(57)【要約】【課題】火炉の温度を制御することができ、火炉に供給する砂の消費量を低減することができる流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法を提供する。【解決手段】ＣＦＢボイラ１は、燃料を燃焼させる火炉３と、火炉３からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口３ｃと、火炉３の温度に基づいてボトムアッシュ排出口３ｃからのボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御部３３と、火炉３から抜き出したボトムアッシュのうち、砂と灰とを粒度調整する破砕機３１と、当該砂と灰とを火炉３内に再び導入するラインＬ４，Ｌ３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させる火炉と、
前記火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、
前記火炉の温度に基づいて前記ボトムアッシュ排出口からの前記ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御手段と、
前記火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して前記火炉内に返還する灰返還手段と、
を備えたことを特徴とする流動床燃焼炉。
【請求項２】
前記抜出量制御手段は、
前記火炉の温度が所定の閾値を超えた場合に、前記ボトムアッシュの抜き出し量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の流動床燃焼炉。
【請求項３】
燃料を燃焼させる火炉と、
前記火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、を備える流動床燃焼炉において、
前記火炉の温度に基づいて前記ボトムアッシュ排出口からの前記ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御工程と、
前記火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して前記火炉内に返還する灰返還工程と、
を備えたことを特徴とする流動床燃焼炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の焼却設備が知られている。この焼却設備は、流動床燃焼炉を備えており、火炉内の循環材として珪砂等の砂を用いている。火炉において、燃料の焼却後に残った成分が塩として蓄積すると、循環材の砂の流動性が阻害されるので、これを防止すべく、不燃物と一緒に砂を火炉底部から抜き出し、砂を洗浄して火炉に返還することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３６５２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炉内の砂を洗浄し再利用したとしても、砂は循環材として炉内を流動するうちに摩耗し最終的には排ガスと一緒に炉外に排出されていくので、火炉内に存在する砂は徐々に減少していく。従って、火炉には新しい砂を定期的に供給することが必要である。この種の砂は高価であることが多く、砂の消費量の増加により設備の運用コスト低減が妨げられる。また、火炉の壁面に水管が設けられる構成で、砂を水管への熱伝達媒体として機能させる場合には、砂の性状が炉内の温度に影響を与えるので、火炉の温度制御の手法が求められていた。
【０００５】
本発明は、火炉の温度を制御することができ、火炉に供給する砂の消費量を低減することができる流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法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】
【０００６】
本発明の流動床燃焼炉は、燃料を燃焼させる火炉と、火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、火炉の温度に基づいてボトムアッシュ排出口からのボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御手段と、火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉内に返還する灰返還手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の流動床燃焼炉の運転方法は、燃料を燃焼させる火炉と、火炉からボトムアッシュを抜き出すボトムアッシュ排出口と、を備える流動床燃焼炉において、火炉の温度に基づいてボトムアッシュ排出口からのボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御工程と、火炉から抜き出したボトムアッシュのうち、少なくとも当該ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉内に返還する灰返還工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この流動床燃焼炉及び運転方法では、ボトムアッシュに含まれる灰を粒度調整して火炉に返還する。ボトムアッシュに含まれる灰は、粒度調整されることにより循環材として機能する。従って、循環材として火炉に導入すべき新しい砂の量が低減され、砂の消費量を低減することができる。また、ボトムアッシュを火炉から抜き出すと共に粒度調整済みの灰を火炉に導入することにより、火炉内における循環材の粒度分布を良好にすることができ、火炉の温度を調整することができる。そして、このようなボトムアッシュの抜き出し量を火炉の温度に基づいて行うことで、火炉の温度を安定化させる制御が可能となる。
【０００９】
また、抜出量制御手段は、火炉の温度が所定の閾値を超えた場合に、ボトムアッシュの抜き出し量を増加させることとしてもよい。
