(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火力発電所や燃焼プラント、石炭ガス化設備で発生する含じん排ガスからダストを除去する脱塵システムの挙動を模擬する脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法であって、
前記脱塵システムの含じん排ガス中のダストを捕捉するフィルタ、自己循環ブローダウン装置、エゼクタを備えて構成される排ガス系を有する前記脱塵システムの前記排ガス系の実機データ解析から得られる圧損特性式を基礎として、前記排ガス系のガス体積流量ξに対応する電流、前記排ガス系の配管抵抗Ｒpipeに対応する電気抵抗、前記排ガス系の前記フィルタの濾過抵抗Ｒfilterと濾過面積Ａとの比（Ｒfilter／Ａ）に対応する電気抵抗、前記排ガス系の系統容量Ｖと系統圧力Ｐprocessとの比（Ｖ／Ｐprocess）に対応するコンデンサ容量、前記排ガス系の全圧損ＤＰ（ｔ）に対応する電位差により、前記脱塵システムの前記排ガス系と等価な電気回路モデルを設定する工程と、
前記電気回路モデルの各部の電圧や電流の変動により前記排ガス系の圧損挙動を模擬して前記脱塵システムの適正運転条件を設定する工程と、
を有することを特徴とする脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法。
【請求項２】
除じんされた排ガスの流れと逆方向に洗浄ガスを前記フィルタに吐出してフィルタ表面に捕捉した付着ダストを除去する逆洗ノズルを備えた逆洗系を有する前記脱塵システムに対し、前記電気回路モデルには前記逆洗系に対応する逆洗系モデルとして電流発生源とスイッチが付加されていることを特徴とする請求項１に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法。
【請求項３】
前記フィルタの前記濾過抵抗Ｒfilterが以下の圧損特性式（Ａ）で表されることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法。
Ｒfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂ-------------------------（Ａ）
但し、ηは排ガスの粘度、ｔは逆洗間隔（インターバル）、Ｄは実ダスト濃度、ａはフィルタに固有の定数、ｂはフィルタに固有の定数、ｃは定数である。
【請求項４】
火力発電所や燃焼プラント、石炭ガス化設備で発生する含じん排ガスからダストを除去する脱塵システムの圧損解析用シミュレータであって、
前記脱塵システムの含じん排ガス中のダストを捕捉するフィルタ、自己循環ブローダウン装置、エゼクタを備えて構成される排ガス系と、前記フィルタに捕捉したダストを定期的に除去する逆洗系と、を備える前記脱塵システムに対し、前記脱塵システムの前記排ガス系の実機データ解析から得られる圧損特性式が設定され、前記圧損特性式を基礎として、前記排ガス系のガス体積流量ξに対応する電流、前記排ガス系の配管抵抗Ｒpipeに対応する電気抵抗、前記排ガス系の前記フィルタの濾過抵抗Ｒfilterと濾過面積Ａとの比（Ｒfilter／Ａ）に対応する電気抵抗、前記排ガス系の系統容量Ｖと系統圧力Ｐprocessとの比（Ｖ／Ｐprocess）に対応するコンデンサ容量、前記排ガス系の全圧損ＤＰ（ｔ）に対応する電位差により、前記脱塵システムの前記排ガス系と等価に置き換えられた電気回路部を有することを特徴とする脱塵システムの圧損解析用シミュレータ。
【請求項５】
前記電気回路部に、除じんされた排ガスの流れと逆方向に洗浄ガスを前記フィルタに吐出してフィルタ表面に捕捉した付着ダストを除去する逆洗ノズルを備えた前記逆洗系に対応する逆洗系回路部として電流発生源とスイッチが付加されていることを特徴とする請求項４に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレータ。
【請求項６】
前記フィルタの前記濾過抵抗Ｒfilterが以下の圧損特性式（Ａ）で表されることを特徴とする請求項４又は５に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレータ。
Ｒfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂ-------------------------（Ａ）
但し、ηは排ガスの粘度、ｔは逆洗間隔（インターバル）、Ｄは実ダスト濃度、ａはフィルタに固有の定数、ｂはフィルタに固有の定数、ｃは定数である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電所や加圧並びに常圧流動床燃焼プラント等の燃焼プラント、石炭等のガス化設備の含じん高温排ガスのクリーンアップに用いられるセラミックチューブフィルタ等を備えた脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法及び圧損解析用シミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種燃焼プラントから排出される含じん排ガス中のダストによる周辺環境への影響が問題となっている。一方、ＣＯ２問題等に対応するためにさらなるプラント効率の向上が急務であり、このために高温の燃焼ガスを用いた複合サイクルが着目されている。
この複合サイクルで固体化石燃料等を燃焼する場合には含じん排ガス中にダストが含まれるため、高温での精密脱塵技術が必要となる。
この脱塵を行う脱塵装置（脱塵システム）には、高温下でのフィルタ耐性や脱塵性能が要求されると共に、灰（ダスト）の捕捉に伴って発生する圧損の特性を把握して付着ダストを適切に払い落とす逆洗の操作が重要である。
【０００３】
脱塵装置のフィルタに捕捉された付着ダストを払い落とすための逆洗には各種の方式があるが、高温脱塵装置ではフィルタとしてセラミックフィルタ等のリジット型を採用することが多いため、バグフィルタのようにフィルタ基材を変形させて付着ダストを払い落とす方法を取ることが不可能であり、圧縮ガス等を逆方向に瞬時に吹付けるパルス噴射方式が主流となっている。
例えば、特開平６−６３３２７号公報（以下イ号公報という）には、逆洗作業時に、吸引送風機の吸引通路を開閉ダンパによって遮断して、逆洗ノズルから噴出される圧縮空気が吸引空気によって弱められないようにして、吸引空気の通過障害を防止したフィルタ逆洗装置が開示されている。
このようなパルス噴射方式による付着ダストの払い落としは、逆洗気流によって付着ダスト層に生じる圧力差や通過気流によるものと考えられている。
逆洗時の圧力や付着ダスト層に加わる応力と払い落とし性の関係はＣｉｌｉｂｅｒｔｉらやＢｅｒｂｎｅｒらによって研究されている。また、逆洗時のダスト剥離挙動を高速ビデオやＣＣＤで観察したＤｉｔｔｌｅｒ  ＆  ＫａｓｐｅｒやＫａｎａｏｋａらによる研究が報告されている。
さらに、Ｓｅｖｉｌｌｅらは逆洗時の圧損とガス流速分布を流体力学的に求め、Ｆｅｒｅｒらは払い落とし後の残留ダスト状態のモデル解析を試みている。
