WO2009110033A1 - 酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置 - Google Patents

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照下修平
山田敏彦
渡辺修三
内田輝俊
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電源開発株式会社
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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas control method and apparatus for an oxyfuel boiler.
  • Coal has a higher carbon content than natural gas and petroleum, and also contains other components such as hydrogen, nitrogen, and sulfur, and ash that is inorganic. And nitrogen (about 70%), and other gases such as carbon dioxide CO 2 , sulfur oxide SOx, nitrogen oxide NOx, oxygen (about 4%), and unburned, ash and other fine particles become. Therefore, exhaust gas is subjected to exhaust gas treatment such as denitration, desulfurization, and dedusting, and NOx, SOx, and fine particles are discharged from the chimney to the atmosphere so as to be below the environmental emission standard value.
  • exhaust gas treatment such as denitration, desulfurization, and dedusting, and NOx, SOx, and fine particles are discharged from the chimney to the atmosphere so as to be below the environmental emission standard value.
  • the NOx in the exhaust gas includes thermal NOx generated by oxidizing nitrogen in the air with oxygen and fuel NOx generated by oxidizing nitrogen in the fuel.
  • thermal NOx generated by oxidizing nitrogen in the air with oxygen
  • fuel NOx generated by oxidizing nitrogen in the fuel.
  • a combustion method for reducing the flame temperature has been adopted for reducing thermal NOx
  • a combustion method for forming an excess fuel region for reducing NOx in the combustor has been adopted for reducing fuel NOx.
  • Patent Documents 1 and 2). Etc. As an effective technique for simultaneously achieving the problem of separation of carbon dioxide in exhaust gas and suppression of thermal NOx, a technique of burning fuel with oxygen instead of air has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2). Etc.).
  • the present invention provides an exhaust gas control method and apparatus for an oxyfuel boiler in which the oxyfuel boiler is stably combusted in a state where the unburned content of the exhaust gas and the NOx concentration are maintained within a predetermined allowable range. Is to provide.
  • the present invention introduces a part of the exhaust gas to be recirculated into the mill as a primary recirculation exhaust gas, and supplies a pulverized coal pulverized by the mill to the burner of the boiler by the primary recirculation exhaust gas;
  • a secondary recirculation system for supplying another part of the exhaust gas to be recirculated to the wind box of the boiler, an oxygen production device, and a part of the oxygen produced by the oxygen production device in the secondary recirculation system
  • the supply amount of direct supply oxygen supplied directly to the burner with respect to the total oxygen amount supplied by the oxygen production apparatus is such that the NOx concentration of the exhaust gas is less than the NOx limit value and the unburned content of the exhaust gas is less than the unburned component limit value. Adjustment within the operational range.
  • the operation range of the supply amount of the direct supply oxygen with respect to the total oxygen amount is 5 to 15%.
  • the NOx concentration in each part of the boiler is measured, and the supply amount of the direct supply oxygen directly supplied to the burner is adjusted for each burner based on the measured value of the NOx concentration in each part of the boiler. Is preferred.
  • the present invention introduces a part of the exhaust gas to be recirculated into the mill as a primary recirculation exhaust gas, and supplies a pulverized coal pulverized by the mill to the burner of the boiler by the primary recirculation exhaust gas;
  • a secondary recirculation system for supplying another part of the exhaust gas to be recirculated to the wind box of the boiler, an oxygen production device, and a part of the oxygen produced by the oxygen production device in the secondary recirculation system
  • An exhaust gas control device for an oxyfuel boiler having a secondary oxygen mixing system to be supplied to the channel and a direct supply system for directly supplying another part of the oxygen produced by the oxygen production device to the burner, A secondary flow meter in the secondary oxygen mixing system;
  • a NOx concentration meter for measuring the NOx concentration of exhaust gas; Unburnt content measuring means obtained by measuring unburned
  • the operation range of the supply amount of the direct supply oxygen with respect to the total oxygen amount set in the controller is 5 to 15%.
  • the exhaust gas control apparatus for an oxyfuel boiler it is preferable to have a primary oxygen mixing system for supplying a part of oxygen produced by the oxygen production system to the primary recirculation system via the primary flow controller.
  • each part NOx concentration meter for measuring the NOx concentration in each part of the boiler and the supply amount of the direct supply oxygen based on the measured value of the NOx concentration in each part of the boiler by each part NOx concentration meter It is preferable to have a burner oxygen regulator that regulates each.
  • the NOx concentration of the exhaust gas is equal to or less than the NOx limit value, and the unburned content of the exhaust gas is within the operating range that is equal to or less than the unburned content limit value.
  • FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing an example of an embodiment for carrying out the present invention. It is a perspective view which shows the example which adjusted the supply_amount
  • 1 to 3 show an example of an embodiment of the present invention, where 1 is a coal bunker that stores coal, 2 is a coal feeder that cuts out coal stored in the coal bunker 1, and 3 is supplied from the coal feeder 2.
  • 4 is an oxyfuel boiler
  • 5 is a wind box attached to the oxyfuel boiler 4
  • 6 is a pulverized coal provided in the wind box 5 and supplied from the mill 3.
  • Burner to be burned 7 is an exhaust gas line through which exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 4 flows, 8 is an air preheater for exchanging heat between the exhaust gas flowing through the exhaust gas line 7, the primary recirculated exhaust gas, and the secondary recirculated exhaust gas, 9
  • An exhaust gas treatment device such as a desulfurization device or a dust collector for treating the exhaust gas that has passed through the air preheater 8, 10 represents the exhaust gas purified by the exhaust gas treatment device 9 as a primary recirculation exhaust gas and a secondary recirculation exhaust gas.
  • a forced air ventilator (FDF) 11 that pumps as a gas
  • a primary recirculation system 12 that preheats a part of the exhaust gas pumped by the forced air ventilator 10 as a primary recirculated exhaust gas by the air preheater 8 and leads it to the mill 3.
  • 13 is a wind box 5 in which another part of the exhaust gas pressure-fed by the forced air blower 10 is preheated by the air preheater 8 as a secondary recirculated exhaust gas.
  • Reference numeral 16 denotes an induction fan (IDF) that is provided downstream of the exhaust gas treatment device 9 and attracts exhaust gas, and 17 is a chimney that releases the exhaust gas purified by the exhaust gas treatment device 9 and attracted by the induction fan 16 to the atmosphere.
  • IDF induction fan
  • an oxygen production apparatus 18 for producing oxygen by taking in air is provided. Furthermore, a secondary oxygen mixing system 19 is provided for supplying a part of the oxygen produced by the oxygen production device 18 as secondary oxygen to the secondary recirculation system 13, and in the secondary oxygen mixing system 19, A secondary flow meter 20 and a secondary flow controller 21 are provided.
  • the secondary oxygen is supplied to the secondary recirculation system 13 on the downstream side of the air preheater 8 is illustrated, but the secondary oxygen may be supplied to the upstream side of the air preheater 8.
  • a direct supply system path 22 for directly supplying another part of the oxygen produced by the oxygen production apparatus 18 as the direct supply oxygen to the burner 6 is provided, and a direct supply amount measuring device 23 is provided in the direct supply system path 22.
  • a direct supply amount controller 24 is provided.
  • a NOx concentration meter 25 for measuring the NOx concentration of the exhaust gas at the outlet of the oxyfuel boiler 4 and an unburned content measuring means 26 for measuring the unburned content in the exhaust gas from the solid matter obtained by dust removal in the exhaust gas treatment device 9.
  • an oxygen amount measuring device 27 for measuring the total amount of oxygen supplied by the oxygen production apparatus 18.
  • the unburned component measuring means 26 an apparatus capable of automatically measuring unburned components can be used, but a method of measuring by manual analysis that has been generally performed conventionally may be used.
  • the secondary oxygen supply amount measured by the secondary flow meter 20 the direct supply oxygen supply amount measured by the direct supply meter 23, the NOx concentration measured by the NOx concentration meter 25,
  • the unburned amount measured by the fuel measuring means 26 and the total oxygen amount measured by the oxygen amount measuring device 27 are input, and the direct supply system 22 is supplied to the total oxygen amount supplied by the oxygen production apparatus 18.
  • the secondary flow rate regulator 21 and the direct supply amount are set so that the supply amount of the direct supply oxygen directly supplied to the burner 6 is within a predetermined operating range in which the proper NOx concentration and unburnt amount of the exhaust gas are maintained.
  • a controller 28 for adjusting the adjuster 24 is provided.
  • the direct supply oxygen supplied directly to the burner 6 by the direct supply system 22 may be supplied uniformly to the plurality of burners 6 provided in the boiler 4 or the burners 6 provided in a plurality of stages.
  • the flow rate may be adjusted and supplied for each stage.
  • each part NOx concentration meter 29 for measuring the NOx concentration of each part of the boiler is provided so as to correspond to each row of the burners 6 provided in the width direction of the boiler 4.
  • a burner oxygen controller 30 that adjusts the supply amount of the direct supply oxygen supplied to the corresponding burner 6 based on the measured value of the NOx concentration in each part of the boiler for each burner 6 can be provided.
  • the concentration of NOx generated in the boiler can be adjusted to be substantially uniform.
  • the present inventors supply the burner 6 directly to the burner 6 with respect to the total oxygen amount supplied from the oxygen production apparatus 18 according to the supply amount of the pulverized coal.
