JP6206197B2 - 石炭灰処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば石炭火力発電設備におけるボイラ火炉で石炭を燃焼した際に生じる石炭灰、特にフライアッシュを回収する設備で、フライアッシュから数mm〜十数mm程度のポーラス状の灰の塊を分離する装置に関するものである。以下、数mm〜十数mm程度のポーラス状の灰の塊を、ポップコーンアッシュという。

一般に、石炭火力発電設備のボイラ火炉で石炭を燃焼した際に生じるフライアッシュは、回収した後にセメント原料や住宅建材用原料として活用されている。このフライアッシュには、石炭の性質やボイラ火炉の運転条件により、ポップコーンアッシュが混入することが知られている。フライアッシュにポップコーンアッシュが混入すると、フライアッシュの品質や活用先の設備に悪影響を及ぼすため、フライアッシュを回収する前にポップコーンアッシュを分離することが課題となる。

フライアッシュからポップコーンアッシュを分離する方法として、サイクロン等の分級装置による分離が考えられる。

しかしながら、分級装置は高価であることに加えて動力源を必要とするため、ランニングコストが過大となる傾向がある。また、フライアッシュ総量に対するポップコーンアッシュの質量含有率が約0.001％と非常に微量であるため、分級装置による分離は費用対効果の観点から合理的でない。

一方、分級装置を使用しないで、石炭灰中から異物を分離する方法としては、例えば以下の技術が開示されている。

特許文献１では、ボイラ火炉から排出されたフライアッシュを回収して一旦貯灰する回収原粉サイロと圧力輸送機を繋ぐ石炭灰輸送管に、フライアッシュに混入した異物を捕捉する網目状の篩部を有するストレーナを設置して前記異物を分離する設備が開示されている。

また、特許文献２では、排ガス管内に残っていた残留異物の排ガスタービンへの導入を防止するため、流動層ボイラ本体と排ガスタービンを繋ぐ排ガス管に網目状の分離部を有するストレーナを設置して前記残留異物を分離する設備が開示されている。

しかしながら、前記特許文献１，２に記載の設備を、本願発明で対象としているポップコーンアッシュの分離に適用する場合には、以下の問題がある。

すなわち、特許文献１に記載の設備が対象とする前記異物は、ボイラの空気予熱器のエレメントの破片や番線等の工事残材等である。また、特許文献２に記載の設備が対象とする前記異物は、排ガス管内に掃除しきれずに残っていた金属等の残留異物である。そして、これら特許文献１，２で対象とする異物は常時発生するものではない。

これに対して、本願発明で対象としているポップコーンアッシュは数mm〜十数mm程度の大きさであり、常時発生するものである。従って、このような大きさの、常時発生するポップコーンアッシュを、ポップコーンアッシュの大きさより小さくした網目状の分離部で捕捉する場合は、分離部の目詰まりが懸念される。

以上の点から、特許文献１，２に記載の設備を、ポップコーンアッシュの分離に適用することは難しい。

加えて、特許文献２に記載の設備は、ストレーナの設置場所が流動層ボイラ本体と排ガスタービンを繋ぐ排ガス管内である。従って、流動層ボイラ本体で生成されたポップコーンアッシュはストレーナを経由せずに貯灰サイロに移送されるので、ポップコーンアッシュを分離することができない。

また、ボイラ出口から排出されるポップコーンアッシュは約４００℃の高温である。従って、フライアッシュ搬出配管の排出口より上流側の離れた位置でポップコーンアッシュを分離する場合、清掃作業時に火傷防止対策等の安全対策が必要となる。また、トラブル発生時には、点検前に常温まで温度を下げる必要があり、復旧までに時間を要する。

特開２０１０−１７３８０３号公報 特開平９−１９５７１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、特許文献１，２のように網目状の分離部を有するストレーナを使用してポップコーンアッシュを分離する場合は分離部の目詰まりが懸念されるという点である。

