KR101257201B1 - 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 열질탄을 포함하는 여러가지 종류의 고체 연료를 연료로서 사용하는 보일러를 안정되게 운용하기 위해서, 회분이 부착되는 것을 억제한다. 연산기(9)는, 고체 연료의 회분 함유율, 회분 성분의 조성 등의 성상을 데이터(8)로서 미리 집적하고 있다. 연산기(9)는, 고체 연료의 혼합 비율을 파라미터로서 사용하고, 미리 측정된 각 고체 연료의 회분 성분의 조성에 기초하여, 혼합된 연료의 회분 성분의 조성을 산출한다. 연산기(9)는, 미리 측정된 회분 부착율과 슬래그 비율의 관계로부터, 회분 부착율이 낮아지는 슬래그 비율의 기준값을 결정한다. 그리고, 연산기(9)는, 슬래그 비율이 결정된 기준값 이하가 되는 회분 조성이 얻어지도록, 열역학 평형 계산에 의해 각 고체 연료의 혼합 비율을 산출한다. 연산기(9)에서 산출된 각 고체 연료의 혼합 비율에 기초하여, 호퍼(1, 2)로부터의 고체 연료의 잘라내기량이 연료 공급량 조정 장치(3)에서 조정된다. 이렇게 잘라내기량이 조정된 각 고체 연료는, 혼합기(4)에서 혼합되고, 분쇄기(5)에서 분쇄된 후, 연료로서 보일러(7)에 공급되는 동시에, 버너(6)에서 연소된다.
Description
본 발명은, 연료로서 고체 연료를 사용하는 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치에 관한 것이다.
종래부터, 연료로서 고체 연료를 사용하는 보일러에는, 분쇄기에 의해 분쇄된 고체 연료가, 연료로서 반송용 공기에 의해 공급되고 있다. 보일러는, 공급된 연료를 버너 등으로 연소시킴으로써 열을 발생시키는 화로와, 화로의 상방으로부터 하류에 걸쳐 배치되는 동시에 내부에 연소 가스를 유동시킴으로써 열 교환을 행하는 전열관군을 구비한다. 보일러로부터 나온 연소 가스는, 굴뚝으로부터 배출되도록 되어 있다. 여기서, 전열관군은, 화로의 상방에 소정의 간격으로 병렬 배치된 2차 가열기, 3차 가열기, 최종 가열기, 및 2차 재열기를 구비하는 상부 전열부와, 화로의 후방부에 배치된 1차 가열기, 1차 재열기, 및 절탄기를 구비하는 후방부 전열부로 이루어진다.
이러한 보일러에서는, 연소된 석탄으로부터 회분이 발생하기 때문에 보일러의 연소 가스에 의해 회분이 유동되어, 화로의 벽면이나, 화로 상방으로부터 하류에 걸쳐 배치된 전열관군 등에 회분이 배출 도중에 부착되어 퇴적하는 슬래깅이나 파울링이 발생한다. 이러한 슬래깅이나 파울링이 발생하면, 전열관의 전열면이 막혀 열흡수 효율이 대폭으로 저하된다. 또한, 슬래깅이나 파울링에 의해 벽면 등에 거대한 클링커가 생성되는 경우, 클링커가 낙하되면, 노 내압이 대폭으로 변동되거나, 노 바닥의 전열관이 손상되거나, 노 바닥의 폐색이 발생되거나 하는 문제가 발생한다. 또한, 화로의 상방에 설치되는 상부 전열부는 좁은 간격으로 배치되어 있기 때문에, 회분이 부착되면, 노 내압이 크게 변동될 우려가 있다. 또한, 전열관 사이에 부착된 회분이 성장해서 가스 유로가 폐색된 결과, 연소 가스가 통과할 수 없게 되어, 운전 장해가 발생될 염려가 있다. 또한, 버너 근방에서는, 연료의 연소 화염의 방사열에 의해 화로의 벽면 근방의 온도가 높아져 있기 때문에, 비교적 저온의 전열관군에 회분이 부착 용융되기 쉬우며, 거대한 클링커가 성장되기 쉽다고 하는 문제가 있다.
