JP2006098030A - 固体燃料燃焼設備の燃料分配装置及びその分配方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 石炭焚ボイラプラント等において、固体燃料燃焼設備の固体燃料の分配量を調整可能とし、分配量の偏差を制御できる固体燃料分配装置及びその分配方法を提供すること。
【解決手段】各燃料配管７に固体燃料を分配する分配部６と前記各燃料配管７の接続部毎にそれぞれ独立して固体燃料の分配量を調整可能な分配量調整装置２０を設け、各燃料配管７における固体燃料の質量流量及び／又は固体燃料バーナ８の火炎温度などの計測値に応じて、各燃料配管７へ分配する固体燃料の分配量を調整、制御可能とし、分配量の偏差を制御できる固体燃料燃焼設備における固体燃料粉砕装置の燃料分配装置及びその分配方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭焚ボイラプラント等において、石炭等の固体燃料を粉砕装置で粉砕した後に、複数のバーナへ供給して燃焼させる設備で使用される際の粉砕装置から複数のバーナへ固体燃料を分配・搬送する燃料分配装置及びその分配方法に関する。

石炭焚きボイラプラントの敷地内に設けられた粉砕装置により石炭を粉砕して得られた微粉炭を燃料として燃焼させる火力発電用の石炭焚ボイラプラントでは、粉砕装置により粉砕されて微細粒化した微粉炭は、搬送用空気と混合されて混合流体となり、粉砕装置の混合流体の出口側に設けられた分配部により複数の燃料配管へ分配された後、各バーナへと搬送されて、燃焼する。

図１２に従来例の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を示す。本例では石炭の粉砕装置として竪型粉砕機を用いている。図１２において、外部より給炭管１を介して竪型粉砕機に投入された石炭５０は、粉砕部において粉砕テーブル２と粉砕ローラ３又は図示しない粉砕ボールとのかみ込みにより粉砕される。石炭粉砕装置には外部から粉砕機側壁底部に設けられた高温空気供給口５１から高温空気が供給され、スロート４から粉砕部に噴出する。そして石炭５０は、該高温空気により矢印５２方向に吹き上げられて、粉砕機内上部の分級装置５へと搬送される。

分級装置５に到達した石炭粒子群は、分級装置５によって粉砕機内上方を周回転するように旋回し、その遠心力とガス流から受ける流体抗力の関係によって、分級装置５を矢印５３方向に通過する微粉炭と、粉砕部へと落下して再び粉砕される矢印５４方向に落下する粗粉炭に分離される。分級装置５を通過した微粉炭は燃料分配部６へと送られ、分級装置５による旋回を保持しながら燃料分配部６内部を周方向に移動し、分配部６の最上部に到達したところで複数の燃料配管７内へと分配される。そして微粉炭はボイラ火炉９に面して設けられた微粉炭バーナ８へと搬送され、火炉９内で燃焼する。

通常は、一つのボイラプラントの火炉９には火炉９を構成する火炉壁の幅方向に複数台のバーナ８からなる一つのバーナ段が設けられており、更に火炉９の高さ方向には複数段のバーナ段が設けられている。従って粉砕装置が複数台設けられ、各粉砕装置が火炉９の各バーナ段への燃料供給を賄うように設けられる場合、各粉砕装置には火炉９の一つのバーナ段を構成する４〜１０本のバーナに石炭を分配して供給するための燃料分配部６と、燃料分配部６の各燃料配管７が必要となる。

このとき、各バーナ８に供給する石炭供給量に偏差があると、一つのバーナ段に対して火炉幅方向のバーナ火炎の温度偏差（例えば、５０℃程度）が発生し、ボイラの火炉収熱特性が低下する。また、同じバーナ段内の各バーナ８には、通常個々にバーナ空気比の調整機構が備えられていないことから、一つのバーナ段での各バーナ８毎の石炭濃度の差異により、燃焼状態の不均一が生じ、窒素酸化物（以下ＮＯｘという。）や未燃分が増加する。そのため、分配部６では各バーナ８に接続された燃料配管７に分配する石炭分配量を均等にすることが必要である。

また、従来より低ＮＯｘ燃焼技術としてボイラ火炉９の高さ方向下部にバーナ燃焼域を設けて低空気比での還元燃焼を行い、ボイラ火炉高さ方向上部、すなわちバーナ燃焼域の後流側にオーバーエアポート（アフターエアポートともいう。）を設けて、還元燃焼で生じた未燃分を燃焼させる二段燃焼法が行われている。しかし前記バーナ部では燃料の還元燃焼が行われるので、ボイラ火炉９においては火炉壁の硫化腐食が問題になり、その解消が必要とされる場合があった。

このように微粉炭焚ボイラプラントにおいて、粉砕ローラ３を備えた堅型粉砕装置を竪型ローラミルと呼ぶが、該竪型ローラミルから各微粉炭バーナ８への石炭分配量がボイラ火炉９のＮＯｘ生成量や未燃分特性に大きく影響することは良く知られている。固体燃料燃焼設備における各燃料配管７の各バーナ８までの流路長さや前記流路における管の曲がり等の相違により生じる配管内流動抵抗の相違等により、各配管７を流通する燃料の流量、すなわち分配量には偏差が生じる。

