JP7371795B2 - Boiler system and how to operate the boiler system - Google Patents
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Description
本開示は、ボイラシステム、および、ボイラシステムの運転方法に関する。本出願は2021年5月31日に提出された日本特許出願第2021-91171号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。 The present disclosure relates to a boiler system and a method of operating a boiler system. This application claims the benefit of priority based on Japanese Patent Application No. 2021-91171 filed on May 31, 2021, the contents of which are incorporated into this application.
近年、地球温暖化を防止するために、CO2(二酸化炭素)排出量の削減が求められている。このため、ボイラにおいて、石炭に加えてバイオマスを燃焼させる技術や、石炭に代えてバイオマスを燃焼させる技術(例えば、特許文献1)が検討されている。In recent years, in order to prevent global warming, there has been a need to reduce CO 2 (carbon dioxide) emissions. For this reason, in a boiler, a technique for burning biomass in addition to coal, and a technique for burning biomass instead of coal (for example, Patent Document 1) are being considered.
しかし、バイオマスの種類によっては、燃焼させることで生じる、バイオマスの燃焼灰の融点が低く、バイオマスの燃焼灰が溶融してボイラの内壁に固着する場合がある。この場合、ボイラの熱交換効率が低下してしまうという問題があった。 However, depending on the type of biomass, the melting point of biomass combustion ash produced by combustion may be low, and the biomass combustion ash may melt and adhere to the inner wall of the boiler. In this case, there was a problem in that the heat exchange efficiency of the boiler decreased.
本開示は、このような課題に鑑み、燃焼灰の融点を上昇させることが可能なボイラシステム、および、ボイラシステムの運転方法を提供することを目的としている。 In view of such problems, the present disclosure aims to provide a boiler system that can increase the melting point of combustion ash, and a method of operating the boiler system.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラシステムは、固体燃料としてバイオマスを貯留する第1燃料貯留部と、固体燃料として石炭を貯留する第2燃料貯留部とを含む、複数の燃料貯留部と、シリカおよびアルミナを少なくとも含む添加剤を、火炉の二次空気供給口に供給する添加剤供給部と、燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウムの濃度が30質量%以下となるように、複数の燃料貯留部それぞれから固体燃料を火炉に供給する燃料供給部と、を備え、第1燃料貯留部は、木質系バイオマスおよび草本系バイオマスのうちのいずれか一方または両方を貯留する第1バイオマス貯留部と、パーム椰子の空果房およびパーム椰子殻のうちのいずれか一方または両方を含む廃棄物系バイオマスを貯留する第2バイオマス貯留部と、を有する。
また、添加剤を貯留する添加剤貯留部を備え、燃料供給部は、固体燃料に加え、添加剤を火炉に供給してもよい。
また、燃料供給部は、複数の燃料貯留部それぞれから供給された固体燃料と、添加剤貯留部から供給された添加剤とを混合するバンカと、バンカによって混合された固体燃料と添加剤を粉砕し、火炉に供給するミルと、を有してもよい。
In order to solve the above problems, a boiler system according to one aspect of the present disclosure includes a first fuel storage section that stores biomass as a solid fuel, and a second fuel storage section that stores coal as a solid fuel. an additive supply section that supplies an additive containing at least silica and alumina to the secondary air supply port of the furnace, and a concentration of calcium contained in the combustion ash after combustion is 30% by mass or less. a fuel supply unit that supplies solid fuel to the furnace from each of the plurality of fuel storage units , and the first fuel storage unit stores either or both of woody biomass and herbaceous biomass. It has a first biomass storage section and a second biomass storage section that stores waste biomass containing either one or both of empty palm bunches and palm shells.
The fuel supply unit may also include an additive storage section that stores additives, and the fuel supply section may supply the additives to the furnace in addition to the solid fuel.
The fuel supply unit also includes a bunker that mixes the solid fuel supplied from each of the plurality of fuel storage units and the additive supplied from the additive storage unit, and a bunker that pulverizes the solid fuel and additive mixed by the bunker. However, it may also have a mill that supplies the furnace.
また、燃料供給部は、燃焼灰に含まれるシリカおよびアルミナの濃度が40質量%以上となるように、複数の燃料貯留部それぞれから火炉に供給する固体燃料および添加剤貯留部から火炉に供給する添加剤の量を制御してもよい。 The fuel supply unit also supplies solid fuel to the furnace from each of the plurality of fuel storage units and solid fuel from the additive storage unit to the furnace so that the concentration of silica and alumina contained in the combustion ash is 40% by mass or more. The amount of additive may be controlled.
また、火炉から排気された燃焼排ガスから燃焼灰を回収する除塵装置を備え、添加剤は、除塵装置によって回収された燃焼灰であってもよい。 Further, a dust removal device is provided that collects combustion ash from the combustion exhaust gas exhausted from the furnace, and the additive may be the combustion ash recovered by the dust removal device.
また、火炉から排気された燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器と、熱交換器によって熱交換された水で燃焼灰を洗浄する洗浄部と、を備え、添加剤は、洗浄部によって洗浄された後の燃焼灰であってもよい。
また、熱交換器は、火炉と除塵装置との間に設けられていてもよい。
また、燃料供給部は、火炉に供給する固体燃料全体に含まれる硫黄の濃度が20mmol/kg以上となるように、複数の燃料貯留部それぞれから火炉に供給する固体燃料の量を制御してもよい。
また、添加剤は、石炭およびバイオマスのいずれか一方または両方の燃焼灰であってもよい。
It also includes a heat exchanger that exchanges heat between the flue gas exhausted from the furnace and water, and a cleaning section that cleans the combustion ash with the water heat exchanged by the heat exchanger. It may be combustion ash after being washed.
Moreover, the heat exchanger may be provided between the furnace and the dust removal device.
