(57)【要約】【課題】粗悪炭の使用においても灰の付着を予想評価して石炭灰が付着するのを防止できるようにする。【解決手段】石炭焚ボイラに供給する石炭を予め灰化して石炭灰を得、この石炭灰をボイラの燃焼温度範囲における複数点温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰を得、得られた各焼結灰の膠着度を測定し、測定した灰の膠着度から実ボイラにおける伝熱管への灰の付着を予測評価する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭焚ボイラに供給する石炭を予め灰化して石炭灰を得、この石炭灰をボイラの燃焼温度範囲における複数点温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰を得、得られた各焼結灰の膠着度を測定し、測定した灰の膠着度から実ボイラにおける伝熱管への灰の付着を予測評価することを特徴とする石炭灰の付着予測評価方法。
【請求項２】
前記石炭灰を、約１０００℃〜１４００℃の温度範囲において複数点で焼結することを特徴とする請求項１に記載の石炭灰の付着予測評価方法。
【請求項３】
前記膠着度と実ボイラでの灰付着結果とを比較して膠着度に付着安全域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の石炭灰の付着予測評価方法。
【請求項４】
前記焼結灰の膠着度をラトラ試験機により測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の石炭灰の付着予測評価方法。
【請求項５】
ラトラ試験機により測定した膠着度による付着安全域を、膠着度が０．４以下としたことを特徴とする請求項４に記載の石炭灰の付着予測評価方法。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の石炭灰の付着予測評価方法によって測定した灰の膠着度が付着安全域になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することを特徴とする石炭灰の付着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰の付着予測評価方法及び石炭灰の付着防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は石炭焚ボイラの一例を示すものであって、図６中、１は炉壁管（伝熱管）で形成されている火炉１ａと後部伝熱部１ｂとからなるボイラ本体、２はボイラ本体１の火炉１ａ内へ微粉炭燃料を噴射して燃焼させるバーナ、３は一次過熱器、４は二次過熱器、５は三次過熱器、６は最終過熱器、７は一次再熱器、８は二次再熱器、９は節炭器であり、これらの熱交換器は伝熱管により構成されている。
【０００３】
そして、バーナ２からボイラ本体１の火炉１ａ内へ微粉炭燃料を噴射して燃焼させると、生成した燃焼ガスは、火炉１ａの炉壁を構成する伝熱管を加熱した後、火炉１ａ上部における二次過熱器４、三次過熱器５、最終過熱器６、二次再熱器８からなる上部伝熱部１１を加熱し、続いて、後部伝熱部１ｂの一次過熱器３、一次再熱器７及び節炭器９を加熱し、熱交換した後の排ガスは排ガスダクト１０へ流出し、下流側に設けられた脱硝、脱硫等の排煙処理装置（図示せず）で窒素酸化物や硫黄酸化物等が除去された後、大気へ放出されるようになっている。
【０００４】
上記した石炭焚ボイラでは、石炭の燃焼によって生じる燃焼ガス中の灰が、ボイラ本体内の伝熱管等に付着して堆積するスラッギング及びファウリングといった問題を生じ、このような灰付着の問題が生じると、伝熱管による伝熱面での収熱が大幅に低下する問題があり、また、巨大なクリンカが壁面等に生成すると、これが落下することによって炉内圧の大きな変動を生じたり、炉底を詰まらせる等の問題がある。
【０００５】
更に、特に火炉１ａの上部に設けられる二次過熱器４、三次過熱器５、最終過熱器６、二次再熱器８からなる上部伝熱部１１は、狭い間隔で配置した伝熱管の間を燃焼ガスが流動して熱交換を行う構造を有しているために、上部伝熱部１１に灰が付着すると、炉内圧が大きく変動したり、ガス流路が閉塞されてしまい、ボイラの運転停止を余儀なくされることになる。
【０００６】
従って、石炭焚ボイラを安定運転するためには、石炭燃料を燃焼することによって灰が付着する可能性を事前に予測することが必要である。
【０００７】
このため、従来より、灰の付着が起こる可能性を指標として表わすことが試みられ、灰含有元素を酸化物で表わした灰組成に基づいた灰に関する指標と評価基準が一般に用いてられきた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ｓｌａｇｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｆｏｕｌｉｎｇ  ｉｎ  ｐｆ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ（ＩＥＡＣＲ／７２），１９９４
