JP4372183B2 - 石炭・水ペースト製造・供給方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は加圧した流動層で固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントに関する。
また、加圧流動層燃焼炉に供給する固体燃料と水混合物を流動層燃焼炉へ供給する燃料の供給装置に関する。

加圧状態の流動層火炉で燃料を燃焼させて流動層内に設置してある伝熱管内で蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動させ、さらに、加圧流動層ボイラで発生した高圧および高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動させて高効率に電力を得ることができる加圧流動層ボイラ複合発電プラントが知られている。

前記加圧流動層ボイラは石炭粒子を加圧状態の流動層火炉内に連続的に、大量に安定して供給することが課題の一つである。この課題を解決する手段として、例えば特開昭６２−１５５４３３号には石炭と水を混合してペースト状の流体（以下、Coal-Water Paste；ＣＷＰと略すことがある）とし、該ＣＷＰをポンプで圧送し噴霧ノズルから流動層火炉内へ供給する湿式供給法が開示されている。

図１１は加圧流動層火炉へＣＷＰを供給するための燃料製造・供給装置の系統を示したものである。燃料の石炭を原炭バンカ１より給炭機２で粗粉砕機３へ供給し、粗粉砕した石炭を中継ホッパ４へ送る。粗粉砕した石炭の一部は湿式チューブミル５へ送り、チューブミル用水ポンプ１０より送られた水と一緒に粉砕し、微粉炭スラリを製造する。製造した微粉炭スラリは一旦スラリタンク６に貯える。中継ホッパ４から石炭、スラリタンク６から微粉炭スラリ、水タンク７から水を混練機１３へ供給し、混練してＣＷＰを製造する。製造したＣＷＰはＣＷＰタンク１４へ貯え、ピストンポンプ１５によりＣＷＰ輸送配管１９に圧送し、ＣＷＰノズル２１を介して図示していない加圧流動層まで供給する。

ＣＷＰを加圧流動層まで供給するピストンポンプ１５はピストンポンプ用油圧装置１７の油圧により駆動し、ＣＷＰはＣＷＰタンク１４から吸い込み口１６を通ってピストンポンプ１５に送られＣＷＰ輸送配管１９へ圧送される。ピストンポンプ１５の吸い込み口１６に注水用水ポンプ１２、注入配管２２により水を注入することができ、また注入用スラリポンプ９、注入配管２２より微粉炭スラリを注入することもできる。ピストンポンプ用油圧装置１７には油圧計１８があり、ピストンポンプ１５の油圧を検知する。ＣＷＰ輸送配管１９には圧力計２０があり、ＣＷＰ圧送中のＣＷＰ輸送配管１９の内圧力を検知する。

原炭の含有水分と湿式チューブミル５で製造された微粉炭スラリの水分と混練機用水ポンプ１１で供給する水量の合計がＣＷＰの水分となるように供給する水量を設定する。混練機１３で製造するＣＷＰの水分はピストンポンプ１５で圧送するのに最低限必要な水分となるようにする。

上記ＣＷＰの製造においては、ボイラプラントの発電効率を高レベルに維持する上で石炭に添加する水分量をできるだけ少なくすることが重要である。このため、石炭に添加する水分量が制限されたＣＷＰは粘度が高く、しかも製造コストを低減するために石炭粒子分散用の薬剤を添加しないため流動性にきわめて乏しい。さらに、ＣＷＰの石炭は最大径が６〜１０ｍｍで、平均径が１〜２ｍｍであり、粒度が粗いため、低水分のＣＷＰを得るために適量の微粒子を含んだ粒度構成が要求される。すなわち、ＣＷＰ中の石炭粒子は数十ミクロンの微粒子から最大１０ｍｍ程度の粗粒子までの幅広い粒径範囲で存在するという特徴がある。

上記したような制約下で安定なＣＷＰを製造するためにＣＷＰの粘度は５〜２０Ｐａ・ｓの範囲に調整することが望ましい。それはＣＷＰの粘度が２０Ｐａ・ｓ以上ではピストンポンプ１５の吸い込み口でＣＷＰによる閉塞が発生し、ポンプ輸送ができなくなるからである。ＣＷＰの粘度は、主にＣＷＰ中の石炭濃度、粒度構成と相関がある。

すなわち、石炭濃度が高い場合、ＣＷＰの粘度は増加し、逆に石炭濃度が低い場合、ＣＷＰの濃度は低下する。また、粒度が細かくなるにつれて粘度は増加する。従って、ＣＷＰを安定に供給するためには、ＣＷＰ中の石炭濃度と粘度を管理する方法が最も効果的である。そのため、本発明者らは図１１で示した混練機出口１３から排出するＣＷＰを分岐してＣＷＰの粘度を計測する装置１０１およびその粘度調整の制御装置１０２を設置する発明をして特許出願（特開平９−１４５５８７号公報など）している。

ＣＷＰ粘度計測装置１０１は混練機１３の出口側面部に設け、ＣＷＰ粘度を検知して粘度制御装置１０２で混練機１３に供給する水タンク７からの水量もしくは微粉炭スラリータンク６からの微粉炭スラリー量を増減させる構成となっている。図１２は、図１１に示した混練機１３の出口側面部に設けたＣＷＰ粘度計測装置１０１の構造断面図を示したものである。ＣＷＰ粘度計測装置１０１はＣＷＰ導入用の案内板１０５、粘度計測容器１０６、粘度検出用のトピン型ロータ１０７およびトルク計１１０で構成されている。粘度計測容器１０６のうちには、ＣＷＰの粘度を計測するピン型ロータ１０７が中央部に設置してある。ピン型ロータ１０７は、トルク計１１０と接続している。

