(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流動層燃焼装置において、脱塵装置で捕集され前記加圧流動層燃焼装置の系外に排出される単位時間あたりの排出灰中のカルシウム量と、前記加圧流動層ボイラ内に単位時間あたりに供給する脱硫剤の内前記排出灰の最大粒径である最大排出灰粒径以下の粒径を有する前記脱硫剤中のカルシウム量と、前記加圧流動層ボイラ内に単位時間あたりに供給する燃料から生成される燃焼灰中のカルシウム量と、によって、前記加圧流動層ボイラ内の流動粒子が磨耗して単位時間に生成される磨耗流動粒子中のカルシウム量を（数１）の演算式を用いて求める工程と、
前記磨耗流動粒子中のカルシウム量を前記脱硫剤のカルシウム密度で除して前記磨耗流動粒子の磨耗体積速度（ａ）を求める工程と、
前記加圧流動層ボイラ内に存在する前記流動粒子の粒度分布を測定し、（数２）の演算式を用いて前記流動粒子の外部表面積（ｂ）を求める工程と、
前記磨耗体積速度（ａ）を前記外部表面積（ｂ）で除して前記流動粒子の磨耗線速度を求める工程と、
を備えていることを特徴とする加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法。
【数１】
0004050895.tif 000012
【数２】
0004050895.tif 000013
【請求項２】
前記排出灰が、前記加圧流動層ボイラで発生するフライアッシュの一部であり、前記フライアッシュの残部が前記加圧流動層ボイラに再循環されることを特徴とする請求項１に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法。
【請求項３】
前記排出灰が、前記加圧流動層ボイラで発生するフライアッシュの全部であることを特徴とする請求項１に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法。
【請求項４】
加圧流動層燃焼装置において、
加圧流動層ボイラ内に供給する脱硫剤の粒度分布を測定し、前記脱硫剤の内の粒径Ｄp,j-1の重量分率ｆj-1を求める工程と、
前記重量分率ｆj-1と、前記加圧流動層ボイラ内に供給する前記脱硫剤の供給質量速度Ｆと、前記加圧流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒子重量Ｗと、前記脱硫剤の供給量が前記流動粒子が前記加圧流動層ボイラ内で磨耗によって減少する量よりも多い場合に前記加圧流動層ボイラの炉底部から抜き出す抜出粒子の抜出重量Ｂと、によって、時刻ｔから時間Δｔが経過した後に前記流動層ボイラ内に存在する前記粒径Ｄp,j-1を有する前記流動粒子の重量Ｗ・ｗj-1（t+Δｔ）を（数３）によって求める工程と、
（数３）の演算を各々の粒径毎及び時間毎に定常状態になるまで繰り返し行い各絶対量を求め、前記各絶対量の合計から各々の粒径毎の重量分率を演算して粒度分布を求める工程と、
を備えていることを特徴とする加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法。
【数３】
0004050895.tif 000014
【請求項５】
請求項４に記載の流動粒子の粒度分布の予測方法によって磨耗によって粒度が変化した流動粒子の粒度分布を予測する磨耗粒度分布測定工程と、
前記加圧流動層ボイラから抜き出した前記抜出粒子の粒度分布を測定する抜出粒度分布測定工程と、
前記磨耗粒度分布測定工程で予測された磨耗粒度分布と、前記抜出粒度分布測定工程で測定された抜出粒度分布と、を用いて、前記加圧流動層ボイラ内に供給され破砕によって粒度が変化した流動粒子の粒度分布を予測する破砕粒度分布予測工程と、
前記加圧流動層ボイラ内に供給する以前の脱硫剤の粒度分布を測定する脱硫剤粒度分布測定工程と、
前記破砕粒度分布予測工程で予測された破砕粒度分布から粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する流動粒子の重量分率ｅ（ｘ−ｙ）を求める工程と、
前記脱硫剤粒度分布測定工程で測定された脱硫剤粒度分布から粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する脱硫剤の重量分率ｆ（ｘ−ｙ）を求める工程と、
前記ｅ（ｘ−ｙ）及び前記ｆ（ｘ−ｙ）を用いて、粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する前記脱硫剤の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を（数４）の演算式で演算する工程と、
を備えていることを特徴とする加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法。
【数４】
0004050895.tif 000015
【請求項６】
前記残存率Ｒ（ｘ−ｙ）＝１となる前記脱硫剤の粒径ＤRを求める工程と、
前記抜出粒度分布から、前記加圧流動層ボイラ内に存在する前記流動粒子の最大粒径ＤMAXを求める工程と、
前記加圧流動層ボイラ内で破砕によって粒径が変動した粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する前記脱硫剤の増加率Ｆ（ｘ−ｙ）を（数５）の演算式で演算する工程と、
前記増加率Ｆ（ｘ−ｙ）に応じて、請求項４に記載の予測方法で予測された前記粒度分布を補正する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項５に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法。
【数５】
0004050895.tif 000016
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭や石油コークス等の燃料を燃焼させる加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法及び加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧力容器内に設置した加圧流動層ボイラで石炭や石油コークス等を高圧条件で燃焼させ、加圧流動層ボイラ内に配設した熱交換器から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン発電と、加圧流動層ボイラの燃焼ガスを利用するガスタービン発電と、を組み合わせることによって、熱効率を向上させた複合発電方式を構成することができる加圧流動層燃焼装置がある。加圧流動層燃焼装置は、流動層内に石灰石（ＣａＣＯ3）やドロマイト〔ＣａＭｇ（ＣＯ3）2〕等の脱硫剤を混合させ、流動層内で石灰石−石膏反応によりＳＯ2をＣａＳＯ4の形で捕捉する炉内脱硫を行うとともに、８５０℃程度の比較的低温で燃焼させるため、硫黄酸化物（ＳＯX）や窒素酸化物（ＮＯX）の発生も低く低公害発電が可能となる等の特徴を有している。また、加圧燃焼により燃焼装置が大幅にコンパクト化できるため省スペース性にも優れるとともに複合発電による高い発電効率を得ることができるという特徴を有している。
【０００３】
このような加圧流動層燃焼装置の加圧流動層ボイラ内に存在する流動粒子（脱硫剤）は、脱硫剤として働くだけでなく、流動媒体としてボイラ内の円滑な流動を維持するとともに燃料が発生した熱を熱交換器に伝える伝熱媒体として働き、流動化されて磨耗して粒径が減少することが知られていた。また加圧流動層ボイラ内に新たに供給される脱硫剤は、ボイラ内に導入されたときに内部に含む水分が急激に膨張したり熱勾配ができたりして破砕されて微細化されることが知られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の加圧流動層燃焼装置においては、加圧流動層ボイラ内での流動粒子が磨耗して粒径が変動する挙動や、加圧流動層ボイラ内に供給される脱硫剤が破砕する挙動の検討はなされていなかった。そのため、以下のような課題を有していた。
（１）１０気圧以上に加圧した加圧流動層ボイラ内では、炉内に供給された脱硫剤としてのＣａＣＯ3はＣａＣＯ3或いは脱硫反応後のＣａＳＯ4として存在し、熱分解生成物であるＣａＯの存在量は極めて少ないことが「Ljungstorm, E., Lindqvist, O., Proc. 7th Int. Conf. On Fluidized Bed Combustion(Philadelphia, U.S.A), P.465, 1982」に記載されている。また、加圧焼成条件下でのＣａＣＯ3の脱硫反応は、未反応核モデルで進行し、生成物（ＣａＳＯ4）と未反応核（ＣａＣＯ3）の界面の反応速度と、生成物層内ＳＯ2拡散の両方が反応速度に影響を与えることが、「K. Qui, O. Lindqvist, Chem. Eng. Sci., 55, 3091-3100, 2000」に記載されており、石灰石の外部表面、特に生成物層の厚みの薄い清浄な表面がボイラ内の脱硫性能に大きな影響を与えると推察される。
