(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭を燃焼させる複数のバーナを有する火炉と、前記火炉に連続する後部伝熱部を有する石炭焚ボイラにおいて、
石炭を微粉炭に粉砕して前記バーナに供給する微粉炭機と、
前記後部伝熱部の出口から導入された燃焼ガスと、常温の一次空気と、を熱交換して前記一次空気を予熱する空気予熱器と、
前記空気予熱器で予熱された一次空気を前記微粉炭機に供給する一次空気ダクトと、
前記後部伝熱部から燃焼ガスを抽出する燃焼ガスダクトと、を備え、
前記一次空気ダクトは、燃焼ガスを前記一次空気ダクト内に注入する燃焼ガス注入装置を介して前記燃焼ガスダクトと接続され、
前記後部伝熱部は、再熱器と、前記再熱器の下流側に設置される節炭器と、を備え、前記燃焼ガスダクトは、前記再熱器と節炭器との中間位置から燃焼ガスを抽出することを特徴とする石炭焚ボイラ。
【請求項２】
前記微粉炭機の出口側のガス温度を検出する温度検出器と、
前記燃焼ガスダクトに設けられ、前記微粉炭機の出口側のガス温度が目標温度になるように前記燃焼ガス注入装置に導入されるガス流量を調整するガス流量調整手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の石炭焚ボイラ。
【請求項３】
前記燃焼ガスダクトには、燃焼ガスを送気する燃焼ガスファンと、前記燃焼ガスファンを石炭の燃焼残滓から保護する集塵装置と、が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の石炭焚ボイラ。
【請求項４】
前記微粉炭機は、縦型のローラ・レース式微粉炭機からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の石炭焚ボイラ。
【請求項５】
低品位炭の微粉炭を燃焼させる複数のバーナを有する火炉と、再熱器と前記再熱器の下流側に設置される節炭器とを備え前記火炉に連続する後部伝熱部と、前記再熱器と節炭器の中間位置から前記後部伝熱部の燃焼ガスを抽出する燃焼ガスダクトと、を有する石炭焚ボイラにおいて、前記低品位炭を微粉炭機で微粉化する際に乾燥させる方法であって、
前記後部伝熱部の出口から抽出した燃焼ガスを空気予熱器に導入し、常温の一次空気を前記空気予熱器で予熱し、予熱された一次空気を一次空気ダクトを通して前記微粉炭機に送気し、
前記後部伝熱部から前記燃焼ガスダクトにより抽出した燃焼ガスを前記一次空気ダクト内で合流、混合させることにより、前記一次空気をさらに昇温させて前記微粉炭機に導入し、
前記低品位炭を乾燥させることを特徴とする石炭焚ボイラにおける石炭の乾燥方法。
【請求項６】
前記微粉炭機の出口側のガス温度を監視し、前記微粉炭機の出口側のガス温度が目標温度になるように前記一次空気ダクトに注入される燃焼ガス注入流量を調整することを特徴とする請求項５に記載の石炭焚ボイラにおける石炭の乾燥方法。
【請求項７】
前記微粉炭機には、亜瀝青炭以下の水分含有量３０〜４０（重量％）の低品位炭を投入することを特徴とする請求項５に記載の石炭焚ボイラにおける石炭の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、石炭焚ボイラおよび低品位炭の乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を燃料に用いる火力発電プラントでは、微粉化した石炭を石炭焚ボイラで燃焼させ、発生した蒸気で蒸気タービンを回して発電している。  
従来の火力発電用の石炭焚ボイラでは、瀝青炭のような高品位炭を燃料炭として利用していたが、近年では、燃料コストの上昇に伴い、これまで燃料としては利用される機会の少なかった、低品位炭（亜瀝青炭、褐炭など）の利用が検討されている。この種の石炭焚ボイラに係る従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されているものを挙げることができる。
【０００３】
亜瀝青炭などの低品位炭は、高品位炭に比べて石炭化度が低いことから、炭素含有量が劣るだけでなく、水分を多く含む。しかも、炭種によっては、少ないもので２０％程度、多いものになると、４５％程度の水分を含むものもある。
