(57)【要約】【課題】  ＣＦＢボイラーに使用されるコールサイロにおける石炭の温度上昇を抑制して発火を未然に防ぎつつ、ボイラー炉内への水の侵入を抑制可能なコールサイロ及びその運転方法を提供する。【解決手段】  内部に石炭を保有し石炭を切り出してボイラーに供給するコールサイロであって、そのコールサイロが上部構造の筒部と下部構造のホッパー部から構成され、ホッパー部が逆錐形あるいは逆錐台形の内部空間を有し、石炭の温度を測定する温度計とホッパー部の内部に窒素を供給するエアーキャノンを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に石炭を保有し石炭を切り出してボイラーに供給するコールサイロであって、
前記コールサイロが、
上部構造の筒部と下部構造のホッパー部から構成され、
前記ホッパー部が、逆錐形あるいは逆錐台形の内部空間を有し、
前記石炭の温度を測定する温度計と、
前記ホッパー部の内部に窒素を供給するエアーキャノン
を備えることを特徴とするコールサイロ。
【請求項２】
前記温度計が表面温度計で、前記コールサイロの内面に複数備えられ、
前記エアーキャノンが複数本備えられ、且つ圧縮窒素を供給する窒素貯蔵部と接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコールサイロ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコールサイロを用い、
前記エアーキャノンから窒素を供給して石炭を冷却する窒素供給期間と、
前記エアーキャノンから空気を吐出して石炭を動かす空気供給期間と、
前記エアーキャノンのガス遮断期間
の少なくとも３動作期間で構成されることを特徴とするコールサイロの運転方法。
【請求項４】
前記窒素供給期間が、前記コールサイロからの石炭の切り出し動作の停止期間内に組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載のコールサイロの運転方法。
【請求項５】
供給する窒素の温度と比較して石炭温度が高い場合に、窒素を供給することを特徴とする、請求項３または４に記載のコールサイロの運転方法。
【請求項６】
前記エアーキャノンが複数本備えられ、
前記表面温度計による測定温度のうちで一番高い測定温度を示す位置の表面温度と同じ側に位置するエアーキャノンから窒素を供給することを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載のコールサイロの運転方法。
【請求項７】
前記吐出される窒素温度が、０〜３０℃の温度範囲であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のコールサイロの運転方法。
【請求項８】
前記コールサイロが、散水ノズルをコールサイロ上部構造の内部上側に備え、
前記散水ノズルから下方に貯留した石炭へ向けて水を散水することを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載のコールサイロの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
循環流動層ボイラーへの燃料である石炭を貯留、供給するコールサイロと、その運転方法に関し、エアーキャノンを使用して窒素を吹込むことでコールサイロの発熱を防止する装置と、その運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に製造業で使用されるＣＦＢ（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ：循環流動層）ボイラーにおいては低品位炭（亜瀝青炭や褐炭）が多く使用されており、通常、このボイラーで使用される石炭はホッパーからベルトコンベヤにて運搬され、途中、振動篩機、クラッシャーで選別・粉砕されてコールサイロまで送られて貯留され、その後、需要に合わせて各コールサイロ下部に設置のコールフィーダーにて切り出され、ボイラー炉内へ投入される。
【０００３】
このコールサイロでの石炭貯留期間は通常、数日程度であるが、これらの石炭は空気と接触することで酸化反応による自然発熱を起こし、発火することがある。石炭がいったん発火してしまうと、設備の破損などを防止するためにサイロから石炭を抜き取る必要が生じて、作業やその準備に大変な労力と時間が掛かってしまう。
【０００４】
そこで、石炭の発火を未然に防ぐため、定期的または定常的にサイロ上部から水を散布して石炭の温度上昇を抑えることが行われている（特許文献１参照）。ところが石炭の温度は場所によってばらつきがあり、例えばサイロ側面に開いたピンホールの近傍では空気が流入して発熱が大きい。このような温度のばらつきを考慮して水量を多めに散布することが行われるが、水の流れは石炭の配置の影響を受けてしまい均一な冷却ができず、流下する間に発熱箇所を的確に冷却することも難しかった。
