JPS6321401A - 別個の流体流れ回路を用いた蒸気発生装置及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及朶上立■■公互 本発明は、複数の流動床内で燃料を燃焼させることによ
って熱を創生ずるようにした、蒸気発生装置及びその操
作方法に関する。

見豆立宜五 熱創生の主たる源として流動層を利用する蒸気発生装置
は周知である。この種の装置においては。

石炭等の化石燃料と、石炭の燃焼の結果として生ずる硫
黄を吸着するための吸着材とを含む粒状物質の層を通し
て空気を吹上げて該層を流動化させ、比較的低い温度で
の燃料の燃焼を促進する。流動層によって創生される熱
を利用して水を蒸気に変換させる。この流動層式蒸気発
生法は、熱放出量が大きいこと、硫黄吸着率が高いこと
、窒素酸化物の放出量が少ないこと、使用可能燃料の種
類に融通性があることなどの優れた利点を提供する。

最も一般的な流動層式燃焼装置は、「沸立ちＪ型流動層
とも称されるもので、粒状物質の層を空気分配板（多孔
板）によって支持し、分配板の多数の孔を通して燃焼支
持空気を層内へ導入し１粒状物質層を膨張させて浮遊又
は流動化状態にする。

蒸気発生装置においては１反応器の壁は複数の伝熱管に
よって形成されており、流動層内での燃焼によって生じ
た熱は伝熱管内を循環する水に伝達される。伝熱管は５
通常、蒸気ドラムを含む自然循環水回路に接続されてお
り、生成された蒸気を水から分離してタービン又は他の
蒸気使用部署へ送給するようになされている。

沸立ち型流動層の燃焼効率、汚染物放出制御及び作動能
力の絞り操作を一層改善する試みとして、迅速循環流動
層方式を用いた流動層反応器が開発さ九ている。この方
式によれば、沸立ち型流動層の固形分（粒状固形物の含
有率）が３０容積％であるのに対し、それよりはるかに
少ない、固形分５ないし２０容積％の流動層密度が得ら
れる。このように循環型流動層においては低密度の流動
層が得ら九るのは１粒状物質の粒度が小さいことと、粒
状物の通し速度が高いことによる。従って、粒状物の再
循環速度を高くしなければならない。循環する流動層の
速度範囲は、粒状物の自由落下速度と、流動層が気送管
と同じ状態に変換されてしまう速度との間である。

循環型流動層は、高い粒状物循環量を必要とするので、
燃料の熱放出パターンに対する敏感性が低く、従って、
蒸気発生装置内の温度の変動を最少限にし、窒素酸化物
の発生量を減少させる。又、粒状物の装入量が高いので
、粒状物を再循環させるために粒状物からガスを分離す
るのに用いられる機械的装置の効率を高める。その結果
、硫黄吸着率及び燃料の残留時間が増大し、それによっ
て吸着材及び燃料の消費量を節減する６更に、循環型流
動層は１本質的に沸立ち型流動層より高い絞り率を達成
する。

しかしながら、循環型流動層方式にも、特に蒸気発生用
に用いられた場合、問題がないわけではない０例えば、
この方式は主流蒸気及び又は過熱蒸気の温度に対して再
加熱蒸気の出口温度を独立して制御する方法を欠いてい
る。特に、主流蒸気と再加熱蒸気の両方を９５０’Ｆ（
５１０℃）以上に加熱し、それらの温度レベルを過度の
温度調節をする必要なしに広範な制御範囲に亘って維持
することが必要な場合、それを行う方法がない。

１遭Ｒ１１！ 従って１本発明の目的は、再加熱蒸気のための流れ回路
を、他の蒸気のための回路とは独立して設けるようにし
た蒸気発生装置及びその操作方法を提供することである
。

本発明の他の目的は、再加熱蒸気の温度を制御するため
の別個の流動層を設け、主流蒸気及び加熱蒸気の温度を
制御するたの別個の流動層を設けた、上記形式の上記発
生装置及びその操作方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、主流蒸気及び過熱蒸気流れ回
路に関連して沸立ち型流動層を設け、再過熱蒸気流れ回
路に関連して循環型流動層を設けた、上記形式の蒸気発
生装置及びその操作方法を提供することである。

