JP6199174B2

JP6199174B2 - ボイラ設備

Info

Publication number: JP6199174B2
Application number: JP2013258679A
Authority: JP
Inventors: 健有賀; 幸洋冨永; 宗洋垣見; 智裕松尾
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP2015114087A

Description

本発明は、固体燃料を燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などのガス燃料を生成し、このガス燃料と固体燃料とを併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備に関するものである。

各種の固体燃料をガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。

ところで、ガス化炉で使用する石炭は、石炭利用における不要分や不純物が多い高灰分炭などの低品位の石炭（低品位炭）が多い。この低品位炭を処理する技術として、例えば、下記特許文献２に記載されたものがある。

特開２０１０−２２０５４１号公報特開２００５−１３１５２６号公報

ボイラ設備にて、固体燃料を使用する際は、フライアッシュに多量の未燃分が含まれると、ボイラ効率が低下する。また、このフライアッシュは、硬質の灰分を多量に含んでいることから、燃焼バーナや伝熱部、ケーシング部などが摩耗してしまう。燃焼バーナ、伝熱部、ケーシング部の摩耗は、着火・保炎性の低下による排ガス特性の悪化、チューブリークや排ガスのリークによる連続運転時間の短縮などの不具合を引き起こすおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ボイラ効率の向上を図るボイラ設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のボイラ設備は、固体燃料を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成されたガス燃料と固体燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、前記ボイラから排出された排ガス中の固体粒子を前記ガス化炉に搬送する固体粒子搬送装置と、を有することを特徴とするものである。

従って、ガス化炉は、固体燃料を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成し、ボイラは、ガス燃料と固体燃料を燃焼させて発生した熱を回収する。このとき、固体粒子搬送装置によりボイラから排出された排ガス中の固体粒子をガス化炉に搬送する。そのため、ガス化炉は、固体燃料と固体粒子を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成することとなる。この固体粒子は、未燃分を含有していることから、ガス化炉への固体燃料の供給量を減少することができ、ボイラ効率の向上を図ることができる。

本発明のボイラ設備では、前記固体粒子搬送装置は、前記ボイラから排出された固体粒子を前記ガス化炉に搬送する固体粒子搬送経路と、前記固体粒子搬送経路に設けられる送風機とを有することを特徴としている。

従って、固体粒子搬送経路と送風機を設けるという簡単な構成で、ボイラから排出された排ガス中の固体粒子をガス化炉に搬送することができ、構造の複雑化及び高コスト化を抑制することができる。

本発明のボイラ設備では、前記固体粒子搬送経路は、前記ボイラの煙道に排出された排ガスから分離されたフライアッシュを前記ガス化炉に供給する第１固体粒子搬送経路を有することを特徴としている。

従って、固体粒子をフライアッシュとすることで、フライアッシュに含まれる未燃分を有効利用することができると共に、フライアッシュの処理コストを低減することができる。

本発明のボイラ設備では、前記固体粒子搬送経路は、前記ボイラの火炉の下部に落下したボトムアッシュを前記ガス化炉に供給する第２固体粒子搬送経路を有することを特徴としている。

従って、固体粒子をボトムアッシュとすることで、ボトムアッシュに含まれる未燃分を有効利用することができると共に、ボトムアッシュの処理コストを低減することができる。

本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉は、固体燃料用供給ホッパと、灰用供給ホッパとを有し、前記固体粒子搬送経路が前記灰用供給ホッパに連結されることを特徴としている。

従って、固体粒子を固体粒子搬送経路により灰用供給ホッパに搬送し、この灰用ホッパから固体粒子をガス化炉に供給することとなり、ガス化炉に供給する固体粒子の供給量を調整することができる。

本発明のボイラ設備では、固体燃料は、高灰分炭を有することを特徴としている。

従って、ガス化炉は、高灰分炭を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成し、ボイラは、ガス燃料と高灰分炭を燃焼させて発生した熱を回収する。このとき、固体粒子搬送装置によりボイラから排出された排ガス中の固体粒子をガス化炉に搬送することから、ガス化炉への高灰分炭の供給量を減少することができ、ボイラ内部の摩耗を低減することができる。

