微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法およびシステム
【課題】微粉炭焚きボイラから発生する燃焼灰を有効に再利用するための方法およびシステムの提供。
【解決手段】固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法ならびにシステム。
【解決手段】固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法ならびにシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭、コークス、木質バイオマス等の固体燃料を微粉に加工したものを燃焼する微粉炭焚きボイラから発生する燃焼灰を用いた微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所ボイラの燃料は、重油、ＬＮＧ、オイルサンドなど、新燃料を含めて種々の選択肢があるが、資源量、経済性、運用容易性などの観点から依然として石炭を選択する場合も多い。
石炭を燃焼させるボイラからは、多量の石炭灰が発生するため、この再利用方法が従来から課題となっていた。例えば、石炭を燃焼すると、約１割の石炭灰が発生する。年間数千万トンの石炭を使用する電力会社には、石炭灰が年間数百万トン発生する計算となる。このような石炭灰は、従来からその特性を生かしたリサイクルが行われており、例えば、コンクリート混和材や土壌・地盤改良材等に利用されている。
【０００３】
微粉炭燃焼ボイラから排出される石炭灰は、セメント混和材としての使用が認められているが、一般の微粉炭を燃焼した石炭灰は、３〜６％の未燃分が残留しているので、セメント混和材の品質を低下させるメチレンブルー吸着量が増加し、このままでセメント混和材として使用する場合、セメントに混入されている空気連行材（ＡＥ材）をこの未燃分が吸着して空気量の管理が困難になる等の問題があった。
そこで、焼却灰流動層冷却装置が、本体内底部に内装された焼却灰載置手段と、焼却灰載置手段の下方に設けられた空気室と、この空気室に連絡する空気供給手段と、焼却灰載置手段の上方に設けられ本体外部から配管導入して流動冷却層間に蛇行して配設された冷熱手段と、流動上層域の側壁に設けられた焼却灰排出回収手段とを具備し、また、この焼却灰流動層冷却装置Ｙを石炭灰流動層クーラーとして系内に包含して石炭灰の含有未燃分低減装置が提言されている（特許文献１）。
【０００４】
重油や原油を燃焼させるボイラからは粉体状の燃焼生成灰が発生する。従来、この燃焼生成灰は、廃棄物焼却炉において減容化処分（有価）するとともに、一部は「廃棄物の処理および清掃に関する法律」に基づき産業廃棄物として処分しているところもある。
【０００５】
特許文献２には、電気集塵機で回収したフライアッシュを捕集して、フライアッシュの一部を固体燃料の石炭に混入し、フライアッシュ中に含まれるＦｅ、Ｍｇ系元素の触媒作用を利用して燃焼促進を図ると共に、フライアッシュを再燃焼させることを特徴とする技術が開示されている。
【０００６】
液体燃料を燃焼させるボイラから発生するフライアッシュ等の燃焼生成灰は、比重が軽くハンドリングが困難であった。そこで、出願人らは、該燃焼生成灰を、造粒、乾燥して固形物とし、この固形物を固体燃料を燃焼させるボイラに投入して再燃焼させるボイラ燃焼生成灰の処理方法を提言した（特許文献３）。
【０００７】
ところで、ボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰が付着した場合には、蒸気管の伝熱性が低下するため、短期間で定期的に石炭灰を除去する清掃を行わなくてはならず、メンテナンスが面倒であり、また、清掃中は、ボイラの運転を停止しなければならなかった。
そこで、金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する付着防止方法が提言されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１７８３５６号公報
【特許文献２】特公平６−１５９２６号公報
【特許文献３】特開平１１−１０１４２３号公報
【特許文献４】特開２００５−１４６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
石炭等の固体燃料を燃焼させるボイラとしては、ストーカボイラと微炭粉焚きボイラが知られている。ストーカボイラとは、石炭を粉砕せずにそのままボイラの中に投入し、ボイラ底部で燃焼させるボイラのことであり、微炭粉焚きボイラとは、石炭等の固体燃料を微粉化装置にて細かくパウダー状に加工した上で、バーナーを用いてボイラ内部の空中で燃焼させるボイラのことをいう。
従来から、ストーカボイラにおいては、燃焼灰をホッパ等で回収して再燃焼が行われていた（特許文献２の第２図参照）。一方、微粉炭焚きボイラはストーカボイラと異なり燃焼性が良く、炉底灰中の未燃分は少ないため、微粉炭焚きボイラには燃焼灰の再燃焼装置を設置しないのが当然のこととされていた。特許文献２の第１図には、微炭粉焚きボイラにおいて電気集塵器で収集したフライアッシュを再燃焼させる方法が開示されるが、炉底灰の再燃焼はされていなかった。
【００１０】
上述したように、従来回収された石炭灰は、別途の処理施設に搬送され、コンクリート混和材や土壌・地盤改良材等にリサイクルされていた。しかし、石炭灰に未燃成分が多い場合には、リサイクルに適さず、埋め立て等の処理がされていた。石炭灰中の未燃成分を低減させることも本発明が解決しようとする課題である。
【００１１】
本発明は、微粉炭焚きボイラから発生する燃焼灰を有効に再利用するための方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする。
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムであって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムである。
第８の発明は、第７の発明において、前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする。
第９の発明は、第７または８の発明において、前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする。
第１０の発明は、第７ないし９のいずれかの発明において、前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする。
第１１の発明は、第７ないし１０のいずれかの発明において、固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする。
第１２の発明は、第７ないし１１の発明において、前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、微粉炭焚きボイラにおける燃焼灰のもつエネルギーを有効に活用し、微粉炭焚きボイラの運転コストを低減することができる。
また、微粉炭焚きボイラ用の燃料との混合も極めて容易であり、既存設備への改良も最小限で済むため、導入も容易である。
また、石炭灰中の未燃成分を低減させることができることから、従来産業廃棄物として処分されていたＪＩＳ規格外の石炭灰が有価物として有効利用できるため、埋め立て処分の量も少なくなり、環境保全にも大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のストーカボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【図２】実施例１の微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【図３】実施例２の微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態を、固体燃料が石炭である場合の例で説明する。
