(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料を燃焼する、流動媒体として石灰石を含む流動層と、前記燃料を燃焼させ、かつ流動層を流動させるためのガスを供給する手段と、前記流動層に新しい流動媒体を供給する手段とを備えた流動層ボイラの制御装置において、前記流動層中に固体硫黄を供給する手段を設けると共に、前記新しい流動媒体として石灰石を供給する際に、流動層中に固体硫黄を混入して前記新しい流動媒体中の酸化カルシウムの硫化を加速させ、排ガス中の窒素酸化物の増加を抑制する手段を設けたことを特徴とする流動層ボイラの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ボイラの制御装置に係り、特に流動層内の流動媒体として石灰石を用いた場合、その熱分解によるCａＯの生成を抑制して窒素酸化物の発生を低減する流動層ボイラの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題として、環境汚染物質の排出規制が厳しくなってきている。化石燃料を燃焼し、発電する火力発電は環境性能向上、発電効率向上に向け研究開発がなされている。この中で現在注目されているのがボイラを圧力容器の中に入れ加圧化で石炭を燃焼し発電する加圧流動層ボイラによる発電である。
加圧流動層ボイラはガスタービンとスチームタービンを組合わせた複合発電によって発電効率の向上が図られ、流動層を形成する石灰石によって炉内脱硫を行うことにより脱硫装置が省け、さらに比較的低温で燃焼することおよび流動層中のカーボンなどの還元物質による還元反応で流動層出口のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度が低減できることのメリットがある。しかし、従来技術では新しい流動媒体（ＢＭ）を用いた場合（新プラントの試運転時など）において、硫化が完了するまでの間、長時間高濃度のＮＯｘが排出されることになり、環境規制上問題が生じる可能性があった。
【０００３】
図４に従来の加圧流動層ボイラのシステムを示す。コンプレッサ１２によって導入される燃焼空気５５は火炉入口配管１８を通って圧力容器１内の流動層ボイラ２に導入され、石炭と水および炉内脱硫用石灰石により構成されるペースト状燃料（Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｐａｓｔｅ、以下、ＣＷＰという）を燃焼する。
【０００４】
このＣＷＰは微粉炭スラリ（微粉炭と水の混合物）タンク１２５より供給される微粉炭スラリ、および石灰石ホッパ１２３より供給される炉内脱硫用石灰石により製造され、混練機１２２により水と撹拌された後ＣＷＰタンク１２１に蓄えられ、ＣＷＰポンプ１２０によってＣＷＰ供給ノズル１１９を通って流動層を形成する流動媒体中に吐出される。
【０００５】
燃焼によって発生する排ガスは、火炉出口配管９を通りガスタービン１３に導入され、該タービンに結合された発電機により発電を行うと同時にコンプレッサ１２の駆動源となる。ガスタービン１３を出た排ガスはガス温度が約４００℃と高温であるため、節炭器１１０により熱回収をした後、煙突１６より排出される。
【０００６】
上記加圧流動層ボイラシステムの中でＮＯｘを低減する装置は火炉出口配管９に送入されたアンモニア注入ノズル１１８より噴霧されるアンモニアにより脱硝を行う無触媒脱硝装置、および節炭器１１０内に設けられたアンモニア注入ノズル１１３により噴霧されるアンモニアと脱硝触媒１１１により脱硝を行う有触媒脱硝装置のみであり、これらにより煙突入口での排ガス中のＮＯｘを環境規制値以下にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４で示した従来技術において、流動層を形成する流動媒体は石灰石であり、常圧では石灰石成分中のＣａＣＯ3 が熱分解（脱炭酸）してＣａＯが生成されるが、加圧下ではＣａＯの生成反応は起こらない。ＣａＯは触媒作用が高く、流動層ボイラの起動過程等、層温度が高く火炉圧力の低い条件下において、ＣａＣＯ3 が流動媒体中成分のほとんどを占める新しい流動媒体ではこのＣａＯが多く生成される。ＣａＯの触媒作用によりＮＯｘの生成反応
【０００８】
【化１】
ＮＨ3 ＋５／４Ｏ2 →ＮＯ＋３／２Ｈ2 Ｏ
と、ＮＯｘの還元反応
【化２】
ＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2
が同時に促進されるが、ＮＯｘの生成反応速度のほうが還元反応速度より遥かに大きいためＣａＯの多く存在する新しい（硫化前の）流動媒体を用いた場合、結果的にＮＯｘが増加することになる。
【０００９】
一方、流動媒体はＣＷＰ中の石炭に含まれる硫黄分から発生する硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）を低減する脱硫剤として機能するが、加圧流動層における脱硫のメカニズムは石灰石成分のＣａＣＯ3 が直接ＳＯｘと反応する。このためＮＯｘ増加の要因となる触媒物質であるＣａＯを早期に減少させる必要があるが、上記従来技術は、無触媒脱硝装置と有触媒脱硝装置により排ガス中のＮＯｘを低減し、環境規制値以下にして煙突より排出するものであるために、ガス温度の低くなる低負荷帯では脱硝性能に限界があり、新しい流動媒体を用いて運転した場合（新プラントの試運転時など）においては以上の理由により増加するＮＯｘに対し、環境規制値を守れなくなる可能性があった。
【００１０】
