JP2016114309A - 酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置 - Google Patents

酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排ガスクーラ出口を酸露点以上の温度に保持し得、脱塵装置の硫酸腐食を防止し得る酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置を提供する。【解決手段】予熱器４を迂回するよう燃焼用ガスを流通させる燃焼用ガスバイパスライン１２を設けると共に、燃焼用ガスバイパスライン１２に燃焼用ガス流量調節ダンパ１３を設け、脱塵装置６の入口温度１４ａを温度計１４によって測定し、温度計１４で測定された入口温度１４ａを制御器１５へ入力し、制御器１５に予め設定された酸露点以上の設定温度との比較結果に基づいて制御器１５から燃焼用ガス流量調節ダンパ１３へ開度調節信号１３ａを出力することにより、入口温度１４ａを酸露点以上の設定温度とする。【選択図】図１

Description

本発明は、酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置に関するものである。
近年の石油及び天然ガスの需要の増大に伴う価格高騰等の情勢から、微粉炭焚ボイラを用いた石炭火力発電設備が重要な役割を占めるようになってきている。従来の微粉炭焚ボイラには、空気を燃焼用ガスとした空気燃焼ボイラが一般に使用されてきた。
石炭燃焼それ自体には、石油・天然ガス燃焼と比較してＣＯ2排出量が多いという問題点があるため、石炭火力への依存比率の上昇に伴うＣＯ2排出量増大は、地球温暖化防止の観点から、回避しなければならない重要な課題である。
又、空気燃焼ボイラでは、排ガス中に多量の窒素が含まれることになるため、排ガスから窒素及びＣＯ2を分離回収する作業が面倒になるという問題がある。
そこで、大気中へのＣＯ2排出量を大幅に削減できる手法として、酸素燃焼ボイラが注目され、その開発が進められている。
前記酸素燃焼ボイラでは、微粉炭を燃やす酸素燃焼ボイラから排出される排ガスの大半を煙道の中途から抜き出し、この抜き出した排ガスと酸素製造装置で製造した酸素とを混合して酸素濃度を調整した燃焼用ガスを前記酸素燃焼ボイラに供給するようにした排ガス再循環方式が採用されている。この排ガス再循環方式の酸素燃焼ボイラによれば、排ガス中に窒素が含まれず、排出される最終的な排ガスのＣＯ2濃度が飛躍的に高まり、よって、排ガスからのＣＯ2の分離回収作業が容易になる。
尚、酸素燃焼ボイラと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２０１４−５９１０４号公報
ところで、酸素燃焼ボイラにおける酸素燃焼運転時には、再循環される燃焼用ガスを予熱する予熱器の低温側入口ガス温度は、空気燃焼と異なり１００℃〜１５０℃程度となる。従って、必然的に高温側出口排ガス温度も空気燃焼運転時より上がり、１８０℃〜２３０℃程度となる。この場合、低温端メタル温度は、酸露点（亜硫酸ガスが硫酸となって結露する温度）以下になることはない。即ち、前記予熱器の排ガス出口において、酸露点腐食防止のための温度制御は行う必要がなくなる。
しかしながら、前記予熱器を通過した排ガスは、排ガスクーラで更に冷却され、脱塵装置入口で１３０℃〜１５０℃程度になる。このため、排ガスクーラ出口（即ち、脱塵装置入口）での硫酸腐食を防止する必要があり、酸露点以上の温度での温度制御が必要となるが、具体的な対策は講じられていないのが現状であった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、排ガスクーラ出口を酸露点以上の温度に保持し得、脱塵装置の硫酸腐食を防止し得る酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置を提供しようとするものである。
本発明は、燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱する予熱器と、該予熱器を通過した排ガスを冷却する排ガスクーラと、該排ガスクーラで冷却された排ガス中の煤塵を捕集する脱塵装置と、該脱塵装置で煤塵が捕集された排ガスを前記ボイラの燃焼用ガスの一部として再循環させる排ガス再循環ラインと、該排ガス再循環ラインにより再循環される排ガスに酸素を供給する酸素製造装置とを備えた酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法であって、
前記脱塵装置の入口温度を測定し、該測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記燃焼用ガスを予熱器を迂回させて流通させることを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法にかかるものである。
前記酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法においては、前記燃焼用ガスの予熱器の迂回による入口温度制御が限界に達した後、前記測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガスを排ガスクーラを迂回させて流通させることが好ましい。
又、本発明は、燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱する予熱器と、該予熱器を通過した排ガスを冷却する排ガスクーラと、該排ガスクーラで冷却された排ガス中の煤塵を捕集する脱塵装置と、該脱塵装置で煤塵が捕集された排ガスを前記ボイラの燃焼用ガスの一部として再循環させる排ガス再循環ラインと、該排ガス再循環ラインにより再循環される排ガスに酸素を供給する酸素製造装置とを備えた酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置であって、
前記予熱器を迂回するよう前記燃焼用ガスを流通させる燃焼用ガスバイパスラインと、
該燃焼用ガスバイパスラインに設けられた燃焼用ガス流量調節ダンパと、
前記脱塵装置の入口温度を測定する温度計と、
該温度計で測定された入口温度を酸露点以上の設定温度とするよう前記燃焼用ガス流量調節ダンパへ開度調節信号を出力する制御器と
を備えたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置にかかるものである。