ボイラから発生するアッシュ（灰）には、フライアッシュ、炉底灰およびシンダーアッシュがある。炉底灰については、本明細書では、「ストーカボイラ」における炉底灰を「ボトムアッシュ」と呼び、「微炭粉焚きボイラ」における炉底灰を「クリンカアッシュ」と呼ぶものとする。
ボトムアッシュは、燃料である石炭と燃焼後の灰が混在して燃焼した灰であり、灰中の未燃分が多いため、再燃焼の必要性が高く存在している。
クリンカアッシュは、微粉炭状態の石炭燃料がボイラ空気中でバーナーにより燃焼され、燃焼後の灰がボイラの側壁に融着して堆積し、その後炉底に落下してくる灰であり、灰中の未燃分は一般には少ないとされる。
【００１７】
発明者は、微炭粉焚きボイラに的を絞り、燃焼灰の燃焼効率を図る方法を検討した。そして試行錯誤の結果、燃焼灰（混合灰）を、例えば、石炭の重量に対して２〜１０％の割合（好ましくは２〜８％の割合、より好ましくは２〜５％の割合）で投入することで、良好な結果が得られることの知見を得た。この割合は、フライアッシュ、シリンダーアッシュおよびクリンカアッシュを混合して投入する場合、或いは、いずれか単体を石炭に投入する場合に共通する割合である。
ちなみに、平成２０年度実績値は、下記のとおりである。ここでは、フライアッシュ、クリンカアッシュとも、投入してない期間があるため計画値（フライアッシュ約５％、クリンカアッシュ約０．５％）より合計での実績が少し低い値となっている。
２号機送炭量：５５９,１５４ｔ
フライアッシュ投入量 ：１７,３２３ｔ（投入率：約３％）
クリンカアッシュ投入量： １,８２２ｔ（投入率：約０.３％）
【００１８】
また、発明者は各アッシュの特性について、詳細な検討を行った。具体的には、従来は再燃焼されていなかった微炭粉焚きボイラの炉底灰を再燃焼させること、さらに、フライアッシュおよびシンダーアッシュも回収・再燃焼することを試みた。
また、発明者は各アッシュの回収割合についても検討した。微粉炭焚きボイラの燃焼生成灰は、ボイラ炉底から回収されるクリンカアッシュが約１０％、ボイラ後部煙道から採取されるシンダー灰が約２０％、煙道に設置された電気集塵機で回収されるフライアッシュ約７０％に分類される。
【００１９】
図１は、従来のストーカボイラ施設における燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法を示したものである。従来のストーカボイラ施設では、計量器・給炭機１２から未粉砕の固体燃料が未粉砕のまま供給され、ストーカボイラ３１で燃焼し、ボトムアッシュ用ホッパ３２によりボトムアッシュ（炉底灰）が回収されていた。
また、ストーカボイラ３１で発生した燃焼排ガスは、ボイラ３１内を上方に流れ、アンモニア注入後に脱硝装置２の有する触媒層を通すことで脱硝され、エアヒーター３により熱交換が行われ、電気集塵装置４で除塵され、ガスヒーター８により熱交換が行われ、除塵塔９および脱硫黄吸収塔１０を経て、煙突７から大気中へ放出されていた。電気集塵装置４で収集されたフライアッシュは、フライアッシュ用ホッパ３３により回収されていた。
【００２０】
図２は、本発明の微粉炭焚きボイラ施設における燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法の一例を示したものである。
微粉炭焚きボイラ施設における石炭灰は、収集のタイミングによって、クリンカアッシュ、シンダーアッシュおよびフライアッシュと呼ばれるが、いずれも、主成分は、シリカとアルミナである。
クリンカアッシュは、高温なボイラ内で赤く溶けた状態の灰を、ボイラ底部の水槽に落下・急冷させ、破砕機で破砕、粒の大きさを調整した砂状のものであり、一般に、粒径は２５ｍｍ程度以下の粒状とされる。図２ではホッパ２３により回収される。
シンダーアッシュは、ボイラ後部煙道から採取される灰のことであり、図２ではホッパ２４により回収される。
フライアッシュは、クリンカアッシュと比べると粒度が小さく、燃焼排ガス中に漂う微粒子であるため、電気集塵装置４で収集され、図２ではホッパ２５により回収される。
一般に、シンダーアッシュの粒径は０．１〜１ｍｍ程度であり、フライアッシュの粒径は０．１ｍｍ程度以下の粒径であり、両者をまとめてフライアッシュという場合もあるようだが、本発明では別個のものとする。
【００２１】
出願人の発電所における測定結果から、ホッパ２３〜２５で回収した石炭灰は、下記表１のとおりの特徴を有していることが確認できた。但し、石炭灰を再燃焼させて発生する各アッシュの割合は、運転条件、石炭の種類などによりばらつきがあり、例えばクリンカアッシュの割は発生灰の概ね５〜１７％となる。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１を見ると分かるように、クリンカアッシュには比較的発熱量の高いものが含まれていることから、これを積極的に利用するとより効率的である。
また、別の形態の本発明は、ホッパ２３〜２５で回収した燃焼生成灰を、所定の割合で混ぜ合わせた混合灰を再投入するものであり、混合灰にクリンカアッシュが含まれることが好ましい。
【００２４】
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明は実施例によってなんら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、石炭を燃料として燃焼試験を行った。本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法は、図２に示すとおりである。
【００２６】
本実施例に係るプラント設備は、ホッパ２４，２５で収集したシンダーアッシュおよびフライアッシュを混合するための灰系統を有することを特徴とする。ホッパ２４，２５で収集した各アッシュは、所定のブレンド比率で貯槽サイロ１９に投入され、撹拌される。クリンカアッシュについては、別の投入系統によりバンカ１３に投入される。
ブレンド比率は、出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、フライアッシュのみを再投入した場合に発生する燃焼生成灰の増加比率と同一の割合となっている。すなわち、フライアッシュの再投入により、フライアッシュが５０％増加し、シンダーアッシュが３５％増加し、クリンカアッシュが１５％増加する。別の言い方をすれば、それぞれの灰中の未燃分が減少する傾向が得られたことに基づくブレンド比率である。このように、本実施例においては、フライアッシュを投入することにより、クリンカアッシュの発生率を高めている。
【００２７】
シンダーアッシュは、アッシュ用ポッパ２４で収集され、中継タンクを経てサイロ１９に投入される。フライアッシュは、集塵装置４（ＥＰ）で収集され、フライアッシュ用ホッパ２５に投入され、中継タンク（図示せず）を経てサイロ１９に投入される。
クリンカアッシュは、クリンカアッシュ用ポッパ２３（水槽）で収集され、クラッシャー（図示せず）で破砕処理され、高圧水で脱水槽に集められる。脱水槽には５〜７日分のボイラで発生したクリンカが集められ、脱水された後に一旦別の場所にトラックで仮置きされる。仮置きしたクリンカを再度トラックでクリンカ投入用ホッパ（図示せず）に運搬する。再投入量はトラックに乗った状態で計量され、例えば約８〜９ｔ／週のクリンカをボイラで再燃焼する。
なお、クリンカアッシュについては、貯槽サイロ１９ではなく、ヘンタンホッパーに収納される構成としてもよい。
【００２８】
貯槽サイロ１９で混合された各アッシュは、ロータリーフィーダにより加湿・混練器１８に供給される。加湿・混練器１８では、加湿された後、混練され、造粒される。本実施例では、混合灰１：水０．２の割合で加湿を行った。
加湿は、一般的な水噴霧装置による加湿方法であり、混練は、水を加えて混ぜる処理である。造粒は、加湿・混練された水分を多く含んだ燃焼生成灰を、燃焼装置などにて乾燥させ固める処理である。
