JPS62102006A - 微粉炭焚ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉炭焚ボイラに係り、特に微粉炭焚ボイラの
起動時、負荷変動時の微粉炭バーナへの補助燃料に微粉
炭をガス化した石炭ガス化燃料を用いる微粉炭焚ボイラ
に関するものである。

〔発明の背景〕

近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭厚
焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用ボイラにおい
ては石炭専焼の大容量火力発電所が建設されている。

ところが、石炭燃料は石油燃料、ガス燃料に比べて燃料
性が悪いので排ガス中に含まれるＮＯｘ及び未燃分が発
生しやすく、特にＮＯｘの低減対策のために火炎の分割
、排ガスの再循環、二段燃焼及び炉内脱硝などを採用し
て緩慢な燃焼を行なわせてＮＯｘを低減することも行な
われている。

そしてこの石炭専焼火力においては、ボイラ負荷が常に
全負荷で運転されるものは少なく、負荷を７５％負荷、
５０％負荷、２５チ負荷へと負荷を上げ下げして運転し
たり、−日単位１週単位で運転を停止するなど、いわゆ
る毎日起動停止（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ　　５ｔｏｐ
以下単にＤＳＳという）運転、週末起動停止（Ｗｅｅｋ
１７５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ以下単にＷＳＳという）運転
を行なって中間負荷を担う火力発電プラントへ移行しつ
つある。

一方、ＤＳＳ運転、ＷＳＳ運転を行なう微粉炭焚きボイ
ラにおいては、起動時から全負荷に至るまで微粉炭のみ
で全負荷を運転するのではなく、微粉炭焚きボイラとい
えども起動時、低負荷時には軽油９重油、ＬＮＧなどの
ガス燃料を起動時に用いる。

それは起動時においてはボイラからミルウオーミング用
の排ガス、加熱空気が得られず、このためにミルを運転
することができないからである。

また、低負荷時にはミルのターンダウン比がとれないこ
と、微粉炭自体の着火性が悪いことなどの理由によって
軽油１重油、ガス燃料などを用いる。

例えば起動時に軽油１重油を用いる場合は、起動時から
１５％負荷までは軽油を燃料としてボイラを焚き上げ、
１５チ負荷から４０チ負荷までは軽油から重油へ燃料を
変更して焚き上げ、４０チ負荷以上になると重油と微粉
炭を混焼して順次重油燃料を少なくするとともに微粉炭
燃料を多くして微粉炭の混焼比率を上げて実質的な微粉
炭焚きへと移行する。

また、ＤＳＳ運転、ＷＳＳ運転でｉｏｏチ負荷からボイ
ラ負荷を下げる場合には、ボイラ自体が起動時とは異な
り排ガス温度も上昇しているので１００負荷から３０チ
負荷までは微粉炭を燃焼させて微粉炭焚きボイラとなり
、３０チ負荷以下では重油、軽油に燃料を変更して運転
される。

この様に微粉炭焚ボイラは起動時、負荷変化時には微粉
炭自体の着火性が悪いことから、燃焼容量の１０チ程度
の軽油１重油、ガス燃料などの補助燃料を必要とし、こ
の補助燃料の燃料系統も必要となる。

第６図は従来の微粉炭焚きボイラの代表的な燃料系統、
煙風道系統を示す概略構成図である。

空気ダクト１内の燃焼用空気は押込通風機２にて昇圧さ
れ、空気予熱器３にて排ガスダクト４の排ガスによって
加熱された後空気ダクト１、ウィンドボックス５より微
粉炭焚ボイラ６へ供給される。

一方、微粉炭焚ボイラ６内で燃焼した排ガスは、空気予
熱器３、排ガスダクト４を経て誘引通風機６で昇圧され
、大気へ放出される。

他方、ミル７は空気ダクト１の押込通風機２出口の冷却
用空気、空気予熱器３出口の高温空気、あるいは排ガス
ダクト４の排ガスなどの加熱気体配管８からの加熱気体
によってウオーミングされる。

ミル７のウオーミングが完了すると、石炭９が石炭ホッ
パ１０．給炭機１１．ミル７へ供給され、微粉炭管１２
より微粉炭バーナ１３へ供給される。

なお、１４は微粉炭焚ボイラ６の起動時、低負荷時に軽
油、Ｎ油、ガス燃料などの補助燃料を焚く補助燃料バー
ナ、１５は補助燃料配管、１６は補助燃料の貯蔵タンク
、１７．１８は加熱気体配管８の温度制御を行なうダン
パである。

