JP5490751B2 - 循環流動層ボイラ用の添加剤及び循環流動層ボイラの運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、循環流動層ボイラのアグロメレーションを抑制するための循環流動層ボイラ用添加剤及びこれを用いた循環流動層ボイラの運転方法に関するものである。
従来、ボイラ用の添加剤に関する技術として、下記特許文献１に記載の添加剤が知られている。この添加剤は、ボイラの排煙から硫黄酸化物を除去するためのものであり、粒径等を規定した炭酸カルシウム粉体からなるものである。また、循環流動層ボイラのアグロメレーションを抑制する添加剤として、ドロマイト等の鉱物を炉内に添加することも知られている。
アグロメレーション抑制のための添加剤としては、鉱物の粒子を分級し所定粒径以下の粒子を選択的に添加剤として採用することが考えられる。添加剤として選択された粒子のうち粒径が比較的大きいものは、循環流動層ボイラの火炉内で徐々に破壊されながら細かい粒子（粒径１００μｍ程度）になったところでアグロメレーションの原因物質と効率よく反応し、アグロメレーション抑制の機能が発揮される。しかしながら、添加剤として選択された粒子のうち最初から粒径が小さいものは、軽量ゆえに、アグロメレーション原因物質と反応する前に排ガスと一緒にボイラ外に排出される場合もある。このように、未反応でボイラ外に排出される粒子が発生するので、無駄になる分を含めて多くの添加剤を炉内に添加する必要があった。
このような事情に鑑み、本発明は、ボイラへの添加量を低減することができる循環流動層ボイラ用添加剤及びこれを用いた循環流動層ボイラの運転方法を提供することを目的とする。
本発明の循環流動層ボイラ用の添加剤は、循環流動層ボイラのアグロメレーションを抑制するための循環流動層ボイラ用添加剤であって、アグロメレーション抑制の有効成分を含み粒径１００μｍ以下に微粉化された有効成分材料が、熱可塑性樹脂で固められ固形化されてなることを特徴とする。
この添加剤を循環流動層ボイラの火炉に投入した場合、投入当初は、有効成分材料が熱可塑性樹脂に固められた状態で存在するので、ボイラ外に排出される可能性も低く、ある程度の時間炉底に滞在する。添加剤の熱可塑性樹脂が燃焼するに従って、微粉の有効成分材料が少しずつ添加剤から離れ、少しずつ火炉内に放出される。このとき放出される有効成分材料は粒径１００μｍ以下の微粒子であるので、火炉内でアグロメレーションの原因物質と効率よく反応し、アグロメレーション抑制に寄与する。このように、無駄にボイラ外に排出される有効成分材料が低減されると共に、微粉の有効成分材料が効率良くアグロメレーション抑制の機能を発揮する。その結果、ボイラに添加すべき添加剤の量を低減することができる。
また、熱可塑性樹脂は、Ｃｌ、Ｓ及びＮを何れも含まない分子式で表される樹脂であることとしてもよい。また、熱可塑性樹脂は、Ｃ及びＨのみを含む分子式、又はＣ、Ｈ及びＯのみを含む分子式で表される樹脂であることとしてもよい。この場合、熱可塑性樹脂が循環流動層ボイラの火炉内で燃焼した際に、塩素系、硫黄酸化物系、窒素酸化物系のガスの発生源にならず、上記のガスに起因するボイラの不具合や劣化等を抑えることができる。
また、熱可塑性樹脂の重量が全体の５０重量％以下であることとしてもよい。この場合、熱可塑性樹脂の含有率を５０重量％以下にすることで、有効成分材料の含有率を大きくすることができ、ボイラに添加すべき添加剤の重量を低減することができる。
本発明の循環流動層ボイラの運転方法は、上記何れかの循環流動層ボイラ用の添加剤を火炉に投入する工程を備えたことを特徴とする。この運転方法によれば、添加剤の添加量を低減することができる。
本発明の循環流動層ボイラ用の添加剤及び循環流動層ボイラの運転方法によれば、ボイラへの添加剤の添加量を低減することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る循環流動層ボイラ用の添加剤及び循環流動層ボイラの運転方法の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の添加剤は、循環流動層ボイラのアグロメレーションを抑制するために、循環流動層ボイラの火炉に投入されて使用されるものである。当該添加剤は、ボイラの搬送装置等で円滑に搬送されるように、ペレットに加工されている。図１は、本実施形態の添加剤ペレット１の一粒子の断面図を示したものである。
図１に示すように、添加剤ペレット１は、アグロメレーション抑制の有効成分を含む微粉が、熱可塑性樹脂ペレットに埋め込まれた形態をなしている。具体的には、添加剤ペレット１は、アグロメレーション抑制の有効成分が微粉化されてなる有効成分材料３の粒子と、当該粒子を固めるバインダ部分として機能する熱可塑性樹脂５とを含んでいる。すなわち、添加剤１は、有効成分材料３の微粉が熱可塑性樹脂５で固められ固形化されたものである。