なお、加湿・混練器１８は、燃焼生成灰の粉塵飛散防止処理を行う装置であり、粉塵対策が必要なければ、特に設置する必要はない。
【００２９】
造粒されたシンダーアッシュおよびフライアッシュの混合灰は、計量器１２により計量され、クリンカアッシュについても計量され、それぞれコンベヤ等の搬送手段によりバンカ１３に投入される。本実施例では、混合灰の投入比率を石炭の重量に対して約５％の割合とした。
【００３０】
バンカ１３に格納された石炭と混合灰の混合物は、計量器・給炭器１２を経てミル１１で粉砕される。微粉炭焚きボイラ１では、ストーカボイラ３１と異なり、ミル１１で粉砕された微粉燃料が火炉へ投入されて燃焼させられる。そして、燃焼によって生じた排ガスは集塵装置４へ導かれ、排ガス中の固形分が集塵されて、固形分の除かれた排ガスが、誘引ファン５を経て第二熱交換器８に導かれ、除塵塔９および脱硫吸収塔１０を経て、煙突７から大気中へ排出される。
【００３１】
混合灰を投入しない状態で石炭を燃焼した際の各数値と、得られた燃焼性生成灰から製造した混合灰を投入した場合の各数値を比較することで、助燃効果の検証を行った。
上記石炭灰を投入したところ、次の表２の効果を確認することができた。
【００３２】
【表２】
【００３３】
（１）は、排ガス損失の低減効果であり、排ガス中の酸素濃度が低下したことから、燃焼効率が向上したことが確認できた。１２３ｋｇ／ｈ（＝燃料総発熱量×０．１４／石炭発熱量）の燃料減少量の効果を確認することができた。
（２）は、押込ファン６の動力の削減効果である。押込ファン６の動力削減については、実測した結果に基づき算出した。すなわち、定格容量１１１０ｋＷ／３３００Ｖ／２３１Ａ／１１８０ｒｐｍの押込ファン６において、電流値が２３１Ａ→２２４Ａ（１１１０ｋＷ→１０７６ｋＷ）となったことを確認することができた。電流値が下がった理由としては、低Ｏ２運転ができることにより、ボイラ１内への空気の押込み量を削減できたことが考えられる。
（３）は、誘引ファン５の動力の削減効果であり、低Ｏ２運転による助燃効果による。ここで、一般的な微粉炭ボイラのＯ２設定値は２．９〜３．６％であり、これより低いＯ２値による運転を低Ｏ２運転と呼ぶ。誘引ファン５の動力削減については、実測した結果に基づき算出した。すなわち、西条２号機において、定格容量２２２０ｋＷ／３３３０Ｖ／４７８Ａ／８９０ｒｐｍの誘引ファン５において、電流値が４７８Ａ→４６８Ａ（２２２０ｋＷ→２１７３ｋＷ）となったことを確認することができた。電流値が下がった理由としては、低Ｏ２運転ができることにより、ボイラ１から誘引するガス量の削減ができたことが考えられる。
（４）は、低Ｏ２運転による助燃効果により、削減した排ガス中のＮＯｘ量である。
ＮＯｘの削減は、ＮＯｘの生成する条件である高温・高圧下における過剰な空気の削減によるところが大きく、灰混焼時による燃焼改善効果によりボイラ内の低Ｏ２運転が可能となったことを示すものであり、環境対策にも効果的である。
（５）は、（４）の効果に伴い削減されたアンモニア注入量である。
アンモニア削減量は、排ガス中のＮＯｘを分解脱硝するために注入するアンモニア量がＮＯＸの発生量の低減とともに削減したことを示している。
（６）石炭灰のアッシュカット効果によるものである。ここで、アッシュカット効果とは、エアヒーターの詰りに対して、灰などの粒子を通常よりも多く通過させることによって、詰りを軽減できる（除去する）効果のことである。石炭火力発電所では、排ガスに含まれている熱を回収しプラント熱効率の向上を図るために、エアヒーター（空気予熱器）が設置されているが、運転を長期間継続するとエアヒーターが排ガスの影響で詰り、エアヒーターの差圧上昇を生じる。そのため、定期的に（例えば、年数回）プラントを停止し、エアヒーターの詰りの除去のための洗浄を行う必要があるが、アッシュカット効果によりその間隔より長期にすることができる。本実施例では、国内炭（灰分約１５％）の混焼時と同様のアッシュカット効果が確認できた。
【００３４】
混合灰の投入により、燃焼効率が向上する理由は、次のとおりであると推測される。
（ア）石炭灰添加による燃焼領域における熱容量の増加。
（イ）石炭灰粒子からの熱輻射の増加。
（ウ）石炭灰中に存在する、Ｆｅ，Ｍｇ系元素による酸化触媒効果の増加。（因みに、クリンカアッシュには、フライアッシュよりもＦｅ，Ｍｇ系元素が多く含まれている。）
【実施例２】
【００３５】
実施例２では、出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、石炭を燃料として燃焼試験を行った。本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法は、図３に示すとおりである。
【００３６】
図３に示すように、１号ボイラの集塵装置（ＥＰ）で収集されたフライアッシュ（１号灰）は、ホッパに投入され、中継タンク、ＦＡタンクを経て２号コールバンカー送炭と共に計量コンベアに投入される。コールバンカー本体のサイズは、ボイラの容量にも依存するが、概ね８〜２０時間程度の燃焼に利用する量の石炭を貯蔵できる寸法とすることが多い。
計量コンベアに投入される１号灰は加湿機で約１０％に加湿されることにより粉塵飛散することが防止される（なお、試運転当初は２０％の加湿であったが、同様の効果が得られることから１０％に変更した。）。
２号送炭量は約７８０００t(wet)である。１号灰は、２号送炭量に対し１号灰２％〜５％の割合で合計約２３４０t(dry)（１０％加湿灰で２６００ｔ(wet））を投入した。
試運転は、下記表３の２回の期間に分けて行った（実投入日数３８日間）。
【００３７】
【表３】
【００３８】
《試運転結果》
１号灰投入による２号機燃焼状態および脱硫装置への影響は見られなかった。また、２号灰中の未燃分（Igloss）は、１号灰投入後にいずれも減少しており、１号灰未燃分熱量および有価灰回収量の増加が可能となったといえる。
（１）運転状況等
１号灰混焼中の燃焼状態は安定したものであったが、１号灰投入比率が４％以上（２号消費炭全水分約１３％時）の場合、燃焼性が低下し、ミル熱空気ダンパが全開となるという問題があった。そこで、炭種をブレンドし消費炭全水分を約１１％に調整したところ、１号灰投入比率５％としてもミル熱空気ダンパが全開となるという問題が生じないことを確認できた。最適な消費炭全水分の値はボイラ毎に異なると考えられるが、１号灰投入比率をあげつつ全水分を管理値以下に設定し、熱空気ダンパが全開になり燃焼が不安定にならないようにバランス調整することが肝要である。
クリンカ量および処理時間に変化はなかった。
なお、脱硫装置への影響（脱硫率、除塵塔PH・スラリー濃度等）は見られなかったが、長期にわたる調査・監視が必要であると思われる。
（２）灰性状（表３参照）
有価灰回収の条件である灰中未燃分（Igloss）およびメチレンブルー吸着量（MB）は、灰投入前の性状より若干良くなることが確認できた。なお、メチレンブルーの値は、セメント原料としての指標となる。
（３）経済効果
１号灰未燃分（１０％〜２０％）が再燃焼されたことにより、投入量約２３４０ｔの約８０％が有価灰回収量の理論値の最大となる。しかし、以下では、未燃分１５％中の１４％が再燃焼するとの仮定おき、２号灰中の１号灰発生量を２３４０ｔ×０．８６＝２０００ｔとし、炭種変更および灰性状確認等を考慮して有価灰回収量を約１５００ｔとして経済効果を試算した。これにより、次の表４〜表６に示す経済効果が得られることが確認できる。なお、石炭単価は日々変化するものであり、本出願時の石炭単価は１万円／ｔ前後である。
【００３９】
（３−１）有利灰処理削減費（表４）
【００４０】
【表４】
【００４１】
（３−２）燃料削減費（表５）
【００４２】
【表５】
【００４３】
（３−３）有価灰販売費（表６）
【表６】
【実施例３】
【００４４】
実施例３では、実施例２と同じ第１号および第２号微粉炭焚きボイラにおいて、第２号微粉炭焚きボイラに石炭にクリンカアッシュをブレンドしたものを投入した場合の燃焼試験を行った。
（１）クリンカアッシュ払出状況
