(57)【要約】【課題】  ボイラ内での燃焼時に発生する燃焼ガス中に含まれる微粉炭の未燃分を低減させる【解決手段】  石炭バンカー７から石炭Ａを搬送する給炭機４と、搬送されてきた石炭Ａを細かく粉砕して微粉炭をＢ生成する粉砕機３と、微粉炭Ｂを噴射するバーナ２と、バーナ２から噴射された微粉炭Ｂが燃焼されるボイラ１とを備えている。バーナ２は、ボイラ１の内周面の所定位置に高さ方向に複数段に並べて設けられている。このバーナ２から噴射する微粉炭の量は、制御装置によって調節される。制御装置は、上段位置にあるバーナ２と比較して、少なくとも最下段位置にあるバーナ２の微粉炭Ｂの噴射量が多くなるように、微粉炭の供給量を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナから噴射した微粉炭を火炉の内部で燃焼して蒸気を発生させるとともに、燃焼ガスを火炉の上方から排出するボイラを備え、更に前記バーナが火炉周壁の複数の高さ位置に設けられた構成の火力発電プラントにおいて、
前記バーナへの微粉炭の供給量を、少なくとも最下段に設けられたバーナが最上段に設けられたバーナよりも多くなるように制御する微粉炭供給制御手段を備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
前記微粉炭供給制御手段は、前記最下段に設けられたバーナから最上段に設けられたバーナに向かって、順次、微粉炭の供給量を段階的に減少させることを特徴とする請求項１に記載した火力発電プラント。
【請求項３】
前記微粉炭供給制御手段は、全てのバーナへの微粉炭供給総量は変更せずに、各バーナへの微粉炭供給量を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載した火力発電プラント。
【請求項４】
バーナから噴射した微粉炭を火炉の内部で燃焼して蒸気を発生させるとともに、燃焼ガスを火炉の上方から排出するボイラを備え、更に前記バーナが火炉周壁の複数の高さ位置に設けられた構成の火力発電プラントにおいて、
前記バーナへの微粉炭の供給量を、少なくとも最下段に設けられたバーナが最上段に設けられたバーナよりも多くなるように制御することを特徴とする微粉炭の供給制御方法。
【請求項５】
前記最下段に設けられたバーナから最上段に設けられたバーナに向かって、順次、微粉炭の供給量を段階的に減少させることを特徴とする請求項４に記載した微粉炭の供給制御方法。
【請求項６】
全てのバーナへの微粉炭供給総量は変更せずに、各バーナへの微粉炭供給量を調整するようにしたことを特徴とする請求項４又は５に記載した微粉炭の供給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、石炭の燃焼を利用して電気を発電する火力発電プラントと、同プラントに用いられる微粉炭の供給制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭の燃焼を利用した電気事業として、微粉炭燃焼方式を利用した火力発電プラントなどがある。微粉炭燃焼方式は、石炭を細かく粉砕して微粉炭とし、空気とともにボイラ内に噴射しながら燃焼させる。この微粉炭燃焼方式は、ボイラ内の空気流速が大きく過剰空気が少なくてすむことや石炭自体の燃焼性が高いことなどの理由から、現在多くの火力発電所に採用されている。この微粉炭燃焼方式は、ボイラの火炉内の側壁に微粉炭噴射用のバーナが縦方向に複数段に並べて設けられることが特徴である。
【０００３】
また、微粉炭燃焼方式は、火炉内に噴射される微粉炭量と空気量を調整して、ボイラの熱効率が最大となるように制御されている。このようなボイラの燃焼制御方法としては、例えば、特許文献１に開示された方法がある。特許文献１の燃焼制御方法は、燃料および空気の試行操作量を制御することで灰中未燃分を推定し、ボイラ熱効率が最大となるように燃料および空気の操作量を補正してボイラの燃焼を制御する燃焼制御方法である。
【特許文献１】特開平４−２１４１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の燃焼制御方法は、多数のパラメータ（例えば、質量流量、圧力、温度、発熱量、伝熱量など）を勘案して各段のバーナが個別に燃料および空気の操作量が制御されるため、火力発電プラントの各装置にそれぞれ複雑な制御動作が要求される。また、特許文献１の燃焼制御方法では、作業員にも微粉炭の操作量を変更するための専門知識が必要となり汎用性が高くない。さらに、特許文献１の燃焼制御方法は、火炉内での微粉炭の滞留時間が考慮されておらず、微粉炭の燃焼ガスに含まれる未燃分の低減を十分に図ってはいない。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、火力発電プラントのボイラ内での燃焼に際して、微粉炭の滞留時間に応じて、バーナから噴射される微粉炭の量を簡易に制御し、燃焼ガスに含まれる微粉炭の未燃分を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の火力発電プラントは、バーナから噴射した微粉炭を火炉の内部で燃焼して蒸気を発生させるとともに、燃焼ガスを火炉の上方から排出するボイラを備え、更にバーナが火炉周壁の複数の高さ位置に設けられた構成の火力発電プラントにおいて、
