JP2710976B2 - 微粉炭燃焼装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粉炭の燃焼装置およびその運転方法に係
り、特に液体燃料やガス燃料などの補助燃料の使用量を
軽減し、かつ安定な燃焼のできる微粉炭燃焼装置および
その運転方法に関する。

〔従来の技術〕

火力発電所等に用いられる石炭焚ボイラでは、微粉状
態の石炭が１次空気とともに空気に懸濁された状態で、
例えば１台以上のミル（粉砕機）からそれぞれ複数の主
バーナに供給されると共に、該主バーナ内に設けられた
点火バーナには補助燃料が供給される。そして起動時に
おいて、まず、点火バーナの着火によって燃焼が開始さ
れ、さらに主バーナ部で燃焼用空気としての２次空気、
３次空気が追加付与されて前記微粉状態の石炭が安定火
炎を形成して燃え続けるようなダイレクトファイアリン
グシステムが採用されている。

しかしながら、このような形式の装置では、石炭で専
焼できるようになるのは、起動後、炉がかなりの時間運
転され、炉内が高温状態にされた後である。また、炉の
後流部に設けられた空気予熱器による燃焼用空気温度の
上昇、窒素酸化物（NOx）除去のための触媒装置の最低
稼働温度等の制限から、起動時には石油もしくはガス焚
の点火バーナおよび主バーナからなるスタートアップバ
ーナ（起動バーナ）を使用するのが通常の手段となって
いる。これらの補助燃料は石炭に比較して燃焼性が良好
であり、点火装置として高電圧の電気スパーリング装
置、あるいはセラミックスイグナイタ等によって容易に
燃焼でき、かつ未燃焼物質等を排出することなくボイラ
をスタートアップできるが、近年のように、火力発電所
が負荷調節用として使用されるようになると起動、停止
回数が著しく多くなり、補助燃料の使用量が多くなる。

また、石炭焚ボイラに補助燃料を使用する別の場合と
して、一定の負荷以上においては補助燃料による点火バ
ーナに代えて微粉炭点火バーナを設け、点火バーナおよ
び主バーナを微粉炭だけで燃焼させる方法があるが、ミ
ルが低負荷域のとき、ミルから供給される微粉炭・空気
流中の微粉炭濃度（C/A:Cは石炭量、Ａは空気量）が低
くなるため（微粉炭を搬送するために必要な最低限の空
気量があり、ボイラ負荷がそれ以下に下がっても搬送用
１次空気量は下げられない）、着火安定性が悪くなる。
第４図は、この関係を示したものであり、ミル負荷（処
理量）を横軸にとり、縦軸に微粉炭空気濃度をとり、歴
青炭を粉砕したデータをプロットしているが、図中ハッ
チング部で示すミル負荷30％以下、C/A＝0.3以下の領域
では、バーナにおける着火保炎性が悪く、このような状
態では火炉出口から煙道部におけるフライアッシュの未
燃分が著しく増加する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のごとく、補助燃料による微粉炭主バーナの点火
消火時のサポートは、石炭焚ボイラにおいて高価な補助
燃料の使用量を著しく多くするため好ましくなく、また
微粉炭機の負荷が低い場合、着火安定性が悪くなるた
め、微粉炭機より直接バーナに微粉炭を送るダイレクト
燃焼法では、未燃分が高くなるという問題があった。

本発明の目的は、上述の課題に対し、補助燃料の使用
量を削減し、しかも着火安定性を向上させ、安全にボイ
ラの中間負荷運用を可能とする、微粉炭燃焼装置および
その運転方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本願で特許請求する発明は
以下のとおりである。

（１）微粉炭を製造するミルと、該ミルで製造された微
粉炭を燃焼する微粉炭バーナを有する微粉炭燃焼装置に
おいて、液体もしくはガス体燃料を使用する補助燃料点
火バーナを備えた起動用微粉炭主バーナと、該バーナ用
の微粉炭を製造する起動用微粉炭ミルと、該ミルで製造
された微粉炭を前記起動用微粉炭主バーナに供給する起
動用主バーナ給炭管と、微粉炭を使用する微粉炭点火バ
ーナを備えた他の微粉炭主バーナと、該主バーナ用の微
粉炭を製造する他の微粉炭ミルと、該ミルで製造された
微粉炭を上記他の微粉炭主バーナに供給する主バーナ給
炭管とを備え、起動用微粉炭ミルで製造された微粉炭の
一部を、前記他の微粉炭主バーナに設けられた微粉炭点
火バーナに供給する点火バーナ用給炭管を設けたことを
特徴とする微粉炭燃焼装置。

