(57)【要約】【課題】流動床ボイラに燃料として供給するスラリーの構成材料に関わらず、スラリーの粘度を的確かつ迅速に調整し、流動床ボイラを安定して運転することが可能なスラリーの粘度管理方法及びそれを行うスラリー供給装置を提供する。【解決手段】本発明の流動床ボイラ１０に供給するスラリー供給装置４０は、スラリー２を混練する混練機５４の消費電流を計測する電流計６０と、スラリー２に含まれる水を混練機５４に供給する水供給路４４と、水供給路４４により混練機５４に供給される水の流量を調節する流量調節弁５２ｗと、電流計６０により計測された消費電流に応じて、混練機５４で流量調節弁５２ｗの開度を調節する粘度制御装置６２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動床ボイラに燃料として供給するスラリーの粘度を管理する方法であって、
前記スラリーを混練する混練機の消費電流を計測し、
前記消費電流に応じて、前記混練機で混練するスラリーの粘度を調節することを特徴とするスラリーの粘度管理方法。
【請求項２】
前記混練機に導入される前記スラリーの構成材料として、石炭と石灰石と水とを含んで用い、
前記スラリーの粘度の調整として、前記混練機に導入する前記水の量を調節することを特徴とする請求項１に記載のスラリーの粘度管理方法。
【請求項３】
前記水の量の調節は、前記計測された前記混練機の消費電流が、所定範囲を上回った場合に前記混練機に導入する前記水の量を増加させ、前記所定の範囲を下回った場合に前記混練機に導入する水の量を減少させることを特徴とする請求項２に記載のスラリーの粘度管理方法。
【請求項４】
前記材料として、さらに下水処理場などで生成された下水汚泥をスラリー状に加工した汚泥スラリーを用いることを特徴とする請求項２又は３の何れか１項に記載のスラリーの粘度管理方法。
【請求項５】
流動床ボイラに燃料として供給するスラリー供給装置であって、
前記スラリーを混練する混練機の消費電流を計測する電流計と、
前記スラリーに含まれる水を前記混練機に供給する水供給路に設けられ、前記混練機に供給される水の流量を調節する水流量調節弁と、
前記電流計により計測された消費電流に応じて、前記水流量調節弁の開度を調節する粘度制御装置とを備えることを特徴とするスラリー供給装置。
【請求項６】
前記粘度制御装置は、前記電流計により計測された前記混練機の消費電流に応じて、前記計測された前記混練機の消費電流が、所定範囲を上回った場合に前記水流量調節弁の開度を所定量開き、前記所定の範囲を下回った場合に前記水流量調節弁の開度を所定量閉める調節を行うことを特徴とする請求項５に記載のスラリー供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床ボイラに燃料として供給されるスラリーの粘度管理方法及びそれを行うスラリー供給装置に係り、特にスラリーの構成材料に関わらず、スラリーの粘度を的確かつ迅速に調整し、流動床ボイラを安定して運転することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電プラントの一つとして、流動床ボイラから発生する蒸気で蒸気タービンを駆動し、さらに流動床ボイラの排ガスでガスタービンを駆動する加圧流動床複合発電方式(ＰＦＢＣ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ)が採用されている。
この発電プラントは、流動床ボイラ内を加圧状態に保ちながら、流動床ボイラの火炉に、燃料とする石炭と石灰石と水とを混ぜたスラリー（ＣＷＰ：Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｐａｓｔｅ）を供給することにより、該スラリーを効率よく燃焼させることができる特徴を有する。
【０００３】
このような流動床ボイラを備えた石炭火力発電プラントでは、昨今、エネルギー効率を高めて安定した操業を行うとともに、環境に対する負荷を極力軽減するため、スラリーの原材料として、複数種類の原料炭を切り替えたり、バイオマス燃料などの新燃料を使用している。この際、原料炭の炭種や新燃料によってスラリーの含水量、発熱量、含有成分等が異なる。
【０００４】