バーナへの微粉炭の供給量を、少なくとも最下段に設けられたバーナが最上段に設けられたバーナよりも多くなるように制御する微粉炭供給制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、微粉炭供給制御手段は、最下段に設けられたバーナから最上段に設けられたバーナに向かって、順次、微粉炭の供給量を段階的に減少させる構成であってもよい。
【０００８】
さらに、微粉炭供給制御手段は、全てのバーナへの微粉炭供給総量は変更せずに、各バーナへの微粉炭供給量を調整する構成であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の微粉炭供給制御方法は、バーナから噴射した微粉炭を火炉の内部で燃焼して蒸気を発生させるとともに、燃焼ガスを火炉の上方から排出するボイラを備え、更にバーナが火炉周壁の複数の高さ位置に設けられた構成の火力発電プラントにおいて、
バーナへの微粉炭の供給量を、少なくとも最下段に設けられたバーナが最上段に設けられたバーナよりも多くなるように制御することを特徴とする。
【００１０】
ここで、最下段に設けられたバーナから最上段に設けられたバーナに向かって、順次、微粉炭の供給量を段階的に減少させることもできる。また、全てのバーナへの微粉炭供給総量は変更せずに、各バーナへの微粉炭供給量を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、最下段のバーナからの微粉炭の供給量を多くすることで、火炉内での微粉炭の滞留時間を長くして燃焼効率を向上させるため、簡単な制御で燃焼ガスに含まれる微粉炭の未燃分を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る火力発電プラントの全体構成を示す概略図である。まず、図１を参照して火力発電プラントの全体構造を説明する。
【００１３】
図１に示すように、ボイラ１で燃焼させるための石炭Ａは、石炭船等によって火力発電プラントの貯炭場５に運ばれる。さらに、石炭Ａは貯炭場５からコンベアー６によってプラント内に搬送され、石炭バンカ７に貯えられる。石炭バンカ７に貯えられた石炭Ａは、給炭機４によってミル３（粉砕機）に供給され、ミル３内で粉砕されて微粉炭に生成される。生成された微粉炭は、ミル３からバーナ２に送られ、別の経路から送り込まれた空気１００とともにボイラ１の火炉１ａ内に噴射される構成である。
【００１４】
微粉炭とともに噴射される空気１００は、押込通風機８により外部から取り込まれ、空気予熱器２８を介して、一部は微粉炭搬送用空気としてミル３へ、他は燃焼用空気として直接バーナ２へ導かれる。また、ボイラ１内には蒸気管９が配設され、この管内には給水管１０から循環してきた発電用の水が給水されている。給水された水はボイラ１の火炉１ａ内で微粉炭が燃焼されることで過熱蒸気となってタービン１１へ送られる。タービン１１は、過熱蒸気の断熱膨張によって回転し、この回転を利用して発電機１２が発電する。過熱蒸気は、復水器１３によって冷やされて水に戻り、また新たにボイラ１へ給水されることとなる。
【００１５】
また、ボイラ１の火炉１ａ内で燃焼し水および蒸気に熱を与えた微粉炭の燃焼ガスは、煤塵、ＮＯｘ、ＳＯｘ等が含まれる。このため、火力発電プラントにはこれら有害物を除去する排煙処理設備が設けられている。燃焼ガスは、火炉１ａの上方から排出され、排煙脱硝装置１４を通って集塵装置１５に向かい、集塵装置１５において石炭灰と排ガスに分離される。さらに、排煙脱硫装置１６によって排ガスから石こうが生成され、残ったクリーンな排ガスが煙突１７から大気へ放出される。以上のように火力発電プラントを構成することで、定常的に電気が供給可能となる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る微粉炭の供給制御方法に関わる構成について、図２および図３を参照して更に詳細に説明する。
図２は微粉炭の供給に関わる構成を示す概略図であり、図３はバーナの取り付け状態を示す側面概略図である。
