专利名称：加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将添加有金属系化合物或含金属的化合物的固体燃料作为燃料的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置。
背景技术：
在将含有劣质炭的单种或者多种的固体燃料作为燃料的锅炉等加热炉(指所有使固体燃料燃烧的炉)中，将被粉碎机粉碎的固体燃料与搬送用空气一起作为燃料供给。加热炉具备利用燃烧器等使所供给的燃料燃烧而产生热量的火炉、从火炉的上方跨到下游地配置且使燃烧气体在内部流动而进行热交换的导热管组，从加热炉产生的燃烧气体从烟囱排出。在此，导热管组包括具备在火炉的上方以规定间隔并列配置的二次加热器、三次加热器、最终加热器及二次再热器的上部导热部、具备在火炉的后部配置的一次加热器、一次再热器及节炭器的后部导热部。在这种加热炉中，由于从燃烧后的煤产生灰，所以灰在加热炉的燃烧气体的作用下流动，产生在排出的中途附着在火炉的壁面、从火炉上方跨到下游配置的导热管组等上且堆积而成的渣蚀、污垢。当产生灰附着于火炉的壁面、导热管组上并堆积而成的渣蚀、污垢时，导热管的导热面被堵塞而使热吸收效率大幅低下。进一步而言，当因渣蚀、污垢而在壁面等上生成巨大的渣块时，渣块落下，产生炉内压大幅变动、或者炉底的导热管受到损伤、或者炉底的闭塞的问题。另外，由于设置在火炉的上方的上部导热部以狭窄的间隔配置，所以当灰附着时，炉内压发生较大变动，另外，附着于导热管间的灰成长而导致气体流路闭塞，从而燃烧气体无法通过，可能引发运行障碍。进一步而言，在燃烧器附近，由于因燃料的燃烧火炎的放射热导致火炉的壁面附近的温度升高，从而产生灰容易在温度较低的导热管组上附着熔融而容易生长出巨大的渣块的问题。因此，为了使加热炉稳定运行，需要事先预测因固体燃料的燃烧造成灰附着的可能性，从而需要避免发生因灰附着造成的问题。因此，尝试将产生灰附着的可能性作为指标来进行表示。例如，在非专利文献I中，提出有如下的方法，即，根据基于由氧化物表示灰含有元素的灰组成的灰所涉及的指标及评价基准，事先预测灰附着的可能性。然而，非专利文献I所示的指标及评价基准以灰附着等问题少的良质炭即烟煤作为对象，而不以近年需要升高的劣质炭(例如，次烟煤、褐煤、高硅炭、高钙炭等炭种)作为对象。因此，非专利文献I所示的指标与灰附着的关系存在不一定一致的倾向，这成为问题。因此，以劣质炭作为对象，如专利文献I所述那样，开发出了如下技术，即，通过使将所使用的煤预先灰化而得到的煤灰烧结，从而对烧结灰的胶着度进行测定而预测评价灰的附着。然而，灰的烧结性、熔融性不仅受到温度影响，而且还较大程度地受到气氛气体组成的影响。若气氛是CO、H2等还原性气体浓度高的还原气氛，则灰的软化点、融点下降，变得容易烧结。另外，若气氛为氧化气氛，则灰的软化点、融点升高，变得不易烧结。因此，在不考虑气氛气体组成的专利文献I的技术中，存在难以高精度地预测加热炉内的灰附着的问题点。
另外，为了降低未燃量，如专利文献2那样，开发出将钙、镁、铁、铜等的金属氧化物添加到煤中的技术。然而，在专利文献2中，仅算出了未燃量的含有率，添加金属氧化物的量与加热炉内的灰附着的关系并未得到记载。另外，在专利文献2中，由于没有确定与所使用的劣质炭对应的金属氧化物的添加量，所以存在如下问题，即，所添加的金属氧化物的适当量不确定，从而无法高精度地预测加热炉内的灰附着。
在先技术文献
专利文献
专利文献I日本国特开2004-361368号公报
专利文献2日本国特开2008-169338号公报
非专利文献
非专利文献IGordon Couch,Understanding slagging and foulingduring pf combustion (IEACR/72)，1994发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题在于提供如下的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置，即，将添加有金属系化合物或含金属的化合物的、含有劣质炭的各种各样的固体燃料的混合物作为燃料的加热炉中，为了使加热炉稳定运行，高精度地对加热炉内的灰附着进行预测，从而能够抑制灰的附着。
用于解决课题的手段
本发明的加热炉的灰附着抑制方法的特征在于，包括对多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成进行预先测定的步骤；根据以多种混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定出能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率的步骤，其中， 所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的；将通过以所述规定的混合比率添加并混合所述多种固体燃料和所述金属系化合物或含金属的化合物而得到的所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的混合物作为燃料而向所述加热炉供给的步骤。
另外，本发明的加热炉的灰附着抑制装置的特征在于，具备运算部，其预先测定并输入多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，且根据以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定出能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率， 其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的，燃料供给量调整部，其根据由所述运算部确定的所述规定的混合比率，对所述多种固体燃料和所述金属系化合物或含金属的化合物的供给量进行调整。
