JP3433990B2 - 加圧流動床ボイラの灰処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、石炭を燃料とし石灰石
を脱硫剤として高圧下で流動床燃焼させる加圧流動床ボ
イラの燃焼ガス中から、サイクロン、フィルタなど灰捕
集装置によって回収された灰を減温し系外へ排出する灰
処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は加圧流動床ボイラを有する従来の
ガスタービン・蒸気タービン複合発電プラントの一例を
示す全体構成図、図５は従来の灰処理装置の一例を示す
図である。 【０００３】これらの図中（７）は減圧ホッパ、（１
０）は常圧系灰搬送ライン、（１５）は灰・ガス吸引
部、（１９）は減圧放出ライン、（２０）は加圧用空
気、（２２）は気密弁、（２５）は灰を含む高圧高温燃
焼ガス、（２６）は除塵後の高圧高温燃焼ガス、（３
１）は加圧流動床ボイラ、（３２）は石炭・石灰石供給
装置、（３３）は空気圧縮機、（３４）は高温ガス管、
（３５）はサイクロン分離器、（３６）はセラミックフ
ィルタ、（３７）はガスタービン／発電機、（３８）は
ガスタービン出口煙道、（３９）は脱硝装置、（４０）
は排熱回収給水加熱器、（４１）は煙突、（４３）は蒸
気タービン／発電機、（４４）は復水器、（４５）は給
水加熱器、（５１）は水冷ジャケット式スクリューフィ
ーダ、（５２）は高圧灰貯槽をそれぞれ示す。 【０００４】まず図４中の加圧流動床ボイラ（３１）に
おいて、石炭・石灰石供給装置（３２）から石炭と石灰
石が火炉へ供給され、空気圧縮機（３３）から供給され
た空気により流動床燃焼する。発生した高圧高温の燃焼
排ガスは、高温ガス管（３４）を通りサイクロン分離器
（３５）、セラミックフィルタ（３６）で除塵された
後、ガスタービン／発電機（３７）へ導入されてこれを
駆動する。ガスタービン出口ガスは煙道（３８）を通り
脱硝装置（３９）、排熱回収給水加熱器（４０）を経て
煙突（４１）から大気へ放出される。サイクロン分離器
（３５）とセラミックフィルタ（３６）で捕集された灰
は、灰・ガス吸引部（１５）から図５に示される灰処理
装置に送られる。 【０００５】すなわちこの例においては、加圧流動床ボ
イラ（３１）の燃焼ガス中に含まれる高圧高温の灰を回
収し排出する手段として、粗粒子を除塵する遠心式サイ
クロン分離器（３５）と微粒子を除塵するセラミックフ
ィルタ（３６）が使用され、回収された灰は、図５に示
す水冷ジャケット式スクリューフィーダ（５１）で冷却
され、更に減圧ホッパ（７）により減圧後、常圧系灰搬
送ライン（１０）を経て系外に排出される。 【０００６】次に図６は従来の灰処理装置の他の例を示
す図である。この例では、灰粒子をサイクロン分離器
（３５）からガス・粒子混合物として搬送して、流れ方
向を繰返し変換する特殊な輸送コンジット（６１）のベ
ンド損失により減圧し、同時に輸送コンジットを冷却材
（燃焼用空気）（６２）で冷却していた。なお図６中、
（６３）は絞り、（６４）は常圧サイクロン、（６５）
はガス冷却器、（６６）はバグフィルタ、（６７）は灰
排出ライン、（６８）は空気投入ラインをそれぞれ示
す。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】図４に示される加圧流
動床ボイラ（３１）は、ガスタービン（３７），（３
３）、蒸気タービン（４３）と結合する複合発電プラン
トであり、発生する燃焼ガスが多量であるから、燃焼ガ
ス中の灰を回収するサイクロン分離器（３５）やセラミ
ックフィルタ（３６）は複数基設置される。これらサイ
クロン分離器（３５）、セラミックフィルタ（３６）で
回収される灰を減温する手段として図５に示される水冷
ジャケット式スクリューフィーダ（５１）は、サイクロ
ン分離器（３５）、セラミックフィルタ（３６）の各塔
に１台ずつ必要、または各塔を連結するものが必要とな
