JP5063477B2 - 有害微量元素溶出抑制剤及び有害微量元素溶出抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭の燃料残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる、有害微量元素溶出抑制剤及び有害微量元素溶出抑制方法に関する。

石炭火力発電システムにおいて石炭を燃焼させる方法としては種々の方式があるが、なかでも、石炭を微粉砕した粒子を炉内に吹き込んで燃焼させる、いわゆる微粉炭燃焼が主に採用されている。そして、燃焼後の残渣となる石炭灰は、資源の有効利用の観点から、コンクリートや土壌改良材等の土木建築材料として一部が使用されているが、余剰分については埋め立て処分されている。

ところで、燃料となる石炭は炭素以外にも、ホウ素、フッ素、セレン、ヒ素、六価クロム等の有害な元素を微量ながら含んでいる。このため、環境への配慮から、石炭灰からの有害微量元素の溶出について、その許容濃度が法律で規定されている。しかしながら、日本に輸出される石炭種は、年間１００炭種以上あり、それらのすべてが、上記の規制値を満足するわけではない。このため、石炭灰に含まれている有害微量元素の溶出濃度を規制値以下に低減するための技術が検討されている。

例えば、石炭灰にキレート剤等の微量元素溶出抑制剤を添加する方法や、石炭灰をセメント等により固化処理する方法が行われている（特許文献１から３参照）。

また、引用文献４には、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼残渣のうち煤塵を集塵する集塵装置と、を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記石炭に、前記石炭の燃焼残渣を添加して、前記集塵装置の集塵効率を向上する方法が開示されている。引用文献４に記載の発明によれば、石炭の燃焼残渣がフライアッシュとなる微小な鉱物粒子を物理的に取り込む結果、石炭の燃焼残渣の平均粒径を大きくすることが可能である。

特開２００３−１６４８８６号公報 特開２００３−２００１３２号公報 特開２００２−１９４３２８号公報 特開２００７−３３３３４６号公報

しかしながら、特許文献１から特許文献３に記載の従来技術は、燃料残渣である石炭灰に添加剤を加えることで有害微量元素の溶出濃度を低減するものである。この場合、石炭灰に添加剤を加えて混合するための設備として、サイロ、水タンク、混合装置等が大規模に必要となり、処理コストが高騰し、設備スペースも新たに必要となるという問題がある。

また、特許文献１から特許文献３に記載の従来技術では重金属の溶出防止は検討されているものの、ホウ素やフッ素等の軽元素の溶出防止についての検討が不充分であった。

更に、引用文献４に記載の集塵効率を向上する方法は、燃焼前の石炭に石炭灰を添加することにより、燃焼後の石炭灰の平均粒径を向上させることを目的とする方法であり、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤の構成等については、何ら検討されているものではない。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、石炭灰からの有害微量元素の溶出を簡易な方法で抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤、及びこれを用いた有害微量元素溶出抑制方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、有害微量元素溶出抑制剤を、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加して燃焼させることにより生成される第一の石炭灰と、カルシウム含有量が所定の含有量に満たない第二の石炭灰と、を混合して、カルシウム含有量を所定の含有量以上としたとき上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 石炭火力発電システムにおいて、石炭の燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加して燃焼させることにより生成される第一の石炭灰と、カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％未満である第二の石炭灰と、を混合して、カルシウム含有量を酸化カルシウム換算で５質量％以上とした有害微量元素溶出抑制剤。

（１）の有害微量元素溶出抑制剤は、石炭灰を含有するものである。石炭灰を含有する有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加することにより、燃焼残渣における灰分の量が増加し、燃焼残渣中の有害微量元素の濃度が低減されるので、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。

また、本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、原料となる石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加・燃焼して生成される第一の石炭灰を含むものである。第一の石炭灰には、カルシウム分が多く含まれるため、有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加して燃焼させた場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。また、有害微量元素溶出抑制剤から燃焼残渣である石炭灰に多量のカルシウム分が移行した場合、燃焼残渣である石炭灰を水に溶解させたときのｐＨが増大し、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。

