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【発明の名称】 燃料供給ノズルの管内清掃方法
【発明者】 【氏名】勝田 康常

【氏名】武▲崎▼ 博

【氏名】吉岡 進

【氏名】湯浅 博司

【氏名】高橋 芳孝

【氏名】香取 孝則

【氏名】牧野 秀則

【要約】 【課題】やむなくCWP供給ノズル内で燃料が固化した場合、その固化した燃料を速やかに粉砕し、管外に除去する清掃装置を提供すること。

【構成】微粉炭にわずかな水を添加してペースト状とした燃料(CWP)を流動層火炉34内に供給する燃料供給ノズル21が微粉炭で詰まった場合には、燃料供給ノズル21の先端部の固化した微粉炭部位まで水を注入する注水管85と固化した微粉炭を掻い出す手段として清掃軸80周りに掻き出し用のフィン134とを備えた治具を、固化した微粉炭部位まで挿入し、燃料供給ノズル21の管内の固化した微粉炭を清掃するための水を燃料供給ノズル21の管外から供給し、それを火炉34内に排出することなく粉砕した微粉炭と共に再び燃料供給ノズル21の管外に排出する燃料供給ノズルの管内清掃方法である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体燃料に液体を添加してペースト状とした燃料を、流動層火炉(34)内に供給する燃料供給ノズル(21)が前記燃料で詰まった場合の燃料供給ノズル(21)の管内の清掃方法であって、
燃料供給ノズル(21)の先端部の固化した燃料部位まで水を注入する手段(85)と固化した燃料を掻い出す手段(80、134)とを備えた治具を、固化した燃料部位まで挿入し、前記燃料供給ノズル(21)の管内の固化した燃料を清掃するための水を燃料供給ノズル(21)の管外から供給し、該水を前記火炉(34)内に排出することなく粉砕した固化燃料と共に再び燃料供給ノズル(21)の管外に排出することを特徴とする燃料供給ノズル(21)の管内清掃方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は加圧した流動層で固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントに関する。
また、加圧流動層燃焼炉に供給する固体燃料と水混合物からなるペースト状燃料を流動層燃焼炉へ供給するノズルの管内清掃方法に関する。
【背景技術】
【0002】
加圧状態の流動層火炉で燃料を燃焼させて流動層内に設置してある伝熱管内で蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動させ、さらに、加圧流動層ボイラで発生した高圧およ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ことができ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】
前記加圧流動層ボイラは石炭粒子を加圧状態の流動層火炉内に連続的に、大量に安定して供給することが課題の一つである。この課題を解決する手段として、例えば特開昭62−155433号には石炭と水を混合してペースト状の流体(以下、Coal-Water Paste;CWPと略すことがある)とし、該CWPをポンプで圧送し噴霧ノズルから流動層火炉内へ供給する湿式供給法が開示されている。
【0004】
図20は加圧流動層火炉へCWPを供給するための燃料製造・供給装置の系統を示したものである。燃料の石炭を原炭バンカ1より給炭機2で粗粉砕機3へ供給し、粗粉砕した石炭を中継ホッパ4へ送る。粗粉砕した石炭の一部は湿式チューブミル5へ送り、チューブミル用水ポンプ10より送られた水と一緒に粉砕し、微粉炭スラリを製造する。製造した微粉炭スラリは一旦スラリタンク6に貯える。中継ホッパ4から石炭、スラリタンク6から微粉炭スラリ、水タンク7から水を混練機13へ供給し、混練してCWPを製造する。製造したCWPはCWPタンク14へ貯え、ピストンポンプ15によりCWP輸送配管19に圧送し、CWPノズル21を介して図示していない加圧流動層まで供給する。
【0005】
CWPを加圧流動層まで供給するピストンポンプ15はピストンポンプ用油圧装置17の油圧により駆動し、CWPはCWPタンク14から吸い込み口16を通ってピストンポンプ15に送られCWP輸送配管19へ圧送される。ピストンポンプ15の吸い込み口16に注水用水ポンプ12、注入配管22により水を注入することができ、また注入用スラリポンプ9、注入配管22より微粉炭スラリを注入することもできる。ピストンポンプ用油圧装置17には油圧計18があり、ピストンポンプ15の油圧を検知する。CWP輸送配管19には圧力計20があり、CWP圧送中のCWP輸送配管19の内圧力を検知する。
【0006】
原炭の含有水分と湿式チューブミル5で製造された微粉炭スラリの水分と混練機用水ポンプ11で供給する水量の合計がCWPの水分となるように供給する水量を設定する。混練機13で製造するCWPの水分はピストンポンプ15で圧送するのに最低限必要な水分となるようにする。
【0007】
上記CWPの製造においては、ボイラプラントの発電効率を高レベルに維持する上で石炭に添加する水分量をできるだけ少なくすることが重要である。このため、石炭に添加する水分量が制限されたCWPは粘度が高く、しかも製造コストを低減するために石炭粒子分散用の薬剤を添加しないため流動性にきわめて乏しい。さらに、CWPの石炭は最大径が6〜10mmで、平均径が1〜2mmであり、粒度が粗いため、低水分のCWPを得るために適量の微粒子を含んだ粒度構成が要求される。すなわち、CWP中の石炭粒子は数十ミクロンの微粒子から最大10mm程度の粗粒子までの幅広い粒径範囲で存在するという特徴がある。
