JP2006112720A

JP2006112720A - 灰除去方法

Info

Publication number: JP2006112720A
Application number: JP2004301099A
Authority: JP
Inventors: Miki Shimogoori; 三紀下郡
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】付着灰の少ない個所に水を噴霧しても熱衝撃で伝熱管に亀裂が入るなどの問題を回避した水噴霧で炉壁の付着灰を除去すること。
【解決手段】炉内に添加剤を含有する液体を噴霧して炉壁に付着した灰を除去する灰除去方法において、１）石炭灰の粘度が２５０−１００００ポイズとなる温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いかあるいは低くなるように添加剤の投入量を調整すること、２）前記温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるよう添加剤の成分を調整すること、３）炉内雰囲気温度が前記温度域Ｔ_250-10000より高いかあるいは低くなるよう火炉内雰囲気温度を調整することにより、
添加剤含有液体を炉内に噴霧して灰を除去する灰除去方法である。
【選択図】図１

Description

石炭焚きボイラ、地熱発電の熱交換器などの炉内に添加剤を含有した液体を噴霧して灰を除去する灰除去方法に関する。

特に海外の石炭焚きボイラにおいて、灰付着性のある石炭を燃料として使用するケースが多くある。このような灰付着性の激しい石炭をボイラ火炉で燃焼させると、炉壁に灰が付着し易くなる。炉壁に付着した灰は水を噴霧して熱衝撃で除去する方法が用いられている。前記灰付着性石炭を燃料として用いて生じた炉壁付着灰は従来から石炭焚きボイラで常用されている蒸気噴霧（スートブロア）では除去できないので、前記噴霧水を用いる熱衝撃により除去する。
また、炉内の灰付着を低減するために石炭に添加剤を混ぜて使用する方法も知られている。
特開２００２−２８５１７９号公報特開平１０−２８７８９０号公報

前記噴霧水を用いる熱衝撃により炉内の灰付着を除去する方法では、付着灰の少ない個所に水が噴霧された場合に伝熱管に亀裂が入ることなどが懸念される。しかもこのような問題が発生する可能性は水を噴霧する回数が増えるほど増加する。

また、炉内の灰付着を低減するために石炭に添加剤を混ぜて使用する方法では添加剤の使用方法に一定の基準は設けられていないため、全く効果がない場合や、逆に添加剤の使用により炉内に強固なクリンカが形成される場合もあり、添加剤を使用する際の石炭の燃焼方法に対する適切な指針が求められているのが実情である。

本発明の課題は、付着灰の少ない個所に水を噴霧しても熱衝撃で伝熱管に亀裂が入るなどの問題を回避した水噴霧で炉壁の付着灰を除去することである。

本発明の上記課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、炉内に添加剤を含有する液体を噴霧して炉壁に付着した灰を除去する灰除去方法において、石炭灰の粘度が２５０−１００００ポイズとなる温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるように、添加剤の投入量を調整した添加剤含有液体を炉内に噴霧して灰を除去する灰除去方法である。

請求項２記載の発明は、前記温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるように、添加剤の成分を調整して添加剤含有液体を火炉内に噴霧して灰を除去する請求項１記載の灰除去方法である。

請求項３記載の発明は、炉内雰囲気温度が前記温度域Ｔ_250-10000より高いか、あるいは低くなるように、火炉内雰囲気温度を調整して添加剤含有液体を炉内に噴霧して灰を除去する請求項１記載の灰除去方法である。

（作用）
本発明は炉壁に噴霧する水に添加剤を混ぜることにより、灰の成長を遅らせ、水噴霧の回数を減らし、水噴霧時に伝熱管に亀裂が生じるという問題を低減するものである。また、本発明では、添加剤を使用する際、石炭灰の粘度が２５０−１００００ポイズとなる温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるように、添加剤の投入量、成分を調整すること、又は炉内雰囲気温度を調整することにより、添加剤の不適切な使用により生じる灰除去効果を良くし、炉内に除去が困難な強固なクリンカを形成させないようにする。

本発明の請求項１〜４記載の発明によれば、次のような効果がある。
１．炉壁への付着灰を成長させることなく、付着灰の除去用の水噴霧の回数を減らせるため、火炉内に設置される伝熱管に亀裂が生るなどのトラブルを回避できる。
２．炉壁への付着灰を成長させることなく、付着灰の除去用の水噴霧の回数を減らせれば、ボイラの長期連続運転が可能となり、ボイラの運用コスト及びメンテナンスコストを低減できる。
３．炉壁への付着灰除去用の添加剤の適切な使用により、低品位炭も前記灰付着が無い状態でボイラ燃料として使用できるため、効果的に発電単価を下げることができる。
４．付着灰除去用の添加剤の適切な使用により、炉壁への付着灰の除去が容易になるため水噴霧による灰除去機能を最大限に利用でき、ボイラ火炉のメンテナンスコストが低減できる。
５．付着灰除去用の添加剤の適切な使用により炉壁への付着灰の除去が容易になるため、ボイラ火炉のメンテナンス時に必要な定期点検期間が少なくてすむ。
６．多品種の石炭燃料を火炉燃料として使用できるため、ボイラ火炉の運用コストが下げられる。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
本発明による実施例のボイラ火炉７への燃料供給系と炉壁清掃用の水噴霧系の構成図を図１に示す。ボイラ火炉７の対向する壁面には上下方向に複数段のバーナ２を配置し、該バーナ２の上方の対向する壁面にはアフタエアポート３を設ける。前記バーナ２には石炭と燃焼用空気が供給されるが、石炭はホッパ４から給炭機５及び粉砕機６を経由してバーナ２に供給される。

