JP2001153309A - 微粉炭ボイラとその運転方法および微粉炭ボイラの改造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭は１０〜２０％の灰を含み、灰溶融炉で
燃焼灰を溶融スラグ化する際に用いれば、ＮＯｘが発生
し、還元装置を増設する必要がある。熱源を回収せず捨
てると、エネルギ効率が悪くなる。ＮＯｘの排出量を押
さえながら、燃焼灰溶融時の熱源を回収し、エネルギを
有効利用する微粉炭ボイラを提供する。 【解決手段】 複数段のバーナ２を有する火炉１と火炉
１の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器１３と燃焼灰
を溶融し溶融スラグを生成する灰溶融炉４と含む微粉炭
ボイラにおいて、集塵器１３で回収した燃焼灰を灰溶融
炉４に供給する燃焼灰搬送系統１６，１７，２０を設
け、微粉炭ボイラの最下段バーナ２の更に下段に灰溶融
炉４で生成した燃焼ガスを供給する灰溶融炉出口配管３
１を設けた。灰溶融炉４の排気ガスは、火炉１の還元雰
囲気を通過してＮＯｘを還元される。灰溶融炉４で発生
した熱も、火炉１に吸収され、エネルギの有効利用にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭ボイラとそ
の運転方法および微粉炭ボイラの改造方法に係り、特
に、微粉炭ボイラと高温の燃焼ガスにより燃焼灰を溶融
し溶融スラグを生成する灰溶融炉と併設した微粉炭ボイ
ラにおいて、ＮＯｘの排出量を押さえながら、燃焼灰溶
融時の熱源を回収し、エネルギを有効利用する手段に関
する。

【０００２】

【従来の技術】石炭は、埋蔵量が豊富であり、他の化石
燃料と比べて、経済性に優れている。石炭を大量に使用
する火力発電所は、今後さらに増設や新設が見込まれて
いる。石炭は、約１０から２０％の灰を含んでおり、火
力発電所の増設や新設に伴い、燃焼灰の排出量も増加す
ることが予想される。したがって、発電所から排出され
る燃焼灰の処理方法が、大きな課題になっている。

【０００３】火力発電所から排出される燃焼灰は、大き
く分けて、ボイラ内のクリンカホッパから排出されるボ
トムアッシュと、エコノマイザから回収されるシリンダ
ーアッシュと、集塵器で回収されるフライアッシュとの
三つに大別される。この燃焼灰は、セメントなどの原材
料として有効利用されるが、半分以上の燃焼灰は、ごみ
として近隣の海岸などに埋め立てられている。埋め立て
処分する場合、燃焼灰の溶出水が高アルカリのため、燃
焼灰は、管理型産業廃棄物に指定されており、その処分
用地の確保が難しくなってきている。そこで、燃焼灰を
埋め立て以外に有効利用することが望まれている。

【０００４】燃焼灰をセメントの原材料として使用する
には、燃焼灰中の未燃分をなるべく少なくする必要があ
る。微粉炭ボイラで回収された燃焼灰には、通常、３％
から５％の未燃分が含まれている。この未燃分は、ボイ
ラの効率を低下させる要因となっていた。石炭は、燃料
比(揮発分と固定炭素の比)が低いほど燃えやすい。この
ような石炭が燃焼した時に排出される燃焼灰は、未燃分
が比較的低い。逆に、燃料比が高いときは、石炭が燃え
にくいので、燃焼灰中の未燃分が高い。未燃分の多い燃
焼灰は、セメントなどの原材料にする価値がなく、高燃
料比炭のような燃えにくい石炭の燃焼灰は、燃焼灰改質
炉などで前処理する必要があった。

【０００５】このような問題を解決する石炭焚きボイラ
としては、特開平８−152106号公報に記載された技術が
ある。本燃焼室すなわちボイラ火炉の外に、スラッキン
グコンバスタすなわち複数の予備燃焼室を設け、酸素を
富化した二次空気により、石炭を超高温の還元領域で燃
焼させて、捕集されたフライアッシュを予燃焼室に戻
し、完全燃焼させる方法がある。この燃焼方法では、未
燃分が完全燃焼し、不純物はすべて溶融スラグとなり、
スラグホッパに排出される。