前記酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置においては、前記排ガスクーラを迂回するよう前記排ガスを流通させる排ガスバイパスラインと、
該排ガスバイパスラインに設けられた排ガス流量調節ダンパとを備え、
前記制御器は、前記燃焼用ガス流量調節ダンパが全開となって入口温度制御が限界に達した後、前記温度計で測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガス流量調節ダンパへ開度調節信号を出力することが好ましい。
本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置によれば、排ガスクーラ出口を酸露点以上の温度に保持し得、脱塵装置の硫酸腐食を防止し得るという優れた効果を奏し得る。
本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第一実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第一実施例における制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第二実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第二実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
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及び図２は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第一実施例である。
図１に示す酸素燃焼ボイラ設備は、ボイラ１と、ミル２と、予熱器３，４と、排ガスクーラ５と、脱塵装置６と、誘引通風機７（ＩＤＦ）と、排ガスライン８と、排ガス再循環ライン８Ｒと、押込通風機９（ＦＤＦ）と、脱水装置１０と、酸素製造装置１１とを備えている。
前記ボイラ１は、燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生し、排ガスを排ガスライン８へ排出するようになっている。前記ミル２は、前記燃料としての石炭を微粉砕するようになっている。前記予熱器３は、前記ミル２へ導入される搬送用ガスを前記ボイラ１から排出される排ガスによって予熱するようになっている。前記予熱器４は、前記ボイラ１から排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱するようになっている。前記排ガスクーラ５は、前記予熱器４を通過した排ガスを冷却するようになっている。前記脱塵装置６は、バグフィルタ或いは電気集塵機であって、前記排ガスクーラ５で冷却された排ガス中の煤塵を捕集するようになっている。前記排ガス再循環ライン８Ｒは、前記脱塵装置６で煤塵が捕集された排ガスを前記誘引通風機７と押込通風機９の作動により前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして再循環させるようになっている。前記脱水装置１０は、前記微粉炭の搬送用ガスとして再循環される排ガスから水分を除去するようになっている。前記酸素製造装置１１は、前記ボイラ１の燃焼用ガスとして再循環される排ガスに酸素を供給するようになっている。
本第一実施例の場合、前記予熱器４を迂回して前記燃焼用ガスが流通するよう、排ガス再循環ライン８Ｒにおける予熱器４の入側位置と出側位置とをつなぐ燃焼用ガスバイパスライン１２を設けると共に、該燃焼用ガスバイパスライン１２に燃焼用ガス流量調節ダンパ１３を設け、前記脱塵装置６の入口温度１４ａを温度計１４によって測定するようにしている。そして、前記温度計１４で測定された入口温度１４ａを制御器１５へ入力し、該制御器１５に予め設定された酸露点以上の設定温度（例えば、１５０℃）との比較結果に基づいて制御器１５から前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３へ開度調節信号１３ａを出力することにより、前記入口温度１４ａを酸露点以上の設定温度とするよう構成してある。
本第一実施例における制御の流れは、図２に示すフローチャートのようになる。先ず、ステップＳ１において、前記温度計１４によって脱塵装置６の入口温度１４ａを測定する。続くステップＳ２において、前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度であるか否かの判定を行う。前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度でないと判定された場合、ステップＳ３において、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節を行う。再び前記ステップＳ１に戻って脱塵装置６の入口温度１４ａを測定し、続くステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていれば、制御を終了するようになっている。前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていないと判定された場合、前記ステップＳ３で前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節による入口温度制御を繰り返し行うようになっている。
次に、上記第一実施例の作用を説明する。
ミル２で石炭を微粉砕した燃料としての微粉炭は、予熱器３で予熱された搬送用ガスによりボイラ１へ供給され、該ボイラ１において予熱器４で予熱された燃焼用ガスにより燃焼し、その燃焼熱によって蒸気が発生される。
前記ボイラ１から排ガスライン８へ排出される排ガスは、予熱器３を通過する際に前記搬送用ガスに熱を与え、更に予熱器４を通過する際に前記燃焼用ガスに熱を与える。
酸素燃焼ボイラ設備の酸素燃焼運転時には、前記排ガスは、排ガスクーラ５で冷却された後、脱塵装置６で煤塵が捕集され、誘引通風機７と押込通風機９の作動により排ガス再循環ライン８Ｒから前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして再循環される。
そして、前記酸素燃焼ボイラ設備の酸素燃焼運転時には、温度計１４によって脱塵装置６の入口温度１４ａが測定され（図２のステップＳ１参照）、前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度であるか否かの判定が行われる（図２のステップＳ２参照）。
