JP5208195B2 - 酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置に関するものである。
近年、地球規模の環境問題として大きく取り上げられている地球温暖化は、大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度の増加が主要因の一つであることが明らかにされており、火力発電所はこれらの物質の固定排出源として注目されているが、火力発電用燃料としては石油、天然ガス、石炭が使用されており、特に石炭は採掘可能埋蔵量が多く、今後需要が伸びることが予想されている。
石炭は、天然ガス及び石油と比較して炭素含有量が多く、その他、水素、窒素、硫黄等の成分、及び無機質である灰分を含んでおり、石炭を空気燃焼させると、排ガスの組成は殆どが窒素（約７０％）となり、その他、二酸化炭素ＣＯ２、硫黄酸化物ＳＯx、窒素酸化物ＮＯx、酸素（約４％）等のガス、及び未燃分、灰分等の微粒子を含んだものとなる。そこで、排ガスは脱硝、脱硫、脱塵等の排ガス処理を実施し、ＮＯx、ＳＯx、微粒子が環境排出基準値以下になるようにして煙突から大気に排出している。
前記排ガス中のＮＯxには、空気中の窒素が酸素で酸化されて生成するサーマルＮＯxと、燃料中の窒素が酸化されて生成するフューエルＮＯxとがある。従来、サーマルＮＯxの低減には火炎温度を低減する燃焼法が採られ、又、フューエルＮＯxの低減には、燃焼器内にＮＯxを還元する燃料過剰の領域を形成する燃焼法が採られてきた。
又、石炭のような硫黄を含む燃料を使用した場合には、燃焼によって排ガス中にＳＯxが生じるため、湿式或いは乾式の脱硫装置を備えて除去している。
一方、排ガス中に多量に発生する二酸化炭素は高効率で分離除去することが望まれており、排ガス中の二酸化炭素を回収する方法としては、従来よりアミン等の吸収液中に吸収させる手法や、固体吸着剤に吸着させる吸着法、或いは膜分離法等が検討されているが、いずれも変換効率が低く、石炭焚ボイラからのＣＯ２回収の実用化には至っていない。
そこで、排ガス中の二酸化炭素の分離とサーマルＮＯxの抑制の問題を同時に達成する有効な手法としては、空気に代えて酸素で燃料を燃焼させる手法が提案されている（例えば、特許文献１〜４等参照）。
石炭を酸素で燃焼すると、サーマルＮＯxの発生は無くなり、排ガスのほとんどは二酸化炭素となり、その他フューエルＮＯx、ＳＯx、未燃分を含んだガスとなるため、排ガスを冷却することにより、前記二酸化炭素は液化して分離することが比較的容易になる。
ここで、空気燃焼するボイラの構成を説明すると、ボイラには様々な構成のものがあり、このうち１つは、バーナを炉幅方向へ複数列ずつ且つ上下方向へ複数段ずつ配設すると共に、各列のバーナと対応させてそれぞれの上方所要位置に二段燃焼用ポート（いわゆるＯＡＰ（Ｏｖｅｒ Ａｉｒ Ｐｏｒｔ））を配設し、二段燃焼用ポートから吹き出される二段燃焼用空気によって二段燃焼を行わせるようになっている。
特開平５−２３１６０９号公報
特開２００１−２３５１０３号公報
特開平５−１６８８５３号公報
特開２００７−１４７１６２号公報
しかしながら、通常のボイラ及び二段燃焼のボイラにおいては、ボイラから排出される排ガス中のＮＯxや、ＣＯ等の未燃分の量を制御することが困難であるという問題があった。また、従来は空気流量比率を変更して、排ガス中のＮＯxや、ＣＯ等の未燃分の量を制御することが検討されているが、好適に制御することができなかった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、ボイラから排出される排ガス中のＮＯxや、排ガスの未燃分の量を制御する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、複数のバーナを配設すると共に、複数のバーナに対応するように複数のポート部を形成する二段燃焼用ポートを配設したボイラと、
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法であって、
前記二段燃焼用ポートの複数のポート部に対し、前記制御部により第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整して酸素を供給し、酸素濃度を調整することからなり、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させる酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法、にかかるものである。
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法であって、