清浄な表面を有するボイラ内に存在する脱硫剤としては、ボイラの外部から新たに供給された生成物（ＣａＳＯ4）層の薄い清浄な脱硫剤と、この脱硫剤が破砕して新たな表面が形成された脱硫剤と、ボイラ内に存在する流動粒子（脱硫剤）の表面に形成された生成物（ＣａＳＯ4）層が磨耗して未反応面が露出した脱硫剤と、が考えられる。脱硫剤の破砕や磨耗によって、脱硫剤の外部表面積が変動すれば、脱硫剤の外部表面の影響を受ける脱硫性能も変動すると推察される。
しかし、脱硫剤の外部表面の磨耗や破砕の挙動の予測がなされていなかったために、加圧流動層燃焼装置における脱硫率の予測が非常に困難であるという課題を有していた。
（２）また、流動粒子の粒度分布等に影響を受ける加圧流動層ボイラ内に配設された熱交換器への伝熱係数の推定も困難であったため、プラント出力制御の予測が困難であるという課題を有していた。
（３）加圧流動層ボイラ内で磨耗や破砕によって粒径が減少する脱硫剤の粒径分布が予測できないため、脱硫反応に大きな影響を与える流動層内の脱硫剤の表面積を把握できず、高い脱硫率を得ようとするあまり必要以上の量の脱硫剤を過剰に供給してしまうことが多く、生産性に劣るという課題を有していた。
（４）また、磨耗や破砕によって脱硫剤の粒径が減少し飛び出し粒径（終末速度が流動層の空塔速度と同じである粒子の粒径）よりも小さくなると、加圧流動層ボイラ内の流動層からフリーボードへ飛び出して脱塵装置で捕集される。捕集されたフライアッシュのうち、系外へ排出される排出灰の最大粒径である最大排出灰粒径以下の粒径を有するフライアッシュは加圧流動層燃焼装置の系外に排出されるため、流動層内に存在する脱硫剤の量が減少する。そのため、流動層の高さが変化して熱交換器を浸している割合が変化し、加圧流動層燃焼装置の出力が変化してしまうことが予測できず、プラント出力の制御性に劣るという課題を有していた。
（５）また、磨耗や破砕によって減少する脱硫剤の粒径が予測できないため、加圧流動層ボイラ内に供給する脱硫剤の適切な粒度が推定できないので、供給する脱硫剤の粉砕及び分級等に過度の作業工数を割くことがあり、作業性に劣るという課題を有していた。
（６）加圧流動層ボイラ内の脱硫剤を流動化に最適な粒径に予測して調整することができないので、脱硫剤が微細化する傾向が強まり、炉底部から吹き込まれた流動用流体が上昇するに従って凝集し、流動層界面において急激に膨張するスラッギングが発生し易い状態になり、流動粒子が間欠的な流れ（脈動流）となり制御性が悪化するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、磨耗による流動粒子の粒径変化を把握するための加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、脱硫性能（脱硫率）の予測や加圧流動層ボイラ内に配設された熱交換器への伝熱係数の推定も可能にするとともに、供給する脱硫剤の粉砕及び分級等に過度の作業工数を割くのを防止でき作業性に優れ、流動層の安定性と制御性の向上に優れる加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法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】
本発明の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法及び加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法は、以下の構成を有している。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法は、加圧流動層燃焼装置において、脱塵装置で捕集され前記加圧流動層燃焼装置の系外に排出される単位時間あたりの排出灰中のカルシウム量と、前記加圧流動層ボイラ内に単位時間あたりに供給する脱硫剤の内前記排出灰の最大粒径である最大排出灰粒径以下の粒径を有する前記脱硫剤中のカルシウム量と、前記加圧流動層ボイラ内に単位時間あたりに供給する燃料から生成される燃焼灰中のカルシウム量と、によって、前記加圧流動層ボイラ内の流動粒子が磨耗して単位時間に生成される磨耗流動粒子中のカルシウム量を（数６）の演算式を用いて求める工程と、前記磨耗流動粒子中のカルシウム量を前記脱硫剤のカルシウム密度で除して前記磨耗流動粒子の磨耗体積速度（ａ）を求める工程と、前記加圧流動層ボイラ内に存在する前記流動粒子の粒度分布を測定し、（数７）の演算式を用いて前記流動粒子の外部表面積（ｂ）を求める工程と、前記磨耗体積速度（ａ）を前記外部表面積（ｂ）で除して前記流動粒子の磨耗線速度を求める工程と、を備えた構成を有している。
【数６】
0004050895.tif 000002
【数７】
0004050895.tif 000003
この構成によって、以下のような作用が得られる。
（１）これまで定量的に示されていなかった流動粒子（脱硫剤）の磨耗速度を定量的に示すことができるので、磨耗による流動粒子の粒径変化を把握することができ、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れる。
（２）測定可能な石炭供給量、脱硫剤供給量と粒度分布、フライアッシュ中のカルシウム量等を用いて、脱硫剤の単位体積当りのカルシウム密度を基に求めるので、脱硫剤のカルシウム純度等に影響されずに一般化して流動粒子（脱硫剤）の磨耗速度を求めることができ、また流動層燃焼装置に適用することができ汎用性に優れる。
【０００８】
ここで、流動粒子（脱硫剤）の磨耗速度としては、流動粒子の半径の減少速度である磨耗線速度が用いられる。流動粒子は、加圧流動層ボイラ内で流動化している脱硫剤であり、脱硫剤としては、ＣａＣＯ3（又は石灰石），ＭｇＣＯ3（又はドロマイト）の他、ＣａＯ，Ｃａ（ＯＨ）2，Ｋ2ＣＯ3，貝殻等のカルシウムを含む水産廃棄物，セメントスラッジ，加圧・常圧流動層ボイラの炉底部から取り出された流動粒子等が用いられる。これらの脱硫剤は、燃料や脱塩剤等と水と混合され燃料スラリーに調整されて加圧流動層ボイラの流動層内へ供給される。また、スラリーに調整せずにロックホッパ等によってドライフィードすることもできる。
【０００９】
燃料としては、石炭，亜炭，褐炭，瀝青炭，コークス，石油コークス，オイルコークス，オイルサンド，重質油，石炭液化残渣，ゴム，古タイヤ，廃油，一般ゴミ，一般廃棄物，木質物，炭化物，ＲＤＦやその他の炭化物，木屑，産業廃棄物，食品工場や農業等で排出される有機残渣物，下水汚泥，し尿処理汚泥，工業廃水処理汚泥等や、これらの混合物が用いられる。
【００１０】
排出灰としては、加圧流動層ボイラ内で燃料が燃焼して生じた燃焼灰及び流動層からフリーボードへ飛び出した脱硫剤からなるフライアッシュの内、脱塵装置で捕集され加圧流動層燃焼装置の系外へ排出されるフライアッシュが用いられる。加圧流動層燃焼装置は、脱塵装置で捕集したフライアッシュの全部を系外に排出するもの、脱塵装置で捕集したフライアッシュの一部を系外に排出し残部を加圧流動層ボイラに戻して再循環するもの等を選択して用いることができる。
脱塵装置としては、サイクロン，重力沈降装置，ラビリンス等の粗脱塵装置、セラミックチューブフィルタ等の精密脱塵装置、これらを複数段組み合わせたもの等が用いられる。
【００１１】
最大排出灰粒径は、脱塵装置で捕集されるフライアッシュのうち系外へ排出される排出灰の最大粒径である。脱塵装置で捕集したフライアッシュの全部を系外に排出する加圧流動層燃焼装置の場合は、フリーボードへ飛び出した脱硫剤等が全て脱塵装置で捕集されるため、最大排出灰粒径は、飛び出し粒径（終末速度が流動層の空塔速度と同じである粒子の粒径）が用いられる。また、サイクロン等の粗脱塵装置で捕集したフライアッシュの一部を加圧流動層ボイラに戻して再循環する加圧流動層燃焼装置の場合は、最大排出灰粒径は、粗脱塵装置で捕集されるフライアッシュの最小粒径（又は、粗脱塵装置を通過して精密脱塵装置で捕集されるフライアッシュの最大粒径）が用いられる。
【００１２】
