JP6943167B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラシステムに関するものである。

近年、環境意識の高まり等から火力発電所等に設置されるボイラシステムにおいて、バイオマス燃料が用いられている。このようなボイラシステムでは、ボイラの火炉内部にてバイオマス燃料を燃焼させることによって熱エネルギを取り出している。例えば、特許文献１には、バイオマス燃料と石炭燃料と両方の燃料を同時に燃焼させる混焼ボイラを備えるボイラシステムが開示されている。

特開２００６−２６３７００号公報

ところで、周知のようにバイオマス燃料は、生物由来の有機性資源を含む燃料であり、含まれる有機性資源によって成分が大きく異なる。このため、バイオマス燃料には、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）といったアルカリ成分に加えて、多量の塩化物イオンが含まれる場合がある。しかしながら、このようなバイオマス燃料をボイラにて燃焼させると、火炉の伝熱管に塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）や塩化カリウム（ＫＣｌ）が析出し、火炉の伝熱管等が腐食してしまう。近年においては、パームヤシからパーム油を搾り取った後の残渣等をバイオマス燃料として有効活用する試みがなされている。しかしながら、このようなパームヤシの残渣からなるバイオマス燃料には多くの塩化物イオンが含まれている。このため、現状においては、このような有効活用すべきバイオマス燃料をボイラで燃焼させることができず、ボイラにおいて使用可能なバイオマス燃料が制限されている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バイオマス燃料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムにおいて、塩化物イオンを多く含むバイオマス燃料を使用可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、バイオマス燃料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムであって、石炭燃料を燃焼させて生成された石炭燃焼灰を上記ボイラに供給する石炭燃焼灰供給部を備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記ボイラが、上記バイオマス燃料を燃料とするバイオマス燃焼バーナと、上記石炭燃料を燃料とする微粉炭燃焼バーナとを有する混焼ボイラであり、上記石炭燃焼灰供給部が、上記混焼ボイラで生成された燃焼灰を上記ボイラに還流させることにより上記石炭燃焼灰を上記ボイラに供給するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記混焼ボイラが、複数の上記バイオマス燃焼バーナを含むバイオマス燃焼バーナ群と、複数の上記微粉炭燃焼バーナを含む微粉炭燃焼バーナ群とを有し、上記石炭燃焼灰供給部が、上記バイオマス燃焼バーナ群の配置位置に上記石炭燃焼灰を供給するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記ボイラが備える火炉の内壁面に向けて空気を供給する空気供給部を備え、上記石炭燃焼灰供給部が、上記石炭燃焼灰を貯蔵する貯蔵部と上記空気供給部とを接続する接続配管と、上記接続配管の開閉を行う開閉バルブとを備えるという構成を採用する。

石炭燃料を燃焼させることで生成された石炭燃焼灰には多くの硫黄（Ｓ）が含まれている。硫黄（Ｓ）は、塩素（Ｃｌ）と比較して、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）と結びつきやすい。本発明によれば、このような硫黄（Ｓ）を含む石炭燃焼灰が石炭燃焼灰供給部によってバイオマス燃料が燃焼されるボイラに供給される。このため、ボイラの火炉の内部にて、腐食の原因となる塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）や塩化カリウム（ＫＣｌ）が生成されることを防止することができ、火炉の伝熱管等が腐食することを防止することができる。したがって、本発明によれば、バイオマス燃料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムにおいて、塩化物イオンを多く含むバイオマス燃料を使用することが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるボイラシステムの概略構成を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態におけるボイラシステムが備える石炭燃焼灰供給部と混焼ボイラとを含む模式的な平面図である。 本発明の第２実施形態におけるボイラシステムの概略構成を示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るボイラシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態のボイラシステム１の概略構成を示すフロー図である。この図に示すように、本実施形態のボイラシステム１は、混焼ボイラ２と、脱硝装置３と、エアヒータ４と、バグフィルタ５と、誘引ファン６と、脱硫装置７と、灰貯蔵サイロ８（灰貯蔵部）と、石炭燃焼灰供給部９とを備えている。

混焼ボイラ２は、多数の伝熱管によって形成された火炉２ａと、火炉２ａに設置された複数のバーナ２ｂとを備えている。なお、図１では省略しているが、混焼ボイラ２は、再熱器や過熱器等を備えている。火炉２ａは、内部に水が流れる伝熱管を多数接続することにより形成されており、内部にて石炭燃料やバイオマス燃料が燃焼される。

