锅炉的运转方法及锅炉设备与流程

本发明涉及一种锅炉的运转方法及锅炉设备。

背景技术：

锅炉具备利用燃烧器等使固体燃料燃烧的炉膛(日文原文：火炉)及在该炉膛内沿着上下方向配设多个且进行热交换的传热管。另外，该传热管由下部传热部和上部传热部构成，下部传热部具备配设于炉膛下部的一次加热器、一次再热器及节煤器，上部传热部具备配设于炉膛上部的二次加热器、三次加热器、最终加热器及二次再热器。

在此种锅炉中，例如以煤为固体燃料的微粉煤锅炉中，有时发生因煤的燃烧产生的燃烧气体中的灰分附着并堆积在炉膛的炉壁、传热管的成渣(slagging)、积垢(fouling)，形成灰附着层。若产生此种灰附着，则在传热管的传热面的蓄热率容易大幅降低。另外，若附着于炉壁的灰(熔渣)巨大化，则有时从炉壁等落下，发生炉内压的大幅变动、传热管的损伤、气体流路的闭塞等。

尤其，上部传热部具有在以比下部传热部更狭小的间隔配设的传热管之间流动燃烧气体进行热交换的结构，因此若灰附着于上部传热部，则容易发生炉内压的大幅变动、气体流路的闭塞，阻碍锅炉的稳定运转。另外，在燃烧器附近，因微粉煤的燃烧火焰的放射热而使炉壁附近的温度变高，因此灰容易熔融附着于较低温的传热管，炉膛的蓄热率容易降低。

为此，提出将发生该灰附着的可能性表示为指标，并根据该指标抑制灰附着的锅炉的运转方法(日本专利第5342355号公报)。就该以往的运转方法而言，着眼于附着在炉壁、传热管组的成分即炉渣，根据对各固体燃料计算出的炉渣比例和灰成分的组成，确定多种固体燃料的混合比率。具体而言，以往的锅炉的运转方法按照使灰附着率变低的方式确定炉渣比例的基准值，并按照使炉渣比例成为该基准值以下的方式确定多种固 体燃料的混合比率，由此抑制灰的附着。

然而，在上述以往的锅炉的运转方法中，有时无论是否抑制灰的附着，也会使炉膛的蓄热率降低。因此，期望能够抑制炉膛的蓄热率降低的新型的锅炉的运转方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5342355号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明基于如上所述的情况完成，其目的在于提供能够抑制炉膛的蓄热率降低的锅炉的运转方法及锅炉设备。

用于解决技术问题的手段

本发明人等进行深入研究，结果：在灰的附着为同等程度的情况下，使用含水矿物的含量大的固体燃料时容易引起炉膛蓄热率降低，因此注目于多种固体燃料的混合体整体的灰分中的含水矿物的含有率。其结果可知：因由从含水矿物释放结晶水所致的多孔状的灰的附着而使灰附着层绝热层化，由此使炉膛蓄热率降低。而且，本发明人等发现：通过按照使上述含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定多种固体燃料的混合比例，从而为了能够抑制炉膛蓄热率降低而容易稳定运用锅炉，以至完成本发明。

即，为了解决上述技术问题而完成的发明为将多种固体燃料混合而使其燃烧的锅炉的运转方法，其特征在于，该方法具备：获取上述多种固体燃料中的灰分的含有率及该灰分中的至少1种含水矿物的含有率的工序；和根据上述获取工序中得到的上述多种固体燃料各自的上述灰分的含有率及上述至少1种含水矿物的含有率，按照使上述多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述至少1种含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例的工序。

该锅炉的运转方法由于按照使上述含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定多种固体燃料的混合比例，因此能够抑制由从含水矿物释放 结晶水所致的多孔状的灰的附着。由此，使附着灰的绝热性降低，因此该锅炉的运转方法可以抑制炉膛蓄热率降低。

上述至少1种含水矿物可以为高岭土或石膏。高岭土及石膏在锅炉中所使用的固体燃料含有的含水矿物中所占的比例较大，容易成为炉膛蓄热率降低的主要原因。因此，通过使上述至少1种含水矿物为高岭土或石膏，从而可以更可靠地抑制炉膛蓄热率的降低。

