(57)【要約】【課題】空気予熱器の大規模な改造を回避しつつ、石炭とバイオマスとの混焼を効率良く行い得る石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備を提供する。【解決手段】混焼燃料供給系統３から供給される燃料を既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂで粉砕し、空気予熱器２で加熱される前の低温の一次空気及び加熱された後の高温の一次空気を一次空気供給系統５から既設ミル４ａへ供給すると共に、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として熱空気供給系統６から増設ミル４ｂへ供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭にバイオマスを混ぜた燃料をボイラ本体で燃焼させる石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法において、
石炭にバイオマスを混ぜた燃料を混焼燃料供給系統から既設ミル及び増設ミルへ供給する混焼燃料供給工程と、
該混焼燃料供給工程で混焼燃料供給系統から供給される燃料を既設ミル及び増設ミルで粉砕する粉砕工程と、
ボイラ本体から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを空気予熱器で熱交換させる空気予熱工程と、
該空気予熱工程において空気予熱器で加熱される前の一次空気及び加熱された後の一次空気を一次空気供給系統から前記既設ミルへ供給する一次空気供給工程と、
前記空気予熱工程において空気予熱器で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として熱空気供給系統から前記増設ミルへ供給する熱空気供給工程と
を行うことを特徴とする石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法。
【請求項２】
石炭にバイオマスを混ぜた燃料を燃焼させるボイラ本体を備えた石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備において、
石炭にバイオマスを混ぜた燃料を供給する混焼燃料供給系統と、
該混焼燃料供給系統から供給される燃料を粉砕する既設ミル及び増設ミルと、
ボイラ本体から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを熱交換させる空気予熱器と、
該空気予熱器で加熱される前の一次空気及び加熱された後の一次空気を前記既設ミルへ供給する一次空気供給系統と、
前記空気予熱器で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として前記増設ミルへ供給する熱空気供給系統と
を備えたことを特徴とする石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備。
【請求項３】
前記既設ミルで粉砕された燃料を前記ボイラ本体の火炉内へ噴射燃焼する既設バーナに加え、前記増設ミルで粉砕された燃料を前記ボイラ本体の火炉内へ噴射燃焼する増設バーナを備えた請求項２記載の石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量削減の観点から、石炭焚ボイラにおいて、木質系のバイオマスを混焼させる技術が注目されている。
【０００３】
尚、石炭焚ボイラのバイオマス混焼と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１及び特許文献２がある。
【０００４】
一方、大容量の石炭焚ボイラでは、空気予熱器入口冷空気側に一次通風機を設置する、いわゆるコールドプライマリエアファンシステムが採用されることが多く、系統の簡略化と消費動力の低減を図っている。
【０００５】
因みに、前記コールドプライマリエアファンシステムが採用された大容量の石炭焚ボイラの場合、バイオマスの混焼率を２％程度に設定するのであれば、特にミルの台数を増やして一次空気の流量を増加させなくても、運転は可能となっている。
【０００６】
尚、前記コールドプライマリエアファンシステムに関する文献としては、例えば、非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７９８３０号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１５２６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「火力原子力発電」 一般社団法人火力原子力発電技術協会 vol.35 No.10 (1984-10) P.44〜P.45