排炭コンベアによるクリンカアッシュの払出量は、２４．５ｔ／ｈ（１０．２ｔ／２５分）であり、クリンカアッシュは、Ａバンカに６．１ｔ、Ｂバンカに４．１ｔ搬送した（計画時点ではクリンカアッシュの払出量は、１０ｔ／ｈで各バンカに２．５ｔずつ搬送する予定であったが、落炭処理時の流量調整板の位置で制約を受けることから、流量調整を行なわないこととした。なお、流量増による電流値等、排炭コンベアの運転状況は問題なし）。
【００４５】
（２）クリンカアッシュ再燃焼状況
燃焼時のクリンカアッシュ混合比率は、Ａ，Ｂバンカから同時に消費された状態（最大）で３．３％であり、約４時間かけて燃焼した（Ａバンカへのクリンカ払出量６．１ｔ、送炭量９２ｔより算出）。
【００４６】
《試験結果》
クリンカアッシュの混入「無し」と「有り」で燃焼試験を行った結果、燃焼性、環境監視、集じん性、灰処理性、総排運転状況および１号クリンカ性状分析の点ではいずれも問題はなく、「有り」の場合にはハンドリング性および石炭灰性状分析の点で軽微な問題が確認された。試験結果を表７および８に示す。
【００４７】
【表７】
なお、「石炭灰性状分析」については後日ＮＯＸを上昇させ、炭種変更を実施したところ、管理値は２．１に改善した。
【００４８】
【表８】
なお、表８の「炭種」において、ＴＢはトウルバインド炭（インドネシア炭）、ＯＥはＭｔオーエン炭(オーストラリア炭）、ＤＷは大同洗炭（中国炭）、ＷＢはワンボ炭（オーストラリア炭）を意味し、ＤＷＷＢ２はＤＷ：ＷＢが１：２の混炭であることを意味する。
【００４９】
【表９】
*（ ）内は石炭換算Ｓ分を示す
【００５０】
《経済効果》
表１０に示すように、クリンカアッシュ混焼時（「有り」）の全給炭量（石炭＋バイオマス＋クリンカの混合物）は、「無し」の場合と比べ０．９ｔ／ｈ増加している（８９．１→９０．０ｔ／ｈ）。しかし、石炭のみ消費量（合計からバイオマスとクリンカを除いた値）を算出すると、「有り」の場合は「無し」の場合と比べ２．６ｔ／ｈの減少量となる。この減少量は、石炭とクリンカアッシュの発熱量の比（１：０．３６）で算出すると１．１ｔ／ｈとなり、クリンカアッシュ投入量に対して減少量が大きい。バイオマスのように一定の混焼率で投入しないため、時間当たりの燃焼量が正確に把握できないためと考えられる。
【００５１】
【表１０】
注.（ ）内は発熱量の比による計算値
【００５２】
１号クリンカ再燃焼による２号石炭費用削減量（クリンカ１ｔ当たり）を算出すると次のとおりである。
［算出条件］
・石炭高位発熱量：２７，８８０ｋｊ／ｋｇ（実績値）
・クリンカ高位発熱量：１６，７００ｋｊ／ｋｇ（１号クリンカ実運用値の平均値）
・クリンカの有無によるボイラ効率の変化はないものとする。
［算出］
・石炭低位発熱量：２６，７００ｋｊ／ｋｇ
ＨＬ＝Ｈｈ’−２，５００（９ｈ＋ｗ）
＝２７，８８０−２，５００（９＊０．３８＋０．１２２）
＝２６，７００
・クリンカ低位発熱量：１４，９００ｋｊ／ｋｇ
ＨＬ＝Ｈｈ’−２，５００（９ｈ＋ｗ）
＝１６，７００−２，５００（９＊０．０２６＋０．４９）
＝１４，９００
・石炭削減量：０．５６石炭ｔ／クリンカｔ
石炭削減量＝クリンカ低位発熱量÷石炭低位発熱量
＝１４，９００÷２６，７００
＝０．５６石炭ｔ／クリンカｔ
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の混合灰を投入することにより、燃焼促進、ボイラ効率の向上、灰付着防止、高温酸化防止、低温酸化防止、大気汚染物質の抑制、（ＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵（黒煙））などの効果を得ることができる。
ここで、高温酸化（高温腐食）とは、高温燃焼ガスに含まれる余剰Ｏ２によってボイラが酸化腐食されることをいうが、本発明によれば、低Ｏ２運転が可能となるため、余剰Ｏ２による高温酸化を抑制することができる。
また、低温酸化（低温腐食）とは、排ガス中に含まれるＳ分が、燃焼する際に無水硫酸（ＳＯ３）を発生することをいうが、本発明によれば、灰の量を増やす事によって低Ｏ２運転が可能となるため、無水硫酸のボイラへの付着量（腐食量）を軽減することで、低温腐食防止を図ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ボイラ
２ 脱硝装置
３ エアヒーター（第一熱交換器）
４ 電気集塵装置
５ 誘引ファン（ＩＦＤ）
６ 押込ファン（ＦＤＦ）
７ 煙突
８ ガスヒーター（第二熱交換器）
９ 除塵塔
１０ 脱硫吸収塔
１１ ミル（微粉炭機）
１２ 計量器／給炭機
１３ バンカ（貯蔵装置）
１４ 貯炭場
１６ アンモニア注入装置
１７ タンカー（燃料輸送）
１８ 加湿機
１９ 貯槽サイロ
２０ ロータリーフィーダ
２１ 制御手段
２２ 搬送手段
２３ クリンカアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
２４ シンダーアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
２５ フライアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
３１ ストーカボイラ
３２ ボトムアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
３３ フライアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭、コークス、木質バイオマス等の固体燃料を微粉に加工したものを燃焼する微粉炭焚きボイラから発生する燃焼灰を用いた微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所ボイラの燃料は、重油、ＬＮＧ、オイルサンドなど、新燃料を含めて種々の選択肢があるが、資源量、経済性、運用容易性などの観点から依然として石炭を選択する場合も多い。
石炭を燃焼させるボイラからは、多量の石炭灰が発生するため、この再利用方法が従来から課題となっていた。例えば、石炭を燃焼すると、約１割の石炭灰が発生する。年間数千万トンの石炭を使用する電力会社には、石炭灰が年間数百万トン発生する計算となる。このような石炭灰は、従来からその特性を生かしたリサイクルが行われており、例えば、コンクリート混和材や土壌・地盤改良材等に利用されている。
【０００３】
微粉炭燃焼ボイラから排出される石炭灰は、セメント混和材としての使用が認められているが、一般の微粉炭を燃焼した石炭灰は、３〜６％の未燃分が残留しているので、セメント混和材の品質を低下させるメチレンブルー吸着量が増加し、このままでセメント混和材として使用する場合、セメントに混入されている空気連行材（ＡＥ材）をこの未燃分が吸着して空気量の管理が困難になる等の問題があった。
そこで、焼却灰流動層冷却装置が、本体内底部に内装された焼却灰載置手段と、焼却灰載置手段の下方に設けられた空気室と、この空気室に連絡する空気供給手段と、焼却灰載置手段の上方に設けられ本体外部から配管導入して流動冷却層間に蛇行して配設された冷熱手段と、流動上層域の側壁に設けられた焼却灰排出回収手段とを具備し、また、この焼却灰流動層冷却装置Ｙを石炭灰流動層クーラーとして系内に包含して石炭灰の含有未燃分低減装置が提言されている（特許文献１）。
【０００４】
重油や原油を燃焼させるボイラからは粉体状の燃焼生成灰が発生する。従来、この燃焼生成灰は、廃棄物焼却炉において減容化処分（有価）するとともに、一部は「廃棄物の処理および清掃に関する法律」に基づき産業廃棄物として処分しているところもある。
【０００５】
特許文献２には、電気集塵機で回収したフライアッシュを捕集して、フライアッシュの一部を固体燃料の石炭に混入し、フライアッシュ中に含まれるＦｅ、Ｍｇ系元素の触媒作用を利用して燃焼促進を図ると共に、フライアッシュを再燃焼させることを特徴とする技術が開示されている。
【０００６】