【０００６】また、特開昭62−125891号公報に記載され
た技術がある。この従来例のフライアッシュ処理装置
は、石炭の燃焼により生成されたガスからフライアッシ
ュを分離捕集する第１のフライアッシュ捕集手段と、第
１のフライアッシュ捕集手段で捕集されたフライアッシ
ュと酸素を富化した空気とが噴射導入されるスラグタッ
プ式燃焼炉と、スラグタップ式燃焼炉内でフライアッシ
ュの酸素富化燃焼により生成された溶融スラグを燃焼炉
から取り出す手段と、同じくスラグタップ式燃焼炉内で
フライアッシュの酸素富化燃焼により生成されたガスか
ら未燃分炭素分の少ないフライアッシュを捕集する第２
のフライアッシュ捕集手段と、第２のフライアッシュで
捕集されたフライアッシュを選択的に系外に取り出すか
または前記燃焼炉に戻す手段とを備えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−152106
号公報の技術は、予燃焼室において石炭を超高温で還元
燃焼させ、火炉に高温のガスを供給し、熱を回収するプ
ラントである。石炭中の窒素成分から排出される窒素酸
化物(ＮＯｘ)いわゆるフューエルＮＯｘは、予燃焼室で
還元することはできる。

【０００８】スラッキングコンバスタの出口で空気を供
給する二段燃焼をすると、排気ガスは、空気比１以上の
高温ガスとなり、温度が１７００から２３００℃に達し
ている。この高温ガスを火炉内に供給し、熱吸収させる
と、火炉内は１７００℃以上の高温雰囲気になる。この
ように高温となり空気比が１以上の雰囲気は、空気中の
窒素分からＮＯｘが生成されるサーマルＮＯｘを多量に
生成する。この火炉内には還元領域がないため、ＮＯｘ
は、還元されず、火炉出口に到達する。このようなボイ
ラにおいては、大きなＮＯｘ還元装置を設置し、ＮＯｘ
を還元する必要がある。還元装置が大きくなると、ボイ
ラのコストが高くなる。

【０００９】また、スラッキングコンバスタは、起動時
や停止時に燃焼灰が凝固し、配管を閉塞する問題があ
る。微粉炭ボイラは、負荷１００％で常時運転すること
は少なく、バーナの運転と停止とを繰り返しながら、負
荷を変動させ、電力需要に見合った運転をすることが多
い。起動や停止に難のあるスラッキングコンバスタでボ
イラの負荷を変えることは困難である。また、酸素製造
装置が新たに必要となるので、一般に空気を供給するボ
イラに比べ、コストが高くなる。

【００１０】上記特開昭62−125891号公報の技術は、ス
ラグタップ式燃焼炉の排気ガスをボイラ出口に供給して
いる。スラグタップ式燃焼炉で発生したＮＯｘは、還元
装置によりＮＯｘ排出量を押さえるしかないからであ
る。また、排気ガスは、熱を回収せずに、そのまま捨て
られるため、スラグタップ式燃焼炉の役割は、燃焼灰を
溶融する装置のみに留まっている。

【００１１】本発明の目的は、ＮＯｘの排出量を押さえ
ながら、燃焼灰溶融時の熱源を回収して、エネルギを有
効利用する手段を備えた微粉炭ボイラとその運転方法お
よび既設の微粉炭ボイラの改造方法を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、複数段のバーナを有する火炉と火炉の排
気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融して
溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラにお
いて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶融炉に供給する燃
焼灰搬送系統を形成し、微粉炭ボイラの最下段バーナの
更に下段に灰溶融炉で生成した燃焼ガスを供給する灰溶
融炉出口配管を接続した微粉炭ボイラを提案する。

【００１３】本発明は、また、複数段のバーナを有する
火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃
焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微
粉炭ボイラにおいて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶融
炉に供給する燃焼灰搬送系統を形成し、微粉炭ボイラの
最下段バーナに代えて灰溶融炉で生成した燃焼ガスを供
給する灰溶融炉出口配管を接続した微粉炭ボイラを提案
する。

【００１４】本発明は、さらに、複数段のバーナを有す
る火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と
燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む
微粉炭ボイラにおいて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶
融炉に供給する燃焼灰搬送系統を形成し、火炉は、当該
火炉内を流体が水平方向に流れる火炉であり、火炉が、
石炭を燃焼させる複数段のバーナを最上流側に、空気を
供給する空気ノズルを下流側に、灰溶融炉で生成した燃
焼ガスを供給する灰溶融炉出口配管をバーナと空気ノズ
ルとの間の側壁に備えた微粉炭ボイラを提案する。

【００１５】前記燃焼灰搬送系統は、集塵器で回収され
るフライアッシュに加えて、微粉炭ボイラ内のクリンカ
ホッパから排出されるボトムアッシュと、エコノマイザ
から回収されるシリンダーアッシュとを燃焼灰として回
収し搬送する系統とすることができる。

【００１６】この場合、前記燃焼灰搬送系統は、ボトム
アッシュとシリンダアッシュとを粉砕するクリンカアッ
シュ粉砕機を備えてもよい。

【００１７】上記いずれの微粉炭ボイラにおいても、前
記燃焼灰搬送系統が、燃焼灰を粒径により選別する分別
手段を備え、所定粒径以下の燃焼灰を分別してセメント
の原材料とし、残りの燃焼灰を灰溶融炉に投入して溶融
スラグとすることも可能である。

