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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-26
(45)【発行日】2023-06-05
(54)【発明の名称】相関関係導出方法、および、相関関係導出装置
(51)【国際特許分類】
F23K 1/00 20060101AFI20230529BHJP
【ＦＩ】
F23K1/00 B
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2022504784
(86)(22)【出願日】2020-03-02
(86)【国際出願番号】 JP2020008712
(87)【国際公開番号】W WO2021176525
(87)【国際公開日】2021-09-10
【審査請求日】2022-06-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(73)【特許権者】
【識別番号】000198318
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ検査計測
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川部 浩隆
(72)【発明者】
【氏名】知惠 賢二郎
(72)【発明者】
【氏名】茂田 潤一
【審査官】伊藤 紀史
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－３６１３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第１０－１８４７７４３（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７３７２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１３８５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０１３２５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０４３３５１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－１５３７１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／０５００５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／１８７１０３（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｋ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
石炭を灰化して石炭灰を生成する工程と、石炭焚ボイラの燃焼温度範囲内における所定の加熱温度で前記石炭灰を加熱し、焼結灰を生成する工程と、
前記焼結灰の硬度を測定する工程と、
前記硬度となる石炭を石炭焚ボイラで燃焼させて排ガス温度を測定する工程と、
前記硬度と前記排ガス温度との相関関係を導出する工程と、
を含む相関関係導出方法。
【請求項2】
石炭焚ボイラの燃焼温度範囲内における所定の加熱温度で石炭灰を加熱して得られる焼結灰の硬度と、前記硬度となる石炭を石炭焚ボイラで燃焼させた場合の排ガス温度との相関関係を導出する相関関係導出部を備える相関関係導出装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、相関関係導出方法、および、相関関係導出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、石炭焚ボイラにおいては、微粉炭の燃焼によって燃焼ガス中に溶融した灰が発生する。このため、灰が石炭焚ボイラ本体内の炉壁や伝熱管に付着して堆積する、いわゆるスラッギングやファウリングといったトラブルが生じる。このような灰の付着・堆積が生じると、炉壁や伝熱管による伝熱面での収熱が大幅に低下する虞がある。また、巨大なクリンカが炉壁面に積層すると、クリンカが落下することによって炉内圧の大きな変動が生じたり、炉底を詰まらせたりするといった不具合が生じる。
【0003】
特に火炉の上部に設けられる二次過熱器、三次過熱器、最終過熱器、二次再熱器からなる上部伝熱部は、狭い間隔で配置した伝熱管の間を燃焼ガスが流動して熱交換を行う構造を有している。このため、上部伝熱部に灰が付着すると、炉内圧が大きく変動したり、ガス流路が閉塞されたりしてしまい、石炭焚ボイラの運転停止を余儀なくされることになる。
【0004】
したがって、石炭焚ボイラを安定して運転するためには、石炭燃料の燃焼時に灰が付着する可能性を事前に予測することが必要である。
【0005】
このため、従来、灰の付着が起こる可能性を指標として表すことが試みられ、灰含有元素を酸化物で表した灰組成に基づいた灰に関する指標と評価基準が一般に用いられてきた（例えば、非特許文献１参照）。
【0006】
上記非特許文献１に示された灰に関する指標と評価基準は、灰の付着等の問題が少ない良質炭である瀝青炭を対象として定められている。
【0007】