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記非特許文献１に示された灰に関する指標と評価基準は、灰の付着等の問題が少ない良質炭である瀝青炭を対象として定められている。
【００１０】
しかし、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はなく、高い信頼性をもった指標でないことが指摘されている。このために、前記従来の指標では、粗悪炭とされる例えば亜瀝青炭、高シリカ炭、高Ｓ分炭、高カルシウム炭、高灰分炭等は炭種によって使用できないという問題を有していた。また、上記従来の指標では問題ないとされた石炭を用いて灰障害が発生した場合がある。
【００１１】
一方、近年では、良質炭の産出量が減少して安定した入手が困難となったことや経済性等の面から、粗悪炭を利用する需要が高まってきており、これらの粗悪炭の燃焼によって生じる灰にも対応できる新しい灰付着に関する指標が必要になってきている。
【００１２】
本発明は、粗悪炭の使用においても灰の付着を予想評価して石炭灰が付着するのを防止できるようにした石炭灰の付着予測評価方法及び石炭灰の付着防止方法を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、石炭焚ボイラに供給する石炭を予め灰化して石炭灰を得、この石炭灰をボイラの燃焼温度範囲における複数点温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰を得、得られた各焼結灰の膠着度を測定し、測定した灰の膠着度から実ボイラにおける伝熱管への灰の付着を予測評価することを特徴とする石炭灰の付着予測評価方法、に係るものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記石炭灰を、約１０００℃〜１４００℃の温度範囲において複数点で焼結することを特徴とする請求項１に記載の石炭灰の付着予測評価方法、に係るものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記膠着度と実ボイラでの灰付着結果とを比較して膠着度に付着安全域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の石炭灰の付着予測評価方法、に係るものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記焼結灰の膠着度をラトラ試験機により測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の石炭灰の付着予測評価方法、に係るものである。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、ラトラ試験機により測定した膠着度による付着安全域を、膠着度が０．４以下としたことを特徴とする請求項４に記載の石炭灰の付着予測評価方法、に係るものである。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の石炭灰の付着予測評価方法によって測定した灰の膠着度が付着安全域になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することを特徴とする石炭灰の付着防止方法、に係るものである。
【００１９】
上記手段によれば、以下のように作用する。
【００２０】
本発明の石炭灰の付着予測評価方法では、石炭を灰化して石炭灰を得、この石炭灰を焼結して得た焼結灰の膠着度から灰の付着を予測評価するようにしたので、石炭の燃焼によって起こる灰の付着の現象に近い状態を再現することができ、よって、従来のように石炭灰の性状を分析して灰の付着を予測評価する方法に比して実際的であり評価の信頼性が高められる。
【００２１】
本発明の石炭灰の付着防止方法では、焼結灰の膠着度が付着安全域になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することにより、良質炭に粗悪炭を混合して用いても、石炭焚ボイラによる燃焼時にボイラ伝熱管に石炭灰が付着する問題を防止でき、よって石炭焚ボイラの燃料に粗悪炭を用いることを可能にして経済性を高められる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
本発明は、石炭をまず灰化して石炭灰を得、この石炭灰をボイラの燃焼温度範囲における複数点温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰を得、得られた各焼結灰の膠着度を測定し、測定した灰の膠着度から実ボイラにおける伝熱管への灰の付着を予測評価する石炭灰の付着予測評価方法であり、この方法における手順を図１に示すステップ図を参照して説明する。
【００２４】
図１におけるステップＳ１の如く、石炭焚ボイラで燃焼しようとする良質炭及び粗悪炭等の種々の石炭を採取する。
