石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法及び装置
【課題】燃料切替時に、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、排ガス路に被覆されたライニング材の亀裂や剥離の発生を低コストな手段で防止する。
【解決手段】ボイラ１２で石炭や石油コークスを燃焼したとき発生する排ガスｅは、集塵器１４で除塵された後、硫黄分が少ない石炭の排ガスｅはバイパス路２４を通し、硫黄分が多い石油コークスの排ガスｅは、脱硫塔１６を通して煙突１８まで排出する。煙突１８付近で排ガスｅの温度とＳＯＸ濃度を検出し、コントローラ４０で温度変化速度を演算する。過去の実験結果から温度変化速度及びＳＯＸ濃度の閾値α及びβを設定し、コントローラ４０でダンパ２６、２８の動作を制御することで、排ガス路２０ａ及びバイパス路２４の排ガス流量を制御し、燃料切替時等に、温度変化速度及びＳＯＸ濃度が閾値α及びβ以下となるようにする。
【解決手段】ボイラ１２で石炭や石油コークスを燃焼したとき発生する排ガスｅは、集塵器１４で除塵された後、硫黄分が少ない石炭の排ガスｅはバイパス路２４を通し、硫黄分が多い石油コークスの排ガスｅは、脱硫塔１６を通して煙突１８まで排出する。煙突１８付近で排ガスｅの温度とＳＯＸ濃度を検出し、コントローラ４０で温度変化速度を演算する。過去の実験結果から温度変化速度及びＳＯＸ濃度の閾値α及びβを設定し、コントローラ４０でダンパ２６、２８の動作を制御することで、排ガス路２０ａ及びバイパス路２４の排ガス流量を制御し、燃料切替時等に、温度変化速度及びＳＯＸ濃度が閾値α及びβ以下となるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭及び石油コークスを燃料として用いる燃焼装置において、煙突等、煙道の内壁に施工されたライニング材の熱伸縮に起因した剥離を防止可能にした燃焼方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用火力プラントでは、ボイラ等の燃焼器の燃料の多様化が急速に進んでいる。例えば、特許文献１には、石炭、石油コークス等の固体燃料を使用するボイラが開示されている。特許文献１は、該ボイラに適用される未燃分の抑制及びＮＯＸ、ＳＯＸ低減のための燃焼灰のリサイクル法を提案するものである。
また、特許文献２には、石油コークスと重油を燃焼させるボイラが開示されている。特許文献２は、該ボイラの燃焼排ガスに含まれるダストの金属成分を効率的に処理しつつ、かつダスト中の燃料成分の有効利用を図る運転方法を提案するものである。
【０００３】
石炭及び石油コークスを燃焼させるボイラにおいては、石油コークスが含有する硫黄分は石炭より多く、石油コークスを燃焼する場合には、燃焼排ガスから硫黄分を除去するための脱硫装置が必要となる。脱硫装置を稼動させるために、消石灰と水を必要とし、ランニングコストがかかる。特に、水が乏しい地域では、海水から真水を製造しているので、可能な限り水の使用量を抑える必要がある。
【０００４】
そこで、従来は、石炭と石油コークスの混焼用ボイラで、排ガス路に脱硫装置を設けると共に、該脱硫装置をバイパスして煙突に至るバイパス路を設けていた。そして、石炭を燃焼させる時、燃焼排ガスをバイパス路を経て煙突から排出し、石油コークスを燃焼させる時、燃焼排ガスを脱硫装置に通すことで、燃焼排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下とし、煙突から排出させていた。
【０００５】
しかし、脱硫装置を出た排ガスの温度は５０℃前後であるのに対し、脱硫装置をバイパスした排ガスの温度は２００℃前後に達し、両排ガスの温度差は大きい。そのため、燃料切替時、排ガスの温度変動が急激になり、この温度差で、煙突や煙道の内壁が伸縮し、これが原因となって、煙突や煙道の内壁に被覆されたライニング材に亀裂や隔離を生じさせるおそれがある。
なお、特許文献３及び特許文献４には、煙突や煙道の内壁に被覆され、温度変化によって内壁が伸縮したときでも、亀裂や剥離が生じないとされるライニング構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２４７２１号公開公報
【特許文献２】特開２００１−２０８３０３号公開公報
【特許文献３】特開平５−１８１２号公開公報
【特許文献４】特開平８−１７８２５３号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に開示されたライニング構造は、吹付けコンクリートを鉄筋等を用いて補強するものである。また、特許文献４に開示されたライニング構造は、シリコーンゴムシートを多数のスタッドボルトとナットを用いて固定するものであり、いずれのライニング構造も高コストとなる。また、このような高コストなライニング構造を採用しても、ライニング材の亀裂や剥離を完全に防止することはできない。そのため、排ガスの温度変化速度を小さくすることで、ライニング材の亀裂や剥離の発生を抑えることが望ましい。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置で、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、排ガス路に被覆されたライニング材の亀裂や剥離の発生を低コストな手段で防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法は、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制してライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたものである。
【００１０】
本発明方法では、ライニング材の亀裂や剥離が生じない温度変化速度の閾値を予め設定すると共に、排出基準に合格した許容可能なＳＯＸ濃度の閾値を予め設定しておき、ライニング材の温度変化速度及び排ガス中のＳＯＸ濃度がこれら閾値を上回らないように、燃料切替時に、排ガス路及びバイパス路の排ガス流量を調整するようにしている。そのため、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、ライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。従って、高コストなライニング構造を採用することなく、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００１１】
なお、「温度変化速度」とは、温度上昇時及び温度下降時の両方の変化速度を含み、「温度変化速度の絶対値」とは、温度上昇時又は温度下降時にかかわらず、これら両方の場合の変化速度を含む意味をもつ。また、ライニング材の温度変化速度の閾値は、ライニング材の亀裂や剥離が発生しない上限値であり、予め実験を行って決定される。排ガス中のＳＯＸ濃度の閾値は、許容上限値に設定される。
【００１２】
本発明方法において、ライニング材の温度変化速度の絶対値又はＳＯＸ濃度検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度の絶対値及びＳＯＸ濃度検出値を閾値以下とする第５工程を行なうようにするとよい。これによって、前記第１工程から第４工程を行っても、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度が閾値以下にならなくても、第５工程を行なうことによって、確実にこれらの値を閾値以下にすることができる。
