(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料を流動層燃焼炉内に供給する燃料供給ノズルを有する燃料供給装置において、
予め流動層燃焼炉の運転状態に応じて、緊急停止時の固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料の固化防止に必要な冷却必要熱量に相当する予想最小量および予想最大量の冷却水供給量を求めておき、流動層燃焼炉の運転の緊急停止時に、前記予想最小量の冷却水量を注入すると共に、前記予想最大量と予想最小量との冷却水量の差分に相当する量の不活性ガスを供給することを特徴とする燃料供給装置の冷却方法。
【請求項２】
固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料を流動層燃焼炉内に供給する燃料供給ノズルを有する燃料供給装置において、
流動層燃焼炉の運転の緊急停止時に、まず、緊急停止初期の火炉内の流動層温度が余剰水を蒸発させるのに充分な温度である間は、燃料供給ノズル先端部に冷却用の注水を行い、次いで流動層内の流動媒体温度が低下してから冷却用の不活性ガスを供給することを特徴とする燃料供給装置の冷却方法。
【請求項３】
固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料を流動層燃焼炉内に供給する燃料供給ノズルを有する燃料供給装置において、
燃料供給ノズルには燃料供給管と該燃料供給管の外周に設けられた水冷ジャケットを設け、燃料供給管の先端部には燃料固化防止用給水ノズルと不活性ガス供給ノズルを開口させたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項４】
燃料固化防止用給水ノズルと不活性ガス供給ノズルはそれぞれ燃料供給管の外周に設けられた水冷ジャケットに並設される燃料固化防止用給水管と窒素供給管に接続していることを特徴とする請求項３記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は流動層燃焼炉の燃料の供給装置とその冷却方法に係わり、特にぺースト状燃料を供給するのに好適な流動層ボイラ装置の燃料供給装置とその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭と水の混合スラリーからなるぺースト状燃料（Ｃｏａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｐａｓｔｅ：以下、ＣＷＰと略す）は、例えば加圧流動層燃焼装置（以下、ＰＦＢＣと称す）に用いられる。ＰＦＢＣの流動層燃焼炉で前記燃料が燃焼し、流動層内に設置された伝熱管内で蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動させる。更にＰＦＢＣで発生した高圧及び高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動させて高効率に電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントが知られている。
【０００３】
従来のＣＷＰを流動層燃焼炉の流動層に供給するノズルの断面構造を図６に示す。ＣＷＰはＣＷＰ供給ノズル３１のＣＷＰ供給管３２の入口３３から流入し、その出口３４より図示しない流動層燃焼炉（以下、火炉ということもある。）に供給される。ＣＷＰ供給ノズル３１の先端は火炉内部に挿入されているので、火炉内の流動層燃焼時には８００℃〜９００℃の環境中にさらされる。
【０００４】
このため、ＣＷＰがＣＷＰ供給ノズル３１の管３２内で温度上昇により固化してＣＷＰ供給管３２が閉塞してしまうことを防ぐため、ＣＷＰ供給管３２の廻りの水冷ジャケット３６に冷却水を通してＣＷＰを冷却する。冷却水は入口ノズル３７から供給され、ＣＷＰ供給ノズル３１を、その先端近傍まで冷却し、冷却水は出口ノズル３８より排出される。
【０００５】
また、分散空気は水冷ジャケット３６の廻りに設けられる分散空気ジャケット４０に入口ノズル４１から供給され、ＣＷＰ供給ノズル３１の先端部にある分散空気ノズル４２から火炉中のＣＷＰに噴出され、ＣＷＰを細かく分散させて流動化に適するようにしている。
