JP5324729B1 - 粉体供給装置、及び、粉体供給方法 - Google Patents

Abstract

粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制することができる粉体供給装置、及び、粉体供給方法を提供する。
制御部（６０）は、フィードタンク（１１）外に供給される粉体流量を所定時間後に所定量まで減らす急速減負荷モードにおいて、内圧調節弁（２２）を排気状態とすると共に、粉体用バルブ（２１）を所定の開度まで閉じ、所定時間経過前における予定粉体流量よりも、粉体流量が少なくなり次第、内圧調節弁（２２）及び粉体用バルブ（２１）の少なくとも一方を、粉体流量が予定粉体流量となるように、制御することを特徴とする。

Description

本発明は、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制することができる粉体供給装置、及び、粉体供給方法に関する。

溶鉱炉設備や火力発電プラント等に用いる燃焼炉として、粉体供給装置から供給される微粉炭等の粉体燃料を燃焼する燃焼炉が知られている。このような燃焼炉では、粉体燃料を空気と共に燃焼炉内に噴射しながら燃焼させる。粉体燃料として微粉炭を用いた燃焼方式は、石炭自体の燃焼性が高い等の理由から広く普及している。

この燃焼炉に粉体燃料を供給する粉体供給装置として、粉体燃料をキャリアガスにより搬送する気体搬送式の粉体供給装置が知られている。この粉体供給装置では、フィードタンク内の粉体燃料が、粉体輸送配管に供給されて、粉体輸送配管内のキャリアガスにより搬送される。粉体輸送配管内への粉体燃料の時間当たりの供給量（粉体流量）の制御は、フィードタンク下部の排出口に設けられた粉体用バルブの開度や、フィードタンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧等により制御する場合がある（下記特許文献１参照）。この粉体用バルブの開度や、フィードタンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧は、一般的に、粉体輸送配管に設けられる粉体流量計等で検知される粉体流量の情報がフィードバックされることで制御される。

また、一般に粉体流量は、粉体の供給先である燃焼炉等からの指示等に基づいて定められ、粉体流量を減らす場合であっても、粉体流量が定められた目標値となるように、粉体流量の情報が、粉体用バルブの開度の制御や、フィードタンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧の制御等にフィードバックされる。

特開平０６−１１５６９０号公報

ところで、粉体供給装置は、粉体燃料の供給先である燃焼炉のトラブル等により、粉体流量を急速に減らさなければならない急速減負荷モードとなる場合がある。しかし、この急速減負荷モードであっても、瞬時に粉体流量を減らすと、燃焼炉に負荷がかかり、却って燃焼炉の故障につながる虞がある。従って、急速減負荷モードでは、粉体流量を定められた時間で定められた量まで減らさなければならない。

このような場合、上述のようなフィードバックをかけて粉体流量を減らそうとすると、粉体流量を急速に減らすことができない虞がある。そこで、急速減負荷モードにおいては、上述のフィードバック制御をせずに、粉体流量が目標値となるように、粉体用バルブを所定の開度まで閉じると共に、フィードタンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧を小さくすることが考えられる。しかし、この場合、粉体の供給先の圧力変動といった外的要因等により、最終的に定められた粉体流量よりも、粉体流量が更に減らされてしまうアンダーシュートが生じる場合がある。

そこで、本発明は、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制することができる粉体供給装置、及び、粉体供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、フィードタンク内の粉体を前記フィードタンクに接続された粉体輸送配管から前記フィードタンク外に供給する粉体供給装置であって、前記フィードタンクに接続され、前記フィードタンク内の圧力を調節する内圧調節弁と、前記粉体輸送配管に接続される粉体用バルブと、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記フィードタンク外に供給される粉体流量を所定時間後に所定量まで減らす急速減負荷モードにおいて、前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量よりも少なくなるように、前記内圧調節弁を前記フィードタンク内の圧力を減らす排気状態とすると共に、前記粉体用バルブを所定の開度まで閉じ、前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量となるための前記所定時間経過前における予定粉体流量よりも、前記粉体流量が少なくなり次第、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブの少なくとも一方を、前記粉体流量が前記予定粉体流量となるように、前記粉体流量の情報に基づいて制御することを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するため、本発明は、フィードタンク内の粉体を前記フィードタンクに接続された粉体輸送配管から前記フィードタンク外に供給する粉体供給方法であって、前記フィードタンク外に供給される粉体流量を所定時間後に所定量まで減らす急速減負荷モードにおいて、前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量よりも少なくなるように、前記フィードタンクに接続される内圧調節弁が前記フィードタンク内の圧力を減らす排気状態とされると共に、前記粉体輸送配管に接続される粉体用バルブが所定の開度まで閉じられ、前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量となるための前記所定時間経過前における予定粉体流量よりも、前記粉体流量が少なくなり次第、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブの少なくとも一方が、前記粉体流量が前記予定粉体流量となるように、前記粉体流量の情報に基づいて調節されることを特徴とするものである。

