(57)【要約】【課題】簡単な構成により燃焼灰の灰中未燃分の割合を低減できるボイラ設備を提供する。【解決手段】燃焼部６で微粉燃料１２を燃焼するボイラ本体１と、ボイラ本体１の燃焼排ガス１４を導出する煙道１５と、煙道１５に備えた空気予熱器１６を有するボイラ設備であって、ボイラ本体１と空気予熱器１６との間の煙道１５に設けたサイクロン分離器３１と、サイクロン分離器３１で分離した粒子３０をボイラ本体１の燃焼部６に供給する粒子再循環流路３２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼部で微粉燃料を燃焼するボイラ本体と、前記ボイラ本体の燃焼排ガスを導出する煙道と、前記煙道に備えた空気予熱器を含むボイラ設備であって、
前記ボイラ本体と前記空気予熱器との間の前記煙道に設けたサイクロン分離器と、
前記サイクロン分離器で分離した粒子を前記燃焼部に供給する粒子再循環流路を備えた
ことを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
前記粒子再循環流路は、前記空気予熱器を通して予熱された予熱空気を前記燃焼部に導く予熱空気供給管であることを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
【請求項３】
前記粒子再循環流路は、予熱空気供給管からの予熱空気を、前記燃焼部のバーナに二次空気として供給する二次空気管と、前記バーナの上部に位置する前記燃焼部のアフターエアノズルに二段燃焼空気として供給する分岐管の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１又２に記載のボイラ設備。
【請求項４】
前記サイクロン分離器で分離した粒子は、ロータリバルブを介して前記粒子再循環流路に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボイラ設備。
【請求項５】
前記サイクロン分離器は、前記空気予熱器の下流に設けた集塵装置で分離される燃焼灰がセメント混和材に利用可能な灰中未燃分の割合になるように設定粒径以上の粒子を分離するよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
火力発電用のボイラ設備の燃料には、重油、ＬＮＧ、オイルコークス等の種々の燃料が使用されているが、経済性、運用容易性等の観点から依然として石炭が多く選択されている。
【０００２】
しかし、微粉炭焚のボイラ設備においては、多量の燃焼灰(石炭灰)が発生するため、この燃焼灰の利用方法が従来から課題となっている。微粉炭を燃焼した場合、微粉炭に対して約１０重量％の燃焼灰が発生する。このように大量に発生した燃焼灰は、セメント混和材や土壌・地盤改良材等に利用している。
【０００３】
微粉炭焚のボイラ設備から排出される燃焼灰は、セメント混和材としての使用が認められているが、セメント混和材として利用できるのは、灰中未燃分の割合が例えば５％以下のものとされている。
【０００４】
ここで、石炭灰の粒子の粒径が大きいと灰中未燃分の割合が大きいことが知られているため、従来では、ボイラ本体の機高を高く設計し、ボイラ本体内の微粉炭の滞留時間を長く保持することにより燃焼性を高めて燃焼灰の粒子を微小化することが行われていた。
【０００５】
しかし、ボイラ本体を高く設計することは設備が大型化してコストが増加するという問題がある。更に、ボイラ本体を高く設計しても、燃料を通常用いている瀝青炭に対して無煙炭のような低揮発分炭に変更した場合には、燃焼速度が遅いことから燃焼灰の灰中未燃分の割合が増加し、このために燃焼灰をセメント混和材として利用することができない場合が生じていた。又、灰中未燃分の割合の増加は、石炭が熱エネルギーに有効に変換されていないということであり、熱エネルギーのロスが増加していた。
【０００６】
ボイラ本体の火炉から出る灰(クリンカアッシュ)と、火炉後伝部から出る灰(シリンダーアッシュ)と、煙道の空気予熱器の下流に設けた電気集塵装置から出る灰(フライアッシュ)を貯炭場からの石炭と混合してバンカに貯蔵するものがある。そして、バンカの灰が混合した石炭はミルに導いて粉砕し、粉砕した微粉炭をボイラ本体の火炉に供給するようにしたものがある(特許文献１)。
【０００７】
