(57)【要約】【課題】微粉炭焚きボイラにおいてフライアッシュとクリンカアッシュの発生割合を制御可能な石炭灰生成割合制御方法を提供する。【解決手段】微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭に、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する石炭灰制御剤を混合し（ステップＳ１）、該微粉炭を燃焼させ（ステップＳ２）、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する。石炭灰制御剤として微粉炭焚きボイラ内で融液率が１０〜６０％になるフライアッシュＦＡを使用し（ステップＳ３）、添加したフライアッシュＦＡ同士を融着させることでクリンカアッシュの生成を促進させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭焚きボイラにおいて、
微粉炭に、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する石炭灰制御剤を添加し、該微粉炭を燃焼させ、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御することを特徴とする石炭灰生成割合制御方法。
【請求項２】
前記石炭灰制御剤が、微粉炭焚きボイラ内で融液率が１０〜６０％になるフライアッシュであり、添加した石炭灰制御剤同士を融着させることでクリンカアッシュの生成量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の石炭灰生成割合制御方法。
【請求項３】
前記石炭灰制御剤は、フライアッシュの他に融点調整剤を含み、
前記石炭灰制御剤の前記融液率が、前記融点調整剤により制御されていることを特徴とする請求項２に記載の石炭灰生成割合制御方法。
【請求項４】
前記融液率に代え、前記石炭灰制御剤の高温加熱顕微鏡画像データから算出される収縮率を用い、微粉炭焚きボイラ内で収縮率が７〜４０％になる前記石炭灰制御剤を使用することを特徴とする請求項２又は３に記載の石炭灰生成割合制御方法。
【請求項５】
前記石炭灰制御剤は、融点調整剤であり、
微粉炭を燃焼させたとき生成するフライアッシュ及び／又はクリンカアッシュの融点を制御し、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御することを特徴とする請求項１に記載の石炭灰生成割合制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭焚きボイラにおいてフライアッシュとクリンカアッシュの生成割合を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭を燃料とする微粉炭焚きボイラでは、燃焼残渣である石炭灰が発生する。石炭灰は、発生箇所によりフライアッシュ、シンダアッシュ、クリンカアッシュに大別される。フライアッシュは、集じん装置で捕集される石炭灰、シンダアッシュは、空気予熱器、節炭器で採取される石炭灰であるが、フライアッシュとシンダアッシュとを総称してフライアッシュと呼ぶ場合も多い。
【０００３】
石炭灰の一部は、セメント原料として粘土代替品、フライアッシュセメント、コンクリート混和材、地盤改良材などとして有効利用されているが、火力発電所から排出される石炭灰の量は多量であり、多くは産業廃棄物として埋立処分されている。特に未燃分が多い石炭灰は、リサイクルに適さず埋立処分されるが、これを解決すべく未燃分を含む石炭灰を微粉炭焚きボイラに再投入し、石炭灰中の未燃分を低減させると共に、エネルギーを回収する方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
フライアッシュとクリンカアッシュとの有効利用の割合を比較すると、粒径、その他の物性等の理由からクリンカアッシュの方が高い。このため微粉炭焚きボイラにおいてクリンカアッシュの生成を促進させるべく、回収したクリンカアッシュ又はシンダアッシュを微粉炭といっしょにボイラに供給し、供給したクリンカアッシュ又はシンダアッシュを溶融化させることで石炭由来の鉱物粒子、揮発成分を物理的に取込み、クリンカアッシュ生成を促進させる方法が提案されている（例えば特許文献３、４参照）。
【０００５】