前記二段燃焼用ポートの複数のポート部に対し、前記制御部により第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整して酸素を供給し、酸素濃度を調整することからなり、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させる酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法、にかかるものである。
また、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法において、ボイラに配設された複数の二段燃焼用ポートに対し、二段燃焼用ポートごとに酸素濃度を調整することが好ましい。
本発明は、複数のバーナを配設すると共に、複数のバーナに対応するように複数のポート部を形成する二段燃焼用ポートを配設したボイラと、
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
を有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置であって、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部と
を備え、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させるように構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置、に係るものである。
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
を有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置であって、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部と
を備え、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させるように構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置、に係るものである。
また、上記酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置において、ボイラに配設された二段燃焼用ポートを複数にし、二段燃焼用ポートごとに酸素濃度を調整するように複数の分岐酸素供給系路を備えることが好ましい。
本発明の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置によれば、バーナと二段燃焼用ポートとを配設したボイラにおいて、二段燃焼用ポートから酸素を供給して酸素濃度を調整し、排ガスのＮＯx濃度、排ガスの未燃分を制御することができるという優れた効果を奏し得る。
３ ミル
４ ボイラ
５ ウィンドボックス
６ バーナ
７ 二段燃焼用ポート
９ 空気予熱器
１０ 排ガス処理装置
１２ 一次再循環系路
１４ 二次再循環系路
１９ 三次再循環系路
２０ 第三流量調節器（流量調節器）
２３ 酸素製造装置
２４ 二次酸素混合系路
２５ ダイレクト供給系路
２６ 酸素供給系路
２６ａ 第一の分岐酸素供給系路
２６ｂ 第二の分岐酸素供給系路
２６ｃ 第三の分岐酸素供給系路
２６ｄ 第四の分岐酸素供給系路
２７ 酸素流量調節器（流量調節器）
２８ 酸素濃度計
４ ボイラ
５ ウィンドボックス
６ バーナ
７ 二段燃焼用ポート
９ 空気予熱器
１０ 排ガス処理装置
１２ 一次再循環系路
１４ 二次再循環系路
１９ 三次再循環系路
２０ 第三流量調節器（流量調節器）
２３ 酸素製造装置
２４ 二次酸素混合系路
２５ ダイレクト供給系路
２６ 酸素供給系路
２６ａ 第一の分岐酸素供給系路
２６ｂ 第二の分岐酸素供給系路
２６ｃ 第三の分岐酸素供給系路
２６ｄ 第四の分岐酸素供給系路
２７ 酸素流量調節器（流量調節器）
２８ 酸素濃度計
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であって、１は石炭を貯留するコールバンカ、２はコールバンカ１に貯留された石炭を切り出す給炭機、３は給炭機２から供給される石炭を微粉砕し且つ乾燥させるミル、４は酸素燃焼ボイラ、５はボイラ４に取り付けられたウィンドボックス、６はウィンドボックス５内に配設され且つミル３から供給される微粉炭を燃焼させるバーナ、７はボイラ４でバーナ６の上方所要位置に配置される二段燃焼用ポート（いわゆるＯＡＰ（Ｏｖｅｒ Ａｉｒ Ｐｏｒｔ））、８はボイラ４から排出される排ガスが流れる排ガスライン、９は排ガスライン８を流れる排ガスと一次再循環排ガス並びに二次再循環排ガスとを熱交換させる空気予熱器、１０は空気予熱器９を通過した排ガスを処理する脱硫装置や集塵機等の排ガス処理装置、１１は排ガス処理装置１０で浄化された排ガスを一次再循環排ガス並びに二次再循環排ガスとして圧送する押込通風機（ＦＤＦ）、１２は押込通風機１１によって圧送される排ガスの一部を一次再循環排ガスとして空気予熱器９で予熱してミル３へ導く一次再循環系路、１３は一次再循環排ガスの流量を調節するための第一流量調節器、１４は押込通風機１１によって圧送される排ガスの他の一部を二次再循環排ガスとして空気予熱器９で予熱してウィンドボックス５へ導く二次再循環系路、１５は二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器、１６は排ガス処理装置１０で浄化された排ガスを取り入れてＣＯ２等を回収する回収装置、１７は排ガス処理装置１０の下流側に設けられ排ガスを誘引する誘引通風機（ＩＤＦ）、１８は排ガス処理装置１０で浄化され誘引通風機１７で誘引される排ガスを大気放出する煙突である。