Ｈｕｒｌｅｙらは燃焼前後の石炭中灰分の化学的、物理的変化をＣＣＳＥＭにより解析し、ダスト付着に関係する液相の量を推定している。
ＫａｎａｏｋａらやＫａｍｉｙａらも温度やガス性状と言った因子が、ダスト層の物性、及びダストの払い落とし性等に及ぼす影響について研究している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法においては、以下のような課題を有していた。
（１）単純な実験系とは異なる実プラントでは、その規模に応じて相当数のフィルタが必要となり、逆洗の単位として適当数のフィルタを一まとめにした脱塵室も多数構成されることから、それぞれの室の洗浄度合により各脱塵室間の差圧（Δｐ）が相互に影響されることになり、これらの関係を規定する圧損特性式の把握が非常に困難であるという課題があった。
（２）燃焼プラントにおける脱塵システムにおいては、ダストの捕捉性能のみならず、捕捉した付着ダストを効果的に払い落として機器の圧損を安定的に運用することが特に重要であるが、高温であるため実際の測定が困難であり、しかも流路抵抗等がダストの付着に伴って変動するために、脱塵システムの圧損挙動を逆洗時を含めて正確に把握するのが困難であるという課題があった。
（３）セラミックチューブフィルタ（ＣＴＦ）を用いる脱塵システムにおいてはダストの付着状況を把握するのが難しく、また燃料として使用する炭種等によっても付着状況が変動するために、充分な信頼性を有する圧損特性式が導出できないという課題があった。
（４）含じん排ガスの流れやこれを支配する要因が複雑に絡み合うために、流動床式ボイラ〜ＣＴＦ〜ガスタービン〜煙突までの排ガス系統の各ステップ毎に、簡単なモデル系を適用してＣＴＦの圧損の状態を模擬することは困難であった。
（５）イ号公報のように、実際に開閉ダンパの取付けや操作を行って圧損挙動を適正化させる方法では、この操作の際に脱塵室のガス流れを一定期間停止することになり、他の脱塵室への影響も大となり、作業負荷が大きくまた、設備の中断による生産性の低下を招くという課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、多数の脱塵室を有するような複雑な構成の脱塵システムの圧損挙動を逆洗時を含めて幅広く解析し、使用する燃料炭の種類に依らず適用可能な圧損特性式を導出して圧損挙動を模擬する圧損解析用シミュレータを提供し、最大圧損が最小でかつ圧損変動の少ない逆洗方法等の最適化を行うことのできる脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法を提供し、及び多数の脱塵室を有する複雑な構成の脱塵システムの圧損挙動を逆洗時を含めて広く解析することのできる圧損解析用シミュレータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法は、火力発電所や燃焼プラント、石炭ガス化設備で発生する含じん排ガスからダストを除去する脱塵システムの挙動を模擬する脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法であって、前記脱塵システムの含じん排ガス中のダストを捕捉するフィルタ、自己循環ブローダウン装置、エゼクタを備えて構成される排ガス系を有する前記脱塵システムの前記排ガス系の実機データ解析から得られる圧損特性式を基礎として、前記排ガス系のガス体積流量ξに対応する電流、前記排ガス系の配管抵抗Ｒpipeに対応する電気抵抗、前記排ガス系の前記フィルタの濾過抵抗Ｒfilterと濾過面積Ａとの比（Ｒfilter／Ａ）に対応する電気抵抗、前記排ガス系の系統容量Ｖと系統圧力Ｐprocessとの比（Ｖ／Ｐprocess）に対応するコンデンサ容量、前記排ガス系の全圧損ＤＰ（ｔ）に対応する電位差により、前記脱塵システムの前記排ガス系と等価な電気回路モデルを設定する工程と、前記電気回路モデルの各部の電圧や電流の変動により前記排ガス系の圧損挙動を模擬して前記脱塵システムの適正運転条件を設定する工程と、を有して構成されている。
この構成によって以下の作用が得られる。
（１）圧損特性式に基づいて脱塵システムの排ガス系と等価な電気回路モデルを設定するので、目的に応じた最適な逆洗条件等の探索を実機を用いることなく適正かつ精密に行うことができる。
（２）高温におけるフィルタの逆洗時を含む脱塵システムの圧損挙動を、高温下での操作や測定の困難性に煩わされることなく解析することができる。
（３）燃料中に含まるダスト成分等のデータのみから、炭種により変動する脱塵システムの圧損挙動を事前に予測可能である。
（４）フィルタの圧損のみならず、燃焼プラントの排ガス系の各部位における圧力や流量の状態が予測可能である。
（５）電気回路モデルの挙動により排ガス系を模擬して脱塵システムを含む燃焼プラントの適正設定条件を定めるので、拡張性に優れると共に、モデルの再構築により複雑で大型化した脱塵システムの設計を効率的に行うことができる。
【０００７】
ここで脱塵システムは、加圧流動床複合発電所（ＰＦＢＣ）等の燃焼プラントに設けられた高温用セラミックチューブフィルタ（ＣＴＦ：Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｔｕｂｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）やセラミックフィルタ等を備えたＣＴＦや除塵用サイクロン等を備えたシステムが該当する。
脱塵システムの排ガス系を規定する圧損特性式は、セラミックチューブフィルタ（ＣＴＦ）等において、その圧損挙動を詳細に解析することで導出することができる。例えば、フィルタ前後の差圧ΔＰをフィルタ基材に関わる固定項ΔＰｂａｓｅと、ダストの堆積に関わる変動項ΔＰｏｗｎとの和で表した圧損特性式（△Ｐ＝△Ｐｂａｓｅ＋△Ｐｏｗｎ）として表現できる。
【０００８】
排ガス系と等価な電気回路モデルは、排ガス系の過渡現象や物質移動等を表す微分方程式等が同形式となる電気回路であり、この電気回路自体や、この電気回路をコンピュータ上のメモリに記憶、構成させたモジュール等を用いて排ガス系の圧損を類推して解析できるモデルをいう。
電気回路モデルは、抵抗やコンデンサ、コイル、定電源等の回路要素の集合で構成される。これらの回路要素は例えば、式（ｉＲ1＋ｉＲ2＋１／Ｃ∫ｉｄｔ＝ｅ（ｔ））のような数式によって相互に関連付けることができる。ここで、ｉは排ガス系のガス体積流量ξに対応する電流、Ｒ1は排ガス系の配管抵抗Ｒpipeに対応する電気抵抗、Ｒ2は排ガス系のフィルタの濾過抵抗Ｒfilterと濾過面積Ａとの比（Ｒfilter／Ａ）に対応する電気抵抗、Ｃは排ガス系の系統容量Ｖと系統圧力Ｐprocessとの比（Ｖ／Ｐprocess）に対応するコンデンサ容量、ｅ（ｔ）は排ガス系の全圧損ＤＰ（ｔ）に対応する電位差である。
なお、Ｒ2におけるダストのフィルタへの付着抵抗は、燃料となる炭種等によって付着する灰の量が変動することから、この変動分を特性式に組み込むようにしている。また、電気抵抗やコンデンサの他に、電気要素としてのコイルを付加することにより、緩和時間による減衰や過渡特性等を模擬することのできる電気回路モデルを設定することもできる。
