JP2019105399A - Limestone preliminary supply facility for circulating fluidized bed boiler and preliminary supply method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、循環流動床ボイラーに付随して設けられている石灰石供給設備の停止時に使用される石灰石予備供給設備及びこれを用いた石灰石の予備供給方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a limestone pre-supplying system used at the time of stopping a limestone supplying system provided in connection with a circulating fluidized bed boiler and a method of pre-supplying limestone using the same.
循環流動床(Circulating Fluidized Bed)ボイラー(以降、CFBボイラーとも称する)は、例えば特許文献1に記載のように、火炉(コンバスタ)の上部から飛び出た流動砂や燃料をサイクロンで捕集して再び火炉に戻す構造になっており、流動床(Bubbling Fluidized Bed)ボイラーに比べて火炉内のガス速度(空塔速度)を上げることができるので、該火炉内の粒子やガスの混合を活発化させて燃焼効率を向上させることが可能になる。 For example, as described in Patent Document 1, a circulating fluidized bed boiler (hereinafter referred to as "CFB boiler") collects fluid sand and fuel ejected from the top of a furnace (combuster) with a cyclone, and again collects the fluidized sand and fuel. It is structured to be returned to the furnace and can increase the gas velocity (empty velocity) in the furnace compared to a Bubbling Fluidized Bed boiler, so that the mixing of particles and gas in the furnace is activated. It is possible to improve the combustion efficiency.
また、一般的なボイラーでは火炉内の燃焼温度が1,400〜1,500℃であるのに対し、CFBボイラーでは800〜900℃程度に抑えることができるので、燃焼温度に依存して発生するサーマルNOXの生成量を抑制することができる。更に、CFBボイラーでは火炉内に脱硫剤として石灰石を供給することにより、火炉内で下記反応式1に示す脱硫反応を生じさせることができるので、排煙脱硫装置が不要になるか、もしくは簡略化した脱硫装置で済ませることが可能になる。
[反応式1]
CaCO3+SO2+1/2O2→CaSO4+CO2
Moreover, since the combustion temperature in a furnace is 1,400-1,500 degreeC in a general boiler, since it can be restrained to about 800-900 degreeC in CFB boiler, it generate | occur | produces depending on a combustion temperature The generation amount of thermal NO X can be suppressed. Furthermore, in the CFB boiler, by supplying limestone as a desulfurization agent in the furnace, the desulfurization reaction shown in the following reaction formula 1 can be generated in the furnace, so the flue gas desulfurization device becomes unnecessary or simplified It is possible to do with the desulfurization device which
[Reaction Formula 1]
CaCO 3 + SO 2 + 1 / 2O 2 → CaSO 4 + CO 2
CFBボイラーには一般的に上記の脱硫剤としての石灰石の供給設備として、石灰石を貯留するサイロと、その底部に設けられた定量切出装置を介して切り出された石灰石をCFBボイラーまで搬送する搬送装置とが設けられており、当該搬送装置には輸送媒体として圧縮空気を用いた空気輸送によりCFBボイラーの火炉内へ連続的に供給する方式が採用される場合が多い。この石灰石供給設備が機器の故障や配管閉塞等で停止した場合、火炉内では脱硫が行われなくなるので排ガス中のSOX濃度が上昇し、規制値を超えたSOXを含む排ガスが大気に放出されるおそれがあった。このような環境上のトラブルを避けるため、CFBボイラーには石灰石供給設備の停止時においても石灰石の供給を継続できるバックアップ設備を設置するのが望ましい。 As a feed facility of limestone as a desulfurization agent as described above, CFB boiler generally transports silo that stores limestone and limestone cut out via a quantitative extraction device provided at the bottom to the CFB boiler In many cases, a system is provided, and in the transport apparatus, there is often adopted a method of continuously supplying the inside of a furnace of a CFB boiler by pneumatic transport using compressed air as a transport medium. If this limestone supply facility is shut down due to equipment failure or pipe blockage, desulfurization will not be performed in the furnace, so the SO X concentration in the exhaust gas will rise, and the exhaust gas containing SO X exceeding the regulation value will be released to the atmosphere. There was a risk of In order to avoid such environmental problems, it is desirable for CFB boilers to have a backup facility that can continue the limestone supply even when the limestone supply facility is shut down.
