JP2016205681A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ内における灰の付着量の局所的な増大を抑制可能なボイラシステムを提供する。
【解決手段】火炉部および対流伝熱部を含むボイラと、バーナの燃焼状態を調節するための燃焼調節システムと、を備えるボイラシステムであって、燃焼調節システムは、対流伝熱部の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧を検知するための差圧検知ユニットと、過熱器の蒸気温度を検知するための蒸気温度検知ユニットと、バーナの燃焼状態を調節するための調節ユニットと、調節ユニットを制御可能なコントローラと、を含み、コントローラは、差圧検知ユニット及び蒸気温度検知ユニットの検知結果に基づいて、火炉部灰付着抑制モードと、対流伝熱部灰付着抑制モードと、を選択可能なモード選択部と、モード選択部の選択したモードに応じて調節ユニットを制御するよう構成された制御部と、有する。
【選択図】 図３

Description

本開示は、ボイラシステムに関する。

粗悪燃料を用いたボイラにおいて、粗悪燃料が低融点化合物を生成するバナジウム等を含んでいる場合（例えば石油コークス等の石油系残渣燃料を用いる場合）に、該低融点化合物がバインダ作用を呈し、ボイラ内の伝熱管への灰付着現象を誘発することがある。

特許文献１では、粗悪燃料を用いて燃焼処理する際の灰付着を低減するために、ボイラの排ガス中の煤塵を除去する電気集塵器の後側で灰の剪断力を計測し、該剪断力に基づいてボイラへの空気供給量を調整するよう構成されたボイラシステム旨が開示されている。

特開２００９−１９２１００号公報

ところで、ボイラ内部における灰の付着位置や、該位置毎の付着量の増大速度は、バーナの燃焼状態によって変化する。このため、ボイラ内において灰の付着量が特定の部位（例えば火炉部、あるいは対流伝熱部）で局所的に増大すると、ボイラ全体での灰の総付着量が少ない場合であっても、運転を停止してメンテナンス等を行う必要性が生じる恐れがあった。

この点、特許文献１に記載のボイラシステムは、ボイラ全体での灰の総付着量の低減を図るものであり、ボイラ内における灰の付着量の局所的な増大を抑制するための構成について開示するものではない。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ボイラ内における灰の付着量の局所的な増大を抑制可能なボイラシステムを提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラシステムは、微粉燃料を燃焼させるためのバーナが配置される火炉部、および前記火炉部の下流側に位置し、燃焼ガスによって過熱される蒸気が流れる過熱器が配置される対流伝熱部、を含むボイラと、前記バーナの燃焼状態を調節するための燃焼調節システムと、を備えるボイラシステムであって、前記燃焼調節システムは、前記対流伝熱部の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧を検知するための差圧検知ユニットと、前記過熱器の蒸気温度を検知するための蒸気温度検知ユニットと、前記バーナの燃焼状態を調節するための調節ユニットと、前記調節ユニットを制御可能なコントローラと、を含み、前記コントローラは、前記差圧検知ユニット及び前記蒸気温度検知ユニットの検知結果に基づいて、前記対流伝熱部での灰の付着よりも前記火炉部での灰の付着を優先的に抑制する火炉部灰付着抑制モードと、前記火炉部での灰の付着よりも前記対流伝熱部での灰の付着を優先的に抑制する対流伝熱部灰付着抑制モードと、を選択可能なモード選択部と、前記モード選択部の選択したモードに応じて前記調節ユニットを制御するよう構成された制御部と、を有する。

本発明者の知見によれば、差圧検知ユニットによって検知した対流伝熱部の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧（該領域の前後差圧を意味し、例えば、対流伝熱部内の二つの位置における差圧であってもよいし、火炉部とボイラ出口の差圧であってもよい）は、対流伝熱部での灰の付着量（堆積量）を示す指標として用いることができる。すなわち、燃料量や空気量等の運転条件を一定とした場合には、上記差圧が大きいほど、対流伝熱部での灰の付着量が多いと推定することができる。なぜなら、対流伝熱部の伝熱管群（例えば、過熱器や蒸発管群等）への灰の付着量が多くなるにつれて、対流伝熱部における燃焼ガスの通路面積が狭くなり、対流伝熱部が閉塞状態に近づいてドラフトが上昇するからである。

また、本発明者の知見によれば、蒸気温度検知ユニットによって検知した過熱器の蒸気温度は、火炉部での灰の付着量（堆積量）を示す指標として用いることができる。すなわち、燃料量や空気量等の運転条件を一定とした場合には、過熱器の蒸気温度が高いほど、火炉部での灰の付着量が多いと推定することができる。なぜなら、火炉部の炉壁への灰の付着量が多くなるにつれて、燃焼ガスの熱エネルギーが火炉部の炉壁へ吸収されにくくなり、過熱器を通過する燃焼ガスの温度が上昇するからである。