【0008】
上記したような制約下で安定なCWPを製造するためにCWPの粘度は5〜20Pa・sの範囲に調整することが望ましい。それはCWPの粘度が20Pa・s以上ではピストンポンプ15の吸い込み口でCWPによる閉塞が発生し、ポンプ輸送ができなくなるからである。CWPの粘度は、主にCWP中の石炭濃度、粒度構成と相関がある。
【0009】
すなわち、石炭濃度が高い場合、CWPの粘度は増加し、逆に石炭濃度が低い場合、CWPの濃度は低下する。また、粒度が細かくなるにつれて粘度は増加する。従って、CWPを安定に供給するためには、CWP中の石炭濃度と粘度を管理する方法が最も効果的である。そのため、本発明者らは図20で示した混練機出口13から排出するCWPを分岐してCWPの粘度を計測する装置101およびその粘度調整の制御装置102を設置する発明をして特許出願(特開平9−145487号公報など)している。
【0010】
CWP粘度計測装置101は混練機13の出口側面部に設け、CWP粘度を検知して粘度制御装置102で混練機13に供給する水タンク7からの水量もしくは微粉炭スラリータンク6からの微粉炭スラリー量を増減させる構成となっている。図21は、図20に示した混練機13の出口側面部に設けたCWP粘度計測装置101の構造断面図を示したものである。CWP粘度計測装置101はCWP導入用の案内板105、粘度計測容器106、粘度検出用のピン型ロータ107およびトルク計110で構成されている。粘度計測容器106のうちには、CWPの粘度を計測するピン型ロータ107が中央部に設置してある。ピン型ロータ107は、トルク計110と接続している。
【0011】
CWP粘度計測容器106の底部には、CWPの移出用ゲート弁111を設置してある。CWP排出ゲート弁111の開閉操作は、シリンダ112(圧縮空気式もしくは油圧式)で制御している。混練機13の出口から排出するCWPを案内板(θ<40度)105から粘度計測容器106内へ供給し、粘度計測容器106に一定時間保持する。その後、粘度計測容器106底部に設けてあるゲート弁111を開いてCWPを排出し、再びゲート弁111を閉じてCWPを粘度計測容器106内に誘導する。これを繰り返し、CWPの粘度を連続的に計測する。
【0012】
また、上記湿式法で得られたCWPはピストンポンプ15(図20参照)で火炉に圧送されるが、発電効率を高レベルに維持する上でCWP中の水分量をできるだけ少なくする必要がある。しかもCWP製造コスト低減のために石炭粒子を分散させる薬剤を添加しない。このため、重油の代替え燃料として開発された高濃度石炭・水スラリに比べてCWPは粘度が高く流動性にきわめて乏しい。
【0013】
CWPの含有水分が少ないとCWPは流動性が無く、ピストンポンプ15による圧送は不可能となる。ポンプ15による圧送のためにはCWPの粒径分布は、例えば重量平均径が1.0〜2.0mmの範囲にある石炭に重量平均径が0.03〜0.07mmの範囲となる石炭に予め水と混合した微粉炭スラリを全石炭重量の10〜40%混合するなど、所定の粒径分布であることが必要条件となる。しかし、含有水分を徐々に多くするとCWPに流動性(粘性)が出て、ピストンポンプ15による圧送が可能になってくる。CWPの流動性は石炭の微粉成分と水により生じているため水分の少ない領域においてCWPの含有水分が10分の1%少なくなるだけでCWPの粘性が高くなり、したがって流動性が悪くなるという特徴がある。
【0014】
CWPに上記のような特性があるため燃料(CWP)の製造においては原炭の含有水分量のばらつきや各CWP成分の供給量の制御性などを考慮してポンプ15によるCWP圧送に必要な最低水分より数%多めの水分を含むCWPを製造している。
【0015】
従来、図20に示すように、CWP供給方式は最大径が6mm前後の石炭粒子と水及び炉内脱硫剤としての石灰石を混練機13で混合して水分25%前後のCWPとし、該CWPを一時的にタンク14に貯留した後、複数台、たとえば図22の例では2台のピストンポンプ15b、15cで昇圧して、それぞれのCWP輸送配管19b、19c及びCWP供給ノズル(以下にノズルあるいはCWPノズルと称することがある)21b、21cを通して加圧容器33に納められた火炉34に圧送され、火炉34内の流動層35に噴霧、分散されて燃焼する。火炉34内の伝熱管36が加熱されて管内の水から蒸気が発生する。
【0016】
火炉34へのCWPの供給を停止する場合は切り替えバルブ37b、37cによって流路を導管38b、38cに切り替えてCWPをタンク14に戻す。
【0017】
なお、図22には流動層ボイラの加圧容器33、火炉34、伝熱管36及びCWP供給ノズル21b、21cは平面図で示しているが、図22の一断面を持って加圧容器33、火炉34、伝熱管36及びCWP供給ノズル21の配置関係を示すと図23となる。図23において、火炉34には流動媒体(BMと言うことがある)が充填され、空気分散板41を通して火炉34の下方から供給される燃焼用空気によって流動化され、流動層35が形成されている。流動層35内には伝熱管36が配列され、スチームを発生して蒸気タービン(図示省略)に供給される。火炉34の出口には飛散灰を除去する脱塵装置(図示省略)が設置され、脱塵したあと燃焼ガスはガスタービン(図示省略)に供給される。
【0018】
図24には、CWP供給ノズル21の外観を示したものである。該ノズル21は火炉壁34aと圧力容器壁33aと接続する外筒42内に挿入され、フランジ43で固定されている。なお、外筒42の熱膨張を吸収するエクスパンション44が設置されている。
