(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しても、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができるようにする。【解決手段】演算機９は、１種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、混合比率を決定する。燃料供給量調整装置３ａ，３ｂは、決定された混合比率に基づいて、各固体燃料のボイラ７への供給量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定し、
前記混合比率に基づいて各固体燃料を混合して、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】
前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて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】
前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて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４】
前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項５】
前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項４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は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項７】
前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のボイラの灰付着抑制方法。
【請求項８】
１種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記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、各固体燃料のボイラへの供給量を調整する燃料供給量調整手段と、
を有することを特徴とするボイラの灰付着抑制装置。
【請求項９】
前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１０】
前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１１】
前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１２】
前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１１に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１３】
前記所定の雰囲気温度は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のボイラの灰付着抑制装置。
【請求項１４】
前記所定の雰囲気温度は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１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、固体燃料を燃料とするボイラにおいては、固体燃料を粉砕機で粉砕した微粉炭を燃料として、搬送用空気とともにボイラに供給している。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させて熱交換を行う伝熱管群と、を備えており、ボイラで発生し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、を有している。
【０００３】
このようなボイラでは、燃焼した石炭から発生した灰がボイラの燃焼ガスによって流動し、燃焼ガスの排出の途中で、灰が火炉の壁面や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。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。
【０００４】
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、ここに灰が付着すると、炉内圧が大きく変動する恐れがある。また、伝熱管間に付着した灰が成長してガス流路を閉塞し、燃焼ガスが伝熱管群を通過することができなくなることで、運転障害が起こる恐れがある。
【０００５】
さらに、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易く、巨大なクリンカが成長しやすいという問題がある。
【０００６】
ボイラを安定運転するためには、固体燃料の燃焼により灰が火炉の壁面や伝熱管群などに付着する可能性を事前に予測して、灰の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。
【０００７】
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ので、非特許文献１に示される指標と灰の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。
【０００８】
そこで、特許文献１では、劣質炭を対象として、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している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３６１３６８号公報
【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】
【００１０】
しかしながら、灰の焼結性や溶融性は、実際の灰を用いて測定を実施しないと求められない上に、複数の混炭条件における測定を実施するには時間と労力がかかり、簡便性に欠けるという欠点がある。従って、特許文献１に開示されている石炭灰の付着予測評価方法であっても、ボイラ内の灰付着を簡便に予測することができない。
【００１１】
本発明の目的は、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着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ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のボイラの灰付着抑制方法は、１種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記混合比率を決定し、前記混合比率に基づいて各固体燃料を混合して、燃料としてボイラに供給することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、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、劣質炭を含む１種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。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。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となるように供給量が決定されているものとする。
【００１４】
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性（あるいは粘結性）が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率（＝（Ｆｅ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２））が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
【００１５】
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
【００１６】
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、１種類以上の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
【００１８】
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
【００１９】