上記（１）に記載のボイラシステムは、これらの新規な知見に基づき構成されている。すなわち、差圧検知ユニット及び蒸気温度検知ユニットの検知結果に基づいて、対流伝熱部での灰の付着よりも火炉部での灰の付着を優先的に抑制する火炉部灰付着抑制モードと、火炉部での灰の付着よりも対流伝熱部での灰の付着を優先的に抑制する対流伝熱部灰付着抑制モードとを、選択可能なモード選択部と、モード選択部の選択したモードに応じて調節ユニットを制御するよう構成された制御部と、を有する。このため、火炉部での灰の付着量及び対流伝熱部での灰の付着量を考慮して、火炉部灰付着抑制モードと対流伝熱部灰付着抑制モードを適切に選択、実行することができる。例えば、火炉部と対流伝熱部のうち一方で灰の付着量が過度に増大している場合に、該一方の灰の付着を優先的に抑制するようにバーナの燃焼状態を調節することが可能となる。したがって、ボイラ内での局所的な灰の付着量の増大を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が第１基準差圧を超えた場合に、前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択するよう構成される。

上述したように、差圧検知ユニットによって検知した対流伝熱部の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧は、対流伝熱部での灰の付着量を示す指標として用いることができる。このため、上記（２）に記載のボイラシステムによれば、対流伝熱部での灰の付着量が許容可能なレベルであるか否かを判断するための基準として、第１基準差圧を燃料量や空気量等の運転条件に応じて適切に設定することにより、ボイラ内における対流伝熱部での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記蒸気温度検知ユニットによって検知した前記蒸気温度が基準温度を超えた場合に、前記火炉部灰付着抑制モードを選択するよう構成される。

上述したように、蒸気温度検知ユニットによって検知した過熱器の蒸気温度は、火炉部での灰の付着量を示す指標として用いることができる。このため、上記（３）に記載のボイラシステムによれば、火炉部での灰の付着量が許容可能なレベルであるか否かを判断するための基準として、基準温度を燃料量や空気量等の運転条件に応じて適切に設定することにより、ボイラ内における火炉部での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、前記調節ユニットは、前記微粉燃料の微粉度を調節するための微粉度調節装置を有し、前記制御部は、前記モード選択部が前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記微粉燃料の微粉度を低下させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成される。

上記（４）に記載のボイラシステムにおいては、微粉度調節装置によって微粉燃料の微粉度を低下させるほど（微粉燃料の平均粒径を大きくするほど）、バーナ近傍領域での燃焼が抑制されるとともにバーナから下流側に離れた領域（対流伝熱部に近い領域）での燃焼が促進されるため、対流伝熱部での灰付着よりも火炉部での灰付着を優先的に抑制することができる。このため、上記（４）に記載のボイラシステムでは、制御部は、モード選択部が火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードを選択した場合よりも微粉燃料の微粉度を低下させるように微粉度調節装置を制御するよう構成されている。これにより、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ内における火炉部での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。なお、通常運転モードは、例えばボイラ効率の最大化等を目的とする通常の運転モードであり、火炉部又は対流伝熱部での灰付着がある程度進行するまでは、基本的にこの通常運転モードが実行される。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、前記対流伝熱部に付着した灰を除去する対流伝熱部灰除去モードを選択可能に構成され、前記モード選択部は、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が第１基準差圧を超えた場合に前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択し、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が前記第１基準差圧よりも大きな第２基準差圧を超えた場合に前記対流伝熱部灰除去モードを選択するよう構成され、前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰除去モードを選択した場合に、前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合よりも前記微粉度を低下させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成される。

本発明者の知見によれば、微粉度をある程度低下させることにより、対流伝熱部に付着している灰に粒径の大きな微粉燃料を衝突させて、該灰を除去することができる。そこで、上記（５）に記載のボイラシステムにおける制御部は、対流伝熱部の灰付着が大きく進行していることが推定される場合（上記差圧が第１基準差圧よりも大きな第２基準差圧を超えた場合）に、火炉部灰付着抑制モードよりも微粉度を低下させるように微粉度調節装置を制御する対流伝熱部灰除去モードを実行することにより、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、対流伝熱部に付着した灰を除去することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、前記調節ユニットは、前記微粉燃料の微粉度を調節するための微粉度調節装置を有し、前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記微粉燃料の微粉度を上昇させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成される。