一般に、粉体の供給装置の急速減負荷モードにおいて、内圧調節弁が排気状態とされて粉体用バルブが所定の開度まで閉じられても、装置の動作時間や一次遅れ等に起因して、急速減負荷モード開始直後では粉体流量が減りづらい。従って、予定粉体流量（粉体流量が所定時間後に所定量まで減るために、急速減圧モードの途中において時刻に応じて定められる指標とされる粉体流量）よりも実際の粉体流量が多くなる傾向がある。そこで、本発明の粉体供給装置及び粉体供給方法では、急速減負荷モードにおいて、粉体流量が所定時間後に所定量よりも少なくなるように、内圧調節弁が排気状態とされることで、フィードタンク内が減圧されて、フィードタンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧が小さくされ、これに加えて、粉体用バルブが所定の開度まで閉じられる。従って、フィードタンクから供給される粉体の流量を急速に減らすことができる。その一方、フィードタンクから供給される粉体の流量が、粉体流量が所定時間後に所定量まで減るための予定粉体流量よりも減ってしまった後では、粉体流量が予定粉体流量となるように、内圧調節弁及び粉体用バルブの少なくとも一方は、現実の粉体流量に基づいて制御される。つまり、粉体流量が予定粉体流量となった後では、内圧調節弁及び粉体用バルブの少なくとも一方が、フィードバック制御される。このため、急速減負荷モード終了時において、粉体流量がアンダーシュートすることを抑制することができる。このようにして、本発明の粉体供給装置では、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制すること実現している。

なお、本明細書において、単に「粉体流量」という場合、フィードタンクから供給されて粉体輸送配管内を流れる粉体の流量を意味する。

また、前記予定粉体流量は、前記急速減負荷モードとなる直前の前記粉体流量に基づいて定められることが好ましい。このように予定粉体流量が定められることで、急速減負荷モードとなる前における粉体供給の状況に応じた適切な予定粉体流量とすることができるため、無理のない粉体流量の減速を行うことができる。

また、上記の粉体供給装置においては、前記粉体輸送配管には、粉体流量計が接続されており、前記制御部は、前記粉体流量計からの情報に基づいて、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブを制御することが好ましく、上記の粉体供給方法においては、前記粉体輸送配管に接続される粉体流量計からの情報に基づいて、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブは調節されることが好ましい。

粉体流量計からの情報に基づいて、フィードタンク内の圧力及び粉体用バルブを調節することにより、粉体流量の僅かな変動にも追随して、粉体流量の微調節をすることができる。従って、アンダーシュートをより抑制することができる。

また、上記の粉体供給装置においては、前記制御部は、前記粉体用バルブを所定の開度まで閉じる前に、前記内圧調節弁を前記排気状態とすることが好ましく、上記の粉体供給方法においては、前記粉体用バルブが所定の開度まで閉じられる前に、前記内圧調節弁が前記排気状態とされることが好ましい。

フィードタンク内から粉体を排出する粉体用バルブが所定の開度まで閉じられると、フィードタンク内の圧力が一時的に上昇する傾向がある。この傾向は、内圧調節弁が排気状態とされるタイミングと、粉体用バルブが所定の開度まで閉じられるタイミングとが同時である場合であっても、排気の一時遅れ等に起因して生じる。このため急速減負荷モードにおいて、粉体流量を急速に減らすために粉体用バルブを所定の開度まで閉じているにもかかわらず、急速減負荷モードの初期において、粉体流量が然程減らない場合がある。そこで、粉体用バルブを所定の開度まで閉じる前に、フィードタンク内の気体の排気を行うことにより、粉体用バルブが所定の開度まで閉じられても、フィードタンク内の圧力が、排気を行う前よりも高くなることを抑制することができる。従って、速やかに粉体流量を減らすことができる。

以上のように、本発明によれば、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制することができる粉体供給装置、及び、粉体供給方法が提供される。

本発明の実施形態に係る粉体供給装置を示す図である。 粉体用バルブを示す図である。 粉体用バルブの断面における構成を示す図である。 テーブル１を示す図である。 テーブル２を示す図である。 急速減負荷モードおいて粉体流量を調節する方法を示すフローチャートである。 急速減負荷モードおける予定粉体流量と、粉体流量の時間的な変化を示す図である。

以下、本発明に係る粉体供給装置、及び、粉体供給方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る粉体供給装置を示す図である。

図１に示すように、粉体供給装置１は、所定量の微粉炭等の粉体燃料を供給するフィードタンク１１と、フィードタンク１１に供給する粉体燃料が貯蔵されている均圧タンク１２と、フィードタンク１１に接続され、フィードタンク１１内に供給する内圧用ガスを搬送する内圧用ガス供給配管３２と、内圧用ガス供給配管３２に接続されフィードタンク１１内の圧力を調節する内圧調節弁２２と、フィードタンク１１から供給される粉体燃料を搬送する粉体輸送配管３１と、粉体輸送配管３１に接続され、フィードタンク１１から供給される粉体燃料の量を調節する粉体用バルブ２１と、粉体輸送配管３１に接続され、粉体輸送配管３１にキャリアガスを導入するキャリアガス本管３３と、粉体輸送配管３１で搬送される粉体燃料の流量を検出する粉体流量計４０と、を主な構成として備える。

フィードタンク１１及び均圧タンク１２は、金属製のタンクであり、フィードタンク１１は、均圧タンク１２の下に配置され、均圧タンク１２の下部に接続された粉体供給配管３５が、フィードタンク１１の上部に接続されている。この粉体供給配管３５を介して、均圧タンク１２からフィードタンク１１に粉体燃料が供給される。また、粉体供給配管３５の途中には、粉体供給用弁２５が設けられており、粉体供給用弁２５の開閉により、均圧タンク１２からフィードタンク１１への粉体燃料の供給有無が制御される。

フィードタンク１１には、ロードセル４５が接続されており、このロードセル４５により、フィードタンク１１からロードセル４５にかかる重量が連続的に検出される。そして、ロードセル４５には、重量指示調節計４６が接続されており、ロードセルから出力される検出信号を基にフィードタンク１１内の粉体燃料の重量が連続的に計測されて、粉体燃料の重量に基づく情報を含む信号が出力される。

