ボトム・アッシュから熱を回収する方法及び装置
本発明は、高温のボトム・アッシュが取り出される燃焼デバイスで実施される燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱を回収する方法及び装置に関する。本発明は、詳細には、バブリング床ボイラ、流動床ボイラ、及び循環流動床ボイラに適用可能である。本発明の特徴的な機能は、ボトム・アッシュから特定の冷却水回路４２に回収される熱が、ボイラ装置の他の場所で使用されることである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温のボトム・アッシュが取り出される燃焼デバイスで実施される燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱を回収する方法及び装置に関する。本発明は、詳細には、バブリング床ボイラ、流動床ボイラ、及び循環流動床ボイラに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による一般的なボイラ装置は、燃料、流動媒体、及び燃焼用空気が導入される炉からなる。燃料を燃焼させると熱が発生し、ボトム・アッシュだけでなく煙道ガスも形成される。煙道ガスは、セパレータに運ばれ、ガスから固体粒子が分離され、その固体粒子は炉に戻される。炉もセパレータも、水管又は蒸気管を有する熱交換面を備え、ボイラ内を移動する煙道ガス及び固体からの熱を集める。煙道ガスは、セパレータから過熱器及び再熱器などのさらに他の熱回収デバイスに運ばれ、そこでまだ使用可能な煙道ガスの熱が蒸気をさらに加熱するために使用される。熱は、例えば、蒸気タービン及び発電機によって発電するために高温蒸気の形で伝達されて使用される。過熱器及び再熱器の後、煙道ガスは節炭器を通過する。節炭器は、煙道ガスから、ボイラ給水、すなわち例えばタービンなどの使用先からボイラに戻る水又は復水に、熱を再び集める。ほとんどの場合、煙道ガスから熱を集める最終ステップは燃焼用空気予熱器で行われ、そこでは煙道ガスの熱が炉で燃焼用空気として使用される空気の加熱に使用される。予熱器は、一般的に、回転式又は管状予熱器である。煙道ガス通路において、燃焼用空気予熱器の後には、静電フィルタ／集塵器が続く。静電フィルタ／集塵器は、煙道ガスが煙道ガス・ファンによって煙突から大気にベントされる前に、煙道ガス中に残っているあらゆる固体粒子を分離する。
【０００３】
節炭器に入るボイラ給水は、一般的に、上述のように蒸気タービン及び蒸気タービンの下流にある復水器での使用から生じる。復水は、復水が給水タンクに導入されるまでに、最初に、１つ又は複数の低圧予熱器において、蒸気タービンから抽出される蒸気によって加熱される。給水タンクは、水を脱気し、時には水を節炭器にポンプ輸送する前にさらに加熱するために使用される。ポンプによって給水タンクからポンプ輸送される給水は、節炭器に入る前に高圧予熱器によってさらに加熱され得る。
【０００４】
炉の底部は、燃焼用、浮遊化又は流動化ガス（一次空気すなわち燃焼用空気と呼ばれる）を炉に導入し、炉からのアッシュ及び他の破片を取り出すためのグリッドを備える。ボイラ炉からグリッドを通って排出される材料の一般的な名称は、ボトム・アッシュと呼ばれる。これには、非燃焼材料、クリンカ、未燃焼燃料粒子などが含まれる。一般的に、ボトム・アッシュは、水で満たされたトラフ又は水冷式若しくは空冷式のコンベヤに排出され、そこで冷却される。次いで、冷却されたボトム・アッシュは、プラントから取り出されて捨てられるか、又は時には建築材料として使用される。
【０００５】
したがって、従来技術のボイラでは、ボトム・アッシュ排出時の熱エネルギ損失は、ボイラ損失の大きな部分を占めている。これは、アッシュをある程度高く含有する燃料については、なおさらそうである。すなわち、予想される燃料のボトム・アッシュ含有量が高い場合、又は炉から粗い若しくは違った形で不適切な流動媒体を取り出す若しくは循環させる必要があるときには、なおさらそうである。エネルギ損失が大きい理由は、炉から取り出されるべきボトム・アッシュが、通常、温度約７００〜８００℃と高温であるからである。例えば、ボイラから流れ出るボトム・アッシュが、１０ｋｇ／ｓ、温度７２５℃の場合、基準温度２５℃、アッシュ熱容量１ｋＪ／ｋｇとすると、ボトム・アッシュ排出中のエネルギ損失は７ＭＷと考えられる。
【０００６】
しかし、従来技術では、ボトム・アッシュのいくらかの熱を回収するいくつかのシステムが既知である。ＥＰ−Ｂ１−０４７１０５５には、ボトム・アッシュがグリッド領域から、動いている特別に設計されたスチール・ベルト上に排出されるボイラ装置が説明されている。熱回収は、冷却空気がボトム・アッシュ流れ及びスチール・ベルト移動に対向して流され、それによって加熱された空気が最後に炉に入るように構成される。
【０００７】
ＷＯ−Ａ１−２００７／１３４８７４には、やはり上記で参照した特許のスチール・ベルト・ボトム・アッシュ排出が向流空気流れと同様に使用されているボイラ装置が説明されている。しかし、この文献では、さらに、ボトム・アッシュの冷却のために水がボトム・アッシュに噴霧され、それによって発生する蒸気が加熱された空気流れと一緒に最終的に炉に入るようになることが教示されている。
【０００８】
上述の特許文献で説明されている熱回収技術は、ボトム・アッシュ排出からの熱回収の可能性を教示しているが、それほど効率的ではない。特に、大量のボトム・アッシュが排出される場合、向流空気流れがアッシュを十分に冷却できないことは明らかである。また、追加の水噴霧を使用したとしても、それには２つのリスクがある。第１には、アッシュが十分に冷却されないこと、第２には、アッシュが十分に冷却されるとしても過剰な量の蒸気が炉に導入される恐れがあることである。さらに、主に、伝熱媒体の機能を果たす空気の効率が悪いため、デバイスが十分な形で機能するとしても、そのサイズが非常に大きく高価になってしまう。さらに、ボトム・アッシュを十分に冷却できるようにするには莫大な量の空気が必要であり、それを燃焼用空気として使用することはボイラの燃焼用空気システムの負の干渉となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＥＰ−Ｂ１−０４７１０５５
【特許文献２】ＷＯ−Ａ１−２００７／１３４８７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、炉から排出されるボトム・アッシュを冷却する新規の効率的な方法を提案することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、発電所内の１つ又は複数の適切な場所でボトム・アッシュからの回収熱を使用するようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記その他の目的は、燃焼プロセスのボトム・アッシュからの熱の回収方法であって、プロセスが、少なくとも、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成されるように、ボイラ装置において熱エネルギを発生させて蒸気又は熱水を生成するために、燃料を燃焼させるステップと、高温蒸気又は水の形の熱エネルギを使用するために導く水管を有する伝熱面を有する少なくとも１つの炉をボイラ装置に設けるステップと、燃焼用空気を炉に供給するステップと、燃料を炉に供給するステップと、ボトム・アッシュを炉から排出するステップと、煙道ガスから熱を集めるステップと、高温蒸気を利用するステップと、蒸気を復水に凝縮するステップと、復水を循環させるステップとを含み、回収熱をボイラ装置内の他の場所に利用する目的で、炉から排出されるボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路に熱回収する、方法によって達成される。
【００１３】
同様に、本発明の上記その他の目的は、燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する装置であって、燃焼プロセスでは、ボイラ装置において燃料が燃焼されて熱が発生し、蒸気又は熱水が生成され、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成され、ボイラ装置は、少なくとも、高温蒸気の形の熱を使用するために導く管を有する伝熱面を備える炉と、燃焼用空気を炉に供給する手段と、燃料を炉に供給する手段と、炉からボトム・アッシュを排出する手段と、煙道ガスから熱回収する手段と、高温蒸気又は熱水を利用する手段と、蒸気を復水に凝縮する手段と、復水を循環する手段とを備え、ボトム・アッシュが、回収熱をボイラ装置内の他の場所で利用する目的で、ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路に熱回収するように構成される手段に排出される、装置によって達成される。