り、システムが複雑で実用的でない。また、回収される
灰は数μｍ〜数１０μｍの微粒であるため圧密しやす
く、スクリューフィーダ（５１）の冷却性能が低下す
る。更に加圧流動床ボイラ（３１）は、ガスタービン
（３７），（３３）から燃焼用空気が供給されて負荷に
よりガス系の圧力が変動するので、スクリューフィーダ
（５１）内で灰の圧密や灰のフラッシングが生じ易い。 【０００８】また図６に示される灰処理装置は、灰の冷
却と減圧を、流れ方向を繰返し変換する特殊な輸送コン
ジット（６１）のベンド損失と搬送管の絞り（６３）に
より減圧し、コンジットを空気または冷却材で冷却する
ことにより減温するシステムであり、搬送ガス流量は成
行きで制御されていない。そのため、ガスタービン駆動
源である高圧・高温のガスを過剰に系外へ放出してい
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、石炭を燃料とし石灰石を脱硫剤と
して高圧下で流動床燃焼させる加圧流動床ボイラの燃焼
ガス中に含まれる灰を捕集する灰捕集装置と、同灰捕集
装置から下方に排出された高温高圧の灰を搬送する灰搬
送管と、同灰搬送管内の灰を冷却する灰冷却器と、上記
灰搬送管で搬送された灰を受入れる高圧灰貯槽と、同高
圧灰貯槽内において搬送ガスから灰を分離する手段と、
上記高圧灰貯槽内のガスを抜く減圧装置とを備えた灰処
理装置において、上記高圧灰貯槽１基に対して上記灰捕
集装置、上記灰搬送管および上記灰冷却装置を複数組接
続して上記灰を並列輸送可能とし、同高圧灰貯槽に上記
減圧装置を接続して設け、かつ上記灰捕集装置が上記灰
搬送管に落下・流入する高温高圧の灰を攪拌する手段を
有し、同攪拌する手段は上記灰捕集装置の下部でその中
心線に対し直交する水平方向に加圧空気を噴出する攪拌
ノズルで構成したことを特徴とする加圧流動床ボイラの
灰処理装置を提案するものである。 【００１０】 【作用】本発明においては、高圧灰貯槽１基に対して灰
捕集装置、灰搬送管および灰冷却装置を複数組接続して
並列輸送を可能とし、かつ、同１基の高圧灰貯槽に対し
て設けた減圧装置により灰搬送を行うので、複数組の灰
捕集装置、灰搬送管及び灰冷却装置を備えるにもかかわ
らず、高圧灰貯槽および減圧装置の集中化により装置全
体として設置スペースと設備コストを大幅に低減でき
る。すなわち一般に粉体を複数の管路で並列搬送する
と、濃度の変動に伴なって圧力損失も変動し、流量のバ
ランスが崩れて閉塞を誘起しやすい。しかし本発明で
は、灰捕集装置が灰搬送管に落下・流入する高温高圧の
灰を攪拌する手段を有し、しかもこの攪拌する手段は上
記灰捕集装置の下部でその中心線に対し直交する水平方
向に加圧空気を噴出する攪拌ノズルで構成しているの
で、灰捕集装置内を上方から下方に進行する灰に対して
攪拌ノズルは閉塞される心配もなく、加圧空気を確実に
噴出することにより灰の塊がほぐされ、灰搬送管に流入
する灰が定量化されて、灰搬送管内の灰濃度が安定す
る。これにより上記したように並列輸送を実現可能と
し、高圧灰槽及び同高圧灰槽に対応する減圧装置の集中
化を図り、上記した設置スペースと設備コストの低減を
達成することができる。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の一実施例を示す構成図、図２
は図１中の灰捕集装置の下端部を拡大して示す縦断面図
である。これらの図において、前記図４ないし図６によ
り説明した従来のものと同様の部分については、冗長に
なるのを避けるため、同一の符号を付け詳しい説明を省
く。ここで新たに用いられる符号として、（１ａ），
（１ｂ）は灰捕集装置、（２）は灰搬送管、（３）は灰
冷却器、（４）は高圧灰貯槽、（５）は高圧灰貯槽内蔵
フィルタ、（６）は減圧装置（灰搬送ガス流量制御
弁）、（８）は常圧灰ホッパ、（９）は常圧系空気吸引
部、（１１）は攪拌ノズル、（１２）は灰搬送管取付
座、（１３）は水冷ジャケット、（１４）は盲板、（１
