JP2012112551A - 石炭・バイオマス混焼装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱効率に優れた石炭・バイオマス混焼装置を提供する。
【解決手段】1次空気入口ダクト10にて空気予熱器5に導入して加熱し、1次熱空気ダクト12から取り出した熱空気と、1次空気入口ダクト10から分岐する1次冷空気ダクト16からの冷空気とを混合して石炭ミル3に搬送空気として供給し、又、1次空気入口ダクト10から分岐した冷空気をバイオマス燃料微粉の搬送用空気としてバイオマス粉ビン4に供給する第2の搬送管7を備えており、1次熱空気ダクト12の熱空気の一部を第2の搬送管7の冷空気に混合する分岐用熱空気ダクト21を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、粉砕機を用いて石炭を粉砕した微粉炭、及び木材等のバイオマスを粉砕したバイオマス燃料微粉を燃焼させる混焼ボイラを備えた石炭・バイオマス混焼装置(石炭・バイオマス混焼システム)に関するものである。
近年、石炭火力へのコスト的な見直しの観点から、又、CO発生量の抑制の要求等からバイオマスの利用促進が図られている。このような背景の下に、種々の石炭・バイオマス混焼装置として混焼ボイラが提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
上記特許文献1の混焼ボイラでは、石炭粉砕機と、バイオマス粉砕機を備え、ボイラ下流の空気予熱器(GAH:ガスエアヒータ)で加熱した高温空気は石炭粉砕機に供給して石炭を乾燥させつつ粉砕した微粉炭を混焼ボイラのバーナに供給し、ボイラの下流から排ガスの一部を取り出してこの排ガスは、前記バイオマス粉砕機に供給してバイオマスを乾燥させつつ粉砕したバイオマス燃料微粉を混焼ボイラのバーナに供給するようにしている。
上記混焼ボイラにおいも通常のボイラと同様に安定したボイラ出力が要求されるが、前記バイオマスは供給量或いは発熱量が変動する場合があるために、混焼ボイラにおいては、主燃料として微粉炭を用いるようにし、石炭に対するバイオマスの混焼割合は所定の割合、例えば10〜20%程度になるように供給するのが一般的である。
特開2008−082651号公報
しかし、前記特許文献1の混焼ボイラにおいては、バイオマスを専用の竪形粉砕機で粉砕してバイオマス燃料微粉混焼ボイラのバーナに供給するようにしているために、バイオマス燃料微粉の供給量或いは発熱量が変動する場合があり、このようにバイオマス燃料微粉の供給量或いは発熱量が変動した場合には、混焼ボイラのボイラ出力が変動してしまうという問題がある。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、混焼ボイラに対するバイオマス燃料微粉の供給を安定させることができ、しかも、熱効率に優れた石炭・バイオマス混焼装置を提供しようとするものである。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、主燃料の微粉炭と副燃料のバイオマス燃料微粉を混焼する混焼ボイラと、微粉炭を生成する石炭ミルと、バイオマス燃料微粉を貯蔵するバイオマス粉ビンと、前記混焼ボイラから排出される排ガスと大気から取り入れる1次空気の一部及び2次空気と熱交換する空気予熱器とを備える石炭・バイオマス混焼装置であって、
前記空気予熱器は、冷空気を1次空気入口ダクトにより取り入れて熱交換後の熱空気を送り出す1次熱空気ダクトと、前記1次空気入口ダクトから分岐した冷空気を導く1次冷空気ダクトと、2次空気入口ダクトにより2次空気を取り入れて熱交換後の熱空気を前記混焼ボイラに導く2次熱空気ダクトとを備え、
前記石炭ミルは、前記1次熱空気ダクトからの熱空気と前記1次冷空気ダクトからの冷空気の混合空気によって微粉炭を前記混焼ボイラに搬送する第1の搬送管を備え、
前記バイオマス粉ビンは、前記1次冷空気ダクトから分岐した冷空気を搬送空気の一部として前記バイオマス粉ビンのバイオマス燃料微粉を前記混焼ボイラに搬送する第2の搬送管を備え、