【００１３】
さらには、必要に応じ、バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に設けられた排ガス冷却手段によって、バイパス路を通る排ガスを冷却し、ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御する第６工程を行なうようにするとよい。これによって、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【００１４】
さらには、必要に応じ、脱硫装置出口または煙突入口に水飛沫を除去する工程を行なうようにするとよい。これによって、ライニング材に付着した水分が蒸発する際の温度低下を避けることができ、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【００１５】
本発明方法において、燃料を石炭から石油コークスに切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値を、石油コークスから石炭に切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値より小さく設定するとよい。
本発明者等の実験により、ライニング材の温度上昇時よりも温度下降時のほうが、同じ温度変化速度でも亀裂が生じやすいことがわかった。そこで、温度下降時の温度変化速度の閾値を温度上昇時の閾値より小さく設定することで、ライニング材の亀裂や剥離の発生をより確実に防止できる。
【００１６】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置は、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えているものである。
【００１７】
本発明装置では、燃料切替時に、前記コントローラによって、ライニング材の温度変化速度及び排ガス中のＳＯＸ濃度が閾値以下となるように、排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整するようにしている。そのため、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、ライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。従って、高コストなライニング構造を採用することなく、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００１８】
本発明装置において、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度の検出値が閾値以下にならないとき、前記コントローラが、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、該温度変化速度及びＳＯＸ濃度の検出値を閾値以下とするものであるとよい。これによって、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度を確実に閾値以下にすることができる。
【００１９】
本発明装置において、バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段を設け、コントローラが、該排ガス冷却手段によってライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御するものであるとよい。このように、高温の石炭排ガスが流れるバイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段を設けることにより、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明方法によれば、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制してライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたので、燃料切替時に、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００２１】
また、本発明装置によれば、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、 燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように前記第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、前記ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えているので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明方法及び装置の第１実施形態に係る燃焼装置のブロック線図である。
【図２】前記第１実施形態の煙突の断面図である。
【図３】ライニング材の温度変化速度の閾値を示す線図である。
【図４】排ガス中のＳＯＸ濃度の閾値を示す線図である。
【図５】本発明方法及び装置の第２実施形態に係る燃焼装置のブロック線図である。
【図６】本発明方法及び装置の第３実施形態に係り、バイパス路に設けられた冷却手段の一例を示す断面図である。
【図７】前記第３実施形態の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明方法及び装置の第４実施形態に係り、煙突部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２４】
（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に示す燃焼装置１０の構成機器は、ボイラ１２と、集塵器１４と、脱硫塔１６と、煙突１８と、これら機器類間を接続する排ガス路２０とで構成されている。ボイラ１２の燃料投入器２２には、燃料として石炭又は石油コークスが投入される。燃料の投入の仕方は、石炭若しくは石油コークスの専焼の場合、及び石炭と石油コークスとの混焼の場合とがある。
【００２５】
ボイラ１２で発生した燃焼排ガスｅは、集塵器１４で排ガス中のダストが集塵される。集塵器１４の下流側で、バイパス路２４が排ガス路２０から分岐し、バイパス路２４は、脱硫塔１６の下流側で排ガス路２０ｂに合流している。バイパス路２４との分岐点より下流側の排ガス路２０ａに流量調整用のダンパ２６が設けられ、バイパス路２４の入口部に流量調整用のダンパ２８が設けられている。脱硫塔１６の下流側排ガス路２０ｂには、流量調整用のダンパ３０が設けられており、バイパス路２４の出口部に流量調整用のダンパ３２が設けられている。ダンパ２６〜３２の動作はコントローラ４０によって制御されている。
【００２６】
脱硫塔１６では、消石灰と水とが注入され、脱硫塔１６の内部空間では、消石灰と水との混合液が循環ポンプ１７で循環されている。この混合液が排ガスｅと反応して、排ガスｅからＳＯＸが除去される。ＳＯＸが除去された排ガスｅは、排ガス路２０ｂ及びバイパス路２４との合流部下流側の排ガス路２０ｃを通り、煙突１８から排出される。硫黄分が石炭より多く含まれる石油コークスを燃焼させるとき、あるいは石炭に対して石油コークスの投入量が多いとき、コントローラ４０によって、ダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅは脱硫塔１６に送られ、脱硫される。
