JP5301306B2 - 燃焼設備及び燃焼設備の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、硫化物含有の石炭を燃料とする流動床式の燃焼室を備えた燃焼設備及び燃焼設備の運転方法に関する。

従来から流動床式焼却炉を備えたボイラ設備などの燃焼設備が知られている。例えば、特許文献１には、燃焼室である炉区内に燃料を含む粒状材料が投入されて流動床が形成され、流動床内に空気を通過させることによって流動床を流動化させ、この流動床の形成によって比較的低温にての燃料の燃焼を促進する流動床式燃焼装置が記載されている。

ボイラ設備などの燃焼設備に適用される燃料として多種多様な燃料の適用が求められており、特に、従来の石炭に代えて低品位炭の使用が望まれている。低品位炭の中には、硫化物、例えば二硫化鉄（ＦｅＳ_２）を多く含む石炭が存在する。このような低品位炭は、炉区内でＦｅＳ_{（１−ｘ）}に熱分解された後、さらにＦｅＳ_{（１−ｘ）}内の硫黄（Ｓ）が熱分解されて硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）となる。硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）の大気放出は環境等に配慮してできるだけ抑える必要があり、そのために炉区内には石灰石等の吸着材が投入される。

特開平４−２２７４０３号公報

従来の燃焼設備では、石炭中に含まれる硫化物を硫黄酸化物にまで熱分解させている。例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ_２）の場合、熱分解によってＦｅＳ_{（１−ｘ）}とし、さらに熱分解させて硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）にしている。ここで、ＦｅＳ_{（１−ｘ）}を硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）にまで熱分解させるためには、９００℃程度の高温を維持したまま炉（燃焼室）内で長時間保持する必要がある。しかしながら、ＦｅＳ_{（１−ｘ）}は鉄などに比べて融点が低く、燃焼室内に長時間滞留すると粘性の高いクリンカーとなって流動床の流動化を不安定にする虞があり、燃焼室内での燃焼を不安定にする可能性があった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、石炭中の硫化物に起因したクリンカーの発生を抑制し、流動床式の燃焼室での安定した燃焼を可能にする燃焼設備を提供することを目的とする。

本発明は、硫化物含有の石炭を燃料とする流動床式の燃焼室を備える燃焼設備において、燃焼室から排出された灰のうち、磁性物を磁力選別によって分離する磁選手段と、磁選手段によって磁性物を分離された非磁性物を燃焼室に返送する返送ラインと、磁選手段によって分離された磁性物を受け入れる焙焼炉と、焙焼炉内での磁性物の加熱によって生成される金属を回収する金属回収部と、焙焼炉から排出された燃焼排ガスを燃焼室に返送する排ガス返送ラインと、を備えることを特徴とする。

本発明では、燃焼室で生成された灰のうち、硫化金属を磁選手段による磁力選別によって分離し、非磁性物のみを燃焼室に返送する。非磁性物は流動床を形成する流動材料として再利用されるため、流動床を維持するための流動材料の追加投入量を抑えることができる。その結果、流動材料の低減に伴う流動床の不安定化を抑えながら、ＦｅＳ_{（１−ｘ）}などの硫化金属が硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）にまで熱分解されるのを待たずに、硫化金属を灰として積極的に燃焼室から排出できる。その結果として、粘性の高いクリンカー生成の虞のある硫化金属を燃焼室から積極的に回収でき、クリンカーの発生を抑制でき、流動床式の燃焼室での安定した燃焼を可能にする。

さらに、磁性物中の硫化金属は、焙焼炉内で硫黄（Ｓ）が熱分解されて硫黄酸化物（ＳＯＸ）と金属が生成され、その金属を金属回収部で回収することができる。特に、低品位炭としての石炭中には、鉄などの他に希少金属であるインジウムを含んでいる可能性もあり、石炭中からこれらの金属を効率よく回収できるので資源の有効利用が可能になる。

さらに、焙焼炉で生じた酸化硫黄（ＳＯＸ）含有の燃焼排ガスを燃焼室に返送することで、酸化硫黄を効率的に処理できる。

さらに、焙焼炉の熱源としてプラズマトーチを用いると好適である。焙焼炉の熱源としてプラズマトーチを用いると、通常の燃料燃焼バーナに比べて焙焼炉内の酸素濃度を低く抑えることが可能になる。その結果として、焙焼炉で生成された金属の酸化を抑制できる。さらに、プラズマトーチを用いることで排ガス量の低減も可能である。