ここで、ボイラ４のバーナ６は、炉幅方向へ複数列（図２では４列）ずつ且つ上下方向へ複数段（図２では２段）ずつで配設されており、ボイラ４の二段燃焼用ポート７は、各列のバーナ６と対応するようにバーナ６の上方所要位置に第一ポート部７ａ、第二ポート部７ｂ、第三ポート部７ｃ、第四ポート部７ｄを形成している。
二次再循環系路１４には、第二流量調節器１５とウィンドボックス５の間から分岐して二段燃焼用ポート７へ排ガスの一部を供給する三次再循環系路１９が備えられており、三次再循環系路１９は、中途位置から更に第一の分岐再循環系路１９ａ、第二の分岐再循環系路１９ｂ、第三の分岐再循環系路１９ｃ、第四の分岐再循環系路１９ｄに分岐し、第一ポート部７ａ、第二ポート部７ｂ、第三ポート部７ｃ、第四ポート部７ｄに対応するようになっている。ここで、二段燃焼用ポート７は４列に限定されるものでなく、他の複数列でも良く、同時に二段燃焼用ポート７が他の複数列の場合には、分岐再循環系路が複数列に対応し得るように構成されている。なお、図１中、分岐再循環系路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは符号１９ａで示している。
また、三次再循環系路１９には、二次再循環系路１４からの分岐位置と分岐再循環系路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄへの分岐位置との間に第三流量調節器２０が配置されており、第一の分岐再循環系路１９ａ、第二の分岐再循環系路１９ｂ、第三の分岐再循環系路１９ｃ、第四の分岐再循環系路１９ｄには、夫々、流量個別調節器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが備えられると共に個別の酸素濃度計２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが備えられている。なお、図１中、流量個別調節器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは符号２１ａで示し、個別の酸素濃度計２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは符号２２ａで示している。
全体構成には、空気を取り入れて酸素を製造する酸素製造装置２３が備えられると共に、酸素製造装置２３で製造した酸素の一部を二次酸素として二次再循環系路１４に供給する二次酸素混合系路２４が設けられており、二次酸素混合系路２４には、酸素の流量調節器（図示せず）が配置されている。ここで、図示例では二次酸素を空気予熱器９の下流側の二次再循環系路１４に供給する場合について例示したが、空気予熱器９の上流側に供給するようにしてもよい。
また、全体構成には、酸素製造装置２３で製造した酸素の他の一部を、ダイレクト供給酸素としてバーナ６に直接供給するダイレクト供給系路２５が設けられており、該ダイレクト供給系路２５にはダイレクト供給量調節器（図示せず）が備えられている。
更に、全体構成には、酸素製造装置２３で製造した酸素の残りをボイラ４の二段燃焼用ポート７に供給するよう、二次酸素混合系路２４及びダイレクト供給系路２５への分岐位置までの間から分岐する酸素供給系路２６が備えられており、酸素供給系路２６は、中途位置から第一の分岐酸素供給系路２６ａ、第二の分岐酸素供給系路２６ｂ、第三の分岐酸素供給系路２６ｃ、第四の分岐酸素供給系路２６ｄに分岐し、第一の分岐再循環系路１９ａ、第二の分岐再循環系路１９ｂ、第三の分岐再循環系路１９ｃ、第四の分岐再循環系路１９ｄに接続されている。また、酸素供給系路２６には、上流側に全体の酸素流量調節器２７が備えられると共に、下流側に全体の酸素濃度計２８が配置され、第一の分岐酸素供給系路２６ａ、第二の分岐酸素供給系路２６ｂ、第三の分岐酸素供給系路２６ｃ、第四の分岐酸素供給系路２６ｄには、夫々、酸素流量個別調節器２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが備えられている。なお、図１中、酸素供給系路２６はＡでつながることを示し、分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは符号２６ａで示し、酸素流量個別調節器２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄは符号２９ａで示している。
