加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システム
【課題】層密度の最適化を自動的に行うことができる加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る層密度最適化方法は、流動層における圧力損失を検出する工程（Ｓ１）と、検出した圧力損失に基づいてＢＭの層密度を予測する工程（Ｓ２）と、予測したＢＭの層密度が予め定めた許容範囲であるか否かを判断する工程（Ｓ３）と、ＢＭの層密度が予め定めた許容範囲を超えると判断された場合に、このＢＭの層密度を最適化する工程（Ｓ４）とを含む。
【解決手段】本発明に係る層密度最適化方法は、流動層における圧力損失を検出する工程（Ｓ１）と、検出した圧力損失に基づいてＢＭの層密度を予測する工程（Ｓ２）と、予測したＢＭの層密度が予め定めた許容範囲であるか否かを判断する工程（Ｓ３）と、ＢＭの層密度が予め定めた許容範囲を超えると判断された場合に、このＢＭの層密度を最適化する工程（Ｓ４）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンプレッサからの燃焼空気でボイラ内を加圧状態に保ちながら、石灰石を流動媒体（ＢＭ：Bed Material）とする流動層内に、石炭と石灰石と水とを混ぜた燃料（ＣＷＰ：Coal Water Paste）を投入することにより、ボイラから発生する蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、ボイラから発生する排ガスでガスタービンを駆動するようにした加圧流動床ボイラが知られている。
【０００３】
このような構成からなる加圧流動床ボイラでは、流動層の高さを調整して流動層内に埋没する蒸気管の伝熱面積を増減することにより、ボイラで発生する蒸気量を調整している。そのため、加圧流動ボイラにおいては、流動層を形成する流動媒体の粒径管理が重要な意味を有する。特に、この流動媒体の粒径が増大し、流動層内において粗大化したズリが生じた場合には、そのことを早急に検知し、適切な対応を採らなければならない。
【０００４】
そこで、加圧流動床ボイラにおいては、従来より、流動媒体の粒径管理をするための技術が種々提案されている。例えば、火炉から流動媒体を実際に抜き出し、抜き出した流動媒体をふるいにかけてその粒径を測定する技術や、特許文献１に示す如く、流動媒体の重量分率や供給速度などを用いて演算を行い、その流動媒体の粒径分布を予側する技術などが提案されている。
【０００５】
ところで、火炉から流動媒体を実際に抜き出し、抜き出した流動媒体をふるいにかけてその粒径を常に測定する場合には、流動媒体の粒径管理に関する信頼性を十分に確保することができるという点で優れた効果を奏する。しかし、この技術にあっては、例えば、火炉から流動媒体を抜き出す際に、その流動媒体を過度に抜き出してしまうと、火炉中の流動媒体が少なくなり、流動層を形成することができなくなるなどの問題が生じる。つまり、かかる技術では、流動媒体の層密度を最適な状態に維持することができない。また、かかる技術では、火炉から流動媒体を実際に抜き出す作業が必要となるので、作業コストが増大することとなる。
【０００６】
また、特許文献１に開示された技術では、脱硫剤の重量分率、脱硫剤の供給速度、流動粒子の粒子重量及び脱硫剤の抜出重量を用いて演算を行っているため、計測項目が多岐に亘って演算が複雑なものとなり、流動媒体の層密度を容易に予測することができるとは言い難かった。また、計測項目が多いため、測定誤差が生じる可能性が増加し、流動媒体の層密度を的確に予測することができるとは言い難かった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、作業コストの低減を図りつつ、流動媒体の層密度を容易且つ的確に最適化することができる層密度最適化方法及び層密度最適化システムに関する技術を開発し、これを出願するに至っている（特願２００５−２５０４４１参照）。この出願に係る技術は、火炉の圧力損失に基づいて流動媒体の層密度を予測し、さらに流動媒体の層密度と粒径分布（特に粒径分布の大きなズリ濃度）との相互関係を利用して、流動媒体の粒径分布を予測するものである。なお、これに関する特許文献として、例えば、下記特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００２−１７４４０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記出願に係る技術は、必ずしも層密度の最適化を自動的に行うものではない。そのため、流動媒体の層密度が変動した場合には、この層密度を最適な状態に維持することが困難となる。そして、層密度が最適な状態に維持されないときには、流動媒体の粒径が変動し、次のような問題が生じる。
【０００９】
例えば、流動媒体の粒径が変動し、その粒径が小さくなりすぎると、流動媒体が流動層内に留まらず、空塔部へ飛散する現象が起こりやすくなる。そして、この現象が起こってしまうと、流動層内における流動媒体の量が低下する。その結果、ボイラ後流のサイクロン（脱燐装置）における灰処理量が増大するとともに、ボイラ内の流動層高を維持することができなくなる。この流動層高を維持するためには、流動媒体を貯留するＢＭタンクからの流動媒体の供給量を増加させたり、或いはＣＷＰ中の石灰石の割合（Ｌ／Ｃ）を増加させることが必要となり、コスト増を招いてしまう。
【００１０】
他方、流動媒体の粒径が変動し、その粒径が大きくなりすぎると、この流動媒体とボイラ内の伝熱管との接触面積が小さくなる。その結果、流動媒体と伝熱管内を流れる給水との熱交換率が低下し、ボイラ効率が悪化してしまう。また、流動媒体の粒径が大きくなりすぎると、この流動媒体が有する脱硫性能も悪化してしまう。そして、脱硫性能を維持するためには、ＣＷＰ中の石灰石の割合（Ｌ／Ｃ）を増加させることが必要となり、コスト増を招いてしまう。さらに、流動媒体の粒径が大きくなりすぎると、粗粒化した流動媒体が伝熱管と接触することとなり、伝熱管の疲労が増大し、伝熱管が摩耗しやすくなる。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みて上記出願に係る技術を改良してなされたものであり、その目的は、層密度の最適化を自動的に行うことができる加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するための方法であって、流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する工程と、検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する工程と、予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えた場合に、流動媒体の層密度を最適化する工程と、を含み、前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において、前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において、前記流動媒体の層密度を予測する工程は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００１５】
また、本発明は、前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明において、前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明において、前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するためのシステムであって、流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する複数の圧力損失検出手段と、該圧力損失検出手段により検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する層密度予測手段と、該層密度予測手段により予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断する層密度判断手段と、該層密度判断手段により前記層密度が前記許容範囲を超えると判断された場合に、流動媒体の層密度を最適化する層密度最適化手段と、を備え、前記層密度最適化手段は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明において、前記層密度最適化手段は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明において、前記層密度予測手段は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００２３】
また、本発明は、前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める層密度管理値設定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明において、前記層密度管理値設定手段は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明において、前記層密度管理値設定手段は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムにおいて、層密度の最適化を自動的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムの概略構成を示すブロック図、図２は加圧流動床ボイラにおけるＢＭ循環経路の説明図、図３は層密度がプラントへ与える影響を説明するための模式図、図４は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を示すフローチャート、図５Ａは流動層高と層密度との関係を示すグラフ、図５Ｂは空塔速度と層密度との関係を示すグラフ、図６Ａは「前日値との層密度偏差量」を参酌して予測したズリ濃度の一例を示す図、図６Ｂは層密度とズリ濃度との関係を示すグラフ、図６Ｃは「前日値との層密度偏差量」とズリ濃度との関係を示すグラフ、図６Ｄはズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図、図７は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントの概略構成を示す説明図である。
【００３０】
＜発電プラント＞
本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントは、加圧流動床複合発電方式（ＰＦＢＣ：Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cyde）を採用した発電プラントであり、圧力容器内に収納した流動床ボイラから発生する蒸気で蒸気タービンを駆動し、さらにボイラの排ガスでガスタービンを駆動するように構成されている。
【００３１】
