JP2008145007A - 石炭焚きボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
石炭焚きボイラ装置に於いて、燃焼用石炭の質に対応してボイラに供給される微粉炭の温度を設定できる様にし、供給される燃焼用石炭の質に拘らず安定した、着火、燃焼を可能とする。
【解決手段】
石炭焚きボイラ１と、塊状の石炭６を微粉炭にする微粉炭機２と、微粉炭を前記石炭焚きボイラに送給する１次空気３５の温度を検出する温度検出器１８と、前記１次空気の温度を調整する１次空気温度調整手段９，１２，１３，１４と、前記温度検出器の検出結果を基に前記１次空気が所定温度となる様に前記１次空気温度調整手段を制御する制御装置とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は石炭を燃料とする石炭焚きボイラ装置に関し、特に石炭の揮発分の大小に拘らず適正な燃焼を実現できる石炭焚きボイラ装置に関するものである。

石炭焚きボイラ装置では、塊状の石炭を微粉炭器により微粉状に粉砕し、燃焼用空気と共に燃焼炉に供給し、着火、燃焼させている。又、炉に供給される微粉炭の着火、燃焼は、微粉炭が加熱されることで揮発成分が発生し、先ず揮発成分に着火され、次に微粉炭本体に着火するという過程を経る。

従来、石炭焚きボイラ装置では、揮発成分が多く、着火の容易性、火炎の安定性に優れた瀝青炭が用いられており、瀝青炭石を燃料とする石炭焚きボイラでは、微粉炭を送給する燃焼用空気（１次空気）をボイラの排ガスにより加熱し、１次空気で微粉炭を所定の温度に加熱している。又、微粉炭の加熱については、安定して着火、燃焼すると共に、送給途中で自然発火しない様に１次空気の温度は略８０℃に設定されている。

ところが、近年では揮発成分が少ない安価な無煙炭、半無煙炭、或はオイルコークス等、低品質の石炭を燃料とすることが要求されている。揮発成分の少ない無煙炭、半無煙炭、或はオイルコークス等の微粉炭では、着火し難く、又燃焼の安定に欠けるという欠点がある。この為、揮発成分の少ない微粉炭を着火し、安定して自立燃焼させる為には、少ない揮発成分でも発生する様な高温状態で微粉炭を供給する必要がある。

従来の石炭焚きボイラでは、石炭燃料の質に合せて加熱供給するという手段を具備してなく、石炭焚きボイラ装置のシステムに適合した石炭燃料を選択する必要があり、或は燃料の質の変更に対応する為には、大幅なシステムの変更が必要であった。

特開平７−１６７４２６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、燃焼用石炭の質に対応してボイラに供給される微粉炭の温度を設定できる様にし、供給される燃焼用石炭の質に拘らず安定した、着火、燃焼を可能とするものである。

本発明は、石炭焚きボイラと、塊状の石炭を微粉炭にする微粉炭機と、微粉炭を前記石炭焚きボイラに送給する１次空気の温度を検出する温度検出器と、前記１次空気の温度を調整する１次空気温度調整手段と、前記温度検出器の検出結果を基に前記１次空気が所定温度となる様に前記１次空気温度調整手段を制御する制御装置とを具備した石炭焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記１次空気温度調整手段は、ボイラ排気を熱源とする空気予熱器を通過する１次空気供給管と、前記空気予熱器を迂回し前記１次空気供給管に合流する１次空気バイパス管と、前記１次空気供給管に設けられた第１流量調整用ダンパ及び前記１次空気バイパス管に設けられた第２流量調整用ダンパとを具備し、前記第１流量調整用ダンパ、前記第２流量調整用ダンパは前記制御装置によって流量調整される石炭焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記制御装置は、石炭性状に関する石炭性状データと、石炭性状に対応した自然発火の自然発火温度データを有し、供給される石炭の性状に対応する自然発火温度を前記石炭性状データと前記自然発火温度データに基づき演算し、演算結果に基づき１次空気温度を設定する石炭焚きボイラ装置に係り、又前記石炭性状データは、揮発分、燃料比、全水分を含むデータである石炭焚きボイラ装置に係り、又前記１次空気温度は、前記微粉炭機の出口側温度であり、対応する発火温度より２０℃低く設定される石炭焚きボイラ装置に係り、更に又前記微粉炭機の入口側に、該微粉炭機に流入する１次空気温度が所定温度以上とならない様に監視する他の温度検出器を設けた石炭焚きボイラ装置に係るものである。

