【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流動層ボイラに関し、特に非常時の燃焼ボイラ給水を供給するのに好適な給水装置を備えた流動層ボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に特開平１−２１１６２４号公報に開示された流動層ボイラの代表例である従来の加圧流動層ボイラの非常時給水を含む給水系統図を示す。 加圧流動層ボイラではコンプレッサー５１により圧縮された空気が風道５２および風量調節弁５３を経て圧力容器５４
に供給される。 圧力容器５４内には流動層火炉５５が設置され、その中にはベッドマテリアル（ＢＭ）が入っており、火炉５５には図示しない経路より燃料が供給され、火炉５５の下部から供給される加圧空気によりＢＭ
と共に流動化されながら燃焼している。 流動層が形成される領域には伝熱管５６が配置されていて伝熱管５６内の水は加熱されて蒸気を生成する。 また、火炉５５で生成した燃焼ガスは集塵器５７、煙道５８、５９および開閉弁６０を経由してガスタービン６２に導かれる。

【０００３】上記加圧流動層ボイラの運転中において、
例えば、何らかの原因で発電所内全部の機器の電源が喪失し、運転停止が発生した場合、図示しないボイラ給水ポンプもトリップし、火炉５５の給水が止まることになる。 そのため、ＢＭに触れている伝熱管５６には給水がされないことから火炉５５壁面と伝熱管５６が焼損されるおそれがありる。 これを避けるためには、まず、コンプレッサー５１からの空気を止めて、流動層の流動を停止させ、流動層からの熱伝導を抑制した後冷却する。 しかも、給水停止後約１分以内に定格の１０〜２０％の給水量を確保し、かつ、伝熱管５６内で蒸気を発生させて冷却を行い、焼損を防ぐ必要がある。

【０００４】発電所内全部の機器の非常停止時には、ガスタービン６２も停止するので、弁５３、６０ともに閉鎖して、火炉５５内の排ガスを煙道５８から流路６３に導き、熱交換器６４で冷却し、窒素ガスタンク６５から窒素ガス供給管、窒素ガス調節弁６６、６７を介して供給される窒素ガスと共に火炉５５内に供給して、ＢＭを流動化させてＢＭを冷却する。

【０００５】ＢＭが所定の温度まで冷却されるまでは、
火炉５５の壁面、伝熱管５６を焼損から保護するための非常用給水設備が必要である。 この非常用給水装置には、別途設置される所内非常用ディーゼル発電機（図示せず）を起動し、電源供給を受けて運転する非常用給水ポンプ（図示せず）と、ディーゼル発電機が起動するまでの約５分間（余裕時間を含む）の給水を行う初期給水設備が必要である。 初期給水設備の中には、１分以内にボイラに給水を供給することが要求されるので、高圧の不活性ガス、例えば２５０ｋｇ／ｃｍ ²程度の窒素ガスを用いて貯水タンクから水を押し出すための設備を設ける必要がある。 そのため、窒素ガスタンク６５は高圧設計（約２５０ｋｇ／ｃｍ ² ）の厚肉容器であって、しかも、約６０ｍ ³の容量が必要であり、その製造および定期検査時の点検に費用が掛かる問題点があった。 さらに、冷水を供給するのでは、蒸気発生量が不十分であり、伝熱管５６等の焼損防止に必要な蒸気が得られないという問題があった。

【０００６】また、特開昭６１−２２１０３号公報には図４に示すように、ボイラ循環ポンプ７０により、缶水をボイラドラム７１と流動層内伝熱管７２との間で強制循環させる流動層ボイラが開示され、ボイラの非常停止時には緊急補給水系統７３により、強制循環用のポンプ７０をバイパスするバイパス管７５により、缶水を自然循環させて流動層の残熱により層内伝熱管７２内の給水を蒸発させて流動層火炉７４内の伝熱管７２と火炉壁の焼損防止を図るものである。 このとき、自然循環により発生した蒸気は系外に排出して自然循環力を保持するが、ボイラドラム７１内の缶水が減少して、自然循環力がなくなると、緊急動力系統により作動するポンプ７６
により缶水を補給することができる。 なお、図４において、給水は復水器７７、脱気器７８、ボイラ給水ポンプ７９および節炭器８０をへてボイラドラム７１に供給される。 この発明の非常用給水装置は、別途設置される所内非常用ディーゼル発電機等から電源供給を受ける非常用給水ポンプ７６が必要であり、このディーゼル発電機を起動するためには、少なくとも約５分の起動時間が必要である等の問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記第一の従来技術は、非常用給水装置の内の窒素ガスタンク６５の容量（約６０ｍ ³ ）の製造費用等の大幅増大についての配慮がされておらず、設備費用が大きくなること、メンテナンス、点検範囲が拡大する問題があった。 上記第二の従来技術は、非常用給水装置のディーゼル発電機を起動時間が長すぎて、緊急時の対策としては不十分であった。 本発明の目的は迅速に起動し、設備費用、メンテナンス、点検範囲を縮小した流動層ボイラの非常用給水装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の構成によって達成される。 すなわち、加熱手段により内部に蓄えられた貯水を加熱する温水タンクと、該温水タンク内の温水を重力差により流動層ボイラの伝熱管部に供給する構成を備えた流動層ボイラの非常用給水装置である。 このとき、温水タンクは流動層ボイラの伝熱管の出口に接続される気水分離器と接続している構成が望ましい。