【００１４】
本発明の方法及び装置の他の特徴は、添付の特許請求の範囲において理解することができる。
【００１５】
本発明によって、従来技術のボトム・アッシュ冷却システムに関する問題の少なくともいくつかは解決される。例えば、本発明によって、ボトム・アッシュからの効率的な熱の回収が可能になり、回収した熱を発電所内の必要とされるどこの場所にでも利用できるようになる。
【００１６】
したがって、本発明は、ボイラ効率の著しい向上を可能にする。さらに、本発明によって、必要な場合はいつでも、ボトム・アッシュ冷却デバイス又は装置がより効率的に使用されるようになり、それによって必要な投資が非常に低く済むようになる。
【００１７】
以下において、本発明の方法及び装置が以下の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術の循環流動床ボイラ装置の概略図である。
【図２】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第１の好ましい実施形態の概略図である。
【図３】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第２の好ましい実施形態の概略図である。
【図４】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第３の好ましい実施形態の概略図である。
【図５】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第４の好ましい実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、単なる一例として従来技術による一般的なボイラ装置の概略を示す。燃料、流動媒体、及び燃焼用空気が導入される炉は、参照番号１０で示されている。炉１０で燃料を燃焼させると熱が発生し、ボトム・アッシュ及び煙道ガスの両方が形成される。ガスは、セパレータ１２に運ばれ、ガスから固体粒子が分離され、その固体粒子は再循環されて炉１０に戻される。炉１０もセパレータ１２も、水管を有する熱交換面を備え、炉及びセパレータ内を移動する煙道ガス及び固体からの熱を集める。煙道ガスは、セパレータ１２からさらに他の熱回収デバイス、過熱器及び再熱器１４に運ばれ、そこでまだ使用可能な煙道ガスの熱が蒸気をさらに加熱するために使用される。例えば、蒸気タービン及び発電機によって発電する等のために高温蒸気の形で、熱が伝達されて使用される。過熱器及び再熱器１４の後、煙道ガスは、煙道ガスからボイラ給水に熱を再び集める節炭器１６を通過する。しばしば、煙道ガスから熱を集める最終ステップは燃焼用空気予熱器１８で行われ、そこで、煙道ガスの熱が、炉１０で燃焼用空気として使用される空気の加熱に使用される。煙道ガス通路において、空気予熱器１８の後には、静電フィルタ／集塵器又はバッグ・フィルタ２０が続き、それは、煙道ガスが煙道ガス・ファン２２によって煙突から大気にベントされる前に煙道ガス中に残っているあらゆる固体粒子を分離する。
【００２０】
節炭器に入るボイラ給水は、蒸気タービン内及び蒸気タービンの下流にある復水器での使用から生じる。復水Ｃは、給水タンク２６に導入されるまでに、最初に、１つ又は複数の低圧予熱器２４において蒸気によって加熱される。給水タンク２６は、水を脱気する。そして、給水タンク２６は、節炭器に水をポンプ輸送する前に加熱するために使用されることもある。ポンプ２８によって給水タンク２６からポンプ輸送される給水は、節炭器１６に入る前に高圧予熱器３０によってさらに加熱され得る。
【００２１】
炉１０の底部はグリッド３２を備える。グリッド３２は、一方では、空気予熱器１８を通ってファン３４によってポンプ輸送された燃焼用、浮遊化又は流動化ガス（一次空気すなわち燃焼用空気と呼ばれる）を炉１０の中に導入し、他方では、アッシュ及び他の破片を炉１０から取り出すためのものである。ボイラ炉１０からグリッド３２を通って排出される材料は、一般的に、ボトム・アッシュと呼ばれる。これには、非燃焼材料、クリンカ、未燃焼燃料アッシュ粒子などが含まれる。一般的に、ボトム・アッシュは、水で満たされたトラフ３６内に排出され、そこで冷却される。次いで、冷却されたボトム・アッシュは、プラントから取り出されて捨てられるか、又は時には建築材料として使用される。
【００２２】
図２〜図５は循環流動床ボイラと連結して例示的なやり方で配置された本発明のいくつかの変形形態の概略を示す。ただし、本発明のボトム・アッシュ冷却装置は、ボトム・アッシュが排出される他のタイプのボイラにも同様に使用可能である。本発明の全ての実施形態に共通する特徴は、ボトム・アッシュが、グリッド３２を通ってボトム・アッシュ冷却手段３８に排出されることである。ボトム・アッシュ冷却手段３８は、モータ４０により駆動される冷却輸送スクリュ装置であることが好ましい。冷却輸送スクリュは、一般的に、水冷式ケーシング及びそこを通る水流を冷却可能な中空シャフトを備える。他の適用可能なボトム・アッシュ冷却手段は、単に数例あげれば、水冷式ドラム冷却器及び水冷式スクレーパ・コンベヤである。図示される本発明の全ての実施形態に共通する他の特徴は、冷却手段３８においてボトム・アッシュの冷却に使用された水が、燃焼用空気の予熱に使用されることである。
【００２３】
図２は、本発明の第１の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。ボトム・アッシュ冷却手段３８は、ボトム・アッシュ冷却回路４２の一部である。ボトム・アッシュ冷却回路４２は、少なくとも、循環ポンプ４４及び熱交換器４６をさらに備える。したがって、冷却回路４２を循環するボトム・アッシュ冷却水からの熱は、熱交換器４６において、閉じた水回路すなわち加熱回路４８に伝達される。加熱回路４８は、熱交換器４６に加えて、少なくとも、循環ポンプ５０及びもう１つの熱交換器５２を含む。加熱回路４８で集められた熱は、熱交換器５２によって燃焼用空気の加熱に使用される。熱交換器５２は、燃焼用空気ファン３４と空気予熱器１８との間に配置されており、それによって、好ましくは回転式空気予熱器である予熱器１８が、熱交換器５２においてすでに加熱された空気を受け入れるようになっている。
【００２４】
このため、燃焼用空気予熱器１８はボトム・アッシュ熱回収前よりも高い温度の空気を受け入れるので、燃焼用空気予熱器１８にはある種の調整が必要となり得る。燃焼用空気予熱器１８が同じもののままであると仮定すれば、ボトム・アッシュ熱回収前と同じくらい効率的に煙道ガス温度を下げることはできず、煙道ガスに含まれるいくらかの熱を損失する恐れがある。したがって、実際には、回収前と同じくらい効率的に熱を煙道ガスから回収することができるようにするには（すなわち、燃焼用空気予熱器後の煙道ガス温度を、ボトム・アッシュ熱回収前と同じとなるように維持することと等しい）、より効率的な燃焼用空気予熱器が必要である。
【００２５】
さらに、図２は、冷却回路４２内及び加熱回路４８内の両方に配置される追加機器を示す。任意選択で、ボトム・アッシュ冷却回路４２は、第１の熱交換器４６の側（すなわち、それと並列）に連結された第２の熱交換器５４を備える。実際には、このさらなる実施形態では、ボトム・アッシュ冷却手段３８から流れてくる冷却水は、燃焼用空気の加熱に必要な熱量に応じて２つの熱交換器である熱交換器４６と熱交換器５４との間で弁（図示せず）によって分けられる。ボトム・アッシュの排出において確実にボトム・アッシュの温度が十分に低くなるように、燃焼用空気予熱で必要とされるよりも多くの熱がボトム・アッシュから回収される、すなわち取り去られるべきときはいつでも、冷却水流れの一部が第２の熱交換器５４に案内され、それによって余分な熱が第２の熱交換器５４によって、冷却水回路４２からもう１つの冷却水回路５６に伝達されるようになっている。言い換えれば、第２の熱交換器５４への冷却水流路を開ける弁（図示せず）の動作は、ホッパ５８に排出されるときのボトム・アッシュの温度、熱交換器５２を出る燃焼用空気の温度、熱交換器４６後の冷却水の温度、及び燃焼用空気予熱器１８を出る燃焼用空気の温度の少なくとも１つによって制御されることが好ましい。この連結によって、確実に、ホッパ５８に排出されるボトム・アッシュの温度が十分に低くなる。加熱回路４８は、燃焼用空気を加熱する第１の熱交換器５２に加えて、第２の熱交換器６０をさらに備える。第２の熱交換器６０は、燃焼用空気を加熱するための追加の熱を加熱回路４８に供給するために、第１の熱交換器５２と直列に配置されている。熱交換器６０は、例えば、起動状態又は部分負荷状態のとき、煙道ガス熱回収でも、ボトム・アッシュ熱回収でも、又はそれらを合わせても燃焼用空気を加熱するのに十分な熱量を供給できないときに使用され得る。第２の熱交換器６０、すなわちその内部の蒸気流れを使用することは、必須ではないが、燃焼用空気予熱器１８の上流の煙道ガスの温度、ホッパ５８に排出されるときのボトム・アッシュの温度、熱交換器５２を出る燃焼用空気の温度、及び燃焼用空気予熱器１８を出る燃焼用空気の温度の少なくとも１つによって制御され得ることが好ましい。