また、火炉７内には炉壁に付着した灰を除去するための水噴霧装置１が設けられる。図１に示す例では、水噴霧装置１はバーナ２とアフタエアポート３の中間の火炉中央部に配置される。水噴霧装置１から火炉７内に噴霧される水には添加剤が含まれることもあるので、該水噴霧装置１には添加剤投入装置８から水噴霧用バッファ９を介して添加剤含有水が供給される。

図２は従来技術と本発明による伝熱管に亀裂が生じる確率を比較したグラフであり、特定の炭種又は添加剤についてのデータではなく、一般的な傾向をイメージ化したものである。

亀裂の生じる確率Ｐは１日の噴霧回数ｎに対し、指数関数的に増加する。本発明では、噴霧する水に添加剤を混ぜるため、一度噴霧した後の付着灰表面に添加剤が塗布される。塗布された添加剤は灰の融点を下げるため、付着灰が流れ落ちやすくなり、付着灰の成長を低減できる。従って、付着灰を成長させることなく、水噴霧も回数を低減できる。具体的には本発明により、１日の水噴霧の回数がＮ２からＮ１まで低減できるため、亀裂の生じる確率がＰ２からＰ１まで低減できる。

次に添加剤の使用方法について詳しく述べる。
まず、添加剤の組成の例を示す。添加剤の主成分は付着防止剤である数十ナノミクロンＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ又はＦｅ₂Ｏ₃などを用いる。噴霧水は前記添加剤を全体の４０重量％とし、残り６０重量％を水分が占め、その他微量成分としてナトリウム、塩素成分等を含む。添加剤の通常の投入量の目安は灰分に対して５重量％弱であり、灰分１０％の石炭を３００ｔ／ｈ消費するとした場合の添加剤含有噴霧水の使用量は以下の通りとなる。

３００ｔ／ｈ（石炭消費量）×１０％（灰分）×５％（付着防止剤）÷４０％（水分補正）＝３．７５ｔ／ｈ

炉壁への灰付着性に関係する灰の粘度と温度Ｔ_250-10000の関係を図３に示す。温度Ｔ₁₀₀₀₀は灰の粘度が１００００ポアズになる温度で、これより雰囲気温度が低い領域では灰は溶融しない。温度Ｔ₂₅₀は灰の粘度が２５０ポアズになる温度で、これより高い温度では灰は流動化する。灰が伝熱面に付着し、成長する危険領域は表面が一部溶融したＴ_250-10000（Ｔ₁₀₀₀₀とＴ₂₅₀の間の温度）の領域である。灰の融点（以下Ｔｍと称す）と温度Ｔ₁₀₀₀₀、Ｔ₂₅₀の関係は、温度Ｔ₁₀₀₀₀が灰の溶融点相当、温度Ｔ₂₅₀が灰の流動点＋１００℃に相当する。灰の付着を防止するには温度領域が温度Ｔ_250-10000（Ｔ₁₀₀₀₀とＴ₂₅₀の間の温度）にならないように付着灰の融点Ｔｍあるいは雰囲気温度を制御する必要がある。

図４は灰組成として融点降下に影響するとされているナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）及び鉄（Ｆｅ）成分の灰中含有率と灰の融点Ｔｍの相関を示したものである。なお、各成分の灰中含有率と灰融点Ｔｍの関係は大まかな値でしか得られないので、図４は帯状で各成分の灰中含有率と灰融点Ｔｍの関係を示す。

前記いずれの元素成分もその灰中での含有量が増加するに従い、灰の融点Ｔｍが低下する。例えば、ナトリウム成分では灰中含有量が１０ｗｔ％増加すると融点Ｔｍは１００℃低下する。

上記のように灰の組成は融点Ｔｍ及び温度Ｔ₂₅₀及びＴ₁₀₀₀₀に影響するため、添加剤を投入による灰性状の変化を各温度の変化として把握することができれば、添加剤の投入方法により灰の溶融性及び該溶融性に影響される壁面への付着性を制御できる。