ＣＷＰ粘度計測容器１０６の底部には、ＣＷＰの移出用ゲート弁１１１を設置してある。ＣＷＰ排出ゲート弁１１１の開閉操作は、シリンダ１１２（圧縮空気式もしくは油圧式）で制御している。混練機１３の出口から排出するＣＷＰを案内板（θ＜４０度）１０５から粘度計測容器１０６内へ供給し、粘度計測容器１０６に一定時間保持する。その後、粘度計測容器１０６底部に設けてあるゲート弁１１１を開いてＣＷＰを排出し、再びゲート弁１１１を閉じてＣＷＰを粘度計測容器１０６内に誘導する。これを繰り返し、ＣＷＰの粘度を連続的に計測する。

また、上記湿式法で得られたＣＷＰはピストンポンプ１５（図１１参照）で火炉に圧送されるが、発電効率を高レベルに維持する上でＣＷＰ中の水分量をできるだけ少なくする必要がある。しかもＣＷＰ製造コスト低減のために石炭粒子を分散させる薬剤を添加しない。このため、重油の代替え燃料として開発された高濃度石炭・水スラリに比べてＣＷＰは粘度が高く流動性にきわめて乏しい。

ＣＷＰの含有水分が少ないとＣＷＰは流動性が無く、ピストンポンプ１５による圧送は不可能となる。ポンプ１５による圧送のためにはＣＷＰの粒径分布は、例えば重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭に重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲となる石炭に予め水と混合した微粉炭スラリを全石炭重量の１０〜４０％混合するなど、所定の粒径分布であることが必要条件となる。しかし、含有水分を徐々に多くするとＣＷＰに流動性（粘性）が出て、ピストンポンプ１５による圧送が可能になってくる。ＣＷＰの流動性は石炭の微粉成分と水により生じているため水分の少ない領域においてＣＷＰの含有水分が１０分の１％少なくなるだけでＣＷＰの粘性が高くなり、したがって流動性が悪くなるという特徴がある。

ＣＷＰに上記のような特性があるため燃料（ＣＷＰ）の製造においては原炭の含有水分量のばらつきや各ＣＷＰ成分の供給量の制御性などを考慮してポンプ１５によるＣＷＰ圧送に必要な最低水分より数％多めの水分を含むＣＷＰを製造している。

従来、図１１に示すように、ＣＷＰ供給方式は最大径が６ｍｍ前後の石炭粒子と水及び炉内脱硫剤としての石灰石を混練機１３で混合して水分２５％前後のＣＷＰとし、該ＣＷＰを一時的にタンク１４に貯留した後、複数台、たとえば図１３の例では２台のピストンポンプ１５ｂ、１５ｃで昇圧して、それぞれのＣＷＰ輸送配管１９ｂ、１９ｃ及びＣＷＰ供給ノズル（以下にノズルあるいはＣＷＰノズルと称することがある）２１ｂ、２１ｃを通して加圧容器３３に納められた火炉３４に圧送され、火炉３４内の流動層３５に噴霧、分散されて燃焼する。火炉３４内の伝熱管３６が加熱されて管内の水から蒸気が発生する。

火炉３４へのＣＷＰの供給を停止する場合は切り替えバルブ３７ｂ、３７ｃによって流路を導管３８ｂ、３８ｃに切り替えてＣＷＰをタンク１４に戻す。

なお、図１３には流動層ボイラの加圧容器３３、火炉３４、伝熱管３６及びＣＷＰ供給ノズル２１ｂ、２１ｃは平面図で示しているが、図１３の一断面を持って加圧容器３３、火炉３４、伝熱管３６及びＣＷＰ供給ノズル２１の配置関係を示すと図１４となる。図１４において、火炉３４には流動媒体（ＢＭと言うことがある）が充填され、空気分散板４１を通して火炉３４の下方から供給される燃焼用空気によって流動化され、流動層３５が形成されている。流動層３５内には伝熱管３６が配列され、スチームを発生して蒸気タービン（図示省略）に供給される。火炉３４の出口には飛散灰を除去する脱塵装置（図示省略）が設置され、脱塵したあと燃焼ガスはガスタービン（図示省略）に供給される。

図１５には、ＣＷＰ供給ノズル２１の外観を示したものである。該ノズル２１は火炉壁３４ａと圧力容器壁３３ａと接続する外筒４２内に挿入され、フランジ４３で固定されている。なお、外筒４２の熱膨張を吸収するエクスパンション４４が設置されている。

ＣＷＰ供給ノズル２１の管全長は４．５ｍから６ｍであり、ＣＷＰ供給管４６の内径は約５０ｍｍと長尺でかつ細いものである。冷却水や分散空気の通路を含めた多重管の外側の径は約２２０ｍｍであり、全体としては複雑な多重管構造で、圧力容器３３や火炉３４を貫通していることから、重量も重く、取り合い箇所も多く、一旦、据え付けた後では容易に取り外す構造とはならないものである。

ここで、火炉３４の緊急停止時にはＣＷＰ供給ノズル２１内にペースト状のＣＷＰの供給を停止して保持することが要求される。この理由は下記の通りである。すなわち、緊急停止時においては、ＣＷＰの流動のために必要な供給空気が瞬時に遮断されるため、火炉３４の流動化が停止する。この場合、それまでＣＷＰ供給ノズル２１より供給を継続していたＣＷＰの供給は即時、停止する必要がある。これは流動層３５が流動化していない火炉３４内にＣＷＰを継続して供給すると層内で不完全燃焼を起こし、アグロメと呼ばれる大きな固まりが形成され、それが再起動した場合に層内の伝熱管３６の損傷や流動層３５の流動性能の低下などの重大な問題を引き起こす結果となるためである。

