JP6304459B1 - スラッギング抑制方法及び石炭火力発電システム - Google Patents
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Abstract
石炭灰からの微量元素の溶出を抑制しつつ、燃焼ボイラ内におけるスラッギングの発生を抑制できるスラッギング抑制方法及び石炭火力発電システムを提供すること。石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機１４１と、微粉炭機１４１で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段に供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラ１６と、を備えた石炭火力発電システムにおけるスラッギング抑制方法であって、燃焼ボイラ１６におけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、燃焼ボイラ１６中、前記微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給する。
Description
本発明は、スラッギング抑制方法及び石炭火力発電システムに関する。
発電所等の燃焼ボイラにおいて、石灰石等のカルシウム含有物を溶出抑制剤として石炭に添加することにより、石炭に含まれるフッ素、ホウ素、セレン、ヒ素、六価クロム等の微量元素（以下、「微量元素」ともいう）を燃焼残渣である石炭灰から溶出しにくくする微量元素の溶出抑制方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
燃焼ボイラにカルシウム含有物からなる溶出抑制剤を投入すると、石炭灰の溶融温度（以下、「灰融点」ともいう）が低くなるため、燃焼ボイラ内においてスラッギングが発生しやすくなる。
従って、本発明は、石炭灰からの微量元素の溶出を抑制しつつ、燃焼ボイラ内におけるスラッギングの発生を抑制できるスラッギング抑制方法及び石炭火力発電システムを提供することを目的とする。
（１）石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段に供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおけるスラッギング抑制方法であって、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記二次空気と共に前記燃焼ボイラに供給することにより、前記燃焼ボイラ中、前記微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給するスラッギング抑制方法。
（２）前記スラッギング抑制剤は、アルカリ土類金属の化合物を含む、（１）に記載のスラッギング抑制方法。
（３）前記スラッギング抑制剤は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む、（１）又は（２）に記載のスラッギング抑制方法。
（４）前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に供給する、（１）〜（３）のいずれかに記載のスラッギング抑制方法。
（５）前記スラッギング抑制剤を、間欠的に所定の時間間隔で供給する、（１）〜（４）のいずれか１に記載のスラッギング抑制方法。
（６）前記スラッギング抑制剤を、連続的に供給する、（１）〜（４）のいずれか１に記載のスラッギング抑制方法。
（７）石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段で供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記二次空気と共に前記燃焼ボイラに供給することにより、前記燃焼ボイラ中、前記微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給するスラッギング抑制剤供給部を備える石炭火力発電システム。
（８）前記スラッギング抑制剤は、アルカリ土類金属の化合物を含む、（７）に記載の石炭火力発電システム。
（９）前記スラッギング抑制剤は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む、（７）又は（８）に記載の石炭火力発電システム。