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であってよい。上記の構成によれば、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を基準値以上とすれば、灰付着率が所定値以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を抑制することができる。ここで、灰付着率は、ボイラ内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。また、灰付着プローブヘの衝突灰量は、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量であって、各固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から算出される。
【００２０】
また、本発明のボイラの灰付着抑制方法において、前記基準値は、前記灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓであってよい。上記の構成によれば、スラグ粘性の値が３００〜１０００Ｐａ・ｓの範囲であると、灰付着率が５〜７％以下まで低下するので、基準値を３００〜１０００Ｐａ・ｓとする。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を３００〜１０００Ｐａ・ｓ以上とすれば、灰付着率が５〜７％以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の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は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、１種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００２２】
また、本発明の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は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、ボイラ設計上の最高雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラの炉内の燃焼温度に依存することなく、１種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００２３】
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置は、１種類以上の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出することにより、前記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、各固体燃料のボイラへの供給量を調整する燃料供給量調整手段と、を有することを特徴とする。
【００２４】
上記の構成によれば、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、劣質炭を含む１種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。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。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となるように供給量が決定されているものとする。
【００２５】
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性（あるいは粘結性）が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率（＝（Ｆｅ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２））が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
【００２６】
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
【００２７】
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
【００２８】
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記スラグ粘性は、前記混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、１種類以上の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
【００２９】
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記スラグ粘性は、各固体燃料の灰を前記所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を測定した結果に基づいて算出されてよい。上記の構成によれば、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性に基づいて、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出することにより、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
【００３０】
また、本発明のボイラの灰付着抑制装置において、前記基準値は、前記所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、前記灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値であってよい。上記の構成によれば、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を基準値以上とすれば、灰付着率が所定値以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を抑制することができる。ここで、灰付着率は、ボイラ内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。また、灰付着プローブヘの衝突灰量は、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量であって、各固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラの炉形状から算出される。
【００３１】
また、本発明の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％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓであってよい。上記の構成によれば、スラグ粘性の値が３００〜１０００Ｐａ・ｓの範囲であると、灰付着率が５〜７％以下まで低下するので、基準値を３００〜１０００Ｐａ・ｓとする。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を３００〜１０００Ｐａ・ｓ以上とすれば、灰付着率が５〜７％以下となり、ボイラ内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
【００３２】
また、本発明の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は、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、各固体燃料を燃焼させるバーナ近傍の雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラ内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、１種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００３３】
また、本発明の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は、ボイラ設計上の最高雰囲気温度であってよい。上記の構成によれば、ボイラ設計上の最高雰囲気温度を所定の雰囲気温度とすることにより、ボイラの炉内の燃焼温度に依存することなく、１種類以上の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のボイラの灰付着抑制方法及び灰付着抑制装置によると、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態によるボイラの灰付着抑制装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態によ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３】１３００℃におけるスラグ粘性と灰付着率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
