KR101397885B1 - 분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치 - Google Patents

분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치 Download PDF

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해양 박
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

고체 연료의 공급량을 조정하는 공급량 조정 수단(3a, 3b)과, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정하는 농도 측정 수단(7)과, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 분석값으로서 기억하는 기억 수단(11)을 갖고, 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기(5)에 있어서, 농도 측정 수단(7)의 측정 결과와, 분석값에 기초하여, 분쇄기(5)에 공급되는 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 변화시키도록, 제어 수단(11)에 의해 공급량 조정 수단(3a, 3b)을 제어하는 것이다. 당해 구성에 의해, 분쇄기(5) 내에서의 발화를 방지할 수 있다.

Description

분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치 {IGNITION PREVENTION METHOD AND IGNITION PREVENTION APPARATUS FOR CRUSHER}
본 발명은 보일러의 연료가 되는 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치에 관한 것이다.
고체 연료를 연료로 하는 보일러에는 분쇄기로 분쇄된 고체 연료가 반송용 공기와 함께 공급된다.
일본에서는 발화 온도가 높은 역청탄을 보일러의 연료에 사용하고 있으므로, 분쇄기에서의 발화에 대해서는 그다지 주목되고 있지 않다. 오히려, 초기의 미분탄 연소 보일러에는 화재가 일어난 후의 대책으로서, 분쇄기 내에, 불활성 가스(수증기 등)를 공급하는 시스템이나 파열판(럽쳐디스크)을 설치하고 있는 것이 있다.
한편, 해외, 특히 미국에서는 1980년대에 서부산의 저품위탄을 사용함으로써, 분쇄기 내에서의 화재ㆍ폭발을 수없이 경험하고 있다. 금후, 일본에서도 저품위탄, 즉 발화 온도가 낮은 석탄이나, 아역청탄, 개질 갈탄(UBC) 등을 사용하는 기회가 증가하고 있으므로, 분쇄기 내에서의 발화를 사전에 검지하여, 이를 방지할 필요가 있다.
특허 문헌 1에는 석탄을 분쇄하는 분쇄 밀에 석탄을 공급하는 석탄 공급관에 바이오매스를 정량적으로 공급함으로써, 분쇄 밀에 공급되는 석탄량과 바이오매스 연료량의 비율을 안정화시켜, 바이오매스의 발화를 방지하고, 나아가서는 분쇄 밀의 운전 상태를 안정화시킨 석탄ㆍ유기물 연료 혼합 분쇄 장치가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는 혼합 공기의 밀 입구 온도 계측값과 밀 입구 온도 설정값을 비교하여, 밀 입구 온도 계측값이 밀 입구 온도 설정값 이상으로 된 경우에, 밀 출구 온도 설정값을 내림으로써, 밀 입구 온도의 과잉 상승에 의한 발화 사고를 방지하면서, 밀 출구 온도의 제어를 계속하는 밀 장치 및 그것을 구비한 석탄 연소 보일러 설비가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에는 피분쇄물의 공급량에 따라서 밀의 입구 온도를 제어함으로써, 밀의 출구 온도의 변화를 작게 하여, 미분탄의 발화를 방지한 롤러 밀 장치가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 4에는 가열 공기관 및 석탄 분쇄기 내의 온도를 측정하여, 석탄 분쇄기에 공급하는 공기의 온도 및 공급량을 제어함으로써, 발화의 우려를 없앤 석탄 분쇄기용 공기 온도 제어 장치가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 5에는 밀 입구 온도와 밀로의 급탄량으로부터 원탄 수분을 구하고, 이 원탄 수분에 따라서 밀 출구 온도를 설정함으로써, 밀 출구 온도를 원탄 수분에 따른 최적값으로 하여 발화를 방지한 밀 출구 온도 제어 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 6에는 미분병 내에서 미분탄의 훈소(smoldering)나 표면 연소 상태를 검지했을 때에, 미분탄의 반송 매체를 공기로부터 불활성 가스로 전환함으로써, 미분 폭발을 방지하는 미분탄 연소 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2004-347241호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-102666호 공보 일본 특허 출원 공개 평4-244246호 공보 일본 특허 출원 공개 소56-152750호 공보 일본 특허 출원 공개 소63-315158호 공보 일본 특허 출원 공개 소63-267814호 공보
그러나, 현재에는 지금까지 상정되어 있지 않았던 발화 온도가 낮은 고체 연료에 대한 운전 지표가 없다. 그로 인해, 어떤 운전 조건, 구체적으로는 어떤 입구ㆍ출구 온도와 연료 공급량으로 분쇄기를 조작해야 할지 알 수 없다. 따라서, 분쇄기를 안전하게 운전하기 위한 운전 조건을 얻어, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하는 것이 기대된다.
