JP7067042B2

JP7067042B2 - 循環流動床ボイラー用の石灰石予備供給設備及び予備供給方法

Info

Publication number: JP7067042B2
Application number: JP2017237810A
Authority: JP
Inventors: 周悟梶原
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019105399A

Description

本発明は、循環流動床ボイラーに付随して設けられている石灰石供給設備の停止時に使用される石灰石予備供給設備及びこれを用いた石灰石の予備供給方法に関する。

循環流動床（ＣｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄ）ボイラー（以降、ＣＦＢボイラーとも称する）は、例えば特許文献１に記載のように、火炉（コンバスタ）の上部から飛び出た流動砂や燃料をサイクロンで捕集して再び火炉に戻す構造になっており、流動床（ＢｕｂｂｌｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄ）ボイラーに比べて火炉内のガス速度（空塔速度）を上げることができるので、該火炉内の粒子やガスの混合を活発化させて燃焼効率を向上させることが可能になる。

また、一般的なボイラーでは火炉内の燃焼温度が１,４００～１,５００℃であるのに対し、ＣＦＢボイラーでは８００～９００℃程度に抑えることができるので、燃焼温度に依存して発生するサーマルＮＯ_Ｘの生成量を抑制することができる。更に、ＣＦＢボイラーでは火炉内に脱硫剤として石灰石を供給することにより、火炉内で下記反応式１に示す脱硫反応を生じさせることができるので、排煙脱硫装置が不要になるか、もしくは簡略化した脱硫装置で済ませることが可能になる。
［反応式１］
ＣａＣＯ_３＋ＳＯ_２＋１／２Ｏ_２→ＣａＳＯ_４＋ＣＯ_２

特開平６－２８１１０８号公報

ＣＦＢボイラーには一般的に上記の脱硫剤としての石灰石の供給設備として、石灰石を貯留するサイロと、その底部に設けられた定量切出装置を介して切り出された石灰石をＣＦＢボイラーまで搬送する搬送装置とが設けられており、当該搬送装置には輸送媒体として圧縮空気を用いた空気輸送によりＣＦＢボイラーの火炉内へ連続的に供給する方式が採用される場合が多い。この石灰石供給設備が機器の故障や配管閉塞等で停止した場合、火炉内では脱硫が行われなくなるので排ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が上昇し、規制値を超えたＳＯ_Ｘを含む排ガスが大気に放出されるおそれがあった。このような環境上のトラブルを避けるため、ＣＦＢボイラーには石灰石供給設備の停止時においても石灰石の供給を継続できるバックアップ設備を設置するのが望ましい。

しかしながら、バックアップ設備として上記のサイロ、定量切出装置及び搬送装置からなる石灰石供給設備と同仕様の設備を設けるのは投資費用が高額になってしまう。また、既存の石灰石供給設備と同仕様の設備を追加で１系列増設することは設置場所の制約で難しい場合が多い。本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、設置場所の制約をほとんど受けることなく簡易に設置することが可能な小型の石灰石予備供給設備を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するため、本発明に係る石灰石予備供給設備は、ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで連続的に石灰石の供給が行われる石灰石の空気輸送配管系のうち石灰石定量切出装置の接続部をバイパスさせた第１バイパス配管系と、前記ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで定期的に流動材の供給が行われる流動材の空気輸送配管系のうち流動材定量切出装置の接続部をバイパスさせた第２バイパス配管系と、これら第１及び第２バイパス配管系の各々に設けられたエゼクタと、該エゼクタに流量制限手段を介して連通する石灰石貯留用のホッパーとを有することを特徴としている。

