JP2011122800A - Fluidized bed combustion furnace and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法に関するものである。 The present invention relates to a fluidized bed combustion furnace and a method for operating the fluidized bed combustion furnace.
従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の焼却設備が知られている。この焼却設備は、流動床燃焼炉を備えており、火炉内の循環材として珪砂等の砂を用いている。火炉において、燃料の焼却後に残った成分が塩として蓄積すると、循環材の砂の流動性が阻害されるので、これを防止すべく、不燃物と一緒に砂を火炉底部から抜き出し、砂を洗浄して火炉に返還することとしている。
Conventionally, an incineration facility described in
火炉内の砂を洗浄し再利用したとしても、砂は循環材として炉内を流動するうちに摩耗し最終的には排ガスと一緒に炉外に排出されていくので、火炉内に存在する砂は徐々に減少していく。従って、火炉には新しい砂を定期的に供給することが必要である。この種の砂は高価であることが多く、砂の消費量の増加により設備の運用コスト低減が妨げられる。また、火炉の壁面に水管が設けられる構成で、砂を水管への熱伝達媒体として機能させる場合には、砂の性状が炉内の温度に影響を与えるので、火炉の温度制御の手法が求められていた。 Even if the sand in the furnace is washed and reused, the sand wears out as it flows through the furnace as a circulating material and is eventually discharged out of the furnace together with the exhaust gas. Gradually decreases. Therefore, it is necessary to periodically supply new sand to the furnace. This type of sand is often expensive, and the increase in sand consumption hinders the reduction of equipment operating costs. In addition, when a water pipe is provided on the wall of the furnace and sand functions as a heat transfer medium to the water pipe, the sand temperature affects the temperature in the furnace. It was done.
本発明は、火炉の温度を制御することができ、火炉に供給する砂の消費量を低減することができる流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a fluidized bed combustion furnace capable of controlling the temperature of the furnace and reducing the consumption of sand supplied to the furnace and a method for operating the fluidized bed combustion furnace.
本発明の流動床燃焼炉は、燃料を燃焼させる火炉と、火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、火炉の温度に基づいてボトムアッシュ排出口からのボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御手段と、火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉内に返還する灰返還手段と、を備えたことを特徴とする。 The fluidized bed combustion furnace of the present invention includes a furnace for burning fuel, a bottom ash outlet for extracting bottom ash from the furnace, and an extraction for controlling the amount of bottom ash extracted from the bottom ash outlet based on the temperature of the furnace. It is characterized by comprising quantity control means and ash return means for adjusting the particle size of at least the ash contained in the bottom ash extracted from the furnace and returning it to the furnace.
また、本発明の流動床燃焼炉の運転方法は、燃料を燃焼させる火炉と、火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、を備える流動床燃焼炉において、火炉の温度に基づいてボトムアッシュ排出口からのボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御工程と、火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉内に返還する灰返還工程と、を備えたことを特徴とする。 The fluidized bed combustion furnace operating method of the present invention is a fluidized bed combustion furnace comprising a furnace for burning fuel and a bottom ash discharge port for extracting the bottom ash from the furnace, based on the temperature of the furnace. An extraction amount control step for controlling the amount of bottom ash extracted from the outlet, and an ash return step for adjusting the particle size of at least the ash contained in the bottom ash among the bottom ash extracted from the furnace and returning it to the furnace, It is provided with.
この流動床燃焼炉及び運転方法では、ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉に返還する。ボトムアッシュに含まれる灰は、粒度調整されることにより循環材として機能する。従って、循環材として火炉に導入すべき新しい砂の量が低減され、砂の消費量を低減することができる。また、ボトムアッシュを火炉から抜き出すと共に粒度調整済みの灰を火炉に導入することにより、火炉内における循環材の粒度分布を良好にすることができ、火炉の温度を調整することができる。そして、このようなボトムアッシュの抜き出し量を火炉の温度に基づいて行うことで、火炉の温度を安定化させる制御が可能となる。 In this fluidized bed combustion furnace and operation method, the ash contained in the bottom ash is adjusted in particle size and returned to the furnace. The ash contained in the bottom ash functions as a circulating material by adjusting the particle size. Therefore, the amount of new sand to be introduced into the furnace as the circulating material is reduced, and the consumption of sand can be reduced. Further, by extracting the bottom ash from the furnace and introducing the ash having the adjusted particle size into the furnace, the particle size distribution of the circulating material in the furnace can be improved, and the temperature of the furnace can be adjusted. And the control which stabilizes the temperature of a furnace becomes possible by performing the extraction amount of such a bottom ash based on the temperature of a furnace.