作为上述基准值，优选40质量％。这样，通过使上述基准值为40质量％，从而可以更可靠地抑制炉膛蓄热率的降低。

上述固体燃料可以为煤。在固体燃料为煤的锅炉中，尤其容易发生炉膛蓄热率的降低。因此，可以适合使用能够抑制炉膛蓄热率降低的该锅炉的运转方法。

因此，该锅炉的运转方法适合被用于使用以煤为固体燃料的锅炉设备的火力发电工厂设备。

为了解决上述技术问题而完成的另一发明为将多种固体燃料混合而使其燃烧的锅炉设备，其特征在于，该锅炉设备具备：供给机构，分别供给上述多种固体燃料的多个机构；混合机构，将从上述多个供给机构供给的多种固体燃料混合的机构；粉碎机构，将用上述混合机构混合的固体燃料粉碎的机构；锅炉，将用上述粉碎机构粉碎的固体燃料进行燃烧；确定机构，根据上述多种固体燃料各自的灰分的含有率及该灰分中的至少1种含水矿物的含有率，按照使上述多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述至少1种含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例的机构；和调整机构，按照由上述确定机构确定的上述多种固体燃料的混合比例调整从上述供给机构导入到混合机构的上述多种固体燃料各自的供给量的机构。

该锅炉设备按照使多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述至少1种含水矿物的含有率成为基准值以下的方式调整上述多种固体燃料的混合比例，将固体燃料供给到锅炉。因此，该锅炉设备由于炉膛蓄热率不易降低，因此容易稳定运用。

在此，“含水矿物”是指：在晶体结构中包含水分子或羟基(OH)作为成分、并且脱水开始温度为1000℃以下的矿物。另外，“高岭土”是指： 粘土矿物的一组中高岭石、珍珠陶土、地开石的统称，且化学成分以Al₂Si₂O₅(OH)₄表示的矿物。“石膏”是指化学成分以CaSO₄·2H₂O表示的矿物。

发明效果

如以上说明的那样，本发明的锅炉的运转方法及锅炉设备可以抑制炉膛蓄热率降低。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式的锅炉设备的示意图。

图2为表示本发明的一个实施方式的锅炉的运转方法的步骤的流程图。

图3为表示高岭土含有率与炉膛蓄热率的关系的图表。

具体实施方式

以下，采用火力发电工厂设备对本发明的锅炉的运转方法及锅炉设备的实施方式进行说明。

上述火力发电工厂设备具备该锅炉设备、蒸气涡轮机发电机设备及冷凝水供水设备。

<锅炉设备>

图1所示的锅炉设备为将多种固体燃料混合而使其燃烧的锅炉设备。该锅炉设备具备料斗1、混合机2、粉碎机3、锅炉4、处理器5及供给量调整装置6。

(料斗)

料斗1为供给固体燃料的机构，该锅炉设备具备分别供给多种固体燃料的料斗1。予以说明，在图1中示出具备分别供给2种固体燃料的2个料斗1的情况，但是固体燃料也可以为3种以上。此时，该锅炉设备具备与固体燃料的种类相同数量的料斗1。

料斗1具有储藏上述固体燃料的储藏槽，可以使固体燃料从位于该储藏槽的底部的底开式的漏斗型的口落下而将其取出。

(混合机)

混合机2为将从上述料斗1供给的固体燃料混合的机构。作为混合机2，可以使用例如公知的鼓式混合机(drum mixer)等。

(粉碎机)

粉碎机3为将用混合机2混合的固体燃料粉碎的机构。作为粉碎机3，可以使用公知的立式轧制机(roller mill)等。

粉碎后的固体燃料的粒径并无特别限制，例如可以按照使粒径为75μm以下的固体燃料的比例达到75％以上且90％以下的方式进行粉碎。

(锅炉)

锅炉4将用上述粉碎机3粉碎的固体燃料进行燃烧。上述锅炉4主要具备燃烧器7、炉膛、传热管及烟囱。上述锅炉4将与空气一起吹入的固体燃料利用燃烧器7在炉膛中燃烧，并利用在该炉膛内沿着上下方向配设多个传热管进行热交换。通过该热交换而供给到上述传热管的供水被加热和加压，产生蒸气。另外，因此燃烧产生的燃烧气体从烟囱排出。

上述传热管根据所需的蒸气的温度及压力而适当构成，例如可以由下部传热部和上部传热部构成，下部传热部具备配设于炉膛下部的一次加热器、一次再热器及节煤器，上部传热部具备配设于炉膛上部的二次加热器、三次加热器、最终加热器及二次再热器。下部传热部主要对供给到锅炉4的供水进行预热，上部传热部主要生成高温高压的蒸气。另外，再热器对蒸气涡轮机等中运行的蒸气进行再次加热，制作在再热循环涡轮机中运行的蒸气。另外，节煤器利用所排出的燃烧气体的热对锅炉4的供水进行预热。

(处理器)

