(57)【要約】【課題】灰溶融プラントにおいて、石炭灰を溶融して安定に排出する運転制御方法を提供する。【解決手段】灰処理指令に基づいて求めた灰供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が安定な場合には灰供給量を増加し、スラグ流下が不安定になった場合には灰供給量を減少する。また、酸素供給指令に対しては、スラグ流下状況を評価した結果をもとに、スラグ流下が安定な場合には酸素供給量を増加し、スラグ流下が不安定になった場合には酸素供給量を減少する。さらに、スラグ流下部を助燃するための軽油供給指令に対しては、スラグ流下状況を評価した結果をもとに、スラグ流下が不安定になった場合には軽油供給量を増加し、スラグ流下が不安定な状態から安定な状態に回復した場合には軽油供給量を予め設定された値に戻す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、灰処理指令に基づいて求めた灰供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が安定な場合には灰供給量を増加することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項２】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、灰処理指令に基づいて求めた灰供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が不安定になった場合には灰供給量を減少することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項３】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、灰処理量，石炭性状，灰性状から決めた酸素供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が安定な場合には酸素供給給量を増加することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項４】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、灰処理量，石炭性状，灰性状から決めた酸素供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が不安定になった場合には酸素供給量を減少することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項５】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントにおいて、予め設定された軽油燃焼指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が不安定になった場合には軽油供給量を増加することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項６】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントにおいて、予め設定された軽油燃焼指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が不安定な状態から安定な状態に回復した場合には軽油供給量を予め設定された値に戻すことを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項７】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントにおいて、灰供給量を減じるスラグ流下の安定化方法，酸素供給量を増量するスラグ流下の安定化方法，軽油供給量を増量するスラグ流下安定化方法を、スラグ流下状態，灰溶融炉の炉内状況に応じて組み合わせ、スラグ流下が安定化されるように制御することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項８】
石炭を空気及び酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントにおいて、スラグ排出口の上部の温度が低い場合には酸素供給量を増量するスラグ流下の安定化方法を採用し、スラグ排出口下部の温度が低い場合には軽油供給量を増量するスラグ流下安定化方法を採用し、上記の２つのスラグ流下安定化方法をもってしてもスラグ流下が安定化しなかった場合に請求項１で示した灰供給量を減じるスラグ流下の安定化方法を採用することを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項９】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収し、溶融炉の排ガスは微粉炭火力発電プラントのボイラに供給する灰溶融プラントを備えた微粉炭火力発電プラントにおいて、発電指令に基づいて設定された微粉炭火力発電プラントのボイラに対する石炭供給指令を、灰溶融プラントからの排ガス量とその温度に基づいて、前記ボイラにおける熱回収量が一定になるように、前記石炭指令を補正することを特徴とする灰溶融プラントを有する微粉炭火力発電プラントの運転制御方法。
