JP6995603B2

JP6995603B2 - 循環流動層燃焼炉プラント

Info

Publication number: JP6995603B2
Application number: JP2017240533A
Authority: JP
Inventors: 宜彬荒川; 和幸明用; 功鳥居; 学永冨; 康横山
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019108994A

Description

本開示は、循環流動層燃焼炉プラントに関するものである。

炉底から供給される空気により、火炉内で燃料及び流動砂（例えば硅砂などＳｉＯ２が主体の粒子）を流動させて流動層を形成することで、燃焼効率を向上させる循環流動層（ＣＦＢ：ＣｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄ）燃焼炉プラントが知られている。

循環流動層燃焼炉プラントは、広範囲な燃料（例えば、瀝青炭、褐炭、石油コークス、木質バイオマス、製紙スラッジ、ＲＤＦ、廃タイヤ等）を燃焼可能であり、かつ高い燃焼効率を有する。

循環流動層燃焼炉プラントにおいて、更に熱効率を向上させるために、流動砂の持つ熱を利用する外部熱交換器を有する構成のものがある（例えば、特許文献１）。

特許第３６８６２２７号公報

しかしながら、循環流動層燃焼炉プラントにおいて、更に外部熱交換器を設置する場合には、設置スペースが増大してしまっていた。すなわち、外部熱交換器は、必要な伝熱面積を確保するために装置が大きくなってしまうため、循環流動層燃焼炉プラント全体の設置スペースにも影響を及ぼしていた。

本開示に係る循環流動層燃焼炉プラントは、このような事情に鑑みてなされたものであって、設置スペースの低減を図ることを目的とする。

本開示の幾つかの実施形態は、燃料が蓄積された燃料タンクと、空気によって流動砂を流動させ、前記燃料を燃焼させる流動層火炉と、前記流動層火炉の出口側に設けられ、燃焼ガスと前記流動砂とを分離するサイクロンと、前記サイクロンにて分離された前記流動砂のうち少なくとも一部が供給され、熱交換された前記流動砂を前記流動層火炉に供給する外部熱交換器と、前記燃料タンクから、前記流動層火炉に対して前記燃料を供給する第１燃料供給路と、前記燃料タンクから、前記外部熱交換器に対して前記燃料を供給する第２燃料供給路と、を備えた循環流動層燃焼炉プラントである。

上記のような構成によれば、燃料タンクから第１燃料供給路を介して外部熱交換器に対しても燃料を供給することとしたため、外部熱交換器の内部の温度をより上昇させることが可能である。具体的には、外部熱交換器において、サイクロンから外部熱交換器に供給された流動砂の熱によって、燃料タンクから供給された燃料が燃焼するため、燃料タンクから燃料が供給されない場合と比較して、外部熱交換器内の温度を上昇させることができる。

また、外部熱交換器内部の温度をより高温状態とできるため、外部熱交換器における伝熱面積を小さくすることが可能である。このため、外部熱交換器全体のコンパクト化が達成でき、更に、設置スペースの制約の緩和が期待できる。

上記循環流動層燃焼炉プラントにおいて、前記外部熱交換器は、ボイラ給水が供給される蒸発器、及び前記燃焼ガスを用いて生成された蒸気が供給される過熱器から構成され、それぞれが隔壁によって隔てられていることとしてもよい。

上記のような構成によれば、外部熱交換器は、蒸発器及び過熱器から構成され、それぞれが隔壁で隔てられている。このため、蒸発器及び過熱器のそれぞれにおいて、流動砂と熱交換が行われた場合に、他方の装置との干渉を防ぐことができる。具体的には、外部熱交換器が蒸発器と過熱器から構成される場合には、ボイラ給水と流動砂との間で熱交換が行われる蒸発器の方が流動砂の温度が急速に低下する。しかし、蒸発器と過熱器は隔壁で隔てられているため、蒸発器における流動砂の温度が急速に低下したとしても、過熱器における流動砂には影響を及ぼさない。つまり、隔壁を設けることで、蒸発器において熱交換が行われたとしても、過熱器における熱交換性能の低下を防止できる。

上記循環流動層燃焼炉プラントにおいて、前記外部熱交換器は、ボイラ給水が供給される蒸発器、前記燃焼ガスを用いて生成された蒸気が供給される過熱器、及び高圧タービンから排出された蒸気が供給される再熱器から構成され、それぞれが隔壁によって隔てられていることとしてもよい。

上記のような構成によれば、外部熱交換器は、蒸発器、過熱器、及び再熱器から構成され、それぞれが隔壁で隔てられている。このため、各々の装置（蒸発器、過熱器、及び再熱器）において、流動砂と熱交換が行われた場合に、他の装置との干渉を防ぐことができる。具体的には、各々の装置において、流動砂と熱交換が行われる対象の温度が異なるため、各々の装置における流動砂の温度低下特性が異なる。しかしながら、隔壁で隔てられることで、一方の装置における流動砂の温度低下特性と、他方の装置における流動砂の温度低下特性とは互いに干渉しない。また、再熱器によって、高圧タービンから排出された蒸気を再熱することができるため、サイクル効率を高めることができる。

