(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクロンで捕集され灰落下管からシールボックス内へ導入される循環灰を冷却し、灰戻し管から火炉へ戻す外部熱交換器を備えた循環流動層ボイラにおいて、
シールボックス内底部に、流動用空気を空気分散板から上方へ吹き出すためのウィンドボックスを形成し、該ウィンドボックスを複数の室に分割し、各室にそれぞれ、途中に開閉弁が設けられた流動用空気供給管を接続し、
ウィンドボックスの所望の室内に、開閉弁を常時開放して流動用空気を常時供給することにより、該室の上方対応位置に、循環灰が常時流動する常時流動領域を形成すると共に、該常時流動領域が上方対応位置に形成された室以外の室内に、開閉弁を必要に応じて開閉して流動用空気を必要に応じて供給・停止することにより、該室の上方対応位置に、循環灰が流動或いは停止する流動停止可能領域を形成するよう構成し、
常時流動領域の下部にサイクロンで捕集された循環灰が導入されるよう、シールボックス下部に灰落下管を接続し、
流動停止可能領域内に、循環灰を冷却するための伝熱管を配設し、
該伝熱管より上方における常時流動領域と流動停止可能領域とに、前記流動用空気供給管から分岐し且つ途中に流量調整弁が設けられた流動用空気供給管が接続されて空気が吹き出され循環灰を灰戻し管へ移動させるための上部散気管を配設し、
外部熱交換器を構成したことを特徴とする循環流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環流動層ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来の循環流動層ボイラは、図３に示される如く、水冷の炉壁１ａにより形成された火炉１の底部に、空気分散板２が設けられており、該空気分散板２上に、投入された石炭或いはゴミ固形燃料等の燃料を、前記空気分散板２から吹き出される一次空気Ａにより灰や石灰石等からなるベッド材３と共に流動化させながら燃焼させ、図示していない発電用蒸気タービン等に供給する蒸気を発生させるようにしてある。
【０００３】
前記空気分散板２から吹き出される一次空気Ａは、前記火炉１の底部に接続された一次空気ライン４を介してファン５の作動により供給されるようになっている。
【０００４】
更に、前記火炉１の上部には、火炉１内での燃焼により発生した排ガスを導き得るようサイクロン６が接続されており、前記排ガスによって吹き上げられた灰が前記サイクロン６で捕集され、該サイクロン６で捕集された灰は、サイクロン６下部に接続された灰落下管７から灰再循環装置としての外部熱交換器８へ導入され、該外部熱交換器８において抜熱されて冷却された後、灰戻し管９を介して前記火炉１の底部に戻され、循環されるようになっている。
【０００５】
ここで、前記外部熱交換器８は、前記灰落下管７が接続されるシールボックス１０内底部に、流動用空気Ｃを空気分散板１１から上方へ吹き出すためのウィンドボックス１２を形成し、該ウィンドボックス１２に、前記一次空気ライン４から分岐させた流動用空気供給管１３を接続し、空気分散板１１の上方におけるシールボックス１０内に、循環灰を冷却するための伝熱管１４を配設してなる構成を有している。又、前記外部熱交換器８は、一般的にサイクロン６下部の圧力よりも火炉１内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、火炉１内の排ガスがサイクロン６下部の灰落下管７側に流れ込むことを防止し、且つサイクロン６で分離された灰を火炉１内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるＪバルブのような形に形成してある。
【０００６】
一方、前記サイクロン６で灰が分離された排ガスは、過熱器及び節炭器等を備えた後部伝熱部１５において熱回収されてから排ガスライン１６へ流出し、図示していない空気予熱器や集塵機等を経て煙突から大気に放出されるようにしてある。
【０００７】
又、前記火炉１の上下方向中間部には、二次空気ライン１７が接続され、ファン１８の作動により二次空気Ｂが供給されるようになっており、前記一次空気ライン４及び二次空気ライン１７の二系統から火炉１へ燃焼空気を供給することによりＮＯxの発生を抑制すると共に、前記二次空気ライン１７から火炉１内に二次空気Ｂを供給することにより未燃分の燃焼を助勢するようにしてある。
【０００８】
ところで、図３に示されるような循環流動層ボイラの場合、火炉１の伝熱面積は一定であるため、仮に、前記外部熱交換器８がなかったとすると、高負荷時にカロリーの高い燃料が供給されたような場合、火炉１において熱が取りきれずに温度が上昇してしまうことから、燃料の供給量を減らさざるを得なくなり、負荷が取れなくなるが、このような時には、循環灰が外部熱交換器８において冷却されて火炉１へ戻されるため、火炉１における温度上昇が抑えられ、燃料の供給量を減らさなくて済み、負荷も取ることができる。