これらの目的を達成するために、本発明においては、複
数の可燃粒状物層を設定し、各層を流動化するために各
層へ空気を導入する。各層から空気及び燃焼生成ガスと
共に連行された微細粒子を各Ｍの外部において燃焼生成
ガスから分離し、該層の１つへ戻す。再加熱蒸気、主蒸
気及び過熱蒸気の出口温度をそれぞれ独立して制御する
ために各層に対して、熱交換関係をなす、それぞれ独立
した流体回路を設ける。

基本的にいえば、本発明は、蒸気発生装置を操作する方
法であって、複数の可燃粒状物層を容器内に形成し、各
層を流動化させて粒状物の燃焼を促進するために各層内
へ空気を導入し、該空気と。

粒状物のうちの比較的微細な粒子と、燃焼ガス生成物と
の混合物を前記容器から排出し、該微細粒子を該混合物
から分離し、該分離された微粒子を前記層の１つへ噴射
して戻し、水を前記層の１つに対して熱交換関係をなし
て通し、該層を蒸気に変換するための第１流体流れ回路
を設定し、前記蒸気を前記層の他の１つに対して熱交換
関係をなして通し、該蒸気を再加熱するための、第１流
体流れ回路とは独立した第２流体流れ回路を設定するこ
とから成る方法を提供する。

本発明の好ましい実施例においては、前記層の少くとも
１つへ導入される空気の速度を、該層が沸立ち型層とし
て作動するように制御し、他の層へ導入される空気の速
度を、該層の層が循環型層として作動するように制御す
る。例えば、２つの層を沸立ち型とし、１つの層を循環
型として作動させることができる。

好ましい実施例では、前記第１流体流れ回路を１つの沸
立ち型層に対し熱交換関係に連関させ、第２流体流れ回
路を循環型層に対して熱交換関係に連関させる。更に、
前記蒸気を過熱するために他の１つの沸立ち型層に対し
・熱交換関係をなして通すための第３流体流れ回路を設
定することができる。又、１つの層の作動温度を他の層
の作動温度とは独立して制御することができる。

本発明は、又、容器と、該容器内に複数の可燃粒状物の
層を形成するための手段と、該各層を流動化させ、粒状
物の燃焼を促進するために各層内会空気を導入するため
の導管手段と、該空気と、粒状物のうちの比較的微細な
粒子と、燃焼ガス生成物との混合物を前記容器から排出
するために該容器に接続した出口手段と、該容器の外部
に配置されており、前記微細粒子を該混合物から分離す
るための分離手段と、該分離手段に接続されており、前
記分離された微粒子を前記層の１つへ噴射して戻すため
の手段と、水を前記層の１つに対して熱交換関係をなし
て通し、該層を蒸気に変換するための第１流体流れ回路
と、前記蒸気を前記層の他の１つに対して熱交換関係を
なして通し該蒸気を前記層の他の１つに対して熱交換関
係をなして通し該蒸気を再加熱するための、第１流体流
れ回路とは独立した第２流体流れ回路とから成る蒸気発
生装置を提供する。

夾立且叫■匪 特に第１図を参照して説明すると、本発明による自然循
環式蒸気発生装置１０は、該装置のフロア１８から装置
の天井を画定する水平支持コラム２ｏにまで垂直に延長
した３つの細長い鋼製垂直支持コラム１２，１４．１６
を備えている。蒸気ドラム２４を支持するために１対の
吊り材２２が支持コラム２０から垂下しており、ドラム
２４から下方へ下降管２６が延長している。更に、追っ
て詳述する、装置１０の熱回収部を支持するためにコラ
ム２０から３つの追加の吊り材２７が垂下している。装
置１０の下方部分内に慣用の構造の底部支持枠２８によ
って３つの流動層室Ａ、Ｂ。

Ｃが支持されている。３つの室Ａ、Ｂ、Ｃの全幅を水平
に貫通して一体の多孔板３０が延設されており、多孔板
３ｏのそれぞれ対応する部分を通して各室Ａ、Ｂ、Ｃ内
へ上向きに空気を導入するたの充気室３４，３６，３８
が各室Ａ、Ｂ、Ｃの真下に画定されている。