しかしながら、バックアップ設備として上記のサイロ、定量切出装置及び搬送装置からなる石灰石供給設備と同仕様の設備を設けるのは投資費用が高額になってしまう。また、既存の石灰石供給設備と同仕様の設備を追加で1系列増設することは設置場所の制約で難しい場合が多い。本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、設置場所の制約をほとんど受けることなく簡易に設置することが可能な小型の石灰石予備供給設備を提供することを目的としている。 However, providing a facility having the same specifications as the above-described limestone supply facility including the silo, the quantitative extraction device, and the transfer device as a backup facility results in high investment cost. In addition, it is often difficult to add one series of equipment with the same specifications as the existing limestone supply equipment due to restrictions on the installation location. The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a small-sized limestone spare supply facility which can be easily installed without being limited by the installation location.
上述した目的を達成するため、本発明に係る石灰石予備供給設備は、CFBボイラーの火炉に連通する空気輸送系に設けられたエゼクタと、該エゼクタに流量制限手段を介して連通する石灰石貯留用のホッパーとを有することを特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, the limestone reserve supply facility according to the present invention comprises an ejector provided in an air transport system in communication with a furnace of a CFB boiler, and limestone storage in communication with the ejector via a flow rate limiting means. And a hopper.
また、本発明に係る石灰石の予備供給方法は、石灰石を貯留するホッパーの下部に流量制限手段を介して設けられたエゼクタに圧縮空気を導入することでCFBボイラーに石灰石を予備的に供給する方法であって、前記CFBボイラーからの排ガス中のSOX濃度に基づいて前記流量制限手段の開度を調整することを特徴としている。 Further, the method for preliminarily supplying limestone according to the present invention is a method for preliminarily supplying limestone to a CFB boiler by introducing compressed air to an ejector provided through a flow rate limiting means at a lower portion of a hopper storing limestone. The opening degree of the flow rate limiting means is adjusted based on the SO X concentration in the exhaust gas from the CFB boiler.
本発明によれば、小型で安価な石灰石の予備供給設備を設置場所の制約をほとんど受けることなく簡易に設置することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to easily install a small and inexpensive spare limestone supply facility with almost no restriction on the installation location.
以下、本発明の石灰石予備供給設備の一具体例について、石灰石供給設備及び流動材供給設備を備えた既設のCFBボイラーに該予備供給設備を設ける場合を例に挙げて説明する。本発明の一具体例の石灰石予備供給設備が設置されるCFBボイラーは、一般的にはボイラー本体内の下部に空気分散板が設けられており、この空気分散板の上に燃料バンカーから切り出された燃料としての石灰石が、脱硫剤サイロから切り出された脱硫剤としての石灰石と共に連続的に供給される。上記の空気分散板の上には、更に流動材サイロから切り出された硅砂などの流動材(サンド)が定期的に供給される。この流動材は、火炉内の流動床を形成する役割を担っており、好適には主燃焼室で旋回流動することで燃料の効率的な燃焼が可能になる。 Hereinafter, a specific example of the limestone preliminary supply facility of the present invention will be described with reference to the case where the existing CFB boiler provided with the limestone supply facility and the fluid material supply facility is provided as an example. In the CFB boiler in which the limestone preliminary supply facility according to one embodiment of the present invention is installed, an air distribution plate is generally provided at a lower portion in the boiler body, and cut out from the fuel bunker on the air distribution plate Limestone as fuel is continuously supplied along with limestone as a desulfurizing agent cut out from the desulfurizing agent silo. A fluid material (sand) such as borax cut out from the fluid material silo is periodically supplied on the air dispersion plate. The fluid material plays a role of forming a fluid bed in the furnace, and preferably swirls and flows in the main combustion chamber to enable efficient combustion of fuel.