従来技術は、前記分配量偏差を起こしにくくするために図１２の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配制御機構図に示すように各燃料配管７の途中にガス流量調整弁１１を設けて、各燃料配管７内を流通する混合流体流量が同じになるように調節する構造や方法が提案されている。しかし、流体流量は前記対策により調整できるが、石炭の比重は搬送用気体の１０００倍以上もあり、石炭粒子は搬送用気体の流れとは異なった挙動をするので各燃料配管の途中で流量を調整しても、各バーナ出口でのそれぞれの石炭の分配量を均等にすることはできない。

図１３は従来技術又は本発明に係る燃料分配部６を頂部に設けた粉砕装置の平面図を示し、燃料分配部６を上方から見た図であり、燃料分配部６と各燃料配管７ａ〜７ｈの配置例を示している。本図では燃料配管７が８本の場合を示すが、分配機能に関してはこれ以外の本数でも同様であり、当該本数に限定されるものではない。燃料分配部６が粉砕装置の最上部を構成することから、燃料分配部６の上面の混合流体出口部には、各燃料配管７ａ〜７ｈの他に、外部から粉砕装置内の粉砕部に石炭を供給する給炭管１や分級装置５の駆動モータ１２、更に場合によっては定期検査時等でのメンテナンス時に分配部６内部へ侵入するためのアクセスドア１３が配置されている。

このため、通常は図１３に示すように、各燃料配管７ａ〜７ｈを円周方向に等間隔で配置することはできないという制約がある。特にこのような不等間隔の配置では、他の燃料配管７との間隔が広い配管７（図示例では７ａ、７ｅ、７ｆ、７ｈである）と他の燃料配管７との間隔が狭い配管７（図示例では７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｇである）とが存在することになる。

図１２、図１３に示す粉砕された固体燃料の分配を上昇する搬送気体流により行う方式の竪型粉砕機の頂部においては下部の分級装置５（図１２）から微粉炭と搬送用気体との混合流体が周方向に回転しながら上昇してくるため、前記他の燃料配管７との間隔が広い配管７ａ、７ｅ、７ｆ、７ｈと狭い配管７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｇとでは、各配管７で分配される石炭分配量の偏差が大きくなる傾向がある。

また、各配管７ａ〜７ｈで分配される石炭分配量の偏差が大きくなる他の原因として、竪型粉砕機の分級装置５から分配部６に到達した微粉炭と搬送用気体との混合流体、すなわち固気二相流の石炭濃度は分配部６の入口断面方向に対して均一に分散されていないことが挙げられる。これは、粉砕部で発生した石炭濃度の不均一性が分級装置５で十分に解消されないことが要因の一つとなっている。粉砕部では図１２に示すように粉砕テーブル２に対向して粉砕ローラ３を複数個、例えば水平方向を向いた回転方向に３個を均等間隔で配置していることから、断続的に粉砕が行われるが、搬送用気体である高温空気は連続的に供給されているため混合流体中の石炭濃度が変動する。

また、前記高温空気の供給口５１とスロート４との位置関係による搬送用空気量の周方向における変動によっても、石炭濃度の濃度差が生じる。さらに、分級装置５を通過した固気二相流の濃度は非常に低いため(体積割合０．００５％以下)、気流搬送される途中で電気的に凝集して線状になる、いわゆるローピング現象（ロープ状に繋がる現象）が生じ、石炭濃度の濃度差が生じる要因の一つとなっている。このように、分配部６の入口断面方向には石炭濃度偏差が生じやすく、同じ運転状態が継続されると特定の燃料配管７に石炭が分配されやすくなるため、分配量の調整が必要になる。

また従来技術は、図１２に示すように、竪型ローラミルは、その分配部６の入口に絞り部１０を設けて、石炭の濃度偏差を少なくし、該絞り部１０の後流側に拡大部を有する構造として、分配部６内での石炭の濃度偏差を緩和させるような工夫がなされている。しかし、この場合も、絞り部１０では圧力損失が生じるが、後流側の燃料配管７から固体燃料バーナ８に混合流体を搬送するためには絞り部１０で圧力損失を大きくすることができず、各燃料配管７への混合流体流量を十分に均一化できるほど絞り部１０の開口を小さくすることはできない。したがって、上記のような対策を施しても、従来は、各燃料配管７には石炭が均等に分配されておらず、竪型粉砕機の運用条件によっては５〜１０％程度の石炭濃度の偏差を生じる場合がある。またこれらの方法には各燃料配管７における分配量偏差を制御するという概念が含まれていなかった。

このような不具合を解消するため、特許文献１では、燃料分配部と燃料配管の接続部において、全ての燃料配管の下端を燃料分配部内面より一定の寸法だけ突き出す構造が提案されている。これは、燃料分配部の内部を旋回している微粉炭を各燃料配管の突出部に衝突させ、旋回性を無くすことで、各燃料配管における石炭の濃度分布の均一化を目的としたものである。

また、特許文献２では、燃料配管の接続部に空気の流れをせき止めるよう、分配部内の空気旋回方向に対する下流側に案内板を設けることで、分配部内を旋回している粒子を燃料配管に導入しやすくする構造が提案されている。
特開平１０−５７８２８号公報 特開平１０−７６１７１号公報