【００２６】
熱交換器を冷却回路内に配置する他のオプションは、第２の冷却回路５６の熱交換器５４を第１の冷却回路の熱交換器４６と直列に（すなわちそれと並列でなく）配置することである。実際、ボトム・アッシュ熱回収装置３８からの熱水が、最初に熱交換器４６において燃焼用空気加熱回路４８の水を加熱し、次いで熱交換器５４へとさらに流れてさらに冷却され、その後その水がポンプ４４によってボトム・アッシュ熱回収装置３８に戻されるというように、この連結は機能する。
【００２７】
図３は、本発明の第２の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。実際、図３の実施形態は、図２の実施形態を簡素化したものである。ここでは、ボトム・アッシュ冷却回路４２及び燃焼用空気加熱回路は、単一の回路４２’にまとめられており、それによって、熱交換器５２’において燃焼用空気を直接加熱するようにボトム・アッシュ冷却水が導かれる。回路４２’は、図２の実施形態の形式で、熱交換器５４を有する追加の冷却水回路５６を含む。当然ながら、上述のように、ある特定の回路（４２、４２’）内に配置されており、前記特定の回路（４２、４２’）の熱交換媒体を冷却する（例えば熱交換器５４である）追加の熱交換器は、他の回路の熱交換媒体又は燃焼用空気を直接加熱するために使用される熱交換器（４６、５２’）と直列又は並列のいずれかで配置され得る。冷却／加熱回路４２’は、図２の熱交換器６０を備える必要はないが、これが燃焼用空気を加熱するただ１つの方法である場合、起動状態及び部分負荷状態のために、対応する熱交換器が、燃焼用空気ラインの熱交換器５２’の前又は後のいずれかに配置されてもよい。
【００２８】
図４は、本発明の第３の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。図４から見られるように、主な構成は図２と同様である。唯一の例外は、バイパス節炭器６２が、煙道ガス通路の節炭器１６と静電集塵器／バッグ・フィルタ２０との間に、燃焼用空気予熱器１８と並列に追加されていることである。復水の一部がポンプ６４によってバイパス節炭器６２を介して給水タンク２６に流されるように、バイパス節炭器６２を低圧予熱器２４’間の復水Ｃ流路に連結することによって、バイパス節炭器６２が復水の予熱に使用される。したがって、節炭器６２は、復水予熱器とも呼ぶことができる。ここで、バイパス節炭器に関して、復水流れについていくつかのオプションがあると理解されるべきである。上述したように、給水タンク前の復水予熱器は、１つだけあってもよく、又は２つより多くてもよい。したがって、バイパス節炭器への復水の流れは、第１の予熱器の前、（図４に示されるように）予熱器間、又は予熱器の後に導かれ得ることが明らかである。バイパス節炭器の使用についての他のオプションには、それを高圧予熱器３０と並列に連結するということがある。当然ながら、第３のオプションは、上記２つのオプションの組み合わせ、すなわちバイパス節炭器に低圧復水および高圧復水の両方ともを循環させることである。給水タンクの前に節炭器と直列に配置される１つ又は複数の予熱器があるか無いかにかかわらず、全復水流れがバイパス節炭器で加熱されることも可能である。
【００２９】
復水予熱器／バイパス節炭器６２が使用される理由は、図２のボトム・アッシュ熱回収装置の使用中、燃焼用空気予熱器が煙道ガスの温度を十分に低下させることができないことがあり、温度が高すぎるままになる（熱エネルギを損失している）ことがあるからである。最大の原因は、熱交換器５２のせいで燃焼用空気予熱器１８に入る煙道ガスの温度とそこから出る燃焼用空気の温度の差が減少してしまうことにある。燃焼用空気予熱器１８後の煙道ガス温度を許容できるほどの低いレベルで維持するように、煙道ガスの一部が燃焼用空気予熱器１８ではなく復水予熱器６２に運ばれ、それによって、燃焼用空気予熱器１８の熱負荷が低減され、空気予熱器１８後の煙道ガスの温度が、新たなボトム・アッシュ熱回収装置前と同じ又はそれよりも低く維持されるようになる。或いは、応用例の中には、追加の節炭器を、空気予熱器の上流又は下流のいずれかに、空気予熱器１８と直列に配置するのが好ましいものもある。
【００３０】
本発明の上述の実施形態は、冷却装置を出るボトム・アッシュの温度も、予熱器１８の燃焼用空気の加熱も制御する多数の様々なやり方を提供する。当然、図２の実施形態に関連して述べた制御はここでも適用可能であるが、バイパス節炭器６２が使用されるので、その制御は図２で述べたものと互換性がなければならない。言い換えれば、バイパス節炭器６２への煙道ガスの導入を調整する弁（図示せず）は、燃焼用ガス予熱器１８を出る煙道ガスの温度によって制御され得る。言い換えれば、燃焼用空気予熱器１８を出る煙道ガスの温度が高いほど、煙道ガスのより多くの部分がバイパス節炭器６２に入ることが許容される。バイパス節炭器６２への復水Ｃの流れも制御されなければならない。実現可能な制御方法の１つは、節炭器６２に流入する煙道ガスに応じて復水をバイパス節炭器に流すことである。最終的に、ボトム・アッシュの冷却後すなわち燃焼用空気予熱後のボトム・アッシュの温度だけでなく、煙突に入る煙道ガスの温度も、エネルギ損失を最低限に抑えるように制御されなければならない。
【００３１】
図５は、本発明の第４の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。図５によれば、図５の構成は、図４で述べた構成をさらに発展させたものである。いくつかのボイラ・プラントが、静電集塵器後２０の煙道ガスから熱回収して燃焼用空気を加熱するように設計されているということが、本発明の本実施形態の出発点である。したがって、そのような既知の構成は、煙道ガス・ファン２２後に配置される煙道ガス冷却器６６、及び燃焼用空気流路内の燃焼用空気ファン３４後に配置される燃焼用空気加熱器５２を備える水回路からなる。このとき、上述の既知の構成は、すでに述べたような冷却回路４２によってボトム・アッシュから回収される熱を利用する燃焼用空気加熱回路４８に連結される。（熱交換器４６を備えた）ボトム・アッシュ冷却手段３８からの熱も煙道ガス熱回収手段６６すなわち煙道ガス冷却器からの熱も、燃焼用空気加熱回路４８に交換される。煙道ガス冷却器６６による熱回収が新たなボトム・アッシュ熱回収の連結の前と同じレベルに維持されることが求められるとすれば、それは燃焼用空気予熱器１８の前の燃焼用空気温度が上昇することを意味する。しかし、燃焼用空気予熱器１８後の燃焼用空気温度は、同様に上昇し得ない。というのも、燃焼用空気予熱器１８に入る煙道ガスの温度とそこを出る燃焼用空気の温度との間には若干の差しか存在し得ないからである。これは、燃焼用空気予熱器１８を通る煙道ガスを減らしバイパス節炭器６２を通る煙道ガスを増やし、それによってそれぞれ空気予熱器１８の熱負荷が減少しバイパス節炭器６２の熱負荷が増大されることによって補われる。
【００３２】
上述の説明を考慮して、本発明の最も好ましい実施形態のごくわずかしか述べられていないと理解されるべきである。したがって、本発明は、上記で開示の実施形態だけに限定されず、添付の特許請求の範囲内で多くのやり方で修正可能であることが明らかである。また、本発明の特定の実施形態の特徴は、本発明の基本的な概念の範囲内で他の実施形態の特徴と結びつけて適用可能であり、又は様々な実施形態からの特徴が組み合わされて実用的で技術的に実行可能な構造になってもよいと理解されるべきである。言い換えれば、図２、図３、図４の実施形態の燃焼用空気加熱回路内に配置される追加の加熱手段６０が図５の実施形態に利用されてもよいことが明らかである。同様に、ボトム・アッシュから回収される熱の利用は、燃焼用空気の加熱に使用され得るだけでなく、ボイラ装置又は発電所内での他の利用も可能である。例えば、その熱を復水の加熱に使用することもできる。さらなる応用例は、回収熱を発電所の建屋の暖房に使用する、又はその熱を地域暖房目的に供給することに関する。また、ボトム・アッシュ冷却を複雑にしないように、すなわちボトム・アッシュ冷却手段と並列に煙道ガス熱回収を連結することによって確実に連結が行われるのであれば、図５の実施形態の、静電集塵器後の煙道ガスから熱回収する熱交換器６６を、図２、図３、図４の実施形態に連結し、追加のエネルギを燃焼用空気加熱回路４８又はボトム・アッシュ冷却回路（４２’）にもたらすこともできる。