バーナ２ｂは、火炉２ａの壁部に設けられており、石炭燃料やバイオマス燃料を燃料として火炎を形成する。図１に示すように、バーナ２ｂは、互いに対向するようにして、火炉２ａの正面側の壁部と背面側の壁部に対して複数設けられている。なお、本実施形態においては、火炉２ａの正面側に配置されたバーナ２ｂが石炭燃料を燃料として火炎を形成する微粉炭燃焼バーナ２ｃ（石炭燃焼バーナ）と、火炉２ａの背面側に配置されたバーナ２ｂがバイオマス燃料を燃料として火炎を形成するバイオマス燃焼バーナ２ｄとされている。つまり、本実施形態においては、混焼ボイラ２が、複数の微粉炭燃焼バーナ２ｃを含む微粉炭燃焼バーナ群２Ｃ（石炭燃焼バーナ群）と、複数のバイオマス燃焼バーナ２ｄを含むバイオマス燃焼バーナ群２Ｄとを有している。

微粉炭燃焼バーナ２ｃは、不図示の微粉炭ミルと接続されており、微粉炭ミルから石炭を微粉炭として供給される。また、バイオマス燃焼バーナ２ｄは、不図示のバイオマスミルと接続されており、バイオマスミルから粉砕されたバイオマス燃料を供給される。なお、図１で示す微粉炭燃焼バーナ２ｃに対してバイオマスミルを接続してバイオマス燃焼バーナ２ｄとして使用することや、図１で示すバイオマス燃焼バーナ２ｄに対して微粉炭ミルを接続して微粉炭燃焼バーナ２ｃとして使用することも可能である。つまり、バーナ２ｂは、接続先を微粉炭ミルとバイオマスミルとで変更することによって、微粉炭燃焼バーナ２ｃ及びバイオマス燃焼バーナ２ｄのいずれとしても使用することができる。よって、混焼ボイラ２は、石炭燃料の専焼ボイラとして用いることや、バイオマス燃料の専焼ボイラとして用いることも可能な構造とされている。

脱硝装置３は、混焼ボイラ２に接続されており、窒素酸化物を還元することによって、混焼ボイラ２で発生した燃焼ガス中から窒素酸化物を除去する。エアヒータ４は、脱硝装置３と接続されている。このエアヒータ４は、バーナ２ｂに供給する燃焼空気と燃焼ガスとを熱交換することによって、燃焼ガスを冷却すると共にバーナ２ｂに供給する燃焼空気を加熱する。バグフィルタ５は、エアヒータ４に接続されており、燃焼ガスに含まれる塵をフィルタによって燃焼ガス中から除去する。誘引ファン６は、エアヒータ４と脱硫装置７との間に設置されており、混焼ボイラ２から脱硫装置７に向かう燃焼ガスの流れを形成する。脱硫装置７は、誘引ファン６を挟んでバグフィルタ５と接続されており、燃焼ガスに残存する硫黄（Ｓ）成分を除去する。

灰貯蔵サイロ８は、混焼ボイラ２、脱硝装置３、エアヒータ４及びバグフィルタ５と接続されており、混焼ボイラ２、脱硝装置３、エアヒータ４及びバグフィルタ５で燃焼ガスから取り除かれた燃焼灰を貯蔵する。なお、このような燃焼灰には、微粉炭燃焼バーナ２ｃによって石炭燃料を燃焼させることで生成された石炭燃焼灰と、バイオマス燃焼バーナ２ｄによってバイオマス燃料を燃焼させることで生成されたバイオマス燃焼灰とが含まれている。なお、石炭燃焼灰には、多くの硫黄（Ｓ）成分が含まれている。

石炭燃焼灰供給部９は、空気供給部１０と、接続配管１１と、開閉バルブ１２とを備えている。空気供給部１０は、エアファン１０ａと、配管１０ｂとを備えている。エアファン１０ａは、配管１０ｂを介して混焼ボイラ２の内部に空気を送り込む。配管１０ｂは、根元部分がエアファン１０ａと接続され、先端部分が混焼ボイラ２と接続され、エアファン１０ａによって送り出された空気を混焼ボイラ２に案内する。この配管１０ｂの先端側は、混焼ボイラ２の微粉炭燃焼バーナ群２Ｃの配置位置と、混焼ボイラ２のバイオマス燃焼バーナ群２Ｄの配置位置とに分岐して接続されている。なお、分岐された配管１０ｂの先端側の一方（微粉炭燃焼バーナ群２Ｃの配置位置に接続される方）を第１分岐管１０ｃと称し、分岐された配管１０ｂの先端側の他方（バイオマス燃焼バーナ群２Ｄの配置位置に接続される方）を第２分岐管１０ｄと称する。

