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【発明の名称】 石炭燃焼装置及び石炭燃焼方法
【発明者】 【氏名】辻 博文

【氏名】白井 裕三

【氏名】池田 道隆

【氏名】小辻 敏伸

【要約】 【課題】排出される石炭灰の基礎的な性状を調整することができる石炭燃焼装置とする。

【構成】石炭は微粉炭製造装置8で燃料比(石炭の質)と酸性率(石炭の質)を制御され、石炭の粒径は石炭粉砕装置10で調整され、微粉炭としてバーナ3からボイラ火炉2の中に入る。そして、燃焼条件として後から入れる空気の割合である二段燃焼率が空気弁5で制御されることにより微粉炭は燃焼し、所望の基礎的性状をもつ生成灰として石炭灰排出口12からでてくる。石炭燃焼装置において石炭の燃焼条件と質を制御することで、所望の基礎的性状の石炭灰が得られるので有価灰として利用する技術効率が高まる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項2】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項3】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けると共に、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項4】
請求項1もしくは請求項3に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、
後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と
からなることを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項5】
請求項1もしくは請求項3に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項6】
請求項1もしくは請求項3に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、
後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と
微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とを備えた
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項7】
請求項2もしくは請求項3に記載の石炭燃焼装置において、
質調整手段は、
質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項8】
請求項7に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項9】
請求項7に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、灰分の溶融性の指標である酸性率である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項10】
請求項7に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項11】
請求項1〜請求項10のいずれかに記載の石炭燃焼装置において、
火炉は蒸気を発生させるボイラの火炉である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項12】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設け、
燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とからなり、
微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設け、
質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段を備え、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率とした
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項13】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法。
【請求項14】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する
ことを特徴とする石炭燃焼方法。
【請求項15】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況及び質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法。