さらに、燃焼用空気の加熱に使用される熱交換器５２は、ファン３４の上流に配置されてもよく、必ずしもその後でなくてもよいと理解されるべきである。最後に、「復水」という用語は、ボイラ装置に戻る水であり、気体状態（すなわち蒸気）になっておらず、使用されて冷却された熱水であるようなものを包含するように広範に理解されるべきであると理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温のボトム・アッシュが取り出される燃焼デバイスで実施される燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱を回収する方法及び装置に関する。本発明は、詳細には、バブリング床ボイラ、流動床ボイラ、及び循環流動床ボイラに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による一般的なボイラ装置は、燃料、流動媒体、及び燃焼用空気が導入される炉からなる。燃料を燃焼させると熱が発生し、ボトム・アッシュだけでなく煙道ガスも形成される。煙道ガスは、セパレータに運ばれ、ガスから固体粒子が分離され、その固体粒子は炉に戻される。炉もセパレータも、水管又は蒸気管を有する熱交換面を備え、ボイラ内を移動する煙道ガス及び固体からの熱を集める。煙道ガスは、セパレータから過熱器及び再熱器などのさらに他の熱回収デバイスに運ばれ、そこでまだ使用可能な煙道ガスの熱が蒸気をさらに加熱するために使用される。熱は、例えば、蒸気タービン及び発電機によって発電するために高温蒸気の形で伝達されて使用される。過熱器及び再熱器の後、煙道ガスは節炭器を通過する。節炭器は、煙道ガスから、ボイラ給水、すなわち例えばタービンなどの使用先からボイラに戻る水又は復水に、熱を再び集める。ほとんどの場合、煙道ガスから熱を集める最終ステップは燃焼用空気予熱器で行われ、そこでは煙道ガスの熱が炉で燃焼用空気として使用される空気の加熱に使用される。予熱器は、一般的に、回転式又は管状予熱器である。煙道ガス通路において、燃焼用空気予熱器の後には、静電フィルタ／集塵器が続く。静電フィルタ／集塵器は、煙道ガスが煙道ガス・ファンによって煙突から大気にベントされる前に、煙道ガス中に残っているあらゆる固体粒子を分離する。
【０００３】
節炭器に入るボイラ給水は、一般的に、上述のように蒸気タービン及び蒸気タービンの下流にある復水器での使用から生じる。復水は、復水が給水タンクに導入されるまでに、最初に、１つ又は複数の低圧予熱器において、蒸気タービンから抽出される蒸気によって加熱される。給水タンクは、水を脱気し、時には水を節炭器にポンプ輸送する前にさらに加熱するために使用される。ポンプによって給水タンクからポンプ輸送される給水は、節炭器に入る前に高圧予熱器によってさらに加熱され得る。
【０００４】
炉の底部は、燃焼用、浮遊化又は流動化ガス（一次空気すなわち燃焼用空気と呼ばれる）を炉に導入し、炉からのアッシュ及び他の破片を取り出すためのグリッドを備える。ボイラ炉からグリッドを通って排出される材料の一般的な名称は、ボトム・アッシュと呼ばれる。これには、非燃焼材料、クリンカ、未燃焼燃料粒子などが含まれる。一般的に、ボトム・アッシュは、水で満たされたトラフ又は水冷式若しくは空冷式のコンベヤに排出され、そこで冷却される。次いで、冷却されたボトム・アッシュは、プラントから取り出されて捨てられるか、又は時には建築材料として使用される。
【０００５】
したがって、従来技術のボイラでは、ボトム・アッシュ排出時の熱エネルギ損失は、ボイラ損失の大きな部分を占めている。これは、アッシュをある程度高く含有する燃料については、なおさらそうである。すなわち、予想される燃料のボトム・アッシュ含有量が高い場合、又は炉から粗い若しくは違った形で不適切な流動媒体を取り出す若しくは循環させる必要があるときには、なおさらそうである。エネルギ損失が大きい理由は、炉から取り出されるべきボトム・アッシュが、通常、温度約７００〜８００℃と高温であるからである。例えば、ボイラから流れ出るボトム・アッシュが、１０ｋｇ／ｓ、温度７２５℃の場合、基準温度２５℃、アッシュ熱容量１ｋＪ／ｋｇとすると、ボトム・アッシュ排出中のエネルギ損失は７ＭＷと考えられる。
【０００６】
しかし、従来技術では、ボトム・アッシュのいくらかの熱を回収するいくつかのシステムが既知である。ＥＰ−Ｂ１−０４７１０５５には、ボトム・アッシュがグリッド領域から、動いている特別に設計されたスチール・ベルト上に排出されるボイラ装置が説明されている。熱回収は、冷却空気がボトム・アッシュ流れ及びスチール・ベルト移動に対向して流され、それによって加熱された空気が最後に炉に入るように構成される。
【０００７】
ＷＯ−Ａ１−２００７／１３４８７４には、やはり上記で参照した特許のスチール・ベルト・ボトム・アッシュ排出が向流空気流れと同様に使用されているボイラ装置が説明されている。しかし、この文献では、さらに、ボトム・アッシュの冷却のために水がボトム・アッシュに噴霧され、それによって発生する蒸気が加熱された空気流れと一緒に最終的に炉に入るようになることが教示されている。
【０００８】
上述の特許文献で説明されている熱回収技術は、ボトム・アッシュ排出からの熱回収の可能性を教示しているが、それほど効率的ではない。特に、大量のボトム・アッシュが排出される場合、向流空気流れがアッシュを十分に冷却できないことは明らかである。また、追加の水噴霧を使用したとしても、それには２つのリスクがある。第１には、アッシュが十分に冷却されないこと、第２には、アッシュが十分に冷却されるとしても過剰な量の蒸気が炉に導入される恐れがあることである。さらに、主に、伝熱媒体の機能を果たす空気の効率が悪いため、デバイスが十分な形で機能するとしても、そのサイズが非常に大きく高価になってしまう。さらに、ボトム・アッシュを十分に冷却できるようにするには莫大な量の空気が必要であり、それを燃焼用空気として使用することはボイラの燃焼用空気システムの負の干渉となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＥＰ−Ｂ１−０４７１０５５
【特許文献２】ＷＯ−Ａ１−２００７／１３４８７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、炉から排出されるボトム・アッシュを冷却する新規の効率的な方法を提案することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、発電所内の１つ又は複数の適切な場所でボトム・アッシュからの回収熱を使用するようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記その他の目的は、燃焼プロセスのボトム・アッシュからの熱の回収方法であって、プロセスが、少なくとも、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成されるように、ボイラ装置において熱エネルギを発生させて蒸気又は熱水を生成するために、燃料を燃焼させるステップと、高温蒸気又は水の形の熱エネルギを使用するために導く水管を有する伝熱面を有する少なくとも１つの炉をボイラ装置に設けるステップと、燃焼用空気を炉に供給するステップと、燃料を炉に供給するステップと、ボトム・アッシュを炉から排出するステップと、煙道ガスから熱を集めるステップと、高温蒸気を利用するステップと、蒸気を復水に凝縮するステップと、復水を循環させるステップとを含み、回収熱をボイラ装置内の他の場所に利用する目的で、炉から排出されるボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路に熱回収する、方法によって達成される。
【００１３】
同様に、本発明の上記その他の目的は、燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する装置であって、燃焼プロセスでは、ボイラ装置において燃料が燃焼されて熱が発生し、蒸気又は熱水が生成され、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成され、ボイラ装置は、少なくとも、高温蒸気の形の熱を使用するために導く管を有する伝熱面を備える炉と、燃焼用空気を炉に供給する手段と、燃料を炉に供給する手段と、炉からボトム・アッシュを排出する手段と、煙道ガスから熱回収する手段と、高温蒸気又は熱水を利用する手段と、蒸気を復水に凝縮する手段と、復水を循環する手段とを備え、ボトム・アッシュが、回収熱をボイラ装置内の他の場所で利用する目的で、ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路に熱回収するように構成される手段に排出される、装置によって達成される。