（２）上記（１）において、前記点火バーナ用給炭管に
微粉炭濃度上昇装置を設けたことを特徴とする微粉炭燃
焼装置。

（３）上記（１）において、点火バーナ用給炭管に微粉
炭貯蔵装置と、同装置から微粉炭を取り出して微粉炭点
火バーナに供給する微粉炭取出し装置とを設けたことを
特徴とする微粉炭燃焼装置。

（４）起動用微粉炭ミルで製造された微粉炭を起動用微
粉炭主バーナに供給し、該主バーナを液体若しくはガス
体燃料を使用する補助燃料点火バーナで点火して燃焼さ
せたのちに、他の微粉炭ミルで製造された微粉炭を、他
の微粉炭主バーナに供給して燃焼させる微粉炭燃焼装置
の運転方法において、上記起動用微粉炭ミルで製造され
た微粉炭の一部を他の微粉炭主バーナを点火するための
微粉炭点火バーナに供給して着火させ、しかるのち、他
の微粉炭ミルで製造された微粉炭を、前記他の微粉炭主
バーナに供給して燃焼させることを特徴とする微粉炭燃
焼装置の運転方法。

〔作用〕

微粉炭点火バーナによって微粉炭主バーナの点火を行
う際の課題としては、ミル起動初期のC/Aが低いときの
火炎安定性不良、および微粉炭主バーナと当該微粉炭主
バーナ内に設けられた微粉炭点火バーナの燃料がほぼ同
時に供給されるため、点火失敗または失火の危険が大き
いことがあげられるが、本発明においては、起動用微粉
炭主バーナには補助燃料で点火する補助燃料点火バーナ
を備えるとともに、他の微粉炭主バーナに設けられた微
粉炭点火バーナには前記起動用微粉炭主バーナに微粉炭
を供給する微粉炭主バーナ給炭管から微粉炭の一部を供
給することにより、起動用微粉炭主バーナの点火が安定
するうえ、他の微粉炭主バーナに設けられた微粉炭点火
バーナの点火を当該微粉炭主バーナの点火に先立って実
施することができるので、安全に安定着火状態に設定で
きる。

このようにして、微粉炭点火バーナが安定着火できれ
ば、当該バーナも安定着火できることから、以下同様に
して微粉炭主バーナへ微粉炭を供給するために起動した
ミルから、次に点火する微粉炭主バーナ用の微粉炭点火
バーナへ微粉炭を送ることにより、次々と安定に点火
し、ボイラ負荷の上昇が可能となる。

消火の場合は、点火の際の逆順序の操作で点火バーナ
が残るように主バーナ給炭管を先に給炭停止することに
より、ボイラ負荷が下降される。

〔実施例〕

本発明の具体的実施例を第１図に示す。第１図は、微
粉炭ボイラの燃焼系統図であって、ボイラ火炉50の水壁
52に取り付けられた風箱51およびアフターエアポート60
に対して空気がFDF（強制送風機）100、空気予熱器90、
空気ダンパ111および空気供給ライン110によって供給さ
れる。ボイラ火炉からの燃焼排ガスは、排ガスダクト95
により空気予熱器90を経て、図示していない集塵器・脱
硫装置を経て無害化され、煙突より排出される。燃料
は、従来と同様に、２種類が供給される。その１つは液
体またはガス燃料などの補助燃料であり、ライン40によ
って起動用微粉炭主バーナ32内に設けられた補助燃料点
火バーナ41および図示省略した起動バーナに供給されて
いる。補助燃料点火バーナ41は起動用微粉炭主バーナ32
内において起動バーナ（第２図の42）を点火する。当該
起動バーナはボイラの冷缶起動（コールドスタート）お
よびホットスタートにおける低負荷域を運転し、微粉炭
の専焼が可能な負荷（少なくとも10％負荷以上）まで立
ち上げるだけの容量をもっている。