また、第二の石炭灰はカルシウム分に乏しいため、有害微量元素溶出抑制剤の原料に適さないものであるが、第一の石炭灰と第二の石炭灰とを混合することにより、第二の石炭灰を有害微量元素の原料に適した石炭灰に転換することができる。

（２） 有害微量元素溶出抑制剤の原料となる前記石炭を燃焼させる際に、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる前記石炭に、燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％以上となるように、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する（１）に記載の有害微量元素溶出抑制剤。

（２）に記載の有害微量元素溶出抑制剤は、第一の石炭灰の調製における石炭と消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種の添加方法を規定したものである。燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で５質量％以上となるように消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加するので、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加することによる効果を十分に得ることができる。

（３） カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％未満である前記第二の石炭灰が、ブレアゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、及びシャーボン炭の燃焼灰である（１）又は（２）に記載の有害微量元素溶出抑制剤。

（３）に記載の有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム分に乏しい石炭灰を生成する石炭の種類を特定したものである。本発明の有害微量元素溶出抑制剤においては、第二の石炭灰の調製にこのような炭種の石炭を用いた場合でも、カルシウム分の含有量を十分に確保することができるので、有害微量元素の溶出抑制効果を十分に発揮することができる。

（４） 石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であって、有害微量元素溶出抑制剤として、（１）から（３）のいずれかに記載の有害微量元素溶出抑制剤を用いることを特徴とする有害微量元素溶出抑制方法。

（４）に記載の有害微量元素溶出抑制方法は、（１）から（３）のいずれかに記載の発明を方法の発明として規定したものである。従って、上記（１）から（３）のいずれかに記載の発明と同様の効果を得ることができる。

（５） 前記有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で４質量％以上となるように添加する、（４）記載の有害微量元素溶出抑制方法。

（５）に記載の有害微量元素溶出抑制方法は、有害微量元素溶出抑制剤の添加量を規定したものである。有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で４質量％以上となるように添加するため、燃焼後の石炭灰に十分量のカルシウムを含有させることができ、有害微量元素溶出抑制効果を一定以上に保つことができる。

本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、石炭灰を含有するため、燃焼残渣における灰分の量が増加し、燃焼残渣中の有害微量元素の濃度が低減されるので、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。また、本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム分に富んだ第一の石炭灰を含むので、有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加して燃焼させた場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。また、有害微量元素溶出抑制剤から燃焼残渣である石炭灰に多量のカルシウム分が移行した場合、燃焼残渣である石炭灰を水に溶解させたときのｐＨが増大し、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。更に、第二の石炭灰はカルシウム分に乏しいため、有害微量元素溶出抑制剤の原料に適さないものであるが、第一の石炭灰と第二の石炭灰を混合することにより、第二の石炭灰を有害微量元素の原料に適した石炭灰に転換することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜Ａ：石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設の構成＞
以下、本発明の一例を示す実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設１を示すブロック図である。ここで、図１に示すように、微粉炭燃焼施設１は、石炭を供給する石炭供給部１２と、供給された石炭を微粉炭にする微粉炭生成部１４と、微粉炭を燃焼する微粉炭燃焼部１６と、微粉炭の燃焼により生成された石炭灰を処理する石炭灰処理部１８と、を備える。また、図２は、微粉炭燃焼部１６における火炉１６１付近の拡大図である。

＜Ａ−１：石炭供給部＞
石炭供給部１２は、石炭を貯蔵する石炭バンカ１２１と、この石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭を供給する給炭機１２２と、を備える。石炭バンカ１２１は、給炭機１２２へ供給する石炭を貯蔵する。給炭機１２２は、石炭バンカ１２１から供給された石炭を連続して石炭微粉炭機１４１へ供給するものである。また、この給炭機１２２は、石炭の供給量を調整する装置を備えており、これにより、石炭微粉炭機１４１に供給される石炭量が調整される。また、これら石炭バンカ１２１と給炭機１２２との境界には石炭ゲートが設けられており、これにより、給炭機からの空気が石炭バンカへ流入するのを防いでいる。

＜Ａ−２：微粉炭生成部＞
微粉炭生成部１４は、石炭を微粉炭燃焼が可能な微粉炭にする石炭微粉炭機（ミル）１４１と、この石炭微粉炭機１４１に空気を供給する空気供給機１４２と、を備える。

