(57)【要約】  酸素燃焼におけるバーナの安定燃焼を図り得る酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法及び装置を提供する。  一次再循環排ガス流量［ｔｏｎ／ｈ］とミルからの微粉炭量［ｔｏｎ／ｈ］との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう一次再循環排ガス流量を制御する。
2009110034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭焚ボイラに酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ、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バーナへ搬送して酸素燃焼させる酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法であって、
一次再循環排ガス流量とミルからの微粉炭量との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう一次再循環排ガス流量を制御する酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法。
【請求項２】
前記Ｇ／Ｃの範囲を２．０〜６．０とした請求項１記載の酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法。
【請求項３】
石炭焚ボイラに酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ、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バーナへ搬送して酸素燃焼させる酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置であって、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスのＣＯ2濃度を検出するＣＯ2濃度計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスのＯ2濃度を検出するＯ2濃度計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスの流量を検出する流量計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスの流量を調節する流量調節器と、
前記ミルへ供給される給炭量を検出する給炭量計と、
前記ＣＯ2濃度計で検出されたＣＯ2濃度と前記Ｏ2濃度計で検出されたＯ2濃度とに基づき一次再循環排ガスの比重を算出し、該一次再循環排ガスの比重と前記流量計で検出された流量とに基づき重量ベースでの一次再循環排ガス流量を算出し、前記給炭量計で検出された給炭量に基づき重量ベースでのミルからの微粉炭量を算出し、前記一次再循環排ガス流量とミルからの微粉炭量との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう前記流量調節器に流量制御信号を出力する制御器と
を備えた酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置。
【請求項４】
前記Ｇ／Ｃの範囲を２．０〜６．０とした請求項３記載の酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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、無機質である灰を含んでいるため、石炭を空気燃焼させると、燃焼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、及び灰分や未燃焼の石炭粒子からなる塵と酸素（約４％）を含んだものとなる。そこで、燃焼排ガスは脱硝、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。【０００４】
前記燃焼排ガスに生じる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。【０００５】
又、石炭のような硫黄を含む燃料を使用した場合には、燃焼によって燃焼排ガス中に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。【０００６】
一方、燃焼排ガス中に多量に発生する二酸化炭素も高効率で分離除去することが望まれており、燃焼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。【０００７】
そこで、燃焼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１参照）。【０００８】
石炭を酸素で燃焼すると、サーマルＮＯxの発生は無くなって、燃焼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を含んだガスとなるため、燃焼排ガスを冷却することにより、前記二酸化炭素を液化して分離することが比較的容易になる。
【特許文献１】特開平５−２３１６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の空気燃焼の石炭焚ボイラでは、ミルで微粉砕された微粉炭の搬送用空気である一次空気流量［ｔｏｎ／ｈ］とミルからの微粉炭量［ｔｏｎ／ｈ］との重量比をＡ／Ｃと呼び、該Ａ／Ｃの運用レンジを、例えば、図４に示される如く、１．５〜４．０の範囲とすることにより、バーナの安定燃焼を可能としていた。尚、前記Ａ／Ｃは、４．０より大きくすると火炎が吹き飛ぶ虞がある一方、１．５より小さくするとミル・バーナ系統の構造上、安定燃焼が維持できなくなるため、こうした点を考慮して運用範囲が定められている。【００１０】
しかしながら、特許文献１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、こうした理由から、前記Ａ／Ｃとは異なる全く新しい指標を用いてバーナの安定燃焼を図ることが望まれていた。【００１１】
本発明は、斯かる実情に鑑み、酸素燃焼におけるバーナの安定燃焼を図り得る酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、石炭焚ボイラに酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ、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バーナへ搬送して酸素燃焼させる酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法であって、