また、抜出量制御手段は、火炉の温度が所定の閾値を超えた場合に、ボトムアッシュの抜き出し量を増加させることとしてもよい。 The extraction amount control means may increase the extraction amount of the bottom ash when the furnace temperature exceeds a predetermined threshold.
ボトムアッシュは、火炉内に滞留することで粒度分布が粗くなる傾向にある。ボトムアッシュの粒度分布が粗い側に推移することにより、火炉内における循環材の流動性が低下すると、火炉の壁への熱伝達が円滑に行われず、火炉内の温度が上昇する傾向にある。このような場合、火炉から抜き出すボトムアッシュの量を増加させ、粒度調整し再び火炉に返還することにより、火炉内に滞留するボトムアッシュの粒度が整えられ、火炉の温度を低下させる。従って、このような制御により、火炉の温度の過度な上昇を抑えることができる。 Bottom ash tends to have a coarse particle size distribution by staying in the furnace. If the fluidity of the circulating material in the furnace decreases due to the transition of the bottom ash particle size distribution to the coarser side, heat transfer to the furnace wall is not smoothly performed, and the temperature in the furnace tends to increase. In such a case, the amount of the bottom ash extracted from the furnace is increased, the particle size is adjusted and returned to the furnace again, the particle size of the bottom ash staying in the furnace is adjusted, and the temperature of the furnace is lowered. Therefore, an excessive rise in the furnace temperature can be suppressed by such control.
本発明の流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法によれば、火炉の温度を制御することができ、火炉に供給する砂の消費量を低減することができる。 According to the fluidized bed combustion furnace and the operation method of the fluidized bed combustion furnace of the present invention, the temperature of the furnace can be controlled, and the consumption of sand supplied to the furnace can be reduced.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る流動床燃焼炉の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a fluidized bed combustion furnace according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の流動床燃焼炉の一実施形態であるボイラ1を示している。このボイラ1は、循環流動床ボイラ、或いはCFB(Circulating Fluidized Bed)ボイラなどと呼ばれるタイプのものである。ボイラ1では、石炭などの化石燃料だけではなく、バイオマス、プラスチック、タイヤ、汚泥、RFP、RDFなどの幅広い燃料が使用可能である。
FIG. 1 shows a
ボイラ1は、燃料を燃焼させる流動床型の火炉3を備えている。火炉3の側面には燃料を投入する燃料投入口が設けられており、火炉3の上部には燃焼で発生する排ガスを排出するガス出口3bが設けられている。ガス出口3bには、サイクロン7が接続されている。サイクロン7は、セパレータ、サイクロン分級装置、或いはサイクロン分離器などとも呼ばれ、固気分離装置として機能する。サイクロン7の入口7aは上記ガス出口3bに接続されており、サイクロン7の排出口7bはバックパス11を介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン7の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン9が下方に延びており、リターンライン9の下端は火炉3の下部側面に接続されている。
The
火炉3内では、下部の給気ラインから導入される燃焼用・流動用の空気により、上記投入口から投入された燃料を含む固形物が流動し、燃料は火炉3内で流動しながら燃焼する。サイクロン7には、火炉3で発生した排ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン7は、内部に排ガスの旋回流を発生させて遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離する。そしてサイクロン7は、分離された固体粒子(循環材)をリターンライン9を通して火炉3に戻すと共に、固体粒子が除かれた排ガスを排出口7bからバックパス11に送出する。固体粒子は、火炉3、サイクロン7及びリターンライン9を循環する。
In the
バックパス11は、排ガスを搬送するダクトである。排ガスの熱を発電用として回収するために、バックパス11には熱回収部17が設けられている。熱回収部17は、排ガスの流路を横切るボイラチューブを有しており、当該ボイラチューブ内には水、蒸気及び空気が流動する。サイクロン7から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水、蒸気及び空気に回収され、発生した高温の水蒸気が配管を通じて発電用のタービンに送られる。
The