又、ボイラ本体の煙道に設けた空気予熱器の下流に一次集塵機を設け、一次集塵機で分離した灰は通風機により搬送してミルから取り出される微粉炭と混合してビンに貯留する。ビンに貯留された灰が混合した微粉炭は通風機によってボイラ本体の火炉に供給するようにしたものがある(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−０５２９１６号公報
【特許文献２】特開平０７−３２４７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の装置では、ボイラ設備の各部から回収した灰を石炭に混合してバンカに貯蔵し、バンカの石炭をミルに導いて粉砕し、得られた微粉炭をボイラ本体の火炉に供給しているため、複雑な装置構成が必要となり、そのためにコストが増加するという問題がある。更に、ボイラ設備から回収される灰が持つ熱を有効に利用することは全く考えられておらず、灰が持つ熱は無駄に捨てられている。又、特許文献１では、燃焼排ガスから分離した燃焼灰をセメント混和材に利用することは考えられていない。
【００１０】
又、特許文献２の装置では、煙道に設けた空気予熱器の下流に一次集塵機を設け、この一次集塵機で分離した灰は通風機により搬送してミルから取り出される微粉炭と混合し、灰が混合した微粉炭はビンに貯留し、ビンの微粉炭は通風機によってボイラ本体の火炉に供給しているため、複雑な装置構成が必要となりそのためにコストが増加するという問題がある。更に、ボイラ設備から回収される灰が持つ熱を有効に利用することは全く考えられておらず、灰が持つ熱は無駄に捨てられている。又、特許文献２では、燃焼排ガスから分離した燃焼灰をセメント混和材に利用することは考えられておらず、電気集塵機で除塵された硫安を含む燃焼灰はリサイクルせずに系外へ排出して捨てるとしている。
【００１１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなしたものであり、簡単な構成により燃焼灰の灰中未燃分の割合を低減するようにしたボイラ設備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】
【００１２】
本発明は、燃焼部で微粉燃料を燃焼するボイラ本体と、前記ボイラ本体の燃焼排ガスを導出する煙道と、前記煙道に備えた空気予熱器を含むボイラ設備であって、
前記ボイラ本体と前記空気予熱器との間の前記煙道に設けたサイクロン分離器と、
前記サイクロン分離器で分離した粒子を前記燃焼部に供給する粒子再循環流路を備えた
ことを特徴とするボイラ設備、に係るものである。
【００１３】
上記ボイラ設備において、前記粒子再循環流路は、前記空気予熱器を通して予熱された予熱空気を前記燃焼部に導く予熱空気供給管であることが好ましい。
【００１４】
上記ボイラ設備において、前記粒子再循環流路は、予熱空気供給管からの予熱空気を、前記燃焼部のバーナに二次空気として供給する二次空気管と、前記バーナの上部に位置する前記燃焼部のアフターエアノズルに二段燃焼空気として供給する分岐管の少なくともいずれか一方であってよい。
【００１５】
上記ボイラ設備において、前記サイクロン分離器で分離した粒子は、ロータリバルブを介して前記粒子再循環流路に供給することができる。
【００１６】
上記ボイラ設備において、前記サイクロン分離器は、前記空気予熱器の下流に設けた集塵装置で分離される燃焼灰がセメント混和材に利用可能な灰中未燃分の割合になるように設定粒径以上の粒子を分離するよう構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のボイラ設備によれば、簡単な構成により燃焼灰の灰中未燃分の割合を低減できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のボイラ設備の第一の実施例の概略を示す全体構成図である。
【図２】本発明のボイラ設備の第二の実施例の概略を示す全体構成図である。
【図３】微粉炭焚のボイラ設備の煙道から回収される燃焼灰の粒径と灰中未燃分の割合の関係を示すグラフである。
【図４】瀝青炭と無煙炭における滞留時間と燃焼割合の関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２０】
図１は本発明のボイラ設備の第一の実施例を示す全体構成図である。図１中、１はボイラ本体であり、該ボイラ本体１は火炉２と火炉後伝部３を有している。更に、ボイラ本体１の火炉２には、バーナ４と、該バーナ４の上部に位置して二段燃焼を行うアフターエアノズル５からなる燃焼部６が構成されている。