本发明着眼于在加热炉内通过燃烧熔融且随着加热炉内的燃烧空气的气流飘游而附着于炉壁、导热管组上的成分即炉渣。此外，在本发明中，根据对将金属系化合物或含金属的化合物作为添加剂以多种的混合比率添加并混合的多种固体燃料算出的炉渣比例、 和多种固体燃料的灰成分的组成及金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，以成为炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的方式，从多种的混合比率中确定出规定的混合比率。因此，根据在本发明中重新构建的评价指数即炉渣比例，以成为炉渣比例为预先对灰附着特性进行了评价的基准值以下的灰成分的组成的方式，根据多种的混合比率确定适当的混合比率，由此能够高精度地预测加热炉内的灰附着，从而能够抑制灰的附着。
在此，“固体燃料”包括煤、污泥炭化物、生物量燃料等。另外，由于在加热炉中热量受到重视，所以对于成为燃料的固体燃料而言，以向加热炉投入的热量被固定的方式确定其供给量。在此，金属系化合物或含金属的化合物为以镁或铝为金属元素的主要成分的化合物，除了包括含有镁或铝的金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳氧化物等(例如，MgO, Mg(CO3)、Mg(0H)2、Al203、Al (OH)3等)之外，还包括含有镁或铝的含氧酸盐、有机盐、矿物等。 作为金属系化合物或含金属的化合物，具体而言可以列举出作为无机盐的氧化镁MgO(苦土)、过氧化镁MgO2、氢氧化镁Mg (OH)2、和作为含氧酸盐的碳酸镁MgCO3 (菱苦土石)、碳酸钙镁CaMg(CO3)2(苦灰石、白云石)、硝酸镁Mg(NO3)2、硫酸镁MgSO4、亚硫酸镁MgSO3、磷酸三镁Mg3(PO4)2 · 8H20、过锰酸镁Mg(MnO4)2、和作为矿物的三硅酸镁2Mg0 · 3Si02 · ηΗ20、尖晶石(spinel)、MgO ·Al2O3、滑石 Mg3Si4Oltl (OH) 2、蛇纹石 Mg3Si2O5 (OH) 4、和作为有机盐的醋酸镁 Mg (CH3COO) 2、柠檬酸镁、L-谷氨酸镁、安息香酸镁C14HltlMgO4、硬脂酸镁Mg (CH3 (CH2) 16C00) 2。 需要说明的是，“金属氧化物”表示在加热炉内的环境下具有将固体燃料中的碳氧化的氧化力的金属氧化物，包括金属氧化物的原料。另外，“金属氧化物的原料”表示通过热分解而生成金属氧化物的化合物。
另外，本发明的加热炉的灰附着抑制方法的特征在于，包括对多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成进行预先测定的步骤；根据以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率及规定的平均粒径的步骤，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的；将所述多种固体燃料和所述规定的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物以所述规定的混合比率添加并混合而得到的所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的混合物作为燃料而向所述加热炉供给的步骤。
另外，本发明的加热炉的灰附着抑制装置的特征在于，具备运算部，其预先测定并输入多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，且根据以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率及规定的平均粒径，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的；燃料供给量调整部，其根据由所述运算部确定的所述规定的混合比率及规定的平均粒径，对所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的供给量进行调難
iF. O本发明着眼于在加热炉内通过燃烧熔融且随着加热炉内的燃烧空气的气流飘游而附着于炉壁、导热管组的成分即炉渣。此外，在本发明中，根据对将多种的平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物作为添加剂以多种的混合比率混合的多种固体燃料算出的炉渣比例、和多种固体燃料的灰成分的组成及金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，根据多种的混合比率确定规定的混合比率，根据多种的平均粒径确定规定的平均粒径。因此，根据在本发明中重新构建的评价指数即炉渣比例评价灰附着特性，以成为炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的方式，从多种的混合比率确定规定的混合比率，且从多种的平均粒径确定规定的平均粒径，由此能够高精度地预测加热炉内的灰附着，从而能够求出适当的混合比率而能够抑制灰的附着。在此，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装置中，所述金属系化合物或含金属的化合物的金属元素的主要成分优选为镁或铝。根据预先调查的、向多种固体燃料作为添加剂添加的灰中的镁或铝的含有比例与炉渣比例的比较结果可知，随着灰中的镁或铝的含有比例的增加，炉渣比例减少。因此，通过将金属系化合物或含金属的化合物的金属元素的主要成分为镁或铝的添加剂向多种固体燃料中添加，从而能够实现对灰附着的抑制。在此，所述炉渣比例优选所述炉渣比例根据以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的所述灰成分的组成，并通过热力学平衡计算来算出。或者，优选所述炉渣比例根据对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料进行预先测定而测得的、以规定的气氛温度及气氛气体组成加热而生成的炉渣来算出。通过根据以多种的混合比率添加并混合了金属系化合物或含金属的化合物的多种固体燃料的灰成分的组成，并通过热力学平衡计算算出炉渣比例，能够在不进行实验的情况下求出炉渣比例。另外，根据对以多种的混合比率添加并混合了金属系化合物或含金属的化合物的多种固体燃料预先测定的、在规定的气氛温度及气氛气体组成加热生成的炉渣而算出炉渣比例，由此能够求出与实际的加热炉的状况相符的炉渣比例。另外，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装置中，优选以根据相对于所述炉渣比例的灰附着率灰附着率降低的方式确定所述基准值。所述灰附着率优选以实际的附着灰分相对于与预先插入在被调查的热炉内的灰附着探针碰撞的碰撞灰分的比而算出。所述碰撞灰量优选以根据所述固体燃料的供给量、灰分含有率及加热炉的炉形状求出的与所述灰附着探针的投影面积碰撞的灰的总量而算出。由此，根据预先调查的灰附着率与炉渣比例的比较结果，通过以灰附着率降低的方式确定炉渣比例的基准值，由此能够抑制灰的附着。