（１０）前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に供給する、（７）〜（９）のいずれかに記載の石炭火力発電システム。
（１１）前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、間欠的に所定の時間間隔で供給する、（７）〜（１０）のいずれかに記載の石炭火力発電システム。
（１２）前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、連続的に供給する、（７）〜（１０）のいずれかに記載の石炭火力発電システム。
（１３）前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に設けられたガス再循環通風機の下流側に供給する、（７）〜（１２）のいずれかに記載の石炭火力発電システム。
本発明によれば、石炭灰からの微量元素の溶出を抑制しつつ、燃焼ボイラ内におけるスラッギングの発生を抑制できる。
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。なお、本明細書に添付した図面では、各部の形状、配置等を模式的に示している。
＜Ａ：石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設１の構成＞
図１は、石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設１を示す概略構成図である。
石炭火力発電システムは、図１に示す微粉炭燃焼施設１のほか、不図示の蒸気タービン、発電機等を備える。後述する微粉炭燃焼部１６において、微粉炭の燃焼時に発生した熱は、蒸気に変換される。この蒸気により蒸気タービンが回されることにより、発電機で発電が行われる。微粉炭燃焼部１６において、微粉炭の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等は、後段の脱硝装置１８１、集塵機１８２及び脱硫装置（不図示）で除去され、煙突から排出される。
図１は、石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設１を示す概略構成図である。
石炭火力発電システムは、図１に示す微粉炭燃焼施設１のほか、不図示の蒸気タービン、発電機等を備える。後述する微粉炭燃焼部１６において、微粉炭の燃焼時に発生した熱は、蒸気に変換される。この蒸気により蒸気タービンが回されることにより、発電機で発電が行われる。微粉炭燃焼部１６において、微粉炭の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等は、後段の脱硝装置１８１、集塵機１８２及び脱硫装置（不図示）で除去され、煙突から排出される。
図１に示すように、微粉炭燃焼施設１は、石炭供給部１２と、微粉炭生成部１４と、微粉炭燃焼部（燃焼ボイラ）１６と、石炭灰処理部１８と、スラッギング抑制剤供給部２０と、を備える。
石炭供給部１２は、微粉炭生成部１４へ石炭を供給する。微粉炭生成部１４は、石炭供給部１２から供給された石炭を微粉炭にする。微粉炭燃焼部１６は、微粉炭を燃焼させる。石炭灰処理部１８は、微粉炭の燃焼により生成された石炭灰を処理する。スラッギング抑制剤供給部２０は、スラッギング抑制剤を微粉炭燃焼部１６へ供給する。
＜Ａ−１：石炭供給部１２＞
石炭供給部１２は、石炭バンカ１２１と、給炭機１２２と、を備える。石炭バンカ１２１は、給炭機１２２へ供給する石炭を貯蔵する。給炭機１２２は、石炭バンカ１２１から供給された石炭を連続して微粉炭機１４１（後述）へ供給する。給炭機１２２は、石炭の供給量を調整する装置（不図示）を備える。給炭機１２２は、微粉炭機１４１に供給される石炭量を調整できる。また、石炭供給部１２は、石炭バンカ１２１と給炭機１２２との境界に石炭ゲート（不図示）を備える。この石炭ゲートは、給炭機１２２からの空気が石炭バンカ１２１へ流入することを防止する。