【０００６】
しかし、従来のＣＷＰ供給ノズル３１の構造は緊急停止時に該ノズル３１の先端部のＣＷＰを冷却することができないため、該ノズル３１内にＣＷＰをそのままの状態で固化させないように保持することに配慮がなされていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記図６に示す従来技術はぺースト状燃料を供給するＣＷＰ供給ノズル３１の構造において、流動層燃焼炉に特有の緊急停止という運転条件が考慮されておらず、通常時には供給する分散空気を緊急停止時には供給することができないため、その分散空気による該ノズル３１の先端部に位置する火炉内のＣＷＰを冷却することが期待できず、該ノズル３１の先端部の燃料が固化してしまい、再起動が不可能になるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は上記従来技術の問題をなくし、低コストで流動層燃焼炉の緊急停止時においても燃料供給ノズル管内にぺースト状燃料を固化させないで、安定温度域内に保持し、かつ火炉内流動媒体を固化させない流動層燃焼炉の燃料供給装置とその冷却方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料を流動層燃焼炉内に供給する燃料供給ノズルを有する燃料供給装置において、予め流動層燃焼炉の運転状態に応じて、緊急停止時の固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料の固化防止に必要な冷却必要熱量に相当する予想最小量および予想最大量の冷却水供給量を求めておき、流動層燃焼炉の運転の緊急停止時に、前記予想最小量の冷却水量を注入すると共に、前記予想最大量と予想最小量との冷却水量の差分に相当する量の不活性ガスを供給する燃料供給装置の冷却方法である。
【００１０】
また、他の方法として流動層燃焼炉の運転の緊急停止時に、まず、緊急停止初期の火炉内の流動層温度が余剰水を蒸発させるのに充分な温度である間は、燃料供給ノズル先端部に冷却用の注水を行い、次いで流動層内の流動媒体温度が低下してから冷却用の窒素ガスを供給する燃料供給装置の冷却方法を用いることもできる。
【００１１】
また、本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、固体燃料に液体を添加してぺースト状とした燃料を流動層燃焼炉内に供給する燃料供給ノズルを有する燃料供給装置において、燃料供給ノズルには燃料供給管と該燃料供給管の外周に設けられた水冷ジャケットを設け、燃料供給管の先端部には燃料固化防止用給水ノズルと窒素供給ノズルを開口させた燃料供給装置である。
【００１２】
上記燃料供給装置において、燃料固化防止用給水ノズルと窒素供給ノズルはそれぞれ燃料供給管の外周に設けられた水冷ジャケットに並設される燃料固化防止用給水管と窒素供給管に接続しても良い。
【００１３】
流動層燃焼炉の緊急停止時において、燃料供給ノズル先端部が流動層燃焼炉内の熱で加熱されることの対策として、該ノズル先端部で残炭燃焼を起こさない不活性ガス（窒素ガスなど）や液体（水など）単体で冷却する方法がある。しかし燃料供給ノズル先端部に対面している火炉内流動媒体の温度は推定が難しく、また実運転での変動幅も大きいものと予想され、必要冷却熱量は非常に高く見積もる必要がある。
【００１４】
この場合、冷却用に燃料供給ノズル先端部に窒素ガスのみを供給する場合は流量が非常に多く必要となり、コスト面で不利である。また、燃料供給ノズル先端部冷却用に水のみを供給する場合は、投入した水の流量に対して実際に冷却に用いられる流量が少なく、過剰水が火炉内流動媒体に流出する事になる。この場合、流動層全体の温度が高ければ過剰水は蒸発するが、蒸発せずに水が残存していると流動層温度が低下した後は残った水により石灰石である流動媒体は固化してしまう可能性があり、これらの固体の撤去作業が必要になる。
【００１５】
上記従来技術の課題を改善した本発明において流動層燃焼炉の緊急停止時に燃料供給ノズル先端に供給される水および不活性（窒素ガス）は次のように作用する。
【００１６】
燃料供給ノズル内管は周囲を冷却水で冷却されているので、緊急停止時でも冷却水の供給が維持できれば全体としては流動媒体は固化しない温度に保持することは可能である。しかし、燃料供給ノズル先端のＣＷＰは、該ノズル開口より直接的に入る火炉の輻射熱により固化してしまう。
