JP7396930B2 - 運転システム - Google Patents

Description

本発明は、データベース及び運転システムに関するものである。

例えば、特許文献１には、石炭の燃焼灰の膠着度を測定することにより、伝熱管面付着性を評価する評価方法が開示されている。膠着度は、ラトラ試験機を用いて、焼結灰を回転させ、回転前の重量と回転後の重量とを比較することで求められる付着性の指標の一種である。このような特許文献１の伝熱管面付着性の評価方法は、一般に、瀝青炭に対して適用されている。

特開２００４－３６１３６８号公報

ところで、現在、ボイラ等の燃焼装置においては、コストの節減を目的として、燃料として亜瀝青炭と瀝青炭とを混合した混炭を用いることが考えられている。亜瀝青炭は、伝熱管面への付着性が高いと一般的に考えられており、灰が伝熱管面へと付着して閉塞トラブルを誘発する可能性がある。しかしながら、亜瀝青炭を含む混炭においては、伝熱管面の付着性の評価が行われていない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃焼装置において、混炭の伝熱管面への付着性を考慮した運転を行うことを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためのデータベースに係る第１の手段として、２種類以上の石炭が混合された混炭の混合率と伝熱管面への付着性との相関を示すデータを記憶している、という構成を採用する。

データベースに係る第２の手段として、上記第１の手段において、前記混炭の燃焼温度と伝熱管面への付着性との相関を示すデータを記憶している、という構成を採用する。

データベースに係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記伝熱管面への付着性は、加熱前後の体積比率に基づいて算出される前記混炭の膠着度により評価される、という構成を採用する。

運転システムに係る第１の手段として請求項１～３のいずれか一項に記載のデータベースと、前記データベースに基づいて燃焼装置の運転計画を設定する運転指示部とを備える、という構成を採用する。

本発明によれば、混炭における付着性を評価したデータベースに基づいて運転することにより、混炭の伝熱管面への付着性を考慮した混合率の混炭を用いて運転を行うことが可能である。

本発明における体積比率及び膠着度の温度ごとの変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る運転システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における混炭の混合率と、膠着度との相関を示すグラフである。 本発明の一実施形態における混炭の混合率と、燃焼温度と、膠着度との相関を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る運転システムの動作を示すフローチャートである。 本発明に係る運転システムの変形例である。

以下、図面を参照して、本発明に係る評価方法の一実施形態について説明する。

本発明に係る評価方法は、微粉炭を燃焼させる微粉炭ボイラにおいて、燃焼時に発生した燃焼灰のボイラ内伝熱管面への付着のしやすさ（伝熱管面付着性）を予備的に評価する。このような評価方法は、微粉炭の原料である亜瀝青炭及び瀝青炭の選定時の基準として用いられる。

まず、微粉炭の燃焼灰の付着性と、膠着度及び体積比率との相関について説明する。下表１は、付着性と膠着度と体積比率との相関を示す表である。

付着性は、表１に示すように、一般的に４段階に分類される。最も付着性が小さいものがＮｏｔであり、実際のボイラにおいて、伝熱管面に付着することが少なく、粒子の細かいパウダー状の灰となる性質を有している。次に付着性が小さいものがＬｏｗであり、実際のボイラにおいて、伝熱管面に付着するものの、容易に剥落する性質を有している。次に付着性が小さいものがＭｅｄｉｕｍであり、実際のボイラにおいて、伝熱管面に付着すると共に作業者の手で崩すことが可能な性質を有している。そして、最も付着性が大きいものがＨｉｇｈであり、実際のボイラにおいて、伝熱管面に付着すると除去が難しい性質を有している。このうち、ボイラの燃料として使用に適しているのは、付着性がＭｅｄｉｕｍ以下の微粉炭である。すなわち、付着性がＨｉｇｈの微粉炭は、ボイラの燃料として適していない。なお、微粉炭の灰は、燃焼温度が高くなるほどに付着性が上昇する傾向が見られる。