図２に示すように、ボイラ１は微粉炭Ｂを燃焼するための火炉１ａを有しており、この火炉１ａの下方に微粉炭Ｂを噴射するバーナ２が設けられている。このバーナ２は、ボイラ１の火炉１ａ内の周壁に高さ方向に複数段並べて配設される。このようにバーナ２を高さ方向に複数段に並べることで、火炉１ａ内全体のボイラ熱効率が安定的に得られることとなる。なお、詳しい説明は省略するが、バーナが設置された各高さ位置には、同一平面上に複数のバーナが設けられている。本実施形態では、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４段の高さ位置に、それぞれ４台のバーナ２が設けてある。
【００１７】
また、１台のバーナ２には、図３に示すように、補助燃料を噴射する起動用燃料バーナ２０と、この起動用燃料バーナ２０を取り囲むように微粉炭用バーナ２１とが配置されている。この微粉炭用バーナ２１は送炭管２２を介してミル３にそれぞれ連通されている（図２参照）。バーナ２は、燃焼開始時に起動用燃料バーナ２０により炉内温度を高めてから、微粉炭用バーナ２１を噴射して微粉炭Ｂを燃焼させる。また、微粉炭用バーナ２１の上部には、点火トーチ２３が設けられており、起動用燃料バーナ２０から噴射される補助燃料に点火する構成である。
【００１８】
このバーナ２の周りには、二次および三次燃焼用空気１０２を放出させる空気路２４が備えてある。空気路２４には、ダンパ２５およびベーン２６が設けてあり、二次および三次燃焼用空気１０２の放出量を調節することが可能である。この空気路２４から放出した二次および三次燃焼用空気１０２は、微粉炭用バーナ２１からの微粉炭Ｂと混合されて火炉１ａ内に噴射される。
さらに、微粉炭用バーナ２１の下部には、火炉１ａ内の燃焼状態を確認するための覗き窓２７が備えてある。この覗き窓２７から確認される燃焼状態は、人為的あるいは解析装置により、燃焼情報として得られることになる。
【００１９】
石炭Ａを粉砕して微粉炭Ｂに生成するミル３は、ボイラ１に配置されたバーナ２の段数と同じ数だけ設置されている。すなわち、バーナ２ａ段にはミル３ａが、バーナ２ｂ段にはミル３ｂが、バーナ２ｃ段にはミル３ｃが、バーナ２ｄ段にはミル３ｄがそれぞれ対応して設けられ、微粉炭Ｂをバーナ２の各段毎に別々に供給する構成である。
【００２０】
ミル３によって生成される微粉炭Ｂは、一般的には粉砕粒径が２００メッシュ（７５μｍ）以下となるように調整される。生成された微粉炭Ｂは、押込通風機８から供給されてきた７０〜８０°Ｃの微粉炭搬送用空気１０１とともにバーナ２に送られる。また、これらのミル３には、石炭バンカ７から石炭Ａを分配して供給する給炭機４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがそれぞれに設けられている。給炭機４は、図示しない駆動用モータによって搬送時に石炭Ａの供給量が個別に制御される構成である。
【００２１】
図４は本実施形態に係る微粉炭供給制御方法を説明するためのブロック図である。
図４に示すように、火力発電プラントには、ボイラ熱効率を制御する制御装置３０（微粉炭供給制御手段）が設けられている。制御装置３０は、ＣＰＵ３１（演算装置）とメモリ３２（記憶装置）を備えた構成である。また、制御装置３０には、外部からのデータ入力が可能な入力装置３３が接続されている。
【００２２】
この制御装置３０は、給炭機４の駆動用モータおよびバーナ２のダンパ２５およびベーン２６に接続されている。駆動用モータに接続した制御装置３０は、石炭Ａの供給量を自動的に調整する構成である。すなわち、制御装置３０は、駆動用モータを制御し石炭Ａの供給量を操作することで、ミル３の微粉炭Ｂの生成量を調節することができる。これにより、バーナ２各段毎に微粉炭Ｂの噴射量が調節されることになる。また、ダンパ２５およびベーン２６に接続に接続した制御装置３０は、バーナ２から放出する二次および三次燃焼用空気１０２の放出量を調節することができる。
【００２３】
図５はバーナの燃焼状態を示した概念図であり、（ａ）は従来の微粉炭供給制御方法、（ｂ）は本実施形態の微粉炭供給制御方法によるものである。
図５（ａ）に示すように、従来は、複数段のそれぞれのバーナ２に微粉炭Ｂを同じ供給量で供給していた。しかしながら、微粉炭Ｂは、バーナ２の各段数の高さ位置によって、噴射された後の火炉１ａ内の滞留時間に差が生じる。これは、火炉１ａ内において、噴射した微粉炭Ｂが熱対流によって上方に流れ、上方から排出されるためであり、例えばバーナ２ａから噴射される微粉炭Ｂは、バーナ２ｄから噴射される微粉炭Ｂよりも火炉１ａ内での滞留時間が短かくなる。このため、滞留時間の短い微粉炭Ｂ（すなわち、火炉１ａ内で高い位置にあるバーナから噴射される）は、燃焼されずに未燃分として燃焼ガスにそのまま含まれて排出される確率が高くなる。