【０００４】
従来、水分を多く含む低品位炭を火力発電用の石炭焚ボイラで燃料として利用する場合、低水分で高発熱量の高品位炭と混炭して利用する方法や、水分が３５％程度以下の石炭である場合には、石炭の乾燥が可能な微粉炭機の台数を増やし、また大型化することによって低品位炭を専焼する方法があった。
【０００５】
ここで、図３は、火力発電用の従来の一般的な石炭焚ボイラの概要を模式的に示す図である。
【０００６】
この石炭焚ボイラ１０は、石炭の燃焼により高温の燃焼ガスを発生させる火炉１２と、後部伝熱部１４と、から構成されている。
【０００７】
火炉１２の下部には、複数のバーナ１５が設置高さを変えて設置されている。これらのバーナ１５は、それぞれ微粉炭管１６を介して竪型ローラ・レース式微粉炭機１７と接続されており、これら竪型ローラ・レース式微粉炭機１６から微細に粉砕された微粉炭が燃料として供給されるようになっている。
【０００８】
火炉１２の内部において、上方には過熱器１８が設置されており、後部伝熱部１４には、再熱器１９、２０と、節炭器２２などの熱交換器が設置されている。これらの熱交換器と熱交換を行った燃焼ガスは、後部伝熱部１４の出口から空気予熱器２４へと送られるようになっている。
【０００９】
空気予熱器２４は、節炭器２２の出口から抽出した燃焼ガスを利用して、一次空気ファン２５を用いて導入した常温の一次空気と熱交換して一次空気を予熱する。一次空気は空気予熱器２４で３３０℃程度まで昇温されてから一次空気ダクト２６を通して微粉炭機１７に送られ、低品位炭を乾燥させる熱源として利用される。
【００１０】
このような従来型の石炭焚ボイラの乾燥システムでは、２０％程度の水分含有量の低品位炭であれば、実用上、水分を調整するために高品位炭と混炭しないでも、ボイラで低品位炭を専焼することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−３０４１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来型の石炭焚ボイラに用いられる石炭乾燥システムでは、低品位炭を乾燥させる熱源として、後部伝熱部１４の出口から抽出した燃焼ガスを利用し、この空気予熱器２４で微粉炭機１７に送る一次空気を予熱している。
【００１３】
発電用の石炭焚ボイラ１０では、後部伝熱部１４から排出される燃焼ガスの温度は、通常、３５０℃程度である。この程度の燃焼ガス温度であると、低品位炭の水分含有量が２０％程度の低品位炭に対しては、実用に足る乾燥効果を得られる。しかし炭種によっては、水分含有量が３０〜４５％になるものがあり、このような低品位炭に対する熱源としては不十分となり、十分な燃焼条件をもつ微粉炭をバーナ１５に供給することができないという課題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであって、水分含有量が多い低品位炭であってもボイラで専焼することができるようにした石炭焚ボイラおよび低品位炭の乾燥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】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明は、微粉炭を燃焼させる複数のバーナを有する火炉と、前記火炉に連続する後部伝熱部を有する石炭焚ボイラにおいて、石炭を微粉炭に粉砕して前記バーナに供給する微粉炭機と、前記後部伝熱部の出口から導入された燃焼ガスと、常温の一次空気と、を熱交換して前記一次空気を予熱する空気予熱器と、前記空気予熱器で予熱された一次空気を前記微粉炭機に供給する一次空気ダクトと、前記後部伝熱部から燃焼ガスを抽出する燃焼ガスダクトと、を備え、前記一次空気ダクトは、燃焼ガスを前記一次空気ダクト内に注入する燃焼ガス注入装置を介して前記燃焼ガスダクトと接続され、前記後部伝熱部は、再熱器と、前記再熱器の下流側に設置される節炭器と、を備え、前記燃焼ガスダクトは、前記再熱器と節炭器との中間位置から燃焼ガスを抽出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水分含有量が多い低品位炭であっても十分に乾燥してバーナに送り、ボイラで専焼することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による石炭焚ボイラを示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態による石炭焚ボイラを示す模式図である。