室Ａは多孔板３ｏと、１対の互いに離隔した垂直壁４０
．４２と、斜めに延長した上方壁４４とによって画定さ
れ、室Ｂは多孔板３０と、壁４２゜４４と、壁４２とは
離隔して垂直に延長した垂直壁４６とによって画定され
ている。もちろん、壁４０．４２，４４，４６と協同し
て囲い体を形成する１対の両側壁（図示せず）が設けら
れており、これらの壁はいずれも互いに気密状態に連結
された複数の水管によって構成されている。

追って詳述するように室Ａ及びＢ内を通して流体を循環
させるためにそれぞれ熱交換管束４８及び５０が室Ａ及
びＢ内に延設されている。

壁４６は、装置１０の実質的に全高に互って延長してお
り、それとは離隔して配置さ九た直立壁５１と協同して
室Ｃを画定する。室ＡからＢへ、室ＢからＣへ、そして
室Ｃからそれに隣接して配置されたサイクロン型分離器
５８ヘガスを通すために６壁４２，４６，５１に開口５
２が設けられている０分離器５４は、密封ポット５８に
接続された漏斗部分５６を備え、ポット５８は、後述す
る目的のために室Ｃの下方部分へ延長した排出導管６０
を有している。

室Ｃの１分離器５４のある側とは反対側の上方部分に隣
接して熱回収区域６４が配設されている。

熱回収区域６４は、壁４６から離隔して延長した垂直壁
６６と、熱回収区域、室Ｃ及び分離器５４に跨って延長
したほぼ水平の壁６８によって画定される。

分離器５４の頂部及び室Ｃの頂部を横切って延長した壁
６９が、壁６８と協同して、後述するように分離器５４
からのガスを熱回収区域６４へ通すためのダクトを画定
する６壁６６．６８．６９も、互いに気密状態に連結さ
れた複数の水管によって形成されている。熱回収区域６
４の下方部分内に配設されたガス制御ダンパー装置７ｏ
は、後述するようにガスが管束７２を被って流れ、排ガ
スダクト７４を通って流出する前に、熱回収区域を通る
ガスの流量９を制御するためのものである。

第２図は第１図と同様の図であるが、説明の便宜上第１
図の部品の幾つかを省除し、追加の部品を加えて示しで
ある。第２図は特に第１図の蒸気発生装置の水流回路に
注目した図であり、この目的のために蒸気ドラム２４の
下降管２６の下方部分にポンプ７６が接続されている。

２つ以上の下降管２６及びポンプ７６が設けられる場合
があるので、蒸気ドラム２４からほぼ水平の水導管８゜
及びほぼ垂直の水導管８２へ水を供給するためにポンプ
７６の吐出口にマニホールド７８が接続されている。

垂直供給管８３が、水導管８０から延長し、へラダー８
４に接続されている。ヘッダー８４は熱回収区域６４内
に配設された水管壁８５へ水を供給する。水を熱回収区
域６４の側壁（図示せず）に供給するための垂直供給管
（図示せず）も、水導管８ｏに接続されている。一対の
供給管８６が水導管８０から延長し、６壁４６，５１に
連結された一対のシール組立体８８の一部を構成するヘ
ッダー（図示せず）に接続されている。シール組立体８
８は、支持装置２８によって支持された蒸気発生装置１
０の下方部分と、吊り材２２．２７によって頂部から支
持された蒸気発生装置の上方部分との間の相対的熱膨張
差を吸収する働きをする。これらのシール組立体は、１
９８５年３月１１日に出願された本出願人の米国出願第
７１０゜６５３号に詳述されているので、ここではこれ
以上説明しない。シール組立体８８に接続されたヘッダ
ーは壁４６．５１の上方部分を構成する水管に水を供給
する。

追加の供給管９４が水導管８０から延長し、ヘッダー９
６に水を供給する。水はヘッダー９６がら水管壁９８を
通して循環される。水管壁９８は壁５１，６９及び側壁
（図示せず）と協同してサイクロン分離器５４を囲包し
ている。