さらに、発熱箇所に届かなかった水や余剰の水は、石炭とともにボイラー炉内へ侵入し、石炭の着火性を損なったり、ボイラー炉内の耐火物を損傷させたりといった事態が懸念されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−０９８９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はＣＦＢボイラーにおいて使用されるコールサイロにおける石炭の温度上昇を抑制して発火を未然に防ぎつつ、ボイラー炉内への水の侵入を抑制可能なコールサイロおよびその運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ね、窒素ガスを用いれば、重力の影響を受けにくいためより均一な冷却が可能であると考えた。そして、エアーキャノンで加圧窒素を吐出すれば、目標の石炭へ速やかに達することを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の発明は、内部に石炭を保有し石炭を切り出してボイラーに供給するコールサイロであって、そのコールサイロが上部構造の筒部と下部構造のホッパー部から構成され、そのホッパー部が逆錐形あるいは逆錐台形の内部空間を有し、石炭の温度を測定する温度計と、そのホッパー部の内部に窒素を供給するエアーキャノンを備えることを特徴とするコールサイロである。
【０００９】
本発明の第２の発明は、第１の発明における温度計が表面温度計で、コールサイロ内面に複数備えられ、エアーキャノンが複数本備えられ、且つ圧縮窒素を供給する窒素貯蔵部と接続されていることを特徴とするコールサイロである。
【００１０】
本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明に記載のコールサイロを用い、エアーキャノンから窒素を供給して石炭を冷却する窒素供給期間と、エアーキャノンから空気を吐出して石炭を動かす空気供給期間と、エアーキャノンのガス遮断期間の少なくとも３動作期間で構成されることを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【００１１】
本発明の第４の発明は、第３の発明における窒素供給期間が、コールサイロからの石炭の切り出し動作の停止期間内に組み込まれていることを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【００１２】
本発明の第５の発明は、第３及び第４の発明における供給する窒素の温度と比較して石炭温度が高い場合に、窒素を供給することを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【００１３】
本発明の第６の発明は、第２から第５の発明におけるエアーキャノンが複数本備えられ、表面温度計による測定温度のうちで一番高い測定温度を示す位置の表面温度と同じ側に位置するエアーキャノンから窒素を供給することを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【００１４】
本発明の第７の発明は、第３から第６の発明における吐出される窒素温度が、０〜３０℃の温度範囲であることを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【００１５】
本発明の第８の発明は、第３から第７の発明におけるコールサイロが、散水ノズルをコールサイロ上部構造の内部上側に備え、散水ノズルから下方に貯留した石炭へ向けて散水することを特徴とするコールサイロの運転方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の方法によれば、コールサイロに窒素を吹き込むことでサイロ内に貯留された石炭を取り囲む雰囲気を、空気から窒素へと効率良く置き換えることができ、石炭の自然発熱による石炭温度上昇の低減を可能とし、且つボイラー炉内への水の侵入も抑制可能なコールサイロおよびその運転方法が得られ、工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に関るボイラー炉内への燃料供給装置の概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の詳細を説明する。
図１は、本発明にかかるボイラー炉内への燃料供給装置Ｘの概要を示す模式図で、１はコールサイロ、１ａはコールサイロ上部構造の筒部、１ｂはコールサイロの下部構造のホッパー部、２はコールフィーダー、３はエアーキャノン、４は制御盤、５は表面温度計（サイロ上部構造の円筒部に設置）、６は表面温度計（サイロ下部構造のホッパー部に設置）、７、１０、１３はレギュレータ、８、１１、１４は手動弁、９、１２、１５は逆止弁、Ａは空気供給源、ＡＣはコンプレッサー、Ｎは窒素供給源、ＮＰは窒素配管、ＡＰは空気配管、ＮＰＡは窒素追加配管である。