更に、前記1次熱空気ダクトと前記第2の搬送管との間には、前記1次熱空気ダクトの熱空気を搬送用空気の一部として前記第2の搬送管に分岐させる分岐用熱空気ダクトを備えたことを特徴とする石炭・バイオマス混焼装置、に係るものである。
上記石炭・バイオマス混焼装置において、前記第2の搬送管には、前記バイオマス粉ビンのバイオマス燃料微粉と合流する前の搬送用空気の温度を計測する温度計測手段を備え、
更に、前記温度計測手段に接続され、該温度計測手段からの計測温度データに基づいて、冷空気と熱空気が混合された混合空気の温度が予め設定された設定温度域に収まるように、前記第2の搬送管内を流れる冷空気量と前記分岐用熱空気ダクト内を流れる熱空気量とを調節する制御手段を備えることは好ましい。
又、上記石炭・バイオマス混焼装置において、前記設定温度域が、前記バイオマス燃料微粉の燃焼が生じない温度であることは好ましい。
本発明の石炭・バイオマス混焼装置によれば、微粉炭ミルに供給する1次空気の一部を用いてバイオマス粉ビンのバイオマス燃料微粉を混焼ボイラに搬送するようにしたので、簡略なダクト構成にてバイオマス燃料微粉の安定した供給が可能になり、更に、空気予熱器を通る1次空気量が増加することにより熱効率を向上させられる効果がある。
本発明の実施例に係る石炭・バイオマス混焼装置の構成図である。
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1は、本発明の実施例に係る石炭・バイオマス混焼装置の構成図であり、石炭・バイオマス混焼装置を構成する混焼ボイラ1の火炉壁には、微粉炭バーナとバイオマスバーナからなるバーナ2が配置されている。バーナ2には、共通又は個別の風箱から燃焼用空気が供給されるようになっている。
又、石炭・バイオマス混焼装置には石炭ミル3が備えてあり、該石炭ミル3は、石炭を粉砕した微粉炭を第1の搬送管6によりバーナ2に供給している。更に、石炭・バイオマス混焼装置にはバイオマス粉ビン4が備えてあり、該バイオマス粉ビン4には、図示しないバイオマス粉砕ミルによってバイオマスを粉砕したバイオマス燃料微粉が貯留されており、バイオマス粉ビン4に貯留されたバイオマス燃料微粉は第2の搬送管7によりバーナ2に供給している。
更に、石炭・バイオマス混焼装置には、混焼ボイラ1出口の排ガスと空気の熱交換を行う空気予熱器(GAH:ガスエアヒータ)5が備えてあり、混焼ボイラ1の排ガスは第1の排ガス管8によって空気予熱器5に供給され、又、空気予熱器5で熱交換された排ガスは、空気予熱器5の出口側に設けられた第2の排ガス管9によって大気中に排出されるようになっている。
空気予熱器5の給気系の前段側(入口側)には、1次空気入口ダクト10と2次空気入口ダクト11とが備えられ、大気(冷空気)が空気予熱器5に送り込まれるようになっている。空気予熱器5の給気系の後段側(出口側)には、排気ガスとの熱交換によって加熱された熱空気を取り出す1次熱空気ダクト12と2次熱空気ダクト13とが備えられ、1次熱空気ダクト12は、第1、第2のダンパ14、15を介して石炭ミル3に接続されている。又、2次熱空気ダクト13は、直接混焼ボイラ1のバーナ2に接続されている。
1次空気入口ダクト10には、途中で1次冷空気ダクト16が分岐しており、該1次冷空気ダクト16は、前記第1、第2のダンパ14、15の間の1次熱空気ダクト12に、第3のダンパ17を介して接続されている。
前記第1のダンパ14の開度によって、1次熱空気ダクト12から石炭ミル3内に送り込まれる熱空気量が調節され、又、前記第3のダンパ17の開度によって、1次冷空気ダクト16から石炭ミル3内に送り込まれる冷空気量が調節されることで、混合空気の温度が調整される。又、第2のダンパ15によって、微粉炭搬送用空気(混合空気)の流量が調節される。
更に、前記1次冷空気ダクト16には、第2の搬送管7が分岐しており、第2の搬送管7は1次空気入口ダクト10からの冷空気の一部を搬送用空気として前記バイオマス粉ビン4に供給するようにしている。