前述の通り、図１２に示す固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である燃料分配部６の内部を旋回している混合流体は、粉砕部で発生した石炭濃度の不均一性が引き継がれている。このため前記特許文献１に記載された発明のように、個々の燃料配管７の突出部に微粉炭が衝突して局部的に旋回性をなくしたとしても、石炭濃度は不均一のままであり、その状態で各燃料配管７に分配されることになる。もしも仮に粉砕部からの混合流体に石炭濃度偏差がない場合でも、図１３に示したような各燃料配管７が分配部６の天井部の円周方向に不等間隔に配置されたような場合には、前記特許文献１に記載された発明では石炭分配量偏差の解消は困難である。

また、前記特許文献２に記載された発明においても、前述の特許文献１記載の発明と同様に粉砕部で発生した石炭濃度の不均一性に対しては効果がなく、前記各燃料配管７の不等間隔配置による石炭濃度の不均一性には全く対処できず、逆に他の燃料配管７との間隔が広く比較的石炭が分配されやすい配管７内に供給される燃料の分配量がさらに多くなる可能性がある。
さらに石炭焚ボイラプラントにおいて特に高負荷又は低負荷（特に最低負荷）時には燃料供給量の偏差を制御し、効率の良い運転が求められる。

本発明の課題は、火炉の各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、分配量の偏差をなくす制御をする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置とその分配方法を提供することである。

また、本発明の課題は、火炉の各燃料配管への固体燃料の分配量を従来より均等にすることを可能にして、設備全体の省エネルギー化やコスト削減を図った固体燃料燃焼設備の燃料分配装置とその分配方法を提供することである。
また、本発明の別の課題は、火炉のバーナ段を構成する複数のバーナにおいて、個々のバーナで異なる燃焼状態が必要とされた場合、例えば火炉幅方向の端部側のバーナでの石炭濃度を低下させて還元燃焼を緩和する等、各バーナに接続した各燃料配管への燃料分配量の偏差を調整可能とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置とその分配方法を提供することである。

本発明の課題は、固体燃料燃焼設備の各固体燃料バーナへ分配する固体燃料の分配量を調整し、分配量偏差を制御する構成とすること及びその方法により達成できる。具体的には下記の方法を採用することにより達成できる。
すなわち、請求項１記載の発明は、固体燃料を粉砕する粉砕部と該粉砕部で粉砕された固体燃料を搬送用気体に同伴させて混合流体とした後に複数の固体燃料燃焼バーナに供給するための各燃料配管に分配する分配部とを有する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置において、前記分配部と前記各燃料配管の接続部毎にそれぞれ独立して固体燃料の分配量を調整可能にした分配量調整手段を設けた固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。

請求項２記載の発明は、前記分配量調整手段が、前記分配部から前記燃料配管内に導入される固体燃料が、導入の際に抵抗を受ける抵抗手段を有する請求項１記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。
請求項３記載の発明は、前記分配部には前記粉砕部から導入された混合流体を分級する分級部を設けた請求項１又は２のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。

請求項４記載の発明は、前記分配量調整手段が、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に移動可能な円筒部材を有し、当該円筒部材の位置を調整可能にした請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。
請求項５記載の発明は、前記分配量調整手段が、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に移動可能な板材を有し、当該板材の位置を調整可能にした請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。
請求項６記載の発明は、前記分配量調整手段が、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に空気噴射口を有し、該空気噴射口から前記燃料分配部もしくは前記燃料配管の内部へ空気噴流を投入する請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。

請求項７記載の発明は、前記燃料配管内の前記固体燃料の質量流量を検出する流量計測装置及び／又は前記各固体燃料バーナの火炎温度を検出する１台または複数の火炎温度計測装置と、前記流量計測装置及び／又は前記火炎温度計測装置による計測値に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御する制御装置とを設けた請求項１ないし６のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置である。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、各燃料配管内の固体燃料の質量流量に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法である。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、前記各固体燃料バーナの火炎温度に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法である。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、前記各燃料配管内の固体燃料の質量流量の計測値及び前記各固体燃料バーナの火炎温度の計測値に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法である。

請求項１１記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、固体燃料燃焼設備の火炉の同一高さにある複数の固体燃料バーナで構成されるバーナ段の各バーナに分配する燃料分配量が同じバーナ段で均一又はほぼ均一になるようにそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法である。

請求項１２記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、固体燃料燃焼設備の火炉の同一高さにある複数の固体燃料バーナで構成されるバーナ段の各バーナに分配する燃料分配量が同じバーナ段で個々に調整されるようにそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法である。

（作用）
本発明は、燃料分配部と各燃料配管の接続部毎にそれぞれ独立して、各燃料配管への固体燃料の分配量を調整することが可能な分配量調整手段を有する。各燃料配管のガス流量は配管の途中に設けた流量調整弁により制御できるが、固体燃料の分配量は各燃料配管への分岐部、すなわち燃料分配部と各燃料配管の接続部の構造に影響を受ける。

請求項１記載の発明によれば、固体燃料燃焼設備において、燃料分配部と各燃料配管の接続部毎にそれぞれ独立して設けた分配量調整手段により、固体燃料の分配量を調整可能とし、各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、分配量調整手段が、固体燃料が燃料配管内に導入される際、抵抗を受ける抵抗手段を有するので燃料分配部と各燃料配管の接続部毎の該抵抗手段により固体燃料流量を調整して各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の作用に加えて、燃料分配部に設けた分級部により、粉砕部から導入された混合流体を固体燃料の大きさにより、分級した後、比較的微細な固体燃料を固体燃料バーナに導入することができる。