このため本出願人は、従来より加圧流動床ボイラへ供給される原料炭の炭種に応じて加圧流動床ボイラの運転を適切に管理する技術を提案しており、例えば特許文献１において、ＣＷＰの粘度を判断し、ＣＷＰの粘度の判断結果に基づいてＣＷＰの粘度を適切な値に修正するスラリーの粘度管理方法を開示している。
【特許文献１】特開２００８−１４５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、スラリーの粘度に関する情報を取得するための手段について特段の方策を開示しておらず、流動床ボイラの流動層内に供給するスラリーの粘度の測定は、手分析や、ＣＷＰを混練する混練機に設置される連続測定式粘度計により行われている。
【０００６】
しかしながら、手分析では、混練機等からスラリーの試料を採取し測定結果が得られるまでに、ある程度時間を要し、また連続測定式粘度計による測定では、原料炭の炭種や新燃料によって正確な粘度を計測できないことがあり、流動床ボイラの安定的な運転に影響を及ぼすおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、流動床ボイラに燃料として供給するスラリーの構成材料に関わらず、スラリーの粘度を的確かつ迅速に調整し、流動床ボイラを安定して運転することが可能なスラリーの粘度管理方法及びそれを行うスラリー供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、流動床ボイラに燃料として供給するスラリーの粘度を管理する方法であって、
前記スラリーを混練する混練機の消費電流を計測し、
前記消費電流に応じて、前記混練機で混練するスラリーの粘度を調節することを特徴とする。
【０００９】
本発明者は、混練機の消費電流と混練機内で混練されるスラリーの粘度との間に相関があることを見出した。すなわち、混練機の消費電流を、スラリーの粘度の程度を表す指標として用いることができ、かかる混練機の消費電流は、混練機の電源供給系に電流計等を設置することにより簡便に計測でき、迅速に把握することができる。
したがって、本発明のスラリーの粘度管理方法によれば、このように計測された混練機の消費電流に応じて、混練機で混練するスラリーの粘度を調節することにより、スラリーの粘度の調整が迅速になされ、該スラリーが供給される流動床ボイラを安定して運転することができる。
【００１０】
本発明において、前記混練機に導入される前記スラリーの構成材料として、石炭と石灰石と水とを含んで用い、前記スラリーの粘度の調整として、前記混練機に導入する前記水の量を調節することとしてもよい。この構成によれば、スラリーの粘度を、その構成材料とする水の量を調節することにより容易に調整することができる。
【００１１】
本発明において、前記水の量の調節は、前記計測された前記混練機の消費電流が、所定範囲を上回った場合に前記混練機に導入する前記水の量を増加させ、前記所定の範囲を下回った場合に前記混練機に導入する水の量を減少させることとしてもよい。この構成によれば、流動床ボイラに燃料として供給されるスラリーの粘度を、所定の範囲内に保持させることができる。
【００１２】
本発明において、前記材料として、さらに下水処理場などで生成された下水汚泥をスラリー状に加工した汚泥スラリーを用いることとしてもよい。
【００１３】
本発明は、流動床ボイラに燃料として供給するスラリー供給装置であって、前記スラリーを混練する混練機の消費電流を計測する電流計と、前記スラリーに含まれる水を前記混練機に供給する水供給路に設けられ、前記混練機に供給される水の流量を調節する水流量調節弁と、前記電流計により計測された消費電流に応じて、前記水流量調節弁の開度を調節する粘度制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記粘度制御装置は、前記電流計により計測された前記混練機の消費電流に消費電流に応じて、前記計測された前記混練機の消費電流が、所定範囲を上回った場合に前記水流量調節弁の開度を所定量開き、前記所定の範囲を下回った場合に前記水流量調節弁の開度を所定量閉める調節を行うこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流動床ボイラに燃料として供給するスラリーの構成材料に関わらず、スラリーの粘度を的確かつ迅速に調整し、流動床ボイラを安定して運転することが可能なスラリーの粘度管理方法及びそれを行うスラリー供給装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明における好ましい一実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る加圧流動床ボイラ１０を用いた発電プラント１の概略構成図である。