【0019】
CWP供給ノズル21の管全長は4.5mから6mであり、CWP供給管46の内径は約50mmと長尺でかつ細いものである。冷却水や分散空気の通路を含めた多重管の外側の径は約220mmであり、全体としては複雑な多重管構造で、圧力容器33や火炉34を貫通していることから、重量も重く、取り合い箇所も多く、一旦、据え付けた後では容易に取り外す構造とはならないものである。
【0020】
ここで、火炉34の緊急停止時にはCWP供給ノズル21内にペースト状のCWPの供給を停止して保持することが要求される。この理由は下記の通りである。すなわち、緊急停止時においては、CWPの流動のために必要な供給空気が瞬時に遮断されるため、火炉34の流動化が停止する。この場合、それまでCWP供給ノズル21より供給を継続していたCWPの供給は即時、停止する必要がある。これは流動層35が流動化していない火炉34内にCWPを継続して供給すると層内で不完全燃焼を起こし、アグロメと呼ばれる大きな固まりが形成され、それが再起動した場合に層内の伝熱管36の損傷や流動層35の流動性能の低下などの重大な問題を引き起こす結果となるためである。
【0021】
したがって、緊急停止時にCWP供給もそれに合わせて停止すると、CWP供給ノズル21内に燃料が滞留することになる。このペースト状燃料は水と合わせて製造していることから水の沸点に近い高温域になればなるほど石炭と水の分離が激しくなり、不安定で、固化しやすくなる。実験によれば、安定的に管内を輸送できる温度は50℃ 以下だといわれている。
【0022】
このため、通常運転時においてもCWP供給管46の外周を図示しない冷却水管で覆って火炉流動層内に供給される直前まで冷却水の効果により、安定供給温度以下にCWPの温度を保つ構造となっている。ここで、ボイラの緊急停止時の場合も前記冷却水管内には冷却水を流しておくが、これは通常運転時の場合と異なりCWPはCWP供給ノズル21内に停止しているため、CWP供給ノズル21先端の火炉34内から火炉内層温度(約800℃ から900℃ )に対応する輻射熱が管内に流入してくる。
【0023】
このため、CWP供給ノズル21内に滞留しているCWPは全体としては所定の温度以下であっても、CWP供給ノズル21先端部に位置するCWPは火炉34の輻射熱を直接受けることにより温度上昇し、固化してしまう。CWPの一部であっても管内で一旦固化してしまうと再起動の場合においてCWPを火炉に供給することは困難となる。
【特許文献1】特開昭62−155433号公報
【特許文献2】特開平9−145487号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0024】
そこで、本発明の課題はやむなくCWP供給ノズル内で燃料が固化した場合、その固化した燃料を速やかに粉砕し、管外に除去する清掃装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0025】
上記本発明の課題は、固体燃料に液体を添加してペースト状とした燃料を、流動層火炉(34)内に供給する燃料供給ノズル(21)が前記燃料で詰まった場合の燃料供給ノズル(21)の管内の清掃方法であって、燃料供給ノズル(21)の先端部の固化した燃料部位まで水を注入する手段(85)と固化した燃料を掻い出す手段(80、134)とを備えた治具を、固化した燃料部位まで挿入し、前記燃料供給ノズル(21)の管内の固化した燃料を清掃するための水を燃料供給ノズル(21)の管外から供給し、該水を前記火炉(34)内に排出することなく粉砕した固化燃料と共に再び燃料供給ノズル(21)の管外に排出する燃料供給ノズル(21)の管内清掃方法により解決される。
【0026】
上記ノズル管内清掃に用いる管内清掃装置は、回転軸(80)の軸内には回転軸先端部に達する注水手段(85)を設け、該回転軸(80)の先端にはドリル部(130)を設け、回転軸(80)の外周部には螺旋状のフィン(134)を設けたものである。
【0027】
本発明の管内清掃装置を用いる管内清掃方法は次のように行う。
流動層火炉の運転停止時に火炉(34)及び該火炉(34)が圧力容器(33)に収納されているときは圧力容器(33)の圧力が低下し、大気圧となった時点で燃料供給ノズル(21)の圧力容器外側のフランジ部分を分解し、ノズル(21)の管内面に容器外側からアクセスできるようにする。ノズル清掃装置を容器(33)外側の燃料供給ノズル(21)の位置に設置し、長尺の軸(80)をノズル(21)の内面に回転させながら挿入する。
【0028】
この際、長尺のノズル(21)に装置を挿入するためには装置のノズル(21)に対する芯合わせが重要となるが、ノズルフランジ部分に装置を据え付けるためには位置決めは容易である。長尺の軸(80)の先端にはドリル部(130)が設けられており、固化した燃料部分に対してはドリル部(130)の回転力で固化燃料を切削粉砕する。粉砕された固化燃料は軸(80)の周囲に設けられた螺旋状のフィン(134)を通り容器外側に排出される。
【0029】
固化したCWPを切削粉砕を容易にするには水分を供給することが好適なため、回転軸(80)の中は空洞にして先端に供給している。この供給水はドリル部(130)の先端に供給された後、粉砕された固化燃料と共に螺旋状のフィン(134)部を経て容器(33)外側に排出される。したがって、この供給水は、ノズル(21)内の固化燃料の円滑な外部への排出にも寄与している。
【0030】