さらに、燃焼室で得た熱を利用して発電する発電手段を更に備え、発電手段で発電された電力の少なくとも一部は、プラズマトーチに供給されると好適である。発電手段で発電された電力の少なくとも一部を利用できるので、別の発電施設から電力の供給を受ける必要はなくなる。

また、本発明は、硫化物含有の石炭を燃料とする流動床式の燃焼室を備えた燃焼設備の運転方法において、燃焼室から排出された灰を引き抜き、その灰のうち、磁性物を磁力選別によって分離除去し、残りの非磁性物を燃焼室に返送し、分離された磁性物を燃焼炉に受け入れ、焙焼炉内での磁性物の加熱によって生成される金属を回収し、焙焼炉から排出された燃焼排ガスを燃焼室に返送することを特徴とする。本発明によれば、炉内クリンカー生成の虞のある硫化金属のみを積極的に回収でき、炉内クリンカーの発生を抑制して燃焼効率を向上させることができる。本発明によれば、粘性の高いクリンカー生成の虞のある硫化金属を燃焼室から積極的に回収でき、クリンカーの発生を抑制でき、流動床式の燃焼室での安定した燃焼を可能にする。また、磁性物中の硫化金属は、焙焼炉内で硫黄（Ｓ）が熱分解されて硫黄酸化物（ＳＯＸ）と金属が生成され、その金属を金属回収部で回収することができる。特に、低品位炭としての石炭中には、鉄などの他に希少金属であるインジウムを含んでいる可能性もあり、石炭中からこれらの金属を効率よく回収できるので資源の有効利用が可能になる。さらに、焙焼炉で生じた酸化硫黄（ＳＯＸ）含有の燃焼排ガスを燃焼室に返送することで、酸化硫黄を効率的に処理できる。

本発明によれば、石炭中の硫化物に起因したクリンカーの発生を抑制し、流動床式の燃焼室での安定した燃焼を可能にする。

本発明の第１実施形態に係るボイラ設備を概略的に示す図である。 本実施形態に係る磁力選別器を概略的に示す断面図である。 本実施形態に係るキルン回転炉を概略的に示す断面図である。 燃焼塔内の温度とＦｅＳ及びＦｅＳ_２の濃度との関係を示すグラフである。 燃焼経過時間及び燃焼塔内の温度とＳＯ_２及びＯ_２濃度との関係を示すグラフである。 ＦｅとＦｅＳとの相状態図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラ設備を概略的に示す図である。

以下、本発明に係る燃焼設備の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る燃焼設備を概略的に示す図、図２は磁力選別器を概略的に示す図、図３はキルン回転炉を概略的に示す図である。
（第１実施形態）

図１に示されるように、ボイラ設備１（燃焼設備）は発電施設などに設置され、石炭、特に硫化物を多く含む低品位炭を燃料にする燃焼装置３を備えている。燃焼装置３は、流動床式の燃焼室である燃焼塔５と、燃焼塔５で生じた煙道ガスから固形物を分離するサイクロン分離器７と、煙道ガスから熱を回収する熱交換部９と、熱交換部９から排出される排ガス中の煤塵を除去するバグフィルタ１１とを備えている。この種のボイラ設備１はＣＦＢボイラとも呼ばれる。

燃焼塔５内には、燃料としての石炭Ｃ１と、硫黄（Ｓ）を除去する吸着材料としての石灰石とが投入される。燃焼塔５には、下部から空気が供給され、石炭Ｃ１及び石灰石を含む固形物は流動化され、可燃性材料からなる流動床Ｆｂが形成される。流動床Ｆｂの形成により、石炭Ｃ１の燃焼が促進される。燃焼の結果として生じる燃焼ガスは、固形物の一部を随伴しながら燃焼塔５内を上昇する。

サイクロン分離器７は、燃焼塔５に隣接して配置されており、燃焼塔５から排出された煙道ガス及び煙道ガスに随伴された粒状固形物を受け入れ、遠心分離作用によって煙道ガスと粒状固形物とを分離し、粒状固形物は燃焼塔５に戻し、煙道ガスは熱交換部９に送り込む。