上記（６）に記載のボイラシステムにおいては、微粉度調節装置によって微粉燃料の微粉度を上昇させるほど（微粉燃料の平均粒径を小さくするほど）、バーナ近傍領域での燃焼が促進されるとともにバーナから下流側に離れた領域（対流伝熱部に近い領域）での燃焼が抑制されるため、火炉部での灰付着よりも対流伝熱部での灰付着を優先的に抑制することができる。そこで、上記（６）に記載のボイラシステムの制御部は、モード選択部が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードを選択した場合よりも微粉燃料の微粉度を上昇させるように微粉度調節装置を制御するよう構成されている。これにより、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ内における対流伝熱部での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、前記調節ユニットは、前記バーナの空気比を調節するための空気比調節装置を有し、前記制御部は、前記モード選択部が前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記空気比を低下させるように前記空気比調節装置を制御するよう構成される。

本発明者の知見によれば、バーナの空気比を少なくするほど、バーナ近傍領域での燃焼が抑制されるとともにバーナから下流側に離れた領域（対流伝熱部に近い領域）での燃焼が促進されるため、対流伝熱部での灰付着よりも火炉部での灰付着を優先的に抑制することができる。そこで、上記（７）に記載のボイラシステムの制御部は、モード選択部が火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードを選択した場合よりも空気比を低下させるように空気比調節装置を制御するよう構成されている。これにより、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ内における火炉部での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

なお、空気比を低下させると、上述のように、対流伝熱部での灰付着よりも火炉部での灰付着を優先的に抑制することができるが、それとともに灰中の未燃Ｃ量が増大するため、灰中の溶融物の割合が低下し、灰の付着性自体を低下させることができる。このため、火炉部及び対流伝熱部の両方に対する灰の付着を抑制する効果も得ることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）に記載のボイラシステムにおいて、前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、前記調節ユニットは、前記火炉部における前記バーナより下流位置に冷却剤を噴射するための冷却剤噴霧装置を有し、前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記冷却剤を噴射するよう前記冷却剤噴霧装置を制御するよう構成される。

上記（８）に記載のボイラシステムにおいては、冷却剤噴霧装置によって火炉部おけるバーナより下流位置（好ましくは対流伝熱部に近い火炉上部）に冷却剤を噴霧することにより、火炉部におけるバーナより下流位置での燃焼を抑制し、該位置近傍の温度を低下させることができる。このため、冷却剤噴霧装置によって火炉部おけるバーナより下流位置に冷却剤を噴霧することにより、対流伝熱部での灰付着を抑制することができる。そこで、上記（８）に記載のボイラシステムの制御部は、モード選択部が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、冷却剤を噴射するよう冷却剤噴霧装置を制御するよう構成されている。これにより、対流伝熱部での局所的な灰付着量の増大を簡易な構成で抑制することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ボイラ内における灰の付着量の局所的な増大を抑制可能なボイラシステムが提供される。

一実施形態に係るボイラシステムの全体構成を模式的に示した図である。 一実施形態に係るコントローラの構成を示す図である。 一実施形態に係るコントローラの制御フローを示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るボイラシステム１００の全体構成を模式的に示した図である。図１に示すボイラシステム１００は、ボイラ２と、ボイラ２が備えるバーナ４の燃焼状態を調節するための燃焼調節システム６とを備える。

ボイラ２は、微粉燃料を燃焼させるためのバーナ４が配置される火炉部８と、火炉部８に対して燃焼ガス流れ方向の下流側に位置し、燃焼ガスの熱エネルギーを回収して蒸気を生成するための対流伝熱部１０とを含む。微粉燃料としては、例えば石油コークス等の石油系残渣燃料を微粉化した微粉燃料が用いられる。

火炉部８の炉壁は、水が通過する水冷壁２０によって構成されている。対流伝熱部１０には、１次過熱器１２ａ及び２次過熱器１２ｂを含む過熱器１２と、蒸気ドラム１４と、水ドラム１６と、蒸発管群１７とが配置される。１次過熱器１２ａ及び２次過熱器１２ｂの各々は、複数の伝熱管が互いに隙間を有して配列されてなる伝熱管群によって構成されている。

バーナ４による微粉燃料の燃焼で生じた燃焼ガスは、矢印Ｆに示すように火炉部８から対流伝熱部１０へ流れてボイラ出口１８から流出する。すなわち、燃焼ガスは、まず火炉部８の水冷壁２０との熱交換を行い、次に、１次過熱器１２ａ及び２次過熱器１２ｂとの熱交換を行い、そして、蒸発管群１７との熱交換を行った後にボイラ出口１８から流出する。

水冷壁２０及び蒸発管群１７にて燃焼ガスとの熱交換によって生じた蒸気は、蒸気ドラム１４にて水と分離された後、１次過熱器１２ａへ供給される。１次過熱器１２ａへ供給された蒸気は、１次過熱器１２ａ及び２次過熱器１２ｂを通過する間に燃焼ガスによって過熱され、過熱蒸気となる。