【００２４】
本実施形態の微粉炭供給制御方法では、微粉炭Ｂの全体の噴射量を変えることなく、バーナ２の各段毎の滞留時間に応じて微粉炭Ｂの噴射量を調整している。すなわち、制御装置３０によって火炉１ａの下段位置に設置されたバーナ２ほど微粉炭の噴射量が多くなるように、給炭機４の石炭Ａの供給量が制御されている。したがって、火炉１ａ内は、図５（ｂ）に示すように、下段のバーナ２ほど燃焼による火勢が強くなる。
【００２５】
バーナ２の各段毎の微粉炭Ｂの噴射量の調整は、制御装置３０による制御によってなされる。制御装置３０は、火力発電プラントの作業員が入力装置３３に入力した微粉炭Ｂの噴射量や空気量のデータを受け取りメモリ３２に記憶する。稼働時には、ＣＰＵ３１がメモリ３２から必要となる各種データが適宜呼び出されて、給炭機４の駆動用モータおよびバーナ２のダンパ２５およびベーン２６に制御信号が送信される。作業員は、微粉炭燃焼時の燃焼ガスに含まれる未燃分を確認し、バーナ２の各段毎に最適な微粉炭の供給量を指定することが好ましい。
【００２６】
このように構成することで、例えば、バーナ２ｄから大量に噴射された微粉炭Ｂは、たとえ噴射時に燃焼されなかったとしても、火炉１ａ内を上方向に移動している時間が長いため、対流中に燃焼される確率が高くなる。また、バーナ２ａから噴射された微粉炭Ｂは、噴射量が制限されており、そのほとんどが噴射時に燃焼されることになる。したがって、バーナ２の各段毎に噴射されたそれぞれの微粉炭Ｂは、火炉１ａ内での滞留時間内に、より確実に燃焼されることとなる。その結果、燃焼ガスに未燃分の微粉炭Ｂが含まれることが少なくなり、ボイラ熱効率を向上させることができる。
また、微粉炭Ｂの噴射量とともに、燃焼用空気１０２の供給量も同時に調節することで、ボイラ１内での滞留時間を効果的に制御でき、より高いボイラ熱効率を得ることもできる。
【００２７】
〔実施例〕
本発明の燃焼制御方法を検証するために、微粉炭Ｂの噴射量が同一の場合と、微粉炭Ｂの噴射量を変えた場合における燃焼ガスに含まれる未燃分の比較を行った。具体的には、高さ方向に４段のバーナが設けられた火炉１ａにおいて、火炉１ａ内での燃焼における諸条件をすべて同じにして、微粉炭Ｂの噴射量が同一の場合の条件として、バーナ２の各段毎の微粉炭Ｂの供給量をすべて１２ｔ／ｈ設定した。一方、微粉炭Ｂの噴射量を変えた場合の条件として、最下段のバーナ２ｄのみ微粉炭Ｂの供給量を１５ｔ／ｈに設定し、他の３つはバーナ２の微粉炭Ｂの供給量を１１ｔ／ｈに設定した。よって、この実施例では、バーナ２全体における微粉炭Ｂの総供給量には差がなく、純粋にバーナ２の位置の違いによる微粉炭の未燃分の比較ができる構成である。
【００２８】
かかる構成の実施結果では、微粉炭Ｂの噴射量が同一の場合と比べて、微粉炭Ｂの噴射量を変えた場合のほうが、燃焼ガスの中に含まれる微粉炭の未燃分が４．８％少なかった。つまり、最下段のバーナ２ｄの微粉炭Ｂの供給量を多くすることで、より燃焼効率が向上し、未燃分を低減させることができた。
したがって、ボイラ１では内微粉炭の滞留時間に応じて、微粉炭Ｂの供給量を変えることで微粉炭Ｂの燃焼効率が向上することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る火力発電プラントの全体構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る微粉炭の供給制御に関わる構成を示す概略図である。
【図３】バーナの取り付け状態を示す側面概略図である。
【図４】本実施形態に係る微粉炭供給制御方法を説明するためのブロック図である。
【図５】バーナの燃焼状態を示した概念図であり、（ａ）は従来の微粉炭供給制御方法、（ｂ）は本実施形態の微粉炭供給制御方法によるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１：ボイラ、２：バーナ、３：ミル、４：給炭機、５：貯炭場、６：コンベアー、７：石炭バンカ、８：押込通風機、９：蒸気管、１０：給水管、１１：タービン、１２：発電機、１３：復水器、１４：排煙脱硝装置、１５：集塵装置、１６：排煙脱硫装置、１７：煙突、
２０：起動用燃料バーナ、２１：微粉炭用バーナ、２２：送炭管、２３：点火トーチ、２４：空気路、２５：ダンパ、２６：ベーン、２７：覗き窓、２８：空気予熱器
３０：制御装置、３１：ＣＰＵ、３２：メモリ、３３：入力装置、
１００：空気、１０１：微粉炭搬送用空気、１０２：燃焼用空気
Ａ：石炭、Ｂ：微粉炭
【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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