本発明によれば、石炭焚きボイラと、塊状の石炭を微粉炭にする微粉炭機と、微粉炭を前記石炭焚きボイラに送給する１次空気の温度を検出する温度検出器と、前記１次空気の温度を調整する１次空気温度調整手段と、前記温度検出器の検出結果を基に前記１次空気が所定温度となる様に前記１次空気温度調整手段を制御する制御装置とを具備したので、石炭の性状に適した１次空気の温度とすることができ、石炭の性状に拘らず最適な燃焼状態が得られ、低品質の石炭の採用が可能で、ランニングコストの低減が図れる。

又本発明によれば、前記１次空気温度調整手段は、ボイラ排気を熱源とする空気予熱器を通過する１次空気供給管と、前記空気予熱器を迂回し前記１次空気供給管に合流する１次空気バイパス管と、前記１次空気供給管に設けられた第１流量調整用ダンパ及び前記１次空気バイパス管に設けられた第２流量調整用ダンパとを具備し、前記第１流量調整用ダンパ、前記第２流量調整用ダンパは前記制御装置によって流量調整されるので、簡単な構成で１次空気の温度の調整が可能である。

又本発明によれば、前記制御装置は、石炭性状に関する石炭性状データと、石炭性状に対応した自然発火の自然発火温度データを有し、供給される石炭の性状に対応する自然発火温度を前記石炭性状データと前記自然発火温度データに基づき演算し、演算結果に基づき１次空気温度を設定するので、石炭の性状に拘らず最適な燃焼状態が得られ、低品質の石炭の採用が可能で、ランニングコストの低減が図れる。

更に又本発明によれば、前記微粉炭機の入口側に、該微粉炭機に流入する１次空気温度が所定温度以上とならない様に監視する他の温度検出器を設けたので、１次空気温度調整により微粉炭が自然発火することが防止される等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明が実施される石炭焚きボイラ装置の一例について説明する。

図１中、１は発電用、産業用等に使用される石炭焚きボイラ装置の石炭焚きボイラ、２は塊状の石炭６を微粉に粉砕する微粉炭機（ミル）、３は廃熱により燃焼用空気を加熱する空気予熱器３を示している。

前記石炭焚きボイラ１の壁面には所要数の微粉炭バーナ４が設けられ、該微粉炭バーナ４は微粉炭供給管５を介して前記微粉炭機２に接続され、該微粉炭機２には前記塊状の石炭６が供給される様になっている。

前記石炭焚きボイラ１に供給される燃焼用空気は、空気吸引管７から押込み通風機８に吸引される。該押込み通風機８の吐出側では、１次空気供給管９、２次空気供給管１０に分岐され、それぞれ前記空気予熱器３に接続されている。該空気予熱器３を通過した前記１次空気供給管９は前記微粉炭機２に接続され、前記空気予熱器３を通過した前記２次空気供給管１０は前記微粉炭バーナ４に接続されている。

前記１次空気供給管９の前記空気予熱器３の上流側と下流側とを接続する１次空気バイパス管１２が設けられ、前記１次空気供給管９の前記空気予熱器３上流側、前記１次空気バイパス管１２にはそれぞれ第１流量調整用ダンパ１３、第２流量調整用ダンパ１４が設けられ、前記１次空気供給管９の前記微粉炭機２の上流側には１次空気量調整ダンパ１５が設けられている。

前記微粉炭供給管５には前記微粉炭機２から吐出される空気流量を検出する流量検出器１６が設けられ、更に前記微粉炭機２の入口側、出口側の１次空気温度を検出する第１温度検出器１７、第２温度検出器１８が設けられている。

前記石炭焚きボイラ１で発生した排ガスは排気ダクト１９を介して排気され、該排気ダクト１９には排ガス中の残存酸素量を検出する酸素量検出器２１が設けられ、更に該酸素量検出器２１の下流には前記空気予熱器３が設けられている。前記排気ダクト１９により導かれた排ガスは図示しない集塵装置、脱硫装置等の排ガス処理装置を介して大気中に放出される。

図２は、石炭焚きボイラ装置の制御装置２３を示している。

前記流量検出器１６で検出された１次空気の流量、前記第１温度検出器１７で検出された１次空気の前記微粉炭機２の入口側温度、前記第２温度検出器１８で検出された１次空気の前記微粉炭機２の出口側温度、前記酸素量検出器２１で検出された排気ガス中の残存酸素量はそれぞれ信号処理部２４で、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理等、所要の信号処理がなされて主制御部２５に入力される。

該主制御部２５には、ＨＤＤ等の記憶部２６が接続され、該記憶部２６には石炭焚きボイラ装置を稼働する為に、前記押込み通風機８、前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４、前記１次空気量調整ダンパ１５を駆動制御する為のシーケンスプログラム、又燃料（石炭）の質に応じ最適な燃焼条件を演算する燃焼条件演算プログラム等所要のプログラムが格納され、又石炭の性状についてのデータ、石炭性状に対応した自然発火温度データの燃焼条件を設定する為に必要なデータが格納されている。