【００１８】本発明は、上記目的を達成するために、複
数段のバーナを有する火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰
を回収する集塵器と燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成
する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラの運転方法において、
集塵器で回収した燃焼灰を灰溶融炉に供給し、微粉炭ボ
イラの最下段バーナの更に下段の高さに灰溶融炉で生成
した燃焼ガスを供給する微粉炭ボイラの運転方法を提案
する。

【００１９】本発明は、また、複数段のバーナを有する
火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃
焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微
粉炭ボイラの運転方法において、集塵器で回収した燃焼
灰を灰溶融炉に供給し、微粉炭ボイラの最下段バーナを
取り外し当該最下段バーナの位置に灰溶融炉で生成した
燃焼ガスを供給する微粉炭ボイラの運転方法を提案す
る。

【００２０】本発明は、さらに、複数段のバーナを有し
内部の流体が水平方向に流れる火炉と火炉の排気ガス中
の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融して溶融スラ
グを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラの運転方法に
おいて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶融炉に供給し、
火炉の最上流側に設置した複数段のバーナから石炭を燃
焼させ、火炉の下流側に設置した空気ノズルから空気を
供給し、灰溶融炉で生成した燃焼ガスをバーナと空気ノ
ズルとの間の火炉側壁から供給する微粉炭ボイラの運転
方法を提案する。

【００２１】本発明は、上記目的を達成するために、複
数段のバーナを有する火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰
を回収する集塵器と燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成
する灰溶融炉と含む既設の微粉炭ボイラの改造方法にお
いて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶融炉に供給する燃
焼灰搬送系統を形成し、微粉炭ボイラの最下段バーナを
取り外し、当該最下段バーナの位置に灰溶融炉で生成し
た燃焼ガスを供給する灰溶融炉出口配管を接続する既設
の微粉炭ボイラの改造方法を提案する。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、図１ないし図９を参照し
て、本発明による微粉炭ボイラとその運転方法および微
粉炭ボイラの改造方法の実施形態を説明する。

【００２３】

【実施形態１】図１は、本発明による微粉炭ボイラの実
施形態１の系統構成を示す図である。火炉１には、微粉
炭を燃焼させるためのバーナ２と、火炉１の下流側に空
気を供給する空気ノズル３と、燃焼灰を溶融する灰溶融
炉４とを設置し、灰溶融炉４からの高温の燃焼ガスを最
下段バーナ２の更に下段に供給する排気ガス配管３１を
接続してある。

【００２４】石炭は、貯炭場５から、図示しない運炭設
備により、石炭粉砕機６に運び、粉砕する。粉砕した石
炭は、給炭機７により、石炭の搬送空気が流れている石
炭搬送管８に供給する。石炭は、火炉１に設けたバーナ
２に供給して、火炉１内で燃焼させる。空気ブロア９で
作った燃焼用空気は、空気予熱器１０により暖め、空気
配管１１を通り、バーナ２に供給する。燃焼用空気は、
約３００℃に暖めるので、火炉１内を冷やすことなく、
石炭の燃焼に寄与して、石炭を安定に燃焼させる。ま
た、火炉１の下流側に設置した空気ノズル３に燃焼用空
気を供給し、微粉炭を燃焼させる。

【００２５】このように空気を火炉１内に分割して供給
すると、火炉１内の空気比を調節し、燃焼灰中の未燃分
を減少させることができる。石炭の燃焼ガスは、火炉１
の壁面を加熱し、ここでは図示していないが火炉１の下
流側に設置した過熱器，再熱器，節炭器などを加熱しな
がら、脱硝装置１２に向かう。火炉１内の還元雰囲気に
よって還元した排気ガス中のＮＯｘは、脱硝装置１２
で、ＮＯｘ規制値以下になるように更に除去する。

【００２６】この下流には、排気ガスの予熱を利用して
燃焼用空気を暖める空気予熱器１０がある。さらに、下
流にある集塵器１３により、排気ガス中に滞留している
フライアッシュを除塵し、排気ガスを脱硫装置１４に入
れる。排気ガスは、脱硫装置１４で硫黄酸化物を除去し
てクリーンな排気ガスとし、煙突１５から排出する。

【００２７】集塵器１３で捕集したフライアッシュをホ
ッパ１６に回収する。ホッパ１６と燃焼灰搬送管１７と
灰溶融炉４に接続した燃焼灰供給ノズル２０とは、本発
明の燃焼灰搬送系統を構成している。ホッパ１６に集め
たフライアッシュなどの燃焼灰は、燃焼灰搬送管１７を
通り、燃焼灰供給ノズル２０から灰溶融炉４に供給す
る。