石炭供給部１２は、石炭バンカ１２１と、給炭機１２２と、を備える。石炭バンカ１２１は、給炭機１２２へ供給する石炭を貯蔵する。給炭機１２２は、石炭バンカ１２１から供給された石炭を連続して微粉炭機１４１（後述）へ供給する。給炭機１２２は、石炭の供給量を調整する装置（不図示）を備える。給炭機１２２は、微粉炭機１４１に供給される石炭量を調整できる。また、石炭供給部１２は、石炭バンカ１２１と給炭機１２２との境界に石炭ゲート（不図示）を備える。この石炭ゲートは、給炭機１２２からの空気が石炭バンカ１２１へ流入することを防止する。
＜Ａ−２：微粉炭生成部１４＞
微粉炭生成部１４は、微粉炭機（ミル）１４１と、微粉炭機１４１に空気を供給する空気供給機１４２と、を備える。
微粉炭生成部１４は、微粉炭機（ミル）１４１と、微粉炭機１４１に空気を供給する空気供給機１４２と、を備える。
微粉炭機１４１は、給炭機１２２から給炭管を介して供給された石炭を、微細な粒度に粉砕して微粉炭を製造する。また、微粉炭機１４１は、微粉炭と、空気供給機１４２から供給された空気とを混合する。微粉炭は、空気との混合により、予熱及び乾燥されるため、火炉１６１（後述）において容易に燃焼する。微粉炭は、エアーの吹き付けにより、微粉炭燃焼部１６へ供給される。
微粉炭機１４１の種類としては、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挙げられるが、これらに限定されるものではなく微粉炭燃焼で用いられるミルであればよい。
＜Ａ−３：微粉炭燃焼部１６＞
微粉炭燃焼部１６は、火炉１６１と、加熱機１６２（熱交換ユニット）と、空気供給機１６３と、を備える。
微粉炭燃焼部１６は、火炉１６１と、加熱機１６２（熱交換ユニット）と、空気供給機１６３と、を備える。
火炉１６１は、微粉炭機１４１から供給された微粉炭を、空気供給機１６３から供給された空気及び排ガスと共に燃焼させる。加熱機１６２（熱交換ユニット）は、火炉１６１に送られる空気と排ガスとの間で熱交換を行い、空気を予熱する。空気供給機１６３は、火炉１６１に燃焼用の空気（一次空気及び二次空気）を供給する。
なお、火炉１６１において微粉炭を燃焼させると、石炭灰（石炭の燃焼残渣）が生成される。石炭灰の生成により、前述したスラッギング及びファウリングと呼ばれる現象が発生する。スラッギングは、溶融した灰粒子がバーナ付近、ボイラ吊下げ管、炉壁、水冷壁管等に付着、堆積する現象であり、ガス流路の閉鎖等の問題を引き起こす。また、ファウリングは、蒸気となった硫酸化合物が伝熱管の表面に付着し、その上に燃焼灰の付着層が形成される現象であり、伝熱管の腐食等の問題を引き起こす。スラッギング及びファウリングは、灰融点が低くなると発生しやすくなる。
微粉炭燃焼部１６は、後述するように、微粉炭を完全燃焼させるのに必要な空気を、バーナ６１とバーナの上部に設けられた空気供給口６２の２箇所に分けて供給する、いわゆる二段燃焼方式で構成されている。バーナ６１には、微粉炭が一次空気及び排ガスと共に供給される。空気供給口６２には、二次空気が排ガスと共に供給される。なお、バーナ６１及び空気供給口６２に供給される排ガスは、微粉炭燃焼部１６から排出された排ガスの一部を再循環させたものである。
微粉炭燃焼部１６において、バーナ６１に供給される空気（酸素）が多いと、燃焼温度が高くなり、石炭灰と共に窒素酸化物（ＮＯｘ）が大量に発生する。そのため、バーナ６１に供給する一次空気及び排ガスの配分量を調整して、酸素不足の状態で微粉炭を燃焼させることにより、窒素酸化物の発生を抑制できる。また、空気供給口６２に供給する二次空気及び排ガスの配分量を調整して、酸素を増やすことにより、空気供給口６２から火炉出口までの間で燃焼反応をより促進させることができる。
先に説明したように、火炉１６１において微粉炭を燃焼させると、石炭灰が生成される。また、石炭灰と共に、二酸化硫黄（ＳＯ２）、三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排ガスが発生する。これら石炭灰及び排ガスは、石炭灰処理部１８に排出される。
＜Ａ−４：石炭灰処理部１８＞
石炭灰処理部１８は、脱硝装置１８１と、集塵機１８２と、石炭灰回収サイロ１８３と、を備える。
石炭灰処理部１８は、脱硝装置１８１と、集塵機１８２と、石炭灰回収サイロ１８３と、を備える。
脱硝装置１８１は、微粉炭燃焼部１６から排出された排ガス中の窒素酸化物を除去する。脱硝装置１８１としては、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が好適に用いられる。
