JP4909296B2 - 重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、重質油等の粗悪燃料を用いた場合でも灰付着性を低下させた重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法に関する。

従来より、粗悪燃料として例えば石油系残渣を用いる場合には、前記石油系残渣燃料中のバナジウムは低融点化合物を作ることが知られており、該低融点化合物は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。

石油系残渣に関しては、ＭｇＯ等の添加剤を添加することがなされている。一方のバイオマス燃料に関しては石炭等との混焼により、灰付着の対策がなされている（特許文献１、２）。

特開２００２−２４３１０８号公報 特開２００７−１０７７５７号公報

従来の重質燃料焚きボイラでは、ボイラの失火リスクが無い程度にボイラ出口Ｏ₂濃度設定値に合わせ、相当の空気供給量を制御している。減圧残油（ＶＲ）、石油コークス、ピッチを始めとする重質燃料焚きのボイラでは生成した飛灰の後流機器への付着によるトラブルが生じ、安定運転を阻害し莫大な発電営業損失と清掃費が発生する為、灰付着性の制御方法の開発が強く望まれていた。

また、使用する燃料中のＳ分含有量が多くなると、電気集塵機の前流に腐食防止の為に注入するアンモニア（ＮＨ₃）との反応で酸性硫安（(ＮＨ₃)ＨＳＯ₄）や硫安（(ＮＨ₄)₂ＳＯ₄）分が相対的に増加し、灰の付着性が高くなる。この結果、後流機器（電気集塵機や誘引通風機(Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ； ＩＤＦ）への付着量が多くなり、電気集塵機のホッパ灰払出し不良トラブルや、ＩＤＦ振動上昇トラブル等が生じる場合がある。
また、燃料中のＳ分量に変化が無くても、燃料の燃焼性が良くなり、灰中の未燃Ｃ量がＳ分量に対して低下すると、灰の付着性が高くなり、同様にトラブルの原因となる。

また、電気集塵機の荷電を増やすことで後流への飛灰量を減らすことが出来るが、硫安分よりも未燃Ｃが優先的に捕集される為、結果的に飛灰中の未燃Ｃ濃度が低下し、飛灰組成（未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比）が変化し、灰の付着性が高くなり、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）に繋がる場合がある。

本発明は、前記問題に鑑み、粗悪燃料を用いて燃焼処理する際の灰付着の低減を図った重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後のガス中にアンモニウムを添加しつつ煤塵を除去する電気集塵器と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する気液接触式の脱硫装置と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムにおいて、電気集塵器の後側で灰流動性を計測する灰流動性計測計を有し、灰流動性情報によりボイラへの空気を供給する空気供給部の供給量を調整しつつ、未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比を一定とすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記灰流動性計測計が、灰剪断力計測計であることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、重質燃料の燃料組成に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記電気集塵器の後流側の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計を有し、煤塵量に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第５の発明は、第１の発明において、前記電気集塵器の前流側に、石炭灰を供給する石炭灰供給部を有し、煤塵量に応じて、石炭灰を供給することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第６の発明は、重質燃料を燃料とするボイラの運転方法であって、排ガス中の煤塵を除去する電気集塵器の後側で灰流動性を計測し、灰流動性情報によりボイラへの空気を調整しつつ、未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比を一定とすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第７の発明は、第６の発明において、前記灰流動性情報が、灰剪断力情報であることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第８の発明は、第６又は７の発明において、重質燃料の燃料組成に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第９の発明は、第６乃至８のいずれか一つの発明において、前記電気集塵器の後流側の煤塵濃度を計測し、煤塵量に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第１０の発明は、第６の発明において、前記電気集塵器の前流側に、石炭灰を供給する石炭灰供給部を有し、煤塵量に応じて、石炭灰を供給することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

本発明によれば、燃料性状に拠らず、飛灰組成（未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比）が一定となり、灰付着に起因するトラブルを防止することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による第１の実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法について、図面を参照して説明する。図１は、実施例に係る第１の重質燃料焚ボイラシステムの概略構成図である。
先ず、図１に示すように、本実施例に係る第１の重質燃料焚ボイラシステム１０−１は、重質燃料焚ボイラ１１からの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置１２と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器１３と、熱回収後のガス中にアンモニウム１４を添加しつつ煤塵を除去する電気集塵器１５と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置１７と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突１８とを具備する排ガス処理システムにおいて、電気集塵器１５の後側で灰流動性である灰剪断力を計測する灰剪断力計測計２０を有し、剪断力情報Ｘ₁によりボイラへの空気Ａを供給する空気供給部２３の供給量を減少させるものである。

すなわち、前記灰剪断力計測計２０により灰中の剪断力の情報を求め、この剪断力情報Ｘ₁を中央操作制御システム（ＣＰＵ）２１側で集約する。
この灰剪断力情報Ｘ₁からボイラ１１に供給する適切な空気供給量を計算し、ボイラ１１への空気供給量の制御を行うように、空気供給部２３に対して空気量制御指令Ｙ₁を行う。

