JP2007101135A

JP2007101135A - 微粉炭とバイオマスの混焼方法

Info

Publication number: JP2007101135A
Application number: JP2005294455A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Shimoide; 潔霜出; Hideomi Hirakoba; 秀臣平古場; Takeshi Muratani; 剛村谷
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】バイオマスを微粉炭焚きボイラにおいて微粉炭とともに混焼する際に、未燃量を低減しスラッギングを最小に留めることによりバイオマスを大量に、安定的に混焼すること。
【解決手段】多段のバーナ４，５，６，７が設けられた微粉炭焚きボイラ１に、バイオマス１１を空気１３とともに供給して微粉炭１２とバイオマス１１を混焼する方法において、最下部のバーナ６，７以外にバイオマスを供給する。また、対向型の微粉炭焚きボイラ１において、前壁２のバーナ４，６に供給する空気量を後壁３のバーナ５，７より多くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭焚きボイラにおいてバイオマスを微粉炭とともに混焼するための混焼方法に関するものである。

二酸化炭素による地球の温暖化を抑制する方法として、微粉炭の一部をバイオマスによって代替することが注目されている。例えば、特許文献１には、微粉炭と木材を混焼する微粉燃料燃焼方法が記載されている。
しかし、木材を粉砕したものを微粉炭と混合してボイラにおいて燃焼した場合に、粉砕した木粉の燃え残りが生じることにより、ボイラ効率が低下することがある。また、灰がボイラ火炉内の伝熱面に付着するいわゆるスラッギング現象により、ボイラの稼動が著しく不安定化する場合がある。
近年世界的に石炭の需要が旺盛なため、石炭の価格が高騰している。そのため、亜瀝青炭などの低品位炭の活用が積極的になされている。木粉を低品位炭と混焼した場合、ボイラ効率が更に低下し、またスラッギング現象が増大することが予想される。よって、バイオマスを大量に安定的に微粉炭と混焼させるための更なる改良方法の開発が望まれていた。
特開２００５−４８９６７号公報

本発明は、未燃量を低減しスラッギングを最小に留めることにより、バイオマスを大量に安定的に微粉炭と混焼するための方法を提供することを目的とする。

本発明は、多段のバーナが設けられた微粉炭焚きボイラに、バイオマスを空気とともに供給して微粉炭とバイオマスを混焼する方法において、最下部のバーナ以外にバイオマスを供給することを特徴とする微粉炭とバイオマスの混焼方法である。

本発明によれば、バイオマスの未燃率を低減することができる。また、スラッギングをボイラの操業に支障がない状態とすることができる。これにより、燃焼効率を改善することができ、バイオマスを大量に安定的に微粉炭と混焼することが可能となる。この結果、地球の温暖化を抑制することができる。また、バイオマスの混焼によって削減された化石燃料由来の二酸化炭素の排出量は、温暖化ガスの排出権として取引することも可能である。

以下において、図面を用いながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための微粉炭焚きボイラの概略図である。火炉１の前壁２と後壁３には、対向するようにバーナ４、５、６および７が垂直方向に多段にわたって設けられている。前壁と後壁のバーナの水平高さは同じでも良いし、互い違いの構造でも良い。また各段にも水平方向に複数のバーナが設けられている。石炭１２は、石炭粉砕機９によって粉砕された後、一次空気１４によりバーナ４、５、６および７に搬送されボイラに供給される。また、二次または三次空気１７が空気送風機１０によってバーナに別途供給されることにより、ボイラ内の燃焼を調整する。
本発明で用いられる微粉炭としては、瀝青炭、亜瀝青炭などを粉砕したものが挙げられる。粉砕手段としては、竪型ローラミルや、ボールミルなどが挙げられる。微粉炭の粒径は７５μｍ以下が８０重量％程度である。上記においては、対向型の微粉炭焚きボイラを例に挙げて説明を行なったが、ボイラのコーナーにバーナを有する微粉炭焚きボイラにおいても同様に本発明を実施することが可能である。

バイオマス１１は、バイオマス粉砕機８によって粉砕された後、一次空気１３によりバーナ４および５に搬送されボイラに供給される。本発明においては、ボイラの最下部バーナ６および７以外にバイオマスを供給する。これにより、未燃率を微粉炭を専焼した場合と比べて遜色ない程度とすることができる。本発明で用いられるバイオマスとしては、建築廃木材、森林の間伐材、もみ殻、木炭、家畜の糞尿を乾燥した固形物、コーヒー粕などが挙げられる。ボイラに供給されるバイオマスの粒径は、平均粒径が２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。

