TWI480493B - Operation method of pulverized coal - fired boiler equipment and equipment for pulverized coal - fired boiler - Google Patents

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Description

燃煤粉鍋爐設備之運轉方法及燃煤粉鍋爐設備
本發明是關於燃煤粉鍋爐設備之運轉方法。特別是關於對於構成燃煤粉鍋爐設備的碎煤裝置(研磨機)之氣體供應方法。
與這種技術有關的文獻包括例如專利文獻1~3。在專利文獻1記載，將空氣(燃燒空氣)和通過空氣預熱器後的鍋爐排氣所組成的混合氣體(搬送氣體)供應給碎煤裝置的技術。由於鍋爐排氣的氧濃度比空氣低，鍋爐排氣和空氣的混合氣體的氧濃度變得比空氣低。藉由將該混合氣體供應給碎煤裝置，可防止在碎煤裝置內的媒粉著火。又其中記載著，該混合氣體的氧濃度宜為16%以下。
此外，在專利文獻2記載，為了防止媒粉著火，作為媒粉之乾燥搬送用的氣體，僅使用鍋爐的燃燒排氣而非新鮮空氣的技術。其中記載著，鍋爐燃燒排氣的氧濃度為2~5%。
此外，在專利文獻3記載，為了媒粉的乾燥及提昇鍋爐熱效率，將高溫鍋爐排氣的一部分和空氣一起供應給碎煤裝置的技術。
〔專利文獻1〕日本特開平11-63471號公報
〔專利文獻2〕日本特開平5-272709號公報
〔專利文獻3〕日本特開昭62-134416號公報
如專利文獻1~3所記載般，作為燃煤粉鍋爐的燃料，一般是使用瀝青煤。另一方面，作為瀝青煤以外的煤炭資源，還包括比瀝青煤的煤化度更低之褐煤、亞瀝青煤等被稱為低階煤者。這些低階煤占全部煤資源的大約一半。本申請人，為了將這些低階煤改質而利用於作為瀝青煤等一般煤的替代燃料，進行許多研究開發。低階煤的改質例如是將低階煤乾燥(脫水)，藉由使低階煤脫水可提高其發熱量。低階煤的脫水方法，例如是將低階煤在油中進行脫水之油中脫水方法。
在此，將低階煤改質後的改質低階煤，著火溫度比一般煤低。藉由將低階煤和著火溫度高的一般煤混合，如專利文獻1~3所記載般可使用改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料。然而，改質低階煤對一般煤的混合比率越高，碎煤裝置(研磨機)內的著火風險越高。
如前述般，在專利文獻1記載，藉由使鍋爐排氣和空氣的混合氣體之氧濃度成為16%以下，可防止媒粉著火，但其並未考慮改質低階煤。此外，在專利文獻2，作為媒粉之乾燥搬送用氣體是僅將鍋爐排氣(氧濃度2~5%)供應給碎煤裝置。其雖沒有考慮改質低階煤，但依據此方法，即使是著火溫度低的改質低階煤仍能防止其著火。然而，現在運轉中的燃煤粉鍋爐的大多數，如在專利文獻1~3中作為習知例所記載般，作為媒粉之乾燥搬送用氣體 是使用空氣(新鮮空氣)，因此若要將不使用空氣(新鮮空氣)之專利文獻2所記載的上述技術運用於既有的燃煤粉鍋爐，必須進行許多麻煩的改造。又專利文獻3的課題並非防止媒粉著火，也沒有供應給碎煤裝置之氣體氧濃度之相關記載。
本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，其目的是為了提供一種使用改質低階煤作為燃料之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，可安全地使用改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料，且能減少既有燃煤粉鍋爐設備的改造。
本發明人等，為了解決前述課題進行深入探討的結果，準備在空氣中添加鍋爐排氣而使氧濃度成為體積比未達12%之混合氣體，將該混合氣體供應給碎煤裝置即可解決前述課題。根據此認知而到達本發明的完成。
亦即，本發明係提供下述燃煤粉鍋爐設備之運轉方法。