熱交換部９では、煙道ガスからの熱を蒸気等で回収する。煙道ガスに同伴された煤塵中の硫黄の一部は、熱交換部９で燃焼する。また、バグフィルタ１１は、熱交換部９から排出された排ガス中の煤塵を捕捉し、バグフィルタ１１を通過した排ガスは、他の処理設備に送られたり、大気に放出されたりする。

また、ボイラ設備１は、燃焼塔５から排出された灰Ｂａを受け入れる磁力選別器１３（磁選手段）と、磁力選別器１３によって磁力選別された非磁性物を篩い作用によって選別する振動篩器１５と、振動篩器１５によって選別された粒径の細かい灰分を燃焼塔５に戻す粉体返送ライン１７（返送ライン）と、磁力選別器１３によって磁力選別された磁性物を再度燃焼させるキルン回転炉１９と、キルン回転炉１９から排出された残渣Ｒｆを回収する残渣回収部２１と、キルン回転炉１９からの燃焼排ガスを燃焼塔５及び熱交換部９に返送する排ガス返送ライン２３と、を備えている。

燃焼塔５に投入される石炭（低品位炭）Ｃ１中には、二硫化鉄（ＦｅＳ_２）などの硫化物が多く含まれており、燃焼塔５内において可燃物の燃焼と同時にＦｅＳ_２及びＦｅＳ_{（１-ｘ）}などが熱分解して硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）になる。ここで、燃焼塔５内での燃焼によって生じる物質と流動床Ｆｂへの影響について図４〜図６を参照して説明する。図４は燃焼塔５内の温度とＦｅＳ_２及びＦｅＳの濃度変化との関係を示すグラフである。図５は燃焼経過時間及び燃焼塔５内の温度（炉内温度）と燃焼塔５の上端出口（炉出口）でのＳＯ_２及びＯ_２の濃度変化との関係を示すグラフである。また、図６はＦｅとＦｅＳとの相状態図である。

図４に示されるように、二硫化鉄（ＦｅＳ_２）を多く含有する石炭Ｃ１（低品位炭）は、５００°Ｃ程度以上にまで加熱されると二硫化鉄（ＦｅＳ_２）が熱分解されてＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が生成される。図５に示されるように、この段階で生じる硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって、例えば、燃焼塔５内のＳＯ_２の濃度は急激に上昇してピークに達し、その後急速に減少する。

ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を硫黄酸化物（ＳＯｘ）になるまで熱分解させるには、９００°Ｃ程度に加熱した状態を長時間保持する必要がある。図６に示されるように、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）は融点が低く、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が長期に渡って燃焼塔５内に滞留すると、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）と他の灰分とによってクリンカーが生成される。クリンカーは粘性が高く、流動床Ｆｂを形成する固形物に付着すると流動化を阻害する要因になり、燃焼塔５内での燃焼を不安定にする虞がある。そこで、本実施形態に係るボイラ設備１では、クリンカーの生成を抑えるために、燃焼塔５内の灰（ボトムアッシュ）Ｂａを早期に引き抜いて磁力選別器１３に送り込んでいる。

燃焼塔５の底部には、灰Ｂａを排出するための排出部５ａが設けられており、排出部５ａには、磁力選別器１３に連絡する粉体移送ライン２５が接続されている。粉体移送ライン２５には、スクリューコンベヤなどの粉体移送手段が配置されている。

磁力選別器１３には、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を含む灰Ｂａが送り込まれる。ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）は磁性を帯びており、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を含む磁性物と、灰分を主体とする非磁性物とは磁力選別器１３によって磁力選別される。

図２に示されるように、磁力選別器１３は、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を含む灰Ｂａを受け入れ、且つ振動ふるいによってＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を他の灰分から剥離させるホッパ１３ａを備える。さらに、磁力選別器１３は、ホッパ１３ａから流下するＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を吸着する左右一対の磁気ドラム１３ｂと、この磁気ドラム１３ｂの周面に摺接することで磁気ドラム１３ｂの周面に吸着された粒子状のＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を回収する左右一対のスクレーパ１３ｃと、を備えている。なお、スクレーパ１３ｃによって掻き取られた磁性物としての粉体（以下、「磁性粉」という）ＡｍにはＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が濃縮されており、この磁性粉Ａｍは、コンベヤなどの移送装置によってキルン回転炉１９まで移送される。