본 발명의 목적은 분쇄기 내에서의 발화를 방지하는 것이 가능한 분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서의 분쇄기의 발화 방지 방법은 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기의 발화 방지 방법이며, 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 분석값으로서 미리 구해 두고, 상기 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정하여, 상기 농도의 측정 결과와 상기 분석값에 기초하여, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 변화시키도록, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
종래에는, 열풍(반송용 공기)이 공급되면서 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기에 발화 온도가 낮은 고체 연료를 사용하면, 분쇄기 내에 있어서, 가열된 연료가 발화될 위험성이 있다. 그리고, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나면, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되게 된다. 따라서, 분쇄 내에서의 발화를 방지하기 위해서는, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않도록, 즉 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되지 않도록 할 필요가 있다.
여기서, 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 낮아질수록, 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도가 저하된다. 이는, 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 낮아질수록, 저온에서 가연성 가스 등의 휘발분이 방출되기 쉬워져, 발화되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 따라서, 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 높아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료의 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하면, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도가 높아져, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나기 어려워지는 것이다.
단, 단순히 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 높게 하여, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도를 높게 하는 것으로는, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량을 늘릴 수 없다. 비용 절감을 도모하기 위해서는, 분쇄기 내에서 발화가 일어나지 않을 정도로, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량을 가능한 한 늘리는 것이 필요하다.
따라서, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정한 결과, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되지 않은 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있지 않으므로, 미리 구해 둔 분석값에 기초하여, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 낮아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 낮아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 고체 연료의 공급량을 늘림으로써, 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도를 낮게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량이 증가하므로, 비용 절감을 도모할 수 있다.
한편, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정한 결과, 일산화탄소나 이산화탄소가 조금이라도 검지된 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있으므로, 미리 구해 둔 분석값에 기초하여, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 높아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 고체 연료의 공급량을 줄임으로써, 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도를 높게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량은 줄지만, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않게 되어, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되지 않게 된다. 따라서, 발화 온도가 낮은 고체 연료를 사용해도, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하여, 분쇄기의 화재나 폭발 등의 재해를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 분쇄기의 발화 방지 방법에 있어서, 상기 고체 연료는 석탄 및 바이오매스 연료 중 적어도 1종이면 된다. 상기의 구성에 따르면, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄이나 바이오매스 연료를, 고가이고 발화 온도가 높은 역청탄 등의 고품위탄 대신에 사용함으로써, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하면서, 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 분쇄기의 발화 방지 장치는 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기의 발화 방지 장치이며, 상기 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하는 공급량 조정 수단과, 상기 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정하는 농도 측정 수단과, 상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 분석값으로서 기억하는 기억 수단과, 상기 농도 측정 수단의 측정 결과와, 상기 기억 수단이 기억하는 상기 분석값에 기초하여, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 변화시키도록, 상기 공급량 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 따르면, 상술한 바와 같이, 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 높아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하면, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도가 높아져, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나기 어려워진다.
따라서, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정한 결과, 일산화탄소 농도나 이산화탄소가 검지되지 않은 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있지 않으므로, 미리 구해 둔 분석값에 기초하여, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 낮아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 낮아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 고체 연료의 공급량을 늘림으로써, 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도를 낮게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량이 증가하므로, 비용 절감을 도모할 수 있다.