集塵機１８２は、排ガス中の石炭灰（煤塵）を電極で収集する。集塵機１８２は、複数段設けられていることが好ましい。集塵機１８２により捕集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ１８３において一時貯蔵される。石炭灰が除去された排ガスは、脱硫装置（不図示）で硫黄酸化物が除去された後、煙突から排出される。
石炭灰回収サイロ１８３は、集塵機１８２により捕集された石炭灰を一時貯蔵する。
石炭灰回収サイロ１８３は、集塵機１８２により捕集された石炭灰を一時貯蔵する。
＜Ａ−５：スラッギング抑制剤供給部２０＞
スラッギング抑制剤供給部２０は、微粉炭燃焼部１６にスラッギング抑制剤を供給する。本実施形態において、スラッギング抑制剤供給部２０は、スラッギング抑制剤を火炉１６１の８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給する。なお、本明細書において、「石炭灰融点温度」とは、石炭の炭種によって異なるが、一般的に１２２０℃から１６００℃までの間の温度である。すなわち、本発明において、通常、スラッギング抑制剤を供給する領域は、石炭の炭種により、最も狭い場合で、火炉１６１の８２５℃から１２２０℃までの領域、最も広い場合で、火炉１６１の８２５℃から１６００℃までの領域となる。スラッギング抑制剤を供給する位置については後述する。
スラッギング抑制剤供給部２０は、微粉炭燃焼部１６にスラッギング抑制剤を供給する。本実施形態において、スラッギング抑制剤供給部２０は、スラッギング抑制剤を火炉１６１の８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給する。なお、本明細書において、「石炭灰融点温度」とは、石炭の炭種によって異なるが、一般的に１２２０℃から１６００℃までの間の温度である。すなわち、本発明において、通常、スラッギング抑制剤を供給する領域は、石炭の炭種により、最も狭い場合で、火炉１６１の８２５℃から１２２０℃までの領域、最も広い場合で、火炉１６１の８２５℃から１６００℃までの領域となる。スラッギング抑制剤を供給する位置については後述する。
スラッギング抑制剤は、アルカリ土類金属の化合物であり、例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等のカルシウム含有物である。本実施形態では、スラッギング抑制剤として、石灰石を用いた例について説明する。なお、スラッギング抑制剤は、粒状又は粉末状であることが好ましい。スラッギング抑制剤の粒径は、平均粒径が１０μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜７０μｍであることがより好ましい。
＜Ｂ：本発明に係るスラッギング抑制方法＞
本発明に係るスラッギング抑制方法は、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段に供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおけるスラッギング抑制方法であって、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記燃焼ボイラ中、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給することを特徴とする。以下、本発明に係るスラッギング抑制方法を、上述した微粉炭燃焼施設１を用いて説明する。
本発明に係るスラッギング抑制方法は、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段に供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおけるスラッギング抑制方法であって、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記燃焼ボイラ中、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給することを特徴とする。以下、本発明に係るスラッギング抑制方法を、上述した微粉炭燃焼施設１を用いて説明する。
