JP3417551B2

JP3417551B2 - 石炭灰溶融用旋回溶融炉を付属する石炭焚きボイラ

Info

Publication number: JP3417551B2
Application number: JP2000173036A
Authority: JP
Inventors: 親利蔵田; 昇多喜川; 功市川
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2003-06-16
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP2001349526A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体あるいは液体
燃料を使用する旋回溶融炉を利用した石炭灰溶融技術に
関し、特にこのような旋回溶融炉を備える石炭焚きボイ
ラに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭等の固体燃料を使用するボイラは、
ボイラ燃焼室でバーナにより燃料を燃焼させるものが一
般である。このようなボイラでは、固体燃料中の灰分は
一部が燃焼室底部に落下しクリンカアッシュとなり、大
部分がフライアッシュとなって燃焼ガスとともに後流に
飛び集塵機等で捕集される。捕集灰は、乾灰のままセメ
ント原料などに再使用したり、２０％程度の水を加えて
湿灰にしてトラック輸送し、あるいは５０％程度の水を
加えて高濃度スラリーにしてパイプライン輸送し、産業
廃棄物として埋め立てたりして処分している。

【０００３】しかし、石炭灰発生量が年々増大するのに
対して、セメント原料等への有効利用にも限界があり、
また埋め立て処分地の確保も困難になってきた。石炭灰
をフライアッシュとして処理している限り、いずれ再利
用用途の限界と埋め立て処分地の不足により行き詰まる
ことが予想される。ところが、石炭灰を高温で溶融スラ
グ化すると、化学的に安定化するため有害物質の溶出が
ほとんどなくなり、環境影響因子が安定化する。また、
形態的にも扱いが容易になる。

【０００４】したがって、埋め立て処分が容易になるば
かりでなく、路盤材、アスファルト混和材、透水性煉
瓦、タイル、擬木、吸音材等の建築関係原材料などとし
て有効利用の用途が大幅に拡大する。しかも、フライア
ッシュとスラグの嵩比重を比較すると５０％近く減容す
るので、産業廃棄物としての排出量を大幅に削減でき、
そのまま埋め立てたとしても埋め立て処分地の長寿命化
が図れる。このように、ボイラで発生する石炭灰を溶融
スラグとして取り出せれば非常に都合がよい。

【０００５】捕集灰のスラグ化には、旋回溶融炉を用い
ることができる。旋回溶融炉は、円筒炉であって、微粉
末化した固体燃料と燃焼空気を炉の接線方向に高速で供
給して内部に高速旋回流を形成させる。燃焼空気に対し
て燃料が過濃になるようにした還元雰囲気中で高温高負
荷燃焼させると、高温ガスを生成して灰分が残る。灰分
は高温下で溶融し旋回流の遠心力により炉壁に押し付け
られ排出口まで搬送されて、溶融スラグとして外部に排
出される。旋回溶融炉で生成した高温部分燃焼ガスは後
続のボイラ火炉内で二次燃焼する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、ボイラで発生する石炭灰を溶融ス
ラグとして取り出すようにした石炭焚きボイラを提供す
ることである。特に、石炭焚きボイラの設備を利用して
より経済的な溶融スラグ化処理を行うことができる石炭
灰溶融旋回炉を付属する石炭焚きボイラを提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の石炭灰溶融旋回炉を付属する石炭焚きボイ
ラは、石炭焚きボイラのボイラ排ガス再循環ダクトに石
炭灰溶融用旋回溶融炉の排ガスダクトを接続し、旋回溶
融炉の排ガスを再循環ダクトの排ガスを混合して低温化
することにより旋回溶融炉排ガスの高温対策を緩和し、
かつ旋回溶融炉の排ガスを石炭焚きボイラの排ガス処理
設備で行わせ、石炭焚きボイラの後流で捕集した石炭灰
を旋回溶融炉に供給し溶融スラグとして回収することを
特徴とする。大型石炭焚きボイラには、低ＮＯｘ化のた
めボイラ排ガス再循環ダクトが設けられるのが普通であ
る。煙道ガスの一部を取り出し昇圧してボイラ底部から
ボイラに吹き込んで、燃焼用空気の酸素濃度を低減して
燃焼温度を下げることにより窒素酸化物の生成を抑制す
る。煙道ガスの再循環量は、たとえば燃焼空気の２０％
程度に相当する量が選ばれる。