【００２５】
ステップＳ２の如く、採取した夫々の石炭を、ＪＩＳ法に準じ、８１５℃で灰化することにより石炭灰を得る。
【００２６】
ステップＳ３の如く、前記石炭灰を、ボイラの燃焼温度範囲における複数点の温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰を得る。石炭灰の焼結は、図２（ａ）（ｂ）に示すような磁性ボート１２に石炭灰を入れ、所定温度で加熱することにより焼結灰１３を得るようにしている。このときの加熱温度は、石炭焚ボイラの燃焼ガスの温度範囲としてもよいが、少なくとも、上部伝熱部１１近傍の温度をカバーできる約１０００℃〜１４００℃の温度範囲において、複数点温度で加熱焼結することによって、各加熱温度ごとの焼結灰１３を得るようにする。一方、図４、図５では種々の石炭Ａ〜Ｊから得た石炭灰を、最大８００℃〜１３００℃の温度範囲において５０℃の温度間隔で加熱して焼結灰を得た場合を示した。このとき、石炭灰は加熱温度（焼結温度）の違いによって膠着度が顕著に変化するので、前記加熱温度の間隔は小さく設定して膠着度を細かく測定することが好ましい。
【００２７】
ステップＳ４の如く、前記各焼結灰１３における膠着度を測定する。この各焼結灰１３の膠着度の測定は、図３に示すラトラ試験機１４（粉体粉末冶金協会企画「金属圧粉体のラトラ試験法：ＪＳＰＭ  ４−６９」）を用いて実施する。ラトラ試験機１４は焼結金属の評価に用いられるものであり、直径１００ｍｍ長さ１２０ｍｍ程度の円筒形金網１５（目開き１ｍｍ＃）を回転軸１６により８０ｒｐｍで回転させる装置であり、上記円筒形金網１５内に前記焼結灰１３の試料を入れて設定部１７で設定された一定の回転数だけ回転させ、その間に焼結灰１３から分離して金網の目を抜けて落下する粒子を通過物受皿１８で受けるようになっている。１９は円筒形金網１５のカバーである。
【００２８】
そして、試験前の焼結灰の重量で試験後の焼結灰の重量を割った比から膠着度が求められる。
【００２９】
即ち、膠着度＝試験後の焼結灰の重量／試験前の焼結灰の重量である。
【００３０】
前記したように石炭Ａ〜Ｊの石炭灰を複数点温度で加熱して得た各焼結灰の夫々の膠着度を測定することにより、図４、図５に示す如く加熱温度と膠着度との相関を得ることができる。
【００３１】
ステップＳ５の如く、前記膠着度と実ボイラでの灰付着結果を調査することにより、［表１］のように膠着度と灰の付着度合との相関を概ね評価することができる。尚、［表１］では灰の状態も併記した。
【００３２】
【表１】
膠着度            灰の状態            灰の付着状態
＜０．２          さらさら            付着なし
０．２〜０．４    崩れ易い            付着小
０．４〜０．８    硬いが手で崩せる    付着中
０．８＜          溶融固着            付着大
【００３３】
上記［表１］の膠着度と灰の付着度合との相関について更に細かく調査すれば、灰の付着度合の評価の精度を更に高めることができる。
【００３４】
ステップＳ６の如く、前記［表１］の評価に基づけば、図４、図５における膠着度０．４以下を灰の付着が殆ど生じないあるいは付着しても崩れ易く問題がない付着安全域２０と、膠着度０．４以上の灰が付着する灰の付着域２１とに設定できる。
【００３５】
上記ステップＳ６のように、焼結灰の膠着度から石炭灰の付着を予測評価して付着安全域２０を設定できるようになるので、これを利用して、粗悪炭を用いる際におけるボイラ伝熱管への石炭灰の付着を防止することができる。
【００３６】
即ち、ステップＺの如く、前記ステップＳ６で求めた灰の膠着度が付着安全域２０になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整する。このようにすると、良質炭に粗悪炭を混合して用いても、石炭焚ボイラによる燃焼時にボイラ伝熱管に石炭灰が付着する問題を防止できる。
【００３７】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００３８】
図１のステップＳ１の如く、石炭焚ボイラで燃焼しようとする良質炭及び粗悪炭等の種々の石炭を採取し、ステップＳ２の如く、採取した夫々の石炭を、ＪＩＳ法に準じ、８１５℃で灰化することにより石炭灰を得る。
【００３９】
各石炭灰は、ステップＳ３の如く、図２（ａ）（ｂ）の磁性ボート１２を用いてボイラの燃焼温度範囲における複数点の温度で焼結することにより各加熱温度での焼結灰１３を得る。図４、図５では種々の石炭Ａ〜Ｊから得た石炭灰を、８００℃〜１３００℃の温度範囲において５０℃の間隔で加熱して焼結灰１３を得た。
【００４０】
ステップＳ４の如く、前記各焼結灰１３における膠着度を測定する。焼結灰の膠着度の測定は、図３に示すラトラ試験機１４を用いて実施し、膠着度＝試験後の焼結灰の重量／試験前の焼結灰の重量から膠着度を求める。
【００４１】
石炭Ａ〜Ｊによる石炭灰を複数点温度で加熱して得た各焼結灰１３の膠着度を測定することにより、図４、図５に示す加熱温度と膠着度との相関を得る。