따라서, 보일러를 안정되게 운전하기 위해서는, 고체 연료를 연소시킴으로써 회분이 부착될 가능성을 사전에 예측하고, 회분 부착에 의한 문제의 발생을 회피하는 것이 필요하다. 따라서, 회분 부착이 발생할 가능성을 지표로서 표시하는 것이 시도되고 있다.
예를 들어, 비 특허 문헌 1에서는, 회분 함유 원소를 산화물로 표시한 회분 조성에 기초한 회분에 관한 지표와 평가 기준에 의해, 회분이 부착될 가능성을 사전에 예측하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 비 특허 문헌 1에 개시된 지표와 평가 기준은 역청탄을 대상으로 하고 있으며, 역청탄은, 회분의 부착 등의 문제가 적은 양질탄이다. 이와 같이, 비 특허 문헌 1은, 최근 수요가 많아지고 있는 열질탄(예를 들어, 아역청탄, 갈탄, 고 실리카 탄, 고 칼슘 탄 등의 탄종)을 대상으로 하고 있지 않기 때문에, 비특허 문헌 1에 개시되는 지표와 회분 부착의 관계가 반드시 현상과 일치된 경향이 없다고 하는 문제가 있다.
따라서, 열질탄을 대상으로 하여, 특허 문헌 1과 같이, 사용하는 석탄을 미리 회화하여 얻어진 석탄회를 소결시킴으로써, 소결회분의 교착도(膠着度)를 측정하여, 회분의 부착을 예측 평가하는 기술이 개발되어 있다. 그러나, 회분의 소결성이나 용융성은, 온도뿐만 아니라, 분위기 가스 조성의 영향을 크게 받는다. CO나 H2 등의 환원성 가스 농도가 높은 환원 분위기의 경우에는, 회분의 연화점이나 융점이 저하되어, 소결되기 쉬워진다. 또한, 산화 분위기의 경우에는, 회분의 연화점이나 융점이 상승하여, 소결되기 어려워진다. 따라서, 분위기 가스 조성을 고려하고 있지 않은 특허 문헌 1의 기술에서는, 보일러 내의 회분 부착을 고정밀도로 예측하는 것은 곤란하다고 하는 문제가 있다.
Gordon Couch저, Understanding slagging and fouling during pf combustion(IEACR/72) , 1994년 8월
본 발명은, 열질탄을 포함하는 여러가지 종류의 고체 연료를 연료로서 사용하는 보일러에 있어서, 보일러를 안정적으로 운용하기 위해서, 보일러 내의 회분 부착을 고정밀도로 예측함으로써 회분의 부착을 억제하는 것이 가능한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법은, 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 미리 측정된 회분 성분의 조성과, 상기 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 산출된다, 일정량의 회분 성분 중 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 슬래그로 되는 비율을 나타내는 슬래그 비율에 기초하여, 보일러에 있어서의 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록, 상기 복수 종류의 고정 연료의 혼합 비율을 결정하는 스텝과, 상기 복수 종류의 고정 연료의 상기 혼합 비율에 기초하여, 상기 복수 종류의 고체 연료를 혼합하고, 연료로서 보일러에 공급하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치는, 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서, 일정량의 회분 성분 중, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 슬래그로 되는 비율을 나타내는 슬래그 비율을 산출하는 동시에, 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 미리 측정된 회분 성분의 조성에 기초하여, 보일러에 있어서의 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록 상기 복수 종류의 고정 연료의 혼합 비율을 결정하는 연산 수단과, 상기 복수 종류의 고정 연료의 상기 혼합 비율에 기초하여, 상기 복수 종류의 고체 연료의 공급량을 조정하는 연료 공급량 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명은, 보일러 내에서 연소에 의해 용융하는 동시에 보일러 내의 연소 공기의 기류를 타고 부유하여 노 벽이나 전열관군에 부착하는 성분인 슬래그에 착안하고 있다. 그리고, 본 발명에서는, 각 고체 연료에 대해서 산출된 슬래그 비율과 회분 성분의 조성에 기초하여, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율이 결정되어 있다. 따라서, 본 발명에서 새롭게 구축된 평가 지수인 슬래그 비율에 기초하여 회분 부착 특성을 평가하고, 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율이 결정됨으로써, 회분의 부착을 억제할 수 있다. 여기서, 고체 연료는, 석탄, 오니탄화물, 바이오매스 연료 등을 포함한다. 또한, 보일러에서는 열량이 중시되기 때문에 연료가 되는 고체 연료의 공급량은, 보일러에 투입되는 열량이 일정해지도록 결정된다.