Further, the fuel supply unit may control the amount of solid fuel supplied to the furnace from each of the plurality of fuel storage units so that the concentration of sulfur contained in the entire solid fuel supplied to the furnace is 20 mmol/kg or more. good.
Further, the additive may be combustion ash of either or both of coal and biomass.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る他のボイラシステムは、火炉から排気された燃焼排ガスから燃焼灰を回収する除塵装置と、火炉から排気された燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器と、熱交換器によって熱交換された水で、燃焼灰を洗浄する洗浄部と、洗浄部によって洗浄された後の燃焼灰を、火炉の二次空気供給口に供給する添加剤供給部と、バイオマスを火炉に供給する燃料供給部と、を備え、バイオマスは、木質系バイオマスおよび草本系バイオマスのうちのいずれか一方または両方、ならびに、パーム椰子の空果房およびパーム椰子殻のうちのいずれか一方または両方を含む廃棄物系バイオマスである。 In order to solve the above problems, another boiler system according to one aspect of the present disclosure includes a dust removal device that collects combustion ash from combustion exhaust gas exhausted from the furnace, and a dust removal device that collects combustion ash from the combustion exhaust gas exhausted from the furnace, and heats the combustion exhaust gas exhausted from the furnace and water. A heat exchanger that exchanges heat, a washing section that washes combustion ash with the water heat exchanged by the heat exchanger, and an addition that supplies the combustion ash washed by the washing section to the secondary air supply port of the furnace. and a fuel supply section that supplies biomass to the furnace, and the biomass includes one or both of woody biomass and herbaceous biomass, as well as empty palm fruit bunches and palm shells. It is a waste biomass containing one or both of the following .
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラシステムの運転方法は、木質系バイオマスおよび草本系バイオマスのうちのいずれか一方または両方を固体燃料として貯留する第1バイオマス貯留部と、パーム椰子の空果房およびパーム椰子殻のうちのいずれか一方または両方を含む廃棄物系バイオマスを固体燃料として貯留する第2バイオマス貯留部と、を有する第1燃料貯留部と、固体燃料として石炭を貯留する第2燃料貯留部とを含む、複数の燃料貯留部を備えるボイラシステムの運転方法であって、シリカおよびアルミナを少なくとも含む添加剤を、火炉の二次空気供給口に供給し、燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウムの濃度が30質量%以下となるように、複数の燃料貯留部それぞれから固体燃料を火炉に供給する。 In order to solve the above problems, a method for operating a boiler system according to one aspect of the present disclosure includes: a first biomass storage section that stores either or both of woody biomass and herbaceous biomass as solid fuel; a second biomass storage section that stores waste biomass containing either one or both of empty palm bunches and palm shells as a solid fuel; and a first fuel storage section that has coal as the solid fuel. A method for operating a boiler system equipped with a plurality of fuel storage parts including a second fuel storage part for storing Solid fuel is supplied to the furnace from each of the plurality of fuel storage parts so that the concentration of calcium contained in the subsequent combustion ash is 30% by mass or less.
本開示によれば、燃焼灰の融点を上昇させることが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to increase the melting point of combustion ash.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, specific numerical values, etc. shown in such embodiments are merely examples for easy understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals to omit redundant explanation, and elements not directly related to the present disclosure are omitted from illustration. do.
[ボイラシステム100]
図1は、本実施形態に係るボイラシステム100を説明する図である。なお、図1中、実線の矢印は、固体燃料、燃焼灰、および、水の流れを示す。図1中、破線の矢印は、空気の流れを示す。[Boiler system 100]
FIG. 1 is a diagram illustrating a
図1に示されるように、ボイラシステム100は、燃料供給ユニット110と、火炉112と、押込ファン114と、脱硝装置120と、空気予熱器122と、除塵装置124と、誘引ファン126と、再加熱器128と、脱硫装置130と、ブーストアップファン132と、ポンプ140と、熱交換器142と、洗浄部144と、乾燥部146とを備える。