図５に未燃Ｃ濃度と灰剪断力との関係、図６にＣ／ＳＯ₃（モル比）と灰剪断力との関係を示す。
これらの図面に示すように、未燃Ｃ濃度が少ない場合には、灰剪断力が高くなるので、灰剪断力計測計２０を用いて所定の閾値（例えば図５では、５ｇｆ／ｃｍ²以上）の場合には、空気量制御指令Ｙ₁をＣＰＵ２１から空気供給部２３に発するようにして、未燃Ｃ量の増大を図るようにすればよい。

本実施例では灰剪断力を計測する場合には、計測セルに対象の灰を充填する。次に、計測セルを横にずらし、剪断面における剪断力を測定する。また、測定された剪断力から粉体層内部の粒子同士の付着力、摩擦力を評価する。

本実施例によれば、ボイラへの空気量を減少させることにより、未燃Ｃ量を増大させ、結果的に飛灰中の未燃Ｃ濃度が増大され、灰中の未燃Ｃ量をＳ分量に対して増大させ、灰の付着性を低くし、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）を防止することができる。

本実施例では、灰流動性情報として灰剪断力を用いて、空気量を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば灰の物理特性を計測するパウダテスタ等により、灰の「ゆるみ見かけ比重」、「固め見かけ比重」、「圧縮度」、「凝集度」、「スパチュラ角」、「安息角」等のパラメータを求めて空気供給量を調整するようにしてもよい。

ここで、前記圧縮度は、ゆるみ見かけ比重と固め見かけ比重からもとめた圧縮度である。
前記凝集度は、ゆるみ見かけ比重と固め見かけ比重の平均値に応じて複数種類の篩いを選定し、振動させたときに各篩に残った粉体の重量比から求めた凝集度である。
前記スパチュラ角は、スパチュラ上に灰を盛り上げた後、スパチュラを持ち上げたときにスパチュラ上に残る粉体の側面傾斜角度である。
前記安息角は、自然落下で堆積した粉体の稜線の角度である。

本発明による第２の実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法について、図面を参照して説明する。図２は、実施例に係る第２の重質燃料焚ボイラシステムの概略構成図である。
先ず、図２に示すように、本実施例に係る第２の重質燃料焚ボイラシステム１０−２は、第１の実施例のボイラシステム１０−１において、さらに燃料供給部２２から供給される燃料の燃料組成情報Ｘ₂をもとに、ＣＰＵ２１において、空気供給部２３から供給される空気Ａ量を調整する空気量制御指令Ｙ₂を発して制御するものである。

本実施例によれば、灰流動性情報に加えてさらに、重質燃料の組成（Ｓ分量・灰分量・バナジウム含有量、組成データ等）に応じて、ボイラへの空気量を減少させることにより、未燃Ｃ量を増大させ、結果的に飛灰中の未燃Ｃ濃度が増大され、灰中の未燃Ｃ量をＳ分量に対して増大させ、灰の付着性を低くし、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）を防止することができる。

本発明による第３の実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法について、図面を参照して説明する。図３は、実施例に係る第３の重質燃料焚ボイラシステムの概略構成図である。
先ず、図３に示すように、本実施例に係る第３の重質燃料焚ボイラシステム１０−３は、第１の実施例のボイラシステム１０−１において、さらに前記電気集塵器１５の後流側の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計２４を有し、煤塵量に応じて、空気供給量を調整するものである。

本実施例では、灰流動性情報、重質燃料組成情報のほかに、さらに電気集塵器１５の後流側における飛灰量を煤塵濃度計２４により取得するものである。
この求めた煤塵濃度情報（飛灰量の情報）Ｘ_３を中央操作制御システム（ＣＰＵ）２１側で集約する。

そして、灰剪断力情報Ｘ₁、煤塵濃度情報Ｘ_３からボイラ１１に供給する適切な空気供給量を計算し、ボイラ１１への空気供給量の制御を行うように、空気供給部２３に対して空気量制御指令Ｙ_３を行う。

さらに、この灰剪断力情報Ｘ₁からＥＰの適切な荷電量を計算し、電気集塵器１５の各部屋（１５−１、１５−２、１５−３）の集塵量を制御する機能を有する。

この結果、電気集塵器１５の出口飛灰中の適正未燃Ｃ濃度／Ｓ濃度比の増加・コントロールによる灰付着性の低下を行うことができる。

特に電気集塵器１５の第１室１５−１での未燃Ｃ量の捕集量を低下させ、第２室１５−２、第３室１５−３に未燃Ｃを導入することで、ＥＰ灰排出不良トラブルやＩＤＦの振動トラブルの防止を行うことができる。

以上、本実施例によれば、燃料性状に拠らず、飛灰組成（未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比）が一定となり、灰付着に起因するトラブルを防止出来る。