燃焼調節システム６は、対流伝熱部１０の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧ΔＰを検知するための差圧検知ユニット２２と、過熱器１２の蒸気温度を検知するための蒸気温度検知ユニット２４と、ボイラ２内の燃焼ガス温度を検知するための燃焼ガス温度検知ユニット２５と、バーナ４の燃焼状態を調節するための調節ユニット２６と、調節ユニット２６を制御可能なコントローラ２８と、を含む。

差圧検知ユニット２２は、燃焼ガス流れ方向Ｆにおいて対流伝熱部１０の少なくとも一部の領域よりも上流側の位置での圧力Ｐ１を検知するための圧力センサ２２ａと、該領域よりも下流側の位置での圧力Ｐ２を検知するための圧力センサ２２ｂと、圧力センサ２２ａによって検知した圧力Ｐ１と圧力センサ２２ｂによって検知した圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出する差分器２２ｃとを有する。

ここで、上記差圧ΔＰは、例えば燃焼ガス流れ方向Ｆにおける対流伝熱部１０の上流側と下流側の差圧であってもよい。この場合、図１に示すように、圧力センサ２２ａは火炉部８（好ましくは対流伝熱部１０に近い火炉上部８ａ）の圧力を検知するよう構成され、圧力センサ２２ｂは、ボイラ出口１８（対流伝熱部１０の直後）の圧力を検知するよう構成してもよい。また、上記差圧ΔＰは、例えば燃焼ガス流れ方向Ｆにおける過熱器１２の上流側と下流側の差圧であってもよい。この場合、圧力センサ２２ａは火炉部８（好ましくは対流伝熱部１０に近い火炉上部８ａ）の圧力を検知するよう構成され、圧力センサ２２ｂは、過熱器１２直後（過熱器１２と蒸発管群１７の間の位置Ｊ）の圧力を検知してもよい。

蒸気温度検知ユニット２４は、過熱器１２の蒸気温度を検知するよう構成された温度センサであってもよい。蒸気温度の検知位置は、過熱器１２の入口位置（図１に示す形態では１次過熱器１２ａの入口位置）より蒸気流れ方向の下流側であればよく、好ましくは過熱器１２の出口位置（図１に示す形態では２次過熱器１２ｂの出口位置）である。

燃焼ガス温度検知ユニット２５は、ボイラ２内の燃焼ガス温度を検知するよう構成された温度センサであってもよい。燃焼ガス温度の検知位置は、図１に示すように火炉部８であってもよいし、対流伝熱部１０であってもよい。

調節ユニット２６は、バーナ４の燃焼状態を調節するための装置として、微粉燃料の微粉度を調節するための微粉度調節装置３０と、バーナ４の空気比を調節するための空気比調節装置３２と、火炉部８におけるバーナ４より下流位置に冷却剤を噴霧するための冷却剤噴霧装置３４とを有する。

微粉度調節装置３０としては、例えば微粉炭機を用いることができる。この場合、微粉炭機の粉砕ローラ３０ａの加圧力や回転分級器３０ｂを駆動するモータ３０ｃの回転数を調節することにより、微粉燃料の微粉度を調節することができる。例えば、粉砕ローラ３０ａの加圧力やモータ３０ｃの回転数を上昇させれば微粉度は上昇し（微粉燃料の平均粒径が小さくなり）、粉砕ローラ３０ａの加圧力やモータ３０ｃの回転数を低下させれば微粉度は低下する（微粉燃料の平均粒径が大きくなる）。

空気比調節装置３２は、燃焼用空気を供給するための押込ファン３６と、押込ファン３６における燃焼用空気の流量を調整するための流量調整弁３８と、微粉度調節装置３０から供給される微粉燃料と押込ファン３６から供給される燃焼用空気とを混合するとともに該混合によって得られる混合気をバーナ４に供給するための給炭機４０とを有する。例えば、流量調整弁３８の流量を増大させれば空気比が増大し、流量調整弁３８の流量を減少させれば空気比が減少する。

冷却剤噴霧装置３４は、燃焼ガス流れ方向Ｆにおいて火炉部８におけるバーナ４より下流位置（好ましくは対流伝熱部１０に近い火炉上部８ａ）に冷却剤として水を噴霧するよう構成されている。

図２は、図１に示したコントローラ２８の構成例を示す図である。図２に示すように、コントローラ２８は、モード選択部４２、制御部４４及び異常報知部４６を有する。コントローラ２８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成されている。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、制御部４４は、対流伝熱部１０での灰の付着よりも火炉部８での灰の付着を優先的に抑制する火炉部灰付着抑制モードを実行可能な火炉部灰付着抑制モード実行部５０と、火炉部８での灰の付着よりも対流伝熱部１０での灰の付着を優先的に抑制する対流伝熱部灰付着抑制モードを実行可能な対流伝熱部灰付着抑制モード実行部５２とを有する。そして、モード選択部４２は、差圧検知ユニット２２及び蒸気温度検知ユニット２４の検知結果に基づいて、火炉部灰付着抑制モードと対流伝熱部灰付着抑制モードとを選択可能に構成されている。また、制御部４４は、モード選択部４２の選択したモードに応じて調節ユニット２６を制御するよう構成される。