As shown in FIG. 1, the
燃料供給ユニット110は、固体燃料および添加剤を火炉112に供給する。燃料供給ユニット110については、後に詳述する。
火炉112には、給気流路10が接続されている。給気流路10には、押込ファン114が設けられる。押込ファン114によって供給された空気は、後述する空気予熱器122によって予熱され、給気流路10を通じて火炉112に導かれる。火炉112は、燃料供給ユニット110によって供給された固体燃料を空気で燃焼させる。火炉112は、例えば、微粉炭ボイラ(PCボイラ)または循環流動層ボイラ(CFBボイラ)である。火炉112において生じた燃焼排ガスは、煙道20を通過して、煙突30から大気に放散される。
The air
火炉112において固体燃料が燃焼されることで生じる燃焼排ガスには、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、燃焼灰、水銀、ハロゲンが含まれる。このため、火炉112と煙突30とを接続する煙道20には、脱硝装置120、空気予熱器122、除塵装置124、誘引ファン126、再加熱器128、脱硫装置130、および、ブーストアップファン132が設けられる。
The combustion exhaust gas generated by burning the solid fuel in the
誘引ファン126およびブーストアップファン132は、火炉112において生じた燃焼排ガスを煙突30まで導く。
The
脱硝装置120は、脱硝触媒を含む。脱硝装置120は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する。
The
空気予熱器122は、煙道20における脱硝装置120の下流側に設けられる。空気予熱器122は、脱硝装置120によって窒素酸化物が除去された燃焼排ガスと、給気流路10を通過する空気とを熱交換させる。すなわち、空気予熱器122は、燃焼排ガスが有する熱で、押込ファン114によって供給された空気を加熱する。
除塵装置124は、煙道20における空気予熱器122の下流側に設けられる。除塵装置124は、例えば、電気集塵機、バグフィルタである。除塵装置124は、燃焼排ガスから燃焼灰を回収する。
The
誘引ファン126は、煙道20における除塵装置124の下流側に設けられる。再加熱器128は、煙道20における誘引ファン126の下流側に設けられる。再加熱器128は、誘引ファン126と脱硫装置130との間を流れる燃焼排ガスと、ブーストアップファン132と煙突30との間を流れる燃焼排ガスとを熱交換させる。
The induced
脱硫装置130は、煙道20における誘引ファン126の下流側に設けられる。燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物および塩化水素(HCl)を水溶液に溶解させて除去する。ブーストアップファン132は、煙道20における脱硫装置130の下流側に設けられる。
ポンプ140は、熱交換器142に水を供給する。熱交換器142は、煙道20における空気予熱器122と除塵装置124との間に設けられる。熱交換器142は、間接熱交換器である。熱交換器142は、ポンプ140によって供給された水と、煙道20を流れる燃焼排ガスとを熱交換する。すなわち、熱交換器142は、燃焼排ガスが有する熱で水を加熱する。熱交換器142は、例えば、70℃以上100℃未満(80℃程度)に水を加熱する。
Pump 140 supplies water to
洗浄部144には、除塵装置124によって回収された燃焼灰、および、熱交換器142によって加熱された水が導かれる。洗浄部144は、熱交換器142によって加熱された水で燃焼灰を洗浄する。洗浄後の燃焼灰は、乾燥部146に導かれる。
Combustion ash collected by the
また、洗浄後の水には、カリウムおよびリンが含まれている。したがって、洗浄後の水は、所定の処理が施された後、肥料として利用されてもよい。 Furthermore, the water after washing contains potassium and phosphorus. Therefore, the water after washing may be used as fertilizer after being subjected to a predetermined treatment.
乾燥部146は、洗浄部144によって洗浄された燃焼灰と、給気流路10を流れる空気とを熱交換する。乾燥部146は、間接熱交換器である。乾燥部146によって燃焼灰と空気とが熱交換されることにより、燃焼灰が乾燥される。熱交換後の燃焼灰は、燃料供給ユニット110に導かれる。また、熱交換後の空気は、給気流路10に導かれる。
The
[燃料供給ユニット110]
続いて、燃料供給ユニット110について説明する。図2は、本実施形態に係る燃料供給ユニット110を説明する図である。図2に示されるように、燃料供給ユニット110は、第1燃料貯留部210と、第2燃料貯留部212と、添加剤貯留部214と、燃料供給部220とを含む。[Fuel supply unit 110]
Next, the
第1燃料貯留部210(燃料貯留部)は、バイオマス(固体燃料)を貯留する。バイオマスは、木質系バイオマス、草本系バイオマスおよび、廃棄物系バイオマスのうちのいずれか1または複数である。木質系バイオマスは、例えば、木材、おがくず、樹皮等である。また、草本(草木)系バイオマスは、例えば、サトウキビ、ソルガム、竹、麦わら、稲わら等である。廃棄物系バイオマスは、例えば、パーム椰子からパーム油を生産した結果生じる空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)、パーム椰子殻(PKS:Palm Kernel Shell)等である。なお、第1燃料貯留部210は、バイオマスのペレットを貯留してもよい。ペレットは、固体燃料(バイオマス)を数ミリメートルから数センチメートル程度の円筒形状に加工したものである。
The first fuel storage section 210 (fuel storage section) stores biomass (solid fuel). The biomass is one or more of woody biomass, herbaceous biomass, and waste biomass. Woody biomass is, for example, wood, sawdust, bark, etc. In addition, examples of herbaceous (plant) biomass include sugarcane, sorghum, bamboo, wheat straw, and rice straw. Examples of waste biomass include Empty Fruit Bunch (EFB) and Palm Kernel Shell (PKS), which are produced as a result of producing palm oil from palm trees. Note that the first
第2燃料貯留部212(燃料貯留部)は、石炭(固体燃料)を貯留する。石炭は、無煙炭、半無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、および、褐炭のうちのいずれか1または複数である。 The second fuel storage section 212 (fuel storage section) stores coal (solid fuel). The coal is any one or more of anthracite, semi-anthracite, bituminous coal, sub-bituminous coal, and lignite.