液体燃料を燃焼させるボイラから発生するフライアッシュ等の燃焼生成灰は、比重が軽くハンドリングが困難であった。そこで、出願人らは、該燃焼生成灰を、造粒、乾燥して固形物とし、この固形物を固体燃料を燃焼させるボイラに投入して再燃焼させるボイラ燃焼生成灰の処理方法を提言した（特許文献３）。
【０００７】
ところで、ボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰が付着した場合には、蒸気管の伝熱性が低下するため、短期間で定期的に石炭灰を除去する清掃を行わなくてはならず、メンテナンスが面倒であり、また、清掃中は、ボイラの運転を停止しなければならなかった。
そこで、金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する付着防止方法が提言されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１７８３５６号公報
【特許文献２】特公平６−１５９２６号公報
【特許文献３】特開平１１−１０１４２３号公報
【特許文献４】特開２００５−１４６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
石炭等の固体燃料を燃焼させるボイラとしては、ストーカボイラと微炭粉焚きボイラが知られている。ストーカボイラとは、石炭を粉砕せずにそのままボイラの中に投入し、ボイラ底部で燃焼させるボイラのことであり、微炭粉焚きボイラとは、石炭等の固体燃料を微粉化装置にて細かくパウダー状に加工した上で、バーナーを用いてボイラ内部の空中で燃焼させるボイラのことをいう。
従来から、ストーカボイラにおいては、燃焼灰をホッパ等で回収して再燃焼が行われていた（特許文献２の第２図参照）。一方、微粉炭焚きボイラはストーカボイラと異なり燃焼性が良く、炉底灰中の未燃分は少ないため、微粉炭焚きボイラには燃焼灰の再燃焼装置を設置しないのが当然のこととされていた。特許文献２の第１図には、微炭粉焚きボイラにおいて電気集塵器で収集したフライアッシュを再燃焼させる方法が開示されるが、炉底灰の再燃焼はされていなかった。
【００１０】
上述したように、従来回収された石炭灰は、別途の処理施設に搬送され、コンクリート混和材や土壌・地盤改良材等にリサイクルされていた。しかし、石炭灰に未燃成分が多い場合には、リサイクルに適さず、埋め立て等の処理がされていた。石炭灰中の未燃成分を低減させることも本発明が解決しようとする課題である。
【００１１】
本発明は、微粉炭焚きボイラから発生する燃焼灰を有効に再利用するための方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする。
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムであって、前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムである。
第８の発明は、第７の発明において、前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする。
第９の発明は、第７または８の発明において、前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする。
第１０の発明は、第７ないし９のいずれかの発明において、前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする。
第１１の発明は、第７ないし１０のいずれかの発明において、固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする。
第１２の発明は、第７ないし１１の発明において、前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、微粉炭焚きボイラにおける燃焼灰のもつエネルギーを有効に活用し、微粉炭焚きボイラの運転コストを低減することができる。
また、微粉炭焚きボイラ用の燃料との混合も極めて容易であり、既存設備への改良も最小限で済むため、導入も容易である。
また、石炭灰中の未燃成分を低減させることができることから、従来産業廃棄物として処分されていたＪＩＳ規格外の石炭灰が有価物として有効利用できるため、埋め立て処分の量も少なくなり、環境保全にも大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のストーカボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【図２】実施例１の微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【図３】実施例２の微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態を、固体燃料が石炭である場合の例で説明する。
ボイラから発生するアッシュ（灰）には、フライアッシュ、炉底灰およびシンダーアッシュがある。炉底灰については、本明細書では、「ストーカボイラ」における炉底灰を「ボトムアッシュ」と呼び、「微炭粉焚きボイラ」における炉底灰を「クリンカアッシュ」と呼ぶものとする。
ボトムアッシュは、燃料である石炭と燃焼後の灰が混在して燃焼した灰であり、灰中の未燃分が多いため、再燃焼の必要性が高く存在している。
クリンカアッシュは、微粉炭状態の石炭燃料がボイラ空気中でバーナーにより燃焼され、燃焼後の灰がボイラの側壁に融着して堆積し、その後炉底に落下してくる灰であり、灰中の未燃分は一般には少ないとされる。
【００１７】
発明者は、微炭粉焚きボイラに的を絞り、燃焼灰の燃焼効率を図る方法を検討した。そして試行錯誤の結果、燃焼灰（混合灰）を、例えば、石炭の重量に対して２〜１０％の割合（好ましくは２〜８％の割合、より好ましくは２〜５％の割合）で投入することで、良好な結果が得られることの知見を得た。この割合は、フライアッシュ、シリンダーアッシュおよびクリンカアッシュを混合して投入する場合、或いは、いずれか単体を石炭に投入する場合に共通する割合である。
ちなみに、平成２０年度実績値は、下記のとおりである。ここでは、フライアッシュ、クリンカアッシュとも、投入してない期間があるため計画値（フライアッシュ約５％、クリンカアッシュ約０．５％）より合計での実績が少し低い値となっている。
２号機送炭量：５５９,１５４ｔ
フライアッシュ投入量 ：１７,３２３ｔ（投入率：約３％）
クリンカアッシュ投入量： １,８２２ｔ（投入率：約０.３％）
【００１８】
また、発明者は各アッシュの特性について、詳細な検討を行った。具体的には、従来は再燃焼されていなかった微炭粉焚きボイラの炉底灰を再燃焼させること、さらに、フライアッシュおよびシンダーアッシュも回収・再燃焼することを試みた。
また、発明者は各アッシュの回収割合についても検討した。微粉炭焚きボイラの燃焼生成灰は、ボイラ炉底から回収されるクリンカアッシュが約１０％、ボイラ後部煙道から採取されるシンダー灰が約２０％、煙道に設置された電気集塵機で回収されるフライアッシュ約７０％に分類される。
【００１９】
図１は、従来のストーカボイラ施設における燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法を示したものである。従来のストーカボイラ施設では、計量器・給炭機１２から未粉砕の固体燃料が未粉砕のまま供給され、ストーカボイラ３１で燃焼し、ボトムアッシュ用ホッパ３２によりボトムアッシュ（炉底灰）が回収されていた。
また、ストーカボイラ３１で発生した燃焼排ガスは、ボイラ３１内を上方に流れ、アンモニア注入後に脱硝装置２の有する触媒層を通すことで脱硝され、エアヒーター３により熱交換が行われ、電気集塵装置４で除塵され、ガスヒーター８により熱交換が行われ、除塵塔９および脱硫黄吸収塔１０を経て、煙突７から大気中へ放出されていた。電気集塵装置４で収集されたフライアッシュは、フライアッシュ用ホッパ３３により回収されていた。
【００２０】