排出灰には、脱硫剤に由来するものと石炭等の燃料の燃焼灰に由来するものとが含まれている。脱硫剤に由来するものとしては、供給される最大排出灰粒径以下の脱硫剤と、加圧流動層ボイラ内での磨耗による微粉化で生成する脱硫剤とがある。これらのうち、燃料供給量、脱硫剤供給量等は設定可能であり、脱硫剤の粒度分布等は粒度分布測定器等によって測定可能であり、排出灰量等は質量計等によって測定可能であり、排出灰のカルシウム濃度、燃料から生成される燃焼灰のカルシウム濃度等は蛍光Ｘ線分析等や燃料の試験成績証明書等で検知可能である。従って、脱硫剤の磨耗による磨耗流動粒子の生成量は、排出灰の量から、最大排出灰粒径以下の粒径を有する脱硫剤の量及び燃焼灰の量を減じることにより求めることができる。
【００１３】
流動粒子（脱硫剤）の粒度分布の測定方法としては、篩い分け法や粉体の沈降速度を利用して測定する水ひ等の重量沈降法，遠心力沈降法等や、粉体の慣性力を利用して測定するカスケードインパクタ法，サイクロン分級法，画像解析法，光透過法，Ｘ線透過法，レーザー回折・散乱法，電気的検知等が用いられる。
なお、粒度分布を測定するための流動粒子は、加圧流動層ボイラの炉底部から抜き出すことができる。以下、炉底部から抜き出す流動粒子を抜出粒子という。加圧流動層ボイラ内が完全混合していると仮定するので、流動粒子の粒度分布と抜出粒子の粒度分布とは同じであるとみなすことができる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法であって、前記排出灰が、前記加圧流動層ボイラで発生するフライアッシュの一部であり、前記フライアッシュの残部が前記加圧流動層ボイラに再循環される構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）フライアッシュの残部を加圧流動層ボイラに再循環する加圧流動層燃焼装置においては、フライアッシュが循環されることで流動層内の密度が低下し流動層が活発化する。このような活発化した流動層を形成する流動層ボイラにおける流動粒子の磨耗速度を推定することができるので、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れるとともに汎用性に優れる。
【００１５】
ここで、フライアッシュとしては、加圧流動層ボイラ内で燃料が燃焼して生じた燃焼灰、及び流動層からフリーボードへ飛び出した脱硫剤が用いられる。フライアッシュの一部（粗脱塵装置の捕集不可能な細粒）は、サイクロン等の粗脱塵装置を通過して下流側に配設されたセラミックチューブフィルタ等の精密脱塵装置で捕集されて系外に排出され、残部（粗脱塵装置で捕集可能な粗粒）は粗脱塵装置で捕集されて加圧流動層ボイラに戻して再循環される。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法であって、前記排出灰が、前記加圧流動層ボイラで発生するフライアッシュの全部である構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）フライアッシュの全部を系外に排出する加圧流動層燃焼装置においては、流動層内の密度の低下が起こらず流動層は不活発である。このような流動層ボイラにおける流動粒子の磨耗速度を推定することができるので、流動粒子の磨耗速度を推定することができ流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れるとともに汎用性に優れる。
【００１７】
ここで、フライアッシュとしては、加圧流動層ボイラ内で燃料が燃焼して生じた燃焼灰、及び流動層からフリーボードへ飛び出した脱硫剤が用いられる。フライアッシュの全部は、サイクロン等の粗脱塵装置やセラミックチューブフィルタ等の精密脱塵装置等で捕集されて系外に排出される。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法は、加圧流動層燃焼装置において、加圧流動層ボイラ内に供給する脱硫剤の粒度分布を測定し、前記脱硫剤の内の粒径Ｄp,j-1の重量分率ｆj-1を求める工程と、前記重量分率ｆj-1と、前記加圧流動層ボイラ内に供給する前記脱硫剤の供給質量速度Ｆと、前記加圧流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒子重量Ｗと、前記脱硫剤の供給量が前記流動粒子が前記加圧流動層ボイラ内で磨耗によって減少する量よりも多い場合に前記加圧流動層ボイラの炉底部から抜き出す抜出粒子の抜出重量Ｂと、によって、時刻ｔから時間Δｔが経過した後に前記流動層ボイラ内に存在する前記粒径Ｄp,j-1を有する前記流動粒子の重量Ｗ・ｗj-1（t+Δｔ）を（数８）によって求める工程と、（数８）の演算を各々の粒径毎及び時間毎に定常状態になるまで繰り返し行い各絶対量を求め、前記各絶対量の合計から各々の粒径毎の重量分率を演算して粒度分布を求める工程と、を備えた構成を有している。
【数８】
0004050895.tif 000004
この構成によって、以下のような作用が得られる。
（１）これまで予測をすることが困難であった磨耗による流動粒子（脱硫剤）の粒度分布の変化が、定量化が可能な因子を用いた演算によって予測できるので、流動粒子の粒度分布や外部表面積に起因している脱硫率の予測や伝熱係数の推定等が可能となり、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径や最適供給量を予測することができ作業性及び流動層の安定性に優れ、またプラント出力等を予測することができ生産性に優れる。
【００１９】
ここで、演算式（数８）は以下のようにして導かれる。
加圧流動層ボイラ内には流動粒子として、石灰石等の脱硫剤の他に燃料の燃焼灰が存在していることが考えられるが、脱硫剤のみが存在していると仮定する。燃焼灰はすぐに粉化して流動層から飛び出し、また、仮にいくらかが粉化しなかったとしても、加圧流動層ボイラ内への燃焼灰に由来するカルシウムの供給量が脱硫剤に由来するカルシウムの供給量に比べて非常に少ないので影響を与えないからである。
脱硫剤磨耗線速度（脱硫剤の半径の減少速度）をａ〔μｍ／ｈｒ〕とし、粒径には依存せず一定であると仮定する。加圧流動層ボイラ内には粒子重量Ｗ〔ｔ〕の流動粒子が存在しており、ある時刻ｔにおける粒径Ｄp,jの流動粒子の重量分率がｗj（ｔ）であるとする。
粒径Ｄp,jの流動粒子が、時間Δｔの間に２ａ・Δｔだけ磨耗して粒径Ｄp,j-1の流動粒子になったとすると、粒径Ｄp,jの流動粒子の１個あたりの重量πρＤp,j3／６は、Δｔ後にπρＤp,j-13／６に減少すると表すことができる。また、脱硫剤磨耗線速度ａは粒径には依存せず一定であると仮定したので、粒径Ｄp,j-1の流動粒子は時間Δｔの間に全部が２ａ・Δｔだけ磨耗して粒径Ｄp,j-2となると表すことができる。ここで、ρは流動粒子の粒子密度〔ｋｇ／ｍ3〕である。
【００２０】
この時間Δｔの間に加圧流動層ボイラ内に脱硫剤がＦΔｔ〔ｔ〕供給されるとする。ここで、Ｆは脱硫剤の加圧流動層ボイラ内への供給質量速度（単位時間あたりに加圧流動層ボイラへ供給される脱硫剤の供給量）〔ｔ／ｈｒ〕である。加圧流動層ボイラ内に供給される粒径Ｄp,j-1の脱硫剤の重量分率をｆj-1とすると、粒径Ｄp,j-1の脱硫剤が時間Δｔの間に加圧流動層ボイラに供給される重量は、Ｆｆj-1Δｔ〔ｔ〕である。従って、加圧流動層ボイラの炉底部からの流動粒子の抜き出しがない場合には、時間Δｔ後にボイラ内に存在する粒径Ｄp,j-1の流動粒子の重量ｘj-1（ｔ＋Δｔ）は、磨耗と供給のバランスから（数９）で表すことができる。
【数９】
0004050895.tif 000005
【００２１】
ボイラ内への脱硫剤の供給量が磨耗によって失われた量より多い場合には、加圧流動層燃焼装置の出力を一定にするために、炉底部から抜出粒子を抜き出してボイラ内の流動粒子の量を一定にする。炉底部から抜き出す抜出粒子の抜出重量をＢとすると、Ｂは時間Δｔ後に流動層ボイラ内に存在する粒径Ｄp,j-1の流動粒子の重量の総和から流動層ボイラ内に存在する流動粒子の重量を減じて（数１０）で表すことができる。
【数１０】
0004050895.tif 000006
ここで、和をとる流動粒子の粒径範囲の下限は、飛び出し粒径（終末速度が流動層の空塔速度と同じである粒子の粒径）とする。飛び出し粒径より小さな粒径を有する流動粒子は、流動層からフリーボードへ飛び出して流動層内での存在確率が低いからである。なお、空塔速度としては、粒子が底部に充填された加圧流動層ボイラの底部から流される気体の流量を粒子を取り除いた空塔容器の断面積で除したものが用いられ、流動層に流れる見掛けの燃焼ガスの流速が用いられる。
