(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料又は前記燃料が燃焼して得られる燃焼灰、脱硫剤の各々に含有され前記燃焼灰、前記脱硫剤が溶融して生成される溶融灰を構成する溶融元素の含有率から、前記燃焼灰、前記脱硫剤各々の前記溶融元素の標準酸化物の換算含有率を算出する換算含有率算出工程と、
前記燃焼灰と、前記脱硫剤と、が単位時間あたりに供給される配合比と、前記換算含有率算出工程で算出された前記標準酸化物の前記換算含有率と、に基づき、前記溶融灰における前記標準酸化物の各成分比率を算出する成分比率算出工程と、
前記成分比率算出工程で算出された前記各成分比率と、圧力と、に基づき、熱力学的平衡状態において所定の温度範囲内で生成される前記溶融灰の融液量を推定する溶融状態推定工程と、を備えていることを特徴とする流動層燃焼装置における流動状態予測方法。
【請求項２】
燃料又は前記燃料が燃焼して得られる燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の各々に含有され前記燃焼灰、前記脱硫剤、前記流動改善剤が溶融して生成される溶融灰を構成する溶融元素の含有率から、前記燃焼灰、前記脱硫剤、前記流動改善剤各々の前記溶融元素の標準酸化物の換算含有率を算出する換算含有率算出工程と、
前記燃焼灰と、前記脱硫剤と、前記流動改善剤と、が単位時間あたりに供給される配合比と、前記換算含有率算出工程で算出された前記標準酸化物の前記換算含有率と、に基づき、前記溶融灰における前記標準酸化物の各成分比率を算出する成分比率算出工程と、
前記成分比率算出工程で算出された前記各成分比率と、圧力と、に基づき、熱力学的平衡状態において所定の温度範囲内で生成される前記溶融灰の融液量を推定する溶融状態推定工程と、を備えていることを特徴とする流動層燃焼装置における流動状態予測方法。
【請求項３】
前記溶融状態推定工程で推定される前記融液量を、溶融制御手段を用いて、予め設定してある基準値に近づける溶融制御工程を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法。
【請求項４】
前記溶融制御手段が、（ａ）前記脱硫剤の種類、（ｂ）前記脱硫剤の配合量、（ｃ）前記燃料の種類、（ｄ）前記流動改善剤の種類、（ｅ）前記流動改善剤の配合量のいずれか１以上を変化させるものであることを特徴とする請求項３に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法。
【請求項５】
前記標準酸化物が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯの４成分であることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の内いずれか１に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法によって得られた最適な脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量に基づき、流動層燃焼装置に供給する脱硫剤、燃料、流動改善剤の種類や配合量を決定することを特徴とする流動層燃焼装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層燃焼装置における流動状態予測方法及びそれを用いた流動層燃焼装置の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電所やゴミ焼却炉等において、石炭やゴミ等の燃料を流動化させ効率よく燃焼させる流動層燃焼装置が研究開発されている。流動層燃焼装置を用いることにより、流動層燃焼装置内に配設した伝熱管から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン発電システムを構築できる。また、コンプレッサからの空気で加圧することにより燃焼装置内の酸素分圧を高めた状態の下で燃料を流動化させ燃焼させる加圧流動層燃焼装置を用いることにより、蒸気タービン発電に加え、燃焼排ガスを利用するガスタービン発電とを組み合わせて熱効率を向上させた複合発電システムを構築できる。
流動層燃焼装置では、石灰石（炭酸カルシウム）等が、流動層を構成する流動媒体として用いられているとともに、燃料燃焼過程で生成されるＳＯｘを石膏反応によって炉内で捕捉し脱硫する脱硫剤として用いられている。
しかし、従来の流動層燃焼装置においては、以下のような問題点を有していた。
（１）流動層を形成させるための気体が下から通過する分散器から石炭等の燃料が燃焼装置内に噴射される燃料ノズル近傍までの燃焼装置下部では、燃料中の揮発分が燃焼する等の要因で部分的に約１１００〜１３００℃の高温状態が出現する。このような高温状態の中では燃料が燃焼した際に放出されＳｉやＡｌを有する灰分（チャーの有する灰分も含む）が溶融し溶融灰を形成する。溶融灰は周囲に存在する石灰石等の脱硫剤を次々に付着し塊状物を形成する。さらに、ＳｉやＡｌを含有し脱硫剤に付着した溶融灰は、脱硫剤に含有されるＣａとの相互作用で脱硫剤の融点を下げて溶融させ、さらに塊状物の粒成長を引き起こす。燃焼装置下部では、このような溶融灰の存在により脱硫剤の流動性が低下し、特に、粒径が大きく嵩密度の大きな塊状物の滞留時間が長くなり、さらなる流動不良と塊状化を引き起こす。そのため、流動層燃焼装置の長期間の安定的した連続運転を行うことが困難になるとともに、著しい場合には、流動層燃焼装置内に配設した伝熱管や内壁等に付着し流動層燃焼装置の操業に多大な悪影響を与えるという課題を有していた。
そこで、近年、流動層燃焼装置の流動媒体の流動不良と塊状化を防止して流動状態を安定化させるために、流動層燃焼装置の運転方法について種々の検討がなされている。