另外，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装·置中，优选以所述灰附着率为5 7重量％ (wt% )以下的方式将所述基准值确定为50 60重量％ 以下。
根据预先调查的灰附着率与炉渣比例的比较结果，若炉渣比例为50 60重量％ 以下的范围，则灰附着率变低(5 7重量％以下)，从而能够抑制灰的附着。
在此，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法中，所述规定的气氛温度及气氛气体组成可以为燃烧器附近的气氛温度及气氛气体组成。
另外，优选本发明的加热炉的灰附着抑制装置还具备对加热炉的燃烧室的温度及气氛气体组成进行测定的计测部，所述规定的气氛温度及气氛气体组成为由所述计测部测定的所述加热炉的燃烧室的温度及气氛气体组成。
由此，能够适当地求出加热炉内部的各部分的灰中的炉渣比例，能够计算出多种固体燃料的适切的混合比率。
另外，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装置中，所述规定的气氛温度及气氛气体组成优选为加热炉的设计上的最高气氛温度及对应该最高气氛温度的部位的气氛气体组成，或者为加热炉的设计上的还原度最高的气氛气体组成及对应该还原度最高的气氛气体组成的部位的温度。
由此，能够不依存于加热炉的状态地计算出多种固体燃料的适当的混合比率。需要说明的是，“加热炉的设计上的还原度最高的气氛气体组成”是指CO、H2等还原性气体的浓度最高的气氛气体组成。
另外，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装置中，所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径优选比所述固体燃料中的灰的平均粒径小。
根据预先调查的、改变金属系化合物或含金属的化合物的平均粒子量的情况下的灰附着率与炉渣比例的比较结果，即便是所添加的金属系化合物或含金属的化合物的量相同，金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径越小，则灰附着率也越减小。因此，尤其是在金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径比固体燃料中的灰的平均粒径小的情况下， 也能够有效抑制向加热炉的灰附着。
另外，在本发明的加热炉的灰附着抑制方法及加热炉的灰附着抑制装置中，所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径优选为5 μ m以下。
根据预先调查的改变金属系化合物或含金属的化合物的平均粒子量情况下的灰附着率与炉渣比例的比较结果，即便是所添加的金属系化合物或含金属的化合物的量相同，在金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径小的情况下，灰附着率变小。因此，在平均粒径小到5 μ m以下的情况下,灰附着抑制效果增大。
发明效果
根据本发明的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置，在将向包含劣质炭的各种各样的固体燃料添加有金属系化合物或含金属的化合物的混合物作为燃料的加热炉中，通过高精度地预测加热炉内的灰附着能够抑制灰的附着，从而能够使加热炉稳定运行。
图I是表示本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法的顺序的步骤图。
图2是表示本实施方式的加热炉的灰附着抑制装置的概略图。图3是表示预先测定的炉渣比例与灰附着率的关系的具体例的图。图4是表示本实施例I的灰中的MgO成分含有比例与炉渣比例的关系的图。图5是表示本实施例2的灰中的Al2O3成分含有比例与炉渣比例的关系的图。图6是表示本实施例I的炉渣比例与灰附着率的关系的图。图7是表示本实施方式的变形例的加热炉的灰附着抑制方法的顺序的步骤图。图8是表示本实施例3的固体燃料的灰的粒径分布的图。图9是表示本实施例3的炉渣比例与灰附着率的关系的图。
具体实施例方式以下，参照图面通过具体的一例对用于实施本发明的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置的方式进行说明。需要说明的是，以下的说明仅为例示，并不表示本发明的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置的适用界限。即，本发明的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置不限于下述的实施方式，可以在权利要求记载的范围内作出各种变更。首先，根据图I说明本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法的一例。图I是表示本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法的顺序的步骤图。在本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法中，如图I所示，对要在加热炉中使用的预定各固体燃料的煤性状进行测定，并且对要向固体燃料添加并混合的预定金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状进行测定(步骤Si)。