【００２８】灰溶融炉４には、バーナ１８，空気ノズル
１９，燃焼灰供給ノズル２０を設置してある。灰溶融炉
４の熱源としては、石炭を用いることが望ましい。石炭
火力発電所では、石炭を貯蔵しているので、新たに熱源
を準備する必要がないからである。 石炭は、貯炭場５
から、図示しない石炭搬送装置によって、石炭粉砕機２
１に運び、必要な粒径に応じて粉砕する。粉砕した石炭
は、石炭搬送管２２を通り、灰溶融炉４のバーナ１８に
供給する。

【００２９】燃焼用空気は、必要に応じて暖めて、空気
搬送管２３を通り、空気ノズル１９に供給する。灰溶融
炉４内の温度は、約１２００℃になる。石炭の燃焼灰の
溶融温度は、約１２００℃から２５００℃である。溶融
温度の高い石炭には、消石灰などの融点降下剤を灰溶融
炉に供給する方がよい。このような高温ガス雰囲気に燃
焼灰を投入すると、燃焼灰は溶融し、溶融スラグとして
排出される。この溶融スラグは、石砂のような材質であ
り、路盤材などとして幅広い用途がある。また、埋め立
てをする場合も、燃焼灰の体積を大幅に縮小できるた
め、燃焼灰の少スペース化につながる。

【００３０】しかし、灰溶融炉４の排気ガスは、ＮＯｘ
やＳＯｘなどの有害物質を含んでいるから、従来は、灰
溶融炉４の出口に脱硝装置や脱硫装置を別に設けるか、
火炉１の出口に戻し、火炉１の脱硝装置１２や脱硫装置
１４を介して排出していた。灰溶融炉４の熱源として石
炭などの窒素分を含んだ燃料を使用したときに、ＮＯｘ
が発生する。特に、灰溶融炉４内が空気過剰の酸化雰囲
気に形成されている場合は、アンモニアやシアンなどの
ＮＯｘを還元する物質を発生する還元領域が形成されな
いので、ＮＯｘが多量に発生する。このようにＮＯｘが
多量に発生すると、還元装置として別に設ける脱硝装置
を必然的に大きくする必要があり、コストが高くなる。
また、灰溶融炉４で発生した熱は、新たに廃熱回収ボイ
ラを設けて回収するか、熱回収しないで捨てていた。

【００３１】これに対して、実施形態１においては、灰
溶融炉４で発生した排気ガスを、溶融炉出口配管３１に
より、火炉１の複数段あるバーナ２のうち最下段バーナ
３０の更に下段に供給する。図２は、図１に示した火炉
１と灰溶融炉４の縦断面を示す図である。

【００３２】火炉１内は、一般に空気不足の還元領域２
４と空気過剰の酸化領域２５とに分けられる。バーナ火
炎２６は、石炭の燃焼に必要な空気量よりも少ない空気
を供給するので、バーナ２の付近には、空気不足の還元
領域２４が作られる。還元領域２４は、アンモニアやシ
アンなどのＮＯｘ還元物質を生成し、ＮＯｘを還元す
る。火炉１の下流に設置した空気ノズル３から空気２７
を投入する。この投入位置付近から下流では、石炭が燃
焼し、燃焼灰中の未燃分を低減できる。

【００３３】火炉１の最下段バーナ３０の更に下段に灰
溶融炉４の溶融炉出口配管３１を取り付けてあるので、
灰溶融炉４で発生した高温の燃焼ガス２８のＮＯｘは、
最下段バーナ３０の下段から供給され、火炉１内の還元
領域２４を通過し、還元される。

【００３４】酸化領域２５は、空気２７を空気ノズル３
から供給され、石炭を燃焼するには十分な空気量を持っ
ているから、この酸化領域で石炭の大部分を完全燃焼さ
せる。また、灰溶融炉４において溶融スラグ２９になら
ず、排気ガス２８とともに飛散してきた飛灰は、ボイラ
内で燃焼し、火炉１から排気された後、集塵器１３に回
収される。したがって、本実施形態１では、灰溶融炉４
の飛灰を回収する装置を新設する必要がない。燃焼灰
は、溶融スラグ２９として回収されるまで、灰溶融炉４
と火炉１とを行き来することになり、燃焼灰中の未燃分
は、０％に限りなく近づく。燃焼灰中の未燃分が低下す
る結果として、ボイラの効率も０.３％程度上昇する。

【００３５】ここでは、バーナを垂直方向に三段設置し
てあるが、幾段であっても、最下段バーナ３０の更に下
段に溶融炉出口配管３１を取り付ければ、同じ効果が得
られる。

【００３６】火炉１の機器配置の都合上、複数段あるバ
ーナ２のうち、中段部に灰溶融炉４の溶融炉出口配管３
１を取り付けてもよいが、還元領域を通過する時間が短
くなるため、ＮＯｘを還元する効果が、多少は低くな
る。