図1に示すように、CFBボイラー1の火炉への上記の脱硫剤としての石灰石と流動材の供給は、脱硫剤供給設備及び流動材供給設備によってそれぞれ行われる。具体的には、脱硫剤供給設備は、粉末状の石灰石を貯留する脱硫剤サイロ3と、この脱硫剤サイロ3の底部に設けられたロータリーバルブやテーブルフィーダー等の脱硫剤定量切出装置3aと、該脱硫剤定量切出装置3aから切り出される粉末状の石灰石を圧縮空気を媒体として搬送する脱硫剤空気輸送配管系4とから主に構成されている。脱硫剤定量切出装置3aでは、例えばインバーターモーターによる回転数制御で切り出し量の制御が行われる。この脱硫剤空気輸送配管系4において、脱硫剤定量切出装置3aが接続する部分の前後には、脱硫剤供給設備がトラブル等により停止した時に当該脱硫剤供給設備を脱硫剤空気輸送配管系4から遮断するためのON/OFF弁5a、5bがそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 1, the supply of limestone and fluid material as the above desulfurization agent to the furnace of the CFB boiler 1 is respectively performed by the desulfurization agent supply facility and the fluid material supply facility. Specifically, the desulfurizing agent supply facility includes a
一方、流動材供給設備は、上記の脱硫剤供給設備と同様に、流動材を貯留する流動材サイロ6と、この流動材サイロ6の底部に設けられたロータリーバルブやテーブルフィーダー等の流動材定量切出装置6aと、該流動材定量切出装置6aから切り出される流動材を圧縮空気を媒体として搬送する流動材空気輸送配管系7とから主に構成されている。流動材定量切出装置6aでは、例えばインバーターモーターによる回転数制御で切り出し量の制御が行われる。この流動材空気輸送配管系7において、流動材定量切出装置6aが接続する部分の前後には、流動材供給設備を流動材空気輸送配管系7から遮断するためのON/OFF弁8a、8bがそれぞれ設けられている。
On the other hand, similar to the above desulfurization agent supply facility, the fluid material supply facility is a
本発明の一具体例の石灰石予備供給設備は、上記した既存の脱硫剤供給設備及び流動材供給設備のいずれか一方に設けてもよいが、様々な状況により柔軟に対応できるように両方に設けるのが好ましい。すなわち、図1に示すように、第1石灰石予備供給設備10は、粉状の石灰石を貯留する第1石灰石ホッパー11と、その底部に設けられたスライドダンパー等の第1流量制限手段11aと、この第1流量制限手段11aの下部に設けられ、圧縮空気を使用して粉体を吸い込んで輸送する第1エゼクタ12と、この第1エゼクタ12に圧縮空気を導入すると共に該圧縮空気を媒体とする石灰石の空気搬送が行われる第1バイパス配管系13とで主に構成され、この第1バイパス配管系13は、脱硫剤空気輸送配管系4において脱硫剤定量切出装置3aの接続部及びその前後の入口側及び出口側ON/OFF弁5a、5bをバイパスするように設けられている。
The limestone pre-supplying system of one embodiment of the present invention may be provided in any one of the above-described existing desulfurizing agent supply facilities and fluid material supply facilities described above, but is provided in both cases so as to flexibly cope with various situations Is preferred. That is, as shown in FIG. 1, the first limestone
また、第1バイパス配管系13において、第1エゼクタ12の前後には、好適には自動的に開閉する入口側及び出口側ON/OFF弁14a、14bがそれぞれ設けられている。これらON/OFF弁14a、14bは通常は閉状態になっており、脱硫剤供給設備がトラブル等により停止した時、自動的に又はオペレータの操作により開状態となる。また、第1バイパス配管系13において、入口側ON/OFF弁14aの一次側には第1レギュレータ15が設けられており、第1エゼクタ12に供給される圧縮空気の空気圧をゲージ圧で0.06〜0.10MPa程度の適切な値に調整することができる。更に、第1エゼクタ12と入口側ON/OFF弁14aの間には第1手動弁16が設けられており、この第1手動弁16では第1エゼクタ12に供給される圧縮空気の流量を調整することができる。
Further, in the first