バイオマスの粒径が小さければ、粉砕することなくそのままボイラに供給することができる。一方、粒径が大きい場合には、予め前述の竪型ローラミルその他の粉砕手段によって粉砕する。この際、搬送用空気として竪型ローラミルに熱風を供給すると、粉砕動力が削減できるとともに、同じ粉砕動力で粒径がより小さなバイオマスの粉砕物を得ることができる。

図１においては、微粉炭をボイラに供給するための供給配管の途中にバイオマスの供給配管を接続することにより、微粉炭とバイオマスを予め混合したものをバーナ４および５を経由してボイラに供給する態様を示しているが、予め混合することなく微粉炭とバイオマスを個別にバーナ４および５に供給することも可能である。この場合、水平方向に設けられた複数のバーナに対して、微粉炭とバイオマスを独立して供給することも可能である。すなわち、あるバーナにはバイオマスのみを供給し、隣のバーナには微粉炭のみを供給するというものである。
この中で、微粉炭とバイオマスを予め混合したものをバーナ４および５を経由してボイラに供給する方法が、既存の設備を有効活用し、かつバイオマスの着火性を良好にすることができるので特に好ましい。

微粉炭とバイオマスと混焼割合は、微粉炭１００重量部に対して、バイオマスが５から２０重量部であり、好ましくは、１０から１６重量部である。また、微粉炭とバイオマスを合わせた全燃料に対するボイラ空気過剰率は、１０体積％から３０体積％、好ましくは１５体積％から２０体積％である。

バイオマスは、ボイラの火炉高さ（Ｌ）のうち、好ましくは底部から０．３Ｌ以上０.６Ｌ以下、より好ましくは０．４Ｌ以上０．５５Ｌ以下の位置にあるバーナに空気とともにボイラに供給することができる。ここで火炉高さ（Ｌ）とは、ボイラ底部から過熱器入口までの垂直距離をいう。０．３Ｌ未満の高さにあるバーナにバイオマスを供給した場合、バイオマスの未燃量が多いので好ましくない。また、０．６Ｌを超える高さにあるバーナにバイオマスを供給した場合、火炉内滞留時間が短くなるので好ましくない。

前壁と後壁にあるバーナに供給される二次空気量は等容量とすることができる。しかし、対向型の微粉炭焚きボイラにおいて、前壁の空気量を後壁のそれよりも多くすることにより、ボイラ火炉内の伝熱面に灰が付着するスラッギング現象を、操業の維持が可能な程度まで抑制することができる。前壁と後壁のそれぞれ供給空気量は、全体の空気量を２とすると前壁側は１.０４以上１.１１以下、後壁側は０.８９以上０.９６以下が好ましい。ボイラに供給する空気量は、二次または三次空気の供給量を調整することによって行なうことができる。

上記において、石炭とバイオマスを個別に粉砕する説明を行なったが、同じ粉砕装置に石炭とバイオマスを供給して同時に粉砕することも可能である。同時に粉砕された後の微粉炭とバイオマスの混合物は、一次空気によってバーナ４および５に搬送されボイラに供給される。

以下では、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可能である。

［実施例１］
表１に示した物性を有する瀝青炭と建築廃木材を個別に竪型ローラミルで粉砕した。粉砕された７５μｍ以下が８０重量％以上の微粉炭と、平均粒径が０．７ｍｍの木粉とを、ボイラに供給するための微粉炭の供給ラインで予め混合し、バーナを経由してボイラに供給した。尚、ボイラの詳細は、蒸発量が７３０トン／時間であり、また火炉高さが２９.７ｍであった。また、前壁と後壁のバーナの段数はいずれも二段であり、水平高さは同じであった。さらに、水平方向に４本のバーナを有している（この結果、バーナの本数は１６となる）。バーナの位置は、上段が底部から１２．２ｍ、下段が８．７ｍである。上段のバーナには微粉炭と木粉の混合物を、下段には微粉炭のみをそれぞれ供給した。木粉の微粉炭に対する混焼率は１５.５重量％であった。前壁と後壁のバーナに供給する空気量は同じとした。微粉炭と木粉を合わせた全燃料に対するボイラ空気過剰率は１７体積％であった。上記の条件において微粉炭と木粉の混焼を行ない、燃焼時における未燃率を測定した。未燃率については、ＪＩＳＲ５２０２「強熱減量の定量」の方法に従い灰中の未燃分を測定し、その測定値から投入した全燃料に対する未燃率を算出した。その結果、微粉炭と木粉を合わせた全燃料に対する未燃率は０.６５重量％となった。木粉を使用しない以外は上記と同様な方法により微粉炭を専焼した。その結果、未燃率は０.５０重量％であった。投入した燃料比率からバランス計算すると、木粉の未燃率は１.４８重量％となった。