【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、微粉炭の燃焼状況と質を調整し排出される灰の性状を制御することができる石炭燃焼装置及び、石炭燃焼方法に関する。例えば、石炭燃焼装置として、蒸気を生成するボイラに用いて好適である。
【背景技術】
【0002】
現在わが国の電気は、主に化石燃料のエネルギーで作られ、その3分の1に石炭が利用されている。化石燃料から作られる電気は、火力発電所で作られており、例えば火力発電設備は我々の生活の中で重要な役割を占めている(特許文献1等参照)。
【0003】
近年、エネルギーセキュリティーの観点から、可採埋蔵量の豊富な石炭を利用した微粉炭火力の導入が急速に進展した。その結果、石炭燃焼に伴って排出される石炭灰の量が急増し、その処理が重要な課題となっている。
【0004】
現在、国内で排出される石炭灰は、大半がセメント用粘土代替材料として利用されていることから、さらなる排出量の増加が予想される状況下において、新たな用途への展開が求められている。潜在的な需要規模や、灰分粒子の大半が球状である特徴を考慮した場合、セメント混和材等への利用が有望であるが、燃焼条件や石炭性状の変化に起因する石炭灰性状の変動により、本格的な利用に到っていない。また、石炭と排出する石炭灰の性状との相関は、経験によるもので明確な技術調整方法はなかった。今後、セメント混和材等への利用を拡大していくためには、石炭灰の性状を調整する技術を確立する必要がある。
【0005】
【特許文献1】特開2004−20140号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、微粉炭の燃焼によって排出される石炭灰の粒子の基礎的性状を制御することができる石炭燃焼装置及び石炭燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するための本発明の第1の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0008】
第1の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0009】
上記目的を達成するための本発明の第2の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0010】
第2の態様では、微粉炭の質調整手段が微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率を高められる。
【0011】
上記目的を達成するための本発明の第3の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けると共に、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0012】
第3の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御し、微粉炭の質を調整する質調整手段が微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0013】
本発明の第4の態様は、第1もしくは第3の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段とからなることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0014】
第4の態様では、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0015】
本発明の第5の態様は、第1もしくは第3の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0016】
第5の態様では、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0017】
本発明の第6の態様は、第1もしくは第3の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とを備えたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0018】
第6の態様では、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御し、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御することによって、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0019】
本発明の第7の態様は、第2もしくは第3の態様に記載の石炭燃焼装置において、質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0020】
第7の態様では、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0021】
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0022】
第8の態様では、固定炭素と揮発分の比である燃料比(石炭の質)を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0023】
本発明の第9の態様は、第7の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、灰分の溶融性の指標である酸性率であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0024】
第9の態様では、灰分の溶融性の指標である酸性率(石炭の質)を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0025】
本発明の第10の態様は、第7の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0026】
第10の態様では、固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0027】