【００１４】
本発明の方法及び装置の他の特徴は、添付の特許請求の範囲において理解することができる。
【００１５】
本発明によって、従来技術のボトム・アッシュ冷却システムに関する問題の少なくともいくつかは解決される。例えば、本発明によって、ボトム・アッシュからの効率的な熱の回収が可能になり、回収した熱を発電所内の必要とされるどこの場所にでも利用できるようになる。
【００１６】
したがって、本発明は、ボイラ効率の著しい向上を可能にする。さらに、本発明によって、必要な場合はいつでも、ボトム・アッシュ冷却デバイス又は装置がより効率的に使用されるようになり、それによって必要な投資が非常に低く済むようになる。
【００１７】
以下において、本発明の方法及び装置が以下の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術の循環流動床ボイラ装置の概略図である。
【図２】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第１の好ましい実施形態の概略図である。
【図３】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第２の好ましい実施形態の概略図である。
【図４】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第３の好ましい実施形態の概略図である。
【図５】循環流動床ボイラと連結して配置される本発明の第４の好ましい実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、単なる一例として従来技術による一般的なボイラ装置の概略を示す。燃料、流動媒体、及び燃焼用空気が導入される炉は、参照番号１０で示されている。炉１０で燃料を燃焼させると熱が発生し、ボトム・アッシュ及び煙道ガスの両方が形成される。ガスは、セパレータ１２に運ばれ、ガスから固体粒子が分離され、その固体粒子は再循環されて炉１０に戻される。炉１０もセパレータ１２も、水管を有する熱交換面を備え、炉及びセパレータ内を移動する煙道ガス及び固体からの熱を集める。煙道ガスは、セパレータ１２からさらに他の熱回収デバイス、過熱器及び再熱器１４に運ばれ、そこでまだ使用可能な煙道ガスの熱が蒸気をさらに加熱するために使用される。例えば、蒸気タービン及び発電機によって発電する等のために高温蒸気の形で、熱が伝達されて使用される。過熱器及び再熱器１４の後、煙道ガスは、煙道ガスからボイラ給水に熱を再び集める節炭器１６を通過する。しばしば、煙道ガスから熱を集める最終ステップは燃焼用空気予熱器１８で行われ、そこで、煙道ガスの熱が、炉１０で燃焼用空気として使用される空気の加熱に使用される。煙道ガス通路において、空気予熱器１８の後には、静電フィルタ／集塵器又はバッグ・フィルタ２０が続き、それは、煙道ガスが煙道ガス・ファン２２によって煙突から大気にベントされる前に煙道ガス中に残っているあらゆる固体粒子を分離する。
【００２０】
節炭器に入るボイラ給水は、蒸気タービン内及び蒸気タービンの下流にある復水器での使用から生じる。復水Ｃは、給水タンク２６に導入されるまでに、最初に、１つ又は複数の低圧予熱器２４において蒸気によって加熱される。給水タンク２６は、水を脱気する。そして、給水タンク２６は、節炭器に水をポンプ輸送する前に加熱するために使用されることもある。ポンプ２８によって給水タンク２６からポンプ輸送される給水は、節炭器１６に入る前に高圧予熱器３０によってさらに加熱され得る。
【００２１】
炉１０の底部はグリッド３２を備える。グリッド３２は、一方では、空気予熱器１８を通ってファン３４によってポンプ輸送された燃焼用、浮遊化又は流動化ガス（一次空気すなわち燃焼用空気と呼ばれる）を炉１０の中に導入し、他方では、アッシュ及び他の破片を炉１０から取り出すためのものである。ボイラ炉１０からグリッド３２を通って排出される材料は、一般的に、ボトム・アッシュと呼ばれる。これには、非燃焼材料、クリンカ、未燃焼燃料アッシュ粒子などが含まれる。一般的に、ボトム・アッシュは、水で満たされたトラフ３６内に排出され、そこで冷却される。次いで、冷却されたボトム・アッシュは、プラントから取り出されて捨てられるか、又は時には建築材料として使用される。
【００２２】
図２〜図５は循環流動床ボイラと連結して例示的なやり方で配置された本発明のいくつかの変形形態の概略を示す。ただし、本発明のボトム・アッシュ冷却装置は、ボトム・アッシュが排出される他のタイプのボイラにも同様に使用可能である。本発明の全ての実施形態に共通する特徴は、ボトム・アッシュが、グリッド３２を通ってボトム・アッシュ冷却手段３８に排出されることである。ボトム・アッシュ冷却手段３８は、モータ４０により駆動される冷却輸送スクリュ装置であることが好ましい。冷却輸送スクリュは、一般的に、水冷式ケーシング及びそこを通る水流を冷却可能な中空シャフトを備える。他の適用可能なボトム・アッシュ冷却手段は、単に数例あげれば、水冷式ドラム冷却器及び水冷式スクレーパ・コンベヤである。図示される本発明の全ての実施形態に共通する他の特徴は、冷却手段３８においてボトム・アッシュの冷却に使用された水が、燃焼用空気の予熱に使用されることである。
【００２３】
図２は、本発明の第１の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。ボトム・アッシュ冷却手段３８は、ボトム・アッシュ冷却回路４２の一部である。ボトム・アッシュ冷却回路４２は、少なくとも、循環ポンプ４４及び熱交換器４６をさらに備える。したがって、冷却回路４２を循環するボトム・アッシュ冷却水からの熱は、熱交換器４６において、閉じた水回路すなわち加熱回路４８に伝達される。加熱回路４８は、熱交換器４６に加えて、少なくとも、循環ポンプ５０及びもう１つの熱交換器５２を含む。加熱回路４８で集められた熱は、熱交換器５２によって燃焼用空気の加熱に使用される。熱交換器５２は、燃焼用空気ファン３４と空気予熱器１８との間に配置されており、それによって、好ましくは回転式空気予熱器である予熱器１８が、熱交換器５２においてすでに加熱された空気を受け入れるようになっている。
【００２４】
このため、燃焼用空気予熱器１８はボトム・アッシュ熱回収前よりも高い温度の空気を受け入れるので、燃焼用空気予熱器１８にはある種の調整が必要となり得る。燃焼用空気予熱器１８が同じもののままであると仮定すれば、ボトム・アッシュ熱回収前と同じくらい効率的に煙道ガス温度を下げることはできず、煙道ガスに含まれるいくらかの熱を損失する恐れがある。したがって、実際には、回収前と同じくらい効率的に熱を煙道ガスから回収することができるようにするには（すなわち、燃焼用空気予熱器後の煙道ガス温度を、ボトム・アッシュ熱回収前と同じとなるように維持することと等しい）、より効率的な燃焼用空気予熱器が必要である。
【００２５】
さらに、図２は、冷却回路４２内及び加熱回路４８内の両方に配置される追加機器を示す。任意選択で、ボトム・アッシュ冷却回路４２は、第１の熱交換器４６の側（すなわち、それと並列）に連結された第２の熱交換器５４を備える。実際には、このさらなる実施形態では、ボトム・アッシュ冷却手段３８から流れてくる冷却水は、燃焼用空気の加熱に必要な熱量に応じて２つの熱交換器である熱交換器４６と熱交換器５４との間で弁（図示せず）によって分けられる。ボトム・アッシュの排出において確実にボトム・アッシュの温度が十分に低くなるように、燃焼用空気予熱で必要とされるよりも多くの熱がボトム・アッシュから回収される、すなわち取り去られるべきときはいつでも、冷却水流れの一部が第２の熱交換器５４に案内され、それによって余分な熱が第２の熱交換器５４によって、冷却水回路４２からもう１つの冷却水回路５６に伝達されるようになっている。言い換えれば、第２の熱交換器５４への冷却水流路を開ける弁（図示せず）の動作は、ホッパ５８に排出されるときのボトム・アッシュの温度、熱交換器５２を出る燃焼用空気の温度、熱交換器４６後の冷却水の温度、及び燃焼用空気予熱器１８を出る燃焼用空気の温度の少なくとも１つによって制御されることが好ましい。この連結によって、確実に、ホッパ５８に排出されるボトム・アッシュの温度が十分に低くなる。加熱回路４８は、燃焼用空気を加熱する第１の熱交換器５２に加えて、第２の熱交換器６０をさらに備える。第２の熱交換器６０は、燃焼用空気を加熱するための追加の熱を加熱回路４８に供給するために、第１の熱交換器５２と直列に配置されている。熱交換器６０は、例えば、起動状態又は部分負荷状態のとき、煙道ガス熱回収でも、ボトム・アッシュ熱回収でも、又はそれらを合わせても燃焼用空気を加熱するのに十分な熱量を供給できないときに使用され得る。第２の熱交換器６０、すなわちその内部の蒸気流れを使用することは、必須ではないが、燃焼用空気予熱器１８の上流の煙道ガスの温度、ホッパ５８に排出されるときのボトム・アッシュの温度、熱交換器５２を出る燃焼用空気の温度、及び燃焼用空気予熱器１８を出る燃焼用空気の温度の少なくとも１つによって制御され得ることが好ましい。