ところが、微粉炭焚ボイラ６においてはボイラ６および
ミル７を熱的に定常にするだめに補助燃料バーナ１４か
らの補助燃料によって焚き上げる必要があり、重油焚、
ガス焚ボイラと比べて起動時間がかかりすぎ、かつ、補
助燃料バーナ１４、補助燃料配管１５、補助燃料タンク
１６などの付属設備に経費がかかる欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、従来必要であった補助燃料の
代替として、微粉炭を原料とする石炭ガス燃料を補助燃
料として用い、微粉炭のみで運転できる微粉炭専焼ボイ
ラを提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するだめに、微粉炭焚ボイラ
の近傍に微粉炭の一部を空気、飯素等のガス化剤でガス
化する石炭ガス化装置を設けたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る微粉炭焚ボイラの概略構
成図、第２図は酸素をガス化剤にした石炭ガス化装置の
系統図、第３図は空気をガス化剤にした石炭ガス化装置
の系統口、第４図は燃焼触媒を利用した微粉炭バーナの
拡大図、第５図は石炭ガス化装置の拡大図である。

第１図において、符号１から１８までは従来のものと同
一のものを示す。

１９はミル７より微粉炭を供給するガス化用微粉炭管、
２０は石炭ガス化装置、２１はガス化削配管、２２は石
炭ガス化装置ｉ２０から微粉炭バーナ１３へ石炭ガス補
助燃料を供給する石炭ガス化補助・燃料配管、２３は石
炭灰スラグ配管である。

第１図において、微粉炭ボイラ６の燃料である石炭９は
石炭供給ラインよりミル７に供給され、微粉炭バーナ１
３で燃料可能な粒径の微粉炭に粉砕される。この場合微
粉炭の粒径は、２００メツシュパス７０％以上が必要で
ある。この微粉炭は、微粉炭ボイラ６の空気予熱器３か
らの予熱空気の一部を加熱気体配管８から気流輸送空気
として、微粉炭焚ボイラ６へ送られ、微粉炭バーナ１３
へ送られる。この微粉炭の一部を石炭ガス化用敵粉炭管
１９より石炭ガス化装置ｔ２０へ導びき、ガス化剤配管
２１からの酸素あるいは空気等のガス化剤を用いて、部
分酸化により微粉炭をガス化させて補助燃料を生成させ
、石炭ガス化補助燃料配管２２から微粉炭バーナ１３へ
供給する°。尚、この際、微粉炭中の灰分は、石炭灰ス
ラグ配管２３から石炭灰スラグとして、石炭ガス化装置
２０よシ排出される。一方、石炭ガス化装置２ｏで生成
する石炭ガスは、ＨｌとＣＯを主成分とするガスである
が、この石炭ガスは石炭ガス化補助燃料配管２２を通じ
て、微粉炭バーナ１３への補助燃料として供給する。

この様に本発明の微粉炭焚ボイラ６は石炭ガス化装置２
０からの微粉炭をガス化した石炭ガスを石炭ガス化補助
燃料配管２２より微粉炭バーナ１３へ供給することによ
って微粉炭焚ボイラ６は微粉炭のみによって起動するこ
とができる。

また、微粉炭のみで起動することができるので、油、ガ
ス等の補助燃料配管１５、補助燃料タンク１６を撤廃す
ることができ、微粉炭以外の補助燃料を節約することが
できる。

第２図に酸素をガス化剤にした石炭ガス化装置の系統図
を示す。第２図に示すものはガス化剤として、酸素を使
用する場合で、この酸素は、火カ発成所で容易に得られ
る電力を利用して、大型の場合は深冷分離法、中・小型
では、プレッシャースウィング法にて、容易に得ること
が出来る。

この酸素は特に、高純度のものと必要とするものではな
く、分離コストとの兼合でその純度を決めれば良い。第
１図に示したミル７からの石炭ガス化用の微粉炭は、ガ
ス化用微粉炭管１９より微粉炭ホッパー２４に、貯留さ
れ、下部の定量供給器２５より一定量、石炭ガス化装置
２０に供給される。この微粉炭の石炭ガス化装［２０へ
の供給は、生成ガスの貯留タンク２６からのガスリサイ
クルライン３３のリサイクルガスにより、気流輸送され
石炭ガス化装置２０へ吹込まれる。この気流輸送用ガス
として、Ｎｔ　ｌスチーム等の使用も可能であるが、Ｎ
、では、生成ガスの発熱量の低下、スチームでは、冷却
時のドレン処理等が必要であり、このリサイクルガス方
式が好ましい。