したがって、緊急停止時にＣＷＰ供給もそれに合わせて停止すると、ＣＷＰ供給ノズル２１内に燃料が滞留することになる。このペースト状燃料は水と合わせて製造していることから水の沸点に近い高温域になればなるほど石炭と水の分離が激しくなり、不安定で、固化しやすくなる。実験によれば、安定的に管内を輸送できる温度は５０℃ 以下だといわれている。

このため、通常運転時においてもＣＷＰ供給管４６の外周を図示しない冷却水管で覆って火炉流動層内に供給される直前まで冷却水の効果により、安定供給温度以下にＣＷＰの温度を保つ構造となっている。ここで、ボイラの緊急停止時の場合も前記冷却水管内には冷却水を流しておくが、これは通常運転時の場合と異なりＣＷＰはＣＷＰ供給ノズル２１内に停止しているため、ＣＷＰ供給ノズル２１先端の火炉３４内から火炉内層温度（約８００℃ から９００℃ ）に対応する輻射熱が管内に流入してくる。

このため、ＣＷＰ供給ノズル２１内に滞留しているＣＷＰは全体としては所定の温度以下であっても、ＣＷＰ供給ノズル２１先端部に位置するＣＷＰは火炉３４の輻射熱を直接受けることにより温度上昇し、固化してしまう。ＣＷＰの一部であっても管内で一旦固化してしまうと再起動の場合においてＣＷＰを火炉に供給することは困難となる。
特開昭６２−１５５４３３号公報 特開平９−１４５５８７号公報

そこで、本発明の課題はＣＷＰの水分量を可能な限り少なくし、かつＣＷＰ輸送配管内でのＣＷＰの閉塞を防止しながら安定してポンプで圧送可能にすることである。

上記本発明の課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭に予め水と混合した重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲となる石炭を微粉炭スラリとして全石炭重量の１０〜４０％含まれる石炭と水を含む混合物を混練機（１３）で製造し、混練機（１３）から排出した石炭・水ペーストを圧送手段（１５）により火炉（３４）に設けられた石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に直結した石炭・水ペースト流路（１９）内で圧送して前記石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に供給する燃料製造・供給方法において、混練機（１３）から排出した石炭・水ペーストの一部を分岐して、粘度計測容器（１０６）に導入して石炭・水ペーストの粘度を計測し、粘度計測後の石炭・水ペーストを石炭・水ペースト流路（１９）に戻した後、粘度計測容器（１０６）を水で清掃しておき、次いで、圧送手段（１５）の後流側の石炭・水ペースト流路（１９）内での前記粘度計測後の石炭・水ペーストの圧力値に基づき前記微粉炭スラリと水の内の少なくともいずれかを前記粘度計測後の石炭・水ペーストに加えて粘度を調整する石炭・水ペースト製造・供給方法である。

請求項２記載の発明は、石炭・水ペースト流路（１９）内の圧力値をモニタしながら、圧力値の上昇があれば、石炭・水ペースト流路（１９）内の石炭・水ペーストに水及び／又は微粉炭スラリを注入する請求項１記載の石炭・水ペースト製造・供給方法である。

請求項３記載の発明は、重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭に予め水と混合した重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲となる微粉炭を含む微粉炭スラリのタンク（６）と、水タンク（７）と、微粉炭スラリを含む石炭と水を少なくとも含む混合物を混練する混練機（１３）と、該混練機（１３）に前記微粉炭スラリタンク（６）からの微粉炭スラリを注入する第１のスラリ注入用ポンプ（８）と、前記混練機（１３）に前記水タンク（７）からの水を注入する第１の水注入用ポンプ（１１）と、前記混練機（１３）から排出する石炭・水ペーストの排出用流路（２３）に設けた案内板（１０５）と、
該案内板（１０５）で案内される石炭・水ペーストを導入して粘度換算するトルク値を計測するピン型ロータ（１０７）を有する粘度計測容器（１０６）と、該粘度計測容器（１０６）での粘度測定を終えた石炭・水ペーストを前記排出用流路（２３）に戻すために粘度計測容器（１０６）の底部に設けた開閉自在のゲート弁（１１１）と、石炭・水ペーストの粘度計測後の案内板（１０５）と粘度計測容器（１０６）の壁面とピン型ロータ（１０７）に付着した石炭・水ペーストを洗浄する注水ノズル（５１ａ，５１ｂ）と、前記混練機（１３）で得られた石炭重量の１０〜４０％が微粉炭である石炭・水ペーストを火炉（３４）に設けられた石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に流す石炭・水ペースト流路（１９）と、該石炭・水ペースト流路（１９）内の前記石炭・水ペーストを前記石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に向けて圧送するための油圧装置（１７）を備えた圧送手段（１５）と、該圧送手段（１５）の直前の石炭・水ペースト流路（１９）に前記微粉炭スラリタンク（６）からの微粉炭スラリを注入する第２のスラリ注入用ポンプ（９）と、
前記圧送手段（１５）の直前の石炭・水ペースト流路（１９）に前記水タンク（７）からの水を注入する第２の水注入用ポンプ（１２）と、前記圧送手段（１５）の後流側の石炭・水ペースト流路（１９）に設けられた該流路（１９）内の圧力を計測する圧力計（２０）と、前記圧力計（２０）の検出値に基づき前記第２のスラリ注入用ポンプ（９）と第２の水注入用ポンプ（１２）の少なくともいずれかのスラリまたは水の注入量を制御する制御装置（２４）とを備えた石炭・水ペースト製造・供給装置である。