在此，作为固体燃料的煤性状，对固体燃料的水分含量、发热量、灰分含量、灰成分的组成等进行测定。需要说明的是，“固体燃料”包括煤、污泥炭化物、生物量燃料等。另外，作为金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状，对金属系化合物或含金属的化合物的水分含量、无机成分含量、无机成分的组成等进行了测定。在此，金属系化合物或含金属的化合物表示金属元素的主要成分为镁或铝的化合物，包括含有镁或铝的金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳氧化物等(例如，MgO, Mg(CO3)、Mg(OH)2, A1203、Al (OH)3等)，此外还包括含有镁或铝的含氧酸盐、有机盐、矿物等。作为金属系化合物或含金属的化合物，具体而言可以列举出作为无机盐的氧化镁MgO(苦土)、过氧化镁MgO2、氢氧化镁Mg (OH)2、和作为含氧酸盐的碳酸镁MgCO3 (菱苦土石)、碳酸钙镁CaMg(CO3)2 (苦灰石、白云石)、硝酸镁Mg(NO3)2、硫酸镁MgSO4、亚硫酸镁MgSO3、磷酸三镁Mg3(PO4)2 · 8H20、过锰酸镁Mg(MnO4)2、和作为矿物的三硅酸镁2Mg0 · 3Si02 · ηΗ20、尖晶石(spinel)MgO · Al2O3'滑石Mg3Si4O10 (OH) 2、蛇纹石Mg3Si2O5 (OH) 4、和作为有机盐的醋酸镁Mg (CH3COO) 2、柠檬酸镁、L-谷氨酸镁、安息香酸镁C14H1QMg04、硬脂酸镁Mg (CH3 (CH2) 16C00) 2。需要说明的是，“金属氧化物”表示在加热炉内的环境下具有将固体燃料中的炭氧化的氧化力的金属氧化物，包括金属氧化物的原料。另外，“金属氧化物的原料”表示通过热分解生成金属氧化物的化合物。接下来，确定成为加热炉中的炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率(步骤S2)。该规定的混合比率根据多种固体燃料的灰成分的组成和表示对多种固体燃料预先算出的固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例来确定。另外，针对以多种混合比率添加并混合多种平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物而成的多种固体燃料预先测定或算出上述灰成分的组成及上述炉渣比例。在此，“炉渣比例”是本实施方式中使用的灰附着特性的评价指标，表示固定量的固体状的灰中的在某一温度、气氛条件下成为炉渣的比例。另外，“炉渣”表示因燃烧而熔融，从而随着加热炉内的燃烧气流而飘游，并附着在炉壁、导热管组上的成分。炉渣比例的基准值可预先确定。首先，炉渣比例根据多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的多种混合比率而算出。即，改变各固体燃料与向各固体燃料添加的金属系化合物或含金属的化合物的组合，且改变向各固体燃料添加的金属系化合物或含金属的化合物的混合比率，同时算出多种炉渣比例。另外，可以改变向多种固体燃料混合的固体燃料的组合，且改变所混合的各固体燃料的混合比率，同时算出多种炉渣比例。在此，炉渣比例通过利用热力学平衡计算算出预先测定的各固体燃料的灰在某种条件(温度、气氛气体组成)下为热力学的最稳定的状态、即吉布斯(Gibbs)的自由能(AG)接近零的状态下的组成、相而被求出。需要说明的是，炉渣比例不局限于上述的方式，可以通过预先对各固体燃料的灰进行加热，并对各温度及气氛气体组成的炉渣比例进行测定，从而算出炉渣比例。由此，能够求出与实际加热炉的状况对应的炉渣比例。 此外，为了评价本实施方式中使用的灰附着特性的评价指标即炉渣比例，算出灰附着率。在此，“灰附着率”表示向灰附着探针附着的附着灰分与向插入到加热炉的炉内的灰附着探针碰撞的碰撞灰分的比，表示灰容易附着的程度。灰附着率由如下式子表示。需要说明的是，“向灰附着探针碰撞的碰撞灰分”是与灰附着探针的投影面积碰撞的灰的总量，根据固体燃料的供给量、灰分含有率及加热炉的炉形状求出。此外，根据所算出的灰附着率与炉渣比例的关系，确定灰附着率变低的(灰附着率为5 7重量％程度以下)炉渣比例的值(基准值)。式I
灰附着率[wt%]=—-灰附着量[kg] 士___——χ100
向灰附着探针碰撞的碰撞灰量[kg]需要说明的是，用于算出灰附着率的评价无需实际利用加热炉进行，可以用燃烧试验炉、实罐加热炉进行。此外，预先使多个固体燃料(可以是要使用的预定的固体燃料，也可以不是要使用的预定的固体燃料)燃烧而调查灰附着率，通过算出燃烧后的固体燃料的炉渣比例，并根据预先测定的灰附着率与炉渣比例的关系，确定灰附着率降低成5 7重量％左右以下的炉渣比例的值(基准值)。需要说明的是，在本实施方式中，根据灰附着率评价灰附着特性的评价指标即炉渣比例，但是不局限于此。使用燃烧试验炉、实罐加热炉，改变燃料中包含的炉渣比例并进行燃烧测试，可以将利用在加热炉上设置的运算装置无法搬出这种大小的渣块(熔融炉渣)的块向炉壁落下时的炉渣比例作为基准值。或者，在同样的测试中，可以将主蒸气温度·主蒸气压力超出规定区域或变动时的炉渣比例作为基准值。此外，将多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的多种的混合比率作为参数使用，根据在步骤Si中测定的多个固体燃料的灰成分的组成与金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，算出以多种的混合比率添加混合金属系化合物或含金属的化合物后的多种固体燃料的灰成分的组成。此外，根据热力学平衡计算求出灰中的炉渣比例。然后，从多种的混合比率中算出灰中的炉渣比例成为预先决定的炉渣比例的基准值以下的规定的混合比率。在此，对于成为燃料的固体燃料，以向加热炉投入的热量固定的方式确定供给量。
需要说明的是，在热力学平衡计算中，使用向加热炉壁附着的灰附着显著发生的燃烧器附近的气氛温度和气氛气体组成。另外，不限于燃烧器附近的气氛温度及气氛气体组成，也可以根据容易产生灰附着的导热管组等的期望部分的气氛温度及气氛气体组成进行热力学平衡计算。由此，能够适当地求出加热炉内部的各部分的灰中的炉渣比例，从而能够适当地计算多种固体燃料与向多种固体燃料中添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率。