【０００８】本発明は、排ガス再循環ダクトに旋回溶融
炉の排煙ダクトを接続するため、旋回溶融炉で発生する
高温部分燃焼ガスは再循環ダクトを通ってボイラの燃焼
室に流入し二次燃焼してボイラの発生熱量に寄与する。
また、旋回溶融炉の排ガスは約１５００℃の高温になる
ので、この高温排ガスが通過するダクトなどは耐熱仕様
の水準が高く設備費が高価になり、また補修費なども高
騰する。本発明では、石炭焚きボイラまでダクトを延ば
すことなく、約４００℃の排ガスが通る再循環ダクトに
接続して溶融炉排ガスを低温化するので、旋回溶融炉の
出口から再循環ダクトまでの短いダクトについて高温対
策を行えばよく、設備費を効果的に節減することができ
る。なお、旋回溶融炉の排ガスダクトを直接前記ボイラ
排ガス再循環ダクトに接続するようにすれば、ダクト以
外の高価な機器を用いないので設備費の低減効果が大き
い。旋回溶融炉で発生する石炭灰や改めて注入された捕
集灰は殆ど溶融スラグ化するが、一部は後流に運ばれる
ので、適当な処理を行わなければならない。また、旋回
溶融炉で発生する排ガスについても適当な処理を行う必
要がある。しかし、本発明の構成では、排ガスや生成灰
は石炭焚きボイラの設備で一緒に処理できるので、旋回
溶融炉を付属させることによる設備費の増加は小さく、
操業費用の増加も少ない。

【０００９】石炭焚きボイラで発生する石炭燃焼灰は投
入石炭量の１０〜１５％である。一方、旋回溶融炉の石
炭灰溶融量は供給燃料に対して重量比で約３倍である。
したがって、たとえば石炭焚きボイラの石炭焚き量が５
０ｔ／ｈであるとき石炭灰は５〜７．５ｔ／ｈであり、
これらの灰を旋回溶融炉で溶融するためには旋回溶融炉
の石炭量はわずか１．７〜２．５ｔ／ｈで済む。すなわ
ち、石炭焚きボイラへの石炭投入量のわずか３〜５％の
燃料を旋回溶融炉で使用するだけで、ボイラで発生する
石炭灰の全量を溶融スラグ化することができる。また、
このとき旋回溶融炉からでる排ガスはボイラ排ガス再循
環ガス量のたかだか１／５程度であるため、排ガス再循
環系に大きな影響を与えることなく運転ができる。

【００１０】なお、旋回溶融炉の容量は石炭焚きボイラ
の捕集灰を処理する程度であってよい。石炭焚きボイラ
に付属させた旋回溶融炉によりそのボイラで生成する石
炭灰を処理するので、比較的小型な旋回溶融炉を設備す
ればよい。また、また本体のボイラで発生する石炭灰の
みを処理する場合は、旋回溶融炉の運転も容易である。
また、旋回溶融炉の排ガスダクトにサイクロンを設け
て、その底部に落下した灰を旋回溶融炉に再循環するよ
うにすることが好ましい。旋回溶融炉に投入した灰のう
ち約２０％がガスと共に後流に飛散するが、サイクロン
によりリーク灰を捕集した後でボイラ排ガス再循環ダク
トに供給するようにすれば、再循環ガスに石炭灰の混入
が少なくなるのでボイラの運転を阻害することがない。