補助燃料によって立上がったのち、もう１つの燃料で
ある石炭（微粉炭あるいは石油コークス粉）が供給され
る。

石炭は、バンカ10に一時貯蔵されており、次いで石炭
フィーダ20により計量されたのち、シュート21を介して
重力によりミル30A、30B、30Cに供給される。ミルに
は、図示していないが、１次空気ファン（第２図中では
37）によって加熱空気が供給され、石炭の乾燥、粉砕、
分級が行われ、微粉炭となった石炭は１台のミルから複
数のバーナ（通常は２〜12台）に供給される。第１図の
場合は、各々５台の主バーナで計15台のバーナが接続さ
れている。すなわち、紙面と直角な方向に起動用および
他の微粉炭主バーナ32、32′、32″がそれぞれ５台設置
されている例である。

微粉炭を供給しようとするときは、ボイラがすでに昇
温、昇圧され、負荷は少なくとも10％以上に立ち上げら
れた状態であり、また起動時にボイラ水を再循環させる
再循環回路を有する貫流ボイラにおいては再循環回路が
閉止され、貫流運転に切り換えられた状態で行われる。
第１図において、まず30Cのミルに石炭が供給され、該
ミル30Cで製造された微粉炭は、起動用主バーナ供給管3
1を経て起動用微粉炭主バーナ32に供給される。当該主
バーナ32は、すでに補助燃料による安定火炎があるた
め、完全に着火されるとともに、同ミルから点火バーナ
用給炭管34によって、前記起動微粉炭主バーナ32の一段
隣の位置に設けた他の微粉炭主バーナ32′用の点火バー
ナ33に燃料が供給され、電気的点火手段等によって点火
される。この場合、火炉はすでに温度が高く、しかも点
火バーナ33のみへの微粉炭供給のため、微粉炭主バーナ
32′に対する空気供給はこのときは必要ないので、レジ
スタ設定が点火バーナ33の着火に最適なように設定でき
る利点がある。このようにして、第２段目の微粉炭主バ
ーナ32′の点火条件が整えられたのち、ミル30Bに石炭
が供給される。このミルも同様に主バーナ給炭管31′と
点火バーナ用給炭管34′を備えており、主バーナ給炭管
31′は微粉炭主バーナ32′に、点火バーナ用給炭管34′
は一段隣の位置の微粉炭点火バーナ33′に供給されてい
るので、２段目の微粉炭主バーナ32′と３段目の微粉炭
点火バーナ33′に着火される。その後、同様にして、ミ
ル30Aに石炭を投入することにより、最終段（本実施例
では下から３段目）の微粉炭主バーナ32″に点火され、
ボイラは最低石炭専焼負荷（少なくとも10％以上）から
100％負荷までを石炭のみで点火、消火し、負荷変動を
実施することができる。

第２図に、本発明の他の実施例を示す。バーナの構成
は、第１図の実施例の場合と同じであるが、異なる点は
点火バーナ用給炭管34の途中にサイクロン36と、その出
口ラインにダンパ35、循環ライン38を設け、１次空気ラ
イン29に結んだところにある。

ミル30の起動は、第１図の実施例でも述べたように、
点火バーナ41および起動バーナ42によってボイラ負荷上
昇された状態下で実施される。ミルへ加熱空気がライン
29により１次空気ファン37によって供給され、ミル内で
乾燥、粉砕、分級された微粉炭は、ライン31によって微
粉炭バーナ32に供給される。しかしながら、第４図で示
したように、ミル負荷が低いときはC/Aが小さく、着火
が不安定となる。この傾向は高燃料比（固定炭素／揮発
分）の石炭ほど強いため、特にライン34によって供給さ
れる点火バーナの場合は、安定な火炎を形成させるまで
に、フレームデテクタ（火炎検知器）による検出信号は
火炎未検出となり、点火失敗となる可能性も出てくる。
本実施例は、このような問題を解決するものである。す
なわち、点火バーナ用給炭管34の途中に設けられた、微
粉炭濃度上昇用サイクロン36によって微粉炭分を濃縮さ
せ、C/Aを高くする。これにより早期に安定着火でき
る。発明者らの実験によれば、サイクロンの入口でC/A
が0.2〜0.4の場合にサイクロン36の粒子捕集効率が90％
で、空気の分配率が50％であった。これにより、点火バ
ーナ用給炭管のC/Aは0.36〜0.72、循環ライン38内のC/A
は0.04〜0.08とすることができた。また、この操作によ
ってミルを起動し、ミルの負荷が上昇し、例えば30％以
上となって安定に着火できるC/Aに達したらダンパ35は
全閉すればよく、火炎等の問題も生じない。

