JP2019086181A - 固体燃料供給装置及び燃焼設備並びに固体燃料供給装置の運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
バイオマス燃料を粉砕する粉砕機には、例えば、特許文献1の装置がある。特許文献1では、トラックで輸送されたバイオマス燃料が、種々の装置を介して供給ホッパに投入され貯蔵される。供給ホッパに貯蔵されたバイオマス燃料は、供給フィーダを介して所定量ずつ計量ベルトコンベアに排出され、さらにこの計量ベルトコンベアによって定量が量られた上でダブルフラップゲートを介して竪型ローラミルに供給される。
通常、粉砕機の内部には、粉砕した固体燃料である微粉燃料を搬送するための搬送用ガスが供給されていることから、圧力が高くなっている。また、貯留部は、粉砕機の内部に固体燃料を供給するために、粉砕機の内部と連通している。
これにより、バイオマス燃料のみが貯留部に貯留されている場合には、粉砕機内部から吹き上げる空気などの搬送用ガスと微粉燃料が各バイオマス燃料間に形成される隙間を通過してしまうことを阻止するための貯留部におけるシール性が低減し、粉砕機内部の圧力が低下する可能性がある。搬送用ガスが貯留部への吹き抜けると、貯留部でのバイオマス搬送性の悪化や粉塵発生、また、粉砕機内部の圧力が低下すると、微粉燃料の搬送量が低下するなど粉砕機の運転に種々の問題が生じる可能性がある。
本発明の一態様に係る固体燃料供給装置は、固体燃料を粉砕した微粉燃料をボイラに供給する粉砕機に対して、前記固体燃料としてバイオマス燃料および石炭を供給する固体燃料供給装置であって、前記粉砕機の内部に供給する前記固体燃料を貯留する貯留部と、前記貯留部にバイオマス燃料を搬送するバイオマス燃料搬送部と、前記貯留部に搬送される前記バイオマス燃料に石炭を混合する石炭混合部と、を備え、前記石炭混合部は、前記貯留部に貯留される前記固体燃料における前記石炭の混合割合が、4重量%以上50重量%以下となるように前記石炭を混合する。
また、バイオマス燃料よりも粒径が小さい石炭を混合することで、貯留部に貯留されている固体燃料全体の表面積が増大する。貯留部に貯留されている固体燃料全体の表面積が増大すると、貯留された固体燃料の隙間を通過する搬送用ガスと微粉燃料の圧力損失が増大する。これにより、搬送用ガスと微粉燃料が貯留部を通過し難くなるので、貯留部を通過する粉砕機の内部から搬送用ガスと微粉燃料が吹き上げて逆流する流量を抑制することができる。したがって、粉砕機内部の圧力を好適に維持することができる。
また、貯留部や、貯留部と粉砕機との間に、貯留部を通過する粉砕機の内部から搬送用ガスと微粉燃料が吹き上げて逆流する流量を抑制するためのロータリーバルブなどの特別な装置を設ける必要がないので、設置コストの増大の抑制及びメ運用性の低下の抑制を図ることができる。
また、石炭混合部は、貯留部に貯留される固体燃料における石炭の混合割合が、4重量%以上50重量%以下となるように石炭を混合しているので、バイオマス燃料を主体とした固体燃料をボイラに供給することができる。
一方、混合する石炭の混合割合が多いと、例えば、粉砕機をバイオマス燃料の処理に適した構成(例えばハウジング形状、粉砕テーブルの回転速度や回転式分級機の回転速度など)にしている場合には、バイオマス燃料と性質の異なる石炭を適切に処理し切れない可能性がある。粉砕機において適切に処理し切れない石炭の微粉燃料が増加すると、ボイラの運転状態が変わり燃焼性の低下を招来する可能性がある。
そこで上記構成では、混合される石炭の混合割合が5重量%以上10重量%以下としている。これにより、粉砕機内部の圧力を好適に維持するとともに、ボイラの運転状態の低下も防止することができる。