このように電気回路モデルを記述する式は、これに対応する排ガス系の流体モデルを規定する関係式（ξＲpipe＋ξＲfilter／Ａ＋（Ｐprocess／Ｖ）∫ξｄｔ＝ＤＰ（ｔ））と数学的に同形に表現されるので、電気回路モデルを用いて脱塵システムを含む燃焼プラントにおける排ガス系のシミュレーションを適切かつ迅速に行うことができる。
脱塵システムの適正運転条件は、電気回路モデルにおける各部位の設定条件を変化させて、これに伴う各部の電圧や電流の変動を直接的に測定したり、あるいは電気回路モデルをコンピュータのシミュレーションプログラム上に組み込んで構成し、これを用いて演算したりすることで設定できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法において、除じんされた排ガスの流れと逆方向に洗浄ガスを前記フィルタに吐出してフィルタ表面に捕捉した付着ダストを除去する逆洗ノズルを備えた逆洗系を有する前記脱塵システムに対し、前記電気回路モデルには前記逆洗系に対応する逆洗系モデルとして電流発生源とスイッチが付加されて構成されている。
この構成によって、請求項１に記載の作用の他、以下の作用が得られる。
（１）予め実験結果をべ一スに用いることなく、セラミックチューブフィルタ等のフィルタに捕捉されたダストによる圧損特性や逆洗時の各部圧損変化等についてモデル解析を行うことができる。これにより、通常操業時のみならず逆洗時も含めて脱塵システムの圧損挙動を適正かつ迅速に予測することができる。
（２）脱塵システムの運転時の条件を適正に定めることができ、効率的な操業を行って、燃焼プラントの稼動効率や生産性を向上させることができる。
（３）多数の脱塵室で構成される複雑な脱塵システムにおいても、逆洗時を含む圧損挙動の解析が可能になる。
【００１０】
ここで、フィルタには、チューブ状に形成されたセラミックチューブフィルタや板状、キャンドル状等のセラミックフィルタ、あるいは金属製のもの等が使用できる。セラミックを素材とするフィルタは、アルミナ、シリカ又はこれらの複合酸化物等からなる多数の微小な連通気孔を有した多孔質セラミックが適用できる。
ＣＴＦは、例えば水冷支持板にて垂直方向に多段に分割され、ガス入口部のトップチヤンバー、複数のＣＴＦがそれぞれ組込まれた多段構成の脱塵室及び最下段のホッパーで構成される。セラミックフィルタにより精密脱塵された清浄ガスは、各脱塵室から水平方向に配置されたエゼクタ、連結管、集合管を通過して下流側のガスタービン等に導入される。
逆洗系は、フィルタの内面に捕捉されたダストを定期的に逆方向の外面側から圧縮空気を吹付けて払い落とすための逆洗ノズル、高速逆洗弁、圧縮空気貯留タンク等を有して構成されている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法であって、前記フィルタの前記濾過抵抗Ｒfilterが以下の圧損特性式（Ａ）で表されて構成されている。
Ｒfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂ-------------------------（Ａ）
但し、ηは排ガスの粘度、ｔは逆洗間隔（インターバル）、Ｄは実ダスト濃度、ａはフィルタに固有の定数、ｂはフィルタに固有の定数、ｃは定数である。
この構成によって、請求項１又は２の作用に加えて、以下の作用を有する。
（１）変動するフィルタの濾過抵抗Ｒfilterを実ダスト濃度Ｄの関数として規定できるので、燃料として用いる炭種の分析データ等から推定されるダスト濃度に基づいて排ガス系の状態を適正にミュレーションすることができる。
（２）互いに区画された多数の脱塵室を有する脱塵システムにおいて、各脱塵室のフィルタ毎にそれぞれ濾過抵抗Ｒfilterを規定して、複雑に関連しあう脱塵システムを的確に模擬して、これらの挙動の解析を精密に行うことができる。
（３）フィルタの濾過抵抗ＲfilterがＲfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂで表されるので、これと等価な電気回路モデルを容易に構成することができる。
【００１２】
請求項４に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータは、火力発電所や燃焼プラント、石炭ガス化設備で発生する含じん排ガスからダストを除去する脱塵システムの圧損解析用シミュレータであって、
前記脱塵システムの含じん排ガス中のダストを捕捉するフィルタ、自己循環ブローダウン装置、エゼクタを備えて構成される排ガス系と、前記フィルタに捕捉したダストを定期的に除去する逆洗系と、を備える前記脱塵システムに対し、前記脱塵システムの前記排ガス系の実機データ解析から得られる圧損特性式が設定され、前記圧損特性式を基礎として、前記排ガス系のガス体積流量ξに対応する電流、前記排ガス系の配管抵抗Ｒpipeに対応する電気抵抗、前記排ガス系の前記フィルタの濾過抵抗Ｒfilterと濾過面積Ａとの比（Ｒfilter／Ａ）に対応する電気抵抗、前記排ガス系の系統容量Ｖと系統圧力Ｐprocessとの比（Ｖ／Ｐprocess）に対応するコンデンサ容量、前記排ガス系の全圧損ＤＰ（ｔ）に対応する電位差により、前記脱塵システムの前記排ガス系と等価に置き換えられた電気回路部を有して構成されている。
この構成によって、以下の作用を有する。
（１）燃焼プラントの排ガス系と等価な電気回路部を有して構成される圧損解析用シミュレータを用いて、逆洗系を備えた脱塵システムを含む燃焼プラントの排ガス系の挙動を模擬することができ、高温における脱塵システムの圧損挙動を逆洗時を含めて効率的に解析できる。
（２）圧損解析用シミュレータを用いて、燃料中の灰分等の分析データのみから特性式の設定変更を行うことにより燃料炭の種類毎の圧損挙動が事前に予測可能である。
（３）使用する燃料の種別や種類の異なる混合燃料の構成割合毎に圧損及びその挙動が推定でき、かつ目的毎に逆洗の最適化ができることから、この目的に応じて最適な逆洗条件の探索が可能であり、機器やシステム設計、コスト計算並びに燃料の選別等への適用ができる。
（４）ＣＴＦにおける圧損のみならず、排ガス系の各部における圧力や流量の状態を予測可能である。
（５）圧損解析用シミュレータは電気回路で構成されるため拡張性に優れ、モデルの再構築を簡単に行えると共に、より複雑で大型化したボイラ等の燃焼プラント等の設計ツールとしても活用できる。
（６）圧損解析用シミュレータを用いて脱塵システムの実機特性に合わせて等価電気回路の各パラメータを変化させながら脱塵システムの圧損等の解析を精密かつ効果的に行うことができる。
【００１３】
ここで、電気回路部は、実際の排ガス系を解析して得られる圧損特性式を基礎として、これと等価な作動機能を有する回路に置き換えて構成されたものであり、例えば、市販のシミュレーションプログラムがＲＯＭ等の記憶媒体に組み込まれた集積回路等が該当する。
電気回路部は、例えばＣＴＦや逆洗装置、自己循環ブローダウン装置、エゼクタ等を備えて構成される排ガス系をそれぞれ、これらと電気的に等価な作動をするコンデンサや抵抗等の電気回路要素に置き換えて構成される回路である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータにおいて、前記電気回路部に、除じんされた排ガスの流れと逆方向に洗浄ガスを前記フィルタに吐出してフィルタ表面に捕捉した付着ダストを除去する逆洗ノズルを備えた前記逆洗系に対応する逆洗系回路部として電流発生源とスイッチが付加されて構成されている。