处理器5是：根据上述多种固体燃料各自的灰分的含有率及该灰分中的高岭土的含有率，按照使上述多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述高岭土的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例的机构。

处理器5通过后述的锅炉的运转方法的混合比例确定工序(S2)来计算多种固体燃料的混合比例。另外，处理器5根据所计算的混合比例来控制供给量调整装置6。

(供给量调整装置)

供给量调整装置6是：按照由上述处理器5确定的上述多种固体燃料的混合比例调整从上述料斗1导入到混合机2的上述多种固体燃料各自的供给量的机构。即，该锅炉设备具备对从与固体燃料的种类相同数量的各个料斗1连接于混合机2的各个配管各为1个、共计与固体燃料的种类相同数量的供给量调整装置6。该供给量调整装置6并无特别限定，例如可以使用从料斗1向混合机2中搬运固体燃料的链式传送带(chain conveyor)。此时，供给量的调整通过调整该传送带的移动速度来进行。

<锅炉的运转方法>

图2中示出使用该锅炉装置的锅炉的运转方法。该锅炉的运转方法为将多种固体燃料混合而使其燃烧的锅炉的运转方法。该锅炉的运转方法具备：获取上述多种固体燃料中的灰分的含有率及该灰分中的含水矿物即高岭土的含有率的工序(S1)；根据上述获取工序中得到的上述多种固体燃料各自的上述灰分的含有率及上述高岭土的含有率，按照使上述多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述高岭土的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例的工序(S2)；和根据确定的上述混合比例进行上述多种固体燃料的混合及向炉膛中的供给的工序(S3)。

该锅炉的运转方法中所使用的固体燃料只要使锅炉中所使用的燃料，则并无特别限定，例如可列举煤、污泥碳化物、生物质燃料等。其中，优选发热量大且适合用于火力发电工厂设备等的煤。

上述煤的种类并无特别限定。就该锅炉的运转方法而言，由于按照使灰分中的含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例，因此可以抑制由从含水矿物释放结晶水所致的多孔状的灰的附着。因此，即使是包含较大量的结晶水的煤，也可以进行混合。作为此种包含较大量的结晶水的煤，可列举无烟煤、沥青煤、亚沥青煤、褐煤、高硅石煤、高钙煤等。

(含有率获取工序)

在含有率获取工序(S1)中，获取多种固体燃料各自的灰分的含有率及该灰分中的高岭土的含有率。

固体燃料各自的灰分的含有率的测定方法并无特别限定，例如可以使用基于JIS-M-8812：2006的测定方法。

高岭土为含水矿物的一种，可以通过测定灰分中的含水矿物的含有率的方法来求得高岭土的含有率。灰分中的含水矿物的含有率的测定方法并无特别限定，例如可以使用CCSEM(Computer Controlled Scann ing Electron Microscopy)分析进行测定。具体而言，在CCSEM分析中，利用以下的步骤对含水矿物的质量比例进行定量化。首先，获取固体燃料的反射电子图像，通过二值化处理识别灰粒子。接着，对识别的各个粒子，由长短比、真圆度等形状、粒子截面积计算的圆当量直径等，同时识别粒子的重心点的坐标位置。在以这些信息为基础的各个粒子的重心点进行元素分析，由元素组成比辨别含水矿物，对质量比例进行定量化。在CCSEM分析中，通过软件使这些一系列的处理自动化，与求出以往的平均值的分析方法相比，能够以更短时间获取大量的个别粒子数据，因此有效地进行精度高的测定。这样，可以计算灰分中的含水矿物的含有率。

另外，在含有率获取工序(S1)中，除了上述灰分的测定外，最好还对各个固体燃料的发热量进行测定。这样，通过对各个固体燃料的发热量进行测定，从而在后述的混合供给工序(S3)中，容易按照使投入到锅炉的所混合的固体燃料的热量成为所需量的方式调整固体燃料的供给量，有效地进行锅炉的运转。在此，固体燃料的发热量例如可以按照基于JIS-M-8814：2003的测定方法使固体燃料燃烧来进行测定。

予以说明，为了得到灰分的含有率、灰分中的高岭土的含有率及固体燃料的发热量等，需要使各固体燃料在锅炉内燃烧，从而生成灰分。该燃烧未必需要使用实际所使用的实罐锅炉进行，例如也可以用燃烧试验炉来进行。

另外，获取的各个固体燃料的灰分的含有率、灰分中的高岭土的含有率及固体燃料的发热量等可以以数据的形式记录并保存于例如存储装置等中。通过这样地保存数据，从而以后可以利用该数据。另外，在使用上述已经保存数据的固体燃料的情况下，使用该数据进行含有率获取工序(S1)中的灰分的含有率、灰分中的高岭土的含有率及固体燃料的发热量等的获取，从而可以省略对其的测定。

