JP2016183839A

JP2016183839A - 微粉炭焚きボイラ装置及び発電設備

Info

Publication number: JP2016183839A
Application number: JP2015065099A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　武治; Takeji Hasegawa; 武治長谷川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-20

Abstract

【課題】ボイラ２の内部の熱量を短時間で変化させる。
【解決手段】ボイラ２の内部の熱量に変化を生じさせる必要が生じた場合、アンモニア供給装置７からのアンモニアを投入してボイラ２の内部の熱量を変化させ、石炭ミル３の能力が限られて微粉炭の供給量が制限されている状況であっても、ボイラ２の内部の熱量を短時間で変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、微粉炭を燃料とする微粉炭焚きボイラ装置及び微粉炭焚きボイラ装置を備えた発電設備に関する。

化石燃料である微粉炭を燃料として蒸気を発生させるボイラが従来から知られている。火力発電設備では、微粉炭を燃料としたボイラで発生した蒸気が蒸気タービンに送られ、蒸気タービンで動力を得て発電機が駆動されて電力を得るようになっている。ボイラの燃料となる微粉炭は、石炭粉砕装置（石炭ミル）によって微粉炭にされ、ボイラの火炉に供給される（例えば、特許文献１）。

化石燃料を使用しない再生可能エネルギーを用いた再生エネルギー発電設備が導入されつつある。再生可能エネルギー発電設備は、自然環境により出力が大きく変化するため、電力需要に対応するためには、上述した火力発電設備を同時に用い、火力発電設備での出力を追従させる必要がある。自然環境の変化により、再生可能エネルギー発電設備の出力が変化（変動、低下）した場合、需用電力を賄うために、火力発電設備の出力を短時間で増減させたり増加させたりする必要がある。

系統の負荷変化の要求に対しては、ボイラで発生させる蒸気量を変動させること、即ち、ボイラの火炉の内部の熱量を変化させることで、対応させることができる。ボイラの火炉の内部の熱量を変化させるためには、微粉炭の量を短時間で増減させる必要がある。しかし、石炭ミルの能力には限界があるため、微粉炭の単位時間当たりの供給量が、ボイラの熱量変化の要求に追従できない虞があるのが現状であった。つまり、系統の負荷変化の要求に対して、ボイラで発生させる蒸気量を追従させて変動させることができない虞があるのが現状であった。

特開２０１４−１１７６５７号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることができる微粉炭焚きボイラ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることができる微粉炭焚きボイラ装置を備えた発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の微粉炭焚きボイラ装置は、石炭粉砕手段により粉砕された石炭である微粉炭が投入され、高温高圧の蒸気を得るボイラと、前記ボイラに要求される蒸気発生量の変動により、内部の熱量に変化を生じさせる際に、流体燃料を投入する流体燃料投入手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、高温高圧の蒸気の供給量を変動させる状態になり、ボイラの内部の熱量に変化を生じさせる必要が生じた場合、ボイラの内部に流体燃料投入手段から流体燃料を投入し、ボイラの内部の熱量を変化させる。

つまり、ボイラの内部の熱量に変化を生じさせる必要が生じた場合、流体燃料を投入してボイラの内部の熱量を変化させるので、石炭粉砕手段の能力が限られて微粉炭の供給量が制限されている状況であっても、ボイラの内部の熱量を変化させることができる。従って、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の微粉炭焚きボイラ装置は、請求項１に記載の微粉炭焚きボイラ装置において、前記ボイラの排気ガスの通路に設けられ、アンモニアもしくは尿素を供給することにより前記排気ガスの脱硝を行う脱硝手段を備え、前記流体燃料は、前記脱硝手段に供給される前記アンモニアもしくは尿素であることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、系の内部に備えられた脱硝手段に用いられるアンモニアもしくは尿素を流体燃料として使用することができ、別途、流体燃料を供給するための設備を必要としない。アンモニアもしくは尿素を流体燃料として使用するため、ボイラの内部で脱硝作用を得ることができる。