(1)一種燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，是使用改質低階煤作為燃料之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，係包含：準備在空氣中添加鍋爐排氣而使氧濃度成為體積比未達12%的混合氣體之步驟；以及將前述混合氣體供應給碎煤裝置的步驟。
依據此構成，可防止在碎煤裝置內的媒粉(改質低階煤)著火，能安全地使用改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料。又若使用氧濃度為體積比12%以上的氣體，改質低階煤之著火風險急劇昇高。此外，在本發明，是與習知同樣 地採用將空氣供應給碎煤裝置的構造，因此可減少既有燃煤粉鍋爐設備的改造。
(2)如(1)所述之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，係包含：讓前述混合氣體分開而流過經由氣體加熱器之搬送氣體路徑和繞過氣體加熱器之旁通搬送氣體路徑，然後將前述混合氣體供應給碎煤裝置。
依據此構成，混合氣體的溫度控制和氧濃度控制可獨立地進行。如此，關於供應給碎煤裝置之氣體的溫度控制，不須改造既有的控制系統而能照舊使用。
(3)如(1)所述之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，係包含：從比脫硫塔更下游側的排氣路徑取出前述鍋爐排氣的步驟。
(4)如(2)所述之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，係包含：從比脫硫塔更下游側的排氣路徑取出前述鍋爐排氣的步驟。
依據此構成，供應給碎煤裝置的混合氣體之含硫量減少，可抑制碎煤裝置的腐蝕。
依據本發明，將由空氣和鍋爐排氣所混合成之氧濃度為體積比未達12%的混合氣體供應給碎煤裝置，藉此可防止在碎煤裝置內之媒粉(改質低階煤)著火，能安全地使用改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料，且能減少既有燃煤 粉鍋爐設備的改造。
以下，對於用來實施本發明的方式，參照圖式進行說明。又在以下的說明，是在說明習知一般的燃煤粉鍋爐設備之後，才說明本發明的一實施方式之燃煤粉鍋爐設備。
(習知的燃煤粉鍋爐設備)
如第3圖所示般，習知一般的燃煤粉鍋爐設備200，例如具備：鍋爐火爐1、節煤器2、脫硝塔3、電集塵機4、IDF5(引風機)、脫硫塔6、煙囪7、料斗14、研磨機21(碎煤裝置)、GAH8(氣體加熱器)、FDF9(鼓風機)、一次風機10、及控制單元17。在研磨機21之出口側導管的研磨機出口部安裝有氣體溫度計15，在研磨機21之入口側導管的研磨機入口部安裝有氣體流量計16。在GAH8和研磨機21間的導管上安裝閥12，在GAH8的旁通導管上安裝閥13。此外，在一次風機10的吸入側安裝閥11。
從料斗14供應給研磨機21之一般煤，在研磨機21內實施微粉碎後，藉由氣流搬送而搬送至鍋爐火爐1，在鍋爐火爐1內燃燒。媒粉燃燒所產生之高溫鍋爐排氣，經由鍋爐火爐1、節煤器2實施熱回收，藉由脫硝塔3實施氮氧化物除去處理。然後，鍋爐排氣，是將供應給研磨機21之一次空氣及供應給鍋爐火爐1之二次空氣藉由GAH8 進行加熱，並經由電集塵機4及脫硫塔6分別實施灰除去處理、硫氧化物除去處理後，從煙囪7排出。
在此，是在研磨機21內，進行從料斗14供應的一般煤之粉碎及乾燥。一般煤的乾燥，是藉由從一次風機10供應給研磨機21之200~300℃左右的一次空氣來進行。該一次空氣的流量，是利用閥11的開度進行調整。此外，一次空氣的研磨機出口溫度，是利用閥12、13的開度進行調整。控制單元17，是接收來自氣體流量計16的信號而調整閥11開度，藉此控制一次空氣的流量。此外，控制單元17，是接收來自氣體溫度計15的信號而調整閥12、13開度，藉此控制一次空氣的研磨機出口溫度。一次空氣的研磨機出口溫度例如被控制成60~70℃。
