JP5268561B2 - 油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の熟練度に依存せずに確実に燃焼管理を行うことができる油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法に関する。

図２は、例えば火力発電所などに設置され、燃料として重油、原油、ナフサなどを用いる油炊きボイラー設備の一例を図１に示している。油焚きボイラー設備１は、この図に示すように、ボイラー本体２と、通風系統と、煙道とから構成されている。ボイラー本体２は、その前壁および後壁にそれぞれバーナー６、７が対向して設けられたオポーズドファイアリング方式の火炉３を備え、後部伝熱部には節炭器４が設置されている。また、ボイラー本体２の上部には、ペントハウス２ａが設けられている。

通風系統は、押込通風方式であり、押込ファン（ＦＤＦ）１０によって送風された燃焼用空気は風道１１内を通りエアヒーター１２に送られ、そこで加温された後にボイラー本体２に向けて送出される。エアヒーター１２後流の風道１３は、途中で分岐管１３ａおよび１３ｂに分岐され、それぞれの分岐管がボイラー本体2の対向する前壁および後壁に設けられたオーバーエアポートシールダンパー１５、１８およびエアレジスターダンパー１６、１７、１９、２０に通じており、加熱後の燃焼用空気は、これらのダンパーを介してボイラー本体２の火炉３内に吹き込まれるようになっている。また、風道１１からは、風道１１ａが分岐されており、これがボイラー本体２のペントハウス２ａまで敷設されている。

節炭器４の出口側の煙道３０には、排ガス中の酸素濃度を計測するＯ_２計３１が設置されている。また、煙道３０からは排ガス再循環ファン４６に通じるダクト４５が分岐されており、当該再循環ファン４６を介して排ガスの一部がボイラー本体２の火炉３に再循環されるようになっている。また、これらの後流の煙道３０には、該煙道内にアンモニアガスを注入するためのアンモニア注入系４８、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を除去する排煙脱硝装置３２、排ガスによって燃焼用空気を加熱する前記エアヒーター１２、排ガス中の微細な固形分を除去する電気集塵機３３、ガスガスヒーター３４、排ガス中のＳＯ_Ｘを除去する排煙脱硫装置３６、煙突３９の順に設置されている。ここで、アンモニアは、排煙脱硝装置３２内での脱硝反応の還元剤として、また電気集塵機３３の捕集性能向上のために煙道内に注入されるものである。

また、図３は、油焚きボイラー設備における燃料系統の一例を示す図である。但し、この図では、燃料油のリターン経路を省略している。この図に示す燃料系統５０では油サービスタンク５１から油噴燃ポンプ５２によって送出された燃料油は、加熱器５３によって加熱され、流量調節弁５４、遮断弁５５および温度計５６を経てバーナー６（７）に送られる。バーナー６（７）は蒸気噴霧式が用いられ、燃料油とともに流量調節弁６０を経た噴霧用蒸気も流入させ、これにより燃料油のバーナーからの噴霧性を向上させている。

このような一般的な構成の油焚きボイラー設備においては、日常の運転によって長期間の間に緩慢に燃焼状態が悪化していくため、日常から燃焼管理が必要である。従来、運転者が火炉３内のバーナーの火炎の状態や排ガスの状態などを見て燃焼状態を判断し、燃焼状態が不良であればバーナーを入れ替えたり、燃焼用空気ダンパーなどを調整して燃焼の改善を図っていた。
特開昭５７−１６７２２号公報 特開昭５７−１３４６１８号公報 特開昭５８−１８０１７号公報 特開昭６０−２３８６１６号公報 特開平１−１３１８１３号公報 特開２０００−１３０７５０号公報

しかし、ボイラー本体（火炉）内の燃焼状態の良悪を判断するには熟練が必要であり、熟練していない運転者では燃焼状態の良悪を判断することは非常に困難であった。また、仮に燃焼状態が悪化していると判断できた場合でも適切に燃焼改善策を講じることができないことが多く、このような燃焼状態が悪化した状態で運転を続ければ、排ガス中の未燃分が増加し、ひいてはボイラー効率の低下などの問題を引き起こす可能性があった。したがって、油焚きボイラー設備の運転中においては、運転者の熟練度に依存することなく、確実に燃焼状態の良悪を判定し、必要な対応を採ることができる燃焼管理方法が望まれていた。