また、本発明に係る石灰石の予備供給方法は、ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで連続的に石灰石の供給が行われる石灰石の空気輸送配管系のうち石灰石定量切出装置の接続部をバイパスさせた第１バイパス配管系と、前記ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで定期的に流動材の供給が行われる流動材の空気輸送配管系のうち流動材定量切出装置の接続部をバイパスさせた第２バイパス配管系との各々にエゼクタを設け、石灰石を貯留するホッパーの下部に流量制限手段を介して設けられた前記エゼクタに圧縮空気を導入することで前記ＣＦＢボイラーに石灰石を予備的に供給する方法であって、前記ＣＦＢボイラーからの排ガス中のＳＯ_Ｘ濃度に基づいて前記流量制限手段の開度を調整することを特徴としている。

本発明によれば、小型で安価な石灰石の予備供給設備を設置場所の制約をほとんど受けることなく簡易に設置することが可能になる。

本発明の一具体例の石灰石予備供給設備の模式的なフロー図である。

以下、本発明の石灰石予備供給設備の一具体例について、石灰石供給設備及び流動材供給設備を備えた既設のＣＦＢボイラーに該予備供給設備を設ける場合を例に挙げて説明する。本発明の一具体例の石灰石予備供給設備が設置されるＣＦＢボイラーは、一般的にはボイラー本体内の下部に空気分散板が設けられており、この空気分散板の上に燃料バンカーから切り出された燃料としての石灰石が、脱硫剤サイロから切り出された脱硫剤としての石灰石と共に連続的に供給される。上記の空気分散板の上には、更に流動材サイロから切り出された硅砂などの流動材（サンド）が定期的に供給される。この流動材は、火炉内の流動床を形成する役割を担っており、好適には主燃焼室で旋回流動することで燃料の効率的な燃焼が可能になる。

図１に示すように、ＣＦＢボイラー１の火炉への上記の脱硫剤としての石灰石と流動材の供給は、脱硫剤供給設備及び流動材供給設備によってそれぞれ行われる。具体的には、脱硫剤供給設備は、粉末状の石灰石を貯留する脱硫剤サイロ３と、この脱硫剤サイロ３の底部に設けられたロータリーバルブやテーブルフィーダー等の脱硫剤定量切出装置３ａと、該脱硫剤定量切出装置３ａから切り出される粉末状の石灰石を圧縮空気を媒体として搬送する脱硫剤空気輸送配管系４とから主に構成されている。脱硫剤定量切出装置３ａでは、例えばインバーターモーターによる回転数制御で切り出し量の制御が行われる。この脱硫剤空気輸送配管系４において、脱硫剤定量切出装置３ａが接続する部分の前後には、脱硫剤供給設備がトラブル等により停止した時に当該脱硫剤供給設備を脱硫剤空気輸送配管系４から遮断するためのＯＮ／ＯＦＦ弁５a、５ｂがそれぞれ設けられている。

一方、流動材供給設備は、上記の脱硫剤供給設備と同様に、流動材を貯留する流動材サイロ６と、この流動材サイロ６の底部に設けられたロータリーバルブやテーブルフィーダー等の流動材定量切出装置６ａと、該流動材定量切出装置６ａから切り出される流動材を圧縮空気を媒体として搬送する流動材空気輸送配管系７とから主に構成されている。流動材定量切出装置６ａでは、例えばインバーターモーターによる回転数制御で切り出し量の制御が行われる。この流動材空気輸送配管系７において、流動材定量切出装置６ａが接続する部分の前後には、流動材供給設備を流動材空気輸送配管系７から遮断するためのＯＮ／ＯＦＦ弁８a、８ｂがそれぞれ設けられている。

本発明の一具体例の石灰石予備供給設備は、上記した既存の脱硫剤供給設備及び流動材供給設備のいずれか一方に設けてもよいが、様々な状況により柔軟に対応できるように両方に設けるのが好ましい。すなわち、図１に示すように、第１石灰石予備供給設備１０は、粉状の石灰石を貯留する第１石灰石ホッパー１１と、その底部に設けられたスライドダンパー等の第１流量制限手段１１ａと、この第１流量制限手段１１ａの下部に設けられ、圧縮空気を使用して粉体を吸い込んで輸送する第１エゼクタ１２と、この第１エゼクタ１２に圧縮空気を導入すると共に該圧縮空気を媒体とする石灰石の空気搬送が行われる第１バイパス配管系１３とで主に構成され、この第１バイパス配管系１３は、脱硫剤空気輸送配管系４において脱硫剤定量切出装置３ａの接続部及びその前後の入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁５ａ、５ｂをバイパスするように設けられている。