【００１９】
図１に示すボイラー炉内への燃料供給装置Ｘにおいて、燃料として塊状の石炭を用い、その石炭はコールサイロ１内に貯留状態となり、下方では自重によって緻密になっている。
操業に際しては、ボイラー炉内の燃料状況により、石炭の投入命令を指示された制御盤（図示せず）は、コールサイロ１に貯留されている石炭から所定量の石炭をコールサイロ１下部の石炭切り出し部（図示せず）で切り出し、コールフィーダー２の運搬具（図示せず）へと石炭を送り出し、コールフィーダー２では、送り出された石炭をボイラー炉の投入口（図示せず）へ運搬し、ボイラー炉内に投入する。
【００２０】
コールサイロ１は、石炭を滞留し、計画性のある石炭投入の実施を図る目的を持つ設備であり、一般に筒形の上部構造である円筒や角筒などの筒部と、逆錐台形又は逆錐形の内部空間を有する下部構造部であるホッパー部１ｂとでサイロ筐体を構成し、その他にコールサイロ内の石炭温度を知り、温度管理の指針を与えるための温度計として、筒部１ａに複数箇所の表面温度計５と、ホッパー部１ｂにも複数個の表面温度計６を備え、さらにコールサイロ内に貯留されている石炭の発熱を抑える役割と、石炭の滞留を解消して、円滑且つ無駄のない石炭供給を実現する役割を担う、ガス吹き込み装置であるエアーキャノン３を複数台ホッパー部１ｂに備え、制御盤４からの指示により窒素ガス（Ｎ）、空気（Ａ）、あるいは窒素と空気の混合ガスを選択、ガス噴射するものである。
【００２１】
サイロ筐体の下部構造を、内部空間が逆錐形状又は逆錐台状のホッパー形状とすることで、滞留している石炭は、その壁面形状に則って流動させ易くなり、円滑にサイロから払い出すことができる。その具体的形状としては、例えば逆円錐形、逆円錐台形、逆角錐形、逆角錐台形などの下窄まりの形状を用いることができる。
そこで、サイロ筐体の下部構造を上記のような形状としたホッパー部１ｂに表面温度計６を設置することで、表面温度計を設置した内壁面位置の近傍を通過する多くの石炭の温度を測定することができ、どの方向で発熱が顕著であるか知ることができる。
そこで、温度が高い石炭が流れ込んでくる方向側のエアーキャノン３から窒素を供給することにより、鎮火能力を高めることができる。
【００２２】
また、窒素節約のため、温度が低い石炭が流れ込んでくる方向側のエアーキャノン３では窒素流量を他より低くするか、窒素の供給を停止してもよい。その際、窒素を空気へ切り替えるか、窒素と空気との混合ガスに切り替えて吐出しても良い。
【００２３】
表面温度計５、６には、放射温度計を用いれば多くの石炭を一度に測定できるが、石炭はホッパー内表面に接しながら移動するため、安価な表面温度計でも好適に使用可能である。
【００２４】
次に窒素又は空気に圧力を与えてサイロ内部にガスを打ち出すエアーキャノン３は、「鎮火用途」と「払い落とし用途」に使用されるが、２種類のガスを併用するようにすれば、設備費用の節約を図ることが可能である。
ここで、本発明でいう「鎮火」とは、石炭が赤熱しているかどうかを問わず、即ち燃えているかどうかを問わず、石炭を冷却したり、酸素との接触を妨害したりすることを指す。また「払い落とし」とは、石炭をガス圧力で吹き飛ばしたり転がしたりするもので、石炭が１箇所に定在するのを妨げることを指す。「払い落とし」は、サイロ内で石炭が詰まるのを防ぐのに不可欠である。
【００２５】
使用量や特性を考慮すると、「鎮火用途」には窒素が、「払い落とし用途」には空気が適している。
そこで、窒素と空気は、「鎮火」と「払い落とし」の必要な程度に合わせて、混合したり、切り替えたりすることができる。切り替える場合は、自動弁、シーケンサ等を組み合わせて自動的に空気と窒素の切り替えを行う。また、温度上昇を検知した際にも、自動的に窒素に切り替える。
たとえば、供給する窒素の温度と比較して石炭温度が高い場合に、窒素に切り替える。あるいは、所定の酸素濃度（たとえば大気相当の２０％）における発火点に石炭の温度が達しない頻度で定期的に切り替える。
【００２６】
エアーキャノン３の設置は、その吐出口（図示せず）がホッパー部１ｂの壁面に等間隔または等角度に（たとえば上から見て四角い容器なら各側面に１つずつ４か所に、上から見て円い容器なら６０°ずつ離して６か所に）設けることにより、ガスを確実に目標（発熱している石炭）に届かせることができる。その結果、払い落としや鎮火を確実に行うことができる。
払い落とし機能を備えたエアーキャノンを用いれば、鎮火という観点からしても、石炭の発熱面を他の石炭や壁面で封止して酸素との接触を妨げ、温度上昇を遅らせることができる。
【００２７】
