JP2003194324A - クリンカ灰の水流式排出装置および排出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多種の石炭を使用する石炭燃焼炉から排出され
るクリンカ灰スラリーをアッシュポンプ８を用いて容易
に水流輸送する。 【解決手段】水流輸送を制御するシーケンス制御システ
ムを設ける。使用する燃料石炭の種類にもとづき個別に
設定された複数のシーケンス制御システムを、選択可能
に装着する。時間とアッシュポンプの吐出圧力とにもと
づいて水流輸送に使用する補給水量の制御を含めておく
ことが実際的である。クリンカホッパ２からクリンカ灰
スラリーを排出する初動期において、一定時間、補給水
の供給量を増加させることが好ましい。使用燃料石炭の
炭種が多い大型火力発電所などに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、大型石炭燃焼炉に
おけるクリンカ灰の水流式排出装置および排出方法に関
する。詳しくは、火力発電所などに設置される大型石炭
燃焼炉の炉底部に設けられたクリンカホッパから、間欠
的に排出されるクリンカ灰（ボトムアッシュともいう）
のスラリーを、補給水により希釈してアッシュポンプを
用い次工程に水流輸送するクリンカ灰の水流式排出装置
および排出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ用石炭燃焼炉の水管表面や炉壁に
付着したクリンカ灰は、逐次、炉底に落下する。現在、
多くの大型石炭火力発電所では、このクリンカ灰を水中
に落下させて一旦貯留し、スラリー状態のまま間欠的に
炉外に排出してクリンカ灰の処理装置まで水流輸送す
る、クリンカ灰の水流式排出装置および排出方法が採用
されている。

【０００３】図１を参照して一般的なクリンカ灰の水流
式排出装置のフローを説明する。燃焼炉１の底部に水４
を貯留した逆四角錐形のクリンカホッパ２を設け、クリ
ンカ灰３を水中に落下させる。クリンカ灰３は、貯留さ
れた水４によって急冷、破砕されて、クリンカホッパ２
中で貯留水とともにスラリー状で保持される。保持され
たクリンカ灰スラリーは、「灰出し操作」と称し一定の
時間ごとに間欠的にホッパ底部のアッシュゲート５を開
いてクリンカクラッシャ６を通り濃いスラリー状で排出
される。クリンカホッパ２が複数の場合、アッシュゲー
ト５は順次に開かれクリンカ灰スラリーは順次に排出さ
れる。灰出し操作は、貯留水を供給しながら貯留水面を
保持して行うが、この「水位保持処理」を数回〜十数回
行う間に１回の割合で、貯留水を全て抜き出しホッパを
空の状態にして内部を確認した後、貯留水を元通りに補
給する「水抜き処理」を実施している。

【０００４】貯留水と共に排出されたクリンカ灰スラリ
ーは、クリンカクラッッシャ６を通過して最大４０ｍｍ
程度の大きさに粉砕され、ジェットポンプにより灰流し
管９を経て次工程、多くの場合クリンカ灰を分離・処理
する沈降脱水槽（不図示）などに水流輸送される。沈降
脱水槽などは一般に燃焼炉と離れた位置に設けられてい
るので、灰流し管９は比較的長い距離になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本願発明者は、かねて
から前記処理におけるジェットポンプ方式に替え、エネ
ルギー効率が高く騒音の低い遠心式アッシュポンプの実
用化を試みていたが、最近では利用技術が向上したこと
により（例えば特開平６−８２０２９号公報の記載）そ
の採用が増加してきた。ところで、クリンカ灰は粒径お
よび粒度分布が大きくシリカ分を多量に含む摩耗性物質
であって、そのスラリーは燃料用微粉炭スラリーなどと
は性状が異なり水流輸送中に閉塞現象を起こしやすい。
加えて、前記クリンカホッパ内のクリンカ灰スラリー濃
度は一定ではなく底部において高くなっているので、排
出初期に高濃度のクリンカ灰スラリーが大きな濃度変化
をともなって排出される。

【０００６】従来、利用されていたジェットポンプ方式
の場合は、駆動源として供給される多量の水がクリンカ
ホッパから排出されるクリンカ灰スラリーと混合するた
め、水流輸送中のスラリーが希釈されて低濃度になり、
特別の操作を実施しないでもスラリー輸送管路が閉塞す
ることは稀であった。

