(57)【要約】【課題】劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料とするボイラを安定運用させるべく、灰が付着するのを抑制する。【解決手段】演算機９は、予め固体燃料の灰分含有率、灰成分の組成等の性状をデータ８として集積し、固体燃料の混合比率をパラメータとして用い、混合した燃料の灰成分の組成を、予め測定された各固体燃料の灰成分の組成から算出し、予め測定した灰付着率とスラグ割合の関係から灰付着率が低くなるスラグ割合の基準値を決定し、スラグ割合が決定された基準値以下となる灰組成になるように、熱力学平衡計算により各固体燃料の混合比率を算出する。演算機９で算出された混合比率に基づいて、燃料供給量調整装置３でホッパ１，２からの固体燃料の切り出し量を調整し、混合機４で混合して、粉砕機５で粉砕した後、燃料としてボイラ７に供給してバーナ６で燃焼させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した灰成分の組成と、前記複数種類の固体燃料のそれぞれについて算出した一定量の灰成分のうち所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成においてスラグになる割合を示すスラグ割合と、に基づいて、ボイラにおける前記スラグ割合が基準値以下になるように決定した前記複数種類の固定燃料の混合比率から、前記複数種類の固体燃料を混合し、燃料としてボイラに供給することを特徴とするボイラの灰付着抑制方法。
【請求項２】
前記スラグ割合は、前記灰成分の組成に基づいて熱力学平衡計算により算出されるか、前記複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成で加熱して生じるスラグから算出されることを特徴とする請求項１に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項３】
前記基準値は、前記スラグ割合に対する灰付着率に基づいて、前記灰付着率が低くなるように決定され、
前記灰付着率は、予め調査されたボイラ内に挿入した灰付着プローブへの衝突灰量に対する実際の付着灰量の比として算出され、
前記衝突灰量は、前記固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から求められる前記灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量として算出されることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項４】
前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるように５０〜６０重量％に決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項５】
前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、バーナ近傍の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項６】
前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度及びその部位の雰囲気ガス組成、または、ボイラ設計上の還元度が最も高い雰囲気ガス組成とその部位の温度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項７】
複数種類の固体燃料のそれぞれについて、一定量の灰成分のうち所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成においてスラグになる割合を示すスラグ割合を算出すると共に、前記スラグ割合が基準値以下になるように、複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した灰成分の組成に基づいて、前記複数種類の固定燃料の混合比率を決定する演算手段と、
前記混合比率に基づいて、前記複数種類の固体燃料の供給量を調整する燃料供給量調整手段と、を備えることを特徴とするボイラの灰付着抑制装置。
【請求項８】
前記スラグ割合は、前記灰成分の組成に基づいて熱力学平衡計算により算出されるか、前記複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成で加熱して生じるスラグから算出されることを特徴とする請求項７に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項９】
前記基準値は、前記スラグ割合に対する灰付着率に基づいて、前記灰付着率が低くなるように決定され、
前記灰付着率は、予め調査されたボイラ内に挿入した灰付着プローブへの衝突灰量に対する実際の付着灰量の比として算出され、
前記衝突灰量は、前記固体燃料の供給量、配分含有率及びボイラの炉形状から求められる前記灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量として算出されることを特徴とする請求項７または８に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１０】