添加剤貯留部214は、添加剤を貯留する。添加剤は、シリカ(SiO2)およびアルミナ(Al2O3)を少なくとも含む。例えば、添加剤は、アルミノシリケート(SiO2・Al2O3)を含む。本実施形態において、添加剤貯留部214は、上記洗浄部144によって洗浄され、乾燥部146によって乾燥された後の燃焼灰を、添加剤として貯留する。The
燃料供給部220は、バイオマス、および、石炭に加えて、添加剤を火炉112に供給する。本実施形態において、燃料供給部220は、第1供給管230と、第2供給管232と、第3供給管234と、第1バルブ240と、第2バルブ242と、第3バルブ244と、バンカ250と、ミル252と、燃料制御部260とを含む。
The
第1供給管230は、第1燃料貯留部210とバンカ250とを連通する配管である。第2供給管232は、第2燃料貯留部212とバンカ250とを連通する配管である。第3供給管234は、添加剤貯留部214とバンカ250とを連通する配管である。
The
第1バルブ240は、第1供給管230に設けられる。第1バルブ240は、第1供給管230に形成される流路の開度を変化させる。本実施形態において、第1燃料貯留部210は、バンカ250の上方に位置する。したがって、第1バルブ240が開かれると、第1燃料貯留部210に貯留されたバイオマスは、自重でバンカ250に供給される。
The
第2バルブ242は、第2供給管232に設けられる。第2バルブ242は、第2供給管232に形成される流路の開度を変化させる。第1燃料貯留部210と同様に、本実施形態において、第2燃料貯留部212は、バンカ250の上方に位置する。したがって、第2バルブ242が開かれると、第2燃料貯留部212に貯留された石炭は、自重でバンカ250に供給される。
The
第3バルブ244は、第3供給管234に設けられる。第3バルブ244は、第3供給管234に形成される流路の開度を変化させる。第1燃料貯留部210および第2燃料貯留部212と同様に、本実施形態において、添加剤貯留部214は、バンカ250の上方に位置する。したがって、第3バルブ244が開かれると、添加剤貯留部214に貯留された添加剤は、自重でバンカ250に供給される。
The
第1バルブ240、第2バルブ242、および、第3バルブ244は、例えば、ロータリーバルブである。
The
バンカ250は、バイオマス、石炭、および、添加剤を混合する。ミル252は、バンカ250によって混合された、バイオマス、石炭、および、添加剤を粉砕する。ミル252で粉砕された、バイオマス、石炭、および、添加剤は、火炉112の燃焼ポートに供給される。
燃料制御部260は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。燃料制御部260は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。燃料制御部260は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して燃料供給部220全体を管理および制御する。本実施形態において、燃料制御部260は、第1バルブ240の開度、第2バルブ242の開度、および、第3バルブ244の開度を調整する。
The
具体的に説明すると、燃料制御部260は、ミル252から火炉112へ供給される固体燃料および添加剤の混合物が、下記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)を満たすように、第1バルブ240の開度、第2バルブ242の開度、および、第3バルブ244の開度を調整する。
条件(A)火炉112で燃焼することで生じる燃焼灰(燃焼後の燃焼灰)に含まれるシリカおよびアルミナの濃度が40質量%(wt%)以上となる
条件(B)火炉112に供給する固体燃料(バイオマスおよび石炭)全体に含まれる硫黄(S)の濃度が20mmol/kg以上となる
条件(C)燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウム(Ca)の濃度が30質量%以下となるSpecifically, the
Condition (A) Condition where the concentration of silica and alumina contained in the combustion ash (combustion ash after combustion) generated by combustion in the
なお、石炭は、バイオマスと比較してカルシウムが少ない。また、石炭は、バイオマスと比較して、シリカおよびアルミナが多い。さらに、石炭は、バイオマスと比較して、硫黄が多い。また、上記したように、添加剤は、シリカおよびアルミナを含む。 Note that coal has less calcium than biomass. Coal is also high in silica and alumina compared to biomass. Additionally, coal is high in sulfur compared to biomass. Also, as mentioned above, additives include silica and alumina.
また、第1燃料貯留部210に貯留される固体燃料(バイオマス)、第2燃料貯留部212に貯留される固体燃料(石炭)、および、添加剤貯留部214に貯留される添加剤それぞれに含まれる、シリカ、アルミナ、硫黄、カルシウムの単位体積あたりの量は、所定の装置を用いて、予め測定される。所定の装置は、誘導結合プラズマ(ICP)質量分析(ICP-MASS)装置、ICP発光分光分析(ICP-AES)装置、または、原子吸光(AAS)装置である。
Furthermore, the solid fuel (biomass) stored in the first
[ボイラシステムの運転方法]
続いて、上記ボイラシステム100の運転方法について説明する。図3は、本実施形態に係るボイラシステム100の運転方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図3に示されるように、ボイラシステム100の運転方法は、燃料調整工程S110と、供給工程S120とを含む。[How to operate the boiler system]
Next, a method of operating the
[燃料調整工程S110]
燃料制御部260は、ミル252から火炉112へ供給される固体燃料および添加剤の混合物が、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)を満たすように、第1バルブ240の開度、第2バルブ242の開度、および、第3バルブ244の開度を調整する。[Fuel adjustment step S110]
The
そうすると、バイオマス、石炭、および、添加剤が、バンカ250に供給される。バンカ250は、バイオマス、石炭、および、添加剤を混合する。バンカ250によって混合された、バイオマス、石炭、および、添加剤は、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)をすべて満たす。
Biomass, coal, and additives are then supplied to
そして、バンカ250によって生成された混合物は、ミル252に導かれる。
The mixture produced by
[供給工程S120]
ミル252は、バンカ250によって生成された混合物を火炉112に供給する。[Supply process S120]
以上説明したように、本実施形態に係るボイラシステム100およびボイラシステム100の運転方法は、上記条件(A)、および、条件(C)を満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する。これにより、ボイラシステム100は、火炉112において生じる燃焼灰の融点を上昇させることができる。したがって、ボイラシステム100は、火炉112の内壁への燃焼灰の固着を抑制することができる。つまり、ボイラシステム100は、火炉112の内壁に付着した燃焼灰の脱落を促進させることができる。このため、ボイラシステム100は、熱交換効率の低下を抑制することが可能となる。
As explained above, the
また、本実施形態に係るボイラシステム100およびボイラシステム100の運転方法は、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)を満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する。これにより、火炉112の気相中において、下記反応式(1)、反応式(2)を進行させることができる。
