JP5878408B2

JP5878408B2 - 流動床式ボイラー灰の処理方法

Info

Publication number: JP5878408B2
Application number: JP2012071079A
Authority: JP
Inventors: 吉川　知久; 知久吉川; 鈴木　崇幸; 崇幸鈴木; 齋藤　紳一郎; 紳一郎齋藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2013202432A

Description

本発明は、流動床式ボイラーから排出される灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀を効率よく除去する方法に関する。

石炭火力発電所での燃焼方式には、微粉炭燃焼方式と流動床燃焼方式の２つのタイプがある。現状は微粉炭燃焼方式が主流であるが、近年、低品位炭やバイオマス等も燃料として使用できる循環流動床方式の発電所の建設も進められている。

また、セメント製造設備においても、図２に示すように、循環流動床式ボイラー２２を設置し、燃料の石炭Ｃを、硫黄酸化物を除去するための石灰石Ｌと共にボイラー２２内へ投入して流動させながら燃焼させ、自家発電用の蒸気を発生させている。ボイラー２２の排ガスＧ１は、電気集塵機２３で除塵され、回収されたボイラー灰Ａをセメント原料として利用する。この循環流動床式ボイラー２２は、流動床内の伝熱が効率よく行われるため、８００〜９００℃程度の低温燃焼によりＮＯｘの発生量も少ない。

しかし、上記流動床式ボイラーから排出される灰は、微粉炭焚きボイラーの灰に比較して多量の未燃カーボンを含むため、セメント原料としても、セメント用の混合材としても用途が限定され、その処理が逼迫している。

他方、流動床式ボイラーは、上述のように、脱硫を行うために大量の石灰石を投入するため、灰に生石灰分を多く含み、そのため、セメント混合材として利用することができない。また、現状の設備では、ボイラーの排ガスに含まれる水銀に対応することが困難であるという課題が指摘されている。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、流動床式ボイラー灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀除去も同時に行うことのできる流動床式ボイラー灰の処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、流動床式ボイラー灰の処理方法であって、石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスを除塵してボイラー灰を回収し、該回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとし、除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスに、前記スラリーを添加しながら湿式洗浄し、該湿式洗浄によって得られたスラリーを、浮遊選鉱法によって石膏と、前記流動床式ボイラーの排ガスに含まれる水銀を吸着した未燃炭素を含む灰分とに分離し、該灰分を廃棄することを特徴とする。

そして、本発明によれば、流動床式ボイラーの排ガスからボイラー灰を回収した後の排ガスに、回収したボイラー灰をスラリー化して添加しながら湿式洗浄することで、流動床式ボイラーに投入した石灰分を石膏に転換して回収すると共に、ボイラー灰に含まれる未燃カーボンにより排ガス中の水銀を吸着除去することもできる。この際、流動床式ボイラーで生ずるＳＯ₂の量とバランスする程度の石灰石を流動床式ボイラーに供給することで、過剰のＣａＯがボイラー灰に残存するのを回避することができる。また、水銀を吸着した未燃カーボンを含む灰分を廃棄することで、安全に水銀を埋め立て処分することが可能となる。

上記流動床式ボイラー灰の処理方法において、前記除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスにカルシウム分を添加した後、前記スラリーを添加しながら湿式洗浄することができる。これによって、流動床式ボイラーの排ガスに残存するＳＯ₂を脱硫することができる。

前記浮遊選鉱法によって分離した石膏をセメント用混合材として用いることができる。

以上のように、本発明によれば、流動床式ボイラー灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀除去も同時に行うことのできる流動床式ボイラー灰の処理方法を提供することができる。

本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法を実施するための処理装置の一例を示す全体構成図である。従来の流動床式ボイラー灰の処理方法を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法を実施するための処理装置の一例を示し、この処理装置１は、循環流動床式ボイラー（以下「ボイラー」という）２の排ガスＧ１を集塵する電気集塵機３と、電気集塵機３の排ガスＧ２の保有する熱で湿式スクラバー５の排ガスＧ４を昇温させるガスガスヒータ４と、電気集塵機３で回収したフライアッシュＦＡ（ボイラー灰）のスラリーＳ１を添加しながら排ガスＧ３を洗浄する湿式スクラバー５と、湿式スクラバー５から排出されるスラリーＳ２に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌する撹拌槽６と、撹拌槽６からのスラリーＳ３に剪断力を付与してスラリーＳ３に含まれる石膏の表面を改質する表面改質機７と、表面改質機７からのスラリーＳ４にさらに起泡剤Ｂを加えて気泡を発生させて浮遊選鉱を行う浮選機８と、浮選機８からのフロスＦを固液分離して石膏ＧＹを得るためのフィルタープレス９と、浮選機８からのテールＴを固液分離するろ過分離装置１０等で構成される。