（ボイラの灰付着抑制装置の構成）
本実施形態によるボイラの灰付着抑制装置１０は、図１に示すように、ホッパ１，２からボイラ７への固体燃料の供給量を調整する燃料供給量調整装置（燃料供給量調整手段）３ａ，３ｂと、燃料供給量調整装置３ａ，３ｂを制御する演算機（演算手段）９とを有している。ホッパ１とホッパ２とは、互いに灰の性状が異なる固体燃料をそれぞれ保持している。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。
【００３８】
ホッパ１，２とボイラ７との間には、混合機４と、粉砕機５と、バーナ６とが設けられている。混合機４は、燃料供給量調整装置３ａ，３ｂで供給量が調整された２種類の固体燃料を混合するものである。粉砕機５は、混合機４で混合された固体燃料を粉砕して微粉炭にするものである。バーナ６は、粉砕機５から空気と共に供給された微粉炭を燃料として燃焼させるものである。なお、本実施形態は、２種類の固体燃料を混合する構成であるが、１種類以上の固体燃料を混合する構成であってよい。
【００３９】
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、粉砕機５から供給された微粉炭を、バーナ６等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させて熱交換を行う伝熱管群と、を備えており、ボイラ７で発生し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、を有している。
【００４０】
演算機９は、ホッパ１，２から供給される２種類の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、２種類の固体燃料の混合比率を決定する。所定の雰囲気温度については後述する。ここで、燃料となる固体燃料は、ボイラ７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。
【００４１】
具体的に説明すると、演算機９には、予め、各固体燃料の水分含有率、発熱量、灰分含有率、灰成分の組成等の石炭性状がデータとして集積されている。まず、演算機９は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性を算出する。このスラグ粘性は、予め測定されている、ボイラ７で使用する予定の各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により算出される。そして、演算機９は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率とを関係付ける。
【００４２】
ここで、スラグとは、灰の燃焼により溶融し、ボイラ７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。また、スラグ粘性とは、ある温度におけるスラグの粘性を意味し、本実施形態においては、灰付着特性の評価指標である。
【００４３】
また、灰付着率とは、灰の付着し易さを意味する。灰付着率は、ボイラ７の炉内に挿入した灰付着プローブヘの衝突灰量に対する灰付着プローブヘの付着灰量の比として算出される。灰付着プローブヘの衝突灰量とは、灰付着プローブの投影面積に衝突する灰の総量のことである。灰付着プローブヘの衝突灰量は、固体燃料の供給量、灰分含有率及びボイラ７の炉形状によって求められる。なお、灰付着率の算出は、ボイラ７ではなく、燃焼試験炉や実缶ボイラを用いて行ってもよい。
【００４４】
次に、演算機９は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する。本実施形態において、灰付着率の所定値は５〜７％であり、基準値は、灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓである。
【００４５】
その後、演算機９は、２種類の固体燃料の混合比率をパラメータとして用いて、２種類の固体燃料を仮に混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成を算出する。この灰成分の組成は、予め測定しておいた各固体燃料の灰成分の組成に基づいて算出される。
【００４６】
次に、演算機９は、２種類の固体燃料を混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出する。このスラグ粘性は、２種類の固体燃料を混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により算出される。これにより、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
【００４７】
なお、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性は、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を予め測定しておき、その結果に基づいて算出されてもよい。この場合には、実際のボイラ７の状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
【００４８】
そして、演算機９は、算出した所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性が基準値以上となるように、２種類の固体燃料の混合比率を算出する。これにより、演算機９において、２種類の固体燃料の混合比率が決定される。
【００４９】
このように、ボイラ７内で燃焼により溶融し、ボイラ７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、劣質炭を含む１種類以上の固体燃料を仮に混合したとした場合において、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性に基づいて、各固体燃料の混合比率を決定する。
【００５０】
一般に、固体燃料中に含まれる灰が溶けた溶融スラグの割合は、温度が高くなるに従って増加し、溶融スラグの割合が増加するほど、スラグ粘性が低下していく。スラグ粘性が低下すると、スラグの粘着性（あるいは粘結性）が増大し、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し易くなる。また、固体燃料中の灰成分の組成から算出される灰中アルカリ率（＝（Ｆｅ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２））が高い灰ほど、スラグ粘性が低くなり易いという傾向がある。
【００５１】
そこで、灰中アルカリ率が高い固体燃料と灰中アルカリ率が低い固体燃料とを適切に混合して、混合後の固体燃料のスラグ粘性を高くすれば、スラグ粒同士或いはスラグとボイラ壁とが接着し難くなるので、ボイラ７ヘのスラグの付着およびスラグの生成を抑制することができるのである。
【００５２】
よって、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ７内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
【００５３】
また、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓを基準値として決定している。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を３００〜１０００Ｐａ・ｓ以上とすれば、灰付着率が５〜７％以下となり、ボイラ７内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
【００５４】
ここで、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ６近傍の雰囲気温度が用いられる。バーナ６近傍の雰囲気温度は、バーナ６近傍に設置された図示しない計測装置により測定される。また、所定の雰囲気温度は、バーナ６近傍の雰囲気温度に限定されず、例えば、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であってよい。これによれば、ボイラ７内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができるので、２種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００５５】