そこで、本発明は、運転者が熟練していない場合でも、確実に日常の燃焼管理を行うことができる油焚きボイラー設備の日常燃焼管理方法を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明の一局面によれば、煙道に少なくとも排煙脱硫装置を備えた油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法であって、前記排煙脱硫装置で発生する石膏の色度を前記油焚きボイラー本体における燃焼状態の良悪の判定指標として用いることを特徴とする油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法によって達成される。

本発明の油焚きボイラー設備の日常燃焼管理方法は、当該設備が備える排煙脱硫装置から発生する石膏の色度を前記設備における燃焼状態の良悪の判定指標として用いることで、日常の燃焼管理を行うものである。ボイラー本体内での燃焼状態が悪化してくると、排ガス中におけるミスト状の未燃分の量が増加して、この未燃分が排煙脱硫装置内で排ガス中から分離され、個々で発生する排煙脱硫石膏に混入する。燃焼状態の悪化に伴い、これに比例して排ガス中の未燃分量は増加するので、発生する石膏の着色状況をチェックすることで、燃焼状態の良悪を確認できる。本発明は、油焚きボイラー本体内の燃焼状態と石膏の着色状況との間に認められるこの相関関係を用いて日常の燃焼管理を行うものである。

また、前記目的は、本発明の別の局面によれば、煙道に少なくとも排煙脱硫装置を備えた油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法であって、予めボイラー本体内の燃焼状態の良悪によって実施すべき日常点検項目をそれぞれ規定した上で、前記排煙脱硫装置で発生する石膏を定期的にサンプリングし、その石膏試料の色度によって燃焼状態の良悪を判定し、当該判定結果に基づいて前記日常点検項目を切り替えるようにしたことを特徴とする油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法によって達成される。

この発明における日常の燃焼管理方法では、この石膏の着色状況から得られる燃焼状態の良悪の判定結果によって点検項目を切り替える。すなわち、石膏試料の色度が正常な範囲内にある場合には、ボイラー本体内の燃焼状態が良好であると判定し、その燃焼状態が悪化しないように日常的に点検を行い、反対に石膏試料色度が正常な範囲を超えた場合には、燃焼状態が悪化したと判定し、日常的な点検項目以外にもあると推測される原因をさらにより細かい点検項目を実施することで発見して対策を講じ、燃焼状態の改善を図ろうとするものである。

本発明によれば、排煙脱硫装置から発生する石膏の色度を指標とすることで、長期間にわたり緩慢に変化する油焚きボイラー本体内の燃焼状態を視覚的にまたは数値によって確認できるので、従来のような運転者の熟練を必要とせずに、確実に油焚きボイラー設備の日常燃焼管理作業を行うことができる。

以下、図１を参照して本発明の油焚きボイラー設備の日常燃焼管理方法について詳細に説明する。図１は、本発明の日常燃焼管理方法の一例を示すフローチャートであり、図２に示す油焚きボイラー設備（図３の燃料系統を含む）における日常の燃焼管理に適用可能に構成されたものであるが、必要な場合には、さらに煙道および風道が２系統で構成されている別の油焚きボイラー設備の場合の点検内容についても触れることにする。

［排煙脱硫石膏の色度チェック］
排煙脱硫装置３６から発生する石膏の色度のチェックは定期的に行う。サンプリングの周期は、例えば１日、隔日などに設定することができる。例えば排煙脱硫装置３６が備える脱水機（不図示）で脱水された石膏をサンプリングし、当該石膏試料４０を所定の温度で乾燥させた上で、色度チェックを行うようにする。