需要说明的是，热力学平衡计算不限于上述的方式，可以使用加热炉设计上的最高气氛气体温度及对应该最高气氛气体温度的部位的气氛气体组成进行。另外，可以使用加热炉设计上的还原度最高的(CO、H2等还原性气体的浓度最高的)气氛气体组成与对应该还原度最高的气氛气体组成的部位的温度。这样一来，能够不依存加热炉的炉内的燃烧温度地确定多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物规定的混合比率。
最后，根据在步骤S2中算出的多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率混合固体燃料和金属系化合物或含金属的化合物。在固体燃料和金属系化合物或含金属的化合物的混合物被粉碎后，作为燃料向加热炉供给(步骤S3)。
接下来，根据图2说明本实施方式的加热炉的灰附着抑制装置的一例。图2是表示本实施方式的加热炉的灰附着抑制装置的概略图。
如图2所示，加热炉7具有料斗1、2、燃料供给量调整装置(燃料供给量调整部)3、 混合机4、粉碎机5、燃烧器6、运算器(运算部)9。本实施方式的加热炉的灰附着抑制装置由燃料供给量调整装置3和运算器9构成。
料斗1、2分别保持固体燃料、金属系化合物或含金属的化合物。在此，“固体燃料” 包括煤、污泥炭化物、生物量燃料等。另外，“金属系化合物或含金属的化合物”是金属元素的主要成分为镁或铝的化合物，包括含有镁或铝的氧化物、氢氧化物、碳氧化物等(例如， 1%0、1%(0)3)、1%(0!1)2、六1203、六1(0!1)3等)。需要说明的是，在图2中设置有两个料斗，但是不局限于此，也可以设置多个。燃料供给量调整装置3根据由后述的运算器9算出的多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率来调整来自料斗1、2的固体燃料、金属系化合物或含金属的化合物的送出量。混合机4 向由燃料供给量调整装置3送出的固体燃料添加并混合由燃料供给量调整装置3送出的金属系化合物或含金属的化合物。粉碎机5将由混合机4混合的固体燃料与金属系化合物或含金属的化合物的混合物粉碎而形成微粉炭。燃烧器6将与空气一同吹入的微粉炭燃烧。 加热炉7使微粉炭燃烧而回收热。需要说明的是，虽然没有进行图示，但是，加热炉7具备利用燃烧器6等使所供给的燃料燃烧而产生热的火炉、从火炉的上方跨到下游地配置且在内部使燃烧气体流动而进行热交换的导热管组。从加热炉产生的燃烧气体从烟囱排出。另外，导热管组包括具备在火炉的上方以规定的间隔并列配置的二次加热器、三次加热器、最终加热器及二次再热器的上部导热部；具备在火炉的后部配置的一次加热器、一次再热器及节炭器的后部导热部。运算器9将要在加热炉使用的预定的各固体燃料的煤性状(固体燃料的水分含量、发热量、灰分含量、灰成分的组成等)、和要向固体燃料添加并混合的预定的金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状(金属系化合物或含金属的化合物的水分含量、无机成分含量、无机成分的组成等)作为数据8而预先集中。运算器9将多种固体燃料与向多种固体燃料中添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的多种的混合比率作为参数使用，根据预先测定的多个固体燃料的灰成分的组成与金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成算出将金属系化合物或含金属的化合物以多种的混合比率添加并混合的多种固体燃料的灰成分的组成。此外，运算器9通过热力学平衡计算求出灰中的炉渣比例。接下来，运算器9从多种的混合比率中算出灰中的炉渣比例成为所确定的基准值以下的规定的混合比率。在此，以向加热炉投入的热量固定的方式确定成为燃料的固体燃料的供给量。需要说明的是，“炉渣比例”表示在本实施方式中使用的灰附着特性的评价指标，是固定量的固体状的灰中在某一温度、气氛条件下成为炉渣的比例。灰附着率与炉渣比例的关系如上述那样，省略其说明。另外，炉渣比例的基准值根据上述的本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法中记载那样确定，省略其说明。另外，在热力学平衡计算中，例如，使用向加热炉壁附着的灰附着显著发生的燃烧器附近的气氛温度和气氛气体组成。燃烧器附近的气氛温度和气氛气体组成使用在燃烧器附近设置的未图示的计测装置(计测部)测定。需要说明的是，计测装置不限于燃烧器附近，也可以设置灰容易附着的导热管组等的所需的部分，可以根据该部分的气氛温度及气氛气体组成进行热力学平衡计算。由此，能够适当求出加热炉内部的各部分的灰中的炉渣比例，从而适当地算出多种固体燃料及向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率。进一步而言，热力学平衡计算不限于上述的方式，也可以使用加热炉设计上的最高气氛气体温度及其部位的气氛气体组成，例如，可以使用加热炉设计上的还原度最高的(CO、H2等还原性气体的浓度最高的)气氛气体组成和其部位的温度来进行。这样一来，能够不依存加热炉的炉内的燃烧温度地确定多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率。另外，多种固体燃料与向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率不限于根据利用热力学平衡计算求出的炉渣比例而算出的方式，可以使用根据预先加热各固体燃料的灰而测定的各温度及气氛气体组成的炉渣比例而算出的方式。由此，能够求出符合实际的加热炉的状况的炉渣比例。这样，本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置着眼于作为在加热炉内通过燃烧熔融且随着加热炉内的燃烧空气的气流飘游而附着于炉壁、导热管组的成分的炉渣。在本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置中，根据对以多种的混合比率将金属系化合物或含金属的化合物作为添加剂添加并混合成的多种固体燃料而算出的炉渣比例和多种固体燃料的灰成分的组成及金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，而由多种混合比率确定规定的混合比率。因此，根据在本发明中重新构建的评价指数即炉渣比例评价灰附着特性，通过以炉渣比例成为基准值以下的灰成分的组成的方式从多种的混合比率确定适当的混合比率，从而能够高精度地预测加热炉内的灰附着而抑制灰的附着，能够使加热炉稳定运行。