また分配量調整手段の具体的構成として、接続部の構造を変更させることにより、本発明は、例えば以下のような作用を奏する構成を採用している。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３記載の発明の作用に加えて、燃料分配部と各燃料配管の接続部に設けた移動可能な円筒部材の位置を調整することで、各燃料配管に導入される固体燃料量を一部阻止して、各燃料配管への固体燃料の分配量を調整可能な構成にしている。

請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし３記載の発明の作用に加えて、燃料分配部と各燃料配管の接続部に設けた移動可能な板材の位置を調整することで、各燃料配管に導入される固体燃料量を一部阻止して、各燃料配管への固体燃料の分配量を調整可能な構成にしている。

さらに、請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし３記載の発明の作用に加えて、燃料分配部と各燃料配管の接続部に設けた空気噴射口から、燃料分配部もしくは各燃料配管の内部へ空気噴流を投入することで、また空気噴流の流量を増減させることで、各燃料配管に導入される固体燃料量を一部阻止して、各燃料配管への固体燃料の分配量を調整可能な構成にしている。

また、請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６記載の発明の作用に加えて、流量計測装置及び／又は火炎温度計測装置による計測値に応じて制御装置が各燃料配管への固体燃料の分配量調整手段により固体燃料の分配量を自動的に制御する。

請求項８記載の発明によれば、各燃料配管内の固体燃料の質量流量に応じて、燃料流量が多い燃料配管には固体燃料の分配量を低下させるよう、また燃料流量が少ない燃料配管には固体燃料の分配量を増加させるように、各分配量調整手段により各燃料配管への固体燃料の分配量を制御する。
請求項９記載の発明によれば、バーナに流れる固体燃料流量とバーナの火炎温度には相関関係があることを応用して、各固体燃料バーナの火炎温度に応じて分配量調整手段により各固体燃料バーナへの固体燃料の分配量を制御する。
また、請求項１０記載の発明によれば、固体燃料の質量流量及び固体燃料バーナの火炎温度の計測値に応じて、分配量調整手段により各固体燃料バーナへの固体燃料の分配量を制御する。

さらに、請求項１１及び１２記載の発明によれば、バーナ段を構成する複数のバーナのそれぞれに分配する燃料分配量を調整することにより、バーナ幅方向の燃焼状態を調整する。

請求項１１記載の発明によれば、各バーナに分配する燃料分配量を同じバーナ段で均一又はほぼ均一とすることにより安定した燃焼状態とする。例えば、火炉の前壁および又は前壁に対向する後壁にバーナ段が設けられた場合には、バーナ段が設けられていない両側壁側のバーナへの分配量を減少することにより、還元雰囲気下の燃焼から酸化雰囲気下の燃焼に移行させることができ、還元燃焼で生じ得る火炉水壁の硫化腐食等による弊害を防止することができる。

請求項１２記載の発明によれば、例えば、分配量調整手段により意図的に各固体燃料バーナへ供給する燃料供給量に偏差を持たせるように制御して、火炉内に周期的な温度分布を形成させることで、ガスの温度差（密度差）により発生した対流によって、火炉内のガス混合を促進させることができる。

請求項１記載の発明によれば、固体燃料燃焼設備において、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、分配量の偏差を制御できる。したがって各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。また設備全体の省エネルギー化やコスト削減を図ることができる。さらに、石炭焚ボイラプラントにおいて高負荷又は低負荷（特に最低負荷）時における燃料供給量の偏差を制御でき、効率の良い運転が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、分配量調整手段が有する抵抗手段により、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を簡易に調整可能とし、分配量の偏差を制御できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、分級部により粉砕部から導入された混合流体を固体燃料の大きさにより分級した後、比較的微細な固体燃料を固体燃料バーナに導入することができるので、固体燃料バーナ毎の固体燃料濃度に差異が生じにくく、各固体燃料バーナの燃焼性にむらが生じない。

請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３記載の発明の効果に加えて、燃料分配部と燃料配管の接続部を移動可能な円筒部材を移動調整させて、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を更に簡易に調整可能とし、各固体燃料バーナに分配する分配量の偏差を制御できる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし３記載の発明の効果に加えて、燃料分配部と燃料配管の接続部に設けた板材を燃料分配部又は燃料配管内部で移動調整させて、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、各固体燃料バーナに分配する分配量の偏差を制御できる。また単純な移動機構とすることにより、製造が容易であり、また低コストで製造できる。

請求項６記載の発明によれば請求項１ないし３記載の発明の効果に加えて、燃料分配部もしくは燃料配管の内部へ空気噴流を投入することにより、また空気噴流の流量を増減させることで、容易に各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、各固体燃料バーナに分配する分配量の偏差を制御できる。また単純な機構であることから、製造が容易であり、低コストで製造できる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６記載の発明の効果に加えて、固体燃料の質量流量計測装置や各固体燃料バーナの火炎温度計測装置と、各計測値に応じて分配量調整手段により各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を制御する制御装置とによって、各固体燃料バーナに分配する分配量を自動的に細かく調整、制御することが可能となる。

請求項８記載の発明によれば、各燃料配管内の固体燃料の質量流量に応じて、固体燃料の分配量を低下させたり、増加させたりという分配量の調整、制御をすることが可能となり、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を均一に保つことができ、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量の偏差を制御できる。したがって各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。また設備全体の省エネルギー化やコスト削減を図ることができる。さらに、石炭焚ボイラプラントにおいて高負荷又は低負荷（特に最低負荷）時における燃料供給量の偏差を制御でき、効率の良い運転が可能となる。

