JP2011080727A - ボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができるようにする。
【解決手段】演算機9は、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、混合比率を決定する。燃料供給量調整装置3a,3bは、決定された混合比率に基づいて、各固体燃料のボイラ7への供給量を調整する。
【選択図】図1
【解決手段】演算機9は、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、混合比率を決定する。燃料供給量調整装置3a,3bは、決定された混合比率に基づいて、各固体燃料のボイラ7への供給量を調整する。
【選択図】図1
Description
本発明は、固体燃料を燃料とするボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置に関する。
従来、固体燃料を燃料とするボイラにおいては、固体燃料を粉砕機で粉砕した微粉炭を燃料として、搬送用空気とともにボイラに供給している。ボイラは、供給された燃料をバーナなどで燃焼させて熱を発生させる火炉と、火炉の上方から下流にわたって配置され、内部に燃焼ガスを流動させて熱交換を行う伝熱管群と、を備えており、ボイラで発生した燃焼ガスは煙突から排出されるようになっている。ここで、伝熱管群は、火炉の上方に所定の間隔で並列配置された二次加熱器、三次加熱器、最終加熱器、二次再熱器を備える上部伝熱部と、火炉の後部に配置された一次加熱器、一次再熱器、節炭器を備える後部伝熱部と、を有している。
このようなボイラでは、燃焼した石炭から発生した灰がボイラの燃焼ガスによって流動し、燃焼ガスの排出の途中で、灰が火炉の壁面や伝熱管群などに付着して堆積するスラッギングやファウリングが生じる。スラッギングやファウリングが生じると、伝熱管の伝熱面が塞がれて熱吸収効率が大幅に低下する。更に、スラッギングやファウリングにより壁面などに巨大なクリンカが生成されると、クリンカが落下して、炉内圧が大幅に変動したり、炉底の伝熱管が損傷したり、炉底の閉塞が生じたりするという問題が生じる。
また、火炉の上方に設けられる上部伝熱部は、狭い間隔で配置されているため、ここに灰が付着すると、炉内圧が大きく変動する恐れがある。また、伝熱管間に付着した灰が成長してガス流路を閉塞し、燃焼ガスが伝熱管群を通過することができなくなることで、運転障害が起こる恐れがある。
さらに、バーナ近傍では、燃料の燃焼火炎の放射熱により火炉の壁面近傍の温度が高くなっているため、比較的低温な伝熱管群に灰が付着溶融し易く、巨大なクリンカが成長しやすいという問題がある。
ボイラを安定運転するためには、固体燃料の燃焼により灰が火炉の壁面や伝熱管群などに付着する可能性を事前に予測して、灰の付着による問題の発生を回避することが必要である。そこで、灰の付着が生じる可能性を指標として表すことが試みられている。
例えば、非特許文献1では、灰含有元素を酸化物で表した灰組成に基づいた灰に関する指標と評価基準により、灰が付着する可能性を事前に予測する方法が用いられている。しかしながら、非特許文献1に示された指標と評価基準は、灰の付着などの問題が少ない良質炭である瀝青炭を対象としている。従って、近年需要が高まっている劣質炭(例えば、亜瀝青炭、褐炭、高シリカ炭、高カルシウム炭などの炭種)を対象としていないので、非特許文献1に示される指標と灰の付着との関係は必ずしも一致した傾向にないという問題がある。
そこで、特許文献1では、劣質炭を対象として、使用する石炭を予め灰化して得られた石炭灰を焼結させることにより、焼結灰の膠着度を測定し、灰の付着を予測評価している。
しかしながら、灰の焼結性や溶融性は、実際の灰を用いて測定を実施しないと求められない上に、複数の混炭条件における測定を実施するには時間と労力がかかり、簡便性に欠けるという欠点がある。従って、特許文献1に開示されている石炭灰の付着予測評価方法であっても、ボイラ内の灰付着を簡便に予測することができない。
本発明の目的は、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することが可能なボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置を提供することである。
本発明のボイラの灰付着抑制方法は、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定し、前記混合比率に基づいて各固体燃料を混合して、燃料としてボイラに供給することを特徴とする。
上記の構成によれば、ボイラ内で燃焼により溶融し、ボイラ内の燃焼空気の気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分であるスラグに着目し、劣質炭を含む1種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。また、ボイラでは熱量が重視されるため、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定となるように供給量が決定されているものとする。
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性(あるいは粘結性)が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率(=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2))が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であってよい。上記の構成によれば、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を基準値以上とすれば、灰付着率が所定値以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を抑制することができる。ここで、灰付着率は、ボイラ内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。また、灰付着プローブヘの衝突灰量は、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量であって、各固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から算出される。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記基準値は、前記灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sであってよい。上記の構成によれば、スラグ粘性の値が300〜1000Pa・sの範囲であると、灰付着率が5〜7%以下まで低下するので、基準値を300〜1000Pa・sとする。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を300〜1000Pa・s以上とすれば、灰付着率が5〜7%以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記所定の雰囲気温度は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、1種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、ボイラ設計上の最高雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラの炉内の燃焼温度に依存することなく、1種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置は、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定する演算手段と、前記混合比率に基づいて、各固体燃料のボイラへの供給量を調整する燃料供給量調整手段と、を有することを特徴とする。