また、第１バイパス配管系１３において、第１エゼクタ１２の前後には、好適には自動的に開閉する入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａ、１４ｂがそれぞれ設けられている。これらＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａ、１４ｂは通常は閉状態になっており、脱硫剤供給設備がトラブル等により停止した時、自動的に又はオペレータの操作により開状態となる。また、第１バイパス配管系１３において、入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａの一次側には第１レギュレータ１５が設けられており、第１エゼクタ１２に供給される圧縮空気の空気圧をゲージ圧で０.０６～０.１０ＭＰａ程度の適切な値に調整することができる。更に、第１エゼクタ１２と入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａの間には第１手動弁１６が設けられており、この第１手動弁１６では第１エゼクタ１２に供給される圧縮空気の流量を調整することができる。

上記の第１エゼクタ１２は、駆動流体としての圧縮空気などの高圧のガスを放出するノズルと、該ノズルから放出されたガスの作用により粉末状の石灰石の吸い込みが行われる吸入室と、この吸い込まれた石灰石と該ノズルから放出されたガスを混合しながら吐出するディフューザとから主に構成されており、可動部分がないので設置の際に電源工事や潤滑油の供給が不要であり、保守点検も基本的に不要なのでバックアップ用の機器として優れている。

このような機能を有する第１エゼクタ１２には市販の一般的なエゼクタを用いることができる。なお、エゼクタは管内を流れる流体(空気)の速度を上げると、管内の静圧が運動エネルギーに変換されるので低下するというベルヌーイの定理を応用したものであり、管内が負圧になるまで流体の速度を上げることで外部から粉体を吸い込むことができる。吸い込み後の流体が流れるディフューザでは拡径することで流体の速度が低下するので運動エネルギーが下がり、その結果、管内の静圧が正圧側に回復するので吸い込んだ粉体を圧送することができる。

流動材供給設備に設けられている第２石灰石予備供給設備２０も図１に示すように基本的には上記の第１石灰石予備供給設備１０と同様の構成を有しているので詳細な説明は省略する。なお、この第２石灰石予備供給設備２０の構成要素と、上記にて説明した第１石灰石予備供給設備１０の構成要素とは、符号の一の位の値が同じもの同士が対応している。

次に、上記した第１及び第２石灰石予備供給設備１０、２０を用いた石灰石の予備供給方法について説明する。脱硫剤サイロ３の脱硫剤定量切出装置３ａがトラブル等により停止した場合、脱硫剤供給設備では脱硫剤空気輸送配管系４のＯＮ／ＯＦＦ弁５ａ、５ｂが自動的に又はオペレータの操作で閉となり、代わりに第１石灰石予備供給設備１０の第１バイパス配管系１３のＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａ、１４ｂが自動的に又はオペレータの操作で開となり、第１エゼクタ１２に第１バイパス配管系１３の一次側を介して圧縮空気が導入される。これにより、第１石灰石ホッパー１１から第１流量制限手段１１ａを介して定量的に流れ出る粉末状の石灰石が第１バイパス配管系１３の二次側及び既設の脱硫剤空気輸送配管系４の一部を経てＣＦＢボイラー１に供給される。これにより、ほとんど中断することなく脱硫剤のＣＦＢボイラー１への空気輸送を継続することができる。