【０００３】
従来の技術としては、特開昭５８−１６０７１０号公報（以下、イ号公報という）に「石炭等の鉱物系燃料とともに金属アルミニウムを１０％以上含有する粉末状アルミニウム滓を供給する鉱物系燃料の流動床燃焼法」が開示されている。
【０００４】
特開２０００−２９７９１５号公報（以下、ロ号公報という）に「カルシウム化合物とマグネシウム化合物のいずれか一方又は両方を供給し、流動媒体や機器内壁への溶融灰質の付着を防止する流動層式燃焼炉の運転方法」が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）イ号公報及びロ号公報に記載の技術は、燃料種によって灰成分やアルミニウム，カルシウム，マグネシウム等の含有率が異なるため、燃料種が変わった場合にはアルミニウム滓，カルシウム化合物，マグネシウム化合物の最適添加量を把握することができず、実際に添加して流動状態を確認する必要があり試行錯誤を要し、作業性に著しく劣るという課題を有していた。
（２）燃料種によっては、アルミニウム滓，カルシウム化合物，マグネシウム化合物を添加しても流動状態が改善されず流動不良や塊状化を発生するものがある。このような燃料は使用できないので、燃料の購入に要した時間や費用が著しく損なわれ作業性に劣るという課題を有していた。
（３）脱硫剤の種類や配合量によっても燃焼装置内に存在するカルシウム量が異なるため、アルミニウム滓，カルシウム化合物等の最適添加量を把握することができず、実際に添加して流動状態を確認する必要があり試行錯誤を要し、作業性に著しく劣るという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡便かつ生産性に優れ、さらに燃料種，脱硫剤，流動改善剤の種類や配合量によらず汎用性と自在性に優れるとともに信頼性に優れる流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、流動層燃焼装置に供給する最適な脱硫剤、燃料、流動改善剤の種類や配合量を事前に決定でき、作業性と生産性に優れる流動層燃焼装置における流動状態予測方法を用いた流動層燃焼装置の運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために本発明の流動層燃焼装置における流動状態予測方法及びそれを用いた流動層燃焼装置の運転方法は、以下の構成を有している。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法は、燃料又は前記燃料が燃焼して得られる燃焼灰、脱硫剤の各々に含有され前記燃焼灰、前記脱硫剤が溶融して生成される溶融灰を構成する溶融元素の含有率から、前記燃焼灰、前記脱硫剤各々の前記溶融元素の標準酸化物の換算含有率を算出する換算含有率算出工程と、前記燃焼灰と、前記脱硫剤と、が単位時間あたりに供給される配合比と、前記換算含有率算出工程で算出された前記標準酸化物の前記換算含有率と、に基づき、前記溶融灰における前記標準酸化物の各成分比率を算出する成分比率算出工程と、前記成分比率算出工程で算出された前記各成分比率と、圧力と、に基づき、熱力学的平衡状態において所定の温度範囲内で生成される前記溶融灰の融液量を推定する溶融状態推定工程と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）燃焼灰が溶融した溶融灰の融液は、周囲に存在する石灰石等の脱硫剤の粒子表面に付着する。融液量が少ないときは、付着した融液の粘性が高く融液が粒子同士を架橋し粒子同士を付着させ塊状物を形成する。融液量が多くなると、粒子表面に付着した融液の粘性が低くなるため粒子が分散し易く塊状物が形成され難い。従って、溶融灰の融液量は、流動状態を予測するための指標として適しており簡便であるとともに信頼性に優れる。
（２）流動層燃焼装置に供給される燃料が燃焼して得られる燃焼灰と脱硫剤との配合比を用いて、溶融灰における標準酸化物の各成分比率を算出し、溶融灰の融液量を推定するので、燃料種，脱硫剤の種類や配合量によらず汎用性に優れる。
（３）各成分比率を有する標準酸化物が熱力学的平衡状態における所定の温度範囲内で生成する溶融灰の融液量は、相図，熱力学計算，耐火レンガ製造炉設計ソフト等を用いた計算等の手段を用いて求めることができるため、信頼性と作業性に優れる。
（４）溶融元素の標準酸化物を用いて推定を行うので、複雑な過渡状態は考慮せずに熱力学的平衡状態の場合のみを考慮すればよく、計算等の作業を簡略化でき作業性に優れるとともに一般化することができる。
【０００９】
ここで、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、燃焼灰としては、燃料が燃焼された後に残る灰が用いられる。
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，セメントスラッジ等が用いられる。
【００１０】
溶融灰を構成する溶融元素としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ等が用いられ、燃焼灰、脱硫剤を混合して加熱炉内で溶融させて実験的に作成した溶融灰や、流動層燃焼装置内で実際に生成された溶融灰等をＸ線回折法等で分析することによって特定される。溶融元素の含有率は、燃料又は燃焼灰、脱硫剤の各々を蛍光Ｘ線分析法等の方法で定量分析することで求めることができる。なお、燃料又は燃焼灰や脱硫剤等の成績証明書等に記載されている元素及びその定量分析結果を用いることもできる。
【００１１】
標準酸化物としては、各溶融元素における酸化物のうち、天然に存在する等の最も安定な酸化物が用いられる。