Al2O3・2SiO2+2KCl+H2O → K2O・Al2O3・2SiO2+2HCl …反応式(1)
2KCl+SO2+(1/2O2)+H2O → K2O4+2HCl …反応式(2)
したがって、ボイラシステム100は、火炉112の内壁および配管の腐食の要因となるアルカリ塩化物(KCl)を塩化水素(HCl)に変化させることが可能となる。これにより、ボイラシステム100は、火炉112の内壁および配管の腐食を抑制することができる。なお、上記したように、反応式(1)、反応式(2)が進行することで生成された塩化水素は、脱硫装置130によって除去される。In addition, the
Al 2 O 3.2SiO 2 +2KCl+ H 2 O → K 2 O.Al 2 O 3.2SiO 2 +2HCl... Reaction formula (1)
2KCl+ SO2 +(1/ 2O2 ) + H2O → K2O4 +2HCl...Reaction formula (2)
Therefore, the
また、上記したように、ボイラシステム100は、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)を満たすように、固体燃料、および、添加剤をバンカ250で混合する。これにより、ボイラシステム100は、固体燃料と添加剤とを別々のポートを介して火炉112に供給する比較例よりも、火炉112の内壁への燃焼灰の固着および燃焼灰による腐食を抑制できる。具体的に説明すると、比較例は、火炉112内部の流動状況によって、シリカ、アルミナ、および、硫黄が流れる箇所が限定される場合があり、燃焼灰の固着および燃焼灰による腐食を軽減することのできる箇所に偏りが生じる。これに対し、ボイラシステム100は、固体燃料および添加剤を実質的に均一に混合された状態で火炉112に供給することができる。これにより、ボイラシステム100は、シリカ、アルミナ、および、硫黄を火炉112内に偏りなく流動させることができ、火炉112の内壁への燃焼灰の固着および燃焼灰による腐食を抑制することが可能となる。
Further, as described above, the
また、ボイラシステム100は、上記条件(A)、および、条件(C)を満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する。これにより、ボイラシステム100は、バイオマスの種類、産地等のバイオマスの性状に拘わらず、火炉112の内壁への燃焼灰の固着および燃焼灰による腐食を抑制することが可能となる。
Further, the
また、ボイラシステム100は、上記条件(A)を満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する。つまり、ボイラシステム100は、燃焼灰に含まれるシリカおよびアルミナの濃度を調整する。単位体積あたりの燃焼灰の量は、固体燃料の種類によって異なる。したがって、固体燃料に含まれるシリカおよびアルミナの濃度を調整する比較例と比較して、ボイラシステム100は、燃焼灰にシリカおよびアルミナが過剰に含まれる事態を回避することができる。
Further, the
また、上記したように、ボイラシステム100は、固体燃料として、バイオマスを火炉112に供給する。したがって、ボイラシステム100は、石炭のみを火炉112に供給する場合と比較して、CO2排出量を低減することができる。
Further, as described above, the
また、上記したように、ボイラシステム100は、除塵装置124によって回収された燃焼灰を添加剤として用いる。これにより、ボイラシステム100は、添加剤に要するコストを削減することができる。
Further, as described above, the
また、従来、除塵装置124によって回収された燃焼灰は、埋め立てられていた。これに対し、ボイラシステム100は、除塵装置124によって回収された燃焼灰の少なくとも一部を添加剤として用いる。このため、ボイラシステム100は、燃焼灰の埋め立てに要するコストを低減することができる。
Furthermore, conventionally, the combustion ash collected by the
また、ボイラシステム100は、除塵装置124によって回収された燃焼灰の少なくとも一部を添加剤として用いるため、燃焼灰の性状を安定化することができる。したがって、ボイラシステム100は、除塵装置124によって回収された燃焼灰であって、添加剤として利用されなかった燃焼灰を、コンクリート原料、または、肥料として利用することが可能となる。
Moreover, since the
また、ボイラシステム100は、洗浄部144を備える。これにより、除塵装置124によって回収された燃焼灰からアルカリ金属およびアルカリ土類金属を除去することができる。したがって、洗浄後の燃焼灰を添加剤として利用することにより、ボイラシステム100は、燃焼灰の融点が低下してしまう事態を回避することができる。
The
[実施例]
メタル温度を650℃に制御した模擬水管を内部に備える燃焼炉で固体燃料を燃焼させた。そして、模擬水管に付着した燃焼灰に含まれる塩化物イオン(Cl-)の濃度を測定した。[Example]
The solid fuel was burned in a combustion furnace equipped with a simulated water tube with a metal temperature controlled at 650°C. Then, the concentration of chloride ions (Cl − ) contained in the combustion ash attached to the simulated water pipe was measured.
図4は、燃焼灰に含まれる、アルミノシリケートと塩化物イオンとの関係を説明する図である。図4中、横軸は、燃焼灰に含まれるアルミノシリケートの濃度[wt%]を示す。図4中、縦軸は、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度[mmol/kg]を示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between aluminosilicate and chloride ions contained in combustion ash. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the concentration [wt%] of aluminosilicate contained in the combustion ash. In FIG. 4, the vertical axis indicates the concentration of chloride ions [mmol/kg] contained in the combustion ash.
図4に示されるように、燃焼灰に含まれるアルミノシリケートの量が増加するほど、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度は低下する。また、アルミノシリケートの量が0wt%超40wt%未満の範囲では、アルミノシリケートの量が増加するほど、塩化物イオンの濃度が急激に低下する。一方、アルミノシリケートの量が40wt%以上75wt%以下の範囲では、アルミノシリケートの量の増加に伴う塩化物イオンの濃度の低下は、緩やかである。 As shown in FIG. 4, as the amount of aluminosilicate contained in the combustion ash increases, the concentration of chloride ions contained in the combustion ash decreases. Further, in a range where the amount of aluminosilicate is more than 0 wt% and less than 40 wt%, the concentration of chloride ions decreases rapidly as the amount of aluminosilicate increases. On the other hand, when the amount of aluminosilicate is in the range from 40 wt% to 75 wt%, the concentration of chloride ions decreases slowly as the amount of aluminosilicate increases.