前記第2の搬送管7は、途中に設けた第4のダンパ18によって、バイオマス粉ビン4に供給する搬送用空気量が調節されるようになっている。第4のダンパ18は、バイオマス燃料微粉と搬送用空気との合流点より上流側に配置されている。
本実施例に係る石炭・バイオマス混焼装置においては、更に以下の構成要素が付加される。
まず、前記1次熱空気ダクト12に備えられる第1のダンパ14の上流側に、1次熱空気ダクト12の熱空気を分岐して前記第2の搬送管7に供給するようにした分岐用熱空気ダクト21を接続している。分岐用熱空気ダクト21には、第5のダンパ22を配置し、第2の搬送管7における前記分岐用熱空気ダクト21との接続点より上流側には、第6のダンパ23を配置する。
又、前記第2の搬送管7にあって、第4のダンパ18の下流側には、第2の搬送管7を流れる冷空気と分岐用熱空気ダクト21を流れる熱空気が混合された混合空気(搬送用空気)の温度を計測する温度計(温度計測手段)24が配置される。ここで、温度計24は、バイオマス燃料微粉と合流する前の搬送用空気の温度を計測するためのものであるため、バイオマス燃料微粉と搬送用空気との合流点より上流側に配置されている。
さらに、本実施例の石炭・バイオマス混焼装置には、コントローラ(制御手段)25が備えられ、このコントローラ25は、前記温度計(温度計測手段)24と接続されている。前記コントローラ25では、温度計24からの計測温度データが読み取られ、冷空気と熱空気が混合された混合空気の温度が予め設定された設定温度域、この実施の形態では、60℃乃至80℃の範囲に収まるように、第5のダンパ22、第6のダンパ23の開度を制御するようになっている。尚、バイオマスの性状によって(例えば生木等のように含水分が高い場合に)は、60℃乃至80℃の範囲を超える設定温度域とすることもできる。又、コントローラ25により、第4のダンパ18が制御され、第2の搬送管7内を流れる搬送空気の量がバイオマス燃料微粉の搬送に好適な値に維持される。
次に、本実施例に係る石炭・バイオマス混焼装置の作動を説明する。
1次空気入口ダクト10及び2次空気入口ダクト11から空気予熱器5に送り込まれた冷空気は、空気予熱器5内で、第1の排ガス管8から空気予熱器5内に送り込まれた高温の排ガスと熱交換され、それぞれ熱空気となって1次熱空気ダクト12及び2次熱空気ダクト13に送り出される。2次熱空気ダクト13内を流れる熱空気は、燃焼用空気として直接混焼ボイラ1のバーナ2に供給され、バーナ2において、微粉炭とバイオマス燃料微粉の燃焼に寄与される。
1次熱空気ダクト12内を流れる熱空気は、1次冷空気ダクト16内を流れる冷空気と混合される。この混合比率(混合空気の温度)は、第1のダンパ14と第3のダンパ17の開度によって調節され、さらに、石炭ミル3に送り込まれる混合空気の量は、第2のダンパ15によって調節される。石炭ミル3内の微粉炭は、1次熱空気ダクト12と1次冷空気ダクト16から送り込まれた混合空気(搬送用空気)によって、第1の搬送管6内を搬送されて、バーナ2に供給される。
一方、第2の搬送管7内を流れる冷空気と分岐用熱空気ダクト21内を流れる熱空気は、第2の搬送管7と分岐用熱空気ダクト21との接続点において合流される。その混合比率は、温度計24からの計測温度データに基づいて、コントローラ25により、空気温度が60℃乃至80℃の設定温度域になるように、第5のダンパ22と第6のダンパ23の開度を調節することによって設定される。このように、バイオマス粉ビン4に導く混合空気の温度を60℃乃至80℃に制御することにより、バイオマス燃料微粉が発火する問題を生じることなしに、第1の熱空気ダクト12からの熱空気を、分岐用熱空気ダクト21を介して第2の搬送管7の冷空気に混合することができる。この時、前記バイオマス粉ビン4に導かれる混合空気の設定温度域は、前記バイオマス燃料微粉が燃焼を生じることがない最高温度とすることが好ましい。
又、コントローラ25は、第4のダンパ18を制御して、バイオマス粉ビン4のバイオマス燃料微粉が好適に搬送されるように搬送用空気量を調節する。このようにして、バイオマス粉ビン4中のバイオマス燃料微粉はバーナ2に供給される。