図２は、石炭燃焼灰供給部９と混焼ボイラ２とを含む模式的な平面図である。図２に示すように、第１分岐管１０ｃは、混焼ボイラ２と接続される先端側がさらに分岐し、水平に複数（図２おいては４つ）配列された微粉炭燃焼バーナ２ｃと火炉２ａの側壁２ａ１との間の位置にて混焼ボイラ２と接続されている。また、第２分岐管１０ｄは、混焼ボイラ２と接続される先端側がさらに分岐し、水平に複数（図２においては４つ）配列されたバイオマス燃焼バーナ２ｄと火炉２ａの側壁２ａ１との間の位置にて混焼ボイラ２と接続されている。これらの第１分岐管１０ｃ及び第２分岐管１０ｄは、エアファン１０ａによって送り込まれた空気を、火炉２ａの側壁２ａ１の内壁面に向けて噴射する。

このような空気供給部１０は、火炉２ａの側壁２ａ１の内壁面に向けて空気を供給することによって、火炉２ａの側壁２ａ１の近傍で酸素不足により硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が生成されることを抑止し、火炉２ａの側壁２ａ１が腐食することを防止する。つまり、本実施形態の石炭燃焼灰供給部９は、火炉２ａの側壁２ａ１の近傍で酸素不足が生じることを防止するための空気供給部１０を取り込んで構成されている。

接続配管１１は、灰貯蔵サイロ８と、空気供給部１０とを接続する配管であり、灰貯蔵サイロ８に貯蔵された燃焼灰を空気供給部１０に案内する。接続配管１１は、空気供給部１０の第１分岐管１０ｃと第２分岐管１０ｄとの各々に対して設けられている。つまり、本実施形態においては、接続配管１１が２本設けられている。開閉バルブ１２は、各々の接続配管１１の途中部位に設けられている。つまり、本実施形態においては、開閉バルブ１２も２つ設けられている。これらの開閉バルブ１２は、接続配管１１の開閉を行う。

このような石炭燃焼灰供給部９は、開閉バルブ１２によって接続配管１１を開放し、混焼ボイラ２で生成された燃焼灰を混焼ボイラ２に還流させることにより石炭燃焼灰を混焼ボイラ２に供給する。なお、本実施形態においては、バイオマス燃焼バーナ群２Ｄの配置領域に接続された第２分岐管１０ｄにのみから燃焼灰を混焼ボイラ２に供給する。このため、第２分岐管１０ｄに接続された接続配管１１に設けられた開閉バルブ１２を開状態とし、第１分岐管１０ｃに接続された接続配管１１に設けられた開閉バルブ１２を閉状態とする。これによって、バイオマス燃焼バーナ２ｄの周辺のみに燃焼灰が還流され、微粉炭燃焼バーナ２ｃの周辺には燃焼灰は供給されない。このため、混焼ボイラ２の内部のバイオマス燃焼バーナ２ｄの周辺のみに局所的に燃焼灰を供給することができる。

以上のような構成の本実施形態のボイラシステム１では、不図示の微粉炭ミルから供給される微粉炭が燃焼空気と共に微粉炭燃焼バーナ２ｃで燃焼され、不図示のバイオマスミルから供給されるバイオマス燃料が燃焼空気と共にバイオマス燃焼バーナ２ｄで燃焼され、熱エネルギが生成される。このとき、誘引ファン６によって混焼ボイラ２の火炉２ａの内部から燃焼ガスが排出され、排出された燃焼ガスが、脱硝装置３、エアヒータ４、バグフィルタ５、脱硫装置７に順次流れる。燃焼ガスは、脱硝装置３において窒素酸化物が取り除かれ、エアヒータ４において燃焼空気と熱交換され、バグフィルタ５において塵（燃焼灰）を除去され、脱硫装置７において残留する硫黄（Ｓ）成分が取り除かれ、その後不図示の煙突を介して大気開放される。