上記の構成によれば、ボイラ内で燃焼により溶融し、ボイラ内の燃焼空気の気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分であるスラグに着目し、劣質炭を含む1種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。また、ボイラでは熱量が重視されるため、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定となるように供給量が決定されているものとする。
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性(あるいは粘結性)が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率(=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2))が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、1種類以上の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であってよい。上記の構成によれば、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を基準値以上とすれば、灰付着率が所定値以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を抑制することができる。ここで、灰付着率は、ボイラ内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。また、灰付着プローブヘの衝突灰量は、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量であって、各固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から算出される。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記基準値は、前記灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sであってよい。上記の構成によれば、スラグ粘性の値が300〜1000Pa・sの範囲であると、灰付着率が5〜7%以下まで低下するので、基準値を300〜1000Pa・sとする。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を300〜1000Pa・s以上とすれば、灰付着率が5〜7%以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記所定の雰囲気温度は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、1種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、ボイラ設計上の最高雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラの炉内の燃焼温度に依存することなく、1種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
本発明のボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置によると、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
(ボイラの灰付着抑制装置の構成)
本実施形態によるボイラの灰付着抑制装置10は、図1に示すように、ホッパ1,2からボイラ7への固体燃料の供給量を調整する燃料供給量調整装置(燃料供給量調整手段)3a,3bと、燃料供給量調整装置3a,3bを制御する演算機(演算手段)9とを有している。ホッパ1とホッパ2とは、互いに灰の性状が異なる固体燃料をそれぞれ保持している。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。
本実施形態によるボイラの灰付着抑制装置10は、図1に示すように、ホッパ1,2からボイラ7への固体燃料の供給量を調整する燃料供給量調整装置(燃料供給量調整手段)3a,3bと、燃料供給量調整装置3a,3bを制御する演算機(演算手段)9とを有している。ホッパ1とホッパ2とは、互いに灰の性状が異なる固体燃料をそれぞれ保持している。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。
ホッパ1,2とボイラ7との間には、混合機4と、粉砕機5と、バーナ6とが設けられている。混合機4は、燃料供給量調整装置3a,3bで供給量が調整された2種類の固体燃料を混合するものである。粉砕機5は、混合機4で混合された固体燃料を粉砕して微粉炭にするものである。バーナ6は、粉砕機5から空気と共に供給された微粉炭を燃料として燃焼させるものである。なお、本実施形態は、2種類の固体燃料を混合する構成であるが、1種類以上の固体燃料を混合する構成であってよい。
ボイラ7は、微粉炭を燃焼させて熱を回収するものである。尚、図示していないが、ボイラ7は、粉砕機5から供給された微粉炭を、バーナ6等で燃焼させて熱を発生させる火炉と、火炉の上方から下流にわたって配置され、内部に燃焼ガスを流動させて熱交換を行う伝熱管群と、を備えており、ボイラ7で発生した燃焼ガスは煙突から排出されるようになっている。また、伝熱管群は、火炉の上方に所定の間隔で並列配置された二次加熱器、三次加熱器、最終加熱器、二次再熱器を備える上部伝熱部と、火炉の後部に配置された一次加熱器、一次再熱器、節炭器を備える後部伝熱部と、を有している。
演算機9は、ホッパ1,2から供給される2種類の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、2種類の固体燃料の混合比率を決定する。所定の雰囲気温度については後述する。ここで、燃料となる固体燃料は、ボイラ7に投入される熱量が一定になるように供給量が決定されている。
具体的に説明すると、演算機9には、予め、各固体燃料の水分含有率、発熱量、灰分含有率、灰成分の組成等の石炭性状がデータとして集積されている。まず、演算機9は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性を算出する。このスラグ粘性は、予め測定されている、ボイラ7で使用する予定の各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により算出される。そして、演算機9は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率とを関係付ける。
ここで、スラグとは、灰の燃焼により溶融し、ボイラ7内の燃焼気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分を意味する。また、スラグ粘性とは、ある温度におけるスラグの粘性を意味し、本実施形態においては、灰付着特性の評価指標である。