しかし、非特許文献１に示される指標と灰の付着との関係は必ずしも一致した傾向にはなく、高い信頼性をもった指標でないことが指摘されていた。このため、上記した従来の指標では、低品位炭とされる、例えば、亜瀝青炭、高シリカ炭、高Ｓ分炭、高カルシウム炭、高灰分炭等は炭種によって使用できないという問題を有していた。また、従来の指標では問題ないとされた石炭を用いて灰障害が発生することがあった。
【0008】
一方、近年では、良質炭の産出量が減少して安定した入手が困難となったことや経済性等の面から、低品位炭を利用する需要が高まってきている。このため、これらの低品位炭の燃焼によって生じる灰にも対応できる新しい灰付着に関する指標が必要になってきている。
【0009】
こうした要求を踏まえ、低品位炭を含む様々な種類の固体燃料を混合した場合の所定の雰囲気温度におけるスラグ粘性に基づいて灰付着特性を評価するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１１－８０７２７号公報
【非特許文献】
【0011】
【文献】Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｓｌａｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｕｌｉｎｇ ｉｎ ｐｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ（ＩＥＡＣＲ／７２），１９９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、スラグ粘性を化学組成等に基づいて算出した数値から、実際のボイラ内でのスラグの付着挙動を的確に把握することは、知見の少ない亜瀝青炭等の低品位炭にとっては困難である。さらに、高温となる雰囲気温度（例えば、１３００℃）において石炭等の固体燃料を加熱してスラグ粘性を測定・算出することは、現実問題として困難であると考えられる。そこで、灰に関する新たな指標の開発が希求されている。
【0013】
本開示は、このような課題に鑑み、灰に関する新たな指標を導出することが可能な相関関係導出方法および相関関係導出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る相関関係導出方法は、石炭を灰化して石炭灰を生成する工程と、石炭焚ボイラの燃焼温度範囲内における所定の加熱温度で石炭灰を加熱し、焼結灰を生成する工程と、焼結灰の硬度を測定する工程と、硬度となる石炭を石炭焚ボイラで燃焼させて排ガス温度を測定する工程と、硬度と排ガス温度との相関関係を導出する工程と、を含む。
【0015】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る相関関係導出装置は、石炭焚ボイラの燃焼温度範囲内における所定の加熱温度で石炭灰を加熱して得られる焼結灰の硬度と、硬度となる石炭を石炭焚ボイラで燃焼させた場合の排ガス温度との相関関係を導出する相関関係導出部を備える。
【発明の効果】
【0016】
本開示によれば、灰に関する新たな指標を導出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
［第１の実施形態］
［第１の実施形態］
【0019】
［石炭焚ボイラ１００］
まず、第１の実施形態に係る相関関係導出装置および相関関係導出方法が適用される石炭焚ボイラの一例について、図１を用いて概略を説明する。図１は、石炭焚ボイラ１００の一例を示す側断面図である。
まず、第１の実施形態に係る相関関係導出装置および相関関係導出方法が適用される石炭焚ボイラの一例について、図１を用いて概略を説明する。図１は、石炭焚ボイラ１００の一例を示す側断面図である。
【0020】
図１に示すように、石炭焚ボイラ１００は、ボイラ本体１１０を含む。ボイラ本体１１０は、火炉１２０と、後部伝熱部１３０とを含む。火炉１２０は、炉壁管（伝熱管）で形成される。ボイラ本体１１０の火炉１２０の下部には、バーナ１４０が配設される。バーナ１４０は、微粉炭燃料を噴射して燃焼させる。ボイラ本体１１０の火炉１２０の上部には、上部伝熱部１２１が設置される。上部伝熱部１２１は、二次過熱器１２２、三次過熱器１２３、最終過熱器１２４、二次再熱器１２５を含む。ボイラ本体１１０の後部伝熱部１３０には、一次過熱器１３１、一次再熱器１３２、節炭器１３３が設置される。これらの熱交換器は伝熱管により構成される。
【0021】
そして、バーナ１４０からボイラ本体１１０の火炉１２０の内部へ微粉炭燃料を噴射して燃焼させると、燃焼ガスは、火炉１２０の炉壁を構成する伝熱管を加熱する。そして、火炉１２０の炉壁を構成する伝熱管を加熱した後、燃焼ガスは、火炉１２０の上部における二次過熱器１２２、三次過熱器１２３、最終過熱器１２４、二次再熱器１２５からなる上部伝熱部１２１を加熱する。続いて、燃焼ガスは、後部伝熱部１３０の一次過熱器１３１、一次再熱器１３２および節炭器１３３を加熱する。熱交換されて熱を奪われた燃焼ガス（排ガス）は、ボイラ出口排ガスダクト１５０へ導出される。ボイラ出口排ガスダクト１５０に導かれた排ガスは、下流側に設けられた脱硝、脱硫等の排煙処理装置（図示せず）で窒素酸化物や硫黄酸化物等が除去され、集塵機（図示せず）で脱塵が行われた後、大気へ放出されるようになっている。
【0022】