クリンカアッシュの生成を促進させるものではないが、回収したフライアッシュを微粉炭といっしょにボイラに供給することでフライアッシュの粒径を大きくし、集じん装置の捕集効率を高める方法も提案されている（例えば特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５２９１６号公報
【特許文献２】特公平６−１５９２６号公報
【特許文献３】特開２００７−３３３３４４号公報
【特許文献４】特開２００７−３３３３４５号公報
【特許文献５】特開２００７−３３３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
石炭灰の有効利用を考えたとき、利用率の高いクリンカアッシュの生成を促進させる特許文献３及び４に記載の方法は優れた方法と言えるが、ここに記載されている方法はフライアッシュをクリンカアッシュに変換させるものではない。フライアッシュをクリンカアッシュに変換させることができれば効率的である。一方、今後、フライアッシュの優れた有効利用方法が開発され、フライアッシュの需要が高まったような場合、クリンカアッシュの生成を抑制し、逆にフライアッシュの生成を促進させる技術が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、微粉炭焚きボイラにおいてフライアッシュとクリンカアッシュとの発生割合を制御可能な石炭灰生成割合制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭に、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する石炭灰制御剤を添加し、該微粉炭を燃焼させ、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御することを特徴とする石炭灰生成割合制御方法である。
【００１０】
本発明によれば、石炭灰制御剤を添加し微粉炭を燃焼させることで、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御するので、微粉炭の炭種に応じて添加する石炭灰制御剤の種類、添加量等を調整することで、クリンカアッシュの生成割合を増加させフライアッシュの生成量を減少させること、逆にクリンカアッシュの生成割合を減少させフライアッシュの生成量を増加させることができる。
【００１１】
本発明において、前記石炭灰制御剤が、微粉炭焚きボイラ内で融液率が１０〜６０％になるフライアッシュであり、添加した石炭灰制御剤同士を融着させることでクリンカアッシュの生成量を増加させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、石炭灰制御剤として微粉炭焚きボイラ内での融液率が１０％以上になるフライアッシュを使用するので、該フライアッシュの表面が溶融し、粘着性を帯びる。ここで融液率は、固体状の灰（フライアッシュ）のうち、液体となった割合をいう。外部からフライアッシュを添加し、微粉炭焚きボイラ内において表面が溶融したフライアッシュの濃度を高めることで、衝突頻度が増しフライアッシュ同士の凝集が促され、添加したフライアッシュをクリンカアッシュに変換させることができる。さらには表面が溶融したフライアッシュに石炭由来の鉱物粒子、揮発成分が取り込まれることでクリンカアッシュの生成が促進される。
【００１３】
基本的に微粉炭焚きボイラ内において融液率を高くするとフライアッシュの粘着性が高まり、フライアッシュ同士の凝集、石炭由来の鉱物粒子、揮発成分の取込みが促進され、結果、クリンカアッシュの生成が促進される。しかしながら微粉炭焚きボイラ内でフライアッシュの融液率が６０％を超えると、粘着性が極端に大きくなり灰が炉壁、伝熱管に固着するスラッギング、ファウリングなどの灰付着障害が発生し易くなるので好ましくない。本発明では、フライアッシュの融液率を６０％以下とすることでスラッギング等の灰付着障害の発生を抑制しつつクリンカアッシュの生成を促進させる。
【００１４】
本発明において、前記石炭灰制御剤は、フライアッシュの他に融点調整剤を含み、前記石炭灰制御剤の前記融液率が、前記融点調整剤により制御されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、石炭灰制御剤の融液率が、融点調整剤により制御されるので、使用する融点調整剤の種類、添加量などを調整することで融液率を簡単に制御することができる。
【００１６】
また本発明において、前記融液率に代え、前記石炭灰制御剤の高温加熱顕微鏡画像データから算出される収縮率を用い、微粉炭焚きボイラ内で収縮率が７〜４０％になる前記石炭灰制御剤を使用することを特徴とする。