【００２６】
熱交換器を冷却回路内に配置する他のオプションは、第２の冷却回路５６の熱交換器５４を第１の冷却回路の熱交換器４６と直列に（すなわちそれと並列でなく）配置することである。実際、ボトム・アッシュ熱回収装置３８からの熱水が、最初に熱交換器４６において燃焼用空気加熱回路４８の水を加熱し、次いで熱交換器５４へとさらに流れてさらに冷却され、その後その水がポンプ４４によってボトム・アッシュ熱回収装置３８に戻されるというように、この連結は機能する。
【００２７】
図３は、本発明の第２の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。実際、図３の実施形態は、図２の実施形態を簡素化したものである。ここでは、ボトム・アッシュ冷却回路４２及び燃焼用空気加熱回路は、単一の回路４２’にまとめられており、それによって、熱交換器５２’において燃焼用空気を直接加熱するようにボトム・アッシュ冷却水が導かれる。回路４２’は、図２の実施形態の形式で、熱交換器５４を有する追加の冷却水回路５６を含む。当然ながら、上述のように、ある特定の回路（４２、４２’）内に配置されており、前記特定の回路（４２、４２’）の熱交換媒体を冷却する（例えば熱交換器５４である）追加の熱交換器は、他の回路の熱交換媒体又は燃焼用空気を直接加熱するために使用される熱交換器（４６、５２’）と直列又は並列のいずれかで配置され得る。冷却／加熱回路４２’は、図２の熱交換器６０を備える必要はないが、これが燃焼用空気を加熱するただ１つの方法である場合、起動状態及び部分負荷状態のために、対応する熱交換器が、燃焼用空気ラインの熱交換器５２’の前又は後のいずれかに配置されてもよい。
【００２８】
図４は、本発明の第３の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。図４から見られるように、主な構成は図２と同様である。唯一の例外は、バイパス節炭器６２が、煙道ガス通路の節炭器１６と静電集塵器／バッグ・フィルタ２０との間に、燃焼用空気予熱器１８と並列に追加されていることである。復水の一部がポンプ６４によってバイパス節炭器６２を介して給水タンク２６に流されるように、バイパス節炭器６２を低圧予熱器２４’間の復水Ｃ流路に連結することによって、バイパス節炭器６２が復水の予熱に使用される。したがって、節炭器６２は、復水予熱器とも呼ぶことができる。ここで、バイパス節炭器に関して、復水流れについていくつかのオプションがあると理解されるべきである。上述したように、給水タンク前の復水予熱器は、１つだけあってもよく、又は２つより多くてもよい。したがって、バイパス節炭器への復水の流れは、第１の予熱器の前、（図４に示されるように）予熱器間、又は予熱器の後に導かれ得ることが明らかである。バイパス節炭器の使用についての他のオプションには、それを高圧予熱器３０と並列に連結するということがある。当然ながら、第３のオプションは、上記２つのオプションの組み合わせ、すなわちバイパス節炭器に低圧復水および高圧復水の両方ともを循環させることである。給水タンクの前に節炭器と直列に配置される１つ又は複数の予熱器があるか無いかにかかわらず、全復水流れがバイパス節炭器で加熱されることも可能である。
【００２９】
復水予熱器／バイパス節炭器６２が使用される理由は、図２のボトム・アッシュ熱回収装置の使用中、燃焼用空気予熱器が煙道ガスの温度を十分に低下させることができないことがあり、温度が高すぎるままになる（熱エネルギを損失している）ことがあるからである。最大の原因は、熱交換器５２のせいで燃焼用空気予熱器１８に入る煙道ガスの温度とそこから出る燃焼用空気の温度の差が減少してしまうことにある。燃焼用空気予熱器１８後の煙道ガス温度を許容できるほどの低いレベルで維持するように、煙道ガスの一部が燃焼用空気予熱器１８ではなく復水予熱器６２に運ばれ、それによって、燃焼用空気予熱器１８の熱負荷が低減され、空気予熱器１８後の煙道ガスの温度が、新たなボトム・アッシュ熱回収装置前と同じ又はそれよりも低く維持されるようになる。或いは、応用例の中には、追加の節炭器を、空気予熱器の上流又は下流のいずれかに、空気予熱器１８と直列に配置するのが好ましいものもある。
【００３０】
本発明の上述の実施形態は、冷却装置を出るボトム・アッシュの温度も、予熱器１８の燃焼用空気の加熱も制御する多数の様々なやり方を提供する。当然、図２の実施形態に関連して述べた制御はここでも適用可能であるが、バイパス節炭器６２が使用されるので、その制御は図２で述べたものと互換性がなければならない。言い換えれば、バイパス節炭器６２への煙道ガスの導入を調整する弁（図示せず）は、燃焼用ガス予熱器１８を出る煙道ガスの温度によって制御され得る。言い換えれば、燃焼用空気予熱器１８を出る煙道ガスの温度が高いほど、煙道ガスのより多くの部分がバイパス節炭器６２に入ることが許容される。バイパス節炭器６２への復水Ｃの流れも制御されなければならない。実現可能な制御方法の１つは、節炭器６２に流入する煙道ガスに応じて復水をバイパス節炭器に流すことである。最終的に、ボトム・アッシュの冷却後すなわち燃焼用空気予熱後のボトム・アッシュの温度だけでなく、煙突に入る煙道ガスの温度も、エネルギ損失を最低限に抑えるように制御されなければならない。
【００３１】
図５は、本発明の第４の好ましい実施形態によるボトム・アッシュ熱回収装置を示す。図５によれば、図５の構成は、図４で述べた構成をさらに発展させたものである。いくつかのボイラ・プラントが、静電集塵器後２０の煙道ガスから熱回収して燃焼用空気を加熱するように設計されているということが、本発明の本実施形態の出発点である。したがって、そのような既知の構成は、煙道ガス・ファン２２後に配置される煙道ガス冷却器６６、及び燃焼用空気流路内の燃焼用空気ファン３４後に配置される燃焼用空気加熱器５２を備える水回路からなる。このとき、上述の既知の構成は、すでに述べたような冷却回路４２によってボトム・アッシュから回収される熱を利用する燃焼用空気加熱回路４８に連結される。（熱交換器４６を備えた）ボトム・アッシュ冷却手段３８からの熱も煙道ガス熱回収手段６６すなわち煙道ガス冷却器からの熱も、燃焼用空気加熱回路４８に交換される。煙道ガス冷却器６６による熱回収が新たなボトム・アッシュ熱回収の連結の前と同じレベルに維持されることが求められるとすれば、それは燃焼用空気予熱器１８の前の燃焼用空気温度が上昇することを意味する。しかし、燃焼用空気予熱器１８後の燃焼用空気温度は、同様に上昇し得ない。というのも、燃焼用空気予熱器１８に入る煙道ガスの温度とそこを出る燃焼用空気の温度との間には若干の差しか存在し得ないからである。これは、燃焼用空気予熱器１８を通る煙道ガスを減らしバイパス節炭器６２を通る煙道ガスを増やし、それによってそれぞれ空気予熱器１８の熱負荷が減少しバイパス節炭器６２の熱負荷が増大されることによって補われる。
【００３２】
上述の説明を考慮して、本発明の最も好ましい実施形態のごくわずかしか述べられていないと理解されるべきである。したがって、本発明は、上記で開示の実施形態だけに限定されず、添付の特許請求の範囲内で多くのやり方で修正可能であることが明らかである。また、本発明の特定の実施形態の特徴は、本発明の基本的な概念の範囲内で他の実施形態の特徴と結びつけて適用可能であり、又は様々な実施形態からの特徴が組み合わされて実用的で技術的に実行可能な構造になってもよいと理解されるべきである。言い換えれば、図２、図３、図４の実施形態の燃焼用空気加熱回路内に配置される追加の加熱手段６０が図５の実施形態に利用されてもよいことが明らかである。同様に、ボトム・アッシュから回収される熱の利用は、燃焼用空気の加熱に使用され得るだけでなく、ボイラ装置又は発電所内での他の利用も可能である。例えば、その熱を復水の加熱に使用することもできる。さらなる応用例は、回収熱を発電所の建屋の暖房に使用する、又はその熱を地域暖房目的に供給することに関する。また、ボトム・アッシュ冷却を複雑にしないように、すなわちボトム・アッシュ冷却手段と並列に煙道ガス熱回収を連結することによって確実に連結が行われるのであれば、図５の実施形態の、静電集塵器後の煙道ガスから熱回収する熱交換器６６を、図２、図３、図４の実施形態に連結し、追加のエネルギを燃焼用空気加熱回路４８又はボトム・アッシュ冷却回路（４２’）にもたらすこともできる。さらに、燃焼用空気の加熱に使用される熱交換器５２は、ファン３４の上流に配置されてもよく、必ずしもその後でなくてもよいと理解されるべきである。最後に、「復水」という用語は、ボイラ装置に戻る水であり、気体状態（すなわち蒸気）になっておらず、使用されて冷却された熱水であるようなものを包含するように広範に理解されるべきであると理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する方法であって、前記プロセスが、少なくとも、