【請求項１０】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントに対する灰供給量，酸素供給量，軽油供給量を、スラグ流下状態に応じて補正する灰溶融プラントの運用方法において、スラグ流下状態を評価する指標として、スラグがクエンチ水に落下する音を用いたことを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項１１】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融し、スラグ流下部を軽油によって助燃してスラグを安定排出する灰溶融プラントに対する灰供給量，酸素供給量，軽油供給量を、スラグ流下状態に応じて補正する灰溶融プラントの運用方法において、スラグ流下状態を評価する指標として、クエンチ水で水砕されたスラグをクラッシャーで粉砕する際の音を用いたことを特徴とする灰溶融プラントの運転制御方法。
【請求項１２】
石炭を空気及び酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントを備え、前記灰溶融プラントの排ガスがボイラに供給されるようにした微粉炭火力発電プラントの制御装置であって、請求項１から９のいずれかの運用方式を組み込んだことを特徴とする微粉炭火力発電プラントの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭火力発電プラントから排出される石炭灰を、石炭の燃焼熱で溶融してスラグとする灰溶融プラントの運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭灰の処理技術の一つして、石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する方法がある。
【０００３】
この灰溶融プラントでは、灰をスラグとして安定に排出することが重要であり、スラグ流下状態を評価し、適切にプラントを運転制御する必要がある。スラグの流下状態を評価する従来技術としては、スラグ流下画像を用いてスラグ流下状態を判定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、スラグ流下が不安定な場合の制御方法として、ガス化炉に供給する酸素量を補正する方法がある
（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
石炭ガス化プラントでは、石炭中に含まれる灰を溶融してスラグとして排出すれば良いが、灰溶融プラントでは、石炭中に含まれる灰だけでなく、石炭に対する質量比で３倍から５倍の灰を処理する必要がある。一旦、スラグ溶融が滞ると加速度的にスラグの流下が悪化し、スラグ排出口の閉塞につながる可能性があるので、灰溶融プラントでは、石炭ガス化プラントよりも多くのスラグ安定流下を図るためのしくみと、きめ細かな制御が求められる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６４−２４８９４号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平１１−２２４８５号公報（
【０００６】〜
【０００７】，第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、石炭を空気及び酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、石炭に対する質量比で３倍から５倍の石炭灰を、溶融して安定に排出する運転制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
石炭を空気又は酸素を用いて燃焼し、得られた燃焼熱で石炭灰を溶融してスラグとして回収する灰溶融プラントにおいて、灰処理指令に基づいて求めた灰供給指令に対し、この指令を補正するためにスラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価し、スラグ流下が安定な場合には灰供給量を増加し、スラグ流下が不安定になった場合には灰供給量を減少する。
【００１０】
また、灰処理量，石炭性状，灰性状から決めた酸素供給指令に対しては、スラグ流下状況を評価した結果をもとに、スラグ流下が安定な場合には酸素供給量を増加し、スラグ流下が不安定になった場合には酸素供給量を減少する。
【００１１】
さらに、スラグ流下部を助燃するための軽油供給指令に対しては、スラグ流下状況を評価した結果をもとに、スラグ流下が不安定になった場合には軽油供給量を増加し、スラグ流下が不安定な状態から安定な状態に回復した場合には軽油供給量を予め設定された値に戻す。
【００１２】
上記の灰供給量を減じるスラグ流下の安定化方法は、灰溶融炉全体で必要となる熱量を減じる効果を持ち、酸素供給量を増量するスラグ流下の安定化方法は、特にスラグ排出口より上側の温度を上昇させ、スラグ安定流下させる効果を持つ。また、軽油供給量を増量するスラグ流下安定化方法は、スラグ排出口より下部の温度を上昇させ、スラグ流下を安定させる効果を持つ。そこで、これらをスラグ流下状態，灰溶融炉の炉内状況に応じて組み合わせ、スラグ流下が安定化されるように制御する。例えば、スラグ排出口の上部の温度が低い場合には酸素供給量を増量するスラグ流下の安定化方法を採用し、スラグ排出口下部の温度が低い場合には軽油供給量を増量するスラグ流下安定化方法を採用し、上記の２つのスラグ流下安定化方法をもってしてもスラグ流下が安定化しなかった場合に灰供給量を減じるスラグ流下の安定化方法を採用する制御ロジックを用いる。
【００１３】