【００１７】
後述のように石炭灰の融液率と高温加熱顕微鏡画像データから算出される収縮率との間には相関関係があるので、事前に石炭灰制御剤の収縮率を測定することで融液率を予測することができる。本発明の石炭灰生成割合制御方法は、融液率に代え、石炭灰制御剤の収縮率を使用することができるので容易に本方法を実施することができる。
【００１８】
また本発明において、前記石炭灰制御剤は、融点調整剤であり、微粉炭を燃焼させたとき生成するフライアッシュ及び／又はクリンカアッシュの融点を制御し、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、融点調整剤を石炭灰制御剤とし、微粉炭といっしょに燃焼させるので、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を容易に制御することができる。具体的には、融点を降下させる石炭灰制御剤を使用すれば、クリンカアッシュの生成量を増加させフライアッシュの生成量を減少させることが可能であり、逆に融点を上昇させる石炭灰制御剤を使用すれば、クリンカアッシュの生成量を減少させフライアッシュの生成量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の石炭灰生成割合制御方法を使用することで、微粉炭焚きボイラにおいてフライアッシュとクリンカアッシュとの発生割合を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を適用する微粉炭火力発電設備の概略構成図である。
【図３】燃焼ガス温度と熱力学平衡計算に基づく石炭灰の融液率との関係を示す計算結果の一例である。
【図４】非接温度計を用いて計測した微粉炭焚きボイラの火炉内の温度分布図である。
【図５】ライツ高温加熱顕微鏡装置１００の構成図である。
【図６】サンプルの半断面積及び重心半径を示す模式図である。
【図７】ライツ高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出した石炭灰の温度と収縮率との関係を示す図である。
【図８】図７において、分解ガスにより体積が膨張した温度域について、体積膨張を排除した方法で算出した石炭灰の温度と収縮率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を示すフロー図、図２は、本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を適用する微粉炭火力発電設備の概略構成図である。以下の説明において、微粉炭焚きボイラに添加するフライアッシュと、微粉炭焚きボイラで生成されるフライアッシュとを区別するため、微粉炭焚きボイラに添加するフライアッシュをフライアッシュＦＡと記す。
【００２３】
本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法は、大略的には、微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭に、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する石炭灰制御剤を添加し、該微粉炭を燃焼させ、フライアッシュとクリンカアッシュとの生成割合を制御する。ここでは、石炭灰制御剤としてフライアッシュＦＡと融点調整剤とを使用する。
【００２４】
以下、微粉炭火力発電設備を用いて、本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法
を詳細に説明する。
【００２５】
微粉炭火力発電設備は、ボイラ１を備え、ボイラ１は、火炉３で微粉炭を燃焼させ、その燃焼ガスで火炉３を構成する蒸発管５、さらに火炉３に続く後部煙道６に設置された加熱器７、再熱器９、節炭器１１を加熱し蒸気を発生させる。ボイラ１は、大略的には逆Ｕ字形状を有し、加熱器７、再熱器９は上部水平部から後部煙道６出口部付近に、節炭器１１は、後部煙道６出口部付近に設置される。なお、加熱器７、再熱器９及び節炭器１１は、まとめて伝熱管と呼ばれる。
【００２６】
燃料である微粉炭は、石炭バンカ１３に貯蔵された石炭が給炭機１５、給炭管１６を介してローラミル等の微粉砕機１７に送られ、微粉砕機１７で所定の粒度まで微粉砕される。微粉砕機１７では、一般的に７４μｍアンダーの粒度の微粉炭が８０重量％以上となるように粉砕される。微粉砕機１７で微粉砕された微粉砕は、一次空気ファン１９から供給される空気によりバーナ２１に気流搬送される。