請求項９記載の発明によれば、各固体燃料バーナの火炎温度が常に一定になるように制御することにより、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を均一に保つことができ、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量の偏差を制御できる。したがって各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。また設備全体の省エネルギー化やコスト削減を図ることができる。さらに、石炭焚ボイラプラントにおいて高負荷又は低負荷（特に最低負荷）時における燃料供給量の偏差を制御でき、効率の良い運転が可能となる。

請求項１０記載の発明によれば、固体燃料の質量流量及び各固体燃料バーナの火炎温度を同時に計測することにより、計測値の信頼性が向上し、その計測値の結果を分配量調整手段の制御に反映させる、より確実で適切な制御が可能となり、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量の偏差を制御できる。したがって各固体燃料バーナにそれぞれ適切な量の固体燃料を供給することができる。また設備全体の省エネルギー化やコスト削減を図ることができる。さらに、石炭焚ボイラプラントにおいて高負荷又は低負荷（特に最低負荷）時における燃料供給量の偏差を制御でき、効率の良い運転が可能となる。

請求項１１記載の発明によれば、各固体燃料バーナへの固体燃料供給量が均等になり、各固体燃料バーナでの火炎温度の偏差が無くなるので、燃料炉内の温度が均一化され、安定した燃焼状態が可能となる。また各固体燃料バーナへの分配量を調整し、例えば還元雰囲気下の燃焼から酸化雰囲気下の燃焼に移行させることができ、還元燃焼で生じ得る火炉水壁の硫化腐食等による弊害を防止することができる。したがって各燃料配管への固体燃料の分配量を従来より均等にすることが可能な燃料分配部及びこれを備えた固体燃料燃焼設備を実現することを可能とし、設備全体の省エネルギー化やコスト削減にも役立つ。また当該固体燃料燃焼設備をボイラとして用いる場合は良好な伝熱特性が得られる。更にボイラなどの火炉収熱特性の低下や、燃焼状態の不均一性により発生していたＮＯｘ等の大気汚染物質や灰中の未燃分を抑制することが可能となる。

また請求項１２記載の発明によれば、分配量調整手段により意図的に各固体燃料バーナに供給する燃料供給量に偏差を持たせるように制御して、火炉内に周期的な温度分布を形成させることで、ガスの温度差又は密度差により発生した対流によって、火炉内のガス混合を促進させることができる。こうしてボイラなどの火炉収熱特性の低下や、燃焼状態の不均一性により発生していたＮＯｘ等の大気汚染物質や灰中の未燃分を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係る固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の構成図を示す。図１に示す固体燃料燃焼設備の燃料分配装置は、図１２で説明した従来技術の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置と調整装置２０を除いてほぼ同じ構成からなる。すなわち、外部より給炭管１を介して石炭の粉砕装置である竪型粉砕機に投入された石炭５０は粉砕部に入り、該粉砕部において粉砕テーブル２と粉砕ローラ３又は図示しない粉砕ボールとのかみ込みにより粉砕される。粉砕機側壁底部の供給口５１から高温空気が供給され、スロート４を経由して粉砕部に噴出する。そして石炭５０は、該高温空気により矢印５２方向に吹き上げられて、粉砕機内上部の分級装置５へと搬送される。

分級装置５に到達した石炭粒子群は、分級装置５によって粉砕機内上方で周回転するように旋回し、その遠心力とガス流から受ける流体抗力の関係によって、分級装置５を矢印５３方向に通過する微粉炭と、粉砕部へと落下して再び粉砕される矢印５４方向に落下する粗粉炭に分離される。分級装置５を通過した微粉炭は燃料分配部６へと送られ、分級装置５による旋回を保持しながら燃料分配部６内部を周方向に移動し、分配部６の最上部に到達したところで複数の燃料配管７内へと分配される。そして微粉炭はボイラ火炉９に面して設けられた微粉炭バーナ８へと搬送され、火炉９内で燃焼する。

本実施形態では燃料分配部６と燃料配管７の接続部に固体燃料分配量調整手段である分配量調整装置２０を設置していることが大きな特徴である。図１では、煩雑になるのを避けるために複数の前記燃料配管７と前記燃料分配部６との各接続部にそれぞれ設けた固体燃料分配量調整装置２０を２箇所のみ記載しており、また前記燃料配管７から固体燃料バーナ８に至る微粉炭と搬送流体との混合流体の搬送流路については代表的に１箇所記載している。前記固体燃料分配量調整装置２０により、固体燃料分配量の支配因子である燃料分配部６と各燃料配管７との接続部の構造を変更することで、各燃料配管へ分配する石炭量を調整することができる。

図２は、固体燃料分配量調整装置２０の具体的構成の一実施例を示す斜視図である。本実施例では、燃料配管７の内部に上下移動自在に設けた円筒部材２１を配置し、該円筒部材２１を上下方向に移動させる移動装置２２に接続している。これにより、円筒部材２１は燃料配管７の内部を上下に移動することが可能であり、燃料分配部６の内壁からの突き出し高さＨを調整することができる。

