JP6206618B1 - 石炭火力発電設備 - Google Patents
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Abstract
集塵装置で捕捉することが難しい石炭灰を効率よく捕捉できる石炭火力発電設備を提供すること。石炭火力発電設備１０は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置９０と、排ガス流通穴２１４が排ガスの排気通路５０に沿うように配置され、正に帯電される微粒子吸着層２１０と、微粒子吸着層２１０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置２２０と、を備える。
Description
本発明は、集塵装置を備える石炭火力発電設備に関する。
石炭火力発電設備では、石炭の燃焼に伴い硫黄酸化物が発生するが、大気汚染防止法等により、硫黄酸化物の排出は一定水準以下に抑えることが必要となっている。そこで石炭火力発電設備では、硫黄酸化物を除去する脱硫装置を設置している。この脱硫装置としては、湿式脱硫装置が一般的に用いられている。すなわち、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させ、その後脱水処理することで脱硫を実現している。
この脱水処理において発生する排水には、微量のホウ素、セレン等の微量物質が含まれる。水質汚濁防止法等により、これらの微量物質の排出は一定水準以下に抑える事が必要となっている。そこで、石炭火力発電所では、脱硫装置から発生する排水を処理する排水処理装置が設けられている。しかし、排水中に微量物質が多量に含まれると、排水処理装置の負担が大きくなるため、対策が必要となる。
そのため、排ガス中の微量物質を集塵装置で除去（捕捉）することで排水処理装置の負担を軽減している。また、集塵装置を設けたうえで、集塵装置で捕捉することが難しい微小な煤塵（石炭灰）を除去するために、集塵装置の出口側に湿式スクラバーを設置する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、引用文献１の技術を用いた場合、湿式スクラバーにおいて石炭灰を含む排水が発生し、この排水を処理するために大きなコストがかかってしまう。
本発明は、集塵装置で捕捉することが難しい石炭灰を、大きなコストアップをまねくことなく効率よく捕捉できる石炭火力発電設備を提供することを目的とする。
本発明は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置と、排ガス流通穴が排ガスの排気通路に沿うように配置され、正に帯電される微粒子吸着層と、前記微粒子吸着層の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置と、を備える石炭火力発電設備に関する。
また、前記微粒子吸着層は、前記集塵装置の下流側における排ガスの排気通路に沿うように配置されることが好ましい。
また、前記微粒子吸着層は、セラミックス材料を含むことが好ましい。
本発明によれば、集塵装置で捕捉することが難しい石炭灰を効率よく捕捉できる石炭火力発電設備を提供できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備１０を示す概略構成図である。本実施形態の石炭火力発電設備１０は、図１に示すように、石炭バンカ２０と、給炭機２５と、微粉炭機３０と、ボイラ４０と、ボイラ４０の下流側に設けられた排気通路５０と、この排気通路５０に設けられた脱硝装置６０、空気予熱器７０、熱回収用ガスヒータ８０、電気集塵装置９０、誘引通風機１９０、微粒子吸着層２１０、脱硫装置２２０、再加熱用ガスヒータ２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。
図１は、本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備１０を示す概略構成図である。本実施形態の石炭火力発電設備１０は、図１に示すように、石炭バンカ２０と、給炭機２５と、微粉炭機３０と、ボイラ４０と、ボイラ４０の下流側に設けられた排気通路５０と、この排気通路５０に設けられた脱硝装置６０、空気予熱器７０、熱回収用ガスヒータ８０、電気集塵装置９０、誘引通風機１９０、微粒子吸着層２１０、脱硫装置２２０、再加熱用ガスヒータ２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。
石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機２５は、石炭バンカ２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機３０に供給する。
微粉炭機３０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用いられる。
微粉炭機３０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用いられる。