また、石炭燃焼灰を含む燃焼灰は、混焼ボイラ２と、脱硝装置３と、エアヒータ４と、バグフィルタ５とで回収され、灰貯蔵サイロ８で貯蔵される。一方、空気供給部１０は、エアファン１０ａによって配管１０ｂを介して、バーナ２ｂと火炉２ａの側壁２ａ１との間の酸素濃度が低下する領域に空気を供給する。このとき、本実施形態のボイラシステム１では、第２分岐管１０ｄと灰貯蔵サイロ８とを接続する接続配管１１に設けられた開閉バルブ１２が開放されているため、灰貯蔵サイロ８に貯蔵された燃焼灰の一部がバイオマス燃焼バーナ２ｄの周辺に還流される。このように、硫黄（Ｓ）が含まれた燃焼灰をバイオマス燃焼バーナ２ｄの周辺に供給すると、バイオマス燃料が燃焼されて発生する塩素（Ｃｌ）成分がナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）と結びつかず、伝熱管等に析出しない。この結果、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）や塩化カリウム（ＫＣｌ）が発生することを抑制される。

以上のような本実施形態のボイラシステム１によれば、硫黄（Ｓ）を含む石炭燃焼灰が石炭燃焼灰供給部９によってバイオマス燃料が燃焼される混焼ボイラ２に供給される。このため、混焼ボイラ２の火炉２ａの内部にて、腐食の原因となる塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）や塩化カリウム（ＫＣｌ）が生成されることを防止することができ、火炉２ａの伝熱管等が腐食することを防止することができる。したがって、本実施形態のボイラシステム１によれば、塩化物イオンを多く含むバイオマス燃料を使用することが可能となる。

また、本実施形態のボイラシステム１においては、ボイラとして、バイオマス燃料を燃料とするバイオマス燃焼バーナ２ｄと、石炭燃料を燃料とする微粉炭燃焼バーナ２ｃとを有する混焼ボイラ２を備えている。また、石炭燃焼灰供給部９は、混焼ボイラ２で生成された燃焼灰を混焼ボイラ２に還流させることにより石炭燃焼灰を混焼ボイラ２に供給する。このため、外部から硫黄（Ｓ）を補完することなく、混焼ボイラ２のバイオマス燃焼バーナ２ｄの近傍に硫黄（Ｓ）を供給することが可能となる。

また、本実施形態のボイラシステム１においては、混焼ボイラ２が、複数のバイオマス燃焼バーナ２ｄを含むバイオマス燃焼バーナ群２Ｄと、複数の微粉炭燃焼バーナ２ｃを含む微粉炭燃焼バーナ群２Ｃとを有し、石炭燃焼灰供給部９は、バイオマス燃焼バーナ群２Ｄの配置位置に石炭燃焼灰を供給する。つまり、本実施形態のボイラシステム１においては、バイオマス燃焼バーナ２ｄがバイオマス燃焼バーナ群２Ｄとして纏めて配置されており、このバイオマス燃焼バーナ２ｄが纏められた領域に対して石炭燃焼灰が供給されている。このため、石炭燃焼灰を混焼ボイラ２の一部領域のみに局所的に供給することで、効果的に伝熱管等の腐食を防止することができる。

また、本実施形態のボイラシステム１においては、混焼ボイラ２が備える火炉２ａの内壁面に向けて空気を供給する空気供給部１０を備え、石炭燃焼灰供給部９が、石炭燃焼灰を貯蔵する灰貯蔵サイロ８と空気供給部１０とを接続する接続配管１１と、接続配管１１の開閉を行う開閉バルブ１２とを備えている。このような本実施形態のボイラシステム１においては、火炉２ａの内壁面に向けて空気を供給する空気供給部１０を石炭燃焼灰供給部９の一部として用いることができる。このため、石炭燃焼灰供給部９の全てを別途備えるよりも、ボイラシステム１の全体構成を簡素化することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本第２実施形態のボイラシステム２０の概略構成を示すフロー図である。この図に示すように、本実施形態のボイラシステム２０は、ボイラとして、石炭のみを燃料とする石炭専焼ボイラ２１と、バイオマスのみを燃料とするバイオマス専焼ボイラ２２とを備えている。なお、図３に示すように、石炭専焼ボイラ２１とバイオマス専焼ボイラ２２との各々に対して、脱硝装置３と、エアヒータ４と、バグフィルタ５と、誘引ファン６と、脱硫装置７と、灰貯蔵サイロ８とが設けられている。