図２に示す固体燃料分配量調整装置の機能について図３及び図４を用いて具体的に説明する。図３（ａ）は燃料配管７の中心軸を通る固体燃料分配量調整装置２０の縦断面を見た図を示し、この図３（ａ）は円筒部材２１を燃料分配部６の内壁へ突き出していない場合である。この場合、分配部６内部を旋回しながら移動している固体燃料（石炭）５０は円筒部材２１の側面に当たらないので、何ら抵抗を受けることなく燃料配管７へと導入される。 一方、図３（ｂ）は燃料配管７の中心軸を通る固体燃料分配量調整装置２０の縦断面を見た図を示し、この図３（ｂ）は円筒部材２１を燃料分配部６の内壁へ突き出した場合である。この場合は、固体燃料５０は円筒部材２１の突き出し部の側面に衝突したのち、一部の固体燃料は円筒部材２１の下側（矢印４１方向）に移動した後に上昇して燃料配管７に導入されるが、その他の固体燃料５０は円筒部材２１の外周を回り込むように（矢印４２方向）に移動し、燃料配管７へ導入されない。このように、円筒部材２１の燃料分配部６の天井壁から下方に突き出した突き出し高さＨを大きくすることにより、燃料配管７へ導入される固体燃料分配量を減らすことができる。

こうして本実施例１では、それぞれの燃料配管７の内部に設けた円筒部材２１を上下方向に移動調整させて、各固体燃料バーナに分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、分配量の偏差を制御できる。

図４は分配量調整装置２０の具体的構成の他の実施例を示す斜視図であり、図５は図４の構成部材の配置関係を説明する平面図、図６は図４のＢ−Ｂ線縦断面矢視図である。本実施例では、燃料分配部６の上面の燃料配管７との接続部近傍に、燃料分配部６の内壁からの突き出し高さを調整することが可能な板材２３を設置している。なお板材２３は、燃料分配部６内又は燃料配管７内に設置しても良いし、燃料分配部６内及び燃料配管７内に設置しても良い。

板材２３は移動装置２４に接続されている。板材２３は、図５に示すように燃料分配部６内の固体燃料の旋回方向４３に対して、燃料配管７の上流側に設置する方がよい。なお、図５は燃料分配部６に接続した燃料配管７ａ〜７ｄと板材２３の配置関係を説明する平面図である。なお、図５では説明の便宜上、燃料配管本数を４本としているが、これ以外の本数であっても良い。また板材２３を同じ燃料配管７の近傍に複数設けても良い。図６は図４に示す分配量調整装置２０の燃料配管７の中心軸を通る縦断面図である。

図４に示す分配量調整装置２０の機能について図６を用いて説明するが、板材２３を燃料分配部６の内壁から突き出した場合、分配部６内部を旋回しながら移動している固体燃料５０は板材２３の突き出し部に衝突した後、一旦、板材２３の下方へと移動するが、一部の固体燃料５０は矢印４１のように、燃料配管７へと流れ込むガスの流体抗力に導引されて燃料配管７に導入される。その他の固体燃料５０は矢印４２のように燃料配管７に導入されず、分配部６内を再び移動し始める。板材２３の分配部天井壁から下方への突き出し高さＨを大きくすることにより、燃料配管７に導入されない固体燃料は増えるので、板材２３の高さを調整することにより各燃料配管７への固体燃料の分配量を制御することが可能である。なお、図４及び図６においては、板材２３を上下方向に移動調整させているが、板材２３を左右方向に移動調整させる構成としても良い。

こうして本実施例２では、それぞれの燃料配管７の内部に設けた板材２３を上下方向に移動調整させて、各固体燃料バーナ８に分配する固体燃料の分配量を調整可能とし、分配量の偏差を制御できる。
本実施例の板材２３とその上下方向への移動機構は、実施例１の円筒部材２１とその上下方向への移動機構に比較してより単純であるので、作製が容易であるだけでなく、その製造コストも比較的安価である。

図７は、分配量調整装置２０の具体的構成の更に他の実施例を示す。本実施例では、燃料分配部６上面の燃料配管７との接続部近傍に空気噴射口２５を設けて、燃料分配部６の内部又は燃料配管７内へ空気噴流を投入している。なお、空気噴射口２５は燃料配管７の内部に空気噴流が投入されるように設けても良い。噴出する空気量は空気噴射口２５に空気を供給する配管に設けた流量調整弁２６によって調整することが可能である。空気噴射口２５の設置位置は、燃料分配部６内の固体燃料の旋回方向に対して、燃料配管７の上流側にする方がよい。また空気噴射口２５は複数あっても良い。

この機能について図８を用いて説明する。図８は図７に示す分配量調整装置２０の燃料配管７の中心軸を通る縦断面図である。
分配部６内部を旋回しながら移動している固体燃料５０は、空気噴射口２５の下方に到達すると、空気噴射口２５からの空気噴流２７によって下方へ吹き飛ばされる。このうち、一部の固体燃料５０は燃料配管７へと流れ込むガスの流体抗力に導引されて燃料配管７へと矢印４１方向に導入されるが、その他固体燃料５０は燃料配管７に導入されず、分配部６内を再び移動する矢印４２方向に流れる。

本実施例では、空気噴射口２５からの空気噴流の流量を増やすことで、燃料配管７に導入されない固体燃料は増える。したがって、空気流調弁２６の調整により、各燃料配管７への固体燃料の分配量を制御することが可能であるので、各種部材を移動調整する場合に比較して各燃料配管７への固体燃料の分配量制御が容易である。