前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるように５０〜６０重量％に決定されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１１】
ボイラ燃焼室の温度及び雰囲気ガス組成を計測する計測手段を更に備え、
前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、前記計測手段で測定したボイラ燃焼室の温度及び雰囲気ガス組成であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１２】
前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度及びその部位の雰囲気ガス組成、または、ボイラ設計上の還元度が最も高い雰囲気ガス組成とその部位の温度であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料を燃料とするボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体燃料を燃料とするボイラでは、固体燃料を粉砕機で粉砕した後、搬送用空気で燃料として供給している。そして、ボイラは、供給された燃料を、バーナなどで燃焼させて熱を発生させる火炉と、火炉の上方から下流にわたって配置され、内部に燃焼ガスを流動して熱交換を行う伝熱管群とを備えており、ボイラからでた燃焼ガスは煙突から排出されるようになっている。ここで、伝熱管群は、火炉の上方に所定の間隔で並列配置された二次加熱器、三次加熱器、最終加熱器、二次再熱器を備える上部伝熱部と、火炉の後部に配置された一次加熱器、一次再熱器、節炭器を備える後部伝熱部と、からなっている。
【０００３】
このようなボイラでは、燃焼した石炭から灰が発生するため、灰がボイラの燃焼ガスによって流動し、排出の途中で火炉の壁面や、火炉上方から下流にわたって配置された伝熱管群などに付着して堆積するスラッギングやファウリングが生じる。灰が火炉の壁面や伝熱管群に付着して堆積するスラッギングやファウリングが生じると、伝熱管の伝熱面が塞がれて熱吸収効率が大幅に低下する。更に、スラッギングやファウリングにより壁面などに巨大なクリンカが生成されると、クリンカが落下して、炉内圧が大幅に変動したり、炉底の伝熱管が損傷したり、炉底の閉塞が生じたりするという問題が生じる。また、火炉の上方に設けられる上部伝熱部は、狭い間隔で配置されているため、灰が付着すると、炉内圧が大きく変動したり、伝熱管間に付着した灰が成長してガス流路が閉塞されてしまい、燃焼ガスが通過できなくなり、運転障害を起こしたりする恐れがある。更に、バーナ近傍では、燃料の燃焼火炎の放射熱により火炉の壁面近傍の温度が高くなっているため、比較的低温な伝熱管群に灰が付着溶融しやすく、巨大なクリンカが成長しやすいという問題が生じる。
【０００４】
従って、ボイラを安定運転するために、固体燃料を燃焼することによって、灰が付着する可能性を事前に予測して、灰付着による問題の発生を回避することが必要である。そこで、灰の付着が生じる可能性を指標として表すことが試みられている。
【０００５】
例えば、非特許文献１では、灰含有元素を酸化物で表した灰組成に基づいた灰に関する指標と評価基準により、灰が付着する可能性を事前に予測する方法が用いられている。しかしながら、非特許文献１に示された指標と評価基準は、灰の付着などの問題が少ない良質炭である瀝青炭を対象としている。従って、近年需要が高まっている劣質炭（例えば、亜瀝青炭、褐炭、高シリカ炭、高カルシウム炭などの炭種）を対象としていないため、非特許文献１に示される指標と灰付着との関係は必ずしも一致した傾向にないという問題がある。
【０００６】
そこで、劣質炭を対象として、特許文献１のように、使用する石炭を予め灰化して得られた石炭灰を焼結させることにより、焼結灰の膠着度を測定し、灰の付着を予測評価する技術が開発されている。しかしながら、灰の焼結性や溶融性は、温度だけでなく、雰囲気ガス組成の影響を大きく受ける。雰囲気がＣＯやＨ2などの還元性ガス濃度が高い還元雰囲気であれば、灰の軟化点や融点は下がり、焼結しやすくなる。また、雰囲気が酸化雰囲気であれば、灰の軟化点や融点は上がり、焼結しにくくなる。従って、雰囲気ガス組成を考慮していない特許文献１の技術では、ボイラ内の灰付着を精度良く予測することは困難であるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６１３６８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Gordon Couch, Understanding slagging and fouling during pf combustion (IEACR/72), 