この構成によって、請求項４に記載の作用の他、以下の作用が得られる。
（１）予め実験結果をべ一スに用いることなく、セラミックチューブフィルタ等のフィルタに捕捉されたダストによる圧損特性や逆洗時の各部圧損変化等についてモデル解析を行うことができる。これにより、通常操業時のみならず逆洗時も含めて脱塵システムの圧損挙動を適正かつ迅速に予測することができる。
（２）脱塵システムの運転時の条件を適正に定めることができ、効率的な操業を行って、燃焼プラントの稼動効率や生産性を向上させることができる。
（３）多数の脱塵室で構成される複雑な脱塵システムにおいても、逆洗時を含む圧損挙動の解析が可能になる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータにおいて、前記フィルタの前記濾過抵抗Ｒfilterが以下の圧損特性式（Ａ）で表されて構成されている。
Ｒfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂ-------------------------（Ａ）
但し、ηは排ガスの粘度、ｔは逆洗間隔（インターバル）、Ｄは実ダスト濃度、ａはフィルタに固有の定数、ｂはフィルタに固有の定数、ｃは定数である。
この構成によって、請求項４又は５の作用に加えて、以下の作用を有する。
（１）変動するフィルタの濾過抵抗Ｒfilterを実ダスト濃度Ｄの関数として規定できるので、燃料として用いる炭種の分析データ等から推定されるダスト濃度に基づいて排ガス系の状態を適正にミュレーションすることができる。
（２）互いに区画された多数の脱塵室を有する脱塵システムにおいて、各脱塵室のフィルタ毎にそれぞれ濾過抵抗Ｒfilterを規定して、複雑に関連しあう脱塵システムを的確に模擬して、これらの挙動の解析を精密に行うことができる。
（３）フィルタの濾過抵抗ＲfilterがＲfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂで表されるので、これと等価な電気回路モデルを容易に構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の圧損解析用シミュレータは、７１ＭＷｅ加圧流動床複合発電所（ＰＦＢＣ）に設置されたセラミックチューブフィルタ（以下ＣＴＦという）を用いた脱塵システムにおける排ガス系の圧損解析から得られた圧損特性式により動作が規定され、プラントの排ガス系に対応した等価電気回路モデル並びに簡略逆洗モデルに対応するモジュールをシミュレーションプログラムに組み込んで作成したものを用いた。
以下この圧損解析用シミュレータを用いた実証試験の概要等について詳細に説明する。
【００１７】
（ＰＦＢＣ実証機の概要）
シミュレーションの対象とした加圧流動床複合発電所（７１ＭＷ−ＰＦＢＣ）における実証試験は、ボイラ構造や脱塵システムの構成方法の違いからＰｈａｓｅ１及びＰｈａｓｅ２の２つに分けて行った。
Ｐｈａｓｅ１では脱塵システムとして１次サイクロン（７基）とＣＴＦ（２基）を採用した。
Ｐｈａｓｅ２では脱塵システムとしてＰｈａｓｅ１の１次サイクロン全数を撤去して、ボイラ出口に２基のダスト循環サイクロンとその出口にＣＴＦ２基を並列に設置して設定した。
図１はＰｈａｓｅ２に相当する実施の形態の圧損解析用シミュレータを適用する脱塵システム（脱塵装置）の構成図である。
図１において、１０は加圧流動床複合発電所（燃焼プラント）、１１は燃料を燃焼させ高温のガス（含じん排ガス）が生成するボイラ、１２は圧力容器１１ａ内に設けられたダスト循環サイクロン、１３はボイラ１１から排出された排ガスを脱塵させるための脱塵システムを構成する２基のＣＴＦ、１４は脱塵された清浄な排ガスにより駆動されるガスタービン（ＧＴ）、１５は窒素酸化物除去装置（ＤｅＮＯｘ）、１６は排熱をボイラ給水に回収するためのエコノマイザ、１７はＣＴＦ不具合時のバックアップ用となる排ガス中の微小なダストを貯留、除去するためのバグハウス、１８は大気中に使用後の排ガスを放出するための煙突、１９は蒸気タービン（ＳＴ）である。なお、ＣＴＦ１３はＡＢ２系統を併設しているが、図１では説明の都合上１基のみを示している。
【００１８】
図１に示すＰｈａｓｅ２ではボイラ１１から飛び出したダストのうち、粒径が略数十〜二百μｍのフライアッシュをダスト循環サイクロン１２にて捕集してボイラ１１に再循環するが、それ以下の大きさのフライアッシュ（ダスト）は全量がＣＴＦ１３に送られるため、ＣＴＦ１３のフィルタで捕集されるダスト量はＰｈａｓｅ１に比べて約１０倍となった。また、ダスト循環サイクロン１２の仕様からＣＴＦで捕捉されるダストの平均粒径は１０〜２０μｍ、最大粒径は約１００μｍであった。
【００１９】
（ＣＴＦの概要）
図２はＣＴＦの構成図である。
図２において、２２はボイラ１１からの含じん排ガスが供給されるガス供給口、２３はＣＴＦ１３内に配置されたフィルタ、２４はガス供給口２２から含じん排ガスが導入、分配されるトップチヤンバー、２５は上段脱塵室、２６は中段脱塵室、２７は下段脱塵室、２８は最下部に配置されたダストホッパー、２９はエゼクタ、３０は上段脱塵室２５、中段脱塵室２６、下段脱塵室２７の各フィルタ２３で清浄化された排ガスを集合させるための集合管、３１は洗浄ガスをエゼクタ２９に噴射するための逆洗ノズル、３２は逆洗ガス（圧縮空気）を溜めるためのタンク、３３は空気を加圧するためのコンプレッサ、３４は自己循環ブローダウン装置（ＳＣＢ）、３５はタンク３２内の逆洗ガスを逆洗ノズル３１に供給するための高速逆洗弁である。
図２に示すように脱塵システムはＣＴＦ１３、フィルタ２３、逆洗系を構成する逆洗ノズル３１、高速逆洗弁３５及び、自己循環ブローダウン装置３４を有して構成されている。
【００２０】
Ａ／Ｂ系統の２塔から成るＣＴＦ１３はそれぞれが４段の水冷支持板にて垂直方向に５つの室に分割され、ガス入口部を有するトップチヤンバー２４、各８１本のフィルタ２３がそれぞれ組込まれている上中下段３段構成の脱塵室２５〜２７及び最下段のホッパー２８で構成されている。
フィルタ２３で精密脱塵された清浄ガスは、各脱塵室２５〜２７から水平方向に配置されたエゼクタ２９、連絡管や集合管３０を通過して発電機等を駆動させるためのガスタービン１４（ＧＴ）に導入される。
３段で構成されるＣＴＦ１３の下段下部において、ガス／ダスト粒子の滞留を防ぐために適切な下降ガス流速を確保する目的で、自己循環ブローダウン装置３４を設置した。自己循環ブローダウン装置３４は循環流を引き起こすためのディフューザ（ガス入口部に設置）と各塔１２本の上昇管（通常のフィルタと同じ）並びに両者を繋ぐ金属製の連絡管から成る。
フィルタ２３の内面側に付着、捕捉された付着ダストを定期的に外面から圧縮空気を吹付けて払い落とすための逆洗ノズル３１を有した逆洗装置が装備されている。
逆洗装置は高速逆洗弁３５、逆洗ノズル３１並びに逆洗時のフィルタ２３への熱衝撃緩和用としてのエゼクタ２９及び各脱塵室２５〜２７の出口側に設置された再生器を有して構成される。
