
図２は、本発明の他の実施形態の一例を示す系統図である。
図２に示すように、タンク１内には、所定の水分を含有するペーストが貯留されている。
【００３９】
ペーストの供給指令信号が、制御装置３を介してポンプ制御装置４に出力されると、所定の供給量となるようにポンプ２が運転される。三方弁６はタンク１側の戻り配管７の方向に開かれ、ポンプ２より吐出されるペーストは、供給導管５、三方弁６および戻り配管７を経て、タンク１へ循環される。
【００４０】
次に、燃焼の準備が完了すると、三方弁６が戻り配管７側から火炉２１側の供給導管９へ切り替えられ、ペーストが火炉２１側への供給導管８を経て、分岐導管９および１０へ送られる。以上のようにして分流されたペーストは、それぞれノズル１７および１８より火炉２１内へ投入、燃焼される。
【００４１】
それぞれの分岐導管９、１０には、それぞれ本発明に係る流量計１１、１２と、調節弁１５、１６とが接続された空気供給導管１９、２０が設けられる。本実施形態では、流量調節器１３、１４は存在しない。前記の流量計１１、１２、調節弁１５、１６は、制御装置３と連結されている。
【００４２】
分岐導管９、１０に接続した空気供給導管１９、２０より火炉２１側の分岐導管９a、１０aは、内径が縮小されている。分岐導管９a、１０aで受ける圧力損失が大きいため、分流量に偏差は生じない。
【００４３】
さらに、空気を導入しているため、断面積が縮小されている分岐導管９a、１０aで閉塞することがない。これは、ノズル１７、１８の先端部に絞りがある場合にも同じ効果がある。
【００４４】
本発明は、上述の実施形態以外にも、次のような特長がある。すなわち、圧力容器と供給配管を連結するフレキシブルジョイントが、長時間の連続運転において変形し流路断面積が狭くなる場合にも、流路断面積の変化に伴う管壁面からの抵抗が著しく減少され閉塞を防げる。
【００４５】
本発明のさらなるポイントは、本道管が分岐導管に枝分かれする分岐部を通過するペーストが、気体を同伴した状態である点にある。従来法では、分岐部をペーストが充満して流れると、分流量が不均一になりやすいことが問題であった。これは、分岐部における分流量の偏りがペーストの性状、特にペーストのレオロジー的性質に影響されるためである。
【００４６】
加圧流動層燃焼に用いるペースト燃料は、総じて擬塑性、すなわち配管内での流速が高くなるほど、見かけ上のペーストの粘度が低くなるような性質を帯びている。例えば、この擬塑性の程度が弱いほど分岐部で偏流を起こしやすい。
【００４７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ペーストに気体を同伴して分岐部を通過させるので、上述のペースト性状を無視することができる。また、分岐導管内のペーストの容積比率が減少し、絞り部を閉塞することなくペーストが通過するので、流路断面積を縮小して分流量を調整する手段を適用することもできる。
【００４８】
（全体構成）
図３は、本発明を実施するに好適なペーストの供給装置の、さらに別の実施形態を示す系統図である。タンク３１内では、前記実施形態と同様に、所定の水分を含有するペーストが貯留されている。
【００４９】
図３において、ペーストの供給指令信号が、制御装置３３を介してポンプ制御装置３４に出力されると、所定の供給量となるようにポンプ３２が運転される。三方弁３６はタンク３１側の戻り配管３７の方向に開かれ、ポンプ３２より吐出されるペーストは、供給導管３５、三方弁３６および戻り導管３７を経て、タンク３１へ循環される。
【００５０】
次に、燃焼の準備が完了すると、三方弁３６が戻り配管３７側から火炉５０側の供給導管３８へ切り替えられ、ペーストが火炉５０側への本導管３８を経て、分岐導管４０および４１へ送られる。以上のようにして分流されたペーストは、それぞれノズル４６および４７より火炉５０内へ投入、燃焼される。
【００５１】
各分岐導管４０、４１には、それぞれ本発明に係る差圧計４２、４３と、流量調節器４４、４５と、調節弁４９が接続された空気供給導管４８が設けられる。前記の差圧計４２、４３、流量調節器４４、４５、調節弁４９は、制御装置３３と連結されている。
【００５２】
（各構成部分の相互関係および作用）
調節弁４９へ作動信号が出力され、空気供給導管４８を経由して本導管３８へ空気が供給される。差圧計４２、４３で検知されるペーストの分流状態は制御装置３３に出力される。
【００５３】
制御装置３３において、例えば、分岐導管４０の分流量が大きいと判断されると、流量調節弁４４に信号が出力され、分岐導管４０の流路断面積を縮小して抵抗を与え、分流量に偏差がなくなるように流量調節される。
【００５４】
ここで、分岐点３９を通過する流体がペーストと空気の混相流となっている点、さらに、ペーストの流量調節弁４４でも上記の混相流としてペーストが通過する点が本実施形態のポイントである。
【００５５】
上述のように、空気供給導管４８より導入される空気によって、分岐点３９内を通過するペーストの容積比率が減少し、分流量の偏りを最小限に抑えることができ、流量調節器４４内の絞り部でペーストを閉塞させることなく抵抗を付加できる。
【００５６】
また、本道管３８へ空気を供給開始する時点では、流量調節器４４内の流路断面積が縮小していないことが重要である。先に断面積が縮小しているところへ、空気に同伴されたペーストを通過させると、閉塞するので注意を要する。
【００５７】
図４は、分岐部の構造の一例である。分岐部入口の本導管８の流路断面積を縮小する。分岐部９で流路断面積を縮小すると、燃料を中心に集めてから分岐点に送ることになるので、空気とペーストの偏在が抑制され、各分岐導管１０、１１の分流量が安定する。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、ペーストを分流供給する過程で、ペーストを分流量の偏りを極力抑制することができる。また、分流量に偏差が生じても流量偏差の調節が可能となる。その結果、ペーストの分流の適用が可能となり、ポンプ台数および供給導管の本数を大幅に削減でき、燃料供給設備コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するに好適なペースト製造供給の系統図である。
【図２】本発明を実施するに好適なペースト製造供給の他の系統図である。
【図３】本発明を実施するに好適なペースト製造供給のさらに別の系統図である。
【図４】本発明における分岐部の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２  ポンプ
３  制御装置
４  ポンプ制御装置
５、８  供給導管
９、１０  分岐導管
１１、１２  流量計
１３、１４  流量調節器
１５、１６  調節弁
１７、１８  ペーストノズル
１９、２０  空気供給導管
２１  火炉
【図１】
0004042081.tif 000002
【図２】
0004042081.tif 000003
【図３】
0004042081.tif 000004
【図４】
0004042081.tif 000005