(混合比例确定工序)

混合比例确定工序(S2)中，根据上述获取工序中得到的上述多种 固体燃料各自的上述灰分的含有率及上述高岭土的含有率，按照使上述多种固体燃料的混合体整体的灰分中的上述高岭土的含有率成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例。该工序通过该锅炉设备的处理器5来进行。

在将各固体燃料的灰分的含有率设为Ai、灰分中的高岭土的含有率设为Ki、相对于燃料整体的比例设为Wi时，混合体整体的灰分中的高岭土的含有率R可以利用下述式(1)来计算。

(数1)

$R=\frac{\mathrm{\&Sigma;}(W_i\&times;A_i\&times;K_i)}{\mathrm{\&Sigma;}(W_i\&times;A_i)}\mathrm{...}\left(1\right)$

混合比例确定工序(S2)中，按照使上述高岭土含有率R成为基准值以下的方式确定上述多种固体燃料的混合比例。该锅炉的运转方法可以通过使上述高岭土含有率R成为基准值以下来抑制炉膛蓄热率的降低。

在此，对能够通过使上述高岭土含有率R成为基准值以下来抑制炉膛蓄热率的降低的理由进行说明。锅炉运转时，燃烧的固体燃料的灰分附着于炉膛壁。该辅助于炉膛壁的灰分中所含的含水矿物因炉膛的燃烧热而释放该矿物中的结晶水。释放结晶水的含水矿物的粒子为多孔结构。包含此种呈多孔状的含水矿物的灰的有效导热率极低。因此认为：若含水矿物的含有率变高，则通过上述多孔结构而使附着灰成为绝热层，阻碍传热，炉膛蓄热率降低。与此相对，认为：若含水矿物的含有率为基准值以下，则降低该附着灰的绝热性，因此可以抑制炉膛蓄热率的降低。在此，高岭土在锅炉所使用的固体燃料含有的含水矿物中所占的质量比例大。因此，通过使上述高岭土含有率R为基准值以下，从而容易得到抑制上述炉膛蓄热率降低的效果。

本发明人为了根据上述理论确认到高岭土含有率R的最佳基准值而进行以下的试验。首先，作为固体燃料，准备3种煤。使用微粉煤火力锅炉(发电容量700MW)使煤燃烧，获取这3种煤的灰分的含有率及该灰分中的高岭土的含有率。予以说明，煤的灰分的含有率通过基于JIS-M-8812：2006的测定方法来进行。另外，灰分中的高岭土的含有率 通过使用CCSEM分析进行计算的方法来进行。

接着，使用这3种煤中的2种或3种的煤，确定八成的煤的混合比例，计算高岭土的含有率R。另外，将按照该混合比例混合了煤的八成的的混煤各个实罐锅炉中运用一定期间，求出该期间内的炉膛蓄热率的平均值。

这样得到表示高岭土含有率与炉膛蓄热率的关系的图3的图表。予以说明，炉膛蓄热率是指：以将八成的混炭中的1条件下的炉膛蓄热率设为1的标准值来表示，数值越大，炉膛蓄热率越高。由图3的图表明确可知：高岭土含有率与炉膛蓄热率存在相关关系，通过使高岭土含有率为一定值以下，从而可以抑制炉膛蓄热率的降低。即，可知：按照使高岭土含有率成为基准值以下的方式确定固体燃料的混合比例。

作为上述基准值，优选40质量％、更优选38质量％、进一步优选35质量％、特别优选30质量％。由图3的图表可知：在上述基准值大于上述值的情况下，炉膛蓄热率过度下降，因此存在无法充分抑制炉膛蓄热率降低的风险。

(混合供给工序)

混合供给工序(S3)中，根据上述混合比例确定工序(S2)中确定的上述混合比例，混合上述多种固体燃料，在粉碎后进行向炉膛中的供给。具体而言，利用该锅炉设备的处理器5控制供给量调整装置6，分别调整从料斗1送至混合机2的固体燃料的量。所混合的固体燃料被粉碎机3粉碎后，与空气一起被吹入锅炉4，将其进行燃烧。

(优点)

该锅炉的运转方法由于按照使上述含水矿物的含有率成为基准值以下的方式确定多种固体燃料的混合比例，因此可以抑制由从含水矿物释放结晶水所致的多孔状的灰的附着。由此，降低附着灰的隔热性，因此该锅炉的运转方法可以抑制炉膛蓄热率的降低。