한편, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정한 결과, 일산화탄소나 이산화탄소가 조금이라도 검지된 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있으므로, 미리 구해 둔 분석값에 기초하여, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 높아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 고체 연료의 공급량을 줄임으로써, 1종류 이상의 고체 연료의 발화 온도를 높게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 고체 연료의 공급량은 줄지만, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않게 되어, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되지 않게 된다. 따라서, 발화 온도가 낮은 고체 연료를 사용해도, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하여, 분쇄기의 화재나 폭발 등의 재해를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 분쇄기의 발화 방지 장치에 있어서, 상기 고체 연료는 석탄 및 바이오매스 연료 중 적어도 1종이면 된다. 상기의 구성에 따르면, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄이나 바이오매스 연료를, 고가이고 발화 온도가 높은 역청탄 등의 고품위탄 대신에 사용함으로써, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하면서 비용 절감을 도모할 수 있다.
본 발명의 분쇄기의 발화 방지 방법 및 발화 방지 장치에 따르면, 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소의 농도를 측정한 결과, 일산화탄소나 이산화탄소가 조금이라도 검지된 경우에는, 분석값에 기초하여, 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비가 높아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정한다. 이에 의해, 분쇄기 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않게 되므로, 발화 온도가 낮은 고체 연료를 사용해도, 분쇄기 내에서의 발화를 방지하여, 분쇄기의 화재나 폭발 등의 재해를 방지할 수 있다.
도 1은 분쇄기의 발화 방지 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 미분탄 발화 시험 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 고정 탄소분율과 휘발분율의 비와 발화 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에서는 고체 연료로서 석탄을 사용하여 설명하지만, 고체 연료는 이에 한정되지 않고, 바이오매스 연료나 오니 탄화물 등이어도 되고, 석탄, 바이오매스 연료, 오니 탄화물 등을 2종 이상 사용해도 된다.
(분쇄기의 발화 방지 장치의 구성)
본 실시 형태에 의한 분쇄기의 발화 방지 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이 석탄 호퍼(1, 2)로부터 혼합기(4)로 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 조정하는 석탄 공급량 조정 장치(공급량 조정 수단)(3a, 3b)와, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정 장치(농도 측정 수단)(7)와, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어하는 연산기(기억 수단, 제어 수단)(11)를 갖고 있다. 또한, 농도 측정 장치(7)는 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 이산화탄소 농도를 측정하는 것이어도 되고, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 각각 측정하는 것이어도 된다.
석탄 호퍼(1, 2)는 2종류의 석탄 A, B를 각각 보유 지지하고 있다. 석탄 호퍼(1)가 보유 지지하는 석탄 A와, 석탄 호퍼(2)가 보유 지지하는 석탄 B는 고정 탄소분율과 휘발분율의 비(연료비)가 서로 다르다. 혼합기(4)는 석탄 호퍼(1, 2)로부터 공급된 2종류의 석탄 A, B를 혼합한다. 석탄 호퍼(1)로부터 혼합기(4)로 공급되는 석탄 A의 공급량은 석탄 공급량 조정 장치(3a)에 의해 조정되고, 석탄 호퍼(2)로부터 혼합기(4)로 공급되는 석탄 B의 공급량은 석탄 공급량 조정 장치(3b)에 의해 조정된다.
분쇄기(5)는 혼합기(4)에서 혼합된 혼합탄을 분쇄하여 미분탄으로 한다. 분쇄기(5)에는 미분탄을 반송하는 반송용 공기(열풍)가 공급되고 있다. 이 반송용 공기에 의해, 분쇄기(5) 내의 미분탄은 건조되면서 미분탄 버너(8)로 반송된다. 여기서, 후술하는 미분탄의 발화 온도의 측정 결과로부터, 미분탄이 발화되지 않도록 하기 위해서는, 분쇄기(5)의 입구에 있어서의 반송용 공기(열풍)의 온도를 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도는 농도 측정 장치(7)에 의해 측정된다. 미분탄 버너(8)는 미분탄을 연소시킨다. 보일러(9)는 미분탄을 연소시켜 열을 회수한다.
여기서, 분쇄기(5)에 발화 온도가 낮은 석탄을 사용하면, 분쇄기(5) 내에 있어서, 가열된 연료(미분탄)가 발화될 위험성이 있다. 그리고, 분쇄기(5) 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나면, 일산화탄소나 이산화탄소가 발생하고, 농도 측정 장치(7)에 의해 일산화탄소가 검지되게 된다. 따라서, 분쇄기(5) 내에서의 발화를 방지하기 위해서는, 분쇄기(5) 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않도록, 즉 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소가 검지되지 않도록 할 필요가 있다.