第３図に、本発明の他の実施例を示す。本実施例がこ
れまでの実施例と異なる点は、ミル30Aの起動用主バー
ナ給炭管31とともに、ライン190およびダンパ35を通じ
て、バグフィルタを備えた微粉炭バンカ200に微粉炭を
供給する点である。したがって、ミル30Aの起動によっ
て点火されるのは、起動用主バーナ給炭管31によって供
給される起動用微粉炭主バーナ32のみであり、補助燃料
による点火バーナ41および図示省略した起動バーナによ
って安全に点火することができる。他の微粉炭バーナの
点火に対しては、微粉炭貯蔵バンカ200からフィーダ21
0、微粉炭シュート215および微粉炭混合器220によって
供給された微粉炭を、空気ライン225によりライン34を
通じて微粉炭点火バーナ33、33′に送り、点火する。以
下、順次ミルを起動して微粉炭主バーナ32′、32″に点
火する。本方法では、ミル30Aによって必要量微粉を確
保した後はダンパ35を閉じ、好ましくはバグフィルタへ
の供給ライン190を空気パージするよう、FDF100出口空
気ラインより配管しておくとよい。

第５図に、本発明の実施に際しての制御系統の一例を
示す。図において、計測信号ライン550によりボイラ500
の蒸発量、給水量、火炉出口ガス温度、空気予熱器出口
空気温度あるいは発電機出力等の、微粉炭専焼に切り換
えてもボイラが安定に着火可能な状態になったかどうか
を判定するための状態量を取り出し、計測装置600で適
正な補正を行い、信号ライン650により判定装置700に送
る。ここではあらかじめ設定された値と実際の計測値を
比較し、結果を信号ライン750によって制御装置800に送
る。制御装置では750による信号によって安全であると
いう判定が出ない限りインタロック状態を取り続け、安
全という場合にはインタロックを解除する。この結果、
火炉の安全性および未燃分増加防止が可能になる。具体
的な設定値の選択は、ボイラの試運転時に計測した結果
に基いて行うようにすると確実なものとなる。

これまでの実施例で説明したように、本発明では微粉
炭の専焼が可能な最低負荷までは、公知のものと同様に
補助燃料を用いるが、それより高い負荷域では、微粉炭
の点火バーナにより微粉炭の主バーナに点火できる構成
としたので、補助燃料を不用とすることができたもので
ある。

このためバーナを微粉炭点火バーナにより点火される
バーナ群と、補助燃料点火バーナにより点火されるバー
ナ群とに分け、補助燃料点火バーナを備えた主バーナに
は望ましくはさらに補助燃料使用の起動用バーナを備
え、これによってボイラを起動、負荷上昇させる。

微粉炭点火に際して、ミルからバーナに微粉炭を直接
空気流によって供給するダイレクトシステムでは、点火
バーナと主バーナのどちらも微粉炭を使用する場合に
は、起動したばかりの１台のミルで供給すると着火おく
れ等が生じ、重大事故につながる可能性が高い。そこ
で、本発明では第１図のようにこの点を解決するため、
補助燃料によってすでに運転されている起動用微粉炭主
バーナ32に微粉炭を供給しているミル（30C）で製造さ
れている微粉炭を使用すれば他のバーナにおいて安定に
着火できる点を利用し、本来はミル30C以外のミル（30
B）によって微粉炭が供給される微粉炭主バーナ（3
2′）用の微粉炭点火バーナ（33）に対して当該ミル（3
0C）から分岐した微粉炭供給管（34）を接続することに
より、主バーナと点火バーナの微粉供給系を異ならせ、
点火バーナ（33）のみ起動し、安定着火した後に主バー
ナ（32′）に点火するものである。