又、この石炭ガスは、微粉炭と共に、微粉炭バーナ１３
に供給されるので、石炭ガス化装置２０の起動用の燃料
として使用され、他から起動用の燃料あるいは熱源を必
要としない。石炭ガス化装置２０の起動は、電気による
イグナイター等の従来の点火装置２７による着火で良い
。石炭ガス化装置２０に吹込まれた微粉炭とリサイクル
ガスは、石炭ガス化装置１１２０内で同時に吹込まれる
酸化剤０、により、一部燃焼し、石炭種により異なるが
、大略、１２００℃〜１４００℃で石炭ガスを生成する
。

＋Ｈ８０＋吸熱 Ｃ”　Ｏｔ　　　　　　ＣＯ＝十発熱 Ｃ”　３ＡＯ＊　　　　　ＣＯ＋発熱 ガス　（Ｈ，＋ＣＯ＋Ｈ，０）　”Ｏｔ←Ｈ，Ｏ＋ＣＯ
，十発熱等種々の反応があるが、最終的なガスの組成は
ｃ　ｏ　＋　Ｈ，０＝＝ＣＯ，”Ｈｅ の平衡反応により、温度および物質のバランスにより決
定され、Ｈ，、ＣＯを主成分とする石炭ガスが得られる
。このため、リサイクルしたガスはほぼ不活性ガスと同
等の働きであり、反応ガス組成への影響は少ない。

上記反応による組成以外に石炭中の８分、Ｎ分からの生
成ガスとして、Ｈ，Ｓ、ＣＯ８，ＮＨ，が？７を含まれ
る。

バーズロック炭を使用した場合の石炭生成ガスの組成の
一例を下記に示す。

Ｃｏ　　　　　　　５９．８Ｖｏ１％ 山　　　　　　　２５．６　ＶＯｌチ Ｃｏ、　　　　　　　　５．３　Ｖｏ１％Ｈ，０４，Ｓ
　Ｖｏｌ係 その他（Ｎ、他）　　　４８ＶＯ１％ 発熱量は約２５００１ｃａｌ／Ｎ−である。

この石炭ガスは、石炭ガス化装置Ｊ２０の炉頂より、抜
出され、熱回収ボイラ２８に送られて大略２００〜２５
０℃に冷却され、マルチサイクロン等の脱塵装置２９に
より、未反応の石炭チャーを捕集後、ガス冷却器３０に
入り、冷却水により常温まで冷却後昇圧装置３１に入り
、ミスト分離器３２を通り、ガス貯留タンク２６に貯留
される。

脱塵装置２９で捕集されたチャーは、石炭ガス化装置２
０ヘガスリサイクルライン３３のリサイクルガスによっ
てリサイクルされる。一方、石炭中の灰分は、石炭ガス
化装置２０で溶融状態となり、石炭ガス化装置２０の炉
下部で冷却、固化し、底部より抜出され、スラグホッパ
ー３４に入る。

ガス貯留タンク２６には、圧力検出器３５が取付けられ
、このガス貯留タンク２６内の圧力の上限値および下限
値により、石炭ガス化装置２０の起動、停止を行なわせ
、常にガス貯留タンク２６内には、微粉炭焚ボイラ６起
動に必要な石炭ガスの圧力を保持させである。すなわち
、上限値はガス貯留タンク２６の設計圧力であり、下限
値は。

微粉炭焚ボイラ６の起動に必要な石炭ガス量と、ガス圧
力が保持されるように設定され、この下限値により石炭
ガス化装置ｉ２０を起動させ、上限値により停止させる
。この方式をとることにより、微粉炭焚ボイラ６の起動
性が容易になると共に、石炭ガス化装ｆｆ１ｌ　２０を
一定容量で運転すれば良く。

石炭ガス化装［２０の運転操作も簡単になる。

なお、この方式を用いると、発熱量は約２５００に２１
／Ｎ＋１？のガスを石炭から生成することが出来る。

本発明を実施する際の他の例として、酸化剤として空気
を使用する場合を第３図に、又、その際に使用する微粉
炭焚ボイラ６の微粉炭）（−す１３エルメロ炭を使用し
た場合の生成ガスの組成の一例を下記に示す。