【図３】従来技術に係る石炭焚ボイラを示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による石炭焚ボイラおよび低品位炭の乾燥方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
（第１実施形態）
図１は、本実施形態による石炭焚ボイラの概要を模式的に示す図である。この石炭焚ボイラ１０は、火力発電プラントに設置され、瀝青炭のような高品位炭を燃料にする他、瀝青炭以外の石炭化度の低い亜瀝青炭、褐炭などの低品位炭についても燃料に使用することができるボイラである。
【００１９】
この石炭焚ボイラ１０は、大きく分けると、石炭の燃焼により高温の燃焼ガスを発生させる火炉１２と、火炉１２の出口から下流側に配置される後部伝熱部１４と、から構成されている。
【００２０】
まず、火炉１２の下部には、微粉炭を燃焼させるバーナとして、三段のバーナ１５ａ乃至１５ｃが設置高さを変えて設置されている。火炉１２は、角筒状の構造物であり、これらバーナ１５ａ乃至１５ｃの各段のバーナは、対角線上にそれぞれ４基設置されている。これらのバーナ１５ａ乃至１５ｃのすべての段のバーナを燃焼させることで、石炭焚ボイラ１０は、火力発電プラントの発電量１００％の定格負荷運転に必要な蒸気を発生することができる。
【００２１】
次に、図１において、符号１７は、図示しない給炭機から投入される石炭を粉砕して微粉炭に加工する微粉炭機を示している。この実施形態では、微粉炭機として、縦型ローラ・レース式微粉炭機が用いられている。この縦型ローラ・レース式微粉炭機は、給炭機から投入された石炭がテーブル上で転動するローラタイヤによって粉砕される構造の微粉炭機である。テーブルの下からは後述する空気予熱器などで予熱された一次空気が導入されるようになっており、粉砕された微粉炭は一次空気との混合により乾燥され、微粉炭管１６を通って各段のバーナ１５ａ乃至１５ｃに供給される。
【００２２】
次に、石炭焚ボイラ１０における過熱器等の熱交換器の配置について説明する。  
この実施形態の石炭焚ボイラ１０は、再熱サイクルが構成されているタービンに蒸気を供給するボイラである。火炉１２の内部において、上方には高圧タービンに送る高温・高圧の蒸気を発生する過熱器１８が設置されている。後部伝熱部１４では、火炉１２の出口下流側に、高圧タービンから戻された蒸気を再加熱して中圧タービンに送る第１再加熱器１９が配置されている。
【００２３】
さらに、第１再熱器１９の下流側には、第２再加熱器２０が配置されている。この第２再熱器２０の下流側には、ボイラ給水を加熱する節炭器２２が設置されている。後部伝熱部１４の出口２３には、燃焼ガスを空気予熱器２４に導入するガスダクト２６が接続されている。節炭器２２と熱交換を行った燃焼ガスは、ガスダクト２６を流れて空気予熱器２４へと送られるようになっている。
【００２４】
この空気予熱器２４は、後部伝熱部１４の出口２３からガスダクト２６を通して抽出した燃焼ガスと、一次空気ファン２５を用いて導入した常温の一次空気と、の間で熱交換をして一次空気を予熱する。空気予熱器２４と微粉炭機１７は一次空気ダクト２７によって接続されており、予熱された一次空気は一次空気ダクト２７を通って微粉炭機１７に供給される。
【００２５】
本実施形態の石炭焚ボイラ１０では、空気予熱器２４で予熱した一次空気をさらに燃焼ガスで加熱して、燃料である低品位炭の効果的な乾燥熱源として利用するため、次のような燃焼ガス抽出用の配管として燃焼ガスダクト３０が設けられている。
【００２６】