閥11是一次空氣的流量控制用閥，閥12、13是一次空氣的溫度控制用閥。
如第3圖所示般，該燃煤粉鍋爐設備200所使用的燃料是瀝青煤等的一般煤，其著火溫度比褐煤、亞瀝青煤等的低階煤更高，因此以往在研磨機21內之媒粉著火不是太大的問題。然而，往後考慮將發熱量高之著火溫度低的改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料來使用的情況，照第3圖所示之燃煤粉鍋爐設備200那樣的話，在研磨機21內會有媒粉著火之虞。
(本發明之燃煤粉鍋爐設備的一例)
第1圖係顯示本發明的一實施方式之燃煤粉鍋爐設備 100的方塊圖。關於與第3圖所示之習知燃煤粉鍋爐設備200的構成機器同樣的構成機器是賦予相同符號。
(鍋爐排氣的抽出路徑)
如第1圖所示般，本實施方式的燃煤粉鍋爐設備100設有排氣抽出導管32(排氣抽出路徑)，該排氣抽出導管32，是從脫硫塔6和煙囪7間的排氣導管31(排氣路徑)將鍋爐排氣的一部分取出，將取出後的鍋爐排氣壓入比GAH8更上流側(一次空氣流之上流側)的搬送氣體導管33(搬送氣體路徑)。在該排氣抽出導管32上安裝排氣抽氣機18及閥19。又鍋爐排氣，通過脫硫塔6後成為冷卻後的低溫排氣。
將從比脫硫塔6更下游側的排氣導管31取出之鍋爐排氣如後述般供應給研磨機21，使供應給研磨機21之混合氣體的含硫量減少而能抑制該研磨機21的腐蝕。
又不一定要從比脫硫塔6更下游側將鍋爐排氣取出。例如，可從電集塵機4的下游側將鍋爐排氣取出，也能從比電集塵機4更上流側的排氣導管將鍋爐排氣取出。如果從電集塵機4的下游側將鍋爐排氣取出的話，至少可將實施灰除去處理後的鍋爐排氣添加於空氣中。
(搬送氣體導管周邊的構造)
一次風機10和GAH8之間是藉由搬送氣體導管33連接，GAH8和研磨機21之間是藉由搬送氣體導管35連 接。此外，搬送氣體導管33和搬送氣體導管35是藉由旁通搬送氣體導管34(旁通搬送氣體路徑)連接。旁通搬送氣體導管34，是讓來自一次風機10的空氣及來自排氣抽氣機18的鍋爐排氣繞過GAH8的旁通路徑。在搬送氣體導管35及旁通搬送氣體導管34分別安裝有閥12、閥13。又旁通搬送氣體導管34，是從搬送氣體導管33的中途部(分歧點P)分歧出的路徑，在比閥12更下游側與搬送氣體導管35連接。
此外，在搬送氣體導管35之研磨機入口部，除了氣體流量計16還安裝有氧濃度計20。
本實施方式的燃煤粉鍋爐設備100，是在搬送氣體導管33的部分，在來自一次風機10的空氣(外氣)中添加從搬送氣體導管33取出的低溫鍋爐排氣而成為混合氣體。而且，讓該混合氣體分開流過經由GAH8之搬送氣體導管33和繞過GAH8之旁通搬送氣體導管34後，供應給研磨機21。流過搬送氣體導管33和旁通搬送氣體導管34之混合氣體的比例，可藉由將研磨機出口溫度控制成適當溫度(例如60~70℃)而進行調整。流過搬送氣體導管33之混合氣體，在GAH8中，利用經由鍋爐火爐1、節煤器2、脫硝塔3後的高溫鍋爐排氣進行加熱。又GAH8是氣體-氣體用熱交換器。要供應給鍋爐火爐1之來自FDF9的空氣(二次空氣)也是，利用經由鍋爐火爐1、節煤器2、脫硝塔3後的高溫鍋爐排氣而在GAH8中被加熱。藉由供應給研磨機21之混合氣體，使媒粉(改質褐煤)乾 燥後，藉由氣流搬送而搬送至鍋爐火爐1。
(控制單元)
在此，本實施方式的控制單元17，是接收來自氣體流量計16及氧濃度計20的信號而調整閥11、19的開度，藉此控制混合氣體的流量及氧濃度；並接收來自氣體溫度計15的信號而調整閥12、13的開度，藉此控制混合氣體的研磨機出口溫度。
例如，控制單元17，是以混合氣體的氧濃度成為體積比未達12%的方式調整閥11、19的開度。當閥11、19的開度和流過閥11、19的氣體流量具有線性關係的情況，為了增加混合氣體的流量，可在閥11、19相互間的開度比率保持大致一定的狀態下將閥11、19的開度增大。
