JP2008151480A - ボイラ設備および、灰を灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 集塵機内に灰が堆積することがなく、かつ灰の冷却を効率よく行うことが可能なボイラ設備を提供する。
【解決手段】 燃料を燃焼する加圧流動層ボイラ２と、加圧流動層ボイラ２から発生した灰Ｃを集塵する集塵機３と、集塵機３によって集塵された灰Ｃを冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するスクリューフィーダ４とを備えたボイラ設備１に、スクリューフィーダ４による搬送量が集塵機３による灰集塵量の変動に追従するように、スクリューフィーダ４の搬送速度を制御する制御装置５を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボイラから発生した灰を集塵機で集塵し、集塵した灰をフィーダで灰処理設備側に搬送するボイラ設備および、灰を灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法に関する。

下側から空気を吹き付けて石炭と流動媒体（ベッドマテリアル）とを浮遊（流動）させ、浮遊状態の石炭を燃やす流動層（流動床）ボイラには、燃焼効率を高めるために加圧下で石炭を燃やす加圧流動層ボイラが知られている。また、このような加圧流動層ボイラを使用して、蒸気タービンとガスタービンとを駆動する（回転させる）複合発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この複合発電システムは、加圧流動層ボイラ内に配設した伝熱管に水を供給して蒸気を発生させ、この蒸気によって蒸気タービンを駆動する。一方、加圧流動層ボイラから排出された燃焼ガス中の灰を集塵機によって集塵し、脱塵された燃焼ガスによってガスタービンを駆動するものである。また、集塵機によって集塵された灰は、スクリューフィーダによって灰処理設備側に搬送（移送）され、このスクリューフィーダの軸内には、灰を冷却するための高温冷却水が供給されている。
特開平０８−１１４３０５号公報

ところで、上記のような複合発電システムでは、加圧流動層ボイラの負荷（出力）に応じた灰処理量とするために、スクリューフィーダの搬送速度（回転速度）を加圧流動層ボイラの負荷に比例させて制御していた。このため、何らかの要因によって集塵機による灰集塵量がスクリューフィーダによる灰の搬送量を上回ると、集塵機のホッパに灰が堆積し、システムが停止するおそれがある。一方、集塵機による灰集塵量に対してスクリューフィーダの搬送速度が過度に速いと、灰が十分に冷却されずに、灰処理設備などの耐熱性を強化する必要が生じるとともに、スクリューフィーダの動力費も増加する（非効率的となる）。

そこで本発明は、集塵機内に灰が堆積することがなく、かつ灰の冷却を効率よく行うことが可能なボイラ設備および、灰を灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼するボイラと、前記ボイラから発生した灰を集塵する集塵機と、冷却水が供給され、前記集塵機によって集塵された灰を前記冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するフィーダと、を備えたボイラ設備であって、前記フィーダによる搬送量が前記集塵機による灰集塵量の変動に追従するように、前記フィーダの搬送速度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
（作用）
例えば、集塵機による灰集塵量が上昇すると、フィーダによる灰の搬送量も上昇するように制御手段によってフィーダの搬送速度が制御される。一方、集塵機による灰集塵量が低下すると、フィーダによる搬送量も低下するように制御手段によってフィーダの搬送速度が制御される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボイラ設備において、前記制御手段は、前記ボイラに供給される燃料の灰分量が変化すると前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴としている。
（作用）
例えば、灰分量が高い燃料がボイラに供給されると、集塵機による灰集塵量（灰の発生量）が上昇するとして、フィーダによる搬送量も上昇するように制御手段によってフィーダの搬送速度が制御される。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のボイラ設備において、前記制御手段は、前記ボイラの負荷が変動すると前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴としている。
（作用）
例えば、ボイラの負荷を上げる際には、集塵機による灰集塵量が上昇するとして、フィーダによる搬送量も上昇するように制御手段によってフィーダの搬送速度が制御される。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のボイラ設備において、前記ボイラが流動層ボイラであり、前記制御手段は、前記ボイラに流動媒体を張り込む際に前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴としている。
（作用）
例えば、流動層ボイラに流動媒体を張り込む際には、集塵機による灰集塵量が上昇するとして、フィーダによる搬送量も上昇するように制御手段によってフィーダの搬送速度が制御される。