本発明者の知見によれば、差圧検知ユニット２２によって検知した対流伝熱部１０の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧ΔＰは、対流伝熱部１０での灰の付着量（堆積量）を示す指標として用いることができる。すなわち、燃料量や空気量等の運転条件を一定とした場合には、差圧ΔＰが大きいほど、対流伝熱部１０の灰の付着量が多いと推定することができる。なぜなら、対流伝熱部１０の伝熱管群（例えば、過熱器１２や蒸発管群１７等）への灰の付着量が多くなるにつれて、対流伝熱部１０における燃焼ガスの通路面積が狭くなり、対流伝熱部１０が閉塞状態に近づいてドラフトが上昇するからである。

また、本発明者の知見によれば、蒸気温度検知ユニットに２４よって検知した過熱器１２の蒸気温度は、火炉部８での灰の付着量（堆積量）を示す指標として用いることができる。すなわち、燃料量や空気量等の運転条件を一定とした場合には、過熱器１２の蒸気温度が高いほど、火炉部８の灰の付着量が多いと推定することができる。なぜなら、火炉部８の水冷壁２０への灰の付着量が多くなるにつれて、燃焼ガスの熱エネルギーが火炉部８の水冷壁２０へ吸収されにくくなり、過熱器１２を通過する燃焼ガスの温度が上昇するからである。

そこで、ボイラシステム１００のコントローラ２８は、これらの新規な知見に基づき構成されている。すなわち、差圧検知ユニット２２及び蒸気温度検知ユニット２４の検知結果に基づいて、火炉部灰付着抑制モードと対流伝熱部灰付着抑制モードとを選択可能なモード選択部４２と、モード選択部４２の選択したモードに応じて調節ユニット２６を制御するよう構成された制御部４４と、を有する。このため、火炉部８での灰の付着量及び対流伝熱部１０での灰の付着量を考慮して、火炉部８と対流伝熱部１０のうち一方で灰の付着量が過度に増大している場合に、該一方の灰の付着を優先的に抑制するようにバーナ４の燃焼状態を調節することが可能となる。したがって、ボイラ２内での局所的な灰の付着量の増大を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すモード選択部４２は、差圧検知ユニット２２によって検知した上記差圧ΔＰが第１基準差圧を超えた場合に、対流伝熱部灰付着抑制モードを選択するよう構成される。

上述したように、差圧検知ユニット２２によって検知した対流伝熱部１０の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧は、対流伝熱部１０での灰の付着量を示す指標として用いることができる。このため、対流伝熱部１０での灰の付着量が許容可能なレベルであるか否かを判断するための基準として、上記第１基準差圧を燃料量や空気量等の運転条件に応じて適切に設定することにより、ボイラ２内における対流伝熱部１０での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すモード選択部４２は、蒸気温度検知ユニット２４によって検知した蒸気温度が基準温度を超えた場合に、火炉部灰付着抑制モードを選択するよう構成される。

上述したように、蒸気温度検知ユニット２４によって検知した過熱器１２の蒸気温度は、火炉部８での灰の付着量を示す指標として用いることができる。このため、火炉部８での灰の付着量が許容可能なレベルであるか否かを判断するための基準として上記基準温度を燃料量や空気量等の運転条件に応じて適切に設定すれば、ボイラ２内における火炉部８での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、制御部４４は、ボイラ効率を最大化するための通常運転モードを実行可能な通常運転モード実行部４８を有する。そして、火炉部灰付着抑制モード実行部５０は、モード選択部４２が火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードよりも微粉燃料の微粉度を低下させるように微粉度調節装置３０を制御する火炉部灰付着抑制モードを実行するよう構成される。

微粉度調節装置３０によって微粉燃料の微粉度を低下させるほど、火炉部８におけるバーナ４の近傍領域８ｂでの燃焼が抑制されるとともにバーナ４から下流側に離れた領域（対流伝熱部１０に近い火炉上部）８ａでの燃焼が促進されるため、対流伝熱部１０での灰付着よりも火炉部８での灰付着を優先的に抑制することができる。このため、上述のように、火炉部灰付着抑制モードとして、通常運転モードよりも微粉燃料の微粉度を低下させるように微粉度調節装置３０を制御すれば、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ２内における火炉部８での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、制御部４４は、対流伝熱部１０に付着した灰を除去する対流伝熱部灰除去モードを実行可能な対流伝熱部灰除去モード実行部５４を有する。そして、モード選択部４２は、差圧検知ユニット２２によって検知した差圧ΔＰが上記第１基準差圧よりも大きな第２基準差圧を超えた場合に、対流伝熱部灰除去モードを選択するよう構成される。また、対流伝熱部灰除去モード実行部５４は、モード選択部４２が対流伝熱部灰除去モードを選択した場合に、火炉部灰付着抑制モードよりも微粉度を低下させるように微粉度調節装置３０を制御する対流伝熱部灰除去モードを実行するよう構成される。