６）は冷却水、（１７）はパージ空気、（１８）はフィ
ルタ逆洗ライン、（２１）はブリッジブレーカ空気、
（２３）は灰払出弁をそれぞれ示す。 【００１２】まず概述すると、本実施例においては、サ
イクロンまたはフィルタ等の複数の灰捕集装置（１
ａ）、（１ｂ）と高圧灰貯槽（４）との間に、灰搬送管
（２）を内蔵した灰冷却器（３）が各灰捕集装置（１
ａ），（１ｂ）に対応して設置されている。その高圧灰
貯槽（４）には内蔵フィルタ（５）とガスを排気する手
段である減圧装置（６）が設けられている。排気ガスは
ガスタービン出口煙道（３８）に放出され、図示しない
熱交換器（前記図４中の排熱回収給水加熱器（４０）
等）によって熱回収が行なわれる。高圧灰貯槽（４）の
下方には高圧灰の減圧ホッパ（７）と常圧ホッパ（８）
が設置されていて、灰は大気圧へ減圧後、常圧灰搬送ラ
イン（１０）により図示しない灰サイロへ空気輸送され
る。 【００１３】各灰捕集装置（１ａ），（１ｂ）の下部に
は、図２に示されるように、加圧空気を噴射する攪拌ノ
ズル（１１）が設けられている。すなわち、図２におい
て、灰捕集装置（１ａ）の下部には、同灰捕集装置（１
ａ）の中心線に対し直交し、水平方向に加圧空気を噴出
する攪拌ノズル（１１）が設けられているので、この攪
拌ノズル（１１）は灰捕集装置（１ａ）内を上方から下
方に落下する灰により閉塞される心配もなく空気を噴出
することができ、この攪拌ノズル（１１）から噴出する
空気流によって攪拌された灰は、ほぼ定量づつ、灰・ガ
ス吸引部（１５）へ流入し、冷却水（１６）を冷却材と
する灰冷却器（３）内を通した灰搬送管（２）内を流動
しながら減温され、高圧灰貯槽（４）に搬送される。パ
ージ空気（１７）は、灰搬送管（２）の閉塞回復用およ
び起動時のウォーミング等に使用する。 【００１４】高圧灰貯槽（４）内で灰分を重力分離した
ガスは、高圧灰貯槽（４）内上部に設置されたフィルタ
（５）で随伴する微粒の灰を除去した後、圧力調整弁等
の減圧装置（６）を通り、ガスタービン出口煙道（３
８）へ放出される。フィルタ（５）には、逆洗ライン
（１８）が設置され、圧損上昇を抑えて連続運転を可能
としている。一方、前記微粒灰および重力分離した灰
は、高圧灰貯槽（４）の底部に堆積し、減圧ホッパ
（７）へ払出される。更に減圧ホッパ（７）内を減圧放
出ライン（１９）で大気圧まで減圧した後、常圧灰ホッ
パ（８）へ払出され、常圧灰搬送ライン（１０）により
図示しない灰サイロへ送られる。減圧ホッパ（７）は、
灰を払出した後、加圧用空気（２０）により再加圧し、
高圧灰貯槽（４）から灰を受入れる準備をする。 【００１５】本実施例においては、プラント負荷に応じ
て高圧灰貯槽（４）内のガスを減圧装置（６）により連
続的に排気することにより、複数の灰捕集装置（１
ａ），（１ｂ）と高圧灰貯槽（４）との間に適正な差圧
を発生させ、このために生じるガス流れにより高温灰が
連続的に高圧灰貯槽（４）に搬送され堆積する。そし
て、減圧装置（６）によりガス流量の制御が可能であ
り、灰搬送に要するガス流量を最少にして低速高濃度の
灰流れを実現することができ、高圧高温のガスのロスを
最少にできる。このように高濃度の灰が低速で搬送され
るので、灰搬送管（２）の摩耗が抑制され、機器の信頼
性、耐久性が向上する。本実施例ではまた、灰搬送過程
で灰とガスは冷却され、後流機器の設計温度を下げるこ
とができるので、気密弁（２２）、灰払出弁（２３）等
の信頼性、耐久性が向上する。更に高圧灰貯槽（４）内
に内蔵するフィルタにより精密な除塵が可能なため、減
圧装置（６）の耐久性も向上する。 【００１６】加えて、本実施例では複数の灰捕集装置
（１ａ），（１ｂ）、複数の灰搬送管（２）を１基の高
圧灰貯槽（４）に接続したので、設置スペースと設備コ
ストを大幅に低減できる。一般に複数の管路で粉体を並
列搬送する場合、濃度の変動に伴なって圧力損失が変動
し、流量のバランスが崩れて閉塞を誘起しやすいが、本
実施例では灰捕集装置（１ａ），（１ｂ）の下部に攪拌