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、バイオマスの混焼率を例えば２％から約１０％以上に上げようとした場合、コールドプライマリエアファンシステムにおいて、水分の多い木質系のバイオマスを燃料として石炭と混焼させるためには、その乾燥を行うべくミルの入口温度を上げる必要がある。但し、ミル内の温度は燃料可燃温度以上には上げられないため、一次空気の流量を増加させることによってミルへの入熱量を確保することとなる。しかし、ミルの台数を増やして一次空気の流量を増加させることが可能な設備とした場合、空気予熱器における圧力損失が大きくなるため、該空気予熱器の外径を大きくして一次空気の通過面積を拡張するといった改造工事が必要となる。
【００１０】
因みに、空気予熱器の改造は、基礎や鉄骨を増強するためのやり直し等を含み、非常に大規模な工事となり、工期も長く、既設の設備に適用することは困難となる。又、バイオマスが集まらない場合、石炭専焼に戻すが、その際、空気予熱器を改造していると、バイオマス混焼時と同じ運転にならず、ボイラ効率が低下してしまうこととなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、空気予熱器の大規模な改造を回避しつつ、石炭とバイオマスとの混焼を効率良く行い得る石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、石炭にバイオマスを混ぜた燃料をボイラ本体で燃焼させる石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法において、
石炭にバイオマスを混ぜた燃料を混焼燃料供給系統から既設ミル及び増設ミルへ供給する混焼燃料供給工程と、
該混焼燃料供給工程で混焼燃料供給系統から供給される燃料を既設ミル及び増設ミルで粉砕する粉砕工程と、
ボイラ本体から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを空気予熱器で熱交換させる空気予熱工程と、
該空気予熱工程において空気予熱器で加熱される前の一次空気及び加熱された後の一次空気を一次空気供給系統から前記既設ミルへ供給する一次空気供給工程と、
前記空気予熱工程において空気予熱器で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として熱空気供給系統から前記増設ミルへ供給する熱空気供給工程と
を行うことを特徴とする石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法にかかるものである。
【００１３】
又、本発明は、石炭にバイオマスを混ぜた燃料を燃焼させるボイラ本体を備えた石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備において、
石炭にバイオマスを混ぜた燃料を供給する混焼燃料供給系統と、
該混焼燃料供給系統から供給される燃料を粉砕する既設ミル及び増設ミルと、
ボイラ本体から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを熱交換させる空気予熱器と、
該空気予熱器で加熱される前の一次空気及び加熱された後の一次空気を前記既設ミルへ供給する一次空気供給系統と、
前記空気予熱器で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として前記増設ミルへ供給する熱空気供給系統と
を備えたことを特徴とする石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備にかかるものである。
【００１４】
前記石炭焚ボイラのバイオマス混焼設備においては、前記既設ミルで粉砕された燃料を前記ボイラ本体の火炉内へ噴射燃焼する既設バーナに加え、前記増設ミルで粉砕された燃料を前記ボイラ本体の火炉内へ噴射燃焼する増設バーナを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備によれば、空気予熱器の大規模な改造を回避しつつ、石炭とバイオマスとの混焼を効率良く行い得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備の実施例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備の実施例における各工程を示す図である。
【図３】図１に示す本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備の実施例と比較し、増設ミルによる一次空気増加分をコールドプライマリエアファンシステムで対応しようとした場合の例を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１及び図２は本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備の実施例であって、１は石炭にバイオマスを混ぜた燃料を燃焼させるボイラ本体、２はボイラ本体１から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを熱交換させる空気予熱器（ＧＡＨ）である。
【００１９】