【００４２】
ステップＳ５の如く、前記膠着度と実ボイラでの灰付着結果を調査することにより、前記［表１］の膠着度と灰の付着度合との相関から伝熱管への灰の付着を予測評価できる。
【００４３】
従って、前記［表１］の評価に基づいて、ステップＳ６の如く、図４、図５における膠着度０．４以下を灰の付着が殆ど生じないあるいは付着しても崩れ易く問題がない付着安全域２０とし、膠着度０．４以上を灰が付着する灰の付着域２１として設定できる。
【００４４】
従って、ステップＺの如く、前記ステップＳ６における焼結灰の膠着度が付着安全域２０になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することにより、良質炭に粗悪炭を混合して用いても、石炭焚ボイラによる燃焼時にボイラ伝熱管に石炭灰が付着する問題を防止できる。
【００４５】
即ち、図６の上部伝熱部１１における伝熱管近傍の温度が例えば１１００℃である場合には、図４の石炭Ａ，Ｂ，Ｃは何れも膠着度が０．４以下である０．１前後の付着安全域２０にあるので、灰付着の問題は生じない。一方、石炭Ｄ，Ｅは何れも膠着度が０．４以上の０．８前後であるために付着域２１となってしまい、このために石炭Ｄ，Ｅは燃料とした場合に運転方法に注意を要する等使用が難しい粗悪炭である。
【００４６】
しかし、膠着度が付着安全域２０を保持できる範囲内で、即ち混合した後の石炭の灰の膠着度が０．４以下になる混合割合を探して石炭Ａ，Ｂ，Ｃに対して石炭Ｄ，Ｅを混合すれば、従来使用できなかった粗悪炭を燃料として使用することができるようになる。
【００４７】
石炭焚ボイラにおいては、上部伝熱部１１に灰が付着して閉塞することにより運転停止を余儀なくされる事態が生じることは少なくとも防止する必要がある。このために、使用しようとする石炭について、上部伝熱部１１の温度をカバーできる温度範囲、例えば約１０００℃〜１４００℃の温度範囲において、複数点温度で石炭灰を加熱焼結し、得られた各焼結灰について膠着度を測定し、焼結灰の膠着度が付着安全域２０になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することは実用上有効である。
【００４８】
本発明では、前記した如く石炭から石炭灰を得、この石炭灰を焼結して得た焼結灰の膠着度から灰の付着を予測評価するようにしたので、石炭の燃焼によって起こる灰の付着の現象に近い状態を再現することができ、よって、従来のように石炭灰の性状を分析して灰の付着を予測評価する方法よりも実際的であり評価の信頼性を高めることができる。
【００４９】
尚、本発明は上記形態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。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の石炭灰の付着予測評価方法によれば、石炭を灰化して石炭灰を得、この石炭灰を焼結して得た焼結灰の膠着度から灰の付着を予測評価するようにしたので、石炭の燃焼によって起こる灰の付着の現象に近い状態を再現することができ、よって、従来のように石炭灰の性状を分析して灰の付着を予測評価する方法に比して実際的であり評価の信頼性が高められる効果がある。
【００５１】
本発明の石炭灰の付着防止方法によれば、焼結灰の膠着度が付着安全域になるように、良質炭に対する粗悪炭の混合割合を調整することにより、良質炭に粗悪炭を混合して用いても、石炭焚ボイラによる燃焼時にボイラ伝熱管に石炭灰が付着する問題を防止でき、よって石炭焚ボイラの燃料に粗悪炭を用いることを可能にして経済性を高められる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石炭灰付着予測評価方法の手順を示すステップ図である。
【図２】（ａ）は石炭灰の焼結を行うための磁性ボートの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ方向矢視図である。
【図３】膠着度の測定を行うラトラ試験機の一例を示す正面図である。
【図４】種々の石炭から得た石炭灰を所定の温度間隔で加熱して焼結灰を得、得られた各焼結灰の膠着度を測定し、加熱温度と膠着度との相関と、灰の付着に関する付着安全域と付着域とを設定した状態を示す線図である。
【図５】図４と同様の操作を図４とは更に異なる種々の石炭について実施した場合を示す線図である。
【図６】本発明の方法を適用する石炭焚ボイラの一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１    ボイラ本体（石炭焚ボイラ）
１１    上部伝熱部
１３    焼結灰
１４    ラトラ試験機
２０    付着安全域
【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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