【００２７】
節炭器１１を加熱した燃焼ガスは、排ガスとなり脱硝装置２３に送られ、排ガス中のＮＯＸが除去され、空気予熱器２５を介して押込通風機２７から送られる燃焼用空気と熱交換し、温度を低下させる。その後、排ガスは、電気集じん装置２９で除じんされ、排煙脱硫装置３１で排ガス中のＳＯＸが除去され、最終的に煙突３３から大気中に放出される。
【００２８】
上記微粉炭火力発電設備において、火炉３及び後部煙道６内で溶融した灰粒子同士が融着し、大きく成長し、自重によりボイラ１の炉底に落下したものがクリンカアッシュとなり、クリンカアッシュは、ボイラ１の炉底に設けられたクリンカホッパ３５に回収される。
【００２９】
一方、灰粒子同士が融着せず、あるいは灰粒子同士が融着しても大きく成長せず、燃焼ガスに同伴し後部煙道６に運ばれたものがシンダアッシュ及びフライアッシュとなる。このうち節炭器１１を通過する際に落下し、回収されるものがシンダアッシュである。なおシンダアッシュは、排ガスと共に脱硝装置２３及び空気予熱器２５に送られ、ここでも回収される。さらに排ガスと共に運ばれ、電気集じん装置２９で回収されるものがフライアッシュである。フライアッシュの大きさは、一般的には、数μｍ〜１００μｍ程度の粒径を有し、１００μｍ以下のものが９０重量％以上を占める。なお、シンダアッシュとフライアッシュとは、まとめてフライアッシュとも呼ばれる。
【００３０】
以上のことから分かるようにボイラ１において、溶融した灰粒子同士を融着させ、灰を大きく成長させることでクリンカアッシュの生成量を増加させることができる。本実施形態では、微粉炭焚きのボイラ１において、微粉炭にフライアッシュＦＡ及び融点調整剤を混合し（図１ステップＳ１）、これを火炉３で燃焼させ（図１ステップＳ２）、添加したフライアッシュＦＡ同士を融着させることで、灰を大きく成長させクリンカアッシュとする。
【００３１】
微粉炭に混合するフライアッシュＦＡは、本微粉炭火力発電設備の電気集じん装置２９で回収されたものを基本とするが、シンダアッシュを含んでもよく、他の発電設備から回収されたフライアッシュであってもよい。フライアッシュが回収される他の発電設備も、微粉炭火力発電設備に限定されず、例えば石炭と重油とを燃料とする混焼式の火力発電設備であってもよい。さらにフライアッシュは、ごみ焼却設備等で回収されたものであってもよい。
【００３２】
微粉炭に混合するフライアッシュＦＡの量は、特に限定されるものではないが、微粉炭に対して１〜５重量％を添加する。フライアッシュＦＡの濃度を高め、フライアッシュＦＡ同士の衝突頻度を増加させることで凝集を促進し、クリンカアッシュの生成を促進させるには、添加すべきフライアッシュＦＡの量が多い方が好ましいが、フライアッシュＦＡの添加は、熱効率の低下につながるので不必要に多くすることは好ましくない。
【００３３】
フライアッシュＦＡ同士を融着させることでクリンカアッシュとするには、フライアッシュＦＡの融着性が重要となる。この融着性は、フライアッシュの融点及び融液率と密接に関連する。融液率は、固体状の灰（フライアッシュ）のうち、液体となった割合をいう。
【００３４】
フライアッシュＦＡの融点及び融液率は、成分により異なることが知られている。熱力学平衡計算ソフトウエア（ＦａｃｔＳａｇｅ  ｖｅｒ５．５）を用いて、算出された石炭灰の融液率の一例を図３に示す（出典：若林信行，森永雅彦，”微粉炭焚きボイラにおける灰付着性評価手法の開発−実機灰付着環境温度の実態解明−”，電力中央研究所報告，平成２４年５月，ｐ１４）。図３からも分かるようにフライアッシュＦＡの融液率は、フライアッシュＦＡの成分、及びボイラ１内の温度により大きく異なる。
【００３５】
ボイラ１内での融液率を高くするとフライアッシュＦＡの粘着性が高まり、フライアッシュＦＡ同士の凝集、鉱物粒子、揮発成分の取込みが促進されクリンカアッシュが生成し易い。しかしながらボイラ１内でフライアッシュＦＡの融液率が高くなり過ぎると、灰の付着性、粘着性が極端に大きくなり灰が炉壁に固着するスラッギング、あるいはアルカリ金属、灰粒子が伝熱管に付着し成長するファウリングなどの灰付着障害が発生し易くなるので好ましくない。灰の融液率が６０％を超えると、灰の付着性が急激に増大するとの報告がある（例えば、秋山勝哉，朴海洋，多田俊哉，”改質褐炭（ＵＢＣ（登録商標））と瀝青炭の灰付着性の評価”，神戸製鋼技報，ｖｏｌ６０，Ｎｏ．１，６７−７０（２０１０））。