後部伝熱部１４では、節炭器２２の上流側の位置に燃焼ガスの抽出口２８が設けられており、この抽出口２８からは、燃焼ガスダクト３０が一次空気ダクト２７まで延びている。一次空気ダクト２７の中途には、燃焼ガスを一次空気ダクト２７内に注入するための燃焼ガス注入装置３２が設けられている。この燃焼ガス注入装置３２には燃焼ガスダクト３０の終端が接続されている。
【００２７】
この実施形態では、燃焼ガスダクト３０には、後部伝熱部１４からの燃焼ガスの抽出を効率良くするために、ガス抽出ファン３３が設けられている。このガス抽出ファン３３の上流側には、微粉炭が燃えて残ったスラグなどからガス抽出ファン３３を保護する集じん装置３４が設けられている。
【００２８】
本実施形態による石炭焚ボイラ１０は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。  
まず、石炭焚ボイラ１０における燃焼ガスの流れについて説明する。
【００２９】
バーナ１５ａ乃至１５ｃでの微粉炭の燃焼により生成された燃焼ガスは、噴流となって火炉１２内を上方に向かって流れる。火炉１２の上部に配置される過熱器１８は、主に火炎の輻射熱によって加熱されて高温・高圧の蒸気を発生する。
【００３０】
過熱器１８の下流側は、火炉１２の出口になっており、燃焼ガスの温度は下流に流れるにしたがって低下するが、通常運転では、燃焼する微粉炭量が多量であるため、火炉１２の出口での燃焼ガスの温度は高く維持される。
【００３１】
さらに、燃焼ガスは、火炉１２の出口から後部伝熱部１４に流れ込み、第１再熱器１９と熱交換を行い、高圧タービンから戻された蒸気を再加熱する。その後さらに、燃焼ガスは、第２再熱器２０、節炭器２２と熱交換を行ってから、ガスダクト２６を流れて空気予熱器２４へと送られることになる。
【００３２】
空気予熱器２４では、一次空気ファン２５によって取り込まれた常温の一次空気と、ガスダクト２５を通って送り込まれてくる、例えば３６０℃程度の燃焼ガスとの間で熱交換が行われ、一次空気は、３３０℃程度まで昇温する。
【００３３】
空気予熱器２４を出た一次空気は、後部伝熱部１４から燃焼ガスダクト３０を介して抽出した高温の燃焼ガスによって次のようにさらに加熱される。
【００３４】
すなわち、後部伝熱部１４から抽出した燃焼ガスは、燃焼ガス注入装置３２から一次空気ダクト２６の管内に注入される。一次空気ダクト２７に注入された燃焼ガスが一次空気の流れに合流すると、燃焼ガスと一次空気は混合されて微粉炭機１７に供給される。
【００３５】
定格負荷でのボイラ運転の場合、後部伝熱部１４において、節炭器２２の上流側の燃焼ガスの温度は、５００〜６００℃程度の高温を保っているが通常である。空気予熱器２４での予熱によって一次空気が３３０℃程度まで昇温されていれば、高温の燃焼ガスの注入によって、一次空気をさらに４００〜４５０℃程度までさらに昇温させることが可能となる。
【００３６】
こうして、一次空気は、空気予熱器２４での燃焼ガスとの熱交換、燃焼ガス注入装置３２による燃焼ガスの注入というように二段階に昇温させる処理が行われてから、微粉炭機１７に送られ、低品位炭を乾燥させる熱源として利用される。
【００３７】
微粉炭機１７では、石炭塊を粉砕するローラタイヤが転動するテーブルの下から、高温に昇温した一次空気が吹き出すようになっており、粉砕された低品位炭は、高温の一次空気との混合により乾燥し微粉化された状態になってバーナ１５ａ乃至１５ｃに供給される。
【００３８】
以上のような石炭焚ボイラの乾燥システムによれば、４５％程度の水分含有量の低品位炭であっても、例えば、１０％程度にまで乾燥し、高品位炭と混炭して水分を調整しないでも、ボイラで専焼することが可能になる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る石炭焚ボイラ１０の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
【００４０】
この第２実施形態では、ガス抽出ファン３３と、このガス抽出ファン３３を保護する集じん装置３４と、が設けられている燃焼ガスダクト３０が、燃焼ガス注入装置３２を介して空気予熱器２４の下流で一次空気ダクト２７に接続されている点は、第１実施形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