ノズル（１１）を設置して加圧空気を噴射するので、灰
搬送管（２）内の灰輸送が安定し、複数灰搬送管による
並列輸送が可能となる。すなわち、サイクロン分離器
（３５）から連続的かつ多量に落下する灰あるいはセラ
ミックフィルタ（３６）から逆洗毎に間欠的に落下する
灰に対して、それら灰捕集装置（１ａ），（１ｂ）の下
部に取付けた攪拌ノズル（１１）から噴射される空気等
の噴流が灰の塊をほぐす役割を果たすので、灰・ガス吸
引部（１５）に落下・流入する灰が定量化され、灰搬送
管（２）内の濃度が安定する。 【００１７】図３はそれぞれ横軸に時間をとり、縦軸に
灰搬送管（２）の水平部圧力損失Ａと垂直部圧力損失Ｂ
の経時変化を示す図であって、下段（ｂ）は攪拌ノズル
（１１）を使用した場合、上段（ａ）は攪拌ノズル（１
１）を使用しない場合である。この図において、攪拌ノ
ズル（１１）を使用しない場合は、濃度変化のため圧力
損失Ａ，Ｂが大きく脈動しているのに対し、攪拌ノズル
（１１）を使用した場合は、灰搬送管（２）内の灰濃度
が安定するため、水平部圧力損失Ａも垂直部圧力損失Ｂ
も格段に安定することがわかる。以上のことから、灰輸
送管に流入する灰量の平滑化が、並列運転を可能にする
ポイントと言える。 【００１８】 【発明の効果】本発明においては、灰捕集装置から灰搬
送管に落下・流入する高温高圧の灰を同灰捕集装置の下
部で攪拌ノズルにより攪拌するので、灰の塊はほぐされ
て定量化され、灰搬送管内の灰輸送が安定し、複数の灰
搬送管による並列輸送が可能となる。すなわち、このよ
うに並列輸送が可能となったことにより、複数組の灰捕
集装置、灰搬送管及び灰冷却装置の各組毎に独立して高
圧灰貯槽を設けることなく同複数組の灰捕集装置、灰搬
送管及び灰冷却装置を１基の高圧灰貯槽に並列に接続す
ることが可能となる。しかもこの１基の高圧灰貯槽に対
して接続して設けた減圧装置により、前記複数組の灰捕
集装置、灰搬送管及び灰冷却装置を経て灰の搬送を行う
ので、前記灰捕集装置、灰搬送管及び灰冷却装置の各組
毎に個別に減圧装置を設ける必要もない。従って本発明
によれば、複数組の灰捕集装置、灰搬送管及び灰冷却装
置を備えるにもかかわらず、高圧灰貯槽および減圧装置
の集中化により装置全体として設置スペースおよび設備
コストを大幅に低減できる。また、上記したように減圧
装置による灰搬送としたために、灰搬送に要するガス流
量を最少にして低速高濃度の灰流れを容易に実現するこ
とができ、同低速高濃度の灰流れのために、灰搬送管等
の摩耗が抑制され、機器の信頼性、耐久性が向上する効
果を併せ奏することが出来る。そしてまた、前記高圧灰
貯槽に至る径路には、灰搬送管内の灰を冷却する灰冷却
器を備えているので、灰搬送過程で灰とガスは冷却さ
れ、後流機器の設計温度を下げることができ、装置全体
の信頼性、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は本発明の一実施例を示す構成図である。 【図２】図２は図１中の灰捕集装置の下端部を拡大して
示す縦断面図である。 【図３】図３は上記実施例における攪拌ノズルの効果を
示す図である。 【図４】図４は加圧流動床ボイラを有する従来のガスタ
ービン・蒸気タービン複合発電プラントの一例を示す全
体構成図である。 【図５】図５は従来の灰処理装置の一例を示す図であ
る。 【図６】図６は従来の灰処理装置の他の例を示す図であ
る。 【符号の説明】 （１ａ），（１ｂ） 灰捕集装置 （２） 灰搬送管 （３） 灰冷却器 （４） 高圧灰貯槽 （５） 高圧灰貯槽内蔵フィルタ （６） 減圧装置（灰搬送ガス流量制御
