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課題

本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関し、さらに詳しくは、水管浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関する。

解決手段

本発明は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部及び前記ライザー部の上側と結合するように設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを提供する。

概要

背景

近年、二酸化炭素の低減及び新再生エネルギーの拡大政策により、低級燃料活用可能な循環流動層ボイラーへのニーズが高まりつつあるが、現状、火力発電大気汚染規制は大幅に強化されており、硫黄酸化物及び窒素酸化物などを大幅に軽減可能なボイラー技術が求められる傾向にある。

また、最近には、変動性の高い太陽光風力などの自然エネルギー使用の増加に伴い、電力需要にも弾力的に対応可能な発電ステムが求められているのが現状である。

このような背景の下で、循環流動層ボイラーは、炉内脱硫が可能であることから、市場需要が高まりつつある傾向にあるが、流動砂による摩耗脱硫剤の使用に伴うコストの高騰といった問題と、出力を弾力的に制御し難いという問題がある。

具体的に、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるためにライザー(riser)内の流動砂の流速を4〜5m/sに保つことを余儀なくされていた。ところが、従来の循環流動層ボイラーは、ライザー内水管が配置され、水管が速やかに移送される流動砂によって腐食及び浸食されてしまうという問題が生じていた。

また、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるために流速が4〜5m/sを保つように設けられるため、燃料、添加剤などがボイラー内に滞る時間が短くなり、その結果、燃焼効率脱硫効率脱窒効率が低下してしまうという問題がある。

さらに、循環流動層ボイラーは、運転のために、流動砂を循環させるための最低限必要な気体の流量が存在するが、従来の循環流動層ボイラーは、最低限必要な気体の流量が多いため、ボイラーの負荷の変動に応じて弾力的に対応し難かった。

さらにまた、従来の循環流動層ボイラーは、主としてライザーの内部の壁面に水管を配設していたため、全体の設備規模が大きくなり過ぎて、効率よく空間を利用し難かった。

したがって、水管の浸食及び腐食を防止しつつ、燃焼効率が増大され、出力を弾力的に制御可能な循環流動層ボイラーが望まれる。

概要

本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関し、さらに詳しくは、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関する。本発明は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部及び前記ライザー部の上側と結合するように設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを提供する。

目的

本発明は、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部の上側に設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項2

前記ボイラー部の外壁及び内部空間に設けられるが、前記ボイラー部の高さ方向に延びて複数設けられる水管部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項3

前記ボイラー部の高さ方向に互いに離間して設けられ、前記ライザー部の下部にさらに設けられる複数の酸化剤注入部をさらに備え、前記酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項4

前記ボイラー部の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部に燃料を投入する第1の燃料投入部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項5

前記ライザー部の下部の一側に設けられ、前記ライザー部に前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入する第2の燃料投入部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項6

前記ライザー部は、前記ボイラー部の周りに沿って、あるいは、前記ボイラー部の内部に複数設けられることを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項7

前記ボイラー部及び前記ライザー部と結合されるように設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて熱交換を行うように設けられた熱交換部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項8

前記ライザー部と前記中継部との間に設けられる第1のサイクロン部をさらに備え、前記第1のサイクロン部は、前記ライザー部を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部の最終過熱器または再熱器移送するように設けられたことを特徴とする、請求項7に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項9

前記ボイラー部の上部と結合されるように設けられる第2のサイクロン部をさらに備え、前記第2のサイクロン部は、前記ボイラー部において、生成された燃焼ガスを熱交換部の対流熱交換器に移送することを特徴とする、請求項7に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー。

請求項10

請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法において、a)複数の前記ライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップと、b)前記ボイラー部に燃料及び酸化剤を投入して前記燃料を燃焼させるステップと、c)前記ライザー部が、前記ボイラー部から前記燃料及び前記流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップと、d)前記第1のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、前記流動砂は中継部に移送するステップと、e)前記中継部に移送された前記流動砂を前記ボイラー部に再供給するステップと、を含み、前記ボイラー部において、前記燃料は下降しながら燃焼され、前記ライザー部において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。

請求項11

前記ステップb)において、前記ボイラー部内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、第2のサイクロン部を通過して熱交換部の対流熱交換器に移送されることを特徴とする、請求項10に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。