또한, 발화 온도가 높은 역청탄 등의 고품위탄을 사용하고 있으면, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소나 이산화탄소는 검지되지 않는다. 이는 분쇄기(5)에 공급되는 반송용 공기(열풍)의 온도보다도, 연료가 산화 반응을 개시하는 온도의 쪽이 훨씬 높기 때문이다.
연산기(11)에는 미리 석탄 A 및 석탄 B의 고정 탄소분율, 휘발분율 등의 석탄 성상이 분석 데이터(분석값)로서 기억되어 있는 동시에, 혼합탄의 연료비가 분석 데이터(분석값)로서 기억되어 있다. 또한, 연산기(11)에는 농도 측정 장치(7)가 측정한 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도의 측정 데이터(측정 결과)가 입력된다. 그리고, 연산기(11)는 석탄 A, B의 혼합률을 파라미터로서 사용하여, 농도 측정 장치(7)로부터의 측정 데이터와, 분석 데이터에 기초하여, 분쇄기(5)에 공급되는 혼합탄의 연료비를 변화시키도록, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어한다. 이에 의해, 석탄 A, B의 혼합기(4)로의 공급량이 각각 변경된다.
여기서, 혼합탄(미분탄)의 연료비가 낮아질수록, 혼합탄(미분탄)의 발화 온도가 저하된다. 이는, 연료비가 낮아질수록, 저온에서 가연성 가스 등의 휘발분이 방출되기 쉬워져, 발화되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 따라서, 연료비가 높아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 각각 조정하면, 미분탄의 발화 온도가 높아져, 분쇄기(5) 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나기 어려워지는 것이다.
단, 단순히 연료비를 높게 하여, 분쇄기(5)에 공급되는 혼합탄의 발화 온도를 높게 하는 것으로는, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄의 공급량을 늘릴 수 없다. 비용 절감을 도모하기 위해서는, 분쇄기(5) 내에서 발화가 일어나지 않을 정도로, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄의 공급량을 가능한 한 늘리는 것이 필요하다.
(분쇄기의 발화 방지 장치의 동작)
다음에, 상기한 구성의 분쇄기의 발화 방지 장치(10)의 동작, 즉 분쇄기의 발화 방지 방법에 대해 설명한다.
석탄 호퍼(1, 2)로부터 공급된 2종류의 석탄 A, B는 혼합기(4)에서 혼합되어 혼합탄으로서 분쇄기(5)에 공급된다. 석탄 호퍼(1)로부터 혼합기(4)로 공급되는 석탄 A의 공급량은 석탄 공급량 조정 장치(3a)에 의해 조정되고, 석탄 호퍼(2)로부터 혼합기(4)로 공급되는 석탄 B의 공급량은 석탄 공급량 조정 장치(3b)에 의해 조정된다.
혼합탄은 분쇄기(5)에서 분쇄되어 미분탄으로 되고, 반송용 공기에 의해 건조되면서 미분탄 버너(8)로 반송된다. 미분탄은 미분탄 버너(8)에 의해 연소되고, 연소에 의해 발생한 열은 보일러(9)로 회수된다. 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도는 농도 측정 장치(7)에 의해 측정된다. 농도 측정 장치(7)가 측정한 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도의 측정 데이터(측정 결과)는 연산기(11)에 입력된다.
연산기(11)에는 미리 석탄 A 및 석탄 B의 고정 탄소분율, 휘발분율 등의 석탄 성상이 분석 데이터(분석값)로서 기억되어 있는 동시에, 혼합탄의 연료비가 분석 데이터(분석값)로서 기억되어 있다. 연산기(11)는 석탄 A, B의 혼합률을 파라미터로서 사용하여, 농도 측정 장치(7)로부터의 측정 데이터와, 분석 데이터에 기초하여, 분쇄기(5)에 공급되는 혼합탄의 연료비를 변화시키도록, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어한다. 이에 의해, 석탄 A, B의 혼합기(4)로의 공급량이 각각 변경된다.