有効成分材料３としては、ドロマイト(dolomite)、アンケル石(ankerite)、クホナホラ石(Kutnohorite)、minrecordite、norsethite、方解石、又は菱苦土石といった鉱物が好適に用いられる。これらの鉱物は、アグロメレーション抑制の有効成分を含んでいる。各有効成分は、火炉内でアグロメレーションの原因物質と反応することで、アグロメレーション抑制に寄与する。ドロマイトに含まれる有効成分はCaMg(CO3)2であり、アンケル石に含まれる有効成分は、Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2であり、クホナホラ石に含まれる有効成分はCaMn(CO3)2であり、minrecorditeに含まれる有効成分はCaZn(CO3)2であり、norsethiteに含まれる有効成分はBaMg(CO3)2であり、方解石に含まれる有効成分はCaCO3であり、菱苦土石に含まれる有効成分はMgCO3である。
また、上記の各鉱物に含まれる有効成分CaMg(CO3)2、Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2、CaMn(CO3)2、CaZn(CO3)2、BaMg(CO3)2、CaCO3、又はMgCO3の試薬を、直接有効成分材料３として用いてもよい。
有効成分材料３は、粒径１００μｍ以下に微粉化された微粉の態様をなす。例えば、原石山から採取した上記鉱物、又は市販の上記試薬を、ボールミル等の粉砕器で粉砕し、微粉の有効成分材料３を得るものとする。このような有効成分材料３は、循環流動層ボイラの火炉内でアグロメレーションの原因物質と反応する。図１は説明を容易にするため寸法を誇張して図示しており、構成要素同士の寸法比は実物とは必ずしも一致しない。なお、アグロメレーションの原因物質との反応性を高める観点から、有効成分材料３の粒径は小さいほど好ましいので、有効成分材料３は、更に細かく微粉化してもよい。
熱可塑性樹脂５としては、Ｃｌ、Ｓ及びＮを何れも含まない分子式で表される樹脂を採用する。または、熱可塑性樹脂５としては、Ｃ及びＨのみを含む分子式で表される樹脂を採用する。または、熱可塑性樹脂５としては、Ｃ、Ｈ及びＯのみを含む分子式で表される樹脂を採用する。これらの分子式で表される樹脂は、循環流動層ボイラの火炉で燃焼しても、塩素系、硫黄酸化物系、窒素酸化物系のガスの発生源にはならない。このような熱可塑性樹脂５の例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール等が挙げられる。
また、熱可塑性樹脂５の重量が添加剤ペレット１全体の５０重量％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂５の含有率を５０重量％以下にすることで、有効成分材料３の含有率を大きくすることができる。その結果、循環流動層ボイラに添加すべき必要な添加剤ペレット１の重量を低減することができる。なお、有効成分材料３の含有率を大きくするためには、熱可塑性樹脂５は少ないほど好ましいので、有効成分材料３の微粉を固める機能を維持することができる限界まで熱可塑性樹脂５の含有量を減じることが好ましい。
添加剤ペレット１の製作は、例えば図２に示す樹脂成型機１０を用いて次のように行われる。樹脂成型機１０の二材料混合ホッパ１１に、微粉化された有効成分材料３と熱可塑性樹脂の樹脂ペレットとが投入される。有効成分材料３と熱可塑性樹脂ペレットとが、二材料混合ホッパ１１で混合され、定量フィーダ１３により定量ずつ樹脂押出機１５に送られる。有効成分材料３と熱可塑性樹脂材料とが樹脂押出機１５内で混練溶融され、樹脂押出機１５の先端部から排出される。排出された混合溶融物が樹脂冷却装置１７で冷却され固化する。固化された混合物は、樹脂冷却装置１７に接続されたペレタイザー１９に送られ、例えば粒径３〜３０ｍｍ程度にペレット化され、添加剤ペレット１が完成する。なお、樹脂成型機１０としては公知の装置を用いればよいので、樹脂成型機１０の更なる詳細な説明は省略する。
続いて、上述の添加剤ペレット１を用いた循環流動層ボイラの運転方法の一例について説明する。
図３に、添加剤ペレット１が用いられる外部循環型（CirculatingFluidized Bed型）の循環流動層ボイラ５１を示す。循環流動層ボイラ５１は、縦長箱体形状をなす流動層型の火炉５３を備えている。火炉５３の中間部には燃料を投入する燃料投入口５３ａ、上部には燃焼ガスを排出するガス出口５３ｂが設けられている。燃料投入装置５５からこの火炉５３に供給される燃料は、燃料投入口５３ａを通じて火炉５３の内部に投入される。
火炉５３のガス出口５３ｂには固気分離装置として機能するサイクロン５７が接続されている。サイクロン５７の排出口５７ａはガスラインを介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン５７の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン５９が下方に延びており、リターンライン５９の下端はループシール（図示省略）を介して火炉５３の下部側面に接続されている。