  • a combustion test is conducted to investigate the relationship between the NOx concentration by the NOx concentration meter 25 and the unburned ash content measured by the unburned content measuring means 26 when the supply amount of the direct supply oxygen is changed. The test results shown in FIG. 3 were obtained.
  • the NOx concentration increases in a state that is almost linear, while the unburned portion has a proportion of the direct supply oxygen supply amount. It was found that it decreased rapidly to around 10%, and thereafter the decrease in unburned content showed a tendency to slow down even when the proportion of the supply amount of direct supply oxygen was increased.
  • the upper limit value of the NOx concentration is set and the upper limit value of the unburned amount is set, the NOx concentration is equal to or less than the NOx limit value, and the unburned amount is equal to or less than the unburned amount limit value.
  • the operation range G was set.
  • the operating range G according to the combustion test conducted by the present inventor was about 5 to 15%.
  • the NOx concentration limit value is limited by the NOx concentration in the power plant or the total amount regulation, and can be 180 ppm as an actual example converted into the concentration at the boiler outlet.
  • the unburned component limit value is directly related to boiler efficiency, it may be set to 5% or less as an actual example.
  • the unburned amount in the ash may vary depending on the purpose of use of the ash. May be subject to minute restrictions.
  • the exhaust gas The oxyfuel boiler could be stably burned while maintaining the properties within the allowable range.
  • coal stored in the coal bunker 1 is fed into the mill 3 by the coal feeder 2, and the coal is pulverized and pulverized into the pulverized coal 10 (
  • the primary recirculation exhaust gas which is part of the exhaust gas taken out from the downstream of the exhaust gas treatment device 9 by FDF), is introduced into the mill 3 by the primary recirculation system 11, and the coal introduced into the mill 3 by the primary recirculation exhaust gas While being dried, the finely pulverized pulverized coal is conveyed to the burner 6 of the boiler 4.
  • the other part of the exhaust gas from the forced air blower 10 is supplied to the wind box 5 of the boiler 4 by the secondary recirculation system 13 as the secondary recirculation exhaust gas.
  • a part of the oxygen produced by the oxygen production apparatus 18 is supplied to the secondary recirculation system path 13 by the secondary oxygen mixing system path 19 and another part of the oxygen from the oxygen production apparatus 18 is directly supplied. It is supplied directly to the burner 6 by a supply system 22.
  • the pulverized coal supplied from the mill 3 to the burner 6 by the primary recirculation exhaust gas is mixed with the secondary recirculation gas supplied to the wind box 5 after being mixed with oxygen, and the direct supply oxygen supplied directly to the burner 6. It is burned by.
  • the exhaust gas generated by the combustion preheats the primary recirculation exhaust gas and the secondary recirculation exhaust gas by the air preheater 8, and is further processed by the exhaust gas treatment device 9, and then a part thereof is sent to the forced draft fan 10 and the recovery device 15.
  • the remainder is guided by an induction fan (IDF) and released from the chimney 17 to the atmosphere.
  • the exhaust gas taken into the recovery device 15 is recovered such as CO 2 .
  • the controller 28 includes a secondary oxygen supply amount measured by the secondary flow meter 20, a direct supply oxygen supply amount measured by the direct supply meter 23, and a NOx concentration measured by the NOx concentration meter 25. And the unburned portion obtained by measuring by the unburned portion measuring means 26 and the total oxygen amount from the oxygen production apparatus 18 measured by the oxygen amount measuring device 27 are inputted. Control according to the control flow shown in FIG.
  • the controller 28 confirms that the supply amount of the direct supply oxygen measured by the direct supply amount measuring instrument 23 is within the operation range G shown in FIG. 3, while the control system (not shown) Check the performance and control the boiler so that the performance is stable.
  • the flow rate is adjusted by the secondary flow rate regulator 21 and the direct supply amount regulator 24.
  • Increase the supply amount of the direct supply oxygen to the direct supply path 22 decrease the supply of secondary oxygen to the secondary recirculation path 13, or direct supply to the direct supply path 22
  • the operation of increasing the supply amount of oxygen and decreasing the supply of secondary oxygen to the secondary recirculation system 13 at the same time is performed, and the unburned content is reduced in a state where the supply amount of the direct supply oxygen is within the operation range G. Control to decrease.
  • the flow rate of the secondary flow rate controller 21 and the direct supply amount adjuster 24 is adjusted, and the direct supply system path 22 is reached. Decrease the supply amount of direct supply oxygen, increase the supply of secondary oxygen to the secondary recirculation system 13, or decrease the supply amount of direct supply oxygen to the direct supply system 22 At the same time, an operation for increasing the supply of secondary oxygen to the secondary recirculation system 13 is performed, and control is performed to reduce the NOx concentration in a state where the supply amount of the direct supply oxygen is within the operation range G.