請求項５に記載の発明は、ボイラから発生し集塵機によって集塵された灰を冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法であって、前記フィーダによる搬送量が前記集塵機による灰集塵量の変動に追従するように、前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴とする灰を灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法である。

請求項１および５に記載の発明によれば、集塵機による灰集塵量が上昇すると、フィーダによる搬送量も上昇するようにフィーダの搬送速度が制御されるため、集塵機による灰集塵量が上昇しても、集塵機内に灰が堆積することを防止可能となる。一方、集塵機による灰集塵量が低下すると、フィーダによる搬送量も低下するようにフィーダの搬送速度が制御される。このため、灰集塵量に対してフィーダの搬送速度が過度に速いために灰が十分に冷却されない、ということを防止することが可能となる。つまり、灰の冷却を効率よく行うことが可能となり、フィーダの動力費も低く抑えることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ボイラに供給される燃料の灰分量が変化すると、灰集塵量が変動するとして、フィーダの搬送速度が制御される。このため、燃料の灰分量が変化することで灰集塵量が変動したとしても、集塵機内に灰が堆積することや、灰集塵量に対してフィーダの搬送速度が過度に速くなること（非効率的な冷却）を防止することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、ボイラの負荷が変動すると、灰集塵量が変動するとして、フィーダの搬送速度が制御される。このため、ボイラの負荷が変動することで灰集塵量が変動したとしても、集塵機内に灰が堆積することや、灰集塵量に対してフィーダの搬送速度が過度に速くなることを防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、流動層ボイラに流動媒体を張り込む際に灰集塵量が変動するとして、フィーダの搬送速度が制御される。このため、流動層ボイラに流動媒体を張り込む際に灰集塵量が変動したとしても、集塵機内に灰が堆積することや、灰集塵量に対してフィーダの搬送速度が過度に速くなることを防止することが可能となる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この実施の形態に係るボイラ設備１とその周辺設備を示す模式図である。このボイラ設備１は、加圧流動層複合発電所に設置され、主として、加圧流動層ボイラ（ボイラ）２と、集塵機３と、スクリューフィーダ（フィーダ）４と、制御装置５（制御手段）とを備えている。

加圧流動層ボイラ２は、下側から燃焼空気を供給して燃料と流動媒体とを浮遊させ、浮遊状態の燃料を加圧下で燃やすボイラであり、この実施の形態では、石炭と石灰石と水の混合体が燃料として供給される。この加圧流動層ボイラ２内には伝熱管２１が配設され、この伝熱管２１に水が供給されて蒸気が発生し、この蒸気が蒸気タービン６に送られて蒸気タービン６が駆動する。一方、加圧流動層ボイラ２から排出された燃焼ガスは、集塵機３によって灰Ｃが集塵され、脱灰（脱塵）された燃焼ガスがガスタービン７に送られてガスタービン７が駆動する。そして、蒸気タービン６とガスタービン７の回転駆動によって、それぞれの発電機８が発電するものである。

集塵機３は、加圧流動層ボイラ２から発生した灰Ｃを集塵する集塵機であり、概略、図２に示すような構成となっている。すなわち、略円筒状のホッパ３１内に、複数のサイクロン３２が配設され、このサイクロン３２には、ホッパ３１上部の流入口３１ａから流入管３３を介して燃焼ガスが流入するようになっている。サイクロン３２は、遠心力を発生させ、遠心力によって燃焼ガス中の灰Ｃを流出口３２ａから流出させる。そして、サイクロン３２から流出した灰Ｃは、ホッパ３１の下部に落下し、排出口３１ｂからスクリューフィーダ４側に排出されるようになっている。一方、サイクロン３２によって脱灰された燃焼ガスは、ホッパ３１上部の流出口３１ｃからガスタービン７側に送られるようになっている。