本発明のボイラ設備によれば、ボイラから排出された排ガス中の固体粒子をガス化炉に搬送する固体粒子搬送装置を設けるので、ガス化炉への固体燃料の供給量を減少することができ、ボイラ効率の向上を図ることができる。

図１は、第１実施形態に係るボイラ設備を表す概略構成図である。図２は、第２実施形態に係るボイラ設備を表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ設備の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のボイラ設備を表す概略構成図である。

第１実施形態のボイラ設備は、石炭やバイオマスなどの化石燃料を用いて生成したガス燃料と石炭や油やバイオマスなどの化石燃料を燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備である。

第１実施形態のボイラ設備は、図１に示すように、石炭を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。ここで、使用する石炭は、不要分や不純物が多い高灰分炭などの低品位炭である。

ガス化炉１０は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１を有している。この場合、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。このガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造である。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としての石炭（原炭）を供給可能となっており、内部で石炭を燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、水素・一酸化炭素を主成分とする可燃性ガスを発生する。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を投入してもよい。

燃料供給系として、石炭用ホッパ１２と石炭供給配管１３を有している。石炭ホッパ１２は、所定量の石炭を貯留可能であり、石炭供給配管１３を通して側部からガス化炉本体１１内に投入することができる。また、燃料供給系として、石炭灰用ホッパ１４と石炭灰搬送配管１５を有している。石炭灰供給ホッパ１４は、所定量の石炭灰（フライアッシュ）を貯留可能であり、石炭灰搬送配管１５を通して側部からガス化炉本体１１内に投入することができる。ガス化炉本体１１は、可燃性ガスと流動砂を分離するサイクロン１７が接続されている。即ち、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１６を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１８を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されている。

ガス化炉本体１１は、内部に燃焼・ガス化用の空気を供給する空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系を構成する空気供給配管１９は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結されている。この空気供給配管１９は、後述するが、２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができる。また、ガス化炉本体１１は、下部に石炭に混入していた異物を除去する異物排出配管２０が連結されている。

サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２１が連結されている。このガス燃料配管２１は、ガス燃料をボイラ３０まで搬送するためのものであり、必要に応じて、中途部に除塵装置やサイクロンなどを設けてもよく、分離したチャーをガス化炉本体１１にもどしてもよい。

一方、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、ガス燃料と石炭（化石燃料）とを燃焼可能な火炉３１を有している。この火炉３１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉３１を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。そして、この火炉３１は、下部に燃焼装置３２が設けられている。

燃焼装置３２は、火炉３１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられている。この燃焼装置３２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。なお、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

ここで、最上段の燃焼バーナ４１は、ガス燃料用の燃焼バーナであり、その下段の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５は、微粉炭用の燃焼バーナである。本実施形態にて、ガス燃料用の燃焼バーナ４１を最上段としたが、中段や下段に配置してもよく、また、複数段にわたって配置してもよい。また、燃焼装置は、ＣＣＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＣｏｒｎｅｒＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式やＣＵＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＵｌｔｒａＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式の旋回燃焼式、または、各燃焼バーナを対向して配置する対向配置式としてもよい。

ガス燃料用の燃焼バーナ４１は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２１が連結されている。この場合、ガス燃料配管２１からガス燃料用の燃焼バーナ４１に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。一方、微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５は、微粉炭供給管４６，４７，４８，４９を介して微粉炭機（ミル）５０，５１，５２，５３に連結されている。そのため、微粉炭機５０，５１，５２，５３は、石炭を所定の大きさまで粉砕し、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管４６，４７，４８，４９から燃焼バーナ４２，４３，４４，４５に供給することができる。

火炉３１は、各燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５の装着位置に風箱５４が設けられており、この風箱５４に空気ダクト５５の一端部が連結されており、この空気ダクト５５は、他端部に送風機５６が装着されている。従って、送風機５６により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト５５から風箱５４に供給し、この風箱５４から各燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５に供給することができる。

また、火炉３１は、各燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５の装着位置より上方に追加空気噴射装置５７が設けられており、この追加空気噴射装置５７に空気ダクト５５から分岐した分岐空気ダクト５８の端部が連結されている。従って、送風機５６により送られた燃焼用空気（２次空気）を分岐空気ダクト５８から追加空気噴射装置５７に供給することができる。