燃料としてＣＷＰを用いる、具体例で説明すれば、常にＣＷＰ流路内の圧力値を監視し、配管内圧力、またはピストンポンプの油圧の上昇により配管内を圧送されるＣＷＰの配管抵抗の上昇を検知し、ＣＷＰが配管内で閉塞する前にピストンポンプの吸い込み口よりＣＷＰの流動に係わる水、または微粉炭スラリを注入し、ＣＷＰが配管内で閉塞するのを防止することができる。

加圧流動層火炉への燃料供給はＣＷＰが持っている粘性（流動性）を利用してピストンポンプで圧送することで達成できる。ＣＷＰが持つ粘性はＣＷＰ中の水分量（さらに微粉炭の粒度と量）で決まり、水分が少ないと粗粒炭の間を自由に動く微粉炭の動きが悪くなり、配管内でＣＷＰが閉塞する。ある一定の水分量が保てると微粉炭がスラリ状となり、ＣＷＰに流動性が出てくる。

本発明ではＣＷＰの圧送に必要な水分量（流動性）を配管内の圧力を監視することで評価し、圧送が難しくなる状態（配管内の圧力、またはピストンポンプの油圧が上昇する）になるとピストンポンプの吸い込み口に水、または微粉炭スラリを注入し、ＣＷＰの流動性を上げて配管内での閉塞を回避する。

本発明によれば加圧流動層に供給するＣＷＰが配管内で閉塞することなく水分を低減することができ、加圧流動層ボイラを用いる発電プラントの発電効率を向上させる効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態のＣＷＰ製造装置に設けたＣＷＰ粘度計測装置の洗浄装置およびその制御装置の系統図であり、図２は図１のＣＷＰ粘度計測装置の洗浄装置の洗浄フローのプログラムである。また、図３は本発明の実施の形態の加圧流動層へＣＷＰを供給するためのＣＷＰ製造・供給装置の系統図である。

図３に示す混練機１３から排出するＣＷＰをＣＷＰタンク１４へ導く流路２３の中間部には、粘度計１０１及びその制御装置１０２、注水ノズル５１（５１ａ、５１ｂ）及びその制御装置５３を設ける。粘度計１０１は傾斜したＣＷＰ導入用の案内板１０５、粘度計測容器１０６、ピン型ロータ１０７、トルク計１１０及びＣＷＰ排出用ゲート弁１１１で構成される。

粘度計１０１を洗浄するために、案内板１０５および粘度計測容器１０６の上部に注水ノズル５１ａ、５１ｂを設ける。注水ノズル５１ａは案内板１０５の洗浄を、注水ノズル５１ｂは粘度計測容器１０６とピン型ロータ１０７のシャフトの洗浄を行うものである。ここでは、図示していないが、注水ノズル５１ａ、５１ｂの噴射孔はスリット状の形状で、噴射パターンは扇状であることが望ましい。注水による洗浄は混練機１３（図３）の運転制御装置５６およびゲート弁１１１の開閉制御装置１１３の出力信号で注水ノズル５１ａ、５１ｂへの給水管５２ａ、５２ｂに設けた開閉弁５３ａ、５３ｂの開閉制御で行う。

図２は粘度計１０１の洗浄プログラムを示したものであり、案内板１０５の洗浄は混練機１３の運転が停止してから任意の時間後に、ゲート弁１１１が開いている場合に行う。粘度計測容器１０６の洗浄は混練機１３が停止している場合と混練機１３の運転中において任意の時間間隔で、ゲート弁１１１が開いている場合に行う構成になっている。

ＣＷＰ粘度の計測は、混練機１３から排出するＣＷＰを案内板１０５で分岐し、粘度計測容器１０６内へ導き、ピン型ロータ１０７でトルク値を計測し、粘度に換算して行われる。ＣＷＰの粘度計測が完了すると、粘度計測容器１０６の底部のゲート弁１１１を開いてＣＷＰを排出する。この操作を繰り返してＣＷＰの粘度計測を行う。長時間の粘度計測が行われると、案内板１０５および粘度計測容器１０６内壁にＣＷＰが付着する。特に、ＣＷＰの付着は混練機１３の運転停止時もしくは運転中において粘度計測容器１０６からＣＷＰを排出した時に粘度計測容器１０６の内壁とピン型ロータ１０７に付着したＣＷＰの表面が空気の接触によって乾燥することによって生じる。

このようにＣＷＰが粘度計１０１を構成する部材に付着し、さらに付着後に乾燥・固化するのを防ぐためには、注水ノズル５１ａ，５１ｂを案内板１０５と粘度計測容器１０６部に設ける。案内板１０５の洗浄は混練機１３の運転が停止した任意の時間後に、ゲート弁１１１が開いているときに行う。粘度計測容器１０６の洗浄は混練機１３が停止している場合と運転中において任意の時間間隔で、ゲート弁１１１が開いているときに行う。

上記手順で洗浄操作を行うことにより、案内板１０５、ピン型ロータ１０７および粘度計測容器１０６の内壁部にＣＷＰの付着が無くなる。洗浄した水はＣＷＰ中に混入し、水分量が若干増加する。水分量が増加するとＣＷＰの性状を悪くするおれがある。洗浄効果を向上させるために、洗浄水の噴射圧力を高くし（例えば、５ｋｇ／ｃｍ²）、噴射時間を短くして（例えば、２秒）ＣＷＰに混入する水量をできるだけ減少させる運転を行うことが望ましい。

以上のように、ＣＷＰ製造後のＣＷＰ粘度をオンラインで精度よく計測するため、粘度計測装置１０１に付着したＣＷＰを除去する洗浄装置を設置することで、長時間において安定なＣＷＰの計測ができ、粘度調整の制御も精度よく効率的に行うことができる。