流動粒子が完全に混合していると仮定すると、ボイラ内に残る流動粒子の割合はＷ／（Ｗ＋Ｂ）で表される。従って、時間Δｔが経過した後にボイラ内に残存する粒径Ｄp,j-1の流動粒子の重量Ｗ・ｗj-1（ｔ＋Δｔ）は、（数８）で表すことができる。
（数８）により、各粒径範囲毎に磨耗と供給及びボイラ内の残存率を考慮して、各粒径範囲の質量を各時間毎に計算し、定常になるまで演算を進め、その絶対量の和を取ることによって各粒径範囲毎の重量分布が演算されるので、流動層内の流動粒子の粒度分布を予測することができる。
【００２２】
本発明の請求項５に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法は、請求項４に記載の流動粒子の粒度分布の予測方法によって磨耗によって粒度が変化した流動粒子の粒度分布を予測する磨耗粒度分布測定工程と、前記加圧流動層ボイラから抜き出した前記抜出粒子の粒度分布を測定する抜出粒度分布測定工程と、前記磨耗粒度分布測定工程で予測された磨耗粒度分布と、前記抜出粒度分布測定工程で測定された抜出粒度分布と、を用いて、前記加圧流動層ボイラ内に供給され破砕によって粒度が変化した流動粒子の粒度分布を予測する破砕粒度分布予測工程と、前記加圧流動層ボイラ内に供給する以前の脱硫剤の粒度分布を測定する脱硫剤粒度分布測定工程と、前記破砕粒度分布予測工程で予測された破砕粒度分布から粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する流動粒子の重量分率ｅ（ｘ−ｙ）を求める工程と、前記脱硫剤粒度分布測定工程で測定された脱硫剤粒度分布から粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する脱硫剤の重量分率ｆ（ｘ−ｙ）を求める工程と、前記ｅ（ｘ−ｙ）及び前記ｆ（ｘ−ｙ）を用いて、粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する前記脱硫剤の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を（数１１）の演算式で演算する工程と、を備えた構成を有している。
【数１１】
0004050895.tif 000007
この構成によって、以下のような作用が得られる。
（１）粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）＞１のときは供給された脱硫剤のうち、ｙよりも粒径の大きな脱硫剤が破砕されて微細化され、それによって粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤の重量分率が増加していることを示している。
（２）また、Ｒ（ｘ−ｙ）＜１のときは供給された粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤が破砕されて、その範囲の脱硫剤の重量分率が減少していることを示している。
（３）また、Ｒ（ｘ−ｙ）＝１のときは粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤の重量分率が変化していないことを示している。
（４）以上のように残存率を求めることによって、重量分率が減少・増加している脱硫剤の粒径範囲、その減少率及び増加率が明確になる。そのため、加圧流動層ボイラ内に供給される脱硫剤の内、破砕されて減少する粒径範囲及びその減少率、破砕されて生成される粒径範囲及びその増加率の予測が可能になり、破砕によって粒径が著しく変化する場合でも、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径や最適供給量を予測することができ作業性及び流動層の安定性に優れ、またプラント出力等を予測することができ生産性に優れる。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法であって、前記残存率Ｒ（ｘ−ｙ）＝１となる前記脱硫剤の粒径ＤRを求める工程と、前記抜出粒度分布から、前記加圧流動層ボイラ内に存在する前記流動粒子の最大粒径ＤMAXを求める工程と、前記加圧流動層ボイラ内で破砕によって粒径が変動した粒径範囲ｘ〜ｙの粒径を有する前記脱硫剤の増加率Ｆ（ｘ−ｙ）を（数１２）の演算式で演算する工程と、前記増加率Ｆ（ｘ−ｙ）に応じて、請求項４に記載の予測方法で予測された前記粒度分布を補正する工程と、を備えた構成を有している。
【数１２】
0004050895.tif 000008
この構成によって、請求項５に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）破砕されて生成し増加した微細な流動粒子の重量分率が明確になり、増加する流動粒子の粒径範囲の予測が可能になる。
（２）磨耗によって変動する粒度分布だけでなく、脱硫剤の破砕によって変動する流動粒子の粒度分布の予測も可能になるため、流動粒子の外部表面の影響を受ける脱硫性能（脱硫率）の予測が可能になる。
（３）脱硫率の予測が可能になるので、高い脱硫率を得ようとするあまり必要以上の量の脱硫剤を過剰に供給するのを防止することができ、生産性に優れる。
（４）また、流動粒子の粒度分布等に影響を受ける加圧流動層ボイラ内に配設された熱交換器への伝熱係数の推定も可能となり、プラント出力制御の予測も可能になる。
（５）破砕によって微細化する脱硫剤の粒径を予測することにより、加圧流動層ボイラ内に供給する脱硫剤の適切な粒度の推定ができるので、供給する脱硫剤の粉砕及び分級等に過度の作業工数を割くのを防止でき、作業性に優れる。
（６）加圧流動層ボイラ内の脱硫剤を流動化に最適な粒径に予測して調整することができるので、流動粒子が微細化すると発生し易いスラッギングの未然防止が可能となり加圧流動層ボイラの流動層の安定性と制御性に優れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における加圧流動層燃焼装置のシステム構成図である。
図１において、１は本実施の形態１における加圧流動層燃焼装置、２はコンプレッサ１６（後述する）からの空気で加圧することにより酸素分圧を高めた状態のもとで燃料を流動化させて燃焼させる加圧流動層ボイラ、２ａは加圧流動層ボイラ２の下部から注入された気体によって燃料と脱硫剤とを有する流動粒子が流動化されている流動層、２ｂは加圧流動層ボイラ２内の流動層２ａの上部の空間であるフリーボード、２ｃは加圧流動層ボイラ２に一端部が連通し加圧流動層ボイラ２内で流動化された燃料が燃焼して発生した含塵排ガスをサイクロン３内に導く排ガス導入管、３は排ガス導入管２ｃの他端部が連通し排ガス導入管２ｃによって導かれた含塵排ガスから粗粒灰を分離する粗脱塵装置としてのサイクロン、４は加圧流動層ボイラ２及びサイクロン３を内設しコンプレッサ１６からの空気により内部を高圧状態に保つ圧力容器、５はサイクロン３で分離された粗粒灰を加圧流動層ボイラ２へ戻すための返流管、５ａはサイクロン３で粗粒灰が分離された排ガス及び微粒灰を圧力容器４の外部へ排出してセラミックチューブフィルタ８へ導く排ガス排出管、５ｂは加圧流動層ボイラ２の炉底部に配設され流動層２ａの高さを調節するために流動層２ａを構成する流動粒子や灰を抜き出す炉底抜出口である。６は粒径６ｍｍ程度以下に調整された石油コークスや石炭等の燃料と、粒径１０ｍｍ程度以下に調整された石灰石やドロマイト、炭酸カリウムや水酸化カリウム等の脱硫剤又は脱塩剤と、水と、を混合しスラリー状に調整し燃料スラリーを作成するスラリータンク、７はスラリータンク６で作成された燃料スラリーを加圧流動層ボイラ２内に供給するスラリーポンプ、８はサイクロン３から排出され排ガス排出管５ａを通過した高温の排ガスが流入され排ガス中の微粒灰の脱塵を行う精密脱塵装置としてのセラミックチューブフィルタ、９はセラミックチューブフィルタ８で捕集された微粒灰を受け入れる微粒灰タンク、１０はセラミックチューブフィルタ８の排ガス流路、１１は排ガス流路１０の下流側に連通して配設され排ガス流路１０からの排ガスにより回転するガスタービン、１１ａはガスタービン１１により回転駆動される発電機、１２はガスタービン１１の下流側に連通して配設され選択的触媒還元法（ＳＣＲ）により排ガス中のＮＯｘを触媒により接触還元する脱硝反応塔、１２ａはガスタービン１１と脱硝反応塔１２とを連通する排ガス管、１２ｂは排ガス管１２ａを流れる排ガス中のＳＯｘ濃度を測定する非分散型赤外法等によるＳＯｘ検出器、１３は脱硝反応塔１２の下流側に連通して配設され排ガスの有する熱により給水を予熱するエコノマイザ、１４はエコノマイザ１３の下流側に連通して配設され排ガスに残留する灰塵を除塵するバグフィルタ、１５はバグフィルタ１４の下流側に連通して配設され排ガスを大気に放出する煙突、１６はガスタービン１１により回転駆動され圧力容器４内の気圧を昇圧するための空気を圧縮するコンプレッサである。
