JP5213340B2 - 加圧流動床複合発電における流動材の再利用方法及びその設備 - Google Patents

Description

本発明は、加圧流動床複合発電技術に係り、特に火炉内の流動層の維持と炉内脱硫を行うために、この火炉内に燃料の石炭と共に石灰石を入れ、この石炭と石灰石が混ざった流動材を再利用する加圧流動床複合発電における流動材の再利用方法及びその設備に関する。

加圧流動床複合発電（ＰＦＢＣ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、図３の設備全体構成図に示すように、加圧容器１内に火炉２と流動床ボイラ３を収納し、この流動床ボイラ３から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン４と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン５との発電を組み合せた複合発電設備である。

加圧流動床ボイラ３内では、脱硫材の機能を持つ微粒状の石灰石と石炭とが流動床を形成している。この流動床では約８７０℃の比較的低い温度で石炭が燃焼され、燃焼排ガスと蒸気を発生する。即ち、加圧流動床ボイラ３では炉内流動層の維持と炉内脱硫を行う目的のため、炉内に燃料の石炭と共に石灰石を入れ、この石炭と石灰石が混ざった流動材（ＢＭ：ＢｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）の層高を調整することにより、その火炉２の出力変化を行っている。図４の流動床の層高の説明図に示すように、この層高の上下は、火炉２とは別のＢＭタンク１０を用いて、加圧流動床ボイラ３へ流動材ＢＭを出し入れしている。例えば、図４（ａ）は火炉２の負荷を上昇させるときに、流動床の層高を上げる状態を示し、図４（ｂ）は火炉２の負荷を下降させるときに、流動床の層高を下げる状態を示している。

このような流動床に用いた流動材ＢＭの粒径が大きくなった場合は、流動層の流動性能が低下し、即ちズリ濃度が上昇するため、燃焼に悪影響を及ぼす。そこで、図５の火炉から中継サイロまでの流動材系統図に示すように、火炉２の炉底から流動材ＢＭを抜き出し、抜き出した流動材ＢＭはＢＭ中継サイロ１１に移送していた。ＢＭ中継サイロ１１の流動材ＢＭは、図６のリサイクル装置を組み込んだ系統図に示すように、ＢＭリサイクル装置１２に移送し、その粒径がまだ小さく流動性能が低下していないものはＢＭタンク１０に戻され、それ以外の流動材ＢＭはＢＭ貯蔵サイロ１３に移送し、廃棄物処理していた。

このような加圧流動床複合発電に関する技術として、例えば特許文献１の特開平７−１３９３１０号公報「加圧流動床複合発電プラントの起動装置及びその方法」に示すように、蒸気タービンとガスタービンとを同一の駆動軸を介して連結し、この駆動軸に発電機の回転軸を連結すると共に空気圧縮機の回転軸を連結し、この空気圧縮機とガスタービンとを排気ガス通路を介して接続すると共にこの排気ガス通路中に加圧流動床ボイラを配置し、ガスタービンから排出される排気ガスを排熱回収熱交換器を介して排気系に導き、蒸気タービンと排熱回収熱交換器及び加圧流動床ボイラをそれぞれ流体通路を介して接続し、蒸気タービンと排熱回収熱交換器との間の流体通路中に復水器を配置して構成されている加圧流動床複合発電プラントにおいて、起動用補助ボイラを設け、この起動用補助ボイラを前記蒸気タービンに接続し、前記発電機の起動時に、前記起動用補助ボイラから発生する蒸気を前記蒸気タービンに送給して前記駆動軸を回転駆動し、この回転駆動に伴って前記空気圧縮機から発生する空気を前記加圧流動床ボイラへ送給する加圧流動床複合発電プラントの起動装置が提案されている。
特開平７−１３９３１０号公報

しかし、従来の流動材の再利用方法では、流動材ＢＭを抜き出してＢＭ中継サイロ１１に入れ、それをＢＭリサイクル装置１２により流動材ＢＭとして再度利用できる程度の粒径のものを再利用するに止まっていた。特に、ＢＭリサイクル装置１２により粒径を選別して残った粒径が大きいものや小さいものは使用されず、図６の流動材系統図に示すように、廃棄物処理され、廃棄物処理費が高騰するという問題を有していた。