− 煙道ガス及びボトム・アッシュが形成されるように、ボイラ装置において熱エネルギを発生させて蒸気又は熱水を生成するために、燃料を燃焼させるステップと、
− 高温蒸気又は熱水の形の前記熱エネルギを使用するために導く水管を有する伝熱面を有する少なくとも１つの炉（１０）を、前記ボイラ装置に設けるステップと、
− 燃焼用空気を前記炉（１０）に供給するステップと、
− 燃料を前記炉（１０）に供給するステップと、
− ボトム・アッシュを前記炉（１０）から排出するステップと、
− 前記煙道ガスから熱を集めるステップと、
− 前記高温蒸気又は熱水を利用するステップと、
− 前記蒸気を復水（Ｃ）に凝縮させるステップと、
− 前記復水（Ｃ）を循環させるステップと
を含む、方法において、
− 回収熱を前記ボイラ装置内の他の場所に利用する目的で、前記炉（１０）から排出された前記ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路（４２、４２’）に熱回収することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記燃焼用空気の予熱、又は前記復水（Ｃ）の予熱のように、前記ボイラ装置内の適切な場所において前記回収熱を利用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷却水から前記燃焼用空気に熱交換するために、前記ボトム・アッシュ冷却水回路（４２’）内に燃焼用空気加熱手段（５２’）を配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２）から燃焼用空気加熱回路（４８）に熱交換することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
煙道ガスから回収される熱によって前記燃焼用空気を予熱する前に、前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）から前記燃焼用空気に熱交換することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
予熱手段（１８）に導入される煙道ガスの量を減少させ、それによって前記煙道ガスの温度制御を向上させるように、前記燃焼用空気を予熱する手段（１８）と並列にバイパス節炭器（６２）を配置することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記バイパス節炭器（６２）によって前記煙道ガスから前記復水（Ｃ）に熱回収することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
固体を前記煙道ガスから分離する前記手段（２０）が、静電セパレータであり、前記燃焼用空気の加熱のために静電集塵器（２０）後に前記煙道ガスから熱回収することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃焼用空気の加熱のために、前記静電集塵器（２０）後の前記煙道ガスから前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）に熱回収することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
追加の冷却手段（５４）を前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２、４２’）内に配置することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
追加の加熱手段（６０）を前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）内に配置することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する装置であって、前記燃焼プロセスでは、ボイラ装置において燃料が燃焼されて熱が発生し、蒸気又は熱水が生成され、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成され、前記ボイラ装置は、少なくとも、高温蒸気の形の前記熱を使用するために導く水管を有する伝熱面を備える炉（１０）と、燃焼用空気を前記炉に供給する手段（３４）と、燃料を前記炉に供給する手段と、前記炉（１０）からボトム・アッシュを排出する手段（３２）と、前記煙道ガスから熱回収する手段（１４、１６、１８）と、高温蒸気又は熱水を利用する手段と、前記蒸気を復水（Ｃ）に凝縮する手段と、前記復水（Ｃ）を循環する手段（２８）とを備える装置において、
前記ボトム・アッシュが、回収熱を前記ボイラ装置内の他の場所で利用する目的で、前記ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路（４２、４２’）に熱回収するように構成される手段（３８）に排出されることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）が、前記回路（４２’）から前記燃焼用空気に熱交換する熱交換器（５２’）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ボトム・アッシュ冷却水回路（４２）が、前記燃焼用空気の加熱のために前記冷却水回路（４２）から燃焼用空気加熱回路（４８）に熱交換する熱交換器（４６）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記燃焼用空気加熱回路（４８）が、前記燃焼用空気を加熱する熱交換器（５２）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
バイパス節炭器（６２）が、前記煙道ガスの一部が燃焼用空気予熱器（１８）を迂回可能にするように、前記燃焼用空気を加熱する前記燃焼用空気予熱器（１８）と並列に配置されることを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記バイパス節炭器（６２）が、前記復水（Ｃ）を予熱するように、復水（Ｃ）流路と流体連通するように配置されることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記バイパス節炭器（６２）が、前記復水（Ｃ）流路の給水タンク（２６）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
さらに他の熱交換器（６６）が、最後の固体分離手段すなわち静電集塵器（２０）の後において前記煙道ガスから熱回収するように、前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）内に配置されることを特徴とする、請求項１２から１８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２、４２’）が、前記回路（４２、４２’）の水を冷却する手段（５４）を備えることを特徴とする、請求項１２から１９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記燃焼用空気加熱回路（４８）が、前記回路（４８）の水を加熱する手段（６０、６６）を備えることを特徴とする、請求項１２から２０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ボトム・アッシュ冷却手段（３８）が、冷却輸送スクリュ、水冷式ドラム冷却器及び水冷式スクレーパ・コンベヤのうちの１つを備えることを特徴とする、請求項１２から２１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１】
燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する方法であって、前記プロセスが、少なくとも、
− 煙道ガス及びボトム・アッシュが形成されるように、ボイラ装置において熱エネルギを発生させて蒸気又は熱水を生成するために、燃料を燃焼させるステップと、
− 高温蒸気又は熱水の形の前記熱エネルギを使用するために導く水管を有する伝熱面を有する少なくとも１つの炉（１０）を、前記ボイラ装置に設けるステップと、