【００２７】
図２に示すように、排ガス路２０ｃは煙突１８に接続されている。排ガス路２０ｃと煙突１８との接続部付近の領域及び煙突１８の内壁には、ライニング材３４が被覆されている。ライニング材３４の被覆領域は、高温の排ガスｅが流れる領域である。ライニング材３４には、複数の温度センサ３６ａ〜ｄが分散配置されている。また、煙突１８との合流部近傍の排ガス路２０ｃにはＳＯＸ濃度センサ３８が設けられている。これらセンサの検出信号は、コントローラ４０に送られる。
【００２８】
コントローラ４０は、演算部４２と比較部４４とを備えている。演算部４２では、温度センサ３６ａ〜ｄから送られたライニング材３４の温度検出値から、夫々の温度検出値に基づいて、温度変化速度の絶対値を演算する。この場合、最大の温度変化速度の絶対値が選択され、採用される。前述のように、バイパス路２４を通る排ガスｅは、２００℃前後の温度となり、脱硫塔１６を通った後の排ガスｅの温度は５０℃前後となる。そのため、燃料を石炭と石油コークスとの間で切り替えるとき、排ガス路２０ｃに到達する排ガスｅに温度変化が生じる。この温度変化速度が大であると、ライニング材３４に亀裂や剥離が発生するおそれがある。
【００２９】
図３に示すように、温度変化速度は、過去の実験値に基づいて、ライニング材３４の亀裂や剥離の発生限度を示す閾値αが設定されている。比較部４４では、演算された温度変化速度の絶対値と閾値αとを比較し、この絶対値が閾値αを超えているとき、コントローラ４０によってダンパ２６及び２８を操作し、温度変化速度が閾値α以下となるように制御する。
【００３０】
なお、本発明者等の今までの実験により、ライニング材３４の温度上昇時よりも温度下降時のほうが、同じ温度変化速度でも亀裂や剥離が生じやすいことがわかった。そこで、本実施形態では、温度下降時、即ち、石炭専焼から石炭と石油コークスとの混焼に切り替えるときの温度変化速度の閾値α１を、温度上昇時、即ち、石炭と石油コークスとの混焼から石炭専焼に切り替えるときの閾値α２より小さく設定している（α１＜α２）。
【００３１】
また、図４に示すように、排ガス路２０ｃのＳＯＸ濃度についても、過去の実験値に基づいて、許容値の上限となる閾値βが設定されている。比較部４４では、ＳＯＸ濃度検出値と閾値βとを比較し、ＳＯＸ濃度検出値が閾値βを超えないように、コントローラ４０によって、ダンパ２６及び２８の動作を制御するようにしている。
【００３２】
次に、燃料切替時の動作を説明する。石炭及び石油コークスの混焼から石炭の専焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅを脱硫塔１６に導入する。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α２、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を大きくし、ダンパ２６の開度を小さくしていく。
【００３３】
次に、石炭専焼から石炭及び石油コークスの混焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を閉とし、ダンパ２８を開として、排ガスｅをバイパス路２４に通す。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α１、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を小さくし、ダンパ２６の開度を大きくしていく。
【００３４】
本実施形態によれば、ＳＯＸ濃度センサ３８により検出するＳＯＸ濃度検出値が、常に閾値β以下となるように、コントローラ４０でダンパ２６及び２８の動作を制御するようにしているので、燃焼装置１０の運転中、特に、燃料切替時に排ガスｅ中のＳＯＸ濃度を許容値以下に保持できる。また、排ガス路２０ｃ及び煙突１８を通る排ガスｅの温度変化速度を、常に、閾値α１又はα２以下としているので、ライニング材３４の亀裂や剥離が生じるのを防止できる。特に、温度変化速度が大きくなる燃料切替時に、温度変化速度を閾値以下に保持できるので、ライニング材３４の亀裂や剥離を防止できる。
【００３５】
しかも、ライニング材３４を高コストな構成を採用することなく、低コストのままでライニング材３４の亀裂や剥離を防止できる。
【００３６】
また、本実施形態では、石炭専焼から石炭と石油コークスとの混焼に切り替えるとき、即ち、排ガス温度が下降する時の温度変化速度の閾値α１を、石炭と石油コークスとの混焼から石炭専焼に切り替えるとき、即ち、排ガス温度が上昇する時の閾値α２より小さくしているので、排ガス温度の下降時に、ライニング材３４の亀裂や剥離を確実に防止できる。
【００３７】
（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置の第２実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、コントローラ４０によって燃料投入器２２の動作を制御し、石炭及び石油コークスの投入割合を制御可能にしている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。本実施形態の燃料切替時の動作を説明する。本実施形態での基本制御方針は、燃料切替時のライニング材３４の温度変化速度は、ダンパ２６及び２８の動作で制御し、排ガスｅのＳＯＸ濃度は、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで制御するものである。
【００３８】
次に、燃料切替時の動作を説明する。石炭及び石油コークスの混焼から石炭専焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅを脱硫塔１６に導入する。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α２、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を大きくし、ダンパ２６の開度を小さくする。前記の操作で、ＳＯＸ濃度が閾値β以下とならないとき、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで、ＳＯＸ濃度を閾値β以下とする。
【００３９】
次に、石炭専焼から石炭及び石油コークスの混焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を閉とし、ダンパ２８を開として、排ガスｅをバイパス路２４に通す。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α１、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を小さくし、ダンパ２６の開度を大きくしていく。前記の操作で、ＳＯＸ濃度が閾値β以下とならないとき、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで、ＳＯＸ濃度を閾値β以下とする。
【００４０】
本実施形態によれば、第１実施形態と比べて、コントローラ４０でボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御するようにしているので、燃料切替時の温度変化速度及びＳＯＸ濃度を、さらに確実に閾値以下に保持できる。