混焼ボイラ1内で微粉炭とバイオマス燃料微粉が燃焼した後の例えば300℃乃至400℃の排ガスは第1の排ガス管8を介して空気予熱器5内に送り込まれ、1次空気入口ダクト10と2次空気入口ダクト11によって送り込まれた冷空気と熱交換して温度が低下され、第2の排ガス管9により図示しないガス処理装置に導かれてNOx,SOx等が除去された後、大気中に放出される。
本実施例の石炭・バイオマス混焼装置においては、第2の搬送管7内を流れるバイオマス燃料微粉の搬送用空気として、1次空気入口ダクト10から分岐した冷空気のみならず、空気予熱器5によって加熱されて1次熱空気ダクト12に導かれる熱空気の一部を、分岐用熱空気ダクト21によって第2の搬送管7内に導入している。
従って、例えば、バイオマス燃料微粉の搬送用空気として、1次空気ダクト10から分岐した冷空気のみを用いた場合には、空気予熱器5に送り込まれる1次空気量が減少し、その結果、空気予熱器5における排熱の回収量が減少して、空気予熱器5から第2の排ガス管9に排出される排ガス温度が上昇してしまい、装置全体の熱効率が低下するという課題があるが、前記本実施例では、1次熱空気ダクト12の熱空気を分岐用熱空気ダクト21により分岐して前記第2の搬送管7に供給するようにしたので、前記空気予熱器5内に送り込む1次空気(冷空気)量を相対的に増やすことができる。従って、空気予熱器5内における排熱の回収量を増加させ、装置全体の熱効率を向上させることができる。又、図1に示す本実施例の石炭・バイオマス混焼装置は、従来の石炭・バイオマス混焼装置をわずかに改良するのみで容易に構築することができる。
1 混焼ボイラ
3 石炭ミル
4 バイオマス粉ビン
5 空気予熱器
6 第1の搬送管
7 第2の搬送管
10 1次空気入口ダクト
11 2次空気入口ダクト
12 1次熱空気ダクト
13 2次熱空気ダクト
16 1次冷空気ダクト
21 分岐用熱空気ダクト
24 温度計(温度計測手段)
25 コントローラ(制御手段)

Claims (3)

  1. 主燃料の微粉炭と副燃料のバイオマス燃料微粉を混焼する混焼ボイラと、微粉炭を生成する石炭ミルと、バイオマス燃料微粉を貯蔵するバイオマス粉ビンと、前記混焼ボイラから排出される排ガスと大気から取り入れる1次空気の一部及び2次空気と熱交換する空気予熱器とを備える石炭・バイオマス混焼装置であって、
    前記空気予熱器は、冷空気を1次空気入口ダクトにより取り入れて熱交換後の熱空気を送り出す1次熱空気ダクトと、前記1次空気入口ダクトから分岐した冷空気を導く1次冷空気ダクトと、2次空気入口ダクトにより2次空気を取り入れて熱交換後の熱空気を前記混焼ボイラに導く2次熱空気ダクトとを備え、
    前記石炭ミルは、前記1次熱空気ダクトからの熱空気と前記1次冷空気ダクトからの冷空気の混合空気によって微粉炭を前記混焼ボイラに搬送する第1の搬送管を備え、
    前記バイオマス粉ビンは、前記1次冷空気ダクトから分岐した冷空気を搬送空気の一部として前記バイオマス粉ビンのバイオマス燃料微粉を前記混焼ボイラに搬送する第2の搬送管を備え、
    更に、前記1次熱空気ダクトと前記第2の搬送管との間には、前記1次熱空気ダクトの熱空気を搬送用空気の一部として前記第2の搬送管に分岐させる分岐用熱空気ダクトを備えたことを特徴とする石炭・バイオマス混焼装置。
  2. 前記第2の搬送管には、前記バイオマス粉ビンのバイオマス燃料微粉と合流する前の搬送用空気の温度を計測する温度計測手段を備え、
    更に、前記温度計測手段に接続され、該温度計測手段からの計測温度データに基づいて、冷空気と熱空気が混合された混合空気の温度が予め設定された設定温度域に収まるように、前記第2の搬送管内を流れる冷空気量と前記分岐用熱空気ダクト内を流れる熱空気量とを調節する制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載の石炭・バイオマス混焼装置。
  3. 前記設定温度域が、前記バイオマス燃料微粉の燃焼が生じない温度であることを特徴とする請求項2記載の石炭・バイオマス混焼装置。
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