図９は、本発明に係る燃料分配装置２０を備えた固体燃料燃焼設備の一実施例の燃料供給制御機構を含めた全体構成図を示す。本実施例では燃料配管７の本数を４本（７ａ〜７ｄ、燃料配管７ｂ、７ｃは図示せず）としている。本実施例では、燃料分配部６と燃料配管７ａ〜７ｄ）の接続部に分配量調整装置２０ａ〜２０ｄ（分配量調整装置２０ｂ〜２０ｃは図示せず）を設置するとともに、燃料配管７ａ〜７ｄの途中に固体燃料の流量計測装置３２ａ〜３２ｄ（流量計測装置３２ｂ〜３２ｄは図示せず）を備えている。流量計測装置３２ａ〜３２ｄの各計測値３３ａ〜３３ｄは、分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御器３０へと送られる。そして、各燃料配管７ａ〜７ｄでの固体燃料流量を均一にするように各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御指令３１ａ〜３１ｄがそれぞれ演算されて、各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄに送られる。

図９に示すシステムでは、任意の燃料配管７の固体燃料分配量が他の燃料配管７への固体燃料分配量より増加または減少した場合は、流量計測装置３２ａ〜３２ｄでその増加量または減少量が直接測定され、制御器３０によって各燃料配管７ａ〜７ｄの固体燃料流量が均一になるように分配量調整装置２０ａ〜２０ｄが制御される。したがって、常に各燃料配管７ａ〜７ｄへの固体燃料の分配量を均一に保つことが可能である。

図１０は、本発明に係る燃料分配装置を備えた固体燃料燃焼設備の他の実施例を示す。本実施例では、燃料分配部６と各燃料配管７ａ〜７ｄ（燃料配管７ｂ、７ｃは図示せず）の接続部に分配量調整装置２０ａ〜２０ｄ（分配量調整装置２０ｂ〜２０ｄは図示せず）を設置するとともに、火炉９に固体燃料バーナ８ａ〜８ｄ（バーナ８ｂ〜８ｄは図示せず）の火炎温度の計測装置３４ａ（火炎温度の計測装置３４ｂ〜３４ｄは図示せず）を備えている。

火炎温度計測装置３４ａ〜３４ｄの計測値３５ａ〜３５ｄは、分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御器３０へと送られる。
そして、各燃料配管７ａ〜７ｄの固体燃料流量を均一にするように各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御指令３１ａ〜３１ｄが演算され、各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄへと送られる。

例えば、燃料配管７ａからバーナ８ａへ流入する固体燃料流量が増加すると、バーナ火炎の発熱量も増加するので、同様に火炎温度も高くなる。また、バーナ８ａへ流入する固体燃料流量が低下すると、火炎の発熱量も減少して火炎温度が低下する。このようにバーナ８ａへ流入する固体燃料流量とバーナ８ａの火炎温度には相関関係があるので、固体燃料流量を直接測定しなくても火炎温度により間接的に測定することができる。
なお、火炎温度測定装置３４ａ〜３４ｄには種々用いられるが、熱伝対などの接触式の計測器では熱による劣化が激しいので、赤外線放射温度計などの非接触式の計測器が望ましい。
本実施例によれば、各バーナ８ａ〜８ｄの火炎温度が常に一定になるように制御すれば、各バーナ８ａ〜８ｄへ分配する固体燃料分配量を均一に保つことができる。

図１１は、本発明に係る燃料分配装置２０を備えた固体燃料燃焼設備の更に他の実施例を示す。本実施例では、燃料分配部６と各燃料配管７ａ〜７ｄ（配管７ｂ、７ｃは図示せず）の接続部に分配量調整装置２０ａ〜２０ｄ（分配量調整装置２０ｂ〜２０ｃは図示せず）を設置するとともに、燃料配管７ａ〜７ｄの途中に固体燃料の流量計測装置３２ａ〜３２ｄ（流量計測装置３２ｂ〜３２ｄは図示せず）を備え、さらに燃料炉９に固体燃料バーナ８ａ〜８ｄ（バーナ８ｂ〜８ｄは図示せず）の火炎温度の計測装置３４ａ〜３４ｄ（計測装置３４ｂ〜３４ｄは図示せず）を備えている。流量計測装置３２ａ〜３２ｄの計測値３３ａ〜３３ｄ及び火炎温度計測装置３４ａ〜３４ｄの計測値３５ａ〜３５ｄ（計測値３５ｂ〜３５ｄは図示せず）は、分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御器３０へと送られる。

そして、各燃料配管７ａ〜７ｄの固体燃料流量を均一にするように各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御指令３１ａ〜３１ｄが演算されて、各分配量調整装置２０ａ〜２０ｄへ送られる。
本実施例では、このように固体燃料流量と火炎温度を同時に計測することにより、計測値の信頼性が向上し、その計測結果を分配量調整装置２０ａ〜２０ｄの制御に反映させる、より確実で、適切な制御が可能となる。

本発明の燃料分配装置や燃料分配方法は、石炭焚ボイラプラント等において、石炭等の固体燃料を粉砕装置で粉砕後、気流によりバーナに供給して燃焼させる設備で利用される。そして固体粒状物の分配量を調整し、供給する装置として、二段燃焼システムなどの超低ＮＯｘ燃焼用のバーナなどでも利用可能である。また本発明の燃料分配装置や燃料分配方法は、外部より分配量の調整が可能で種々の条件で制御できるため、ボイラ以外の他の燃焼装置、例えば、ゴミ焼却炉などの技術分野での様々な応用が可能である。