磁気ドラム１３ｂの間から流下する非磁性物としての灰分（以下、「非磁性灰」という）Ａｎは、振動篩器１５に投入される。振動篩器１５では非磁性灰Ａｎを粒径によって選別し、篩上の粒径の大きな非磁性灰Ａｎについては他の処理施設に移送するか、または廃棄処分とし、粒径の小さな非磁性灰Ａｎについては粉体返送ライン１７によって燃焼塔５に返送する。粉体返送ライン１７にはスクリューコンベヤなどの移送手段が配置されている。

燃焼塔５に返送された非磁性灰Ａｎは、流動床Ｆｂを形成する流動材料（「ベット材」ともいう）になる。非磁性灰Ａｎを返送することで、流動材料の新規の追加投入量を抑えることができ、特に、非磁性灰ＡｎはＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が除去されているのでクリンカーの発生を抑制するのに有効である。

図３に示されるように、キルン回転炉１９は、縦型キルンもあるが、本実施形態では横型キルンを採用している。キルン回転炉１９は、磁性粉Ａｍを焙焼する円筒形状の焙焼炉２７と、焙焼炉２７から排出される燃焼排ガスを二次燃焼する二次燃焼室２９とを備えている。

焙焼炉２７の外周には歯車２７ａが設けられ、焙焼炉２７は図示しないモータによって軸線Ｌ回りに回転する。焙焼炉２７は、磁性粉Ａｍを受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓへ移動させることができるように、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに向けて下方に傾斜されている。焙焼炉２７と二次燃焼室２９とは、焙焼炉２７が回転可能に且つ接合部の気密が保持されるように接合されている。磁性粉Ａｍを酸化焙焼した後の残渣Ｒｆと燃焼排ガスとは、焙焼炉２７の排出口から二次燃焼室２９に導入され、残渣Ｒｆは落下し、燃焼排ガスは上昇する。燃焼排ガスは、二次燃焼室２９で二次燃焼された後、返送管を配管した排ガス返送ライン２３を介して燃焼塔５及び熱交換部９（図１参照）に返送される。

焙焼炉２７の受入れ側Ｕｓの端面であるフロントウォール２７ｂには、定量供給装置３３に連結される受入口２７ｃが形成されている。また、フロントウォール２７ｂには、加熱手段であるバーナ３１が貫通して配置されている。バーナ３１は、フロントウォール２７ｂから焙焼炉２７の排出側Ｄｓに向かって火炎を放射する。バーナ３１には、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクから重油等の燃料が供給される。バーナ３１には、図示しないブロアを介して燃焼用空気が供給される。

定量供給装置３３は、フロントウォール２７ｂの受入口２７ｃに接続されたシリンダ部３３ａと、シリンダ部３３ａ内を往復動する押出部３３ｂと、押出部３３ｂの往復動を駆動制御する供給器３３ｃと、シリンダ部３３ａ内に連通するホッパ３３ｄとを備えている。ホッパ３３ｄには、磁力選別器１３からの磁性粉Ａｍが投入される。ホッパ３３ｄ内に堆積する磁性粉Ａｍは、押出部３３ｂの往復動によって定量ずつが焙焼炉２７内に供給される。定量供給装置３３は、スクリューコンベヤなどによって磁性粉Ａｍを焙焼炉２７内に供給する装置であってもよい。

焙焼炉２７内へ供給された磁性粉Ａｍは、供給当初からバーナ３１によって加熱される。磁性粉Ａｍは、焙焼炉２７内において、攪拌されながら９００℃程度まで加熱され、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに移動する。焙焼炉２７の受入れ側Ｕｓには、図示しない空気供給ラインが接続されており、焙焼炉２７内で磁性粉Ａｍが移動する方向と焙焼炉２７に導入される空気とが並行になる。このようなガス流れを持つキルン回転炉１９は並流式と呼ばれる。なお、本実施形態は並流式であるが、磁性粉Ａｍの移動方向と焙焼炉２７に導入される空気とが対向する向流式のキルン回転炉１９であってもよい。