<蒸气涡轮机发电机设备>

蒸气涡轮机发电机设备主要具备蒸气涡轮机及发电机。

上述蒸气涡轮机为将蒸气具有的能量借助涡轮机(叶轮)和轴转化为旋转运动的外燃机，其被该锅炉设备中生成的蒸气所驱动。

上述蒸气涡轮机并无特别限定，例如可以包括高温高压涡轮机、高温再热涡轮机及低压涡轮机。此时，该锅炉设备中生成的蒸气首先驱动高温高压涡轮机。因高温高压涡轮机的驱动而使该能量丧失，温度及压力下降的蒸气再度被该锅炉设备的再热器加热。通过被该再热器加热的高温蒸气来驱动高温再热涡轮机。进而，因高温再热涡轮机的驱动而使该能量丧失，温度及压力下降的蒸气在驱动低压涡轮机后被导入冷凝水供水设备。

被该蒸气驱动的高温高压涡轮机、高温再热涡轮机及低压涡轮机的动力驱动发电机，得到电输出。

<冷凝水供水设备>

冷凝水供水设备主要具备冷凝水器、泵、加热器及脱气器。

冷凝水供水设备将驱动蒸气涡轮机的蒸气利用冷凝水器进行冷却、并以冷凝水的形式回收。对该冷凝水，用泵进行加压，用加热器进行加热，并用脱气器进行脱气。该加压及加热后的冷凝水作为该锅炉设备的供水被供给到该锅炉设备的节煤器。

<优点>

使用该锅炉设备的火力发电工厂设备由于使用该锅炉的运转方法，因而炉膛蓄热率不易降低。因此，使用该锅炉设备的火力发电工厂设备容易稳定运用。

[其他实施方式]

予以说明，本发明的锅炉的运转方法及锅炉设备并不限定为上述实施方式。

在上述实施方式中，作为锅炉的运转方法及锅炉设备，对根据高岭土的含有率来确定多种固体燃料的混合比例的方法进行了说明，但是也可以根据灰分中的石膏的含有率、其他含水矿物的含有率来确定固体燃料的混合比例。

另外，作为锅炉的运转方法及锅炉设备，可以根据2种以上的含水矿物的含有率来确定混合比例。在根据2种以上的含水矿物的含有率确定混合比例的情况下，可以按照使含水矿物的含有率比例之和成为基准值以下的方式确定混合比例，另外，也可以按照使各个含水矿物的含有率比例成为基准值以下的方式确定混合比例。另外，在各个含水矿物的含有率比 例为基准值以下的情况下，该基准值可以按照各个含水矿物而有所不同。

实施例

以下，利用实施例对本发明进行更详细地说明，但是，本发明并不受这些实施例的限定。

(固体燃料)

首先，作为固体燃料，准备3种煤。使用微粉煤火力锅炉(发电容量700MW)而使煤燃烧，获取这3种煤的灰分的含有率及该灰分中的高岭土的含有率。予以说明，煤的灰分的含有率通过基于JIS-M-8812：2006的测定方法来进行。另外，灰分中的高岭土的含有率以使用CCSEM分析获取的高岭土的质量为基础来计算。将该结果示于表1中。

【表1】

(No.1～No.7)

接着，使用这3种煤中的2种或3种的煤，选定表2所示的No.1～No.7的煤的混合比例，计算灰分中的高岭土的含有率。另外，使用按照表2的混合比例混合了煤的混炭，将其在实罐锅炉运用一定期间，求得该期间内的炉膛蓄热率的平均值。将结果示于表2中。

【表2】

予以说明，表2中，炉膛蓄热率为以No.2的炉膛蓄热率进行标准化的值。

由表2可知：无论所混合的煤的种类如何，灰中的高岭土含有率与炉膛蓄热率的相关性均高，通过使高岭土含有率为基准值以下，从而可以抑制炉膛蓄热率降低。

另外，在灰分中的高岭土含有率为40％以下的No.1～No.6中，炉膛蓄热率超过0.95，与此相对，在高岭土含有率超过40％的No.7中，炉膛蓄热率低于0.95。由此可知：通过使高岭土含有率的基准值为40％，从而得到0.95以上的高炉膛蓄热率。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，本发明的锅炉的运转方法可以抑制炉膛蓄热率降低。

因此，使用该锅炉的运转方法的锅炉设备容易稳定运用。另外，使用该锅炉的运转方法的锅炉适合被用于火力发电工厂设备。

符号说明

1 料斗

2 混合机

3 粉碎机

4 锅炉

5 处理器

6 供给量调整装置

7 燃烧器