ボイラ４０は、微粉炭機３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。またボイラ４０には、押込通風機７５から燃焼用空気が送り込まれる。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
石炭灰の主成分は、シリカ（ＳｉＯ２）４０〜７０％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）２０〜４０％であり、他に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、カルシウム（ＣａＯ）、カリウム（Ｋ２Ｏ）、マグネシウム（ＭｇＯ）、ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）等が少量含まれる。
石炭灰の主成分は、シリカ（ＳｉＯ２）４０〜７０％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）２０〜４０％であり、他に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、カルシウム（ＣａＯ）、カリウム（Ｋ２Ｏ）、マグネシウム（ＭｇＯ）、ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）等が少量含まれる。
排気通路５０は、ボイラ４０の下流側に配置され、ボイラ４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路５０には、上述のように、脱硝装置６０、空気予熱器７０、熱回収用ガスヒータ８０、電気集塵装置９０、誘引通風機１９０、微粒子吸着層２１０、脱硫装置２２０と、再加熱用ガスヒータ２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０がこの順で配置される。
排気通路５０を流通する間に、排ガスに含まれる石炭灰は、摩擦力等により負に帯電する。
排気通路５０を流通する間に、排ガスに含まれる石炭灰は、摩擦力等により負に帯電する。
脱硝装置６０は、排ガス中の窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置６０は、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により排ガス中の窒素酸化物を除去する。
空気予熱器７０は、排気通路５０における脱硝装置６０の下流側に配置される。空気予熱器７０は、脱硝装置６０を通過した排ガスと燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。加熱された燃焼用空気は、押込通風機７５によりボイラ４０に供給される。
熱回収用ガスヒータ８０は、排気通路５０における空気予熱器７０の下流側に配置される。熱回収用ガスヒータ８０には、空気予熱器７０において熱回収された排ガスが供給される。熱回収用ガスヒータ８０は、排ガスから更に熱回収する。
電気集塵装置９０は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する。詳細には、電気集塵装置９０は、排気通路５０における熱回収用ガスヒータ８０の下流側に配置される。電気集塵装置９０には、熱回収用ガスヒータ８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集（捕捉）する。電気集塵装置９０において収集（捕捉）されるフライアッシュは、フライアッシュ回収装置１２０に回収される。
電気集塵装置９０によって、フライアッシュが捕捉されるので、電気集塵装置９０の下流側の排気通路５０を流通する排ガスからフライアッシュが除去される。しかし、電気集塵装置９０で捕捉することが難しい石炭灰（例えば、粒径が２０μｍ程度以下となる微小な石炭灰）は、電気集塵装置９０の下流側の排気通路５０を流通する排ガスに含まれる。
電気集塵装置９０の下流側において、排気通路５０は、電気集塵装置９０と脱硫装置２２０とを接続する。排気通路５０における電気集塵装置９０と脱硫装置２２０との間には、誘引通風機１９０と微粒子吸着層２１０とが配置される。排気通路５０は、電気集塵装置９０、誘引通風機１９０、微粒子吸着層２１０、脱硫装置２２０の順で排ガスを流通させる。
誘引通風機１９０は、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置される。誘引通風機１９０は、電気集塵装置９０においてフライアッシュが除去された排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。
微粒子吸着層２１０は、電気集塵装置９０の下流側、且つ脱硫装置２２０の上流側に配置される。図２を用いて微粒子吸着層２１０付近の構成を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る微粒子吸着層２１０付近の構成を示す模式図である。