１７は加圧流動層ボイラ２内に配設された熱交換器、１７ａは熱交換器１７により発生する蒸気が通気する蒸気管、１８は蒸気管１７ａから送気される蒸気により回転駆動される蒸気タービン、１８ａは蒸気タービン１８により回転駆動される発電機、１９は蒸気タービン１８から排出される蒸気を冷却し復水する復水器、２０は復水器１９で復水された水を循環させる復水ポンプ、２１は復水ポンプ２０からエコノマイザ１３へ送水する送水管、２２はエコノマイザ１３で加熱された水を熱交換器１７へ給水する給水管である。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態１の加圧流動層燃焼装置１について、流動粒子の粒度分布の予測方法を、以下説明する。
脱硫剤を所望の粒度に粉砕した後に、重量沈降法，遠心力沈降法，篩い分け法，画像解析法，光透過法，Ｘ線透過法，レーザー回折・散乱法，電気的検知等の粒度分布測定方法にて、スラリータンク６へ投入する前の脱硫剤の粒度分布を予め測定しておく。これによって、加圧流動層ボイラ２の流動層２ａ内に供給する粒径Ｄp,j-1の脱硫剤の重量分率ｆj-1を求めることができる。重量分率ｆj-1、スラリータンク６から加圧流動層ボイラ２内に供給される脱硫剤の供給質量速度Ｆ、流動層２ａに存在する流動粒子の粒子重量Ｗ、及び流動層２ａから炉底抜出口５ｂを介して抜き出す抜出粒子の抜出重量Ｂを用いて、演算式（数８）で演算を行って、時刻ｔから時間Δｔが経過した後に流動層ボイラ内に存在する粒径Ｄp,j-1を有する流動粒子の重量Ｗ・ｗj-1（t+Δｔ）について、各々の粒径毎及び時間毎に定常状態になるまで繰り返し行い各絶対量を求め、各絶対量の合計から各々の粒径毎の重量分率を演算することにより、加圧流動層ボイラ内の流動粒子の粒度分布を予測することができる。
なお、本実施の形態においては、脱硫剤は、石油コークスや石炭等の燃料等と水とを混合しスラリータンク６でスラリー状に調整した燃料スラリーに混合して加圧流動層ボイラ２内に供給したが、燃料スラリーを供給する配管とは別の配管を加圧流動層ボイラ２の底部に連通して、燃料スラリーとは別の配管から加圧流動層ボイラ２へ供給する場合もある。また、スラリーに調整せずにロックホッパ等によってドライフィードすることもできる。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態１の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法によれば、以下のような作用が得られる。
（１）これまで予測をすることが困難であった磨耗による流動粒子（脱硫剤）の粒度分布の変化が、定量化が可能な因子を用いた演算によって予測できるので、流動粒子の粒度分布や脱硫剤の外部表面積に起因している脱硫率の予測や伝熱係数の推定等が可能となる。
【００２７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における加圧流動層燃焼装置のシステム構成図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
図中、３０は本実施の形態２における加圧流動層燃焼装置、３１は排ガス導入管２ｃの他端部が連通し排ガス導入管２ｃによって導かれた含塵排ガスから粗粒灰を分離する粗脱塵装置としてのサイクロン、３２はサイクロン３１で分離された粗粒灰が輸送される粗粒灰流路、３３は粗粒灰流路３２に接続され粗粒灰流路３２で輸送される粗粒灰と熱交換を行い冷却する粗粒灰用熱交換器である。
実施の形態２の加圧流動層燃焼装置が実施の形態１と異なる点は、含塵排ガスからサイクロン３１で分離された粗粒灰が加圧流動層ボイラ２に返流されずに、セラミックチューブフィルタ８で捕集された微粒灰とともに系外へ排出される点である。
【００２８】
以上のように構成された実施の形態２の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法は、実施の形態１で説明したものと同様なので、説明を省略する。
また、以上のように構成された実施の形態２の加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法によれば、実施の形態１に記載の作用と同様の作用が得られる。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
加圧流動層燃焼装置としては、実施の形態１に示す７１ＭＷ加圧流動層燃焼装置（脱塵装置で捕集されたフライアッシュの一部を加圧流動層ボイラに循環するもの）を用いた。燃料としては（表１）に示す５種の石炭及び１種の石油コークス（ＰＣ）を単独、若しくは混合して用いた。脱硫剤としては（表２）に示す組成を有する津久見産石灰石及び船尾産石灰石を単独、若しくは混合して粉砕し種々の粒度分布にしたものを用いた。（表３）に混合粉砕した脱硫剤の粒径と混合比を示した。
【表１】
0004050895.tif 000009
（表１）に示すＢＡ，ＷＢ，ＮＴ，ＡＤ，ＤＲは炭種を示し、例えばＢＡはブレアゾール炭を示している。
【表２】
0004050895.tif 000010
【表３】
0004050895.tif 000011
なお、（表３）において、例えば、試料名の欄に記載された「Ｆ１（５）＋Ｔ１．５（５）」は、粒子径１ｍｍ未満に粉砕された船尾産（Ｆ）の石灰石５０ｗｔ％と粒子径１．５ｍｍ未満に粉砕された津久見産（Ｔ）の石灰石５０ｗｔ％とを混合したものであることを示しており、「Ｆ１（８）＋Ｔ１．５（２）」は、粒子径１ｍｍ未満に粉砕された船尾産（Ｆ）の石灰石８０ｗｔ％と粒子径１．５ｍｍ未満に粉砕された津久見産（Ｔ）の石灰石２０ｗｔ％とを混合したものであることを示している。また、「１．５（Ｔ３＋Ｆ１）」は、粒子径３ｍｍ未満に粉砕された津久見産（Ｔ）の石灰石５０ｗｔ％と粒子径１ｍｍ未満に粉砕された船尾産（Ｆ）の石灰石５０ｗｔ％とを混合した後さらに粒子径１．５ｍｍ未満に粉砕したものであることを示している。
燃料にＢＡ石炭と石油コークスとの混合物を用いた場合には、脱硫剤は（表３）に示す津久見産石灰石と船尾産石灰石とを種々の割合で混合し粉砕したものを用いた。その場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を（図３）に示した。図３は、燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の、脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図である。
また、燃料に種々の石炭を混合又は単独で用いた場合には、脱硫剤は（表２）に示す津久見産石灰石を単独で用いた。この場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）と石炭種との関係を（図４）に示した。図４（ａ）は燃料にＢＡ炭，ＷＢ炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図であり、図４（ｂ）は燃料にＮＴ炭，ＢＡ炭とＡＤ炭の混炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図であり、図４（ｃ）は燃料にＤＡ炭，ＢＡ炭，ＢＡ炭とＤＲ炭の混炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図である。（図４）において、例えば「ＢＡ」は、ＢＡ石炭を単独で用いたものであることを示しており、「ＢＡ（７）＋ＡＤ（３）」は、ＢＡ石炭７０ｗｔ％とＡＤ石炭３０ｗｔ％とを混合したものであることを示している。
図３及び図４から、燃料に石炭同士を混合又は単独で用いた場合の図４に示す脱硫剤は、粒径が１ｍｍ以上のものを多く含み、燃料にＢＡ石炭と石油コークスを混合して用いた場合の図３に示す脱硫剤は、粒径が１ｍｍ以上のものをほとんど含んでいないことが明らかである。
【００３０】
（図３）及び（図４）に示す脱硫剤と燃料とを水と混合してペースト状にして加圧流動層ボイラ内に供給した。流動層に供給する脱硫剤の量と炉底抜出口から抜き出す抜出粒子の量を調整して流動層の高さを調節することで、熱交換器が流動層に浸されている割合を制御して出力を制御するとともに、流動層温度を８２５〜８６５℃の間に制御した。また、圧力は空塔速度（流動層内に流れる見掛けの燃焼ガスの流速）が０．８±０．４ｍ／ｓになるように一定に保った。