温度検出器１６０は、ボイラ出口排ガスダクト１５０に設けられる。温度検出器１６０は、ボイラ出口排ガスダクト１５０を通過する排ガス温度を測定する。なお、温度検出器１６０は、図１中、破線で示すように、火炉１２０の出口部に設けられてもよい。つまり、温度検出器１６０は、上部伝熱部１２１（二次過熱器１２２、三次過熱器１２３、最終過熱器１２４、二次再熱器１２５）を通過した後の排ガス温度を測定してもよい。
【0023】
［石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００］
図２は、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００を説明する図である。図２に示すように、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置２５０とを含む。
図２は、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００を説明する図である。図２に示すように、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置２５０とを含む。
【0024】
石炭灰生成器２１０は、石炭焚ボイラ１００（図１参照）で燃料として採用され得る石炭を灰化して石炭灰を生成する。石炭灰生成器２１０は、例えば、ＪＩＳ法に準じ、石炭を８１５℃で灰化する。
【0025】
焼結灰生成器２２０は、石炭焚ボイラ１００の燃焼温度範囲内における所定の加熱温度で、石炭灰生成器２１０によって生成された石炭灰を加熱し、焼結灰を生成する。本実施形態において、焼結灰生成器２２０は、磁性ボート２２２を含む。磁性ボート２２２には、石炭灰が供給される。磁性ボート２２２に供給された石炭灰は、不図示の加熱装置によって所定の加熱温度で加熱される。
【0026】
上記加熱温度は、石炭焚ボイラ１００の上部伝熱部１２１近傍の温度を少なくともカバーできる温度であり、例えば、９００℃以上１４００℃以下の温度範囲（好ましくは、９００℃以上１２００℃以下の温度範囲）内の温度である。
【0027】
硬度測定器２３０は、焼結灰生成器２２０によって生成された焼結灰の硬度を測定する。硬度測定器２３０は、例えば、圧縮強度を測定する装置、ビッカース硬度を測定する装置、または、ラトラ試験機を含む装置である。なお、ここでは、硬度測定器２３０がラトラ試験機２４０を含む装置である場合を例に挙げる。硬度測定器２３０は、ラトラ試験機２４０と、硬度導出部２４８とを含む。
【0028】
ラトラ試験機２４０は、焼結金属の評価に用いられる。ラトラ試験機２４０は、円筒形金網２４１と、回転軸２４２と、設定部２４３と、通過物受皿２４４と、カバー２４５とを含む。円筒形金網２４１は、直径１００ｍｍ、長さ１２０ｍｍ程度の円筒形状の金網（目開き１ｍｍ＃）である。回転軸２４２は、不図示のモータと、円筒形金網２４１とを接続する。モータは、回転軸２４２を介して、円筒形金網２４１を、例えば、８０ｒｐｍで回転させる。設定部２４３は、円筒形金網２４１の回転数を設定する。通過物受皿２４４は、円筒形金網２４１の下方に設けられる。カバー２４５は、円筒形金網２４１および通過物受皿２４４を覆う。
【0029】
ラトラ試験機２４０において、まず、円筒形金網２４１の内部に焼結灰が収容される。そして、モータは、設定部２４３で設定された一定の回転数で円筒形金網２４１を回転させる。回転させている間に焼結灰から分離して円筒形金網２４１の目を抜けて落下する焼結灰の粒子は、通過物受皿２４４で受けられる。そして、試験前（回転前）の焼結灰の重量と、試験後（回転後）の焼結灰の重量とが硬度導出部２４８に出力される。
【0030】
硬度導出部２４８は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。硬度導出部２４８は、ＲＯＭからＣＰＵ自体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。硬度導出部２４８は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して硬度測定器２３０全体を管理および制御する。
【0031】
硬度導出部２４８は、回転分離前後の焼結灰の重量比に基づいて、焼結灰の硬度を導出する。本実施形態において、硬度導出部２４８は、試験後の焼結灰の重量を試験前の焼結灰の重量で除算した値（硬度＝試験後の焼結灰の重量／試験前の焼結灰の重量）を硬度とする。
【0032】
相関関係導出装置２５０は、中央制御部２６０を含む。中央制御部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。中央制御部２６０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体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。中央制御部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相関関係導出装置２５０全体を管理および制御する。
【0033】
本実施形態において、中央制御部２６０は、相関関係導出部２６２、排ガス温度予測部２６４、付着予測部２６６として機能する。
【0034】
相関関係導出部２６２は、硬度測定器２３０によって測定された硬度と、温度検出器１６０によって測定された排ガス温度との相関関係を導出する。なお、温度検出器１６０は、硬度測定器２３０によって測定された硬度となる石炭を石炭焚ボイラ１００で燃焼させた際の排ガスの温度を測定する。硬度と排ガス温度との相関関係については、後に詳述する。