【００３６】
以上のことから本実施形態では、ボイラ１内、特に火炉３内でフライアッシュＦＡの融液率を１０〜６０％とする（図１ステップＳ３）。融液率が１０％を下回るとフライアッシュＦＡの粘着性が低く、フライアッシュＦＡ同士が凝集し難い。一方、融液率が６０％を超えるとフライアッシュＦＡの粘着性が極端に大きくなりスラッギング等の灰付着障害が発生し易くなるので好ましくない。
【００３７】
本実施形態では、フライアッシュＦＡと一緒にフライアッシュＦＡの表面の融点を変化させる融点調整剤を添加することで、火炉３内において、フライアッシュＦＡの融液率を１０％〜６０％とする。融点調整剤には、融点降下作用のある融点調整剤と融点上昇作用のある融点調整剤とがある。融点降下作用のある融点調整剤としては、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３が例示される。一方、融点上昇作用のある融点調整剤としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２が例示される。融点調整剤は、１種の融点調整剤の他、２種類以上の融点調整剤を混合して使用してもよい。
【００３８】
融点調整剤の種類及び添加量は、火炉３内において、フライアッシュＦＡの融液率が１０％〜６０％となるように、添加するフライアッシュＦＡの性状及び火炉３の温度に応じて適宜決定する。フライアッシュＦＡのみで融液率が１０％〜６０％となるのであれば、融点調整剤を添加する必要はない。
【００３９】
図４は、微粉炭焚きボイラの火炉内の温度を非接温度計で実測した結果である。図４に示す微粉炭焚きボイラでは、火炉内温度が約１１００℃〜１４００℃の範囲にあり、図３に示される燃焼ガス温度範囲とほぼ一致する。よって、図３の結果に従えば、ニューランズ炭と同様の灰組成を持つフライアッシュＦＡであれば、融点調整剤を添加することなく、フライアッシュＦＡのみを添加すればよい。一方、コールバレー炭と同様の灰組成を持つフライアッシュＦＡであれば、フライアッシュＦＡといっしょに融点を上昇させる融点調整剤を添加する必要がある。
【００４０】
微粉炭に混合するフライアッシュＦＡ及び融点調整剤は、微粉炭と均一に混合された状態でバーナ２１に供給することが好ましい。本実施形態ではフライアッシュＦＡ及び融点調整剤を給炭機１５に供給するので、これらは石炭が微粉砕機１７で微粉炭に粉砕される過程で混合される。本電気集じん装置２９から回収されたフライアッシュＦＡを使用する場合、気流搬送によりフライアッシュＦＡを給炭機１５に供給するようにしてもよい。また給炭機１５に代え、石炭バンカ１３、給炭管１６、微粉砕機１７にフライアッシュＦＡ及び融点調整剤を投入してもよく、微粉砕機１７で微粉炭と均一に混合されるのであれば、フライアッシュＦＡと融点調整剤とが異なる機器、配管に供給されてもよい。
【００４１】
融点調整剤の形態は、特に問われず、粉粒体状の他、水溶液、スラリー状態の融点調整剤を給炭機１５に供給してもよい。水を含む水溶液、スラリー状態の融点調整剤であっても、石炭の量に比較すれば水の量はわずかであり、さらに微粉砕機１７において乾燥されるので問題ない。またフライアッシュＦＡ及び融点調整剤は、これを予め混合し、この混合物を微粉炭と混合してもよい。
【００４２】
以上のように上記実施形態に示す石炭灰生成割合制御方法では、微粉炭に混合し供給するフライアッシュＦＡの融液率を１０％〜６０％とする、あるいは融液率が１０％〜６０％となるフライアッシュＦＡを使用することで、スラッギング等の灰付着障害の発生を抑制しつつクリンカアッシュの生成を促進させる。本方法は、主として、添加したフライアッシュＦＡを火炉３内において互いに融着させ、自重によりボイラ１の炉底に落下する程度まで成長させクリンカアッシュとする。添加したフライアッシュＦＡをクリンカアッシュに変換させるのでクリンカアッシュを生成させる方法として非常に効率的である。
【００４３】
さらに本方法は、表面が溶融したフライアッシュＦＡに石炭由来の鉱物粒子、揮発成分が取り込まれることでクリンカアッシュの生成が促進される。よって微粉炭の炭種に応じて添加するフライアッシュＦＡ及び／又は融点調整剤の種類、添加量等を調整することで、クリンカアッシュの生成量を制御することができる。
【００４４】
上記実施形態では、フライアッシュＦＡの融液率及び融点調整剤を含むフライアッシュＦＡの融液率を１０〜６０％に制御することで、スラッギング等の灰付着障害の発生を抑制しつつクリンカアッシュの生成を促進させるが、融液率に代え、高温加熱顕微鏡写真の断面積（高温加熱顕微鏡画像データ）から算出したフライアッシュＦＡの収縮率を用い、このフライアッシュＦＡの収縮率を所定の範囲に制御することで、クリンカアッシュの生成を促進させることができる。