第２図に示した実施例において、サイクロン36の希薄
側の配管38を１次空気ファン37の吸い込みダクト29に連
結したが、この配管内流体を、例えばバグフィルタで清
浄化したのち大気に開放するか、ブーストアップファン
を設けて主バーナ側の配管31に導入するか、または火炉
内にパージすることも考えられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、一定負荷以上の微粉炭燃焼が全く補
助燃料なしに可能となり、中間負荷およびDSS（毎日運
転、休止の繰り返しを行う）ボイラに適用した場合、著
しく経済性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例説明図、第２図および第３図
は、本発明の他の実施例図、第４図は、ミル負荷とバー
ナ用給炭管内微粉炭濃度（C/A）の関係図、第５図は、
本発明の実施例における制御系統図である。 10……石炭バンカ、20……石炭フィーダ、21……シュー
ト、30A、30B……他の微粉炭ミル、30C……起動用微粉
炭ミル、31……起動用主バーナ給炭管、31′、31″……
主バーナ給炭管、32……起動用微粉炭主バーナ、32′、
32″……他の微粉炭主バーナ、33、33′……微粉炭点火
バーナ、34、34′……点火バーナ用給炭管、35……ダン
パ、36……微粉炭濃度上昇用サイクロン、37……１次空
気ファン、38……循環ライン、40……補助燃料ライン、
41……補助燃料点火バーナ、42……起動バーナ、50……
ボイラ火炉、51……風箱、52……水壁、60……アフタエ
アポート、90……空気予熱器、95……排ガスダクト、10
0……FDF、110……空気供給ライン、111……空気ダン
パ、200……バグフィルタおよび微粉炭バンカ、210……
微粉炭フィーダ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粉炭を製造するミルと、該ミルで製造さ
   れた微粉炭を燃焼する微粉炭バーナを有する微粉炭燃焼
   装置において、液体もしくはガス体燃料を使用する補助
   燃料点火バーナを備えた起動用微粉炭主バーナと、該主
   バーナ用の微粉炭を製造する起動用微粉炭ミルと、該ミ
   ルで製造された微粉炭を前記起動用微粉炭主バーナに供
   給する起動用主バーナ給炭管と、微粉炭を使用する微粉
   炭点火バーナを備えた他の微粉炭主バーナと、該主バー
   ナ用の微粉炭を製造する他の微粉炭ミルと、該ミルで製
   造された微粉炭を上記他の微粉炭主バーナに供給する主
   バーナ給炭管とを備え、起動用微粉炭ミルで製造された
   微粉炭の一部を、前記他の微粉炭主バーナに設けられた
   微粉炭点火バーナに供給する点火バーナ用給炭管を設け
   たことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、前記点火バーナ用
   給炭管に微粉炭濃度上昇装置を設けたことを特徴とする
   微粉炭燃焼装置。
3. 【請求項３】請求項（１）において、点火バーナ用給炭
   管に微粉炭貯蔵装置と、同装置から微粉炭を取り出して
   微粉炭点火バーナに供給する微粉炭取出し装置とを設け
   たことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
4. 【請求項４】起動用微粉炭ミルで製造された微粉炭を起
   動用微粉炭主バーナに供給し、該主バーナを液体もしく
   はガス体燃料を使用する補助燃料点火バーナで点火して
   燃焼させたのちに、他の微粉炭ミルで製造された微粉炭
   を、他の微粉炭主バーナに供給して燃焼させる微粉炭燃
   焼装置の運転方法において、上記起動用微粉炭ミルで製
   造された微粉炭の一部を他の微粉炭主バーナを点火する
   ための微粉炭点火バーナに供給して着火させ、しかるの
   ち、他の微粉炭ミルで製造された微粉炭を、前記他の微
   粉炭主バーナに供給して燃焼させることを特徴とする微
   粉炭燃焼装置の運転方法。