一方、流動材の投入は１日に１回約１０分程度行われるだけなので通常は流動材の空気輸送配管系７の入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁８ａ、８ｂは閉じた状態にある。従って上記の脱硫剤サイロ３の定量切出装置３ａのトラブルによる停止に伴い、第２バイパス配管系２３のＯＮ／ＯＦＦ弁２４ａ、２４ｂが自動的に又はオペレータの操作で開となり、上記の第１石灰石予備供給設備１０と同様に、第２エゼクタ２２に圧縮空気が導入され、第２石灰石ホッパー２１から流れ出る石灰石がＣＦＢボイラー１に供給される。なお、脱硫剤供給設備の停止時にたまたま流動材の投入が行われている場合は、当該流動材の投入が完了してからＯＮ／ＯＦＦ弁２４ａ、２４ｂを開にするのが好ましい。

上記のようにして第１及び第２石灰石予備供給設備１０、２０から予備的に供給される石灰石の供給量は、第１及び第２流量制限手段１１ａ、２１ａの開度によって、あるいは第１及び第２手動弁１６、２６によって調整することができる。その際、例えば排ガスが流れる配管内に設けたＳＯ_Ｘ濃度計２の値に基づいて適切な開度に調整するのが好ましい。第１及び第２ホッパー１１、２１への石灰石の供給は例えばフレコンバックに充填した石灰石をフォークリフト又はクレーンで吊り上げて行うことができる。

図１に示すような構造で、石灰石ホッパーから自重で落下する石灰石をエゼクタに吸い込んで空気輸送する場合は、既設の空気輸送配管の距離、配管径、ベンド径等によるものの、供給量は一般的に２００～５００ｋｇ／ｈｒ程度である。この供給量が既設の石灰石供給設備よりも少ない場合は、上記のように石灰石投入設備及び流動材投入設備の両方に石灰石予備供給設備を設置するのが好ましい。なお、図１に示すように、上方に設けた石灰石ホッパーから自重で落下する石灰石をエゼクタに吸い込んで空気輸送する方式に代えて、エゼクタの下方に設けた石灰石ホッパーから石灰石を吸い上げて空気輸送する方式でもよい。次に、本発明の石灰石予備供給設備の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

既設のＦｏｒｍｏｓａＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ製のＣＦＢボイラー（型番：ＴＨＰ－１、能力：３００Ｔ／Ｈ×４８ＭＷ)に設けられた石灰石供給設備及び流動材供給設備の空気輸送配管に、図１に示すように第１及び第２バイパス配管系１３、２３をそれぞれ設け、それらの各々の中間部分に第１及び第２エゼクタ１２、２２としてフルード工業株式会社製のエゼクタ（型番：ＰＥＪＡＰ－１００・２００・５－Ｓ－Ｚ型）をそれぞれ設置した。これらのエゼクタの上部には、それぞれ第１及び第２流量制限手段１１ａ、２１ａとしてスライドダンパーを設置し、それらの上に容量２００Ｌの第１及び第２石灰石ホッパー１１、２１をそれぞれ設けた。このようにしてＣＦＢボイラーに第１及び第２石灰石予備供給設備１０、２０を設置した。

上記の既設の石灰石供給設備の定量切出装置を補修及び点検する際に、その入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁５ａ、５ｂを閉じると共に、上記の第１バイパス配管系１３に設けた入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁１４ａ、１４ｂと、上記の第２バイパス配管系２３に設けた入口側及び出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁２４ａ、２４ｂとを開き、上記の第１及び第２エゼクタ１２、２２にゲージ圧０.０６ＭＰａの圧縮空気を導入した。これにより、第１及び第２石灰石予備供給設備１０、２０を共に稼働させて石灰石を連続的に８時間供給した。なお、上記の石灰石供給設備の停止の際、既設の流動材供給設備は停止状態にあった。

これら第１及び第２石灰石予備供給設備１０、２０からの石灰石の供給量は、第１及び第２石灰石ホッパー１１、２１内の石灰石の減量分から換算したところ、各々２００ｋｇ／ｈｒであった。そして、これらの石灰石予備供給設備の稼働時の排ガスのＳＯ_Ｘ濃度を、日本工業規格Ｋ０１０３に記載の排ガス中の硫黄酸化物分析方法に準拠して分析した。