歪面水導管８２は水平水導管１００に接続されており、
水導管１００から延長した３つの垂直供給管１０２が壁
４０，４２．４６に水を供給するためにヘッダー１０４
に接続されている。追加の供給管１０６は、水導管１０
０から室Ａ内の水管束４８のための入口ヘッダ−１０８
へ水を供給する。

導管１１０がボイラー給水ポンプ（図示せず）から管束
７２のための入口ヘッダ−１１２へ延長している。管束
７２の出口は、ヘッダー１１４゜導管１１６及び入口ヘ
ッダ−１１８を介して、熱回収区域６４内に配設された
エコノマイザ−として機能する水管束１２０に接続され
ている。管束１２０の出口は、ヘッダー１２２及び導管
１２４を介して蒸気ドラム２４の入口に接続されている
。

以上の説明から分かるように、本発明による水の流れ回
路は、ボイラーの給水ポンプから管束７２、管束１２０
を通り蒸気ドラム２４へ至る流れを設定する。水は、蒸
気ドラムへ供給されてきた蒸気と混合し、下降管２６を
流下し、ポンプ７６を経てマニホールド７８へ流入する
。次いで、水はマニホールド７８から水導管８ｏ、供給
管８３゜９４を通り、それぞれ水管壁８５，９８へ流れ
る。

一方、マニホールド７８から水導管８２を通って流れる
水は、導管１００及゛び供給管１０４，１０６を経て壁
４０，４２．４６及び管束４８へ流れる。

第３図は第１及び２図と同様の図であるが、本発明によ
る蒸気流回路を明示するために第１−９２図の一部を切
除し、追加の部品が示されている。

複数のヘッダー１３０が水管壁６６．８５．５１の上端
に接続されており、熱回収区域６４．室Ｃ及び分離器５
４に関連した側壁にも同様のヘッダー（図示せず）が接
続されている。各ヘッダー１３０から上方へ供給管１３
２が延長しており、壁６８から蒸気ドラム２４へ延長し
ている導管１３３に接続されており、該壁の各ヘッダー
からの流体を蒸気ドラムへ移送するようになされている
。

Ｑ４０，４２．４６内を通る水は、蒸気に変換されて一
対のヘッダ−１３４八通され、管束４８内を流れる水も
蒸気に変換されて出口ヘッダ−１３５へ通される。各ヘ
ッダー１３４は、導管１３−７を介して上昇管マニホー
ルド１３６に接続され、ヘッダー１３５は導管１３８を
介して上昇管マニホールド１３６に接続されている。上
昇管マニホールド１３６は、蒸気ドラム２４の入口に接
続されており、マニホールド１３６を通って上昇する蒸
気は、上述したように導管１３３から蒸気ドラ・ム２４
に流入する蒸気を混合する。

第４図は、本発明の蒸気発生装置の過熱回路を明示する
図である。過熱回路は、熱回収区域６４内に配設された
一次過熱器として機能する管束１４ｏを備えている。管
束１４０は、導管１４４を介して蒸気ドラム２４に接続
された入口へラダー１４２を有している。管束１４０内
を通った後、過熱蒸気は出口ヘッダ−１４６及び導管１
４８を通ってスプレー式温度調節器１５０へ通される。

蒸気の温度はスプレー式温度調節器１５０において必要
に応じて低下せしめられた後、該蒸気は。

室Ｂ内の管束５０に接続された入口ヘッダー１５２へ導
管１５１を経て導入される。管束５ｏは最終過熱器とし
て機能する。管束５０の出口は、ヘッダー１５４及び導
管１５６を介してタービン（図示せず）の入口に接続さ
れている。

第５図は、第１〜４図と同様の図であるが、本発明の蒸
気発生装置の再加熱回路を明示する図であり、説明の便
宜上第１〜４図に示された部品の幾つかを切除し、追加
の部品を示しである。即ち。

熱回収区域６４内に各々再加熱器の役割を果す一対の管
束１６０，１６２が配設されている。高圧タービン（図
示せず）からの導管１６４が入口ヘッダ−１６６及び４
管１６８を介して再加熱器１６０に接続されている。再
加熱器１６０，１６２を通った後、再加熱された蒸気は
、導管１７０を経て出口ヘッダ−１７２へ流れ、そこか
ら導管１７４を通って低圧タービン（図示せず）へ流入
する。この再加熱流れ回路は、第３図に示された主蒸気
流回路及び第４図に示された過熱蒸気流回路とは完全に
独立していることに留意すべきである。