スクリューフィーダ４は、集塵機３から排出された灰Ｃを、中継ホッパや灰サイロなどの灰処理設備側に搬送するフィーダである。このスクリューフィーダ４は、スクリュー式コンベアから構成され、その軸４１内には高温冷却水（冷却水）が供給されて、灰Ｃを高温冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するようになっている。ここで、高温冷却水は、給水系統から補給（供給）され、各系統にて熱交換を行って温度上昇した水は給水系統に還流される。このため、高温冷却水の温度上昇は、発電所の熱効率の上昇につながる。また、スクリューフィーダ４の搬送速度（回転速度）は、制御装置５によって制御されるようになっている。

制御装置５は、図３に示すように、主として、ボイラ出力受信部５１と、変動情報入力部５２と、指令出力部５３と、タイマ５４と、これらを制御などするＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５５とを備えている。ボイラ出力受信部５１は、加圧流動層ボイラ２の出力を外部から受信する受信部である。変動情報入力部５２は、集塵機３による灰集塵量の変動情報を外部から受けるインターフェイスであり、指令出力部５３は、搬送速度の制御指令をスクリューフィーダ４に送信するインターフェイスである。

この制御装置５は、図４の第１制御線Ｌ１で示すように、加圧流動層ボイラ２の出力に対してスクリューフィーダ４の搬送速度が比例するように制御することを基本制御とする。すなわち、ボイラ出力受信部５１によって加圧流動層ボイラ２の出力を受信し、第１制御線Ｌ１に従ってボイラ出力に適合した搬送速度の制御指令を、指令出力部５３からスクリューフィーダ４に送信する。ここで、例えば、加圧流動層ボイラ２（集塵機３）からの灰Ｃの量に対してスクリューフィーダ４の搬送速度が速すぎると、灰Ｃの冷却が不十分となり（高温冷却水の温度が上がらず）、熱効率が低下する。このため、第１制御線Ｌ１は、加圧流動層ボイラ２（集塵機３）からの灰Ｃをすべて滞りなく搬送でき（ホッパ３１に灰Ｃが堆積せず）、かつ、灰Ｃを中継ホッパの耐熱温度以下のできるだけ低い温度に冷却できるように（高温冷却水の温度ができるだけ上昇するように）設定されている。このことは、後述する制御線Ｌ２、Ｌ３においても同様である。

また、制御装置５は、スクリューフィーダ４による灰Ｃの搬送量が集塵機３による灰集塵量の変動（灰の発生量の変動）に追従するように、スクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。すなわち、集塵機３による灰集塵量が上昇する要因（イベント）が発生すると、スクリューフィーダ４による灰Ｃの搬送量も上昇するように、スクリューフィーダ４の搬送速度を上昇制御する。一方、集塵機３による灰集塵量が低下する要因が発生すると、スクリューフィーダ４による灰Ｃの搬送量も低下するように、スクリューフィーダ４の搬送速度を降下制御する。

具体的には、次の場合に、スクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。

第１に、加圧流動層ボイラ２に供給される燃料の灰分量が変化する場合である。この場合、燃料投入量が同じであっても燃焼ガス中の灰分量が変わるため、集塵機３による灰集塵量が変動するとしてスクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。具体的には、変動情報入力部５２に入力された燃料の灰分量（変動情報）に基づいて、当該灰分量に応じた比例制御になるように搬送速度を制御する。例えば、灰分量が高い燃料に変わった場合には、集塵機３による灰集塵量が上昇するため、第１制御線Ｌ１を上方（高速側）に並行移動させた第２制御線Ｌ２に従ってスクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。これにより、スクリューフィーダ４による搬送量も上昇する。同様に、灰分量が低い燃料に変わった場合には、集塵機３による灰集塵量が低下するため、第１制御線Ｌ１を下方（低速側）に並行移動させた第３制御線Ｌ３に従ってスクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。これにより、スクリューフィーダ４による搬送量も低下する。

第２に、加圧流動層ボイラ２の負荷が上昇変動する場合である。この場合、燃料量よりも先に空気量を増加させて加圧流動層ボイラ２内での完全燃焼を促しており、流動層のガス速度が上昇し、灰Ｃが空塔部（フリーボード）へ飛散しやすくなる。また、集塵機３では、ガス流速の上昇によって遠心力が強まる。この結果、集塵機３による灰集塵量が上昇変動するとしてスクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。