本実施形態において、石炭燃焼灰供給部９は、石炭専焼ボイラ２１で発生した石炭燃焼灰を貯蔵する灰貯蔵サイロ８から、バイオマス専焼ボイラ２２に対して、燃焼灰を供給する。このとき、開閉バルブ１２はいずれも開状態とされる。本実施形態のように、石炭専焼ボイラ２１で発生した石炭燃焼灰を貯蔵する灰貯蔵サイロ８から、バイオマス専焼ボイラ２２に燃焼灰を供給することによって、バイオマス専焼ボイラ２２における火炉２ａの腐食をより確実に防止することができる。

なお、本実施形態の変形例として、石炭専焼ボイラ２１に換えて混焼ボイラ２を設置したり、バイオマス専焼ボイラ２２に換えて混焼ボイラ２を設置したりしても良い。このように、石炭を燃焼するいずれかのボイラで発生した燃焼灰を他のボイラに供給する構成を採用することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、空気供給部１０を備える石炭燃焼灰供給部９を用いて、燃焼灰をボイラに供給する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃焼灰を空気供給部１０とは別の機構によってボイラに供給するようにしても良い。また、バーナ２ｂに供給する燃焼空気の流れに乗せて、燃焼灰をボイラに供給する構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、ボイラシステム１あるいはボイラシステム２０で発生した燃焼灰をボイラに供給する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、外部から搬送されてきた石炭燃焼灰をボイラに供給するようにしても良い。

また、上記実施形態において、灰貯蔵サイロ８に貯蔵された燃焼灰が凝集等により固まっている場合には、灰貯蔵サイロ８からボイラに供給する際に燃焼灰を分散させる分散装置（例えば撹拌機）を備えるようにしても良い。

１……ボイラシステム
２……混焼ボイラ（ボイラ）
２ａ……火炉
２ａ１……側壁
２ｂ……バーナ
２ｃ……微粉炭燃焼バーナ（石炭燃焼バーナ）
２Ｃ……微粉炭燃焼バーナ群（石炭燃焼バーナ群）
２ｄ……バイオマス燃焼バーナ
２Ｄ……バイオマス燃焼バーナ群
３……脱硝装置
４……エアヒータ
５……バグフィルタ
６……誘引ファン
７……脱硫装置
８……灰貯蔵サイロ（灰貯蔵部）
９……石炭燃焼灰供給部
１０……空気供給部
１０ａ……エアファン
１０ｂ……配管
１０ｃ……第１分岐管
１０ｄ……第２分岐管
１１……接続配管
１２……開閉バルブ
２０……ボイラシステム
２１……石炭専焼ボイラ
２２……バイオマス専焼ボイラ

Claims (5)

1. バイオマス燃料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムであって、
   石炭燃料を燃焼させて生成された石炭燃焼灰を前記バイオマス燃料と別経路にて前記ボイラに供給する石炭燃焼灰供給部を備えることを特徴とするボイラシステム。
2. 前記ボイラは、前記バイオマス燃料を燃料とするバイオマス燃焼バーナと、前記石炭燃料を燃料とする微粉炭燃焼バーナとを有する混焼ボイラであり、
   前記石炭燃焼灰供給部は、前記混焼ボイラで生成された燃焼灰を前記ボイラに還流させることにより前記石炭燃焼灰を前記ボイラに供給する
   ことを特徴とする請求項１記載のボイラシステム。
3. 前記混焼ボイラは、複数の前記バイオマス燃焼バーナを含むバイオマス燃焼バーナ群と、複数の前記微粉炭燃焼バーナを含む微粉炭燃焼バーナ群とを有し、
   前記石炭燃焼灰供給部は、前記バイオマス燃焼バーナ群の配置位置に前記石炭燃焼灰を供給する
   ことを特徴とする請求項２記載のボイラシステム。
4. 前記ボイラが備える火炉の内壁面に向けて空気を供給する空気供給部を備え、
   前記石炭燃焼灰供給部は、前記石炭燃焼灰を貯蔵する貯蔵部と前記空気供給部とを接続する接続配管と、前記接続配管の開閉を行う開閉バルブとを備える
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のボイラシステム。
5. バイオマス燃料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムであって、
   石炭燃料を燃焼させて生成された石炭燃焼灰を前記ボイラに供給する石炭燃焼灰供給部を備え、
   前記ボイラが備える火炉の内壁面に向けて空気を供給する空気供給部を備え、
   前記石炭燃焼灰供給部は、前記石炭燃焼灰を貯蔵する貯蔵部と前記空気供給部とを接続する接続配管と、前記接続配管の開閉を行う開閉バルブとを備える
   ことを特徴とするボイラシステム。

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