この発電プラントは、コンプレッサからの燃焼空気でボイラ内を加圧状態に保ちながら、石灰石を流動媒体（ＢＭ）とする流動層内にＣＷＰを投入することにより、ＣＷＰを効率よく燃焼させることができる。また、流動媒体に石灰石を採用することにより火炉内で脱硫することが可能となるので、硫黄硫化物（ＳＯｘ）の発生を低く抑えることができる。さらに、流動層燃焼は、燃焼温度が低く抑えられる（約８７０℃）ため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低く抑えることができる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントを具体的に説明する。
本発明の実施形態の適用対象である発電プラントは、図７に示すように、２つのボイラ１０，２０を備えており、ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内にＣＷＰを投入して燃焼させ、熱交換により発生した蒸気を高圧タービン３１、中圧タービン３２及び低圧タービン３３に導いて各タービンを回転させることにより、発電機４１を駆動して電力を発生させる。低圧タービン３３を回転させた後の蒸気は、復水器５０により復水され、再びボイラ１０，２０内へ導かれる。
【００３３】
また、ボイラ１０，２０内で発生した高圧ガスをガスタービン３４に導いてガスタービン３４を回転させることにより、発電機４２を駆動して電力を発生させる。さらに、高圧ガスは、ガスタービン３４に同軸に連結されたコンプレッサ３５を駆動して、燃焼空気をボイラ１０，２０へ供給するようになっている。ボイラ１０，２０へ燃料を供給する燃料供給系統は、石炭を供給する石炭ホッパ６１と、石炭ホッパ６１から供給される石炭を粗粉砕する粗粉砕機６２と、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉を分級する分級機６３と、分級機６３で分級された石炭粉を中継する中継ホッパ６４と、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉に水を混入しながらさらに粉砕する微粉砕機６５と、石灰石を供給する石灰石ホッパ６６と、水、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉、微粉砕機６５で水を混入しながら粉砕された石炭ペースト及び石灰石を混練する混練機６７と、混練機６７で混練されたＣＷＰを一時貯留する燃料タンク６８と、燃料タンク６８から火炉１１，２１内へＣＷＰを送出する燃料ポンプ６９と、を備えている。
【００３４】
２機のボイラ１０，２０は、それぞれ圧力容器１２，２２と、圧力容器１２，２２内に収容された火炉１１，２１とを備えており、火炉１１，２１内には水・蒸気管７１が挿通されている。復水器５０からの水・蒸気管７１は、まずＢ火炉２１内に導かれ、続いてＡ火炉１１内へ導かれて熱交換が行われ、汽水分離器７２へ導かれて蒸気と水とが分離される。汽水分離器７２からの水・蒸気管７１は、Ａ火炉１１、Ｂ火炉２１、Ａ火炉１１の順で引き回された後、高圧タービン３１へ導かれる。
【００３５】
高圧タービン３１は、水・蒸気管７１から供給される蒸気により回転する。高圧タービン３１を回転させた後の蒸気は、再びＢ火炉２１に導かれて再熱され、中圧タービン３２に導かれて中圧タービン３２を回転させ、さらに低圧タービン３３に導かれて低圧タービン３３を回転させる。高圧タービン３１、中圧タービン３２及び低圧タービン３３には、同軸に発電機４１が接続されており、各タービン３１，３２，３３が回転することにより発電機４１が駆動されて発電が行われる。
【００３６】
低圧タービン３３を回転させた蒸気は、復水器５０に導かれて復水される。復水器５０内には、冷却水配管５１が配設されている。この冷却水配管５１には、深層取水した海水が導かれ、この海水は復水器５０内で熱交換を行った後に、再び海中に放流される。
【００３７】
復水器５０の下流側には、復水ポンプ７３、第１給水加熱器７４ａ、第２給水加熱器７４ｂ、第３給水加熱器７４ｃ、脱気器７５、給水ポンプ７６、第５給水加熱器７４ｄ、第６給水加熱器７４ｅが配設されており、復水の加熱及び脱気を行うようになっている。また、復水器５０とボイラ１０，２０との間の復水配管７７は、後に詳述する排ガス系統に設けられた２つの排熱回収交換器９１，９３を通過し、排ガスとの間で熱交換を行うようになっている。
【００３８】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１の上部には、排ガス配管８１が連通接続されており、各火炉１１，２１内で発生した高圧ガスをガスタービン３４へ供給するようになっている。また、各火炉１１，２１とガスタービン３４との間には、脱硝を行うための無触媒脱硝装置８２ａ，８２ｂ、煤塵を除去するための１次サイクロン８３及び２次サイクロン８４が配設されている。なお、１次サイクロン８３及び２次サイクロン８４で収集した煤塵は、灰クーラ８５，８６を経て灰処理装置へ送出される。
【００３９】
ガスタービン３４には、発電機４２及びコンプレッサ３５が同軸に接続されており、ガスタービン３４が回転することにより、発電機４２を駆動して発電を行うとともに、コンプレッサ３５を駆動して燃焼空気をボイラ１０，２０内へ送り込むようになっている。コンプレッサ３５には、プラント起動時にコンプレッサ３５を駆動してボイラ１０，２０へ燃焼空気を送るための起動用モータ４３が取り付けられている。
【００４０】
ガスタービン３４を回転させた後の排ガスは、第１の排熱回収交換器９１、脱硝を行うための脱硝装置９２、第２の第１の排熱回収交換器９３、バグフィルタ９４を経て、煙突９５より大気中へ放散される。
【００４１】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１には、循環するＢＭを一時貯留するためのＢＭタンク１３，２３が連通接続されている。なお、図７に示す例では、ＢＭタンク１３，２３を各ボイラ１０，２０毎に１機ずつ設けているが、ＢＭタンク１３，２３を各ボイラ１０，２０毎に２機ずつ設けてもよい。また、各ボイラ１０，２０の上部には非常用温水タンク１４が配設されている。この非常用温水タンク１４は、ボイラ吸水系統が停止した際に、ボイラ１０，２０内の残燃料が燃焼することにより水壁管等が損傷することを防止するための装置で、水頭圧によりボイラ１０，２０へ給水するようになっている。
【００４２】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１の下部には、各火炉１１，２１内に析出した塵芥を回収するための塵芥回収管１０１が接続されており、回収された塵芥は灰クーラ１０２，１０３を経て灰処理装置へ送出される。また、Ａ火炉１１及びＢ火炉２１には、ボイラ１０，２０の起動時等に各火炉１１，２１内を加熱するための軽油が供給されるようになっている。
【００４３】
＜ＢＭ循環系統＞
次に、図２を参照して、ＢＭ循環系統を詳細に説明する。
ボイラ１０内に配設したＡ火炉１１内には、分散板から上方に向かって、例えば、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．５ｍ、２．６ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に、それぞれ圧力計１１１ａ〜１１１ｇが配設されている。また、ボイラ２０内に配設したＢ火炉２１内には、分散板から上方に向かって、例えば、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．１５ｍ、２．４２５ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に、それぞれ圧力計１１１ａ〜１１１ｇが配設されている。
【００４４】
火炉１１，２１の下部には、熱風炉１５０及びＢＭ炉底抜出系統１４０が連通接続されているとともに、火炉１１，２１の上部には、火炉１１，２１内で発生した高温ガスを排出するための高温ガス管１３０が連通接続されている。また、火炉１１，２１とＢＭタンク１３，２３との間には、ＢＭ戻し配管１６１及びＢＭ供給配管１６２が配設されており、ＢＭタンク１３，２３、ＢＭ供給配管１６２、火炉１１，２１、ＢＭ炉底抜出系統１４０、ＢＭ戻し配管１６１の順でＢＭが循環するようになっている。なお、図２において、符号１２０は流動層を示す。
【００４５】
＜層密度とプラントへの影響の関係＞
次に、図３を参照して、火炉１１，２１内の層密度がプラントへ与える影響を説明する。図３（ａ）は層密度が高い状態を示す模式図、図３（ｂ）は層密度が良好な状態を示す模式図、図３（ｃ）は層密度が低い状態を示す模式図である。
【００４６】
図３（ａ）に示す状態では、ＢＭ粒径が小さく、間隙部が少ないため、火炉１１，２１内における圧力損失が高くなるとともに層密度が高値となる。このような状態では、火炉１１，２１内のＢＭ流動性、ボイラ１０，２０の伝熱性、炉内の脱硫性能等が優れている反面、ＢＭ粒径が小さいため、ボイラ１０，２０の後流側へのＢＭが飛散し易くなり、サイクロンで回収する灰量が増加するだけでなく、層高維持性が悪化する。
【００４７】
図３（ｃ）に示す状態では、ＢＭ粒径が大きく、間隙部が多いため、火炉１１，２１内における圧力損失が低くなるとともに層密度が低値となる。このような状態では、ズリ濃度が高くなり、火炉１１，２１内のＢＭ流動性、ボイラ１０，２０の伝熱性、火炉１１，２１内の脱硫性能等が悪化する。さらに、出力を維持するため、燃料が増加傾向となり、層温度が上昇するとともに、未燃焼分が増加する。このため、サイクロンの閉塞や、粗粒による伝熱管磨耗が発生し易い。
【００４８】
このような状態に対して、図３（ｂ）に示す状態では、ＢＭ粒径及び間隙部が適正であるため、良好な操業を行うことができる。しかし、高負荷帯での運転時には、ＢＭ粒径が次第に大きくなる特徴があり、定期的な炉底抜出を行って、層密度を管理値内に調整する必要がある。
【００４９】
＝＝＝層密度最適化システム＝＝＝
次に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムを説明する。
本発明の実施形態に係る層密度最適化システム２００は、図１に示すように、火炉１１，２１内に配設された複数の圧力計１１１ａ〜１１１ｇ、層密度予測手段２０１、層密度判断手段２０２、層密度最適化手段２０３、層密度管理値設定手段２０４、制御手段２０５ａ，２０５ｂを主な構成要素とする。なお、本実施形態の各手段は、コンピュータ及びその周辺機器からなり、コンピュータを構成するＣＰＵ等がアプリケーションプログラムに従って動作することにより、各手段としての機能を発揮するようになっている。
【００５０】
圧力計１１１ａ〜１１１ｇは、流動層における圧力損失を検出するためのものであり、上述したように、Ａ火炉１１内には、分散板から上方に向かって、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．５ｍ、２．６ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に配設されており、Ｂ火炉２１内には、分散板から上方に向かって、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．１５ｍ、２．４２５ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置にそれぞれ設けられている。
【００５１】
なお、本実施形態では、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍに配設された圧力計１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを用いて、ズリが対流しやすい部位である０．２ｍ〜０．４ｍ及び０．４ｍ〜０．６ｍにおける層密度を管理しているが、加圧流動床ボイラ１０，２０の形状等に応じて、他の圧力計１１１ｄ〜１１１ｇを用いて層密度の管理を行ってもよい。