一次再循環排ガス流量とミルからの微粉炭量との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう一次再循環排ガス流量を制御する酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法にかかるものである。【００１３】
前記酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法においては、前記Ｇ／Ｃの範囲を２．０〜６．０とすることが好ましい。【００１４】
一方、本発明は、石炭焚ボイラに酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ、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バーナへ搬送して酸素燃焼させる酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置であって、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスのＣＯ2濃度を検出するＣＯ2濃度計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスのＯ2濃度を検出するＯ2濃度計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスの流量を検出する流量計と、
前記ミルへ導入される一次再循環排ガスの流量を調節する流量調節器と、
前記ミルへ供給される給炭量を検出する給炭量計と、
前記ＣＯ2濃度計で検出されたＣＯ2濃度と前記Ｏ2濃度計で検出されたＯ2濃度とに基づき一次再循環排ガスの比重を算出し、該一次再循環排ガスの比重と前記流量計で検出された流量とに基づき重量ベースでの一次再循環排ガス流量を算出し、前記給炭量計で検出された給炭量に基づき重量ベースでのミルからの微粉炭量を算出し、前記一次再循環排ガス流量とミルからの微粉炭量との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう前記流量調節器に流量制御信号を出力する制御器と
を備えた酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置にかかるものである。【００１５】
前記酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御装置においては、前記Ｇ／Ｃの範囲を２．０〜６．０とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量制御方法及び装置によれば、従来のＡ／Ｃとは異なる全く新しいＧ／Ｃという指標を用いて酸素燃焼におけるバーナの安定燃焼を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の一実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施例におけるＧ／Ｃの運用範囲を示す線図である。
【図４】従来例におけるＧ／Ｃの運用範囲を示す線図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    コールバンカ
２    給炭機
３    ミル
４    石炭焚ボイラ
５    ウィンドボックス
６    バーナ
７    排ガスライン
８    空気予熱器
１０    酸素製造装置
１１    押込通風機
１２    一次再循環排ガスライン
１３    コールドバイパスライン
１６    二次再循環排ガスライン
１７    二次再循環排ガス用酸素供給ライン
１８    ウィンドボックス用酸素供給ライン
２０    誘引通風機
２２    ＣＯ2濃度計
２２ａ  ＣＯ2濃度
２３    Ｏ2濃度計
２３ａ  Ｏ2濃度
２４    流量計
２４ａ  流量
２５    流量調節弁（流量調節器）
２５ａ  開度制御信号（流量制御信号）
２６    給炭量計
２６ａ  給炭量
２７    制御器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。【００２０】
図１〜図３は本発明の一実施例であって、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は石炭焚ボイラ、５は石炭焚ボイラ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燃焼用のバーナ、７は石炭焚ボイラ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は酸素を製造する酸素製造装置、１１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）、１２は押込通風機１１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へ導く一次再循環排ガスライン、１３はミル３へ導入される一次再循環排ガスの一部を空気予熱器８を迂回させることにより一次再循環排ガスの温度を調節するためのコールドバイパスライン、１４は空気予熱器８を通過する一次再循環排ガスの流量を調節するために一次再循環排ガスライン１２途中に設けられた流量調節弁、１５は空気予熱器８を迂回する一次再循環排ガスの流量を調節するためにコールドバイパスライン１３途中に設けられた流量調節弁、１６は押込通風機１１によって圧送される排ガス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へ導く二次再循環排ガスライン、１７は二次再循環排ガスライン１６へ酸素製造装置１０からの酸素を供給する二次再循環排ガス用酸素供給ライン、１８はウィンドボックス５へ酸素製造装置１０からの酸素を直接供給するウィンドボックス用酸素供給ライン、１９は排ガス中からＣＯ2等を回収する回収装置、２０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）、２１は排ガス処理装置９で浄化され誘引通風機２０で誘引される排ガスを大気放出する煙突であり、