ノズル(21)の長さが長く、装置の清掃用シャフトの長さが不足する場合には、清掃装置の軸(136)(図16)を適宜、繋ぎこんで装置の軸長を増加させる。軸(80,136)の重量は軸(80,136)の周囲に設けられたフィン(134,139)を介してノズル(21)に預けられるので装置の軸長が延びても撓み等により清掃装置の機能に支障がでることは無い。
【0031】
ノズル(21)内燃料の内、固化している部分と固化していない部分が混在している状況であっても、先端のドリル部(130)の回転トルクと送り速度を適切に設定することによりノズル(21)内の残留燃料を外部に除去してノズル(21)内を清掃することができる。
【発明の効果】
【0032】
本発明により、流動層火炉にCWPを供給する燃料供給ノズルが長尺で小径であってもノズル内で燃料が固化した場合にも、固化した燃料を含めたノズル内に残留する燃料を系外に除去し、ノズル内を迅速かつ容易に清掃することができる。また、火炉流動層内で固化したCWPを排出できるので流動層火炉の運転に支障をきたすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0033】
以下、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態のCWP製造装置に設けたCWP粘度計測装置の洗浄装置およびその制御装置の系統図であり、図2は図1のCWP粘度計測装置の洗浄装置の洗浄フローのプログラムである。また、図3は本発明の実施の形態の加圧流動層へCWPを供給するためのCWP製造・供給装置の系統図である。
【0034】
図3に示す混練機13から排出するCWPをCWPタンク14へ導く流路23の中間部には、粘度計101及びその制御装置102、注水ノズル51(51a、51b)及びその制御装置53を設ける。粘度計101は傾斜したCWP導入用の案内板105、粘度計測容器106、ピン型ロータ107、トルク計110及びCWP排出用ゲート弁111で構成される。
【0035】
粘度計101を洗浄するために、案内板105および粘度計測容器106の上部に注水ノズル51a、51bを設ける。注水ノズル51aは案内板105の洗浄を、注水ノズル51bは粘度計測容器106とピン型ロータ107のシャフトの洗浄を行うものである。ここでは、図示していないが、注水ノズル51a、51bの噴射孔はスリット状の形状で、噴射パターンは扇状であることが望ましい。注水による洗浄は混練機13(図3)の運転制御装置56およびゲート弁111の開閉制御装置113の出力信号で注水ノズル51a、51bへの給水管52a、52bに設けた開閉弁53a、53bの開閉制御で行う。
【0036】
図2は粘度計101の洗浄プログラムを示したものであり、案内板105の洗浄は混練機13の運転が停止してから任意の時間後に、ゲート弁111が開いている場合に行う。粘度計測容器106の洗浄は混練機13が停止している場合と混練機13の運転中において任意の時間間隔で、ゲート弁111が開いている場合に行う構成になっている。
【0037】
CWP粘度の計測は、混練機13から排出するCWPを案内板105で分岐し、粘度計測容器106内へ導き、ピン型ロータ107でトルク値を計測し、粘度に換算して行われる。CWPの粘度計測が完了すると、粘度計測容器106の底部のゲート弁111を開いてCWPを排出する。この操作を繰り返してCWPの粘度計測を行う。長時間の粘度計測が行われると、案内板105および粘度計測容器106内壁にCWPが付着する。特に、CWPの付着は混練機13の運転停止時もしくは運転中において粘度計測容器106からCWPを排出した時に粘度計測容器106の内壁とピン型ロータ107に付着したCWPの表面が空気の接触によって乾燥することによって生じる。
【0038】
このようにCWPが粘度計101を構成する部材に付着し、さらに付着後に乾燥・固化するのを防ぐためには、注水ノズル51a,51bを案内板105と粘度計測容器106部に設ける。案内板105の洗浄は混練機13の運転が停止した任意の時間後に、ゲート弁111が開いているときに行う。粘度計測容器106の洗浄は混練機13が停止している場合と運転中において任意の時間間隔で、ゲート弁111が開いているときに行う。
【0039】
上記手順で洗浄操作を行うことにより、案内板105、ピン型ロータ107および粘度計測容器106の内壁部にCWPの付着が無くなる。洗浄した水はCWP中に混入し、水分量が若干増加する。水分量が増加するとCWPの性状を悪くするおれがある。洗浄効果を向上させるために、洗浄水の噴射圧力を高くし(例えば、5kg/cm2)、噴射時間を短くして(例えば、2秒)CWPに混入する水量をできるだけ減少させる運転を行うことが望ましい。
【0040】
以上のように、CWP製造後のCWP粘度をオンラインで精度よく計測するため、粘度計測装置101に付着したCWPを除去する洗浄装置を設置することで、長時間において安定なCWPの計測ができ、粘度調整の制御も精度よく効率的に行うことができる。
【0041】
図3は加圧流動層へCWPを供給するためのCWP製造・供給装置の系統を示したものである。図20のCWP製造・供給装置の系統図に示した構成と同一装置は同一番号を付す。すなわち、原炭バンカ1、給炭機2、粗粉砕機3、中継ホッパ4、湿式チューブミル5、スラリタンク6、水タンク7、混練機用スラリポンプ8、注入用スラリポンプ9、チューブミル用水ポンプ10、混練機用注入ポンプ11、注入用水ポンプ12、混練機13、CWPタンク14、ピストンポンプ15、吸い込み口16、ピストンポンプ用油圧装置17、油圧計18、CWP供給ノズル21、注入配管22などから構成されている。
【0042】