前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度でない場合、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節が行われ（図２のステップＳ３参照）、予熱器４を迂回して燃焼用ガスバイパスライン１２を流れる燃焼用ガスの流量が増加され、予熱器４の高温側出口排ガス温度の上昇が図られる。この後、再び前記ステップＳ１に戻って脱塵装置６の入口温度１４ａが測定され、続くステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていれば、制御は終了となる。
前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていない場合、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節による入口温度制御が繰り返し行われる。
この結果、前記予熱器４を通過した排ガスが、排ガスクーラ５で更に冷却され、脱塵装置６入口で硫酸腐食が懸念される温度になる場合には、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節を行い、予熱器４の高温側出口排ガス温度を上昇させることにより、排ガスの温度低下が抑えられる。
こうして、排ガスクーラ５出口を酸露点以上の温度に保持し得、脱塵装置６の硫酸腐食を防止し得る。
図３及び図４は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置の第二実施例である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。基本的な構成は図１及び図２に示す第一実施例と同様であるが、本第二実施例の特徴とするところは、図３及び図４に示す如く、前記排ガスクーラ５を迂回して前記排ガスが流通するよう、排ガスライン８における排ガスクーラ５の入側位置と出側位置とをつなぐ排ガスバイパスライン１６を設けると共に、該排ガスバイパスライン１６に排ガス流量調節ダンパ１７を設けた点にある。そして、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界（即ち、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３が全開）に達した後、前記入口温度１４ａと設定温度との比較結果に基づいて前記制御器１５から前記排ガス流量調節ダンパ１７へ開度調節信号１７ａを出力することにより、前記入口温度１４ａが酸露点以上の設定温度となるよう構成してある。
本第二実施例における制御の流れは、図４に示すフローチャートのようになる。先ず、ステップＳ１において、前記温度計１４によって脱塵装置６の入口温度１４ａを測定する。続くステップＳ２において、前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度であるか否かの判定を行う。前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度でないと判定された場合、ステップＳ４において、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界であるか否かの判定を行う。前記ステップＳ４で前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界でないと判定された場合、ステップＳ３において、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節を行う。再び前記ステップＳ１に戻って脱塵装置６の入口温度１４ａを測定し、続くステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていれば、制御を終了するようになっている。前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていないと判定された場合、前記ステップＳ４を経て、ステップＳ３で前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節による入口温度制御を繰り返し行う。その後、前記ステップＳ４で燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界に達していると判断された場合、ステップＳ５において、排ガス流量調節ダンパ１７の開度調節を行い、前記ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５の処理と判定を繰り返し行う。前記ステップＳ５における排ガス流量調節ダンパ１７の開度調節は、前記入口温度１４ａが酸露点以上の設定温度になるまで継続するようになっている。
次に、上記第二実施例の作用を説明する。
第二実施例においても、前記酸素燃焼ボイラ設備の酸素燃焼運転時には、温度計１４によって脱塵装置６の入口温度１４ａが測定され（図２のステップＳ１参照）、前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度であるか否かの判定が行われる（図２のステップＳ２参照）。
前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度でない場合、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界（即ち、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３が全開）であるか否かの判定が行われる（図２のステップＳ４参照）。
前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界でない場合、該燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節が行われ（図２のステップＳ３参照）、予熱器４を迂回して燃焼用ガスバイパスライン１２を流れる燃焼用ガスの流量が増加され、予熱器４の高温側出口排ガス温度の上昇が図られる。この後、再び前記ステップＳ１に戻って脱塵装置６の入口温度１４ａが測定され、続くステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていれば、制御は終了となる。