【０００７】一方、アッシュポンプ方式を採用した水流
輸送の場合は、クリンカホッパからの濃厚なクリンカ灰
スラリーに別のポンプ等により補給水を加えて希釈し、
希釈されたクリンカ灰スラリーをアッシュポンプを通過
させて輸送するものであり、駆動源は電動機でジェット
ポンプ方式に較べて所要水量は少ない。補給水量は、ク
リンカ灰のの排出量に合わせて定め、供給量はオリフィ
ス用いて制限し、排出中のクリンカ灰スラリーに一定量
の補給水を混合し、エネルギーの節減をはかりつつ最小
限の労務構成をもって操業を実施していた。

【０００８】最近、火力発電所などの大型化が進行し、
燃料に使用される石炭の産地、炭種、銘柄などが複数に
なって品質変動が大きくなってきた。石炭に含まれる灰
分量によって適切な操作条件が異なり、不適切な操作を
行って灰流し管等の閉塞が予知され、対応に追われるケ
ースが増えてきた。このような状況から現在のプロセス
では、クリンカ灰スラリー排出操作に際しクリンカホッ
パまわりに２、３人の操作員を配置してクリンカ灰の排
出状況を監視しつつ、状況に応じてバイパス弁などを手
動操作しトラブルに対応して操業を続けている。

【０００９】ところがこのところ、燃料に使用される石
炭の種類が増えて、たとえば灰分量に５〜３０％の差の
ある石炭を使用し、排出されるクリンカ灰の性状が異な
る上に排出量に数倍の差を生じるようになってきた。ク
リンカ灰スラリー排出操作を誤るとクリンカ処理がトリ
ップし、ひいては電力供給に影響しかねない状況にな
る。当然、クリンカホッパから排出される灰量や性状の
変化に対し、適時、適量の補給水を供給する目的で工業
用テレビやセンサ類を用いて監視することも再々試みら
れてきたが、泥水の付着や摩耗などのために信頼性に乏
しく所期の効果を得ることができていない。本発明は、
これらアッシュポンプによるクリンカ灰水流式排出の問
題に対処するため、データの収集、さまざまな検討、研
究、実機による確認試験などを繰り返し、完成したもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め本発明は、大型石炭燃焼炉ボトムのクリンカホッパか
ら間欠的に排出されるクリンカ灰スラリーを、アッシュ
ポンプを用いて次工程に水流輸送するクリンカ灰の水流
式排出装置において、水流輸送を制御するシーケンス制
御システムを設けたことを特徴とするクリンカ灰水流式
排出装置を提供する。前記シーケンス制御システムは、
使用する燃料石炭の種類にもとづき個別に設定された複
数のシーケンス制御システムを、選択可能に装着してお
くことが望ましい。具体的には、時間とアッシュポンプ
の吐出圧力とにもとづいて水流輸送に使用する補給水量
の制御を含めておくことが実際的である。また、クリン
カホッパからクリンカ灰スラリーを排出する初動期にお
いて、一定時間、補給水の供給量を増加させることが好
ましい。

【００１１】さらに本発明は、石炭燃焼炉のクリンカホ
ッパから間欠的に排出されるクリンカ灰スラリーを、ア
ッシュポンプを用いて水流輸送するクリンカ灰の水流式
排出方法において、燃料石炭の種類別ごとに水流輸送を
制御するシーケンス制御システムを設定し、前記シーケ
ンス制御システムを用いてクリンカホッパから排出され
るクリンカ灰スラリーを次工程に水流輸送することを特
徴とするクリンカ灰の水流式排出方法を提供する。前記
排出方法においては、時間とアッシュポンプの吐出圧力
とにもとづいて補給水流量を制御することが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細について実施
形態例をあげ、図面を参照して具体的に説明する。図１
にクリンカホッパ２から灰流し管（スラリー水流輸送
管）９に至る間の概略フローを示した。

【００１３】さて、前記アッシュポンプ８によるクリン
カ灰スラリーの安定した水流輸送に必要な操作条件は、
主に燃料石炭の種類およびクリンカホッパ２の操作条件
によって決まる。本発明は、この水流輸送の安定操業に
必要な要件を、石炭の種別（炭種）ごとに操業記録を検
討、集約化した結果、燃料石炭の性状（炭種に集約され
る）にもとづくシーケンス制御を採用することにより、
好ましくは補給水の量、補給量変更のタイミングなどを
制御して前記の課題を解決できることを見出したもので
ある。そして、アッシュポンプ８の吐出圧力の変動が安
定輸送の重要な指標になり得ることが判明した。

【００１４】本発明の詳細を具体的に説明するため、図
２に前記水位保持処理時におけるシーケンス制御の実施
形態例を示す概略のフローチャート、図３にその作動状
態例をダイヤグラムで示した。なお、図２，図３には、
併せて前記水流輸送のトラブル予知と未然防止に関連し
て、アッシュポンプ８における吐出圧力の変動、および
対応操作を示した。同様に図４に水抜き処理時における
シーケンス制御例の概略フローチャートを、図５にはそ
の作動状態ダイヤグラム例を示した。