各エアーキャノン３は、互いに同期して同時にガスを吹き込みすることもできる。その結果、各エアーキャノン３からのガスが合流して流速が上がるので、空気を用いる場合は付着力の強い石炭も払い落とすことができ、窒素を用いる場合は、石炭表面から酸素ガスを吹き飛ばして鎮火することができる。また、窒素を用いる場合は、吹き込みしたガスの流束が集約することから、窒素の拡散を抑制して濃度を高く保ったまま窒素が目標石炭に届くので、確実に鎮火することができる。
【００２８】
ガスを吹き込みするエアーキャノン３の作動本数は、１本でもよく、複数同時に吹き込む場合には全体本数の半数以下とするとよい。１本又は全体本数の半数以下とすることで、窒素貯蔵量が急減する心配がなく、高い圧力を維持できる。すると、各エアーキャノンから順次吹き込みを行うことになるが、全体本数の半数以下とする場合は２本以上にしておくことで、作動するエアーキャノンを頻繁に切り替えずにすむ。
【００２９】
吹き込む窒素の温度は、３０℃以下にすることが好ましく、２０℃以下にすることがより好ましい。このような低温の窒素は、石炭の冷却効果が高い。特に、深冷分離法で製造した低温の窒素は、効率的に石炭を冷やすことができる。なお、水蒸気の結露を心配する場合は、窒素の温度を０℃以上にしてから吹き込めばよい。窒素の温度を０〜３０℃、あるいは０〜２０℃にしておくと、窒素の保存も容易である。
【００３０】
さらに、窒素は散水と併用すると強力な冷却効果を得ることができ、その際に窒素は乾燥用ガスとして働き、乾燥用ガスは石炭を乾燥してボイラーでの着火性を高めることができる。
コールサイロ１の下部で乾燥用ガスを用いることにより、ボイラーに投入される直前で乾燥を行うことができ、コールサイロ１内で発火する恐れも小さく保つことができる。しかもコールサイロ１の下部構造をホッパーのように狭めることにより、そこに乾燥用ガス滞留部を作り出し、この乾燥用ガス滞留部をすべての石炭が通過することで、乾燥効果が特に高まる。なお散水の方法としては、サイロ内の上部に散水ノズルを設置して下方の石炭へ向けて水を降らせるといった公知の方法を用いることができる。
【００３１】
乾燥用ガスの温度は、３０℃以上でも問題ないが、水を蒸発させることによって湿潤した乾燥用ガスの温度が３０℃以下となることが望ましい。
乾燥用ガスの温度を８０〜１００℃または１００℃以上とすると、速やかに乾燥できるうえ、石炭を予熱してボイラーで着火性を高める役に立つ利点がある。ただしサイロ内で石炭が発火しないように、サイロ内の酸素分圧が５％以下に、より好ましくは１％以下になる流量で乾燥用ガスを供給することを推奨する。乾燥用ガスとしては、窒素のほか、ボイラーの排ガスが使用できる。
【００３２】
以上説明してきた本発明に係るコールサイロの運転方法として、石炭の酸化反応は、石炭と酸素の温度が高まると加速度的に進む場合があり、これを防ぐには、窒素の吹き込む窒素供給期間が定期的に行われるように設定するのが特に有効である。
サイロ内の石炭をコールフィーダー２に送る際の石炭の切り出し動作期間に、サイロ外へ窒素が流失しやすいので、たとえば「石炭の切り出し」を間欠的に行い、石炭を切り出さない切り出し動作の停止期間中、たとえば石炭の切り出し動作期間が終わった直後から次の切り出し動作期間の直前（５分前など）までの間を選んで窒素を吹き込みする窒素供給期間を行うのがよい。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例を用いて本発明を説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１のボイラー炉内への燃料供給装置Ｘを用いて石炭をボイラー炉内に供給した。
図１の装置は、コールサイロ１の内部には石炭(図示せず)が貯留状態にあり、ホッパー部１ｂに、その円周上、四方対角に４箇所フランジ接続のエアーキャノン３が設置されている。エアーキャノン３には窒素を空気と切り替えが可能な形で並列に窒素配管ＮＰと空気配管ＡＰが接続されており、窒素配管ＮＰ側には手動弁８と逆止弁９を介して窒素源（Ｎ）が、空気配管ＡＰ側には手動弁１１と逆止弁１２を介してコンプレッサーＡＣが接続されている。
【００３５】
また各配管ラインには圧力が調整できるようレギュレータ７、１０が設置されている。さらに、コールサイロ１のホッパー部１ｂとエアーキャノン３には枝付短管１６がフランジで接続され、枝の先には窒素追加配管ＮＰＡが接続されている。コールサイロ１から見て窒素配管ＮＰと空気配管ＡＰと窒素追加配管ＮＰＡとは並列になっている。
窒素追加配管ＮＰＡは、窒素流量を増やしたり、空気と任意の割合で混合したりするためであり、手動弁１４と逆止弁１５とレギュレータ１３を介して窒素源（Ｎ）の圧縮窒素貯蔵器に接続されている。
【００３６】