以上の逆洗装置の逆洗系を規定する逆洗パラメータ（１）〜（４）について以下に説明する。
【００２１】
（１）高速逆洗弁「開」時間：Ｆａｓｔ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｖａｌｖｅ  ｏｐｅｎｔｉｍｅ（Ｂａｓｅ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）
高速逆洗弁「開」時間は逆洗時のフィルタ内外差圧（有効逆洗差圧）を決定するパラメータであり、圧損の安定性と逆洗空気消費量から適切な値があり、実機ではベースパラメータとして０．１６〜０．２５ｓの範囲で運用した。
なお、高速逆洗弁３５の開閉には約０．５ｓを要することから、全弁「開」時間は０．６５〜０．７５ｓの範囲とした。
【００２２】
（２）逆洗圧力：Ｐｕｌｓｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ（Ｂａｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒ）
フィルタ圧損に強く影響し、過少設定だと圧損は直ぐに不安定となる。実機では有効逆洗差圧が６０〜８０ＫＰａ程度となるように、プロセス圧（ＣＴＦ入口圧力）＋約１．５ＭＰａで運用した。
【００２３】
（３）逆洗インターバル：Ｐｕｌｓｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｖａｌ
ＣＴＦは多段の脱塵室で構成されるため、全圧損ができるだけ安定で、制限値以下となるようにバランスよく逆洗を行う必要がある。逆洗インターバルは自室逆洗から次の自室逆洗までの時間と定義し、操作パラメータとして取り扱われる。実機では９分間のインターバルを基本として最長３０分（Ｐｈａｓｅ１のサイクロンバイパス運用時のインターバル時間）にて運用した。
【００２４】
（４）逆洗モード：Ｐｕｌｓｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｍｏｄｅ
各脱塵室２５〜２７の逆洗の順番を規定する操作パラメータとして扱える。両Ａ／Ｂ塔のダスト処理平準化の観点から、Ａ／Ｂ２系統を交互に上中下段の順番で逆洗する運用を基本とした。
Ｐｈａｓｅ１ではＡ系上中下段（ＡＵ、ＡＭ、ＡＬで表記）の順に、次いでＢ系上中下段（ＢＵ、ＢＭ、ＢＬで表記）の順で主に試験を実施した。
【００２５】
（排ガス系シミュレータ）
ＰＦＢＣ排ガス系に適用される圧損解析用シミュレータは排ガス系を模擬する等価電気回路モデル、逆洗時の排ガス変動を模擬するための簡略逆洗モデル並びにＣＴＦ圧損特性式を有して構成されている。以下これらの構成要素について順を追って説明する。
【００２６】
（等価電気回路モデル）
図３は圧力源から配管や濾渦部を通って後流のタンクに繋がる、簡略化した流体モデルとこの一部に対応する電気回路モデルの模式構成図である。
図３において、４０は流体モデル、４１はボイラ部、４２はフィルタを有した脱塵装置部、４３は脱塵装置部４２で清浄化された排ガスが供給される後続の排ガス利用装置、４４は流体モデル４０の一部に対応した抵抗、コンデンサ等の回路要素で構成される電気回路モデルである。
排ガス系に対応する電気回路モデル４４は、以下の圧損特性式で表現される。  ｉＲ1＋ｉＲ2＋１／Ｃ∫ｉｄｔ＝ｅ（ｔ）-------------------------式−１
ここで、ｉは電流［Ａ］、Ｒ1、Ｒ2は各抵抗［Ω］、Ｃはコンデンサ容量［Ｆ］、ｅ（ｔ）は電位差［Ｖ］である。
一方、ガスの体積流量をξ（ｍ3／ｓ）とし流体モデルを下式で表す。
ξＲpipe＋ξＲfilter／Ａ＋（Ｐprocess／Ｖ）∫ξｄｔ＝ＤＰ（ｔ）--式−２
ここで、Ｒpipeは配管抵抗［Ｐａ／ｍ3／ｓ］、Ｒfilterはフィルタの濾過抵抗［Ｐａ／ｍ／ｓ］、Ｐprocessは系統圧力［Ｐａ］、Ａは濾過面積［ｍ2］、Ｖは系統容量［ｍ3］、ＤＰ（ｔ）は全圧損［Ｐａ］である。
このような流体モデル４０と電気回路モデル４３における各構成要素パラメータの関連付けの例を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0004557403.tif 000002
【００２８】
ここではガスの慣性による影響は非常に小さいとして無視した。また、式−２の第１項は単相管内流の公式から流速の２乗とすべきだが、本プロセスでは負荷変化時の実体積流量変化が少ないことから、便宜上１次として扱った。
以上説明したように、本実施の形態の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法は、圧損特性式により相互に関連付けられた回路要素を有して構成され、脱塵システムの排ガス系と等価な電気回路モデルを設定する工程を有して構成されている。
【００２９】
図４は、Ｐｈａｓｅ２の脱塵システムの排ガス系に対応する等価電気回路の構成図である。
図４において、５０は抵抗（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）を有して構成された等価電気回路、５３は圧損特性式に基づいて抵抗値を設定できる可変抵抗回路部、５４は可変抵抗回路部５３を制御するための制御電源である。
ここで、高温脱塵システムの上流や下流に位置する機器の特性が脱塵システム（ＣＴＦ）の圧損挙動に影響を及ぼすと考えられるため、ボイラ〜脱塵システム（ＣＴＦ）〜ＧＴ（〜煙突）を模擬する等価電気回路５０とした。
等価電気回路５０は、Ａ／Ｂ２系統のＣＴＦ（脱塵システム）相当部５５と、ＣＴＦ相当部５５に排ガスを供給する側のボイラ相当部５６、及びＣＴＦ相当部５５から排ガスが供給されるガスタービン相当部５７とを有しており、ボイラ相当部５６やガスタービン相当部５７の設定条件を種々異ならせたことにより、脱塵システムのシミュレーションを行うことができるように構成されている。
このＡ／Ｂ２系統のＣＴＦを有する等価電気回路５０において、コンデンサ（Ｃ１）はダスト循環サイクロンの内容積に対応し、コンデンサ（Ｃ３１）はガス管の内容積に対応する。
また抵抗（Ｒ４１）はダスト循環サイクロンにおける流路抵抗に対応し、抵抗（Ｒ４２）はガス管における流路抵抗に対応している。
フィルタを備えたＣＴＦは２塔で構成されているが、ここではガス管で２分岐後の１塔分について説明をする。なお、自己循環ブローダウン装置（ＳＣＢ）のエゼクタ抵抗はＲ１、トップチャンバーとホッパーの容積はそれぞれＣ２、Ｃ３で表している。
【００３０】
次に上段脱塵室に着目すると、上段脱塵室に対応する電気回路モデルの回路要素はフィルタの流路抵抗に対応する抵抗（Ｒ１：固定項、Ｘ１：変動項）、再生器の流路抵抗に対応する抵抗（Ｒ３）、連絡管の流路抵抗に対応する抵抗（Ｒ４）並びに脱塵室とエゼクタの容量を模擬するコンデンサ（Ｃ４、Ｃ２１）から構成される。なお、フィルタの流路抵抗に対応する電気抵抗の値（Ｒ１：固定項、Ｘ１：変動項）は圧損特性式に基づいて決定される。
逆洗は電流発生源（Ｉ２）とスイッチ（Ｓ１）で模擬される。Ｒ１４〜Ｒ１６は集合管の抵抗であり、ガス合流後からＧＴ（〜煙突）までの容量と抵抗はそれぞれＣ１２とＲ３３とで表現した。
【００３１】