1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料とするボイラにおいて、ボイラを安定運用させるべく、ボイラ内の灰付着を精度良く予測して、灰が付着するのを抑制することが可能なボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るボイラの灰付着抑制方法は、複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した灰成分の組成と、前記複数種類の固体燃料のそれぞれについて算出した一定量の灰成分のうち所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成においてスラグになる割合を示すスラグ割合に基づいて、ボイラにおける前記スラグ割合が基準値以下になるように決定した前記複数種類の固定燃料の混合比率から、前記複数種類の固体燃料を混合し、燃料としてボイラに供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るボイラの灰付着抑制装置は、複数種類の固体燃料のそれぞれについて、一定量の灰成分のうち所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成においてスラグになる割合を示すスラグ割合を算出すると共に、前記スラグ割合が基準値以下になるように、複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した灰成分の組成に基づいて、前記複数種類の固定燃料の混合比率を決定する演算手段と、前記混合比率に基づいて、前記複数種類の固体燃料の供給量を調整する燃料供給量調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これによると、ボイラ内で燃焼により溶融し、ボイラ内の燃焼空気の気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分であるスラグに着目し、各固体燃料について算出したスラグ割合と灰成分の組成に基づいて、複数種類の固体燃料の混合比率を決定している。従って、本発明で新たに構築した評価指数であるスラグ割合に基づいて灰付着特性を評価し、スラグ割合が基準値以下になるように、複数種類の固体燃料の混合比率を決定することにより、灰の付着を抑制することができる。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。また、ボイラでは熱量が重視されるため、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定になるように供給量が決定されているものとする。
【００１３】
ここで、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及びボイラの灰付着抑制装置において、前記スラグ割合は、前記灰成分の組成に基づいて熱力学平衡計算により算出されるか、前記複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成で加熱して生じるスラグから算出されて良い。
【００１４】
これによると、灰成分の組成に基づいて熱力学平衡計算によりスラグ割合を算出することにより、実験を行うことなくスラグ割合を求めることができる。また、複数種類の固体燃料のそれぞれについて予め測定した所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成で加熱して生じるスラグからスラグ割合を算出することにより、実際のボイラの状況に合わせたスラグ割合を求めることができる。
【００１５】
また、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及びボイラの灰付着抑制装置において、前記基準値は、前記スラグ割合に対する灰付着率に基づいて、前記灰付着率が低くように決定され、前記灰付着率は、予め調査されたボイラ内に挿入した灰付着プローブへの衝突灰量に対する実際の付着灰量の比として算出され、前記衝突灰量は、前記固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から求められる前記灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量として算出されて良い。
【００１６】
これによると、予め調査した灰付着率とスラグ割合との比較結果に基づいて、灰付着率が低くなるように、スラグ割合の基準値を決定することにより、灰の付着を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及びボイラの灰付着抑制装置において、前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるように５０〜６０重量％に決定されて良い。
【００１８】
これによると、予め調査した灰付着率とスラグ割合との比較結果に基づくと、スラグ割合が５０〜６０重量％の範囲であると、灰付着率が低くなる（５〜７％以下）ため、灰の付着を抑制することができる。
【００１９】
ここで、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法において、前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、バーナ近傍の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成であってよい。