上記の第1エゼクタ12は、駆動流体としての圧縮空気などの高圧のガスを放出するノズルと、該ノズルから放出されたガスの作用により粉末状の石灰石の吸い込みが行われる吸入室と、この吸い込まれた石灰石と該ノズルから放出されたガスを混合しながら吐出するディフューザとから主に構成されており、可動部分がないので設置の際に電源工事や潤滑油の供給が不要であり、保守点検も基本的に不要なのでバックアップ用の機器として優れている。
The
このような機能を有する第1エゼクタ12には市販の一般的なエゼクタを用いることができる。なお、エゼクタは管内を流れる流体(空気)の速度を上げると、管内の静圧が運動エネルギーに変換されるので低下するというベルヌーイの定理を応用したものであり、管内が負圧になるまで流体の速度を上げることで外部から粉体を吸い込むことができる。吸い込み後の流体が流れるディフューザでは拡径することで流体の速度が低下するので運動エネルギーが下がり、その結果、管内の静圧が正圧側に回復するので吸い込んだ粉体を圧送することができる。
A commercially available general ejector can be used for the
流動材供給設備に設けられている第2石灰石予備供給設備20も図1に示すように基本的には上記の第1石灰石予備供給設備10と同様の構成を有しているので詳細な説明は省略する。なお、この第2石灰石予備供給設備20の構成要素と、上記にて説明した第1石灰石予備供給設備10の構成要素とは、符号の一の位の値が同じもの同士が対応している。
Since the second limestone
次に、上記した第1及び第2石灰石予備供給設備10、20を用いた石灰石の予備供給方法について説明する。脱硫剤サイロ3の脱硫剤定量切出装置3aがトラブル等により停止した場合、脱硫剤供給設備では脱硫剤空気輸送配管系4のON/OFF弁5a、5bが自動的に又はオペレータの操作で閉となり、代わりに第1石灰石予備供給設備10の第1バイパス配管系13のON/OFF弁14a、14bが自動的に又はオペレータの操作で開となり、第1エゼクタ12に第1バイパス配管系13の一次側を介して圧縮空気が導入される。これにより、第1石灰石ホッパー11から第1流量制限手段11aを介して定量的に流れ出る粉末状の石灰石が第1バイパス配管系13の二次側及び既設の脱硫剤空気輸送配管系4の一部を経てCFBボイラー1に供給される。これにより、ほとんど中断することなく脱硫剤のCFBボイラー1への空気輸送を継続することができる。
Next, a limestone prefeeding method using the first and second
一方、流動材の投入は1日に1回約10分程度行われるだけなので通常は流動材の空気輸送配管系7の入口側及び出口側ON/OFF弁8a、8bは閉じた状態にある。従って上記の脱硫剤サイロ3の定量切出装置3aのトラブルによる停止に伴い、第2バイパス配管系23のON/OFF弁24a、24bが自動的に又はオペレータの操作で開となり、上記の第1石灰石予備供給設備10と同様に、第2エゼクタ22に圧縮空気が導入され、第2石灰石ホッパー21から流れ出る石灰石がCFBボイラー1に供給される。なお、脱硫剤供給設備の停止時にたまたま流動材の投入が行われている場合は、当該流動材の投入が完了してからON/OFF弁24a、24bを開にするのが好ましい。
On the other hand, since the injection of the fluidizing material is carried out only about 10 minutes once a day, normally, the inlet and outlet side ON /
上記のようにして第1及び第2石灰石予備供給設備10、20から予備的に供給される石灰石の供給量は、第1及び第2流量制限手段11a、21aの開度によって、あるいは第1及び第2手動弁16、26によって調整することができる。その際、例えば排ガスが流れる配管内に設けたSOX濃度計2の値に基づいて適切な開度に調整するのが好ましい。第1及び第2ホッパー11、21への石灰石の供給は例えばフレコンバックに充填した石灰石をフォークリフト又はクレーンで吊り上げて行うことができる。
As described above, the supply amount of limestone preliminarily supplied from the first and second limestone
図1に示すような構造で、石灰石ホッパーから自重で落下する石灰石をエゼクタに吸い込んで空気輸送する場合は、既設の空気輸送配管の距離、配管径、ベンド径等によるものの、供給量は一般的に200〜500kg/hr程度である。この供給量が既設の石灰石供給設備よりも少ない場合は、上記のように石灰石投入設備及び流動材投入設備の両方に石灰石予備供給設備を設置するのが好ましい。なお、図1に示すように、上方に設けた石灰石ホッパーから自重で落下する石灰石をエゼクタに吸い込んで空気輸送する方式に代えて、エゼクタの下方に設けた石灰石ホッパーから石灰石を吸い上げて空気輸送する方式でもよい。