【００５２】
層密度予測手段２０１は、圧力計１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃにより検出した圧力損失に基づいて流動媒体の層密度を予測するための手段である。この層密度予測手段２０１は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測する。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００５３】
層密度判断手段２０２は、予測した流動媒体の層密度が予め定めた許容範囲内であるか否かを判断するための手段である。本実施形態では、０．２ｍ〜０．４ｍにおける層密度の許容範囲を１，１００〜１，２００ｋｇ／ｍ３とし、０．４ｍ〜０．６ｍにおける層密度の許容範囲を９００〜１，０００ｋｇ／ｍ３としている。なお、層密度の許容範囲は、加圧流動床ボイラ１０，２０の形状等に応じて、適宜変更して設定することができる。
【００５４】
層密度最適化手段２０３は、層密度判断手段２０２において層密度が予め定めた許容範囲を超えたと判断された場合に、流動層における流動媒体（ＢＭ）の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に自動調節する手段である。この層密度最適化手段２０３は、加圧流動床ボイラ１０，２０の炉底部における圧力損失が低下した場合には、炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて炉底部からの流動媒体の抜出量を増加させる一方、圧力損失が増加した場合には、層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて炉底部からの流動媒体の抜出量を減少させるものである。そして、この層密度最適化手段２０３は、流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、抜出量を当該上限値に修正するとともに、抜出量が上限値を超えた程度に応じて加圧流動床ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、抜出量を当該下限値に修正するとともに、抜出量が下限値を超えた程度に応じて火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を減少させるものである。
【００５５】
層密度管理値設定手段２０４は、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、層密度判定手段２０２における層密度の許容範囲を定める手段である。この層密度管理値設定手段２０４は、流動層高に応じて層密度の許容範囲を補正するとともに、加圧流動床ボイラ１０，２０の空塔速度に応じて層密度の許容範囲を補正するものである。
【００５６】
制御手段２０５ａは、層密度予測手段２０１によって予測した層密度のデータを所定のデータ収録装置に蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて流動媒体の抜出量を変更するように層密度最適化手段２０３を制御するものである。
【００５７】
制御手段２０５ｂは、炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて流動媒体の抜出量を変更するように層密度最適化手段２０３を制御するものである。
【００５８】
＝＝＝層密度最適化方法＝＝＝
次に、図４、図５Ａ及び図５Ｂ、並びに図６Ａ〜図６Ｄを参照して、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を説明する。
本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、まず、流動層における圧力損失を検出し（Ｓ１）、検出した圧力損失に基づいてＢＭの層密度を予測し（Ｓ２）、予測したＢＭの層密度が予め定めた許容範囲であるか否かを判断する（Ｓ３）。そして、このＳ３の工程において、ＢＭの層密度が許容範囲を超えると判断された場合には、火炉１１，２１内からＢＭを抜き取ったり、火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増減させたりすることにより、ＢＭの層密度を最適化する（Ｓ４）。
【００５９】
＜Ｓ４＞
Ｓ４の工程は、加圧流動床ボイラ１０，２０の炉底部における圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて炉底部からのＢＭの抜出量を増加させる一方、圧力損失が増加した場合には、層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて炉底部からのＢＭの抜出量を減少させることにより、流動層におけるＢＭの流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節するステップ（Ｓ４０１）を含む。
【００６０】
さらに、Ｓ４の工程は、Ｓ４０１においてＢＭの抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、ＢＭの抜出量を当該上限値に修正するとともに、ＢＭの抜出量が上限値を超えた程度に応じて加圧流動床ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、Ｓ４０１においてＢＭの抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、ＢＭの抜出量を当該下限値に修正するとともに、ＢＭの抜出量が下限値を超えた程度に応じて火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を減少させることにより、流動層におけるＢＭの流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節するステップ（Ｓ４０２）を含む。
【００６１】
＜Ｓ５＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、層密度の許容範囲を定める工程（Ｓ５）を含む。このＳ５の工程は、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種を設定し（Ｓ５０１）、設定した炭種に応じて層密度の許容範囲を定める（Ｓ５０２）というものである。
【００６２】
Ｓ５０２の工程において、石炭の炭種に応じて層密度の許容範囲、すなわち層密度管理値の上限値及び下限値を定める際には、石炭の炭種と層密度との関係や、石炭の成分などを参酌することとする。例えば、石炭の炭種が灰分の高いものである場合には、灰がＢＭとＢＭとの間隙部を埋めて火炉の圧力損失が高くなる傾向にある。そこで、かかる場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を共に補正し、例えば、補正量を１３．３（ｋｇ／ｍ３／％）とする。より具体的には、灰分１２％を基準にし、灰分１％の増加に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を共に１３．３ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６３】
また、石炭の炭種がＣａ、Ｓｉ、ＡＬの割合が高く、且つこれらが均等に含まれるものである場合には、火炉内でズリの生成が起こりやすい傾向にある。そこで、かかる場合には、ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋Ａ２ｌＯ３）を算出し，その算出結果が０．７４〜０．８４の範囲内ならズリ生成が起こりやすい傾向にあるので、１日の最低炉底抜出量を増加（例えば、１．６ｍ３／日）することとする。逆に、前記算出結果が０．７４〜０．８４の範囲外ならズリ生成が起こりにくい傾向にあるので、１日の最低炉底抜出量を減少（例えば、０．８ｍ３／日）することとする。
【００６４】
さらに、Ｓ５０２の工程において、流動層高或いは加圧流動床ボイラ１０，２０の空塔速度に応じて、層密度の許容範囲を補正することが好ましい。これにより、火炉内の現状をより反映しつつ、層密度の許容範囲を設定することが可能となる。
例えば、流動層高に応じて層密度の許容範囲を補正するには、流動層高と層密度との関係を参酌して行う。すなわち、図５Ａに示すように、流動層高が高いほど層密度が高くなり、流動層高が低いほど層密度が低くなる傾向にある。そこで、流動層高が高い場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を上方に修正し、流動層高が低い場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を下方に修正する。具体的には、流動層高が高い場合には、層高１ｍの増加に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を１３６．４ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６５】
また、加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、層密度の許容範囲を補正するには、空塔速度と層密度との関係を参酌して行う。すなわち、図５Ｂに示すように、空塔速度が下がると層密度が増加し、空塔速度が上がると層密度が減少する傾向にある。そこで、空塔速度が下がった場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を上方に修正し、空塔速度が上がった場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を下方に修正する。具体的には、空塔速度が下がった場合には、空塔速度１ｍ／ｓの低下に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を９１．６５ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６６】
＜Ｓ６＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、Ｓ２で予測した層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、ＢＭの抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する工程（Ｓ６）を含む。
【００６７】
すなわち、Ｓ６の工程は、Ｓ２で予測した層密度のデータを蓄積し（Ｓ６０１）、蓄積した層密度のデータに基づいて、ＢＭの抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量（以下「前日値との層密度偏差量」という。）を算出し（Ｓ６０２）、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し（Ｓ６０３）、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し（Ｓ６０４）、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更するというものである。