また、特許文献２に記載の設備のように、流動層ボイラ本体と排ガスタービンを繋ぐ排ガス管にストレーナを設置する場合、ポップコーンアッシュを分離することができないという点である。

さらに、フライアッシュ搬出配管の排出口より上流側の離れた位置でポップコーンアッシュを分離する場合、清掃作業時における安全対策が必要となり、閉塞等のトラブル発生時には復旧までに時間を要するという点である。

本発明の石炭灰処理装置は、フライアッシュからポップコーンアッシュを分離する際、目詰まりが発生し難く、清掃作業時に過大な安全対策が必要とならず、トラブル発生時にも復旧までに時間を要することがないようにすること目的としたものである。

そして、前記目的を達成するために、本発明の石炭灰処理装置は、
ボイラ設備と、このボイラ設備での燃焼ガスを煙突に導く煙道と、この煙道の途中に設けられた排煙処理装置を有する石炭火力発電設備の、前記ボイラ設備のボイラ火炉で石炭を燃焼した時に発生するフライアッシュを保管する貯灰サイロ、並びに当該貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管を有する石炭灰処理装置において、
前記貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管に、前記フライアッシュに含まれたポップコーンアッシュを分離するストレーナを設置し、
このストレーナの前記ポップコーンアッシュの分離部を、フライアッシュの搬出方向にスリットを形成したものとし、前記ポップコーンアッシュの安息角以上、フライアッシュの搬送方向に傾斜させて配置したことを最も主要な特徴としている。

本発明では、フライアッシュの搬出方向にスリットを形成した分離部を有するストレーナを設置するので、スリットでのポップコーンアッシュの引っ掛かりを防止でき、網目状の分離部を使用する場合に比べて分離部でのポップコーンアッシュの目詰まりを抑制することができる。

また、ボイラ設備から離れた、貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管にストレーナを設置するので、高温域でのポップコーンアッシュの分離を回避でき、高温仕様の分離装置が不要である。また、トラブル発生時にも常温まで温度を低下させる必要がなく、復旧までの時間を短縮できる。

また、ストレーナの分離部を、ポップコーンアッシュの安息角以上、フライアッシュの搬送方向に傾斜させて配置するので、前記分離部で分離されたポップコーンアッシュが自重で分離部の最下部まで落下する。その結果、分離された場所でのポップコーンアッシュの堆積を防止でき、ストレーナの分離部でのポップコーンアッシュの堆積及び堆積に伴う閉塞を抑制できる。

本発明において、ストレーナにおける分離部の表面積を、ストレーナへの流入部における流路の横断面積よりも大きくした場合は、一定時間内でのポップコーンアッシュの分離量が増加してフライアッシュの回収能力が向上する。

また、本発明において、ストレーナの分離部におけるフライアッシュの搬送方向の長さを、搬送方向と同一平面内で直交する方向の長さよりも長くするので、ポップコーンアッシュが自重で分離部の最下部まで落下して堆積しても、所定の回収能力を維持できる。

また、本発明において、ストレーナを、灰運搬船或いは灰運搬車への排出系統に設けられた貯灰サイロの出側のフライアッシュ抜出に供する開閉弁の出側に設置すれば、ストレーナを清掃する時にフライアッシュの抜出量が少なくなって、作業が容易になる。

本発明によれば、ポップコーンアッシュが含まれないフライアッシュを安定して回収できるので、セメント原料や住宅建材用原料等の製品として活用する際に、活用先の設備や製品品質への悪影響を回避することができる。

石炭火力発電設備に設けた本発明の石炭灰処理装置の一実施例を示した概略系統図である。 図１の要部を拡大して示した他の実施例の概略図である。 本発明の石炭灰処理装置を構成するストレーナの一例を示した図で、（ａ）は全体構成を示した概略図、（ｂ）は分離部の一例を示した平面図、（ｃ）は（ｂ）の要部斜視図である。