さらに、フィードタンク１１には、圧力指示計４８が接続されており、フィードタンク１１内の圧力が検出されて、フィードタンク１１内の圧力に基づく情報を含む信号が出力される。

また、フィードタンク１１の下部には、粉体輸送配管３１が接続されており、フィードタンク１１から供給される粉体燃料は、フィードタンク１１から粉体輸送配管３１内に導入され、上述のように、粉体輸送配管３１により搬送される。

また、フィードタンク１１の下方における粉体輸送配管３１の途中には、上述のように、粉体用バルブ２１が接続されている。従って、フィードタンク１１から供給される粉体燃料は、粉体用バルブ２１を介して、粉体輸送配管３１により搬送される。

図２は、本実施形態の粉体用バルブ２１の一部の構成を示す図であり、図３は、粉体用バルブ２１の断面における構成を示す図である。図２、図３に示すように、粉体用バルブ２１は、弁箱７６と、弁箱７６内に収納され、それぞれが略円柱状の一組の弁体７１と、弁体７１の軸を貫通している軸芯７３とを主な構成として備える。なお、図３においては、理解の容易のため弁箱７６を省略している。

それぞれの弁体７１は、上記のようにそれぞれ略円柱状の形状をしており、それぞれの弁体７１の側面７２には、切り欠き７５が形成されている。また、それぞれの弁体７１の軸に沿って軸芯７３が設けられている。そして、それぞれの弁体７１は、それぞれの弁体７１の長手方向が平行となるようにして、弁体７１のそれぞれの側面７２同士が接して、軸中心に回転可能に配置されている。そして、それぞれの弁体７１を軸中心に回転させたときに、側面７２における切り欠き７５が形成された部分同士が、互いに対向することが可能とされている。従って、図２、図３に示すように、それぞれの切り欠き７５が対向している状態においては、それぞれの切り欠き７５により、それぞれの弁体７１の間において、通過口Ｈが形成される。そして、それぞれの弁体７１を軸中心に回転させることにより、通過口Ｈの穴径を無段階に変化させることができる（それぞれの軸芯７３を通る面における通過口Ｈの面積を変化させることができる。）。この通過口Ｈは、フィードタンク１１から通じる穴であり、通過口Ｈの穴径を調節することにより、フィードタンク１１から供給される粉体燃料の量が無段階に調節される。

また、粉体用バルブ２１には、粉体用バルブ指示計４１が接続されており、粉体用バルブ指示計４１は、粉体用バルブ２１の開度を調節することができるよう構成されている。

また、上述のようにフィードタンク１１には、フィードタンク１１内の圧力を調節する内圧用ガスを供給する内圧用ガス供給配管３２が接続されており、内圧用ガス供給配管３２には、内圧調節弁２２が接続されている。この内圧調節弁２２の内圧用ガス供給配管３２とフィードタンク１１とを繋ぐ弁の開度により、フィードタンク１１に供給される内圧用ガスの供給量が調節される。また、本実施形態では、内圧調節弁２２は、フィードタンク１１内のガスを外部に排気して、フィードタンク内の圧力を減らす排気弁としての機能を有している。このような機能を有する内圧調節弁２２として、三方弁を挙げることができる。なお、本実施形態とは異なるが、内圧調節弁２２は、内圧用ガス供給配管３２に接続されてフィードタンク１１に内圧用ガスの供給のみを行う加圧専用弁と、フィードタンク１１に接続されてフィードタンク１１内のガスを排気する排気専用弁とから構成されても良い。また、内圧調節弁２２には、内圧調節弁指示計４２が接続されており、内圧調節弁指示計４２は、内圧調節弁２２の内圧用ガス供給配管３２とフィードタンク１１とを繋ぐ弁や排気用の弁の開度を調節することができるよう構成されている。

内圧用ガス供給配管３２のフィードタンク１１側と反対側には、ガス発生装置３０が接続されている。このガス発生装置３０から出力されるガスの一部が、内圧用ガス供給配管３２に導入されて、内圧用ガスとされる。

また、ガス発生装置３０には、キャリアガス本管３３が接続されている。キャリアガス本管３３は、粉体燃料を搬送するためのキャリアガスを粉体輸送配管３１に導入するための配管である。従って、キャリアガス本管３３のガス発生装置３０側と反対側は、上述の粉体輸送配管３１における粉体用バルブ２１を基準としたフィードタンク１１側と反対側に接続されている。このキャリアガス本管３３から粉体輸送配管３１に導入されるキャリアガスにより、フィードタンク１１から粉体用バルブ２１を介して粉体輸送配管３１に導入された粉体燃料が搬送される。さらに、キャリアガス本管３３には、圧力指示計４３が接続されており、キャリアガス本管３３内の圧力が検出されて、キャリアガス本管３３内の圧力に基づいた信号が出力される。

なお、ガス発生装置３０から出力されるガスの他の一部が、キャリアガス本管３３に導入される。つまり、本実施形態においては、内圧用ガスとキャリアガスとが同じガス種とされる。