又、石炭の性状についてのデータ、自然発火温度データ等のデータは操作部２７より、前記主制御部２５を介して前記記憶部２６に格納され、又前記操作部２７からは石炭焚きボイラ装置を駆動する為の各種命令を入力する様になっている。

前記主制御部２５はシーケンスプログラム、演算した燃焼条件に従って、前記押込み通風機８、前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４、前記１次空気量調整ダンパ１５に対して制御信号を発し、該制御信号に基づき通風機制御部２８は前記押込み通風機８を駆動制御し、第１流量調整用制御部２９は前記第１流量調整用ダンパ１３を駆動制御し、第２流量調整用制御部３０は前記第２流量調整用ダンパ１４を駆動制御し、１次空気量調整用制御部３１は前記１次空気量調整ダンパ１５を駆動制御する。

前記操作部２７からの入力状況、或は燃焼条件、前記押込み通風機８、前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４、前記１次空気量調整ダンパ１５等の運転状況等は、表示部３２に表示される。

以下、石炭焚きボイラ装置の作動について説明する。

ボイラ燃焼用空気は、前記押込み通風機８により吸引され、吸引された空気は前記１次空気供給管９、前記２次空気供給管１０で１次空気３５、２次空気３６に分岐され、更に前記１次空気３５は前記１次空気供給管９と前記１次空気バイパス管１２により分岐１次空気３５′とバイパス流３５′′に分岐される。

前記分岐１次空気３５′、前記２次空気３６は前記空気予熱器３を通過し、排ガスにより予熱され、予熱された前記２次空気３６は前記微粉炭バーナ４に送給される。又、前記バイパス流３５′′は前記空気予熱器３を迂回した後、前記分岐１次空気３５′に合流し、予熱された１次空気３５となる。該１次空気３５は前記微粉炭機２に送出される。

該微粉炭機２で粉砕され生成された微粉炭は前記１次空気３５により前記微粉炭バーナ４に送出される。又、前記微粉炭機２の入口側の温度は前記第１温度検出器１７によって検出され、又出口側の温度、即ち前記１次空気３５の温度は、１次空気温度検出器としての前記第２温度検出器１８によって検出され、前記第１温度検出器１７の検出結果、前記第２温度検出器１８の検出結果はそれぞれ前記信号処理部２４を介して前記主制御部２５に入力される。

前記１次空気３５の温度は、前記分岐１次空気３５′と前記バイパス流３５′′との流量比の調整で設定され、流量比の調整は前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４によって実行される。前記１次空気供給管９、前記１次空気バイパス管１２、前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４は１次空気温度調整手段を構成する。尚、前記１次空気３５の温度を調整する為に別経路で空気を前記微粉炭機２、又は前記１次空気供給管９に送給する手段を設けてもよい。

前記１次空気３５の供給流量は前記流量検出器１６によって検出され、検出結果は前記制御装置２３に入力され、前記主制御部２５は前記１次空気量調整用制御部３１を介し、負荷に応じて過不足なく適正に燃焼する様に前記１次空気量調整ダンパ１５によって前記１次空気３５の流量が制御される。

前記微粉炭バーナ４に前記１次空気３５と共に供給された微粉炭は、更に前記２次空気３６を伴って燃焼する。燃焼後の排気ガスは前記排気ダクト１９を介して排気される。

又、排気中の残存酸素量が前記酸素量検出器２１によって検出され検出結果は前記制御装置２３に送出され、該制御装置２３では前記主制御部２５が、燃料性状に適した適正な残存酸素量となる様に、押込み風量を設定し、前記通風機制御部２８を介して前記押込み通風機８を制御する。

次に、前記１次空気３５の温度調節について、図３を参照して説明する。

図３は前記１次空気３５の温度調節に関するデータ処理の流れを示しており、石炭焚きボイラ装置に使用される可能性がある種々の石炭についての性状データを分析等の手段で、事前に取得する。石炭性状データとしては、石炭中の揮発分、燃料比（固定炭素分／揮発分）、全水分等が挙げられ、又性状データを取得した各石炭についての自然発火温度のデータを、実験、過去の実績等から取得する。個々の石炭の性状データは、該石炭毎に分類され分類符号と共に前記記憶部２６に格納され、又個々の石炭の自然発火温度は前記性状データ、又は分類符号に関連付けられて前記記憶部２６に格納される。