本発明者の知見によれば、微粉度をある程度低下させることにより、対流伝熱部１０に付着している灰を粒径の大きな微粉燃料を衝突させて除去することができる。したがって、対流伝熱部の灰付着が大きく進行していることが推定される場合（差圧ΔＰが上記第１基準差圧よりも大きな第２基準差圧を超えた場合）に、火炉部灰付着抑制モードよりも微粉度を低下させるように微粉度調節装置３０を制御する対流伝熱部灰除去モードを実行することにより、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、対流伝熱部１０に付着した灰を除去することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示す対流伝熱部灰付着抑制モード実行部５２は、モード選択部４２が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードよりも微粉燃料の微粉度を上昇させるように微粉度調節装置３０を制御する対流伝熱部灰付着抑制モードを実行するよう構成される。

微粉度調節装置３０によって微粉燃料の微粉度を上昇させるほど、火炉部８におけるバーナ４の近傍領域８ｂでの燃焼が促進されるとともにバーナ４から下流側に離れた領域８ａ（対流伝熱部１０に近い火炉上部）での燃焼が抑制されるため、火炉部８での灰付着よりも対流伝熱部１０での灰付着を優先的に抑制することができる。このため、上述のように、モード選択部４２が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードを選択した場合よりも微粉燃料の微粉度を上昇させるように微粉度調節装置３０を制御すれば、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ２内における対流伝熱部１０での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

なお、微粉燃料の粒径は、燃料の性状によっても異なるが、例えば通常運転モードにおける微粉燃料の粒径については、目開き７５μｍの篩通過率が８０％以上９０％未満であってもよい。また、火炉部灰付着抑制モードにおける微粉燃料の粒径については、目開き７５μｍの篩通過率が７０％以上８０％未満であってもよい。また、対流伝熱部灰付着抑制モードにおける微粉燃料の粒径については、目開き７５μｍの篩通過率が９０％以上であってもよい。また、対流伝熱部灰除去モードにおける微粉燃料の粒径については、目開き７５μｍの篩通過率が７０％未満であってもよい。

幾つかの実施形態では、図２に示す火炉部灰付着抑制モード実行部５０は、モード選択部４２が火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードよりも空気比を低下させるように空気比調節装置３２を制御する火炉部灰付着抑制モードを実行するよう構成される。

本発明者の知見によれば、空気比調節装置３２によってバーナ４の空気比を低下させるほど、バーナ４の近傍領域８ｂでの燃焼が抑制されるとともにバーナ４から下流側に離れた領域８ａ（対流伝熱部１０に近い火炉上部）での燃焼が促進されるため、対流伝熱部１０での灰付着よりも火炉部８での灰付着を優先的に抑制することができる。したがって、上述のように、モード選択部４２が火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、通常運転モードを選択した場合よりも空気比を低下させるように空気比調節装置３２を制御すれば、特段の追加構成を要することなく簡易な構成で、ボイラ２内における火炉部８での局所的な灰付着量の増大を抑制することができる。

なお、空気比を低下させると、上述のように、対流伝熱部１０での灰付着よりも火炉部８での灰付着を優先的に抑制することができるが、それとともに灰中の未燃Ｃ量が増大するため、灰中の溶融物の割合が低下し、灰の付着性自体を低下させることができる。このため、火炉部８及び対流伝熱部１０の両方に対する灰の付着を抑制する効果を得ることができる。したがって一実施形態では、上述した差圧ΔＰが上記第１基準差圧を超えた場合（対流伝熱部１０への灰の付着量が多い場合）において、空気比を低下させる制御をおこなってもよい。

幾つかの実施形態では、図２に示す対流伝熱部灰付着抑制モード実行部５２は、モード選択部４２が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、冷却剤を噴射するよう冷却剤噴霧装置３４を制御する対流伝熱部灰付着抑制モードを実行するよう構成される。