焙焼炉２７内の磁性粉Ａｍ中に含まれるＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）は、硫黄（Ｓ）が熱分解されて酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）になり、残渣Ｒｆ中にはＦｅ若しくはＦｅＯとして鉄分が残留する。酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）を含む燃焼排ガスと残渣Ｒｆとは、焙焼炉２７から二次燃焼室２９に排出される。二次燃焼室２９には、残渣Ｒｆと飛翔ダストとを分離するための二股式の第１排出口２９ａ及び第２排出口２９ｂが設けられている。残渣Ｒｆの出口となる第１排出口２９ａは、焙焼炉２７側に設けられ、飛翔ダストの出口となる第２排出口２９ｂは、二次燃焼室２９の傾斜した側面側に設けられている。残渣Ｒｆは、第１排出口２９ａに達し、第１排出口２９ａから排出される。一方、飛翔ダストは、二次燃焼室２９で流速が落ちて落下し、第２排出口２９ｂから排出される。飛翔ダストには、未燃焼分が多く含まれており、二股式の第１，第２排出口２９ｂを設けることで、飛翔ダストのみを回収でき、その飛翔ダストを再度焙焼炉２７や燃焼塔５に投入するようにすることもできる。

第１排出口２９ａには、残渣回収部２１に接続されたスクリューコンベヤ（粉体移送部）３５が接続されている。スクリューコンベヤ３５の入口は、第１排出口２９ａに接続されており、出口は残渣回収部２１に接続されている。鉄原料（ＦｅまたはＦｅＯ）を含む残渣Ｒｆは残渣回収部２１で回収される。残渣Ｒｆは、鉄分が主体であり、純度の高い鉄原料として電炉精錬メーカーにて有効利用可能である。また、残渣Ｒｆ中には微量の希少金属（例えば、インジウム）が含まれている可能性もあり、そのような希少金属を効率良く回収できる。残渣回収部２１は本発明の金属回収部に相当する。

次に、ボイラ設備１の運転方法について説明する。ボイラ設備１の燃焼塔５内に低品位炭である石炭Ｃ１及び石灰石を投入し、９００℃程度に加熱して石炭Ｃ１を燃焼させる。石炭Ｃ１中の硫化鉄（ＦｅＳ_２）は、燃焼塔５内でＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）に分解され、その結果、燃焼塔５内のＳＯ_２濃度は急激に上昇し、ピークに到達すると急激に減少する（図５参照）。ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）によるクリンカーの生成を抑止するため、所定の時間が経過すると燃焼塔５内の灰Ｂａ（ボトムアッシュ）を引き抜く。この所定の時間は、例えば、ＳＯ_２濃度がピークを超えて減少し、その後再び上昇すると想定されるまでの時間としたり、引き抜いた灰Ｂａ中のＦｅＳ_１−ｘの含有量を分析調査し、濃度から想定される時間、例えば、３０分から８０分程度としたり、適宜に決定できる。

次に、燃焼塔５内から引き抜いた灰Ｂａは磁力選別器１３に投入され、磁力選別器１３によってＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を含む磁性粉Ａｍと、灰分を含む非磁性灰Ａｎとに分離される。さらに、非磁性灰Ａｎは、振動篩器１５によって粒径を整えられ、細粒分のみが燃焼塔５に返送される。

一方で、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が濃縮された磁性粉Ａｍは、キルン回転炉１９の焙焼炉２７に投入される。焙焼炉２７では、磁性粉Ａｍを９００℃程度に加熱してＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）と鉄とに熱分解させる。ここで鉄は、Ｆｅまたは酸化鉄（ＦｅＯ）として残渣Ｒｆ中に残留する。ＳＯ_Ｘを含む燃焼排ガスは、燃焼塔５及び熱交換部９に返送され、鉄原料（ＦｅまたはＦｅＯ）を含む残渣Ｒｆは残渣回収部２１で回収される。焙焼炉２７から排出されたＦｅ分が主体の固形物残渣Ｒｆを回収することで、純度の高い鉄原料として電炉精錬メーカーにて有効利用可能である。