灰溶融プラントは、微粉炭火力プラント設備内に追設することが、発生した灰の輸送やプラントユーティリティーの有効活用には適しているが、この場合、灰溶融プラントの排ガスを、微粉炭火力プラントのボイラに供給することが望ましい。この場合、灰溶融プラントを微粉炭火力プラントを連係して制御することができるようにするために、発電指令に基づいて設定された微粉炭火力発電プラントのボイラに対する石炭供給指令を、灰溶融プラントからの排ガス量とその温度に基づいて、ボイラにおける熱回収量が一定になるように、石炭指令を補正する。
【００１４】
スラグ流下を評価する方法としては、灰の量が多いため、スラグ流下部の画像による監視の他、スラグがクエンチ水に落下する音や、クエンチ水で水砕されたスラグをクラッシャーで粉砕する際の音を用いることで、スラグ流下評価の精度が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
まず、図４を用い、微粉炭火力発電プラントから発生した石炭灰を、石炭を燃焼して得られた燃焼熱で融解し、スラグとして回収する灰溶融プラントの概要を示す。石炭灰を溶融する灰溶融炉２００には、石炭１を供給するバーナと、石炭を燃焼するための空気５を供給するノズルと、石炭灰３を供給するノズルが設置されている。微粉炭火力プラントのボイラ３０１には、微粉炭を燃焼させるためのバーナと、ボイラの下流側に空気を供給する空気ノズルが設置されている。灰溶融炉からの排ガスは、冷却部２１０で冷却し、ボイラに供給する。ここで、石炭は、貯炭場から、石炭粉砕機３０３に運び、粉砕する。粉砕した石炭は、給炭機により、石炭の搬送空気が流れている石炭搬送管に供給される。ボイラでの燃焼熱は、伝熱管を介して蒸気として回収される。ボイラからの排ガスは、脱硝装置３１０によって窒素酸化物が窒素に還元され、さらにエアヒータ３２０でボイラに供給する空気を加熱し、集塵機３３０に供給される。集塵機では、石炭を燃焼した際に固体として残留する石炭灰が回収される。集塵機を通過した後、排ガスは脱硫装置３４０で硫黄酸化物が除去され、煙突３５０から排出される。集塵器で捕集した石炭灰はホッパに貯留され、空気搬送により灰溶融炉に供給される。
【００１６】
次に、図１を用い、このプラントの基本的な制御方式を示す。微粉炭火力発電プラントの微粉炭火力発電プラント制御装置１２０に対しては、発電指令１２１が送られる。この発電指令をもとに、微粉炭火力発電プラント制御装置は発電プラント運転指令１２３を作成し、微粉炭火力プラントに送出する。これに対し、微粉炭火力発電プラントからは、発電プラント状態１２２が返送されてくる。これをもとに、フィードバック制御により、与えられた発電指令を満たし、なおかつ、プラントを安定に運転制御する。ここで、微粉炭火力発電プラントの制御装置は、プラントの運転状態が安定しており、灰溶融プラントからの排ガスを受け入れることができる状態になった場合、灰溶融プラント制御装置に灰溶融運転許可１２４を送信する。灰溶融プラントの運転が始まると、灰溶融プラントからは排ガスが供給されてくる。このガス量や性状は、灰溶融プラント制御装置から、微粉炭火力発電プラント制御装置へ、灰溶融プラント状態１１２として送付されてくる。このデータをもとに、微粉炭火力発電プラント制御装置は、発電プラント運転指令を補正し、微粉炭火力発電プラントの熱負荷が過負荷にならないように制御する。
【００１７】
灰溶融プラント制御装置１１０は、微粉炭火力発電プラントから灰溶融運転許可が出ており、かつ、灰処理指令１１１が入力されている場合、灰溶融プラントへの以下に示す供給量を制御する。すなわち、灰を溶融するための熱を得るための石炭１、および石炭を搬送するための石炭搬送用空気２，石炭を燃焼するための燃焼用空気５，灰３および灰を搬送するための灰搬送用空気４，空気で石炭を燃焼した場合には温度が低い場合に供給する酸素６，スラグ流下を促進するために補助的な熱を供給する軽油７および軽油燃焼用空気８，灰溶融炉出口の排ガスを冷却するための冷却空気９である。また、灰溶融プラント制御装置に対しては、灰溶融プラントから以下に示す状態量が送付され、それらをもとにフィードバック制御を実施する。灰溶融プラントの状態量には、灰溶融炉各部の温度２０１，スラグ流下状態２０２，スラグ排出量２０３，冷却部出口のガス流量２１１，温度２１２，組成２１３がある。
【００１８】
（実施例２）
本実施例では、図２を用い、灰溶融プラントの運転制御方法の詳細を示す。
【００１９】
灰溶融炉に対する石炭供給は、石炭供給指令１３０と実際の石炭供給量１３１の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで石炭供給量調整弁１１を制御する。石炭を搬送するための石炭搬送空気指令１５５は、石炭供給指令と予め設定された搬送空気／石炭比１４４をかけてもとめる。石炭搬送空気指令と実際の石炭搬送空気量１５６の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで石炭搬送空気流量調整弁２１を制御する。
【００２０】
冷却部出口ガス温度を制御するための冷却空気指令１５４は、あらかじめ設定されている冷却空気／石炭比１４３と石炭供給指令をかけあわせて作成する。ただし、冷却部出口のガス温度が目標温度になるように、実際の冷却部出口ガス温度１３２と冷却部出口目標ガス温度１３３の差をとり、比例積分制御演算を実施して補正量を求め、冷却空気指令を補正する。補正された冷却空気指令と実際の冷却空気供給量１６１の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで冷却空気量調整弁２１５を制御する。
【００２１】