本発明は、清掃作業時に過大な安全対策が必要とならず、トラブル発生時にも復旧までに時間を要することなく、フライアッシュからポップコーンアッシュを分離する石炭灰処理装置を提供することを目的としたものである。

そして、前記目的を、貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管に、フライアッシュの搬出方向にスリットを形成した分離部を有するストレーナを設置することで実現した。

以下、本発明の石炭灰処理装置の実施例を、添付図面を用いて説明する。
１は、ボイラ設備２を構成するボイラ火炉２ａで石炭を燃焼し、給水ポンプ３で送られてくる水を蒸発させることで蒸気タービン４を稼働し、発電する石炭火力発電設備である。

図１は、石炭バンカー５内の石炭を、給炭機６を介して供給した微粉炭機７で微粉炭に粉砕した後バーナ８に送り、押込み通風機２０ａによって送り込まれる、空気予熱器９で予熱された空気と共に噴出させてボイラ火炉２ａ内で燃焼する方式の石炭火力発電設備１を示している。

前記ボイラ火炉２ａでの微粉炭の燃焼に伴って発生するNOx、ばいじん及びSOxは、ボイラ設備２と煙突１１を繋ぐ煙道１２に設置された排煙処理装置である、排煙脱硝装置１３、電気集塵機１４、排煙脱硫装置１５で除去され、クリーンになった排ガスが煙突１１から排出される。

一方、前記ボイラ火炉２ａで燃焼した微粉炭は石炭灰となり、その粒子がくっつきあってたくさんの孔のあいた塊となったものは、ボイラ火炉２ａの底部に設置した水槽１６に落下して急冷され、灰処理設備１７で砂状に砕かれてクリンカアッシュとなる。

また、燃焼ガス中を浮遊する粒子は、過熱器２ｂ、再熱器２ｃを経て、煙道１２内を誘引通風機２０ｂによって電気集塵機１４まで搬送される間に、節炭器１８、排煙脱硝装置１３、ガス・ガス・ヒータ（ＧＧＨ）１９、電気集塵機１４にて回収される。これを、一般的に、フライアッシュと呼んでいる。

この回収されたフライアッシュ中には、節炭器１８の下部ホッパー１８ａ、排煙脱硝装置１３、ＧＧＨ１９及び電気集塵機１４のうちの一か所以上で発生するポップコーンアッシュが混入している。

本発明の石炭灰処理装置１０は、この石炭火力発電設備１で回収するフライアッシュに混入したポップコーンアッシュの分離に適用するものである。

前記ポップコーンアッシュが混入したフライアッシュは、気流輸送により配管２１ａを通って貯灰サイロ２２まで搬送され、貯灰サイロ２２で一旦貯えられる。

貯灰サイロ２２に一旦貯えられたフライアッシュは、貯灰サイロ２２の出側の排出配管２１ｂ中に設けた開閉弁２３を開いて排出する際、前記開閉弁２３の下流に設置したストレーナ２４でフライアッシュからポップコーンアッシュが分離される。

ストレーナ２４でポップコーンアッシュと分離されたフライアッシュは、例えば、図１に示すように灰運搬船２５ａにより、或いは、図２に示すように灰運搬車２５ｂにより搬送される。

図１中の２６は蒸気タービン４を回転することによって発電する発電機で、発電機２６で発電された電気は変圧器２７を経て変電所に送られる。２８は前記蒸気タービン４を回転させた蒸気を冷却して水に戻した後、給水ポンプ３によって再度ボイラ設備２に送り返す復水器で、この復水器２８は取水口２８ａから取水される海水で冷却される一方、冷却後の海水は放水口２８ｂから放水される。

なお、２９は貯炭場３０に貯炭された石炭を石炭バンカー５に運ぶ運炭設備、３１は排煙脱硫装置１５で回収した石膏、３２はこの石膏３１を回収するために使用する石灰石を示す。また、３３は復水器２８から送られてくる水をボイラ設備２に送り返す際に加熱する給水加熱器を示す。