特許文献１の「加圧流動床複合発電プラントの起動装置及びその方法」は、蒸気タービンとガスタービン及び発電機共通の軸を回転駆動することによって加圧流動床ボイラを起動する技術である。石炭と共に石灰石を入れた流動材を、その発電設備で再利用する技術ではなかった。

一方、火炉２の炉底から抜き出された流動材ＢＭの性状は、表１の通りとなっていた。そこで、本発明の発明者は、表１のＢＭ性状の一覧表を検討した結果、ＣａＣＯ₃＋ＣａＯの重量％が５０〜８５％のため流動材ＢＭとして再び利用できることに着目した。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、使用済みの流動材を効率良く再利用することで、流動材の廃棄物処理量を減少させ、その廃棄物処理費を低減することができる加圧流動床複合発電設備における流動材の再利用方法を提供することにある。

本発明の再利用方法は、加圧容器（１）内に火炉（２）と流動床ボイラ（３）を収納し、該流動床ボイラ（３）から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン（４）と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン（５）との発電を組み合せた加圧流動床複合発電において、前記流動床ボイラ（３）では、前記火炉（２）内の流動層の維持と炉内脱硫を行うため、該火炉（２）内に燃料の石炭と共に石灰石を入れ、この石炭と石灰石が混ざった流動材（ＢＭ）の層高を調整することにより該火炉（２）の出力を調整し、前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなった流動材（ＢＭ）を該火炉（２）の炉底から抜き出し、この抜き出した流動材（ＢＭ）をＢＭ中継サイロ（１１）に移送して一時滞留させ、前記ＢＭ中継サイロ（１１）から移送した流動材（ＢＭ）を、ＢＭリサイクル装置（１２）で分級し、その粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍの流動性能が低下していないものを分離し、これを石灰石に混入して再び流動材（ＢＭ）として利用し、その粒径が３．３５ｍｍより大きい流動性能が低下したものはＢＭ粗粉砕機（１４）で粉砕して、これをＢＭタンク（１０）に戻し、石灰石に混入して再び流動材（ＢＭ）として利用し、前記流動材（ＢＭ）の粒径が０．３ｍｍ未満のものを主にＢＭ貯蔵サイロ（１３）に一旦貯蔵し、その後廃棄物処理する、ことを特徴とする。

例えば、前記ＢＭリサイクル装置（１２）で分級した０．３ｍｍ未満の流動材（ＢＭ）であって前記ＢＭ貯蔵サイロ（１３）に貯蔵した流動材（ＢＭ）の一部は燃料に混入して燃焼することができる。

また、本発明の発電設備は、加圧容器（１）内に火炉（２）と流動床ボイラ（３）を収納し、該流動床ボイラ（３）から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン（４）と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン（５）との発電を組み合せた加圧流動床複合発電設備であって、前記流動床ボイラ（３）では、前記火炉（２）内の流動層の維持と炉内脱硫を行うため、該火炉（２）内に入れた燃料の石炭と石灰石が混ざった流動材（ＢＭ）の層高を調整するために、該流動材（ＢＭ）の出し入れに用いるＢＭタンク（１０）と、前記火炉（２）の下流に設けた、前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなった流動材（ＢＭ）を一時滞留させるＢＭ中継サイロ（１１）と、前記ＢＭ中継サイロ（１１）の下流に設けた、主に粒径が０．３ｍｍ未満の廃棄物処理する流動材（ＢＭ）を一旦貯蔵するＢＭ貯蔵サイロ（１３）と、前記ＢＭ中継サイロ（１１）の下流と、前記ＢＭタンク（１０）の上流との間に設けた、石灰石に混入して再び利用するために、粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍの流動性能が低下していないものと、それ以外の粒径の流動性能が低下したものとを分離するために流動材（ＢＭ）を粒径ごとに分級するＢＭリサイクル装置（１２）と、前記ＢＭリサイクル装置（１２）の下流と、前記ＢＭタンク（１０）の上流との間に設けた、前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなり流動性能が低下した流動材（ＢＭ）を、再び利用するために粉砕するＢＭ粗粉砕機（１４）と、を備えた、ことを特徴とする。

