現在の石炭火力発電所に一般的に見られる燃料コストの高さ、低負荷時の安定燃焼性能の低さ、およびピーク負荷調整能力の不足といった問題に対し、発電所周辺の再生可能エネルギーの状況を踏まえ、発電所内での太陽光発電による水素・酸素製造と石炭ボイラーにおける水素・酸素混焼の協調的な統合運転方案を提案した。全サイズの四角形切円石炭ボイラーの数値モデルを構築し、純粋な粉炭燃焼条件下での温度場、成分含有量および飛灰中の炭素含有量のシミュレーション精度を検証し、混焼最適化の基準参照を提供した。発電所内20MWの太陽光発電による水素・酸素製造を典型的な適用シナリオとし、水素・酸素3種の混合方法が炉内の燃焼効率、燃尽特性およびNO_x生成に与える影響を系統的に検討した。シミュレーション結果は、独立した水素噴口と一次空気への酸素混合を用いた協調混焼方式が燃焼性能を大幅に改善し、炉膛出口の飛灰中炭素含有率が純粋な粉炭燃焼に比べて0.97%に低減し、燃焼効率が著しく向上することを示した。同時に、水素燃焼による活性ラジカルがNO_xの還元に寄与し、排ガス中のNO_x排出濃度を294.0 mg/m³まで低減し、基準条件と比較して約25%の低減を達成した。この方式は、再生可能エネルギーによる水素・酸素製造を通じて石炭の代替と燃焼最適化という二重の効果をもたらし、石炭消費を削減するだけでなく、石炭ボイラーの安定燃焼負荷下限を拡大し、石炭火力発電ユニットの低炭素化改造と柔軟性向上に向けた工学的実施可能な技術的参照経路を提供する。

混焼;安定燃焼性能;NO_x;数値シミュレーション