ここで、三次再循環系路１９の第三流量調節器２０、第一の分岐再循環系路１９ａの流量個別調節器２１ａ、第二の分岐再循環系路１９ｂの流量個別調節器２１ｂ、第三の分岐再循環系路１９ｃの流量個別調節器２１ｃ、第四の分岐再循環系路１９ｄの流量個別調節器２１ｄ、及び、酸素供給系路２６の全体の酸素流量調節器２７、第一の分岐酸素供給系路２６ａの酸素流量個別調節器２９ａ、第二の分岐酸素供給系路２６ｂの酸素流量個別調節器２９ｂ、第三の分岐酸素供給系路２６ｃの酸素流量個別調節器２９ｃ、第四の分岐酸素供給系路２６ｄの酸素流量個別調節器２９ｄは、全て制御部３０に接続されると共に、制御部３０は、排ガスライン８でボイラ４と空気予熱器９の間に配置されるＮＯx濃度計３１、酸素供給系路２６の酸素濃度計２８、第一の分岐再循環系路１９ａの個別の酸素濃度計２２ａ、第二の分岐再循環系路１９ｂの個別の酸素濃度計２２ｂ、第三の分岐再循環系路１９ｃの個別の酸素濃度計２２ｃ、第四の分岐再循環系路１９ｄの個別の酸素濃度計２２ｄ等の信号に基づいて夫々の調節器２０，２１ａ〜２１ｄ，２７，２９ａ〜２９ｄを制御するように処理手段Ｓａ、Ｓｂを備えている。ここで、制御部３０に入力される信号は、他のデータでも良く、ボイラ４の状況に対応して夫々の調節器２０，２１ａ〜２１ｄ，２７，２９ａ〜２９ｄを制御するならば特に限定されるものではない。
次に、上記図示例の作用を説明する。
ボイラ４においては、コールバンカ１に貯留された石炭が給炭機２によりミル３へ投入され、該ミル３において石炭が微粉砕され微粉炭にされると共に、押込通風機１１（ＦＤＦ）により排ガス処理装置１０の下流から取り出した排ガスの一部である一次再循環排ガスが一次再循環系路１２によりミル３内へ導入され、一次再循環排ガスによりミル３へ投入される石炭の乾燥が行われつつ、微粉砕された微粉炭がボイラ４のバーナ６へ搬送される。
一方、ボイラ４のウィンドボックス５には、前記押込通風機１１からの排ガスの他の一部が二次再循環排ガスとして二次再循環系路１４によって供給されると共に、ボイラ４の二段燃焼用ポート７には、二次再循環系路１４で供給される二次再循環ガス（排ガス）の一部が三次再循環系路１９及び夫々の分岐再循環系路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって供給される。
また、酸素製造装置２３で製造した酸素の一部が二次酸素混合系路２４によって前記二次再循環系路１４に供給されると共に、酸素製造装置２３からの酸素の他の一部がダイレクト供給系路２５によって前記バーナ６に直接供給され、更に、酸素製造装置２３からの酸素の残りが酸素供給系路２６及び夫々の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを介して対応の夫々の分岐再循環系路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって供給される。ここで、酸素供給系路２６等を介して二段燃焼用ポート７に供給する酸素は、排ガスと共に供給しても良いし、排ガスと混合することなく直接供給しても良い。
従って、ミル３から一次再循環排ガスによってバーナ６に供給された微粉炭は、酸素が混合されてウィンドボックス５に供給される二次再循環ガスと、バーナ６に直接供給されるダイレクト供給酸素と、酸素が混合されて二段燃焼用ポート７に供給される排ガスとにより燃焼される。燃焼によって生じた排ガスは、空気予熱器９により一次再循環排ガス及び二次再循環排ガスを予熱し、更に排ガス処理装置１０により処理された後、一部は押込通風機１１と回収装置１６に導かれ、残りは誘引通風機１７（ＩＤＦ）により誘引されて煙突１８から大気放出される。前記回収装置１６に取り入れられた排ガスはＣＯ２等の回収が行われる。
ここで、ボイラ４の燃焼状態は、種々の条件によって変化するため、ボイラ４の燃焼状態によるＮＯxの濃度、排ガスのＣＯ等の未燃分、火炉収熱を調整し得るよう、制御部３０の制御手段Ｓａにおいて、ＮＯx濃度計３１、酸素供給系路２６の酸素濃度計２８、夫々の分岐再循環系路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの個別の酸素濃度計２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからデータを集めると共に、操作者の要求等を含めてボイラ４の燃焼状態を判断し、制御部３０の制御手段Ｓｂにより、三次再循環系路１９の第三流量調節器２０、夫々の分岐再循環系路の流量個別調節器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、酸素供給系路２６の全体の酸素流量調節器２７、夫々の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの酸素流量個別調節器２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを調整して二段燃焼用ポート７への酸素の供給量を制御する。