− 燃焼用空気を前記炉（１０）に供給するステップと、
− 燃料を前記炉（１０）に供給するステップと、
− ボトム・アッシュを前記炉（１０）から排出するステップと、
− 前記煙道ガスから熱を集めるステップと、
− 前記高温蒸気又は熱水を利用するステップと、
− 前記蒸気を復水（Ｃ）に凝縮させるステップと、
− 前記復水（Ｃ）を循環させるステップと
を含む、方法において、
− 回収熱を前記ボイラ装置内の他の場所に利用する目的で、前記炉（１０）から排出された前記ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路（４２、４２’）に熱回収することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記燃焼用空気の予熱、又は前記復水（Ｃ）の予熱のように、前記ボイラ装置内の適切な場所において前記回収熱を利用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷却水から前記燃焼用空気に熱交換するために、前記ボトム・アッシュ冷却水回路（４２’）内に燃焼用空気加熱手段（５２’）を配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２）から燃焼用空気加熱回路（４８）に熱交換することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
煙道ガスから回収される熱によって前記燃焼用空気を予熱する前に、前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）から前記燃焼用空気に熱交換することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
予熱手段（１８）に導入される煙道ガスの量を減少させ、それによって前記煙道ガスの温度制御を向上させるように、前記燃焼用空気を予熱する手段（１８）と並列にバイパス節炭器（６２）を配置することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記バイパス節炭器（６２）によって前記煙道ガスから前記復水（Ｃ）に熱回収することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
固体を前記煙道ガスから分離する前記手段（２０）が、静電セパレータであり、前記燃焼用空気の加熱のために静電集塵器（２０）後に前記煙道ガスから熱回収することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃焼用空気の加熱のために、前記静電集塵器（２０）後の前記煙道ガスから前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）に熱回収することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
追加の冷却手段（５４）を前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２、４２’）内に配置することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
追加の加熱手段（６０）を前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）内に配置することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
燃焼プロセスのボトム・アッシュから熱回収する装置であって、前記燃焼プロセスでは、ボイラ装置において燃料が燃焼されて熱が発生し、蒸気又は熱水が生成され、煙道ガス及びボトム・アッシュが形成され、前記ボイラ装置は、少なくとも、高温蒸気の形の前記熱を使用するために導く水管を有する伝熱面を備える炉（１０）と、燃焼用空気を前記炉に供給する手段（３４）と、燃料を前記炉に供給する手段と、前記炉（１０）からボトム・アッシュを排出する手段（３２）と、前記煙道ガスから熱回収する手段（１４、１６、１８）と、高温蒸気又は熱水を利用する手段と、前記蒸気を復水（Ｃ）に凝縮する手段と、前記復水（Ｃ）を循環する手段（２８）とを備える装置において、
前記ボトム・アッシュが、回収熱を前記ボイラ装置内の他の場所で利用する目的で、前記ボトム・アッシュからボトム・アッシュ冷却水回路（４２、４２’）に熱回収するように構成される手段（３８）に排出されることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）が、前記回路（４２’）から前記燃焼用空気に熱交換する熱交換器（５２’）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ボトム・アッシュ冷却水回路（４２）が、前記燃焼用空気の加熱のために前記冷却水回路（４２）から燃焼用空気加熱回路（４８）に熱交換する熱交換器（４６）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記燃焼用空気加熱回路（４８）が、前記燃焼用空気を加熱する熱交換器（５２）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
バイパス節炭器（６２）が、前記煙道ガスの一部が燃焼用空気予熱器（１８）を迂回可能にするように、前記燃焼用空気を加熱する前記燃焼用空気予熱器（１８）と並列に配置されることを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記バイパス節炭器（６２）が、前記復水（Ｃ）を予熱するように、復水（Ｃ）流路と流体連通するように配置されることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記バイパス節炭器（６２）が、前記復水（Ｃ）流路の給水タンク（２６）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
さらに他の熱交換器（６６）が、最後の固体分離手段すなわち静電集塵器（２０）の後において前記煙道ガスから熱回収するように、前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２’）又は前記燃焼用空気加熱回路（４８）内に配置されることを特徴とする、請求項１２から１８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ボトム・アッシュ冷却回路（４２、４２’）が、前記回路（４２、４２’）の水を冷却する手段（５４）を備えることを特徴とする、請求項１２から１９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記燃焼用空気加熱回路（４８）が、前記回路（４８）の水を加熱する手段（６０、６６）を備えることを特徴とする、請求項１２から２０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ボトム・アッシュ冷却手段（３８）が、冷却輸送スクリュ、水冷式ドラム冷却器及び水冷式スクレーパ・コンベヤのうちの１つを備えることを特徴とする、請求項１２から２１までのいずれか一項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１５２３１（Ｐ２０１３−５１５２３１Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４５３６４（Ｐ２０１２−５４５３６４）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２０１０／０５１０２１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６９９４
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０６４２５２５１）フォスター ホイーラー エナージア オサケ ユキチュア (23)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２０１０／０５１０２１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６９９４
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０６４２５２５１）フォスター ホイーラー エナージア オサケ ユキチュア (23)
【Ｆターム（参考）】
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