以上の結果より、条件(A)、すなわち、燃焼後の燃焼灰に含まれるシリカおよびアルミナの濃度を40wt%以上100wt%以下とすることにより、ボイラシステム100は、塩化物イオンの濃度を効率よく低減できることが確認された。
From the above results, the
図5は、固体燃料全体に含まれる硫黄と塩化物イオンとの関係を説明する図である。図5中、横軸は、固体燃料全体に含まれる硫黄の濃度[mmol/kg]を示す。図5中、縦軸は、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度[mmol/kg]を示す。 FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between sulfur and chloride ions contained in the entire solid fuel. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the concentration of sulfur [mmol/kg] contained in the entire solid fuel. In FIG. 5, the vertical axis indicates the concentration [mmol/kg] of chloride ions contained in the combustion ash.
図5に示されるように、固体燃料全体に含まれる硫黄の量が増加するほど、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度は低下する。また、硫黄の量が0mmol/kg超20mmol/kg未満の範囲では、硫黄の量が増加するほど、塩化物イオンの濃度が急激に低下する。一方、硫黄の量が20mmol/kg以上60mmol/kg以下の範囲では、硫黄の量の増加に伴う塩化物イオンの濃度の低下は、緩やかである。 As shown in FIG. 5, as the amount of sulfur contained in the entire solid fuel increases, the concentration of chloride ions contained in the combustion ash decreases. Further, in a range where the amount of sulfur is more than 0 mmol/kg and less than 20 mmol/kg, the concentration of chloride ions decreases rapidly as the amount of sulfur increases. On the other hand, when the amount of sulfur is in the range from 20 mmol/kg to 60 mmol/kg, the decrease in the concentration of chloride ions as the amount of sulfur increases is gradual.
以上の結果より、条件(B)、すなわち、固体燃料全体に含まれる硫黄の濃度を20mmol/kg以上781mmol/kg(2.5wt%)とすることにより、ボイラシステム100は、塩化物イオンの濃度を効率よく低減できることが確認された。
Based on the above results, the
図6は、燃焼灰に含まれる、カルシウムと塩化物イオンとの関係を説明する図である。図6中、横軸は、燃焼灰に含まれるカルシウム(カルシウムの酸化物換算値となるCaO)の濃度[wt%]を示す。図6中、縦軸は、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度[mmol/kg]を示す。 FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between calcium and chloride ions contained in combustion ash. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the concentration [wt%] of calcium (CaO, which is an oxide equivalent value of calcium) contained in the combustion ash. In FIG. 6, the vertical axis indicates the concentration [mmol/kg] of chloride ions contained in the combustion ash.
図6に示されるように、燃焼灰に含まれるカルシウムの量が0wt%超50wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加するほど、燃焼灰に含まれる塩化物イオンの濃度は増加する。また、カルシウムの量が0wt%超20wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加すると、塩化物イオンの濃度は微増する。カルシウムの量が20wt%超30wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加するほど、塩化物イオンの濃度は急激に増加する。また、カルシウムの量が30wt%超35wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加するほど、塩化物イオンの濃度は急激に増加する。カルシウムの量が35wt%超40wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加すると、塩化物イオンの濃度は微増する。カルシウムの量が40wt%超50wt%以下の範囲では、カルシウムの量の増加に伴う、塩化物イオンの濃度の増加は緩やかである。 As shown in FIG. 6, in a range where the amount of calcium contained in the combustion ash is more than 0 wt% and 50 wt% or less, as the amount of calcium increases, the concentration of chloride ions contained in the combustion ash increases. Further, in a range where the amount of calcium is more than 0 wt% and less than 20 wt%, when the amount of calcium increases, the concentration of chloride ions slightly increases. In a range where the amount of calcium is more than 20 wt% and less than 30 wt%, the concentration of chloride ions increases rapidly as the amount of calcium increases. Further, in a range where the amount of calcium is more than 30 wt% and less than 35 wt%, the concentration of chloride ions increases rapidly as the amount of calcium increases. In a range where the amount of calcium is more than 35 wt% and less than 40 wt%, as the amount of calcium increases, the concentration of chloride ions slightly increases. In a range where the amount of calcium is more than 40 wt% and less than 50 wt%, the concentration of chloride ions increases slowly as the amount of calcium increases.
一方、カルシウムの量が50wt%超65wt%以下の範囲では、カルシウムの量が増加すると、塩化物イオンの濃度は微減する。 On the other hand, in a range where the amount of calcium is more than 50 wt% and less than 65 wt%, as the amount of calcium increases, the concentration of chloride ions slightly decreases.
以上の結果より、条件(C)、すなわち、燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウムの濃度を0wt%超30wt%以下とすることにより、ボイラシステム100は、塩化物イオンの濃度を効率よく低減できることが確認された。
From the above results, the
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above embodiments. It is clear that those skilled in the art can come up with various changes and modifications within the scope of the claims, and it is understood that these naturally fall within the technical scope of the present disclosure. be done.
例えば、上記実施形態において、ボイラシステム100が、2つの燃料貯留部(第1燃料貯留部210、第2燃料貯留部212)を備える構成を例に挙げた。しかし、ボイラシステム100は、3つ以上の燃料貯留部を備えていてもよい。また、ボイラシステム100が、バイオマスを貯留する第1燃料貯留部210と、石炭を貯留する第2燃料貯留部212とを備える場合を例に挙げた。しかし、ボイラシステム100は、複数種類のバイオマスから選択される、種類の異なる固体燃料をそれぞれ貯留する複数の燃料貯留部を備えていればよい。もしくは、ボイラシステム100は、1または複数種類のバイオマスおよび1または複数種類の石炭から選択される、種類の異なる固体燃料をそれぞれ貯留する、複数の燃料貯留部を備えていればよい。なお、燃料貯留部は、予め所定の大きさに切断された、もしくは、粗粉砕された固体燃料を貯留するとよい。
For example, in the embodiment described above, the
例えば、木質系バイオマス(バーク、もみ殻を含む)、および、水で洗浄した草本系バイオマスのうちのいずれか一方を貯留する燃料貯留部と、廃棄物系バイオマスを貯留する燃料貯留部とを備えてもよい。木質系バイオマス(バーク、もみ殻を含む)、および、水で洗浄した草本系バイオマスは、廃棄物系バイオマスと比較して、シリカ、アルミナ、および、硫黄が多く含まれる。 For example, it may include a fuel storage section that stores either woody biomass (including bark and rice husks) or herbaceous biomass washed with water, and a fuel storage section that stores waste biomass. It's okay. Woody biomass (including bark and rice husks) and herbaceous biomass washed with water contain more silica, alumina, and sulfur than waste biomass.