  • the burner oxygen controller 30 for each burner 6 the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the boiler 4 is kept substantially uniform, and therefore based on the detected concentration of the NOx concentration meter 25. This has the effect of stabilizing the control performed.
  • the unburned portion of the exhaust gas and The oxyfuel boiler can be stably burned in a state where the NOx concentration is maintained within a predetermined allowable range.
  • FIG. 5 shows a case where a primary oxygen mixing system path 32 is provided in which part of the oxygen produced by the oxygen production apparatus 18 is supplied to the primary recirculation system path 11 via the primary flow rate regulator 31. .
  • FIG. 5 shows a case where a part of the oxygen at the outlet of the oxygen production apparatus 18 is branched and supplied to the primary recirculation system 11, but the oxygen in the secondary oxygen mixing system 19 is branched.
  • the oxygen may be supplied to the primary recirculation system 11 via the primary flow regulator, or the oxygen in the direct supply system 22 may be branched and the primary recirculation system 11 via the primary flow regulator. You may make it supply to.
  • Oxy-combustion boiler can perform stable combustion in a state where the properties of the exhaust gas are controlled within the limits.

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Abstract

　排ガスの未燃分及びＮＯｘ濃度を許容される所定の範囲内に保持した状態で酸素燃焼ボイラを安定燃焼させる酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置を提供する。 　酸素製造装置１８から供給される全酸素量に対してバーナ６に直接供給するダイレクト供給酸素の供給量は、排ガスのＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ排ガスの未燃分が未燃分制限値以下となる運用範囲内で調節して酸素燃焼ボイラを安定燃焼させる。

Description

酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置
　本発明は、酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置に関するものである。
　近年、地球規模の環境問題として大きく取り上げられている地球温暖化は、大気中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度の増加が主要因の一つであることが明らかにされており、火力発電所はこれらの物質の固定排出源として注目されているが、火力発電用燃料としては石油、天然ガス、石炭が使用されており、特に石炭は採掘可能埋蔵量が多く、今後需要が伸びることが予想されている。
　石炭は、天然ガス及び石油と比較して炭素含有量が多く、その他、水素、窒素、硫黄等の成分、及び無機質である灰分を含んでおり、石炭を空気燃焼させると、排ガスの組成は殆どが窒素（約７０％）となり、その他、二酸化炭素ＣＯ2、硫黄酸化物ＳＯx、窒素酸化物ＮＯx、酸素（約４％）等のガス、及び未燃分、灰分等の微粒子を含んだものとなる。そこで、排ガスは脱硝、脱硫、脱塵等の排ガス処理を実施し、ＮＯx、ＳＯx、微粒子が環境排出基準値以下になるようにして煙突から大気に排出している。
　前記排ガス中のＮＯxには、空気中の窒素が酸素で酸化されて生成するサーマルＮＯxと、燃料中の窒素が酸化されて生成するフューエルＮＯxとがある。従来、サーマルＮＯxの低減には火炎温度を低減する燃焼法が採られ、又、フューエルＮＯxの低減には、燃焼器内にＮＯxを還元する燃料過剰の領域を形成する燃焼法が採られてきた。
　又、石炭のような硫黄を含む燃料を使用した場合には、燃焼によって排ガス中にＳＯxが生じるため、湿式或いは乾式の脱硫装置を備えて除去している。
　一方、排ガス中に多量に発生する二酸化炭素は高効率で分離除去することが望まれており、排ガス中の二酸化炭素を回収する方法としては、従来よりアミン等の吸収液中に吸収させる手法や、固体吸着剤に吸着させる吸着法、或いは膜分離法等が検討されているが、いずれも変換効率が低く、石炭焚ボイラからのＣＯ2回収の実用化には至っていない。
　そこで、排ガス中の二酸化炭素の分離とサーマルＮＯxの抑制の問題を同時に達成する有効な手法としては、空気に代えて酸素で燃料を燃焼させる手法が提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。