【００３７】灰溶融炉４で発生した熱は、火炉１内で吸
収されるので、廃熱回収ボイラなどの熱回収手段を新た
に設置する必要がなく、コスト低減につながる。また、
エネルギが無駄に捨てられないから、効率的である。

【００３８】従来の微粉炭ボイラにおいては、火炉１に
設置されている最下段のバーナ３０付近は、上流側のバ
ーナに比べて温度が低く、石炭の着火性能が悪い。特に
ボイラの負荷を低くすると、炉内温度が下がり、一段と
悪化する。

【００３９】これに対して、本実施形態１では、灰溶融
炉４の排気ガス２８が高温のために、火炉１の炉低部や
最下段バーナ３０部を暖める効果があり、石炭の着火性
能が上がる。バーナ火炎の吹き消え限界も向上する。石
炭は速く燃焼するから、周りにある酸素の消費が速くな
り、還元領域２４は大きくなる。大きな還元領域２４が
形成されると、より一層のＮＯｘ低減につながる。ま
た、火炎の温度が高くなるので、石炭の燃焼灰中の未燃
分も低減する。

【００４０】図３は、外部から低温の排気ガスを火炉１
に噴出した場合と高温の排気ガスを火炉１に噴出した場
合の火炉１内の温度分布を比較して示す図である。Ａ
は、３００℃の排気ガスをボイラ炉底部から供給した場
合であって、Ｂは、１０００℃の排気ガスを最下段バー
ナ３０の更に下段の灰溶融炉出口配管３１から供給した
場合である。

【００４１】図３から明らかなように、１０００℃の排
気ガスを最下段バーナの更に下段の灰溶融炉出口配管３
１から供給したＢの方が、３００℃の排気ガスをボイラ
炉底部から供給したＡに比べて、１６００℃以上の高温
領域が広く形成されている。この分布は、高温の排気ガ
スを火炉１に供給した方が火炉内の温度を高くできるこ
とを意味する。このような状態では、火炎の温度が高く
なり、石炭の着火性能は向上する。また、酸素が速く消
費されることになり、還元領域が大きく形成され、ＮＯ
ｘが還元される。

【００４２】図４は、火炉出口温度と熱吸収量との関係
を示す図である。図３に示した通常の火炉Ａを基準とし
て、高温の排気ガスを火炉１に噴出したＢの場合におけ
る火炉出口温度の上昇の割合と熱吸収量の増加との関係
を示している。排気ガスの温度を高くしたとき、火炉の
出口ガス温度が上昇し、火炉の熱吸収量は増加する。し
かし、火炉の出口ガス温度の上昇が、高々１％であるの
に対して、熱吸収量の増加は、７％にも及ぶ。したがっ
て、火炉１の下側から高温のガスを供給すると、火炉は
効率よく熱吸収することがわかる。

【００４３】図５は、燃焼灰中の未燃分と火炉の出口Ｎ
Ｏｘとの関係を示す図である。高温の排気ガスを火炉１
内に供給した場合、火炉１内が高温になるため、サーマ
ルＮＯｘが増える。しかし、その増加量は、１５ｐｐｍ
と小さい。これに対して、高温の排気ガスを火炉１内に
供給した場合、燃焼灰中の未燃分は、１％以上は減少す
る。灰溶融炉の排気ガスには、１００ｐｐｍから４００
ｐｐｍのＮＯｘが含まれている。このＮＯｘが火炉１内
の還元領域で還元される効果は大きい。

【００４４】バーナ２と空気ノズル３との二つに分けて
空気を火炉１に供給する燃焼方法を二段燃焼と呼ぶが、
本発明は、ここに示した実施形態１には限定されず、火
炉１内に還元領域が形成される火炉ならば、燃焼方法は
問わずに、適用できる。

【００４５】また、図１および図２は、火炉１の片側だ
けにバーナ２を取り付けた片側燃焼方式となっている
が、火炉１の両側にバーナ２を取り付けた対向燃焼でも
よい。

【００４６】一般に、灰溶融炉４の出口は、空気過剰な
状態にする。空気不足のままで排気すると、石炭が完全
燃焼しない上に、硫化水素などが発生し、配管などを腐
食する場合があるからである。灰溶融炉４の燃焼ガスを
空気不足の状態で火炉１内に噴出する場合は、火炉１壁
面の灰溶融炉出口配管３１の近くに空気ノズルを取り付
け、空気不足の排気ガスが、火炉１の水壁に近づかない
ようにすることが望ましい。

【００４７】

【実施形態２】図６は、集塵器１３で回収されるフライ
アッシュを灰溶融炉４に供給する実施形態１の燃焼灰搬
送系統に加えて、微粉炭ボイラ内のクリンカホッパから
排出されるボトムアッシュと火炉１のエコノマイザから
回収されるシリンダーアッシュとを燃焼灰として灰溶融
炉４に供給する燃焼灰搬送系統を設けた微粉炭ボイラの
実施形態２の系統構成を示す図である。