【００１０】
ボトムアッシュは、火炉内に滞留することで粒度分布が粗くなる傾向にある。ボトムアッシュの粒度分布が粗い側に推移することにより、火炉内における循環材の流動性が低下すると、火炉の壁への熱伝達が円滑に行われず、火炉内の温度が上昇する傾向にある。このような場合、火炉から抜き出すボトムアッシュの量を増加させ、粒度調整し再び火炉に返還することにより、火炉内に滞留するボトムアッシュの粒度が整えられ、火炉の温度を低下させる。従って、このような制御により、火炉の温度の過度な上昇を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の流動床燃焼炉及び流動床燃焼炉の運転方法によれば、火炉の温度を制御することができ、火炉に供給する砂の消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る流動床燃焼炉の一実施形態として、ＣＦＢボイラを示す図である。
【図２】図１のボイラの抜出量制御部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る流動床燃焼炉の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の流動床燃焼炉の一実施形態であるボイラ１を示している。このボイラ１は、循環流動床ボイラ、或いはＣＦＢ（Circulating Fluidized Bed）ボイラなどと呼ばれるタイプのものである。ボイラ１では、石炭などの化石燃料だけではなく、バイオマス、プラスチック、タイヤ、汚泥、ＲＦＰ、ＲＤＦなどの幅広い燃料が使用可能である。
【００１５】
ボイラ１は、燃料を燃焼させる流動床型の火炉３を備えている。火炉３の側面には燃料を投入する燃料投入口が設けられており、火炉３の上部には燃焼で発生する排ガスを排出するガス出口３ｂが設けられている。ガス出口３ｂには、サイクロン７が接続されている。サイクロン７は、セパレータ、サイクロン分級装置、或いはサイクロン分離器などとも呼ばれ、固気分離装置として機能する。サイクロン７の入口７ａは上記ガス出口３ｂに接続されており、サイクロン７の排出口７ｂはバックパス１１を介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン７の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン９が下方に延びており、リターンライン９の下端は火炉３の下部側面に接続されている。
【００１６】
火炉３内では、下部の給気ラインから導入される燃焼用・流動用の空気により、上記投入口から投入された燃料を含む固形物が流動し、燃料は火炉３内で流動しながら燃焼する。サイクロン７には、火炉３で発生した排ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン７は、内部に排ガスの旋回流を発生させて遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離する。そしてサイクロン７は、分離された固体粒子（循環材）をリターンライン９を通して火炉３に戻すと共に、固体粒子が除かれた排ガスを排出口７ｂからバックパス１１に送出する。固体粒子は、火炉３、サイクロン７及びリターンライン９を循環する。
【００１７】
バックパス１１は、排ガスを搬送するダクトである。排ガスの熱を発電用として回収するために、バックパス１１には熱回収部１７が設けられている。熱回収部１７は、排ガスの流路を横切るボイラチューブを有しており、当該ボイラチューブ内には水、蒸気及び空気が流動する。サイクロン７から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水、蒸気及び空気に回収され、発生した高温の水蒸気が配管を通じて発電用のタービンに送られる。
【００１８】
バックパス１１の下部から排出される排ガスは、ラインＬ１３を通じて排ガス浄化装置１３に導入される。排ガス浄化装置１３は、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去すると共に、排ガスの脱硫を行う。排ガス浄化装置１３による清浄後の排ガスはラインＬ１５を通じて煙突１５から外部に排出される。
【００１９】
火炉３の外壁には、水が流通する水管が設けられており、この水管内の水が熱せられることにより、火炉３内の燃焼で発生する熱が回収される。このとき、火炉３内を流動する固体粒子（循環材）が、燃焼で発生する熱を水管に伝達する熱伝達媒体として機能する。この循環材には、火炉３内で燃料の燃焼により発生する灰と、後述する砂と、が含まれる。循環材が火炉３内に長く滞留することにより、徐々に適正な粒度の循環材が細かくなり減少した結果、循環材の粒径分布が粗くなる傾向にある。そして、循環材の粒度分布が粗い側に推移することにより、火炉３内における循環材の流動性が低下し、火炉３の底部にボトムアッシュとして溜まりやすくなる。そして、循環材の流動性が低下すると、水管への熱伝達が良好に行われず、その結果、火炉３の燃焼温度が上昇し、ボイラ１のトラブルに繋がる場合もある。
【００２０】
そこで、このボイラ１では、粒度分布が予めコントロールされた珪砂などの砂を、循環材として火炉３内に導入することとしている。具体的には、ボイラ１は、粒度分布がコントロールされた砂を貯留する砂貯留部２１を備えている。砂貯留部２１から供給される砂は、ブロア２３により循環材ラインＬ３を通じて火炉３内に導入される。さらに、火炉３の底部には、火炉底部に溜まったボトムアッシュ（「炉底灰」又は「ベッドアッシュ」などと呼ばれる場合もある）を下方に抜き出すためのボトムアッシュ排出口３ｃが設けられている。抜き出されるボトムアッシュには、前述の砂と、燃料が燃焼して発生する灰と、例えば石塊などの約３０ｍｍ以上の大きい粒径をもつ異物と、鉄塊をはじめとする金属塊などの有価物と、が含まれている。このように、粒度がコントロールされた砂が火炉３に供給され、粒度が大きいボトムアッシュが火炉３から排出されるので、火炉３内の循環材の粒度分布を良好な分布に保つことができる。
【００２１】