図３は加圧流動層へＣＷＰを供給するためのＣＷＰ製造・供給装置の系統を示したものである。図１１のＣＷＰ製造・供給装置の系統図に示した構成と同一装置は同一番号を付す。すなわち、原炭バンカ１、給炭機２、粗粉砕機３、中継ホッパ４、湿式チューブミル５、スラリタンク６、水タンク７、混練機用スラリポンプ８、注入用スラリポンプ９、チューブミル用水ポンプ１０、混練機用注入ポンプ１１、注入用水ポンプ１２、混練機１３、ＣＷＰタンク１４、ピストンポンプ１５、吸い込み口１６、ピストンポンプ用油圧装置１７、油圧計１８、ＣＷＰ供給ノズル２１、注入配管２２などから構成されている。

そして上記構成からなるＣＷＰ製造・供給装置において、中継ホッパ４から石炭、スラリタンク６から微粉炭スラリ、水タンク７から水を混練機１３へ供給し、混練機１３で上記原料を混練してＣＷＰを製造する。製造したＣＷＰはＣＷＰタンク１４で一旦、貯え、ピストンポンプ１５によりＣＷＰ輸送配管１９に圧送し、ＣＷＰ供給ノズル２１を介して加圧流動層火炉３４（図４参照）まで供給する。

ＣＷＰを火炉３４まで供給するピストンポンプ１５はピストンポンプ用油圧装置１７の油圧により駆動し、ＣＷＰはＣＷＰタンク１４から吸い込み口１６を通ってピストンポンプ１５に送られ、ＣＷＰ輸送配管１９へ圧送される。ピストンポンプ１５の吸い込み口１６に注水用水ポンプ１２、注入配管２２により水を注入することができ、また注入用スラリポンプ９、注入配管２２より微粉炭スラリを注入することもできる。ピストンポンプ用油圧装置１７には油圧計１８があり、ピストンポンプ１５の油圧を検知する。ＣＷＰ輸送配管１９には圧力計２０があり、ＣＷＰ圧送中のＣＷＰ輸送配管１９の内圧力を検知する。

ここで、ＣＷＰ輸送配管１９の圧力計２０により測定されるＣＷＰ輸送配管１９の内部のＣＷＰの閉塞による圧力の程度に応じて、微粉炭スラリタンク６からの注入用スラリポンプ９及び水タンク７の注水用水ポンプ１２を用いて、それぞれの注入配管２２，２２の流量を制御する制御装置２４が設けられている。

原炭の含有水分と湿式チューブミル５で製造された微粉炭スラリの水分と混練機用水ポンプ１１で供給する水量の合計がＣＷＰの水分となるように供給する水量を設定する。混練機１３で製造するＣＷＰの水分はピストンポンプ１５で圧送するのに最低限必要な水分となるようにする。ＣＷＰの水分が変動しない場合にはＣＷＰ輸送配管１９内の抵抗も一定であり、圧力計２０の指示値、油圧計１８の指示値も一定となっている。

原炭の含有水分が減少したり、混練機１３への供給量が変動し、製造されたＣＷＰの水分が減少するとＣＷＰ中を自由に移動するスラリの流動性が悪くなり、結果としてピストンポンプ１５、ＣＷＰ輸送配管１９内のＣＷＰの流動性が悪くなり、圧力計２０または油圧計１８の指示値が上昇する。ＣＷＰが配管１９内などで、閉塞する圧力となる前に注水用水ポンプ１２を起動し、ピストンポンプ１５の吸い込み口１６に注水すると、水分が多くなるためピストンポンプ１５に吸い込まれるＣＷＰは微粉スラリ状の流動性が向上し、配管１９内などの抵抗が少なくなる。

以上のように、ＣＷＰ輸送配管１９内の圧力を圧力計２０で監視し、またピストンポンプ１５の油圧を油圧計１８で監視することで、ＣＷＰ輸送配管１９内の流動状態を監視し、圧力計２０または油圧計１８の指示値の上昇状況によりＣＷＰによるＣＷＰ輸送配管１９内の閉塞を事前に検知する。事前に検知した場合にはピストンポンプ１５の吸い込み口１６に水タンク７から水を注入し、ＣＷＰの流動化を向上させて閉塞を回避する。また吸い込み口１６に注入する水の代わりにスラリタンク６の微粉炭スラリを注入してもＣＷＰの流動化を向上させることが可能であり、配管１９などの閉塞を回避することができる。

図４はピストンポンプ１５を用いてＣＷＰを加圧流動層ボイラの複数本のＣＷＰ供給ノズル２１に供給したときの流れ図であり、先に説明した図３に示した部品と同一部品は同一符号で示し、同一の流れは説明を省略する。
図４に示すように、ＣＷＰタンク１４に貯留されたＣＷＰは複数台、たとえば、図４では２台の２筒式ピストンポンプ１５ｂ及び１５ｃが備えられた場合であり、ポンプ１５ｂの２本のピストンからそれぞれＣＷＰ輸送配管１９ａ、１９ｂ及びＣＷＰ供給ノズル２１ａ、２１ｂを通して、同様にポンプ１５ｃの２本のピストンからそれぞれＣＷＰ輸送配管１９ｃ、１９ｄ及びＣＷＰ供給ノズル２１ｃ、２１ｄを通して火炉３４内の流動層３５に供給される。これによって４本のノズル２１ａ〜２１ｄに対して２台のポンプ１５ｂ、１５ｃでＣＷＰを供給することができる。流動層３５へのＣＷＰの供給を停止する場合は切り替えバルブ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄをそれぞれ流路を導管３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに切り替えてタンク１４に戻す。