冷却剤噴霧装置３４によって火炉部８おけるバーナ４より下流位置（好ましくは対流伝熱部１０に近い火炉上部８ａ）に冷却剤を噴霧することにより、火炉部８におけるバーナ４より下流位置での燃焼を抑制し、該位置近傍の温度を低下させることができる。このため、冷却剤噴霧装置３４によって火炉部８おけるバーナ４より下流位置に冷却剤を噴霧することにより、対流伝熱部１０での灰付着を抑制することができる。そこで、上述のように、モード選択部４２が対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、冷却剤を噴射するよう冷却剤噴霧装置３４を制御すれば、対流伝熱部１０での局所的な灰付着量の増大を簡易な構成で抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すモード選択部４２は、燃焼ガス温度検知ユニット２５の検知結果に基づいて通常運転モード、火炉部灰付着抑制モード及び対流伝熱部灰付着抑制モードを選択するよう構成されてもよい。

例えば、図１に示すように火炉部８におけるバーナ４の近傍領域８ｂの燃焼ガス温度を検知するよう燃焼ガス温度検知ユニット２５が構成されている場合において、燃焼ガス温度検知ユニットによって検知した燃焼ガス温度が基準温度より高い場合には、火炉部８（バーナ４の近傍領域８ｂ）での灰付着量が多いことが推定されるため、火炉部灰付着抑制モードを選択してもよい。あるいは、対流伝熱部１０（例えば燃焼ガス流れ方向Ｆにおける過熱器１２と蒸発管群１７の間の位置Ｊ）の燃焼ガス温度を検知するよう燃焼ガス温度検知ユニット２５が構成されている場合において、燃焼ガス温度検知ユニットによって検知した燃焼ガス温度が基準温度より高い場合には、対流伝熱部１０での灰付着量が多いことが推定されるため、対流伝熱部灰付着抑制モードを選択してもよい。

幾つかの実施形態では、図２に示す異常報知部４６は、差圧検知ユニット２２によって検知した差圧ΔＰが第１基準差圧を超えている場合であって、且つ蒸気温度検知ユニット２４によって検知した蒸気温度が基準温度を超えている場合に、メンテナンスを要求するための異常報知を行っても良い。

差圧検知ユニット２２によって検知した差圧ΔＰが第１基準差圧を超えている場合であって、且つ蒸気温度検知ユニット２４によって検知した蒸気温度が基準温度を超えている場合には、火炉部８及び対流伝熱部１０の両方における灰付着が進行していることが推定される。このような場合に、メンテナンスを要求するための異常報知を行うことにより、適切なタイミングでのメンテナンスを行うことができる。

図３は、図２に示したコントローラ２８における制御フローの一例を示す図である。

まず、Ｓ１１で、蒸気温度検知ユニット２４によって検知された過熱器１２の蒸気温度が基準温度以下であるか否かをモード選択部４２が判定する。Ｓ１１で過熱器１２の蒸気温度が基準温度以下であると判定された場合に、Ｓ１２で、差圧検知ユニット２２によって検知された差圧ΔＰが第１基準差圧以下であるか否かをモード選択部４２が判定する。

Ｓ１２で差圧ΔＰが第１基準差圧以下であると判定された場合に、Ｓ１３で通常運転モード実行部４８が通常運転モードを実行し、Ｓ１１に戻る。Ｓ１２で差圧ΔＰが第１基準差圧を超えていると判定された場合に、Ｓ１４で、差圧ΔＰが第２基準差圧以下であるか否かをモード選択部４２が判定する。

Ｓ１４で差圧ΔＰが第２基準差圧以下であると判定された場合には、Ｓ１５で対流伝熱部灰付着抑制モード実行部５２が対流伝熱部灰付着抑制モードを実行し、Ｓ１１に戻る。Ｓ１４で差圧ΔＰが第２基準差圧を超えていると判定された場合には、Ｓ１６で、対流伝熱部灰除去モード実行部５４が対流伝熱部灰除去モードを実行し、Ｓ１１に戻る。

Ｓ１１で過熱器１２の蒸気温度が基準温度を超えていると判定された場合に、Ｓ１７で、差圧検知ユニット２２によって検知された差圧ΔＰが第１基準差圧以下であるか否かをモード選択部４２が判定する。Ｓ１７で差圧ΔＰが第１基準差圧以下であると判定された場合に、Ｓ１８で、火炉部灰付着抑制モード実行部５０が火炉部灰付着抑制モードを実行し、Ｓ１１に戻る。Ｓ１７で差圧ΔＰが第１基準差圧を超えていると判定された場合に、Ｓ１９で、異常報知部４６が異常報知を行い、Ｓ１１に戻る。

以上に示したボイラシステム１００によれば、差圧検知ユニット２２及び蒸気温度検知ユニット２４の検知結果に基づいて通常運転モード、火炉部灰付着抑制モード及び対流伝熱部灰付着抑制モード及び対流伝熱部灰除去モードを選択するようモード選択部４２がｊ構成されているため、火炉部８での灰の付着量及び対流伝熱部１０での灰の付着量を適切に考慮して各モードを実行することができる。これにより、ボイラ２内での局所的な灰の付着量の増大を抑制することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