【００４５】
高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出したフライアッシュＦＡの収縮率Ｃは、加熱前のフライアッシュＦＡの体積Ｖ０に対する、加熱後のフライアッシュＦＡの収縮した体積の割合を言い、式（１）で表される。
収縮率Ｃ（％）＝（Ｖ０−Ｖｔ）／Ｖ０×１００・・・（１）
ここでＶ０：加熱前のフライアッシュＦＡの体積
Ｖｔ：加熱後の顕微鏡写真の断面積から算出したフライアッシュＦＡの体積
【００４６】
石炭灰の収縮率Ｃの測定要領の一例を示す。なお、フライアッシュＦＡ、融点調整剤を含むフライアッシュＦＡの収縮率Ｃも同じ要領で測定することができることは当然である。図５は、ライツ高温加熱顕微鏡装置１００の構成図である。ライツ高温加熱顕微鏡装置１００は、電気炉１０１、カメラ１０３、ランプ１０５及びドラフト１０７を備え、電気炉１０１で試料１１０を加熱しつつ、その時の試料１１０の溶融状態等をカメラ１０３で撮影することができる。
【００４７】
石炭灰の収縮率Ｃの測定手順は、次の通りである。微粉炭を空気中において、８１５℃で１時間加熱し、石炭灰とした。得られた石炭灰と水とを混練し、３ｍｍの円柱に押出し成形し、高さを３ｍｍにカットした。成形した石炭灰を図５に示すライツ高温加熱顕微鏡１００で、室温から１５００℃に徐々に加熱し、その時の温度と状況を録画した。ガス雰囲気は、還元雰囲気（ガス組成ＣＯ：６０％，ＣＯ２：４０％，流速４００ｍｌ／ｍｉｎ）である。
【００４８】
録画した画像から、画像処理ソフトにより半断面積及びその重心半径を計測し、式（２）を用いて、体積を算出し、式（１）により収縮率Ｃを算出した。半断面積及びその重心半径を図６に示した。
体積＝半断面積×重心半径×２π・・・（２）
【００４９】
上記処理において、分解ガスにより体積が膨張した温度域は、分解ガス発生による体積膨張を排除する必要がある。このため分解ガスにより体積が膨張した温度域については、以下の要領で体積を求めた。
【００５０】
別途、成形した石炭灰サンプルを、電気炉１０１で分解ガスにより体積が膨張した温度に加熱し、その後急冷した。そのサンプルの中心をダイヤモンドカッターで切断し、実体顕微鏡で撮影し、その画像から画像処理ソフトにより直径５０μｍ以上の分解ガス発生による空隙を差し引き、断面積を算出し、体積を求めた。
【００５１】
図７にライツ高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出した温度と収縮率との関係、図８に、分解ガスにより体積が膨張した温度域について、体積膨張を排除した方法で算出した温度と収縮率との関係を示した。
【００５２】
図８に示すライツ高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出した石炭灰の収縮率Ｃと加熱温度との関係は、図３に示す燃焼ガス温度と熱力学平衡計算に基づく石炭灰の融液率との関係と同じ傾向を示し、収縮率Ｃを１．５倍とすると融液率とほぼ一致する。よって、フライアッシュＦＡの融液率、又は融点調整剤を含むフライアッシュＦＡの融液率に代え、フライアッシュＦＡの高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出した収縮率Ｃ、又は融点調整剤を含むフライアッシュＦＡの高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出した収縮率Ｃを用い、収縮率Ｃを７〜４０％とすることで、クリンカアッシュＦＡの生成を促進させることができる。
【００５３】
高温加熱顕微鏡写真の断面積から算出するフライアッシュＦＡの収縮率Ｃは、熱力学平衡計算ソフトウエアと異なり、フライアッシュＦＡの成分及び融点調整剤の融点等の基礎データが不要であるので、フライアッシュＦＡの成分等が不明の場合であっても算出することができる。また高温加熱顕微鏡の操作も比較的簡単に行うことができるので、フライアッシュＦＡの収縮率Ｃを使用することで、本発明の第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を容易に実施することができる。
【００５４】