【００２０】
また、本発明に係るボイラの灰付着抑制装置において、ボイラ燃焼室の温度及び雰囲気ガス組成を計測する計測手段を更に備え、前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、前記計測手段で測定したボイラ燃焼室の温度及び雰囲気ガス組成であってよい。
【００２１】
これによると、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグ割合を適正に求めることができ、複数種類の固体燃料の適切な混合比率を計算することができる。
【００２２】
また、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及びボイラの灰付着抑制装置において、前記所定の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度及びその部位の雰囲気ガス組成、または、ボイラ設計上の還元度が最も高い雰囲気ガス組成とその部位の温度であって良い。
【００２３】
これによると、ボイラの状態に依存することなく、複数種類の固体燃料の適切な混合比率を計算することができる。尚、ボイラ設計上の還元度が最も高い雰囲気ガス組成とは、ＣＯやＨ2などの還元性ガスの濃度が最も高い雰囲気ガス組成のことを意味する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置は、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料とするボイラにおいて、ボイラ内の灰付着を精度良く予測して、灰が付着するのを抑制するでき、ボイラを安定運用させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係るボイラの灰付着抑制方法の手順を示すステップ図である。
【図２】本実施形態に係るボイラの灰付着抑制装置を示す概略図である。
【図３】本実施例に係るスラグ割合と灰付着率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置を実施するための形態について、具体的な一例に即して説明する。尚、以下に説明するものは、例示したものにすぎず、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置の適用限界を示すものではない。すなわち、本発明に係るボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置は、下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
【００２７】
まず、本実施形態に係るボイラの灰付着抑制方法の一例について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るボイラの灰付着抑制方法の手順を示すステップ図である。
【００２８】
本実施形態に係るボイラの灰付着抑制方法は、図１に示すように、ボイラで使用する予定である各固体燃料の灰成分の組成を測定する（ステップＳ１）。灰成分の組成は、固体燃料の水分含有量、発熱量、灰分含有量、灰成分の組成等の石炭性状を測定する。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。
【００２９】
次に、各固体燃料のスラグ割合に基づいた、各固体燃料の混合比率を算出する（ステップＳ２）。スラグ割合は、本実施形態で用いる灰付着特性の評価指標であり、一定量の固体状の灰のうち、ある温度、雰囲気条件において、スラグになった割合を意味する。また、スラグとは、燃焼により溶融し、ボイラ内の燃焼気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分を意味する。スラグ割合は、各固体燃料及び各固体燃料の混合条件に応じて算出する。ここで、スラグ割合は、予め測定した各固体燃料の灰が、ある条件（温度、雰囲気ガス組成）において、熱力学的に最も安定する、つまり、ギブスの自由エネルギー（△Ｇ）がゼロに近くなる状態の組成や相を熱力学平衡計算により算出する。尚、スラグ割合の算出は、上述の形態に限らず、予め各固体燃料の灰を加熱し、各温度及び雰囲気ガス組成におけるスラグ割合を測定しておいても良い。これにより、実際のボイラの状況に合わせたスラグ割合を求めることができる。
【００３０】
そして、本実施形態で用いる灰付着特性の評価指標であるスラグ割合を評価するために、灰付着率を算出する。ここで、灰付着率とは、ボイラの炉内に挿入した灰付着プローブへの衝突灰量に対する灰付着プローブへの付着灰量の比であり、灰の付着しやすさを意味し、次式で表される。尚、灰付着プローブへの衝突灰量とは、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量であり、固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状によって求められる。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