上記循環流動層燃焼炉プラントにおいて、前記第２燃料供給路は、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有することとしてもよい。

上記のような構成によれば、外部熱交換器に対して供給される燃料の供給量を調整弁を用いて制御することで、外部熱交換器の内部温度を制御することができる。例えば、外部熱交換器における内部温度と流動層火炉の内部温度とを略同等とすることもできる。すなわち、外部熱交換器から流動層火炉へ供給（循環）される流動砂を流動層火炉の内部温度と略同等とすることができるため、炉内脱硫の悪化を抑制することができ、また、流動砂の溶解等を防止することができる。

上記循環流動層燃焼炉プラントにおいて、前記第２燃料供給路は、前記外部熱交換器における前記蒸発器に対して前記燃料を供給する蒸発器用燃料供給路と、前記外部熱交換器における前記過熱器に対して前記燃料を供給する過熱器用燃料供給路とを有し、前記蒸発器用燃料供給路及び前記過熱器用燃料供給路のうち少なくとも一つは、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有することとしてもよい。

上記のような構成によれば、外部熱交換器が蒸発器及び過熱器から構成される場合に、蒸発器及び過熱器のそれぞれに供給される燃料の供給量を調整することができる。具体的には、蒸発器用燃料供給路における調整弁を制御して蒸発器に対する燃料の供給量を制御する場合には、蒸発器に供給されるボイラ給水の温度上昇を制御することができる。また、過熱器用燃料供給路における調整弁を制御して過熱器に対する燃料の供給量を制御する場合には、過熱器に供給される蒸気の温度上昇を制御することができる。特に過熱器用燃料供給路における調整弁を制御することで、例えば、循環流動層燃焼炉に過熱低減器が用いられている場合には、過熱低減器の使用頻度を低減することができ、過熱低減器で使用する水を節約することができる。

上記循環流動層燃焼炉プラントにおいて、前記第２燃料供給路は、前記外部熱交換器における前記蒸発器に対して前記燃料を供給する蒸発器用燃料供給路と、前記外部熱交換器における前記過熱器に対して前記燃料を供給する過熱器用燃料供給路と、前記外部熱交換器における前記再熱器に対して前記燃料を供給する再熱器用燃料供給路とを有し、前記蒸発器用燃料供給路、前記過熱器用燃料供給路、及び前記再熱器用燃料供給路のうち少なくとも一つは、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有することとしてもよい。

上記のような構成によれば、外部熱交換器が蒸発器、過熱器及び再熱器から構成される場合に、蒸発器、過熱器及び再熱器のそれぞれに供給される燃料の供給量を調整することができる。具体的には、蒸発器用燃料供給路における調整弁を制御して蒸発器に対する燃料の供給量を制御する場合には、蒸発器に供給されるボイラ給水の温度上昇を制御することができる。また、過熱器用燃料供給路における調整弁を制御して過熱器に対する燃料の供給量を制御する場合には、過熱器に供給される蒸気の温度上昇を制御することができる。特に過熱器用燃料供給路における調整弁を制御することで、例えば、循環流動層燃焼炉に過熱低減器が用いられている場合には、過熱低減器の使用頻度を低減することができ、過熱低減器で使用する水を節約することができる。また、再熱器用燃料供給路における調整弁を制御して再熱器に対する燃料の供給量を制御する場合には、再熱器に供給される高圧タービンから排出された蒸気の温度上昇を制御することができる。

本開示に係る循環流動層燃焼炉プラントによれば、循環流動層燃焼炉プラントにおける設置スペースの低減を図ることができるという効果を奏する。

本開示の第１実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラントの概略構成を示した図である。本開示の第２実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラントにおける外部熱交換器の概略構成を示した図である。本開示の第２実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラントの概略構成を示した図である。本開示の第３実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラントにおける外部熱交換器の概略構成を示した図である。本開示の第３実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラントの概略構成を示した図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本開示に係る循環流動層燃焼炉プラント１の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本開示の第１実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１は、燃料タンク２と、流動層火炉３と、サイクロン４と、対流伝熱部５と、シールポット６と、外部熱交換器７と、第１燃料供給路８と、第２燃料供給路９とを主な構成として備えている。

燃料タンク２では、流動層火炉３及び外部熱交換器７にて使用する燃料を蓄積する。循環流動層燃焼炉プラント１は広範囲な燃料が燃焼可能である。燃料は、例えば、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、無煙炭など）、石油コークス、木質バイオマス、製紙スラッジ、RPF（Refuse Paper & Plastic Fuel）、廃タイヤ、脱水汚泥、都市ごみ等である。循環流動層燃焼炉プラント１では燃料を燃焼可能とするため、燃料タンク２には、燃料が粉砕された状態で蓄積されている。燃料タンク２は、第１燃料供給路８を介して流動層火炉３と接続されており、第１燃料供給路８を介して燃料の供給を行うことができる。また、燃料タンク２は、第２燃料供給路９を介して外部熱交換器７と接続されており、第２燃料供給路９を介して燃料の供給を行うことができる。