表−２ ＣＯ１９，Ｉ　　Ｖｏｌチ 出　　　　　　　　８．ＯＶＯＩチ Ｃｏｗ　　　　　　　　６．７　　Ｖｏ１％Ｈ＊Ｏ５，
７Ｖｏｉ！％ Ｈ，６０，４Ｖｏ１％ その他（Ｈ，Ｓ他）　　０．Ｉ　　　ＶｏＡ’９１ｉ発
熱値は約８００　ｋｃａｌ／Ｎｍ’である。

この方式では単位熱量当りガス容積が大きくなり、生成
ガスを貯留するのは経済的ではない。このため、発明者
等は、触媒燃焼式微粉炭ノく−ナ１３を考慮し、この微
粉炭バーナ１３と空気酸化方式の石炭ガス化装置２０を
組合わせて空気をガス化剤として使用する場合のボイラ
起動用石炭ガス燃料の供給を可能とした。

すなわち、石炭ガス化装置２０から出たガスは、熱回収
ボイラ２８および空気予熱器３７を通シ、大略２５０Ｃ
〜３５０℃に冷却され脱塵装置２９で脱塵後そのまま微
粉炭焚ボイラ６の微粉炭ツク−す１３に供給する。この
微粉炭ノく−す１３の前流にガス空気混合器３９が設置
され、燃焼に必要な空気と混合される。燃焼空気量は大
略燃料ガスと同等の量であり、混合後のガス温度は１５
０℃〜２００℃となる。又、混合後のガスは、ＣＯ，Ｈ
。

温度が約半分となりＣＯは１０チより少なく、Ｈ７は４
．０条より少なく各成分に対する爆発範囲外とすること
ができる。

このガス空気混合気は、第４図に示す燃堺触媒微粉炭バ
ーナ１３の燃料ガスノズル４０に供給され、先端に設置
された燃焼触媒４１により自然着火し、１２００℃〜１
４００℃の燃焼ガスを発生し、微粉炭着火用火炎４２を
生成する。一方、微粉炭ノズル４３より供給される微粉
炭と空気の混合気は、着火用火炎４２と接触して着火し
、主火炎４４を生成する。この燃焼触媒式微粉炭バーナ
１３は、起動用のみならず、燃焼安定用あるいは、負荷
変動に対応するバーナとして常時燃焼を行なわせてもよ
い。この場合、石炭ガス化装置２０は、起動。

停止を頻ばんに行なう必要はなく、微粉炭焚ボイラ６の
稼動状件に合わせて運転される。尚、燃焼触媒４１は、
Ｈ，ガスで大略８０℃〜１００℃、ＣＯガスで２００〜
２５０℃であり、混合気体の場合Ｈ８の着火温度に支配
され１５０℃〜２００℃で充分着火する。

第５図に本発明の石炭ガス化装置の構造の一例を示す。

石炭ガス化装置２０は耐火材４５で内張すされた構造で
、ガス化部４６とスラグ冷却部４７を構築している。ガ
ス化部４６には、微粉炭供給ノズル４８、リサイクルラ
イン３３のチャーノズル４９が複数本設置されている。

又、スラグ冷却部４７には、スタートアップ用バーナ５
０と点火装置２７が取付けられ、ガス化の際生成する溶
融スラグ５１を冷却して固化するためのスラグ冷却ノズ
ル５２を内蔵している。

起動用の燃料あるいは、ガス貯蔵タンク２６よりのリサ
イクルガスを用いて、スタートアップバーナ５０で、所
定の温度まで昇温された石炭ガス化装置２０に、気流輸
送により送られて来た微粉炭、ガス混合気体は微粉炭ノ
ズル４８よりガス化剤の酸素、あるいは空気と共にガス
化部４６に供給され、石炭ガス化装置２０内の温度によ
り、着火する。ガス化部４６において微粉炭は前述の反
応により石炭ガスとなり、炉頂部のガス出口ノズル５３
より未反応チャーを同伴し、抜出され後続プロセスへ行
く。一方、石炭中の灰分は溶融温度以上に加熱され、溶
融スラグとなり、ガス化部４６の下部のスラグタップ部
５４より、スラグ冷却部４７に入る。この石炭灰の溶融
温度は、石炭の種類によって異なるが、１２００℃〜１
６００℃の範囲である。石炭ガス化装［２０の温度はこ
の石炭の溶融温度により設定され、大略、溶融温度より
１５０℃〜２００℃高く設定する。この温度は酸素ある
いは空気量で調整される。