本発明に係るスラッギング抑制方法は、石炭を供給する石炭供給工程Ｓ１０と、供給された石炭を粉砕して微粉炭を生成する微粉炭生成工程Ｓ２０と、微粉炭を燃焼させる微粉炭燃焼工程Ｓ３０と、微粉炭の燃焼により生成された石炭灰を処理する石炭灰処理工程Ｓ４０と、スラッギング抑制剤を供給するスラッギング抑制剤供給工程Ｓ５０と、を含む。このうち、石炭供給工程Ｓ１０から石炭灰処理工程Ｓ４０までの各工程は、それぞれ微粉炭燃焼施設１の石炭供給部１２、微粉炭生成部１４、微粉炭燃焼部１６、石炭灰処理部１８において行われる。そして、スラッギング抑制剤供給工程Ｓ５０は、上述した微粉炭燃焼工程Ｓ３０で行われる。
＜石炭供給工程Ｓ１０＞
まず、石炭供給工程Ｓ１０では、石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭が、給炭機１２２により、微粉炭機１４１に供給される。なお、この微粉炭機１４１に供給される石炭は、具体的には瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭等であるが、これらの石炭に限定されるものではなく、微粉炭燃焼が行える石炭であればよい。
まず、石炭供給工程Ｓ１０では、石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭が、給炭機１２２により、微粉炭機１４１に供給される。なお、この微粉炭機１４１に供給される石炭は、具体的には瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭等であるが、これらの石炭に限定されるものではなく、微粉炭燃焼が行える石炭であればよい。
＜微粉炭生成工程Ｓ２０＞
次に、微粉炭生成工程では、給炭機１２２から供給された石炭が微粉炭機１４１により粉砕され、微粉炭が製造される。製造された微粉炭は、火炉１６１に供給される。この微粉炭の平均の粒度は、微粉炭燃焼で一般的に用いられる粒径範囲であればよく、一般的には、７４μｍ以下８０ｗｔ％以上の粉砕度である。
次に、微粉炭生成工程では、給炭機１２２から供給された石炭が微粉炭機１４１により粉砕され、微粉炭が製造される。製造された微粉炭は、火炉１６１に供給される。この微粉炭の平均の粒度は、微粉炭燃焼で一般的に用いられる粒径範囲であればよく、一般的には、７４μｍ以下８０ｗｔ％以上の粉砕度である。
＜微粉炭燃焼工程Ｓ３０＞
次に、微粉炭燃焼工程では、微粉炭機１４１で生成された微粉炭が、火炉１６１により燃焼される。微粉炭は、火炉１６１内のバーナゾーン１６１ａ（後述）付近で燃焼するが、このときの炉内温度は１３００℃〜１５００℃に達する。燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に脱硝装置１８１（石炭灰処理部１８）へ送られる。なお、バーナゾーン１６１ａの上部付近における炉内温度は、８２５℃から石炭灰融点温度までとなる。
次に、微粉炭燃焼工程では、微粉炭機１４１で生成された微粉炭が、火炉１６１により燃焼される。微粉炭は、火炉１６１内のバーナゾーン１６１ａ（後述）付近で燃焼するが、このときの炉内温度は１３００℃〜１５００℃に達する。燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に脱硝装置１８１（石炭灰処理部１８）へ送られる。なお、バーナゾーン１６１ａの上部付近における炉内温度は、８２５℃から石炭灰融点温度までとなる。
＜石炭灰処理工程Ｓ４０＞
次に、石炭灰処理工程では、微粉炭の燃焼によって発生した排ガスが脱硝装置１８１において脱硝され、更に集塵機１８２によって排ガス中の石炭灰が集塵される。集塵機１８２により捕集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される。また、石炭灰が除去された排ガスは、脱硫装置（不図示）で硫黄酸化物が除去された後、煙突から排出される。
次に、石炭灰処理工程では、微粉炭の燃焼によって発生した排ガスが脱硝装置１８１において脱硝され、更に集塵機１８２によって排ガス中の石炭灰が集塵される。集塵機１８２により捕集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される。また、石炭灰が除去された排ガスは、脱硫装置（不図示）で硫黄酸化物が除去された後、煙突から排出される。
＜スラッギング抑制剤供給工程Ｓ５０＞
本発明の特徴であるスラッギング抑制剤を供給する工程であるスラッギング抑制剤供給工程Ｓ５０は、図１に示すように、微粉炭燃焼工程Ｓ３０で行われる（図１のＳ５１）。以下、微粉炭燃焼工程Ｓ３０で行われるスラッギング抑制剤の供給について説明する。