具体的には、変動情報入力部５２に入力された負荷上昇情報（変動情報）に基づいて、スクリューフィーダ４の搬送速度を図５に示すように制御する。すなわち、スクリューフィーダ４の搬送速度を最大速度に制御し、この状態を加圧流動層ボイラ２の燃焼状態が安定するまで継続する。ここで、最大速度とは、上記のような完全燃焼などの際に集塵機３の灰集塵量が最大となっても、すべての灰Ｃを滞りなく搬送できる程度、つまりホッパ３１内に灰Ｃが堆積しない程度の回転速度である。また、加圧流動層ボイラ２の燃焼状態が安定するまでの時間は、加圧流動層ボイラ２や燃料の特性などによって予め予測設定されている。このようにスクリューフィーダ４の搬送速度を最大速度にすることで、スクリューフィーダ４による搬送量が上昇する。その後、スクリューフィーダ４の搬送速度を一定の降下率で徐々に下げ、通常の速度制御、つまり上記のように加圧流動層ボイラ２の出力に比例した制御（基本制御）に戻す。ここで、搬送速度を徐々に下げるのは、スクリューフィーダ４の入口側（排出口３１ｂ側）の灰Ｃの温度が低下するのを防止するためである。

第３に、ボイラ設備１を含む発電ユニットを起動する際に、加圧流動層ボイラ２に流動媒体を張り込む場合である。この場合、加圧流動層ボイラ２内で空気を回しながら流動媒体を張り込むため、微細な流動媒体が空塔部へ飛散し、集塵機３によって集塵される。このとき、加圧流動層ボイラ２の出力はゼロであるため、上記のような基本制御では、スクリューフィーダ４の搬送速度が最小に制御されてしまう。このため、流動媒体を張り込む際には、集塵機３による灰集塵量が上昇変動するとしてスクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。

具体的には、変動情報入力部５２に入力された張り込み情報（変動情報）に基づいて、上記第２の場合と同様に、スクリューフィーダ４の搬送速度を図５に示すように制御する。これにより、流動媒体の張り込みよって集塵機３による灰集塵量が上昇した際に、スクリューフィーダ４の搬送速度が最大速度になり、スクリューフィーダ４による搬送量が上昇する。ここで、最大速度を維持する時間は、加圧流動層ボイラ２の大きさや張り込みに要する時間などに基づいて予め設定されている。

ところで、変動情報入力部５２への変動情報の入力は、手動であってもよく自動であってもよい。すなわち、入力パネルなどを設け、この入力パネルから燃料の灰分量や、ボイラの負荷上昇情報、あるいは流動媒体の張り込み情報を手入力する。または、燃料の投入部において灰分量を算出し、その算出結果を投入部から変動情報入力部５２に直接入力（送信）したり、ボイラの負荷上昇情報や流動媒体の張り込み情報をボイラ設備１の制御装置から変動情報入力部５２に直接入力（送信）したりしてもよい。

次に、このような構成のボイラ設備１の作動およびスクリューフィーダ４の制御方法について説明する。

まず、通常状態においては、上記のように制御装置５によって、第１制御線Ｌ１に基づいてスクリューフィーダ４の搬送速度を基本制御する。つまり、加圧流動層ボイラ２の出力に対してスクリューフィーダ４の搬送速度が比例するように制御する。次に、集塵機３による灰集塵量が変動するイベントが発生すると、その変動にスクリューフィーダ４の搬送量が追従するように、制御装置５によって、スクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。すなわち、加圧流動層ボイラ２への燃料の灰分量が変化した場合には、上記のような第２制御線Ｌ２や第３制御線Ｌ３に従って、スクリューフィーダ４の搬送速度を制御する。また、加圧流動層ボイラ２の負荷が上昇変動する場合、あるいは加圧流動層ボイラ２に流動媒体が張り込まれる場合には、上記のようにスクリューフィーダ４の搬送速度を一定時間最大速度に制御し、その後一定の降下率で基本制御の速度まで下げ、基本制御するものである。