【００２１】
図１中、８はミルであり、該ミル８には石炭バンカ９の石炭１０が給炭機１１により供給されており、ミル８で粉砕した微粉燃料１２(微粉炭)は微粉供給管１３により前記バーナ４に供給されて燃焼される。前記石炭１０にはボイラ設備で一般に利用される瀝青炭を用いることができる。又、瀝青炭に代えて、無煙炭(低揮発分炭)、或いは原油残渣(オイルコークス)等を前記ミル８に供給して粉砕し、粉砕した微粉燃料１２をバーナ４に供給して燃焼することもできる。
【００２２】
前記ボイラ本体１の火炉後伝部３の出口７には燃焼排ガス１４を導出する煙道１５が接続されている。該煙道１５には、空気予熱器１６と、集塵装置１７と、熱交換器１８と、脱硫装置１９が順次備えられており、脱硫装置１９を出た燃焼排ガス１４は前記熱交換器１８により再加熱して後煙突２０へ導くようにしている。
【００２３】
図１中、２１は押込通風機であり、押込通風機２１から空気管２３により導かれる空気２２は前記空気予熱器１６に導かれて予熱され、この予熱された予熱空気３５は二次空気管２６により二次空気２７として前記バーナ４に供給される。又、前記二次空気管２６には、予熱空気３５の一部を取り出して前記アフターエアノズル５に二段燃焼空気２８として供給するようにした分岐管２９を設けている。本発明のボイラ設備は、燃焼部６を有するボイラ本体１と、煙道１５と、煙道１５に備えた空気予熱器１６を少なくとも含むことにより構成される。３８は一次空気ファンであり、一次空気ファン３８は一次空気管２４により一次空気２５(冷空気)を前記空気予熱器１６に供給して予熱し、予熱した熱空気は前記ミル８に供給されて、石炭１０の乾燥と微粉燃料１２の搬送に用いられる。
【００２４】
上記ボイラ設備において、前記ボイラ本体１の火炉後伝部３と前記空気予熱器１６の間の煙道１５には、燃焼排ガス１４に含まれる粒子３０を分離するサイクロン分離器３１を設ける。このサイクロン分離器３１は、燃焼排ガス１４に含まれる粒子３０の粒径が設定粒径以上のものを分離するように設計している。サイクロン分離器３１により設定粒径Ｈ(７０μｍ)以上の粒子３０を分離するようにサイクロン分離器３１の性能を決めるには、サイクロン分離器３１の内部の旋回力を決めることが有効である。サイクロン分離器３１の分離性能を設定するには、燃焼排ガス１４の流速、サイクロン分離器３１の内径、サイクロン分離器３１から燃焼排ガス１４を取り出す出口管３１ａのサイクロン分離器３１に対する挿入長さＬの少なくとも一つを選定することができる。
【００２５】
更に、前記サイクロン分離器３１によって分離した粒子３０を前記ボイラ本体１の燃焼部６に供給するための粒子再循環流路３２を設ける。
【００２６】
前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０はロータリバルブ３３によって取出し管３４に定量的に切出するようにしてあり、図１では、前記取出し管３４を前記二次空気管２６に接続することによって粒子再循環流路３２を構成した場合を示している。従って、前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０は、前記ロータリバルブ３３により二次空気管２６からなる粒子再循環流路３２に定量的に切り出され、予熱空気３５による二次空気２７により搬送されてバーナ４に供給される。
【００２７】
図２は本発明のボイラ設備の第二の実施例を示す全体構成図である。図２の実施例が図１の実施例と異なる点は、前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０を取り出す取出し管３４を、前記アフターエアノズル５に二段燃焼空気２８を供給する分岐管２９に接続して粒子再循環流路３２を構成した点である。従って、図２の実施例では、前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０は、前記ロータリバルブ３３により分岐管２９からなる粒子再循環流路３２に定量的に切り出され、予熱空気３５による二段燃焼空気２８により搬送されてアフターエアノズル５から火炉２に供給される。
【００２８】