此外，關於混合氣體之研磨機出口溫度的控制，控制單元17，有別於混合氣體之流量控制及氧濃度控制用閥11、19的開度調整，而是獨立地調整閥12、13的開度。閥12、13是混合氣體的溫度控制用閥。
如此般，依據本實施方式，混合氣體之氧濃度控制及流量控制、和溫度控制是獨立地進行。因此，關於供應給研磨機21之氣體的溫度控制，不須改造第3圖所示之習知鍋爐設備200的控制單元17而能照舊使用。此外，關於氣體的流量控制，只要對第3圖所示之習知控制單元17進行些微改造即可。
另一方面，如果將排氣抽出導管32的下游端連接於 旁通搬送氣體導管34或GAH8下游側之搬送氣體導管35的情況，混合氣體的氧濃度控制、流量控制及溫度控制會互相糾纏而成為複雜的控制。然而，基於防止媒粉著火的觀點，縱使將排氣抽出導管32的下游端連接於旁通搬送氣體導管34或GAH8下游側的搬送氣體導管35，而在旁通搬送氣體導管34的部分在空氣中添加鍋爐排氣或在GAH8下游側之搬送氣體導管35的部分在空氣中添加鍋爐排氣，也沒有問題。
又閥11、19、12、13，可採用阻尼閥，也能採用洩漏量比阻尼閥少之蝶閥(蝶形閥)等。此外，閥12、13、11、19可採用例如電動式。若閥11、19、12、13是採用蝶閥的話，可更正確地進行流過各閥之氣體流量的調整，結果可提昇混合氣體的氧濃度控制、流量控制及溫度控制的精度。
(供應給碎煤裝置之氣體的氧濃度)
第2圖係顯示乾燥褐煤(改質褐煤)的爆炸區域。第2圖的縱軸為改質褐煤的粉塵濃度，第2圖的橫軸為該粉塵雰圍氣體中的氧濃度。又該氧濃度是以體積比來表示。此外，第2圖的數據所使用之改質褐煤的粉塵(媒粉)，是以80%左右的比例含有粒徑75μm以下的媒粉。
改質褐煤是指將褐煤乾燥(脫水)後所構成者。藉由將褐煤脫水，可提高其發熱量。作為褐煤的脫水方法，例如是將褐煤在油中進行脫水之油中脫水方法。又第2圖的 縱軸上限值(2000g/m3 )是包含通常運轉時的研磨機內粉塵濃度。從第2圖可知，若改質褐煤之粉塵雰圍氣體中的氧濃度成為體積比12%以上，改質褐煤的爆炸(著火)的風險急劇昇高。因此，將氧濃度為體積比未達12%之空氣和鍋爐排氣的混合氣體作為改質褐煤所構成之媒粉乾燥用、搬送用氣體而供應給研磨機21，可防止在研磨機21內的媒粉著火，而能安全地使用改質褐煤作為燃煤粉鍋爐的燃料。此外，本實施方式，由於是與習知同樣地採用將空氣供應給研磨機21的構造，可減少既有燃煤粉鍋爐設備的改造。又例如在研磨機21內，是將改質褐煤實施微粉碎，而使粒徑75μm以下的媒粉比例成為70%以上。
又當然的，作為鍋爐火爐1的燃料，不須使用100%改質褐煤(改質褐煤單一燃料)，也能使用由改質褐煤和一般煤所混合成的煤炭作為鍋爐火爐1的燃料。此外，不是將褐煤改質後的改質褐煤，而是使用將亞瀝青煤改質後的改質亞瀝青煤作為鍋爐火爐1的燃料亦可。亦即，依據本實施方式，能安全地使用改質褐煤等的改質低階煤。
再者，在將氧濃度為體積比10%以下的混合氣體供應給研磨機21的情況，可更安全地使用改質低階煤作為鍋爐火爐1的燃料。此外，為了提昇鍋爐效率，較佳為將氧濃度為體積比6%以上的混合氣體供應給研磨機21。
以上是針對本發明的實施方式進行說明，但本發明並不限定於上述實施方式，在申請專利範圍所記載的範圍內可進行各種變更而實施。
本申請是基於2011年7月13日申請的日本發明申請案(日本特願2011-154894)而提出的，將其內容以參照的方式援用於此。
依據本發明，藉由將由空氣和鍋爐排氣所混合成之氧濃度為體積比未達12%的混合氣體供應給碎煤裝置，可防止在碎煤裝置內的媒粉(改質低階煤)著火，能安全地使用改質低階煤作為燃煤粉鍋爐的燃料，且能減少既有燃煤粉鍋爐設備的改造。
1‧‧‧鍋爐火爐
2‧‧‧節煤器
3‧‧‧脫硝塔
4‧‧‧電集塵機
5‧‧‧IDF(引風機)
6‧‧‧脫硫塔