【００１７】
そこで、本発明は燃料供給ノズルの先端部の輻射による火熱を冷却するのに必要な最小量の冷却用水および不活性（窒素ガス）を供給することにより、燃料供給ノズルの先端部のＣＷＰが温度上昇することを防止するものである。
【００１８】
冷却水は、その過剰水が火炉内に流出しない量を供給するが、水と不活性ガスの供給量の組合わせは図１及び図２に示すような二種類の方法がある。
【００１９】
図１に示す方法は、ＣＷＰ固化防止に必要な前記予想最小量の水を供給し、該冷却水の供給量の前記予想最大量と予想最小量との差分の水量に相当する量の窒素ガスを供給することにより、過剰な水が火炉内に流出することを防止する。
【００２０】
図２には、火炉内の流動層温度が余剰水を蒸発させるのに充分な温度である間は、燃料供給ノズルに水を供給することによりＣＷＰの固化を防止し、火炉内の流動層温度が低下した後は、不活性（窒素ガス）によりＣＷＰ固化を防止する考え方を示している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下、説明する。
本発明の燃料供給装置は、例えば、加圧流動層ボイラ複合発電プラント用の加圧流動層燃焼炉に用いられるものである。前記加圧流動層燃焼炉の燃料供給ノズルへの石炭の供給方法として湿式供給方式が主に採用されている。すなわち、破砕された石炭に水と脱硫剤を加え、混練機により混合してぺースト状の流体（ＣＷＰ）とした後、これを燃料としてポンプを用いて加圧状態にある流動層ボイラに供給するものである。
【００２２】
本発明の一実施例の燃料供給ノズル構造の断面図を図３に示す。加圧流動層ボイラの固体燃料に液体を添加してぺースト状としたＣＷＰを供給する供給ノズル１は多重管構造からなり、最内管であるＣＷＰ供給管２の廻りに二重管からなる水冷ジャケット３が設けられ、該水冷ジャケット３の外側に分散空気ジャケット５が設けられている。水冷ジャケット３と分散空気ジャケット５との間には断熱材６を設けている。本実施例の特徴は二重水冷ジャケット３の内管部分の内部に窒素供給管７とＣＷＰ固化防止用の給水管９を設けることである。
【００２３】
ＣＷＰ供給管２のＣＷＰの導入口側に二重管からなる水冷ジャケット３の内管部分に冷却水の入口ノズル１２が設けられ、水冷ジャケット３の内管部分は燃料供給ノズル１の先端部から迂回して水冷ジャケット３の外管部分に接続しており、ＣＷＰ供給管２のＣＷＰの導入口側に冷却水の出口ノズル１５が設けられている。
【００２４】
二重水冷ジャケット３の内管の一部分を貫通するように窒素供給管７が設けられており、その入口ノズル１６はＣＷＰ供給管２のＣＷＰの導入口側に設けられ、出口ノズル１７は水冷ジャケット３の内管部分の先端部に設けられ、分散空気ジャケット５に窒素を通している。また、水冷ジャケット３の内管の他の部分を貫通するように固化防止給水管９が設けられており、その入口ノズル１９はＣＷＰ供給管２のＣＷＰの導入口側に設けられ、出口ノズル２０は水冷ジャケット３の内管部分の先端部側のＣＷＰ供給管２に開口している。
【００２５】
二重管からなる水冷ジャケット３の外管の周囲には分散空気ジャケット５が設けられているが、その入口ノズル２１はＣＷＰ供給管２のＣＷＰ導入口側に設けられ、出口ノズル２２はＣＷＰ供給管２の先端部に設けられている。
【００２６】
図４には燃料供給ノズル１の先端部の断面図を示す。また、図５には図４のＡ−Ａ線断面図を示す。ＣＷＰは燃料供給ノズル１の最内管であるＣＷＰ供給管２を通り、燃料供給ノズル１の出口で分散空気ノズル２２から吹き出される分散空気により図示しない火炉流動層内に分散されて供給される。
【００２７】
ＣＷＰ供給管２内で温度が上昇してＣＷＰが固化して管内が閉塞してしまうことを防ぐため、ＣＷＰ供給管２の廻りの水冷ジャケット３に冷却水を通して、ＣＷＰを冷却する。冷却水は入口ノズル１２から供給され、燃料供給ノズル１を、その先端近傍まで冷却し、冷却水は出口ノズル１５より排出される。また、分散空気の入口ノズル２１から供給される分散空気は燃料供給ノズル１の先端部にある分散空気出口ノズル２２からＣＷＰ中に噴出され、ＣＷＰを細かく分散させて予想流動化に適するようにしている。
【００２８】