微粒子吸着層２１０は、排ガス流通穴２１４が電気集塵装置９０の下流側における排ガスの排気通路５０に沿うように配置され、正に帯電される。本実施形態においては、微粒子吸着層２１０は、誘引通風機１９０の下流側において、上向きに延びる排気通路５０の途中に配置される。また、微粒子吸着層２１０は、図２に示すように、ケーシング２１１と、排ガス流通穴２１４が形成されたハニカム構造体２１２と、シール部材２１３と、を備える。
ケーシング２１１は、一端及び他端が開放された角筒状の金属部材により構成される。本実施形態においては、ケーシング２１１は、開放された一端及び他端が排気通路５０に沿うように、つまり、ケーシング２１１の内部を排ガスが流通するように配置される。また、複数のケーシング２１１は排気通路５０を覆うように当接した状態で連結されて配置される。
ハニカム構造体２１２は、長尺状（直方体状）に形成される。また、ハニカム構造体２１２には、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴２１４が形成される。ハニカム構造体２１２は、ケーシング２１１において、排ガス流通穴２１４の延びる方向が排ガスの流路に沿うように配置される。また、ハニカム構造体２１２は、ケーシング２１１を充填するように配置される。そのため、排ガスは、排気通路５０における流通過程において微粒子吸着層２１０（排ガス流通穴２１４）を経由する。
本実施形態においては、ハニカム構造体２１２は、正に帯電される。ハニカム構造体２１２を正に帯電させる方法としては、ハニカム構造体２１２に帯電装置を接続し、ハニカム構造体２１２に荷電する方法等が挙げられ、ハニカム構造体２１２自体が高い誘電率（電荷を蓄える能力）を有する物質（例えばプラスティック、セラミックや絶縁体の金属）等であってもよい。
本実施形態においては、ハニカム構造体２１２は、正に帯電される。ハニカム構造体２１２を正に帯電させる方法としては、ハニカム構造体２１２に帯電装置を接続し、ハニカム構造体２１２に荷電する方法等が挙げられ、ハニカム構造体２１２自体が高い誘電率（電荷を蓄える能力）を有する物質（例えばプラスティック、セラミックや絶縁体の金属）等であってもよい。
上述の通り排気通路５０を流通する排ガスに含まれる石炭灰は、負に帯電している。電気集塵装置９０で捕捉することが難しい微小な石炭灰も同様に負に帯電している。そのため、正に帯電された微粒子吸着層２１０は、クーロン力により負に帯電した石炭灰（電気集塵装置９０で捕捉することが難しい石炭灰）を吸着する。つまり、負に帯電した石炭灰は、正に帯電された微粒子吸着層２１０によって捕捉される。
効率よく負に帯電した石炭灰を捕捉するために、排ガス流通穴２１４の長さ（奥行き）は、５０ｍｍ以上であることが好ましく、１００ｍｍ以上であることがより好ましい。
シール部材２１３は、短手方向に隣り合って配置されるハニカム構造体２１２の間に配置され、隣り合って配置されるハニカム構造体２１２の間の隙間に排ガスが流入することを防ぐ。シール部材２１３は、ハニカム構造体２１２の長手方向の一端側及び他端側の所定の長さの部分に巻きつけられている。
本実施形態においては、微粒子吸着層２１０は、セラミックス材料を含む。詳細には、ハニカム構造体２１２及びシール部材２１３はセラミックス材料により形成される。より詳細には、ハニカム構造体２１２は、多孔質のセラミックス材料（例えば、酸化チタンや酸化ジルコニウム等）からなる。ハニカム構造体２１２は、多孔質のセラミックス材料を押出成形することで形成される。また、シール部材２１３は、アルミナやシリカを主成分とした無機繊維及びバインダを混合して構成したセラミックスペーパからなる。
脱硫装置２２０は、微粒子吸着層２１０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する。詳細には、脱硫装置２２０は、排気通路５０における誘引通風機１９０の下流側に配置される。脱硫装置２２０には、誘引通風機１９０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置２２０は、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏スラリーを生成させ、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。
再加熱用ガスヒータ２３０は、排気通路５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。再加熱用ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。再加熱用ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。熱回収用ガスヒータ８０及び再加熱用ガスヒータ２３０は、排気通路５０における、空気予熱器７０と電気集塵装置９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスヒータとして構成してもよい。