具体的には、排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる要求がある場合（ステップＳａ１）には、酸素供給系路２６の酸素濃度計２８を測定しつつ、第三流量調節器２０、酸素流量調節器２７を操作して二段燃焼用ポート７へ供給する酸素を減らし（ステップＳｂ１）、酸素濃度を減少させて全体のＮＯx濃度を下げる。また、ボイラ４の全体の収熱を上げる要求がある場合（ステップＳａ２）や、全体の排ガスに含まれる未燃分の排出量を下げる要求がある場合（ステップＳａ３）には、酸素供給系路２６の酸素濃度計２８を測定しつつ、第三流量調節器２０、酸素流量調節器２７を操作して二段燃焼用ポート７へ供給する酸素を増やし（ステップＳｂ２）、酸素濃度を増加させてボイラ４の全体の収熱を上げ、若しくは全体の排ガスに含まれる未燃分の排出量を下げる。
また、排ガスの未燃分が許容値であってボイラ４の火炉の一部分（特に炉幅方向）でＮＯx濃度を下げる要求がある場合（ステップＳａ４）には、夫々の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの酸素濃度計２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを測定しつつ、対応の流量個別調節器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、夫々の酸素流量個別調節器２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを操作して二段燃焼用ポート７のポート部へ供給する酸素を減らし（ステップＳｂ３）、酸素濃度を減少させてボイラ４の火炉の一部分（特に炉幅方向）でＮＯx濃度を下げる。更に、ボイラ４の火炉の一部分で収熱を上げる要求がある場合（ステップＳａ５）や、火炉の一部分で排ガスに含まれる未燃分の排出量を下げる要求がある場合（ステップＳａ６）には、夫々の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの酸素濃度計２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを測定しつつ、対応の流量個別調節器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、夫々の酸素流量個別調節器２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを操作して二段燃焼用ポート７へ供給する酸素を増やし（ステップＳｂ４）、酸素濃度を増加させてボイラ４の火炉の一部分で収熱を上げ、若しくはボイラ４の火炉の一部分で排ガスに含まれる未燃分の排出量を下げる。
また、本発明者らは、微粉炭を酸素燃焼する試験ボイラにおいて、二段燃焼用ポート７へ供給する酸素濃度を調整した際には、図４に示す試験結果を得ており、図４に示す如く、二段燃焼用ポート７への酸素濃度を下げた場合にはＮＯx濃度を減らすようにＮＯx濃度の制御が可能となり、また、二段燃焼用ポート７への酸素濃度を上げた場合には排ガス中の未燃分の排出量を少なくした燃焼が可能となることを明らかにしている。
このように、バーナ６と二段燃焼用ポート７とを配設したボイラ４において、二段燃焼用ポート７から酸素を供給して酸素濃度を調整し、排ガスのＮＯx濃度、排ガスの未燃分の排出量、火炉の収熱を制御することができる。
また、実施の形態例において、排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、流量調節器により二段燃焼用ポート７への再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポート７への酸素濃度を減少させ、ボイラ４の全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、流量調節器により二段燃焼用ポート７への再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポート７への酸素濃度を増加させるように構成すると、二段燃焼用ポート７から酸素を供給して酸素濃度を的確に調整するので、排ガスのＮＯx濃度、排ガスの未燃分の排出量、火炉の収熱を好適に制御することができる。