また、ボイラ１は、スクリューコンベア２５と、磁選機２７と、フィルタ２９と、破砕機３１とを備えている。スクリューコンベア２５は、回転数の調整によってボトムアッシュ排出口３ｃから抜き出されるボトムアッシュの抜き出し量を調整することができる。磁選機２７は、有価物をボトムアッシュから取り除き系外に排出する。フィルタ２９は、例えば約３０ｍｍ以上の大きい粒径の異物をボトムアッシュから取り除き系外に排出する。破砕機３１には、上記のように有価物と異物とが除去されたボトムアッシュが導入される。すなわち、破砕機３１には、砂と灰との混合物が導入される。破砕機３１は、砂と灰との混合物を破砕し粒度を細かくする。すなわち破砕機３１は、上記混合物の粒度調整を行う粒度調整手段として機能する。粒度調整された砂と灰との混合物は、循環材ラインＬ４を通じて循環材ラインＬ３に合流し、ブロア２３によって再び火炉３内に返還され、再び循環材として機能する。
【００２２】
また、ボイラ１は、スクリューコンベア２５の駆動制御により、ボトムアッシュの抜き出し量を制御する抜出量制御部３３を備えている。抜出量制御部３３は、駆動信号によりスクリューコンベア２５の回転数を制御することができる。抜出量制御部３３は、例えばコンピュータ等で構成される。更に、火炉３の下部には、火炉３の燃焼温度を測定する温度計３５と火炉３内の圧力を測定する圧力計３７とが設けられている。温度計３５及び圧力計３７の測定値は、電気信号として抜出量制御部３３に送信される。
【００２３】
以下、抜出量制御部３３がボトムアッシュの抜き出し量を制御する処理について説明する。図２に示すように、抜出量制御部３３は、圧力計３７の測定値を取得する（Ｓ１０１）。そして、圧力計３７の圧力測定値が所定の上限圧力（例えば、６ｋＰａ）よりも大きい場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）には、抜出量制御部３３は、スクリューコンベア２５の回転数を上げることでボトムアッシュの抜き出し量を増加させる（Ｓ１０５）。また、上記の圧力測定値が所定の下限圧力（例えば、５ｋＰａ）よりも小さい場合（Ｓ１０７でＹｅｓ）には、抜出量制御部３３は、スクリューコンベア２５の回転数を下げることでボトムアッシュの抜き出し量を減少させる（Ｓ１０９）。以上の制御により、火炉３内の圧力は、下限圧力と上限圧力との間で一定に維持される。
【００２４】
次に、抜出量制御部３３は、温度計３５の測定値を取得する（Ｓ１１１）。そして、温度計３５の温度測定値が所定の上限温度（例えば、１０００℃）よりも大きい場合（Ｓ１１３でＹｅｓ）には、抜出量制御部３３は、スクリューコンベア２５の回転数を上げることでボトムアッシュの抜き出し量を増加させる（Ｓ１１５）。
【００２５】
このように、火炉３の温度が所定上限温度を超えた場合にボトムアッシュの抜き出し量を増加させるので、磁選機２７、フィルタ２９、及び破砕機３１で処理されるボトムアッシュが増加し、ラインＬ４，Ｌ３を通じて火炉３に再導入される砂及び灰が増加する。すなわち、粒度が粗いボトムアッシュの抜き出し量が増加すると共に、粒度調整済みで火炉３に導入される循環材（砂及び灰）が増加することになるので、火炉３内における循環材の流動性が向上する。従って、循環材を媒体とした水管への熱伝達が良好になることで、火炉３の燃焼温度が低下し、火炉３の温度の過度な上昇が抑えられる。
【００２６】
ボイラ１の運転中においては、抜出量制御部３３による上記の処理Ｓ１０１〜Ｓ１１５が繰り返し行われる。この抜出量制御部３３の制御によれば、循環材の粒度分布を適切に保つことで、火炉３の温度制御を行うことができる。
【００２７】
また、このボイラ１では、火炉３からボトムアッシュを抜き出し、前述の各処理を経て、粒度調整された砂及び灰を火炉３に再導入することとしている。このように、火炉３に導入した砂を再利用するばかりでなく、異物と有価物とを除去した上でボトムアッシュの全体を再利用している。すなわち、導入した砂ばかりでなく燃料の燃焼により発生した灰をも再利用しているので、砂貯留部２１からの新しい砂の供給量を低減することができる。その結果、ボイラ１における砂の消費量を低減することができ、準備する砂のコスト及び使用済みの砂の処理コストを低減することができ、運転コスト低減を図ることができる。
【００２８】
例えば、燃料の性状によっては、燃焼によって十分な量の灰が発生する場合がある。この場合、運転開始当初には砂貯留部２１からの砂を循環材として火炉３に導入する必要があるが、その後は、燃料から発生する灰をラインＬ４，Ｌ３に循環させることにより、砂貯留部２１からの砂の供給を不要とすることも可能である。
【００２９】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、温度計３５による火炉３の下部の温度に基づいてボトムアッシュの抜き出し量を制御しているが、火炉３の他の部分の温度に基づいて抜き出し量の制御を行ってもよい。また、実施形態では、火炉３の温度が所定の上限温度（閾値）を超えた場合に抜き出し量を増加させることとしているが、例えば、火炉３の温度上昇の勾配が所定の閾値を超えた場合に抜き出し量を増加させるといった制御を行ってもよい。また、処理Ｓ１０５，Ｓ１０９，Ｓ１１５における抜き出し量増減の判断は、自動処理に限られるものではない。また、本発明は、循環流動床ボイラへの適用に限られず、他のタイプの燃焼炉における循環材の処理にも適用可能である。例えば、本発明は、排ガスの熱交換による発電を行わないタイプの焼却炉にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ＣＦＢボイラ（流動床燃焼炉）、３…火炉、３ｃ…ボトムアッシュ排出口、２５…スクリューコンベア（抜出量制御手段）、３１…破砕機（灰返還手段）、３３…抜出量制御部（抜出量制御手段）、Ｌ４，Ｌ３…循環材ライン（灰返還手段）。
【図１】
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【図２】
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