石炭微粉炭機１４１は、給炭機１２２から給炭管を介して供給された石炭を、微細な粒度に粉砕して微粉炭を形成すると共に、この微粉炭と、空気供給機１４２から供給された空気とを混合する。このように、微粉炭と空気とを混合することにより、微粉炭を予熱及び乾燥させ、燃焼を容易にする。形成された微粉炭には、エアーが吹きつけられて、これにより、微粉炭燃焼部１６に微粉炭を供給する。

石炭微粉炭機１４１の種類としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく微粉炭燃焼で用いられるミルであればよい。

＜Ａ−３：微粉炭燃焼部＞
微粉炭燃焼部１６は、微粉炭生成部１４で生成された微粉炭を燃焼する火炉１６１と、この火炉１６１を加熱する加熱機１６２（熱交換ユニット）と、火炉１６１に空気を供給する空気供給機１６３と、を備える。

火炉１６１は、加熱機１６２（熱交換ユニット）により加熱されて、石炭微粉炭機１４１から微粉炭管を介して供給された微粉炭を、空気供給機１６３から供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することにより石炭灰が生成され、排ガスと共に石炭灰処理部１８に排出される。

図２を参照して、火炉１６１について詳しく説明すると、図２において、火炉１６１は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って燃焼ガスが逆Ｕ字状に移動した後、再度小さくＵ字状に反転し、火炉１６１の出口（図２における矢印の最後）は、図１における脱硝装置１８１、集塵機１８２に接続されている。本実施形態に係る微粉炭燃焼施設においては、火炉１６１の高さは３０ｍから７０ｍであり、排ガスの流路の全長は３００ｍから１０００ｍに及ぶ。

火炉１６１の下方には、火炉１６１内のバーナーゾーン１６１ａ’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ１６１ａが配置されている。また、火炉１６１内のＵ字頂部付近には、火炉上部分割壁１６１ｂ、最終過熱器１６１ｂ’、第１の再熱器１６１ｆ（いずれも熱交換ユニット）が配置されており、更にそこから横置き１次過熱器１６１ｃ（熱交換ユニット）が続いて配置されている。更に、横置き１次過熱器１６１ｃと平行して第２の再熱器１６１ｆ’が設けられており、横置き１次過熱器１６１ｃの終端付近からは、１次節炭器１６１ｄ（熱交換ユニット）、２次節炭器１６１ｅ（熱交換ユニット）が２段階に設けられている。ここで、節炭器（ＥＣＯとも呼ばれる）は、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。なお、本実施形態においては、火炉１６１中、１次節炭器１６１ｄと２次節炭器１６１ｅとは、２段階に分離して設置されているが、このような形態に限定されない。即ち、火炉１６１は単一の節炭器のみを有するものであってもよい。

＜Ａ−４：石炭灰処理部＞
石炭灰処理部１８は、微粉炭燃焼部１６から排出された排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置１８１と、排ガス中の煤塵を除去する集塵機１８２と、この集塵機１８２で収集された石炭灰を一次貯蔵する石炭灰回収サイロ１８３と、を備える。

脱硝装置１８１は、排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。即ち、比較的高温（３００〜４００℃）の排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入し、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素と水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法が好適に用いられる。

集塵機１８２は、排ガス中の石炭灰を電極で収集する装置である。この集塵機１８２により収集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される。また、石炭灰が除去された排ガスは、図示しない脱硫装置を介した後に煙突から排出される。

石炭灰回収サイロ１８３は、集塵機１８２により収集された石炭灰を一次貯蔵する設備である。

＜Ｂ：本発明の有害微量元素溶出抑制剤＞
本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、上記微粉炭燃焼施設１に代表される石炭火力発電システムで用いられるものであり、微粉炭燃焼施設１において、石炭の燃焼時に火炉１６１に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤である。本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加して燃焼させることにより生成される第一の石炭灰と、カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％未満である第二の石炭灰と、を混合することにより、カルシウム含有量を酸化カルシウム換算で５質量％以上となるようにしたものである。