そして上記構成からなるCWP製造・供給装置において、中継ホッパ4から石炭、スラリタンク6から微粉炭スラリ、水タンク7から水を混練機13へ供給し、混練機13で上記原料を混練してCWPを製造する。製造したCWPはCWPタンク14で一旦、貯え、ピストンポンプ15によりCWP輸送配管19に圧送し、CWP供給ノズル21を介して加圧流動層火炉34(図4参照)まで供給する。
【0043】
CWPを火炉34まで供給するピストンポンプ15はピストンポンプ用油圧装置17の油圧により駆動し、CWPはCWPタンク14から吸い込み口16を通ってピストンポンプ15に送られ、CWP輸送配管19へ圧送される。ピストンポンプ15の吸い込み口16に注水用水ポンプ12、注入配管22により水を注入することができ、また注入用スラリポンプ9、注入配管22より微粉炭スラリを注入することもできる。ピストンポンプ用油圧装置17には油圧計18があり、ピストンポンプ15の油圧を検知する。CWP輸送配管19には圧力計20があり、CWP圧送中のCWP輸送配管19の内圧力を検知する。
【0044】
ここで、CWP輸送配管19の圧力計20により測定されるCWP輸送配管19の内部のCWPの閉塞による圧力の程度に応じて微粉炭スラリタンク6からの注入用スラリポンプ9及び水タンク7の注水用水ポンプ12を用いて、それぞれの注入配管22,22の流量を制御する制御装置24が設けられている。
【0045】
原炭の含有水分と湿式チューブミル5で製造された微粉炭スラリの水分と混練機用水ポンプ11で供給する水量の合計がCWPの水分となるように供給する水量を設定する。混練機13で製造するCWPの水分はピストンポンプ15で圧送するのに最低限必要な水分となるようにする。CWPの水分が変動しない場合にはCWP輸送配管19内の抵抗も一定であり、圧力計20の指示値、油圧計18の指示値も一定となっている。
【0046】
原炭の含有水分が減少したり、混練機13への供給量が変動し、製造されたCWPの水分が減少するとCWP中を自由に移動するスラリの流動性が悪くなり、結果としてピストンポンプ15、CWP輸送配管19内のCWPの流動性が悪くなり、圧力計20または油圧計18の指示値が上昇する。CWPが配管19内などで、閉塞する圧力となる前に注水用水ポンプ12を起動し、ピストンポンプ15の吸い込み口16に注水すると、水分が多くなるためピストンポンプ15に吸い込まれるCWPは微粉スラリ状の流動性が向上し、配管19内などの抵抗が少なくなる。
【0047】
以上のように、CWP輸送配管19内の圧力を圧力計20で監視し、またピストンポンプ15の油圧を油圧計18で監視することで、CWP輸送配管19内の流動状態を監視し、圧力計20または油圧計18の指示値の上昇状況によりCWPによるCWP輸送配管19内の閉塞を事前に検知する。事前に検知した場合にはピストンポンプ15の吸い込み口16に水タンク7から水を注入し、CWPの流動化を向上させて閉塞を回避する。また吸い込み口16に注入する水の代わりにスラリタンク6の微粉炭スラリを注入してもCWPの流動化を向上させることが可能であり、配管19などの閉塞を回避することができる。
【0048】
図4はピストンポンプ15を用いてCWPを加圧流動層ボイラの複数本のCWP供給ノズル21に供給したときの流れ図であり、先に説明した図3に示した部品と同一部品は同一符号で示し、同一の流れは説明を省略する。
【0049】
図4に示すように、CWPタンク14に貯留されたCWPは複数台、たとえば、図4では2台の2筒式ピストンポンプ15b及び15cが備えられた場合であり、ポンプ15bの2本のピストンからそれぞれCWP輸送配管19a、19b及びCWP供給ノズル21a、21bを通して、同様にポンプ15cの2本のピストンからそれぞれCWP輸送配管19c、19d及びCWP供給ノズル21c、21dを通して火炉34内の流動層35に供給される。これによって4本のノズル21a〜21dに対して2台のポンプ15b、15cでCWPを供給することができる。流動層35へのCWPの供給を停止する場合は切り替えバルブ37a、37b、37c、37dをそれぞれ流路を導管38a、38b、38c、38dに切り替えてタンク14に戻す。
【0050】
次に本実施の形態のCWP供給ノズル21の構造の一例を図面によって説明する。
図5はCWP輸送配管19内のCWPに注水を行うようにしたCWP供給ノズル21である。
該CWP供給ノズル21は中心からCWP供給管46、往復水路を有する冷却水管47、分散空気管48の順に同心円の管で構成されている。図5に示すノズル21の特徴は、注水導管55を設けていて、環状の冷却水47内を通って、CWP供給管46にその先端55aが開口して設けられ、CWP供給管46内のCWPに注水するようにしてある。注水導管55は冷却水管47内を通すことによって注水の蒸気化が防止される。
【0051】
冷却水管47は冷却水を通して流し、CWP供給管46の管壁温度を60℃、好ましくは50℃ 以下に保持してCWP中の水分の蒸発を防止する。分散空気管48はCWP供給管46を通って供給されるCWPを流動層内に噴出しするための高圧の噴出空気の導管であり、分散空気噴出スリット48aからCWP供給管46に高圧空気を噴出させ、CWP供給管46内から出るCWPに衝突させ、流動層火炉34内の流動層35に噴霧、供給する。
【0052】
上記の構造において、CWPはCWP供給管46を通って送られ、冷却水は冷却水管47を通って送られて、ノズル21の先端から戻り、排出される。分散空気は分散空気噴出スリット48aからCWP供給管46に噴出され、CWPは分散空気によって流動層35内に噴出供給される。注入水は注入水導管55を通ってその先端55aからCWP供給管46に供給される。
【0053】