図３は、微粉炭焚のボイラ設備の煙道１５から回収される燃焼灰の粒径と灰中未燃分の割合の関係を示したものである。図３に示すように、燃焼灰の粒径が大きくなると灰中未燃分の割合は増加する。ここで、燃焼灰における粒子の粒径が例えば７０μｍ以上のものを除去すると、粒径が７０μｍよりも小さい粒子の灰中未燃分の割合はセメント混和材に利用可能な５％以下に保持することが可能になる。従って、図３の例では前記サイクロン分離器３１で分離する粒子３０の設定粒径Ｈは７０μｍ以上とすることができる。
【００２９】
尚、図１、図２の実施例では、前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０をバーナ４又はアフターエアノズル５に供給する場合について示したが、前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０をバーナ４とアフターエアノズル５の両方に供給してもよい。
【００３０】
次に、上記実施例の作動を説明する。
【００３１】
図１に示す石炭バンカ９の石炭１０は給炭機１１によりミル８に供給され、一次空気管２４によって供給される一次空気２５によりミル８の内部で乾燥しつつ粉砕され、粉砕した微粉燃料１２は押込通風機２１からの一次空気２５により微粉供給管１３を搬送されてバーナ４に供給される。
【００３２】
一方、前記押込通風機２１からの空気２２を空気予熱器１６に導入して予熱した予熱空気供給管３５ａの予熱空気３５の一部は、二次空気管２６により二次空気２７として前記バーナ４に供給され、前記微粉燃料１２の燃焼を行う。又、予熱空気供給管３５ａの予熱空気３５の残りの部分は、分岐管２９により二段燃焼空気２８として前記アフターエアノズル５に供給され、前記微粉燃料１２の二段燃焼を行う。
【００３３】
ボイラ本体１で微粉燃料１２の燃焼によって生じた燃焼排ガス１４は、火炉後伝部３の出口７から煙道１５を介して前記サイクロン分離器３１に導かれる。前記サイクロン分離器３１では、燃焼排ガス１４に含まれる図３に示した設定粒径Ｈ(７０μｍ)以上の粒子３０を分離する。
【００３４】
図１の実施例において前記サイクロン分離器３１で分離した設定粒径Ｈ以上の粒子３０は、ロータリバルブ３３を介して粒子再循環流路３２である取出し管３４に取り出される。更に、取出し管３４に取出された粒子３０は、粒子再循環流路３２である二次空気２７に落下供給される。この時、二次空気管２６には二次空気２７が流動しているため、前記粒子３０は二次空気２７によりバーナ４に搬送されて、前記微粉燃料１２と共に再び燃焼する。ここで、取出し管３４から二次空気管２６に取り出される粒子３０は、火炉２に設けられる複数のバーナ４の一部に供給してもよく、又は全てのバーナ４に分散して供給してもよい。
【００３５】
又、図２の実施例において前記サイクロン分離器３１で分離した設定粒径Ｈ以上の粒子３０は、ロータリバルブ３３により粒子再循環流路３２である取出し管３４に取り出され、更に粒子再循環流路３２である分岐管２９に供給される。この時、分岐管２９には二段燃焼空気２８が流動しているため、前記粒子３０は二段燃焼空気２８によりアフターエアノズル５に搬送されて、火炉２の内部で再び燃焼される。ここで、取出し管３４から分岐管２９に取り出される粒子３０は、火炉２に設けられる複数のアフターエアノズル５の一部に供給してもよく、又は全てのアフターエアノズル５に分散して供給してもよい。
【００３６】
上記したように、本発明のボイラ設備では、ボイラ本体１と空気予熱器１６との間の煙道１５にサイクロン分離器３１を設け、このサイクロン分離器３１で分離した設定粒径Ｈ以上の粒子３０は粒子再循環流路３２によりボイラ本体１の燃焼部６に再循環して燃焼させる。従って、微粉燃料１２の種類、性状が変わっても、サイクロン分離器３１で燃焼排ガス１４から分離した設定粒径Ｈ以上の粒子３０は、再び火炉２の燃焼部６に供給されて燃焼されるので、サイクロン分離器３１よりも下流の集塵装置１７で分離される燃焼灰３６の粒子は設定粒径Ｈ(７０μｍ)よりも確実に小さくなる。
【００３７】
従って、機高を高くする必要がない簡単な構成のボイラ設備によって集塵装置１７で分離される燃焼灰３６の灰中未燃分の割合を図３に示す５％以下のような低い値に安定して保持することができる。
【００３８】
更に、集塵装置１７で分離される燃焼灰３６の粒子が常に７０μｍよりも小さい粒径に保持されることから、燃焼灰３６の灰中未燃分の割合が減少するため、石炭１０は熱エネルギーに有効に変換されるので、エネルギーのロスが低減する。
【００３９】