【0035】
排ガス温度予測部２６４は、相関関係導出部２６２によって導出された、硬度と排ガス温度との相関関係を参照し、燃料として採用する石炭の硬度から排ガス温度の予測値を導出する。燃料として採用する石炭の硬度は、硬度測定器２３０によって測定される。
【0036】
付着予測部２６６は、排ガス温度予測部２６４によって導出された排ガス温度の予測値に基づき、石炭焚ボイラ１００における伝熱管への灰の付着を予測する。付着予測部２６６は、排ガス温度の予測値が高いほど伝熱管に灰が付着している可能性が高いと判定する。付着予測部２６６は、例えば、予測される伝熱管への灰の付着状況を画面に表示したり、音声で注意を促すようにしたりする。
【0037】
［石炭焚ボイラ灰付着予測方法］
続いて、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００を用いた石炭焚ボイラ灰付着予測方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測方法の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、排ガス温度予測工程Ｓ２６０と、付着予測工程Ｓ２７０とを含む。以下、各工程について詳述する。
続いて、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００を用いた石炭焚ボイラ灰付着予測方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測方法の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、第１の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、排ガス温度予測工程Ｓ２６０と、付着予測工程Ｓ２７０とを含む。以下、各工程について詳述する。
【0038】
［石炭灰生成工程Ｓ２１０］
石炭灰生成工程Ｓ２１０は、石炭灰生成器２１０が、石炭焚ボイラ１００（図１参照）で燃料として採用され得る石炭を灰化して石炭灰を生成する工程である。石炭は、例えば、良質炭および低品位炭等の複数種類の石炭である。複数種類の石炭はそれぞれ、ＪＩＳ法に準じ、８１５℃で灰化される。これにより、複数種類の石炭それぞれから、複数の石炭灰が生成される。
石炭灰生成工程Ｓ２１０は、石炭灰生成器２１０が、石炭焚ボイラ１００（図１参照）で燃料として採用され得る石炭を灰化して石炭灰を生成する工程である。石炭は、例えば、良質炭および低品位炭等の複数種類の石炭である。複数種類の石炭はそれぞれ、ＪＩＳ法に準じ、８１５℃で灰化される。これにより、複数種類の石炭それぞれから、複数の石炭灰が生成される。
【0039】
［焼結灰生成工程Ｓ２２０］
焼結灰生成工程Ｓ２２０は、焼結灰生成器２２０が、石炭灰生成工程Ｓ２１０で生成された石炭灰を、石炭焚ボイラ１００の燃焼温度範囲内における複数点の加熱温度でそれぞれ加熱することにより各加熱温度での焼結灰を生成する工程である。複数点の加熱温度は、石炭焚ボイラ１００の上部伝熱部１２１近傍の温度を少なくともカバーできる温度であり、例えば、９００℃以上１４００℃以下の温度範囲（好ましくは、９００℃以上１２００℃以下の温度範囲）内の複数点温度（例えば、５０℃の温度間隔で複数点の温度）ある。
焼結灰生成工程Ｓ２２０は、焼結灰生成器２２０が、石炭灰生成工程Ｓ２１０で生成された石炭灰を、石炭焚ボイラ１００の燃焼温度範囲内における複数点の加熱温度でそれぞれ加熱することにより各加熱温度での焼結灰を生成する工程である。複数点の加熱温度は、石炭焚ボイラ１００の上部伝熱部１２１近傍の温度を少なくともカバーできる温度であり、例えば、９００℃以上１４００℃以下の温度範囲（好ましくは、９００℃以上１２００℃以下の温度範囲）内の複数点温度（例えば、５０℃の温度間隔で複数点の温度）ある。
【0040】
［硬度測定工程Ｓ２３０］
硬度測定工程Ｓ２３０は、硬度測定器２３０が、焼結灰生成工程Ｓ２２０で生成された各焼結灰の硬度を測定する工程である。硬度測定工程Ｓ２３０では、まず、ラトラ試験機２４０によって、試験前（回転前）の焼結灰の重量と、試験後（回転後）の焼結灰の重量とが測定され、測定値が硬度導出部２４８に出力される。
硬度測定工程Ｓ２３０は、硬度測定器２３０が、焼結灰生成工程Ｓ２２０で生成された各焼結灰の硬度を測定する工程である。硬度測定工程Ｓ２３０では、まず、ラトラ試験機２４０によって、試験前（回転前）の焼結灰の重量と、試験後（回転後）の焼結灰の重量とが測定され、測定値が硬度導出部２４８に出力される。
【0041】
そして、硬度導出部２４８は、回転分離前後の焼結灰の重量比に基づいて、焼結灰の硬度を導出する。
【0042】
［排ガス温度測定工程Ｓ２４０］
排ガス温度測定工程Ｓ２４０は、温度検出器１６０（図１参照）が、硬度測定工程Ｓ２３０で測定された硬度となる石炭を石炭焚ボイラ１００で燃焼させて排ガス温度を測定する工程である。
排ガス温度測定工程Ｓ２４０は、温度検出器１６０（図１参照）が、硬度測定工程Ｓ２３０で測定された硬度となる石炭を石炭焚ボイラ１００で燃焼させて排ガス温度を測定する工程である。
【0043】
［相関関係導出工程Ｓ２５０］