流動層火炉３（コンバスタ）は、空気によって流動砂を流動させ、第１燃料供給路８より供給された燃料を燃焼して高温ガス（燃焼ガス）を生成する。具体的には、流動層火炉３では、炉底に設けられた空気ノズル１０から供給される高圧空気（気体）により、流動層火炉３内の流動砂を流動させることで、流動層を形成させる。流動層を形成することで、炉内において、燃料、流動砂、及び空気を混合させ、燃焼効率を向上させている。なお、流動層火炉３の通常運転時においては、空気ノズル１０からは気体として空気（酸素）が供給されるが、停止時では、不活性ガス（窒素ガスなど）を導入する場合もある。なお、流動砂とは、例えば、硅砂などＳｉＯ_２が主体の粒子である。一般的なボイラにおける炉内の温度は１４００℃から１５００℃であるのに対し、流動層火炉３内の温度は８００℃から９００℃と低いため、流動層火炉３では、サーマルＮＯｘの発生量を抑制できる。また、流動層火炉３内に石灰石を供給することで、炉内脱硫を行うことも可能である。なお、流動層火炉３に供給される空気は、押込通風機１６にて取り込んだ空気を、空気予熱器１７において燃焼ガスを用いて予熱した後に、空気ノズル１０を介して供給される。

サイクロン４は、流動層火炉３の出口側に設けられ、燃焼ガスと流動砂とを分離する。流動層火炉３からは、燃焼ガスと共に流動砂も排出されるが、燃焼ガス及び流動砂は混合状態となっているため、サイクロン４にて燃焼ガス及び流動砂を分離する。そして、サイクロン４で分離された燃焼ガスは対流伝熱部５へ、流動砂はシールポット６へ供給される。

対流伝熱部５では、サイクロン４により分離された燃焼ガスが供給され、燃焼ガスとボイラ給水との間で熱交換を行い、過熱蒸気を生成する。このため、対流伝熱部５は、節炭器１１、蒸発管１２、及び過熱器１３から構成される。なお、対流伝熱部５は、蒸発管１２及び過熱器１３から構成されることとしてもよい。節炭器１１は、対流伝熱部５における比較的低温の燃焼ガス（例えば、過熱器１３等で熱交換が行われた後の燃焼ガス）を用いてボイラ給水を予熱する。節炭器１１によってボイラ給水を予熱することによって、燃焼ガス損失を低減し、蒸発管１２や過熱器１３の構造物（例えば、伝熱管）の熱応力を緩和することができる。節炭器１１によって予熱されたボイラ給水は蒸発管１２に供給され、高温の燃焼ガスと熱交換が行われて高圧蒸気となる。そして、過熱器１３では、燃焼ガスの熱を用いて高圧蒸気から過熱蒸気を生成する。生成された過熱蒸気は外部熱交換器７を介してタービン（不図示）に供給され、発電等に用いられる。なお、対流伝熱部５に供給されるボイラ給水の循環については、自然循環方式や強制循環方式、貫流方式等を適宜採用可能である。なお、対流伝熱部５において熱交換を終えた燃焼ガスは、空気予熱器１７及びバグフィルタ１８を通過した後に、煙突から大気に放出される。

シールポット６は、サイクロン４にて分離された流動砂を、外部熱交換器７及び流動層火炉３に分けて供給する。具体的には、シールポット６には、シールポット６から流動層火炉３へ流動砂を直接供給するためのライン２５と、シールポット６から外部熱交換器７へ流動砂を供給するためのライン２３が接続されている。

なお、ライン２３には、灰取出弁１５が設けられており、灰取出弁１５を調整することによって、シールポット６から外部熱交換器７へ供給される流動砂の量を調整することができる。シールポット６から外部熱交換器７へ供給されなかった流動砂は、ライン２５を介して流動層火炉３へ供給（循環）される。つまり、灰取出弁１５によって、シールポット６から外部熱交換器７へ供給される流動砂の量を調整することによって、シールポット６から直接流動層火炉３へ供給される流動砂の量を調整することができ、流動層火炉３の温度を調整することが可能である。このため、部分負荷になった場合や燃料の発熱量が変化した場合等であっても、流動層火炉３の炉内温度を燃焼性や炉内脱硫に対し最適化することができる。