具体的には、本発明では下記の数式に示す灰組成と温度Ｔ₂₅₀及びＴ₁₀₀₀₀との相関式をもとに添加剤投入後の灰の温度Ｔ₂₅₀，Ｔ₁₀₀₀₀をあらかじめ検討し、添加剤の投入量及び添加剤の組成を検討する。

石炭の燃焼性を向上させるため、添加剤として鉄（Ｆｅ）成分を混入することがあるが、鉄（Ｆｅ）は灰の融点を下げる影響もあり、鉄（Ｆｅ）成分を添加することは灰付着性にはマイナスの因子となる。その場合も鉄（Ｆｅ）成分の添加後の添加剤の組成に影響がないように鉄（Ｆｅ）成分の投入量を決定するために、灰付着が生じ難くなり、炉内にトラブルを生じるなどの問題もない。

炉壁への灰付着性の制御には灰融点ではなく、炉内雰囲気温度を制御する方法もある。石炭の燃焼灰の炉壁への付着性を抑制することを考慮すると、炉内雰囲気温度は低い方が良いが、未燃分やＮＯｘが増加し、燃焼性能が低下する。炉壁への灰付着性及び燃焼性の両観点から炭種毎に適切な雰囲気温度範囲が存在するが、本発明では灰組成からその融点Ｔｍが予測できるため、事前検討により炉壁への灰の付着性を低減し、かつ石炭の燃焼性を良くする最適な温度範囲を炭種毎に決定することができる。

本発明では、炉壁に噴霧する水に添加剤を混ぜることにより、灰の成長を遅らせ、灰除去用の水噴霧の回数を減らす方法で炉壁に灰が付着しないようにしている。これにより水噴霧時に伝熱管に亀裂が生じるおそれを無くすることができる。

また、添加剤を使用する際、（１）石炭灰の粘度が２５０−１００００ポイズとなる温度域を温度Ｔ₁₀₀₀₀と温度Ｔ₂₅₀の間の温度（Ｔ_250-10000）とし、前記温度（Ｔ_250-10000）が炉内雰囲気温度より高くなるかあるいは低くなるように添加剤の投入量及び成分を調整すること、（２）炉内雰囲気温度を調整すること及び（３）燃焼装置に噴霧する水と添加剤の混合を良くする手段を設けることにより、添加剤の不適切な使用により生じる不具合を解消できる。

前記不具合とは「全く効果が得られない」又は「炉内に除去が困難な強固なクリンカが形成される」等であるが、本発明の実施例ではそのような問題点が生じなくなった。

本発明は添加剤の使用に一定の基準を設けるものであり、添加剤使用時の適切な燃焼方法を提示するものである。

なお、本発明で使用する炭種としては、ＰＲＢ（ＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ炭）炭、高硫黄分炭が例として上げられる。また、添加剤はそれらの融点を１２００℃以下に低減するものが好ましい。

本発明では、火炉壁面への付着灰除去用の添加剤を適切な使用量とすることなどにより、低品位炭も炉壁への灰付着を抑制しながら燃料として使用できるため、効果的にボイラを用いる火力発電の単価を下げることができる。

また、本発明では、火炉壁面へ付着した灰の除去が容易になるため、水噴霧による灰除去機能を最大限に利用でき、ボイラのメンテナンスのコストが低減できる。さらに、前記メンテナンス時に必要な定期点検期間が少なくてすむ。

また、多品種の石炭燃料をボイラ火炉の燃料として使用できるため、ボイラ火炉の運用コストが下げられる。

本発明になる実施例のボイラ火炉への燃料供給系と炉壁清掃用の水噴霧系の構成図である。従来技術と本発明による伝熱管に亀裂が生じる確率を比較したものである。炉壁への灰付着性に関係する灰の粘度と温度Ｔ_250-10000の関係を示す図である。火炉内での燃焼灰の融点降下に影響するとされているナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）及び鉄（Ｆｅ）成分の灰中含有率と灰の融点Ｔｍの相関を示したものである。

符号の説明

１水噴霧装置２バーナ
３アフタエアポート４石炭ホッパ
５給炭機６粉砕機
７火炉８添加剤投入装置
９水噴霧用バッファ

Claims

炉内に添加剤を含有する液体を噴霧して炉壁に付着した灰を除去する灰除去方法において、
石炭灰の粘度が２５０−１００００ポイズとなる温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるように、添加剤の投入量を調整した添加剤含有液体を炉内に噴霧して灰を除去する灰除去方法。
前記温度域Ｔ_250-10000が炉内雰囲気温度より高いか、あるいは低くなるように、添加剤の成分を調整して添加剤含有液体を火炉内に噴霧して灰を除去する請求項１記載の灰除去方法。
炉内雰囲気温度が前記温度域Ｔ_250-10000より高いか、あるいは低くなるように、火炉内雰囲気温度を調整して添加剤含有液体を炉内に噴霧して灰を除去する請求項１記載の灰除去方法。