図２は、本発明の微粉炭焚きボイラ施設における燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法の一例を示したものである。
微粉炭焚きボイラ施設における石炭灰は、収集のタイミングによって、クリンカアッシュ、シンダーアッシュおよびフライアッシュと呼ばれるが、いずれも、主成分は、シリカとアルミナである。
クリンカアッシュは、高温なボイラ内で赤く溶けた状態の灰を、ボイラ底部の水槽に落下・急冷させ、破砕機で破砕、粒の大きさを調整した砂状のものであり、一般に、粒径は２５ｍｍ程度以下の粒状とされる。図２ではホッパ２３により回収される。
シンダーアッシュは、ボイラ後部煙道から採取される灰のことであり、図２ではホッパ２４により回収される。
フライアッシュは、クリンカアッシュと比べると粒度が小さく、燃焼排ガス中に漂う微粒子であるため、電気集塵装置４で収集され、図２ではホッパ２５により回収される。
一般に、シンダーアッシュの粒径は０．１〜１ｍｍ程度であり、フライアッシュの粒径は０．１ｍｍ程度以下の粒径であり、両者をまとめてフライアッシュという場合もあるようだが、本発明では別個のものとする。
【００２１】
出願人の発電所における測定結果から、ホッパ２３〜２５で回収した石炭灰は、下記表１のとおりの特徴を有していることが確認できた。但し、石炭灰を再燃焼させて発生する各アッシュの割合は、運転条件、石炭の種類などによりばらつきがあり、例えばクリンカアッシュの割は発生灰の概ね５〜１７％となる。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１を見ると分かるように、クリンカアッシュには比較的発熱量の高いものが含まれていることから、これを積極的に利用するとより効率的である。
また、別の形態の本発明は、ホッパ２３〜２５で回収した燃焼生成灰を、所定の割合で混ぜ合わせた混合灰を再投入するものであり、混合灰にクリンカアッシュが含まれることが好ましい。
【００２４】
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明は実施例によってなんら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、石炭を燃料として燃焼試験を行った。本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法は、図２に示すとおりである。
【００２６】
本実施例に係るプラント設備は、ホッパ２４，２５で収集したシンダーアッシュおよびフライアッシュを混合するための灰系統を有することを特徴とする。ホッパ２４，２５で収集した各アッシュは、所定のブレンド比率で貯槽サイロ１９に投入され、撹拌される。クリンカアッシュについては、別の投入系統によりバンカ１３に投入される。
ブレンド比率は、出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、フライアッシュのみを再投入した場合に発生する燃焼生成灰の増加比率と同一の割合となっている。すなわち、フライアッシュの再投入により、フライアッシュが５０％増加し、シンダーアッシュが３５％増加し、クリンカアッシュが１５％増加する。別の言い方をすれば、それぞれの灰中の未燃分が減少する傾向が得られたことに基づくブレンド比率である。このように、本実施例においては、フライアッシュを投入することにより、クリンカアッシュの発生率を高めている。
【００２７】
シンダーアッシュは、アッシュ用ポッパ２４で収集され、中継タンクを経てサイロ１９に投入される。フライアッシュは、集塵装置４（ＥＰ）で収集され、フライアッシュ用ホッパ２５に投入され、中継タンク（図示せず）を経てサイロ１９に投入される。
クリンカアッシュは、クリンカアッシュ用ポッパ２３（水槽）で収集され、クラッシャー（図示せず）で破砕処理され、高圧水で脱水槽に集められる。脱水槽には５〜７日分のボイラで発生したクリンカが集められ、脱水された後に一旦別の場所にトラックで仮置きされる。仮置きしたクリンカを再度トラックでクリンカ投入用ホッパ（図示せず）に運搬する。再投入量はトラックに乗った状態で計量され、例えば約８〜９ｔ／週のクリンカをボイラで再燃焼する。
なお、クリンカアッシュについては、貯槽サイロ１９ではなく、ヘンタンホッパーに収納される構成としてもよい。
【００２８】
貯槽サイロ１９で混合された各アッシュは、ロータリーフィーダにより加湿・混練器１８に供給される。加湿・混練器１８では、加湿された後、混練され、造粒される。本実施例では、混合灰１：水０．２の割合で加湿を行った。
加湿は、一般的な水噴霧装置による加湿方法であり、混練は、水を加えて混ぜる処理である。造粒は、加湿・混練された水分を多く含んだ燃焼生成灰を、燃焼装置などにて乾燥させ固める処理である。
なお、加湿・混練器１８は、燃焼生成灰の粉塵飛散防止処理を行う装置であり、粉塵対策が必要なければ、特に設置する必要はない。
【００２９】
造粒されたシンダーアッシュおよびフライアッシュの混合灰は、計量器１２により計量され、クリンカアッシュについても計量され、それぞれコンベヤ等の搬送手段によりバンカ１３に投入される。本実施例では、混合灰の投入比率を石炭の重量に対して約５％の割合とした。
【００３０】
バンカ１３に格納された石炭と混合灰の混合物は、計量器・給炭器１２を経てミル１１で粉砕される。微粉炭焚きボイラ１では、ストーカボイラ３１と異なり、ミル１１で粉砕された微粉燃料が火炉へ投入されて燃焼させられる。そして、燃焼によって生じた排ガスは集塵装置４へ導かれ、排ガス中の固形分が集塵されて、固形分の除かれた排ガスが、誘引ファン５を経て第二熱交換器８に導かれ、除塵塔９および脱硫吸収塔１０を経て、煙突７から大気中へ排出される。
【００３１】
混合灰を投入しない状態で石炭を燃焼した際の各数値と、得られた燃焼性生成灰から製造した混合灰を投入した場合の各数値を比較することで、助燃効果の検証を行った。
上記石炭灰を投入したところ、次の表２の効果を確認することができた。
【００３２】
【表２】
【００３３】
（１）は、排ガス損失の低減効果であり、排ガス中の酸素濃度が低下したことから、燃焼効率が向上したことが確認できた。１２３ｋｇ／ｈ（＝燃料総発熱量×０．１４／石炭発熱量）の燃料減少量の効果を確認することができた。
（２）は、押込ファン６の動力の削減効果である。押込ファン６の動力削減については、実測した結果に基づき算出した。すなわち、定格容量１１１０ｋＷ／３３００Ｖ／２３１Ａ／１１８０ｒｐｍの押込ファン６において、電流値が２３１Ａ→２２４Ａ（１１１０ｋＷ→１０７６ｋＷ）となったことを確認することができた。電流値が下がった理由としては、低Ｏ２運転ができることにより、ボイラ１内への空気の押込み量を削減できたことが考えられる。
（３）は、誘引ファン５の動力の削減効果であり、低Ｏ２運転による助燃効果による。ここで、一般的な微粉炭ボイラのＯ２設定値は２．９〜３．６％であり、これより低いＯ２値による運転を低Ｏ２運転と呼ぶ。誘引ファン５の動力削減については、実測した結果に基づき算出した。すなわち、西条２号機において、定格容量２２２０ｋＷ／３３３０Ｖ／４７８Ａ／８９０ｒｐｍの誘引ファン５において、電流値が４７８Ａ→４６８Ａ（２２２０ｋＷ→２１７３ｋＷ）となったことを確認することができた。電流値が下がった理由としては、低Ｏ２運転ができることにより、ボイラ１から誘引するガス量の削減ができたことが考えられる。
（４）は、低Ｏ２運転による助燃効果により、削減した排ガス中のＮＯｘ量である。
ＮＯｘの削減は、ＮＯｘの生成する条件である高温・高圧下における過剰な空気の削減によるところが大きく、灰混焼時による燃焼改善効果によりボイラ内の低Ｏ２運転が可能となったことを示すものであり、環境対策にも効果的である。
（５）は、（４）の効果に伴い削減されたアンモニア注入量である。
アンモニア削減量は、排ガス中のＮＯｘを分解脱硝するために注入するアンモニア量がＮＯＸの発生量の低減とともに削減したことを示している。