また、キャリアガス本管３３の途中から流動化ガス管３４が分岐しており、流動化ガス管３４のキャリアガス本管３３との分岐側と反対側は、フィードタンク１１の下部側に接続されている。本実施形態においては、このフィードタンク１１に流動化ガス管３４が接続されている部分が、粉体流動化部５４とされている。流動化ガス管３４には、キャリアガス本管３３を流れるキャリアガスの一部が、流動化ガスとして導入され、流動化ガスは、粉体流動化部５４を介して、フィードタンク１１内に下方側から導入される。本実施形態においては、上記のように、キャリアガスの一部が流動化ガスとされるので、流動化ガスとキャリアガスとが同じガス種とされる。また、流動化ガス管３４の途中には、流動化ガス用バルブ２４が設けられており、流動化ガス用バルブ２４の開度が調節されることにより、フィードタンク１１内に導入される流動化ガスの量が調節される。さらに、流動化ガス用バルブ２４には、流動化ガス用バルブ指示計４４が接続されており、流動化ガス用バルブ指示計４４は、流動化ガス用バルブ２４の開度を調節することができるよう構成されている。

またさらに、キャリアガス本管３３における流動化ガス管３４が分岐している場所とは異なる途中からは、再流動化ガス管３７が分岐しており、再流動化ガス管３７のキャリアガス本管３３との分岐側と反対側は、粉体輸送配管３１における粉体用バルブ２１と粉体流動化部５４との間に接続されている。本実施形態においては、この粉体用バルブ２１と粉体流動化部５４との間に再流動化ガス管３７が接続されている部分が、粉体再流動化部５７とされており、粉体再流動化部５７から再流動化ガスが粉体輸送配管３１に導入される。なお、図１においては、粉体再流動化部５７と粉体用バルブ２１との間が粉体輸送配管３１で接続されているが、粉体再流動化部５７は、粉体用バルブ２１に直接接続されていることが好ましい。こうして、再流動化ガス管３７には、キャリアガス本管３３を流れるキャリアガスの一部が、再流動化ガスとして導入され、再流動化ガスは、粉体再流動化部５７を介して、粉体用バルブ２１と粉体流動化部５４との間から導入される。上記のように、キャリアガス本管３３の途中から再流動化ガス管３７が分岐しており、本実施形態においては、再流動化ガスとキャリアガスとが同じガス種とされる。つまり、流動化ガス、再流動化ガス、キャリアガスが、共に同じガス種とされる。また、再流動化ガス管３７の途中には、再流動化ガス用バルブ２７が設けられており、再流動化ガス用バルブ２７の開度が調節されることにより、導入される再流動化ガスの量が調節される。さらに、再流動化ガス用バルブ２７には、再流動化ガス用バルブ指示計４７が接続されており、再流動化ガス用バルブ指示計４７は、再流動化ガス用バルブ２７の開度を調節することができるよう構成されている。

また、粉体輸送配管３１における粉体燃料がキャリアガスにより搬送される部分、すなわち、粉体輸送配管３１におけるキャリアガス本管３３が接続される位置よりも下流側には、圧力指示計４９が接続されており、粉体輸送配管３１内の圧力が検出されて、粉体輸送配管３１内の圧力に基づく情報を含んだ信号が出力される。粉体輸送配管３１における粉体燃料がキャリアガスにより搬送される部分には、更に粉体流量計４０が設けられており、粉体輸送配管３１を流れる粉体流量が検知され、検知された情報を含んだ信号が出力されるよう構成されている。

このような粉体供給装置においては、フィードタンク１１内の圧力は、キャリアガス本管３３内の圧力よりも高くされ、キャリアガス本管３３内の圧力は、粉体輸送配管３１内の圧力よりも高くされる。粉体供給装置１は、これらの圧力同士の差圧を利用して、粉体燃料を搬送することができるよう構成されている。これらの圧力は、特に限定されないが、例えば、２ＭＰａ以上４ＭＰa以下とされる。

そして、フィードタンク１１内の圧力が調節されることで、フィードタンク１１内の圧力と粉体輸送配管３１内の圧力との差圧を調節することができる。上述のように粉体供給装置１は、差圧を利用して粉体燃料を搬送しているため、フィードタンク１１から供給される粉体燃料の流量は、上述の粉体用バルブ２１に開度に加えて、この差圧によっても調節することができる。このように上記の差圧を制御することで粉体燃料の流量を調節する場合、粉体用バルブ２１の開度を制御することで粉体燃料の流量を調節するよりも、粉体流量の微調節を行うことができる。

さらに粉体供給装置１は、制御部６０と制御部６０に接続されるメモリ６１とを備えている。制御部６０は、粉体流量計４０、圧力指示計４３，４８，４９、及び、重量指示調節計４６と接続されており、制御部６０には、粉体流量計４０から出力される粉体流量に関する情報を含んだ信号、及び、圧力指示計４３から出力されるキャリアガス本管３３内の圧力に関する情報を含んだ信号、及び、圧力指示計４８から出力されるフィードタンク１１内の圧力に関する情報を含んだ信号、及び、圧力指示計４９から出力される粉体輸送配管３１内の圧力に関する情報を含んだ信号、及び、重量指示調節計４６から出力されるフィードタンク１１内の粉体燃料の重量に関する情報を含んだ信号等が入力される。そして、制御部６０は、メモリ６１の情報や、粉体流量計４０からの情報に基づいて、制御信号を生成する。このとき制御部６０は、必要に応じて、圧力指示計４３，４８，４９からの信号や、重量指示調節計４６から出力される信号を用いる。また、制御部６０は、粉体用バルブ指示計４１、及び、内圧調節弁指示計４２、及び、流動化ガス用バルブ指示計４４、及び、再流動化ガス用バルブ指示計４７に接続されており、これらに生成した制御信号を入力するように構成されている。