外部熱交換器７は、流動床式外部熱交換（ＦＢＨＥ：ＦｌｕｉｄｅｚｅｄＢｅｄＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒ）であり、サイクロン４にて分離された流動砂のうち少なくとも一部が供給され、熱交換された流動砂を流動層火炉３に循環させる。具体的には、外部熱交換器７には、サイクロン４からシールポット６を介して、灰取出弁１５によって調整された流動砂が供給される。外部熱交換器７では、ブロワ１４から供給された高圧空気によって流動砂が流動しており、流動した流動砂に対して、第２燃料供給路９を介して供給された燃料が散布される。散布された燃料は、高温状態の流動砂の熱によって燃焼することで燃焼ガスを発生させ、外部熱交換器７の内部の温度（流動砂等の温度）を上昇させる。そして、外部熱交換器７では、構成される蒸発器３０等において熱交換が行われる。燃料が散布されない状態でも、外部熱交換器７の内部の温度（特に流動砂の温度）は５５０℃から７００℃程度となっているが、流動砂に対して燃料を散布して燃焼させることで、外部熱交換器７の内部の温度は、およそ８５０℃程度まで上昇させることができる。そして、外部熱交換器７における流動砂及び燃焼ガスは、ブロワ１４から供給される高圧空気によって、ライン２４を介して流動層火炉３へ戻される。なお、ブロワ１４を制御することによって高圧空気量を調整し、外部熱交換器７から流動層火炉３へ供給される流動砂の量を調整することも可能である。なお、外部熱交換器７の内部の温度は、８５０℃に限定されず、流動層火炉３の仕様等に応じて適宜設計可能である。

外部熱交換器７は、蒸発器３０及び過熱器３１から構成される。このため、外部熱交換器７の内部には、蒸発器３０の伝熱管と過熱器３１の伝熱管とが配置されている。蒸発器３０にはボイラ給水が供給され、ボイラ給水は、伝熱管の内部を流れる間に外部熱交換器７に供給された流動砂と熱交換が行われて加熱される。蒸発器３０において加熱されたボイラ給水は、対流伝熱部５における節炭器１１へ供給され、更に加熱される。過熱器３１には、対流伝熱部５における過熱器３１において燃焼ガスを用いて生成された過熱蒸気が供給され、過熱蒸気は、伝熱管の内部を流れる間に外部熱交換器７に供給された流動砂と熱交換が行われて更に過熱される。過熱器３１において過熱された過熱蒸気は、タービンに供給され、発電等に用いられる。

すなわち、本実施形態では、復水系等から供給されたボイラ給水は、外部熱交換器７における蒸発器３０、対流伝熱部５における節炭器１１、対流伝熱部５における蒸発管１２、対流伝熱部５における過熱器１３、及び外部熱交換器７における過熱器３１の順に加熱及び過熱され、過熱蒸気となり、タービンに供給される。

なお、本実施形態では、外部熱交換器７は、蒸発器３０及び過熱器３１から構成される場合について説明したが、外部熱交換器７は、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２から構成されることとしてもよい。外部熱交換器７が、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２から構成される場合には、外部熱交換器７の内部には、蒸発器３０の伝熱管と過熱器３１の伝熱管と再熱器３２の伝熱管とが配置され、流動砂（及び燃焼ガス）との間で熱交換が行われる。

なお、再熱器３２では、高圧タービンから排出された蒸気が供給され、供給された蒸気を再熱し、再熱した蒸気を低圧タービンに供給する。具体的には、循環流動層燃焼炉プラント１は蒸気タービン（不図示）を備えており、蒸気タービンは、例えば、高圧タービン及び低圧タービンを複合して構成されている。対流伝熱部５及び外部熱交換器７によって生成された過熱蒸気は、まず、高圧タービンに供給されてタービンを駆動する。高圧タービンで仕事を終えた蒸気は湿り蒸気に近い状態となり、温度が低下してしまっているため、外部熱交換器７における再熱器３２によって再熱し、再度過熱蒸気として低圧タービンに供給する。再熱器３２を用いることによって、サイクル効率を向上させることができる。なお、蒸気タービンが、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンから構成される場合には、再熱器３２は、高圧タービンから排出された蒸気を再熱して中圧タービンに供給してもよいし、中圧タービンから排出された蒸気を再熱して低圧タービンに供給してもよい。

第１燃料供給路８は、燃料タンク２から流動層火炉３に対して燃料を供給するための管である。具体的には、第１燃料供給路８は、図１に示すように、燃料タンク２に一端側が接続されており、他端側が流動層火炉３に接続されている。また、第１燃料供給路８は、第１燃料供給路８の内部における燃料通過量を均一化するフィーダ１９と、燃料の供給量を調整するための調整弁２０を有している。調整弁２０によって供給量が調整された燃料が流動層火炉３に供給される。

第２燃料供給路９は、燃料タンク２から外部熱交換器７に対して燃料を供給するための管である。具体的には、第２燃料供給路９は、図１に示すように、燃料タンク２に一端側が接続されており、他端側が外部熱交換器７に接続されている。また、第２燃料供給路９は、第１燃料供給路８の内部における燃料通過量を均一化するフィーダ２２と、燃料の供給量を調整するための調整弁２１を有している。調整弁２１によって供給量が調整された燃料が外部熱交換器７に供給される。なお、第２燃料供給路９を介して外部熱交換器７に供給される燃料の量は、第１燃料供給路８を介して流動層火炉３に供給される燃料の量の２０％以内で調整されることが好ましい。なお、外部熱交換器７への燃料供給割合は、外部熱交換器７に供給される空気量から決定され、外部熱交換器７において酸素不足とならないように決定される。