本実施例の場合、石炭にバイオマスを混ぜた燃料を供給する混焼燃料供給系統３として三基の既設バンカ３ａ及び一基の増設バンカ３ｂを設け、該混焼燃料供給系統３としての既設バンカ３ａ及び増設バンカ３ｂから供給される燃料を三基の既設ミル４ａ及び一基の増設ミル４ｂで粉砕するようにしてある。
【００２０】
又、前記空気予熱器２で加熱される前の低温の一次空気（テンパリングエア）及び加熱された後の高温の一次空気を前記既設ミル４ａへ供給する一次空気供給系統５と、前記空気予熱器２で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として前記増設ミル４ｂへ供給する熱空気供給系統６とを備えるようにしてある。尚、前記一次空気供給系統５は、空気予熱器２の入口冷空気側における一次空気ラインに設置される一次通風機５ａ（ＰＡＦ）を備え、前記熱空気供給系統６は、空気予熱器２の出口熱空気側における二次空気ラインから分岐した高温の一次空気ラインに設置される高温一次通風機６ａ（ＨＯＴ ＰＡＦ）を備え、該高温一次通風機６ａの入側には、空気予熱器２で加熱される前の二次空気の一部をテンパリングエアとして供給するようにしてある。図１では、空気予熱器２で加熱される前の二次空気の一部をテンパリングエアとして供給するラインが「＊」によってつながっていることを示している。
【００２１】
更に又、前記既設ミル４ａで粉砕された燃料を前記ボイラ本体１の火炉１ａ内へ噴射燃焼する既設バーナ７ａに加え、前記増設ミル４ｂで粉砕された燃料を前記ボイラ本体１の火炉１ａ内へ噴射燃焼する増設バーナ７ｂを備えるようにしてある。尚、前記一次通風機５ａの上流側には、一次空気及び二次空気を圧送するための押込み通風機８（ＦＤＦ）を設けてある。
【００２２】
そして、本実施例においては、図２に示す如く、石炭にバイオマスを混ぜた燃料を混焼燃料供給系統３から既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給する混焼燃料供給工程と、該混焼燃料供給工程で混焼燃料供給系統３から供給される燃料を既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂで粉砕する粉砕工程と、ボイラ本体１から排出される排ガスと一次空気及び二次空気とを空気予熱器２で熱交換させる空気予熱工程と、該空気予熱工程において空気予熱器２で加熱される前の一次空気及び加熱された後の一次空気を一次空気供給系統５から前記既設ミル４ａへ供給する一次空気供給工程と、前記空気予熱工程において空気予熱器２で加熱された後の二次空気の一部を一次空気として熱空気供給系統６から前記増設ミル４ｂへ供給する熱空気供給工程とを行うようにしてある。
【００２３】
即ち、本実施例の場合、空気予熱器２の出口熱空気側における二次空気ラインから分岐した高温の一次空気ラインに設置した高温一次通風機６ａ（ＨＯＴ ＰＡＦ）によって、増設ミル４ｂによる一次空気増加分を賄うようにした、いわゆるホットプライマリエアファンシステムを採用してある。
【００２４】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２５】
先ず、図３は、図１に示す本実施例と比較し、増設ミル４ｂによる一次空気増加分をコールドプライマリエアファンシステムで対応しようとした場合の例を示すものである。図３の例では、既設の一次通風機５ａの容量不足分を、一次通風機５ａと並列に設けた補助一次通風機５ｂで補うようになっている。
【００２６】
図３において、（）内の数値は石炭専焼時のデータであり、ボイラ本体１から排出される排ガスの流量を（１００％）とした場合、空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給される高温の一次空気の流量は（１８．８％）、空気予熱器２で加熱される前に既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給される低温の一次空気（テンパリングエア）の流量は（２．１％）、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の流量は（６８．５％）である。
【００２７】
一方、図３の例で木質系のバイオマスの混焼率を１０％とした場合、ボイラ本体１から排出される排ガスの流量は１１６％、空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給される高温の一次空気の流量は２５．１％、空気予熱器２で加熱される前に既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給される低温の一次空気（テンパリングエア）の流量は２．８％、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の流量は７５．６％となる。
【００２８】
つまり、図３に示す例の場合、１０％のバイオマス混焼時には、前記空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａ及び増設ミル４ｂへ供給される高温の一次空気の流量は、石炭専焼時の（１８．８％）から２５．１％に増加するため、その増加割合はおよそ１．３倍となる。