需要说明的是，本发明的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置不限于上述的实施方式。例如，作为固体燃料的煤性状，可以求出基于灰的粒径分布的平均粒径。另外，作为金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状，可以测定平均粒径等(步骤SI、运算器9)。进一步而言，可以与固体燃料的灰的平均粒径相比金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径小的方式，预先选择要在加热炉中使用的预定的固体燃料及金属系化合物或含金属的化合物。
根据预先调查的、使金属系化合物或含金属的化合物的平均粒子量变化的情况下的灰附着率与炉渣比例的比较结果，即使添加的金属系化合物或含金属的化合物的量相同，金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径越小，灰附着率也越小。因此，尤其是在金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径比固体燃料中的灰的平均粒径小的情况下，能够有效抑制向加热炉的灰附着。
接下来，根据图7说明本实施方式的变形例的加热炉的灰附着抑制方法。图7是表示本变形例的加热炉的灰附着抑制方法的顺序的步骤图。需要说明的是，在关于本变形例的以下的说明中，对于与上述实施方式的加热炉的灰附着抑制方法相同的内容，省略其说明而仅对不同的部分进行说明。
在本变形例的加热炉的灰附着抑制方法中，如图7所示，对在加热炉中使用的预定的各固体燃料的煤性状进行测定，并且对要向固体燃料中添加并混合的预定的金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状进行测定(步骤S11)。
在此，在本变形例中，作为固体燃料的煤性状，求出基于灰的粒径分布的平均粒径。另外，作为金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状，除了上述的本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法的内容之外，还测定了平均粒径等。
接下来，根据多种固体燃料的灰成分的组成与表示对多种固体燃料预先算出的固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定成为加热炉中的炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的情况下的规定的混合比率 (步骤S12)。对于以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物的多种固体燃料预先测定或算出上述灰成分的组成及上述炉渣比例。
在此，在本变形例中，将多种固体燃料和向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的多种的混合比率、与金属系化合物或含金属的化合物的多种的平均粒径作为参数使用。以多种的混合比率添加并混合多种平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物的多种固体燃料的灰成分的组成根据在步骤Sll中测定的多个固体燃料的灰成分的组成和金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成算出。此外，通过热力学平衡计算求出灰中的炉渣比例。此外，从多种混合比率和多种平均粒径中算出成为灰中的炉渣比例确定的炉渣比例的值(基准值)的规定的混合比率和规定的平均粒径。
最后，根据在步骤S12算出的、多种固体燃料和向多种固体燃料中添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的规定的混合比率、金属系化合物或含金属的化合物的规定的平均粒径，将固体燃料和金属系化合物或含金属的化合物混合。然后，将固体燃料与金属系化合物或含金属的化合物的混合物粉碎后作为燃料供给到加热炉中(步骤S13)。
接下来，根据图2对本变形例的加热炉的灰附着抑制装置进行说明。图2是表示本变形例的加热炉的灰附着抑制装置的概略图。需要说明的是，图2与上述的实施方式的加热炉的灰附着抑制装置相同。另外，在以下的说明中，对于与上述实施方式的加热炉的灰附着抑制装置相同的内容，省略其说明而仅说明不同的部分。在本变形例中，运算器9将要在加热炉中使用的预定的各固体燃料的煤性状(固体燃料的水分含量、发热量、灰分含量、灰成分的组成等)、和要向固体燃料添加并混合的预定的金属系化合物或含金属的化合物的添加剂性状(金属系化合物或含金属的化合物的水分含量、无机成分含量、无机成分的组成、平均粒径等)预先作为数据8集中。运算器9将多种固体燃料和向多种固体燃料添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物运算器9的多种的混合比率、与金属系化合物或含金属的化合物的多种的平均粒径作为参数使用。