次に、本発明の石灰石予備供給設備の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 In the structure shown in Fig. 1, when the limestone falling from the limestone hopper by suction is sucked into the ejector and transported by air, although the amount depends on the distance, piping diameter, bend diameter, etc. 200 to 500 kg / hr. When the supply amount is smaller than that of the existing limestone supply facility, it is preferable to install the limestone preliminary supply facility in both the limestone charging facility and the fluid material charging facility as described above. As shown in FIG. 1, limestone is sucked from the limestone hopper provided below the ejector to be pneumatically transported instead of a system in which the limestone falling by its own weight from the limestone hopper provided above is sucked into the ejector for air transportation. It may be a method. Next, although the Example of the limestone preparatory supply installation of this invention is described, this invention is not limited to a following example.
既設のFormosa Heavy Industry Cooperation製のCFBボイラー(型番:THP−1、能力:300T/H×48MW)に設けられた石灰石供給設備及び流動材供給設備の空気輸送配管に、図1に示すように第1及び第2バイパス配管系13、23をそれぞれ設け、それらの各々の中間部分に第1及び第2エゼクタ12、22としてフルード工業株式会社製のエゼクタ(型番:PEJAP−100・200・5−S−Z型)をそれぞれ設置した。これらのエゼクタの上部には、それぞれ第1及び第2流量制限手段11a、21aとしてスライドダンパーを設置し、それらの上に容量200Lの第1及び第2石灰石ホッパー11、21をそれぞれ設けた。このようにしてCFBボイラーに第1及び第2石灰石予備供給設備10、20を設置した。
As shown in Figure 1, the pneumatic transportation piping of limestone supply equipment and fluid material supply equipment provided in the CFB boiler (model number: THP-1, capacity: 300T / H x 48MW) made by existing Formosa Heavy Industry Cooperation The first and second
上記の既設の石灰石供給設備の定量切出装置を補修及び点検する際に、その入口側及び出口側ON/OFF弁5a、5bを閉じると共に、上記の第1バイパス配管系13に設けた入口側及び出口側ON/OFF弁14a、14bと、上記の第2バイパス配管系23に設けた入口側及び出口側ON/OFF弁24a、24bとを開き、上記の第1及び第2エゼクタ12、22にゲージ圧0.06MPaの圧縮空気を導入した。これにより、第1及び第2石灰石予備供給設備10、20を共に稼働させて石灰石を連続的に8時間供給した。なお、上記の石灰石供給設備の停止の際、既設の流動材供給設備は停止状態にあった。
When repairing and checking the above-mentioned fixed quantity cutting device of the existing limestone supply facility, the inlet side and the outlet side ON /
これら第1及び第2石灰石予備供給設備10、20からの石灰石の供給量は、第1及び第2石灰石ホッパー11、21内の石灰石の減量分から換算したところ、各々200kg/hrであった。そして、これらの石灰石予備供給設備の稼働時の排ガスのSOX濃度を、日本工業規格K0103に記載の排ガス中の硫黄酸化物分析方法に準拠して分析した。
The amount of limestone supplied from the first and second limestone