以上のように、このボイラ設備１およびスクリューフィーダ４の制御方法によれば、集塵機３による灰集塵量が上昇すると、スクリューフィーダ４による搬送量も上昇するようにスクリューフィーダ４の搬送速度が制御されるため、集塵機３による灰集塵量が上昇しても、集塵機３のホッパ３１内に灰Ｃが堆積することを防止することができる。一方、集塵機３による灰集塵量が低下すると、スクリューフィーダ４による搬送量も低下するようにスクリューフィーダ４の搬送速度が制御される。このため、灰集塵量に対してスクリューフィーダ４の搬送速度が過度に速いために灰Ｃが十分に冷却されない、ということを防止することができる。つまり、灰Ｃの冷却を効率よく行うことができ、スクリューフィーダ４の動力費も低く抑えることができる。

具体的には、加圧流動層ボイラ２への燃料の灰分量が変化したり、加圧流動層ボイラ２の負荷が変動したり、加圧流動層ボイラ２に流動媒体を張り込んだりすることで集塵機３による灰集塵量が変動したとしても、上記のようにしてスクリューフィーダ４の搬送速度が制御される。このため、ホッパ３１内への灰Ｃの堆積や、非効率な灰Ｃの冷却を防止することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態においては、第１制御線Ｌ１に従って、スクリューフィーダ４の搬送速度が加圧流動層ボイラ２の出力に比例するように制御することを基本制御としているが、その他の制御方法を基本制御としてもよい。例えば、図６に示すように、加圧流動層ボイラ２の出力が所定出力以下の場合には、スクリューフィーダ４の搬送速度がボイラ出力に比例するように制御し、ボイラ出力が所定出力よりも大きい場合には、スクリューフィーダ４の搬送速度を一定に維持することを基本制御としてもよい。また、この実施の形態では、制御手段としての制御装置５を別途設けているが、ボイラ設備１の制御装置などに制御手段としての制御回路を設けるようにしてもよい。さらに、ボイラが加圧流動層ボイラ２の場合について説明したが、その他のボイラであってもよいことは勿論である。

この実施の形態に係るボイラ設備とその周辺設備を示す模式図である。 図１のボイラ設備における集塵機の概略構成を示す断面図である。 図１のボイラ設備における制御装置の概略構成ブロック図である。 図３の制御装置によるボイラ出力とスクリューフィーダの回転速度との関係（制御線）を示す図である。 ボイラの負荷上昇時および流動媒体の張り込み時における図３の制御装置によるスクリューフィーダの回転速度の変化を示す図である。 図３の制御装置によるボイラ出力とスクリューフィーダの回転速度との他の関係（基本制御線）を示す図である。

符号の説明

１ ボイラ設備
２ 加圧流動層ボイラ（ボイラ）
２１ 伝熱管
３ 集塵機
３１ ホッパ
３１ａ 流入口
３１ｂ 排出口
３１ｃ 流出口
３２ サイクロン
３２ａ 流出口
３３ 流入管
４ スクリューフィーダ（フィーダ）
４１ 軸
５ 制御装置（制御手段）
６ 蒸気タービン
７ ガスタービン
８ 発電機
Ｃ 灰

Claims (5)

1. 燃料を燃焼するボイラと、
   前記ボイラから発生した灰を集塵する集塵機と、
   冷却水が供給され、前記集塵機によって集塵された灰を前記冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するフィーダと、を備えたボイラ設備であって、
   前記フィーダによる搬送量が前記集塵機による灰集塵量の変動に追従するように、前記フィーダの搬送速度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするボイラ設備。
2. 前記制御手段は、前記ボイラに供給される燃料の灰分量が変化すると前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
3. 前記制御手段は、前記ボイラの負荷が変動すると前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
4. 前記ボイラが流動層ボイラであり、前記制御手段は、前記ボイラに流動媒体を張り込む際に前記灰集塵量が変動するとして前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
5. ボイラから発生し集塵機によって集塵された灰を冷却水で冷却しながら灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法であって、
   前記フィーダによる搬送量が前記集塵機による灰集塵量の変動に追従するように、前記フィーダの搬送速度を制御することを特徴とする灰を灰処理設備側に搬送するフィーダの制御方法。
   

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