구체적으로는, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도를 측정한 결과, 일산화탄소가 검지되지 않은 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있지 않으므로, 연산기(11)는 미리 구해 둔 분석 데이터(연료비와 발화 온도의 관계)에 기초하여, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어하여, 혼합탄의 연료비가 낮아지도록, 즉 혼합탄의 발화 온도가 낮아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 각각 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 석탄의 공급량을 늘림으로써, 혼합탄의 발화 온도를 낮게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄의 공급량이 증가하므로, 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 일산화탄소가 검지되지 않은 경우에는, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 제어하지 않음으로써, 혼합탄의 연료비가 변화되지 않도록 해도 된다.
한편, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도를 측정한 결과, 일산화탄소가 조금이라도 검지된 경우에는, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나고 있으므로, 연산기(11)는 미리 구해 둔 분석 데이터에 기초하여, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어하여, 혼합탄의 연료비가 높아지도록, 즉 혼합탄의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 각각 조정한다. 구체적으로는, 발화 온도가 낮은 쪽의 석탄의 공급량을 줄임으로써, 혼합탄의 발화 온도를 높게 한다. 이에 의해, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄의 공급량은 줄지만, 분쇄기(5) 내에 있어서, 발화의 예조인 연료의 산화 반응이 일어나지 않게 되어, 분쇄기(5)의 출구에 있어서의 가스 중에 있어서, 일산화탄소가 검지되지 않게 된다. 따라서, 발화 온도가 낮은 석탄을 사용해도, 분쇄기(5) 내에서의 발화를 방지하여, 분쇄기(5)의 화재나 폭발 등의 재해를 방지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 고체 연료로서 바이오매스 연료를 사용해도 된다. 그리고, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄이나 바이오매스 연료를, 고가이고 발화 온도가 높은 역청탄 등의 고품위탄 대신에 사용함으로써, 분쇄기(5) 내에서의 발화를 방지하면서 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 농도 측정 장치(7)가 측정하는 일산화탄소 농도에 임계값을 설정해도 된다. 임계값은 분쇄기(5) 내에 있어서 연료(미분탄)가 발화될 때의 일산화탄소 농도로, 수십 ppm이다. 그리고, 농도 측정 장치(7)가 측정하는 일산화탄소 농도가 임계값에 충분히 가까워졌을 때에는, 혼합탄의 연료비가 높아지도록, 즉 혼합탄의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 각각 조정한다. 또한, 일산화탄소 농도가 임계값으로부터 충분히 이격되어 있을 때에는, 혼합탄의 연료비가 낮아지도록, 즉 혼합탄의 발화 온도가 낮아지도록, 혼합기(4)를 통해 분쇄기(5)에 공급되는 석탄 A, B의 공급량을 각각 조정한다. 또한, 일산화탄소 농도가 임계값으로부터 충분히 이격되어 있을 때에는, 혼합탄의 연료비를 변화시키지 않아도 된다.
이와 같이, 일산화탄소 농도에 임계값을 설정하여, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)의 제어를 행함으로써, 분쇄기(5) 내에서의 발화를 방지하면서, 저렴하고 발화 온도가 낮은 석탄을 충분히 사용하여 비용 절감을 도모할 수 있다.
(연료비와 발화 온도의 관계)
다음에, 1종류 이상의 고체 연료 중의 연료비와 발화 온도의 관계에 대해 설명한다. 연산기(11)가, 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)를 각각 제어하기 위해서는 1종류 이상의 고체 연료 중의 연료비를 미리 파악해 둘 필요가 있다. 따라서, 연료비가 다른 3종류의 석탄 A, B, C를 1종 혹은 2종 이상 사용하여, 이를 분쇄한 미분탄의 발화 온도를 조사하였다. 이 조사에는 도 2에 도시하는 미분탄 발화 시험 장치(21)를 사용하였다. 표 1에 3종류의 석탄 A, B, C의 석탄 성상을 나타낸다.
Figure 112012094480484-pct00001
미분탄 발화 시험 장치(21)는 내경 φ25㎜×700L의 원통 종형 반응관(22)과, 정량의 미분탄을 원통 종형 반응관(22) 내에 공급하는 미분탄 피더(23)와, 원통 종형 반응관(22)의 외주에 설치된 히터(24)와, 원통 종형 반응관(22) 내에 가열된 혼합 가스를 공급하는 가스 공급 라인(25)과, 원통 종형 반응관(22)의 하방에 설치된 받침 용기(27)와, 원통 종형 반응관(22)의 하부에 설치된 일산화탄소 농도계(26)와, 원통 종형 반응관(22)의 상방에 설치된 럽쳐디스크(29)를 갖고 있다.