上記構成の発明では、ＢＭリサイクル装置（１２）で分級した、粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍの流動材（ＢＭ）は、ＢＭタンク（１０）に戻して流動材（ＢＭ）として再び利用する。また、粒径が３．３５ｍｍより大きい流動材（ＢＭ）はＢＭ粗粉砕機（１４）で粉砕して、粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍになったものはＢＭタンク（１０）に戻して流動材（ＢＭ）として再び利用する。これにより、従来の処理方法と比較して石灰石の使用量が減り、石灰石の購入量を減少させることができる。

更に、ＢＭリサイクル装置（１２）で分級した０．３ｍｍ未満の流動材（ＢＭ）はＢＭ貯蔵サイロ（１３）に一旦貯蔵し、その後廃棄物処理し、その一部は燃料に混入して燃焼することができる。従来の処理方法と比較して、流動材（ＢＭ）の廃棄物処理量を極端に減少させることができ、廃棄物処理費を減少することができる。

本発明の加圧流動床複合発電設備における流動材の再利用方法は、火炉内の流動層の維持と炉内脱硫を行うために、この火炉内に燃料の石炭と共に石灰石を入れ、この石炭と石灰石が混ざった流動材を再利用し、流動材の廃棄物処理量を減少させ、その廃棄物処理費を低減する方法である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は実施例１の加圧流動床複合発電設備を示す全体構成図である。図２は実施例１の流動材の再利用方法を説明する流動材系統図である。
本発明の加圧流動床複合発電設備は、図１に示すように、加圧容器１内に火炉（Ａ火炉２、Ｂ火炉２）と流動床ボイラ３を収納し、流動床ボイラ３から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン４と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン５との発電を組み合せた複合発電設備である。

本発明の加圧流動床複合発電設備は、空気・ガス系統、水・蒸気系統及び石炭・石灰石供給系統から成り、次のような方法で発電する。空気・ガス系統では、加圧流動床ボイラ３の燃焼用空気を、ガスタービン圧縮機で加圧した後、圧力容器１の火炉２に導く。この加圧された空気は、火炉２内で、石炭と石灰石からなる流動材ＢＭを流動化させると共にその石炭を燃焼させ、高温・高圧ガスとする。この排出ガスは、火炉２を出て脱塵装置の１次，２次サイクロン６により脱塵した後にガスタービン５に導き、空気圧縮機と発電機を駆動する。ガスタービン出口排出ガスは、まだ高温であるために排熱回収熱交換器（ＨＲＨＥ）７で熱回収された後、バグフィルタ８に導き、煙突９より大気に排出する。

加圧流動床ボイラ３は、例えば２５０ＭＷでＡ火炉２、Ｂ火炉２の２火炉構成とし、Ａ火炉２に蒸発器・一次及び最終過熱器を、Ｂ火炉２に再熱器・二次及び三次過熱器を設置する。Ａ火炉２とＢ火炉２は、それぞれの火炉２に設置する伝熱管群の熱吸収量を等しくすることにより、同一火炉寸法とする。これらのＡ火炉２、Ｂ火炉２は、圧力容器内に収納する。

集じん装置のサイクロン６は、一次及び二次の２段からなり、ボイラ出口の排ガス中のばいじんをガスタービン入口の計画値まで減少させる装置である。各サイクロン６は、容器中に１２個の単体サイクロンを収納しており、容器２基で１段を構成する。

排熱回収熱交換器は（ＨＲＨＥ）７は、ガスタービン５の排ガス中の熱を回収し、ボイラ給水を加熱することによりプラント効率の向上を図る装置である。バグフィルタ８を煙突９の入口に設置する。

水・蒸気系統では、復水を低圧給水加熱器、低温排熱回収熱交換器により加熱した後に、脱気器に供給する。脱気器で脱気加熱されたボイラ給水は、給水ポンプで昇圧した後、高圧給水加熱器、中温／高温排熱回収熱交換器によって加熱し、加圧流動床ボイラ３に供給する。加圧流動床ボイラ３に供給した給水は、蒸発器で蒸気となり一次／二次／三次／最終過熱器にて熱吸収し，主蒸気として蒸気タービン４に供給する。