２ ボイラ
４ バーナ
６ 燃焼調節システム
８ 火炉部
１０ 対流伝熱部
１２ 過熱器
１４ 蒸気ドラム
１６ 水ドラム
１７ 蒸発管群
１８ ボイラ出口
２０ 水冷壁
２２ 差圧検知ユニット
２４ 蒸気温度検知ユニット
２５ 燃焼ガス温度検知ユニット
２６ 調節ユニット
２８ コントローラ
３０ 微粉度調節装置
３２ 空気比調節装置
３４ 冷却剤噴霧装置
３６ 押込ファン
３８ 流量調整弁
４０ 給炭機
４２ モード選択部
４４ 制御部
４６ 異常報知部
４８ 通常運転モード実行部
５０ 火炉部灰付着抑制モード実行部
５２ 対流伝熱部灰付着抑制モード実行部
５４ 対流伝熱部灰除去モード実行部
１００ ボイラシステム

Claims (8)

1. 微粉燃料を燃焼させるためのバーナが配置される火炉部、および前記火炉部の下流側に位置し、燃焼ガスによって過熱される蒸気が流れる過熱器が配置される対流伝熱部、を含むボイラと、
   前記バーナの燃焼状態を調節するための燃焼調節システムと、を備えるボイラシステムであって、
   前記燃焼調節システムは、
   前記対流伝熱部の少なくとも一部の領域の上流側と下流側の差圧を検知するための差圧検知ユニットと、
   前記過熱器の蒸気温度を検知するための蒸気温度検知ユニットと、
   前記バーナの燃焼状態を調節するための調節ユニットと、
   前記調節ユニットを制御可能なコントローラと、を含み、
   前記コントローラは、
   前記差圧検知ユニット及び前記蒸気温度検知ユニットの検知結果に基づいて、前記対流伝熱部での灰の付着よりも前記火炉部での灰の付着を優先的に抑制する火炉部灰付着抑制モードと、前記火炉部での灰の付着よりも前記対流伝熱部での灰の付着を優先的に抑制する対流伝熱部灰付着抑制モードと、を選択可能なモード選択部と、
   前記モード選択部の選択したモードに応じて前記調節ユニットを制御するよう構成された制御部と、有するボイラシステム。
2. 前記モード選択部は、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が第１基準差圧を超えた場合に、前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択するよう構成された請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記モード選択部は、前記蒸気温度検知ユニットによって検知した前記蒸気温度が基準温度を超えた場合に、前記火炉部灰付着抑制モードを選択するよう構成された請求項１又は２に記載のボイラシステム。
4. 前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、
   前記調節ユニットは、前記微粉燃料の微粉度を調節するための微粉度調節装置を有し、
   前記制御部は、前記モード選択部が前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記微粉燃料の微粉度を低下させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成された請求項１乃至３の何れか１項に記載のボイラシステム。
5. 前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、前記対流伝熱部に付着した灰を除去する対流伝熱部灰除去モードを選択可能に構成され、
   前記モード選択部は、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が第１基準差圧を超えた場合に前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択し、前記差圧検知ユニットによって検知した前記差圧が前記第１基準差圧よりも大きな第２基準差圧を超えた場合に前記対流伝熱部灰除去モードを選択するよう構成され、
   前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰除去モードを選択した場合に、前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合よりも前記微粉度を低下させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成された請求項４に記載のボイラシステム。
6. 前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、
   前記調節ユニットは、前記微粉燃料の微粉度を調節するための微粉度調節装置を有し、
   前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記微粉燃料の微粉度を上昇させるように前記微粉度調節装置を制御するよう構成された請求項１乃至５の何れか１項に記載のボイラシステム。
7. 前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、
   前記調節ユニットは、前記バーナの空気比を調節するための空気比調節装置を有し、
   前記制御部は、前記モード選択部が前記火炉部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記通常運転モードを選択した場合よりも前記空気比を低下させるように前記空気比調節装置を制御するよう構成された請求項１乃至６の何れか１項に記載のボイラシステム。
8. 前記モード選択部は、前記火炉部灰付着抑制モード及び前記対流伝熱部灰付着抑制モードの他に、通常運転モードを選択可能に構成され、
   前記調節ユニットは、前記火炉部における前記バーナより下流位置に冷却剤を噴霧するための冷却剤噴霧装置を有し、
   前記制御部は、前記モード選択部が前記対流伝熱部灰付着抑制モードを選択した場合に、前記冷却剤を噴霧するよう前記冷却剤噴霧装置を制御するよう構成された請求項１乃至７の何れか１項に記載のボイラシステム。
   

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