相関関係導出工程Ｓ２５０は、相関関係導出装置２５０の相関関係導出部２６２が、硬度測定工程Ｓ２３０において測定された硬度と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０において測定された排ガス温度との相関関係を導出する工程である。
相関関係導出工程Ｓ２５０は、相関関係導出装置２５０の相関関係導出部２６２が、硬度測定工程Ｓ２３０において測定された硬度と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０において測定された排ガス温度との相関関係を導出する工程である。
【0044】
図４は、硬度と排ガス温度との相関関係を説明する図である。図４中、縦軸は排ガス温度［℃］を示す。図４中、横軸は、硬度を示す。なお、図４では、焼結灰生成工程Ｓ２２０における加熱温度（焼結温度）が１０００℃である場合を例に挙げる。
【0045】
良質炭である瀝青炭や低品位炭である亜瀝青炭等を含むＡ炭～Ｈ炭について、硬度と排ガス温度との相関関係を示すと、図４に示す線図のようになることが、本出願の発明者等の研究により明らかとなっている。つまり、硬度が大きいほど（焼結灰が硬いほど）、排ガス温度は高くなる。
【0046】
相関関係導出工程Ｓ２５０において、相関関係導出部２６２は、焼結温度ごとに、硬度と排ガス温度との相関関係を導出する。相関関係導出工程Ｓ２５０において導出された複数の相関関係は、相関関係導出装置２５０の不図示のメモリに保持される。
【0047】
［排ガス温度予測工程Ｓ２６０］
排ガス温度予測工程Ｓ２６０および後述する付着予測工程Ｓ２７０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、排ガス温度予測工程Ｓ２６０および後述する付着予測工程Ｓ２７０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
排ガス温度予測工程Ｓ２６０および後述する付着予測工程Ｓ２７０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、排ガス温度予測工程Ｓ２６０および後述する付着予測工程Ｓ２７０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
【0048】
排ガス温度予測工程Ｓ２６０は、相関関係導出装置２５０の排ガス温度予測部２６４が、メモリに保持された、硬度と排ガス温度との相関関係に基づき、燃料として採用する石炭の硬度から排ガス温度の予測値を導出する工程である。排ガス温度予測工程Ｓ２６０において、燃料として採用する石炭の硬度は、石炭灰生成器２１０、焼結灰生成器２２０、および、硬度測定器２３０によって導出される。例えば、導出された硬度が０．４である場合、図４に示す線図を参照すると、排ガス温度は３７４℃以上３７５℃以下となることが予測される。
【0049】
［付着予測工程Ｓ２７０］
付着予測工程Ｓ２７０は、付着予測部２６６が、排ガス温度予測工程Ｓ２６０において導出された排ガス温度の予測値に基づき石炭焚ボイラ１００における伝熱管への灰の付着を予測する工程である。付着予測部２６６は、排ガス温度の予測値が高いほど伝熱管に灰が付着している可能性が高いと判定する。
付着予測工程Ｓ２７０は、付着予測部２６６が、排ガス温度予測工程Ｓ２６０において導出された排ガス温度の予測値に基づき石炭焚ボイラ１００における伝熱管への灰の付着を予測する工程である。付着予測部２６６は、排ガス温度の予測値が高いほど伝熱管に灰が付着している可能性が高いと判定する。
【0050】
以上説明したように、本実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００およびこれを用いた石炭焚ボイラ灰付着予測方法は、灰に関する新たな指標である、硬度と排ガス温度との相関関係を導出する。排ガス温度が高いということは、伝熱管に灰が付着して伝熱管における排ガスとの熱交換が阻害されていることを意味する。すなわち、石炭焚ボイラ１００において、排ガス温度が高くなる石炭を燃料として使用した場合、灰の付着による閉塞トラブルが発生する虞がある。本実施形態の石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、石炭性状パラメータとしての硬度を測定し、硬度と排ガス温度との相関関係を図４に示すような線図として作成することにより、硬度から排ガス温度を予測することができる。これにより、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、排ガス温度の予測値に基づいて灰障害を予測することが可能となる。
【0051】
つまり、相関関係導出部２６２が、相関関係導出工程Ｓ２５０において、硬度と排ガス温度との相関関係を図４に示すような線図として導出しておけば、燃料として採用しようとする石炭の硬度を測定するだけで、排ガス温度を予測することができる。このため、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、排ガス温度の予測値に基づき、石炭焚ボイラ１００における伝熱管への灰の付着を予測することが可能となる。なお、このとき、石炭焚ボイラ１００の運転を停止する必要はない。
【0052】