여기서, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 보일러의 회분 부착 억제 장치에 있어서, 상기 슬래그 비율은, 상기 회분 성분의 조성에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 산출되거나, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 상기 복수 종류의 고체 연료의 각각을 가열했을 때에 측정된 슬래그로부터 산출되어도 좋다.
회분 성분의 조성에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 슬래그 비율을 산출하는 경우에는, 실험을 행하지 않고 슬래그 비율을 구할 수 있다. 또한, 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 미리 측정된, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에서의 가열에 의해 발생하는 슬래그로부터 슬래그 비율을 산출하는 경우에는, 실제 보일러의 상황에 맞춘 슬래그 비율을 구할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 보일러의 회분 부착 억제 장치에 있어서, 상기 기준값은, 상기 슬래그 비율에 대한 회분 부착율에 기초하여, 상기 회분 부착율이 낮아지도록 결정되고, 상기 회분 부착율은, 상기 보일러 내에 삽입된 회분 부착 프로브로의 충돌 회분량에 대한, 미리 조사된 실제의 부착 회분량의 비율로서 산출되고, 상기 충돌 회분량은, 상기 고체 연료의 공급량 및 회분 함유율 및 상기 보일러의 노 형상으로부터 구해진다, 상기 회분 부착 프로브의 투영 면적에 충돌하는 회분 성분의 총량으로서 산출되어도 좋다.
이것에 따르면, 미리 조사된 회분 부착율과 슬래그 비율의 비교 결과에 기초하여, 회분 부착율이 낮아지도록 슬래그 비율의 기준값을 결정함으로써, 회분의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 보일러의 회분 부착 억제 장치에 있어서, 상기 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 이하로 되도록, 상기 기준값이 50 내지 60wt％로 결정되어도 좋다.
이것에 따르면, 미리 조사된 회분 부착율과 슬래그 비율의 비교 결과에 기초하여, 슬래그 비율이 50 내지 60wt％의 범위라면 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 이하로 낮아지기 때문에 회분의 부착을 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법에 있어서, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성이어도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치에 있어서, 보일러 연소실의 온도 및 분위기 가스 조성을 계측하는 계측 수단을 더 구비하고, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 상기 계측 수단으로 측정된 상기 보일러 연소실에 있어서의 온도 및 분위기 가스 조성이어도 좋다.
이것에 따르면, 보일러 내부의 각 부분에 있어서의 회분 중의 슬래그 비율을 적정하게 구할 수 있으며, 복수 종류의 고체 연료의 적절한 혼합 비율을 계산할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 보일러의 회분 부착 억제 장치에 있어서, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 보일러 설계상의 최고 분위기 온도 및 그 부위에 있어서의 분위기 가스 조성, 또는, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은 분위기 가스 조성 및 그 부위에 있어서의 온도이어도 좋다.
이것에 따르면, 보일러의 상태에 의존하지 않고, 복수 종류의 고체 연료의 적절한 혼합 비율을 계산할 수 있다. 또한, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은 분위기 가스 조성은, CO나 H2 등의 환원성 가스의 농도가 가장 높은 분위기 가스 조성을 의미한다.