標準酸化物の換算含有率は、溶融元素の分析値と溶融元素の原子量と標準酸化物の分子量との関係から求めることができる。
【００１２】
成分比率算出工程では、燃焼灰と脱硫剤とが単位時間あたりに供給される配合比と、成分比率算出工程で算出された標準酸化物の換算含有率と、に基づいて、（各成分比率の合計が１００％となるように）溶融灰１００％に対する各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出する。なお、燃焼灰の配合比としては、流動層燃焼装置に供給する燃料を燃焼して得られる燃焼灰の量を考慮して算出される。
【００１３】
溶融状態推定工程では、成分比率算出工程で算出された標準酸化物の各成分比率と、圧力と、に基づいて、所定の温度範囲での熱力学的平衡状態における融液量や融液生成開始温度等が、相図や熱力学計算，耐火レンガ製造炉設計ソフト等を用いた計算等の手段を用いて推定される。
なお、所定の温度範囲としては、溶融灰が溶融を開始する温度から流動層燃焼装置の最高到達温度までの温度範囲が用いられる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法は、燃料又は前記燃料が燃焼して得られる燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の各々に含有され前記燃焼灰、前記脱硫剤、前記流動改善剤が溶融して生成される溶融灰を構成する溶融元素の含有率から、前記燃焼灰、前記脱硫剤、前記流動改善剤各々の前記溶融元素の標準酸化物の換算含有率を算出する換算含有率算出工程と、前記燃焼灰と、前記脱硫剤と、前記流動改善剤と、が単位時間あたりに供給される配合比と、前記換算含有率算出工程で算出された前記標準酸化物の前記換算含有率と、に基づき、前記溶融灰における前記標準酸化物の各成分比率を算出する成分比率算出工程と、前記成分比率算出工程で算出された前記各成分比率と、圧力と、に基づき、熱力学的平衡状態において所定の温度範囲内で生成される前記溶融灰の融液量を推定する溶融状態推定工程と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）燃料と脱硫剤だけを流動層燃焼装置に供給するときに良好な流動状態が予測できない場合に、流動改善剤を添加することで溶融灰における標準酸化物の成分比率を変えることができ自由度を高めることができる。
【００１５】
ここで、流動改善剤としては、脱硫剤の表面に生成される融液の量に影響を与え脱硫剤の流動状態を改善するＭｇ（ＯＨ）2、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3、ドロマイト，ＭｇＯ，Ｍｇ（ＣＯ3）2等が用いられる。
なお、燃料、脱硫剤、溶融灰を構成する溶融元素、標準酸化物、成分比率算出工程、溶融状態推定工程等は、請求項１で説明したものと同様のものなので、説明を省略する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法であって、前記溶融状態推定工程で推定される前記融液量を、溶融制御手段を用いて、予め設定してある基準値に近づける溶融制御工程を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）溶融制御工程を有しているので、計算された融液量が設定してある融液量の基準値と離れている場合には、溶融制御手段を用いて基準値に近づけ融液量を最適にすることができるので、流動状態を改善し正常な運転状態を得るための対策を事前に検討することができる。
【００１７】
ここで、溶融制御工程は、溶融制御手段を用いて、融液量を予め設定してある所定の温度範囲内における基準値に近づける工程である。
溶融制御手段としては、予め設定してある所定の温度範囲内における基準値に溶融灰の融液量が近づくように、溶融元素の標準酸化物の成分比率を変化させる手段が用いられる。
基準値としては、所定温度範囲内における温度と融液量の関係として表される。また、基準値は、流動層燃焼装置が正常な運転状態が保たれていると判断されたときには、以前の基準値を更新して又は追加して登録して使用することができる。これにより、運転時間の積み上げに従って新たな基準値を得ることができ幅が広がるので、作業性に優れる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法であって、前記溶融制御手段が、（ａ）前記脱硫剤の種類、（ｂ）前記脱硫剤の配合量、（ｃ）前記燃料の種類、（ｄ）前記流動改善剤の種類、（ｅ）前記流動改善剤の配合量のいずれか１以上を変化させるものである構成を有している。
この構成により、請求項３で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量を変化させて融液量を制御する多様な溶融制御手段を有しているので、溶融制御手段の選択の幅が広く自在性に優れる。
（２）燃料の種類を変化させる溶融制御手段として、種類の異なる複数の燃料を混合したものを用いることができるので、流動不良や塊状化を発生するために使用できなかった燃料種も混合して用いることができ、燃料の購入に要する時間や費用等が損なわれず生産性と省資源性に優れる。
（３）脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量を変化させて融液量を制御する簡便な溶融制御手段を有し、さらに溶融制御手段を用いることによる流動状態の予測を事前に行うことができるので、生産性に優れる。
【００１９】
ここで、前記溶融制御手段としては、（ａ）脱硫剤の種類、（ｂ）脱硫剤の配合量、（ｃ）燃料の種類、（ｄ）流動改善剤の種類、（ｅ）流動改善剤の配合量のいずれか１以上を変化させるものが用いられる。