請求項12

前記ステップb)において、前記ボイラー部内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴とする、請求項10に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。

請求項13

前記ステップc)において、前記ライザー部には、前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料がさらに供給されることを特徴とする、請求項10に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。

請求項14

前記ステップa)において、前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードであることを特徴とする、請求項10に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法。

請求項15

請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを用いる、発電設備

請求項16

請求項1に記載の複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を用いる、酸化剤火力発電用の発電ステム

技術分野

0001

本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関し、さらに詳しくは、水管浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法に関する。

背景技術

0002

近年、二酸化炭素の低減及び新再生エネルギーの拡大政策により、低級燃料活用可能な循環流動層ボイラーへのニーズが高まりつつあるが、現状、火力発電大気汚染規制は大幅に強化されており、硫黄酸化物及び窒素酸化物などを大幅に軽減可能なボイラー技術が求められる傾向にある。

0003

また、最近には、変動性の高い太陽光風力などの自然エネルギー使用の増加に伴い、電力需要にも弾力的に対応可能な発電ステムが求められているのが現状である。

0004

このような背景の下で、循環流動層ボイラーは、炉内脱硫が可能であることから、市場需要が高まりつつある傾向にあるが、流動砂による摩耗脱硫剤の使用に伴うコストの高騰といった問題と、出力を弾力的に制御し難いという問題がある。

0005

具体的に、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるためにライザー(riser)内の流動砂の流速を4〜5m/sに保つことを余儀なくされていた。ところが、従来の循環流動層ボイラーは、ライザー内に水管が配置され、水管が速やかに移送される流動砂によって腐食及び浸食されてしまうという問題が生じていた。

0006

また、従来の循環流動層ボイラーは、流動砂が循環され続けるために流速が4〜5m/sを保つように設けられるため、燃料、添加剤などがボイラー内に滞る時間が短くなり、その結果、燃焼効率、脱硫効率脱窒効率が低下してしまうという問題がある。

0007

さらに、循環流動層ボイラーは、運転のために、流動砂を循環させるための最低限必要な気体の流量が存在するが、従来の循環流動層ボイラーは、最低限必要な気体の流量が多いため、ボイラーの負荷の変動に応じて弾力的に対応し難かった。

0008

さらにまた、従来の循環流動層ボイラーは、主としてライザーの内部の壁面に水管を配設していたため、全体の設備規模が大きくなり過ぎて、効率よく空間を利用し難かった。

0009

したがって、水管の浸食及び腐食を防止しつつ、燃焼効率が増大され、出力を弾力的に制御可能な循環流動層ボイラーが望まれる。

先行技術

0010

特許第2657854号公報

発明が解決しようとする課題

0011

前記のような課題を解決するために、本発明は、水管の浸食及び腐食を防止し、燃焼効率を増大するための複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー及びその運転方法を提供することを目的とする。

0012

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

課題を解決するための手段

0013

前記のような目的を達成するために、本発明は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられたボイラー部と、前記ボイラー部と結合され、前記ボイラー部から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられるライザー部と、前記ボイラー部の上側に設けられ、前記ライザー部を通過した流動砂を前記ボイラー部に与える中継部と、を備え、前記燃料は、前記ボイラー部の上側から投入され、下降しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを提供する。

0014

本発明の実施形態において、前記ボイラー部の内部に設けられるが、前記ボイラー部の高さ方向に延びて複数設けられる水管部をさらに備えることを特徴としてもよい。

0015

本発明の実施形態において、前記ボイラー部の高さ方向に互いに離間して設けられ、前記ライザー部の下部にさらに設けられる複数の酸化剤注入部をさらに備え、前記酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂と燃料の下降速度と燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。

0016

本発明の実施形態において、前記ボイラー部の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部に燃料を投入する第1の燃料投入部をさらに備えることを特徴としてもよい。

0017

本発明の実施形態において、前記ライザー部の下部の一側に設けられ、前記ライザー部に前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入する第2の燃料投入部をさらに備えることを特徴としてもよい。

0018

本発明の実施形態において、前記ライザー部は、前記ボイラー部の周りに沿って、あるいは、前記ボイラー部の内部に複数設けられることを特徴としてもよい。

0019

本発明の実施形態において、前記ボイラー部の壁面及び内部に設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて熱交換を行うように設けられた熱交換部を備えることを特徴としてもよい。