【００１１】さらに、ボイラ排ガス再循環ダクトの排ガ
スをサイクロンの入口に導入するダクトを設け、サイク
ロンの入口温度を低下させることができるようにするこ
とが好ましい。旋回溶融炉の出口におけるガス温度は約
１５００℃と高温であるため、サイクロンの構造や材料
に対して要求される耐熱仕様の水準が高く装置が高価に
なる。そこで、ボイラ排ガス再循環ダクトより希釈用ガ
スを分岐させ、旋回溶融炉の出口ガスと混合してガス温
度を下げるようにすると、サイクロンの耐熱仕様に対す
る要求を緩和することができる。また、旋回溶融炉の出
口ガスの温度を低下させてクエンチングしやすくするこ
とにより、ダクトの壁などに粘着物が付着してダクトの
流路抵抗が大きくなったり閉塞したりするのを防ぐこと
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第
１の実施例における石炭焚きボイラ設備のフローを示す
フローダイアグラム、図２は本発明に使用される旋回溶
融炉の構成図、図３は本発明の第２の実施例における石
炭焚きボイラ設備のフローを示すフローダイアグラム、
図４は従来の石炭焚きボイラ設備のフローを示すフロー
ダイアグラムである。

【００１３】

【実施例１】本実施例の石炭焚きボイラ設備は、排ガス
再循環ダクトに石炭灰溶融用旋回溶融炉を設けたもの
で、集塵機、空気予熱器、節炭器などで捕集される石炭
灰を旋回溶融炉で溶融スラグ化し、旋回溶融炉で生成さ
れたガスを排ガス循環ダクトを通してボイラに送り込む
ようにしている。従来の石炭焚きボイラ設備は、図４に
示すように、大型石炭焚きボイラ１１から排出された排
煙は、脱硝装置１２でＮＯｘを除いた上、空気予熱器１
３で熱回収し、集塵機１４で灰を捕集した後、脱硫装置
１５でＳＯｘを除き、ブロワー１６で昇圧して煙突１７
から大気に放出する。なお、集塵機１４は電気集塵機に
限らず、バグフィルタやセラミックフィルタなどを用い
た集塵機も使用されている。ボイラ１１の排ガスの一部
を排ガス再循環ダクト１８に取り出し昇圧してボイラ底
部あるいはバーナ付近からボイラに吹き込んで、燃焼用
空気の酸素濃度を空燃比０．８から１．０程度に低減
し、燃焼温度を下げて窒素酸化物の生成を抑制する。

【００１４】ボイラ１１の燃焼室底部には水を張ったク
リンカホッパ１９が設けられている。燃焼室で発生し壁
に付着した溶融物は、石炭灰を混ぜ込みながら壁を流下
してクリンカホッパ１９に落ち込みクリンカになって沈
殿する。沈殿したクリンカは、ジェットパルジョンポン
プにより高濃度スラリとして直接埋め立て地に運ばれる
か、図外の脱水槽にパイプライン搬送され、脱水後、ト
ラックで埋め立て地に搬送して処分している。ボイラ１
１の節炭器や空気予熱器１３の底部から回収された石炭
灰や集塵機１４で捕集された捕集灰は、一部をセメント
原料などに利用する他は、乾灰としてあるいは２０％程
度加水した湿灰としてトラック輸送したり、５０％程度
加水して高濃度スラリーにしてパイプラインで輸送した
りして埋め立て処分している。

【００１５】本実施例の石炭焚きボイラ設備は、図１に
示すように、図３に示した従来設備の排ガス再循環ダク
ト１９に旋回溶融炉（ＣＰＣ）２０を付設したものであ
る。ボイラ設備で発生する乾灰を微粉炭燃料と一緒に旋
回溶融炉２０に供給して溶融スラグにすることにより、
無害化するとともに減量して再利用あるいは埋め立て処
分を容易にすることができる。ボイラ１１で生成する石
炭灰は集塵機１４や予熱器１３などから回収して一旦灰
貯槽３１に受け、定量フィーダ３２により連続的に旋回
溶融炉２０に供給される。旋回溶融炉２０には燃料とし
て微粉炭が供給される。

【００１６】旋回溶融炉２０は、図２に例示するよう
に、予燃焼室２１と円筒形燃焼室２２を持った石炭部分
燃焼炉で、予燃焼室２１にはパイロットバーナ２４、油
バーナ２５、微粉炭バーナ２６、空気ノズル２７に加え
て灰投入ノズル２８が備えられている。予燃焼室２１内
で予熱された微粉炭燃料と石炭灰と燃焼空気を混入した
ものを燃焼室２２の接線方向に高速で供給し、燃焼室２
２内で高速旋回流を形成させながら燃料過濃雰囲気下で
高温高負荷燃焼させる。