また、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、上記特許文献１に開示されている従来技術のように、例えば、１３００℃という非常に高温となる雰囲気温度において実際のスラグ粘性を算出する事態を回避することができる。このため、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００は、実際の石炭焚ボイラ１００の運転を安定して行う上で有効となる。
【0053】
このように、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００および石炭焚ボイラ灰付着予測方法は、硬度と排ガス温度との相関関係を捉えることで、灰障害による石炭焚ボイラ１００の稼働率低下を抑制したり、経済的な低品位炭を有効活用したりすることが可能となる。
【0054】
［第２の実施形態：石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００］
図５は、第２の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００を説明する図である。図５に示すように、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置３５０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図５は、第２の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００を説明する図である。図５に示すように、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置３５０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0055】
相関関係導出装置３５０は、中央制御部３６０と、メモリ３７０とを含む。中央制御部３６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部３６０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体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。中央制御部３６０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して相関関係導出装置３５０全体を管理および制御する。
【0056】
メモリ３７０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、中央制御部３６０に用いられるプログラムや各種データを記憶する。本実施形態において、メモリ３７０は、硬度データを記憶する。硬度データは、単一種類の石炭の硬度、および、複数種類の石炭が混合されたものの硬度のうち、いずれか一方または両方を示す情報である。
【0057】
本実施形態において、中央制御部３６０は、相関関係導出部２６２、石炭選定部３６４として機能する。
【0058】
石炭選定部３６４は、相関関係導出部２６２によって導出された、硬度と排ガス温度との相関関係に基づき、メモリ３７０に記憶された硬度データを参照して、排ガス温度の予測値が設定値以下になる硬度の石炭を燃料として選定する。選定される石炭は、単一種類の石炭、または、複数種類の石炭が混合されたものである。なお、排ガス温度の設定値は、例えば、３７４～３７６℃程度である。ただし、排ガス温度の設定値に限定はない。
【0059】
［石炭焚ボイラ灰付着防止方法］
続いて、上記石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００を用いた石炭焚ボイラ灰付着防止方法について説明する。図６は、第２の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着防止方法の処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、石炭焚ボイラ灰付着防止方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、石炭選定工程Ｓ３１０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
続いて、上記石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００を用いた石炭焚ボイラ灰付着防止方法について説明する。図６は、第２の実施形態に係る石炭焚ボイラ灰付着防止方法の処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、石炭焚ボイラ灰付着防止方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、石炭選定工程Ｓ３１０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0060】
［石炭選定工程Ｓ３１０］
石炭選定工程Ｓ３１０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、石炭選定工程Ｓ３１０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