上記構成では、供給部は、貯留部と粉砕機との間に設けられているので、粉砕機内の搬送用ガスと微粉燃料が貯留部を通過する際には、供給部内も流通することとなる。粉砕機内は、高温の搬送用ガスが流通している関係で、粉砕機内の搬送用ガスの温度は高いので、供給部内を粉砕機内の搬送用ガスと微粉燃料が流通すると、供給部内の温度が上昇する。上記構成では、温度計測機が供給部内の温度を計測している。したがって、供給部内の温度によって粉砕機内の搬送用ガスと微粉燃料が逆流して貯留部を通過しているか否かを確実に検知することができる。また、計測した温度に基づいて、石炭の混合割合を変化させているので、貯留部を通過する搬送用ガスと微粉燃料流量に応じて石炭の混合割合を適切に調整することができ、より好適に貯留部を通過する粉砕機の内部からの搬送用ガスと微粉燃料が吹き上げて逆流する流量を抑制することができる。
また、供給部は、貯留部と粉砕機との間に設けられているので、搬送用ガスが吹き上げて逆流が発生する場合には、比較的粉砕機近傍の温度を温度計測機が計測しているので、搬送用ガスが他構造物等で大きく冷却されずに、比較的高い温度のままで温度計測機が計測して感知することができる。したがって、温度計測機が温度を計測する際に、他の環境の影響を受けにくい。よって、正確に貯留部を搬送用ガスと微粉燃料が通過しているか否かを判断することができる。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係る粉砕機2、固体燃料供給装置3及びボイラ本体(燃焼部)4を備えたボイラ設備1が示されている。なお、本実施形態では上方とは鉛直上側方向を、下方とは鉛直下側方向を示している。
粉砕機2の外殻を構成するハウジング11は、竪型の略円筒中空形状をなし、天井部12の中央部に燃料供給管13が取り付けられている。この燃料供給管13は、固体燃料供給装置3から導かれた所定量の石炭が混合されたバイオマス燃料(以下、「石炭混合バイオマス燃料」という。石炭の混合方法等については後述する。)をハウジング11内に供給するものであり、ハウジング11の中心位置に上下方向(鉛直方向)に沿って配置され、下端部がハウジング11内部まで延設されている。
なお、石炭供給装置24で供給される状態の石炭(すなわち粉砕前の石炭)の粒径は、例えば、80%通過粒径が7〜8mm程度である。なお、石炭混合バイオマス燃料における石炭の混合割合は、バイオマス燃料や石炭の性状や粒径等によって適宜調整してよく、例えば50重量%以下の適値範囲にすることで、同様の効果を得ることができる。
バイオマス燃料では石炭に比べて粗い微粉燃料に粉砕されてもボイラ本体4のバーナ9での燃焼性を確保することができる。一方、混合する石炭は、粉砕機2をバイオマス燃料の処理に適した構成(例えばハウジング11形状、粉砕テーブル15の回転速度や回転式分級機21の回転速度など)にしている場合には、バイオマス燃料と性質の異なる石炭が適切に処理し切れずに、粗粒化したまま微粉燃料としてバーナ9に供給され、燃焼性能を低下させる可能性がある。このためバイオマス燃料への石炭燃料の混合割合が多くなることへの上限が設定されることが好ましい。
一方、石炭は、搬送装置(図示省略)によって、石炭ホッパ24aまで搬送され、石炭ホッパ24aで一時的に貯留される。石炭ホッパ24aに一時的に貯留された石炭は、第2ベルトコンベア24bによって必要量が運ばれる。第2ベルトコンベア24bによって運ばれた石炭は、例えば第2ベルトコンベア24bの下流端部から第1ベルトコンベア23b上に落下する。第1ベルトコンベア23bでは、バイオマス燃料が運ばれているので、石炭がバイオマス燃料に略均一に振り掛かることで、石炭混合バイオマス燃料が生成される(石炭混合工程)。石炭混合バイオマス燃料は、第1ベルトコンベア23bの下流端部からバンカ25の内部に落下する。バンカ25内に落下した石炭混合バイオマス燃料は、バンカ25の内部及びダウンスパウト27の内部に積載するとともに、貯留される。