원통 종형 반응관(22)의 내부의 분위기 온도는 히터(24)에 의해, 상온으로부터 약 400℃까지, 원통 종형 반응관(22)의 종방향을 따라서 대략 균일하게 승온 가능하게 되어 있다. 여기서, 원통 종형 반응관(22)의 내부의 분위기 온도의 승온 속도는 약 5℃/min으로 되도록 조정되어 있다.
또한, 원통 종형 반응관(22)의 측면에는 길이 방향을 따른 8개소에 열전대 삽입 포트가 설치되어 있고, 이들 열전대 삽입 포트에는 외경 φ1㎜의 시스 K 열전대(28)가 각각 삽입된다. 이들 시스 K 열전대(28)에 의해, 원통 종형 반응관(22)의 내부의 중심축 상의 분위기 온도의 측정이 가능하게 되어 있다.
가스 공급 라인(25)은 질소 가스(공기보다도 산소 분압이 낮은 가스)와 공기를 혼합하여 혼합 가스로 하는 혼합실(31)과, 혼합 가스 중의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계(32)와, 혼합 가스를 가열하는 가열 히터(33)를 갖고 있다. 럽쳐디스크(29)는, 통상은 폐쇄되어 있고, 원통 종형 반응관(22) 내가 고압으로 되면 개방 상태로 된다.
여기서, 분쇄기(5)와 동일 조건 하에서 시험을 행하기 위해, 몇 개의 시험 조건을 설정하였다. 즉, 시험 조건으로서, 미리 수분 함유율이 4.0 내지 5.0％의 범위로 조정된 미분탄을 사용하였다. 또한, 시험 조건으로서, 입자 직경이 75㎛ 이하인 미분탄의 비율을 80％ 이상으로 하였다. 또한, 시험 조건으로서, Air/Coal비{원통 종형 반응관(22)에 공급되는 가열된 혼합 가스의 양[L/min]과 석탄 공급량[g/min]의 비}를 1.7로 하였다. 또한, 시험 조건으로서, 원통 종형 반응관(22) 내에 미분탄이 체류하는 체류 시간을 약 6초로 하였다. 또한, 미분탄 입자는 혼합 가스와 동일한 속도로 원통 종형 반응관(22) 내를 이동하는 것으로 상정하였다. 또한, 미분탄이 분쇄기(5)의 내부에 부착되어 붙어 있는 일이 없는 것으로 가정하였다.
미분탄 피더로부터 공급된 정량의 미분탄은 자중에 의해 원통 종형 반응관(22) 내에 낙하 투입된다. 또한, 원통 종형 반응관(22) 내에는 가스 공급 라인(25)으로부터 가열된 혼합 가스가 공급된다. 원통 종형 반응관(22) 내에 있어서, 미분탄과 혼합 가스는 동일한 온도까지 가열된다. 그 후, 미분탄은 원통 종형 반응관(22)의 하부의 플랜지부(22a)로부터 시스템 밖으로 낙하하여, 받침 용기(27)에 저류된다.
미분탄이 원통 종형 반응관(22) 내에 체류하고 있는 체류 시간 내에 미분탄이 발화되는 온도까지 상승하면, 원통 종형 반응관(22)의 하부에 설치된 일산화탄소 농도계(26)가 일산화탄소 농도의 상승을 검출한다. 원통 종형 반응관(22) 내의 분위기 온도를 히터(24)로 변화시키면서, 반복해서 시험을 행하여, 원통 종형 반응관(22)의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소 농도가 30ppm 이상으로 된 시점에 있어서의, 원통 종형 반응관(22) 내의 분위기 온도의 평균값을, 미분탄의 발화 온도로서 산출하였다. 또한, 원통 종형 반응관(22)의 출구에 있어서의 가스 중의 이산화탄소 농도를 측정함으로써, 미분탄의 발화 온도를 산출해도 된다.