본 발명의 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치에 따르면, 열질탄을 포함하는 여러가지 종류의 고체 연료를 연료로서 사용하는 보일러에 있어서, 보일러 내의 회분 부착을 고정밀도로 예측하여, 회분이 부착되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 보일러의 안정적인 운용이 가능하다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법의 수순을 도시하는 스텝도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 실시예에 관한 슬래그 비율과 회분 부착율의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 실시예에 관한 슬래그 비율과 회분 부착율의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치를 실시하기 위한 형태에 대하여, 구체적인 일례에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명은 예시에 지나지 않고, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치를 적용할 수 있는 한계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치는, 하기의 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 기재한 한에 있어서 다양한 변경이 가능하다.
우선, 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법의 일례에 대해서, 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법의 수순을 도시하는 스텝도이다.
본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 방법에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 우선, 보일러에서 사용될 예정의 각 고체 연료의 회분 성분의 조성이 측정된다(스텝 S1). 회분 성분의 조성으로서는, 고체 연료의 수분 함유량, 발열량, 회분 함유량, 회분 성분의 조성 등의 석탄성상이 측정된다. 여기서, 고체 연료는, 석탄, 오니탄화물, 바이오매스 연료 등을 포함하는 것이다.
다음에, 각 고체 연료의 슬래그 비율에 기초하여, 각 고체 연료의 혼합 비율이 산출된다(스텝 S2). 슬래그 비율은, 본 실시 형태에서 사용되는 회분 부착 특성의 평가 지표이며, 특정한 온도 및 분위기 조건에 있어서, 일정량의 고체 상태의 회분 성분 중 슬래그로 된 비율을 의미한다. 또한, 슬래그는, 연소에 의해 용융해서 보일러 내의 연소 기류를 타고 부유하여, 노 벽이나 전열관군에 부착되는 성분을 의미한다. 슬래그 비율은, 각 고체 연료 및 각 고체 연료의 혼합 조건에 따라 산출된다. 여기서, 슬래그 비율은, 미리 측정된 각 고체 연료의 회분 성분이, 특정한 조건(온도, 분위기 가스 조성)에 있어서 열역학적으로 가장 안정되는 상태, 즉, 깁스의 자유 에너지(△G)가 제로에 가까워지는 상태에 있어서의 조성이나 상을 열역학 평형 계산에 의해 산출함으로써 구해진다. 또한, 슬래그 비율의 산출 방법은 상술된 형태에 한정되지 않으며, 각 고체 연료의 회분을 가열하여, 각 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서의 슬래그 비율을 미리 측정해 두어도 좋다. 이에 의해, 실제 보일러의 상황에 맞춘 슬래그 비율을 구할 수 있다.
그리고, 본 실시 형태에서 사용되는 회분 부착 특성의 평가 지표인 슬래그 비율을 평가하기 위해서, 회분 부착율을 산출한다. 여기서, 회분 부착율은, 보일러의 노 내에 삽입한 회분 부착 프로브로의 충돌 회분량에 대한, 회분 부착 프로브로의 부착 회분량의 비율이며, 회분이 부착되기 쉬운 것을 의미하고, 다음식으로 표시된다. 또한, 회분 부착 프로브로의 충돌 회분량은, 회분 부착 프로브의 투영 면적에 충돌하는 회분 성분의 총량이며, 고체 연료의 공급량 및 회분 함유율, 및 보일러의 노 형상에 의해 구해진다.
또한, 회분 부착율의 산출 및 평가를 실제로 보일러에서 행할 필요는 없으며, 연소 시험로나 실제 캔 보일러에서 행해도 좋다.