バックパス11の下部から排出される排ガスは、ラインL13を通じて排ガス浄化装置13に導入される。排ガス浄化装置13は、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去すると共に、排ガスの脱硫を行う。排ガス浄化装置13による清浄後の排ガスはラインL15を通じて煙突15から外部に排出される。
The exhaust gas discharged from the lower portion of the
火炉3の外壁には、水が流通する水管が設けられており、この水管内の水が熱せられることにより、火炉3内の燃焼で発生する熱が回収される。このとき、火炉3内を流動する固体粒子(循環材)が、燃焼で発生する熱を水管に伝達する熱伝達媒体として機能する。この循環材には、火炉3内で燃料の燃焼により発生する灰と、後述する砂と、が含まれる。循環材が火炉3内に長く滞留することにより、徐々に適正な粒度の循環材が細かくなり減少した結果、循環材の粒径分布が粗くなる傾向にある。そして、循環材の粒度分布が粗い側に推移することにより、火炉3内における循環材の流動性が低下し、火炉3の底部にボトムアッシュとして溜まりやすくなる。そして、循環材の流動性が低下すると、水管への熱伝達が良好に行われず、その結果、火炉3の燃焼温度が上昇し、ボイラ1のトラブルに繋がる場合もある。
A water pipe through which water flows is provided on the outer wall of the
そこで、このボイラ1では、粒度分布が予めコントロールされた珪砂などの砂を、循環材として火炉3内に導入することとしている。具体的には、ボイラ1は、粒度分布がコントロールされた砂を貯留する砂貯留部21を備えている。砂貯留部21から供給される砂は、ブロア23により循環材ラインL3を通じて火炉3内に導入される。さらに、火炉3の底部には、火炉底部に溜まったボトムアッシュ(「炉底灰」又は「ベッドアッシュ」などと呼ばれる場合もある)を下方に抜き出すためのボトムアッシュ排出口3cが設けられている。抜き出されるボトムアッシュには、前述の砂と、燃料が燃焼して発生する灰と、例えば石塊などの約30mm以上の大きい粒径をもつ異物と、鉄塊をはじめとする金属塊などの有価物と、が含まれている。このように、粒度がコントロールされた砂が火炉3に供給され、粒度が大きいボトムアッシュが火炉3から排出されるので、火炉3内の循環材の粒度分布を良好な分布に保つことができる。
Therefore, in the
また、ボイラ1は、スクリューコンベア25と、磁選機27と、フィルタ29と、破砕機31とを備えている。スクリューコンベア25は、回転数の調整によってボトムアッシュ排出口3cから抜き出されるボトムアッシュの抜き出し量を調整することができる。磁選機27は、有価物をボトムアッシュから取り除き系外に排出する。フィルタ29は、例えば約30mm以上の大きい粒径の異物をボトムアッシュから取り除き系外に排出する。破砕機31には、上記のように有価物と異物とが除去されたボトムアッシュが導入される。すなわち、破砕機31には、砂と灰との混合物が導入される。破砕機31は、砂と灰との混合物を破砕し粒度を細かくする。すなわち破砕機31は、上記混合物の粒度調整を行う粒度調整手段として機能する。粒度調整された砂と灰との混合物は、循環材ラインL4を通じて循環材ラインL3に合流し、ブロア23によって再び火炉3内に返還され、再び循環材として機能する。
The
また、ボイラ1は、スクリューコンベア25の駆動制御により、ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御部33を備えている。抜出量制御部33は、駆動信号によりスクリューコンベア25の回転数を制御することができる。抜出量制御部33は、例えばコンピュータ等で構成される。更に、火炉3の下部には、火炉3の燃焼温度を測定する温度計35と火炉3内の圧力を測定する圧力計37とが設けられている。温度計35及び圧力計37の測定値は、電気信号として抜出量制御部33に送信される。
Moreover, the
以下、抜出量制御部33がボトムアッシュの抜き出し量を制御する処理について説明する。図2に示すように、抜出量制御部33は、圧力計37の測定値を取得する(S101)。そして、圧力計37の圧力測定値が所定の上限圧力(例えば、6kPa)よりも大きい場合(S103でYes)には、抜出量制御部33は、スクリューコンベア25の回転数を上げることでボトムアッシュの抜き出し量を増加させる(S105)。また、上記の圧力測定値が所定の下限圧力(例えば、5kPa)よりも小さい場合(S107でYes)には、抜出量制御部33は、スクリューコンベア25の回転数を下げることでボトムアッシュの抜き出し量を減少させる(S109)。以上の制御により、火炉3内の圧力は、下限圧力と上限圧力との間で一定に維持される。
Hereinafter, processing in which the extraction
次に、抜出量制御部33は、温度計35の測定値を取得する(S111)。そして、温度計35の温度測定値が所定の上限温度(例えば、1000℃)よりも大きい場合(S113でYes)には、抜出量制御部33は、スクリューコンベア25の回転数を上げることでボトムアッシュの抜き出し量を増加させる(S115)。
Next, the extraction
このように、火炉3の温度が所定上限温度を超えた場合にボトムアッシュの抜き出し量を増加させるので、磁選機27、フィルタ29、及び破砕機31で処理されるボトムアッシュが増加し、ラインL4,L3を通じて火炉3に再導入される砂及び灰が増加する。すなわち、粒度が粗いボトムアッシュの抜き出し量が増加すると共に、粒度調整済みで火炉3に導入される循環材(砂及び灰)が増加することになるので、火炉3内における循環材の流動性が向上する。従って、循環材を媒体とした水管への熱伝達が良好になることで、火炉3の燃焼温度が低下し、火炉3の温度の過度な上昇が抑えられる。
In this way, when the temperature of the
ボイラ1の運転中においては、抜出量制御部33による上記の処理S101〜S115が繰り返し行われる。この抜出量制御部33の制御によれば、循環材の粒度分布を適切に保つことで、火炉3の温度制御を行うことができる。
During the operation of the
また、このボイラ1では、火炉3からボトムアッシュを抜き出し、前述の各処理を経て、粒度調整された砂及び灰を火炉3に再導入することとしている。このように、火炉3に導入した砂を再利用するばかりでなく、異物と有価物とを除去した上でボトムアッシュの全体を再利用している。すなわち、導入した砂ばかりでなく燃料の燃焼により発生した灰をも再利用しているので、砂貯留部21からの新しい砂の供給量を低減することができる。その結果、ボイラ1における砂の消費量を低減することができ、準備する砂のコスト及び使用済みの砂の処理コストを低減することができ、運転コスト低減を図ることができる。