火炉３１は、上部に煙道６０が連結されており、この煙道６０に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）６１，６２、再熱器（リヒータ）６３，６４、節炭器（エコノマイザ）６５，６６，６７が設けられており、火炉３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道６０は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管６８が連結されている。この排ガス管６８は、空気ダクト５５との間にエアヒータ６９が設けられ、空気ダクト５５を流れる空気と、排ガス管６８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。この場合、エアヒータ６９は、風箱５４に供給する燃焼用空気を２００〜３５０℃の範囲に昇温することが望ましい。

また、空気ダクト５５は、エアヒータ６９より下流側の位置から分岐して、空気供給配管１９が設けられている。この空気供給配管１９は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置７０と、高温空気を昇圧可能なブロア（送風機）７１が装着されており、エアヒータ６９で２００〜３５０℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。

排ガス配管６８は、エアヒータ６９より下流側の位置に、電気集塵機７２、誘引送風機７３、脱硫装置７４が設けられ、下流端部に煙突７５が設けられている。この電気集塵機７２は、排ガスからフライアッシュを除去するものであり、除去されたフライアッシュは、ホッパ７６に貯留可能となっている。そして、ホッパ７６は、フライアッシュをガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送する第１石炭灰搬送配管（第１固体粒子搬送経路）７７が設けられている。この第１石炭灰搬送配管７７は、ホッパ７６に貯留されたフライアッシュを搬送するブロア（送風機）７８が装着されている。ここで、本発明の固体粒子搬送装置は、ホッパ７６と第１石炭灰搬送配管７７とブロア７８により構成されている。なお、ホッパ７６を設けずに、第１石炭灰搬送配管７７をガス化炉１０に直接連結してもよい。

ここで、第１実施形態のボイラ設備の作用について説明する。

ボイラ３０にて、送風機５６を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気ダクト５５を通してエアヒータ６９で加熱された後、風箱５４に供給される。また、この加熱された空気は、その一部が空気供給配管１９に取り込まれ、除塵装置７０により塵や埃などの粒子状物質を除去した後、ガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給される。

ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、図示しない供給経路から流動砂が供給されており、石炭は、石炭用ホッパ１２に貯留され、この石炭ホッパ１２から石炭供給配管１３を通してガス化炉本体１１に投入される。また、石炭灰としてのフライアッシュは、石炭灰供給ホッパ１４に貯留され、この石炭灰供給ホッパ１４から石炭灰搬送配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。更に、ガス化炉本体１１は、空気供給配管１９により下部から燃焼・ガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂と石炭とフライアッシュが流動混合すると共に、石炭及びフライアッシュの未燃分が燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。

この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１６を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２１を通してボイラ３０に供給される。このとき、サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、循環配管１８によりガス化炉本体１１に戻される。

ボイラ３０にて、ガス化炉１０から可燃性ガスがガス燃料配管２１を通してガス燃料用の燃焼バーナ４１に供給される。また、微粉炭機５０，５１，５２，５３が駆動すると、供給された石炭が粉砕され、生成された微粉炭が搬送用空気により微粉炭供給管４６，４７，４８，４９を通して微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト５５から風箱５４を介して各燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５に供給される。

すると、ガス燃料用の燃焼バーナ４１は、燃焼用空気と可燃性ガスを火炉３１の燃焼領域Ａに噴射すると同時に着火する。また、微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５は、燃焼用空気と微粉炭を火炉３１の燃焼領域Ａに噴射すると同時に着火する。そのため、火炉３１では、燃焼領域Ａに火炎旋回流が形成され、追加空気噴射装置５７は、追加空気を火炉３１における還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉３１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、火炉３１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至り、煙道６０に排出される。

このとき、火炉３１にて、燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５は、空気の供給量が燃料の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Ａの上方の還元領域Ｂが還元雰囲気に保持される。そのため、燃焼により発生したＮＯｘがこの還元領域Ｂで還元される。そして、追加空気噴射装置５７は、火炉３１内における還元領域Ｂの上方に追加空気を吹き込む。すると、還元領域Ｂにて、排ガスと追加空気が反応することで微粉燃料の酸化燃焼が完結され、燃料の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器６５，６６，６７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器６１，６２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器６１，６２で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器６３，６４に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道６０の節炭器６５，６６，６７を通過した排ガスは、排ガス配管６８にて、電気集塵機７２で固体粒子としてのフライアッシュが除去され、脱硫装置７４により硫黄分が除去された後、煙突７５から大気中に排出される。