粉体用バルブ指示計４１は、制御部６０からの制御信号に基づいて、粉体用バルブ２１の開度を調節することができるよう構成されている。従って、制御部６０が粉体流量計４０からの信号に基づいて制御信号を出力する場合には、粉体用バルブ指示計４１は、粉体流量計４０からの情報に基づいて粉体用バルブ２１の開度を調節することになる。一方、制御部６０がメモリ６１の情報に基づいて制御信号を出力する場合には、粉体用バルブ指示計４１は、メモリ６１の情報に基づいて粉体用バルブ２１の開度を調節することになる。

また、内圧調節弁指示計４２は、制御部６０からの信号に基づいて、内圧調節弁２２の内圧用ガス供給配管３２とフィードタンク１１とを繋ぐ弁の開度や、排気用の弁の開度を調節することができるよう構成されている。従って、制御部６０が粉体流量計４０からの信号に基づいて制御信号を出力する場合には、内圧調節弁指示計４２は、粉体流量計４０からの情報に基づいて内圧調節弁２２の開度を調節することになる。一方、制御部６０がメモリ６１の情報に基づいて制御信号を出力する場合には、内圧調節弁指示計４２は、メモリ６１の情報に基づいて内圧調節弁２２の開度を調節することになる。なお、制御部６０は、内圧調節弁２２を制御する制御信号を生成するときに、必要に応じて圧力指示計４３，４８，４９からの信号を利用する。

また、流動化ガス用バルブ指示計４４は、制御部６０からの制御信号に基づいて、流動化ガス用バルブ２４の開度を調節することができるよう構成されている。従って、制御部６０が、粉体流量計４０からの信号に基づいて制御信号を出力する場合には、流動化ガス用バルブ指示計４４は、粉体流量計４０からの情報に基づいて流動化ガス用バルブ２４の開度を調節することになる。一方、制御部６０が、メモリ６１の情報に基づいて制御信号を出力する場合には、流動化ガス用バルブ指示計４４は、メモリ６１の情報に基づいて流動化ガス用バルブ２４の開度を調節することになる。

また、再流動化ガス用バルブ指示計４７は、制御部６０からの制御信号に基づいて、再流動化ガス用バルブ２７の開度を調節することができるよう構成されている。従って、制御部６０が、粉体用バルブ２１の開度に基づいて制御信号を出力する場合には、再流動化ガス用バルブ指示計４７は、粉体用バルブ２１の開度に基づいて再流動化ガス用バルブ２７の開度を調節することになる。なお、この場合、制御部６０が出力する粉体用バルブ２１の開度に基づいた制御信号は、制御部６０が粉体用バルブ指示計４１に出力する制御信号に基づいて生成されても良い。一方、制御部６０が、メモリ６１の情報に基づいて制御信号を出力する場合には、再流動化ガス用バルブ指示計４７は、メモリ６１の情報に基づいて再流動化ガス用バルブ２７の開度を調節することになる。

図４は、メモリ６１の情報の一部を模式的に示す図であり、特に、粉体流量と、粉体用バルブ２１の開度と、フィードタンク１１内の圧力と粉体輸送配管３１内の圧力との差圧と、の関係を示すテーブルを模式的に示す図である。ここで、このテーブルをテーブル１とする。図４に示すように、粉体流量［ｋｇ／ｈ］が特定されると、その粉体流量に対する粉体用バルブ２１の開度［％］と、差圧［ＭＰａ］との関係が特定される。例えば、粉体流量が５００［ｋｇ／ｈ］である場合に、粉体用バルブ２１の開度は６０［％］とされ、差圧は、０．０３［ＭＰａ］とされる。そして、制御部は、必要に応じて、粉体用バルブ２１の開度を示すメモリ６１の情報に基づいて、粉体用バルブ２１の開度や、内圧調節弁２２の開度を制御する。なお、このメモリ６１のテーブルは、実験等により事前に求められて、メモリ６１内に記録されているものである。

図５は、メモリ６１のテーブル１とは異なる情報を模式的に示す図である。具体的には図５は、制御部６０が後述の急速減負荷モードとなる場合における急速減負荷モード開始からの経過時間と、その時間における予定粉体流量との関係を示すテーブルを模式的に示す図である。ここで、このテーブルをテーブル２とする。この予定粉体流量とは、その時間において、フィードタンク１１から供給されるべき粉体燃料の流量のことである。つまり、粉体流量が急速減負荷モードの開始から所定時間後に所定量まで減るために、急速負荷モードの途中において指標とされる粉体流量のことである。図５に示されるように、急速減負荷モード開始からの経過時間［ｓｅｃ］が特定されると、急速減負荷モードとなる直前の粉体流量に対する予定粉体流量の比率が［％］が特定される。例えば、急速減負荷モード開始からの経過時間が、２０［ｓｅｃ］である場合、その時の予定粉体流量は、急速減負荷モードとなる直前の粉体流量の８３．３［％］とされる。

このような粉体供給装置１は、粉体輸送配管３１が、粉体燃料を燃焼してエネルギーを取り出す燃焼炉１００に直接的、或いは、間接的に接続されている。

次に、粉体供給装置１の動作、及び、粉体供給装置１により粉体燃料の粉体流量を調節する方法について説明する。

図６は、急速減負荷モードおいて粉体流量を調節する方法を示すフローチャートである。

図６に示すように、粉体供給装置１により粉体流量を供給する方法は、通常運転モードで運転するＳＴＥＰ１と、通常運転モードから急速減負荷モードとなり、内圧調節弁２２を排気状態とすると共に、粉体用バルブを所定の開度まで閉じるＳＴＥＰ２と、内圧調節弁及び粉体用バルブの少なくとも一方を粉体流量の情報に基づいて制御するＳＴＥＰ３と、を備える。