比較のため、既設の石灰石供給設備及び流動材供給設備の各々において、その空気輸送配管の分岐管にスライドダンパーを介して圧力容器を設置した。そして、各圧力装置において、そのマンホールから石灰石を投入してから該マンホールを閉めて密閉状態にした後、圧力容器内を圧縮空気で加圧してからスライドダンパーを開いて石灰石を１バッチ５０ｋｇで１時間に４バッチＣＦＢボイラーに圧送した。上記以外はエゼクタを用いた場合と同様にして排ガスのＳＯ_Ｘ濃度を分析した。上記のエゼクタを用いた場合と圧力容器を用いた場合のそれぞれの８時間稼働の際の排ガス中の最大ＳＯ_Ｘ濃度と、平均ＳＯ_Ｘ濃度を下記表１に示す。

上記表１の結果から分かるように、石灰石ホッパー及びエゼクタからなる石灰石予備供給設備を設けることで、既存の石灰石供給設備が停止しても排ガス中のＳＯ_Ｘ濃度を自主規制値（１６０±３０ｐｐｍ）の範囲内で制御することが可能であった。これに対して、エゼクタを用いずに圧力容器で圧送する石灰石予備供給設備の場合は、連続運転ではなくバッチ運転になるため排ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が変動し、ＳＯ_Ｘ濃度を上記の自主規制値内に制御することができなかった。

１循環流動床ボイラー
２ＳＯ_Ｘ濃度計
３脱硫剤サイロ
３ａ脱硫剤定量切出装置
４脱硫剤空気輸送配管系
５ａ入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
５ｂ出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
６流動材サイロ
６ａ流動材定量切出装置
７流動材空気輸送配管系
８ａ入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
８ｂ出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
１０第１石灰石予備供給設備
１１第１石灰石ホッパー
１１ａ第１流量制限手段
１２第１エゼクタ
１３第１バイパス配管系
１４ａ第１バイパス入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
１４ｂ第１バイパス出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
１５第１レギュレータ
１６第１手動弁
２０第２石灰石予備供給設備
２１第２石灰石ホッパー
２１ａ第２流量制限手段
２２第２エゼクタ
２３第２バイパス配管系
２４ａ第２バイパス入口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
２４ｂ第２バイパス出口側ＯＮ／ＯＦＦ弁
２５第２レギュレータ
２６第２手動弁

Claims

ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで連続的に石灰石の供給が行われる石灰石の空気輸送配管系のうち石灰石定量切出装置の接続部をバイパスさせた第１バイパス配管系と、前記ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで定期的に流動材の供給が行われる流動材の空気輸送配管系のうち流動材定量切出装置の接続部をバイパスさせた第２バイパス配管系と、これら第１及び第２バイパス配管系の各々に設けられたエゼクタと、該エゼクタに流量制限手段を介して連通する石灰石貯留用のホッパーとを有することを特徴とするＣＦＢボイラー用の石灰石予備供給設備。
ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで連続的に石灰石の供給が行われる石灰石の空気輸送配管系のうち石灰石定量切出装置の接続部をバイパスさせた第１バイパス配管系と、前記ＣＦＢボイラーの火炉に連通することで定期的に流動材の供給が行われる流動材の空気輸送配管系のうち流動材定量切出装置の接続部をバイパスさせた第２バイパス配管系との各々にエゼクタを設け、石灰石を貯留するホッパーの下部に流量制限手段を介して設けられた前記エゼクタに圧縮空気を導入することで前記ＣＦＢボイラーに石灰石を予備的に供給する方法であって、前記ＣＦＢボイラーからの排ガス中のＳＯ_Ｘ濃度に基づいて前記流量制限手段の開度を調整することを特徴とする石灰石予備供給方法。