本発明の第11の態様は、第1〜第10のいずれかの態様に記載の石炭燃焼装置において、火炉は蒸気を発生させるボイラの火炉であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0028】
第11の態様では、石炭灰を有効に利用する際の技術効率を高めることができるボイラを提供することができる。
【0029】
上記目的を達成するための本発明の第12の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設け、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とからなり、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設け、質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段を備え、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率としたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【0030】
第12の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御し、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御し、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御し、微粉炭の質を調整する質調整手段が微粉炭の質を制御し、すなわち、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して微粉炭の質を制御し、固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率を定量的に取り扱うことにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0031】
上記目的を達成するための本発明の第13の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【0032】
第13の態様では、微粉炭の燃焼状況を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0033】
上記目的を達成するための本発明の第14の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【0034】
第14の態様では、微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【0035】
上記目的を達成するための本発明の第15の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況及び質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【0036】
第15の態様では、微粉炭の燃焼状況と微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【発明の効果】
【0037】
本発明の石炭燃焼装置及び石炭燃焼方法によれば、微粉炭の燃焼条件や石炭性状を調整することにより必要とする性状の石炭灰を得ることができる石炭燃焼装置となる。従って、石炭灰の基礎的な性状を制御できるので、有価灰として再利用しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
図1には本発明の一実施形態例に係る微粉炭燃焼装置の概略系統図を示してある。
図1に示すように、ボイラ火炉2の周囲にバーナ3が複数個設けられ、バーナ3は微粉炭路11を介して微粉炭製造装置8と繋がっている。図1にはボイラ火炉2の左右それぞれにバーナ3を3個ずつ示した。微粉炭製造装置8には石炭を貯留するホッパ9が複数個あり、各ホッパには燃料比(石炭の質)や酸性率(石炭の質)が異なる石炭を投入する。
【0039】
図1にはそれぞれのホッパを9a、9b、9cとして3個示した。各ホッパ9a、9b、9cの排出口には流量を調整する手段である弁10a、10b、10cがあり弁10a、10b、10cを介して各ホッパ9a、9b、9cは石炭粉砕装置10に繋がっている。微粉炭製造装置8のそれぞれのホッパ9a、9b、9cに、燃料比や酸性率の異なる石炭を投入する。
【0040】
ホッパに投入する石炭は1種類だけでも構わないし、ホッパに投入する石炭の質は燃料比だけに注目しても構わないし、または酸性率だけに注目しても構わない。
【0041】
例えば、ホッパ9aには燃料比と酸性率の高い石炭を投入し、9bには燃料比と酸性率の低い石炭を投入し、9cには燃料比が高く、酸性率の低い石炭を投入すると、石炭の量を調整する手段である弁10a、10b、10cがホッパ9a、9b、9cに投入された石炭の流量を調整し所望の混合割合と所望の量の石炭が石炭粉砕装置10へと運ばれる。そして所望の混合割合でかつ所望量の石炭は石炭粉砕装置10で、所望の粒径に調整されながら粉砕され微粉炭になる。
【0042】
このように燃料比や酸性率や粒径が調整された微粉炭は微粉炭路11を通り、ボイラ火炉2の周囲にある複数個あるバーナ3からボイラ火炉2に入り燃焼する。一方、ボイラ火炉2には、例えば、バーナ3を通して空気が送り込まれている。空気は、空気制御装置7(空気導入制御手段)から空気路6を介してボイラ火炉2の周囲にある複数個あるバーナ3と上段空気ノズル4(後段空気導入手段)からボイラ火炉2の中に入る。図1には空気が送り込まれる様子をボイラ火炉2の周囲にある左右のバーナ3付近に左右それぞれ3本矢印で示した。また、上段空気ノズル4をボイラ火炉2の周囲に左右1個ずつ示した。
【0043】
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することを、二段燃焼と呼び、後から導入する後段空気量の割合を二段燃焼率として表すが、ここでの後段空気とは図1の上段空気ノズル4(後段空気導入手段)から入る空気のことであり、上段空気ノズル4から入る空気量の割合である二段燃焼率は、空気量を調整する空気弁5(後段空気導入手段)で調整される。
【0044】