第１実施形態と異なる点は、微粉炭機１７の出口側に、ガス温度を検出する温度検出器４０を設けるともに、燃焼ガスダクト３０では、燃焼ガス注入装置３２の上流側に、燃焼ガスの流量を調整する燃焼ガス流量調整機構４２を設けた点にある。
【００４２】
この燃料ガス流量調整機構４２は、弁の開度が可変に構成されている弁機構部４３と、この弁機構部４３を駆動する弁駆動部４４とから構成されている。そして、温度検出器４０で検出されたガス温度と、予め設定された目標のガス温度とが比較され、その偏差がなくなるように、弁機構部４３の開度が調整されるサーボ機構が構成されている。  
次に、以上のような第２実施形態の石炭焚ボイラシステムの作用について説明する。  
この第２実施形態においても、一次空気は、空気予熱器２４での燃焼ガスとの熱交換により昇温され、燃焼ガス注入装置３２からの燃焼ガスの注入によりさらに昇温される二段階の昇温処理が行われている。このため、高温の燃焼ガスが微粉炭機１７に供給されるのは第１実施形態と同様である。
【００４３】
他方、微粉炭機１７の出口側のガス温度は、微粉炭の水分量および乾燥状態と相関していると考えられる。微粉炭機１７の出口側のガス温度が高いということは、微粉炭から水分が十分に蒸発し乾燥が十分に進んだ状態になっている場合である。反対に、このガス温度が予定されている温度よりも低い場合は、微粉炭の水分量が多く、乾燥が不十分であることが想定される。
【００４４】
そこで、燃料としている低品位炭について、専焼に適した微粉炭に乾燥するために必要な微粉炭機１７の出口側ガス温度の条件を水分含有量に対応させて、あらかじめ試験的に求めておく。これらのデータに基づいて、例えば、４５％程度の水分含有量の低品位炭を１０％程度まで乾燥させるために必要な、微粉炭機１７の出口側でのガス温度を設定しておく。
【００４５】
ボイラの運転中は、温度検出器４０によって微粉炭機１７の出口側のガス温度が検出され、このガス温度が予め設定された目標のガス温度になるように、燃焼ガス注入装置３２から一次空気ダクト２６に注入される燃焼ガスの流量が調整される。すなわち、微粉炭機１７の出口側でのガス温度が目標温度にとどいていないときは、弁機構部４３の開度が大きくなり、燃焼ガス注入装置３２を介して一次空気ダクト２６に注入されるガス流量が増大していく。このようにして、微粉炭機１７の出口側のガス温度は最終的に目標温度に保たれるので、微粉炭を過不足なく乾燥させることができる。
【００４６】
以上のようにして、第２実施形態によれば、４５％程度の水分含有量の低品位炭であっても、例えば、１０％程度にまで確実に乾燥させることができるので、水分含有量の多い低品位炭であっても専焼に適した状態の微粉炭にすることが可能である。
【００４７】
以上、本発明に係る石炭焚ボイラおよび低品位炭の乾燥方法について、好適な実施形態を挙げて説明したが、これらの実施形態は、例示として挙げたもので、発明の範囲の制限を意図するものではない。もちろん、明細書に記載された新規な装置、方法およびシステムは、様々な形態で実施され得るものであり、さらに、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、種々の省略、置換、変更が可能である。請求項およびそれらの均等物の範囲は、発明の主旨の範囲内で実施形態あるいはその改良物をカバーすることを意図している。
【符号の説明】
【００４８】
１０…石炭焚ボイラ、１２…火炉、１４…後部伝熱部、１５ａ〜１５ｃ…バーナ、１６…微粉炭管、１７…微粉炭機、１８…過熱器、１９…第１再熱器、２０…第２再熱器、２２…節炭器、２４…空気予熱器、２５…ガスダクト、２６…ガスダクト、２７…一次空気ダクト、２８…抽出口、３０…燃焼ガスダクト、３２…燃焼ガス注入装置、３３…ガス抽出ファン、３４…集じん装置、４０…温度検出器、４２…燃料ガス流量調整機構、４３…弁機構部、４４…弁駆動部
【図１】
0006605934.tif 000002
【図２】
0006605934.tif 000003
【図３】
0006605934.tif 000004