【００１５】図２および図３を参照して水位保持処理に
おけるクリンカ灰排出処理におけるシーケンス制御の一
例を逐次説明する。クリンカ灰排出処理操作の休止中、
クリンカホッパの貯留水の水位は（Ｌ0 ）に保たれてい
る（図３には不図示）。また、アッシュゲート５が閉め
られている間も、所定開度の補給水調整弁１０を通じて
一定量（Ｑ1 ）の補給水がクリンカホッパ２底部の補給
水管路７に供給され、残スラリーによる管路閉塞を防止
している。灰出し時刻、すなわちアッシュゲート５を開
く時刻の（Ｔ1 ）時間前になると、アッシュポンプ８を
起動させて灰流し管９に通水を開始し、前記補給水（Ｑ
1 ）の大部分（Ｖ１ )が灰流し管９に流され吐出圧
（Ｐ）は０から（Ｐ1 ）に上昇する。

【００１６】灰出し時刻になるとアッシュゲート５を開
いてクリンカホッパ２内のクリンカ灰スラリーの排出が
始まり、スラリー流量は（Ｖ2 ）に増加する。同時に補
給水調整弁１０の開度をあげて補給水量を（Ｑ2 ）に増
やし、アッシュスラリーを希釈してアッシュ分離装置ま
で送出する。吐出側灰流し管９など水流輸送が正常であ
ればアッシュポンプの吐出圧は操作中（Ｐ1max）を超え
ることはなく、アッシュスラリー（Ｖ2 ）の排出が続け
られる。アッシュゲート５を開いてから所定時間（Ｔ2
）経過後、吐出圧Ｐが（Ｐ1max）以下に保持されてお
れば、補給水量を通常値の（Ｑ1 ）に戻す。そして、所
定の排出処理時間（Ｔ３）経過後にアッシュゲート５を
閉鎖し、所定時間（Ｔ４ ）のラインパージを実施して
クリンカ灰排出操作を終了する。複数のクリンカホッパ
が設けられている装置では、通常、１基づつ順次に灰出
しを実施させる。

【００１７】しかし、前記操作中に（Ｐ）が（Ｐ1max）
を超えた場合には、これを放置すればアッシュポンプ８
の送水量（Ｖ）が低下し、吐出側や吸込側においてクリ
ンカ灰が沈降し灰流し管９などを閉塞するおそれがある
ので、補給水調整弁１０の開度をあげて補給水量を（Ｑ
4 ）まで増加する。この操作によって管内流速が増加し
スラリーの沈降が防止されて管路内は円滑な流れに戻
る。（Ｐ）は（Ｐ1max）以下に降下し補給水量は（Ｑ1
）に戻される。

【００１８】まれに上記の希釈操作によっても（Ｐ）が
（Ｐ1max）以下に下がらず、逆に別途設定した上限値
（Ｐ2max）を超えることがある。その際には、補給水調
整弁１０の補給水バイパス弁１１を開いて補給水量を
（Ｑ4 ＋Ｑb ）にひきあげ、警報を伝達する。その結
果、（Ｐ）が（Ｐ2max）以下に戻れば、補給水バイパス
弁１１を閉じて補給水量を（Ｑ4 ）にし、以下、前記手
順に準じて灰流し操作は正常に補給水量は（Ｑ1 ）に戻
される。しかし、（Ｐ）が一定時間（Ｔ５）を過ぎても
上限値（Ｐ２max）を超え続けることがあれば、自動処
理では除去できない閉塞が発生したものと判断し、手動
操作に切り替え、あるいはアッシュゲート５を閉鎖する
等の臨機の処置がとられる。

【００１９】水抜き処理時におけるシーケンス制御も図
４、図５に示されるように、上記の水位保持処理に準じ
て、また、アッシュポンプ８における吐出圧力の異常上
昇に対する対応も前記に準じて実施される。

【００２０】上記は本発明クリンカ灰排出におけるシー
ケンス制御の一例を示したものであって、たとえば補給
水量の制御段階、異常検知手段などは、使用する石炭の
種類、燃焼炉の操業条件などにより適宜に検討し選択す
ることができる。とくに、燃料石炭は、産地、炭種、銘
柄等によって含有灰分量や灰分の組成の差が大きく、そ
れにともないてスラリー性状が別異のものになって、そ
れぞれ好ましい灰出し操作サイクル、補給水供給量を採
用する必要がある。本発明においては、燃料石炭の種類
別に操業経験や蓄積データにより最適と考えられる複数
の シーケンス制御システムを策定し選択可能に装着し
ておくことによって、燃料石炭の変更にも容易に対応す
ることができる。