第６図は第１〜５図と同様の図であるが、本発明の蒸気
発生装置１０の空気及びガス流回路を示すために説明の
便宜上一部の部品を切除し、一部の部品を追加して示し
である。空気は、強制通風ファン１８０から導管１８２
及び空気加熱器１８４を通して送られ、複数の垂直ダク
ト１８６を通して室Ａ、Ｂ、Ｃの下の充気室３４，３６
．３８へ導入される。各室Ａ、Ｂ、Ｃ内の粒状物層は。

充気室３４，３６．３８から多孔板３０を通して吹上げ
られる空気によって流動化される。層Ａ・及びＢ内へ導
入される空気の流動化速度は、それらの層の粒状物がい
わゆる「沸立ち」型流動層を創生ずるような態様で流動
化され、層を通る空気及びガスによって連行される粒子
が最少限となるように層内の粒子の粒度に応じて調整さ
れる。これに対し、室Ｃ内へ導入される空気の速度は、
該室内に循環型流動層が形成されるように、即ち、層内
の粒状物が室Ｃの全長に亘って飽和状態に極めて近くな
る程度にまで流動化されるように粒状物の粒度に関連し
て定められる。

ＭＡ及びＢ内の粒状燃料は、慣用の態様で着火され、燃
焼せしめられる。層への粒状物の補給は、慣用の供給管
（図示せず）によって行われる。燃焼ガス生成物は、室
Ａ、Ｂの層を通して吹上げられる空気と混合し、この燃
焼ガス生成物と空気の混合物は室Ａ、Ｂ内の比較的機側
な粒子の少部分を連行する。室Ａ内の該混合物は、壁４
２の開口５２を通って室Ｂへ流入し、そこで室Ｂ内の同
様の混合物と混合し、壁４６の開口５２を通って室Ｃへ
流入する、先に述べたように、充気室３８から室Ｃ内へ
吹込まれる空気の速度は、室Ｃ内の粒子が室Ｃの長手に
沿って上方へ気送（空気輸送）され、該室から壁５１の
上方部分の開口５２を通って流出し、サイクロン型分離
器５４へ流入するように、該室内の粒子の粒度に対応し
て定めら九る。室ＡとＣの間に室Ｂが存在しているので
、室Ｃ内の流動層は室Ａ内の流動層とは熱的に隔離され
ている。

粒状物は１分離器５４内でガスから分離され、ガスは上
昇して壁５１の開口５２を通って壁６８と６９の間に画
定された導管に流入し、熱回収区域６４内へ流入する。

熱回収区域内においてガスの一部分は壁８Ｓに設けられ
た複数の開口を通って流れ、それぞれ−次過熱器及びエ
コノマイザ−を構成する管束１４０及び１２０を被って
流れる。

一方、壁８５の開口を通り抜けない残りのガスは再加熱
器を構成する管束１６０，１６２を被って流れる。この
ようにして熱回収区域６４を通ったガスは、ダンパー７
０を通り、管束７２を横切り。

出口導管７４を通って空気加熱器１８４に入り、そこで
強制通風ファン１８０からの空気に熱を放出した後、集
塵器、誘引通風ファン及び、又は煙突へ排出される。こ
のガスの流れは、必要に応じてダンパー７０を調節する
ことによって調整される。

分離器５２内で分離された粒状物は、分離器の漏斗部分
５６に落下し、シールポット５８内へ排出される。シー
ルポット５８の機能は、負圧下で作動する分離器５４に
収集された粒状物を、ガスを室Ｃをバイパスさせること
なく、正圧下で作動する室Ｃへ搬送することである。シ
ールポットは、慣用の構造であり１強制通風ファン１９
６によって流動化される低速沸立ち型流動層から成る８
粒状物は、漏斗部分５６から垂下した浸漬脚部１９８か
らシールポット内へ排出される。シールポット内へ粒状
物が流入するにつれてポット内の粒状物層のレベルが上
昇し、粒状物が排出導管６ｏ内へオーバーフローし、所
定の高さ位置において室Ｃ内へ流入する。シールポット
５８は慣用の態様で作動するものであるから、この以上
詳しく説明する必要はない。