この色度のチェック方法としては、例えば燃焼状態が良好な状態から悪化した状態まで段階的に複数個の色度見本を用意しておき、当該見本と乾燥後の石膏試料とを比較するようにしてもよい。また、燃焼状態の良好な状態および悪化した状態の石膏の色度を公知の色度計を用いて計測し、その結果を蓄積することで、燃焼状態の良悪の境界となる色度値を経験的に設定し、前記乾燥した石膏試料の色度計測値と当該設定値との大小を比較するようにしてもよい。チェックの結果、燃焼状態が悪化した場合の見本のいずれかと前記乾燥した石膏試料とが同等または類似の色度を呈している場合や前記乾燥した石膏試料の色度計測値が前記設定値よりも大きい場合には、ボイラー本体２内の燃焼状態が悪化していることを容易に判定することができる。この比較結果および判定結果は、通常、所定の日常点検表に記載するようにする。

本実施形態においては、この石膏の色度の判定結果に基づいて、ボイラー本体２内の燃焼状態が良好な場合と悪化した場合とで、点検項目を切り替えている。以下、燃焼状態が良好な場合と悪化した場合の点検項目の例について説明する。

石膏の色度チェックの結果、燃焼状態が良好であると判定された場合の点検項目としては、図１に示すように、バーナー油圧のチェック、バーナーチップの点検、電機集塵機の荷電状況のチェックなどが挙げられる。

［バーナー油圧のチェック］
バーナー油圧のチェックは、運転者がボイラー本体２に複数設置されたバーナー（６、６、・・・；７、７、・・・）を巡視し、バーナー油圧を指示する圧力計の指示値をチェックすることによって行う。または、例えば中央監視制御室における制御装置にバーナー油圧指示値が表示される場合には、その値を読み取ることによって行ってもよい。通常は、複数のバーナー６、６、・・・；７、７、・・・のうちそのうちの１つを点検対象として任意に選定しておき、当該１つのバーナーについて油圧をチェックするだけでもよい。点検対象としてのバーナーの本数は適宜設定することができる。チェックした結果は、通常、所定の点検表に記載する。このチェック作業は、前記した石膏の色度チェックの周期と同様の周期で行ってもよく、さらに長い周期（例えば２日おきなど）で行っても良い。

バーナー油圧が通常時の状態よりも上昇している場合には、選定したバーナー以外のバーナーについても油圧をチェックして異常がないかを確認する。その結果、特に油圧指示値が大きいバーナーがある場合には、当該バーナーの交換を行う。

［バーナーチップの点検］
バーナーの燃料噴出部分であるバーナーチップの点検は、前記した油圧指示値が高いバーナー６または７を入れ替えた場合に行う。取り外したバーナーチップの燃料油噴射孔の変形、磨耗および詰まり状況および蒸気流路側への油の付着状況を確認し、その結果を所定の点検表に記載する。チップの噴射孔に詰まりを発見した場合には、その詰まりを除去し、変形や磨耗を発見した場合には、当該チップの使用時間を確認した上で、そのチップが所定の交換時間を経過している場合には交換する。また、蒸気流路側に油が付着している場合には、バーナーガン内筒に穴あきがないかなどを点検する。なお、所定の時間、前記バーナーの油圧指示値を観察し、その推移がハンチングしている場合にも、このバーナーガン内筒に穴あきの可能性があるので、同様の点検を行う。

［電気集塵機荷電状況のチェック］
電気集塵機の荷電状況の点検では、主に荷電電流が所定の範囲内にあるか否か電流計指示値をチェックする。例えば中央監視制御室などの制御装置にて荷電電流値が表示される場合には、その値を読み取ることでチェックしてもよい。荷電電流が異常値を示している場合には、槌打状況および煙道へのアンモニア注入率のチェックを行う。また、これらの点検とともに、電気集塵機を間欠荷電から連続荷電に切り替えて、荷電状況を確認することもできる。

槌打状況の確認は、ボイラー本体から延びる煙道が分岐され２系統で構成されており、それぞれの系統に電気集塵機が設置されている場合には、各電気集塵機について槌打の間隔が時間的にずれているか否かを確認し、ずれが生じている場合には当該ずれを一致させるように調整する。