＜ＳＴＥＰ１＞
まず、粉体供給装置１は、通常運転モードで運転をする。このとき、フィードタンク１１内には、既に、均圧タンク１２から粉体燃料が供給されている。そして、流動化ガスが、流動化ガス管３４から粉体流動化部５４を介して、フィードタンク１１内に導入され、フィードタンク１１内の粉体燃料は流動化されている。

フィードタンク１１から供給されるべき粉体の流量が定められると、制御部６０は、メモリ６１のテーブル１を参照して、定められた粉体流量に対応する粉体用バルブ２１の開度、及び、フィードタンク１１内の圧力とキャリアガス本管３３内の圧力との差圧を決定する。次に、制御部６０は、メモリ６１の情報に基づいて生成する粉体用バルブ２１の開度を定める制御信号を粉体用バルブ指示計４１に送付し、粉体用バルブ指示計４１は、この制御信号に基づいて粉体用バルブ２１の開度を調節する。こうして、粉体用バルブ２１の開度がメモリ６１の情報に基づいて制御される。さらに、制御部６０は、メモリ６１のテーブル１及び圧力指示計４８，４９からの情報に基づいて、内圧調節弁２２の内圧用ガス供給配管３２とフィードタンク１１とを繋ぐ弁の開度を定める制御信号を生成し、この制御信号を内圧調節弁指示計４２に送付する。内圧調節弁指示計４２は、この制御信号に基づいて内圧調節弁２２の開度を調節する。内圧調節弁２２の開度が調節されると、フィードタンク１１内の圧力と粉体輸送配管３１内の圧力との差圧が所定の範囲とされる。こうして、フィードタンク１１から粉体が供給される。

なお、このとき上述のように再流動化ガスの導入量が、粉体用バルブ２１の開度に基づいて定められる場合、粉体用バルブ２１の開度が大きくなるにつれて、再流動化ガス用バルブ２７の開度が小さくされ、再流動化ガスの導入量が少なくなる。つまり、本実施形態においては、再流動化ガスの導入量は、粉体用バルブ２１の開度と反比例するように制御される。

次に、粉体流量計４０からの粉体流量の情報を含む信号により、粉体輸送配管３１内の粉体流量と、定められた粉体流量とに差があり、この差が所定の範囲内である場合、制御部６０は、内圧調節弁２２を制御し、フィードタンク１１内の圧力とキャリアガス本管３３内の圧力との差圧を調整する。これは、内圧調節弁２２を制御し、フィードタンク１１内の圧力とキャリアガス本管３３内の圧力との差圧を調整する方が、粉体用バルブ２１の開度を調節するよりも、粉体流量の緻密な制御ができるためである。一方、この差が所定の範囲外である場合には、制御部６０は、再び粉体用バルブ２１の開度を制御し、その後、再び内圧調節弁２２を制御し、フィードタンク１１内の圧力とキャリアガス本管３３内の圧力との差圧を調整する。このように通常運転モードにおいては、粉体流量計４０からの粉体流量の情報を含む信号によりフィードバック制御がなされて、粉体流量が正確に調節される。

＜ＳＴＥＰ２＞
図７は、急速減負荷モードにおける予定粉体流量ＳＶと、フィードタンク１１からの粉体流量ＰＶの時間的な変化を示す図である。本実施形態では、図７に示すように、急速減負荷モードとなる時刻がｔ１とされ、急速減負荷モードとなる時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻がｔ３とされ、所定時間経過後の時刻ｔ３において所定量となる粉体流量が、急速減負荷モードとなる前の粉体流量の５０％とされる。

図７に示すように、時刻ｔ１において、制御部６０が、燃焼炉１００の異常信号等を受けたり、作業者により、異常である旨の信号が入力されると、制御部６０は、急速減負荷モードとなる。

急速減負荷モードになると、制御部６０は、まず、内圧調節弁２２を排気状態とする。つまり、本実施形態では、内圧調節弁２２の内圧用ガス供給配管３２とフィードタンク１１とを繋ぐ弁の開度を小さくし、フィードタンク１１内のガスを排気して、フィードタンク内の圧力を減らすための排気弁を所定の開度として、フィードタンク１１内のガスをフィードタンク１１外に排気する。こうして、フィードタンク１１内の圧力と粉体輸送配管３１内の圧力との差圧が小さくなり、粉体を押し出そうとする圧力が小さくなる。その後、制御部６０は、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じるように制御する。内圧調節弁２２を排気状態としてから粉体用バルブ２１を所定の開度まで閉じるまでの期間は、特に制限されないが、例えば、３秒とされる。このように、内圧調節弁２２が排気状態とされ、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられることで、フィードタンク１１から供給される粉体の流量が低下する。このときの内圧調整弁２２と粉体用バルブ２１の制御は、粉体流量計４０からの粉体流量に係る情報をフィードバックせずに、粉体流量ＰＶが下降し始めてからの粉体流量ＰＶの傾きの平均が、予定粉体流量ＳＶの傾きの平均よりも負の方向に大きくなるようにする。つまり、粉体流量が所定時間後（時刻ｔ３）に所定量（急速減負荷モードとなる前の粉体流量の５０％）よりも少なくなるように内圧調節弁２２が排気状態とされ、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられる。このような内圧調整弁２２と粉体用バルブ２１の制御は、予め実験等により求められている。なお、上記のように本実施形態の粉体用バルブ２１は、通過口Ｈの穴径を無段階に変化させることができ、フィードタンク１１から供給される粉体燃料の量を無段階に調節することができる。従って、緊急減負荷モードとなる場合に、内圧調整弁２２によるフィードタンク１１内の減圧と、粉体用バルブ２１の開度とのバランスを取ることができる。