【００６８】
次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、Ｓ６０１〜Ｓ６０４をより具体的に説明する。
図６Ａに示すように、Ｓ６０１で蓄積した層密度のデータが９３３kg/ｍ３の場合には、Ｓ６０２で算出した「前日値との層密度偏差量」が−７．１の値を示した。このような値は、ズリ濃度が減少傾向にあることを示唆するものである。そして、ズリ濃度が減少傾向にある場合には、火炉１１，２１内のズリ濃度の実測値は、Ｓ２で予測したズリ濃度よりも多めの値となるのが通常である（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）。そこで、火炉１１，２１内のズリ濃度をＳ２で予測したズリ濃度よりも多めに予測することとする（Ｓ６０３）。例えば、Ｓ２で予測したズリ濃度が０．４％のときには、前日値との層密度偏差量−７．１の値を参酌し、０．５％と予測した。
【００６９】
他方、Ｓ６０１で蓄積した層密度のデータが９４５kg/ｍ３の場合には、Ｓ６０２で算出した「前日値との層密度偏差量」が１２．０の値を示した。このような値は、ズリ濃度が増加傾向にあることを示唆するものである。そして、ズリ濃度が増加傾向にある場合には、火炉１１，２１内のズリ濃度の実測値は、Ｓ２で予測したズリ濃度よりも小さな値となるのが通常である（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）。そこで、火炉１１，２１内のズリ濃度をＳ２で予測したズリ濃度よりも少なめに予測することとする（Ｓ６０３）。例えば、Ｓ２で予測したズリ濃度が０．４％のときには、前日値との層密度偏差量１２．０の値を参酌し、０．３％と予測した。
【００７０】
次に、前述したＳ６０４では、Ｓ６０３で予測したズリ濃度が予め定められた層密度の許容範囲を超えるか否かを判断する。例えば、図６Ｄに示すグラフを参照し、Ｓ６０３で予測したズリ濃度が層密度管理値の下限値以上であり、且つ上限値以下であるか否かを判断する。そして、ズリ濃度が層密度の許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する。例えば、Ｓ６０４でズリ濃度が層密度管理値の下限値未満であると判断された場合には、その程度に応じてＢＭの抜出量を増加する。これにより、ＢＭの層密度が変動した場合であっても、ズリ濃度を管理値内に維持することが可能となる。なお、図６Ｄは、ズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図であり、前述したＡ火炉におけるズリ濃度の傾向管理を一例に挙げて説明している。同図において、左側縦軸は、層密度管理値（kg/ｍ３）を示し、右側縦軸はズリ濃度（％）、Ａ火炉の総合出力（ＭＷ）及び炉底抜出量（ｍ３）を示す。そして、同図では、ズリ濃度の傾向管理の指標として、層密度の移動平均値を採用している。すなわち、前述した如く、層密度を算出する際には、火炉内の圧力損失のデータを使用しており、そのデータには多少の誤差が伴う。そこで、このような誤差（圧力変動）に対してズリ濃度の傾向管理を行い易くするために、ズリ濃度の傾向管理の指標として、層密度の移動平均値を採用しているのである。また、同図では、前述した炉底抜出量及びズリ濃度の指標として、いずれも層密度の移動平均値を採用している。すなわち、炉底抜出量及びズリ濃度の測定を毎日継続して実施した場合には、コスト増を招いてしまう。そこで、このようなコストの増加を抑制するために、炉底抜出量及びズリ濃度の指標として、炉底抜出量及びズリ濃度の測定を毎日継続して得られる値ではなく、層密度の移動平均値を採用しているのである。
【００７１】
＜Ｓ７＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、炉底部から抜き出したＢＭのズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する工程（Ｓ７）を含む。具体的には、Ｓ７の工程は、炉底部から抜き出したＢＭのズリ濃度を実測し（Ｓ７０１）、実測したズリ濃度を所定の入力部から入力し、入力された実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し（Ｓ７０３）、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更するというものである。これにより、ＢＭの層密度が変動した場合であっても、より正確にズリ濃度を管理値内に維持することが可能となる。
【００７２】
以上の通り、本発明の実施施形態に係る層密度最適化方法及び層密度最適化システムによれば、ＢＭの粒径管理を容易且つ的確に行うことが可能となり、さらに層密度の最適化を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＢＭ循環経路の説明図である。
【図３】層密度がプラントへ与える影響を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】流動層高と層密度との関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】空塔速度と層密度との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】「前日値との層密度偏差量」を参酌して予測したズリ濃度の一例を示す図である。
【図６Ｂ】層密度とズリ濃度との関係を示すグラフである。
【図６Ｃ】「前日値との層密度偏差量」とズリ濃度との関係を示すグラフである。
【図６Ｄ】ズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０ ボイラ １１，２１ 火炉
１２，２２ 圧力容器 １３，２３ ＢＭタンク
１４ 非常用温水タンク ３１ 高圧タービン
３２ 中圧タービン ３３ 低圧タービン
３４ ガスタービン ３５ コンプレッサ
４１，４２ 発電機 ４３ 起動用モータ
５０ 復水器 ５１ 冷却水配管
６１ 石炭ホッパ ６２ 粗粉砕機
６３ 分級機 ６４ 中継ホッパ
６５ 微粉砕機 ６６ 石炭石ホッパ
６７ 混練機 ６８ 燃料タンク
６９ 燃料ポンプ ７１ 水・蒸気管
７２ 汽水分離器 ７３ 復水ポンプ
７４ａ〜７４ｅ 給水加熱器 ７５ 脱気器
７６ 給水ポンプ ７７ 復水配管
８１ 排ガス配管 ８２ａ，８２ｂ 無触媒脱硝装置
８３ １次サイクロン ８４ ２次サイクロン
８５，８６ 灰クーラ ９１，９３ 排熱回収交換器
９２ 脱硝装置 ９４ バグフィルタ
９５ 煙突 １０１ 塵芥回収管
１０２，１０３ 灰クーラ １１１ａ〜１１１ｇ 圧力計
１２０ 流動層 １３０ 高温ガス管
１４０ ＢＭ炉底抜出系統 １５０ 熱風炉
１６１ ＢＭ戻り配管 １６２ ＢＭ供給配管
２００ 層密度最適化システム ２０１ 層密度予測手段
２０２ 層密度判断手段 ２０３ 層密度最適化手段
２０４ 層密度管理値設定手段 ２０５ａ，２０５ｂ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンプレッサからの燃焼空気でボイラ内を加圧状態に保ちながら、石灰石を流動媒体（ＢＭ：Bed Material）とする流動層内に、石炭と石灰石と水とを混ぜた燃料（ＣＷＰ：Coal Water Paste）を投入することにより、ボイラから発生する蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、ボイラから発生する排ガスでガスタービンを駆動するようにした加圧流動床ボイラが知られている。
【０００３】
このような構成からなる加圧流動床ボイラでは、流動層の高さを調整して流動層内に埋没する蒸気管の伝熱面積を増減することにより、ボイラで発生する蒸気量を調整している。そのため、加圧流動ボイラにおいては、流動層を形成する流動媒体の粒径管理が重要な意味を有する。特に、この流動媒体の粒径が増大し、流動層内において粗大化したズリが生じた場合には、そのことを早急に検知し、適切な対応を採らなければならない。
【０００４】
そこで、加圧流動床ボイラにおいては、従来より、流動媒体の粒径管理をするための技術が種々提案されている。例えば、火炉から流動媒体を実際に抜き出し、抜き出した流動媒体をふるいにかけてその粒径を測定する技術や、特許文献１に示す如く、流動媒体の重量分率や供給速度などを用いて演算を行い、その流動媒体の粒径分布を予側する技術などが提案されている。
【０００５】
ところで、火炉から流動媒体を実際に抜き出し、抜き出した流動媒体をふるいにかけてその粒径を常に測定する場合には、流動媒体の粒径管理に関する信頼性を十分に確保することができるという点で優れた効果を奏する。しかし、この技術にあっては、例えば、火炉から流動媒体を抜き出す際に、その流動媒体を過度に抜き出してしまうと、火炉中の流動媒体が少なくなり、流動層を形成することができなくなるなどの問題が生じる。つまり、かかる技術では、流動媒体の層密度を最適な状態に維持することができない。また、かかる技術では、火炉から流動媒体を実際に抜き出す作業が必要となるので、作業コストが増大することとなる。
【０００６】
また、特許文献１に開示された技術では、脱硫剤の重量分率、脱硫剤の供給速度、流動粒子の粒子重量及び脱硫剤の抜出重量を用いて演算を行っているため、計測項目が多岐に亘って演算が複雑なものとなり、流動媒体の層密度を容易に予測することができるとは言い難かった。また、計測項目が多いため、測定誤差が生じる可能性が増加し、流動媒体の層密度を的確に予測することができるとは言い難かった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、作業コストの低減を図りつつ、流動媒体の層密度を容易且つ的確に最適化することができる層密度最適化方法及び層密度最適化システムに関する技術を開発し、これを出願するに至っている（特願２００５−２５０４４１参照）。この出願に係る技術は、火炉の圧力損失に基づいて流動媒体の層密度を予測し、さらに流動媒体の層密度と粒径分布（特に粒径分布の大きなズリ濃度）との相互関係を利用して、流動媒体の粒径分布を予測するものである。なお、これに関する特許文献として、例えば、下記特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００２−１７４４０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記出願に係る技術は、必ずしも層密度の最適化を自動的に行うものではない。そのため、流動媒体の層密度が変動した場合には、この層密度を最適な状態に維持することが困難となる。そして、層密度が最適な状態に維持されないときには、流動媒体の粒径が変動し、次のような問題が生じる。
【０００９】
例えば、流動媒体の粒径が変動し、その粒径が小さくなりすぎると、流動媒体が流動層内に留まらず、空塔部へ飛散する現象が起こりやすくなる。そして、この現象が起こってしまうと、流動層内における流動媒体の量が低下する。その結果、ボイラ後流のサイクロン（脱燐装置）における灰処理量が増大するとともに、ボイラ内の流動層高を維持することができなくなる。この流動層高を維持するためには、流動媒体を貯留するＢＭタンクからの流動媒体の供給量を増加させたり、或いはＣＷＰ中の石灰石の割合（Ｌ／Ｃ）を増加させることが必要となり、コスト増を招いてしまう。
【００１０】