【００１７】炉内で生成した高温部分燃焼ガスは、サイ
クロン３３で石炭灰など同伴粒子成分を落とした後、排
ガス再循環ダクト１８に合流して排ガスと一緒に石炭焚
きボイラ１１に供給される。なお、サイクロン３３に導
入される部分燃焼ガスは約１５００℃の高温状態になっ
ているので、水冷または耐火キャスターなどを使用した
対高温性能の高いサイクロンを用いる。サイクロン３３
で分離した石炭灰等は灰貯槽３１に投入されて再度旋回
溶融炉２０で処理される。

【００１８】旋回溶融炉２０は、高温下で溶融した燃料
中の灰分を遠心力により炉壁に捕捉し、溶融スラグとし
て溶融灰抜き出し口２９から水を張ったプール３０に排
出する。プール３０に落ちたスラグは冷却水中で細かく
破砕され水砕スラグとなってプール内に沈殿し、さらに
水封ドラッグチェンコンベヤ３４でスラグ貯槽３５に搬
送され堆積し、適宜トラックで搬出される。旋回溶融炉
２０では、燃料中の灰分の大部分を溶融スラグとして除
去することができる上、他から投入する石炭灰を微粉炭
燃料の約３倍程度まで同時に溶融スラグ化することがで
きる。したがって、石炭焚きボイラ１１で微粉炭燃料の
１０〜１５％の石炭灰が発生する場合には、ボイラ１１
で使用する微粉炭燃料の３〜５％を旋回溶融炉２０に供
給することによりボイラ１１で発生する捕集灰の全量を
処理することができる。また、旋回溶融炉２０で発生す
る高温部分燃焼ガスはボイラ１１において２次燃焼する
ので、燃料の無駄がない。なお、旋回溶融炉２０は、高
温還元雰囲気で石炭をガス化するためＮＯｘの分解反応
が活発で排気中のＮＯｘが少ないという特長もある。

【００１９】本実施例の石炭焚きボイラによれば、発生
する石炭灰を全量、有害物質の溶出がない溶融スラグに
変えるので、再利用が容易である。また乾灰の嵩比重が
約０．７に対してスラグの嵩比重は約１．３で約５０％
減容するので、産業廃棄物としての排出量が大幅に減少
し埋め立て処分する場合も必要とする敷地が小さく処分
地の延命と長寿命化が図れる。なお、上記説明では、旋
回溶融炉２０の容量を接続した石炭焚きボイラ１１の石
炭灰生成量に見合うものとしたが、大型のものを配設し
て他のボイラで発生する石炭灰を一緒に処理するように
しても良いことは言うまでもない。

【００２０】また、旋回溶融炉の下流にサイクロンを備
えるが、旋回溶融炉で発生した高温部分燃焼ガスを直接
に排ガス再循環ダクトに注入しても良い。旋回溶融炉を
排ガス再循環ダクトに直接接続することにより、旋回溶
融炉で発生した石炭灰の一部がボイラ内に混入すること
になるが、旋回溶融炉内で発生させた熱量をそのままボ
イラで利用することができエネルギ効率が高まる利点が
ある。また、高価な耐熱性サイクロンを省略することに
より設備費が低減する利点がある。

【００２１】

【実施例２】本実施例の石炭焚きボイラ設備は、図１に
表した実施例１の石炭焚きボイラ設備において、排ガス
再循環ダクトから取り出した排ガスを旋回溶融炉の出口
ガスに混入する配管を付加したものであって、フローと
してはこれ以外に差異はない。そこで、本実施例の説明
は、実施例１と異なる部分を取り上げて行い、同じ機能
を有する要素については同じ参照番号を付して説明を省
略する。本実施例の石炭焚きボイラ設備は、図３に示す
ように、石炭焚きボイラ１１の排ガス再循環ダクト１８
に設けられたファン４１の下流から旋回溶融炉２０の部
分燃焼ガス出口配管に導く配管４２を設けている。な
お、配管４２にはブースタファン４３を設けて、旋回溶
融炉２０の出口圧力に抗して排ガスを注入できるように
する。