【００１８】
図１に示すように、この発電プラント１は、燃料を燃焼することにより蒸気を生成する加圧流動床ボイラ１０と、この蒸気により駆動される蒸気タービン発電機７０と、加圧流動床ボイラ１０内の燃焼で生じた排ガスを利用するガスタービン発電機９０とを備えている。
【００１９】
加圧流動床ボイラ１０は、圧力容器２０と、その内部に設けられた火炉本体３０と、火炉本体３０に、燃料とするスラリー２を供給するスラリー供給装置４０とを備えている。火炉本体３０内には、スラリー２が所定量収容されている。このスラリー２は、加圧状態にある圧力容器２０内において、火炉本体３０の底部から吹き込まれる加圧空気で流動化されて流動床を形成している。そして、スラリー供給装置４０から火炉本体３０に供給されたスラリー２は、加圧状態で燃焼される。
【００２０】
火炉本体３０内には、蒸気タービン発電機７０と接続される伝熱管７２が引き回されており、火炉本体３０内でスラリー２を燃焼することにより生じた熱を利用して伝熱管７２内に蒸気を発生させ、蒸気タービン７４を回転させ、この蒸気タービン７４と同軸に接続される発電機７６が稼動し発電する。蒸気タービン７４を回転させた後の蒸気は、復水器８０により復水にされ、排熱回収ボイラ３２を通り、再び加圧流動床ボイラ１０内へ導かれる。
【００２１】
また、加圧流動床ボイラ１０内の燃焼で生じた排ガスがガスタービン９２へ供給されるようになっている。ガスタービン９２には、発電機９４およびコンプレッサ９６が同軸に接続されており、ガスタービン９２が回転することにより、発電機９４を駆動して発電を行うとともに、コンプレッサ９６を駆動して加圧空気を加圧流動床ボイラ１０の圧力容器２０内へ送り込むようになっている。排ガスは、ガスタービン９２を出た後、排熱回収ボイラ３２を通り煙突３４より排出される。
【００２２】
スラリー供給装置４０は、燃料であるスラリー２を製造し、これを火炉本体３０へ供給するものである。ここでスラリー２とは、主燃料としての石炭と、水と、石灰石とからなるＣＷＰ（Ｃｏａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｐａｓｔｅ）に脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合したものをいう。
図２は、スラリー供給装置４０の概略構成図である。
図２に示すように、スラリー供給装置４０は、石炭供給路４２と、水供給路４４と、石灰石供給路４６と、汚泥スラリー供給路４８と、混練機５４と、混練機５４により製造されるスラリー２の粘度を調整する粘度制御装置６２と、混練機５４で製造されたスラリー２を火炉本体３０に供給するスラリーポンプ６４とを備える。
【００２３】
石炭供給路４２は、石炭を貯蔵する石炭バンカ等から混練機５４に石炭を供給する系統であり、例えば、石炭バンカと混練機５４との間には石炭を粉砕する粗粉砕機及び微粉砕機とが配設される（図示しない）。石炭は、粗粉砕機により粗く砕かれた状態と、粗粉砕機で砕かれた後、微粉砕機に送られて更に細かく粉砕されると共に水と混ぜられた状態のものを混合し混練機５４に供給される。
【００２４】
水供給路４４は、水タンク５１から混練機５４に水を供給する系統である。石灰石供給路４６は、石灰石を貯蔵する石灰石バンカ等から混練機５４に石灰石を供給する系統である。汚泥スラリー供給路４８は、汚泥スラリータンク等の貯留設備から混練機５４に汚泥スラリーを供給する系統である。
【００２５】
これらのスラリー材料の供給路４２、４６には供給量を調整するコンベアが設置される（図示しない）。また、供給路４４、４８にはそれぞれ、材料圧送用ポンプ５０と流量調節弁５２が設置されており、各材料の混練機５４に供給される量が調節され、これらスラリー材料が混練機５４内において混合されるようになっている。
【００２６】