また、電気集塵機７２により排ガスから分離されたフライアッシュは、ホッパ７６に貯留れ、ブロア７８により第１石炭灰搬送配管７７を通してガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送される。そのため、前述したように、ガス化炉１０は、石炭とフライアッシュの未燃分を燃料として可燃性ガスを生成することができる。

このように第１実施形態のボイラ設備にあっては、石炭を燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成された可燃性ガスと微粉炭を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュをガス化炉１０に搬送する固体粒子搬送装置とを設けている。

従って、ガス化炉１０は、石炭を燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成し、ボイラ３０は、可燃性ガスと微粉炭を燃焼させて発生した熱を回収する。このとき、固体粒子搬送装置によりボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュをガス化炉１０に搬送する。そのため、ガス化炉１０は、石炭とフライアッシュを燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成することとなる。フライアッシュは、未燃炭素分を含有していることから、このフライアッシュをリサイクルすることで、未燃炭素分の損失をなくすことができる。その結果、ガス化炉１０への石炭の供給量やボイラへの微粉炭の供給量を減少することができ、固体燃料の供給量を低減してボイラ効率の向上を図ることができる。

第１実施形態のボイラ設備では、固体粒子搬送装置として、ボイラ３０から排出されたフライアッシュをガス化炉１０に搬送する第１石炭灰搬送配管７７と、第１石炭灰搬送配管７７に設けられるブロア７８とを設けている。従って、簡単な構成で、ボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュをガス化炉１０に搬送することができ、構造の複雑化及び高コスト化を抑制することができる。

第１実施形態のボイラ設備では、第１石炭灰搬送配管７７は、ボイラ３０の煙道６０に排出された排ガスから電気集塵機７２により分離されたフライアッシュをガス化炉１０に供給するものである。従って、フライアッシュをガス化炉１０に戻すことで、フライアッシュに含まれる未燃分（未燃炭素分）を有効利用することができると共に、フライアッシュの処理コストを低減することができる。

第１実施形態のボイラ設備では、ガス化炉１０は、石炭灰用ホッパ１４を設け、第１石炭灰搬送配管７７を石炭灰用ホッパ１４に連結している。従って、フライアッシュを第１石炭灰搬送配管７７により石炭灰用ホッパ１４に搬送し、この石炭灰用ホッパ１４からフライアッシュをガス化炉１０に供給することとなり、ガス化炉１０に供給するフライアッシュの供給量を調整することができる。

第１実施形態のボイラ設備では、原炭を高灰分炭としている。従って、ガス化炉１０は、高灰分炭を燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成し、ボイラ３０は、可燃性ガスと高灰分炭を燃焼させて発生した熱を回収する。このとき、第１石炭灰搬送配管７７によりボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュをガス化炉１０に搬送することから、ガス化炉１０への高灰分炭の供給量を減少することができる。そして、フライアッシュに含まれる未燃分を有効利用できることから、微粉炭機５０，５１，５２，５３の駆動力を低減し、石炭の粉砕粒径を大きくすることができる。また、ガス化炉１０で生成した可燃性ガスをボイラ３０に燃料として供給することから、火炉３１に供給する高灰分炭の量を減少することができ、ボイラ３０における燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５や過熱器６１，６２、再熱器６３，６４、節炭器６５，６６，６７や火炉３１の内壁面などの摩耗を低減することができる。

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態に係るボイラ設備を表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態のボイラ設備は、図２に示すように、石炭を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。ここで、使用する石炭は、不要分や不純物が多い高灰分炭などの低品位炭である。

ガス化炉１０は、ガス化炉本体１１と、石炭用ホッパ１２及び石炭供給配管１３と、石炭灰用ホッパ１４及び石炭灰供給配管１５を有している。そして、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１６を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１８を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されている。また、ガス化炉本体１１は、下部に空気供給配管１９が連結されている。サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２１が連結されている。