上記目的を達成するための請求項３に係る本発明の発電設備は、請求項１もしくは請求項２に記載の微粉炭焚きボイラ装置と、前記微粉炭焚きボイラ装置の前記ボイラで発生した蒸気が導入されて駆動力を得る蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動により電力を得ると共に、得られた前記電力を電力系統に送る発電手段と、前記蒸気タービンの排気蒸気を凝縮して復水を得る復水手段と、前記復水手段で得られた復水を前記ボイラに供給する給水系統とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、蒸気タービンを備えた発電設備で、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることが可能になる。

そして、請求項４に係る本発明の発電設備は、請求項３に記載の発電設備において、前記電力系統には、再生可能エネルギー発電設備が接続されることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、再生可能エネルギー発電設備の出力の変動に対し、ボイラの内部の熱量を変化させることで、蒸気タービンの駆動で電力を得る発電手段の出力を短時間で追従させることができる。

本発明の微粉炭焚きボイラ装置は、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることが可能になる。

また、本発明発電設備は、ボイラの内部の熱量を短時間で変化させることができる微粉炭焚きボイラ装置を備えた発電設備を提供することが可能になる。

本発明の一実施例に係る発電設備を備えた発電系統の概略系統図である。本発明の一実施例に係る発電設備の概略系統図である。

図１には本発明の一実施例に係る発電設備を備えた発電系統の全体の構成を説明する概略系統、図２には本発明の一実施例に係る発電設備の概略系統を示してある。

図１に示すように、発電設備１には、微粉炭焚きボイラ装置の微粉炭ボイラ（ボイラ）２が備えられ、ボイラ２では石炭（微粉炭）が燃料とされて燃焼されて炉体内部の熱量が高められ、給水パイプ等を流通する水を過熱して蒸気を生成する。微粉炭は石炭粉砕手段としての石炭ミル３により作られている。また、発電設備１には、ボイラ２により生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービン４が備えられ、蒸気タービン４により発電機５が駆動されて電力が得られるようになっている。

発電設備１は複数系統備えられ、発電設備１の発電機５で発電された電力は、電力系統９に接続されている。電力系統９からは外部の負荷１０に電力が供給される。

一方、電力系統９には、再生可能エネルギー発電設備１１からの電力が供給される。再生可能エネルギー発電設備１１は、例えば、複数の太陽光発電手段１２、複数の風力発電手段１３が適用される。尚、再生可能エネルギー発電設備１１の発電手段としては、水力、地熱、潮流、バイオマス燃料等、化石燃料を使用しない発電設備が適用される。

再生可能エネルギー発電設備１１は、自然環境により出力が変化するため、発電設備１を同時に用い、再生可能エネルギー発電設備１１の出力が変化（変動、低下）した際に、発電設備１のボイラ２で発生させる蒸気量を変化させ、発電設備１の出力を再生可能エネルギー発電設備１１の出力の変化に追従させている。このため、発電設備１は、再生可能エネルギー発電設備１１の発電出力に応じて、ボイラ２の内部の熱量を短時間で変化させることができる構成になっている。

図２に基づいて、発電設備１を具体的に説明する。

図２に示すように、ボイラ２には燃料として石炭（微粉炭）が投入され、石炭の燃焼により蒸気が生成される。微粉炭は石炭ミル３により粉砕されてホッパー１７に貯留され、ホッパー１７に貯留された微粉炭はキャリアと共にボイラ２に供給される。ボイラ２で発生した蒸気が蒸気タービン４に導入されて発電機５の駆動力が得られる。蒸気タービン４の排気蒸気は復水器２１で凝縮されて復水され、復水器２１からの復水はボイラ２に給水される。

一方、ボイラ２の排気経路２３には、脱硝装置２５（脱硝手段）、集塵装置２６が備えられ、脱硝装置２５でＮＯ_ｘが除去されると共に、不純物が集塵装置２６で除去される。脱硝装置２５にはアンモニア供給装置２７（脱硝手段）からアンモニア（もしくは尿素）が供給され、排ガス中にアンモニアが投入されてＮＯ_ｘが浄化される。アンモニア供給装置２７からは、アンモニアが流体燃料としてボイラ２に供給できるようになっている（流体燃料供給手段）。