有害微量元素溶出抑制剤に石炭灰を含有させることにより、燃焼残渣における灰分の量を増加させることができるため、石炭灰中における有害微量元素の含有量を低下させることにより、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。また、有害微量元素溶出抑制剤に、カルシウム分に富んだ第一の石炭灰を含有させるので、有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加して燃焼させた場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。

更に、有害微量元素溶出抑制剤中のカルシウム分が燃焼残渣である石炭灰中に移行した場合、当該石炭灰を水に溶解させたときのｐＨが増大する。セレン、ホウ素、ヒ素等の元素は、石炭灰のｐＨが高いほど、石炭灰から溶出しにくいという性質を有する。このため、有害微量元素溶出抑制剤の作用により、燃焼残渣である石炭灰を水に溶解させたときのｐＨが増大することにより、有害微量元素の溶出をより抑制することができる。

本発明において、第二の石炭灰は、カルシウム分に乏しいため、有害微量元素溶出抑制剤の調製に適さないものである。しかしながら、第二の石炭灰を、カルシウム分に富んだ第一の石炭灰と混合することにより、第二の石炭灰を有害微量元素溶出抑制剤の調製に適した石炭灰に転換させることができ、廃棄物を有効に利用することができる。

有害微量元素溶出抑制剤の製造に用いられる石炭灰の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上述した微粉炭燃焼施設１で所望の石炭を燃焼させることにより、製造することができる。

特に、第一の石炭灰の製造に当たっては、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭を上記微粉炭燃焼施設１で燃焼させる際に、石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する。消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する場所は、石炭の状態であれば特に限定されるものではないが、具体的には、後述する有害微量元素溶出抑制方法において、有害微量元素溶出抑制剤を添加する工程と同様の工程に対して添加することができる。

第一の石炭灰の製造に当たっては、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭に、燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％以上となるように、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する。燃焼後の石炭灰のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％以上であるので、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加することによる効果を十分に得ることができる。

また、第二の石炭灰を製造するために用いられる石炭としては、特に限定されるものではないが、ブレアゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、及びシャーボン炭を用いることが好ましい。これらの石炭を燃焼させることにより生成する石炭灰は、カルシウム分に乏しいものであるが、本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、第一の石炭灰を添加するため、燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素溶出抑制効果を十分に得ることができる。

有害微量元素溶出抑制剤は粒状又は粉末状であることが好ましく、具体的には、平均粒径が１０μｍから１００μｍであることが好ましく、１０μｍから８０μｍであることがより好ましく、１０μｍから６０μｍであることが更に好ましい。平均粒径が１０μｍ未満である場合には、平均粒径が細かすぎ、有害微量元素溶出抑制剤として実用的ではない。平均粒径が１００μｍを超える場合には、平均粒径を調整することによる効果を殆ど得ることができない。また、平均粒径を８０μｍ以下とする場合には、石炭微粉炭機１４１を用いて有害微量元素溶出抑制剤の粒径を調整することができ、効率的である。更に、平均粒径を６０μｍ以下とする場合には、有害微量元素溶出抑制剤の粒径を調整することによる効果を十分に得ることができる。

＜Ｃ：本発明の有害微量元素溶出抑制方法＞
本発明の有害微量元素溶出抑制方法は、石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であるが、これを、上記の微粉炭燃焼施設１を用いて説明する。

この工程は、石炭を供給する石炭供給工程Ｓ１０と、供給された石炭を粉砕して微粉炭を生成する微粉炭生成工程Ｓ２０と、この微粉炭を燃焼して石炭灰を生成する微粉炭燃焼工程Ｓ３０と、この石炭灰を集塵しこれを収容する石炭灰処理工程Ｓ４０とを含み、これら各工程は、それぞれ、上述の微粉炭燃焼施設１の石炭供給部１２、微粉炭生成部１４、微粉炭燃焼部１６、及び石炭灰処理部１８、において行われる。そして、本発明の特徴である有害微量元素溶出抑制剤添加工程Ｓ５０は、好ましくは上記の石炭供給工程Ｓ１０、微粉炭生成工程Ｓ２０、微粉炭燃焼工程Ｓ３０のいずれかで行われる。