석탄의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비(연료비)를 파라미터로 한 미분탄의 발화 온도의 측정 결과를 도 3에 나타낸다. 미분탄의 발화 온도의 측정 결과로부터, 연료비가 낮아질수록 미분탄의 발화 온도가 선형으로 저하되는 것을 알 수 있다. 이는 연료비가 낮아질수록, 저온에서 가연성 가스 등의 휘발분이 방출되기 쉬워져, 발화되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 따라서, 고체 연료 중의 연료비를 제어하는 것은 분쇄기(5) 내에서의 발화의 관점으로부터, 분쇄기(5)를 안전하게 조업하는 조작 조건이 된다고 생각된다. 또한, 미분탄의 발화 온도의 측정 결과로부터, 미분탄의 발화를 방지하기 위해서는, 분쇄기(5)의 입구에 있어서의 반송용 공기(열풍)의 온도를, 200℃ 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
(본 실시 형태의 변형예)
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 구체예를 예시한 것에 지나지 않고, 특별히 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 구체적 구성 등은 적절하게 설계 변경 가능하다. 또한, 발명의 실시 형태에 기재된 작용 및 효과는 본 발명으로부터 발생하는 가장 적합한 작용 및 효과를 열거한 것에 지나지 않고, 본 발명에 의한 작용 및 효과는 본 발명의 실시 형태에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 연산기(11)에 의한 석탄 공급량 조정 장치(3a, 3b)의 제어는 상술한 것으로 한정되지 않는다. 농도 측정 장치(7)가 일산화탄소 농도를 검지하지 않아도, 고체 연료 중의 연료비가 높아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 높아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정해도 되고, 농도 측정 장치(7)가 일산화탄소 농도를 검지해도, 그 값이 임계값 미만이면, 고체 연료 중의 연료비가 낮아지도록, 즉 고체 연료의 발화 온도가 낮아지도록, 분쇄기(5)에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정해도 된다. 결국, 분쇄기(5) 내에서 발화가 일어나지 않는 범위 내에서, 분쇄기(5)에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료의 공급량을 조정하면 된다.
본 출원은 2010년 5월 17일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-113447)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명은 보일러에 있어서 고체 연료의 분쇄기의 발화 방지에 유용하다.
1, 2 : 석탄 호퍼
3a, 3b : 석탄 공급량 조정 장치(공급량 조정 수단)
4 : 혼합기
5 : 분쇄기
7 : 농도 측정 장치(농도 측정 수단)
8 : 미분탄 버너
9 : 보일러
10 : 분쇄기의 발화 방지 장치
11 : 연산기(기억 수단, 제어 수단)
21 : 미분탄 발화 시험 장치
22 : 원통 종형 반응관
23 : 미분탄 피더
24 : 히터
25 : 가스 공급 라인
26 : 일산화탄소 농도계
27 : 받침 용기
28 : 시스 K 열전대
32 : 산소 농도계
33 : 가열 히터

Claims (4)

  1. 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기의 발화 방지 방법이며,
    1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 분석값으로서 미리 구해 두고,
    상기 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소와 이산화탄소 중 하나 이상의 농도를 측정하고,
    상기 농도의 측정 결과와 상기 분석값에 기초하여, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 변화시키도록, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 분쇄기의 발화 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고체 연료는 석탄 및 바이오매스 연료 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 분쇄기의 발화 방지 방법.
  3. 고체 연료를 분쇄하는 분쇄기의 발화 방지 장치이며,
    상기 분쇄기에 공급되는 1종류 이상의 고체 연료를 구성하는 개개의 고체 연료의 공급량을 조정하는 공급량 조정 수단과,
    상기 분쇄기의 출구에 있어서의 가스 중의 일산화탄소와 이산화탄소 중 하나 이상의 농도를 측정하는 농도 측정 수단과,
    상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 분석값으로서 기억하는 기억 수단과,
    상기 농도 측정 수단의 측정 결과와, 상기 기억 수단이 기억하는 상기 분석값에 기초하여, 상기 분쇄기에 공급되는 상기 1종류 이상의 고체 연료 중의 고정 탄소분율과 휘발분율의 비를 변화시키도록, 상기 공급량 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 분쇄기의 발화 방지 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고체 연료는 석탄 및 바이오매스 연료 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 분쇄기의 발화 방지 장치.
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