なお、第２燃料供給路９に設けられた調整弁２１を制御することによって、燃料の供給量を調整し、外部熱交換器７の内部の温度を流動層火炉３の内部の温度と等しくすることが好ましい。このため、第２燃料供給路９に設けられた調整弁２１の制御については、自動制御することとしてもよい。この場合には、流動層火炉３及び外部熱交換器７の内部の温度を計測する計測器と、計測器による計測結果に基づいて調整弁２１を制御する制御装置とを更に備えることとすればよい。すなわち、制御装置は、計測器から得た流動層火炉３の内部の温度と比較して外部熱交換器７の内部の温度が低い場合には調整弁２１の開度を所定量開き、燃料の供給量を増加させ、外部熱交換器７の内部の温度を上昇させる。また、制御装置は、計測器から得た流動層火炉３の内部の温度と比較して外部熱交換器７の内部の温度が高い場合には調整弁２１の開度を所定量閉じ、燃料の供給量を減少させ、外部熱交換器７の内部の温度を低下させる。なお、調整弁２１の開度の制御については、予め開度を決定しておいてもよいし、流動層火炉３の内部の温度と外部熱交換器７の内部の温度との差に基づいて決定することとしてもよい。

このように、第２燃料供給路９に設けられた調整弁２１を制御することによって燃料の供給量を調整し、外部熱交換器７の内部の温度を流動層火炉３の内部の温度と等しくすることができる。すなわち、外部熱交換器７から流動層火炉３へ供給（循環）される流動砂の温度を、流動層火炉３の内部温度と略同等とすることができるため、炉内脱硫の悪化を抑制することができ、また、流動砂の溶解等を防止することができる。

なお、本実施形態では、図１に示すように、第１燃料供給路８及び第２燃料供給路９は、燃料タンク２に直接接続されている場合について説明しているが、第１燃料供給路８及び第２燃料供給路９の構成は、燃料タンク２から流動層火炉３及び外部熱交換器７のそれぞれに対して燃料が供給されれば、図１のような構成に限られない。すなわち、燃料タンク２には、第１燃料供給路８及び第２燃料供給路９が共用とされた共用供給路の一端側が接続され、他端側が第１燃料供給路８及び第２燃料供給路９に枝分かれする構成としてもよい。

次に、上述の循環流動層燃焼炉プラント１における流動砂の循環について図１を参照して説明する。

まず、流動砂は、流動層火炉３において炉底から供給された高圧空気によって流動し流動層を形成する。なお、流動層は炭素及びガスの発火点以下に熱せられている。流動砂は、第１燃料供給路８を介して供給された燃料を左右上下に略均等に撹拌し、高温状態となっている流動砂の熱よって燃料を燃焼して高温ガス（燃焼ガス）を発生させる。なお、流動層火炉３の内部の温度（特に、流動砂の温度）は、８５０℃程度に達する。

流動砂と燃焼ガスは、混合状態で流動層火炉３の上部から排出され、サイクロン４へ供給される。サイクロン４では、流動砂は燃焼ガスに対して遠心分離され、重力により落下し、サイクロン４の下部よりシールポット６に供給される。なお、燃焼ガスは、サイクロン４の上部より排出され、対流伝熱部５へ供給される。

シールポット６に供給された流動砂は、灰取出弁１５を介して外部熱交換器７に供給される。なお、外部熱交換器７に供給された流動砂以外の流動砂は、ライン２５を介して流動層火炉３へ戻される。外部熱交換器７へ供給される流動砂は、およそ５５０℃から７００℃程度となっている。外部熱交換器７では、下部から供給された高圧空気によって流動砂は流動しており、流動砂に対して、第２燃料供給路９を介して供給された燃料が散布される。散布された燃料は高温状態の流動砂の熱によって燃焼することで燃焼ガスを発生させ、外部熱交換器７の内部の温度（流動砂等の温度）を上昇させる。燃料の燃焼後における外部熱交換器７の内部の温度（流動砂等の温度）はおよそ８５０℃程度となる。外部熱交換器７の内部を高温状態として、外部熱交換器７では、構成される蒸発器３０及び過熱器３１において熱交換が行われる。そして、外部熱交換器７における流動砂及び燃焼ガスは、ブロワ１４から供給される高圧空気によって、ライン２４を介して流動層火炉３へ戻される。上記のような流路を辿ることで、流動砂は循環流動層燃焼炉プラント１、すなわち、流動層火炉３、サイクロン４、シールポット６、外部熱交換器７を循環する。なお、外部熱交換器７を介さない場合には、流動砂は、流動層火炉３、サイクロン４、シールポット６を循環する。