また、上記のように、急速減負荷モードとなった場合、粉体用バルブ２１を所定の開度まで閉じる前に、内圧調節弁２２を排気状態としているのは、次の理由による。すなわち、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられると、フィードタンク１１内の圧力が一時的に上昇する傾向がある。この傾向は、内圧調節弁２２が排気状態とされるタイミングと、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられるタイミングとが同時である場合であっても、排気の一時遅れ等に起因して生じる。このため急速減負荷モードにおいて、粉体流量を急速に減らすために粉体用バルブ２１を所定の開度まで閉じているにもかかわらず、急速減負荷モードの初期において、粉体流量が期待ほど減らない場合がある。そこで、粉体用バルブ２１を所定の開度まで閉じる前に、フィードタンク１１内の気体の排気を行うことにより、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられても、フィードタンク１１内の圧力が、排気を行う前よりも高くなることを抑制することができる。従って、このように内圧調節弁２２と粉体用バルブ２１とを制御することにより、速やかに粉体流量を減らすことができるのである。

また、制御部６０は、急速減負荷モードとなると、予定粉体流量ＳＶと現実の粉体流量ＰＶとを比較する。図７の予定粉体流量ＳＶは、粉体流量が所定時間後に所定量まで減る場合に粉体流量の減り方が一定となるように求められる。本実施形態の予定粉体流量ＳＶは、６０秒後に急速減負荷モード前の粉体流量の５０．０％となるように、粉体流量の減り方が一定とされた情報が図５に示すメモリ６１のテーブル２に基づいて示される。現実の粉体流量ＰＶは、粉体流量計４０からの情報に基づいて示されている。

上記のように、急速減負荷モードにおいては、フィードタンク１１から供給される粉体の流量が低下する。しかし、図７に示されるように、内圧調節弁２２や粉体用バルブ２１の動作に要する時間や、内圧調節弁２２や粉体用バルブ２１が動作してからの一時遅れ等により、急速減負荷モードとされる直後から粉体流量ＰＶが低下するわけではなく、所定の時間をあけて、粉体流量ＰＶは低下する。このため、急速減負荷モードとされてから、暫くの間は、フィードタンク１１からの粉体流量ＰＶは、予定粉体流量ＳＶよりも多く推移する。

そして、時間の経過とともに粉体流量ＰＶと予定粉体流量ＳＶとの差が小さくなり、時刻ｔ２において、粉体流量ＰＶと予定粉体流量ＳＶとの差が無くなる。

＜ＳＴＥＰ３＞
粉体流量ＰＶが予定粉体ＳＶよりも少なくなり次第、制御部６０は、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１の少なくとも一方を、粉体流量ＰＶが予定粉体流量ＳＶとなるように、粉体流量計４０からの粉体流量に係る情報に基づいて制御する。つまり、制御部６０は、粉体流量計４０からの粉体流量に係る情報を用いて、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１の少なくとも一方をフィードバック制御して、粉体流量ＰＶが予定粉体ＳＶに近づくようにする。時刻ｔ２の経過直後においては、フィードタンク１１からの粉体流量ＰＶが、予定粉体流量ＳＶよりも少ないため、この時点において、制御部６０は、内圧調節弁２２を制御する場合であれば、例えば、フィードタンク１１からの排気が少なくなるように制御し、粉体用バルブ２１を制御する場合であれば、粉体用バルブ２１が開くように開度を制御する。なお、上述のように、フィードタンク１１内の圧力とキャリアガス本管３３内の圧力との差圧を調整する方が、粉体用バルブ２１の開度を調節するよりも、粉体流量の緻密な制御ができるため、粉体用バルブ２１の開度を固定として、内圧調節弁２２を制御する方が好ましい。

そして、時刻ｔ３において、粉体量が所定量とされ、急速減負荷モードは終了する。

こうして、燃焼炉１００に供給される粉体の流量が、急速に減らされる。なお、急速減負荷モードが終了した直後においては、再び、粉体流量が増加する制御はされず、指示があるまで、粉体流量が所定量とされる通常制御が継続する。

以上説明したように、本実施形態の粉体供給装置１によれば、急速減負荷モードにおいて、内圧調節弁２２が排気状態とされることで、フィードタンク１１内が減圧されて、フィードタンク１１内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差圧が小さくされ、これに加えて、粉体用バルブ２１が所定の開度まで閉じられる。従って、フィードタンク１１から供給される粉体の流量を急速に減らすことができる。その一方、フィードタンク１１から供給される粉体の流量が、粉体流量が所定時間後に所定量まで減るための予定粉体流量よりも減ってしまった後では、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１の少なくとも一方が、粉体流量計４０からの情報により、フィードバック制御される。このため、急速減負荷モード終了時において、粉体流量がアンダーシュートすることを抑制することができる。このようにして、本発明の粉体供給装置１では、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制すること実現している。

また、本実施形態においては、このように予定粉体流量が、急速減負荷モードとなる直前の粉体流量に基づいて定められる。従って、粉体供給を行っている状況に応じた適切な予定粉体流量とすることができ、無理なく粉体流量の急速な減速を行うことができる。

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態においては、ＳＴＥＰ３において、粉体流量ＰＶが予定粉体流量ＳＶよりも少なくなり次第、制御部６０は、粉体用バルブ２１のみを制御しても良く、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１の両方を制御しても良い。