また、上記実施形態において、ボイラシステム100が、添加剤貯留部214を備える場合を例に挙げた。しかし、ボイラシステム100は、添加剤貯留部214を備えずともよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態において、ボイラシステム100が、洗浄部144を備える構成を例に挙げた。しかし、ボイラシステム100は、洗浄部144を備えずともよい。この場合、除塵装置124によって回収された燃焼灰がそのまま添加剤として用いられる。この場合、ボイラシステム100は、添加剤に要するコストを削減することができる。また、ボイラシステム100は、燃焼灰の埋め立てに要するコストを低減することができる。さらに、ボイラシステム100は、燃焼灰の性状を安定化することができる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態において、ボイラシステム100が、除塵装置124によって回収された燃焼灰を添加剤として利用する場合を例に挙げた。しかし、添加剤は、シリカおよびアルミナを少なくとも含んでいればよい。例えば、添加剤は、石炭およびバイオマスいずれか一方または両方の燃焼灰、もしくは、カオリナイトであってもよい。
Further, in the above embodiment, an example is given in which the
なお、添加剤として石炭の燃焼灰(石炭灰)を用いる場合、他の石炭専焼のボイラシステムで生じた石炭灰のうち、火炉の底部に堆積した石炭灰を用いてもよい。火炉の底部に堆積した石炭灰を用いることにより、ボイラシステム100において生じる燃焼灰への重金属、および、微量成分の混入を抑制することができる。重金属は、例えば、水銀(Hg)、セレン(Se)、ヒ素(As)、カドミウム(Cd)、鉛(Pb)である。微量成分は、フッ素(F)、ホウ素(B)、ヨウ素(I)である。
In addition, when using coal combustion ash (coal ash) as an additive, you may use the coal ash deposited at the bottom of a furnace among the coal ash produced in other coal-fired boiler systems. By using the coal ash deposited at the bottom of the furnace, it is possible to suppress the mixing of heavy metals and trace components into the combustion ash produced in the
また、添加剤としてバイオマスの燃焼灰(バイオマス灰)を用いる場合、バイオマス灰を水で洗浄した後のものを用いてもよい。これにより、ボイラシステム100において生じる燃焼灰の融点が低下してしまう事態を回避することができる。
Furthermore, when biomass combustion ash (biomass ash) is used as an additive, biomass ash that has been washed with water may be used. Thereby, it is possible to avoid a situation where the melting point of the combustion ash produced in the
また、上記実施形態において、複数種類の固体燃料、および、添加剤が、バンカ250で混合される場合を例に挙げた。しかし、複数種類の固体燃料、および、添加剤それぞれが、独立して火炉112に供給されてもよい。例えば、複数種類の固体燃料は、バンカ250に供給され、添加剤は、ミル252と火炉112との間で供給されてもよい。また、複数種類の固体燃料は、バンカ250に供給され、添加剤は、火炉112の二次空気供給口から供給されてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where a plurality of types of solid fuels and additives are mixed in the
また、上記実施形態において、燃料供給部220が、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)をすべて満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する場合を例に挙げた。しかし、燃料供給部220は、少なくとも条件(C)を満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給すればよい。これにより、燃料供給部220は、燃焼灰の融点を上昇させることができる。
Further, in the above embodiment, when the
また、上記実施形態において、燃料制御部260が、第1バルブ240、第2バルブ242、および、第3バルブ244の開度を同時に制御する場合を例に挙げた。しかし、燃料制御部260は、第1バルブ240、第2バルブ242、および、第3バルブ244の開度を排他的に制御してもよい。例えば、第1バルブ240、第2バルブ242、および、第3バルブ244を開閉弁で構成しておき、燃料制御部260は、バンカ250内の固体燃料および添加剤が上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)を満たすように、第1バルブ240、第2バルブ242、および、第3バルブ244を排他的に開閉制御してもよい。
Further, in the above embodiment, an example is given in which the
また、上記実施形態において、ボイラシステム100は、上記条件(A)、条件(B)、および、条件(C)をすべて満たすように、固体燃料および添加剤の混合物を火炉112に供給する燃料供給部220を備える場合を例に挙げた。しかし、ボイラシステムは、燃料供給部220に代えて、洗浄部144によって洗浄された後の燃焼灰と、バイオマスとを火炉112に供給する燃料供給部を備えてもよい。すなわち、ボイラシステムは、火炉112から排気された燃焼排ガスから燃焼灰を回収する除塵装置124と、火炉112から排気された燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器142と、熱交換器142によって熱交換された水で、燃焼灰を洗浄する洗浄部144と、洗浄部144によって洗浄された後の燃焼灰と、バイオマスとを火炉112に供給する燃料供給部と、を備えてもよい。これにより、ボイラシステムは、添加剤に要するコストを削減することができる。また、ボイラシステムは、燃焼灰の埋め立てに要するコストを低減することができる。さらに、ボイラシステムは、燃焼灰の性状を安定化することができる。
Further, in the above embodiment, the
本開示は、例えば、持続可能な開発目標(SDGs)の目標7「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」および目標13「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。 This disclosure applies, for example, to Sustainable Development Goals (SDGs) Goal 7 “Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy” and Goal 13 “To combat climate change and its impacts.” can contribute to "taking emergency measures."