0020

本発明の実施形態において、前記ライザー部と前記中継部との間に設けられる第1のサイクロン部をさらに備え、前記第1のサイクロン部は、前記ライザー部を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部の再熱器に移送するように設けられたことを特徴としてもよい。

0021

本発明の実施形態において、前記ボイラー部の上部と結合されるように設けられる第2のサイクロン部をさらに備え、前記第2のサイクロン部は、前記ボイラー部において、生成された燃焼ガスを熱交換部の対流熱交換器に移送することを特徴としてもよい。

0022

本発明の実施形態において、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法において、a)複数の前記ライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップと、b)前記ボイラー部に燃料及び酸化剤を投入して前記燃料を燃焼させるステップと、c)前記ライザー部が、前記ボイラー部から前記燃料及び前記流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップと、d)前記第1のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、前記流動砂は中継部に移送するステップと、e)前記中継部に移送された前記流動砂を前記ボイラー部に再供給するステップと、を含み、前記ボイラー部において、前記燃料は下降しながら燃焼され、前記ライザー部において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられたことを特徴とする、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を提供する。

0023

本発明の実施形態において、前記ステップb)において、前記ボイラー部内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、第2のサイクロン部を通過して熱交換部の対流熱交換器に移送されることを特徴としてもよい。

0024

本発明の実施形態において、前記ステップb)において、前記ボイラー部内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。

0025

本発明の実施形態において、前記ステップc)において、前記ライザー部には、前記ボイラー部内へ供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料がさらに供給されることを特徴としてもよい。

0026

本発明の実施形態において、前記ステップc)において、前記ライザー部で生成された燃焼ガスは、前記ボイラー部で生成された燃焼ガスに比べて温度が高いため、再熱器に供給されてスチームの温度及び圧力をさらに高めるように設けられたことを特徴としてもよい。

0027

本発明の実施形態において、前記ステップaにおいて、前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードであることを特徴としてもよい。

0028

前記のような目的を達成するために、本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーを用いる発電設備を提供する。

0029

前記のような目的を達成するために、本発明は、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法を用いる純酸素火力発電用の発電システムを提供する。

発明の効果

0030

前記のような構成を有する本発明は、水管部の浸食及び腐食を防止することができるという効果を奏する。具体的に、本発明は、流動砂がボイラー部内において下降するように設けられ、従来に主としてライザー部の壁面にのみ配置されていた水管部が、ボイラー部の壁面及び内部に配置されるように設けられる。したがって、本発明のボイラー部は、流動砂を循環させるために4〜5m/sの速い流速を保つ必要がないので、流動砂が水管部を浸食させたり腐食させたりすることがない。

0031

また、本発明のボイラー部内の流速は、多段状からなる酸化剤注入部に注入された酸化剤の量に応じて制御可能であり、小さな粒度を有する流動砂や脱硫剤を使用することができ、粒子の下降速度が低いという特徴によって水管の浸食及び腐食が生じないようにできる。

0032

さらに、本発明は、ボイラー部内の流速を制御することで、粒子の滞留時間を調節することができるので、燃料、酸化剤及び添加剤の反応時間を調節して完全燃焼が可能であり、酸化剤の多段供給による速度の制御過程において再燃焼技術が適用されるという効果がある。

0033

さらにまた、本発明は、小さな粒度の脱硫剤を用いて、長時間に掛けて反応させることで脱硫効果極大化させることもできる。

0034

そして、本発明は、ボイラー部の壁面とともに、内部空間に複数の水管部が配置されるので、ボイラーの体積が減って経済性に富んでいる。

0035

また、本発明は、複数のライザー部を備え、それぞれのライザー部がそれぞれ別々に制御される。したがって、ライザー部の運転数に応じて全体の出力を容易に制御することができる。

0036

さらに、複数のライザーを備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転を始めるとき、複数のライザー部において、全体のボイラーシステムの早い予熱が可能であり、部分負荷運転に際しても一部のライザー部を順次に運転して流動砂の循環を制御し、稼働準備時間や出力の変化時間を従来に比べて短縮させることができる。すなわち、本発明は、コールドスタートアップ(cold start up)方式の運転と、ウォームスタートアップ(warm start up)方式の運転のいずれにおいても従来に比べて効率的である。