［比較例１］
上段のバーナには微粉炭、下段のバーナには微粉炭と木粉の混合物を供給した以外は実施例１と同様な方法により燃焼テストを行なった。その結果、全燃料に対する未燃率は０.７７重量％となり、これより木粉の未燃率は２.２５重量％と計算された。

［実施例２］
表１に示した物性を有する瀝青炭と建築廃木材を個別に竪型ローラミルで粉砕した。粉砕された７５μｍ以下が８０重量％以上の微粉炭と、平均粒径が０．７ｍｍの木粉とを、ボイラに供給するための微粉炭の供給ラインで予め混合し、バーナを経由してボイラに供給した。尚、ボイラの詳細は、蒸発量が５００トン／時間であり、また火炉高さが３３．７ｍであった。また、前壁と後壁のバーナの段数はいずれも二段であり、水平高さは段違いであった。すなわち、バーナの位置は前壁が１４.１５ｍと１８.５５ｍであり、後壁は１１.９５と１６.３５ｍであった。さらに、水平方向に２本のバーナを有している（この結果、バーナの本数は８本となる）。上段のバーナには微粉炭と木粉の混合物を、下段には微粉炭のみをそれぞれ供給した。木粉の微粉炭に対する混焼率は１５.５重量％であった。前壁と後壁のバーナに供給する空気量が全体の空気量を２とすると前壁側が１.０９、後壁側が０.９１となるように、二次空気量を調整した。微粉炭と木粉を合わせた全燃料に対するボイラ空気過剰率は１７体積％であった。上記の条件において、微粉炭と木粉の混焼を２週間連続して行ない、バーナの水平位置の側壁に設置されているボイラの燃焼窓から内部のスラッギングの状態を目視で確認した。その結果、前壁と後壁に供給される二次空気量が同じ場合、スラッギングの厚みが３０ｃｍであったのに対し、本実施例においては５ｃｍ程度であった。これにより、スラッギング現象が大幅に抑制されていることが明らかとなった。

本発明は、微粉炭焚きボイラにおいて微粉炭とバイオマスを混焼する際に利用可能である。

本発明を実施するための微粉炭焚きボイラの概略図である。

符号の説明

１火炉
２前壁
３後壁
４バーナ
５バーナ
６最下部バーナ
７最下部バーナ
８バイオマス粉砕機
９石炭粉砕機
１０空気送風機
１１バイオマス
１２石炭
１３一次空気
１４一次空気
１５バイオマス＋一次空気
１６微粉炭＋一次空気
１７二次または三次空気
１８過熱器

Claims

多段のバーナが設けられた微粉炭焚きボイラに、バイオマスを空気とともに供給して微粉炭とバイオマスを混焼する方法において、最下部のバーナ以外にバイオマスを供給することを特徴とする微粉炭とバイオマスの混焼方法。
微粉炭焚きボイラは、炉の壁面にバーナを有する対向型である請求項１記載の微粉炭とバイオマスの混焼方法。
バイオマスを供給するバーナは、火炉高さ（Ｌ）のうち底部から０．３Ｌ以上０．６Ｌ以下の位置にあるバーナである請求項１または２記載の微粉炭とバイオマスの混焼方法。
バイオマスと微粉炭を予め混合したものをボイラに供給する請求項１から３のいずれか１項記載の微粉炭とバイオマスの混焼方法。
前壁のバーナに供給する空気量は後壁のそれよりも多い請求項２から４のいずれか１項に記載の微粉炭とバイオマスの混焼方法。
前壁と後壁のバーナに供給する空気量は、全体の空気量を２とすると前壁が１．０４以上１．１１以下であり、後壁が０．８９以上０．９６以下である請求項５記載の微粉炭とバイオマスの混焼方法。