次に本実施の形態のＣＷＰ供給ノズル２１の構造の一例を図面によって説明する。
図５はＣＷＰ輸送配管１９内のＣＷＰに注水を行うようにしたＣＷＰ供給ノズル２１である。
該ＣＷＰ供給ノズル２１は中心からＣＷＰ供給管４６、往復水路を有する冷却水管４７、分散空気管４８の順に同心円の管で構成されている。図５に示すノズル２１の特徴は、注水導管５５を設けていて、環状の冷却水管４７内を通って、ＣＷＰ供給管４６にその先端５５ａが開口して設けられ、ＣＷＰ供給管４６内のＣＷＰに注水するようにしてある。注水導管５５は冷却水管４７内を通すことによって注水の蒸気化が防止される。

冷却水管４７は冷却水を通して流し、ＣＷＰ供給管４６の管壁温度を６０℃、好ましくは５０℃ 以下に保持してＣＷＰ中の水分の蒸発を防止する。分散空気管４８はＣＷＰ供給管４６を通って供給されるＣＷＰを流動層内に噴出するための高圧の噴出空気の導管であり、分散空気噴出スリット４８ａからＣＷＰ供給管４６に高圧空気を噴出させ、ＣＷＰ供給管４６内から出るＣＷＰに衝突させ、流動層火炉３４内の流動層３５に噴霧、供給する。

上記の構造において、ＣＷＰはＣＷＰ供給管４６を通って送られ、冷却水は冷却水管４７を通って送られて、ノズル２１の先端から戻り、排出される。分散空気は分散空気噴出スリット４８ａからＣＷＰ供給管４６に噴出され、ＣＷＰは分散空気によって流動層３５内に噴出供給される。注入水は注入水導管５５を通ってその先端５５ａからＣＷＰ供給管４６に供給される。

上述の説明のように２筒式のピストンポンプ１５のうちの１本のピストン１５からそれぞれ１本のＣＷＰ供給管４６及びＣＷＰ供給ノズル２１を通してＣＷＰを供給するとき、ＣＷＰは図１７に示すように間欠的に供給されることになる。すなわち、ＣＷＰの吸引工程ではＣＷＰは一時的にＣＷＰ供給管４６内に停滞し、停滞したＣＷＰは流動層３５から侵入する熱によって水分が蒸発され乾燥、固化してしまう。しかし、図５に示すＣＷＰ供給ノズル２１によれば、ＣＷＰ供給管４６内の停止状態にあるＣＷＰに注水導管５５から注水しているので乾燥、固化することがない。

図６は本実施の形態で用いる図５に示した水注入型ノズル２１の注水量とポンプ吐出圧力の関係である。ＣＷＰ供給管４６の直径２７ｍｍのＣＷＰ供給ノズル２１において、ＣＷＰ輸送配管１９の管壁温度を５０℃ に保持したうえで、ノズル２１の先端のＣＷＰに注水したときの関係で流動層火炉３４の燃焼温度８６０℃、火炉圧力０．９ＭＰａ及びＣＷＰ供給量約６００ｋｇ／ｈ（時間平均値約３００ｋｇ／ｈ）である。

注水量０．１０ｋｇ／ｈ以上においてポンプ出口ＣＷＰ圧力は上昇することがなく、すなわち、ノズル先端が閉塞することなくＣＷＰの吐出、火炉への供給が可能であることが確認された。注水量が０．０３ｋｇ／ｈにおいてポンプ出口のＣＷＰ圧力に若干の上昇が見られたが、ＣＷＰ吐出及び火炉３４への供給を阻害するものではなかった。これらは火炉内の流動媒体からノズル先端の残存ＣＷＰ端部への輻射熱によって生じるＣＷＰの温度上昇が導管５５からの注入水によって抑制され、同時に蒸発する水分が補充されたことによる効果である。

ＣＷＰ供給ノズル２１に供給する注水量は、上記のようにＣＷＰの時間平均供給量約３００ｋｇ／ｈに対して０．１０ｋｇ／ｈ以上で、率換算で０．０３％以上というきわめて僅かな量であり、火炉３４における燃焼率、発電効率に与える影響は無視できる。

一方、火炉３４にはＣＷＰが燃料として間欠的に供給されることになるが、ＣＷＰ供給ノズル２１の本数が倍増されたこと、及び隣接するＣＷＰ供給ノズル２１によるＣＷＰ供給の停止期間を重複しないように調整することによって、未燃分の増加や層上燃焼現象を生じることはなかった。なお、ピストンポンプ１５による吸引、吐出工程のインターバルはＣＷＰの供給負荷によって変化されるが０．５〜３分であった。

さらに、水注入型ノズル２１と２本以上のピストンを有する多筒式ピストンポンプ１５を組合わせることによって１台のポンプ１５から２本以上のスラリー供給ノズルにスラリーを供給することができる。

図７に加圧流動層ボイラを停止させることなく、運転中にノズルの故障個所を修理、もしくは新しいノズルに交換できるノズルの抜き出し装置の実施に好適な装置の一例を示す。流動層火炉３４内にＣＷＰを供給するＣＷＰ供給ノズル２１は火炉壁３４ａと圧力容器壁３３ａとを接続する外筒４２内に挿入して所定の位置に設定してある。外筒４２には、エクスパンション４４、流動媒体逆流防止用プレート６０、ガス遮断バルブ６１、パージガス導入管６２、圧力検出導管６４、ＣＷＰ供給ノズル２１の前進と後進するネジ６５および冷却水を用いる冷却管６６で構成している。

流動媒体逆流防止プレート６０はガス遮断バルブ６１より火炉３４側へ設置してあり、上下駆動部は流動媒体逆流防止用プレート６０の専用の圧縮ガス式シリンダ６７もしくは図８に示すように流動媒体逆流防止用プレート６０をガス遮断バルブ６１に溶接もしくはボルトで固定している。