［アンモニア注入率のチェック］
また、アンモニア注入率のチェックは、例えば図２に示す例では、アンモニア注入系４８の配管４８ａに設置された流量計４９の指示値をチェックすることで行われる。チェックの結果、アンモニアが所定量注入されていない場合には、注入率の調整を行う。煙道が２系統設けられ、各系統間でこのアンモニア注入率が異なっている場合には、両系統で略等量のアンモニアが注入されるように調整する。

石膏の色度チェック結果から、ボイラー本体２内の燃焼状態が悪化していると判定された場合の点検項目としては、図１に示すように、エアレジスターダンパー１６，１７，１９，２０のチェック、節炭器（４）出口における排ガス中のＯ_２濃度のチェック（符号３１参照）、ボイラー上部のペントハウス２ａにおけるシールエアダンパー１４開度の点検などが挙げられる。

［エアレジスターダンパー点検］
エアレジスターダンパー１６、１７、１９、２０は、噴射された燃料に効果的に燃焼用空気量を接触させるための調整翼である。バーナー部において空気予熱器で予熱された二次空気に旋回力を与えることで、着火後の噴霧油と空気とを急速に混合させ、火炎の安定と空気の燃焼への利用率を増大させる役割を担う。このダンパーが所定の開度開いていない場合、空燃比が変化し、ボイラー本体２内の燃焼状態に大きく影響する。そこで、エアレジスターダンパー１６、１７、１９、２０の開度チェックが必要となる。ダンパー開度のチェックは、ボイラー負荷に見合った燃焼用空気量を火炉３内に供給するのに必要な開度となっているか、各ダンパー（１６、１７、１９、２０）間で開度にずれが生じていないかなどの観点から行う。各ダンパー間でその開度にずれが生じていることが認められた場合には、そのずれをなくすようにダンパー開度の制御装置を調整する。

［節炭器出口ガスＯ_２濃度チェック］
節炭器（４）出口ガスＯ_２濃度は、燃焼状態が良好な定常運転状態においては空気過剰率を示しており、このＯ_２濃度を管理することで空気過剰率を適正に管理することができる。この空気過剰率は、これが過大となると、ボイラー効率が低下するとともにＮＯ_Ｘ発生量が増加することになり、これが少ない場合にはＣＯや未燃分が発生するとともにボイラー効率が低下する。したがって、節炭器出口ガスＯ_２濃度が適正範囲内を指示しているか否か、および不良Ｏ_２計があるか否かを確認することが必要となる。不良Ｏ_２計を発見した場合には、これを取り替える。また、煙道を２系統備えるボイラー設備では、それぞれの煙道に設置されたＯ_２計の指示値が大きく異なっている場合、これらのＯ_２計が不良であるか否かを確認する。その上で不良と認められない場合には、通風系統のＯ_２分布図から燃焼不良を起こしていると推測されるバーナーを入れ替える。

［ペントハウスシールエアダンパーの開度チェック］
ボイラー本体の上部に設けられたペントハウス２ａは、火炉３内の高温火炎によって損傷を受けないように、耐火材などの隔壁で火炉３から仕切られている。そして、ペントハウスには、ボイラーの吊り下げ部の他、過熱器管、再熱器管等が火炉３の出口付近の箇所から隔壁を貫通して格納されている。この貫通部のシール部分の耐火物は経年変化により劣化し、シール性が悪くなることから、ペントハウス２ａのシール装置として、エアヒーター１２の前流側の風道から分岐した風道１１ａをペントハウス２ａに導き、エアヒーターで予熱する前のフレッシュな空気の一部をペントハウス２ａ内に導入し、ペントハウスシールエアダンパー１４の開度を制御して内部の空気圧が所定の設定圧力となるようにしている。

この空気は、直接燃焼に用いられるものではないが、前記空気圧が所定の設定圧力よりも小さい場合には、前記ダンパーの開度が大きくなり、燃焼に直接寄与しない空気が多量にペントハウス２ａ内に流入する。その結果、シール性が悪化し、ボイラー効率の低下を引き起こすことになる。このシールエアダンパー１４の開度が大きい状態で制御され、かつ前記の節炭器出口ガスＯ_２分布の上段側指示値が高い場合には、ペントハウス２ａから過剰の空気が煙道上部に流入していることが予想されるため、適正酸素濃度となるように酸素濃度設定値の変更などを行なうことによって調整する。