上記実施形態では、添加したフライアッシュＦＡ同士を融着させることで、クリンカアッシュを生成させる方法、つまりクリンカアッシュの生成量を増加させる方法を示したが、第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法では、逆にフライアッシュの生成割合を増加させる方法を示す。
【００５５】
第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法は、微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭に、石炭灰制御剤として融点上昇作用のある融点調整剤を混合し、該微粉炭を燃焼させる。ここで使用する融点上昇作用のある融点調整剤には、第１実施形態で示した融点調整剤を使用することが可能であり、１種の融点調整剤の他、２種類以上の融点調整剤を混合して使用してもよい点も第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法と同様である。また微粉炭と融点調整剤を混合する要領も第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法と同じである。
【００５６】
微粉炭と一緒に融点上昇作用のある融点調整剤を燃焼させると、微粉炭の燃焼に伴い生成する灰粒子に融点調整剤が作用し、灰粒子の融点が上昇する。これに伴い灰粒子の融液率が低下し、火炉３内での灰粒子の凝集が抑制され、灰粒子は燃焼ガスに伴い後部煙道６に運ばれる。この結果、クリンカアッシュの生成が抑制され、フライアッシュの生成量が増加する。
【００５７】
第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法と、第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法とを比較すると、微粉炭にフライアッシュＦＡを添加するか否かの点が異なる。第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法の考え方を利用して、微粉炭に石炭灰制御剤として融点降下作用のある融点調整剤を混合し、該微粉炭を燃焼させることで、フライアッシュの生成を抑制し、クリンカアッシュの生成量を増加させることができる。
【００５８】
但し、第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法は、第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法に比較して、外部からフライアッシュＦＡを添加していないため火炉３内の灰粒子の濃度が低く、灰粒子の凝集が起こり難い。さらに第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法は、添加したフライアッシュＦＡをクリンカアッシュに変換するので、クリンカアッシュの生成を促進させる方法として非常に効率的である。よって、クリンカアッシュの生成量を増加させたいときには、微粉炭にフライアッシュＦＡを添加する第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法が好ましい。フライアッシュの生成量を増加させたいときに、第１実施形態の石炭灰生成割合制御方法を使用しても、添加したフライアッシュＦＡをそのままフライアッシュとして回収することとなるので非効率である。
【００５９】
以上、第１及び第２実施形態の石炭灰生成割合制御方法を示したが、本発明の石炭灰生成割合制御方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して使用することができる。また、本発明の石炭灰生成割合制御方法を適用可能な微粉炭火力発電設備も上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１  ボイラ
３  火炉
５  蒸発管
６  後部煙道
１１  節炭器
１３  石炭バンカ
１５  給炭機
１６  給炭管
１７  微粉砕機
２１  バーナ
２３  脱硝装置
２９  電気集じん装置
３１  排煙脱硫装置
３５  クリンカホッパ
１００  ライツ高温加熱顕微鏡装置
１０１  電気炉
１０３  ランプ
１０５  カメラ
１１０  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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