石炭・石灰石供給系統では、火炉２への石炭・石灰石供給システムとしてＣＷＰ（石炭・水ペースト）供給システムを採用している。微粉砕機で粉砕した微粉炭と水とにより製造されたペースト状のＣＷＰは、混練機により粗粉砕炭、石灰石と混合し、ＣＷＰタンクに輸送する。ＣＷＰタンクのＣＷＰは、ＣＷＰポンプにより加圧され各火炉２に供給する。

加圧流動床ボイラ３内には、図４に示したように、炉内流動層の維持を行うために燃料の石炭と一緒に石灰石が混ざった流動材ＢＭを入れ、この層高を調整することにより、その火炉２の出力変化を行っている。この流動材ＢＭの層高の上下は、火炉２とは別のＢＭタンク１０を用いて、火炉２へ流動材ＢＭの出し入れにより行っている。

使用して粒径が大きくなった流動材ＢＭは、火炉２の炉底から抜き出し、この抜き出した流動材ＢＭをＢＭ中継サイロ１１に移送する。流動材ＢＭの粒径分布は表２の「ＢＭ粒径分布」に示すようになっている。ＢＭ中継サイロ１１から移送した流動材ＢＭを、ＢＭリサイクル装置１２で、その粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍのものを分離し、これをＢＭタンク１０に戻して再び流動材ＢＭとして利用する。表２に示すように、９５．５％が再利用することができる。
なお、このＢＭリサイクル装置１２で、粒径が０．３ｍｍ未満、３．３５ｍｍ超過したものはＢＭ貯蔵サイロ１３に貯蔵し、その後廃棄物処理する。

上述したように最適な粒径の流動材ＢＭは、ＢＭタンク１０に戻して再利用される。微粉な流動材ＢＭは、燃料に１％未満であれば混ぜても問題はない。また、火炉２にほとんど滞留せず、１次，２次サイクロン６にて捕集されＦＡ灰として処理でき、土壌改良剤等に再利用できる。１日１回炉底抜き出しするとした場合は、流動材ＢＭをＢＭ中継サイロ１１へ移送する移送量は例えば数１の数式で計算し、この移送量を抜き出すことが可能である。

流動材ＢＭの１．２ｔ中、その７割が使用できない場合がある。その再利用が不可能な流動材ＢＭは、例えば数２と数３の数式で計算することができる。

石灰石中に流動材ＢＭを混ぜるときは、その混入量を例えば数４の数式で計算してから混ぜることができる。

更に、本発明の再利用方法は、粒径が３．３５ｍｍより大きい流動材ＢＭはＢＭ粗粉砕機１４で粉砕し、粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍのものはＢＭタンク１０に戻して流動材ＢＭとして再び利用する。これにより従来の処理方法と比較して石灰石の使用量が減り、石灰石の購入量を減少させることができる。

例えば、負荷２２１ＭＷ時の燃料中の石炭と石灰石の量の内訳は表３の燃料内訳表の通りである。なお、石灰石と石炭の割合は、層高の状態により変更するため、石灰石と石炭量は多少変動する。

ＢＭリサイクル装置１２で分級した０．３ｍｍ未満の流動材ＢＭはＢＭ貯蔵サイロ１３に貯蔵し、燃料に混入して燃焼することができる。従来の処理方法と比較して、流動材ＢＭの廃棄物処理量を極端に減少させることができ、廃棄物処理費を減少することができる。

なお、本発明は、使用済みの流動材ＢＭを効率良く再利用することで、流動材ＢＭの廃棄物処理量を減少させ、その廃棄物処理費を低減できれば、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の流動材の再利用方法は、図１の系統図に示した加圧流動床複合発電設備以外に、その他の構成の複合発電設備にも利用することができる。

実施例１の加圧流動床複合発電設備を示す全体構成図である。 実施例１の流動材の再利用方法を説明する流動材系統図である。 従来の加圧流動床複合発電設備を示す全体構成図である。 流動床の層高の調整方法を示す説明図であり、（ａ）は層高を上げる状態、（ｂ）は層高を下げる状態である。 火炉からＢＭ中継サイロまでの流動材を示す系統図である。 リサイクル装置を組み込んだ状態を示す系統図である。