＜石炭供給工程Ｓ１０＞
まず、石炭供給工程では、石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭が、給炭機１２２により、石炭微粉炭機１４１に供給される。なお、この石炭微粉炭機１４１に供給される石炭は、具体的には瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭等であるが、これらの石炭に限定されるものではなく微粉炭燃焼が行える石炭であればよい。

＜微粉炭生成工程Ｓ２０＞
次に、微粉炭生成工程では、給炭機１２２から供給された石炭が石炭微粉炭機１４１により粉砕されて、これにより、微粉炭が生成される。生成された微粉炭は、火炉１６１に供給される。このとき、この微粉炭生成工程で粉状に形成された微粉炭の平均の粒度は、微粉炭燃焼で一般的に用いられる粒径範囲であればよく、一般的には、７４μｍアンダー８０ｗｔ％以上の粉砕度である。なお、この範囲は有害微量元素溶出抑制剤が添加された場合にも適用できる。

＜微粉炭燃焼工程Ｓ３０＞
次に、微粉炭燃焼工程では、石炭微粉炭機１４１で生成された微粉炭が、火炉１６１により燃焼される。図２に示すように、バーナーゾーン１６１ａ’においては微粉炭が燃焼されるが、このときの温度は１３００℃から１５００℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に火炉上部分割壁１６１ｂ、最終過熱器１６１ｂ’、第１の再熱器１６１ｆ、第２の再熱器１６１ｆ’、横置き１次過熱器１６１ｃ（いずれも熱交換ユニット）を通過し、１次節炭器１６１ｄ（熱交換ユニット）、２次節炭器１６１ｅ（熱交換ユニット）を順次通過する。上記のように、この熱交換ユニット付近は、８５０℃から９００℃前後が維持されている領域であり、この燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン１６１ａ’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。そして、その後、後段の脱硝装置１８１、集塵機１８２に送られる。この微粉炭燃焼工程で生成される石炭灰は、通常、その平均の粒度が１μｍから１００μｍの範囲内の粉末状である。

＜石炭灰処理工程Ｓ４０＞
その後、微粉炭を燃焼することにより生成された石炭灰は、排ガスと共に脱硝装置１８１に排出され、集塵機１８２を経て石炭灰回収サイロ１８３に送られる。この集塵機１８２は複数段設けられていることが好ましい。

＜有害微量元素溶出抑制剤添加工程Ｓ５０＞
本発明の特徴である有害微量元素溶出抑制剤を添加する工程である有害微量元素溶出抑制剤添加工程Ｓ５０は、図１に示すように、好ましくは上記の石炭供給工程Ｓ１０、微粉炭生成工程Ｓ２０、微粉炭燃焼工程Ｓ３０のいずれかに対して行われる（それぞれ、図１におけるＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３）。

なお、有害微量元素溶出抑制剤の添加場所は、石炭の状態であれば特に限定されず、例えば、石炭供給工程Ｓ１０と微粉炭生成工程Ｓ２０との間の移送路や、微粉炭生成工程Ｓ２０と微粉炭燃焼工程Ｓ３０との間の移送路等で行われてもよい。

具体的には、例えば、給炭機１２２から石炭微粉炭機１４１に輸送する際の移送中のベルトコンベア上に有害微量元素溶出抑制剤を供給して混合する方法、有害微量元素溶出抑制剤を石炭微粉炭機１４１の石炭ホッパー（図示せず）に直接投入する方法、石炭微粉炭機１４１と火炉１６１の間の配管に剤投入口を設けて供給する方法、火炉１６１へ燃焼用空気と共に直接投入する方法、火炉１６１の一部を構成する、火炉上部分割壁１６１ｂ、最終過熱器１６１ｂ’、第１の再熱器１６１ｆ、第２の再熱器１６１ｆ’、横置き１次過熱器１６１ｃ、等の熱交換ユニット付近に添加する方法、等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。このように、本発明の方法は新たな設備を必要とせず、既存の設備の軽微な改良で適用可能であるため、既存設備を有効利用することができ、コスト的にも有利である。