他方、流動媒体の粒径が変動し、その粒径が大きくなりすぎると、この流動媒体とボイラ内の伝熱管との接触面積が小さくなる。その結果、流動媒体と伝熱管内を流れる給水との熱交換率が低下し、ボイラ効率が悪化してしまう。また、流動媒体の粒径が大きくなりすぎると、この流動媒体が有する脱硫性能も悪化してしまう。そして、脱硫性能を維持するためには、ＣＷＰ中の石灰石の割合（Ｌ／Ｃ）を増加させることが必要となり、コスト増を招いてしまう。さらに、流動媒体の粒径が大きくなりすぎると、粗粒化した流動媒体が伝熱管と接触することとなり、伝熱管の疲労が増大し、伝熱管が摩耗しやすくなる。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みて上記出願に係る技術を改良してなされたものであり、その目的は、層密度の最適化を自動的に行うことができる加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するための方法であって、流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する工程と、検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する工程と、予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えた場合に、流動媒体の層密度を最適化する工程と、を含み、前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において、前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において、前記流動媒体の層密度を予測する工程は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００１５】
また、本発明は、前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明において、前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明において、前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するためのシステムであって、流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する複数の圧力損失検出手段と、該圧力損失検出手段により検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する層密度予測手段と、該層密度予測手段により予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断する層密度判断手段と、該層密度判断手段により前記層密度が前記許容範囲を超えると判断された場合に、流動媒体の層密度を最適化する層密度最適化手段と、を備え、前記層密度最適化手段は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明において、前記層密度最適化手段は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明において、前記層密度予測手段は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００２３】
また、本発明は、前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める層密度管理値設定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明において、前記層密度管理値設定手段は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明において、前記層密度管理値設定手段は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムにおいて、層密度の最適化を自動的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムの概略構成を示すブロック図、図２は加圧流動床ボイラにおけるＢＭ循環経路の説明図、図３は層密度がプラントへ与える影響を説明するための模式図、図４は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を示すフローチャート、図５Ａは流動層高と層密度との関係を示すグラフ、図５Ｂは空塔速度と層密度との関係を示すグラフ、図６Ａは「前日値との層密度偏差量」を参酌して予測したズリ濃度の一例を示す図、図６Ｂは層密度とズリ濃度との関係を示すグラフ、図６Ｃは「前日値との層密度偏差量」とズリ濃度との関係を示すグラフ、図６Ｄはズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図、図７は本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントの概略構成を示す説明図である。
【００３０】
＜発電プラント＞
本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントは、加圧流動床複合発電方式（ＰＦＢＣ：Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cyde）を採用した発電プラントであり、圧力容器内に収納した流動床ボイラから発生する蒸気で蒸気タービンを駆動し、さらにボイラの排ガスでガスタービンを駆動するように構成されている。
【００３１】
この発電プラントは、コンプレッサからの燃焼空気でボイラ内を加圧状態に保ちながら、石灰石を流動媒体（ＢＭ）とする流動層内にＣＷＰを投入することにより、ＣＷＰを効率よく燃焼させることができる。また、流動媒体に石灰石を採用することにより火炉内で脱硫することが可能となるので、硫黄硫化物（ＳＯｘ）の発生を低く抑えることができる。さらに、流動層燃焼は、燃焼温度が低く抑えられる（約８７０℃）ため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低く抑えることができる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントを具体的に説明する。
本発明の実施形態の適用対象である発電プラントは、図７に示すように、２つのボイラ１０，２０を備えており、ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内にＣＷＰを投入して燃焼させ、熱交換により発生した蒸気を高圧タービン３１、中圧タービン３２及び低圧タービン３３に導いて各タービンを回転させることにより、発電機４１を駆動して電力を発生させる。低圧タービン３３を回転させた後の蒸気は、復水器５０により復水され、再びボイラ１０，２０内へ導かれる。
【００３３】
また、ボイラ１０，２０内で発生した高圧ガスをガスタービン３４に導いてガスタービン３４を回転させることにより、発電機４２を駆動して電力を発生させる。さらに、高圧ガスは、ガスタービン３４に同軸に連結されたコンプレッサ３５を駆動して、燃焼空気をボイラ１０，２０へ供給するようになっている。ボイラ１０，２０へ燃料を供給する燃料供給系統は、石炭を供給する石炭ホッパ６１と、石炭ホッパ６１から供給される石炭を粗粉砕する粗粉砕機６２と、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉を分級する分級機６３と、分級機６３で分級された石炭粉を中継する中継ホッパ６４と、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉に水を混入しながらさらに粉砕する微粉砕機６５と、石灰石を供給する石灰石ホッパ６６と、水、粗粉砕機６２で粉砕された石炭粉、微粉砕機６５で水を混入しながら粉砕された石炭ペースト及び石灰石を混練する混練機６７と、混練機６７で混練されたＣＷＰを一時貯留する燃料タンク６８と、燃料タンク６８から火炉１１，２１内へＣＷＰを送出する燃料ポンプ６９と、を備えている。
【００３４】
２機のボイラ１０，２０は、それぞれ圧力容器１２，２２と、圧力容器１２，２２内に収容された火炉１１，２１とを備えており、火炉１１，２１内には水・蒸気管７１が挿通されている。復水器５０からの水・蒸気管７１は、まずＢ火炉２１内に導かれ、続いてＡ火炉１１内へ導かれて熱交換が行われ、汽水分離器７２へ導かれて蒸気と水とが分離される。汽水分離器７２からの水・蒸気管７１は、Ａ火炉１１、Ｂ火炉２１、Ａ火炉１１の順で引き回された後、高圧タービン３１へ導かれる。
【００３５】
高圧タービン３１は、水・蒸気管７１から供給される蒸気により回転する。高圧タービン３１を回転させた後の蒸気は、再びＢ火炉２１に導かれて再熱され、中圧タービン３２に導かれて中圧タービン３２を回転させ、さらに低圧タービン３３に導かれて低圧タービン３３を回転させる。高圧タービン３１、中圧タービン３２及び低圧タービン３３には、同軸に発電機４１が接続されており、各タービン３１，３２，３３が回転することにより発電機４１が駆動されて発電が行われる。
【００３６】
低圧タービン３３を回転させた蒸気は、復水器５０に導かれて復水される。復水器５０内には、冷却水配管５１が配設されている。この冷却水配管５１には、深層取水した海水が導かれ、この海水は復水器５０内で熱交換を行った後に、再び海中に放流される。
【００３７】
復水器５０の下流側には、復水ポンプ７３、第１給水加熱器７４ａ、第２給水加熱器７４ｂ、第３給水加熱器７４ｃ、脱気器７５、給水ポンプ７６、第５給水加熱器７４ｄ、第６給水加熱器７４ｅが配設されており、復水の加熱及び脱気を行うようになっている。また、復水器５０とボイラ１０，２０との間の復水配管７７は、後に詳述する排ガス系統に設けられた２つの排熱回収交換器９１，９３を通過し、排ガスとの間で熱交換を行うようになっている。
【００３８】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１の上部には、排ガス配管８１が連通接続されており、各火炉１１，２１内で発生した高圧ガスをガスタービン３４へ供給するようになっている。また、各火炉１１，２１とガスタービン３４との間には、脱硝を行うための無触媒脱硝装置８２ａ，８２ｂ、煤塵を除去するための１次サイクロン８３及び２次サイクロン８４が配設されている。なお、１次サイクロン８３及び２次サイクロン８４で収集した煤塵は、灰クーラ８５，８６を経て灰処理装置へ送出される。
【００３９】
ガスタービン３４には、発電機４２及びコンプレッサ３５が同軸に接続されており、ガスタービン３４が回転することにより、発電機４２を駆動して発電を行うとともに、コンプレッサ３５を駆動して燃焼空気をボイラ１０，２０内へ送り込むようになっている。コンプレッサ３５には、プラント起動時にコンプレッサ３５を駆動してボイラ１０，２０へ燃焼空気を送るための起動用モータ４３が取り付けられている。
【００４０】
ガスタービン３４を回転させた後の排ガスは、第１の排熱回収交換器９１、脱硝を行うための脱硝装置９２、第２の第１の排熱回収交換器９３、バグフィルタ９４を経て、煙突９５より大気中へ放散される。