弁） （７） 減圧ホッパ （８） 常圧灰ホッパ （９） 常圧系空気吸引部 （１０） 常圧系灰搬送ライン （１１） 攪拌ノズル （１２） 灰搬送管取付座 （１３） 水冷ジャケット （１４） 盲板 （１５） 灰・ガス吸引部 （１６） 冷却水 （１７） パージ空気 （１８） フィルタ逆洗ライン （１９） 減圧放出ライン （２０） 加圧用空気 （２１） ブリッジブレーカ空気 （２２） 気密弁 （２３） 灰払出弁 （２５） 灰を含む高圧高温燃焼ガス （２６） 除塵後の高圧高温燃焼ガス （３１） 加圧流動床ボイラ （３２） 石炭・石灰石供給装置 （３３） 空気圧縮機 （３４） 高温ガス管 （３５） サイクロン分離器 （３６） セラミックフィルタ （３７） ガスタービン／発電機 （３８） ガスタービン出口煙道 （３９） 脱硝装置 （４０） 排熱回収給水加熱器 （４１） 煙突 （４３） 蒸気タービン／発電機 （４４） 復水器 （４５） 給水加熱器 （５１） 水冷ジャケット式スクリューフィ
ーダ （５２） 高圧灰貯槽 （６１） 灰輸送コンジット （６２） 燃焼用空気（冷却材） （６３） 絞り （６４） 常圧サイクロン （６５） ガス冷却器 （６６） バグフィルタ （６７） 灰排出ライン （６８） 空気投入ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 一朗 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 昭59−86511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−164216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−207906（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−70315（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−238609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−89616（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−129201（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−103031（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−18512（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−52131（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−75538（ＪＰ，Ｕ) 特表 平３−505777（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23J 1/02 F23C 11/02 B65G 53/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 石炭を燃料とし石灰石を脱硫剤として高
   圧下で流動床燃焼させる加圧流動床ボイラの燃焼ガス中
   に含まれる灰を捕集する灰捕集装置と、同灰捕集装置か
   ら下方に排出された高温高圧の灰を搬送する灰搬送管
   と、同灰搬送管内の灰を冷却する灰冷却器と、上記灰搬
   送管で搬送された灰を受入れる高圧灰貯槽と、同高圧灰
   貯槽内において搬送ガスから灰を分離する手段と、上記
   高圧灰貯槽内のガスを抜く減圧装置とを備えた灰処理装
   置において、上記高圧灰貯槽１基に対して上記灰捕集装
   置、上記灰搬送管および上記灰冷却装置を複数組接続し
   て上記灰を並列輸送可能とし、同高圧灰貯槽に上記減圧
   装置を接続して設け、かつ上記灰捕集装置が上記灰搬送
   管に落下・流入する高温高圧の灰を攪拌する手段を有
   し、同攪拌する手段は上記灰捕集装置の下部でその中心
   線に対し直交する水平方向に加圧空気を噴出する攪拌ノ
   ズルで構成したことを特徴とする加圧流動床ボイラの灰
   処理装置。