本発明の方法は、多くの利点を提供する。例えば第５図
に示された再加熱回路は、第３図に示された主蒸気回路
及び第４図に示された過熱回路とは完全に独立している
。更に、３つの別個の沸立ち型流動層を使用することに
より室Ａ内の沸立ち型流動層の温度及び室Ｂ内の流動層
の温度を室Ｃ内の循環型流動層の温度とは独立して制御
することを可能にする。このことは特に重要である。な
ぜなら、室Ｃ内の層の温度は、再加熱回路に直接影響し
、従って、熱投入量及び再加熱蒸気の出口温度を主蒸気
及び過熱蒸気とは独立して調節することを可能にするか
らである。

以上１本発明の詳細な説明したが１本発明はこれに限定
されるものではなく、発明の範囲及び精神から逸脱する
ことなくいろいろな変型、変更が可能であることは当業
者には容易に理解されよう。例えば、主蒸気回路と過熱
回路とを同じ単一の粒状物層に連関させてもよく、室Ａ
、Ｂ、Ｃ内の層は沸立ち型としてもよく、あるいは循環
型としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自然循環式蒸気発生装置の概略図、第
２図は第１図と同様の図であり、特に蒸気発生装置の水
流回路を示す。第３図は第２図と同様の図であるが、特
に蒸気発生装置の蒸気流回路を示す、第４図は第２図と
同様の図であるが、特に、蒸気発生装置の過熱回路を示
す。第５図は第２図と同様の図であるが、蒸気発生装置
の再加熱回路を示す、第６図は第２図と同様の図である
が、特に、蒸気発生装置の空気及びガス流回路を示す。 １０・・蒸気発生装置、Ａ、Ｂ、Ｃ・・流動居室、３０
・・多孔板、３４，３６．３８・・充気室、４８・・管
束、５０・・管束（最終過熱器）。 ５４・・分離器、６４・・熱回収区域、１２ｏ・・管束
（エコノマイザ−）、１４０・・管束（−次過熱器）、
１６０，１６２・・管束（再加熱器）。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・エナージイ・
コーポレイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）蒸気発生装置を操作する方法であって、複数の可燃
   粒状物層を容器内に形成し、各層を流動化させて粒状物
   の燃焼を促進するために各層内へ空気を導入し、該空気
   と、粒状物のうちの比較的微細な粒子と、燃焼ガス生成
   物との混合物を前記容器から排出し、該微細粒子を該混
   合物から分離し、該分離された微粒子を前記層の１つへ
   戻し、水を前記層の１つに対して熱交換関係をなして通
   し、該水を蒸気に変換するための第１流体流れ回路を設
   定し、前記蒸気を前記層の他の１つに対して熱交換関係
   をなして通し、該蒸気を再加熱するための、第１流体流
   れ回路とは独立した第２流体流れ回路を設定することか
   ら成る方法。 ２）容器と、該容器内に複数の可燃粒状物の層を形成す
   るための手段と、該各層を流動化させ、粒状物の燃焼を
   促進するために各層内へ空気を導入するための導管手段
   と、該空気と、粒状物のうちの比較的微細な粒子と、燃
   焼ガス生成物との混合物を前記容器から排出するために
   該容器に接続した出口手段と、該容器の外部に配置され
   ており、前記微細粒子を該混合物から分離するための分
   離手段と、該分離手段に接続されており、前記分離され
   た微粒子を前記層の１つへ噴射して戻すための手段と、
   水を前記層の１つに対して熱交換関係をなして通し、該
   水を蒸気に変換するための第１流体流れ回路と、前記蒸
   気を前記層の他の１つに対して熱交換関係をなして通し
   該蒸気を前記層の他の１つに対して熱交換関係をなして
   通し該蒸気を再加熱するための、第１流体流れ回路とは
   独立した第２流体流れ回路とから成る蒸気発生装置。