【００４１】
（実施形態３）
つぎに、本発明方法及び装置の第３実施形態を図６及び図７により説明する。本実施形態は、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、バイパス路２４に排ガスｅを冷却する手段を設けることによって、ライニング材３４の急激な温度変化をコントロールするものである。
【００４２】
図６は、バイパス路２４に熱交換器５０を設けた構成を有する冷却手段である。熱交換器５０は、バイパス路２４の外周面を覆うジャケット５２と、該ジャケット５２に冷媒導入管５４及び冷媒排出管５６を接続し、ジャケット５２に覆われるバイパス路２４の外周面に周方向に複数の連通孔５８を穿設し、該連通孔間に接続された蛇行形状の熱交換管５９を排ガスｅの流路中に配置したものである。
【００４３】
冷媒導入管５４に冷媒として、例えば、冷却水又は冷却空気を導入する。この熱交換器５０を設けることによって、高温の石炭排ガスが流れるバイパス路２４を流れる排ガスｅを冷却するようにしているので、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【００４４】
図７に、前記第３実施形態の変形例を示す。この変形例は、バイパス路２４に設けた連通孔６２に冷媒導入管６０を接続し、該冷媒導入管６０からバイパス路２４の内部に、冷却空気又は細粒状に噴霧された冷却水を供給するようにしている。冷却水を供給した場合、排ガスｅから冷却水の蒸発潜熱を奪うので、冷却効果が大きい。これによって、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【００４５】
（実施形態４）
次に、本発明方法及び装置の第４実施形態を図８により説明する。本実施形態は、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、煙突１８の内壁にライニング材３４を施工した領域の外周面に、ジャケット７０を設けると共に、該ジャケット７０に冷媒導入管７２及び冷媒排出管７４を接続している。冷媒排出管７４からジャケット７０に冷却水ｗを供給し、この冷却水ｗでライニング材３４を冷却するようにしている。
【００４６】
さらに、ジャケット７０内の冷却水ｗの温度を検出する温度センサ７６を設け、温度センサ７６の温度検出値をコントローラ４０に送るようにしている。コントローラ４０では、この温度検出値に基づいて、冷媒導入管７２に冷却水ｗを送る冷却水ポンプ７８の稼動を制御し、冷却水ｗの流量を制御することで、ライニング材３４の冷却度を制御するようにしている。これによって、ライニング材３４の温度変化をコントロールできるので、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置で、燃料切替時に、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、排ガス路に被覆されたライニング材の亀裂や剥離の発生を低コストな手段で防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 燃焼装置
１２ ボイラ
１４ 集塵器
１６ 脱硫塔
１７ 循環ポンプ
１８ 煙突
２０，２０ａ〜ｃ 排ガス路
２２ 燃料投入器
２４ バイパス路
２６，２８，３０，３２ ダンパ
３４ ライニング材
３６ａ〜ｄ、７６ 温度センサ
３８ ＳＯＸ濃度センサ
４０ コントローラ
４２ 演算部
４４ 比較部
５０ 熱交換器
５２、７０ ジャケット
５４、６０、７２ 冷媒導入管
５６，７４ 冷媒排出管
５８，６２ 連通孔
５９ 熱交換管
７８ 冷却水ポンプ
ｅ 排ガス
ｗ 冷却水
α、α１、α２、β 閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭及び石油コークスを燃料として用いる燃焼装置において、煙突等、煙道の内壁に施工されたライニング材の熱伸縮に起因した剥離を防止可能にした燃焼方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用火力プラントでは、ボイラ等の燃焼器の燃料の多様化が急速に進んでいる。例えば、特許文献１には、石炭、石油コークス等の固体燃料を使用するボイラが開示されている。特許文献１は、該ボイラに適用される未燃分の抑制及びＮＯＸ、ＳＯＸ低減のための燃焼灰のリサイクル法を提案するものである。
また、特許文献２には、石油コークスと重油を燃焼させるボイラが開示されている。特許文献２は、該ボイラの燃焼排ガスに含まれるダストの金属成分を効率的に処理しつつ、かつダスト中の燃料成分の有効利用を図る運転方法を提案するものである。
【０００３】
石炭及び石油コークスを燃焼させるボイラにおいては、石油コークスが含有する硫黄分は石炭より多く、石油コークスを燃焼する場合には、燃焼排ガスから硫黄分を除去するための脱硫装置が必要となる。脱硫装置を稼動させるために、消石灰と水を必要とし、ランニングコストがかかる。特に、水が乏しい地域では、海水から真水を製造しているので、可能な限り水の使用量を抑える必要がある。
【０００４】
そこで、従来は、石炭と石油コークスの混焼用ボイラで、排ガス路に脱硫装置を設けると共に、該脱硫装置をバイパスして煙突に至るバイパス路を設けていた。そして、石炭を燃焼させる時、燃焼排ガスをバイパス路を経て煙突から排出し、石油コークスを燃焼させる時、燃焼排ガスを脱硫装置に通すことで、燃焼排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下とし、煙突から排出させていた。
【０００５】
しかし、脱硫装置を出た排ガスの温度は５０℃前後であるのに対し、脱硫装置をバイパスした排ガスの温度は２００℃前後に達し、両排ガスの温度差は大きい。そのため、燃料切替時、排ガスの温度変動が急激になり、この温度差で、煙突や煙道の内壁が伸縮し、これが原因となって、煙突や煙道の内壁に被覆されたライニング材に亀裂や隔離を生じさせるおそれがある。
なお、特許文献３及び特許文献４には、煙突や煙道の内壁に被覆され、温度変化によって内壁が伸縮したときでも、亀裂や剥離が生じないとされるライニング構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２４７２１号公開公報
【特許文献２】特開２００１−２０８３０３号公開公報
【特許文献３】特開平５−１８１２号公開公報
【特許文献４】特開平８−１７８２５３号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に開示されたライニング構造は、吹付けコンクリートを鉄筋等を用いて補強するものである。また、特許文献４に開示されたライニング構造は、シリコーンゴムシートを多数のスタッドボルトとナットを用いて固定するものであり、いずれのライニング構造も高コストとなる。また、このような高コストなライニング構造を採用しても、ライニング材の亀裂や剥離を完全に防止することはできない。そのため、排ガスの温度変化速度を小さくすることで、ライニング材の亀裂や剥離の発生を抑えることが望ましい。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置で、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、排ガス路に被覆されたライニング材の亀裂や剥離の発生を低コストな手段で防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法は、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制してライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたものである。