0037

また、本発明は、既存のボイラーに比べて粒径の小さな流動砂、脱硫剤、添加剤などの物質使用可能である。具体的に、本発明は、ライザー部が複数設けられるので、ライザー部と結合される第1のサイクロン部のサイズが大幅に削減され、粒子の捕集効率を格段と高めることができ、より小さな粒子を使用可能にする。なお、このように、流動砂粒子の粒径が小さくなると、循環のために用いられるファン動力が減って発電効率をも向上させることができる。

0038

さらにまた、本発明は、第1のサイクロン部と第2のサイクロン部とを別々に設けることにより、微細粒子(壊れた流動砂または灰材)が再熱器及び後端環境設備に移ってしまうことを防止し、ボイラー及び環境設備の運転障害を低減することができる。

0039

これらに加えて、本発明は、複数の熱交換器が配置されたボイラー部内において生じる低温の燃焼ガスを対流熱交換器へと、ライザー部において、相対的に高温に保たれた燃焼ガスがそれぞれ分離されて再熱器へと個々分けられて移動するように設けられているので、より高い温度及び圧力を有するスチームを生産できるようにする。

0040

本発明の効果は、前記効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載されている発明の構成から推論可能なあらゆる効果が含まれるものと理解すべきである。

図面の簡単な説明

0041

本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。
本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。
本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法の手順図である。

実施例

0042

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。

0043

明細書全体を通して、ある一部分が他の部分と「連結(接続、接触、結合)」されているという場合、それには「直接連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味するものである。

0044

本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本発明における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、1つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解すべきである。

0045

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。

0046

図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの例示図である。

0047

図1及び図2に示すように、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー100は、ボイラー部110、中継部115、第1の燃料投入部120、酸化剤注入部130、水管部140、ライザー部150、第2の燃料投入部160、第1のサイクロン部170、第2のサイクロン部180、及び熱交換部190を備える。

0048

前記ボイラー部110は、内部に燃料及び酸化剤が投入されるように設けられてもよい。

0049

具体的に、前記ボイラー部110は、前記燃料の燃焼が起こるように設けられた炉(furnace)状に設けられても良く、前記ボイラー部110内において、流動砂、燃料、添加剤は下部に向かって流動するように設けられてもよい。

0050

前記中継部115は、前記ボイラー部110の上側に設けられ、前記ライザー部150を通過して前記第1のサイクロン部170において燃焼ガスの分離された流動砂を前記ボイラー部110に与えるように設けられてもよい。

0051

より具体的に、前記中継部115は、前記ボイラーの内部に流動砂を満遍なく分配して下降させるように設けられてもよい。

0052

第1の燃料投入部120は、前記ボイラー部110の上部の一側に設けられ、前記ボイラー部110に燃料を投入するように設けられてもよい。

0053

すなわち、前記燃料は、前記ボイラー部110の上側から投入されて下降しながら燃焼されるように設けられてもよい。

0054

前記酸化剤注入部130は、前記ボイラー部110の高さ方向に互いに離間して多段状に設けられてもよく、前記ライザー部150の下部にさらに設けられてもよい。

0055

前記酸化剤注入部130は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂と燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられたことを特徴としてもよい。

0056

例えば、前記酸化剤注入部130は、前記ボイラー部110の上部から下部に向かって順次に設けられた第1のノズル131、第2のノズル132、第3のノズル133、及び第4のノズル134を備えていてもよい。

0057

そして、前記ボイラー部110の内部において前記第2のノズル132と対応する位置の流量を変化させなければならない場合、前記第2のノズル132の酸化剤注入量を制御してもよい。すなわち、前記第2のノズル132と対応する位置の流量を増やせなければならない場合、前記第2のノズル132の酸化剤注入量を増やして、対応する位置の流量及び流速を向上させてもよい。