また、灰付着率とは、灰の付着し易さを意味する。灰付着率は、ボイラ7の炉内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。灰付着プローブヘの衝突灰量とは、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量のことである。灰付着プローブヘの衝突灰量は、固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラ7の炉形状によって求められる。なお、灰付着率の算出は、ボイラ7ではなく、燃焼試験炉や実缶ボイラを用いて行ってもよい。
次に、演算機9は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。本実施形態において、灰付着率の所定値は5〜7%であり、基準値は、灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sである。
その後、演算機9は、2種類の固体燃料の混合比率をパラメータとして用いて、2種類の固体燃料を仮に混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成を算出する。この灰成分の組成は、予め測定しておいた各固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出される。
次に、演算機9は、2種類の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出する。このスラグ粘性は、2種類の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により算出される。これにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
なお、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性は、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を予め測定しておき、その結果に基づいて算出されてもよい。この場合には、実際のボイラ7の状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
そして、演算機9は、算出した所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性が基準値以上となるように、2種類の固体燃料の混合比率を算出する。これにより、演算機9において、2種類の固体燃料の混合比率が決定される。
このように、ボイラ7内で燃焼により溶融し、ボイラ7内の燃焼空気の気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分であるスラグに着目し、劣質炭を含む1種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性(あるいは粘結性)が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率(=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2))が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラ7ヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ7内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
また、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sを基準値として決定している。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を300〜1000Pa・s以上とすれば、灰付着率が5〜7%以下となり、ボイラ7内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
ここで、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ6近傍の雰囲気温度が用いられる。バーナ6近傍の雰囲気温度は、バーナ6近傍に設置された図示しない計測装置により測定される。また、所定の雰囲気温度は、バーナ6近傍の雰囲気温度に限定されず、例えば、灰の付着が生じやすい伝熱管群などの所望の部分の雰囲気温度であってよい。これによれば、ボイラ7内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、2種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
また、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ7設計上の最高雰囲気ガス温度を用いてもよい。この場合、ボイラ7の炉内の燃焼温度に依存することなく、2種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
(ボイラの灰付着抑制装置の動作)
次に、上記の構成のボイラの灰付着抑制装置10の動作、即ち、ボイラの灰付着抑制方法を説明する。
次に、上記の構成のボイラの灰付着抑制装置10の動作、即ち、ボイラの灰付着抑制方法を説明する。
図2に示すように、まず、ボイラ7で使用する予定の2種類の固体燃料の灰成分の組成をそれぞれ測定する(ステップS1)。具体的には、固体燃料の水分含有量、発熱量、灰分含有量、灰成分の組成等の石炭性状を測定する。測定結果は、データとして演算機9に集積される。次に、演算機9は、ステップS1で測定した各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性を算出する(ステップS2)。
次に、演算機9は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する(ステップS3)。本実施形態において、灰付着率の所定値は5〜7%であり、基準値は、灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sである。
次に、演算機9は、2種類の固体燃料の混合比率をパラメータとして用いて、ステップS1で測定した各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、2種類の固体燃料を仮に混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成を算出する(ステップS4)。そして、演算機9は、ステップS4で算出した混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出する(ステップS5)。これによれば、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
なお、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性は、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を予め測定しておき、その結果に基づいて算出されてもよい。これによれば、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
次に、演算機9は、ステップS5で算出した所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性が、ステップS3で決定した基準値以上となるように、2種類の固体燃料の混合比率を算出し、混合比率を決定する(ステップS6)。