然后，运算器9根据预先测定的多个固体燃料的灰成分的组成和金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成算出以多种混合比率添加并混合多种平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物的多种固体燃料的灰成分的组成。然后，运算器9通过热力学平衡计算求出灰中的炉渣比例。然后，从多种混合比率与多种平均粒径中算出灰中的炉渣比例成为确定的基准值以下的规定的混合比率和规定的平均粒径。这样,本变形例的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置着眼于在加热炉内通过燃烧熔融，并随着加热炉内的燃烧空气的气流飘游而附着于炉壁、导热管组的成分即炉渣。在本变形例中，根据将多种平均粒径的金属系化合物或含金属的化合物作为添加剂以多种混合比率混合后的多种固体燃料算出的炉渣比例、和多种固体燃料的灰成分的组成及金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，从多种混合比率确定规定的混合比率，并且，从多种平均粒径确定规定的平均粒径。因此，根据在本发明中重新构建的评价指数即炉渣比例评价灰附着特性，以成为炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的方式，从多种混合比率确定适当的混合比率，且从多种平均粒径确定规定的平均粒径，由此能够高精度地预测加热炉内的灰附着。由此，能够抑制灰的附着，从而能够使加热炉稳定运行。实施例接下来，根据图3 6及表1、2，对使用了上述的本实施方式的加热炉的灰附着抑制方法及灰附着抑制装置的实施例进行说明。在实施例中，首先，根据预先测定的灰附着率与炉渣比例的关系，参照图3及表1，对确定灰附着率降低到5 7重量％左右以下的炉渣比例的值(基准值)的具体例进行说明。在该具体例中，在微粉炭燃烧试验炉(炉内径400mm、炉内有效高度3650mm)中，在加热用的民用煤气与微粉炭的投入热量的合计固定为149kW的条件下，使用灰成分的组成不同的五种微粉炭进行了实验。在实验中，以五种微粉炭的投入热量固定为60kW的方式，将单独或多种微粉炭混合而调整了供给量。此外，使供给量被调整后的微粉炭和燃烧空气一起在设置于炉顶的燃烧器中燃烧，向下方插入灰附着探针并保持100分钟，由此，对附着于灰附着探针的表面的灰的附着率进行调查。在此，灰附着探针插入部的炉内气氛温度与在实罐加热炉中产生灰附着现象的温度同样约为1300°C。另外，以灰附着探针的表面温度成为约500°C的方式，通过对内部进行水冷而调整温度。表I表示炉渣比例与灰附着率的关系的具体例的实验中使用的五种微粉炭的性状。表I
权利要求
1.一种加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于，包括 对多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成进行预先测定的步骤； 根据以多种混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定出能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率的步骤，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的；将通过以所述规定的混合比率添加并混合所述多种固体燃料和所述金属系化合物或含金属的化合物而得到的所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的混合物作为燃料而向所述加热炉供给的步骤。
2.一种加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于，包括 对多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成进行预先测定的步骤； 根据以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率及规定的平均粒径的步骤，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的； 将所述多种固体燃料和所述规定的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物以所述规定的混合比率添加并混合而得到的所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的混合物作为燃料而向所述加热炉供给的步骤。
3.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的金属元素的主要成分为镁或铝。
4.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述炉渣比例根据以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的所述灰成分的组成，并通过热力学平衡计算来算出，或者所述炉渣比例根据对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料进行预先测定而测得的、以规定的气氛温度及气氛气体组成加热而生成的炉渣来算出。
5.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 以相对于所述炉渣比例的灰附着率降低的方式根据所述灰附着率确定所述基准值，所述灰附着率以实际的附着灰分相对于与预先调查出的与插入所述加热炉内的灰附着探针碰撞的碰撞灰分的比而算出， 所述碰撞灰分以根据所述固体燃料的供给量、灰分含有率及所述加热炉的炉形状而求出的与所述灰附着探针的投影面积碰撞的灰的总量而算出。
6.根据权利要求5所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 以所述灰附着率成为5 7重量％以下的方式将所述基准值确定为50 60重量％以下。
7.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述规定的气氛温度及气氛气体组成为燃烧器附近的气氛温度及气氛气体组成。
8.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述规定的气氛温度及气氛气体组成为所述加热炉的设计上的最高气氛温度及对应该最高气氛温度的部位的气氛气体组成，或者为所述加热炉的设计上的还原度最高的气氛气体组成及对应该还原度最高的气氛气体组成的部位的温度。