脱硫通風機２４０は、排気通路５０における再加熱用ガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、再加熱用ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。
煙突２５０は、排気通路５０における脱硫通風機２４０の下流側に配置される。煙突２５０には、再加熱用ガスヒータ２３０で加熱された排ガスが導入される。煙突２５０は、排ガスを排出する。
以上、説明したように構成された本実施形態の石炭火力発電設備１０は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する電気集塵装置９０と、排ガス流通穴２１４が排ガスの排気通路５０に沿うように配置され、正に帯電される微粒子吸着層２１０と、微粒子吸着層２１０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置２２０とを備える。
そのため、電気集塵装置９０で捕捉することが難しい微小な石炭灰（負に帯電した石炭灰）は、正に帯電された微粒子吸着層２１０によって捕捉される。これにより、集塵装置で捕捉することが難しい微小な石炭灰を効率よく捕捉できる。
そのため、電気集塵装置９０で捕捉することが難しい微小な石炭灰（負に帯電した石炭灰）は、正に帯電された微粒子吸着層２１０によって捕捉される。これにより、集塵装置で捕捉することが難しい微小な石炭灰を効率よく捕捉できる。
また、微粒子吸着層２１０は、電気集塵装置９０の下流側における排ガスの排気通路５０に沿うように配置される。
そのため、微粒子吸着層２１０には、電気集塵装置９０において大部分の石炭灰が補足された後の排ガスが流通するため、微粒子吸着層２１０が汚れにくく、微粒子吸着層２１０を長寿命化できる。また、微粒子吸着層２１０における微小な石炭灰の補足効率をより向上させられる。
そのため、微粒子吸着層２１０には、電気集塵装置９０において大部分の石炭灰が補足された後の排ガスが流通するため、微粒子吸着層２１０が汚れにくく、微粒子吸着層２１０を長寿命化できる。また、微粒子吸着層２１０における微小な石炭灰の補足効率をより向上させられる。
また、微粒子吸着層２１０は、セラミックス材料を含む。そのため、微粒子吸着層２１０は、耐熱性、耐食性を有する。これにより、微粒子吸着層を長期間にわたって使用できる。また、微粒子吸着層２１０を多孔質のハニカム構造体２１２を含んで構成することで、吸着された微小な石炭灰が脱落することを防げる。
また、微粒子吸着層２１０は、上向きに延びる排気通路５０の途中に配置される。そのため、仮に微粒子吸着層２１０で捕捉した石炭灰が重力により自然落下することがあっても、微粒子吸着層２１０よりも下流に捕捉した石炭灰は流出しない。これにより、微粒子吸着層２１０で捕捉した石炭灰が下流に流出することを防止できる。
以上、本発明の石炭火力発電設備１０の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、微粒子吸着層２１０は、セラミックス材料を含むと説明したが、微粒子吸着層２１０に含まれる材料はセラミックス材料に限定されない。微粒子吸着層２１０は、絶縁性のゴム材料を含んでもよく、導電性の金属材料を含んでもよい。また、微粒子吸着層２１０は、セラミックス材料を含まなくてもよい。
また、微粒子吸着層２１０は、排気通路５０における電気集塵装置９０と脱硫装置２２０との間に配置されていればよく、上向きに延びる排気通路５０の途中に配置されなくてもよい。また、微粒子吸着層２１０は、誘引通風機１９０の上流側に配置されてもよい。
また、本実施形態では、微粒子吸着層２１０を、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置したが、これに限らない。すなわち、微粒子吸着層を、電気集塵装置の上流側に配置してもよく、また、微粒子吸着層を、電気集塵装置の上流側及び下流側の２箇所に配置してもよい。
１０ 石炭火力発電設備
５０ 排気通路
９０ 電気集塵装置（集塵装置）
２１０ 微粒子吸着層
２１４ 排ガス流通穴
２２０ 脱硫装置
５０ 排気通路
９０ 電気集塵装置（集塵装置）
２１０ 微粒子吸着層
２１４ 排ガス流通穴
２２０ 脱硫装置
Claims (3)
- 石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置と、
複数の排ガス流通穴が形成され、正に帯電されるハニカム構造体を備え、前記排ガス流通穴が排ガスの排気通路に沿うように配置される微粒子吸着層と、
前記微粒子吸着層の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置と、
を備え、
前記ハニカム構造体は、絶縁体である石炭火力発電設備。 - 前記微粒子吸着層は、前記集塵装置の下流側における排ガスの排気通路に沿うように配置される請求項１に記載の石炭火力発電設備。
- 前記微粒子吸着層は、セラミックス材料を含む、請求項１又は２に記載の石炭火力発電設備。
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