　石炭を酸素で燃焼すると、サーマルＮＯxの発生は無くなり、排ガスのほとんどは二酸化炭素となり、その他フューエルＮＯx、ＳＯx、未燃分を含んだガスとなるため、排ガスを冷却することにより、前記二酸化炭素は液化して分離することが比較的容易になる。
特開平５－２３１６０９号公報 特許第３０５３９１４号公報
　ところで、従来の空気燃焼の石炭焚ボイラでは、ミルで微粉砕した微粉炭の搬送用空気である一次空気流量とミルからの微粉炭量との重量比（Ａ／Ｃ）を調整することによって、バーナの安定燃焼を図ることが行われている。尚、前記Ａ／Ｃが大きすぎると火炎が吹き飛ぶ虞れがある一方、Ａ／Ｃが小さすぎるとミル・バーナ系統の構造上、安定燃焼が維持できなくなるため、ボイラに応じて前記Ａ／Ｃを所定の運用範囲で設定・制御するようにしていた。
　また、フューエルＮＯxの低減には、排ガスの一部をバーナに再循環することによって燃焼器内にＮＯxを還元する空気不足の領域を形成する燃焼法が採られてきた。
　しかしながら、特許文献１、２に開示されているような酸素燃焼の石炭焚ボイラの場合、従来の空気燃焼との燃焼システムの違いから一次空気の取り込みがないため、従来の空気燃焼の石炭焚ボイラのようにＡ／Ｃをそのままバーナの安定燃焼のための指標とすることはできず、また、排ガスの性状も前記空気燃焼の場合とは大きく異なったものとなるため、排ガスの性状を考慮して酸素燃焼ボイラを安定燃焼できる指標となるものの確立が望まれていた。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、排ガスの未燃分及びＮＯｘ濃度を許容される所定の範囲内に保持した状態で酸素燃焼ボイラを安定燃焼させるようにした酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置を提供しようとするものである。
　本発明は、再循環される排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、再循環される排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、酸素製造装置と、該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法であって、
  酸素製造装置によって供給される全酸素量に対しバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量を、排ガスのＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ排ガスの未燃分が未燃分制限値以下となる運用範囲内で調節することからなる。
　上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法において、全酸素量に対するダイレクト供給酸素の供給量の運用範囲が５～１５％であることは好ましい。
　又、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法において、酸素製造装置で製造した酸素の一部を一次再循環系路に供給することは好ましい。
　又、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法において、ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測し、ボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節することは好ましい。
　本発明は、再循環される排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、再循環される排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、酸素製造装置と、該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置であって、
  二次酸素混合系路に備えた二次流量計測器と、
  二次酸素混合系路に備えた二次流量調節器と、
  ダイレクト供給系路に備えたダイレクト供給量計測器と、
  ダイレクト供給系路に備えたダイレクト供給量調節器と、
  排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計と、
  排ガス中の未燃分を計測して得る未燃分計測手段と、
  ＮＯｘ濃度計により計測したＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ未燃分計測手段により計測した未燃分が未燃分制限値以下を示す運用範囲内に保持されるよう酸素製造装置によって供給する全酸素量に対しダイレクト供給系路により供給するダイレクト供給酸素の供給量を調節する制御器と、
  を備えたことからなる。
　上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置において、制御器に設定する全酸素量に対するダイレクト供給酸素の供給量の運用範囲が５～１５％であることは好ましい。
　又、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置において、酸素製造装置で製造した酸素の一部を一次流量調節器を介して一次再循環系路に供給する一次酸素混合系路を有することは好ましい。
　又、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置において、ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測する各部ＮＯｘ濃度計と、各部ＮＯｘ濃度計によるボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節するバーナ酸素調節器とを有することは好ましい。
　本発明の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置によれば、排ガスのＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ排ガスの未燃分が未燃分制限値以下である運用範囲内になるように、酸素製造装置によって供給する全酸素量に対し直接バーナに供給するダイレクト供給酸素の供給量を調節することで、排ガスの性状を制限内に制御しつつ酸素燃焼ボイラの安定燃焼が図れるという優れた効果を奏し得る。