【００１０】
本発明方法では、ライニング材の亀裂や剥離が生じない温度変化速度の閾値を予め設定すると共に、排出基準に合格した許容可能なＳＯＸ濃度の閾値を予め設定しておき、ライニング材の温度変化速度及び排ガス中のＳＯＸ濃度がこれら閾値を上回らないように、燃料切替時に、排ガス路及びバイパス路の排ガス流量を調整するようにしている。そのため、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、ライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。従って、高コストなライニング構造を採用することなく、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００１１】
なお、「温度変化速度」とは、温度上昇時及び温度下降時の両方の変化速度を含み、「温度変化速度の絶対値」とは、温度上昇時又は温度下降時にかかわらず、これら両方の場合の変化速度を含む意味をもつ。また、ライニング材の温度変化速度の閾値は、ライニング材の亀裂や剥離が発生しない上限値であり、予め実験を行って決定される。排ガス中のＳＯＸ濃度の閾値は、許容上限値に設定される。
【００１２】
本発明方法において、ライニング材の温度変化速度の絶対値又はＳＯＸ濃度検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度の絶対値及びＳＯＸ濃度検出値を閾値以下とする第５工程を行なうようにするとよい。これによって、前記第１工程から第４工程を行っても、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度が閾値以下にならなくても、第５工程を行なうことによって、確実にこれらの値を閾値以下にすることができる。
【００１３】
さらには、必要に応じ、バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に設けられた排ガス冷却手段によって、バイパス路を通る排ガスを冷却し、ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御する第６工程を行なうようにするとよい。これによって、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【００１４】
さらには、必要に応じ、脱硫装置出口または煙突入口に水飛沫を除去する工程を行なうようにするとよい。これによって、ライニング材に付着した水分が蒸発する際の温度低下を避けることができ、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【００１５】
本発明方法において、燃料を石炭から石油コークスに切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値を、石油コークスから石炭に切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値より小さく設定するとよい。
本発明者等の実験により、ライニング材の温度上昇時よりも温度下降時のほうが、同じ温度変化速度でも亀裂が生じやすいことがわかった。そこで、温度下降時の温度変化速度の閾値を温度上昇時の閾値より小さく設定することで、ライニング材の亀裂や剥離の発生をより確実に防止できる。
【００１６】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置は、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えているものである。
【００１７】
本発明装置では、燃料切替時に、前記コントローラによって、ライニング材の温度変化速度及び排ガス中のＳＯＸ濃度が閾値以下となるように、排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整するようにしている。そのため、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、ライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。従って、高コストなライニング構造を採用することなく、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００１８】
本発明装置において、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度の検出値が閾値以下にならないとき、前記コントローラが、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、該温度変化速度及びＳＯＸ濃度の検出値を閾値以下とするものであるとよい。これによって、ライニング材の温度変化速度又は排ガス中のＳＯＸ濃度を確実に閾値以下にすることができる。
【００１９】
本発明装置において、バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段を設け、コントローラが、該排ガス冷却手段によってライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御するものであるとよい。このように、高温の石炭排ガスが流れるバイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段を設けることにより、さらに確実にライニング材の温度変化速度を閾値以下とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明方法によれば、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制してライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたので、燃料切替時に、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、低コストでライニング材の亀裂や剥離を抑制できる。
【００２１】
また、本発明装置によれば、石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、 燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように前記第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、前記ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えているので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明方法及び装置の第１実施形態に係る燃焼装置のブロック線図である。
【図２】前記第１実施形態の煙突の断面図である。
【図３】ライニング材の温度変化速度の閾値を示す線図である。