このように、ＣＷＰは多重管構造である燃料供給ノズル１の最内管であるＣＷＰ供給管２を通り、燃料供給ノズル１の出口で分散空気出口ノズル２２から吹き出される分散空気により火炉流動層内に分散されて供給され、管内のＣＷＰはＣＷＰ供給管２の廻りを囲む冷却水ジャケット３内の水で冷却されている。
【００２９】
流動層燃焼炉の緊急停止時などの運転停止時には、ＣＷＰ供給管２内の残留ＣＷＰを冷却し、かつ必要な水分を供給するため、固化防止給水管９を通して固化防止水給水ノズル２０より水をＣＷＰ供給管２内のＣＷＰに注水して、燃料供給ノズル１のＣＷＰ供給管２内にぺースト状の燃料を冷却したまま保持して、固化することを防止する。
【００３０】
そして、図１に示すように予め、流動層燃焼炉の運転状態に応じて、緊急停止時のＣＷＰ固化防止に必要な予想最小量および予想最大量の冷却水供給量を求めておき、予想最小量の要冷却必要熱量に相当する水量を注入すると共に、予想最大量と予想最小量との差分の要冷却熱量に相当する量の窒素ガスを供給する。こうして、過剰な水が火炉内に流出ことを防止する。
【００３１】
また、同様の効果を奏する別の方法として、図２に示す方法が考えられる。その方法は、緊急停止初期に燃料供給ノズル先端部に冷却用の注水を行い、次いで流動層内の流動媒体温度が低下してから冷却用の窒素ガスを供給する燃料供給装置の冷却方法である。このとき、流動層燃焼炉内の流動媒体温度を予測するのが困難であるので、あらかじめ流動層燃焼炉の運転状態に応じて余剰水を蒸発させるのに十分な流動媒体温度期間を求めておき、この期間冷却水を供給し、ノズル先端のＣＷＰ固化防止を行う。以後は冷却水の供給を停止し、この時点以降の必要冷却量に相当する量の不活性ガス（窒素ガス）を供給する。こうして過剰な水が火炉内に流出しても問題ない範囲にすることができる。また冷却水量および不活性ガス（窒素ガス）量は一定流量とせず、流動媒体温度低下に伴い減少させて過剰な冷却を避けることも有効である。
【００３２】
窒素ガスは、冷却水ジャケット３内に配置する窒素供給管７を通じてノズル１７から燃料供給ノズル１の先端に供給することにより、火炉の熱により加熱されることを防止する。
【００３３】
なお、流動層燃焼炉の通常運転時においては、窒素供給管７および固化防止給水管９にＣＷＰがつまらないように少量の空気を供給しておくことが望ましい。
【００３４】
このように、本発明によれば、流動層燃焼炉の緊急停止時の際に、ペースト状燃料の供給を停止して、冷却用窒素ガスと水を燃料供給ノズル内のＣＷＰを供給することにより、該ノズル管内に残留したＣＷＰの水分を維持し、固化しない安定温度域内に保持することができるとともに冷却用窒素量の低減と過剰冷却水による火炉流動媒体の固化の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する燃料供給ノズルでのＣＷＰ固化防止のための水および窒素ガスの供給量についての説明図である。
【図２】  本発明に関する燃料供給ノズルでのＣＷＰ固化防止のための水および窒素ガスの供給量についての説明図である。
【図３】  本発明の一実施例の燃料供給ノズルの断面図である。
【図４】  図３の燃料供給ノズル先端部の詳細図である。
【図５】  図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】  従来技術における燃料供給ノズルの断面図である。
【符号の説明】
１  燃料供給ノズル                  ２  ＣＷＰ供給管
３  水冷ジャケット                  ５  分散空気ジャケット
６  断熱材                          ７  窒素供給管
９  ＣＷＰ固化防止用の給水管        １２  冷却水の入口ノズル
１５  冷却水の出口ノズル            １６  窒素入口ノズル
１７  窒素出口ノズル                １９  固化防止給水入口ノズル
２０  固化防止給水出口ノズル        ２１  分散空気入口ノズル
２２  分散空気出口ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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