上記本発明の石炭灰処理装置１０は、貯灰サイロ２２の出側の排出配管２１ｂにストレーナ２４を配置した構成であるため、ストレーナ２４で分離する際にはフライアッシュに混入したポップコーンアッシュの温度は十分に低下している。従って、フライアッシュとの分離作業に際し、火傷防止対策等の過大な安全対策は不要となる。また、仮にストレーナ２４にトラブルが発生した時にも、常温まで温度を下げる必要がないので、復旧までの時間を短縮できる。

また、本発明の石炭灰処理装置１０は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、分離部２４ａを、ポップコーンアッシュＰが混入したフライアッシュＦの搬出方向にスリットを形成したストレーナ２４を採用している。従って、前記分離部２４ａでポップコーンアッシュＰが引っ掛かり難くなって、分離部を網目状としたストレーナに比べて、前記分離部２４ａでのポップコーンアッシュＰの目詰まりを抑制できる。

このストレーナ２４の分離部２４ａを形成するスリットの幅ｗは、フライアッシュの活用先で要求される製品品質に応じて、例えば３mmや１０mmに設定すればよい。ただし、スリットの幅ｗを小さくし過ぎると、フライアッシュからのポップコーンアッシュの分離速度が遅くなり、目詰まりする懸念があるので、３mm以上に設定することが望ましい。

また、図３に示すように、ストレーナ２４の分離部２４ａの表面積Ｌ×Ｗを、ストレーナ２４への流入部２４ｂにおける流路の横断面積π・ｄ²／４よりも大きくした場合は、一定時間内でのポップコーンアッシュの分離量が増加するので、フライアッシュの回収能力が向上する。

また、ストレーナ２４の分離部２４ａのフライアッシュの搬送方向の傾斜角度αをポップコーンアッシュの安息角以上とした場合は、分離部２４ａで分離されたポップコーンアッシュが自重で分離部２４ａの最下部まで落下する。従って、分離された場所でのポップコーンアッシュの堆積を防止でき、分離部２４ａでのポップコーンアッシュの堆積及び堆積に伴う閉塞を抑制できる。なお、ポップコーンアッシュの堆積及び堆積に伴う閉塞を抑制できる範囲であれば、ストレーナ２４の分離部２４ａを、フライアッシュの搬送方向と同一平面内で直交する方向（幅方向）に傾斜させても良い。

その際、図３（ｂ）に示すように、ストレーナ２４におけるフライアッシュの搬送方向の長さＬを、搬送方向と同一平面内で直交する方向の長さ（幅）Ｗよりも長くした場合は、ポップコーンアッシュが自重で分離部の最下部まで落下して堆積しても、所定の回収能力を維持できる。

また、図１，２に示すように、貯灰サイロ２２の出側のフライアッシュ抜出に供する開閉弁２３の出側近傍にストレーナ２４を設置する場合は、ストレーナ２４の清掃時、フライアッシュの抜出量が少なくなって作業が容易になる。また、トラブル発生時も、復旧に要する時間を短縮できる。

特に、排出配管２１ｂの、灰運搬船２５ａや灰運搬車２５ｂへの排出口から２m以内にストレーナ２４を設置することが、トラブル発生時の復旧までに要する時間を短縮する上では望ましい。

次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例１では、節炭器１８、排煙脱硝装置１３、ＧＧＨ１９及び電気集塵機１４で回収し、貯灰サイロ２２で一旦貯えたフライアッシュを、図２に示すように、灰運搬車２５ｂへ排出する際、灰運搬車２５ｂへの排出口から２ｍの位置にストレーナ２４を設置してポップコーンアッシュを分離した。