脱硫剤の種類としては、脱硫剤の種類や産地等が用いられる。単独の種類の脱硫剤を用いてもよいし、複数種を混合して用いることもできる。燃料の種類としては、燃料種や産地等が用いられる。脱硫剤と同様に単独の種類の燃料を用いてもよいし、複数種を混合して用いることもできる。流動改善剤としては、融液量を増加させるためにＭｇ（ＯＨ）2、ＭｇＯ，Ｍｇ（ＣＯ3）2、ドロマイト等が用いられ、融液生成開始温度を上昇させ融液量を減少させるためにＡｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3等が用いられる。流動改善剤の配合量を増加することによって、融液量の増減を顕著にすることができる。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法であって、前記標準酸化物が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯの４成分である構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか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）ＳｉやＡｌを含有しＣａとの相互作用で脱硫剤の融点を下げて溶融させる溶融灰にみられるＧｅｈｌｅｎｉｔｅ（Ｃａ2Ａｌ2ＳｉＯ7）やａｎｏｒｔｈｉｔｅ（ＣａＡｌ2ＳｉＯ8）等の融液量等を計算することができるとともに、溶融灰の融液量を増加させる働きをするＭｇの効果も予測することができ流動状態予測の信頼性に優れる。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の流動層燃焼装置の運転方法は、請求項１乃至５の内いずれか１に記載の流動層燃焼装置における流動状態予測方法によって得られた最適な脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量に基づき、流動層燃焼装置に供給する脱硫剤、燃料、流動改善剤の種類や配合量を決定する構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）流動状態予測方法によって得られた結果に基づき、流動層燃焼装置に供給する脱硫剤、燃料、流動改善剤の種類や配合量を決定するので、流動状態を改善するための試行錯誤を要さず作業性と生産性に優れる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、さらに具体化した実施例について説明する。
（標準酸化物の換算含有率の算出）
燃料としてブレアソール炭又は南屯炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてＭｇ（ＯＨ）2，Ａｌ（ＯＨ）3，ドロマイトのいずれか１種を用いる場合の流動層燃焼装置における溶融灰の融液量の推定を行った。
換算含有率算出工程において、始めに、燃料のブレアソール炭及び南屯炭を所定量採取し、６ｍｍ程度以下の粒度に調整したものを流動層燃焼装置の燃焼温度以下の大気雰囲気中４５０〜６００℃で約７２時間加熱し燃焼灰を作成した。次に、作成された燃焼灰の成分分析を、蛍光Ｘ線分析法によって行った。分析結果を（表１）に示す。
【表１】
0004081265.tif 000002
（表１）に示す蛍光Ｘ線分析法による成分分析結果から、ブレアソール炭に含有されている溶融元素であるＭｇの標準酸化物であるＭｇＯの換算含有率（ｗｔ％）は、（Ｍｇ分析値）×（ＭｇＯ分子量）／（Ｍｇ原子量）によって０．６０ｗｔ％と算出された。他の溶融元素についても同様に算出したところ、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃａの標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯの換算含有率は、ＳｉＯ2：５５．６１ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3：３０．２５ｗｔ％，ＣａＯ：０．５４ｗｔ％であった。
また、同様にして南屯炭に含有されている溶融元素であるＳｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇの標準酸化物の換算含有率を算出したところ、ＳｉＯ2：４２．３６ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3：３１．６４ｗｔ％，ＣａＯ：７．４４ｗｔ％，ＭｇＯ：２．１２ｗｔ％であった。なお、（表１）のカッコ内に示す化合物と数値は、各元素の標準酸化物と換算含有率（ｗｔ％）である。
【００２３】
脱硫剤の石灰石についても蛍光Ｘ線分析法によって成分分析を行い、石灰石に含有されている溶融元素であるＳｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇの標準酸化物の換算含有率を求めたところ、ＳｉＯ2：０．１ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3：０．０１ｗｔ％，ＣａＯ：５３ｗｔ％，ＭｇＯ：０．５ｗｔ％であった。
【００２４】
次に、流動改善剤としてのＭｇ（ＯＨ）2の標準酸化物ＭｇＯの換算含有率（ｗｔ％）を求めた。Ｍｇ（ＯＨ）2の成分分析結果を（表２）に示す。
【表２】
0004081265.tif 000003
（表２）に示す蛍光Ｘ線分析法による成分分析結果から、Ｍｇ（ＯＨ）2に含有されている溶融元素の標準酸化物ＭｇＯの換算含有率を算出したところ、６４．４２ｗｔ％であった。
同様にして、流動改善剤としてのＡｌ（ＯＨ）3の標準酸化物Ａｌ2Ｏ3の換算含有率を求めたところ、９５．２ｗｔ％であった。
さらに、流動改善剤としてのドロマイトの成分分析を蛍光Ｘ線分析法等を用いて行った。分析結果を（表２）に示す。