比較のため、既設の石灰石供給設備及び流動材供給設備の各々において、その空気輸送配管の分岐管にスライドダンパーを介して圧力容器を設置した。そして、各圧力装置において、そのマンホールから石灰石を投入してから該マンホールを閉めて密閉状態にした後、圧力容器内を圧縮空気で加圧してからスライドダンパーを開いて石灰石を1バッチ50kgで1時間に4バッチCFBボイラーに圧送した。上記以外はエゼクタを用いた場合と同様にして排ガスのSOX濃度を分析した。上記のエゼクタを用いた場合と圧力容器を用いた場合のそれぞれの8時間稼働の際の排ガス中の最大SOX濃度と、平均SOX濃度を下記表1に示す。 For comparison, in each of the existing limestone supply facility and fluid material supply facility, a pressure vessel was installed via a slide damper on the branch pipe of the air transport piping. Then, in each pressure device, after supplying limestone from the manhole and closing the manhole to make a closed state, pressurize the inside of the pressure vessel with compressed air and then open the slide damper to make limestone in 1 batch 50 kg 1 Pumped to a 4-batch CFB boiler on time. The SO X concentration of the exhaust gas was analyzed in the same manner as in the case of using the ejector except for the above. Table 1 below shows the maximum SO X concentration in the exhaust gas and the average SO X concentration in the case of using the above ejector and using the pressure vessel for 8 hours of operation.
上記表1の結果から分かるように、石灰石ホッパー及びエゼクタからなる石灰石予備供給設備を設けることで、既存の石灰石供給設備が停止しても排ガス中のSOX濃度を自主規制値(160±30ppm)の範囲内で制御することが可能であった。これに対して、エゼクタを用いずに圧力容器で圧送する石灰石予備供給設備の場合は、連続運転ではなくバッチ運転になるため排ガス中のSOX濃度が変動し、SOX濃度を上記の自主規制値内に制御することができなかった。 As can be seen from the results in Table 1 above, by providing a limestone preliminary supply facility consisting of a limestone hopper and an ejector, even if the existing limestone supply facility is shut down, the SO X concentration in the exhaust gas is regulated voluntarily (160 ± 30 ppm) It was possible to control within the range of In contrast, in the case of limestone preliminary supply equipment for pumping a pressure vessel without using ejector, is SO X concentration in the exhaust gas varies to become a batch operation rather than continuous operation, the above-mentioned self-regulation of the SO X concentration Could not control within the value.
1 循環流動床ボイラー
2 SOX濃度計
3 脱硫剤サイロ
3a 脱硫剤定量切出装置
4 脱硫剤空気輸送配管系
5a 入口側ON/OFF弁
5b 出口側ON/OFF弁
6 流動材サイロ
6a 流動材定量切出装置
7 流動材空気輸送配管系
8a 入口側ON/OFF弁
8b 出口側ON/OFF弁
10 第1石灰石予備供給設備
11 第1石灰石ホッパー
11a 第1流量制限手段
12 第1エゼクタ
13 第1バイパス配管系
14a 第1バイパス入口側ON/OFF弁
14b 第1バイパス出口側ON/OFF弁
15 第1レギュレータ
16 第1手動弁
20 第2石灰石予備供給設備
21 第2石灰石ホッパー
21a 第2流量制限手段
22 第2エゼクタ
23 第2バイパス配管系
24a 第2バイパス入口側ON/OFF弁
24b 第2バイパス出口側ON/OFF弁
25 第2レギュレータ
26 第2手動弁
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