有害微量元素溶出抑制剤の石炭への添加量は、燃焼後の石炭灰に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で４質量％以上となるように添加することが好ましい。燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で４質量％未満である場合には、有害微量元素溶出抑制剤を添加することによる効果を実質的に得ることができない。一方、有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム分の添加に伴うスラッギングやファウリングを防止するという観点から、１０質量％未満であることが好ましい。燃焼後の石炭灰におけるカルシウム含有量の好ましい値は５質量％である。

有害微量元素溶出抑制剤は、燃焼の結果生成する石炭灰の溶融点が１２００℃以上となるように添加することが好ましく、１３００℃以上となるように添加することが更に好ましい。石炭灰の溶融点が１２００℃以上であるので、火炉１６１内部で石炭灰が過剰に溶融し、スラッギングやファウリングが発生することを防止することができる。更に、石炭灰の溶融点が１３００℃以上となるように添加することで、このようなスラッギングやファウリングの発生の防止の効果をより強く得ることができる。

石炭灰の溶融点は、石炭灰の構成成分により大きく左右される。即ち、石炭灰中に酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム等が多量に存在するときには、石炭灰の溶融点が相対的に低くなる傾向にあり、石炭灰中に、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン等が多量に存在するときには、石炭灰の融点が相対的に高くなる傾向にある。有害微量元素溶出抑制剤の添加にあたっては、これらの成分の石炭灰中での含有量を調整する形で、石炭灰の溶融点を調整することができる。

また、本発明においては、水１００質量部に対して、石炭灰１０質量部を添加することにより生成される水溶液のｐＨが１２．０以上となるように石炭添加用溶出抑制剤を添加することもできる。セレン、ホウ素、ヒ素等の元素は、石炭灰のｐＨが高いほど、石炭灰から溶出しにくいという性質を有する。このため、石炭灰のｐＨを１２．０以上とすることにより、これらの元素が石炭灰から溶出することを有効に抑制することができる。
なお、石灰石の添加量は、上記条件で調整される水溶液のｐＨが１２．５以上となるように添加することがより好ましく、１３．０以上となるように添加することが更に好ましい。このようなｐＨとなるように石灰石を添加することにより、セレン、ホウ素、ヒ素等の元素の溶出抑制作用を更に強めることができる。

本発明の一実施形態を示す石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設の概略構成図である。 図１における火炉付近の拡大図である。

符号の説明

１ 微粉炭燃焼施設
１２ 石炭供給部
１２１ 石炭バンカ
１２２ 給炭機
１４ 微粉炭生成部
１４１ 石炭微粉炭機
１４２ 空気供給機
１６ 微粉炭燃焼部
１６１ 火炉
１６２ 加熱機
１６３ 空気供給機
１８ 石炭灰処理部
１８１ 脱硝装置
１８２ 集塵機
１８３ 石炭灰回収サイロ
Ｓ１０ 石炭供給工程
Ｓ２０ 微粉炭生成工程
Ｓ３０ 微粉炭燃焼工程
Ｓ４０ 石炭灰処理工程
Ｓ５０ 有害微量元素溶出抑制剤添加工程

Claims (5)

1. 石炭火力発電システムにおいて、石炭の燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、
   有害微量元素溶出抑制剤の原料となる石炭に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加して燃焼させることにより生成される第一の石炭灰と、
   カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％未満である第二の石炭灰と、を混合して、カルシウム含有量を酸化カルシウム換算で５質量％以上とした有害微量元素溶出抑制剤。
2. 有害微量元素溶出抑制剤の原料となる前記石炭を燃焼させる際に、有害微量元素溶出抑制剤の原料となる前記石炭に、燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％以上となるように、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する請求項１に記載の有害微量元素溶出抑制剤。
3. カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で５質量％未満である前記第二の石炭灰が、ブレアゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、及びシャーボン炭の燃焼灰である請求項１又は２に記載の有害微量元素溶出抑制剤。
4. 石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であって、
   有害微量元素溶出抑制剤として、請求項１から３のいずれかに記載の有害微量元素溶出抑制剤を用いることを特徴とする有害微量元素溶出抑制方法。
5. 前記有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で４質量％以上となるように添加する、請求項４記載の有害微量元素溶出抑制方法。

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