以上のボイラ設備１及びボイラ設備１に運転方法では、流動床式の燃焼塔５を備える燃焼装置３で生成されたＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）などの硫化金属を含む灰Ｂａのうち、ＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）が濃縮された磁性粉Ａｍを磁力選別し、非磁性灰Ａｎのみを燃焼塔５に返送する。非磁性灰Ａｎは流動床Ｆｂを形成する流動材料として再利用されるため、流動床Ｆｂを維持するための流動材料の追加投入量を抑えることができる。その結果、流動材料の低減に伴う流動床Ｆｂの不安定化を抑えながら、燃焼塔５で生成されたＦｅＳ_{（１−ｘ）}などの硫化金属が硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）にまで熱分解されるのを待たずに灰Ｂａとして積極的に燃焼塔５から排出できる。その結果として、粘性の高いクリンカー生成の虞のある硫化金属を燃焼塔５から積極的に回収でき、クリンカーの発生を抑制でき、流動床式の燃焼塔５での安定した燃焼を可能にする。

さらに、本実施形態では、磁性粉Ａｍ中のＦｅＳ_{（１−ｘ）}（ｘ＝０〜０．２）などの硫化金属は、焙焼炉２７内で硫黄（Ｓ）が熱分解されて硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）となり、鉄などの金属が含まれる残渣Ｒｆが生成され、その残渣Ｒｆを残渣回収部２１で回収することができる。特に、低品位炭としての石炭Ｃ１中には、鉄などの他にインジウムなどの希少金属を含んでいる可能性が高い。従って、本実施形態によれば、石炭Ｃ１中からこれらの金属を効率よく回収することで資源の更なる有効利用が可能になる。

また、焙焼炉２７で生じた酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）含有の燃焼排ガスを燃焼塔５及び熱交換部９に返送するので、酸化硫黄（ＳＯ_Ｘ）を効率的に処理できる。
（第２実施形態）

次に、図７を参照して、第２実施形態に係るボイラ設備について説明する。図７は、第２実施形態に係るボイラ設備を概略的に示す図である。なお、第２実施形態に係るボイラ設備については、第１実施形態に係るボイラ設備との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の要素や部材については、同一の符号を付して詳細説明を省略する。

図１に示されるように、ボイラ設備（燃焼設備）１Ｂは、石炭、特に硫化物を多く含む低品位炭を燃料にする燃焼装置３を備えている。燃焼装置３は、流動床式の燃焼室である燃焼塔５と、燃焼塔５で生じた煙道ガスから固形物を分離するサイクロン分離器７と、燃焼塔５で生成された飽和蒸気を、煙道ガスからの熱によって更に加熱して過熱蒸気を生成する蒸気過熱器（蒸気過熱手段）５１と、蒸気過熱器５１から排出される煙道ガス中の煤塵を除去するバグフィルタ１１と、を備えている。この種のボイラ設備１ＢはＣＦＢボイラとも呼ばれる。

また、ボイラ設備１Ｂは、蒸気過熱器５１で生成された過熱蒸気を受け入れることで回転するタービンを備え、そのタービンの回転によって発電する発電装置（発電手段）５３を備えている。

磁力選別器１３によって磁力選別された磁性粉Ａｍは、コンベヤなどの移送装置によってキルン回転炉１９まで移送される。本実施形態に係るキルン回転炉１９では、焙焼炉２７の熱源として、バーナ３１に代えて、プラズマトーチ５５を利用しており、焙焼炉２７内に供給された磁性粉Ａｍは、プラズマトーチ５５によって、焙焼炉２７内で攪拌されながら９００℃程度まで加熱される。

プラズマトーチ５５は、例えば、非移行型の直流プラズマトーチ５５であり、筒状の筐体（シュラウド）の内部には中空円筒状の陽極部と陰極部とが配置されており、陽極部と陰極部との間でアークが発生する。陽極部と陰極部との間には、空気、アルゴンまたは窒素などのプラズマガスが供給され、プラズマジェットを発生させて焙焼炉２７内を加熱する。プラズマトーチ５５には、プラズマガスをプラズマトーチ５５に供給するガス供給装置５７と、所定の電位をプラズマトーチ２３にかける発電装置５３とが接続されている。