【００２２】旋回溶融炉２０の出口の排ガス温度は約１
５００℃と非常に高温であるため、下流に存在するサイ
クロン３３などの耐熱仕様は高度なものが要求され、装
置の価格が高価になる。また、排ガスに搬送される石炭
灰は高温のため配管の内壁や設備要素に溶着して流路の
障害となる可能性がある。石炭焚きボイラ１１の排ガス
の温度は約４００℃であるから、本実施例のようにボイ
ラ排ガスを旋回溶融炉２０の出口に導いて排ガスに混入
するようにすれば排ガス温度が低下するので、後流のガ
スダクトやサイクロンに高温に耐えるような構造および
材質を使用する必要がなく設備費が低下する。また、排
ガス温度が低下するので、気流中の石炭灰などの成分は
クエンチング効果により固化して壁に融着しないように
なるため配管の詰まりが少なくなる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の石炭灰溶融
用旋回溶融炉を備えた石炭焚きボイラは、石炭焚きボイ
ラで発生する石炭灰の全量を溶融スラグ化することがで
きるので、資源の再利用が容易になりまた廃棄物量が減
少し埋め立て処分地の寿命が延びる。さらに、旋回溶融
炉で部分燃焼させてガス化した微粉炭燃料をボイラで２
次燃焼させるので燃料効率の高い運転が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における石炭焚きボイラ
設備のフローを示すフローダイアグラムである。

【図２】本発明に使用される旋回溶融炉の例を示す構成
図である。

【図３】本発明の第２の実施例における石炭焚きボイラ
設備のフローを示すフローダイアグラムである。

【図４】従来の石炭焚きボイラ設備のフローを示すフロ
ーダイアグラムである。

【符号の説明】

１１大型石炭焚きボイラ１２脱硝装置１３空気予熱器１４集塵機１５脱硫装置１６ブロワー１７煙突１８排ガス再循環ダクト１９クリンカホッパ２０旋回溶融炉２１予燃焼室２２円筒形燃焼室２４パイロットバーナ２５油バーナ２６微粉炭バーナ２７空気ノズル２８灰投入ノズル２９溶融灰抜き出し口３０プール３１灰貯槽３２定量フィーダ３３サイクロン３４水封ドラッグチェンコンベヤ３５スラグ貯槽４１ファン４２配管４３ブースタファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−145924（ＪＰ，Ａ) 特開平９−210338（ＪＰ，Ａ) 特開平４−292702（ＪＰ，Ａ) 特開平９−243044（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−217404（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−106100（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−80180（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−125891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23J 1/00 F23C 9/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭焚きボイラのボイラ排ガス再循環ダ
クトに石炭灰溶融用旋回溶融炉の排ガスダクトを接続
し、該旋回溶融炉の排ガスを前記再循環ダクトの排ガス
と混合して低温化することにより該旋回溶融炉排ガスの
高温対策を緩和し、かつ該旋回溶融炉の排ガスや石炭灰
を前記石炭焚きボイラの設備で一緒に処理させ、該石炭
焚きボイラの後流で捕集した石炭灰を該旋回溶融炉に供
給し溶融スラグとして回収することを特徴とする石炭焚
きボイラ。
【請求項２】前記旋回溶融炉の排ガスダクトを直接前
記ボイラ排ガス再循環ダクトに接続することを特徴とす
る請求項１記載の石炭焚きボイラ。
【請求項３】前記旋回溶融炉の排ガスダクトにサイク
ロンを設けて、その底部に落下した灰を該旋回溶融炉に
再循環することを特徴とする請求項１記載の石炭焚きボ
イラ。
【請求項４】前記ボイラ排ガス再循環ダクトの排ガス
を前記サイクロンの入口に導入するダクトを設け、前記
サイクロンの入口温度を低下させることができるように
したことを特徴とする請求項３記載の石炭焚きボイラ。