【０００９】

【作用】発電所内全部の機器の非常停止時には、給水停止後約１分以内に定格の１０〜２０％の給水量を確保し、伝熱管で蒸気を発生させて火炉壁と伝熱管とを冷却し、焼損を防ぐ必要がある。 本発明の構成によれば、温水タンク内の貯留水は流動層ボイラの蒸発器に注水されると、すぐに蒸気を作り出し、その蒸気で過熱器を冷却できるように蒸気圧力の飽和温度近くまで加熱手段（例えば、電熱ヒータ等）で常に加温されている。 そして、
ボイラの非常停止時には、電気的動力源等の特別な動力源に頼る事なく、温水タンク内の温水を重力差により流動層ボイラの伝熱管に供給できるので、伝熱管と火炉壁が焼損するおそれがなくなる。

【００１０】また、この温水タンクを流動層ボイラの伝熱管の出口に接続される気水分離器と接続しておけば、
温水タンク内が減圧されることなく、スムーズに伝熱管に温水が供給される。 本発明の伝熱管が蒸発器または過熱器としての機能を持つ場合は温水タンクから供給される温水は、まず蒸発器で蒸気を生成しながら、この蒸発器を冷却し、発生した蒸気は過熱器に送られて、過熱器の冷却に使用される。 こうして、本発明では従来技術の窒素ガスでの加圧系統は不要となり、製造費用、メンテナンス、点検範囲の削減が図れる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例の流動層ボイラ系統図を、加圧流動層ボイラを例にして図１、図２の系統図により説明する。 図１には流動層ボイラの全体の系統図を示し、
図２にはその中の非常用温水タンク部分の注水系統のみを示す。 空気圧縮機１により圧縮された空気が圧縮機出口弁１ａを経て圧力容器２に供給される。 圧力容器２内には流動層火炉３が設置され、その中にはＢＭが入っており、火炉３には図示しない燃料管により燃料が供給され流動している。 火炉３で生成した燃焼ガスはガスタービン入口弁４ａに導かれ、ガスタービン４での仕事の後、排ガス熱交換器５で熱回収されて、煙突６から大気中に排出される。

【００１２】また水蒸気系ではボイラ給水ポンプ７からのボイラ給水は排ガス熱交換器５で排ガスで加熱された後、給水管８から火炉３内の蒸発器９に供給され蒸気を生成する。 蒸気は気水分離器１０で気水分離された後、
過熱器１１で過熱蒸気となり、蒸気遮断弁１３を経て蒸気タービン１４に供給される。 蒸気タービン１４で使用された蒸気は復水器１６を経て、再度ボイラ給水に利用される。 なお、ガスタービン４と蒸気タービン１４にはそれぞれ発電機１５が同軸上に設けられている。 また、
タービンバイパス弁１７はボイラ起動時等の過熱蒸気が十分生成されない間に使用される。

【００１３】流動層火炉３の起動時および低負荷時は、
蒸発器９内が気水混合状態であるため、気水分離器１０
で気体と分離されたボイラ水は、ボイラ循環ポンプ１８
を経て再び火炉３へ給水される。 火炉３内には蒸発器９、過熱器１１がベッドマテリアル（ＢＭ）につかっており、給水量に見合った熱吸収により給水の蒸発と、発生蒸気の過熱をするためＢＭタンク３７内にあるＢＭを出し入れして、火炉３内のＢＭの層高を変えるようになっている。 ＢＭタンク３７の空塔部には排気弁３８が接続し、ＢＭを抜出ホッパ２１からＢＭタンク３７へ輸送する時の搬送空気の排気に用いられる。