なお、水供給路４４には、内部に流通する水の流量を外部から制御可能な流量調節弁５２ｗが設置され、該流量調節弁５２ｗは、粘度制御装置６２と接続しており、粘度制御装置６２による制御により水供給路４４内を流通する水の流量が調整されるようになっている。
【００２７】
混練機５４は、各供給路４２〜４８が接続され、供給されたスラリー材料を混練してスラリー２を製造するものである。混練機５４は、例えば内部に複数の攪拌翼５６と、攪拌翼５６を回転させる電動モータ５８とを備え、攪拌翼５６の回転を電動モータ５８で回転させることによりスラリー材料を混練する。
また、混練機５４には、電動モータ５８の消費電流を計測するための電流計６０が設けられ、該電流計６０は粘度制御装置６２と接続している。
【００２８】
粘度制御装置６２は、例えば、ＣＰＵと共に、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスクなどの記憶装置を具備し、液晶画面などの表示部及びキーボードなどの入力部を備える情報処理装置により構成される。粘度制御装置６２は、混練機５４の電動モータ５８に設置された電流計６０によって計測された消費電流に応じて、水供給路４４に設置された流量調節弁５２ｗの開度を制御して混練機５４に供給される水の流量を調節し、混練機５４で製造されるスラリー２の粘度が所定範囲内の値となるように制御する。
【００２９】
図３は、混練機５４の電動モータ５８の消費電流と、その電流を示したときにおける混練機５４から採取したスラリー２の粘度とを実際に測定し、その関係を示した散布図及びその近似直線を示すグラフである。なお、スラリー２の粘度は手分析により測定した。また、測定結果の再現性を確認するため、異なる混練機５４の運転条件下において電流値とスラリー２の粘度を測定し、各測定結果について散布図及びグラフをまとめた。
図３に示すように、いずれの混練機５４においても、混練機５４の電動モータ５８の電流の上昇にともない、スラリー２の粘度も上昇する傾向が認められ、これら電動モータ５８の電流とスラリー２の粘度とには、正の相関が認められる。
これは、スラリー２の粘度が上昇するとともに、該スラリー２を攪拌する攪拌翼５６に作用する抵抗が増加し、それに応じて混練機５４の電動モータ５８にかかる負荷が増加することになり、電動モータ５８の電流も上昇するからであると考えられる。
本実施形態では、このような混練機５４の電動モータ５８の消費電流と、混練機５４内で混練されるスラリー２の粘度との関係を利用することにより、混練機５４の消費電流を、スラリー２の粘度の程度を表す指標とし、粘度制御装置６２によるスラリー２の粘度を調整するための制御に用いている。
【００３０】
図４は、混練機５４内に適量の水を供給するための粘度制御装置６２の制御の一例を示すフローである。
図４に示すように、まずステップＳ１として、電流計６０により計測された混練機５４の消費電流が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。
ここで判定に用いられる消費電流の所定の範囲としては、例えば、図３のような混練機５４の電動モータ５８の消費電流と、その電流を示したときにおける混練機５４から採取したスラリー２の粘度との関係を近似直線等によりあらかじめもとめておき、該近似直線等に基づいて、加圧流動床ボイラ１０が安定的に運転可能なスラリー２の粘度範囲に対応する消費電流の範囲を採用する。
そして、ステップＳ１において、混練機５４の消費電流が所定の範囲内にある場合は、特に流動調節弁５２ｗを制御することなく、再度ステップＳ１の処理に戻る。
一方、混練機５４の消費電流が所定の範囲内にない場合は、ステップＳ２に移行する。
【００３１】
ステップＳ２では、電流計６０により計測された混練機５４の消費電流が所定の範囲よりも上回るか否かを判断する。消費電流が所定の範囲よりも上回る場合、すなわち混練機５４内のスラリー２が所定範囲の粘度よりも大きくなっていると判定し、粘度制御装置６２は、流動調節弁５２ｗに対してその開度を所定量大きくする制御を行う（ステップＳ３）。これにより、混練機５４内に供給される水の流量が増加することになるので、スラリー２の粘度が減少する。そしてその制御後、再度ステップＳ１の処理に戻る。
【００３２】