石炭選定工程Ｓ３１０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、石炭選定工程Ｓ３１０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
【0061】
石炭選定工程Ｓ３１０は、石炭選定部３６４が、相関関係導出工程Ｓ２５０で導出された硬度と排ガス温度との相関関係に基づき、硬度データを参照して、排ガス温度が上記設定値以下になる硬度の石炭を燃料として選定する工程である。
【0062】
以上説明したように、本実施形態にかかる石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００およびこれを用いた石炭焚ボイラ灰付着防止方法は、石炭選定部３６４を備える。石炭選定部３６４によって選定される石炭を燃料として使用することで、排ガス温度を設定値以下に抑えることができる。したがって、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００は、石炭焚ボイラ１００のおける伝熱管への灰の付着を抑制し、伝熱管における排ガスとの熱交換の阻害を低減することが可能となる。
【0063】
これにより、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００は、実際の石炭焚ボイラ１００の運転を安定して継続することが可能となる。例えば、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００は、６００ＭＷ級の発電所に設けられる石炭焚ボイラ１００に対し、灰障害による強制停止を一度回避するだけで、一億円以上の損害を回避することが可能となる。
【0064】
このように、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００および石炭焚ボイラ灰付着防止方法は、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００および石炭焚ボイラ灰付着予測方法と同様に、硬度と排ガス温度との相関関係を捉えることで、灰障害による石炭焚ボイラ１００の稼働率低下を抑制したり、経済的な低品位炭を有効活用したりすることが可能となる。
【0065】
［第３の実施形態：石炭焚ボイラ運用装置４００］
図７は、第３の実施形態に係る石炭焚ボイラ運用装置４００を説明する図である。図７に示すように、石炭焚ボイラ運用装置４００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置４５０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図７は、第３の実施形態に係る石炭焚ボイラ運用装置４００を説明する図である。図７に示すように、石炭焚ボイラ運用装置４００は、石炭灰生成器２１０と、焼結灰生成器２２０と、硬度測定器２３０と、相関関係導出装置４５０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0066】
相関関係導出装置４５０は、中央制御部４６０を含む。中央制御部４６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部４６０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体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。中央制御部４６０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して相関関係導出装置４５０全体を管理および制御する。
【0067】
本実施形態において、中央制御部４６０は、相関関係導出部２６２、排ガス温度予測部２６４、燃焼時間調節部４６６として機能する。
【0068】
燃焼時間調節部４６６は、排ガス温度予測部２６４によって導出された排ガス温度の予測値に基づき、例えば、バーナ１４０（図１参照）に制御信号を出力して、バーナ１４０から火炉１２０の内部へ微粉炭燃料を噴射する時間を調節する。
【0069】
［石炭焚ボイラ運用方法］
続いて、上記石炭焚ボイラ運用装置４００を用いた石炭焚ボイラ運用方法について説明する。図８は、第３の実施形態に係る石炭焚ボイラ運用方法の処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、石炭焚ボイラ運用方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、排ガス温度予測工程Ｓ２６０と、燃焼時間調節工程Ｓ４１０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
続いて、上記石炭焚ボイラ運用装置４００を用いた石炭焚ボイラ運用方法について説明する。図８は、第３の実施形態に係る石炭焚ボイラ運用方法の処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、石炭焚ボイラ運用方法は、石炭灰生成工程Ｓ２１０と、焼結灰生成工程Ｓ２２０と、硬度測定工程Ｓ２３０と、排ガス温度測定工程Ｓ２４０と、相関関係導出工程Ｓ２５０と、排ガス温度予測工程Ｓ２６０と、燃焼時間調節工程Ｓ４１０とを含む。なお、上記石炭焚ボイラ灰付着予測方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0070】