また、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ７設計上の最高雰囲気ガス温度を用いてもよい。この場合、ボイラ７の炉内の燃焼温度に依存することなく、２種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００５６】
（ボイラの灰付着抑制装置の動作）
次に、上記の構成のボイラの灰付着抑制装置１０の動作、即ち、ボイラの灰付着抑制方法を説明する。
【００５７】
図２に示すように、まず、ボイラ７で使用する予定の２種類の固体燃料の灰成分の組成をそれぞれ測定する（ステップＳ１）。具体的には、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。測定結果は、データとして演算機９に集積される。次に、演算機９は、ステップＳ１で測定した各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性を算出する（ステップＳ２）。
【００５８】
次に、演算機９は、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が所定値以下となるスラグ粘性の値を基準値として決定する（ステップＳ３）。本実施形態において、灰付着率の所定値は５〜７％であり、基準値は、灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓである。
【００５９】
次に、演算機９は、２種類の固体燃料の混合比率をパラメータとして用いて、ステップＳ１で測定した各固体燃料の灰成分の組成に基づいて、２種類の固体燃料を仮に混合したとした場合における混合後の固体燃料の灰成分の組成を算出する（ステップＳ４）。そして、演算機９は、ステップＳ４で算出した混合後の固体燃料の灰成分の組成に基づいて、実験的に求められた算出式により、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を算出する（ステップＳ５）。これによれば、実験を行うことなく、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を求めることができる。
【００６０】
なお、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性は、各固体燃料の灰を所定の雰囲気温度で加熱した際に生じるスラグのスラグ粘性を予め測定しておき、その結果に基づいて算出されてもよい。これによれば、実際のボイラの状況に合ったスラグ粘性を求めることができる。
【００６１】
次に、演算機９は、ステップＳ５で算出した所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性が、ステップＳ３で決定した基準値以上となるように、２種類の固体燃料の混合比率を算出し、混合比率を決定する（ステップＳ６）。
【００６２】
このように、劣質炭を含む様々な種類の固体燃料を燃料としても、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性を評価指数とし、このスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価して、所定の雰囲気温度における混合後の固体燃料のスラグ粘性の値が基準値以上となるように、各固体燃料の混合比率を算出して決定することにより、ボイラ７内における灰の付着を簡便且つ精度良く予測して、灰の付着を抑制することができる。
【００６３】
また、所定の雰囲気温度における各固体燃料のスラグ粘性と灰付着率との関係において、灰付着率が５〜７％以下となるスラグ粘性の値である３００〜１０００Ｐａ・ｓを基準値として決定している。これにより、混合後の固体燃料のスラグ粘性の値を３００〜１０００Ｐａ・ｓ以上とすれば、灰付着率が５〜７％以下となり、ボイラ７内に灰が付着し難くなるので、灰の付着を好適に抑制することができる。
【００６４】
ここで、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ壁への灰付着が顕著に発生するバーナ６近傍の雰囲気温度を用いることにより、ボイラ７内部の各部分における灰中のスラグのスラグ粘性を適正に求めることができる。よって、２種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００６５】
なお、スラグ粘性を算出する際に、所定の雰囲気温度として、ボイラ７設計上の最高雰囲気ガス温度を用いることにより、ボイラ７の炉内の燃焼温度に依存することなく、２種類の固体燃料の適切な混合比率を算出することができる。
【００６６】
次に、ステップＳ６で決定した各固体燃料の混合比率に基づいて、２種類の固体燃料を混合し、粉砕して微粉炭とした後に、この微粉炭を燃料としてボイラ７に供給する（ステップＳ７）。具体的には、演算機９は、ステップＳ６で決定した各固体燃料の混合比率に基づいて、燃料供給量調整装置３ａ，３ｂを制御することにより、ホッパ１，２からボイラ７への固体燃料の供給量を調整する。混合機４は、燃料供給量調整装置３ａ，３ｂで供給量が調整された２種類の固体燃料を混合する。粉砕機５は、混合機４で混合された固体燃料を粉砕して微粉炭とし、燃料としてボイラ７に供給する。バーナ６は、粉砕機５から空気と共に供給された微粉炭を燃料として燃焼させる。
【００６７】
（実施例）
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を説明する。
【００６８】
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）を用いて、加熱用の都市ガスの投入熱量の合計が１４９ｋＷで一定である条件下で、灰成分の組成が異なる５種類の微粉炭を燃料として用いて実験を行った。本実施例では、スラグ粘性を算出する際の所定の雰囲気温度を１３００℃としている。１３００℃における５種類の微粉炭の灰成分の組成を表１に示す。
【００６９】
【表１】
2011080727.tif 000003
【００７０】
実験では、２種類の微粉炭を混合し、混合後の微粉炭の投入熱量が６０ｋＷで一定となるように、混合後の微粉炭の供給量を調整した。そして、微粉炭燃焼試験炉の炉頂に設けたバーナで、混合後の微粉炭を燃焼空気とともに燃焼させるとともに、灰付着プローブをバーナの下方に位置するように炉内に挿入して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、微粉炭燃焼試験炉の灰付着プローブが挿入された部分の炉内の雰囲気温度は、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が約５００℃になるように、灰付着プローブの内部を水冷して温度調整している。
【００７１】
そして、表１に示した各微粉炭の灰成分の組成に基づいて、１３００℃における混合後の微粉炭のスラグ粘性を、実験的に求められた算出式により算出した。１３００℃におけるスラグ粘性と灰付着率との関係を、図３に示す。
【００７２】
図３に示すように、混合後の微粉炭のスラグ粘性が３００〜１０００Ｐａ・ｓより高いと、灰付着率が５〜７％以下となり、混合後の微粉炭のスラグ粘性が３００〜１０００Ｐａ・ｓ以下であると、灰付着率が急激に上昇することがわかる。このことから、１３００℃における混合後の微粉炭のスラグ粘性が３００〜１０００Ｐａ・ｓ以上となるように、２種類の微粉炭の混合比率を算出して決定すれば、灰の付着を抑制することができることがわかる。
【００７３】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００７４】
例えば、本実施形態では、予め測定したスラグ粘性と灰付着率との関係に基づいて、基準値を決定しているが、これに限定されず、燃焼試験炉や実缶ボイラを用いて、燃料に含まれるスラグ粘性を変えながら燃焼テストを行い、ボイラ７に設置されたコンベア（図示せず）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粘性を基準値としてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１，２  ホッパ
３ａ，３ｂ         燃料供給量調整装置（燃料供給量調整手段）
４  混合機
５  粉砕機
６  バーナ
７  ボイラ
９  演算機（演算手段）
１０  灰付着抑制装置
【図１】
2011080727.tif 000004
【図２】
2011080727.tif 000005
【図３】
2011080727.tif 000006