【００４８】実施形態２では、ボイラ炉低部で回収され
たクリンカアッシュと、火炉１のここでは図示しないエ
コノマイザやエアヒータで回収したシリンダーアッシュ
とをクリンカアッシュ粉砕機３３に送り、所定の粒径に
粉砕した後、実施形態１の集塵器１３で回収されるフラ
イアッシュとともに、ホッパ１６に回収する。

【００４９】一般に、火炉底部のクリンカホッパから排
出されるクリンカアッシュは、粒径が大きい。したがっ
て、クリンカアッシュを灰溶融炉４に供給して溶融する
場合は、粒径を細かくする粉砕機３３を取り付けた方が
よい。

【００５０】燃焼灰をすべて溶融スラグにする必要がな
い場合は、図６に示すように、集塵器１３とホッパ１６
との間に、分別機３２を取り付けてもよい。分別機３２
は、粒径が例えば２０μｍ以下の燃焼灰を分別してセメ
ントの原材料として使い、残りの燃焼灰を灰溶融炉４に
投入し、溶融スラグとして道路の路盤材などに使うよう
に分別する。

【００５１】

【実施形態３】図７は、本発明による微粉炭ボイラの実
施形態３の系統構成を示す図である。実施形態３は、微
粉炭ボイラの最下段バーナ２を取り除き、取り除いた個
所に灰溶融炉の排気ガスの出口配管を取り付けた微粉炭
ボイラである。

【００５２】実施形態３は、灰溶融炉４からの高温の燃
焼ガスを供給する排気ガス配管３１を最下段バーナ２の
更に下段に増設する実施形態１および実施形態２とは異
なって、微粉炭ボイラの最下段バーナ２を取り除き、取
り除いた個所に灰溶融炉の排気ガスの出口配管を取り付
けるので、加工個所が少なく、既設の微粉炭ボイラの改
造方法として有利である。

【００５３】灰溶融炉４の排気ガスを最下段のバーナ２
の代替バーナ火炎として用いる場合は、排気ガスは一般
的な微粉炭バーナよりも火炎温度が低い。このため、熱
吸収が下がるので、他の微粉炭バーナの石炭量を増やし
て調節する。この石炭量の調節は、既設の微粉炭ボイラ
の改造の場合のみならず、火炉１を新規に着工する場合
も同様である。

【００５４】なお、図７の実施形態３の場合も、図６の
実施形態２のように、微粉炭ボイラ内のクリンカホッパ
から排出されるボトムアッシュと火炉１のエコノマイザ
から回収されるシリンダーアッシュとを燃焼灰として灰
溶融炉４に供給する燃焼灰搬送系統を設けることができ
る。

【００５５】

【実施形態４】図８は、本発明による微粉炭ボイラの実
施形態４における火炉の構造を示す斜視図であり、図９
は、図８の火炉の還元領域および酸化領域を示す縦断面
図である。図８，図９に示した微粉炭ボイラは、火炉１
の形状が異なるだけで、その他の構造は、図１の実施形
態１と同様である。

【００５６】火炉３４には、石炭を燃焼させるためのバ
ーナ３５と、火炉３４の下流側に空気を供給する空気ノ
ズル３６と、燃焼灰を溶融する灰溶融炉３７とが設置さ
れ、灰溶融炉３７からの高温の燃焼ガスを供給する灰溶
融炉出口配管３８が火炉３４の側壁に接続されている。

【００５７】灰溶融炉３７には、バーナ３９と、空気ノ
ズル４０と、燃焼灰供給ノズル４１とが設置されてい
る。灰溶融炉３７は、バーナ３９で石炭を燃焼させた熱
源を使用して、燃焼灰供給ノズル４１から供給された燃
焼灰とバーナ３９から供給された石炭の燃焼灰とを溶融
し、溶融スラグ４２として排出する。

【００５８】火炉３４内を流れる流体は、水平方向に流
れる。火炉３４のバーナ３５から噴出されるバーナ火炎
４３は、火炉３４内で最も上流側の流体流れを作る。火
炉３４には、石炭の燃焼に必要な空気量の約１.２倍を
供給する。バーナ３５からは、石炭の燃焼に必要な空気
量の約０.８倍の空気を供給し、残りの空気は、火炉３
４の下流側に設置した空気ノズル３６から供給する。

【００５９】火炉３４の上流側には、空気不足の還元領
域４５が形成される。還元領域４５では、ＮＯｘから窒
素を還元できる。この還元領域４５に灰溶融炉３７の排
気ガス４６を供給する。灰溶融炉３７の排気ガス４６中
に含まれていたＮＯｘは、火炉３４内に形成された還元
領域４５で、窒素に還元される。灰溶融炉３７の排気ガ
ス４６は、８００℃から１２００℃と高温のため、火炉
３４内の温度が上がり、熱吸収量が増加する。