【０００９】
しかしながら、逆に、低負荷時のように火炉１内の温度が低い場合には、外部熱交換器８における灰の冷却量は調節できないため、該外部熱交換器８で灰が更に冷却されて火炉１へ戻されると、火炉１内の温度が低下しすぎて、火炉１内における流動燃焼が安定しなくなり、この結果、負荷をあまり下げられず、狭い負荷範囲でしか運転ができないという欠点を有していた。
【００１０】
このような欠点を解消するものとしては、従来、例えば、図４に示されるようなものがあり、これは、灰落下管７の途中から分岐して火炉１の下部に接続され、サイクロン６で捕集された灰の一部を外部熱交換器８を通さずに火炉１へ直接戻すためのバイパスライン１９を設け、該バイパスライン１９途中にＪバルブ２０を形成し、該Ｊバルブ２０に、流動用空気供給管１３から分岐し且つ途中に流量調整弁２１が設けられた流動用空気供給管２２を接続してなる構成を有している。尚、図４中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１１】
図４に示される循環流動層ボイラにおいては、火炉１内で空気分散板２から吹き出される一次空気Ａにより燃料がベッド材３と共に流動化しながら燃焼し、火炉１内での燃焼により発生した排ガスによって吹き上げられた灰がサイクロン６で捕集され、該サイクロン６で捕集された灰は、サイクロン６下部に接続された灰落下管７から外部熱交換器８へ導入され、該外部熱交換器８において抜熱されて冷却された後、灰戻し管９を介して前記火炉１の底部に戻され、循環される一方、必要に応じて、流量調整弁２１の開度調節により、流動用空気供給管２２からＪバルブ２０へ流動用空気Ｄが導入され、前記サイクロン６で捕集された灰の一部が外部熱交換器８を通らずに火炉１へ直接戻され、これにより、外部熱交換器８における灰の冷却量が適宜調節される形となる。
【００１２】
即ち、高負荷時にカロリーの高い燃料が供給されたような場合には、流量調整弁２１の開度を絞ってバイパスライン１９へ分岐する循環灰の量を減らすと共に、外部熱交換器８へ導入される循環灰の量を増やすことにより、火炉１における温度上昇が抑えられ、燃料の供給量を減らさなくて済み、負荷も取ることができる一方、逆に、低負荷時のように火炉１内の温度が低い場合には、流量調整弁２１の開度を広げてバイパスライン１９へ分岐する循環灰の量を増やすと共に、外部熱交換器８へ導入される循環灰の量を減らすことにより、火炉１内の温度が低下しすぎることが防止され、火炉１内における流動燃焼が安定し、負荷を充分に下げることが可能となり、この結果、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転が行えるようになっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示されるような従来の循環流動層ボイラの場合、サイクロン６で捕集された灰を火炉１へ戻すための系統が二系統必要となって、それぞれの系統にＪバルブ２０のようなシール機構が必要になると共に、循環灰を外部熱交換器８とバイパスライン１９とへ分配するための流動用空気供給管２２も余分に必要となり、構造が複雑化し且つコストアップにもつながるという欠点を有していた。
【００１４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、バイパスラインを設けることを不要とし得、構造の簡略化並びに設備費の削減を図りつつ、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転を行うことができる循環流動層ボイラを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サイクロンで捕集され灰落下管からシールボックス内へ導入される循環灰を冷却し、灰戻し管から火炉へ戻す外部熱交換器を備えた循環流動層ボイラにおいて、
シールボックス内底部に、流動用空気を空気分散板から上方へ吹き出すためのウィンドボックスを形成し、該ウィンドボックスを複数の室に分割し、各室にそれぞれ、途中に開閉弁が設けられた流動用空気供給管を接続し、
ウィンドボックスの所望の室内に、開閉弁を常時開放して流動用空気を常時供給することにより、該室の上方対応位置に、循環灰が常時流動する常時流動領域を形成すると共に、該常時流動領域が上方対応位置に形成された室以外の室内に、開閉弁を必要に応じて開閉して流動用空気を必要に応じて供給・停止することにより、該室の上方対応位置に、循環灰が流動或いは停止する流動停止可能領域を形成するよう構成し、
常時流動領域の下部にサイクロンで捕集された循環灰が導入されるよう、シールボックス下部に灰落下管を接続し、
流動停止可能領域内に、循環灰を冷却するための伝熱管を配設し、
該伝熱管より上方における常時流動領域と流動停止可能領域とに、前記流動用空気供給管から分岐し且つ途中に流量調整弁が設けられた流動用空気供給管が接続されて空気が吹き出され循環灰を灰戻し管へ移動させるための上部散気管を配設し、