本実施形態では、バンカ25に搬送されるバイオマス燃料に対して、石炭を混合している。よって、バンカ25及びダウンスパウト27に貯留されている固体燃料は、バイオマス燃料と石炭とが混合した石炭混合バイオマス燃料となる。石炭はバイオマス燃料よりも粒径が小さいので、石炭混合バイオマス燃料では、各バイオマス燃料間に形成される隙間に石炭が入り込む。これにより、各バイオマス燃料間に形成される隙間を石炭が塞ぐことになるので、粉砕機2内部からの搬送用ガスと微粉燃料がバンカ25及びダウンスパウト27を通過し難くなる。よって、バンカ25及びダウンスパウト27を通過する粉砕機2内部からの搬送用ガスと微粉燃料の吹き上げによる逆流の流量を抑制することができる。すなわち、石炭混合バイオマス燃料は、石炭を混合しないバイオマス燃料のみよりもバンカ25及びダウンスパウト27でのシール性が向上する。したがって、バンカ25及びダウンスパウト27に貯留する石炭混合バイオマス燃料がシール材の役割を果たすので、粉砕機2内部の圧力を好適に維持することができる。これにより、微粉燃料を混合した搬送用ガスが安定して粉砕物供給管7を経由してボイラ本体4のバーナ9に供給される。
一方、混合する石炭の混合割合が多いと、粉砕機2内で石炭を適切に処理し切れない可能性がある。具体的には、石炭は燃焼性が特に高くないため、バイオマス燃料よりも細かく粉砕してバーナ9に供給する必要があるが、粉砕機2はバイオマス燃料の処理に適した構成(例えばハウジング形状、粉砕テーブル15の回転速度や回転式分級機21の回転速度など)に調整しているため、石炭混合バイオマス燃料に含まれる石炭が、石炭の微粉燃料として必要とされる大きさに粉砕されない粗粒のものが含まれる。粉砕された微粉燃料に粗粒の石炭が混合されてバーナ9に供給されることで、バーナ9において燃焼性が低下し、未燃の石炭微粉が増加する可能性がある。バーナ9において未燃の石炭微粉が増加すると、ボイラ本体4の炉底に灰が溜まり、CO発生量の増加やNOxの増加等から環境性が低下してしまうという問題を招来する可能性がある。
本実施形態では、混合される石炭の混合割合が例えば4重量%以上50重量%以下、さらに好ましくは5重量%以上10重量%以下としている。これにより、粉砕機内部の圧力を好適に維持するとともに、ボイラ本体4での燃焼性の低下も防止することができる。なお、石炭混合バイオマス燃料における石炭の混合割合は、バイオマス燃料や石炭の性状や粒径等によって適宜調整してよく、例えば50重量%以下の適値範囲にすることで、同様の効果を得ることができる。
このことから、石炭の混合割合が例えば4重量%から50重量%までの間は燃焼性を大きく低下させずにシール性が高い水準にあり、さらに好ましくは5重量%から10重量%までの間は、シール性及び燃焼性がともに高い水準にあることが分かる。
石炭の混合割合が低重量%であってもシール性が大きく向上することは、次のことからもわかる。以下、図3から図5を用いて説明する。
ε=1−〔[(π/4)×D2×n×n]/(D×n×D×n)〕・・・(1)
すなわち、空孔率εは、下記式(2)で表される。
1−(π/4)・・・(2)
すなわち、整然と整列した場合には、粒径の大小に関わらず、空孔率εは約21.5%で一定となる。
Δp/L=K×V×μ×Sv2×(1−ε)2/ε3・・・(3)
ただし、K:コゼニー係数
V:空塔速度
μ:流体の粘性
ε:空孔率
Sv:粒子の単位容積あたりの表面積
[(基準となる状態の漏れ流量)−(シール率を導出した状態での漏れ流量)]/(基準となる状態の漏れ流量)・・・(4)