（表２）に示す蛍光Ｘ線分析法による成分分析結果から、ドロマイトに含有されている溶融元素であるＳｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇの標準酸化物の換算含有率を算出したところ、ＳｉＯ2：１．５ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3：０ｗｔ％，ＣａＯ：３２．９ｗｔ％，ＭｇＯ：１８．７ｗｔ％であった。なお、（表２）のカッコ内に示す化合物と数値は、各標準酸化物と換算含有率である。
以上のようにして算出された標準酸化物ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの換算含有率（ｗｔ％）を（表３）にまとめて示す。
【表３】
0004081265.tif 000004
【００２５】
（実施例１、実施例２、比較例３）
燃料としてブレアソール炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてＭｇ（ＯＨ）2を用いる場合の流動層燃焼装置における溶融灰の融液量を推定した。
成分比率算出工程において、流動層燃焼装置に供給される燃料から生成される燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比に基づき、換算含有率算出工程において算出された標準酸化物ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの換算含有率を用いて、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有された溶融元素によって構成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。なお、燃焼灰と脱硫剤の配合比は、燃料（ブレアソール炭）の灰分を７ｗｔ％とし、Ｃａ／Ｓモル比を３として決定した。脱硫剤は、脱硫効率を向上させるために、粒子径２ｍｍ以下のものを用いた。
算出された実施例１、実施例２、比較例１における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表４）に示す。
【表４】
0004081265.tif 000005
【００２６】
溶融状態推定工程において、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」（開発元：モントリオール工科大学，輸入代理店：株式会社エクエストリアン）を用いて計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。なお、流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度は、１．６ＭＰａ（１６ａｔａ）及び３ｖｏｌ％、燃焼温度の温度範囲は１０００〜１５００℃とした。計算結果を図１に示す。図１の横軸は温度を示し、縦軸は溶融灰中の融液量（ｗｔ％）を示す。
ここで、燃焼温度の温度範囲としては、流動層燃焼装置の種類や燃料等の種類によっても異なるが、１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃が好適に用いられる。温度範囲の下限が１１００℃より低くなるにつれ溶融灰が融液を発生せず融液量を比較し難くなる傾向がみられ、温度範囲の上限が１３００℃より高くなるにつれ融液量が多く差異を判別し難くなる傾向がみられるため好ましくない。特に１０００℃より低くなるか１５００℃より高くなるとこれらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくないことがわかった。
図１より、流動改善剤としてのＭｇ（ＯＨ）2の添加量が増加するにつれ、約１２００〜１４００℃における融液量が増加する傾向にあることがわかった。これにより、Ｍｇ（ＯＨ）2は融液量を増加させる働きを有していることが推定された。
なお、実施例１、実施例２、比較例１に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、実施例１、実施例２においては、いずれも良好な燃焼状態が得られ、流動不良等によるトラブルの発生はみられなかったのに対し、比較例１においては、出力が低下するトラブルが発生した。調査したところ、塊状物の発生によるものであった。
【００２７】
（実施例３、比較例２）
燃料としてブレアソール炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてのＡｌ（ＯＨ）3を用いる場合の流動層燃焼装置における溶融灰の融液量の推定を行った。
実施例１と同様にして、成分比率算出工程において、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有される溶融元素によって生成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。実施例３、比較例２における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表４）に示す。
次に、溶融状態推定工程において、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、実施例１で説明した流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」で計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。その結果を図２に示す。