0058

前記水管部140は、前記ボイラー部110の外壁と内部空間に設けられるが、前記ボイラー部110の高さ方向に延びて複数設けられてもよい。

0059

このようにして設けられた前記水管部140は、浸食及び腐食が生じない。具体的に、本発明は、流動砂がボイラー部110内において下降するように設けられ、従来、ライザー部150内に配置されていた水管部140がボイラー部110内に配置されるように設けられる。したがって、本発明のボイラー部110は、流動砂を循環させるために4〜5m/sの速い流速を保つ必要がないので、流動砂が水管部140を浸食させたり腐食させたりすることがない。

0060

また、本発明のボイラー部110内の流速は、多段状からなる酸化剤注入部130に注入された酸化剤の量に応じて制御可能であり、流動砂と燃料が低い速度で下降するので、水管の浸食及び腐食が生じないようにできる。

0061

さらに、本発明は、ボイラー部110内の流速を制御することで、粒子の滞留時間を調節することができるので、燃料と酸化剤の反応時間を調節して完全燃焼が可能であり、酸化剤の多段供給による速度の制御過程において再燃焼技術が適用されるという効果がある。

0062

さらにまた、図示はしないが、前記ボイラー部110は、内部に脱硫剤、脱窒剤などの添加剤がさらに投入されるように設けられてもよく、より小さな粒度を有する添加剤を用いることで反応性を高めることができる。このように、前記ボイラー部110に投入される添加剤は、従来よりも流速の遅い前記ボイラー部110内において長時間に掛けて反応しながら効果を極大化させることができる。

0063

そして、本発明は、ボイラー部110の外壁だけではなく、内部空間に複数の水管部140が配置されるので、流動砂下降型の循環流動層ボイラー100の体積が減って経済性に富んでいる。

0064

前記ライザー部150は、前記ボイラー部110と結合され、前記ボイラー部110から与えられた燃料及び流動砂が下側から流れ込んで上昇するように設けられてもよい。

0065

また、前記ライザー部150の下部には、前記酸化剤注入部130である第5のノズル135がさらに設けられてもよい。このようにして設けられた前記第5のノズル135は、前記ライザー部150内の流量及び流速が高い場合、酸化剤の注入量を減らすように、且つ、前記ライザー部150内の流量及び流速が低い場合、酸化剤の注入量を増やすように設けられてもよい。

0066

前記第2の燃料投入部160は、前記ライザー部150の下部の一側に設けられ、前記ライザー部150に燃料を投入するように設けられてもよい。このようにして設けられた前記第2の燃料投入部160は、前記ライザー部150内の燃料の量を増やす必要があるとき、燃料をさらに投入することができる。

0067

特に、前記第2の燃料投入部160は、前記ボイラー部110内に供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料を投入するように設けられたことを特徴としてもよい。

0068

さらに、前記ライザー部150は、前記ボイラー部110に比べて小径の管状に設けられてもよい。

0069

このようにして設けられた前記ライザー部150は、前記ボイラー部110に比べて小径を有し、第1のサイクロン部170もまた、既存のボイラーに比べてはるかに小さい。

0070

さらにまた、前記ライザー部150は、図示のごとく、前記ボイラー部110の内部または前記ボイラー部110の周りに沿って複数設けられてもよい。

0071

これらに加えて、前記ライザー部150は、独立して運転が行われるように設けられてもよい。すなわち、複数設けられた前記ライザー部150は、全体が同時に運転されるように設けられてもよく、一部のみが運転されるように設けられてもよい。

0072

したがって、本発明は、前記ライザー部150の運転数に応じて全体の出力を容易に制御することができる。

0073

また、前記ライザー部150は、それぞれのライザー部150がそれぞれ別々に純酸素燃焼モードで運転されてもよく、あるいは、空気燃焼モードで運転されてもよい。

0074

さらに、本発明は、前記複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー100の運転を始めるとき、前記ライザー部150の運転を順次に始めて、流動砂の循環のための稼働準備時間を従来に比べて大幅に短縮させることができる。

0075

さらにまた、従来の循環流動層ボイラーの場合、出力を減らすために投入される燃料を減らし、酸化剤の供給量を減らす場合、全体の流動砂の循環に必要な最低限の酸化剤の供給量を保たなければならないため、出力を減らすのに限界があった。しかしながら、本発明は、前記ライザー部150が複数設けられ、前記流動砂の循環に必要な流量が少ない。なお、本発明は、純酸素の燃焼の際に酸化剤の濃度の増加に伴って供給される酸化剤と二酸化炭素の絶対流量が減るときの制約条件を解消することもでき、様々な酸化剤の濃度において運転を可能にする。