ここで、前記電気集塵器１５での電流を下げる方法としては主に以下の方法がある。
（１）連続荷電：電流の設定値を下げてその電流値によって定電流荷電する方法である。
（２） 間欠荷電：間欠的に荷電をＯＮ−ＯＦＦとすることで平均電流を下げる方法である。
なお、間欠荷電で荷電をＯＦＦにしても、電気集塵器１５自身がコンデンサのように機能する為電圧減衰の時定数が長く、ＯＦＦ時でもある程度電圧が残るので消費電力量低下に有効となる。
また、間欠荷電の場合はＯＮ時の電圧は定格電流時の電圧と同じなので、単純に電流を下げる場合よりも性能は高くなる。

また、電気集塵器１５の荷電量の調整について説明する。
荷電調整では、電気集塵器を構成する第１室１５−１である上流の部屋の捕集性能を低く抑えて、硫安に比べて捕集されやすいボイラダストを後流の部屋（第２室１５−２、第３室１５−３）まで到達するようにすることが必要となる。
そこで、通常は、第１室１５−１の電流を定格の１／２程度までしぼる操作をする。そして、この操作をするにあたり、その時の電気集塵器１５の入出口ダスト濃度のデータから、第１室１５−１の荷電を下げることで電気集塵器１５のトータル性能がどの程度低下するかを予測し、電力保証値以下におさまる範囲内で電流を下げる。例えば、電流値低下目安としては、定格の１／２、１／３、１／４程度とする。
また、抑制荷電において、電気集塵器１５の性能に余裕がない場合は、脱硫装置１７での吸収除塵と併用するようにすればよい。

本発明による第４の実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法について、図面を参照して説明する。図４は、実施例に係る第４の重質燃料焚ボイラシステムの概略構成図である。
先ず、図４に示すように、本実施例に係る第４の重質燃料焚ボイラシステム１０−４は、第１の実施例のボイラシステムにおいて、前記電気集塵器１５の前流側に、石炭灰３１を石炭受部３２を介して供給する石炭灰供給部３３を有し、煤塵量に応じて、石炭灰３１を供給するものである。

本実施例では、施設内の別途石炭火力発電所３０があるような場合には、そこから発生する石炭灰３１を用いて、灰付着を低減するようにしている。
石炭灰３１を外部から受け、ホッパ及びフィーダー等の石炭灰供給部３３で煙道内に石炭灰３１を注入している。
注入する石炭灰３１は、前述した灰付着性データから適切な石炭灰注入量を計算すればよい。そして、計算の結果より、中央操作制御システム（ＣＰＵ）２１側から石炭灰供給量制御指令Ｙ_４を行うようにすればよい。

また、本実施例に、さらに実施例２，３を組み合わせるようにして、未燃Ｃ量を増大させ、灰の付着性が低くし、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）を防止するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る重質燃料焚ボイラシステムによれば、燃料性状に拠らず、飛灰組成（未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比）が一定となり、灰付着に起因するトラブルを防止でき、長期間にわたって安定したボイラ運転を行うことができる。

実施例１に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 実施例２に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 実施例３に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 実施例４に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 未燃Ｃ濃度と灰剪断力との関係図である。 Ｃ／ＳＯ₃（モル比）と灰剪断力との関係図である。

符号の説明

１０−１〜３ 第１〜３の重質燃料焚ボイラシステム
１１ 重質燃料焚ボイラ
１２ 脱硝装置
１３ 空気予熱器
１４ アンモニウム
１５ 電気集塵器
１７ 脱硫装置
１８ 煙突
２０ 灰剪断力計測計

Claims (10)

1. 重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
   窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、
   熱回収後のガス中にアンモニウムを添加しつつ煤塵を除去する電気集塵器と、
   除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する気液接触式の脱硫装置と、
   脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムにおいて、
   電気集塵器の後側で灰流動性を計測する灰流動性計測計を有し、
   灰流動性情報によりボイラへの空気を供給する空気供給部の供給量を調整しつつ、未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比を一定とすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
2. 請求項１において、
   前記灰流動性計測計が、灰剪断力計測計であることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
3. 請求項１又は２において、
   重質燃料の燃料組成に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記電気集塵器の後流側の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計を有し、煤塵量に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
5. 請求項１において、
   前記電気集塵器の前流側に、石炭灰を供給する石炭灰供給部を有し、煤塵量に応じて、石炭灰を供給することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
6. 重質燃料を燃料とするボイラの運転方法であって、
   排ガス中の煤塵を除去する電気集塵器の後側で灰流動性を計測し、
   灰流動性情報によりボイラへの空気を調整しつつ、未燃Ｃ濃度／Ｓ分濃度比を一定とすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
7. 請求項６において、
   前記灰流動性情報が、灰剪断力情報であることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
8. 請求項６又は７において、
   重質燃料の燃料組成に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか一つにおいて、
   前記電気集塵器の後流側の煤塵濃度を計測し、煤塵量に応じて、空気供給量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
10. 請求項６において、
    前記電気集塵器の前流側に、石炭灰を供給する石炭灰供給部を有し、煤塵量に応じて、石炭灰を供給することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。

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