ボイラー２は、石炭火力発電所や自家発電用に設置されるものであって、燃料の石炭Ｃを脱硫用の石灰石Ｌと共にボイラー２内へ投入して流動させながら燃焼させ、蒸気を発生させる。このボイラー２は、燃料への適応性が高く、環境負荷が低いため、バイオマスの直接燃焼にも適する。

電気集塵機３は、ボイラー２からの排ガスＧ１中のフライアッシュＦＡを回収するために備えられる。この電気集塵機３は、後段のガスガスヒータ４で排ガスＧ２から熱回収するため、少なくとも１５０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。電気集塵機３に代えてバグフィルタを用いることもできる。

ガスガスヒータ４は、電気集塵機３から排出された排ガスＧ２によって周囲から取り入れた空気を加熱し、ガスガスヒータ４で加熱された高温空気を湿式スクラバー５の排ガスＧ４の昇温に利用するために備えられる。ガスガスヒータ４に代えて、熱回収器及び再加熱器、ヒートパイプ、ユングストローム（登録商標）式熱交換器（アルストム株式会社製）等を用いることもできる。

湿式スクラバー５は、電気集塵機３で回収したフライアッシュＦＡのスラリーＳ１が有する水分等によって排ガスＧ３を冷却し、排ガスＧ３に含まれる微粉を回収すると共に、排ガスＧ３中に残存するＳＯ₂を湿式スクラバー５の前段で添加したカルシウム分ＣＡや、スラリーＳ１中のＣａ（ＯＨ）₂と反応させて脱硫するために備えられる。

撹拌槽６は、湿式スクラバー５からのスラリーＳ２に捕収剤Ｃｏを添加し、ろ過分離装置１０からのろ液Ｗ’と共に撹拌混合するために備えられる。捕収剤には、浮選機８で石膏をフロスＦ側に回収するため、ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸塩や、オレイン酸ナトリウム等の不飽和脂肪族カルボン酸塩や、ドデシルアミン酢酸塩等のアミン塩類等が用いられる。

表面改質機７は、撹拌槽６からのスラリーＳ３に剪断力を付与することにより、スラリーＳ３中の石膏の表面を改質したり、スラリーＳ３に含まれる粒子を超微細に砕くために設けられる。捕収剤には、浮選機８で石膏をフロスＦ側に回収するため、ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸塩や、オレイン酸ナトリウム等の不飽和脂肪族カルボン酸塩や、ドデシルアミン酢酸塩等のアミン塩類等が用いられる。

浮選機８は、表面改質機７から供給されたスラリーＳ４に起泡剤Ｂを添加して気泡を発生させ、スラリーＳ４に含まれる石膏を気泡に付着させて浮上させ、スラリーＳ４から石膏を分離するために設けられる。浮選機８の上方には、気泡を発生させるための空気を供給する空気供給装置が設けられる。起泡剤Ｂには、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールメチルエーテル、エチレングリコール等が用いられる。

フィルタープレス９は、浮選機８から排出された石膏を含むフロスＦを固液分離するために備えられ、石膏ＧＹをケーク側に回収する。

ろ過分離装置１０は、浮選機８から排出された未燃カーボンを含む灰分を含むテールＴを固液分離するために備えられ、分離されたケークに水銀Ｈｇを吸着した未燃カーボンＵＣを含む灰分が回収される。分離されたろ液Ｗ’は、撹拌槽６等で再利用される。

次に、上記構成を有する流動床式ボイラー灰の処理装置１を用いた本発明に係る処理方法について図１を参照しながら説明する。

ボイラー２に、燃料として石炭Ｃと、脱硫用に適量の石灰石Ｌを供給し、石炭Ｃを流動させながら燃焼させる。これにより、石炭Ｃの燃焼により生じたＳＯ₂が石灰石Ｌより生成されたＣａＯと反応してＣａＳＯ₃として脱硫される。尚、ここで供給される石灰石Ｌは、従来のように過剰に供給するのではなく、石炭Ｃの燃焼により生じたＳＯ₂の量とバランスする程度の量とする。また、石炭Ｃの燃焼により生じたフライアッシュＦＡ中の未燃カーボンに、燃焼ガス中の水銀が吸着される。