１ 加圧容器
２ 火炉
３ 流動床ボイラ
４ 蒸気タービン
５ ガスタービン
６ サイクロン
７ 排熱回収熱交換器は（ＨＲＨＥ）
８ バグフィルタ
９ 煙突
１０ ＢＭタンク
１１ ＢＭ中継サイロ
１２ ＢＭリサイクル装置
１３ ＢＭ貯蔵サイロ
１４ ＢＭ粗粉砕機
ＢＭ 流動材

Claims (3)

1. 加圧容器（１）内に火炉（２）と流動床ボイラ（３）を収納し、該流動床ボイラ（３）から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン（４）と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン（５）との発電を組み合せた加圧流動床複合発電において、
   前記流動床ボイラ（３）では、前記火炉（２）内の流動層の維持と炉内脱硫を行うため、該火炉（２）内に燃料の石炭と共に石灰石を入れ、この石炭と石灰石が混ざった流動材（ＢＭ）の層高を調整することにより該火炉（２）の出力を調整し、
   前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなった流動材（ＢＭ）を該火炉（２）の炉底から抜き出し、この抜き出した流動材（ＢＭ）をＢＭ中継サイロ（１１）に移送して一時滞留させ、
   前記ＢＭ中継サイロ（１１）から移送した流動材（ＢＭ）を、ＢＭリサイクル装置（１２）で分級し、その粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍの流動性能が低下していないものを分離し、これを石灰石に混入して再び流動材（ＢＭ）として利用し、その粒径が３．３５ｍｍより大きい流動性能が低下したものはＢＭ粗粉砕機（１４）で粉砕して、これをＢＭタンク（１０）に戻し、石灰石に混入して再び流動材（ＢＭ）として利用し、
   前記流動材（ＢＭ）の粒径が０．３ｍｍ未満のものを主にＢＭ貯蔵サイロ（１３）に一旦貯蔵し、その後廃棄物処理する、ことを特徴とする加圧流動床複合発電における流動材の再利用方法。
2. 前記ＢＭリサイクル装置（１２）で分級した０．３ｍｍ未満の流動材（ＢＭ）であって前記ＢＭ貯蔵サイロ（１３）に貯蔵した流動材（ＢＭ）の一部は燃料に混入して燃焼する、ことを特徴とする請求項１の加圧流動床複合発電における流動材の再利用方法。
3. 加圧容器（１）内に火炉（２）と流動床ボイラ（３）を収納し、該流動床ボイラ（３）から発生する蒸気で駆動する蒸気タービン（４）と、ボイラ排ガスを利用するガスタービン（５）との発電を組み合せた加圧流動床複合発電設備であって、
   前記流動床ボイラ（３）では、前記火炉（２）内の流動層の維持と炉内脱硫を行うため、該火炉（２）内に入れた燃料の石炭と石灰石が混ざった流動材（ＢＭ）の層高を調整するために、該流動材（ＢＭ）の出し入れに用いるＢＭタンク（１０）と、
   前記火炉（２）の下流に設けた、前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなった流動材（ＢＭ）を一時滞留させるＢＭ中継サイロ（１１）と、
   前記ＢＭ中継サイロ（１１）の下流に設けた、主に粒径が０．３ｍｍ未満の廃棄物処理する流動材（ＢＭ）を一旦貯蔵するＢＭ貯蔵サイロ（１３）と、
   前記ＢＭ中継サイロ（１１）の下流と、前記ＢＭタンク（１０）の上流との間に設けた、石灰石に混入して再び利用するために、粒径が０．３ｍｍ〜３．３５ｍｍの流動性能が低下していないものと、それ以外の粒径の流動性能が低下したものとを分離するために流動材（ＢＭ）を粒径ごとに分級するＢＭリサイクル装置（１２）と、
   前記ＢＭリサイクル装置（１２）の下流と、前記ＢＭタンク（１０）の上流との間に設けた、前記火炉（２）で使用して粒径が大きくなり流動性能が低下した流動材（ＢＭ）を、再び利用するために粉砕するＢＭ粗粉砕機（１４）と、を備えた、ことを特徴とする流動材を再利用できる加圧流動床複合発電設備。