ガス遮断バルブ６１はゲート式もしくはボール式である、上下もしくは回転の駆動は圧縮ガス式シリンダ６９で行う機構を有している。パージガス導入管６２はガス遮断バルブ６１より火炉３４側で下側に複数個の噴出孔７１を設置してある。外筒４２は３５０℃の雰囲気に設置しているために、熱膨張を考慮してエクスパンション４４を設置してある。圧力検出導管６４はガス遮断バルブ６１より外側に設置しており、該導管６４は圧力容器壁３３ａの外側に圧力検出器７２とバルブ７３を設置してある。ノズル２１の前進と後進する機構は外筒４２の内側とノズル２１の外側にネジ６５を設置してノズル２１を回転して抜き出す構造となっている。また、外筒４２には外側に水冷管６６が設置されている。

ＣＷＰを加圧流動層火炉３４へ供給する場合において、ＣＷＰ供給ノズル２１の故障が生じた場合には、次に示す操作を行う。
（１）まず、ピストンポンプ１５の運転を停止し、ＣＷＰ供給ノズル２１の手前のバルブ７４を閉じてノズル２１を系外へ抜き出すために一部の配管を取り除く。
（２）外筒４２に設けているガス遮断バルブ６１の近辺のパージガスを噴出させた後、ノズル２１を回転させて系外へ抜き出す際に、ノズル２１が流動媒体逆流防止用プレート６０を通過すると流動媒体逆流防止用プレート６０を下降させる。

（３）さらにノズル２１を系外へ抜き出す際、ノズル２１がガス遮断バルブ６１を通過するとガス遮断バルブ６１を閉じる。
（４）ガス遮断バルブ６１のシール性を確認するために、外筒４２内の圧力検出導管６４のバルブ７３を開き、外筒４２内の圧力を大気圧にした後にバルブ７３を閉じて圧力検出器７２で圧力を確認する。
（５）ノズル２１を完全に系外に取り除いた後に外筒４２のフランジ７５に盲フランジを取り付ける。
（６）ガス遮断バルブ６１の付近に設けているパージガス噴出孔７１の排ガスもしくは窒素ガスによって外筒４２の先端部に逆流した流動媒体を火炉３４内へ戻す。

（７）補修が完了したノズル２１もしくは新品ノズルを外筒４２内に回転挿入し、ガス遮断バルブ６１の手前で開き、さらに流動媒体逆流防止用プレート６０を上昇させて所定の位置まで挿入してＣＷＰを供給する。
（８）パージガスを停止する。

また、その他の実施の形態を図８ないし図１０で説明する。図８に示す例は図７で示した流動媒体逆流防止用プレート６０をガス遮断バルブ６１ゲート部に固定することにより、ガス遮断バルブ６１を閉じる操作と共に流動媒体逆流防止用プレート６０が下降する機構となっている。

図９は、蝶番付き流動媒体逆流防止用プレート７６の断面図を示したものであり、蝶番付き流動媒体逆流防止用プレート７６はノズル２１を系外側へ引き出すと自然に落下し、外筒４２を閉塞して流動媒体の逆流を防止している。また、ノズル２１を流動層火炉３４側へ挿入することにより、流動媒体逆流防止用プレート７６にノズル２１が接触すると上側へ押し上げられる。図１０はノズル２１の前進と後進する駆動部を圧縮ガス式シリンダ７８のシリンダ７９を中空とし、その中空部内にノズル２１を設置しフランジ８２で固定してある。圧縮ガスは圧縮窒素もしくは空気を使用している。
こうして、加圧流動層ボイラの負荷低下および運転を停止させることなく、ボイラ運転中に故障したノズル２１を抜き出し、修理および新品ノズルの交換を容易に行うことができ、長期運転を継続して行える。

本発明は加圧した流動層で固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラント用のボイラ燃料として安定供給が可能であり、利用可能性が高い。

本発明の実施の形態のＣＷＰ製造装置に設けたＣＷＰ粘度計測装置の洗浄装置およびその制御装置の系統図である。 図１のＣＷＰ粘度計測装置の洗浄装置の洗浄フローのプログラムである。 本発明の実施の形態の加圧流動層へＣＷＰを供給するためのＣＷＰ製造・供給装置の系統図である。 本発明による加圧流動層ボイラへの燃料供給系統の実施の形態を示す図である。 図４のボイラに用いるスラリー（ＣＷＰ）供給ノズルの実施の形態を示す図である。 図４のボイラに用いるＣＷＰへの注水量とピストンポンプ出口圧力の関係を示す図である。 本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラのＣＷＰ供給ノズルの抜き出し構造断面図である。 本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラの流動媒体逆流防止用プレートの構造断面図である。 本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラの流動媒体逆流防止用プレートの構造断面図である。 本発明の実施の形態の加圧流動層ボイラのＣＷＰ供給ノズルのシリンダ方式の抜き出し構造断面図である。 従来のＣＷＰ製造装置の系統図である。 図１１で示したオンライン粘度計測装置の断面図である。 従来の加圧流動層ボイラの燃料供給系統を示す図である。 一般的な加圧流動層ボイラの縦断面を示す図である。 従来の加圧流動層ボイラのＣＷＰ供給ノズルの構造図である。 従来のＣＷＰ製造装置に設けたＣＷＰ粘度計測装置の洗浄装置 単筒式ピストンポンプの一般的なＣＷＰ供給量特性を示す図である。