図２より、流動改善剤としてのＡｌ（ＯＨ）3の添加量が増加するにつれ、約１２００〜１３００℃における融液量が減少するとともに、融液生成開始温度が上昇する傾向にあることがわかった。これにより、Ａｌ（ＯＨ）2は融液生成開始温度を上昇させ、融液量を減少させる働きを有していることが推定された。
なお、実施例３、比較例２に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、実施例３においては、良好な燃焼状態が得られ、流動不良等によるトラブルの発生はみられなかったのに対し、比較例２においては、出力が低下するトラブルが発生した。調査したところ、塊状化した流動媒体の発生によるものであった。
【００２８】
（実施例４、比較例３、比較例４）
燃料としてブレアソール炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてドロマイトＣａＭｇ（ＣＯ3）2を用いる場合の流動層燃焼装置における融液量の推定を行った。
成分比率算工程において、流動層燃焼装置に供給される燃料から生成される燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比に基づき、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有され溶融元素によって生成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。なお、燃焼灰と脱硫剤の配合比は、燃料（ブレアソール炭）の灰分を７ｗｔ％とし、脱硫剤と流動改善剤（ドロマイト）の合計と燃料とのＣａ／Ｓモル比を６として決定した。
算出された実施例４、比較例３、比較例４における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表４）に示す。
次に、溶融状態推定工程において、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、実施例１で示した流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」で計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。計算結果を図３に示す。
図３より、流動改善剤としてのドロマイトの添加量が増加するにつれ、約１２５０〜１３５０℃における融液量が著しく増加する傾向にあることがわかった。これにより、ドロマイトは融液量を増加させる働きを有していることが推定された。
なお、実施例４、比較例３、比較例４に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、実施例４においては、良好な燃焼状態が得られ、流動不良等によるトラブルの発生はみられなかったのに対し、比較例３、比較例４においては、いずれも出力が低下するトラブルが発生した。調査したところ、塊状化した流動媒体の発生によるものであった。
【００２９】
（実施例５、実施例６、実施例７）
燃料として南屯炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてのＭｇ（ＯＨ）2を用いる場合の流動層燃焼装置における融液量の推定を行った。
成分比率算出工程において、流動層燃焼装置に供給される燃料から生成される燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比に基づき、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有され溶融元素によって生成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。なお、燃焼灰と脱硫剤の配合比は、燃料（南屯炭）の灰分を７ｗｔ％とし、Ｃａ／Ｓモル比を３として決定した。
算出された実施例５、実施例６、実施例７における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表５）に示す。
【表５】
0004081265.tif 000006
次に、溶融状態推定工程において、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、実施例１で示した流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」で計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。計算結果を図４に示す。
図４より、流動改善剤としてのＭｇ（ＯＨ）2の添加量が増加するにつれ、南屯炭においても約１１５０〜１３５０℃における融液量が増加する傾向にあることがわかった。また、南屯炭を用いた実施例５（流動改善剤の無添加）の約１１５０〜１３５０℃における融液量は、ブレアソール炭を用いた比較例１（流動改善剤無添加）のそれと比較して、多いことが確認された。このことから、燃料種が異なると、溶融灰の発生量や融液量が異なることがわかった。
なお、実施例５、実施例６、実施例７に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、いずれも良好な燃焼状態が得られ、流動不良等によるトラブルの発生はみられなかった。これにより、南屯炭はブレアソール炭と異なり、流動改善剤を用いなくても良好な燃焼状態や流動状態が得られることがわかった。
【００３０】
（比較例５、比較例６）
燃料として南屯炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてＡｌ（ＯＨ）3を用いる場合の流動層燃焼装置における融液量の推定を行った。