尚、灰付着率の算出において、評価は実ボイラで行う必要は無く、燃焼試験炉や実缶ボイラで行っても良い。
【００３３】
このようにして、予め測定した灰付着率とスラグ割合との関係に基づいて、灰付着率が低くなる（灰付着率が５〜７％程度）スラグ割合の値（基準値）を決定する。そして、各固体燃料の混合比率をパラメータとして用い、混合した燃料の灰成分の組成をステップＳ１で測定された各固体燃料の灰成分の組成から算出し、熱力学平衡計算により、灰中のスラグ割合を求め、灰中のスラグ割合が決定されたスラグ割合となる灰組成になるように、各固体燃料の混合比率を算出する。ここで、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定になるように供給量が決定されている。尚、熱力学平衡計算においては、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ近傍の雰囲気温度と雰囲気ガス組成を用いる。また、雰囲気温度及び雰囲気ガス組成は、バーナ近傍に限らず、灰の付着が生じやすい伝熱管群などの所望の部分の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成に基づいて熱力学平衡計算を行って良い。これにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグ割合を適正に求めることができ、複数種類の固体燃料の適切な混合比率を計算することができる。尚、熱力学平衡計算は、上述の形態に限らず、ボイラ設計上の最高雰囲気ガス温度及びその部位の雰囲気ガス組成を用いても良い。また、ボイラ設計上の還元度が最も高い（ＣＯやＨ2などの還元性ガスの濃度が最も高い）雰囲気ガス組成とその部位の温度を用いても良い。そうすると、ボイラの炉内の燃焼温度に依存せず、混合比率を決定することができる。
【００３４】
ここで、本実施形態では、灰付着率に基づいて灰付着特性の評価指標であるスラグ割合を評価しているが、それに限らない。燃焼試験炉や実缶ボイラを用いて、燃料に含むスラグ割合を変えながら燃焼テストを行い、ボイラに設置されたコンベアでは搬出できないサイズのクリンカ（溶融スラグ）の塊が炉壁に落下するとき、または、主蒸気温度・主蒸気圧力が規定領域から外れたり変動したりするときのスラグ割合を基準値としても良い。
【００３５】
最後に、ステップＳ２で算出された各固体燃料の混合比率に基づいて、固体燃料を混合し、粉砕した後に、燃料としてボイラに供給する（ステップＳ３）。
【００３６】
次に、本実施形態に係るボイラの灰付着抑制装置の一例について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係るボイラの灰付着抑制装置を示す概略図である。
【００３７】
図２に示すように、ボイラ７は、ホッパ１，２と、燃料供給量調整装置（燃料供給量調整手段）３と、混合機４と、粉砕機５と、バーナ６と、演算機（演算手段）９とを備え、本実施形態に係るボイラの灰付着抑制装置は、燃料供給量調整装置３と、演算機９とから構成される。
【００３８】
ここで、ホッパ１，２は、灰の性状が異なる２種類の固体燃料をそれぞれ保持するものである。ここで、固体燃料とは、石炭、汚泥炭化物、バイオマス燃料等を含むものである。尚、図２に示すホッパは２つであるが、それに限らず、複数備えることができる。燃料供給量調整装置３は、後述する演算機９で算出された固体燃料の混合比率に基づいて、ホッパ１，２からの固体燃料の切り出し量を調整するものである。混合機４は、燃料供給量調整装置３で切り出された固体燃料を混合するものである。粉砕機５は、混合機４で混合されたあとの固体燃料を粉砕して微粉炭とするものである。バーナ６は、空気と共に吹き込まれた微粉炭を燃焼するものである。ボイラ７は、微粉炭を燃焼させて熱を回収するものである。尚、図示していないが、ボイラ７は、供給された燃料を、バーナ６などで燃焼させて熱を発生させる火炉と、火炉の上方から下流にわたって配置され、内部に燃焼ガスを流動して熱交換を行う伝熱管群とを備えており、ボイラからでた燃焼ガスは煙突から排出されるようになっている。また、伝熱管群は、火炉の上方に所定の間隔で並列配置された二次加熱器、三次加熱器、最終加熱器、二次再熱器を備える上部伝熱部と、火炉の後部に配置された一次加熱器、一次再熱器、節炭器を備える後部伝熱部と、からなっている。
【００３９】
そして、演算機９は、予め固体燃料の水分含有率、発熱量、灰分含有率、灰成分の組成等の性状をデータ８として集積し、固体燃料の混合比率をパラメータとして用い、混合した燃料の灰成分の組成を、予め測定された各固体燃料の灰成分の組成から算出し、予め測定した灰付着率とスラグ割合の関係から灰付着率が低くなる（灰付着率が５〜７％程度）スラグ割合の値（基準値）を決定し、スラグ割合が決定された基準値以下となる灰組成になるように、熱力学平衡計算により、各固体燃料の混合比率を決定する。ここで、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定になるように供給量が決定されている。尚、スラグ割合は、本実施形態で用いる灰付着特性の評価指標であり、一定量の固体状の灰のうち、ある温度、雰囲気条件において、スラグになった割合を意味し、灰付着率とスラグ割合とその関係については、上述したとおりであり、その説明を省略する。