（６）石炭灰のアッシュカット効果によるものである。ここで、アッシュカット効果とは、エアヒーターの詰りに対して、灰などの粒子を通常よりも多く通過させることによって、詰りを軽減できる（除去する）効果のことである。石炭火力発電所では、排ガスに含まれている熱を回収しプラント熱効率の向上を図るために、エアヒーター（空気予熱器）が設置されているが、運転を長期間継続するとエアヒーターが排ガスの影響で詰り、エアヒーターの差圧上昇を生じる。そのため、定期的に（例えば、年数回）プラントを停止し、エアヒーターの詰りの除去のための洗浄を行う必要があるが、アッシュカット効果によりその間隔より長期にすることができる。本実施例では、国内炭（灰分約１５％）の混焼時と同様のアッシュカット効果が確認できた。
【００３４】
混合灰の投入により、燃焼効率が向上する理由は、次のとおりであると推測される。
（ア）石炭灰添加による燃焼領域における熱容量の増加。
（イ）石炭灰粒子からの熱輻射の増加。
（ウ）石炭灰中に存在する、Ｆｅ，Ｍｇ系元素による酸化触媒効果の増加。（因みに、クリンカアッシュには、フライアッシュよりもＦｅ，Ｍｇ系元素が多く含まれている。）
【実施例２】
【００３５】
実施例２では、出願人の有する発電所に設置された微粉炭焚きボイラにおいて、石炭を燃料として燃焼試験を行った。本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼生成灰（石炭灰）の処理方法は、図３に示すとおりである。
【００３６】
図３に示すように、１号ボイラの集塵装置（ＥＰ）で収集されたフライアッシュ（１号灰）は、ホッパに投入され、中継タンク、ＦＡタンクを経て２号コールバンカー送炭と共に計量コンベアに投入される。コールバンカー本体のサイズは、ボイラの容量にも依存するが、概ね８〜２０時間程度の燃焼に利用する量の石炭を貯蔵できる寸法とすることが多い。
計量コンベアに投入される１号灰は加湿機で約１０％に加湿されることにより粉塵飛散することが防止される（なお、試運転当初は２０％の加湿であったが、同様の効果が得られることから１０％に変更した。）。
２号送炭量は約７８０００t(wet)である。１号灰は、２号送炭量に対し１号灰２％〜５％の割合で合計約２３４０t(dry)（１０％加湿灰で２６００ｔ(wet））を投入した。
試運転は、下記表３の２回の期間に分けて行った（実投入日数３８日間）。
【００３７】
【表３】
【００３８】
《試運転結果》
１号灰投入による２号機燃焼状態および脱硫装置への影響は見られなかった。また、２号灰中の未燃分（Igloss）は、１号灰投入後にいずれも減少しており、１号灰未燃分熱量および有価灰回収量の増加が可能となったといえる。
（１）運転状況等
１号灰混焼中の燃焼状態は安定したものであったが、１号灰投入比率が４％以上（２号消費炭全水分約１３％時）の場合、燃焼性が低下し、ミル熱空気ダンパが全開となるという問題があった。そこで、炭種をブレンドし消費炭全水分を約１１％に調整したところ、１号灰投入比率５％としてもミル熱空気ダンパが全開となるという問題が生じないことを確認できた。最適な消費炭全水分の値はボイラ毎に異なると考えられるが、１号灰投入比率をあげつつ全水分を管理値以下に設定し、熱空気ダンパが全開になり燃焼が不安定にならないようにバランス調整することが肝要である。
クリンカ量および処理時間に変化はなかった。
なお、脱硫装置への影響（脱硫率、除塵塔PH・スラリー濃度等）は見られなかったが、長期にわたる調査・監視が必要であると思われる。
（２）灰性状（表３参照）
有価灰回収の条件である灰中未燃分（Igloss）およびメチレンブルー吸着量（MB）は、灰投入前の性状より若干良くなることが確認できた。なお、メチレンブルーの値は、セメント原料としての指標となる。
（３）経済効果
１号灰未燃分（１０％〜２０％）が再燃焼されたことにより、投入量約２３４０ｔの約８０％が有価灰回収量の理論値の最大となる。しかし、以下では、未燃分１５％中の１４％が再燃焼するとの仮定おき、２号灰中の１号灰発生量を２３４０ｔ×０．８６＝２０００ｔとし、炭種変更および灰性状確認等を考慮して有価灰回収量を約１５００ｔとして経済効果を試算した。これにより、次の表４〜表６に示す経済効果が得られることが確認できる。なお、石炭単価は日々変化するものであり、本出願時の石炭単価は１万円／ｔ前後である。
【００３９】
（３−１）有利灰処理削減費（表４）
【００４０】
【表４】
【００４１】
（３−２）燃料削減費（表５）
【００４２】
【表５】
【００４３】
（３−３）有価灰販売費（表６）
【表６】
【実施例３】
【００４４】
実施例３では、実施例２と同じ第１号および第２号微粉炭焚きボイラにおいて、第２号微粉炭焚きボイラに石炭にクリンカアッシュをブレンドしたものを投入した場合の燃焼試験を行った。
（１）クリンカアッシュ払出状況
排炭コンベアによるクリンカアッシュの払出量は、２４．５ｔ／ｈ（１０．２ｔ／２５分）であり、クリンカアッシュは、Ａバンカに６．１ｔ、Ｂバンカに４．１ｔ搬送した（計画時点ではクリンカアッシュの払出量は、１０ｔ／ｈで各バンカに２．５ｔずつ搬送する予定であったが、落炭処理時の流量調整板の位置で制約を受けることから、流量調整を行なわないこととした。なお、流量増による電流値等、排炭コンベアの運転状況は問題なし）。
【００４５】
（２）クリンカアッシュ再燃焼状況
燃焼時のクリンカアッシュ混合比率は、Ａ，Ｂバンカから同時に消費された状態（最大）で３．３％であり、約４時間かけて燃焼した（Ａバンカへのクリンカ払出量６．１ｔ、送炭量９２ｔより算出）。
【００４６】
《試験結果》
クリンカアッシュの混入「無し」と「有り」で燃焼試験を行った結果、燃焼性、環境監視、集じん性、灰処理性、総排運転状況および１号クリンカ性状分析の点ではいずれも問題はなく、「有り」の場合にはハンドリング性および石炭灰性状分析の点で軽微な問題が確認された。試験結果を表７および８に示す。
【００４７】
【表７】
なお、「石炭灰性状分析」については後日ＮＯＸを上昇させ、炭種変更を実施したところ、管理値は２．１に改善した。
【００４８】
【表８】
なお、表８の「炭種」において、ＴＢはトウルバインド炭（インドネシア炭）、ＯＥはＭｔオーエン炭(オーストラリア炭）、ＤＷは大同洗炭（中国炭）、ＷＢはワンボ炭（オーストラリア炭）を意味し、ＤＷＷＢ２はＤＷ：ＷＢが１：２の混炭であることを意味する。
【００４９】
【表９】
*（ ）内は石炭換算Ｓ分を示す
【００５０】
《経済効果》
表１０に示すように、クリンカアッシュ混焼時（「有り」）の全給炭量（石炭＋バイオマス＋クリンカの混合物）は、「無し」の場合と比べ０．９ｔ／ｈ増加している（８９．１→９０．０ｔ／ｈ）。しかし、石炭のみ消費量（合計からバイオマスとクリンカを除いた値）を算出すると、「有り」の場合は「無し」の場合と比べ２．６ｔ／ｈの減少量となる。この減少量は、石炭とクリンカアッシュの発熱量の比（１：０．３６）で算出すると１．１ｔ／ｈとなり、クリンカアッシュ投入量に対して減少量が大きい。バイオマスのように一定の混焼率で投入しないため、時間当たりの燃焼量が正確に把握できないためと考えられる。
【００５１】
【表１０】
注.（ ）内は発熱量の比による計算値
【００５２】
１号クリンカ再燃焼による２号石炭費用削減量（クリンカ１ｔ当たり）を算出すると次のとおりである。
［算出条件］
・石炭高位発熱量：２７，８８０ｋｊ／ｋｇ（実績値）
・クリンカ高位発熱量：１６，７００ｋｊ／ｋｇ（１号クリンカ実運用値の平均値）
・クリンカの有無によるボイラ効率の変化はないものとする。
［算出］
・石炭低位発熱量：２６，７００ｋｊ／ｋｇ
ＨＬ＝Ｈｈ’−２，５００（９ｈ＋ｗ）
＝２７，８８０−２，５００（９＊０．３８＋０．１２２）
＝２６，７００
・クリンカ低位発熱量：１４，９００ｋｊ／ｋｇ
ＨＬ＝Ｈｈ’−２，５００（９ｈ＋ｗ）
＝１６，７００−２，５００（９＊０．０２６＋０．４９）
＝１４，９００
・石炭削減量：０．５６石炭ｔ／クリンカｔ
石炭削減量＝クリンカ低位発熱量÷石炭低位発熱量
＝１４，９００÷２６，７００