이와 같이 하여, 미리 측정된 회분 부착율과 슬래그 비율의 관계에 기초하여, 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 정도로 낮아지는 슬래그 비율의 값(기준값)이 결정된다. 그리고, 각 고체 연료의 혼합 비율을 파라미터로서 사용하고, 스텝(S1)에서 측정된 각 고체 연료의 회분 성분의 조성으로부터, 혼합되는 연료의 회분 성분의 조성을 산출한다. 회분 중의 슬래그 비율은, 열역학 평형 계산에 의해 구해진다. 그리고, 회분 중의 슬래그 비율이, 결정된 기준값 이하로 되는 회분 조성을 얻기 위해서, 각 고체 연료의 혼합 비율을 산출한다. 여기서, 연료가 되는 고체 연료의 공급량은, 보일러에 투입되는 열량이 일정해지도록 결정되어 있다. 또한, 열역학 평형 계산에 있어서는, 보일러 벽으로의 회분 부착이 현저하게 발생하는 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성이 사용된다. 또한, 열역학 평형 계산은, 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 한정되지 않으며, 회분의 부착이 발생되기 쉬운 전열관군 등 원하는 부분에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 기초하여 행해져도 좋다. 이에 의해, 보일러 내부의 각 부분에 있어서의 회분 중의 슬래그 비율을 적정하게 구할 수 있으며, 복수 종류의 고체 연료의 적절한 혼합 비율을 계산할 수 있다. 또한, 열역학 평형 계산은, 상술한 형태에 한정되지 않으며, 보일러 설계상 최고 분위기 가스 온도 및 그 부위의 분위기 가스 조성에 기초해서 행해져도 좋다. 또한, 열역학 평형 계산은, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은(CO나 H2 등의 환원성 가스의 농도가 가장 높은) 분위기 가스 조성과 그 부위에 있어서의 온도에 기초해서 행해져도 좋다. 그러면 보일러의 노 내의 연소 온도에 의존하지 않고, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율을 결정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 회분 부착 특성의 평가 지표인 슬래그 비율이, 회분 부착율에 기초하여 평가되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 연소 시험로나 실제 캔 보일러를 사용하여, 연료에 포함되는 슬래그 비율을 바꾸면서 연소 테스트를 행하고, 보일러에 설치된 컨베이어에서는 반출할 수 없는 사이즈의 클링커(용융 슬래그)의 덩어리가 노 벽에 낙하될 때의 슬래그 비율을 기준값으로 하여, 슬래그 비율이 평가되어도 좋다. 또는, 주 증기 온도·주 증기 압력이 규정 영역으로부터 벗어나거나 변동하거나 할 때의 슬래그 비율을 기준값으로 하여 슬래그 비율이 평가되어도 좋다.
최후에, 스텝(S2)에서 산출된 각 고체 연료의 혼합 비율에 기초하여, 고체 연료가 혼합되고, 이것들은 분쇄된 후에 연료로서 보일러에 공급된다(스텝 S3).
다음에, 본 실시 형태에 따른 보일러의 회분 부착 억제 장치의 일례에 대해서, 도 2에 기초하여 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 보일러(7)는, 호퍼(1, 2)와, 연료 공급량 조정 장치[(연료 공급량 조정 수단)(3)]와, 혼합기(4)와, 분쇄기(5)와, 버너(6)와, 연산기[(연산 수단)(9)를 구비한다. 본 실시 형태에 관한 보일러의 회분 부착 억제 장치는, 연료 공급량 조정 장치(3)와, 연산기(9)로 구성된다.
호퍼(1, 2)는, 회분의 성상이 다른 2종류의 고체 연료를 각각 보유한다. 여기서, 고체 연료는, 석탄, 오니탄화물, 바이오매스 연료 등을 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 호퍼 수는 2개이지만, 이것에 한정되지 않고, 여러 개이어도 된다. 연료 공급량 조정 장치(3)는, 후술하는 연산기(9)에서 산출된 고체 연료의 혼합 비율에 기초하여, 호퍼(1, 2)로부터의 고체 연료의 잘라내기량을 조정한다. 혼합기(4)는, 연료 공급량 조정 장치(3)에서 잘라낸 고체 연료를 혼합한다. 분쇄기(5)는, 혼합기(4)에서 혼합된 후의 고체 연료를 분쇄해서 미분탄으로 한다. 버너(6)는, 공기와 함께 불어 들어온 미분탄을 연소한다. 보일러(7)는, 미분탄을 연소시켜 열을 회수한다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 보일러(7)는, 공급된 연료를 버너(6) 등으로 연소시켜 열을 발생시키는 화로와, 화로의 상방으로부터 하류에 걸쳐 배치되는 동시에 내부에 연소 가스를 유동시켜 열교환을 행하는 전열관군을 구비한다. 여기서, 보일러로부터 나온 연소 가스는 굴뚝으로부터 배출되도록 되어 있다. 또한, 전열관군은, 화로의 상방에 소정의 간격으로 병렬 배치된 2차 가열기, 3차 가열기, 최종 가열기 및 2차 재열기를 구비하는 상부 전열부와, 화로의 후방부에 배치된 1차 가열기, 1차 재열기 및 절탄기를 구비하는 후방부 전열부로 이루어져있다.