外部熱交換器を構成したことを特徴とする循環流動層ボイラにかかるものである。
【００１６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１７】
本発明の循環流動層ボイラにおいては、火炉内での燃焼により発生した排ガスによって吹き上げられた灰がサイクロンで捕集され、該サイクロンで捕集された灰は、サイクロン下部に接続された灰落下管から外部熱交換器の常時流動領域の下部へ導入される。
【００１８】
ここで、高負荷時にカロリーの高い燃料が供給されたような場合には、常時開放される開閉弁以外の開閉弁も開放すると、常時流動領域だけでなく流動停止可能領域における灰も流動する状態となり、前記常時流動領域の下部へ導入された循環灰は、該常時流動領域と流動停止可能領域とで流動しつつ上昇し、伝熱管と接触し熱を奪われて温度低下した後、灰戻し管へ移動して行き、火炉の底部に戻され、循環されるため、火炉における温度上昇が抑えられ、燃料の供給量を減らさなくて済み、負荷も取ることが可能となる。
【００１９】
一方、負荷が低く、火炉内における燃焼温度の低いときには、常時開放される開閉弁以外の開閉弁を閉じておくと、流動停止可能領域における灰は流動せずに停滞した状態となり、前記常時流動領域の下部へ導入された循環灰は、該常時流動領域のみで流動しつつ上昇し、伝熱管とほとんど接触せずに、上部散気管から吹き出される空気により灰戻し管へ移動して行き、火炉の底部に戻され、循環されるため、火炉内の温度が低下しすぎることが防止され、火炉内における流動燃焼が安定し、負荷を充分に下げることが可能となる。
【００２０】
尚、前記上部散気管から吹き出される空気量は、該上部散気管が配設されている領域の空気分散板から流動用空気が供給されてその領域が流動状態にあるときには、絞ることが可能である。
【００２１】
この結果、従来のようにバイパスラインを特別に設けたりしなくても、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転が行えることとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２３】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図３に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、シールボックス１０内底部に形成され且つ流動用空気Ｃを空気分散板１１から上方へ吹き出すためのウィンドボックス１２を複数(図の例では三個)の室１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分割し、各室１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ、途中に開閉弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられた流動用空気供給管１３ａ，１３ｂ，１３ｃを接続し、ウィンドボックス１２の所望の室１２ａ内に、開閉弁２３ａを常時開放して流動用空気Ｃを常時供給することにより、該室１２ａの上方対応位置に、循環灰が常時流動する常時流動領域２４ａを形成すると共に、該常時流動領域２４ａが上方対応位置に形成された室１２ａ以外の室１２ｂ，１２ｃ内に、開閉弁２３ｂ，２３ｃを必要に応じて開閉して流動用空気Ｃを必要に応じて供給・停止することにより、該室１２ｂ，１２ｃの上方対応位置に、循環灰が流動或いは停止する流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃを形成し、常時流動領域２４ａの下部にサイクロン６で捕集された循環灰が導入されるよう、シールボックス１０下部に灰落下管７を接続し、流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃ内に、循環灰を冷却するための伝熱管１４を配設し、該伝熱管１４より上方における常時流動領域２４ａと流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃとに、空気が吹き出され循環灰を灰戻し管９へ移動させるための上部散気管２５を配設し、外部熱交換器８を構成した点にある。
【００２４】
前記常時流動領域２４ａと流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃとに配設される上部散気管２５にはそれぞれ、流動用空気供給管１３から分岐し且つ途中に流量調整弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられた流動用空気供給管２７ａ，２７ｂ，２７ｃを接続してある。
【００２５】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００２６】