【００６０】一方、火炉３４の下流側に設置した空気ノ
ズル３６から空気４４を供給すると、空気ノズル３６付
近は、酸化領域４７になるので、火炉３４内の石炭が燃
焼し、燃焼灰中の未燃分が２％から５％になる。火炉３
４の排気ガスは、上記図１に示すように、火炉出口４８
から脱硝装置１２や脱硫装置１４を通り、クリーンなガ
スとして煙突１５から排気される。

【００６１】灰溶融炉出口配管３８内の排気ガス４６の
空気比は、０.９５から１.０５の範囲が望ましい。空気
比が高すぎると、火炉３４内の還元領域４５の形成を妨
げるからである。逆に、空気比が低すぎると、硫化腐食
を起こしやすい排気ガスになり、灰溶融炉出口配管３８
内や火炉３４内を腐食するからである。このような排気
ガスを供給する場合は、火炉３４に設置した灰溶融炉出
口配管３８近くに、新たに空気を供給する空気ノズルを
取り付けた方がよい。

【００６２】なお、本実施形態のように流体が水平方向
に流れる方式の火炉ではなく、上から下に流体が流れる
方式の火炉であっても、火炉内に形成される還元領域に
溶融炉の排気ガスを供給すれば、同じ効果が得られる。

【００６３】なお、図８，図９の実施形態４の場合も、
図６の実施形態２のように、微粉炭ボイラ内のクリンカ
ホッパから排出されるボトムアッシュと火炉１のエコノ
マイザから回収されるシリンダーアッシュとを燃焼灰と
して灰溶融炉４に供給する燃焼灰搬送系統を設けてもよ
い。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、複数段のバーナを有す
る火炉と火炉の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と
燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む
微粉炭ボイラにおいて、集塵器で回収した燃焼灰を灰溶
融炉に供給する燃焼灰搬送系統を設けて、微粉炭ボイラ
の最下段バーナの更に下段に灰溶融炉で生成した燃焼ガ
スを供給する灰溶融炉出口配管を設けたので、灰溶融炉
の排気ガスは、火炉の還元雰囲気を通過する際に、ＮＯ
ｘを還元される。また、灰溶融炉で発生した熱も、火炉
に吸収されることになる。したがって、ＮＯｘの排出量
を押さえ、エネルギを有効利用しながら、燃焼灰を溶融
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微粉炭ボイラの実施形態１の系統
構成を示す図である。

【図２】図１に示した火炉１と灰溶融炉４の縦断面を示
す図である。

【図３】外部から低温の排気ガスを火炉１に噴出した場
合と高温の排気ガスを火炉１に噴出した場合の火炉１内
の温度分布を比較して示す図である。

【図４】火炉出口温度と熱吸収量との関係を示す図であ
る。

【図５】燃焼灰中の未燃分と火炉の出口ＮＯｘとの関係
を示す図である。

【図６】集塵器１３で回収されるフライアッシュを灰溶
融炉４に供給する実施形態１の燃焼灰搬送系統に加え
て、微粉炭ボイラ内のクリンカホッパから排出されるボ
トムアッシュと火炉１のエコノマイザから回収されるシ
リンダーアッシュとを燃焼灰として灰溶融炉４に供給す
る燃焼灰搬送系統を設けた微粉炭ボイラの実施形態２の
系統構成を示す図である。