スラグタップ部５４からの溶融スラグは、従来のガス化
装置では、スラグ冷却部４７の下部に水を張り、その中
に滴下、水砕スラグとして水との混合物として取出され
ている。このため、水中へアンモニア、微細スラグ等が
混入するため、大がかりなスラグ分離装置、排水処理装
置を設置している。本発明では、このスラグタップ部５
４の下部へ流下する溶融スラグへ、冷却ガス（スチーム
。

Ｎ、空気等）ライン５５からの冷却水を噴霧して吹きつ
けることにより、スラグを吹き飛ばして冷却を行ない、
固化スラグとして乾式冷却方式により冷却するので、シ
ステムの簡素化を行なっている。この乾式冷却方式を採
用したのは、スラグの固化が溶融スラグが１２００℃以
上と非常に高温であり、かつ、固化スラグとするための
冷却温度差が１５０℃〜２００℃と小さく、はぼ瞬時に
表面固化が出来、気流中で固体スラグ化することができ
るので、飛散スラグが壁面へ付滑するトラブルを防止で
きる。又、従来のガス化装置２０で本方式を採用出来な
かったのは、ガス化炉圧が高圧であり、固体粒子の取出
しが、水中に混合し抜出す方法がとられたためであり、
かつ、この冷却用ガスがスラグタップを冷却し、タップ
部で固化、閉そくを起すことをＭ念したためである。本
装置の場合、比較的低圧の操業で、かつ、低圧であれば
、スタートアップバーナをスラグタップ部の加温に使用
することが出来、これらの問題を解決することが出来る
。

以上述べｆｃ嘩に微粉大部ボイラの近傍に石炭ガス化装
置を設置することにより、発電用の主燃料である石炭か
ら、発電所内で容易に得られるルカ。

冷却水等のユーティリティのみで、外部より余分のユー
ティリティを用意することなく、石炭ガス燃料を得るこ
とが出来るので、従来、飴燃焼ＰＡ看の１０％を示めて
いた油、ＬＮＧなどの補助燃料が不要となる。

また、補助燃料のだめの貯蔵タンク、補助燃料燃焼系統
の装置が不要となる。

なお、石炭ガス化装置は従来の石炭のガス化装置をその
まま適用することができるので、貯留タンクを設置する
のみで、このタンク中の圧力によって、石炭ガス化装置
を起動、停止することなく石炭ガス化装置近を定１を運
転することが出来、かつ、ボイラー起動操作も間単にな
る。又、この貯留りンク中の生成ガスを、石炭ガス化装
置の起動用燃料として使用することが出来、他燃料を必
要としない。

なお、触媒燃料式微粉炭バーナを適用し生成ガスを高温
のまま、微粉炭焚ボイラの補助燃料とすることによりボ
イラのＮ火装置が不要となり、負荷変動に対応できる。

また、スラブ乾式冷却方式を適用することにより廃水処
理装置が不要となり、装置が簡単になる。

〔発明の効果〕

本発明は微粉炭焚ボイラの近傍に微粉炭をガス化する石
炭ガス化装置を設けたので、微粉炭のみで起動時から全
負荷時まで運転することができ、起動時、負荷変化時の
ための油、ＬＮＧなどの補助燃料が不要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は本発明の実施例に係る微粉炭焚ボイラの燃料系統、
煙風道系統を示す概略構成図、第２図は酸素をガス化剤
にした石炭ガス化装置の系統図、第３図は空気をガス化
剤にした石炭ガス化装置の系統図、第４図は燃焼触媒を
利用した微粉炭バーナの拡大図、第５図は石炭ガス化装
置の拡大図、第６図は従来の微粉炭焚ボイラにおける燃
料系統と煙風道系統を示す概略構成図である。 ６・・・・・・微粉炭焚ボイラ、７・・・・・・ミル、
９・・・・・・石炭、１２・・・・・・微粉炭管、１３
・・・・・・微粉炭バーナ、１９・・・・・・ガス化用
微粉炭管、２０・・・・・・石炭ガス化装置、２１・・
・・・・ガス化剤配ｆ。 叩仄末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石炭をミルで粉砕して微粉炭にし、この微粉炭をミルよ
   り微粉炭管を経てボイラの微粉炭バーナへ供給し燃焼さ
   せるものにおいて、前記微粉炭焚ボイラの近傍に微粉炭
   の一部を空気、酸素等のガス化剤でガス化する石炭ガス
   化装置を設けたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。