更に、実施の形態例において、ボイラ４に配設された二段燃焼用ポート７を複数にし、二段燃焼用ポート７ごとに酸素濃度を調整するように複数の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを備えると、ボイラ４の火炉の一部分でＮＯx濃度を下げる場合、ボイラ４の火炉の一部分で収熱を上げる場合、火炉の一部分で排ガスに含まれる未燃分の排出量を下げる場合に対応して夫々の分岐酸素供給系路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄから酸素を供給し、夫々の酸素濃度を的確に調整し得るので、排ガスのＮＯx濃度、排ガスの未燃分の排出量、火炉の収熱を一層好適に制御することができる。
また、二次再循環系路１４で供給される排ガスの一部をボイラ４の二段燃焼用ポート７に供給する三次再循環系路１９を備えると、二段燃焼用ポート７へ酸素を容易に制御して酸素濃度を調整するので、排ガスのＮＯx濃度、排ガスの未燃分の排出量、火炉の収熱を簡易且つ的確に制御することができる。
尚、本発明の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
Claims (4)
- 複数のバーナを配設すると共に、複数のバーナに対応するように複数のポート部を形成する二段燃焼用ポートを配設したボイラと、
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部とを有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法であって、
前記二段燃焼用ポートの複数のポート部に対し、前記制御部により第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整して酸素を供給し、酸素濃度を調整することからなり、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させることを特徴とする酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。 - ボイラに配設された複数の二段燃焼用ポートに対し、二段燃焼用ポートごとに酸素濃度を調整する請求項１に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法。
- 複数のバーナを配設すると共に、複数のバーナに対応するように複数のポート部を形成する二段燃焼用ポートを配設したボイラと、
該ボイラから排出されて再循環する排ガスの一部を一次再循環排ガスとしてミルへ導入し、該ミルで粉砕された微粉炭を前記一次再循環排ガスによりボイラのバーナへ供給する一次再循環系路と、
再循環する排ガスの他の一部をボイラのウィンドボックスに供給する二次再循環系路と、
酸素製造装置と、
該酸素製造装置で製造した酸素の一部を前記バーナに直接供給するダイレクト供給系路と、
該酸素製造装置で製造した酸素の他の一部を前記二次再循環系路に供給する二次酸素混合系路と、
を有する酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置であって、
二次再循環排ガスの流量を調節するための第二流量調節器とウィンドボックスの間から複数の分岐再循環系路に分岐して、前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ再循環の排ガスの一部を供給する三次再循環系路と、
該三次再循環系路に配置されて流量を調整する第三流量調節器と、
前記分岐再循環系路に配置されて流量を調節する流量個別調節器と、
二次酸素混合系路及びダイレクト供給系路への分岐位置までの間から複数の分岐酸素供給系路に分岐して前記二段燃焼用ポートの複数のポート部へ酸素を供給する酸素供給系路と、
該酸素供給系路に配置されて流量を調整する酸素流量調節器と、
前記分岐酸素供給系路に配置されて流量を調節する酸素流量個別調節器と、
前記酸素供給系路の酸素濃度及び分岐再循環系路の酸素濃度のデータを集めて第三流量調整器、流量個別調節器、酸素流量調節器、酸素流量個別調節器を調整する制御部と
を備え、
排ガスの未燃分が許容値であって全体のＮＯx濃度を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を増やす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を減少させ、ボイラの全体の収熱を上げる場合や全体の排ガスの未燃分を下げる場合には、第三流量調節器、酸素流量調節器により二段燃焼用ポートへの再循環排ガス量を減らす方向に調整して二段燃焼用ポートへの酸素濃度を増加させるように構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。 - ボイラに配設された二段燃焼用ポートを複数にし、二段燃焼用ポートごとに酸素濃度を調整するように複数の分岐酸素供給系路を備えた請求項３に記載の酸素燃焼ボイラの排ガス制御装置。
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