本発明を実施する形態の一例を示す全体概要構成図である。 ダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節するようにした例を示す斜視図である。 本発明を実施する形態の一例における運用範囲を示す線図である。 本発明を実施する形態の一例における制御の流れを示すフローチャートである。 酸素の一部を一次再循環系路にも供給するようにした例を示す全体概要構成図である。
符号の説明
　　３  ミル
　　４  酸素燃焼ボイラ（ボイラ）
　　５  ウィンドボックス
　　６  バーナ
　１１  一次再循環系路
　１３  二次再循環系路
　１８  酸素製造装置
　１９  二次酸素混合系路
　２０  二次流量計測器
　２１  二次流量調節器
　２２  ダイレクト供給系路
　２３  ダイレクト供給量計測器
　２４  ダイレクト供給量調節器
　２５  ＮＯｘ濃度計
　２６  未燃分計測手段
　２８  制御器
　２９  各部ＮＯｘ濃度計
　３０  バーナ酸素調節器
　３１  一次流量調節器
　３２  一次酸素混合系路
　　Ｇ  運用範囲
　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
　図１～図３は本発明を実施する形態の一例であって、１は石炭を貯留するコールバンカ、２はコールバンカ１に貯留された石炭を切り出す給炭機、３は給炭機２から供給される石炭を微粉砕し且つ乾燥させるミル、４は酸素燃焼ボイラ、５は酸素燃焼ボイラ４に取り付けられたウィンドボックス、６はウィンドボックス５内に配設され且つミル３から供給される微粉炭を燃焼させるバーナ、７は酸素燃焼ボイラ４から排出される排ガスが流れる排ガスライン、８は排ガスライン７を流れる排ガスと一次再循環排ガス並びに二次再循環排ガスとを熱交換させる空気予熱器、９は空気予熱器８を通過した排ガスを処理する脱硫装置や集塵機等の排ガス処理装置、１０は排ガス処理装置９で浄化された排ガスを一次再循環排ガス並びに二次再循環排ガスとして圧送する押込通風機（ＦＤＦ）、１１は押込通風機１０によって圧送される排ガスの一部を一次再循環排ガスとして空気予熱器８で予熱してミル３へ導く一次再循環系路、１２は一次再循環排ガスの流量を調節するための流量調節弁、１３は押込通風機１０によって圧送される排ガスの他の一部を二次再循環排ガスとして空気予熱器８で予熱してウィンドボックス５へ導く二次再循環系路、１４は二次再循環排ガスの流量を調節するための流量調節弁、１５は排ガス処理装置９で浄化された排ガスを取り入れてＣＯ2等を回収する回収装置、１６は排ガス処理装置９の下流側に設けられ排ガスを誘引する誘引通風機（ＩＤＦ）、１７は排ガス処理装置９で浄化され誘引通風機１６で誘引される排ガスを大気放出する煙突である。
　上記構成において、空気を取り入れて酸素を製造する酸素製造装置１８を設ける。更に、該酸素製造装置１８で製造した酸素の一部を二次酸素として前記二次再循環系路１３に供給する二次酸素混合系路１９を設け、該二次酸素混合系路１９に、二次流量計測器２０と二次流量調節器２１を設ける。ここで、図示例では二次酸素を空気予熱器８の下流側の二次再循環系路１３に供給する場合について例示したが、空気予熱器８の上流側に供給するようにしてもよい。
　又、前記酸素製造装置１８で製造した酸素の他の一部をダイレクト供給酸素として前記バーナ６に直接供給するダイレクト供給系路２２を設け、該ダイレクト供給系路２２にダイレクト供給量計測器２３とダイレクト供給量調節器２４を設ける。
　更に、酸素燃焼ボイラ４出口の排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計２５と、前記排ガス処理装置９での除塵によって得られる固形物から排ガス中の未燃分を計測する未燃分計測手段２６と、前記酸素製造装置１８によって供給される全酸素量を計測する酸素量計測器２７を備える。前記未燃分計測手段２６には未燃分を自動的に計測できる装置を用いることもできるが、従来から一般に実施されている手分析により計測する方法を用いてもよい。
　そして、二次流量計測器２０により計測した二次酸素の供給量と、ダイレクト供給量計測器２３により計測したダイレクト供給酸素の供給量と、前記ＮＯｘ濃度計２５により計測したＮＯｘ濃度と、前記未燃分計測手段２６により計測した未燃分と、酸素量計測器２７により計測した全酸素量とを入力して、前記酸素製造装置１８により供給される全酸素量に対し、ダイレクト供給系路２２によりバーナ６に直接供給されるダイレクト供給酸素の供給量を、排ガスの適正なＮＯｘ濃度と未燃分が保持される所定の運用範囲内になるように、二次流量調節器２１とダイレクト供給量調節器２４を調節する制御器２８を設ける。
　前記ダイレクト供給系路２２によってバーナ６に直接供給するダイレクト供給酸素の供給は、ボイラ４に備えられる複数のバーナ６に均一に一括して供給してもよく、或いは複数段に備えられるバーナ６の各段ごとに流量を調節して供給するようにしてもよい。
　又、図２に示すように、ボイラ４の幅方向に複数設けられるバーナ６の各列に対応するようにボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測する各部ＮＯｘ濃度計２９を設け、各部ＮＯｘ濃度計２９によるボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいて対応するバーナ６に供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナ６ごとに調節するようにしたバーナ酸素調節器３０を設けることができ、この構成によると、ボイラ内で生成されるＮＯｘ濃度が略均一になるように調整することができる。
　本発明者らは、微粉炭を酸素燃焼する試験ボイラにおいて、微粉炭の供給量に応じて供給される酸素製造装置１８からの全酸素量に対し、ダイレクト供給系路２２によりバーナ６に直接供給するダイレクト供給酸素の供給量を変化させた際における、ＮＯｘ濃度計２５によるＮＯｘ濃度と、未燃分計測手段２６により計測された灰中未燃分との関係を調査する燃焼試験を実施して、図３に示す試験結果を得た。
　図３から明らかなように、ダイレクト供給酸素の供給量の割合を増加していくと、ＮＯｘ濃度は略直線に近い状態で増加し、一方、未燃分はダイレクト供給酸素の供給量の割合が１０％前後までは急激に減少し、その後はダイレクト供給酸素の供給量の割合を増加しても未燃分の減少は鈍化する傾向を示すことを得た。ここで、従来のボイラと同様に、ＮＯｘ濃度の上限値を設定すると共に未燃分の上限値を設定し、ＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値