符号の説明

１ 原炭バンカ ２ 給炭機
３ 粗粉砕機 ４ 中継ホッパ
５ 湿式チューブミル ６ スラリタンク
７ 水タンク ８ 混練機用スラリポンプ
９ 注入用スラリポンプ １０ チューブミル用水ポンプ
１１ 混練機用水ポンプ １２ 注入用水ポンプ
１３ 混練機 １４ ＣＷＰタンク
１５ ピストンポンプ １６ 吸い込み口
１７ ピストンポンプ用油圧装置 １８ 油圧計
１９ ＣＷＰ輸送配管 ２０ 圧力計
２１ ＣＷＰ供給ノズル ２２ 注入配管
２３ ＣＷＰ排出用の流路 ２４ 制御装置
３３ 加圧容器 ３４ 火炉
３５ 流動層 ３６ 伝熱管
３７ 切替バルブ ３８ 導管
４１ 分散板 ４２ 外筒
４３ フランジ ４４ エクスパンション
４６ ＣＷＰ供給管 ４７ 冷却水管
４８ 分散空気管 ４８ａ 分散空気噴出スリット
５１ａ、５１ｂ 注水ノズル ５２ 給水管
５３ 制御装置 ５３ａ，５３ｂ 開閉弁
５５ 注水導管 ５６ 混練機の運転制御装置
６０ 流動媒体逆流防止用プレート ６１ ガス遮断バルブ
６２ パージガス導入管 ６４ 圧力検出導管
６５ ネジ ６６ 冷却管
６７ 圧縮ガス式シリンダ ６９ 圧縮ガス式シリンダ
７１ パージガス噴出孔 ７２ 圧力検出器
７３、７４ バルブ ７５ フランジ
７６ 流動媒体逆流防止用プレート ７８ 圧縮ガス式シリンダ
７９ シリンダ ８０ 清掃軸
８２ フランジ １０１ 粘度計
１０２ 粘度制御装置 １０５ 案内板
１０６ 粘度計測容器 １０７ ピン型ロータ
１１０ トルク計 １１１ ゲート弁
１１２ シリンダ １１３ 開閉制御装置
１３６ 清掃軸

Claims (3)

1. 重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭に予め水と混合した重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲となる石炭を微粉炭スラリとして全石炭重量の１０〜４０％含まれる石炭と水を含む混合物を混練機（１３）で製造し、混練機（１３）から排出した石炭・水ペーストを圧送手段（１５）により火炉（３４）に設けられた石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に直結した石炭・水ペースト流路（１９）内で圧送して前記石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に供給する燃料製造・供給方法において、
   混練機（１３）から排出した石炭・水ペーストの一部を分岐して、粘度計測容器（１０６）に導入して石炭・水ペーストの粘度を計測し、粘度計測後の石炭・水ペーストを石炭・水ペースト流路（１９）に戻した後、粘度計測容器（１０６）を水で清掃しておき、次いで、圧送手段（１５）の後流側の石炭・水ペースト流路（１９）内での前記粘度計測後の石炭・水ペーストの圧力値に基づき前記微粉炭スラリと水の内の少なくともいずれかを前記粘度計測後の石炭・水ペーストに加えて粘度を調整することを特徴とする石炭・水ペースト製造・供給方法。
2. 石炭・水ペースト流路（１９）内の圧力値をモニタしながら、圧力値の上昇があれば、石炭・水ペースト流路（１９）内の石炭・水ペーストに水及び／又は微粉炭スラリを注入することを特徴とする請求項１記載の石炭・水ペースト製造・供給方法。
3. 重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭に予め水と混合した重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲となる微粉炭を含む微粉炭スラリのタンク（６）と、
   水タンク（７）と、
   微粉炭スラリを含む石炭と水を少なくとも含む混合物を混練する混練機（１３）と、
   該混練機（１３）に前記微粉炭スラリタンク（６）からの微粉炭スラリを注入する第１のスラリ注入用ポンプ（８）と、
   前記混練機（１３）に前記水タンク（７）からの水を注入する第１の水注入用ポンプ（１１）と、
   前記混練機（１３）から排出する石炭・水ペーストの排出用流路（２３）に設けた案内板（１０５）と、
   該案内板（１０５）で案内される石炭・水ペーストを導入して粘度換算するトルク値を計測するピン型ロータ（１０７）を有する粘度計測容器（１０６）と、
   該粘度計測容器（１０６）での粘度測定を終えた石炭・水ペーストを前記排出用流路（２３）に戻すために粘度計測容器（１０６）の底部に設けた開閉自在のゲート弁（１１１）と、
   石炭・水ペーストの粘度計測後の案内板（１０５）と粘度計測容器（１０６）の壁面とピン型ロータ（１０７）に付着した石炭・水ペーストを洗浄する注水ノズル（５１ａ，５１ｂ）と、
   前記混練機（１３）で得られた石炭重量の１０〜４０％が微粉炭である石炭・水ペーストを火炉（３４）に設けられた石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に流す石炭・水ペースト流路（１９）と、
   該石炭・水ペースト流路（１９）内の前記石炭・水ペーストを前記石炭・水ペースト供給ノズル（２１）に向けて圧送するための油圧装置（１７）を備えた圧送手段（１５）と、
   該圧送手段（１５）の直前の石炭・水ペースト流路（１９）に前記微粉炭スラリタンク（６）からの微粉炭スラリを注入する第２のスラリ注入用ポンプ（９）と、
   前記圧送手段（１５）の直前の石炭・水ペースト流路（１９）に前記水タンク（７）からの水を注入する第２の水注入用ポンプ（１２）と、
   前記圧送手段（１５）の後流側の石炭・水ペースト流路（１９）に設けられた該流路（１９）内の圧力を計測する圧力計（２０）と、
   前記圧力計（２０）の検出値に基づき前記第２のスラリ注入用ポンプ（９）と第２の水注入用ポンプ（１２）の少なくともいずれかのスラリまたは水の注入量を制御する制御装置（２４）と
   を備えたことを特徴とする石炭・水ペースト製造・供給装置。

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