膠着度は、ラトラ試験を応用して焼結灰（石炭灰を一度所定の温度（1000,1050、1100、1150、1200℃など）で焼結して形成される試料）の固さを定量化した無次元数である。具体的には、焼結灰をラトラ試験機により回転し、ラトラ試験機に残留した焼結灰の重量を測定する。そして、回転後の焼結灰の残留重量を回転前の焼結灰の重量により除することで、膠着度が算出される。付着性は、特許第４２４４７１３号等に詳細に開示されているように、膠着度と相関性を有しており、回転後の焼結灰の残留重量が大きいほど高くなる。すなわち、膠着度は、値が大きいほど付着性が高く、値が小さいほど付着性が小さいことを示す指標である。このような膠着度は、例えば、０．２未満が付着性におけるＮｏｔ、０．２～０．４が付着性におけるＬｏｗ、０．４～０．８が付着性におけるＭｅｄｉｕｍ、０．８超過が付着性におけるＨｉｇｈと対応している。

体積比率（相関）は、焼結灰の加熱前の体積と加熱後の体積との比率を示しており、加熱後の体積が小さいほど値が小さくなる無次元数である。このような体積比率は、図１に示すように、温度が上昇するほど低下し、すなわち、膠着度が上昇するほど低下する傾向を示している。そして、膠着度が既知の複数の試料の体積比率の平均は、表１に示すように、膠着度０．２のときに０．９８、膠着度０．４のときに０．９６、膠着度０．６のときに０．９４、膠着度０．８のときに０．９１程度となる。すなわち、体積比率を測定することにより、膠着度の傾向を推定することが可能であり、さらに膠着度から付着性を評価することが可能である。

本実施形態に係る運転システム１について説明する。
運転システム１は、図２に示すように、入力部２と、運転指示部３と、データベース４とを備えている。入力部２は、作業者等により操作可能なキーボードあるいはタッチパネル等の装置である。

運転指示部３は、データベース４に記憶された膠着度データを入力部２からの入力に基づいて検索する。また、運転指示部３は、検索したデータを表示する。また、運転指示部３は、運転指示部３が取得した膠着度データに基づいて、燃焼装置の運転方法を設定する。具体的には、運転指示部３は、例えば、膠着度の高い条件で混炭を用いる場合には、定期的に膠着度の低い混炭（または瀝青炭）による運転期間を設けるように設定する。

データベース４には、炭種ごとに、炭種の名称、混合比と膠着度との相関、混合比と膠着度と温度との相関のデータが記憶されている。また、データベース４には、膠着度ごとの最適な連続運転時間についてのデータが記憶されている。
具体的には、データベース４は、一例として図３、４に示すように、瀝青炭と亜瀝青炭との混合率、温度による膠着度を数値化したデータの集合体を含んでいる。
図３のグラフは、一例として混炭の混合比と膠着度との相関を示し、２種類の亜瀝青炭Ａ、Ｍ（膠着度の高い石炭）について、それぞれ瀝青炭Ｒ（膠着度の低い石炭）と混合した場合を比較している。なお、それぞれ瀝青炭Ｒが混合されていない状態において、亜瀝青炭Ａよりも亜瀝青炭Ｍの膠着度が高い性状を有している。

黒丸で示す亜瀝青炭Ａと瀝青炭Ｒとの混炭の場合には、亜瀝青炭Ａの混合比が上昇するに従って膠着度が上昇し、混合比１：１の条件において、膠着度が０．５以上となる。これに対して、白丸で示す亜瀝青炭Ｍと瀝青炭Ｒとの混炭の場合には、亜瀝青炭Ｍの混合比が１：１となるまで、膠着度が瀝青炭Ｒの膠着度と等しく、低膠着度である。しかしながら、亜瀝青炭Ｍと瀝青炭Ｒとの混炭において、亜瀝青炭Ｍの混合比が１：１を超えると、急峻に膠着度が上昇する。したがって、混合比が１：１の混炭を用いるにあたっては、亜瀝青炭Ｍと瀝青炭Ｒとの混炭は、膠着度が０となり、適しているといえる。すなわち、混炭においては、亜瀝青炭の膠着度の高低に完全に依存することなく、混合比によって膠着度が異なる傾向がある。