本発明の特徴であるスラッギング抑制剤を供給する工程であるスラッギング抑制剤供給工程Ｓ５０は、図１に示すように、微粉炭燃焼工程Ｓ３０で行われる（図１のＳ５１）。以下、微粉炭燃焼工程Ｓ３０で行われるスラッギング抑制剤の供給について説明する。
図２は、微粉炭燃焼施設１における火炉１６１とその周辺の構成を示す図である。
図２に示すように、火炉１６１の下方には、バーナ６１が設けられている。バーナ６１には、微粉炭機１４１（図１参照）から供給された微粉炭２００、空気供給機１６３から供給された一次空気２０１及び再循環された排ガス２０３が供給される。微粉炭２００は、火炉１６１において、主にバーナゾーン１６１ａで燃焼する。
図２に示すように、火炉１６１の下方には、バーナ６１が設けられている。バーナ６１には、微粉炭機１４１（図１参照）から供給された微粉炭２００、空気供給機１６３から供給された一次空気２０１及び再循環された排ガス２０３が供給される。微粉炭２００は、火炉１６１において、主にバーナゾーン１６１ａで燃焼する。
バーナ６１の上部には、空気供給口６２が設けられている。空気供給口６２には、空気供給機１６３から供給された二次空気２０２及び再循環された排ガス２０３が供給される。空気供給口６２から二次空気２０２及び排ガス２０３を供給することにより、バーナゾーン１６１ａ付近で未燃焼であった微粉炭の燃焼反応が促進され、微粉炭を完全燃焼させることができる。火炉１６１において、微粉炭の燃焼により生じた排ガス２０３（燃焼ガス）は、石炭灰と共に火炉出口１６１ｂから後段の脱硝装置１８１（石炭灰処理部１８）へ排出される。上述のように、排出された排ガス２０３の一部は再循環され、バーナ６１及び空気供給口６２に供給される。
なお、図示していないが、火炉１６１において、バーナ６１の上部及び火炉出口１６１ｂ付近には、過熱器、再熱器、節炭器等の熱交換ユニットが設けられている。
なお、図示していないが、火炉１６１において、バーナ６１の上部及び火炉出口１６１ｂ付近には、過熱器、再熱器、節炭器等の熱交換ユニットが設けられている。
微粉炭燃焼部１６は、図２に示すように、排ガス２０３の一部を再循環させてバーナ６１及び空気供給口６２に供給するための設備として、ガス再循環通風機６３と、集塵機６４と、排ガス通路１００と、を備える。
ガス再循環通風機６３は、火炉出口１６１ｂから排出された排ガス２０３の一部を取り込み、バーナ６１及び空気供給口６２に送り込む送風ファンである。
集塵機６４は、排ガス２０３に含まれる石炭灰（煤塵）を収集する装置である。集塵機６４として、例えば、機械式の集塵機を用いることができる。
集塵機６４は、排ガス２０３に含まれる石炭灰（煤塵）を収集する装置である。集塵機６４として、例えば、機械式の集塵機を用いることができる。
排ガス通路１００は、火炉出口１６１ｂから排出された排ガス２０３の一部をバーナ６１及び空気供給口６２に導くための送風ダクトである。排ガス通路１００は、第１排ガス通路１１０と、第２排ガス通路１２０と、第３排ガス通路１３０と、を備える。
第１排ガス通路１１０は、排ガス２０３を火炉出口１６１ｂ側から取り出す通路である。第１排ガス通路１１０には、ガス再循環通風機６３及び集塵機６４が接続されている。第１排ガス通路１１０の上流側の端部は、火炉出口１６１ｂ側に接続されている。第１排ガス通路１１０の下流側の端部は、集塵機６４の排ガス入口側に接続されている。
第２排ガス通路１２０は、排ガス２０３をバーナ６１に導く通路である。第２排ガス通路１２０の上流側の端部は、集塵機６４の排ガス出口側に接続されている。第２排ガス通路１２０の下流側の端部は、バーナ６１の排ガス導入部（不図示）に接続されている。
第３排ガス通路１３０は、排ガス２０３を空気供給口６２に導く通路である。第３排ガス通路１３０の上流側の端部は、上述した第２排ガス通路１２０の上流側の端部と共に集塵機６４の排ガス出口側に接続されている。第３排ガス通路１３０の下流側の端部は、空気供給口６２の排ガス導入部（不図示）に接続されている。
第３排ガス通路１３０には、スラッギング抑制剤通路１４０が接続されている。スラッギング抑制剤通路１４０は、スラッギング抑制剤供給部２０から第３排ガス通路１３０にスラッギング抑制剤２０４を供給するための通路である。スラッギング抑制剤２０４は、第３排ガス通路１３０において、集塵機６４と空気供給口６２との間に、間欠的に所定の時間間隔で、所定量以上供給される。このように、第３排ガス通路１３０を含む排ガス通路１００は、排ガス２０３の一部を二次空気２０２と混合させるための流路として機能する。