このように、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ7内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
また、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sを基準値として決定している。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を300〜1000Pa・s以上とすれば、灰付着率が5〜7%以下となり、ボイラ7内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
ここで、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ6近傍の雰囲気温度を用いることにより、ボイラ7内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができる。よって、2種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
なお、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ7設計上の最高雰囲気ガス温度を用いることにより、ボイラ7の炉内の燃焼温度に依存することなく、2種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
次に、ステップS6で決定した各固体燃料の混合比率に基づいて、2種類の固体燃料を混合し、粉砕して微粉炭とした後に、この微粉炭を燃料としてボイラ7に供給する(ステップS7)。具体的には、演算機9は、ステップS6で決定した各固体燃料の混合比率に基づいて、燃料供給量調整装置3a,3bを制御することにより、ホッパ1,2からボイラ7への固体燃料の供給量を調整する。混合機4は、燃料供給量調整装置3a,3bで供給量が調整された2種類の固体燃料を混合する。粉砕機5は、混合機4で混合された固体燃料を粉砕して微粉炭とし、燃料としてボイラ7に供給する。バーナ6は、粉砕機5から空気と共に供給された微粉炭を燃料として燃焼させる。
(実施例)
次に、ボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置の実施例を説明する。
次に、ボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置の実施例を説明する。
本実施例では、微粉炭燃焼試験炉(炉内径400mm、炉内有効高さ3650mm)を用いて、加熱用の都市ガスの投入熱量の合計が149kWで一定である条件下で、灰成分の組成が異なる5種類の微粉炭を燃料として用いて実験を行った。本実施例では、スラグ粘性を算出する際の所定の雰囲気温度を1300℃としている。1300℃における5種類の微粉炭の灰成分の組成を表1に示す。
実験では、2種類の微粉炭を混合し、混合後の微粉炭の投入熱量が60kWで一定となるように、混合後の微粉炭の供給量を調整した。そして、微粉炭燃焼試験炉の炉頂に設けたバーナで、混合後の微粉炭を燃焼空気とともに燃焼させるとともに、灰付着プローブをバーナの下方に位置するように炉内に挿入して100分間保持し、灰付着プローブの表面に付着する灰の付着率を調査した。ここで、微粉炭燃焼試験炉の灰付着プローブが挿入された部分の炉内の雰囲気温度は、実缶ボイラにおいて灰付着現象が発生している温度と同様の約1300℃である。また、灰付着プローブの表面温度が約500℃になるように、灰付着プローブの内部を水冷して温度調整している。
そして、表1に示した各微粉炭の灰成分の組成に基づいて、1300℃における混合後の微粉炭のスラグ粘性を、実験的に求められた算出式により算出した。1300℃におけるスラグ粘性と灰付着率との関係を、図3に示す。
図3に示すように、混合後の微粉炭のスラグ粘性が300〜1000Pa・sより高いと、灰付着率が5〜7%以下となり、混合後の微粉炭のスラグ粘性が300〜1000Pa・s以下であると、灰付着率が急激に上昇することがわかる。このことから、1300℃における混合後の微粉炭のスラグ粘性が300〜1000Pa・s以上となるように、2種類の微粉炭の混合比率を算出して決定すれば、灰の付着を抑制することができることがわかる。
(本実施形態の変形例)
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、予め測定したスラグ粘性と灰付着率との関係に基づいて、基準値を決定しているが、これに限定されず、燃焼試験炉や実缶ボイラを用いて、燃料に含まれるスラグ粘性を変えながら燃焼テストを行い、ボイラ7に設置されたコンベア(図示せず)では搬出できないサイズのクリンカ(溶融スラグ)の塊が炉壁に落下するとき、または、主蒸気温度・主蒸気圧力が規定領域から外れたり変動したりするときのスラグ粘性を基準値としてもよい。
1,2 ホッパ
3a,3b 燃料供給量調整装置(燃料供給量調整手段)
4 混合機
5 粉砕機
6 バーナ
7 ボイラ
9 演算機(演算手段)
10 灰付着抑制装置
3a,3b 燃料供給量調整装置(燃料供給量調整手段)
4 混合機
5 粉砕機
6 バーナ
7 ボイラ
9 演算機(演算手段)
10 灰付着抑制装置
Claims (14)
- 1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定し、
前記混合比率に基づいて各固体燃料を混合して、燃料としてボイラに供給することを特徴とするボイラの灰付着抑制方法。 - 前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されることを特徴とする請求項1に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されることを特徴とする請求項1に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 前記基準値は、前記灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sであることを特徴とする請求項4に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 前記所定の雰囲気温度は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
- 1種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定する演算手段と、
前記混合比率に基づいて、各固体燃料のボイラへの供給量を調整する燃料供給量調整手段と、
を有することを特徴とするボイラの灰付着抑制装置。 - 前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されることを特徴とする請求項8に記載のボイラの灰付着抑制装置。
- 前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されることを特徴とする請求項8に記載のボイラの灰付着抑制装置。
- 前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
- 前記基準値は、前記灰付着率が5〜7%以下となるスラグ粘性の値である300〜1000Pa・sであることを特徴とする請求項11に記載のボイラの灰付着抑制装置。
- 前記所定の雰囲気温度は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
- 前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
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