一方、ボイラ３０は、火炉３１と燃焼装置３２を有している。燃焼装置３２は、ガス燃料用の燃焼バーナ４１と、微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５とを有している。ガス燃料用の燃焼バーナ４１は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２１が連結されている。一方、微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５は、微粉炭供給管４６，４７，４８，４９を介して微粉炭機（ミル）５０，５１，５２，５３に連結されている。火炉３１は、風箱５４に空気ダクト５５の一端部が連結されており、この空気ダクト５５は、他端部に送風機５６が装着されている。

火炉３１は、上部に煙道６０が連結されており、この煙道６０に排ガスの熱を回収するための過熱器６１，６２、再熱器６３，６４、節炭器６５，６６，６７が設けられており、火炉３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。煙道６０は、排ガス管６８が連結され、空気ダクト５５との間にエアヒータ６９が設けられ、この空気ダクト５５は、エアヒータ６９より下流側の位置から分岐して、空気供給配管１９が設けられている。この空気供給配管１９は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置７０と、高温空気を昇圧可能なブロア（送風機）７１が装着されており、エアヒータ６９で２００〜３５０℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。

排ガス配管６８は、エアヒータ６９より下流側の位置に、電気集塵機７２、誘引送風機７３、脱硫装置７４が設けられ、下流端部に煙突７５が設けられている。この電気集塵機７２は、排ガスからフライアッシュを除去するものであり、除去されたフライアッシュは、ホッパ７６に貯留可能となっている。そして、ホッパ７６は、フライアッシュをガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送する第１石炭灰搬送配管７７が設けられている。この第１石炭灰搬送配管７７は、ホッパ７６に貯留されたフライアッシュを搬送するブロア７８が装着されている。

また、火炉３１は、燃焼ガス（排ガス）中の灰分が下方に落下し、下部に固体粒子としてのボトムアッシュが貯留される。火炉３１は、下部に、図示しないが、このボトムアッシュを外部に排出する開口部が設けられており、下部に落下してボトムアッシュをホッパ８１に貯留可能となっている。そして、ホッパ８１は、ボトムアッシュをガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送する第２石炭灰搬送配管（第２固体粒子搬送経路）８２が設けられている。この第２石炭灰搬送配管８２は、ホッパ８１に貯留されたボトムアッシュを搬送するブロア（送風機）８３が装着されている。ここで、本発明の固体粒子搬送装置は、ホッパ７６，８１と石炭灰搬送配管７７，８２とブロア７８，８３により構成されている。なお、ホッパ８１を設けずに、第２石炭灰搬送配管８２をガス化炉１０に直接連結してもよい。

ここで、第２実施形態のボイラ設備の作用について説明する。

ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、石炭が石炭ホッパ１２から石炭供給配管１３を通してガス化炉本体１１に投入される。また、石炭灰としてのフライアッシュとボトムアッシュが石炭灰供給ホッパ１４から石炭灰搬送配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。更に、ガス化炉本体１１は、空気供給配管１９により下部から燃焼・ガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂と石炭とフライアッシュとボトムアッシュが流動混合すると共に、石炭とフライアッシュ及びボトムアッシュの未燃分が燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。そして、この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、排出配管１６を通してサイクロン１７に排出され、流動砂が分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２１を通してボイラ３０に供給される。

ボイラ３０にて、ガス化炉１０から可燃性ガスがガス燃料配管２１を通してガス燃料用の燃焼バーナ４１に供給される。また、微粉炭機５０，５１，５２，５３から微粉炭が搬送用空気により微粉炭供給管４６，４７，４８，４９を通して微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト５５から風箱５４を介して各燃焼バーナ４１，４２，４３，４４，４５に供給される。

すると、ガス燃料用の燃焼バーナ４１は、燃焼用空気と可燃性ガスを火炉３１の燃焼領域Ａに噴射し、微粉炭用の燃焼バーナ４２，４３，４４，４５は、燃焼用空気と微粉炭を火炉３１の燃焼領域Ａに噴射する。そのため、火炉３１では、燃焼領域Ａに火炎旋回流が形成され、追加空気噴射装置５７は、追加空気を火炉３１における還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉３１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、火炉３１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至り、煙道６０に排出される。そして、この煙道６０に排出された排ガスは、過熱器６１，６２、再熱器６３，６４、節炭器６５，６６，６７により熱が回収された後、排ガス配管６８にて、電気集塵機７２でフライアッシュが除去され、脱硫装置７４により硫黄分が除去された後、煙突７５から大気中に排出される。