【図７】本発明による微粉炭ボイラの実施形態３の系統
構成を示す図である。

【図８】本発明による微粉炭ボイラの実施形態４の火炉
の構造を示す斜視図である。

【図９】図８の火炉の還元領域および酸化領域を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 火炉 ２ バーナ ３ 空気ノズル ４ 灰溶融炉 ５ 貯炭場 ６ 石炭粉砕機 ７ 給炭機 ８ 石炭搬送管 ９ 空気ブロア １０ エアヒータ １１ 空気搬送管 １２ 脱硝装置 １３ 集塵器 １４ 脱硫装置 １５ 煙突 １６ ホッパ １７ 燃焼灰搬送管 １８ バーナ １９ 空気ノズル ２０ 燃焼灰供給ノズル ２１ 石炭粉砕機 ２２ 石炭搬送管 ２３ 空気搬送管 ２４ 還元雰囲気 ２５ 酸化雰囲気 ２６ バーナ火炎 ２７ 空気 ２８ 灰溶融炉排気ガス ２９ 溶融スラグ ３０ 最下段バーナ ３１ 灰溶融炉出口配管 ３２ 分別機 ３３ クリンカアッシュ粉砕機 ３４ 火炉 ３５ バーナ ３６ 空気ノズル ３７ 灰溶融炉 ３８ 灰溶融炉出口配管 ３９ バーナ ４０ 空気ノズル ４１ 燃焼灰供給ノズル ４２ 溶融スラグ ４３ バーナ火炎 ４４ 空気 ４５ 還元領域 ４６ 排気ガス ４７ 酸化領域 ４８ 火炉出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 啓信 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 谷口 正行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 荒戸 利昭 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 石井 敬二 東京都港区浜松町二丁目４番１号 バブコ ック日立株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 NB08 3K065 TA01 TA09 TC01 TD07 TE04 TF02 TG01 TH14 TL02 TL07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数段のバーナを有する火炉と前記火炉
   の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融
   して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラ
   において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給する
   燃焼灰搬送系統を形成し、 前記微粉炭ボイラの最下段バーナの更に下段に前記灰溶
   融炉で生成した燃焼ガスを供給する灰溶融炉出口配管を
   接続したことを特徴とする微粉炭ボイラ。
2. 【請求項２】 複数段のバーナを有する火炉と前記火炉
   の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融
   して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラ
   において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給する
   燃焼灰搬送系統を形成し、 前記微粉炭ボイラの最下段バーナに代えて前記灰溶融炉
   で生成した燃焼ガスを供給する灰溶融炉出口配管を接続
   したことを特徴とする微粉炭ボイラ。
3. 【請求項３】 複数段のバーナを有する火炉と前記火炉
   の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融
   して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラ
   において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給する
   燃焼灰搬送系統を形成し、 前記火炉は、当該火炉内を流体が水平方向に流れる火炉
   であり、 前記火炉が、石炭を燃焼させる前記複数段のバーナを最
   上流側に、空気を供給する空気ノズルを下流側に、前記
   灰溶融炉で生成した燃焼ガスを供給する灰溶融炉出口配
   管を前記バーナと前記空気ノズルとの間の側壁に備えた
   ことを特徴とする微粉炭ボイラ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項に記載
   の微粉炭ボイラにおいて、 前記燃焼灰搬送系統は、前記集塵器で回収されるフライ
   アッシュに加えて、前記微粉炭ボイラ内のクリンカホッ
   パから排出されるボトムアッシュと、エコノマイザから
   回収されるシリンダーアッシュとを前記燃焼灰として回
   収し搬送する系統であることを特徴とする微粉炭ボイ
   ラ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の微粉炭ボイラにおい
   て、 前記燃焼灰搬送系統が、前記ボトムアッシュと前記シリ
   ンダアッシュとを粉砕するクリンカアッシュ粉砕機を備
   えたことを特徴とする微粉炭ボイラ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか一項に記載
   の微粉炭ボイラにおいて、 前記燃焼灰搬送系統が、前記燃焼灰を粒径により選別す
   る分別手段を備え、 所定粒径以下の燃焼灰を分別してセメントの原材料と
   し、残りの燃焼灰を前記灰溶融炉に投入し溶融スラグと
   することを特徴とする微粉炭ボイラ。
7. 【請求項７】 複数段のバーナを有する火炉と前記火炉
   の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融
   して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラ
   の運転方法において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給し、 前記微粉炭ボイラの最下段バーナの更に下段の高さに前
   記灰溶融炉で生成した燃焼ガスを供給することを特徴と
   する微粉炭ボイラの運転方法。
8. 【請求項８】 複数段のバーナを有する火炉と前記火炉
   の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶融
   して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む微粉炭ボイラ
   の運転方法において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給し、 前記微粉炭ボイラの最下段バーナを取り外して当該最下
   段バーナの位置に前記灰溶融炉で生成した燃焼ガスを供
   給することを特徴とする微粉炭ボイラの運転方法。
9. 【請求項９】 複数段のバーナを有し内部の流体が水平
   方向に流れる火炉と前記火炉の排気ガス中の燃焼灰を回
   収する集塵器と燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成する
   灰溶融炉と含む微粉炭ボイラの運転方法において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給し、 前記火炉の最上流側に設置した前記複数段のバーナから
   石炭を燃焼させ、 前記火炉の下流側に設置した空気ノズルから空気を供給
   し、 前記灰溶融炉で生成した燃焼ガスを前記バーナと前記空
   気ノズルとの間の火炉側壁から供給することを特徴とす
   る微粉炭ボイラの運転方法。
10. 【請求項１０】 複数段のバーナを有する火炉と前記火
    炉の排気ガス中の燃焼灰を回収する集塵器と燃焼灰を溶
    融して溶融スラグを生成する灰溶融炉と含む既設の微粉
    炭ボイラの改造方法において、 前記集塵器で回収した燃焼灰を前記灰溶融炉に供給する
    燃焼灰搬送系統を形成し、 前記微粉炭ボイラの最下段バーナを取り外し、 当該最下段バーナの位置に前記灰溶融炉で生成した燃焼
    ガスを供給する灰溶融炉出口配管を接続することを特徴
    とする既設の微粉炭ボイラの改造方法。