また、図４のグラフは、混炭において、混合比及び燃焼温度を変化させた場合における膠着度の変化を示している。図４においては、燃焼温度１２００℃、１１００℃、１０００℃の３条件において実験を行っている。本実験に用いた混炭は、全体として燃焼温度が高い場合に膠着度が高い傾向を有している。そして、燃焼温度が１０００℃の条件において、亜瀝青炭の混合比が６０％未満の場合にのみ、膠着度が０となることがわかる。すなわち、混炭においては、温度条件及び混合比を適切に選択することで、膠着度を大きく低下させることが可能である。

続いて、本実施形態に係るデータベース４を用いた運転方法について、図５を参照して説明する。
まず、燃焼装置の管理者によって、燃焼装置に用いられる炭種が決定される（ステップＳ１）。なお、この炭種の決定においては、入手の容易さ、価格等が考慮されると共に、データベース４に記録された膠着度のデータについても考慮される。そして、決定した炭種について、作業者が入力部２より、運転システム１へと入力する。

運転システム１においては、運転指示部３が、入力された炭種について、混合率及び温度ごとの膠着度データを取得する（ステップＳ２）。これに基づいて、運転指示部３は、膠着度が最低となるように、混合率及び燃焼温度を決定する（ステップＳ３）。さらに、運転指示部３は、決定された混合率及び燃焼温度における膠着度から、データベース４を検索し、決定された混炭の連続運転時間を決定する（ステップＳ４）。

運転指示部３は、決定した連続運転時間に基づいて、燃焼装置を運転する（ステップＳ５）。具体的には、運転指示部３は、連続運転時間中については、決定した混炭による燃焼を行い、該連続運転時間を超えると、瀝青炭や膠着度の低い混炭による燃焼へと切り替える。さらに、運転指示部３は、瀝青炭や膠着度の低い混炭による燃焼を所定期間行った後、再び決定した混炭による燃焼へと切り替える。

本実施形態に係るデータベース４を用いて燃焼装置を運転することにより、亜瀝青炭と瀝青炭との混炭において、混合比と膠着度との関係が最適となるように管理することが可能となる。したがって、混炭の伝熱管面への付着性を考慮した運転を行うことが可能となる。

また、本実施形態に係るデータベース４は、混炭における燃焼温度と膠着度との相関に関するデータを含んでいる。したがって、混炭を燃焼する際の温度を最適条件とすることにより、伝熱管面への混炭の付着性をより低下させることが可能である。

また、本実施形態に係る運転システム１は、データベース４に基づいて、混炭による燃焼と瀝青炭による燃焼とを切り替えることも可能である。したがって、これによっても、伝熱管面への混炭の付着性をより低下させることが可能である。

以上、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るものではない。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。

上記実施形態においては、データベース４と、入力部２及び運転指示部３が一体の構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、データベース４に対して複数の制御ＰＣが接続される構成としてもよい、この場合、入力部２及び運転指示部３はそれぞれの制御ＰＣに設けられており、データベース４にアクセスすることにより、膠着度のデータを取得する。この場合、複数の運転システムにおいてデータベース４を共有することが可能である。

上記実施形態においては、２種の石炭を混合した混炭について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、データベース４には、３種以上の石炭を混合した混炭の混合率と膠着度、温度条件との相関を示すデータを含むものとしてもよい。

上記実施形態においては、データベース４は、膠着度と混合率、温度条件との相関を示すデータを記憶するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、データベース４は、付着性と混合率、温度条件との相関を示すデータを記憶するものとしてもよい。

１ 運転システム
２ 入力部
３ 運転指示部
４ データベース
Ａ 亜瀝青炭
Ｍ 亜瀝青炭
Ｒ 瀝青炭

Claims (3)

1. ２種類以上の石炭が混合された混炭の混合率と伝熱管面への付着性との相関を示すデータを記憶するデータベースと、
   前記データベースに基づいて燃焼装置の運転計画を設定する運転指示部と
   を備え、
   前記データベースは、前記混炭の燃焼温度と前記付着性との相関を示すデータを記憶していることを特徴とする運転システム。
2. 前記付着性は、加熱前後の体積比率に基づいて算出される前記混炭の膠着度により評価されることを特徴とする請求項１記載の運転システム。
3. 前記運転指示部は、前記付着性が高い条件で前記混炭を用いる場合には、定期的に前記付着性が低い混炭による運転期間を設けるように前記運転計画を設定することを特徴とする請求項１または２記載の運転システム。

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