火炉５３内では、下部の給気ライン５３ｃから導入される燃焼・流動用の空気により、上記投入口５３ａから投入された燃料を含む固形物が流動し、燃料は流動しながら約８００〜９００℃で燃焼する。サイクロン５７には、火炉５３で発生した燃焼ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン５７は、遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離し、分離された固体粒子をリターンライン５９を通して火炉５３に戻すと共に、固体粒子が除かれた燃焼ガスを排出口５７ａからガスラインを通じて後段のガス処理系に送出する。
上記のガス処理系は、サイクロン５７のガス排出口５７ａにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置６３と、このガス熱交換装置６３の排出口６３ａにガスラインを介して接続されたバグフィルタ（集塵器）６５とを備えている。ガス熱交換装置６３には、排ガスの流路を横切るように水を流動させるボイラチューブ６３ｂが設けられている。サイクロン５７から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ６３ｂに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水に回収され、発生した高温の水蒸気がボイラチューブ６３ｂを通じて発電用のタービンに送られる。バグフィルタ６５は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。バグフィルタ６５の排出口６５ａから排出された清浄なガスはガスライン及びポンプ６７を経由して煙突６９から外部に排出される。
このような循環流動層ボイラ５１においては、火炉５３とダウンカマー５９との間で流動砂が循環しており、流動砂の粒子同士が接合され塊化するアグロメレーションと呼ばれる現象が発生する。アグロメレーションが発生すると流動砂の流動不良が発生するので、アグロメレーションを適切に抑制すべく、前述の添加剤ペレット１が用いられる。すなわち、循環流動層ボイラ５１の運転方法においては、運転中に、添加剤投入装置５６を通じて、添加剤ペレット１を添加剤投入口５３ｊから火炉５３内に投入する工程が実行される。
続いて、添加剤ペレット１及びこれを用いた循環流動層ボイラ５１の運転方法による作用効果について説明する。
ここで、アグロメレーション抑制のための添加剤としては、ある程度の時間火炉５３の炉底に溜まり、徐々に細かく分解されて反応性が高い微粒子（粒径１００μｍ以下）となり、アグロメレーションの原因物質と反応することが理想的である。
添加剤ペレット１が循環流動層ボイラ５１の火炉５３に投入されると、投入当初は、有効成分材料３が熱可塑性樹脂５に固められた状態で存在するので、ボイラ外に排出される可能性も低く、ある程度の時間炉底に滞在する。添加剤ペレット１の熱可塑性樹脂５が燃焼するに従って、微粉の有効成分材料３が少しずつ添加剤ペレット１から離れ、少しずつ火炉５３内に放出される。このとき放出される有効成分材料３は粒径１００μｍ以下の微粒子であるので、火炉５３内でアグロメレーションの原因物質と効率よく反応し、アグロメレーション抑制に寄与する。このように、添加剤ペレット１に含まれる有効成分材料３が、前述した理想に近い挙動を示すので、無駄にボイラ５１外に排出される有効成分材料３が低減されると共に、微粉の有効成分材料３が火炉５３内で効率良くアグロメレーション抑制の機能を発揮する。以上の結果、添加剤ペレット１の構成及びこの添加剤ペレット１を用いた運転方法によれば、ボイラ５１に添加すべき添加剤ペレット１の量を低減することができる。
また、前述したように、熱可塑性樹脂５が火炉５３で燃焼しても、塩素系、硫黄酸化物系、窒素酸化物系のガスを発生源にならないので、この種のガスに起因する循環流動層ボイラ５１の不具合や劣化等を抑えることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
１…添加剤ペレット（添加剤）、３…有効成分材料、５…熱可塑性樹脂、５１…循環流動層ボイラ、５３…火炉。
Claims (5)
- 循環流動層ボイラのアグロメレーションを抑制するための循環流動層ボイラ用の添加剤であって、
アグロメレーション抑制の有効成分を含み粒径１００μｍ以下に微粉化された有効成分材料が、熱可塑性樹脂で固められ固形化されてなることを特徴とする循環流動層ボイラ用の添加剤。 - 前記熱可塑性樹脂は、
Ｃｌ、Ｓ及びＮを何れも含まない分子式で表される樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ボイラ用の添加剤。 - 前記熱可塑性樹脂は、
Ｃ及びＨのみを含む分子式、又はＣ、Ｈ及びＯのみを含む分子式で表される樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ボイラ用の添加剤。 - 前記熱可塑性樹脂の重量が全体の５０重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の循環流動層ボイラ用の添加剤。
- 請求項１〜４の何れか１項に記載の循環流動層ボイラ用の添加剤を火炉に投入する工程を備えたことを特徴とする循環流動層ボイラの運転方法。
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