연산기(9)는, 고체 연료의 수분 함유율, 발열량, 회분 함유율, 회분 성분의 조성 등의 성상을 데이터(8)로서, 미리 집적하고 있다. 연산기(9)는, 고체 연료의 혼합 비율을 파라미터로서 사용하여, 미리 측정된 각 고체 연료의 회분 성분의 조성으로부터, 혼합되는 연료의 회분 성분의 조성을 산출한다. 그리고 연산기(9)는, 미리 측정된 회분 부착율과 슬래그 비율의 관계로부터, 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 정도로 낮아지는 슬래그 비율의 값(기준값)을 결정한다. 최후에, 연산기(9)는, 열역학 평형 계산에 의해 구해지는 슬래그 비율이, 결정된 기준값 이하로 되는 회분 조성을 얻기 위해서, 각 고체 연료의 혼합 비율을 결정한다. 여기서, 연료가 되는 고체 연료의 공급량은, 보일러에 투입되는 열량이 일정해지도록 결정되어 있다. 또한, 슬래그 비율은, 본 실시 형태에서 사용되는 회분 부착 특성의 평가 지표이며, 일정량의 고체 상태의 회분 성분 중, 특정한 온도 및 분위기 조건하에서, 슬래그로 된 비율을 의미한다. 회분 부착율, 슬래그 비율 및 이들의 관계는 상술한 바와 같으며, 그 설명을 생략한다.
또한, 열역학 평형 계산에 있어서는, 예를 들어, 보일러 벽으로의 회분 부착이 현저하게 발생하는 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성이 사용된다. 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 버너 근방에 설치된 도시하지 않은 계측 장치(계측 수단)를 사용해서 측정된다. 또한, 계측 장치는, 버너 근방에 설치되는 경우에 한정되지 않는다. 회분의 부착이 발생되기 쉬운 전열관군 등의 원하는 부분에 계측 장치를 설치하고, 이러한 부분에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 기초하여 열역학 평형 계산을 행해도 좋다. 이에 의해, 보일러 내부의 각 부분에 있어서의 회분 중의 슬래그 비율을 적정하게 구할 수 있으며, 복수 종류의 고체 연료의 적절한 혼합 비율을 계산할 수 있다. 또한, 열역학 평형 계산은, 상술한 형태에 한정되지 않으며, 보일러 설계상 최고 분위기 가스 온도 및 그 부위에 있어서의 분위기 가스 조성에 기초해서 행해져도 좋다. 또한, 열역학 평형 계산은, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은(CO나 H2 등의 환원성 가스의 농도가 가장 높은) 분위기 가스 조성과, 그 부위에 있어서의 온도에 기초해서 행해져도 좋다. 이에 의해, 보일러의 노 내의 연소 온도에 의존하지 않고, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율을 결정할 수 있다.
또한, 고체 연료의 혼합 비율은, 열역학 평형 계산으로 구해진 슬래그 비율에 기초하여 산출되는 형태에 한정되지 않고, 각 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서, 각 고체 연료의 회분 성분을 가열했을 때에 미리 측정된 슬래그 비율에 기초하여 산출하는 형태에 의해 산출되어도 좋다. 이에 의해, 실제 보일러의 상황에 맞춘 슬래그 비율을 구할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치는, 보일러 내에서 연소에 의해 용융하는 동시에 보일러 내의 연소 공기의 기류를 타고 부유하여, 노 벽이나 전열관군에 부착되는 성분인 슬래그에 착안하고 있다. 그리고, 각 고체 연료에 대해서 산출된 슬래그 비율과 회분 성분의 조성에 기초하여, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율이 결정되어 있다. 이와 같이, 본 발명에서 새롭게 구축한 평가 지수인 슬래그 비율에 기초하여 회분 부착 특성을 평가하고, 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록, 복수 종류의 고체 연료의 혼합 비율을 결정함으로써, 보일러 내의 회분 부착을 고정밀도로 예측하고, 회분의 부착을 억제할 수 있다. 또한, 연료가 되는 고체 연료의 공급량은, 보일러에 투입되는 열량이 일정해지도록 결정되어 있어, 보일러에서 중시되고 있는 열량이 고려되어 있다.