更に、石炭の性状に対する自然発火温度は、代表的な石炭性状に対応する自然発火温度を求め、未知の石炭性状に対する自然発火温度は、既知の石炭性状に対応する自然発火温度から類推する様にしてもよい。

燃焼に供される石炭が決定されると、該石炭の性状分析が行われる。得られた石炭性状を前記操作部２７より入力する。尚、石炭の性状が既知の場合は、該石炭性状が属する分類符号を入力する。前記主制御部２５は、前記燃焼条件演算プログラムを起動し、格納された性状データに基づき自然発火温度を演算し、前記微粉炭機２出口側の前記１次空気３５の温度を設定する。設定温度は、微粉炭が自然発火しない様に、自然発火温度より所定温度、例えば２０℃（２０℃近傍も含む）低く設定される。設定温度は、例えば、瀝青炭略８０℃であり、無煙炭、半無煙炭、或はオイルコークス等では略１００℃である。

次に、前記微粉炭機２からの前記１次空気３５の出口側温度が設定されると、設定値に基づき前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４の弁の開度調整が実行される。更に、前記微粉炭機２出口側の前記１次空気３５の温度は前記制御装置２３にフィードバックされ、前記１次空気３５の温度が設定値に維持される様に、前記第１流量調整用ダンパ１３、前記第２流量調整用ダンパ１４の流量調整が行われる。

尚、前記微粉炭機２への前記１次空気３５の入口側温度が前記第１温度検出器１７によって検出され、前記微粉炭機２へ供給される前記１次空気３５の温度が自然発火温度を超える等しない様に監視される。前記１次空気３５の温度が自然発火温度を超える虞れが生じた場合は、緊急的に前記第２流量調整用ダンパ１４の開度を増大し、前記バイパス流３５′′の流量を増大して前記１次空気３５の温度を低下させる。

而して、石炭の性状に拘らず、適切な前記１次空気３５の温度が設定され、該１次空気３５により加熱された微粉炭が前記微粉炭バーナ４に送給されて燃焼されるので、安定した着火、燃焼が得られる。

本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラ装置のシステム構成図である。 該石炭焚きボイラ装置の制御装置のブロック図である。 該石炭焚きボイラ装置に於けるデータ処理の流れを示す説明図である。

符号の説明

１ 石炭焚きボイラ
２ 微粉炭機
３ 空気予熱器
６ 塊状の石炭
８ 押込み通風機
９ １次空気供給管
１０ ２次空気供給管
１２ １次空気バイパス管
１３ 第１流量調整用ダンパ
１４ 第２流量調整用ダンパ
１５ １次空気量調整ダンパ
１６ 流量検出器
１７ 第１温度検出器
１８ 第２温度検出器
２１ 酸素量検出器
２４ 信号処理部
２５ 主制御部
２６ 記憶部
２７ 操作部

Claims (6)

1. 石炭焚きボイラと、塊状の石炭を微粉炭にする微粉炭機と、微粉炭を前記石炭焚きボイラに送給する１次空気の温度を検出する温度検出器と、前記１次空気の温度を調整する１次空気温度調整手段と、前記温度検出器の検出結果を基に前記１次空気が所定温度となる様に前記１次空気温度調整手段を制御する制御装置とを具備したことを特徴とする石炭焚きボイラ装置。
2. 前記１次空気温度調整手段は、ボイラ排気を熱源とする空気予熱器を通過する１次空気供給管と、前記空気予熱器を迂回し前記１次空気供給管に合流する１次空気バイパス管と、前記１次空気供給管に設けられた第１流量調整用ダンパ及び前記１次空気バイパス管に設けられた第２流量調整用ダンパとを具備し、前記第１流量調整用ダンパ、前記第２流量調整用ダンパは前記制御装置によって流量調整される請求項１の石炭焚きボイラ装置。
3. 前記制御装置は、石炭性状に関する石炭性状データと、石炭性状に対応した自然発火の自然発火温度データを有し、供給される石炭の性状に対応する自然発火温度を前記石炭性状データと前記自然発火温度データに基づき演算し、演算結果に基づき１次空気温度を設定する請求項１又は請求項２の石炭焚きボイラ装置。
4. 前記石炭性状データは、揮発分、燃料比、全水分を含むデータである請求項３の石炭焚きボイラ装置。
5. 前記１次空気温度は、前記微粉炭機の出口側温度であり、対応する発火温度より２０℃低く設定される請求項３の石炭焚きボイラ装置。
6. 前記微粉炭機の入口側に、該微粉炭機に流入する１次空気温度が所定温度以上とならない様に監視する他の温度検出器を設けた請求項１の石炭焚きボイラ装置。

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