【００２９】
これに対し、図１において、石炭専焼時に、ボイラ本体１から排出される排ガスの流量を（１００％）とした場合、空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａへ供給される高温の一次空気の流量は（１８．８％）、空気予熱器２で加熱される前に既設ミル４ａへ供給される低温の一次空気（テンパリングエア）の流量は（２．１％）、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の流量は（６８．５％）である。
【００３０】
一方、図１の実施例で木質系のバイオマスの混焼率を１０％とした場合、ボイラ本体１から排出される排ガスの流量は１１６％、空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａへ供給される高温の一次空気の流量は１８．８％、空気予熱器２で加熱される前に既設ミル４ａへ供給される低温の一次空気（テンパリングエア）の流量は２．１％、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の流量は８１．９％となり、このうちの７．０％の二次空気が熱空気供給系統６の高温一次通風機６ａの作動により高温の一次空気として前記増設ミル４ｂへ供給される形となる。尚、該増設ミル４ｂへ供給される二次空気には、空気予熱器２で加熱される前の二次空気の一部が流量割合で０．７％のテンパリングエアとして混入されている。
【００３１】
つまり、図１に示す実施例の場合、１０％のバイオマス混焼時には、前記空気予熱器２で加熱された後に既設ミル４ａへ供給される高温の一次空気の流量は、石炭専焼時の（１８．８％）と変わらず、空気予熱器２で加熱された後の二次空気の流量が石炭専焼時の（６８．５％）から８１．９％に増加するため、その増加割合はおよそ１．１倍となる。
【００３２】
即ち、石炭専焼からバイオマス混焼への切り換えを行った場合、図３に示すコールドプライマリエアファンシステムでは、一次空気の増加割合がおよそ１．３倍となるのに対し、図１に示す本実施例のホットプライマリエアファンシステムでは、当然のことながら二次空気の流量は増加するものの、その増加割合はおよそ１．１倍に抑えられる。これは、全体のおよそ２０％を占める一次空気に対し、二次空気は全体のおよそ８０％を占めることから、該二次空気の一部を高温の一次空気として前記増設ミル４ｂへ供給しても空気予熱器２に与える影響は非常に少なくできることを意味する。
【００３３】
この結果、バイオマスの混焼率を上げようとした場合、水分の多い木質系のバイオマスを燃料として石炭と混焼させるために、その乾燥を行うべく既設ミル４ａの入口温度を上げる必要があり、一次空気の流量を増加させることによって既設ミル４ａへの入熱量を確保することとなるが、増設ミル４ｂを設置して一次空気の流量を増加させることが可能な設備としても、本実施例では、空気予熱器２における圧力損失が大きくなることが避けられ、該空気予熱器２の外径を大きくして一次空気の通過面積を拡張するといった改造工事が不要となる。
【００３４】
因みに、空気予熱器２の改造工事が不要となれば、基礎や鉄骨を増強するためのやり直し等を含む非常に大規模な工事を行わなくて済み、既設の設備に適用することが行いやすくなる。又、バイオマスが集まらない場合に石炭専焼に戻したとしても、空気予熱器２を改造していないため、バイオマス混焼時と同じ運転が行え、ボイラ効率が低下してしまう心配もない。
【００３５】
更に又、バイオマスの混焼率を増やすと、全体の発熱量が下がるため、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ投入される燃料の量が増え、既設バーナ７ａだけでは燃焼に支障を来たすことも懸念されるが、本実施例の場合、前記既設ミル４ａで粉砕された燃料を前記ボイラ本体１の火炉１ａ内へ噴射燃焼する既設バーナ７ａに加え、前記増設ミル４ｂで粉砕された燃料を前記ボイラ本体１の火炉１ａ内へ噴射燃焼する増設バーナ７ｂを備えるようにしているため、燃料を安定して燃焼させることが可能となり、ボイラ効率を高める上でより有効となる。
【００３６】
こうして、空気予熱器２の大規模な改造を回避しつつ、石炭とバイオマスとの混焼を効率良く行い得る。
【００３７】
尚、本発明の石炭焚ボイラのバイオマス混焼方法及び設備は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１      ボイラ本体
１ａ    火炉
２      空気予熱器
３      混焼燃料供給系統
３ａ    既設バンカ
３ｂ    増設バンカ
４ａ    既設ミル
４ｂ    増設ミル
５      一次空気供給系統
５ａ    一次通風機
６      熱空気供給系統
６ａ    高温一次通風機
７ａ    既設バーナ
７ｂ    増設バーナ
８      押込み通風機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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