【００３１】
流動層内が完全混合していると仮定すると、炉底部から抜き出した抜出粒子の粒度分布はボイラ内の流動粒子（脱硫剤）の粒度分布と同じであるとみなすことができる。その仮定に基づき、流動層ボイラ内に存在する流動粒子（脱硫剤）の外部表面積を（数７）の演算式に基づいて演算した。
一方、脱硫剤の磨耗による磨耗流動粒子中のカルシウム量を、燃料供給量、脱硫剤供給量、脱硫剤の粒度分布、排出灰量、排出灰のカルシウム濃度、燃料から生成される燃焼灰のカルシウム濃度等を用いて、（数６）の演算式に基づき、排出灰中のカルシウム量から最大排出灰粒径以下の粒径を有する脱硫剤中のカルシウム量及び燃焼灰中のカルシウム量を減じることにより求めた。
（数６）で得られた磨耗流動粒子中のカルシウム量を脱硫剤のカルシウム密度で除して得られた流動粒子の磨耗による磨耗体積速度を、（数７）によって得られた流動粒子の外部表面積で除して流動粒子の平均磨耗線速度を求めた。図５は流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を示す図である。
図５から、流動粒子の平均磨耗線速度は、燃料種類やプラント出力にかかわらず約１±０．５μｍ／ｈｒとほぼ一定であることがわかった。
【００３２】
次に、加圧流動層ボイラの炉底部から抜き出した抜出粒子（流動粒子）の粒度分布を測定した。図６は燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）であり、図７（ａ）は燃料にＢＡ石炭，ＷＢ石炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図であり、図７（ｂ）は燃料にＮＴ石炭，ＢＡ石炭とＡＤ石炭との混炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図であり、図７（ｃ）は燃料にＤＲ石炭，ＢＡ石炭，ＢＡ石炭とＤＲ石炭との混炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図である。
次いで、流動層ボイラに供給する前の脱硫剤の実測の粒度分布を基にして（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布と、抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布との関係を調べた。図８は燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子との粒度分布の関係を示す図であり、図９は燃料にＢＡ石炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布との関係を示す図である。
図８において、破線で示したものは、図６（ｂ）のＢＡ石炭５０ｗｔ％と石油コークス（ＰＣ）５０ｗｔ％とを混合した燃料「ＢＡ（５）＋ＰＣ（５）」と、１ｍｍ未満に粉砕された船尾産石灰石８０ｗｔ％と１．５ｍｍ未満に粉砕された津久見産石灰石２０ｗｔ％とを混合した脱硫剤「Ｆ１（８）＋Ｔ１．５（２）」と、を用いた場合の炉底部から抜き出した抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）であり、実線で示したものは、（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布（累積重量曲線）である。
図９において、破線で示したものは、図７（ａ）のＢＡ石炭単独の燃料「ＢＡ」と、５ｍｍ未満に粉砕された津久見産石灰石単独の脱硫剤「Ｔ５」と、を用いた場合の炉底部から抜き出した抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）であり、実線で示したものは、（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布（累積重量曲線）である。
図８に示すように、燃料にＢＡ石炭と石油コークス（ＰＣ）とを用いた場合、抜出粒子の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布とがほぼ一致することがわかった。これにより、（数８）の演算式は、磨耗によって粒径が減少する脱硫剤の粒度分布を予測する演算式として適していることが明らかになった。
一方、（図９）に示すように、燃料にＢＡ石炭を用い石灰石Ｔ５（粒径５ｍｍ未満の津久見産の石灰石）を脱硫剤として用いた場合、抜出粒子の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布とが一致せず、実測の粒度分布の方が、予測された粒径分布より小さい粒径を有する流動粒子の重量比率が高くなる傾向がみられた。
以上のことから、粒径の大きな脱硫剤が加圧流動層ボイラ内に供給された場合、磨耗による細粒化だけでなく、破砕による細粒化が起こっていると推察された。また、この場合には、（数８）の演算式だけでは流動粒子の粒度分布を予測できないことが明らかになった。
【００３３】
次に、燃料に種々の石炭を用いた場合の粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤のうち、破砕して細粒化した脱硫剤の粒径範囲と破砕せずに残存している脱硫剤の粒径範囲とを調べるために、（数１１）を用いて脱硫剤の粒径範囲（ｘ−ｙ）毎の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を計算した。図１０は燃料に石炭を用いた場合の粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を示す図である。
図１０において、横軸には脱硫剤の粒径（ｄ）を示し、縦軸には残存率（Ｒ）を示した。
図１０から、残存率Ｒ（−）と粒径ｄ（μｍ）との関係はＲ＝２×１０6・ｄ-2.046で示され、残存率Ｒ（ｘ−ｙ）＝１となる粒径は、１．２ｍｍ（ＤR＝１．２ｍｍ）であり、粒径範囲が１．２〜２ｍｍの脱硫剤の残存率は、石炭種によって異なるが０．２９〜０．９４（平均０．６１）であり、粒径範囲が２〜５．７ｍｍ（ＤMAX＝５．７ｍｍ）の脱硫剤の残存率は石炭種によって異なるが０．０９〜０．４３（平均０．２５）であることが確認された。これにより、平均すると、粒径範囲が１．２〜２ｍｍの脱硫剤の３９％が破砕されて失われ（残存したものは残存率０．６１より６１％）、粒径範囲が２〜５．７ｍｍの脱硫剤の７５％が破砕されて失われている（残存したものは残存率０．２５より２５％）と推察された。
【００３４】
次いで、残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を計算した脱硫剤において、破砕によって粒径が変動した粒径範囲（ｘ−ｙ）における流動粒子の増加率Ｆ（ｘ−ｙ）を（数１２）で示す演算式によって演算した。この結果、粒径範囲が０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍの流動粒子の増加率は、石炭種によって異なるが平均０．９７であり、粒径範囲が０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの流動粒子の増加率は、石炭種によって異なるが平均０．０３であった。これにより、粒径ＤR〜ＤMAX（１．２ｍｍ〜５．７ｍｍ）の脱硫剤のうち、粒径１．２〜２ｍｍの脱硫剤の３９％及び粒径２〜５．７ｍｍの脱硫剤の７５％が破砕されて失われ、この破砕された脱硫剤の９７％が０．２５〜０．５ｍｍの粒径を有する流動粒子になり、３％が０．５〜１．２ｍｍの粒径を有する流動粒子になったことが推察された。なお、流動粒子の磨耗線速度は１μｍ／ｈｒとして計算した。磨耗線速度は、燃料種類やプラント出力にかかわらず、ほぼ一定の約１±０．５μｍ／ｈｒであることが算出されたからである。
以上のようにして算出された残存率と増加率とを用いて、（図９）に太実線で示した予測値の補正を行った。その結果を（図１１）に示した。（図１１）において、太実線で示したものが補正された流動粒子の粒度分布の予測値である。太実線で示される補正された流動粒子の粒度分布の予測値は、破線で示される実測値とほぼ一致することが確認された。
以上のことから、本発明の流動粒子の粒度分布の予測方法によれば、磨耗による流動粒子の粒度分布の変動予測だけでなく、破砕による流動粒子の粒度分布の変動予測も可能となることが明らかになった。
【００３５】
（実施例２）