以上説明したように、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１によれば、燃料タンク２から第１燃料供給路８を介して外部熱交換器７に対しても燃料を供給することとしたため、外部熱交換器７の内部の温度をより上昇させることが可能である。具体的には、サイクロン４から外部熱交換器７に供給された流動砂の熱によって燃料が燃焼するため、燃料タンク２から燃料が供給されない場合と比較して、外部熱交換器７内の温度を上昇させることができる。

また、外部熱交換器７内部の温度をより高温状態とできるため、外部熱交換器７における伝熱面積を小さくすることが可能である。このため、外部熱交換器７全体のコンパクト化が達成でき、更に、設置スペースの制約の緩和が期待できる。具体的には、流動層火炉３では高圧空気を用いて流動層を形成するため、流動砂及び燃料ガスは流動層火炉３の上部から排出され、サイクロン４に供給される。そして、サイクロン４によって分離された流動砂は重力落下に基づいて外部熱交換器７へ供給される。つまり、図１に示すように、サイクロン４は外部熱交換器７の上部に配置され、サイクロン４の設置高さは流動層火炉３の高さ（特に流動砂及び燃料ガスの排出口の位置）に制約を与えていた。しかしながら、外部熱交換器７のコンパクト化が達成されることで、サイクロン４の設置高さを低く設計することができ、これに伴って、流動層火炉３の高さについても低く設計することが可能となる。よって、循環流動層燃焼炉プラント１全体として、設置スペースの低減を図ることができる。

また、外部熱交換器７に対して供給される燃料の供給量を調整弁２１を用いて制御することで、外部熱交換器７の内部温度を制御することができる。例えば、外部熱交換器７における内部温度と流動層火炉３の内部温度とを略同等とすることもできる。すなわち、外部熱交換器７から流動層火炉３へ供給（循環）される流動砂を流動層火炉３の内部温度と略同等とすることができるため、炉内脱硫の悪化を抑制することができ、また、流動砂の溶解等を防止することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１について説明する。
上述した第１実施形態では、外部熱交換器７が蒸発器３０及び過熱器３１で構成される場合について説明したが、本実施形態では、外部熱交換器７が蒸発器３０及び過熱器３１で構成され、更に、蒸発器３０及び過熱器３１は隔壁３５で隔てられているものとする。以下、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１について、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

本実施形態における外部熱交換器７は、図２に示すように蒸発器３０と過熱器３１から構成され、それぞれが隔壁３５によって隔てられている。なお、図２は、外部熱交換器７における空間分割の概略図であるため、蒸発器３０と過熱器３１における伝熱管は省略している。また、隔壁３５の形状及び空間の分割方法については、図２に示される構成に限られず、適宜設計可能である。

また、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１における第２燃料供給路９は、図３に示すように、蒸発器用燃料供給路９ａと過熱器用燃料供給路９ｂとを有している。すなわち、燃料タンク２に蓄積された燃料は、蒸発器用燃料供給路９ａ及び過熱器用燃料供給路９ｂを介して、蒸発器３０及び過熱器３１のそれぞれに供給可能とされている。なお、本実施形態における第２燃料供給路９は、図３に示すように、燃料タンク２に接続された第２燃料供給路９が蒸発器用燃料供給路９ａ及び過熱器用燃料供給路９ｂとに分岐する構成としているが、この構成に限られず、例えば、蒸発器用燃料供給路９ａ及び過熱器用燃料供給路９ｂのそれぞれが燃料タンク２に接続され、蒸発器３０及び過熱器３１のそれぞれに燃焼の供給が可能な構成とされてもよい。

蒸発器用燃料供給路９ａは、外部熱交換器７における蒸発器３０に対して燃料を供給する管である。具体的には、蒸発器用燃料供給路９ａは、蒸発器用燃料供給路９ａの内部における燃料通過量を均一化するフィーダ２２ａと、燃料の供給量を調整するための調整弁２１ａを有している。調整弁２１ａによって供給量が調整された燃料が外部熱交換器７における蒸発器３０に供給される。燃料は、蒸発器用燃料供給路９ａを介して、外部熱交換器７における蒸発器３０に供給された流動砂に対して散布される。

過熱器用燃料供給路９ｂは、外部熱交換器７における過熱器３１に対して燃料を供給する管である。具体的には、過熱器用燃料供給路９ｂは、過熱器用燃料供給路９ｂの内部における燃料通過量を均一化するフィーダ２２ｂと、燃料の供給量を調整するための調整弁２１ｂを有している。調整弁２１ｂによって供給量が調整された燃料が外部熱交換器７における過熱器３１に供給される。燃料は、過熱器用燃料供給路９ｂを介して、外部熱交換器７における過熱器３１に供給された流動砂に対して散布される。