【００４０】
また、熱力学平衡計算においては、例えば、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ近傍の雰囲気温度と雰囲気ガス組成を用いる。バーナ近傍の雰囲気温度と雰囲気ガス組成は、バーナ近傍に設置された図示しない計測装置（計測手段）を用いて測定する。また、計測装置は、バーナ近傍に設置するのに限らず、灰の付着が生じやすい伝熱管群などの所望の部分に設置して、かかる部分の雰囲気温度及び雰囲気ガス組成に基づいて熱力学平衡計算を行って良い。これにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグ割合を適正に求めることができ、複数種類の固体燃料の適切な混合比率を計算することができる。更に、熱力学平衡計算は、上述の形態に限らず、ボイラ設計上の最高雰囲気ガス温度及びその部位の雰囲気ガス組成を用いても良い。また、ボイラ設計上の還元度が最も高い（ＣＯやＨ2などの還元性ガスの濃度が最も高い）雰囲気ガス組成とその部位の温度を用いても良い。そうすると、ボイラの炉内の燃焼温度に依存せず、混合比率を決定することができる。
【００４１】
また、混合比率は、熱力学平衡計算で求めたスラグ割合に基づいて算出する形態に限らず、予め各固体燃料の灰を加熱して測定した各温度及び雰囲気ガス組成におけるスラグ割合に基づいて算出する形態を用いても良い。これにより、実際のボイラの状況に合わせたスラグ割合を求めることができる。
【００４２】
このように、本実施形態のボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置によれば、ボイラ内で燃焼により溶融し、ボイラ内の燃焼空気の気流に乗って浮遊し、炉壁や伝熱管群に付着する成分であるスラグに着目し、各固体燃料について算出したスラグ割合と灰成分の組成に基づいて、複数種類の固体燃料の混合比率を決定している。従って、本発明で新たに構築した評価指数であるスラグ割合に基づいて灰付着特性を評価し、スラグ割合が基準値以下になるように、複数種類の固体燃料の混合比率を決定することにより、ボイラ内の灰付着を精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。また、燃料となる固体燃料は、ボイラに投入される熱量が一定になるように供給量が決定されており、ボイラで重視されている熱量を考慮している。
【実施例】
【００４３】
次に、ボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置の実施例について、図３及び表１に基づいて、説明する。図３は、本実施例に係るスラグ割合と灰付着率の関係を示す図である。表１は、本実施例で用いる石炭の性状を示す表である。
【００４４】
本実施例では、微粉炭燃焼試験炉（炉内径４００ｍｍ、炉内有効高さ３６５０ｍｍ）において、加熱用の都市ガスの投入熱量の合計が１４９ｋＷ一定の条件化で、灰成分の組成が異なる５種類の微粉炭を用いて実験を行った。実験においては、５種類の微粉炭の投入熱量が６０ｋＷ一定になるように単独或いは複数種類を混合して供給量を調整した。そして、供給量を調整した微粉炭を、燃焼空気と共に炉頂に設けたバーナで燃焼させ、下方に灰付着プローブを挿入して１００分間保持し、灰付着プローブの表面に付着する灰の付着率を調査した。ここで、灰付着プローブ挿入部の炉内雰囲気温度は、実缶ボイラにおいて灰付着現象が発生している温度と同様の約１３００℃である。また、灰付着プローブの表面温度は、約５００℃になるように内部を水冷して温度調整している。そして、表１に実験に用いた５種類の微粉炭の性状を示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
そして、実験で燃料として用いた微粉炭のスラグ割合を、表１に示す微粉炭の性状に基づいて、一定量の灰がある条件（温度、雰囲気ガス組成）において、熱力学的に最も安定する、つまり、ギブスの自由エネルギー（△Ｇ）がゼロに近くなる状態の組成や相を熱力学平衡計算により算出した。本実施例では、温度は１３００℃、雰囲気ガス組成は、Ｏ2：１％、ＣＯ2：１９％、Ｎ2：８０％として、熱力学平衡計算を行った。そして、図３に、本実施例に係るスラグ割合と灰付着率との関係を示す。
【００４７】
図３に示すように、本実施例においては、スラグ割合が５０〜６０重量％までは、灰付着率が５〜７％程度以下となっており、スラグ割合が５０〜６０重量％以上になると、灰付着率が急激に上昇することが明らかである。このことから、灰成分の組成に応じて算出されるスラグ割合が５０〜６０％以下になるように、５種類の微粉炭の混合比率を調整すれば、灰の付着が抑制することができる。
【符号の説明】
【００４８】
３  燃料供給量調整装置（燃料供給量調整手段）
７  ボイラ
９  演算機（演算手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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