本実施の形態に係る固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の構成図である。 本発明に係る固体燃料分配量調整装置の具体的構成の一実施例を示す斜視図である。 図２に示す燃料配管の中心軸を通る固体燃料分配量調整装置の縦断面矢視図であり、図３（ａ）は円筒部材を燃料分配部の内壁へ突き出していない場合を示しており、図３（ｂ）は円筒部材を燃料分配部の内壁へ突き出した場合を示している。 本発明に係る固体燃料分配量調整装置の具体的構成の一実施例を示す斜視図である。 図４に示す燃料分配器に接続した燃料配管と板材の配置関係を説明する平面図である。 図４に示す燃料配管の中心軸を通る固体燃料分配量調整装置のＢ−Ｂ線縦断面矢視図である。 本発明に係る固体燃料分配量調整装置の具体的構成の一実施例を示す斜視図である。 図７に示す燃料配管の中心軸を通る固体燃料分配量調整装置のＣ−Ｃ線縦断面矢視図である。 本発明に係る燃料分配装置を備えた固体燃料燃焼設備の一実施例の燃料供給制御機構を含めた全体構成図である。 本発明に係る燃料分配装置を備えた固体燃料燃焼設備の一実施例の燃料供給制御機構を含めた全体構成図である。 本発明に係る燃料分配装置を備えた固体燃料燃焼設備の一実施例の燃料供給制御機構を含めた全体構成図である。 従来例の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の構成図である。 従来技術又は本発明に係る燃料分配部を頂部に設けた粉砕装置の平面図である。

符号の説明

１ 給炭管（原料供給管） ２ 粉砕テーブル
３ 粉砕ローラ（粉砕ボール） ４ スロート（空気噴出口）
５ 分級装置 ６ 燃料分配部
７ 燃料配管 ８ 固体燃料バーナ
９ 火炉 １０ 分配部入口の絞り部
１１ 流量調整弁 １２ 分級装置駆動モータ
１３ アクセスドア ２０ 分配量調整装置
２１ 円筒部材 ２２ 円筒部材の移動装置
２３ 板材 ２４ 板材の移動装置
２５ 空気噴射口 ２６ 空気流量調整弁
２７ 空気噴流 ３０ 制御器
３１ 制御指令 ３２ 流量計測装置
３３ 流量計測値 ３４ 火炎温度計測装置
３５ 火炎温度計測値
４１ 燃料配管に導入される固体燃料の流れ
４２ 燃料配管に導入されない固体燃料の流れ
４３ 固体燃料の旋回方向 ５０ 固体燃料
５１ 高温空気の供給口
５２ 粉砕部から分級装置へと移動する石炭の流れ
５３ 分級装置を通過する石炭の流れ
５４ 粉砕部へと落下する石炭の流れ

Claims (12)

1. 固体燃料を粉砕する粉砕部と該粉砕部で粉砕された固体燃料を搬送用気体に同伴させて混合流体とした後に複数の固体燃料燃焼バーナに供給するための各燃料配管に分配する分配部とを有する固体燃料燃焼設備の燃料分配装置において、
   前記分配部と前記各燃料配管の接続部毎にそれぞれ独立して固体燃料の分配量を調整可能にした分配量調整手段を設けたことを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
2. 前記分配量調整手段は、前記分配部から前記燃料配管内に導入される固体燃料が、導入の際に抵抗を受ける抵抗手段を有することを特徴とする請求項１記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
3. 前記分配部には前記粉砕部から導入された混合流体を分級する分級部を設けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
4. 前記分配量調整手段は、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に移動可能な円筒部材を有し、当該円筒部材の位置を調整可能にしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
5. 前記分配量調整手段は、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に移動可能な板材を有し、当該板材の位置を調整可能にしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
6. 前記分配量調整手段は、前記燃料分配部と前記各燃料配管の接続部に空気噴射口を有し、該空気噴射口から前記燃料分配部もしくは前記燃料配管の内部へ空気噴流を投入することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
7. 前記燃料配管内の前記固体燃料の質量流量を検出する流量計測装置及び／又は前記各固体燃料バーナの火炎温度を検出する１台または複数の火炎温度計測装置と、
   前記流量計測装置及び／又は前記火炎温度計測装置による計測値に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御する制御装置と
   を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、
   各燃料配管内の固体燃料の質量流量に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御することを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、
   前記各固体燃料バーナの火炎温度に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御することを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、
    前記各燃料配管内の固体燃料の質量流量の計測値及び前記各固体燃料バーナの火炎温度の計測値に応じてそれぞれの前記分配量調整手段により各固体燃料バーナへ供給する固体燃料の分配量を制御することを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法。
11. 請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、
    固体燃料燃焼設備の火炉の同一高さにある複数の固体燃料バーナで構成されるバーナ段の各バーナに分配する燃料分配量が同じバーナ段で均一又はほぼ均一になるようにそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御することを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法。
12. 請求項１ないし７のいずれかに記載の固体燃料燃焼設備の燃料分配装置を用いた燃料分配方法において、
    固体燃料燃焼設備の火炉の同一高さにある複数の固体燃料バーナで構成されるバーナ段の各バーナに分配する燃料分配量が同じバーナ段で個々に調整されるようにそれぞれの前記分配量調整手段により固体燃料の分配量を制御することを特徴とする固体燃料燃焼設備の燃料分配装置の燃料分配方法。

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