【図４】排ガス中のＳＯＸ濃度の閾値を示す線図である。
【図５】本発明方法及び装置の第２実施形態に係る燃焼装置のブロック線図である。
【図６】本発明方法及び装置の第３実施形態に係り、バイパス路に設けられた冷却手段の一例を示す断面図である。
【図７】前記第３実施形態の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明方法及び装置の第４実施形態に係り、煙突部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２４】
（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に示す燃焼装置１０の構成機器は、ボイラ１２と、集塵器１４と、脱硫塔１６と、煙突１８と、これら機器類間を接続する排ガス路２０とで構成されている。ボイラ１２の燃料投入器２２には、燃料として石炭又は石油コークスが投入される。燃料の投入の仕方は、石炭若しくは石油コークスの専焼の場合、及び石炭と石油コークスとの混焼の場合とがある。
【００２５】
ボイラ１２で発生した燃焼排ガスｅは、集塵器１４で排ガス中のダストが集塵される。集塵器１４の下流側で、バイパス路２４が排ガス路２０から分岐し、バイパス路２４は、脱硫塔１６の下流側で排ガス路２０ｂに合流している。バイパス路２４との分岐点より下流側の排ガス路２０ａに流量調整用のダンパ２６が設けられ、バイパス路２４の入口部に流量調整用のダンパ２８が設けられている。脱硫塔１６の下流側排ガス路２０ｂには、流量調整用のダンパ３０が設けられており、バイパス路２４の出口部に流量調整用のダンパ３２が設けられている。ダンパ２６〜３２の動作はコントローラ４０によって制御されている。
【００２６】
脱硫塔１６では、消石灰と水とが注入され、脱硫塔１６の内部空間では、消石灰と水との混合液が循環ポンプ１７で循環されている。この混合液が排ガスｅと反応して、排ガスｅからＳＯＸが除去される。ＳＯＸが除去された排ガスｅは、排ガス路２０ｂ及びバイパス路２４との合流部下流側の排ガス路２０ｃを通り、煙突１８から排出される。硫黄分が石炭より多く含まれる石油コークスを燃焼させるとき、あるいは石炭に対して石油コークスの投入量が多いとき、コントローラ４０によって、ダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅは脱硫塔１６に送られ、脱硫される。
【００２７】
図２に示すように、排ガス路２０ｃは煙突１８に接続されている。排ガス路２０ｃと煙突１８との接続部付近の領域及び煙突１８の内壁には、ライニング材３４が被覆されている。ライニング材３４の被覆領域は、高温の排ガスｅが流れる領域である。ライニング材３４には、複数の温度センサ３６ａ〜ｄが分散配置されている。また、煙突１８との合流部近傍の排ガス路２０ｃにはＳＯＸ濃度センサ３８が設けられている。これらセンサの検出信号は、コントローラ４０に送られる。
【００２８】
コントローラ４０は、演算部４２と比較部４４とを備えている。演算部４２では、温度センサ３６ａ〜ｄから送られたライニング材３４の温度検出値から、夫々の温度検出値に基づいて、温度変化速度の絶対値を演算する。この場合、最大の温度変化速度の絶対値が選択され、採用される。前述のように、バイパス路２４を通る排ガスｅは、２００℃前後の温度となり、脱硫塔１６を通った後の排ガスｅの温度は５０℃前後となる。そのため、燃料を石炭と石油コークスとの間で切り替えるとき、排ガス路２０ｃに到達する排ガスｅに温度変化が生じる。この温度変化速度が大であると、ライニング材３４に亀裂や剥離が発生するおそれがある。
【００２９】
図３に示すように、温度変化速度は、過去の実験値に基づいて、ライニング材３４の亀裂や剥離の発生限度を示す閾値αが設定されている。比較部４４では、演算された温度変化速度の絶対値と閾値αとを比較し、この絶対値が閾値αを超えているとき、コントローラ４０によってダンパ２６及び２８を操作し、温度変化速度が閾値α以下となるように制御する。
【００３０】
なお、本発明者等の今までの実験により、ライニング材３４の温度上昇時よりも温度下降時のほうが、同じ温度変化速度でも亀裂や剥離が生じやすいことがわかった。そこで、本実施形態では、温度下降時、即ち、石炭専焼から石炭と石油コークスとの混焼に切り替えるときの温度変化速度の閾値α１を、温度上昇時、即ち、石炭と石油コークスとの混焼から石炭専焼に切り替えるときの閾値α２より小さく設定している（α１＜α２）。
【００３１】
また、図４に示すように、排ガス路２０ｃのＳＯＸ濃度についても、過去の実験値に基づいて、許容値の上限となる閾値βが設定されている。比較部４４では、ＳＯＸ濃度検出値と閾値βとを比較し、ＳＯＸ濃度検出値が閾値βを超えないように、コントローラ４０によって、ダンパ２６及び２８の動作を制御するようにしている。
【００３２】
次に、燃料切替時の動作を説明する。石炭及び石油コークスの混焼から石炭の専焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅを脱硫塔１６に導入する。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α２、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を大きくし、ダンパ２６の開度を小さくしていく。
【００３３】
次に、石炭専焼から石炭及び石油コークスの混焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を閉とし、ダンパ２８を開として、排ガスｅをバイパス路２４に通す。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α１、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を小さくし、ダンパ２６の開度を大きくしていく。
【００３４】
本実施形態によれば、ＳＯＸ濃度センサ３８により検出するＳＯＸ濃度検出値が、常に閾値β以下となるように、コントローラ４０でダンパ２６及び２８の動作を制御するようにしているので、燃焼装置１０の運転中、特に、燃料切替時に排ガスｅ中のＳＯＸ濃度を許容値以下に保持できる。また、排ガス路２０ｃ及び煙突１８を通る排ガスｅの温度変化速度を、常に、閾値α１又はα２以下としているので、ライニング材３４の亀裂や剥離が生じるのを防止できる。特に、温度変化速度が大きくなる燃料切替時に、温度変化速度を閾値以下に保持できるので、ライニング材３４の亀裂や剥離を防止できる。
【００３５】
しかも、ライニング材３４を高コストな構成を採用することなく、低コストのままでライニング材３４の亀裂や剥離を防止できる。
【００３６】
また、本実施形態では、石炭専焼から石炭と石油コークスとの混焼に切り替えるとき、即ち、排ガス温度が下降する時の温度変化速度の閾値α１を、石炭と石油コークスとの混焼から石炭専焼に切り替えるとき、即ち、排ガス温度が上昇する時の閾値α２より小さくしているので、排ガス温度の下降時に、ライニング材３４の亀裂や剥離を確実に防止できる。
【００３７】