加圧流動層燃焼装置としては、実施の形態２に示す７１ＭＷ加圧流動層燃焼装置（脱塵装置で捕集されたフライアッシュを加圧流動層ボイラに循環しないもの）を用いた。燃料には（表１）に示すＢＡ石炭を用い、脱硫剤には（表２）に示す組成を有する粒径５ｍｍ未満に調整された津久見産の石灰石（Ｔ５）を用いた。
実施例１と同様にして、流動粒子の平均磨耗線速度を求めた。この流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を（図１２）に示した。（図１２）から、流動粒子の平均磨耗線速度は、プラント出力にかかわらず約２±０．５μｍ／ｈｒとほぼ一定であることがわかった。
【００３６】
次に、流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布を（数８）の演算式を用いて推定した。図１３は推定された５０％粒径Ｄp50,calと、抜出粒子の実測の５０％粒径Ｄp50,Expとの関係を示す図である。
図１３において、横軸は実測の５０％粒径Ｄp50,Expを示し、縦軸は推定した５０％粒径Ｄp50,calを示し、図中の直線は実測値と推定値とが一致していることを示している。
図１３から、実測の５０％粒径Ｄp50,Expは、推定した５０％粒径Ｄp50,calより著しく小さいことが明らかになった。以上のことから、粒径の大きな脱硫剤が加圧流動層ボイラ内に供給された場合、磨耗による細粒化だけでなく、破砕による細粒化が起こっていると推察された。また、この場合にも実施例１と同様に、（数８）の演算式だけでは流動粒子の粒度分布を予測できないことが明らかになった。
【００３７】
次に、破砕して細粒化した脱硫剤の粒径範囲と破砕せずに残存している脱硫剤の粒径範囲とを調べるために、（数１１）を用いて脱硫剤の粒径範囲（ｘ−ｙ）毎の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を計算した。図１４は粒径１．２〜２ｍｍの脱硫剤の残存率を示した図であり、図１５は粒径２〜３．３６ｍｍの脱硫剤の残存率を示した図であり、図１６は粒径３．３６〜５．７ｍｍの脱硫剤の残存率を示した図である。
図中、横軸はプラント出力を示し、縦軸は残存率を示した。
図１４から、粒径範囲が１．２〜２ｍｍ（ＤMAX＝２ｍｍ）の脱硫剤の残存率は０．６〜１．５５（平均０．８９）であり、図１５から、粒径範囲が２〜３．３６ｍｍ（ＤMAX＝３．３６ｍｍ）の脱硫剤の残存率は０〜０．８（平均０．４６）であり、図１６から、粒径範囲が３．３６〜５．７ｍｍ（ＤMAX＝５．７ｍｍ）の脱硫剤の残存率は０〜０．４（平均０．１９）であることが確認された。これにより、平均すると、粒径範囲が１．２〜２ｍｍの脱硫剤の残存率が０．８９であることから１１％が破砕されて失われ、２〜３．３６ｍｍの脱硫剤の残存率が０．４６であることから５４％が破砕されて失われ、粒径範囲が３．３６〜５．７ｍｍの脱硫剤の残存率が０．１９であることから８１％が破砕されて失われていると推察された。また、脱硫剤の残存率はプラント出力に依存しないことが確認された。
【００３８】
次いで、残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を計算した脱硫剤において、破砕によって粒径が変動した粒径範囲（ｘ−ｙ）における流動粒子の増加率Ｆ（ｘ−ｙ）を（数１２）で示す演算式によって演算した。図１７は粒径０．２５〜０．５ｍｍの流動粒子の増加率を示した図であり、図１８は粒径０．５〜１．２ｍｍの流動粒子の増加率を示した図である。
図中、横軸はプラント出力を示し、縦軸は増加率を示した。
図１７及び図１８から、粒径範囲が０．２５〜０．５ｍｍの流動粒子の増加率は平均０．１であり、粒径範囲が０．５〜１．２ｍｍの流動粒子の増加率は平均０．９であることがわかった。
以上の結果から、粒径ＤR〜ＤMAX（１．２ｍｍ〜５．７ｍｍ）の脱硫剤のうち、粒径１．２〜２ｍｍの脱硫剤の１１％、粒径２〜３．３６ｍｍの脱硫剤の５４％及び粒径３．３６〜５．７ｍｍの脱硫剤の８１％が破砕されて失われたことが推定された。また、０．２５〜０．５ｍｍの脱硫剤の増加率が０．１であることから、破砕された脱硫剤の１０％が０．２５〜０．５ｍｍの粒径を有する流動粒子になり、０．５〜１．２ｍｍの脱硫剤の増加率が０．９であることから、破砕された脱硫剤の９０％が０．５〜１．２ｍｍの粒径を有する流動粒子になったことが推察された。また、流動粒子の増加率はプラント出力に依存しないことも確認された。但し、流動粒子の磨耗線速度は２μｍ／ｈｒとして計算した。
【００３９】
なお、実施例２の場合にはフライアッシュは全て脱塵装置で捕集し加圧流動層ボイラに循環しないので、磨耗によって微細化された流動粒子だけでなく、破砕によって微細化され流動層からフリーボードへ飛び出した飛び出し粒径以下の流動粒子（実施例１の場合にはこれらは加圧流動層ボイラに循環されるため、磨耗線速度の計算においては考慮していない）も、磨耗線速度の計算において考慮していることになる。そのために、実施例２の場合の磨耗線速度は、実施例１の場合の磨耗線速度より大きくなったとも考えられる。
そこで、実施例２の場合の磨耗線速度を、実施例１の場合の磨耗線速度と同じ１μｍ／ｈｒとした場合と、２μｍ／ｈｒとした場合の２通りの場合について、破砕による細粒化を考慮して流動粒子の粒度分布５０％粒径Ｄp50,calを計算し、抜出粒子の実測の５０％粒径Ｄp50,Expとの関係を調べた。図１９は抜出粒子の実測の５０％粒径Ｄp50,Expと破砕による細粒化を考慮して推定した流動粒子の粒度分布５０％粒径Ｄp50,calとの関係を示す図である。
図１９において、直線は実測値と推定値とが一致していることを示しており、破線は±２０％の誤差範囲を示している。
図１９に示すように、破砕による細粒化を考慮して補正された流動粒子の粒度分布の予測値は磨耗速度の影響を受けず、実測値と±２０％の誤算範囲で５０％粒径を推定できることが確認された。
以上のことから、本発明の流動粒子の粒度分布の予測方法によれば、脱塵装置で捕集されたフライアッシュを加圧流動層ボイラに循環しない方式の加圧流動層燃焼装置においても、磨耗による流動粒子の粒度分布の変動予測だけでなく、破砕による流動粒子の粒度分布の変動予測が可能となることが明らかになった。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）これまで定量的に示されていなかった流動粒子（脱硫剤）の磨耗速度を定量的に示すことができるので、磨耗による流動粒子の粒径変化を把握することができ、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法を提供することができる。
（２）測定可能な石炭供給量、脱硫剤供給量と粒度分布、フライアッシュ中のカルシウム量等を用いて、脱硫剤の単位体積当りのカルシウム密度を基に求めるので、脱硫剤のカルシウム純度等に影響されずに、一般化された流動粒子（脱硫剤）の磨耗速度を求めることができ汎用性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法を提供することができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）フライアッシュの残部を加圧流動層ボイラに再循環する加圧流動層燃焼装置においては、フライアッシュが循環されることで流動層内の密度が低下し流動層が活発化する。このような活発化した流動層を形成する流動層ボイラにおける流動粒子の磨耗速度を推定することができるので、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れるとともに汎用性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法を提供することができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）フライアッシュの全部を系外に排出する加圧流動層燃焼装置においては、流動層内の密度の低下が起こらず流動層は不活発である。このような流動層ボイラにおける流動粒子の磨耗速度を推定することができるので、流動粒子の磨耗速度を推定することができ流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径等を予測することができ作業性や流動層の安定性に優れるとともに汎用性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の磨耗速度の推定方法を提供することができる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、