図１に示す循環流動層ボイラにおいては、火炉１内で空気分散板２から吹き出される一次空気Ａにより燃料がベッド材３と共に流動化しながら燃焼し、火炉１内での燃焼により発生した排ガスによって吹き上げられた灰がサイクロン６で捕集され、該サイクロン６で捕集された灰は、サイクロン６下部に接続された灰落下管７から外部熱交換器８の常時流動領域２４ａの下部へ導入される。
【００２７】
ここで、高負荷時にカロリーの高い燃料が供給されたような場合には、常時開放される開閉弁２３ａ以外の開閉弁２３ｂ，２３ｃも開放すると、常時流動領域２４ａだけでなく流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃにおける灰も流動する状態となり、前記常時流動領域２４ａの下部へ導入された循環灰は、該常時流動領域２４ａと流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃとで流動しつつ上昇し、伝熱管１４と接触し熱を奪われて温度低下した後、灰戻し管９へ移動して行き、火炉１の底部に戻され、循環されるため、火炉１における温度上昇が抑えられ、燃料の供給量を減らさなくて済み、負荷も取ることが可能となる。
【００２８】
一方、負荷が低く、火炉１内における燃焼温度の低いときには、常時開放される開閉弁２３ａ以外の開閉弁２３ｂ，２３ｃを閉じておくと、流動停止可能領域２４ｂ，２４ｃにおける灰は流動せずに停滞した状態となり、前記常時流動領域２４ａの下部へ導入された循環灰は、該常時流動領域２４ａのみで流動しつつ上昇し、伝熱管１４とほとんど接触せずに、上部散気管２５から吹き出される空気により灰戻し管９へ移動して行き、火炉１の底部に戻され、循環されるため、火炉１内の温度が低下しすぎることが防止され、火炉１内における流動燃焼が安定し、負荷を充分に下げることが可能となる。
【００２９】
又、前記開閉弁２３ａと開閉弁２３ｂとを開放し、開閉弁２３ｃのみを閉じれば、流動停止可能領域２４ｃにおける灰は流動せずに停滞した状態となり、前記常時流動領域２４ａの下部へ導入された循環灰は、該常時流動領域２４ａと流動停止可能領域２４ｂとで流動しつつ上昇し、伝熱管１４の伝熱面の略半分が生かされる形となり、外部熱交換器８での収熱量を略半分にすることも可能となる。
【００３０】
尚、前記上部散気管２５から吹き出される空気量は、該上部散気管２５が配設されている領域の空気分散板１１から流動用空気Ｃが供給されてその領域が流動状態にあるときには、対応する流量調整弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃの開度調節により絞ることが可能である。
【００３１】
この結果、従来のようにバイパスライン１９を特別に設けたりしなくても、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転が行えることとなる。
【００３２】
こうして、バイパスライン１９を設けることを不要とし得、構造の簡略化並びに設備費の削減を図りつつ、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転を行うことができる。
【００３３】
尚、本発明の循環流動層ボイラは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、ウィンドボックスの室の分割数は三個に限らず更に細分化したり或いは二個にすることも可能であること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の循環流動層ボイラによれば、バイパスラインを設けることを不要とし得、構造の簡略化並びに設備費の削減を図りつつ、広い負荷範囲で且つ幅広い種類の燃料に対し適切な炉内温度で運転を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例における外部熱交換器の概要構成図である。
【図３】従来の一例の全体概要構成図である。
【図４】従来の他の例の全体概要構成図である。
【符号の説明】
１    火炉
６    サイクロン
７    灰落下管
８    外部熱交換器
９    灰戻し管
１０    シールボックス
１１    空気分散板
１２    ウィンドボックス
１２ａ  室
１２ｂ  室
１２ｃ  室
１３ａ  流動用空気供給管
１３ｂ  流動用空気供給管
１３ｃ  流動用空気供給管
１４    伝熱管
２３ａ  開閉弁
２３ｂ  開閉弁
２３ｃ  開閉弁
２４ａ  常時流動領域
２４ｂ  流動停止可能領域
２４ｃ  流動停止可能領域
２５    上部散気管
Ｃ    流動用空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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