＝０．５６石炭ｔ／クリンカｔ
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の混合灰を投入することにより、燃焼促進、ボイラ効率の向上、灰付着防止、高温酸化防止、低温酸化防止、大気汚染物質の抑制、（ＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵（黒煙））などの効果を得ることができる。
ここで、高温酸化（高温腐食）とは、高温燃焼ガスに含まれる余剰Ｏ２によってボイラが酸化腐食されることをいうが、本発明によれば、低Ｏ２運転が可能となるため、余剰Ｏ２による高温酸化を抑制することができる。
また、低温酸化（低温腐食）とは、排ガス中に含まれるＳ分が、燃焼する際に無水硫酸（ＳＯ３）を発生することをいうが、本発明によれば、灰の量を増やす事によって低Ｏ２運転が可能となるため、無水硫酸のボイラへの付着量（腐食量）を軽減することで、低温腐食防止を図ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ボイラ
２ 脱硝装置
３ エアヒーター（第一熱交換器）
４ 電気集塵装置
５ 誘引ファン（ＩＦＤ）
６ 押込ファン（ＦＤＦ）
７ 煙突
８ ガスヒーター（第二熱交換器）
９ 除塵塔
１０ 脱硫吸収塔
１１ ミル（微粉炭機）
１２ 計量器／給炭機
１３ バンカ（貯蔵装置）
１４ 貯炭場
１６ アンモニア注入装置
１７ タンカー（燃料輸送）
１８ 加湿機
１９ 貯槽サイロ
２０ ロータリーフィーダ
２１ 制御手段
２２ 搬送手段
２３ クリンカアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
２４ シンダーアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
２５ フライアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
３１ ストーカボイラ
３２ ボトムアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
３３ フライアッシュ用ホッパ（灰貯蔵装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、
前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項２】
前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする請求項１に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項３】
前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項４】
前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項５】
前記固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項６】
前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項７】
固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムであって、
前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項８】
前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする請求項７に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項９】
前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１０】
前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１１】
前記固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１２】
前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１】
固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法であって、
前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項２】
前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする請求項１に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項３】
前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項４】
前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項５】
前記固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項６】
前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善方法。
【請求項７】
固体燃料を粉砕して微粉にしたものを火炉へ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラを備えたプラント設備において、微粉炭焚きボイラから得られた固体燃料の燃焼生成灰を加湿機で加湿し、固体燃料が搬送されるコンベア上に固体燃料に対して所定の割合で投入した再投入用灰を、微粉炭焚きボイラに投入する微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システムであって、
前記微粉炭焚きボイラから得られたクリンカアッシュ、シンダーアッシュおよび／またはフライアッシュを所定の割合で混合した再投入用灰を、前記微粉炭焚きボイラまたは他の微粉炭焚きボイラに投入することを特徴とする微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項８】
前記再投入用灰にクリンカアッシュが含まれることを特徴とする請求項７に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項９】
前記フライアッシュを前記微粉炭焚きボイラに投入する前工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１０】
前記所定の割合が、固体燃料に対して２〜１０％の割合であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１１】
前記固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値を超える場合に、それより全水分値が低い固体燃料をブレンドすることにより固体燃料および燃焼生成灰の全水分値が所定の値以下とすることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【請求項１２】
前記固体燃料は、石炭であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一項に記載の微粉炭焚きボイラの燃焼効率改善システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−５２９１６（Ｐ２０１１−５２９１６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３２３９（Ｐ２００９−２０３２３９）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]