上述の説明のように2筒式のピストンポンプ15のうちの1本のピストン15からそれぞれ1本のCWP供給管46及びCWP供給ノズル21を通してCWPを供給するとき、CWPは図26に示すように間欠的に供給されることになる。すなわち、CWPの吸引工程ではCWPは一時的にCWP供給管46内に停滞し、停滞したCWPは流動層35から侵入する熱によって水分が蒸発され乾燥、固化してしまう。しかし、図5に示すCWP供給ノズル21によれば、CWP供給管46内の停止状態にあるCWPに注水導管55から注水しているので乾燥、固化することがない。
【0054】
図6は本実施の形態で用いる図5に示した水注入型ノズル21の注水量とポンプ吐出圧力の関係である。CWP供給管46の直径27mmのCWP供給ノズル21において、CWP輸送配管19の管壁温度を50℃ に保持したうえで、ノズル21の先端のCWPに注水したときの関係で流動層火炉34の燃焼温度860℃、火炉圧力0.9MPa及びCWP供給量約600kg/h(時間平均値約300kg/h)である。
【0055】
注水量0.10kg/h以上においてポンプ出口CWP圧力は上昇することがなく、すなわち、ノズル先端が閉塞することなくCWPの吐出、火炉への供給が可能であることが確認された。注水量が0.03kg/hにおいてポンプ出口のCWP圧力に若干の上昇が見られたが、CWP吐出及び火炉34への供給を阻害するものではなかった。これらは火炉内の流動媒体からノズル先端の残存CWP端部への輻射熱によって生じるCWPの温度上昇が導管55からの注入水によって抑制され、同時に蒸発する水分が補充されたことによる効果である。
【0056】
CWP供給ノズル21に供給する注水量は、上記のようにCWPの時間平均供給量約300kg/hに対して0.10kg/h以上で、率換算で0.03%以上というきわめて僅かな量であり、火炉34における燃焼率、発電効率に与える影響は無視できる。
【0057】
一方、火炉34にはCWPが燃料として間欠的に供給されることになるが、CWP供給ノズル21の本数が倍増されたこと、及び隣接するCWP供給ノズル21によるCWP供給の停止期間を重複しないように調整することによって、未燃分の増加や層上燃焼現象を生じることはなかった。なお、ピストンポンプ15による吸引、吐出工程のインターバルはCWPの供給負荷によって変化されるが0.5〜3分であった。
【0058】
さらに、水注入型ノズル21と2本以上のピストンを有する多筒式ピストンポンプ15を組合わせることによって1台のポンプ15から2本以上のスラリー供給ノズルにスラリーを供給することができる。
【0059】
図7に加圧流動層ボイラを停止させることなく、運転中にノズルの故障個所を修理、もしくは新しいノズルを交換できるノズルの抜き出し装置の実施に好適な装置の一例を示す。流動層火炉34内にCWPを供給するCWP供給ノズル21は火炉壁34aと圧力容器壁33aとを接続する外筒42内に挿入して所定の位置に設定してある。外筒42には、エクスパンション44、流動媒体逆流防止用プレート60、ガス遮断バルブ61、パージガス導入管62、圧力検出導管64、CWP供給ノズル21の前進と後進するネジ65および冷却水を用いる冷却管66で構成している。
【0060】
流動媒体逆流防止プレート60はガス遮断バルブ61より火炉34側へ設置してあり、上下駆動部は流動媒体逆流防止用プレート60の専用の圧縮ガス式シリンダ67もしくは図8に示すように流動媒体逆流防止用プレート60をガス遮断バルブ61に溶接もしくはボルトで固定している。
【0061】
ガス遮断バルブ61はゲート式もしくはボール式である、上下もしくは回転の駆動は圧縮ガス式シリンダ69で行う機構を有している。パージガス導入管62はガス遮断バルブ61より火炉34側で下側に複数個の噴出孔71を設置してある。外筒42は350℃の雰囲気に設置しているために、熱膨張を考慮してエクスパンション44を設置してある。圧力検出導管64はガス遮断バルブ61より外側に設置しており、該導管64は圧力容器壁33aの外側に圧力検出器72とバルブ73を設置してある。ノズル21の前進と後進する機構は外筒42の内側とノズル21の外側にネジ65を設置してノズル21を回転して抜き出す構造となっている。また、外筒42には外側に水冷管66が設置されている。
【0062】
CWPを加圧流動層火炉34へ供給する場合において、CWP供給ノズル21の故障が生じた場合には、次に示す操作を行う。
(1)まず、ピストンポンプ15の運転を停止し、CWP供給ノズル21の手前のバルブ74を閉じてノズル21を系外へ抜き出すために一部の配管を取り除く。
(2)外筒42に設けているガス遮断バルブ61の近辺のパージガスを噴出させた後、ノズル21を回転させて系外へ抜き出す際に、ノズル21が流動媒体逆流防止用プレート60を通過すると流動媒体逆流防止用プレート60を下降させる。
【0063】
(3)さらにノズル21を系外へ抜き出す際、ノズル21がガス遮断バルブ61を通過するとガス遮断バルブ61を閉じる。
(4)ガス遮断バルブ61のシール性を確認するために、外筒42内の圧力検出導管64のバルブ73を開き、外筒42内の圧力を大気圧にした後にバルブ73を閉じて圧力検出器72で圧力を確認する。
(5)ノズル21を完全に系外に取り除いた後に外筒42のフランジ75に盲フランジを取り付ける。
(6)ガス遮断バルブ61の付近に設けているパージガス噴出孔71の排ガスもしくは窒素ガスによって外筒42の先端部に逆流した流動媒体を火炉34内へ戻す。
【0064】
(7)補修が完了したノズル21もしくは新品ノズルを外筒42内に回転挿入し、ガス遮断バルブ61の手前で開き、さらに流動媒体逆流防止用プレート60を上昇させて所定の位置まで挿入してCWPを供給する。