このようにして空気制御装置7(空気導入制御手段)から出た空気は空気路6を通り、下段にあるバーナ3(矢印で示した)からボイラ火炉2の中へと送り込まれ、空気弁5が二段燃焼率を制御することにより、上段空気ノズル4(後段空気導入手段)から流量を調整された空気がボイラ火炉2に送り込まれる。これによって微粉炭がボイラ火炉2の中で完全燃焼する。やがてボイラ火炉2の中で燃焼した微粉炭は、灰となりボイラ1の右上方部と下部にある石炭灰排出口12から排出される。
【0045】
以上のように、石炭は微粉炭製造装置8で燃料比と酸性率を制御され、所望の混合割合、すなわち所望の質の石炭になる。そして、所望の質の石炭は石炭粉砕装置10で粒径を調整されて所望の粒径の微粉炭となり、バーナ3に送られる。微粉炭はバーナ3の空気と混合して燃焼する。そして、空気制御装置7(空気導入制御手段)では後から入れる空気の割合である二段燃焼率が空気弁5で制御され、上段空気ノズル4から更に所望量の空気が送り込まれ、微粉炭はボイラ火炉2で燃焼する。完全燃焼した生成灰はボイラ1から石炭灰排出口12へと排出される。石炭の質を制御すると共に燃焼条件である二段燃焼率を制御することにより、排出された生成灰の基礎的性状が任意に調整される。
【0046】
図1では微粉炭の燃焼条件と質の制御により、排出される石炭灰を所望の灰の粒子として調整可能である過程を図示した。この過程には、微粉炭の燃焼条件と質を表すパラメータと生成した石炭灰の粒子の基礎的性状を表すパラメータがある。それらのパラメータを用いて本発明の石炭燃焼装置において微粉炭の制御による所望の基礎的性状を有する灰の調整方法を図2〜図6に基づいて説明する。
【0047】
図2では本発明の石炭燃焼装置におけるパラメータ概念図を示す。図3では、微粉炭中位径に対する石炭灰の粒子密度と粒子平均円形度との関係を、図4では、二段燃焼率と石炭灰の粒子平均円形度との関係を、図5では、燃料比と粒径分布の広がり度合との関係を、図6では酸性率と石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。
【0048】
図2に示すように、本発明での概念として制御するパラメータと制御された結果得られる灰の粒子の性状を表すパラメータとを明記した。本発明での、制御するパラメータとして大きく分けると二つあり、条件と質である。条件とは燃焼条件のことであり、微粉炭粒径と上段の方の空気口である上段空気ノズル4から入れる空気量の割合を示す二段燃焼率が挙げられ、石炭の質としては固定炭素と揮発分の比である燃料比と石炭の溶融性の指標である酸性率が挙げられる。さらに制御する石炭の燃焼条件や質のパラメータに対して、具体的に石炭燃焼装置の概略系統図である図1のどの部分で制御されるかを示すと、石炭の燃焼条件として微粉炭粒径は図1の石炭粉砕装置10で制御され、途中から入れる空気量の割合を示す二段燃焼率は図1の空気弁5で調整される。また、使用する石炭の質として固定炭素と揮発分の比である燃料比や石炭の溶融性の指標となる酸性率は図1の複数個あるホッパ9の混合割合を調整する弁10a、10b、10cを備えた微粉炭製造装置8で制御される。
【0049】
以上をまとめると、制御するパラメータとして燃焼条件は、微粉炭粒径と二段燃焼率があり、石炭の質は、燃料比と酸性率がある。そして石炭の燃焼条件である微粉炭粒径は図1の石炭粉砕装置10で制御され、二段燃焼率は図1の空気弁5で制御され、石炭の質である燃料比と酸性率は図1の微粉炭製造装置8で制御される。
【0050】
上記のような石炭の燃焼条件や質で制御され燃焼した微粉炭が図1の石炭灰排出口12から石炭灰として排出されるのであるが、この排出される石炭灰の性状が所望の基礎的性状を持つように調整される。排出される石炭灰の基礎的性状についてもパラメータとして表記すると、灰の性状のパラメータは、粒径分布や比表面積の指標であるブレーン値、粒子の密度、粒子の形状そして粒子の円形度である。円形度とは、粒子の形状を表す指標であり、真円の場合1に、形状が歪になるに従い0に漸近する。
【0051】
以上のように本発明では石炭の燃焼条件と質を制御(制御するパラメータは微粉炭粒径、二段燃焼率、燃料比、酸性率)することにより、必要とする基礎的性状(制御された結果得られる灰の性状を表すパラメータは粒径分布、ブレーン値、粒子密度、粒子形状、粒子円形度)の石炭灰が得られるのである。
【0052】
制御するパラメータと制御された結果得られる石炭灰の性状を表すパラメータとがあることを図2で示したが、制御するパラメータとその結果得られた石炭灰の基礎的性状のパラメータとの間には相関が有り、それらのパラメータ間の相関関係を具体的に図3〜図6で示しながら石炭灰の調整方法について説明する。
【0053】
図3には投入される微粉炭の中位径に対して排出された石炭灰の粒子密度[g/cm]と粒子平均円形度を示す。中位径とは質量基準の50%径のことである。そして、横軸が微粉炭中位径[μm]で縦軸が灰の粒子密度[g/cm]と灰の粒子平均円形度である。図3に示すように中位径が小さいと、密度は大きく、中位径が大きいと密度は小さくなる。微粉炭が細かいほど燃焼が速やかに進行し、灰分粒子の昇温・溶融が促進するため微粉炭を細かくすると排出される石炭灰の粒子の密度を増大させることができ、灰粒子の粒形を円くすることができる。このように、微粉炭の中位径を制御することにより所望の密度と平均円形度の石炭灰の粒子を得ることができる。
【0054】
図4には二段燃焼率[%]と排出された石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。二段燃焼率とは、後から導入する後段空気量の割合のことであり、図1では空気弁5で調整され上段空気ノズル4(後段空気導入手段)から送り込まれる空気量の割合である。横軸が二段燃焼率[%]で縦軸が石炭灰の粒子の形状である。
【0055】
途中から入れる空気の量の割合を示す二段燃焼率を増加した場合、不定形になりやすい未燃分等が増大するので、粒子の円形度を低下させることができる。このように、燃焼条件である二段燃焼率を制御することにより所望の円形度の灰粒子を得ることができる。
【0056】
図5には燃料比(石炭の質)と排出された石炭灰の粒径分布の広がり度合との関係を示す。燃料比とは固定炭素と揮発分の比である。
【0057】