【００４１】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１には、循環するＢＭを一時貯留するためのＢＭタンク１３，２３が連通接続されている。なお、図７に示す例では、ＢＭタンク１３，２３を各ボイラ１０，２０毎に１機ずつ設けているが、ＢＭタンク１３，２３を各ボイラ１０，２０毎に２機ずつ設けてもよい。また、各ボイラ１０，２０の上部には非常用温水タンク１４が配設されている。この非常用温水タンク１４は、ボイラ吸水系統が停止した際に、ボイラ１０，２０内の残燃料が燃焼することにより水壁管等が損傷することを防止するための装置で、水頭圧によりボイラ１０，２０へ給水するようになっている。
【００４２】
Ａ火炉１１及びＢ火炉２１の下部には、各火炉１１，２１内に析出した塵芥を回収するための塵芥回収管１０１が接続されており、回収された塵芥は灰クーラ１０２，１０３を経て灰処理装置へ送出される。また、Ａ火炉１１及びＢ火炉２１には、ボイラ１０，２０の起動時等に各火炉１１，２１内を加熱するための軽油が供給されるようになっている。
【００４３】
＜ＢＭ循環系統＞
次に、図２を参照して、ＢＭ循環系統を詳細に説明する。
ボイラ１０内に配設したＡ火炉１１内には、分散板から上方に向かって、例えば、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．５ｍ、２．６ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に、それぞれ圧力計１１１ａ〜１１１ｇが配設されている。また、ボイラ２０内に配設したＢ火炉２１内には、分散板から上方に向かって、例えば、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．１５ｍ、２．４２５ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に、それぞれ圧力計１１１ａ〜１１１ｇが配設されている。
【００４４】
火炉１１，２１の下部には、熱風炉１５０及びＢＭ炉底抜出系統１４０が連通接続されているとともに、火炉１１，２１の上部には、火炉１１，２１内で発生した高温ガスを排出するための高温ガス管１３０が連通接続されている。また、火炉１１，２１とＢＭタンク１３，２３との間には、ＢＭ戻し配管１６１及びＢＭ供給配管１６２が配設されており、ＢＭタンク１３，２３、ＢＭ供給配管１６２、火炉１１，２１、ＢＭ炉底抜出系統１４０、ＢＭ戻し配管１６１の順でＢＭが循環するようになっている。なお、図２において、符号１２０は流動層を示す。
【００４５】
＜層密度とプラントへの影響の関係＞
次に、図３を参照して、火炉１１，２１内の層密度がプラントへ与える影響を説明する。図３（ａ）は層密度が高い状態を示す模式図、図３（ｂ）は層密度が良好な状態を示す模式図、図３（ｃ）は層密度が低い状態を示す模式図である。
【００４６】
図３（ａ）に示す状態では、ＢＭ粒径が小さく、間隙部が少ないため、火炉１１，２１内における圧力損失が高くなるとともに層密度が高値となる。このような状態では、火炉１１，２１内のＢＭ流動性、ボイラ１０，２０の伝熱性、炉内の脱硫性能等が優れている反面、ＢＭ粒径が小さいため、ボイラ１０，２０の後流側へのＢＭが飛散し易くなり、サイクロンで回収する灰量が増加するだけでなく、層高維持性が悪化する。
【００４７】
図３（ｃ）に示す状態では、ＢＭ粒径が大きく、間隙部が多いため、火炉１１，２１内における圧力損失が低くなるとともに層密度が低値となる。このような状態では、ズリ濃度が高くなり、火炉１１，２１内のＢＭ流動性、ボイラ１０，２０の伝熱性、火炉１１，２１内の脱硫性能等が悪化する。さらに、出力を維持するため、燃料が増加傾向となり、層温度が上昇するとともに、未燃焼分が増加する。このため、サイクロンの閉塞や、粗粒による伝熱管磨耗が発生し易い。
【００４８】
このような状態に対して、図３（ｂ）に示す状態では、ＢＭ粒径及び間隙部が適正であるため、良好な操業を行うことができる。しかし、高負荷帯での運転時には、ＢＭ粒径が次第に大きくなる特徴があり、定期的な炉底抜出を行って、層密度を管理値内に調整する必要がある。
【００４９】
＝＝＝層密度最適化システム＝＝＝
次に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムを説明する。
本発明の実施形態に係る層密度最適化システム２００は、図１に示すように、火炉１１，２１内に配設された複数の圧力計１１１ａ〜１１１ｇ、層密度予測手段２０１、層密度判断手段２０２、層密度最適化手段２０３、層密度管理値設定手段２０４、制御手段２０５ａ，２０５ｂを主な構成要素とする。なお、本実施形態の各手段は、コンピュータ及びその周辺機器からなり、コンピュータを構成するＣＰＵ等がアプリケーションプログラムに従って動作することにより、各手段としての機能を発揮するようになっている。
【００５０】
圧力計１１１ａ〜１１１ｇは、流動層における圧力損失を検出するためのものであり、上述したように、Ａ火炉１１内には、分散板から上方に向かって、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．５ｍ、２．６ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置に配設されており、Ｂ火炉２１内には、分散板から上方に向かって、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍ、１．１５ｍ、２．４２５ｍ、３．５５ｍ、７．８ｍの位置にそれぞれ設けられている。
【００５１】
なお、本実施形態では、０．２ｍ、０．４ｍ、０．６ｍに配設された圧力計１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを用いて、ズリが対流しやすい部位である０．２ｍ〜０．４ｍ及び０．４ｍ〜０．６ｍにおける層密度を管理しているが、加圧流動床ボイラ１０，２０の形状等に応じて、他の圧力計１１１ｄ〜１１１ｇを用いて層密度の管理を行ってもよい。
【００５２】
層密度予測手段２０１は、圧力計１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃにより検出した圧力損失に基づいて流動媒体の層密度を予測するための手段である。この層密度予測手段２０１は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測する。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【００５３】
層密度判断手段２０２は、予測した流動媒体の層密度が予め定めた許容範囲内であるか否かを判断するための手段である。本実施形態では、０．２ｍ〜０．４ｍにおける層密度の許容範囲を１，１００〜１，２００ｋｇ／ｍ３とし、０．４ｍ〜０．６ｍにおける層密度の許容範囲を９００〜１，０００ｋｇ／ｍ３としている。なお、層密度の許容範囲は、加圧流動床ボイラ１０，２０の形状等に応じて、適宜変更して設定することができる。
【００５４】
層密度最適化手段２０３は、層密度判断手段２０２において層密度が予め定めた許容範囲を超えたと判断された場合に、流動層における流動媒体（ＢＭ）の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に自動調節する手段である。この層密度最適化手段２０３は、加圧流動床ボイラ１０，２０の炉底部における圧力損失が低下した場合には、炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて炉底部からの流動媒体の抜出量を増加させる一方、圧力損失が増加した場合には、層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて炉底部からの流動媒体の抜出量を減少させるものである。そして、この層密度最適化手段２０３は、流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、抜出量を当該上限値に修正するとともに、抜出量が上限値を超えた程度に応じて加圧流動床ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、抜出量を当該下限値に修正するとともに、抜出量が下限値を超えた程度に応じて火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を減少させるものである。
【００５５】
層密度管理値設定手段２０４は、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、層密度判定手段２０２における層密度の許容範囲を定める手段である。この層密度管理値設定手段２０４は、流動層高に応じて層密度の許容範囲を補正するとともに、加圧流動床ボイラ１０，２０の空塔速度に応じて層密度の許容範囲を補正するものである。
【００５６】
制御手段２０５ａは、層密度予測手段２０１によって予測した層密度のデータを所定のデータ収録装置に蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて流動媒体の抜出量を変更するように層密度最適化手段２０３を制御するものである。
【００５７】
制御手段２０５ｂは、炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて流動媒体の抜出量を変更するように層密度最適化手段２０３を制御するものである。
【００５８】
＝＝＝層密度最適化方法＝＝＝
次に、図４、図５Ａ及び図５Ｂ、並びに図６Ａ〜図６Ｄを参照して、本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を説明する。
本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、まず、流動層における圧力損失を検出し（Ｓ１）、検出した圧力損失に基づいてＢＭの層密度を予測し（Ｓ２）、予測したＢＭの層密度が予め定めた許容範囲であるか否かを判断する（Ｓ３）。そして、このＳ３の工程において、ＢＭの層密度が許容範囲を超えると判断された場合には、火炉１１，２１内からＢＭを抜き取ったり、火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増減させたりすることにより、ＢＭの層密度を最適化する（Ｓ４）。
【００５９】
＜Ｓ４＞
Ｓ４の工程は、加圧流動床ボイラ１０，２０の炉底部における圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて炉底部からのＢＭの抜出量を増加させる一方、圧力損失が増加した場合には、層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて炉底部からのＢＭの抜出量を減少させることにより、流動層におけるＢＭの流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節するステップ（Ｓ４０１）を含む。
【００６０】
さらに、Ｓ４の工程は、Ｓ４０１においてＢＭの抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、ＢＭの抜出量を当該上限値に修正するとともに、ＢＭの抜出量が上限値を超えた程度に応じて加圧流動床ボイラ１０，２０の火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、Ｓ４０１においてＢＭの抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、ＢＭの抜出量を当該下限値に修正するとともに、ＢＭの抜出量が下限値を超えた程度に応じて火炉１１，２１内へ供給する燃焼空気量を減少させることにより、流動層におけるＢＭの流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節するステップ（Ｓ４０２）を含む。