(8)パージガスを停止する。
【0065】
また、その他の実施の形態を図8ないし図10で説明する。図8に示す例は図7で示した流動媒体逆流防止用プレート60をガス遮断バルブ61ゲート部に固定することにより、ガス遮断バルブ61を閉じる操作と共に流動媒体逆流防止用プレート60が下降する機構となっている。
【0066】
図9は、蝶番付き流動媒体逆流防止用プレート76の断面図を示したものであり、蝶番付き流動媒体逆流防止用プレート76はノズル21を系外側へ引き出すと自然に落下し、外筒42を閉塞して流動媒体の逆流を防止している。また、ノズル21を流動層火炉34側へ挿入することにより、流動媒体逆流防止用プレート76にノズル21が接触すると上側へ押し上げられる。図10はノズル21の前進と後進する駆動部を圧縮ガス式シリンダ78のシリンダ79を中空とし、その中空部内にノズル21を設置しフランジ82で固定してある。圧縮ガスは圧縮窒素もしくは空気を使用している。
【0067】
こうして、加圧流動層ボイラの負荷低下および運転を停止させることなく、ボイラ運転中に故障したノズル21を抜き出し、修理および新品ノズルの交換を容易に行うことができ、長期運転を継続して行える。
【0068】
次に、やむなくCWP供給ノズル内で燃料が固化した場合、その固化した燃料を速やかに粉砕し、管外に除去する清掃装置について説明する。
ノズル清掃装置構造の実施の形態を図11から図19に示す。図11及び図12は本ノズル清掃装置の全体構造の平面図及び側面図である。CWPノズル21内部を清掃する清掃軸80は、駆動装置81の内部及び軸サポート84で支持されている。清掃軸80は二重管構造になっており、内側の注水管85(図15)の内部を供給水86が通り、注水管85と外筒87(図15)の間を排出されるCWP及び清掃水が通る。供給水86は、ホース88、ユニオン継手89より供給され、注水元弁90により注水量を調整される。更に、供給水86は、軸80の回転をホース88側に伝えないようにするスイベルジョイント92、そしてカプラ93を介して清掃軸80内の注水管85(図15)へ導かれる。
【0069】
また、注水管85と外筒87の間を通り排出されるCWPと清掃水は、CWP受け94からホース120で回収される。これらの部品は、駆動装置81に取り付けられるサポートフレーム95により支持され、駆動装置81はフランジ装着サポート97を利用してCWP供給ノズル21のフランジ部99(図17)に装着される。該フランジ部99は、CWPノズル21の穴軸芯に合わせて機械加工されているので駆動装置81をフランジ部99に装着することにより自動的に清掃装置の芯合わせを容易に実施することが可能になる。清掃軸80の外筒87(図15)の外側にはCWPと清掃水の一部が排出されてくるので、これをホース120の軸洗浄水入口118から洗浄水を供給し、外筒87を洗浄して軸洗浄水出口119に排出して、駆動装置81の内部が汚染されないようにする。
【0070】
図13は駆動装置81の部分詳細図であり、図14は図13のA−A線矢視図である。ギアモーター122の回転力はモータープーリ123から駆動ローラー124を経て清掃軸80に伝えられる。回転力を適正に伝えるために押えローラー125が設置され、ジャッキナット127で適正に調整されて取り付けられる。清掃軸80の外筒87の外面はネジ構造となっており駆動装置81に取り付けられた軸送り装置126により回転と連動して清掃軸80がノズル21の管内に挿入され、また、引き抜かれる。
【0071】
図15は先端ドリル部の清掃軸80の詳細図である。注水管85のドリル部130には水噴出穴132を設けており、ここから供給水86を注水して固化したCWPの清掃を容易にする。注水管85と外筒87の間にはフィン134が螺旋状に巻かれて取り付けられており、軸80が回転するにしたがって内部のCWPを外部に搬送する役割を果たしている。外筒87は注水管85に対して固定ピン135で固定されている。
【0072】
図16は図15の清掃軸80の長さが不足の場合、適宜、エクステンションとしてつなげて用いるための清掃軸136であり、やはり、注水管137と外筒138で構成され、間にはフィン139が設けられている。清掃軸136の清掃軸80への連結は止ネジ140で行う。外筒138は注水管137に対して固定ピン141で固定される。
【0073】
図17から図19には本清掃装置を用いた清掃手順の概要を示す。図17は本清掃装置をCWPノズルフランジ部99にセットした状態を示すものである。CWPノズル21から排出されるCWP及び清掃水は、CWP清掃水受箱142あるいは洗浄水受箱143に回収される。図18は清掃中の装置の状態図を表した図である。図19はCWPノズル管内清掃後、本清掃装置を取り外し、CWP輸送配管19(図4)を取り付けて復旧した状態を表した図である。管内は清掃されているので円滑なCWP供給によるプラント起動が可能となる。
【0074】
こうして、流動層火炉34にCWPを供給する燃料供給ノズル21が、長尺で小径のノズル内で燃料が固化した場合にも、固化した燃料を含めたノズル内に残留する燃料を系外に除去し、ノズル内を迅速かつ容易に清掃することができる。また、火炉流動層内で固化したCWPを排出して運転に支障をきたすことがない。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明は加圧した流動層で固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラント用のボイラ燃料として安定供給が可能であり、利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】本発明の実施の形態のCWP製造装置に設けたCWP粘度計測装置の洗浄装置およびその制御装置の系統図である。