（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置の第２実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、コントローラ４０によって燃料投入器２２の動作を制御し、石炭及び石油コークスの投入割合を制御可能にしている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。本実施形態の燃料切替時の動作を説明する。本実施形態での基本制御方針は、燃料切替時のライニング材３４の温度変化速度は、ダンパ２６及び２８の動作で制御し、排ガスｅのＳＯＸ濃度は、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで制御するものである。
【００３８】
次に、燃料切替時の動作を説明する。石炭及び石油コークスの混焼から石炭専焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を開とし、ダンパ２８を閉として、排ガスｅを脱硫塔１６に導入する。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α２、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を大きくし、ダンパ２６の開度を小さくする。前記の操作で、ＳＯＸ濃度が閾値β以下とならないとき、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで、ＳＯＸ濃度を閾値β以下とする。
【００３９】
次に、石炭専焼から石炭及び石油コークスの混焼に切り替えるとき、最初はダンパ２６を閉とし、ダンパ２８を開として、排ガスｅをバイパス路２４に通す。燃料切替開始後、温度変化速度及びＳＯＸ濃度検出値が夫々閾値α１、βを超えないように、徐々にダンパ２８の開度を小さくし、ダンパ２６の開度を大きくしていく。前記の操作で、ＳＯＸ濃度が閾値β以下とならないとき、ボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御することで、ＳＯＸ濃度を閾値β以下とする。
【００４０】
本実施形態によれば、第１実施形態と比べて、コントローラ４０でボイラ１２への石炭及び石油コークスの投入量又は投入比を制御するようにしているので、燃料切替時の温度変化速度及びＳＯＸ濃度を、さらに確実に閾値以下に保持できる。
【００４１】
（実施形態３）
つぎに、本発明方法及び装置の第３実施形態を図６及び図７により説明する。本実施形態は、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、バイパス路２４に排ガスｅを冷却する手段を設けることによって、ライニング材３４の急激な温度変化をコントロールするものである。
【００４２】
図６は、バイパス路２４に熱交換器５０を設けた構成を有する冷却手段である。熱交換器５０は、バイパス路２４の外周面を覆うジャケット５２と、該ジャケット５２に冷媒導入管５４及び冷媒排出管５６を接続し、ジャケット５２に覆われるバイパス路２４の外周面に周方向に複数の連通孔５８を穿設し、該連通孔間に接続された蛇行形状の熱交換管５９を排ガスｅの流路中に配置したものである。
【００４３】
冷媒導入管５４に冷媒として、例えば、冷却水又は冷却空気を導入する。この熱交換器５０を設けることによって、高温の石炭排ガスが流れるバイパス路２４を流れる排ガスｅを冷却するようにしているので、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【００４４】
図７に、前記第３実施形態の変形例を示す。この変形例は、バイパス路２４に設けた連通孔６２に冷媒導入管６０を接続し、該冷媒導入管６０からバイパス路２４の内部に、冷却空気又は細粒状に噴霧された冷却水を供給するようにしている。冷却水を供給した場合、排ガスｅから冷却水の蒸発潜熱を奪うので、冷却効果が大きい。これによって、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【００４５】
（実施形態４）
次に、本発明方法及び装置の第４実施形態を図８により説明する。本実施形態は、前記第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、煙突１８の内壁にライニング材３４を施工した領域の外周面に、ジャケット７０を設けると共に、該ジャケット７０に冷媒導入管７２及び冷媒排出管７４を接続している。冷媒排出管７４からジャケット７０に冷却水ｗを供給し、この冷却水ｗでライニング材３４を冷却するようにしている。
【００４６】
さらに、ジャケット７０内の冷却水ｗの温度を検出する温度センサ７６を設け、温度センサ７６の温度検出値をコントローラ４０に送るようにしている。コントローラ４０では、この温度検出値に基づいて、冷媒導入管７２に冷却水ｗを送る冷却水ポンプ７８の稼動を制御し、冷却水ｗの流量を制御することで、ライニング材３４の冷却度を制御するようにしている。これによって、ライニング材３４の温度変化をコントロールできるので、ライニング材３４の温度変化速度を確実に閾値α以下に保持できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置で、燃料切替時に、排ガス中のＳＯＸ濃度を許容値以下に維持しつつ、排ガス路に被覆されたライニング材の亀裂や剥離の発生を低コストな手段で防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 燃焼装置
１２ ボイラ
１４ 集塵器
１６ 脱硫塔
１７ 循環ポンプ
１８ 煙突
２０，２０ａ〜ｃ 排ガス路
２２ 燃料投入器
２４ バイパス路
２６，２８，３０，３２ ダンパ
３４ ライニング材
３６ａ〜ｄ、７６ 温度センサ
３８ ＳＯＸ濃度センサ
４０ コントローラ
４２ 演算部
４４ 比較部
５０ 熱交換器
５２、７０ ジャケット
５４、６０、７２ 冷媒導入管
５６，７４ 冷媒排出管
５８，６２ 連通孔
５９ 熱交換管
７８ 冷却水ポンプ
ｅ 排ガス
ｗ 冷却水
α、α１、α２、β 閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、
バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、
バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、
燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、
燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、
燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制して前記ライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたことを特徴とする石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項２】
前記温度変化速度の絶対値又はＳＯＸ濃度検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度の絶対値及びＳＯＸ濃度検出値を閾値以下とする第５工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項３】
前記バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に設けられた排ガス冷却手段によって、バイパス路を通る排ガスを冷却し、前記ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御する第６工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項４】