成分比率算出工程において、流動層燃焼装置に供給される燃料から生成される燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比に基づき、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有され溶融元素によって生成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。なお、燃焼灰と脱硫剤の配合比は、燃料（南屯炭）の灰分を７ｗｔ％とし、Ｃａ／Ｓモル比を３として決定した。
算出された比較例５、比較例６における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表５）に示す。
次に、溶融状態推定工程において、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、実施例１で示した流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」で計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。計算結果を図５に示す。
図５より、流動改善剤としてのＡｌ（ＯＨ）3の添加量が増加するにつれ、約１１５０〜１３００℃における融液量が減少する傾向にあることがわかった。しかし、ブレアソール炭の場合にみられた融液生成開始温度の上昇は確認されなかった。
なお、比較例５、比較例６に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、いずれも出力が低下するトラブルが確認された。調査したところ、塊状物の発生によるものであった。
【００３１】
（比較例７、比較例８、比較例９）
燃料として南屯炭、脱硫剤として津久見産の石灰石を用い、流動改善剤としてドロマイトを用いる場合の流動層燃焼装置における溶融灰の融液量を推定した。
実施例４で説明したのと同様にして、成分比率算出工程において、流動層燃焼装置に供給される燃料から生成される燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比に基づき、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤とに含有され溶融元素によって生成される溶融灰の各標準酸化物の成分比率（ｗｔ％）を算出した。なお、燃焼灰と脱硫剤の配合比は、燃料（南屯炭）の灰分を７ｗｔ％とし、脱硫剤と流動改善剤（ドロマイト）の合計と燃料とのＣａ／Ｓモル比を６として決定した。
算出された比較例７、比較例８、比較例９における燃焼灰、脱硫剤、流動改善剤の配合比と、標準酸化物であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）を（表３）に示す。
次に、溶融状態推定工程において、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯの成分比率（ｗｔ％）、実施例１に示す流動層燃焼装置内の圧力及び酸素濃度、燃焼温度の各因子を用いて、耐火物レンガ製造炉設計ソフト「ＦＡＣＴ」で計算し、標準状態における溶融灰の各燃焼温度における融液量を算出した。計算結果を図６に示す。
図６より、流動改善剤としてのドロマイトの添加量が増加するにつれ、約１０００〜１３５０℃における融液量が増加する傾向にあることがわかった。
なお、比較例７、比較例８、比較例９に示す配合比で、実際に３５０ＭＷ加圧流動層燃焼装置に燃料、脱硫剤、流動改善剤を供給し圧力１．６ＭＰａ、温度８００〜９５０℃で燃焼させたところ、いずれも出力が低下するトラブルが確認された。調査したところ、塊状物の発生によるものであった。
【００３２】
以上、実施例と比較例を用いて説明したように、換算含有率算出工程と成分比率算出工程とで算出された結果を基に溶融状態推定工程において推定される所定の温度範囲内における融液量と、実際の流動層燃焼装置の運転状態（安定運転の可否）との間には、相関のあることが明らかになった。従って、燃焼灰と脱硫剤と流動改善剤の配合比によって融液量を推定することにより、流動層燃焼装置における流動状態を予測できることが明らかになった。
また、燃料種が変わったときに、融液量及び流動層燃焼装置の運転状態が変わることがあることが明らかになった。さらに、流動改善剤としてのドロマイト，Ｍｇ（ＯＨ）2等の添加量を増加させるにつれ、融液量が増加する傾向を示し、Ａｌ（ＯＨ）3等の添加量を増加させるにつれ融液量が減少するとともに融液生成開始温度が上昇する傾向を示すことが明らかになった。従って、流動層燃焼装置に供給する燃料種を変えたり２種以上の燃料を混合したりすることや、流動改善剤の種類や添加量を変えることで、融液量や融液生成開始温度の制御ができ流動層燃焼装置の運転状態を良好にできることが明らかになった。
このことから、（ａ）脱硫剤の種類（脱硫剤の種類を石灰石からドロマイトに変える等）、（ｂ）脱硫剤の配合量、（ｃ）燃料の種類（複数の燃料を混合することを含む）、（ｄ）Ｍｇ（ＯＨ）2，Ｍｇ（ＯＨ）2，ドロマイト等流動改善剤の種類、（ｅ）流動改善剤の配合量のいずれか１種以上を変化させることを溶融制御手段として用い、溶融元素の標準酸化物の成分比率を変化させ、融液量を予め設定してある所定の温度範囲内における基準値に近づける溶融制御工程を用いることで、融液量や融液生成開始温度の制御ができ流動層燃焼装置の運転状態を良好に保つことができることが明らかになった。