【００２１】前記の本発明に係るシーケンス制御システ
ムは、操作時間およびアッシュポンプ吐出圧力を検出端
として、水流輸送に使用する補給水の量を制御するシス
テムを中心に構成する。通常、アッシュポンプ吐出圧力
がスラリーの水流輸送状態を正確に検知し、かつその信
頼性が高いからであり、吐出圧力の許容範囲を超える上
昇に対して補給水量を増やし、スラリー濃度を下げるこ
とによって、クリンカ灰スラリーの水流輸送を正常な状
態に復帰させることができる。

【００２２】また、アッシュゲートを開き、クリンカホ
ッパからクリンカ灰スラリーを排出する初動期において
は、クリンカホッパの底部に沈降したクリンカ灰のた
め、濃度の高いスラリーが排出され灰流し管などでの閉
塞が発生しやすいので、あらかじめ一定時間、補給水の
供給量を増加させておくことが望ましい。補給水の増加
量は石炭の種類ごとに操業試験等により決めることがで
きる。そして、本発明の信頼性を向上させるために、制
御システムには操業実績による学習効果を反映させると
よい。

【００２３】

【発明の効果】本発明を利用すれば、従来のアッシュポ
ンプ使用装置に比べて使用する補給水量が若干増加する
が、ジェットポンプを利用するよりも少ない補給水量
で、閉塞防止に対する信頼性が高く、労務コストを節減
したクリンカ灰の水流式排出装置を提供することができ
る。本発明は、使用燃料石炭の炭種が多い大型火力発電
所などでとくに有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施態様例を示すクリンカホッパ２か
らスラリー水流輸送管に至る概略フローフローシート

【図２】 水位保持処理時のシーケンス制御実施例フロ
ーチャート

【図３】 図２の作動状態例ダイヤグラム、及びアッシ
ュポンプ吐出圧力異常上昇に対する対応例ダイヤグラム

【図４】水抜き処理時におけるシーケンス制御例のフロ
ーチャート

【図５】図４の作動状態ダイヤグラム例

【符号の説明】

１：燃焼炉 ２：クリン
カホッパ ３：クリンカ灰 ４：貯留水 ５：アッシュゲート ６：クリン
カクラッシャ ７：補給水（配管） ８：アッシ
ュポンプ ９：灰流し管（クリンカ灰水流輸送管 １０：補給水
調整弁 １１：補給水バイパス弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中原 武義 東京都千代田区九段北４丁目２番６号開発 電気株式会社内 (72)発明者 貝原 広行 大阪府大阪市北区堂島１丁目５番２号プラ ント技研株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 PA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大型石炭燃焼炉ボトムのクリンカホッパか
   ら間欠的に排出されるクリンカ灰スラリーを、アッシュ
   ポンプを用いて次工程に水流輸送するクリンカ灰の水流
   式排出装置において、水流輸送を制御するシーケンス制
   御システムを設けたことを特徴とするクリンカ灰水流式
   排出装置。
2. 【請求項２】燃料石炭の種類にもとづき個別に設定され
   た複数のシーケンス制御システムが、選択可能に装着さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のクリンカ灰の
   水流式排出装置。
3. 【請求項３】シーケンス制御システムが、時間とアッシ
   ュポンプの吐出圧力とにもとづいて、水流輸送に使用す
   る補給水量を制御することを含むものであることを特徴
   とする請求項１または２記載のクリンカ灰の水流式排出
   装置。
4. 【請求項４】シーケンス制御システムが、クリンカホッ
   パからクリンカ灰スラリーを排出する初動期において一
   定時間、補給水供給量を増加させる制御を含むものであ
   ることを特徴とする請求項１、２または３記載のクリン
   カ灰の水流式排出装置。
5. 【請求項５】石炭燃焼炉のクリンカホッパから間欠的に
   排出されるクリンカ灰スラリーを、アッシュポンプを用
   いて水流輸送するクリンカ灰の水流式排出方法におい
   て、燃料石炭の種類別ごとに水流輸送を制御するシーケ
   ンス制御システムを設定し、前記シーケンス制御システ
   ムを用いてクリンカホッパから排出されるクリンカ灰ス
   ラリーを次工程に水流輸送することを特徴とするクリン
   カ灰の水流式排出方法。
6. 【請求項６】時間とアッシュポンプの吐出圧力とにもと
   づいて補給水流量を制御することを特徴とする請求項５
   記載のクリンカ灰の水流式排出方法。