外部熱交換器７において、サイクロン４から供給された流動砂は、蒸発器３０及び過熱器３１に対して略均等に供給される。そして、蒸発器３０及び過熱器３１では、蒸発器用燃料供給路９ａ及び過熱器用燃料供給路９ｂを介してそれぞれ独立に供給量が調整された燃料が散布される。つまり、本実施形態における外部熱交換器７では、蒸発器３０及び過熱器３１のそれぞれに対して、温度が調整可能な構成とされている。このため、蒸発器３０及び過熱器３１の熱交換能力をそれぞれ独立して制御することができる。なお、本実施形態では、外部熱交換器７において、サイクロン４から供給された流動砂は、蒸発器３０及び過熱器３１に対して略均等に供給される場合について説明したが、例えば、蒸発器３０及び過熱器３１のうち熱交換量がより多く要求される方に対して、流動砂を多く供給することとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１によれば、外部熱交換器７は、蒸発器３０及び過熱器３１から構成され、それぞれが隔壁３５で隔てられている。このため、各々の装置（蒸発器３０及び過熱器３１）において、流動砂と熱交換が行われた場合に、他の装置との干渉を防ぐことができる。具体的には、外部熱交換器７が蒸発器３０と過熱器３１から構成される場合には、ボイラ給水と流動砂との間で熱交換が行われる蒸発器３０の方が流動砂の温度が急速に低下する。しかし、蒸発器３０と過熱器３１は隔壁３５で隔てられているため、蒸発器３０における流動砂の温度が急速に低下したとしても、過熱器３１における流動砂には影響を及ぼさない。つまり、過熱器３１における熱交換性能の低下を防止できる。

また、外部熱交換器７が蒸発器３０及び過熱器３１から構成される場合に、蒸発器３０及び過熱器３１のそれぞれに供給される燃料の供給量を調整することができる。具体的には、蒸発器用燃料供給路９ａにおける調整弁２１ａを制御して蒸発器３０に対する燃料の供給量を制御する場合には、蒸発器３０に供給されるボイラ給水の温度上昇を制御することができる。また、過熱器用燃料供給路９ｂにおける調整弁２１ｂを制御して過熱器３１に対する燃料の供給量を制御する場合には、過熱器３１に供給される蒸気の温度上昇を制御することができる。特に過熱器用燃料供給路９ｂにおける調整弁２１ｂを制御することで、例えば、対流伝熱部５に過熱蒸気の温度を調整（主に低下させる）するための過熱低減器が用いられている場合には、過熱低減器の使用頻度を低減することができ、過熱低減器で使用する水を節約し、サイクル効率の低下を抑制できる。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１について説明する。
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、外部熱交換器７が蒸発器３０及び過熱器３１で構成される場合について説明したが、本実施形態では、外部熱交換器７が蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２で構成され、更に蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２は隔壁３５で隔てられているものとする。以下、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１について、第１実施形態及び第２実施形態と異なる点について主に説明する。

本実施形態における外部熱交換器７は、図４に示すように蒸発器３０と過熱器３１と再熱器３２とから構成され、それぞれが隔壁３５によって隔てられている。なお、図４は、外部熱交換器７における空間分割の概略図であるため、蒸発器３０と過熱器３１と再熱器３２とにおける伝熱管は省略している。また、隔壁３５の形状及び空間の分割方法については、図４に示される構成に限られず、適宜設計可能である。

また、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１における第２燃料供給路９は、図５に示すように、蒸発器用燃料供給路９ａと過熱器用燃料供給路９ｂと再熱器用燃料供給路９ｃとを有している。すなわち、燃料タンク２に蓄積された燃料は、蒸発器用燃料供給路９ａ、過熱器用燃料供給路９ｂ、及び再熱器用燃料供給路９ｃを介して、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２のそれぞれに供給可能とされている。なお、本実施形態における第２燃料供給路９は、図５に示すように、燃料タンク２に接続された第２燃料供給路９が蒸発器用燃料供給路９ａ、過熱器用燃料供給路９ｂ、及び再熱器用燃料供給路９ｃに分岐する構成としているが、この構成に限られず、例えば、蒸発器用燃料供給路９ａ、過熱器用燃料供給路９ｂ、及び再熱器用燃料供給路９ｃのそれぞれが燃料タンク２に接続され、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２のそれぞれに燃焼の供給が可能な構成とされてもよい。

再熱器用燃料供給路９ｃは、外部熱交換器７における再熱器３２に対して燃料を供給する管である。具体的には、再熱器用燃料供給路９ｃは、再熱器用燃料供給路９ｃの内部における燃料通過量を均一化するフィーダ２２ｃと、燃料の供給量を調整するための調整弁２１ｃを有している。調整弁２１ｃによって供給量が調整された燃料が外部熱交換器７における再熱器３２に供給される。燃料は、再熱器用燃料供給路９ｃを介して、外部熱交換器７における再熱器３２の空間に供給された流動砂に対して散布される。