【００６１】
＜Ｓ５＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、層密度の許容範囲を定める工程（Ｓ５）を含む。このＳ５の工程は、加圧流動床ボイラ１０，２０の燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種を設定し（Ｓ５０１）、設定した炭種に応じて層密度の許容範囲を定める（Ｓ５０２）というものである。
【００６２】
Ｓ５０２の工程において、石炭の炭種に応じて層密度の許容範囲、すなわち層密度管理値の上限値及び下限値を定める際には、石炭の炭種と層密度との関係や、石炭の成分などを参酌することとする。例えば、石炭の炭種が灰分の高いものである場合には、灰がＢＭとＢＭとの間隙部を埋めて火炉の圧力損失が高くなる傾向にある。そこで、かかる場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を共に補正し、例えば、補正量を１３．３（ｋｇ／ｍ３／％）とする。より具体的には、灰分１２％を基準にし、灰分１％の増加に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を共に１３．３ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６３】
また、石炭の炭種がＣａ、Ｓｉ、ＡＬの割合が高く、且つこれらが均等に含まれるものである場合には、火炉内でズリの生成が起こりやすい傾向にある。そこで、かかる場合には、ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋Ａ２ｌＯ３）を算出し，その算出結果が０．７４〜０．８４の範囲内ならズリ生成が起こりやすい傾向にあるので、１日の最低炉底抜出量を増加（例えば、１．６ｍ３／日）することとする。逆に、前記算出結果が０．７４〜０．８４の範囲外ならズリ生成が起こりにくい傾向にあるので、１日の最低炉底抜出量を減少（例えば、０．８ｍ３／日）することとする。
【００６４】
さらに、Ｓ５０２の工程において、流動層高或いは加圧流動床ボイラ１０，２０の空塔速度に応じて、層密度の許容範囲を補正することが好ましい。これにより、火炉内の現状をより反映しつつ、層密度の許容範囲を設定することが可能となる。
例えば、流動層高に応じて層密度の許容範囲を補正するには、流動層高と層密度との関係を参酌して行う。すなわち、図５Ａに示すように、流動層高が高いほど層密度が高くなり、流動層高が低いほど層密度が低くなる傾向にある。そこで、流動層高が高い場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を上方に修正し、流動層高が低い場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を下方に修正する。具体的には、流動層高が高い場合には、層高１ｍの増加に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を１３６．４ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６５】
また、加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、層密度の許容範囲を補正するには、空塔速度と層密度との関係を参酌して行う。すなわち、図５Ｂに示すように、空塔速度が下がると層密度が増加し、空塔速度が上がると層密度が減少する傾向にある。そこで、空塔速度が下がった場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を上方に修正し、空塔速度が上がった場合には、層密度管理値の上限値及び下限値を下方に修正する。具体的には、空塔速度が下がった場合には、空塔速度１ｍ／ｓの低下に対し、層密度管理値の上限値及び下限値を９１．６５ｋｇ／ｍ３上乗せする。
【００６６】
＜Ｓ６＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、Ｓ２で予測した層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、ＢＭの抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する工程（Ｓ６）を含む。
【００６７】
すなわち、Ｓ６の工程は、Ｓ２で予測した層密度のデータを蓄積し（Ｓ６０１）、蓄積した層密度のデータに基づいて、ＢＭの抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量（以下「前日値との層密度偏差量」という。）を算出し（Ｓ６０２）、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し（Ｓ６０３）、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し（Ｓ６０４）、ズリ濃度が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更するというものである。
【００６８】
次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、Ｓ６０１〜Ｓ６０４をより具体的に説明する。
図６Ａに示すように、Ｓ６０１で蓄積した層密度のデータが９３３kg/ｍ３の場合には、Ｓ６０２で算出した「前日値との層密度偏差量」が−７．１の値を示した。このような値は、ズリ濃度が減少傾向にあることを示唆するものである。そして、ズリ濃度が減少傾向にある場合には、火炉１１，２１内のズリ濃度の実測値は、Ｓ２で予測したズリ濃度よりも多めの値となるのが通常である（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）。そこで、火炉１１，２１内のズリ濃度をＳ２で予測したズリ濃度よりも多めに予測することとする（Ｓ６０３）。例えば、Ｓ２で予測したズリ濃度が０．４％のときには、前日値との層密度偏差量−７．１の値を参酌し、０．５％と予測した。
【００６９】
他方、Ｓ６０１で蓄積した層密度のデータが９４５kg/ｍ３の場合には、Ｓ６０２で算出した「前日値との層密度偏差量」が１２．０の値を示した。このような値は、ズリ濃度が増加傾向にあることを示唆するものである。そして、ズリ濃度が増加傾向にある場合には、火炉１１，２１内のズリ濃度の実測値は、Ｓ２で予測したズリ濃度よりも小さな値となるのが通常である（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）。そこで、火炉１１，２１内のズリ濃度をＳ２で予測したズリ濃度よりも少なめに予測することとする（Ｓ６０３）。例えば、Ｓ２で予測したズリ濃度が０．４％のときには、前日値との層密度偏差量１２．０の値を参酌し、０．３％と予測した。
【００７０】
次に、前述したＳ６０４では、Ｓ６０３で予測したズリ濃度が予め定められた層密度の許容範囲を超えるか否かを判断する。例えば、図６Ｄに示すグラフを参照し、Ｓ６０３で予測したズリ濃度が層密度管理値の下限値以上であり、且つ上限値以下であるか否かを判断する。そして、ズリ濃度が層密度の許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する。例えば、Ｓ６０４でズリ濃度が層密度管理値の下限値未満であると判断された場合には、その程度に応じてＢＭの抜出量を増加する。これにより、ＢＭの層密度が変動した場合であっても、ズリ濃度を管理値内に維持することが可能となる。なお、図６Ｄは、ズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図であり、前述したＡ火炉におけるズリ濃度の傾向管理を一例に挙げて説明している。同図において、左側縦軸は、層密度管理値（kg/ｍ３）を示し、右側縦軸はズリ濃度（％）、Ａ火炉の総合出力（ＭＷ）及び炉底抜出量（ｍ３）を示す。そして、同図では、ズリ濃度の傾向管理の指標として、層密度の移動平均値を採用している。すなわち、前述した如く、層密度を算出する際には、火炉内の圧力損失のデータを使用しており、そのデータには多少の誤差が伴う。そこで、このような誤差（圧力変動）に対してズリ濃度の傾向管理を行い易くするために、ズリ濃度の傾向管理の指標として、層密度の移動平均値を採用しているのである。また、同図では、前述した炉底抜出量及びズリ濃度の指標として、いずれも層密度の移動平均値を採用している。すなわち、炉底抜出量及びズリ濃度の測定を毎日継続して実施した場合には、コスト増を招いてしまう。そこで、このようなコストの増加を抑制するために、炉底抜出量及びズリ濃度の指標として、炉底抜出量及びズリ濃度の測定を毎日継続して得られる値ではなく、層密度の移動平均値を採用しているのである。
【００７１】
＜Ｓ７＞
さらに、本発明の実施形態に係る層密度最適化方法は、図４に示すように、炉底部から抜き出したＢＭのズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更する工程（Ｓ７）を含む。具体的には、Ｓ７の工程は、炉底部から抜き出したＢＭのズリ濃度を実測し（Ｓ７０１）、実測したズリ濃度を所定の入力部から入力し、入力された実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し（Ｓ７０３）、実測値が許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じてＢＭの抜出量を変更するというものである。これにより、ＢＭの層密度が変動した場合であっても、より正確にズリ濃度を管理値内に維持することが可能となる。
【００７２】
以上の通り、本発明の実施施形態に係る層密度最適化方法及び層密度最適化システムによれば、ＢＭの粒径管理を容易且つ的確に行うことが可能となり、さらに層密度の最適化を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＢＭ循環経路の説明図である。
【図３】層密度がプラントへ与える影響を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法の手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】流動層高と層密度との関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】空塔速度と層密度との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】「前日値との層密度偏差量」を参酌して予測したズリ濃度の一例を示す図である。
【図６Ｂ】層密度とズリ濃度との関係を示すグラフである。
【図６Ｃ】「前日値との層密度偏差量」とズリ濃度との関係を示すグラフである。
【図６Ｄ】ズリ濃度の傾向管理を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法及び層密度最適化システムを適用する発電プラントの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０ ボイラ １１，２１ 火炉
１２，２２ 圧力容器 １３，２３ ＢＭタンク