ボイラー２の排ガスＧ１を電気集塵機３で除塵し、回収したフライアッシュＦＡに水Ｗを添加してスラリーＳ１とした後、湿式スクラバー５に供給する。一方、電気集塵機３の排ガスＧ２をガスガスヒータ４に導入し、湿式スクラバー５の排ガスＧ４と熱交換して排ガスＧ４を昇温する。ガスガスヒータ４において排ガスＧ２から熱回収することで、湿式スクラバー５における水蒸発量を最小限に抑えることができる。湿式スクラバー５からの排ガスＧ４は、ガスガスヒータ４で昇温した後、排ガスＧ５として大気へ放出される。

ガスガスヒータ４からの排ガスＧ３に、生石灰、消石灰等のカルシウム分ＣＡを添加した後、湿式スクラバー５においてスラリーＳ１と接触させる。これにより、フライアッシュＦＡに含まれていた生石灰が水と反応して生じた消石灰と、新たに添加したカルシウム分ＣＡによって、排ガスＧ３に残存していたＳＯ₂は、下記のように反応して脱硫され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。また、ボイラー２で生成されたＣａＳＯ₃からも石膏が生成される。
ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ → Ｃａ(ＯＨ)₂
ＳＯ₂ ＋Ｃａ(ＯＨ)₂ → ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ → ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ

撹拌槽６において、湿式スクラバー５から排出されるスラリーＳ２に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌し、表面改質機７において、スラリーＳ２及び捕収剤Ｃｏに剪断力を付与すると共に、スラリーＳ３に含まれる粒子を超微細に砕いた後、浮選機８へ供給する。スラリーＳ２及び捕収剤Ｃｏに剪断力を付与するのは、スラリーＳ３中の石膏の表面を改質して浮選浮遊性を向上させるためである。

次に、浮選機８に起泡剤Ｂを添加して浮選操作を行い、浮選機８からのフロスＦをフィルタープレス９で固液分離し、石膏ＧＹを回収してセメント混合材として利用する。一方、浮選機８からのテールＴをろ過分離装置１０で固液分離し、水銀Ｈｇを吸着した未燃カーボンＵＣ等を含む灰分を廃棄する。ろ過分離装置１０で脱水されたろ液Ｗ’は、撹拌槽６に供給して再利用することができる。

尚、上記実施の形態においては、ガスガスヒータ４からの排ガスＧ３に湿式スクラバー５の入口側でカルシウム分ＣＡを添加したが、ボイラー２において石炭Ｃの燃焼により生じたＳＯ₂の量とバランスする石灰石Ｌを供給した場合には、必ずしもカルシウム分ＣＡを添加する必要はない。

また、上記実施の形態においては、循環流動床式ボイラーから排出される灰を有効利用すると共に、該ボイラーから排ガス中の水銀を除去する場合を例にとって説明したが、循環流動床式に限らず他の方式の流動床式ボイラーについても本発明を適用することができる。

１流動床式ボイラー灰の処理装置
２循環流動床式ボイラー
３電気集塵機
４ガスガスヒータ
５湿式スクラバー
６撹拌槽
７表面改質機
８浮選機
９フィルタープレス
１０ろ過分離装置
Ｂ起泡剤
Ｃ石炭
ＣＡカルシウム分
Ｃｏ捕収剤
Ｆフロス
ＦＡフライアッシュ
Ｇ１〜Ｇ５排ガス
ＧＹ石膏
Ｌ石灰石
Ｔテール
ＵＣ未燃カーボン
Ｗ水
Ｗ’ろ液

Claims

石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスを除塵してボイラー灰を回収し、
該回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとし、
除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスに、前記スラリーを添加しながら湿式洗浄し、
該湿式洗浄によって得られたスラリーを、浮遊選鉱法によって石膏と、前記流動床式ボイラーの排ガスに含まれる水銀を吸着した未燃炭素を含む灰分とに分離し、
該灰分を廃棄することを特徴とする流動床式ボイラー灰の処理方法。
前記除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスにカルシウム分を添加した後、前記スラリーを添加しながら湿式洗浄することを特徴とする請求項１に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
前記浮遊選鉱法によって分離した石膏をセメント用混合材として用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。