磁性粉Ａｍ中のＦｅＳ_{（１−ｘ）}（ｘ＝０〜０．２）などの硫化金属は、焙焼炉２７内で加熱されることによって、硫黄（Ｓ）が熱分解されて硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）となり、鉄などの金属が含まれる残渣Ｒｆが生成され、その残渣Ｒｆを残渣回収部２１で回収することができる。特に、低品位炭としての石炭Ｃ１中には、鉄などの他にインジウムなどの希少金属を含んでいる可能性が高い。従って、本実施形態によれば、石炭Ｃ１中からこれらの金属を効率よく回収することで資源の更なる有効利用が可能になる。

特に本実施形態では、プラズマトーチ５５を熱源として利用することで、燃料燃焼バーナに比べて焙焼炉２７内の酸素濃度を低く抑えることが可能になる。焙焼炉２７内の酸素濃度を薄くすることで、残渣Ｒｆ中の金属、例えば、鉄が下記の式（１）に示されるように再酸化してしまうのを抑止できる。さらに、プラズマトーチ５５を利用することで排ガス量も低減でき、その結果として、排ガスを大気に放出するための処理負担が低減する。

２Ｆｅ＋Ｏ_２＝２ＦｅＯ ・・（１）

また、発電装置５３は、プラズマトーチ５５に電力を供給可能に接続されており、発電した電力のうち、すくなくとも一部をプラズマトーチ５５に供給する。その結果、このボイラ設備１Ｂでは、プラズマトーチ５５を駆動するために、別の発電施設から電力の供給を受ける必要はなく、経済的である。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、硫化物として二硫化鉄、硫化金属としてＦｅＳ_１−ｘ（ｘ＝０〜０．２）を例示して説明したが、鉄以外の金属、例えばコバルト、ガリウム、インジウム、モリブデン、ニッケル、銀またはスズと硫黄との化合物であってもよい。

また、上記第２の実施形態では、キルン回転炉の炉本体にプラズマトーチを取り付ける態様を説明したが、炉本体とは別のチャンバを設け、そのチャンバにプラズマトーチを取り付け、そのプラズマトーチによってチャンバ内で加熱された高温ガスをキルン回転炉の焙焼炉内に供給して焙焼炉内を加熱する態様であってもよい。この態様も、焙焼炉の熱源としてプラズマトーチを用いていることになる。

１，１Ｂ…ボイラ設備（燃焼設備）、５…燃焼塔（燃焼室）、１７…粉体返送ライン（返送ライン）、１９…磁力選別器（磁選手段）、２１…残渣回収部（金属回収部）、２３…排ガス返送ライン、２７…焙焼炉、５５…プラズマトーチ、５３…発電装置（発電手段）、Ａｍ…磁性粉（磁性物）、Ａｎ…非磁性灰（非磁性物）、Ｂａ…灰、Ｃ１…石炭、Ｒｆ…流動床。

Claims (4)

1. 硫化物含有の石炭を燃料とする流動床式の燃焼室を備える燃焼設備において、
   前記燃焼室から排出された灰のうち、磁性物を磁力選別によって分離する磁選手段と、
   前記磁選手段によって前記磁性物を分離された非磁性物を前記燃焼室に返送する返送ラインと、
   前記磁選手段によって分離された磁性物を受け入れる焙焼炉と、
   前記焙焼炉内での前記磁性物の加熱によって生成される金属を回収する金属回収部と、
   前記焙焼炉から排出された燃焼排ガスを前記燃焼室に返送する排ガス返送ラインと、を備えることを特徴とする燃焼設備。
2. 前記焙焼炉の熱源としてプラズマトーチを用いることを特徴とする請求項１記載の燃焼設備。
3. 前記燃焼室で得た熱を利用して発電する発電手段を更に備え、前記発電手段で発電された電力の少なくとも一部は、前記プラズマトーチに供給されることを特徴とする請求項２記載の燃焼設備。
4. 硫化物含有の石炭を燃料とする流動床式の燃焼室を備えた燃焼設備の運転方法において、
   前記燃焼室から排出された灰を引き抜き、前記灰のうち、磁性物を磁力選別によって分離除去し、残りの非磁性物を前記燃焼室に返送し、
   分離された前記磁性物を焙焼炉に受け入れ、
   前記焙焼炉内での前記磁性物の加熱によって生成される金属を回収し、
   前記焙焼炉から排出された燃焼排ガスを前記燃焼室に返送することを特徴とする燃焼設備の運転方法。

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