以下で、未燃分が未燃分制限値以下となる運用範囲Ｇを設定した。本発明者が実施した燃焼試験による運用範囲Ｇは、約５～１５％であった。ここで、ＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値は、発電所内のＮＯｘ濃度或いは総量規制などによって制限されるもので、ボイラ出口での濃度に換算した実例として例えば１８０ｐｐｍとすることができる。また、未燃分制限値は、ボイラ効率に直結するものであるため、実例として５％以下としている場合があり、更に灰をセメント原料として用いる場合などには灰の使用目的によって灰中未燃分の制限を受ける場合がある。
　従って、酸素製造装置１８からの全酸素量に対し、例えば約５～１５％の運用範囲Ｇ内でダイレクト供給系路２２によりバーナ６に直接供給するダイレクト供給酸素の供給量を調節すると、排ガスの性状を許容される範囲内に保持した状態において酸素燃焼ボイラを安定燃焼させることができた。
　次に、上記図示例の作用を説明する。
　前述の如き酸素燃焼ボイラ４においては、コールバンカ１に貯留された石炭が給炭機２によりミル３へ投入され、該ミル３において石炭が微粉砕され微粉炭にされると共に、押込通風機１０（ＦＤＦ）により排ガス処理装置９の下流から取り出した排ガスの一部である一次再循環排ガスが一次再循環系路１１によりミル３内へ導入され、一次再循環排ガスによりミル３へ投入される石炭の乾燥が行われつつ、微粉砕された微粉炭がボイラ４のバーナ６へ搬送される。
　一方、ボイラ４のウィンドボックス５には、前記押込通風機１０からの排ガスの他の一部が二次再循環排ガスとして二次再循環系路１３によって供給される。
　更に、酸素製造装置１８で製造した酸素の一部が二次酸素混合系路１９によって前記二次再循環系路１３に供給されると共に、酸素製造装置１８からの酸素の他の一部がダイレクト供給系路２２によって前記バーナ６に直接供給される。
　従って、ミル３から一次再循環排ガスによってバーナ６に供給された微粉炭は、酸素が混合されてウィンドボックス５に供給される二次再循環ガスと、バーナ６に直接供給されるダイレクト供給酸素とにより燃焼される。燃焼によって生じた排ガスは、空気予熱器８により一次再循環排ガス及び二次再循環排ガスを予熱し、更に排ガス処理装置９により処理された後、一部は押込通風機１０と回収装置１５とに導かれ、残りは誘引通風機（ＩＤＦ）により誘引されて煙突１７から大気放出される。前記回収装置１５に取り入れられた排ガスはＣＯ2等の回収が行われる。
　制御器２８には、二次流量計測器２０により計測した二次酸素の供給量と、ダイレクト供給量計測器２３により計測したダイレクト供給酸素の供給量と、前記ＮＯｘ濃度計２５により計測したＮＯｘ濃度と、前記未燃分計測手段２６により計測して得た未燃分と、酸素量計測器２７により計測した酸素製造装置１８からの全酸素量とが入力されており、制御器２８は、図４に示すような制御フローによる制御を行う。
　制御器２８は、ダイレクト供給量計測器２３により計測したダイレクト供給酸素の供給量が図３に示した運用範囲Ｇ内に収まっていることを確認する一方、図示しない制御系統によりボイラ収熱等の性能確認を行い、ボイラの性能が安定した状態を保持するように制御する。
　この状態で、未燃分計測手段２６により計測される未燃分が未燃分制限値以下であり、更に、ＮＯｘ濃度計２５により計測されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下であれば、酸素燃焼が適正に行われる。
　一方、未燃分計測手段２６により計測される未燃分が未燃分制限値より高未燃分である場合には、二次流量調節器２１、ダイレクト供給量調節器２４による流量調節を行い、ダイレクト供給系路２２へのダイレクト供給酸素の供給量を増加させるか、又は、二次再循環系路１３への二次酸素の供給を減少させるか、或いはダイレクト供給系路２２へのダイレクト供給酸素の供給量を増加させると同時に二次再循環系路１３への二次酸素の供給を減少させる操作を行い、ダイレクト供給酸素の供給量が運用範囲Ｇに収められた状態において未燃分を減少させる制御を行う。
　又、ＮＯｘ濃度計２５により計測されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値より高ＮＯｘである場合には、二次流量調節器２１、ダイレクト供給量調節器２４の流量調節を行い、ダイレクト供給系路２２へのダイレクト供給酸素の供給量を減少させるか、又は、二次再循環系路１３への二次酸素の供給を増加させるか、或いはダイレクト供給系路２２へのダイレクト供給酸素の供給量を減少させると同時に二次再循環系路１３への二次酸素の供給を増加させる操作を行い、ダイレクト供給酸素の供給量が運用範囲Ｇに収められた状態においてＮＯｘ濃度を減少させる制御を行う。
　このとき、図２に示したように、ボイラ４の幅方向に複数設けられるバーナ６の各列に対応して設けた各部ＮＯｘ濃度計２９の計測値に対応してバーナ６に供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナ６ごとにバーナ酸素調節器３０によって調節すると、ボイラ４から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度は略均一に保持されるようになり、よってＮＯｘ濃度計２５の検出濃度に基づいて行われる制御が安定する効果がある。
　このように、酸素製造装置１８からの全酸素量に対し、前記運用範囲Ｇ内においてダイレクト供給系路２２によりバーナ６に直接供給するダイレクト供給酸素の供給量を調節すると、排ガスの未燃分及びＮＯｘ濃度を許容される所定の範囲内に保持した状態で酸素燃焼ボイラを安定燃焼させることができる。
　図５は、酸素製造装置１８で製造した酸素の一部を一次流量調節器３１を介して一次再循環系路１１に供給するようにした一次酸素混合系路３２を設けた場合を示している。図５では、酸素製造装置１８出口の酸素の一部を分岐して一次再循環系路１１に供給するようにした場合を示しているが、前記二次酸素混合系路１９の酸素を分岐して 一次流量調節器を介して一次再循環系路１１に供給するようにしてもよく、又、前記ダイレクト供給系路２２の酸素を分岐して 一次流量調節器を介して一次再循環系路１１に供給するようにしてもよい。
　一次再循環系路１１の酸素量が少ない場合には、低負荷時などにバーナ６の火炎が吹き飛んでしまう可能性があるが、図５に示すように、酸素の一部を一次再循環系路１１に供給することにより、低負荷時などにおける火炎の吹き飛びをなくして安定した酸素燃焼を行うことができる。