本発明の課題は、上記問題をなくし、流動媒体として石灰石を含む流動層を用いた流動層ボイラにおいて、早期に触媒物質であるＣａＯの低減を加速することによりＮＯｘ低減を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、加圧流動層ボイラにおいて、新しい流動媒体を供給する際に、流動層に供給する燃料中に個体硫黄を混入し、流動媒体中の酸化カルシウムの硫化を促進することにより、窒素酸化物の増加を抑制するものである。
【００１２】
すなわち本願で特許請求する発明は、以下のとおりである。
（１）化石燃料を燃焼する、流動媒体として石灰石を含む流動層と、前記燃料を燃焼させ、かつ流動層を流動させるためのガスを供給する手段と、前記流動層に新しい流動媒体を供給する手段とを備えた流動層ボイラの制御装置において、前記流動層中に固体硫黄を供給する手段を設けると共に、前記新しい流動媒体として石灰石を供給する際に、流動層中に固体硫黄を混入して前記新しい流動媒体中の酸化カルシウムの硫化を加速させ、排ガス中の窒素酸化物の増加を抑制する手段を設けたことを特徴とする流動層ボイラの制御装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例を図１により説明する。流動媒体（石灰石）硫化加速処理に用いる固体硫黄は、硫黄ホッパ１２６から混練機１２２に供給され、微粉炭スラリ、炉内脱硫用の石灰石、および水と混合され撹拌後、ＣＷＰタンク１２１からＣＷＰポンプ１２０によってＣＷＰノズル１１９を通り、流動層ボイラ２に供給される。ＣＷＰ中に混入された硫黄分により流動媒体の硫化反応が加速され、図３に示すように運転開始から１日程度で硫化が完了する。流動媒体の硫化加速処理を行わないで連続運転をする場合、硫化が完了するまで少なくとも２〜３週間程度の時間が必要となる。
【００１４】
流動媒体の硫化加速処理の運用はボイラ起動時から行い、硫化完了後通常（全負荷帯での）運転が早期可能となる。図２はＢＭ（流動媒体）硫化加速処理前後のＮＯｘの比較であり、硫化加速処理を行うことによりＮＯｘが低減されることを示したものである。図３は連続運転におけるＮＯｘの経時変化について示しており、流動媒体の硫化加速処理によって早期にＮＯｘが低減されることを示したものである。
【００１５】
ＣＷＰ中の固体硫黄混入によるＣａＯ低減の加速処理は次のように作用する。ＣＷＰ中に混入された固体硫黄は流動層を形成する流動媒体に供給され、燃焼によりＳＯ2 となり、さらに反応式（１）に示すように触媒物質であるＣａＯと反応しＣａＳＯ4 （石膏）を生成し安定する。
【００１６】
【化３】
ＣａＯ＋１／２Ｏ2 ＋ＳＯ2 →ＣａＳＯ4 （１）
また、ＣＷＰ中の石炭に含まれる硫黄分から発生するＳＯｘを低減する脱硫反応は、起動時等加圧前の状態では（１）および（２）式により、加圧状態では反応式（２）式によりＣａＣＯ3 が直接ＳＯｘと反応し、ＣａＳＯ4 を生成する。
【００１７】
【化４】
ＣａＣＯ3 ＋ＳＯ2 ＋１／２Ｏ2 →ＣａＳＯ4 ＋ＣＯ2 （２）
これら（１）式、（２）式で表わされる反応により、硫化前流動媒体中の触媒物質であるＣａＯと脱硫材であるＣａＣＯ3 が同時に硫化されることになるが、固体硫黄による硫化加速処理を行うことにより、ＣａＣＯ3 が減少しても脱硫性能上必要な量以上保持されてあればＳＯｘ環境規制値には影響しない。流動媒体の硫化処理後も炉内脱硫用の石灰石は常時ＣＷＰとして流動層に供給されるので、脱硫性能に問題は生じない。
【００１８】
固体硫黄をＣＷＰに混入することによって流動媒体の硫化が加速され、触媒物質であるＣａＯは急減し、ＣａＯを生成元であるＣａＣＯ3 も脱硫性能上問題のない範囲まで減少してバランスし、図２に示すようにＮＯｘの低減を図ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば新プラントの試運転時など、新しい流動媒体（石灰石）を用いた場合にも、硫黄による流動媒体の硫化加速処理を行うことにより、流動層燃焼装置からのＮＯｘの排出量を早期に低減することができる。また、本発明によれば、流動層燃焼装置の層高を安定的に維持でき、また流動媒体による脱硫性能を高く保持することができる。また、運転中の過渡的な層高変動に対しても早急な層高の回復が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図。
【図２】新流動媒体の硫化処理前後における排ガスＮＯｘ濃度の比較図。
【図３】新流動媒体の硫化加速処理の有無による排ガスＮＯｘ濃度の比較図。
【図４】従来技術になる加圧流動層ボイラの全体図。
【符号の説明】
１…圧力容器、２…流動層燃焼装置（火炉）、４…燃料供給装置、６…流動層、９…高温ガス配管、１２…圧縮機、１３…ガスタービン、１６…煙突、１８…流動化ガス配管、５５…燃焼空気、１０９…ガスタービン出口ダクト、１１０…節炭器、１１１…脱硝触媒、１１３、１１８…アンモニア注入ノズル、１１４…アンモニア希釈空気、１１５…アンモニア気化器、１１６…アンモニア昇圧ファン、１１７…アンモニア希釈空気（加圧）、１１９…ＣＷＰ供給ノズル、１２０…ＣＷＰポンプ、１２１…ＣＷＰタンク、１２２…混練機、１２３…石灰石ホッパ、１２５…微粉炭スラリタンク、１２６…硫黄ホッパ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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