また、電気集塵機７２により排ガスから分離されたフライアッシュは、ホッパ７６に貯留され、ブロア７８により第１石炭灰搬送配管７７を通してガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送される。更に、火炉３１の下部に落下したボトムアッシュは、ホッパ８１に貯留され、ブロア８３により第２石炭灰搬送配管８２を通してガス化炉１０の石炭灰供給ホッパ１４に搬送される。そのため、前述したように、ガス化炉１０は、石炭とフライアッシュ及びボトムアッシュの未燃分を燃料として可燃性ガスを生成することができる。

このように第２実施形態のボイラ設備にあっては、石炭を燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成された可燃性ガスと微粉炭を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュ及びボトムアッシュをガス化炉１０に搬送する固体粒子搬送装置とを設けている。

従って、ガス化炉１０は、石炭を燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成し、ボイラ３０は、可燃性ガスと微粉炭を燃焼させて発生した熱を回収する。このとき、固体粒子搬送装置によりボイラ３０から排出された排ガス中のフライアッシュ及びボトムアッシュをガス化炉１０に搬送する。そのため、ガス化炉１０は、石炭とフライアッシュ及びボトムアッシュを燃焼・ガス化させることで可燃性ガスを生成することとなる。このフライアッシュ及びボトムアッシュは、未燃分を含有していることから、ガス化炉１０への石炭の供給量やボイラへの微粉炭の供給量を減少することができ、固体燃料の供給量を低減してボイラ効率の向上を図ることができる。

第２実施形態のボイラ設備では、火炉３１の下部に落下したボトムアッシュを第２石炭灰搬送配管８２によりガス化炉１０に搬送している。従って、ボトムアッシュに含まれる未燃分を有効利用することができると共に、ボトムアッシュの処理コストを低減することができる。

なお、上述した実施形態では、本発明の固体粒子搬送装置を石炭灰搬送配管７７，８２としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、搬送コンベアなどを適用してもよい。

１０ガス化炉
１１ガス化炉本体
１２石炭用ホッパ（固体燃料用ホッパ）
１４石炭灰用ホッパ（灰用ホッパ）
１５石炭灰搬送配管
３０ボイラ
３１火炉
３２燃焼装置
４１ガス燃料用の燃焼バーナ
４２，４３，４４，４５微粉炭用の燃焼バーナ
６０煙道
７０除塵装置
７６ホッパ（固体粒子搬送装置）
７７第１石炭灰搬送配管（固体粒子搬送装置、第１固体粒子供給経路）
７８ブロア（送風機、固体粒子搬送装置）
８１ホッパ（固体粒子搬送装置）
８２第２石炭灰搬送配管（固体粒子搬送装置、第２固体粒子供給経路）
８３ブロア（送風機、固体粒子搬送装置）

Claims

固体燃料を燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で生成されたガス燃料と固体燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、
前記ボイラから排出された排ガス中の固体粒子を前記ガス化炉に搬送する固体粒子搬送装置と、
を有し、
前記ガス化炉は、石炭を貯留可能で石炭供給配管を通して側部から前記ガス化炉に石炭を投入する固体燃料用供給ホッパと、石炭灰を貯留可能で石炭灰搬送配管を通して側部から前記ガス化炉に石炭灰を投入する灰用供給ホッパとを有し、
前記灰用供給ホッパは、排ガスから分離された石炭灰と前記ボイラの下部に落下した石炭灰を貯留し、
前記固体粒子搬送装置が前記灰用供給ホッパに連結される、
ことを特徴とするボイラ設備。
前記固体粒子搬送装置は、前記ボイラから排出された固体粒子を前記ガス化炉に搬送する固体粒子搬送経路と、前記固体粒子搬送経路に設けられる送風機とを有することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
前記固体粒子搬送経路は、前記ボイラの煙道に排出された排ガスから分離されたフライアッシュを前記ガス化炉に供給する第１固体粒子搬送経路を有することを特徴とする請求項２に記載のボイラ設備。
前記固体粒子搬送経路は、前記ボイラの火炉の下部に落下したボトムアッシュを前記ガス化炉に供給する第２固体粒子搬送経路を有することを特徴とする請求項２に記載のボイラ設備。
固体燃料は、高灰分炭を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラ設備。