Further, in the
例えば、燃料の性状によっては、燃焼によって十分な量の灰が発生する場合がある。この場合、運転開始当初には砂貯留部21からの砂を循環材として火炉3に導入する必要があるが、その後は、燃料から発生する灰をラインL4,L3に循環させることにより、砂貯留部21からの砂の供給を不要とすることも可能である。
For example, depending on the nature of the fuel, a sufficient amount of ash may be generated by combustion. In this case, it is necessary to introduce the sand from the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、温度計35による火炉3の下部の温度に基づいてボトムアッシュの抜き出し量を制御しているが、火炉3の他の部分の温度に基づいて抜き出し量の制御を行ってもよい。また、実施形態では、火炉3の温度が所定の上限温度(閾値)を超えた場合に抜き出し量を増加させることとしているが、例えば、火炉3の温度上昇の勾配が所定の閾値を超えた場合に抜き出し量を増加させるといった制御を行ってもよい。また、処理S105,S109,S115における抜き出し量増減の判断は、自動処理に限られるものではない。また、本発明は、循環流動床ボイラへの適用に限られず、他のタイプの燃焼炉における循環材の処理にも適用可能である。例えば、本発明は、排ガスの熱交換による発電を行わないタイプの焼却炉にも適用可能である。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the embodiment, the extraction amount of the bottom ash is controlled based on the temperature of the lower portion of the
1…CFBボイラ(流動床燃焼炉)、3…火炉、3c…ボトムアッシュ排出口、25…スクリューコンベア(抜出量制御手段)、31…破砕機(灰返還手段)、33…抜出量制御部(抜出量制御手段)、L4,L3…循環材ライン(灰返還手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、
前記火炉の温度に基づいて前記ボトムアッシュ排出口からの前記ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御手段と、
前記火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して前記火炉内に返還する灰返還手段と、
を備えたことを特徴とする流動床燃焼炉。 A furnace that burns fuel;
A bottom ash discharge port for extracting the bottom ash from the furnace,
An extraction amount control means for controlling the extraction amount of the bottom ash from the bottom ash discharge port based on the temperature of the furnace;
Of the bottom ash extracted from the furnace, ash return means for adjusting the particle size of at least the ash contained in the bottom ash and returning it to the furnace,
A fluidized bed combustion furnace comprising:
前記火炉の温度が所定の閾値を超えた場合に、前記ボトムアッシュの抜き出し量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の流動床燃焼炉。 The extraction amount control means includes:
2. The fluidized bed combustion furnace according to claim 1, wherein when the temperature of the furnace exceeds a predetermined threshold, the amount of the bottom ash extracted is increased.
前記火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、を備える流動床燃焼炉において、
前記火炉の温度に基づいて前記ボトムアッシュ排出口からの前記ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御工程と、
前記火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して前記火炉内に返還する灰返還工程と、
を備えたことを特徴とする流動床燃焼炉の運転方法。 A furnace that burns fuel;
In a fluidized bed combustion furnace comprising a bottom ash discharge port for extracting bottom ash from the furnace,
An extraction amount control step for controlling the extraction amount of the bottom ash from the bottom ash discharge port based on the temperature of the furnace,
Of the bottom ash extracted from the furnace, at least an ash return step of adjusting the particle size of the ash contained in the bottom ash and returning it to the furnace,
A method for operating a fluidized bed combustion furnace, comprising:
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