４本ある各エアーキャノン３は、設置されているタイマー付の制御盤４によって、吹込み回数を制御する仕組みになっている。
コールサイロ１のホッパー部１ｂの４箇所及びその上部筒部１ａの４箇所にはそれぞれ表面温度計５、６を設置してあり、石炭の温度を監視している。
【００３７】
各エアーキャノン３からコールサイロ１内部に窒素を供給する窒素供給期間を継続しながら、コールサイロ１からはコールフィーダー２を介して石炭をボイラーに投入した。この運転を7日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。表面温度計で測定した温度は１００℃を超えなかった。
【実施例２】
【００３８】
８時間毎に窒素供給期間を１時間として窒素を吹き込んだ点以外は実施例１と同様にして石炭をボイラーに投入した。この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は１００℃を超えなかった。
【実施例３】
【００３９】
実施例２における窒素を供給しないガス遮断期間の各７時間中において、１０分毎に１秒間だけ空気をエアーキャノンから供給して石炭を動かす空気供給期間を実施した点以外は実施例２と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は１００℃を超えなかった。
【実施例４】
【００４０】
２０分毎に１０分間だけ石炭をボイラーに投入しない切り出し動作の停止期間を設け、残りの期間で石炭をボイラーに投入する量を倍増させた点以外は実施例２と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。表面温度計で測定した温度は１００℃を超えなかった。
コールサイロ１内の酸素濃度を測定したところ、平均して実施例２よりも０．８％ほど低かった。
【実施例５】
【００４１】
昼夜を問わず窒素をあらかじめ冷却により０〜３０℃に調節した点と、窒素流量を１／１０倍にした点以外は実施例１と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は、実施例１よりも低かった。
【実施例６】
【００４２】
窒素温度よりも石炭温度が高い場合にのみ窒素を供給した点以外は実施例５と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は、実施例５と同等であったが、窒素消費量は少なくすんだ。
【実施例７】
【００４３】
表面温度計で測定した温度をそれぞれ８時間毎に比較して、最も温度が高い方向側のエアーキャノン３からは９０分間だけ、残りのエアーキャノン３からは５０分間だけ窒素供給期間を定めて窒素を供給したあと、供給開始から８時間後までは窒素の供給を停止するガス遮断期間を実施した点以外は実施例１と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は平均して実施例２よりも低かった。
【実施例８】
【００４４】
コールサイロ１の筒部１ａの内部上側に散水ノズル（図示せず）を用意し、散水ノズルから下方の石炭へ向けて水を供給した点以外は実施例１と同様にして石炭をボイラーに投入した。水の流量は、コールサイロ１の下部から水が液体として出ない程度に調整した。
この運転を７日間継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したが、石炭の赤熱は見られなかった。
表面温度計で測定した温度は平均して実施例２よりも約３℃低かった。
【００４５】
（比較例１）
窒素を供給しなかった点以外は実施例１と同様にして石炭をボイラーに投入した。
この運転を継続し、１時間毎にコールサイロ１の点検窓から内部を確認したところ、４日目で石炭の赤熱が見られたので、注水せざるを得なかった。
表面温度計で測定した温度は、３００℃を超えていた。
【００４６】
（比較例２）
実施例８で水量を調節したあと、窒素の供給をやめたところ、コールサイロ１の下部から水が出てきた。このまま石炭をボイラーに投入すると水蒸気爆発が起こる恐れがあるので、試験を中止した。
【符号の説明】
【００４７】
１    コールサイロ
１ａ  筒部（コールサイロ上部）
１ｂ  ホッパー部（コールサイロ下部）
２    コールフィーダー
３    エアーキャノン
４    制御盤（タイマー機能付）
５    表面温度計（円筒部）
６    表面温度計（ホッパー部）
７、１０、１３  レギュレータ
８、１１、１４  手動弁
９、１２、１５  逆止弁
１６    枝付短管
Ａ    空気供給源
ＡＣ  コンプレッサー
ＡＰ  空気配管
Ｎ    窒素供給源
ＮＰ  窒素配管
ＮＰＡ  窒素追加配管
Ｘ    ボイラー炉内への燃料供給装置
【図１】
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