１４ 非常用温水タンク ３１ 高圧タービン
３２ 中圧タービン ３３ 低圧タービン
３４ ガスタービン ３５ コンプレッサ
４１，４２ 発電機 ４３ 起動用モータ
５０ 復水器 ５１ 冷却水配管
６１ 石炭ホッパ ６２ 粗粉砕機
６３ 分級機 ６４ 中継ホッパ
６５ 微粉砕機 ６６ 石炭石ホッパ
６７ 混練機 ６８ 燃料タンク
６９ 燃料ポンプ ７１ 水・蒸気管
７２ 汽水分離器 ７３ 復水ポンプ
７４ａ〜７４ｅ 給水加熱器 ７５ 脱気器
７６ 給水ポンプ ７７ 復水配管
８１ 排ガス配管 ８２ａ，８２ｂ 無触媒脱硝装置
８３ １次サイクロン ８４ ２次サイクロン
８５，８６ 灰クーラ ９１，９３ 排熱回収交換器
９２ 脱硝装置 ９４ バグフィルタ
９５ 煙突 １０１ 塵芥回収管
１０２，１０３ 灰クーラ １１１ａ〜１１１ｇ 圧力計
１２０ 流動層 １３０ 高温ガス管
１４０ ＢＭ炉底抜出系統 １５０ 熱風炉
１６１ ＢＭ戻り配管 １６２ ＢＭ供給配管
２００ 層密度最適化システム ２０１ 層密度予測手段
２０２ 層密度判断手段 ２０３ 層密度最適化手段
２０４ 層密度管理値設定手段 ２０５ａ，２０５ｂ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するための方法であって、
流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する工程と、
検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する工程と、
予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えた場合に、流動媒体の層密度を最適化する工程と、を含み、
前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記流動媒体の層密度を予測する工程は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【請求項４】
請求項１〜３において、
前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項７】
請求項１〜６において、
予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項８】
請求項１〜７において、
前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項９】
加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するためのシステムであって、
流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する複数の圧力損失検出手段と、
該圧力損失検出手段により検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する層密度予測手段と、
該層密度予測手段により予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断する層密度判断手段と、
該層密度判断手段により前記層密度が前記許容範囲を超えると判断された場合に、流動媒体の層密度を最適化する層密度最適化手段と、を備え、
前記層密度最適化手段は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記層密度最適化手段は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、
前記層密度予測手段は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【請求項１２】
請求項９〜１１において、
前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める層密度管理値設定手段をさらに備えたことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記層密度管理値設定手段は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、
前記層密度管理値設定手段は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１５】
請求項９〜１４において、
予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１６】
請求項９〜１５において、
前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１】
加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するための方法であって、
流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する工程と、
検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する工程と、
予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えた場合に、流動媒体の層密度を最適化する工程と、を含み、
前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記流動媒体の層密度を最適化する工程は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記流動媒体の層密度を予測する工程は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【請求項４】
請求項１〜３において、
前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記層密度の許容範囲を定める工程は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項７】
請求項１〜６において、
予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて、前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項８】
請求項１〜７において、
前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度を実測し、その実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更する工程をさらに含むことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化方法。
【請求項９】
加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度を最適化するためのシステムであって、
流動層を複数の層に分割して各層毎に圧力損失を検出する複数の圧力損失検出手段と、
該圧力損失検出手段により検出した圧力損失に基づいて各層における流動媒体の層密度を予測する層密度予測手段と、
該層密度予測手段により予測した流動媒体の層密度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断する層密度判断手段と、
該層密度判断手段により前記層密度が前記許容範囲を超えると判断された場合に、流動媒体の層密度を最適化する層密度最適化手段と、を備え、
前記層密度最適化手段は、前記加圧流動床ボイラの炉底部における前記圧力損失が低下した場合に、この炉底部における層密度が低下したものと予測し、その低下の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を増加させる一方、前記圧力損失が増加した場合には、前記層密度が増加したものと予測し、その増加の程度に応じて前記炉底部からの前記流動媒体の抜出量を減少させることにより、流動層における流動媒体の流動状態を変化させて、層密度を予め定められた許容範囲内に調節することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記層密度最適化手段は、前記流動媒体の抜出量を増加させる際にその抜出量が上限値を超えるときには、前記抜出量を当該上限値に修正するとともに、前記抜出量が上限値を超えた程度に応じて前記加圧流動床ボイラの火炉内へ供給する燃焼空気量を増加させる一方、前記流動媒体の抜出量を減少させる際にその抜出量が下限値未満のときには、前記抜出量を当該下限値に修正するとともに、前記抜出量が下限値を超えた程度に応じて前記火炉内へ供給する燃焼空気量を減少させることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、
前記層密度予測手段は、以下の式（１）を用いて流動媒体の層密度を演算して予測することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
ρｆ＝ΔＰ／（ｈ×ｇ）・・・（１）
ただし、
ρｆ：層密度（ｋｇ／ｍ３）
ΔＰ：圧力損失
ｈ ：流動層高
ｇ ：重力加速度
【請求項１２】
請求項９〜１１において、
前記加圧流動床ボイラの燃料（ＣＷＰ）を構成する石炭の炭種に応じて、前記層密度の許容範囲を定める層密度管理値設定手段をさらに備えたことを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記層密度管理値設定手段は、前記流動層高に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、
前記層密度管理値設定手段は、前記加圧流動床ボイラの空塔速度に応じて、前記層密度の許容範囲を補正することを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１５】
請求項９〜１４において、
予測した前記層密度のデータを蓄積し、蓄積した層密度のデータに基づいて前記流動媒体の抜き出し作業を行う予定日前日の層密度のデータに対する予定日当日の偏差量を算出し、算出した偏差量を参酌してズリ濃度を予測し、予測したズリ濃度が予め定められた許容範囲を超えるか否かを判断し、前記ズリ濃度が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【請求項１６】
請求項９〜１５において、
前記炉底部から抜き出した流動媒体のズリ濃度の実測値が予め定められたズリ濃度の許容範囲を超えるか否かを判断し、前記実測値が前記許容範囲を超えると判断された場合には、その超えた程度に応じて前記流動媒体の抜出量を変更するように前記層密度最適化手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする加圧流動床ボイラにおける流動媒体の層密度最適化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１９６７１８（Ｐ２００８−１９６７１８Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５３３（Ｐ２００７−２９５３３）
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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