なお、図5において、シール性は、上述の式(4)に倣い、下記式(5)で表している。
[最大漏れ流量(Ca=0%)−漏れ流量(Ca=X%)]/最大漏れ流量(Ca=0%)・・・(5)
ただし、Ca:小粒子率(大粒子と稠密配列状態の小粒子とを合わせた数に対する稠密配列状態の小粒子の割合。例えば図3の大粒径の粒子の1つが稠密配列状態の小粒子となる場合の例では、小粒子率は1/9となり、約11%となる。)
Q=K×V=K/(Δp/L)・・・(6)
ただし、K:コゼニー係数
V:空塔速度
また図5のグラフから、シール性は、石炭の混合割合が例えば4重量%あればシール性は約0.5となり漏れ流量は半減して漏れが大きく改善されることが推察され、また石炭の混合割合が例えば50重量%以上ではシール性は約1.0に飽和して漏れ流量は殆どなくなることが推察される。また、前述の図2で示した燃焼性を考慮すると石炭の混合割合を大きく増加することは好ましくないことから、シール性からは石炭の混合割合が4重量%から50重量%までが好ましいと考えられる。
また、石炭の混合割合が例えば5重量%あればシール性は約0.6となり漏れ流量は約40%へ減少して漏れによる課題は殆ど無くなることが推察され、また石炭の混合割合が例えば10重量%以上ではシール性は約0.8となり十分なシール性があることが推察される。このため、5重量%から10重量%までの間は、シール性が十分にあり、前述の図2で示した燃焼性を含めてシール性と燃焼性がともに高い水準にあり、さらに好ましいと考えられる。
したがって、上記の式及びグラフからも、大粒径の粒子(本実施形態ではバイオマス燃料)に対して、少量の小粒径の粒子(本実施形態では石炭)を混合することで急激にシール性が向上することが分かる。
続いて、本発明の第2実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。本実施形態に係る固体燃料供給装置33は、温度計測機34及び制御装置35を備える点で第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
制御装置35は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
まず、制御装置35は、温度計測機34が計測した固体燃料供給機26の内部の温度を取得する(S1)。次に、取得した温度が所定の温度以上か否かを判定する(S2)。取得した温度が所定の温度(例えば、50度)以上であった場合には、S3に進む。取得した温度が所定の温度以上でなかった場合には、S1に戻る。
本実施形態では、温度計測機34が温度を計測する固体燃料供給機26は、ダウンスパウト27と粉砕機2との間に設けられている。これにより、粉砕機2内の搬送用ガスと微粉燃料がダウンスパウト27を通過する際には、固体燃料供給機26内を流通することとなる。
固体燃料供給機26内の温度は、正常に運転している場合には、シールガスの温度と略同一となり、例えば30度程度となっている。一方、粉砕機2内には高温の搬送用ガスが供給されているので、粉砕機2内の搬送用ガスの温度は高くなっている。粉砕機2内の温度は、搬送用ガス供給管20の接続部分から離れた粉砕機2の上部空間でも例えば60度程度となっている。したがって、固体燃料供給機26内を粉砕機2内の搬送用ガスと微粉燃料が流通すると、固体燃料供給機26内の温度が上昇する。
本実施形態では、温度計測機34が固体燃料供給機26内の温度を計測し、固体燃料供給機26内の温度が例えば50度以上か否かを判断している。これにより、固体燃料供給機26の内部の温度が上昇し50度以上となった場合には、粉砕機2内の搬送用ガスと微粉燃料が燃料供給管13内を吹き上げて逆流して、固体燃料供給機26内に流入し、ダウンスパウト27及びバンカ25を通過していると判断することができる。したがって、粉砕機2内の搬送用ガスと微粉燃料がダウンスパウト27及びバンカ25を通過しているか否かを簡易な手法で確実に検知することができる。