以上の電気回路モデルに適用される電気回賂シミュレーションプログラムとしてはＰｓｐｉｃｅＯ（サイバーネット株式会社製）を使用した。
ＰｓｐｉｃｅＯは、コンピュータ上で電気回路の動作をシミュレーションさせることができるソフトウェアであり、電気回路の構成を入力する回路エディタと、この電気回路のシミュレーションを行う回路シミュレータとを備えている。
こうして、電気回路モデルの構成を回路エディタに入力し、回路シミュレータを用いて、脱塵システムの排ガス系を模擬することができる。以下、電気回路シミュレーションプログラムを適用したシミュレーション方法や、その結果等についてさらに詳細に説明する。
【００３２】
（ＣＴＦ圧損特性式）
脱塵システムの排ガス系を解析して設定されるＣＴＦ圧損特性式において、フィルタの圧損ΔＰはフィルタ基材に関わる固定項△Ｐｂａｓｅと、ダストの堆積に関わる変動項△Ｐｏｗｎの和として下記の通り表現できる。
△Ｐ＝△Ｐｂａｓｅ＋△Ｐｏｗｎ…………………………………式−３
ここで、△Ｐはフィルタの圧損［Ｐａ］、△Ｐｂａｓｅは逆洗直後の圧損［Ｐａ］、△Ｐｏｗｎは付着したダストによる圧損［Ｐａ］である。
なお、付着したダストによる圧損の特性式の導出に当たっては、濾過抵抗値が時間に対して１次で、各脱塵室間で濾過抵抗値が下段＜中段＜上段の特性を有するものとした。
以下、このような圧損特性式を適用して得られる排ガス系の知見等（１）〜（３）について個別に詳述する。
【００３３】
（１）逆洗直後の圧損
逆洗によりパーマネント層及びフィルタ基材自身に変化が無いとすれば、逆洗直後の圧損（ベースライン圧損）はＤ′Ａｒｃｙ則に従う。実機の運転ではシステムの違いによりダスト濃度が大きく異なり、逆洗直後のフィルタ圧損に大きな変化が現われた。種々検討の結果、Ｄ′Ａｒｃｙ則にダスト濃度による補正を加えて相関を求め以下の相関式を得た。実績値と計算値を入れて算出したところ、その結果、実績値と計算値の間に良い相関を得ることができた。
△Ｐｂａｓｅ＝Ｖ×η×α×Ｌ／Ｋ……………………………式−４
ここで、Ｖは逆洗直後の濾過流速［ｍ／ｓ］、ηはガス粘度［Ｐａ・ｓ］、Ｌは厚さ（基材厚さＬ１＋パーマネント層厚さＬ２）［ｍ］、Ｋは通気率［ｍ２］、αはα＝Ｄ／Ｄ０（Ｄ：実ダスト濃度［ｇ／ｍ３］、Ｄ０：基準ダスト濃度［ｇ／ｍ３］である。なお、Ｄ０は通常１〜７［ｇ／ｍ３］を採用する。
【００３４】
バージンのフィルタ材に対して常温空気を用いた圧損計測結果より、通気率Ｋを得た。また、実機にて使用したフィルタを取り出して、同様に常温空気にて圧損を計測し、通気率Ｋに変化が無いと仮定して、実運転によりフィルタ表面に生成する等価パーマネント層を計算した結果、全厚みＬが求まる。これらのデータを式−４に代入すると、濾過抵抗値Ｒｃａｌは以下の定数βを含む式−５により計算される。
△Ｐｂａｓｅ／Ｖ＝β×η×Ｄ［Ｐａ／ｍ／ｓ］＝Ｒｃａｌ…式−５
ここでβは定数であり、通常１×１０８〜１×１０１０の範囲である。
【００３５】
Ｐｈａｓｅ１とＰｈａｓｅ２から燃料炭の炭種の違い等を考慮してデータを選択し、各段の抵抗値に関して実績値と計算値を比較した。
各脱塵室の逆洗直後の濾過流速は異なるため、実績値に関しては各脱塵室毎に逆洗直後の濾過流速を用いて、濾過抵抗値△Ｐｂａｓｅ／Ｖを計算した。ベースライン圧損に関して各段の濾過抵抗値（Ｒｉ，ｂａｓｅ：ｉは各段を表す、単位：［Ｐａ／ｍ／ｓ］）は、上中下段毎に仕事量に差があることから抵抗値が変わり、以下の式−６で記述できる。
上段：ＲＵ，ｂａｓｅ＝ＡＵ・Ｒｃａｌ＋ＢＵ
中段：ＲＭ，ｂａｓｅ＝ＡＭ・Ｒｃａｌ＋ＢＭ
下段：ＲＬ，ｂａｓｅ＝ＡＬ・Ｒｃａｌ＋ＢＬ
…………………………………………………式−６
なお、式−６の各係数（ＡＵ〜ＡＬ、ＢＵ〜ＢＬ）の間には（ＡＵ＞ＡＭ＞ＡＬ）、（ＢＵ＞ＢＭ＞ＢＬ）の不等式の関係が成立する。
そして、（１．２〜１．３）ＡＬ＝ＡＭ、（１．２〜１．３）ＡＭ＝ＡＵでＡＬが０．１〜０．２、ＢＵ〜ＢＬは概略２．０×１０５〜３．０×１０５の範囲で（ＡＵ＞ＡＭ＞ＡＬ）、（ＢＵ＞ＢＭ＞ＢＬ）のの関係が成立することが分かった。
また、式−６において、逆洗直後の各脱塵室の濾過流速から抵抗値を計算する方がより正確であるが、計算の簡略化のためここでは全脱塵室の平均濾過流速を用いた。
【００３６】
（２）付着したダストによる圧損
付著したダストに起因する圧損は、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎ式にて良好に記述可能である。しかし、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎ式を適用するにはダストに関する分析データが必要であることから、圧損の事前予測を行う上での制約となる。ここでは若干精度は落ちるものの、付着ダストによる圧損上昇率と実ダスト濃度の間にも相関があることに着目し、このデータを用いて定式化した。
図５はダストによる流路抵抗（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の時間変化を示すグラフである。
ダスト濃度に対する圧損の上昇勾配は各段で大きな違いは無く、図５に示すように逆洗インターバル間の濾過抵抗上昇勾配は逆洗（図５の０（ｓ）の位置）直後を除いて、時間に対して近似的に１次と考えられる。
【００３７】
ダストの付着に起因する濾過抵抗（Ｒｏｗｎ＝△Ｐｏｗｎ／Ｖで定義する）の逆洗インターバル間の平均勾配は、データ解析結果より以下の式−７で表現できる。
ｄＲｏｗｎ／ｄｔ＝ｃ・Ｄ………………………………式−７
ここでｃは濾過抵抗で決まる定数であり、濾過速度が４．０〜５．０ｃｍ／ｓの範囲では約１６である。
排ガスの上昇速度は逆洗インターバル間の平均勾配であることから、式−７は下記の式−８のように変形される。
Ｒｏｗｎ＝ｃ・Ｄ・ｔ………………………………………式−８
ここで、Ｄ：実ダスト濃度［ｇ／ｍ３］、ｔ：逆洗間隔（インターバル）［ｓ］である。
【００３８】
（３）フィルタの逆洗の前後の圧損に関する特性式
逆洗直後の圧損に関する式−５及び式−６と付着したダストによる圧損に関する式−８、並びに両者とフィルタの逆洗の前後の圧損に関する式−３から、上段脱塵室〜下段脱塵室のそれぞれの濾過抵抗ＲＵ〜ＲＬ（単位：［Ｐａ／ｍ／ｓ］）は以下の定数ａＵ、ａＭ、ａＬ、ｂＵ、ｂＭ、ｂＬを含む特性式で導出される。
上段：ＲＵ＝（ａＵ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂＵ
中段：ＲＭ＝（ａＭ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂＭ
下段：ＲＬ＝（ａＬ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂＬ
なお、各係数（ａＵ〜ａＬ、ｂＵ〜ｂＬ）の間には（ａＵ＞ａＭ＞ａＬ）、（ｂＵ＞ｂＭ＞ｂＬ）の不等式関係が成立する。
そして、（１．２〜１．３）ａＬ＝ａＭ、（１．２〜１．３）ａＭ＝ａＵでａＬが２〜３×１０８、ｂＵ〜ｂＬは概略２．０〜３．０×１０５の範囲で（ａＵ＞ａＭ＞ａＬ）、（ｂＵ＞ｂＭ＞ｂＬ）の関係が成立することが分かった。
【００３９】
（モデルのチューニング）