　尚、本発明の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　排ガスの性状を制限内に制御した状態において酸素燃焼ボイラは安定燃焼することができる。

Claims (12)

  1. 　再循環される排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、再循環される排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、酸素製造装置と、該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法であって、
      酸素製造装置によって供給される全酸素量に対しバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量を、排ガスのＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ排ガスの未燃分が未燃分制限値以下となる運用範囲内で調節することからなる酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  2. 　全酸素量に対するダイレクト供給酸素の供給量の運用範囲が５～１５％である請求項１に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  3. 　酸素製造装置で製造した酸素の一部を一次再循環系路に供給する請求項１又は２に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  4. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測し、ボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節する請求項１に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  5. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測し、ボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節する請求項２に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  6. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測し、ボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてバーナに直接供給するダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節する請求項３に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
  7. 　再循環される排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、再循環される排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、酸素製造装置と、該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置であって、
      二次酸素混合系路に備えた二次流量計測器と、
      二次酸素混合系路に備えた二次流量調節器と、
      ダイレクト供給系路に備えたダイレクト供給量計測器と、
      ダイレクト供給系路に備えたダイレクト供給量調節器と、
      排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計と、
      排ガス中の未燃分を計測して得る未燃分計測手段と、
      ＮＯｘ濃度計により計測したＮＯｘ濃度がＮＯｘ制限値以下で、且つ未燃分計測手段により計測した未燃分が未燃分制限値以下を示す運用範囲内に保持されるよう酸素製造装置によって供給する全酸素量に対しダイレクト供給系路により供給するダイレクト供給酸素の供給量を調節する制御器と、
      を備えたことを特徴とする酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
  8. 　制御器に設定する全酸素量に対するダイレクト供給酸素の供給量の運用範囲が５～１５％である請求項７に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
  9. 　酸素製造装置で製造した酸素の一部を一次流量調節器を介して一次再循環系路に供給する一次酸素混合系路を有する請求項７又は８に記載に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
  10. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測する各部ＮＯｘ濃度計と、各部ＮＯｘ濃度計によるボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節するバーナ酸素調節器とを有する請求項７に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
  11. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測する各部ＮＯｘ濃度計と、各部ＮＯｘ濃度計によるボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節するバーナ酸素調節器とを有する請求項８に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
  12. 　ボイラ各部のＮＯｘ濃度を計測する各部ＮＯｘ濃度計と、各部ＮＯｘ濃度計によるボイラ各部のＮＯｘ濃度の計測値に基づいてダイレクト供給酸素の供給量をバーナごとに調節するバーナ酸素調節器とを有する請求項９に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
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