又、ボイラ本体１の火炉後伝部３と空気予熱器１６との間に設けたサイクロン分離器３１によって設定粒径Ｈ以上の粒子３０を分離するようにしたので、大径の粒子が空気予熱器１６に導かれることによって該空気予熱器１６が摩耗するという問題を低減することができる。
【００４０】
前記粒子再循環流路３２は、空気予熱器１６を通して予熱した予熱空気３５を火炉２の燃焼部６に導く予熱空気供給管３５ａとしているので、サイクロン分離器３１で分離した粒子３０の温度を保持したまま燃焼部６に供給することができ、よって粒子３０の持つ熱を火炉２での燃焼に有効に利用することができる。
【００４１】
前記粒子再循環流路３２は、予熱空気供給管３５ａからの予熱空気３５を、燃焼部６のバーナ４に二次空気２７として供給する二次空気管２６(図１)と、前記バーナ４の上部に位置する燃焼部６のアフターエアノズル５に二段燃焼空気２８として供給する分岐管２９(図２)の少なくともいずれか一方としている。このため、サイクロン分離器３１で分離した粒子３０は、ボイラ設備に一般に備えられている二次空気管２６及び分岐管２９を利用して燃焼部６に供給することができる。
【００４２】
前記サイクロン分離器３１で分離した粒子３０は、ロータリバルブ３３を介して前記粒子再循環流路３２に供給するようにしたので、前記予熱空気供給管３５ａの予熱空気３５と、煙道１５の燃焼排ガス１４の間をシールした状態を保持して、粒子３０を粒子再循環流路３２に取り出すことができる。
【００４３】
図４は瀝青炭Ａと無煙炭Ｂにおける滞留時間と燃焼割合の関係を比較して示している。図４に示すように、瀝青炭Ａは短い滞留時間で略１００％が燃焼するため燃焼排ガスには殆ど未燃粒子が残らない。これに対し、無煙炭Ｂの場合は滞留時間を長く保持しても燃焼割合を高めることが困難であり、このために燃焼排ガスには粒径の大きい未燃粒子が残留することになる。このように、無煙炭Ｂのような低揮発分炭等の燃焼速度を劇的に改善する方法は存在しておらず、このため、通常は火炉の高さを高く設計して滞留時間を長く保持することが考えられていた。
【００４４】
これに対し、本発明では、前記サイクロン分離器３１によって、空気予熱器１６の下流に設けた集塵装置１７で分離される燃焼灰３６がセメント混和材３７に利用可能な灰中未燃分の割合(図３の５％以下)になるように設定粒径Ｈ以上(図３の７０μｍ以上)の粒子３０を分離するよう構成している。
【００４５】
このように、サイクロン分離器３１によって燃焼排ガス１４に含まれる設定粒径Ｈ(７０μｍ)以上の粒子３０を分離し、分離した粒子３０を粒子再循環流路３２により火炉２の燃焼部６に循環供給して再び燃焼するようにしたので、火炉２の機高を高く設計することなしに、サイクロン分離器３１の下流に設けられる集塵装置１７で分離される燃焼灰３６の粒径を常に設定粒径Ｈよりも小さい粒径とすることができる。
【００４６】
従って、集塵装置１７で分離する燃焼灰３６の粒径は設定粒径Ｈよりも小さい粒径に保持されるので、図３に示すように燃焼灰３６の灰中未燃分の割合は５％以下に保持され、よって、集塵装置１７で分離した燃焼灰３６はその全てをセメント混和材３７として利用することができる。
【００４７】
尚、本発明のボイラ設備は、上述の実施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。
【符号の説明】
【００４８】
１    ボイラ本体
４    バーナ
５    アフターエアノズル
６    燃焼部
１２    微粉燃料
１４    燃焼排ガス
１５    煙道
１６    空気予熱器
１７    集塵装置
２６    二次空気管
２７    二次空気
２８    二段燃焼空気
２９    分岐管
３０    粒子
３１    サイクロン分離器
３２    粒子再循環流路
３３    ロータリバルブ
３５    予熱空気
３５ａ  予熱空気供給管
３６    燃焼灰
３７    セメント混和材
Ｈ    設定粒径
【図１】
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【図２】
2017058077.tif 000004
【図３】
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【図４】
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