一方、ステップＳ２において、消費電流が所定の範囲よりも上回らない場合、すなわち消費電流が所定の範囲よりも下回る場合、混練機５４内のスラリー２が所定範囲の粘度よりも小さくなっていると判定し、粘度制御装置６２は、流動調節弁に対してその開度を所定量小さくする制御を行う（ステップＳ４）。これにより、混練機５４内に供給される水の流量が減少することになるので、スラリー２の粘度が増加する。そしてその制御後、再度ステップＳ１の処理に戻る。
【００３３】
粘度制御装置６２がこのような制御を行うことにより、混練機５４内で製造されるスラリー２の粘度は、所定の範囲内に保たれることになる。
【００３４】
そして、混練機５４内で所定の範囲内の粘度に調整されたスラリー２が、スラリーポンプ６４により火炉本体３０に供給されることにより、加圧流動床ボイラ１０内で良好に燃焼され、加圧流動床ボイラ１０が安定して運転される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態に係る加圧流動床ボイラ１０によれば、スラリー２を混練する混練機５４の消費電流を計測する電流計６０と、スラリー２に含まれる水を混練機５４に供給する水供給路４４に設けられ、混練機５４に供給される水の流量を調節する水流量調節弁５２ｗと、電流計６０により計測された消費電流に応じて、水流量調節弁５２ｗの開度を調節する粘度制御装置６２とを備える。これにより、計測された混練機５４の消費電流に応じて、混練機５４で混練するスラリー２の粘度が迅速に調整されるので、該スラリー２が供給される加圧流動床ボイラ１０が安定して運転される。
【００３６】
また、粘度制御装置６２が水の調節を、電流計６０により計測された混練機５４の消費電流が所定範囲を上回った場合に、流動調節弁の開度を大きくして混練機５４に導入する水の量を増加させ、所定の範囲を下回った場合に流動調節弁の開度を小さくして混練機５４に導入する水の量を減少させることにより、混練機５４内で製造されるスラリー２の粘度は所定の範囲内に保たれるため、流動床ボイラの安定運転に寄与することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、電流計６０により計測された消費電流に応じて、水流量調節弁５２ｗの開度を調節する制御を粘度制御装置６２により行っているが、これに限らず、作業員等が、電流計６０の消費電流を目視し、当該消費電流に応じて手動により水流量調節弁５２ｗの開度を調節してもよい。この場合、作業員が、図４で説明したフローと同様の制御を実施することにより、混練機５４内で製造されるスラリー２の粘度を所定の範囲内に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る加圧流動床ボイラ１０を用いた発電プラント１の概略構成図である。
【図２】スラリー供給装置４０の概略構成図である。
【図３】混練機５４の電動モータ５８の消費電流と、その電流を示したときにおける混練機５４から採取したスラリー２の粘度と関係を示した散布図及びその近似直線を示すグラフである。
【図４】混練機５４内に適量の水を供給するための粘度制御装置６２の制御の一例を示すフローである。
【符号の説明】
【００３９】
１  発電プラント
２  スラリー
１０  加圧流動床ボイラ
２０  圧力容器
３０  火炉本体
３２  排熱回収ボイラ
３４  煙突
４０  スラリー供給装置
４２  石炭供給路
４４  水供給路
４６  石灰石供給路
４８  汚泥スラリー供給路
５０  材料圧送用ポンプ
５１  水タンク
５２，５２ｗ  流量調節弁
５４  混練機
５６  攪拌翼
５８  電動モータ
６０  電流計
６２  粘度制御装置
６４  スラリーポンプ
７０  蒸気タービン発電機
７２  伝熱管
７４  蒸気タービン
７６  発電機
８０  復水器
９０  ガスタービン発電機
９２  ガスタービン
９４  発電機
９６  コンプレッサ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  ステップ１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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