［燃焼時間調節工程Ｓ４１０］
上記排ガス温度予測工程Ｓ２６０および燃焼時間調節工程Ｓ４１０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、排ガス温度予測工程Ｓ２６０および燃焼時間調節工程Ｓ４１０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
上記排ガス温度予測工程Ｓ２６０および燃焼時間調節工程Ｓ４１０は、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０とは、異なるタイミングで行われる。例えば、上記石炭灰生成工程Ｓ２１０から相関関係導出工程Ｓ２５０は、石炭焚ボイラ１００の運用前に実行され、排ガス温度予測工程Ｓ２６０および燃焼時間調節工程Ｓ４１０は、石炭焚ボイラ１００の運用の際に実行される。
【0071】
燃焼時間調節工程Ｓ４１０は、燃焼時間調節部４６６が、排ガス温度予測工程Ｓ２６０で導出された排ガス温度の予測値に基づき、石炭の燃焼時間（火炉１２０への石炭の供給時間）を調節する工程である。
【0072】
例えば、図４に示す線図を参照すると、Ｇ炭やＨ炭あるいはそれらを混合した石炭を、石炭焚ボイラ１００で使用すると、焼結灰の硬度が０．５以上となり、排ガス温度が３７６℃を超えることが想定される。このような場合、燃焼時間調節部４６６は、燃焼時間を短く設定することで伝熱管に灰が付着することを抑制する。その後、石炭焚ボイラ１００は、Ｇ炭やＨ炭あるいはそれらを混合した石炭から、排ガス温度が低くなる硬度の石炭に切り換えるといった運用が可能となる。
【0073】
これにより、石炭焚ボイラ運用装置４００は、伝熱管への灰の付着を抑えつつ、低品位炭を有効に活用して、実際の石炭焚ボイラ１００の運転を、経済性を高めながら安定して継続することが可能となる。例えば、石炭焚ボイラ運用装置４００は、６００ＭＷ級の発電所に設けられる石炭焚ボイラ１００の燃料費を１％削減すれば、年間約二億円の費用を削減することができる。
【0074】
このように、石炭焚ボイラ運用装置４００および石炭焚ボイラ運用方法は、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００および石炭焚ボイラ灰付着予測方法、ならびに、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００および石炭焚ボイラ灰付着防止方法と同様に、硬度と排ガス温度との相関関係を捉えることで、灰障害による石炭焚ボイラ１００の稼働率低下を抑制したり、経済的な低品位炭を有効活用したりすることが可能となる。
【0075】
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。
【0076】
例えば、上記実施形態において、硬度測定器２３０として、ラトラ試験機２４０を備える装置を例に挙げた。しかし、硬度測定器２３０は、圧縮強度を測定する装置、または、ビッカース硬度を測定する装置であってもよい。硬度測定器２３０を、圧縮強度を測定する装置、または、ビッカース硬度を測定する装置とすることで、焼結灰の硬度を簡易に測定することができる。なお、圧縮強度[Ｎ／ｍｍ２]、ビッカース硬度[ＨＶ]が大きいほど、焼結灰の硬度は大きい（焼結灰は硬い）。
【0077】
また、上記実施形態の石炭焚ボイラ１００、石炭焚ボイラ灰付着予測装置２００、石炭焚ボイラ灰付着防止装置３００、石炭焚ボイラ運用装置４００は、それぞれ、燃料として単一種類の石炭を使用してもよいし、複数種類の石炭が混合されたものを使用してもよい。良質炭である瀝青炭と、低品位炭とされる、例えば、亜瀝青炭、高シリカ炭、高Ｓ分炭、高カルシウム炭、高灰分炭等とを必要に応じて混ぜ合わせて燃料として使用することにより、燃料費の経済性を高める上でより有効となる。
【0078】
また、上記第１の実施形態において、相関関係導出装置２５０が排ガス温度予測部２６４、付着予測部２６６を備える構成を例に挙げた。しかし、相関関係導出装置２５０は、少なくとも相関関係導出部２６２を備えていればよい、同様に、相関関係導出装置３５０、４５０は、少なくとも２６２を備えていればよい。これにより、相関関係導出装置２５０、３５０、４５０は、灰に関する新たな指標である、硬度と排ガス温度との相関関係を導出することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本開示は、相関関係導出方法および相関関係導出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【0080】
Ｓ２１０ 石炭灰生成工程
Ｓ２２０ 焼結灰生成工程
Ｓ２３０ 硬度測定工程
Ｓ２４０ 排ガス温度測定工程
Ｓ２５０ 相関関係導出工程
２５０ 相関関係導出装置
２６２ 相関関係導出部
３５０ 相関関係導出装置
４５０ 相関関係導出装置
Ｓ２２０ 焼結灰生成工程
Ｓ２３０ 硬度測定工程
Ｓ２４０ 排ガス温度測定工程
Ｓ２５０ 相関関係導出工程
２５０ 相関関係導出装置
２６２ 相関関係導出部
３５０ 相関関係導出装置
４５０ 相関関係導出装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】