0076

また、本発明は、空気燃焼モードで運転し、前記ライザー部150の全体または一部を純酸素燃焼モードで運転して、全体の発電出力を同様に保持し、一部のライザー部150の排ガスから純粋な二酸化炭素を分離して活用するCCS技術を実現することもできる。

0077

前記第1のサイクロン部170は、前記ボイラー部110及び前記ライザー部150の上側に結合されるように設けられ、前記ライザー部150を通過した流動砂を前記中継部115に与えるように設けられてもよい。

0078

このようにして設けられた前記ボイラー部110、前記ライザー部150及び前記第1のサイクロン部170、前記中継部115は、流動砂を循環させ続けることができる。

0079

前記熱交換部190は、前記ボイラー部110及び前記ライザー部150と結合されるように設けられ、燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスを用いて、熱交換を行うように設けられる。なお、前記熱交換部190は、再熱器191及び対流熱交換器192を備える。

0080

前記第1のサイクロン部170は、前記ライザー部150を通過しながら加熱された燃焼ガスを前記熱交換部190の再熱器191に移送するように設けられてもよい。このとき、前記第1のサイクロン部170が前記再熱器191に移送する燃焼ガスの温度は、900℃以上であってもよい。ここで、前記再熱器191は、最終過熱器であってもよい。

0081

前記第2のサイクロン部180は、前記ボイラー部110の上部と結合されるように設けられ、前記第2のサイクロン部180は、前記ボイラー部110において生成された燃焼ガスを熱交換部190の対流熱交換器192に移送するように設けられる。このとき、前記第2のサイクロン部180が前記対流熱交換器192に移送する燃焼ガスの温度は、800℃以上、且つ、900℃未満であってもよい。

0082

このように、本発明は、ボイラー部110内において生じる燃焼ガスと、ライザー部150を通過しながら前記ボイラー部110内において生じた燃焼ガスに比べて相対的に高温となった燃焼ガスと、がそれぞれ分離され、対流熱交換器192と再熱器191に移動されるように設けられる。したがって、前記熱交換部190は、従来よりも高い温度及び圧力を有するスチームを生産することができる。すなわち、本発明の前記熱交換部190は、熱効率がなお一層向上する。

0083

また、本発明は、既存のボイラーに比べて粒径の小さな流動砂、脱硫剤、添加剤などの物質が使用可能である。具体的に、本発明は、ライザー部150が複数設けられるので、ライザー部150と結合される第1のサイクロン部170のサイズが大幅に削減され、粒子の捕集効率を格段と高めることができ、より小さな粒子を使用可能にする。なお、このように、流動砂粒子の粒径が小さくなると、循環のために用いられる前記ライザー部150のファン(図示せず)の動力が減って発電効率をも向上させることができる。

0084

図3は、本発明の一実施形態に係る複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラーの運転方法の手順図である。

0085

図3をさらに参照すると、複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー100の運転方法は、まず、複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ(S210)を行ってもよい。

0086

複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ(S210)において、前記運転モードは、純酸素燃焼モード及び空気燃焼モードを指すことがある。すなわち、複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ(S210)においては、それぞれの前記ライザー部150が純酸素燃焼モードで運転されるか、あるいは、空気燃焼モードで運転されるかを決定することができ、且つ、各前記ライザー部150を運転するか否かも決定することができる。

0087

複数のライザー部それぞれの運転モード及び運転するか否かを決定するステップ(S210)後には、前記ボイラー部110に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ(S220)を行ってもよい。

0088

前記ボイラー部110に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ(S220)において、燃料、流動砂及び添加剤が前記ボイラー部110の上部側から投入されてもよい。なお、前記燃料は、前記ボイラー部110内において下降しながら燃焼が行われてもよく、前記添加剤は、前記燃料及び前記燃料が燃焼されながら生成された燃焼ガスから脱窒、脱硫の反応を誘導することができる。このとき、前記ボイラー部110内に設けられた複数の前記水管部140には、流体が流動するように設けられて熱交換が行われてもよい。