例えば、上記各実施形態では、バイオマス燃料搬送装置23の第1ベルトコンベア23b上で搬送されているバイオマス燃料に対して石炭を振り掛けることで、バイオマス燃料と石炭とを混合したが、石炭供給装置24の第2ベルトコンベア24bで搬送されている石炭に対してバイオマス燃料を振り掛けることで混合してもよい。または、バイオマス燃料搬送装置23および石炭供給装置24から直接バンカ25へバイオマス燃料および石炭を供給することで混合してもよい。
また、上記各実施形態では、固体燃料供給装置をボイラ設備1に設ける例について説明したが、固体燃料供給装置は石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)などの燃焼装置に対して燃料を供給してもよい。
2 粉砕機
3 固体燃料供給装置
4 ボイラ本体(燃焼部)
7 粉砕物供給管
9 バーナ
11 ハウジング
13 燃料供給管
15 粉砕テーブル
16 粉砕ローラ
20 搬送用ガス供給管
21 回転式分級機
22 フィン
23 バイオマス燃料搬送装置(バイオマス燃料搬送部)
24 石炭供給装置(石炭混合部)
25 バンカ(貯留部)
26 固体燃料供給機(供給部)
27 ダウンスパウト(貯留部)
28 シールガス供給管
34 温度計測機
35 制御装置
Claims (5)
- 固体燃料を粉砕した微粉燃料をボイラに供給する粉砕機に対して、前記固体燃料としてバイオマス燃料および石炭を供給する固体燃料供給装置であって、
前記粉砕機の内部に供給する前記固体燃料を貯留する貯留部と、
前記貯留部に前記バイオマス燃料を搬送するバイオマス燃料搬送部と、
前記貯留部に搬送される前記バイオマス燃料に前記石炭を混合する石炭混合部と、を備え、
前記石炭混合部は、前記貯留部に貯留される前記固体燃料における前記石炭の混合割合が、4重量%以上50重量%以下となるように前記石炭を混合する固体燃料供給装置。 - 前記石炭混合部は、前記貯留部に貯留される前記固体燃料における前記石炭の混合割合が、5重量%以上10重量%以下となるように前記石炭を混合する請求項1に記載の固体燃料供給装置。
- 前記貯留部と前記粉砕機との間に設けられ、前記貯留部に貯留された前記固体燃料を前記粉砕機に供給する供給部と、
前記供給部内の温度を計測する温度計測機と、を備え、
前記石炭混合部は、前記温度計測機が計測した温度に基づいて、前記石炭の混合割合を変化させる請求項1または請求項2に記載の固体燃料供給装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の固体燃料供給装置と、
前記固体燃料供給装置によって供給された前記固体燃料を粉砕する粉砕機と、
前記粉砕機で粉砕した前記固体燃料が供給される燃焼部と、を備えた燃焼設備。 - 固体燃料を粉砕した微粉燃料をボイラに供給する粉砕機に対して、前記固体燃料としてバイオマス燃料および石炭を供給する固体燃料供給装置の運転方法であって、
前記固体燃料供給装置は、前記粉砕機の内部に供給する前記固体燃料を貯留する貯留部を備え、
前記貯留部に前記バイオマス燃料を搬送するバイオマス燃料搬送工程と、
前記貯留部に搬送される前記バイオマス燃料に前記石炭を混合する石炭混合工程と、を備え、
前記石炭混合工程では、前記貯留部に貯留される前記固体燃料における前記石炭の混合割合が、4重量%以上50重量%以下となるように前記石炭を混合する固体燃料供給装置の運転方法。
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