外部熱交換器７において、サイクロン４から供給された流動砂は、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２に対して略均等に供給される。そして、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２では、蒸発器用燃料供給路９ａ、過熱器用燃料供給路９ｂ、及び再熱器用燃料供給路９ｃを介してそれぞれ独立に調整された燃料が散布される。つまり、本実施形態における外部熱交換器７では、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２のそれぞれに対して、温度が調整可能な構成とされている。このため、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２の熱交換能力をそれぞれ独立して制御することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る循環流動層燃焼炉プラント１によれば、外部熱交換器７は、蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２から構成され、それぞれが隔壁３５で隔てられている。このため、各々の装置（蒸発器３０、過熱器３１、及び再熱器３２）において、流動砂と熱交換が行われた場合に、他の装置との干渉を防ぐことができる。具体的には、各々の装置において、流動砂と熱交換が行われる対象の温度が異なるため、各々の装置における流動砂の温度低下特性が異なる。しかしながら、隔壁３５で隔てられることで、一方の装置における流動砂の温度低下特性と、他方の装置における流動砂の温度低下特性とは互いに干渉しない。また、再熱器３２によって高圧タービンから排出された蒸気を再熱することができるため、サイクル効率を高めることができる。

また、外部熱交換器７が蒸発器３０、過熱器３１及び再熱器３２から構成される場合に、蒸発器３０、過熱器３１及び再熱器３２のそれぞれに供給される燃料の供給量を調整することができる。具体的には、蒸発器用燃料供給路９ａにおける調整弁２１ａを制御して蒸発器３０に対する燃料の供給量を制御する場合には、蒸発器３０に供給されるボイラ給水の温度上昇を制御することができる。また、具体的には、過熱器用燃料供給路９ｂにおける調整弁２１ｂを制御して過熱器３１に対する燃料の供給量を制御する場合には、過熱器３１に供給される蒸気の温度上昇を制御することができる。特に過熱器用燃料供給路９ｂにおける調整弁２１ｂを制御することで、例えば、循環流動層燃焼炉に過熱低減器が用いられている場合には、過熱低減器の使用頻度を低減することができ、過熱低減器で使用する水を節約することができる。また、再熱器用燃料供給路９ｃにおける調整弁２１ｃを制御して再熱器３２に対する燃料の供給量を制御する場合には、再熱器３２に供給される高圧タービンから排出された蒸気の温度上昇を制御することができる。

本開示は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。なお、各実施形態を組み合わせることも可能である。

１：循環流動層燃焼炉プラント
２：燃料タンク
３：流動層火炉
４：サイクロン
５：対流伝熱部
６：シールポット
７：外部熱交換器
８：第１燃料供給路
９：第２燃料供給路
９ａ：蒸発器用燃料供給路
９ｂ：過熱器用燃料供給路
９ｃ：再熱器用燃料供給路
１０：空気ノズル
１１：節炭器
１２：蒸発管
１３：（対流伝熱部における）過熱器
１４：ブロワ
１５：灰取出弁
１６：押込通風機
１７：空気予熱器
１８：バグフィルタ
１９：フィーダ
２０、２１、２１ａ－２１ｃ：調整弁
２２、２２ａ－２２ｃ：フィーダ
２３、２４、２５：ライン
３０：蒸発器
３１：（外部熱交換器における）過熱器
３２：再熱器
３５：隔壁

Claims

燃料が蓄積された燃料タンクと、
空気によって流動砂を流動させ、前記燃料を燃焼させる流動層火炉と、
前記流動層火炉の出口側に設けられ、燃焼ガスと前記流動砂とを分離するサイクロンと、
前記サイクロンにて分離された前記流動砂のうち少なくとも一部が供給され、熱交換された前記流動砂を前記流動層火炉に供給する外部熱交換器と、
前記燃料タンクから、前記流動層火炉に対して前記燃料を供給する第１燃料供給路と、
前記燃料タンクから、前記外部熱交換器に対して前記燃料を供給する第２燃料供給路と、
を備え、
前記外部熱交換器は、ボイラ給水が供給される蒸発器、及び前記燃焼ガスを用いて生成された蒸気が供給される過熱器から構成され、それぞれが隔壁によって隔てられており、
前記第２燃料供給路は、前記外部熱交換器における前記蒸発器に対して前記燃料を供給する蒸発器用燃料供給路と、前記外部熱交換器における前記過熱器に対して前記燃料を供給する過熱器用燃料供給路とを有し、
前記蒸発器用燃料供給路及び前記過熱器用燃料供給路のうち少なくとも一つは、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有する循環流動層燃焼炉プラント。
前記外部熱交換器は、前記蒸発器、前記過熱器、及び高圧タービンから排出された蒸気が供給される再熱器から構成され、それぞれが隔壁によって隔てられている請求項１に記載の循環流動層燃焼炉プラント。
前記第２燃料供給路は、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有する請求項１または２に記載の循環流動層燃焼炉プラント。
前記第２燃料供給路は、前記外部熱交換器における前記再熱器に対して前記燃料を供給する再熱器用燃料供給路を有し、
前記再熱器用燃料供給路は、前記燃料の供給量を調整する調整弁を有する請求項２に記載の循環流動層燃焼炉プラント。