0089

さらに、前記ボイラー部110内において前記燃料が燃焼されることによって生成された燃焼ガスは、前記第2のサイクロン部180を通過して前記熱交換部190の前記対流熱交換器192に移送されてもよい。

0090

前記ボイラー部110に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ(S220)において、前記ボイラー部110内に酸化剤を注入する複数の酸化剤注入部130は、それぞれ別々に出力が制御され、前記流動砂及び燃料の下降速度及び燃焼を制御するように設けられてもよい。

0091

すなわち、前記酸化剤注入部130は、酸化剤の注入量を制御することにより、前記ボイラー部110内において、流量及び流速を位置ごとに制御することができる。

0092

前記ボイラー部110に燃料及び酸化剤を投入して燃料を燃焼させるステップ(S220)後には、ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップ(S230)を行ってもよい。

0093

ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップ(S230)においては、前記ボイラー部110を通過した燃料、流動砂、添加剤などが前記ライザー部150の下部側に流れ込み、流れ込んだ燃料、流動砂、添加剤は、上部に結合された前記第1のサイクロン部170に向かって移動することができる。このとき、前記燃料は、移動しながら燃焼が行われ得る。

0094

このように、前記ボイラー部110において、前記燃料は下降しながら燃焼されるように設けられ、前記ライザー部150において、前記燃料は上昇しながら燃焼されるように設けられてもよい。

0095

さらにまた、前記ライザー部150に沿って上昇する燃料は、燃焼されて燃焼ガスが生成される。このとき、生成される燃焼ガスは、前記ボイラー部110において生成される燃焼ガスに比べて高温である。

0096

また、ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップ(S230)において、前記ライザー部150には燃料及び酸化剤がさらに供給されてもよく、このとき、供給される燃料は、前記ボイラー部110に供給される燃料に比べて燃焼速度の速い燃料であることを特徴としてもよい。

0097

ライザー部がボイラー部から燃料及び流動砂を与えられて第1のサイクロン部に向かって移送するステップ(S230)後には、第1のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ(S240)を行ってもよい。

0098

第1のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ(S240)において、前記第1のサイクロン部170は、前記ライザー部150を通過しながら生成された燃焼ガスを熱交換部190の再熱器191に移送し、流動砂は前記ボイラー部110の上側に形成された中継部115に移動して循環させてもよい。

0099

すなわち、前記ボイラー部110において生成された燃焼ガスと、前記ライザー部150を通過しながら生成された燃焼ガスとは、それぞれに結合されたサイクロン部に移送されることで、互いに分離されて熱交換部190に移送されてもよい。すなわち、本発明は、第1のサイクロン部170と第2のサイクロン部180とを別々に設けることにより、微細粒子(壊れた流動砂または灰材)が再熱器及び後端の環境設備に移ってしまうことを防止し、ボイラー及び環境設備の運転障害を低減することができる。

0100

第1のサイクロン部に移送されながら加熱された燃焼ガスを熱交換器の再熱器に移送し、流動砂は中継部に移送するステップ(S240)後には、中継部に移送された流動砂をボイラー部に再供給するステップ(S250)を行ってもよい。

0101

中継部に移送された流動砂をボイラー部に再供給するステップ(S250)において、前記中継部115は、前記第1のサイクロン部170から与えられた流動砂を前記ボイラー部110の上側から下降させて前記流動砂を再循環させてもよい。

0102

そして、前記中継部115は、前記流動砂を前記ボイラー部110内において下降させるとき、万遍なく分配して下降させることで、燃焼及び伝熱効率を向上させるように設けられてもよい。前述したようにして設けられた複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー100及びこの運転方法は、それぞれ発電設備、発電システムに適用可能である。

0103

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明された各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明された構成要素を結合された形態に実施してもよい。

0104

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。

0105

100:複数のライザー部を備えた流動砂下降型の循環流動層ボイラー
110:ボイラー部
115:中継部
120:第1の燃料投入部
130:酸化剤注入部
131:第1のノズル
132:第2のノズル
133:第3のノズル
134:第4のノズル
135:第5のノズル
140:水管部
150:ライザー部
160:第2の燃料投入部
170:第1のサイクロン部
180:第2のサイクロン部
190:熱交換部
191:再熱器
192:対流熱交換器

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