前記一次再循環排ガスライン１２途中におけるミル３の入側に、該ミル３へ導入される一次再循環排ガスのＣＯ2濃度２２ａを検出するＣＯ2濃度計２２と、前記ミル３へ導入される一次再循環排ガスのＯ2濃度２３ａを検出するＯ2濃度計２３と、前記ミル３へ導入される一次再循環排ガスの流量２４ａを検出する流量計２４と、前記ミル３へ導入される一次再循環排ガスの流量２４ａを調節する流量調節器としての流量調節弁２５とを設けると共に、前記給炭機２に、前記ミル３へ供給される給炭量２６ａを検出する給炭量計２６を設け、
更に、前記ＣＯ2濃度計２２で検出されたＣＯ2濃度２２ａと前記Ｏ2濃度計２３で検出されたＯ2濃度２３ａとに基づき一次再循環排ガスの比重を算出し、該一次再循環排ガスの比重と前記流量計２４で検出された流量２４ａとに基づき重量ベースでの一次再循環排ガス流量を算出し、前記給炭量計２６で検出された給炭量２６ａに基づき重量ベースでのミル３からの微粉炭量を算出し、石炭焚ボイラ４に供給する前記一次再循環排ガス流量［ｔｏｎ／ｈ］とミル３からの微粉炭量［ｔｏｎ／ｈ］との重量比をＧ／Ｃと定義し、該Ｇ／Ｃが所定範囲内に収まるよう前記流量調節弁２５に流量制御信号としての開度制御信号２５ａを出力する制御器２７を設けたものである。尚、前記流量調節弁２５に代えて、例えばダンパその他の流量調節器を用い、該流量調節器に対し前記制御器２７から流量制御信号を出力するようにしても良い。【００２１】
前記Ｇ／Ｃの範囲は、図３に示す如く、２．０〜６．０とすることがバーナ６の安定燃焼を可能とする上で好ましい。これは、従来におけるＡ／Ｃの運用レンジが、図４に示される如く、１．５〜４．０の範囲であることから、空気と一次再循環排ガスの比重の差を考慮したものである。尚、実際に行った燃焼試験においても、前記Ｇ／Ｃは、６．０より大きくすると火炎が吹き飛ぶ虞がある一方、２．０より小さくするとミル３及びバーナ６系統の構造上、安定燃焼が維持できなくなり、２．０〜６．０の範囲でバーナ６の安定燃焼が可能となることが確認されている。【００２２】
次に、上記図示例の作用を説明する。【００２３】
前述の如き石炭焚ボイラ４の定常運転時においては、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、一次再循環排ガスライン１２から一次再循環排ガスがミル３内へ導入され、該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バーナ６へ搬送される一方、石炭焚ボイラ４のウィンドボックス５には、押込通風機１１によって圧送される排ガスの一部が二次再循環排ガスとして二次再循環排ガスライン１６から空気予熱器８で予熱されて導かれ、且つ酸素製造装置１０で製造された酸素がウィンドボックス用酸素供給ライン１８から直接供給され、これにより、石炭焚ボイラ４内で微粉炭の酸素燃焼が行われる。【００２４】
尚、前記石炭焚ボイラ４の起動時には、一次再循環排ガスの代わりに空気（図示せず）がミル３内へ導入され、該空気によりミル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バーナ６へ搬送される一方、二次再循環排ガス及び酸素の代わりに空気（図示せず）が石炭焚ボイラ４のウィンドボックス５に供給され、石炭焚ボイラ４内で微粉炭の空気燃焼が行われ、該石炭焚ボイラ４の収熱が所定値に到達すると、前記空気が一次再循環排ガス、二次再循環排ガス及び酸素にそれぞれ切り換えられ、酸素燃焼に移行するようになっている。【００２５】
前記石炭焚ボイラ４から排出される排ガスは、排ガスライン７を流れて空気予熱器８へ導入され、該空気予熱器８において前記一次再循環排ガス並びに二次再循環排ガスが加熱され、熱回収が行われ、空気予熱器８を通過した排ガスは、脱硫装置や集塵機等の排ガス処理装置９で脱硫や集塵等の処理が行われ、該排ガス処理装置９で浄化された排ガスが誘引通風機２０で誘引され煙突２１から大気放出される一方、前記排ガス処理装置９を通過した排ガスの一部が、押込通風機１１により再循環されると共に、回収装置１９へ導入され、排ガス中からＣＯ2等が回収されるようになっている。【００２６】
そして、本図示例においては、前記石炭焚ボイラ４の定常運転時に、前記ミル３内へ導入される一次再循環排ガスのＣＯ2濃度２２ａがＣＯ2濃度計２２で検出され、そのＯ2濃度２３ａがＯ2濃度計２３で検出され、その流量２４ａが流量計２４で検出される一方、前記ミル３へ供給される給炭量２６ａが給炭量計２６で検出されており、制御器２７において、前記ＣＯ2濃度計２２で検出されたＣＯ2濃度２２ａと前記Ｏ2濃度計２３で検出されたＯ2濃度２３ａとに基づき一次再循環排ガスの比重が算出され（図２のステップＳ１参照）、該一次再循環排ガスの比重と前記流量計２４で検出された流量２４ａとに基づき重量ベースでの一次再循環排ガス流量が算出され（図２のステップＳ２参照）、前記給炭量計２６で検出された給炭量２６ａに基づき重量ベースでのミル３からの微粉炭量が算出され（図２のステップＳ３参照）、前記一次再循環排ガス流量［ｔｏｎ／ｈ］とミル３からの微粉炭量［ｔｏｎ／ｈ］との重量比がＧ／Ｃと定義される（図２のステップＳ４参照）。【００２７】
続いて、前記Ｇ／Ｃが２．０より小さいか否かの判断が行われ（図２のステップＳ５参照）、該Ｇ／Ｃが２．０より小さい場合には、制御器２７から出力される流量制御信号としての開度制御信号２５ａにより流量調節器としての流量調節弁２５の開度が広げられて一次再循環排ガス流量が増加される（図２のステップＳ６参照）。【００２８】
前記Ｇ／Ｃが２．０以上である場合には、該Ｇ／Ｃが６．０より大きいか否かの判断が行われ（図２のステップＳ７参照）、該Ｇ／Ｃが６．０より大きい場合には、制御器２７から出力される流量制御信号としての開度制御信号２５ａにより流量調節器としての流量調節弁２５の開度が絞られて一次再循環排ガス流量が減少され（図２のステップＳ８参照）、これにより、前記Ｇ／Ｃが所定範囲内（２．０〜６．０）に収まり、安定した酸素燃焼運転が行われる形となる。【００２９】
こうして、従来のＡ／Ｃとは異なる全く新しいＧ／Ｃという指標を用いて酸素燃焼におけるバーナ６の安定燃焼を図り得る。【００３０】
尚、本発明の酸素燃焼ボイラの一次再循環排ガス流量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。
【図１】
2009110034.tif 000003
【図２】
2009110034.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009110034.tif 000006
【国際調査報告】
2009110034.tif 000007
2009110034.tif 000008
2009110034.tif 000009
2009110034.tif 000010