9.根据权利要求I或2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径比所述固体燃料中的灰的平均粒径小。
10.根据权利要求2所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径为5 μ m以下。
11.一种加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于，具备 运算部，其预先测定并输入多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，且根据以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的， 燃料供给量调整部，其根据由所述运算部确定的所述规定的混合比率，对所述多种固体燃料和所述金属系化合物或含金属的化合物的供给量进行调整。
12.一种加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于，具备 运算部，其预先测定并输入多种固体燃料各自的灰成分的组成和向所述多种固体燃料中作为添加剂添加并混合的金属系化合物或含金属的化合物的无机成分的组成，且根据以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的灰成分的组成、表示固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定能够得到加热炉中的所述炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的规定的混合比率及规定的平均粒径，其中，所述炉渣比例是针对以多种的混合比率添加并混合了多种的平均粒径的所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料而预先算出的； 燃料供给量调整部，其根据由所述运算部确定的所述规定的混合比率及规定的平均粒径，对所述多种固体燃料与所述金属系化合物或含金属的化合物的供给量进行调整。
13.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的金属元素的主要成分为镁或铝。
14.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 所述炉渣比例根据以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料的所述灰成分的组成，并通过热力学平衡计算来算出，或者所述炉渣比例根据对以多种的混合比率添加并混合了所述金属系化合物或含金属的化合物的所述多种固体燃料进行预先测定而测得的、以规定的气氛温度及气氛气体组成进行加热而生成的炉渣来算出。
15.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 根据相对于所述炉渣比例的灰附着率以所述灰附着率降低的方式确定所述基准值，所述灰附着率以实际的附着灰分相对于与预先插入被调查的所述加热炉内的灰附着探针碰撞的碰撞灰分的比而算出， 所述碰撞灰分以根据所述固体燃料的供给量、灰分含有率及所述加热炉的炉形状而求出的与所述灰附着探针的投影面积碰撞的灰的总量而算出。
16.根据要求15所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 以所述灰附着率为5 7重量％以下的方式，将所述基准值确定为50 60重量％以下。
17.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 所述规定的气氛温度及气氛气体组成为燃烧器附近的气氛温度及气氛气体组成。
18.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 还具备对所述加热炉的燃烧室的温度及气氛气体组成进行测定的计测部， 所述规定的气氛温度及气氛气体组成为由所述计测部测定的所述加热炉的燃烧室的温度及气氛气体组成。
19.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 所述规定的气氛温度及气氛气体组成为所述加热炉的设计上的最高气氛温度及对应该最高气氛温度的部位的气氛气体组成，或者为所述加热炉的设计上的还原度最高的气氛气体组成及对应该还原度最高的气氛气体组成的部位的温度。
20.根据要求11或12所述的加热炉的灰附着抑制装置，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径比所述固体燃料中的灰的平均粒径小。
21.根据要求12所述的加热炉的灰附着抑制方法，其特征在于， 所述金属系化合物或含金属的化合物的平均粒径为5 μ m以下。
全文摘要
本发明的目的在于对将金属系化合物或含金属的化合物添加到含有劣质炭的各种各样的固体燃料中的混合物作为燃料的加热炉内的灰附着进行高精度地预测，并求出适当的混合比率，抑制灰附着的情况。本发明的加热炉的灰附着抑制方法包括对在加热炉中使用的预定的多种固体燃料的灰成分的组成及金属系化合物或含金属的化合物的无机组成进行测定的步骤(S1)，根据以多种的混合比率添加并混合了金属系化合物或含金属的化合物的固体燃料的灰成分的组成、表示对以多种的混合比率混合的固体燃料预先算出的固定量的灰成分中的在规定的气氛温度及气氛气体组成下成为炉渣的比例的炉渣比例，而确定得到炉渣比例为基准值以下的灰成分的组成的情况下的规定的混合比率(S2)。另外，本发明具备将金属系化合物或含金属的化合物以规定的混合比率添加并混合后的混合物作为燃料向加热炉供给的步骤(S3)。
文档编号F23C1/00GK102985756SQ20118003435
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月14日
发明者秋山胜哉, 朴海洋, 田洼阳司 申请人:株式会社神户制钢所