（１）これまで予測をすることが困難であった磨耗による流動粒子（脱硫剤）の粒度分布の変化が、定量化が可能な因子を用いた演算によって予測できるので、流動粒子の粒度分布や外部表面積に起因している脱硫率の予測や伝熱係数の推定等が可能となり、流動層ボイラに供給する脱硫剤の最適粒径や最適供給量を予測することができ作業性及び流動層の安定性に優れ、またプラント出力等を予測することができ生産性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、
（１）残存率を求めることによって、重量分率が減少・増加している脱硫剤の粒径範囲、その減少率及び増加率が明確になる。そのため、破砕されて減少する脱硫剤の粒径範囲及びその減少率、破砕されて生成される粒径範囲及びその増加率の予測が可能な加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
【００４５】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５の効果に加え、
（１）破砕されて生成し増加した微細な流動粒子の重量分率が明確になり、増加する流動粒子の粒径範囲の予測が可能な加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
（２）磨耗によって変動する粒度分布だけでなく、脱硫剤の破砕によって変動する流動粒子の粒度分布の予測も可能になるため、流動粒子の外部表面の影響を受ける脱硫性能（脱硫率）の予測が可能な加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
（３）脱硫率の予測が可能になるので、高い脱硫率を得ようとするあまり必要以上の量の脱硫剤を過剰に供給するのを防止することができ、生産性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
（４）また、流動粒子の粒度分布等に影響を受ける加圧流動層ボイラ内に配設された熱交換器への伝熱係数の推定も可能となり、プラント出力制御の予測も可能な加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
（５）破砕によって微細化する脱硫剤の粒径を予測することにより、加圧流動層ボイラ内に供給する脱硫剤の適切な粒度の推定ができるので、供給する脱硫剤の粉砕及び分級等に過度の作業工数を割くのを防止でき、作業性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
（６）加圧流動層ボイラ内の脱硫剤を流動化に最適な粒径に予測して調整することができるので、流動粒子が微細化すると発生し易いスラッギングの未然防止が可能となり加圧流動層ボイラの流動層の安定性と制御性に優れた加圧流動層燃焼装置における流動粒子の粒度分布の予測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における加圧流動層燃焼装置のシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態２における加圧流動層燃焼装置のシステム構成図
【図３】燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
【図４】（ａ）燃料にＢＡ炭，ＷＢ炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
（ｂ）燃料にＮＴ炭，ＢＡ炭とＡＤ炭の混炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
（ｃ）燃料にＤＡ炭，ＢＡ炭，ＢＡ炭とＤＲ炭の混炭を用いた場合の脱硫剤の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
【図５】（ａ）燃料にＢＡ炭，ＷＢ炭，ＮＴ炭を用いた場合の流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を示す図
（ｂ）燃料にＤＲ炭，ＢＡ炭とＡＤ炭の混炭，Ｂａ炭とＤＲ炭との混炭を用いた場合の流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を示す図
（ｃ）燃料にＢＡ炭と石油コークスを混合したものを用いた場合の流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を示す図
【図６】燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
【図７】（ａ）燃料にＢＡ石炭，ＷＢ石炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
（ｂ）燃料にＮＴ石炭，ＢＡ石炭とＡＤ石炭との混炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
（ｃ）燃料にＤＲ石炭，ＢＡ石炭，ＢＡ石炭とＤＲ石炭との混炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布（累積重量曲線）を示す図
【図８】燃料にＢＡ石炭と石油コークスとを用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布との関係を示す図
【図９】燃料にＢＡ石炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布と（数８）の演算式によって予測された流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布との関係を示す図
【図１０】燃料に石炭を用いた場合の粒径範囲ｘ〜ｙの脱硫剤の残存率Ｒ（ｘ−ｙ）を示す図
【図１１】燃料にＢＡ石炭を用いた場合の抜出粒子（流動粒子）の実測の粒度分布と補正後の流動粒子の粒度分布とを示す図
【図１２】流動粒子の平均磨耗線速度とプラント出力との関係を示す図
【図１３】流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布を破砕を考慮せずに推定した５０％粒径Ｄp50,calと、抜出粒子の実測の５０％粒径Ｄp50,Expとの関係を示す図
【図１４】粒径１．２〜２ｍｍの脱硫剤の残存率とプラント出力との関係を示す図
【図１５】粒径２〜３．３６ｍｍの脱硫剤の残存率とプラント出力との関係を示す図
【図１６】粒径３．３６〜５．７ｍｍの脱硫剤の残存率とプラント出力との関係を示す図
【図１７】粒径０．２５〜０．５ｍｍの流動粒子の増加率とプラント出力との関係を示す図
【図１８】粒径０．５〜１．２ｍｍの流動粒子の増加率とプラント出力との関係を示す図
【図１９】流動層ボイラ内に存在する流動粒子の粒度分布を破砕を考慮して推定した５０％粒径Ｄp50,calと、抜出粒子の実測の５０％粒径Ｄp50,Expとの関係を示す図
【符号の説明】
１  加圧流動層燃焼装置
２  加圧流動層ボイラ
２ａ  流動層
２ｂ  フリーボード
２ｃ  排ガス導入管
３  サイクロン
４  圧力容器
５  返流管
５ａ  排ガス排出管
５ｂ  炉底抜出口
６  スラリータンク
７  スラリーポンプ
８  セラミックチューブフィルタ
９  微粒灰タンク
１０  排ガス流路
１１  ガスタービン
１１ａ，１８ａ  発電機
１２  脱硫反応塔
１２ａ  排ガス管
１２ｂ  ＳＯｘ検出器
１３  エコノマイザ
１４  バグフィルタ
１５  煙突
１６  コンプレッサ
１７  熱交換器
１７ａ  蒸気管
１８  蒸気タービン
１９  復水器
２０  復水ポンプ
２１  送水管
２２  給水管
３０  加圧流動層燃焼装置
３１  サイクロン
３２  粗粒灰流路
３３  粗粒灰用熱交換器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004050895.tif 000027
【図１２】
0004050895.tif 000028
【図１３】
0004050895.tif 000029
【図１４】
0004050895.tif 000030
【図１５】
0004050895.tif 000031
【図１６】
0004050895.tif 000032
【図１７】
0004050895.tif 000033
【図１８】
0004050895.tif 000034
【図１９】
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