100:ボイラシステム 112:火炉 124:除塵装置 142:熱交換器 144:洗浄部 210:第1燃料貯留部(燃料貯留部) 212:第2燃料貯留部(燃料貯留部) 214:添加剤貯留部 220:燃料供給部 100: Boiler system 112: Furnace 124: Dust removal device 142: Heat exchanger 144: Cleaning section 210: First fuel storage section (fuel storage section) 212: Second fuel storage section (fuel storage section) 214: Additive storage section 220: Fuel supply section
Claims (11)
シリカおよびアルミナを少なくとも含む添加剤を、火炉の二次空気供給口に供給する添加剤供給部と、
燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウムの濃度が30質量%以下となるように、前記複数の燃料貯留部それぞれから前記固体燃料を火炉に供給する燃料供給部と、
を備え、
前記第1燃料貯留部は、
木質系バイオマスおよび草本系バイオマスのうちのいずれか一方または両方を貯留する第1バイオマス貯留部と、
パーム椰子の空果房およびパーム椰子殻のうちのいずれか一方または両方を含む廃棄物系バイオマスを貯留する第2バイオマス貯留部と、
を有する、ボイラシステム。 A plurality of fuel storage sections including a first fuel storage section that stores biomass as a solid fuel and a second fuel storage section that stores coal as a solid fuel;
an additive supply unit that supplies an additive containing at least silica and alumina to a secondary air supply port of the furnace;
a fuel supply unit that supplies the solid fuel from each of the plurality of fuel storage units to the furnace so that the concentration of calcium contained in the combustion ash after combustion is 30% by mass or less;
Equipped with
The first fuel storage section is
a first biomass storage section that stores either or both of woody biomass and herbaceous biomass;
a second biomass storage section that stores waste biomass containing one or both of empty palm bunches and palm shells;
A boiler system with
前記燃料供給部は、前記固体燃料に加え、前記添加剤を前記火炉に供給する、請求項1に記載のボイラシステム。 comprising an additive storage section that stores the additive,
The boiler system according to claim 1, wherein the fuel supply unit supplies the additive to the furnace in addition to the solid fuel.
前記複数の燃料貯留部それぞれから供給された前記固体燃料と、前記添加剤貯留部から供給された前記添加剤とを混合するバンカと、
前記バンカによって混合された前記固体燃料と前記添加剤を粉砕し、前記火炉に供給するミルと、
を有する、請求項2に記載のボイラシステム。 The fuel supply section includes:
a bunker that mixes the solid fuel supplied from each of the plurality of fuel reservoirs and the additive supplied from the additive reservoir;
a mill that pulverizes the solid fuel and the additive mixed by the bunker and supplies it to the furnace;
The boiler system according to claim 2, comprising:
前記添加剤は、前記除塵装置によって回収された燃焼灰である、請求項4に記載のボイラシステム。 comprising a dust removal device that collects combustion ash from the combustion exhaust gas exhausted from the furnace,
The boiler system according to claim 4, wherein the additive is combustion ash collected by the dust removal device.
前記熱交換器によって熱交換された水で前記燃焼灰を洗浄する洗浄部と、
を備え、
前記添加剤は、前記洗浄部によって洗浄された後の前記燃焼灰である、請求項5に記載のボイラシステム。 a heat exchanger that exchanges heat between the combustion exhaust gas exhausted from the furnace and water;
a cleaning section that cleans the combustion ash with water heat exchanged by the heat exchanger;
Equipped with
The boiler system according to claim 5, wherein the additive is the combustion ash after being cleaned by the cleaning section.
前記火炉から排気された燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器によって熱交換された水で、前記燃焼灰を洗浄する洗浄部と、
前記洗浄部によって洗浄された後の前記燃焼灰を、前記火炉の二次空気供給口に供給する添加剤供給部と、
バイオマスを前記火炉に供給する燃料供給部と、
を備え、
前記バイオマスは、
木質系バイオマスおよび草本系バイオマスのうちのいずれか一方または両方、ならびに、パーム椰子の空果房およびパーム椰子殻のうちのいずれか一方または両方を含む廃棄物系バイオマスである、ボイラシステム。 a dust removal device that collects combustion ash from combustion exhaust gas exhausted from the furnace;
a heat exchanger that exchanges heat between the combustion exhaust gas exhausted from the furnace and water;
a cleaning section that cleans the combustion ash with water heat exchanged by the heat exchanger;
an additive supply unit that supplies the combustion ash after being cleaned by the cleaning unit to a secondary air supply port of the furnace;
a fuel supply unit that supplies biomass to the furnace;
Equipped with
The biomass is
A boiler system that is a waste biomass containing one or both of woody biomass and herbaceous biomass, and one or both of empty palm bunches and palm shells.
シリカおよびアルミナを少なくとも含む添加剤を、火炉の二次空気供給口に供給し、
燃焼後の燃焼灰に含まれるカルシウムの濃度が30質量%以下となるように、前記複数の燃料貯留部それぞれから前記固体燃料を前記火炉に供給する、ボイラシステムの運転方法。 A first biomass storage section that stores one or both of woody biomass and herbaceous biomass as solid fuel, and waste containing one or both of empty palm bunches and palm shells. A boiler system comprising a plurality of fuel storage parts, including a second biomass storage part that stores system biomass as a solid fuel, a first fuel storage part that has a second biomass storage part that stores coal as a solid fuel, and a second fuel storage part that stores coal as a solid fuel. A driving method,
supplying an additive containing at least silica and alumina to a secondary air supply port of the furnace;
A method for operating a boiler system, comprising supplying the solid fuel from each of the plurality of fuel storage parts to the furnace so that the concentration of calcium contained in the combustion ash after combustion is 30% by mass or less.
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