設置したストレーナ２４は、分離部２４ａのスリット幅を５mmに設定し、分離部２４ａの大きさは、フライアッシュの搬送方向の長さＬを５２０mm、搬送方向と同一平面内で直交する方向の長さ（幅）Ｗを１６０mm（表面積：83200mm²）とし、流入部２４ｂの流路面積（呼び径１２５Ａ：13437mm²）よりも大きくした。また、分離部２４ａの傾斜αは、ポップコーンアッシュの安息角が約２７°であることから、３０°とした。

上記条件で２０トンのフライアッシュを５分間でストレーナ２４に搬入し、フライアッシュに混入しているポップコーンアッシュを分離したところ、分離部２４ａで閉塞が発生することなく、ポップコーンアッシュを分離してフライアッシュを回収できた。

また、実施例２では、前記貯灰サイロ２２で一旦貯えたフライアッシュを、図１に示すように、灰運搬船２５ａへ排出する際、灰運搬船２５ａへの排出口から２ｍの位置にストレーナ２４を設置してポップコーンアッシュを分離した。

設置したストレーナ２４は、分離部２４ａのスリット幅を５mmに設定し、分離部２４ａの大きさは、フライアッシュの搬送方向の長さＬを６００mm、搬送方向と同一平面内で直交する方向の長さ（幅）Ｗを５００mm（表面積：300000mm²）とし、流入部２４ｂの流路面積（呼び径３００Ａ：72917mm²）よりも大きくした。また、分離部２４ａの傾斜αは、ポップコーンアッシュの安息角以上の４５°とした。

上記条件で２０トンのフライアッシュを５分間でストレーナ２４に搬入し、フライアッシュに混入したポップコーンアッシュを分離した場合も、分離部２４ａで閉塞が発生することなく、ポップコーンアッシュを分離してフライアッシュを回収できた。

本発明は上記した実施例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば図1では石炭の燃焼方式として微粉炭を燃焼する噴流床燃焼方式を示しているが、固定床式、流動床式のボイラ設備でも良い。

また、ボイラ設備の循環方式も、図1に示す貫流式に限らず、自然循環式、強制循環式でも良い。

１ 石炭火力発電設備
２ ボイラ設備
２ａ ボイラ火炉
１０ 石炭灰処理装置
１１ 煙突
１２ 煙道
１３ 排煙脱硝装置
１４ 電気集塵機
１８ 節炭器
１９ ＧＧＨ
２１ａ 配管
２１ｂ 排出配管
２２ 貯灰サイロ
２３ 開閉弁
２４ ストレーナ
２５ａ 灰運搬船
２５ｂ 灰運搬車
Ｆ フライアッシュ
Ｐ ポップコーンアッシュ

Claims (4)

1. ボイラ設備と、このボイラ設備での燃焼ガスを煙突に導く煙道と、この煙道の途中に設けられた排煙処理装置を有する石炭火力発電設備の、前記ボイラ設備のボイラ火炉で石炭を燃焼した時に発生するフライアッシュを保管する貯灰サイロ、並びに当該貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管を有する石炭灰処理装置において、
   前記貯灰サイロからフライアッシュを搬出する配管に、前記石炭灰に含まれたポップコーンアッシュを分離するストレーナを設置し、
   このストレーナの前記ポップコーンアッシュの分離部を、石炭灰の搬出方向にスリットを形成したものとし、前記ポップコーンアッシュの安息角以上、フライアッシュの搬送方向に傾斜させて配置したことを特徴とする石炭灰処理装置。
2. 前記ストレーナにおける前記分離部の表面積が、ストレーナへの流入部における流路の横断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の石炭灰処理装置。
3. 前記ストレーナの分離部は、フライアッシュの搬送方向の長さを、搬送方向と同一平面内で直交する方向の長さよりも長くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭灰処理装置。
4. 前記ストレーナは、灰運搬船或いは灰運搬車への排出系統に設けられた貯灰サイロの出側のフライアッシュ抜出に供する開閉弁の出側に設置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の石炭灰処理装置。

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