基本運転条件である灰／石炭比１４５，燃焼用空気／石炭比１４６，酸素／石炭比１４７は、灰処理指令１１１，石炭性状１３４，灰性状１３５をもとに計算される。これらに石炭供給指令がかけ合わされ、灰供給指令１５７，燃焼用空気指令１５９，酸素供給指令１６０が作成される。
【００２２】
燃焼用空気指令に対しては、冷却部出口ガス組成１３６から灰溶融炉における燃焼状態を評価した結果をもとに作成した燃焼用空気補正１４８がたし合わされる。この補正された燃焼用空気指令と実際の燃焼用空気供給量１６５の差をとり、比例積分制御演算により操作量を求め、コントローラで燃焼用空気流量調整弁５１を制御する。
【００２３】
灰供給指令および酸素供給指令に対しては、スラグ排出量１３７，スラグ流下状態１３８，灰溶融炉内温度１３９からスラグ流下状態を評価した結果から作成された補正量がたし合わされる。補正が加えられた灰供給指令と実際の灰供給量１６２の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで灰供給量調整弁３１を制御する。同様に補正された酸素供給指令と実際の酸素供給量１６６の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで酸素供給制御弁６１を制御する。灰搬送空気指令１６３は、補正された後の灰供給指令と予め設定された灰搬送空気／灰比１５８とをかけ合わせて灰搬送指令を作成し、この灰搬送指令と実際の灰搬送空気供給量１６４の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで灰搬送空気流量調整弁
４１を制御する。
【００２４】
スラグ流下を促進するための軽油供給指令は、予め設定されている軽油供給指令１５２に対し、スラグ排出量，スラグ流下状態，灰溶融炉の炉内温度をもとにスラグ流下状況を評価した結果から求めた補正量１５１をたし合わせて補正し、この補正された軽油供給指令と実際の軽油供給量１６７の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで軽油供給量調整弁７１を制御する。軽油燃焼用空気指令１６８は、補正された軽油供給指令と予め設定された軽油燃焼用空気／軽油比１５３をかけ合わせて作成する。この軽油燃焼用空気供給指令と実際の軽油燃焼用空気供給量１６９の差をとり、比例積分制御演算を実施して操作量を求め、コントローラで軽油燃焼用空気供給量調整弁８１を制御する。
【００２５】
なお、スラグ流下評価・補正量計算１４２部では、灰供給補正，酸素供給補正，軽油供給補正を、スラグ排出量，スラグ流下状況，炉内温度に基づいて最適に配分する機能を持つ。例えば、スラグ排出口の上部の温度が低い場合には酸素供給量を増量する補正を作成し、スラグ排出口下部の温度が低い場合には軽油供給量を増量する補正を作成し、上記の２つの補正を実施後もスラグ流下が安定化できない場合に灰供給量を減じる補正を作成する制御ロジックが組み込まれる。
【００２６】
（実施例３）
本実施例では、図３を用い、灰溶融プラントの排ガスを微粉炭火力発電プラントのボイラに供給した場合に必要となる運転制御方法の補正を示す。
【００２７】
微粉炭火力発電プラントでは、発電指令１２１に基づいて石炭供給指令１８７が計算されるが、実際の発電出力１８１と発電指令との差をとり、比例積分制御演算を実施し、石炭供給指令の補正１８５を計算し、これを石炭供給指令にたし合わせる。さらに、灰溶融プラントを接続した場合には、灰溶融プラントからの排ガスがボイラに供給されるが、この量と温度から、ボイラに対する石炭供給の補正１８８を計算し、これをたし合わせる。この補正された石炭供給指令と実際の石炭供給量１８９の差をとり、比例積分制御演算を実施することで操作量を求め、コントローラで石炭供給量調整弁１９０を制御する。このような補正を加えることで、ボイラにおける熱負荷が過負荷になることを防ぐことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭に対する質量比で３倍から５倍の石炭灰を処理することが求められる灰溶融プラントにおいても安定なスラグ排出を実現することが可能である。状況に応じて最適なスラグ安定排出方法を選定することで、灰溶融プラントのランニングコストを削減することが可能である。灰溶融プラントを、微粉炭火力発電所と隣接して設置する場合においても、灰溶融プラントからの排ガス流量，温度，性状などからボイラへの石炭供給量を補正することにより、ボイラでの熱負荷が過負荷になることなく、運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の運転制御方法の概要を示すブロック図。
【図２】本発明による灰溶融プラントの運転制御方法の詳細を示すブロック図。
【図３】本発明による微粉炭火力発電プラントの運転制御方法の詳細を示すブロック図。
【図４】灰溶融プラントを追設した微粉炭火力発電プラントの概要を示すブロック図。
【符号の説明】
１…石炭、２…石炭搬送用空気、３…灰、４…灰搬送用空気、５…燃焼用空気、６…酸素、７…軽油、８…軽油燃焼用空気、１０…スラグ、９１…排ガス、
１１０…灰溶融プラント制御装置、１１１…灰処理指令、１１２…灰溶融プラント状態、１２０…微粉炭火力発電プラント制御装置、１２１…発電指令、１２２…発電プラント状態、１２３…発電プラント運転指令、１３０…石炭供給指令、
１８９…石炭供給量、２００…灰溶融炉、３００…微粉炭火力発電プラント、
３０１…ボイラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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