また、上記実施形態において、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１の制御は、粉体流量計４０からの粉体流量の情報に基づいて行われた。しかし、本発明は、これに限らず、重量指示調節計４６からの情報に基づいて、制御部６０で粉体流量を算出し、内圧調節弁２２及び粉体用バルブ２１が制御されても良い。

また、上記実施形態において、粉体用バルブ２１として、他の形態のバルブを用いても良い。例えば、球体に所定の内径を有する貫通孔が形成されたボール弁を用いても良い。

また、上記実施形態において、予定粉体流量は、急速減負荷モードとなる直前の粉体流量に基づいて定められていたが、本発明はこれに限らない。例えば、急速減負荷モードの予定粉体流量は、急速減負荷モードとなる直前の粉体流量に基づかない流量であっても良い。この場合、例えば、メモリ６１のテーブル２の予定粉体流量が、［ｋｇ／ｈ］で示される絶対量となる。

また、上記実施形態においては、フィードタンク内の粉体燃料が流動化ガスにより流動化され、さらに粉体輸送配管３１内において、粉体燃料が再流動化されたが、粉体燃料の流動化、及び、再流動化は必須ではない。

また、上記実施形態においては、微粉炭等の粉体燃料である粉体を供給する粉体供給装置について説明したが、本発明はこれに限らず、粉体燃料ではない他の粉体を供給する粉体供給装置にも適用可能である。

以上説明したように、本発明によれば、粉体流量を急速に減らしつつ、粉体流量のアンダーシュートが生じることを抑制することができる粉体供給装置、及び、粉体供給方法がが提供され、溶鉱炉設備や火力発電プラント等に用いる燃焼炉に粉体燃料を供給するための粉体供給装置や、その他の粉体供給装置に適用することができる。

１・・・粉体供給装置
１１・・・フィードタンク
１２・・・均圧タンク
２１・・・粉体用バルブ
２２・・・内圧調節弁
２４・・・流動化ガス用バルブ
２５・・・粉体供給用弁
２７・・・再流動化ガス用バルブ
３０・・・ガス発生装置
３１・・・粉体輸送配管
３２・・・内圧用ガス供給配管
３３・・・キャリアガス本管
３４・・・流動化ガス管
３５・・・粉体供給配管
３７・・・再流動化ガス管
４０・・・粉体流量計
４１・・・粉体用バルブ指示計
４２・・・内圧調節弁指示計
４３・・・圧力指示計
４４・・・流動化ガス用バルブ指示計
４５・・・ロードセル
４６・・・重量指示調節計
４７・・・再流動化ガス用バルブ指示計
４８・・・圧力指示計
４９・・・圧力指示計
５４・・・粉体流動化部
５７・・・粉体再流動化部
６０・・・制御部
６１・・・メモリ
１００・・・燃焼炉

Claims (8)

1. フィードタンク内の粉体を前記フィードタンクに接続された粉体輸送配管から前記フィードタンク外に供給する粉体供給装置であって、
   前記フィードタンクに接続され、前記フィードタンク内の圧力を調節する内圧調節弁と、
   前記粉体輸送配管に接続される粉体用バルブと、
   前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記フィードタンク外に供給される粉体流量を所定時間後に所定量まで減らす急速減負荷モードにおいて、
   前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量よりも少なくなるように前記内圧調節弁を前記フィードタンク内の圧力を減らす排気状態とすると共に、前記粉体用バルブを所定の開度まで閉じ、
   前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量となるための前記所定時間経過前における予定粉体流量よりも、前記粉体流量が少なくなり次第、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブの少なくとも一方を、前記粉体流量が前記予定粉体流量となるように、前記粉体流量の情報に基づいて制御する
   ことを特徴とする粉体供給装置。
2. 前記予定粉体流量は、前記急速減負荷モードとなる直前の前記粉体流量に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。
3. 前記粉体輸送配管には、粉体流量計が接続されており、
   前記制御部は、前記予定粉体流量よりも前記粉体流量が少なくなり次第、前記粉体流量計からの情報に基づいて、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブを制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体供給装置。
4. 前記制御部は、前記粉体用バルブを所定の開度まで閉じる前に、前記内圧調節弁を前記排気状態とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粉体供給装置。
5. フィードタンク内の粉体を前記フィードタンクに接続された粉体輸送配管から前記フィードタンク外に供給する粉体供給方法であって、
   前記フィードタンク外に供給される粉体流量を所定時間後に所定量まで減らす急速減負荷モードにおいて、
   前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量よりも少なくなるように前記フィードタンクに接続される内圧調節弁が前記フィードタンク内の圧力を減らす排気状態とされると共に、前記粉体輸送配管に接続される粉体用バルブが所定の開度まで閉じられ、
   前記粉体流量が前記所定時間後に前記所定量となるための前記所定時間経過前における予定粉体流量よりも、前記粉体流量が少なくなり次第、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブの少なくとも一方が、前記粉体流量が前記予定粉体流量となるように、前記粉体流量の情報に基づいて調節される
   ことを特徴とする粉体供給方法。
6. 前記予定粉体流量は、前記急速減負荷モードとなる直前の前記粉体流量に基づいて定められることを特徴とする請求項５に記載の粉体供給方法。
7. 前記予定粉体流量よりも前記粉体流量が少なくなり次第、前記粉体輸送配管に接続される粉体流量計からの情報に基づいて、前記内圧調節弁及び前記粉体用バルブは調節されることを特徴とする請求項５または６に記載の粉体供給方法。
8. 前記粉体用バルブが所定の開度まで閉じられる前に、前記内圧調節弁が前記排気状態とされることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の粉体供給方法。

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