7‧‧‧煙囪
8‧‧‧GAH(氣體加熱器)
9‧‧‧FDF(鼓風機)
10‧‧‧一次風機
11、12、13、19‧‧‧閥
14‧‧‧料斗
15‧‧‧氣體溫度計
16‧‧‧氣體流量計
17‧‧‧控制單元
18‧‧‧排氣抽氣機
20‧‧‧氧濃度計
21‧‧‧研磨機(碎煤裝置)
100‧‧‧燃煤粉鍋爐設備
第1圖係顯示本發明的一實施方式之燃煤粉鍋爐設備的方塊圖。
第2圖係顯示乾燥褐煤(改質褐煤)的爆炸區域。
第3圖係顯示習知燃煤粉鍋爐設備的方塊圖。
1‧‧‧鍋爐火爐
2‧‧‧節煤器
3‧‧‧脫硝塔
4‧‧‧電集塵機
5‧‧‧IDF(引風機)
6‧‧‧脫硫塔
7‧‧‧煙囪
8‧‧‧GAH(氣體加熱器)
9‧‧‧FDF(鼓風機)
10‧‧‧一次風機
11、12、13、19‧‧‧閥
14‧‧‧料斗
15‧‧‧氣體溫度計
16‧‧‧氣體流量計
17‧‧‧控制單元
18‧‧‧排氣抽氣機
20‧‧‧氧濃度計
21‧‧‧研磨機(碎煤裝置)
31‧‧‧排氣導管
32‧‧‧排氣抽出導管
33、35‧‧‧搬送氣體導管
34‧‧‧旁通搬送氣體導管
100‧‧‧燃煤粉鍋爐設備
P‧‧‧分歧點

Claims (5)

  1. 一種燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，是使用改質低階煤作為燃料之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，其特徵為：該燃煤粉鍋爐設備具有：對被供給將鍋爐排氣添加到空氣的混合氣體的碎煤裝置，經由氣體加熱器供給前述混合氣體之搬送氣體路徑、以繞過前述氣體加熱器的方式，在從前述搬送氣體路徑分歧後匯流於該搬送氣體路徑之旁通搬送氣體路徑、在較前述搬送氣體路徑與前述旁通搬送氣體路徑的分歧點更上游側連接於前述搬送氣體路徑，將前述鍋爐排氣供給到前述搬送氣體路徑之排氣抽出路徑；將鍋爐排氣添加到空氣作成混合氣體後，將該混合氣體分流到：經由前述氣體加熱器的前述搬送氣體路徑、與繞過前述氣體加熱器的前述旁通搬送氣體路徑，然後將前述混合氣體供給到前述碎煤裝置時，被供給到前述碎煤裝置的前述混合氣體的氧濃度成為體積比未達12%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃煤粉鍋爐設備之運轉方法，其中從比脫硫塔更下游側的排氣路徑將前述鍋爐排氣取出。
  3. 一種燃煤粉鍋爐設備，是使用改質低階煤作為燃料，其特徵為：具備有：被供給將鍋爐排氣添加到空氣的混合氣體的碎煤裝置、 將前述混合氣體供給到前述碎煤裝置，經由氣體加熱器的搬送氣體導管、以繞過前述氣體加熱器的方式，在從前述搬送氣體導管分歧後匯流於該搬送氣體導管之旁通搬送氣體導管、在較前述搬送氣體導管與前述旁通搬送氣體導管的分歧點更上游側連接於前述搬送氣體導管，將前述鍋爐排氣供給到前述搬送氣體導管之排氣抽出導管；被供給到前述碎煤裝置的前述混合氣體的氧濃度成為體積比未達12%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之燃煤粉鍋爐設備，其中進一步具備有：設置於將空氣供給到前述搬送氣體導管的風機的吸入側的第1閥、設置於前述排氣抽出導管的第2閥、設置於前述搬送氣體導管之中之與前述旁通搬送氣體導管的分歧點起至匯流點之間的第3閥、設置於前述旁通搬送氣體導管的第4閥、以及用來調整前述第1閥、前述第2閥、前述第3閥、及前述第4閥的開度之控制單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之燃煤粉鍋爐設備，其中前述控制單元，藉由調整前述第1閥及前述第2閥的開度，來控制前述混合氣體的流量及氧濃度，並且藉由調整前述第3閥及前述第4閥的開度，來控制前述混合氣體的溫度。
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