表１より電流値［Ａ］は実機の排ガス体積流量［ｍ３／ｓ］と同義とし、コンデンサ容量［Ｆ］は実機の各部概略体積［ｍ３］から定格負荷時相当の値［ｍ３／Ｐａ］を計算して固定で用いた。次にＣＴＦ圧損特性式（式−９）をインストールし、Ｐｈａｓｅ２の試運転時の設計炭１００％負荷における静特性データに基づいて、各部差圧がほぼ等しくなる様にモデル各部の抵抗値［Ω］を決めた。なお、ガスタービン部の抵抗はＣＴＦ入口圧力がほぼ測定値と等しくなるように設定した。逆洗を模擬する電流値は、逆洗時に発生する逆洗有効差圧が６０ＫＰａ程度となるようにチューニングした。
【００４０】
（実機運転結果に基づく逆洗パラメータの推定）
逆洗パラメータとしては高速逆洗弁「開」時間、逆洗圧力、逆洗インターバル及び逆洗モードがある。実機においては設計炭であるブレアソール炭（ＢＡ炭）と石油コークスを７：３の比率で含む混合燃料を用いて７６％負荷運転時に実施した、高速逆洗弁「開」時間変更試験と逆洗圧力変更試験の結果、及びこれらをモデルへ反映させる方法について以下の（１）、（２）に述べる。
【００４１】
（１）高速逆洗弁「開」時間変更試験
高速逆洗弁「開」時間の通常設定値０．２５ｓに対して０ｓ、０．１５ｓ並びに０．３５ｓを加えた４ケースについて実施し、それぞれの圧損挙動を観察した。高速逆洗弁「開」時間０ｓのケースでは緩やかながら圧損の上昇傾向が見られ、その他のケースではいずれも圧損は安定していた。しかし、０．３５ｓのケースでは有効差圧力が飽和傾向にあることから、運用としては０．１５〜０．２５ｓが適当と判断した。なお、本パラメータが逆洗時の圧損挙動に与える影響は少ないと考えられることから、モデルへの反映は行わないこととし、高速逆洗弁「開」時間は０．２５ｓで固定した。
【００４２】
（２）逆洗圧力変更試験
逆洗圧力の通常設定圧力▲１▼に対して、▲２▼は＋２ｋｇ／ｃｍ２（＋１．９６×１０５Ｐａ）、▲３▼は−２ｋｇ／ｃｍ２（−１．９６×１０５Ｐａ）、▲４▼は−４ｋｇ／ｃｍ２（＋３．９２×１０５Ｐａ）を加えた４ケースについて、逆洗圧力変更試験を実施し、それぞれの圧損挙動等を観察した。この結果、通常より逆洗圧力を下げたケース▲３▼、▲４▼では圧損上昇が観察され、通常圧力とそれより逆洗圧力を２ｋｇ／ｃｍ２（１．９６×１０５Ｐａ）上げたケース▲１▼、▲２▼では大差が無かった。以上の知見により逆洗圧力は、通常設定圧力であるケース▲１▼のままで一定とし、モデルへの反映は行わなかった。
【００４３】
（モデルの適合性）
▲１▼設計炭（ＢＡ）を用いた１００％負荷運転時、▲２▼設計炭（ＢＡ）を用いた５０％負荷時、▲３▼高灰分炭（ＷＢ）を用いた５０％負荷運転時、及び▲４▼高Ｓ分炭（ＤＴ）を用いた５０％負荷運転時のそれぞれケース▲１▼〜▲４▼における静特性データと各シミュレーション結果について、主要な圧損値の比較を行ったところ、これらのデータはいずれも平均値で８％以内の相違であり、精度良く模擬できていることが証明できた。
ケース▲１▼の設計炭（ＢＡ）を用いた１００％負荷運転時の主要状態値の比較を図６に示した。また、前記ケース▲１▼〜▲４▼について全圧損ΔＰｔｏｔａｌと脱塵室圧損ΔＰｃとを比較したものをそれぞれ（表２）〜（表５）に示した。いずれも実測値（Ａ）と予測値（Ｂ）とで良い一致が認められ、本圧損解析用シミュレータの妥当性を示していることが分かった。
【００４４】
【表２】
0004557403.tif 000003
【００４５】
【表３】
0004557403.tif 000004
【００４６】
【表４】
0004557403.tif 000005
【００４７】
【表５】
0004557403.tif 000006
【００４８】
（逆洗最適化）
圧損解析用シミュレータでは高速逆洗弁「開」時間と逆洗圧力の両パラメータを一定として扱ったので、同一負荷における逆洗１回当りのユーティリティー（圧縮空気）消費量はほぼ一定である。
一方逆洗インターバルとモードは操作変数であり、逆洗インターバルを延長することは最大圧損の上昇を意味する。この値が許容値以下であれば問題無く、また逆洗ユーティリティーの削減に寄与することとなる。そこで、実機ではあまり変更できなかった逆洗モードを操作変数として圧損変化を観察し、最大圧損が最小でかつ圧損変動の少ないモードを探索した。
実機で標準的なモードに加えて、Ａ／Ｂ系統の２塔を交互にかつ上中下段を均一に逆洗する（たすきがけ逆洗）方法と下段を頻繁に逆洗する方法をシミュレートした解析結果を表６と図７に示した。
（表６）のＺ．Ｌｏｗｅｒ  Ｃｏｍｐ．Ｆｒｅｇｅｎｔ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｏｄｅや図７の▲２▼から明らかなように、たすきがけ逆洗モードが最適であると推定できた。
【００４９】
【表６】
0004557403.tif 000007
【００５０】
以上説明したように使用する燃料炭の種類や負荷の違いにも関わらず、本シミュレーション方法によれば各種圧損を精度良く模擬することができる。
また、等価電気回路モデルに関しては、配管部の抵抗値を流量に対する２次以上の一般的な関数で決定したり、慣性の効果を表すと考えられるコイル等の回路要素を入れたり、あるいは逆洗時の正洗ガス流の巻き込み効果を考慮することにより、逆洗時の圧損濾過挙動等をさらに忠実に模擬することができる。
また、流動用空気ノズル等のボイラ設計や各部断熱設計並びにガスタービン出力制御の検討を行う場合には、逆洗時のＣＴＦ圧損や系統圧力などの詳細な挙動データを取り込んだ上に、上記因子を適切に考慮して、モデル精度を向上させることもできる。
【００５１】
本実施の形態における脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法及び圧損解析用シミュレータは以上の構成を有するので、以下の作用を有する。
（１）ＰＦＢＣ排ガス系等のモデルを構築し、実機データ解析から得られたＣＴＦ圧損特性式を基礎として、排ガス系のシミュレーションを効率的かつ適切に行うことができる。
（２）本シミュレータを用いて使用燃料毎に圧損及びその挙動が推定でき、かつ目的毎に逆洗の最適化ができることから、機器やシステム設計、コスト計算並びに燃料の選別等へ幅ひろく適用できる。
（３）さらに、電気回路モデルはコンデンサや、抵抗の設定を変えるのが容易であり拡張性に優れることから、大型機を念頭に置いた塔数や脱塵室数の増加に対しても、モデルの構築が容易にできる。
（５）プロセス条件が異なる仮想商用機の仕様を設定した電気回路モデルを構築することができ、これに本シミュレータを適用して商用機の設計、検討を効率的に行うことができる。
（６）Ｐｈａｓｅ１では１次サイクロンにバイパス装置を設置し、ＣＴＦ圧損を低減して安定的に運用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法によれば、この構成によって以下の効果が得られる。
（１）脱塵システムの圧損特性式に基づいて排ガス系と等価な電気回路モデルを設定するので、目的に応じた最適な逆洗条件等の探索を実機を用いることなく適正かつ精密に行うことができる。
（２）高温におけるフィルタの逆洗時を含む脱塵システムの圧損挙動を、高温下での操作や測定の困難性に煩わされることなく解析することができる。