さらに、流動層燃焼装置を運転する際には、実施例１乃至７に示す温度と融液量との関係を基準値として用い、所定の温度範囲で生成される溶融灰の融液量がこの基準値に近づくように脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量を決定することで、流動層燃焼装置における流動状態が良好になるように事前に推定することができることが明らかになった。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の流動層燃焼装置における流動状態予測方法及びそれを用いた流動層燃焼装置の運転方法によれば、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）燃焼灰が溶融した溶融灰の融液は、周囲に存在する石灰石等の脱硫剤の粒子表面に付着する。融液量が少ないときは、付着した融液の粘性が高く融液が粒子同士を架橋し粒子同士を付着させ塊状物を形成する。融液量が多くなると、粒子表面に付着した融液の粘性が低くなるため粒子が分散し易く塊状物が形成され難い。従って、溶融灰の融液量は、流動状態を予測するための指標として適しており簡便であるとともに信頼性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
（２）流動層燃焼装置に供給される燃料が燃焼して得られる燃焼灰と脱硫剤との配合比を用いて、溶融灰における標準酸化物の各成分比率を算出し、溶融灰の融液量を推定するので、燃料種，脱硫剤の種類や配合量によらず汎用性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
（３）各成分比率を有する標準酸化物が熱力学的平衡状態における所定の温度範囲内で生成する溶融灰の融液量は、相図やＦＡＣＴ等の耐火レンガ製造炉設計ソフト等の手段を用いて求めることができるため、信頼性と作業性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
（４）溶融元素の標準酸化物を用いて推定を行うので、複雑な過渡状態は考慮せずに熱力学的平衡状態の場合のみを考慮すればよく、計算等の作業を簡略化でき作業性に優れるとともに一般化することができる流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
【００３４】
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）燃料と脱硫剤だけを流動層燃焼装置に供給するときに良好な流動状態が予測できない場合に、流動改善剤を添加することで溶融灰における標準酸化物の成分比率を変えることができ自由度の高い流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）溶融制御工程を有しているので、計算された融液量が設定してある融液量の基準値と離れている場合には、溶融制御手段を用いて基準値に近づけ融液量を最適にすることができるので、流動状態を改善し正常な運転状態を得るための対策を事前に検討することができる流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、
（１）脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量を変化させて融液量を制御する多様な溶融制御手段を有しているので、溶融制御手段の選択の幅が広く自在性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
（２）燃料の種類を変化させる溶融制御手段として、種類の異なる複数の燃料を混合したものを用いることができるので、流動不良や塊状化を発生するために使用できなかった燃料種も混合して用いることができ、燃料の購入に要する時間や費用等が損なわれず生産性と省資源性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
（３）脱硫剤の種類や配合量、燃料の種類、流動改善剤の種類や配合量を変化させて融液量を制御する簡便な溶融制御手段を有し、さらに溶融制御手段を用いることによる流動状態の予測を事前に行うことができるので、生産性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１の効果に加え、
（１）ＳｉやＡｌを含有しＣａとの相互作用で脱硫剤の融点を下げて溶融させる溶融灰にみられるＧｅｈｌｅｎｉｔｅ（Ｃａ2Ａｌ2ＳｉＯ7）やａｎｏｒｔｈｉｔｅ（ＣａＡｌ2ＳｉＯ8）等の融液量等を計算することができるとともに、溶融灰の融液量を増加させる働きをするＭｇの効果も予測することができ信頼性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を提供することができる。
【００３８】
請求項６に記載の発明によれば、
（１）流動状態予測方法によって得られた結果に基づき、流動層燃焼装置に供給する脱硫剤、燃料、流動改善剤の種類や配合量を決定するので、流動状態を改善するための試行錯誤を要さず作業性と生産性に優れた流動層燃焼装置における流動状態予測方法を用いた流動層燃焼装置の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、実施例２、比較例１の温度と融液量との関係を示す図
【図２】実施例３、比較例１、比較例２の温度と融液量との関係を示す図
【図３】実施例４、比較例３、比較例４の温度と融液量との関係を示す図
【図４】実施例５、実施例６、実施例７の温度と融液量との関係を示す図
【図５】実施例５、比較例５、比較例６の温度と融液量との関係を示す図
【図６】比較例７、比較例８、比較例９の温度と融液量との関係を示す図
【図１】
0004081265.tif 000007
【図２】
0004081265.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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