前記ステップＳ２で前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっていない場合、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節による入口温度制御が繰り返し行われる。前記入口温度１４ａが酸露点以上の温度になっておらず、且つ燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界に達している場合、排ガス流量調節ダンパ１７の開度調節が行われ（図２のステップＳ５参照）、排ガスクーラ５を迂回して排ガスバイパスライン１６を流れる排ガスの流量が増加され、排ガスクーラ５の出口排ガス温度の上昇が図られる。前記排ガス流量調節ダンパ１７の開度調節は、前記入口温度１４ａが酸露点以上の設定温度になるまで継続される。
この結果、第二実施例において、前記予熱器４を通過した排ガスが、排ガスクーラ５で更に冷却され、脱塵装置６入口で硫酸腐食が懸念される温度になる場合には、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３の開度調節を行い、予熱器４の高温側出口排ガス温度を上昇させ、更に必要に応じて前記排ガス流量調節ダンパ１７の開度調節を行い、排ガスクーラ５で冷却される排ガスの量を減少させることにより、排ガスの温度低下が抑えられる。
こうして、第二実施例の場合も、第一実施例の場合と同様、排ガスクーラ５出口を酸露点以上の温度に保持し得、脱塵装置６の硫酸腐食を防止し得る。
本発明の制御方法において、第二実施例の如く、前記燃焼用ガスの予熱器４の迂回による入口温度制御が限界に達した後、前記測定された入口温度１４ａが酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガスを排ガスクーラ５を迂回させて流通させると、制御の幅が広がり、脱塵装置６の硫酸腐食を防止する上でより好ましい。
又、本発明の制御装置においては、第二実施例の如く、前記排ガスクーラ５を迂回するよう前記排ガスを流通させる排ガスバイパスライン１６と、該排ガスバイパスライン１６に設けられた排ガス流量調節ダンパ１７とを備えることができる。この場合、前記制御器１５は、前記燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御が限界に達した後、前記温度計１４で測定された入口温度１４ａが酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガス流量調節ダンパ１７へ開度調節信号１７ａを出力する。これにより、燃焼用ガス流量調節ダンパ１３による入口温度制御のバックアップとして排ガス流量調節ダンパ１７による入口温度制御が行われるため、制御の幅が広がり、脱塵装置６の硫酸腐食を防止する上でより好ましい。
尚、本発明の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法及び装置は、上述の実施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。
１ ボイラ
４ 予熱器
５ 排ガスクーラ
６ 脱塵装置
８Ｒ 排ガス再循環ライン
１１ 酸素製造装置
１２ 燃焼用ガスバイパスライン
１３ 燃焼用ガス流量調節ダンパ
１３ａ 開度調節信号
１４ 温度計
１４ａ 入口温度
１５ 制御器
１６ 排ガスバイパスライン
１７ 排ガス流量調節ダンパ
１７ａ 開度調節信号

Claims (4)

  1. 燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱する予熱器と、該予熱器を通過した排ガスを冷却する排ガスクーラと、該排ガスクーラで冷却された排ガス中の煤塵を捕集する脱塵装置と、該脱塵装置で煤塵が捕集された排ガスを前記ボイラの燃焼用ガスの一部として再循環させる排ガス再循環ラインと、該排ガス再循環ラインにより再循環される排ガスに酸素を供給する酸素製造装置とを備えた酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法であって、
    前記脱塵装置の入口温度を測定し、該測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記燃焼用ガスを予熱器を迂回させて流通させることを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法。
  2. 前記燃焼用ガスの予熱器の迂回による入口温度制御が限界に達した後、前記測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガスを排ガスクーラを迂回させて流通させる請求項１記載の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御方法。
  3. 燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱する予熱器と、該予熱器を通過した排ガスを冷却する排ガスクーラと、該排ガスクーラで冷却された排ガス中の煤塵を捕集する脱塵装置と、該脱塵装置で煤塵が捕集された排ガスを前記ボイラの燃焼用ガスの一部として再循環させる排ガス再循環ラインと、該排ガス再循環ラインにより再循環される排ガスに酸素を供給する酸素製造装置とを備えた酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置であって、
    前記予熱器を迂回するよう前記燃焼用ガスを流通させる燃焼用ガスバイパスラインと、
    該燃焼用ガスバイパスラインに設けられた燃焼用ガス流量調節ダンパと、
    前記脱塵装置の入口温度を測定する温度計と、
    該温度計で測定された入口温度を酸露点以上の設定温度とするよう前記燃焼用ガス流量調節ダンパへ開度調節信号を出力する制御器と
    を備えたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置。
  4. 前記排ガスクーラを迂回するよう前記排ガスを流通させる排ガスバイパスラインと、
    該排ガスバイパスラインに設けられた排ガス流量調節ダンパとを備え、
    前記制御器は、前記燃焼用ガス流量調節ダンパが全開となって入口温度制御が限界に達した後、前記温度計で測定された入口温度が酸露点以上の設定温度となるよう前記排ガス流量調節ダンパへ開度調節信号を出力する請求項３記載の酸素燃焼ボイラ設備の脱塵装置入口温度制御装置。
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