（３）燃料中に含まるダスト成分等のデータのみから、炭種により変動する脱塵システムの圧損挙動を事前に予測可能である。
（４）フィルタの圧損のみならず、燃焼プラントの排ガス系の各部位における圧力や流量の状態が予測可能である。
（５）電気回路モデルの挙動により排ガス系を模擬して脱塵システムを含む燃焼プラントの適正設定条件を定めるので、拡張性に優れると共に、モデルの再構築により複雑で大型化した脱塵システムの設計を効率的に行うことができる。
【００５３】
請求項２に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法によれば、この構成によって、請求項１に記載の効果の他、以下の効果が得られる。
（１）予め実験結果をベースに用いることなく、セラミックチューブフィルタ等のフィルタに捕捉されたダストによる圧損特性や逆洗時の各部圧損変化等についてモデル解析を行うことができる。これにより、通常操業時のみならず逆洗時も含めて脱塵システムの圧損挙動を適正かつ迅速に予測することができる。
（２）脱塵システムの運転時の条件を適正に定めることができ、効率的な操業を行って、燃焼プラントの稼動効率や生産性を向上させることができる。
（３）多数の脱塵室で構成される複雑な脱塵システムにおいても、逆洗時を含む圧損挙動の解析が可能になる。
【００５４】
請求項３に記載の脱塵システムの圧損解析シミュレーション方法によれば、この構成によって、請求項１又は２の効果に加えて、以下の効果を有する。
（１）変動するフィルタの濾過抵抗Ｒfilterを実ダスト濃度Ｄの関数として規定できるので、燃料として用いる炭種の分析データ等から推定されるダスト濃度に基づいて排ガス系の状態を適正にミュレーションすることができる。
（２）互いに区画された多数の脱塵室を有する脱塵システムにおいて、各脱塵室のフィルタ毎にそれぞれ濾過抵抗Ｒfilterを規定して、複雑に関連しあう脱塵システムを的確に模擬して、これらの挙動の解析を精密に行うことができる。
（３）フィルタの濾過抵抗ＲfilterがＲfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂで表されるので、これと等価な電気回路モデルを容易に構成することができる。
【００５５】
請求項４に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータによれば、この構成によって、以下の効果を有する。
（１）燃焼プラントの排ガス系と等価な電気回路部を有して構成される圧損解析用シミュレータを用いて、逆洗系を備えた脱塵システムを含む燃焼プラントの排ガス系の挙動を模擬することができ、高温における脱塵システムの圧損挙動を逆洗時を含めて効率的に解析できる。
（２）圧損解析用シミュレータを用いて、燃料の灰分等の分析データのみから特性式の設定変更を行うことにより燃料炭の種類毎の圧損挙動が事前に予測可能である。
（３）使用する燃料の種別や種類の異なる混合燃料の構成割合毎に圧損及びその挙動が推定でき、かつ目的毎に逆洗の最適化ができることから、この目的に応じて最適な逆洗条件の探索が可能であり、機器やシステム設計、コスト計算並びに燃料の選別等への適用ができる。
（４）ＣＴＦにおける圧損のみならず、排ガス系の各部における圧力や流量の状態を予測可能である。
（５）圧損解析用シミュレータは電気回路で構成されるため拡張性に優れ、モデルの再構築を簡単に行えると共に、より複雑で大型化したボイラ等の燃焼プラント等の設計ツールとしても活用できる。
【００５６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータの効果に加えて、以下の効果を有する。
（１）予め実験結果をベースに用いることなく、セラミックチューブフィルタ等のフィルタに捕捉されたダストによる圧損特性や逆洗時の各部圧損変化等についてモデル解析を行うことができる。これにより、通常操業時のみならず逆洗時も含めて脱塵システムの圧損挙動を適正かつ迅速に予測することができる。
（２）脱塵システムの運転時の条件を適正に定めることができ、効率的な操業を行って、燃焼プラントの稼動効率や生産性を向上させることができる。
（３）多数の脱塵室で構成される複雑な脱塵システムにおいても、逆洗時を含む圧損挙動の解析が可能になる。
【００５７】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の脱塵システムの圧損解析用シミュレータの効果に加えて以下の効果を有する。
（１）変動するフィルタの濾過抵抗Ｒfilterを実ダスト濃度Ｄの関数として規定できるので、燃料として用いる炭種の分析データ等から推定されるダスト濃度に基づいて排ガス系の状態を適正にミュレーションすることができる。
（２）互いに区画された多数の脱塵室を有する脱塵システムにおいて、各脱塵室のフィルタ毎にそれぞれ濾過抵抗Ｒfilterを規定して、複雑に関連しあう脱塵システムを的確に模擬して、これらの挙動の解析を精密に行うことができる。
（３）フィルタの濾過抵抗ＲfilterがＲfilter＝（ａ・η＋ｃ・ｔ）・Ｄ＋ｂで表されるので、これと等価な電気回路モデルを容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の圧損解析用シミュレータを適用する脱塵システムの構成図
【図２】ＣＴＦ（脱塵システム）の構成図
【図３】流体モデルとそれに対応する電気回路モデルの模式構成図
【図４】脱塵システムの排ガス系に対応する等価電気回路の構成図
【図５】ダストによる流路抵抗（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の時間変化を示すグラフ
【図６】設計炭（ＢＡ）１００％負荷運転時におけるΔＰの経時変化を示すグラフ
【図７】各逆洗方法をシミュレートした場合におけるΔＰの時間変化を示すグラフ
【符号の説明】
１０  流動床複合発電所
１１  ボイラ
１１ａ  圧力容器
１２  ダスト循環サイクロン
１３  ＣＴＦ
１４  ガスタービン
１５  窒素酸化物除去装置
１６  エコノマイザ
１７  バグハウス
１８  煙突
１９  蒸気タービン
２２  ガス供給口
２３  フィルタ
２４  トップチヤンバー
２５  上段脱塵室
２６  中段脱塵室
２７  下段脱塵室
２８  ダストホッパー
２９  エゼクタ
３０  集合管
３１  逆洗ノズル
３２  タンク
３３  コンプレッサ
３４  自己循環ブローダウン装置
３５  高速逆洗弁
４０  流体モデル
４１  ボイラ部
４２  脱塵装置部
４３  排ガス利用装置
４４  電気回路モデル
５０  等価電気回路
５３  可変抵抗回路部
５４  制御電源
５５  ＣＴＦ相当部
５６  ボイラ相当部
５７  ガスタービン相当部
【図１】
0004557403.tif 000008
【図２】
0004557403.tif 000009
【図３】
0004557403.tif 000010
【図４】
0004557403.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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