［オーバーエアポートシールダンパー開度点検］
燃焼用空気は、バーナー６または７の直前で２分され、そのうちの一方はエアレジスターダンパー１６、１７、１９、２０を介してバーナー６，７から燃料油とともに火炉２内に供給され、他方はこのオーバーエアポートシールダンパー１５、１８を介して火炉２の上部に供給される。前者の燃焼用空気は、燃料油を燃料過剰状態で一次燃焼させるのに用いられ、後者の燃焼用空気は不足分の燃焼用空気を火炉３内に補給し、燃料油を二段燃焼させるためのものである。そのため、これらのダンパー１５，１８から所定量の燃焼用空気が供給されているか否かは非常に重要であり、これをダンパー１５、１８の開度によって確認する。

［燃料油燃焼温度チェック］
燃料油は、図３に示したように、火炉３内で良好な燃焼状態を得るため、最適な流動点となるようにその温度を加熱器５３により調整している。その設定値が最適になっていない可能性もある。特に、燃料油の温度が低くなっている場合には、バーナーからの噴霧性などにも大きく影響する。そのため、この温度設定値をチェックする必要がある。

これらの点検を行っても燃焼状態が改善しない場合には、ボイラー設備内で別途計測監視している一酸化炭素、ＮＯｘ、酸素の濃度分布の測定データに基づいて、各バーナーの油圧調整，各ダンパーの開度調整を行い，測定値が最適となる点に設定する総合的な燃焼調整を行う。

なお、ボイラー本体２内の燃焼状態の良否の判定結果に基づいて実施される前記各点検の内容（チェックおよび判定の結果、ならびにそれに基づく点検・交換作業の経過および結果など）は、その都度、ボイラー設備全体または各設備機器の点検表に記録する。これらの点検内容は、例えばコンピューターを用いた点検管理システムが設けられている場合には、入力装置を介して当該システム内に電磁的に記録するようにしてもよい。

以上、図２および図３に示す設備を例にとり、本発明の油焚きボイラー設備の日常燃焼管理方法について説明したが、本発明はこのような構成のボイラー設備への適用に限定されない。本発明は、排煙脱硫石膏を副生する排煙脱硫設備を備えた油焚きボイラー設備であれば、用途（発電用か産業用か）、ボイラー燃焼方式（タンゼンシャルファイアリングまたはバーティカルファイアリングなど）、排煙脱硝装置の有無、設置されている集塵機の種類などにかかわらず、適用可能である。

本発明の油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法の一例を示す図である。 一般的な油焚きボイラー設備を示す系統図である。 油焚きボイラー設備における燃料系統の一例を示す図である。

符号の説明

１ 油焚きボイラー設備
２ ボイラー本体
２ａ ペントハウス、
３ 火炉
４ 節炭器
６，７ バーナー
１２ エアヒーター
１５，１８ オーバーエアポートダンパー
１６，１７，１９，２０ エアレジスターダンパー
３１ Ｏ_２計
３２ 排煙脱硝装置
３３ 電気集塵機
３６ 排煙脱硫装置
４０ （排煙脱硫）石膏試料
４８ アンモニア注入系
４８ａ （アンモニア注入用）配管
４９ 流量計

Claims (2)

1. 煙道に少なくとも排煙脱硫装置を備えた油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法であって、前記排煙脱硫装置で発生する石膏の色度をボイラー本体内における燃焼状態の良悪の判定指標として用い、日常の燃焼管理を行うことを特徴とする油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法。
2. 煙道に少なくとも排煙脱硫装置を備えた油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法であって、予めボイラー本体内の燃焼状態の良悪によって実施すべき日常点検項目をそれぞれ規定しておき、前記排煙脱硫装置で発生する石膏を定期的にサンプリングし、その石膏試料の色度によって燃焼状態の良悪を判定し、当該判定結果に基づいて前記日常点検項目を切り替えるようにしたことを特徴とする油焚きボイラー設備における日常燃焼管理方法。

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