[실시예]
다음에, 보일러의 회분 부착 억제 방법 및 회분 부착 억제 장치의 실시예에 대해서, 도 3 및 표 1에 기초하여 설명한다. 도 3은, 본 실시예에 관한 슬래그 비율과 회분 부착율의 관계를 도시하는 도면이다. 표 1은, 본 실시예에서 사용되는 석탄의 성상을 나타내는 표이다.
본 실시예에서는, 미분탄 연소 시험로(노 내 직경 400mm, 노 내 유효 높이 3650mm)에 있어서, 가열용의 도시 가스의 투입 열량의 합계가 149kW의 일정한 조건하에서, 회분 성분의 조성이 다른 5종류의 미분탄을 사용해서 실험을 행하였다. 실험에 있어서는, 5종류의 미분탄의 투입 열량이 60kW로 일정해지도록 단독 또는 복수 종류의 미분탄을 혼합함으로써, 미분탄의 공급량을 조정하였다. 그리고, 공급량이 조정된 미분탄을, 노 정상에 설치된 버너로 연소 공기와 함께 연소시키는 동시에, 하방으로 회분 부착 프로브를 삽입해서 100분간 보유 지지하여, 회분 부착 프로브의 표면에 부착되는 회분의 부착율을 조사하였다. 여기서, 회분 부착 프로브가 삽입된 부분에 있어서의 노 내 분위기 온도는, 실제 캔 보일러에 있어서 회분 부착 현상이 발생하고 있는 온도와 마찬가지로, 약 1300℃이다. 또한, 회분 부착 프로브의 표면 온도가 약 500℃로 되도록 회분 부착 프로브의 내부가 수냉되어, 온도가 조정되어 있다. 그리고, 실험에 사용된 5종류의 미분탄의 성상은, 표 1에 나타낸다.
그리고, 표 1에 나타내는 미분탄의 성상에 기초하여, 특정한 조건(온도, 분위기 가스 조성)에 있어서, 일정량의 회분 성분이 열역학적으로 가장 안정되는 상태, 즉, 깁스의 자유 에너지(△G)가 제로에 가까워지는 상태에서의 조성이나 상이, 열역학 평형 계산에 의해 산출된다. 이에 의해, 실험에서 연료로서 사용된 미분탄의 슬래그 비율이 산출된다. 본 실시예에서는, 온도는 1300℃, 분위기 가스 조성은, O2:1vol％、CO2:19vol％、N2:80vol％로서, 열역학 평형 계산을 행하였다. 도 3은, 본 실시예에 관한 슬래그 비율과 회분 부착율의 관계를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 슬래그 비율이 50 내지 60wt％까지는, 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 정도 이하이다. 도 3으로부터, 슬래그 비율이 50 내지 60wt％ 보다도 커지면, 회분 부착율이 급격하게 상승되는 것이 명백하다. 이것으로부터, 회분 성분의 조성에 따라 산출되는 슬래그 비율이 50 내지 60wt％ 이하로 되도록 5종류의 미분탄의 혼합 비율을 조정함으로써, 회분의 부착이 억제될 수 있는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 한에 있어서 다양하게 변경해서 실시하는 것이 가능하다. 본 출원은 2009년 7월 22일에 출원한 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2009-170771)에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 인용된다.