【図2】図1のCWP粘度計測装置の洗浄装置の洗浄フローのプログラムである。
【図3】本発明の実施の形態の加圧流動層へCWPを供給するためのCWP製造・供給装置の系統図である。
【図4】本発明による加圧流動層ボイラへの燃料供給系統の実施の形態を示す図である。
【図5】図4のボイラに用いるスラリー(CWP)供給ノズルの実施の形態を示す図である。
【図6】図4のボイラに用いるCWPへの注水量とピストンポンプ出口圧力の関係を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラのCWP供給ノズルの抜き出し構造断面図である。
【図8】本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラの流動媒体逆流防止用プレートの構造断面図である。
【図9】本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラの流動媒体逆流防止用プレートの構造断面図である。
【図10】本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラのCWP供給ノズルのシリンダ方式の抜き出し構造断面図である。
【図11】本発明の実施の形態のボイラの燃料供給ノズル清掃装置を示す全体平面図である。
【図12】本発明の実施の形態のボイラの燃料供給ノズル清掃装置を示す全体正面図である。
【図13】図11の装置の駆動装置の詳細を表す部分詳細図である。
【図14】図13のA−A線矢視図である。
【図15】図11のノズル清掃軸の詳細を表す部分詳細図である。
【図16】図11のノズル清掃軸の詳細を表す部分詳細図である。
【図17】図11のノズル清掃装置の作動順序を表した模式図である。
【図18】図11のノズル清掃装置の作動順序を表した模式図である。
【図19】図11のノズル清掃装置の作動順序を表した模式図である。
【図20】従来のCWP製造装置の系統図である。
【図21】図20で示したオンライン粘度計測装置の断面図である。
【図22】従来の加圧流動層ボイラの燃料供給系統を示す図である。
【図23】一般的な加圧流動層ボイラの縦断面を示す図である。
【図24】従来の加圧流動層ボイラのCWP供給ノズルの構造図である。
【図25】従来のCWP製造装置に設けたCWP粘度計測装置の洗浄装置
【図26】単筒式ピストンポンプの一般的なCWP供給量特性を示す図である。
【符号の説明】
【0077】
1 原炭バンカ 2 給炭機
3 粗粉砕機 4 中継ホッパ
5 湿式チューブミル 6 スラリタンク
7 水タンク 8 混練機用スラリポンプ
9 注入用スラリポンプ 10 チューブミル用水ポンプ
11 混練機用水ポンプ 12 注入用水ポンプ
13 混練機 14 CWPタンク
15 ピストンポンプ 16 吸い込み口
17 ピストンポンプ用油圧装置 18 油圧計
19 CWP輸送配管 20 圧力計
21 CWP供給ノズル 22 注入配管
23 CWP排出用の流路 24 制御装置
33 加圧容器 34 火炉
35 流動層 36 伝熱管
37 切替バルブ 38 導管
41 分散板 42 外筒
43 フランジ 44 エクスパンション
46 CWP供給管 47 冷却水管
48 分散空気管 48a 分散空気噴出スリット
51a、51b 注水ノズル 52 給水管
53 制御装置 53a,53b 開閉弁
55 注水導管 56 混練機の運転制御装置
60 流動媒体逆流防止用プレート 61 ガス遮断バルブ
62 パージガス導入管 64 圧力検出導管
65 ネジ 66 冷却管
67 圧縮ガス式シリンダ 69 圧縮ガス式シリンダ
71 パージガス噴出孔 72 圧力検出器
73、74 バルブ 75 フランジ
76 流動媒体逆流防止用プレート 78 圧縮ガス式シリンダ
79 シリンダ 80 清掃軸
81 駆動装置 82 フランジ
84 軸サポート 85 注水管
86 供給水 87 外筒
88 ホース 89 ユニオン継手
90 注水元弁 92 スイベルジョイント
93 カプラ 94 CWP受け
95 サポートフレーム 97 フランジ装着サポート
99 CWPノズルフランジ部 100 CWPポンプ
101 粘度計 102 粘度制御装置
105 案内板 106 粘度計測容器
107 ピン型ロータ 110 トルク計
111 ゲート弁 112 シリンダ
113 開閉制御装置 118 軸洗浄水入口
119 軸洗浄水出口 120 ホース
121 軸洗浄水入出口 122 ギアモーター
123 モータープーリ 124 駆動ローラー
125 ローラー 126 軸送り装置
127 ジャッキナット 130 ドリル部
132 水噴出穴 134,139 フィン
135 固定ピン 137 注水管
138 外筒 140 止ネジ
141 固定ピン 142 CWP清掃水受箱
143 洗浄水受箱
【出願人】 【識別番号】000211307
【氏名又は名称】中国電力株式会社
【出願日】 平成19年9月3日(2007.9.3)
【代理人】 【識別番号】100096541
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 孝義


【公開番号】 特開2008−57967(P2008−57967A)
【公開日】 平成20年3月13日(2008.3.13)
【出願番号】 特願2007−228193(P2007−228193)