発電設備１には、再生可能エネルギー発電設備１１の出力の情報が入力される制御手段３１が備えられ、制御手段３１には再生可能エネルギー発電設備１１の出力の情報が入力される。制御手段３１で再生可能エネルギー発電設備１１の出力の変化（変動、低下）が検出された場合、アンモニアをボイラ２に供給する指令がアンモニア供給装置２７に送られる。

つまり、再生可能エネルギー発電設備１１の出力が変化して（変動、低下して）、発電設備１の出力を再生可能エネルギー発電設備１１の出力の変化に追従させる必要が生じた場合、アンモニア供給装置２７からアンモニアをボイラ２に供給し、ボイラ２の内部の熱量を変化させて蒸気発生量を変化させるようにしている。蒸気発生量を変化させることで、蒸気タービン４の駆動による発電機５の出力を変化させ、再生可能エネルギー発電設備１１の出力の変化に追従させる。これにより、電力系統９には変化（変動）がない一定の出力の電力が供給される。

上述した微粉炭焚きボイラ装置は、アンモニア供給装置７からのアンモニアを投入してボイラ２の内部の熱量を変化させるので、ボイラ２の内部の熱量に変化を生じさせる必要が生じた場合、石炭ミル３の能力が限られて微粉炭の供給量が制限されている状況であっても、ボイラ２の内部の熱量を短時間で変化させることができる。

そして、系内の脱硝装置２５に供給するアンモニアを流体燃料としてボイラ２に供給するので、別途、アンモニアを供給するための設備を必要としない。更に、アンモニアを流体燃料として使用してボイラ２に供給するため、ボイラ２の内部で脱硝作用を得ることができ、排出される排気ガスのＮＯ_ｘを低減することができる。

尚、ボイラ２に供給する流体燃料としては、アンモニア供給装置２７（脱硝手段）からのアンモニアに限定されず、専用のアンモニア（もしくは尿素）を供給する手段を設けることもできる。また、他の発電系統の流体燃料を供給する手段を設けることもできる。また、流体燃料としては、液化天然ガスやガス化ガス等他の流体燃料を用いることも可能である。

上述した発電設備は、蒸気タービン４を備えた発電設備で、ボイラ２の内部の熱量を短時間で変化させることが可能になり、再生可能エネルギー発電設備１１の出力の変動に対し、ボイラ２の内部の熱量を変化させることで、蒸気タービン４の駆動で電力を得る発電機５の出力を短時間で追従させることができる。

本発明は、微粉粉炭を燃料とする微粉炭焚きボイラー装置及び微粉炭焚きボイラー装置を備えた発電設備の産業分野で利用することができる。

１発電設備
２微粉炭ボイラ（ボイラ）
３石炭ミル
４蒸気タービン
５発電機
９電力系統
１０負荷
１１再生可能エネルギー発電設備
１２太陽光発電手段
１３風力発電手段
１７ホッパー
２１復水器
２３排気経路
２５脱硝装置
２６集塵装置
２７アンモニア供給装置

Claims

石炭粉砕手段により粉砕された石炭である微粉炭が投入され、高温高圧の蒸気を得るボイラと、
前記ボイラに要求される蒸気発生量の変動により、内部の熱量に変化を生じさせる際に、流体燃料を投入する流体燃料投入手段とを備えた
ことを特徴とする微粉炭焚きボイラ装置。
請求項１に記載の微粉炭焚きボイラ装置において、
前記ボイラの排気ガスの通路に設けられ、アンモニアもしくは尿素を供給することにより前記排気ガスの脱硝を行う脱硝手段を備え、
前記流体燃料は、前記脱硝手段に供給される前記アンモニアもしくは尿素である
ことを特徴とする微粉炭焚きボイラ装置。
請求項１もしくは請求項２に記載の微粉炭焚きボイラ装置と、
前記微粉炭焚きボイラ装置の前記ボイラで発生した蒸気が導入されて駆動力を得る蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により電力を得ると共に、得られた前記電力を電力系統に送る発電手段と、
前記蒸気タービンの排気蒸気を凝縮して復水を得る復水手段と、
前記復水手段で得られた復水を前記ボイラに供給する給水系統とを備えた
ことを特徴とする発電設備。
請求項３に記載の発電設備において、
前記電力系統には、再生可能エネルギー発電設備が接続される
ことを特徴とする発電設備。