3 : 연료 공급량 조정 장치(연료 공급량 조정 수단)
7 : 보일러
9 : 연산기(연산 수단)
7 : 보일러
9 : 연산기(연산 수단)
Claims (12)
- 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 미리 측정된 회분 성분의 조성과, 상기 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 산출된, 일정량의 회분 성분 중 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 슬래그로 되는 비율을 나타내는 슬래그 비율에 기초하여, 보일러에 있어서의 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록, 상기 복수 종류의 고정 연료의 혼합 비율을 결정하는 스텝과,
상기 복수 종류의 고정 연료의 상기 혼합 비율에 기초하여, 상기 복수 종류의 고체 연료를 혼합하고, 연료로서 보일러에 공급하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법. - 제1항에 있어서, 상기 슬래그 비율은, 상기 회분 성분의 조성에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 산출되거나, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 상기 복수 종류의 고체 연료의 각각을 가열했을 때에 측정된 슬래그로부터 산출되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기준값은, 상기 슬래그 비율에 대한 회분 부착율에 기초하여, 상기 회분 부착율이 낮아지도록 결정되고,
상기 회분 부착율은, 상기 보일러 내에 삽입된 회분 부착 프로브로의 충돌 회분량에 대한, 미리 조사된 실제 부착 회분량의 비율로서 산출되고,
상기 충돌 회분량은, 상기 고체 연료의 공급량 및 회분 함유율 및 상기 보일러의 노 형상으로부터 구해지는, 상기 회분 부착 프로브의 투영 면적에 충돌하는 회분 성분의 총량으로서 산출되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법. - 제1항에 있어서, 상기 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 이하가 되도록, 상기 기준값이 50 내지 60wt％로 결정되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 버너 근방에 있어서의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성인 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 보일러 설계상의 최고 분위기 온도 및 그 부위에 있어서의 분위기 가스 조성, 또는, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은 분위기 가스 조성 및 그 부위에 있어서의 온도인 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 방법.
- 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서, 일정량의 회분 성분 중, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 슬래그로 되는 비율을 나타내는 슬래그 비율을 산출하는 동시에, 복수 종류의 고체 연료의 각각에 대해서 미리 측정된 회분 성분의 조성에 기초하여, 보일러에 있어서의 슬래그 비율이 기준값 이하로 되도록 상기 복수 종류의 고정 연료의 혼합 비율을 결정하는 연산 수단과,
상기 복수 종류의 고정 연료의 상기 혼합 비율에 기초하여, 상기 복수 종류의 고체 연료의 공급량을 조정하는 연료 공급량 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치. - 제7항에 있어서, 상기 슬래그 비율은, 상기 회분 성분의 조성에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 산출되거나, 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서 상기 복수 종류의 고체 연료 각각을 가열했을 때에 측정된 슬래그로부터 산출되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 기준값은, 상기 슬래그 비율에 대한 회분 부착율에 기초하여, 상기 회분 부착율이 낮아지도록 결정되고,
상기 회분 부착율은, 상기 보일러 내에 삽입된 회분 부착 프로브로의 충돌 회분량에 대한, 미리 조사된 실제의 부착 회분량의 비율로서 산출되고,
상기 충돌 회분량은, 상기 고체 연료의 공급량 및 회분 함유율 및 상기 보일러의 노 형상으로부터 구해지는, 상기 회분 부착 프로브의 투영 면적에 충돌하는 회분 성분의 총량으로서 산출되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치. - 제7항에 있어서, 상기 회분 부착율이 5 내지 7wt％ 이하가 되도록, 상기 기준값이 50 내지 60wt％로 결정되는 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치.
- 제7항에 있어서, 보일러 연소실의 온도 및 분위기 가스 조성을 계측하는 계측 수단을 더 구비하고,
상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 상기 계측 수단으로 측정된 상기 보일러 연소실의 온도 및 분위기 가스 조성인 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치. - 제7항에 있어서, 상기 소정의 분위기 온도 및 분위기 가스 조성은, 보일러 설계상의 최고 분위기 온도 및 그 부위에 있어서의 분위기 가스 조성, 또는, 보일러 설계상의 환원도가 가장 높은 분위기 가스 조성 및 그 부위에 있어서의 온도인 것을 특징으로 하는, 보일러의 회분 부착 억제 장치.
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