微粉炭がボイラ火炉2の中で、固定炭素と灰分などの混合物となり粒子状固形物として燃焼しているが、微粉炭中の揮発分が放出し、その粒子状固形物の分裂が促進されるため、燃料比を小さくすると、石炭灰の粒径分布の幅が広がり小粒径の粒子量を増大することができる。このように、固定炭素と揮発分の火である燃料比を制御することにより所望の石炭灰の粒径を得ることができる。
【0058】
図6には微粉炭の酸性率[%](石炭の質)と排出された石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。酸性率とは、灰分の溶融性の指標である。
【0059】
酸性率を小さくすると灰分粒子が溶融しやすくなるので、粒子平均円形度を向上させ球状に近づけることができるので、図6のように酸性率を小さくすると円形度を増大させることができ、酸性率を大きくすると、円形度を減少させることができる。このように灰分の溶融性の指標である酸性率を制御することにより所望の石炭灰の粒子形状を得ることができる。
【0060】
図7には、石炭灰中の未燃分濃度[%]とブレーン値との関係を示す。石炭灰粒子のブレーン値は石炭灰粒子の比表面積である。
【0061】
石炭性状や燃焼条件を変えると、石炭灰中の未燃分量も変わるので、石炭灰中の未燃分濃度を調整することによってブレーン値を制御することができる。石炭灰粒子を十分に燃焼させると、石炭灰中の未燃分濃度は減少し、溶融が進むので比表面積を減らすことができる。燃焼が不十分だと、石炭中の未燃分濃度は増加し、溶融があまり進まないので比表面積を大きくすることができる。従って、図7のように石炭灰中の未燃分濃度を小さくするとブレーン値を小さくすることができ、石炭灰中の未燃分濃度を大きくすると、ブレーン値を大きくすることができる。このように、石炭灰中の未燃分濃度を制御することにより所望の灰のブレーン値を得ることができる。
【0062】
以上のように本発明での石炭燃焼装置では、石炭の燃焼状況と質を制御することにより所望の石炭灰の性状を得ることができる。
【0063】
また、本発明を図示の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて良いことは言うまでもない。
【0064】
上記をまとめると本発明での石炭燃焼装置の燃焼状況調整手段としては、空気導入制御手段(空気制御装置7)と後段空気導入手段(上段空気ノズル4、空気弁5)である。あるいは、本発明での石炭の燃焼装置の燃焼状況調整手段は、微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段(石炭粉砕装置10)である。あるいは、本発明での石炭の燃焼状況調整手段は、空気導入制御手段(空気制御装置7)と後段空気導入手段(上段空気ノズル4、空気弁5)と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段(石炭粉砕装置10)とを備えている。そして、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段(微粉炭製造装置8)として、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比である。あるいは、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段(微粉炭製造装置8)として、石炭の質は灰分の溶融性の指標である酸性率である。あるいは、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段(微粉炭製造装置8)として、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率である。
【0065】
本発明の石炭燃焼装置は、微粉炭の燃焼条件や質を制御することで火炉から排出される石炭灰を所望の性状の灰として得ることができる。このため、生成した石炭灰をセメント混和材等に利用できる。
【0066】
例えば、石炭灰をコンクリート混和材等へ利用する際には、コンクリートの流動性等に留意する必要がある。石炭灰の密度が高くなると、相対的にコンクリート中に占める水の体積が増加し、流動性が増す。また、石炭灰の形状が円形化すると、粒子同士の摩擦が減り流動性が向上する。
【0067】
このようにして、石炭灰の性状を制御することにより、コンクリート混和材への利用が高められる。
【0068】
また、色々な性状の所望の灰を作りだすことができるため良質のセメント原料または道路路盤材、地盤改良材、土木工事用、人工軽量骨材、焼成材、焼成人工骨材、焼成タイル・れんが、建材ボード用、そして埋め立て材や雪道等の滑り止め材等それらの関連する産業分野で幅広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明は微粉炭の燃焼条件と質を調整し、排出される灰の性状を制御する石炭燃焼装置と石炭燃焼装置に関し、蒸気を生成するボイラの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】本発明の石炭燃焼装置の概略系統図である。
【図2】本発明の石炭燃焼装置におけるパラメータ概念図である。
【図3】微粉炭中位径に対する石炭灰の粒子密度と粒子平均円形度との関係図である。
【図4】二段燃焼率と石炭灰の粒子平均円形度との関係図である。
【図5】燃料比と粒径分布の広がり度合との関係図である。
【図6】酸性率と石炭灰の粒子平均円形度との関係図である。
【図7】灰中未燃分濃度とブレーン値との関係図である。
【符号の説明】
【0071】
1 ボイラ
2 ボイラ火炉
3 バーナ
4 上段空気ノズル
5 空気弁
6 空気路
7 空気制御装置
8 微粉炭製造装置
9、9a、9b、9c ホッパ
10 石炭粉砕装置
10a、10b、10c 弁
11 微粉炭路
12 石炭灰排出口

【出願人】 【識別番号】000173809
【氏名又は名称】財団法人電力中央研究所
【出願日】 平成18年8月31日(2006.8.31)
【代理人】 【識別番号】100101236
【弁理士】
【氏名又は名称】栗原 浩之

【識別番号】100128532
【弁理士】
【氏名又は名称】村中 克年


【公開番号】 特開2008−57892(P2008−57892A)
【公開日】 平成20年3月13日(2008.3.13)
【出願番号】 特願2006−236587(P2006−236587)