燃料を石炭から石油コークスに切り替えるときに設定される前記温度変化速度の閾値を、石油コークスから石炭に切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値より小さく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項５】
石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、
バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、
バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、
排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、
燃料切替時に、前記ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように前記第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、前記ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記温度変化速度又はＳＯＸ濃度の検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度及びＳＯＸ濃度の検出値を閾値以下とするものであることを特徴とする請求項５に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【請求項７】
前記バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段が設けられ、前記コントローラが、該排ガス冷却手段によって前記ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【請求項１】
石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、排ガス路が脱硫装置を介設した排ガス路と脱硫装置をバイパスするバイパス路とに分岐し、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法において、
バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する第１工程と、
バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出する第２工程と、
燃料切替時に、ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、該演算値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第３工程と、
燃料切替時に、ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように排ガス路又はバイパス路の排ガス流量を調整する第４工程と、からなり、
燃料切替時に、排ガス路の排ガス温度変化を抑制して前記ライニング材の剥離を防止すると共に、排ガス路から排出される排ガスのＳＯＸ濃度を閾値以下に抑制するようにしたことを特徴とする石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項２】
前記温度変化速度の絶対値又はＳＯＸ濃度検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度の絶対値及びＳＯＸ濃度検出値を閾値以下とする第５工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項３】
前記バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に設けられた排ガス冷却手段によって、バイパス路を通る排ガスを冷却し、前記ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御する第６工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項４】
燃料を石炭から石油コークスに切り替えるときに設定される前記温度変化速度の閾値を、石油コークスから石炭に切り替えるときに設定される温度変化速度の閾値より小さく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼方法。
【請求項５】
石炭及び石油コークスを燃料とする燃焼装置であって、燃焼器と、排ガス路と、該排ガス路に設けられた脱硫装置と、排ガス路から分岐して該脱硫装置をバイパスするバイパス路とを備え、石炭の燃焼排ガスを該バイパス路を通し、石油コークスの燃焼排ガスを脱硫装置を通して排出させるようにした石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置において、
バイパス路下流側の排ガス路に施工されたライニング材の温度を検出する温度センサと、
バイパス路下流側の排ガス路の燃焼排ガスのＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサと、
排ガス路及びバイパス路に設けられて排ガスの流量を調整する第１のダンパ及び第２のダンパと、
燃料切替時に、前記ライニング材の温度検出値からライニング材の温度変化速度の絶対値を演算し、この演算値と予め設定された閾値とを比較し、演算値が閾値以下となるように前記第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御すると共に、前記ＳＯＸ濃度の検出値を予め設定された閾値と比較し、該検出値が閾値以下となるように、第１のダンパ又は第２のダンパの動作を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記温度変化速度又はＳＯＸ濃度の検出値が閾値以下にならないとき、燃焼器に投入する石炭又は石油コークスの投入量を調節して、前記温度変化速度及びＳＯＸ濃度の検出値を閾値以下とするものであることを特徴とする請求項５に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【請求項７】
前記バイパス路又はバイパス路下流側の排ガス路に排ガス冷却手段が設けられ、前記コントローラが、該排ガス冷却手段によって前記ライニング材の温度変化速度を閾値以下に制御するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の石炭及び石油コークスを用いた燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３２６０３（Ｐ２０１２−１３２６０３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３８６４（Ｐ２０１０−２８３８６４）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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