【００１４】火炉３では通常運転中に発電所内全部の機器の停止が発生した場合、復水器１６に蒸気を入れられないことからボイラ給水ポンプ７もトリップし、火炉３
の給水が止まることになり火炉３、ガスタービン４は停止する。 そのとき、ＢＭに触れている火炉３、蒸発器９、過熱器１１は焼損を避けるために冷却する必要がある。 つまり、給水停止後約１分以内に定格の約１０〜２
０％の給水量を確保し、かつ、火炉３、蒸発器９で蒸気を発生させて冷却を行うとともに、その発生蒸気を大気放出弁１２を開くことにより過熱器１１に通気して、これを冷却し、焼損を防ぐ必要がある。

【００１５】非常時の給水装置は次のような給水を蒸発器９に行う。 （１）まず、火炉３より高い位置に配置した非常用温水タンク３９から蒸発器９に供給する。 これについては図２で詳細に説明する。 （２）純水タンク２７から非常用給水ポンプ２８により非常用給水弁３５と排ガス熱交換器５を経由して給水管８から火炉の蒸発器９に給水する。

【００１６】上記（１）の非常用温水タンク３９から蒸発器９に供給する非常時の給水系統は図２に詳細に記載する。 非常時用のポンプ２８等は所内停電時等の非常時に直ぐには立ち上がらないが、弁４０は非常時に即座に作動して開放するので、まず、非常用温水タンク３９には該タンク３９内の温水が弁４０を介して蒸発器９に注水されてすぐに蒸発して蒸気を作り出してこれを冷却し、さらに、その蒸気で過熱管１１を冷却できる。 そのために非常用温水タンク３９内の貯水は蒸気圧力の飽和温度近く（（飽和温度）−（１０〜３０℃））まで電熱ヒータ４２とその制御装置４３で常に加熱して置く。 また、非常用温水タンク３９は火炉３の蒸発器９より約２
０ｍ程度上方に設置して、供給用温水の静水頭を確保する。 こうして、蒸発器９への注水圧力を約２ｋｇ／ｃｍ
²とすることができる。 また、ボイラの非常停止時には温水タンク３９の空塔部と気水分離器１０との空塔部をつなぐ配管４１に設けられる均等弁４４が開放し、温水の蒸発器９への注水を円滑化する。 なお、平常時には弁４０、４４は閉鎖している。

【００１７】このように本実施例では非常用温水タンク３９は火炉３の蒸発器９より約２０ｍ程度上方に設置して、供給用温水の静水頭を確保するので、従来技術のような高圧設計（約２５０ｋｇ／ｃｍ ² ）の窒素ガスタンクを設ける必要が無くなる。 なお、非常時には気水分離器１０内の水を非常時用の給水ポンプ２９から蒸発器９
に供給することもできる。 また、ボイラの非常停止時には火炉３内のＢＭを抜き出す必要があるが、図１に示すようにＢＭ抜出弁３１を経てＢＭ冷却器１９にＢＭを抜き出し、ここでＢＭを冷却した後、均圧ホッパ２０とＢ
Ｍ抜出ホッパ２１に送る。 このＢＭ冷却用の給水はＢＭ
冷却水ポンプ２２から非常時用のポンプ２３により、弁３４を経てＢＭ冷却器１９に送る。 また、ＢＭ冷却器１
９には純水タンク２７からの冷却水も弁３０を経由して給水される。 上記構成において、非常用の駆動源であるポンプ２３、２８、２９は別途設置される所内非常用ディーゼル発電機等により電源供給を受ける。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、加圧流動層ボイラへの非常用給水タンクを加圧するための窒素ガスタンクおよび窒素ガス供給装置が削減できるので、設備費およびメンテナンス費用、点検範囲を削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の加圧流動層ボイラへの非常用給水装置の系統図である。

【図２】 図１の非常用温水タンク部分の詳細図である。

【図３】 従来技術の加圧流動層ボイラの給水装置を含む系統図である。

【図４】 従来技術の流動層ボイラの給水装置を含む系統図である。

【符号の説明】

２…圧力容器、３…流動層火炉、４…ガスタービン、９
…蒸発器、１０…気水分離器、１１…過熱管、１４…蒸気タービン、１９…ＢＭ冷却器、２７…純水タンク、３
９…非常用温水タンク、４２…電熱ヒータ