なお、排ガス通路１００において、第２排ガス通路１２０及び第３排ガス通路１３０の途中に、排ガス２０３を下流側に押し込む送風ファンを設けてもよい。
なお、排ガス通路１００において、第２排ガス通路１２０及び第３排ガス通路１３０の途中に、排ガス２０３を下流側に押し込む送風ファンを設けてもよい。
図２に示すように、火炉出口１６１ｂ側から取り出された排ガス２０３の一部は、第１排ガス通路１１０によりガス再循環通風機６３を通じて集塵機６４に導かれる。そして、排ガス２０３は、集塵機６４の排ガス出口側で第２排ガス通路１２０及び第３排ガス通路１３０に分岐して、バーナ６１及び空気供給口６２にそれぞれ導かれる。バーナ６１に導かれた排ガス２０３は、微粉炭２００及び一次空気２０１と共にバーナ６１から火炉１６１に供給される。また、空気供給口６２に導かれた排ガス２０３は、二次空気２０２及びスラッギング抑制剤２０４と共に空気供給口６２から火炉１６１に供給される。
本実施形態において、例えば空気供給口６２から、スラッギング抑制剤２０４を火炉１６１の８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に投入することにより、スラッギングが抑制されるメカニズムは、以下のようなものと考えられる。
スラッギング抑制剤２０４である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を二次空気２０２と共に火炉１６１に供給すると、スラッギング抑制剤２０４は、空気供給口６２からバーナゾーン１６１ａの上部付近に投入される。この付近の炉内温度は８２５℃から石炭灰融点温度であるため、ＣａＣＯ３は、ＣａＯとＣＯ２とに分解される。分解されたＣａＯは、化合物としての融点は低いが、分解されたＣａＯの融点は２５７０℃程度となるため、バーナゾーン１６１ａに比べて温度の低いバーナゾーン１６１ａの上部付近では、石炭灰と反応しにくくなる。このように、スラッギング抑制剤２０４を空気供給口６２からバーナゾーン１６１ａの上部付近に供給すると、ＣａＯが単独で多く存在することになるため、灰融点が高くなると推測される。
また、スラッギング抑制剤２０４を、間欠的に所定の時間間隔で供給することにより、バーナ付近、ボイラ吊下げ管、炉壁、水冷壁管等に生成するスラッギングは、図３に示されるように、Ｆｅ，Ｃａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｇ等の低融点化合物とＣａＯの塊とのサンドイッチ構造となる。これにより、スラッギングは、低融点化合物とＣａＯの塊との境界面で剥落しやすくなり、スラッギングの巨大化が防止される。
ここで、低融点化合物を生成させやすいとされる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を、適切な場所に添加することで、低融点化合物を生成しない点について説明する。
成分中のカルシウム分が相対的に少ない「Ａ炭」のみを専焼させて生成される灰の灰融点、成分中のカルシウム分が相対的に多い「Ｂ炭」のみを専燃させて生成される灰の灰融点、「Ａ炭」と「Ｂ炭」を混合した「Ａ炭＋Ｂ炭」を燃焼させて生成される灰の灰融点、及び「Ａ炭」を燃焼させると共に、炭酸カルシウムを９５０℃付近に別添加して生成される灰の灰融点を測定した。なお、９５０℃付近に別添加する炭酸カルシウムの量は、「Ａ炭とＢ炭」を燃焼した場合と、灰中のカルシウム換算で同量（ＣａＯ：３．１％）となるように添加した。測定結果を、表１に示す。
表１に示されるように、「Ａ炭」のみを専焼して生成される灰の灰融点は、１３１１〜１３６４℃であった。「Ｂ炭」のみを専焼して生成される灰の灰融点は、１２３４〜１３０１℃であった。「Ａ炭＋Ｂ炭」を燃焼して生成される灰の灰融点は、「Ａ炭」のみを燃焼して生成される灰の灰融点よりも下降し、１２３５〜１３０１℃であった。「Ａ炭」を燃焼させると共に、炭酸カルシウムを９５０℃付近に別添加して生成される灰の灰融点は、「Ａ炭」のみを燃焼して生成される灰の灰融点よりも上昇し、１３２３〜１３８７℃であった。
すなわち、「Ａ炭＋Ｂ炭」を燃焼した場合と、「Ａ炭」を燃焼し、炭酸カルシウムを別添加した場合とでは、灰中のカルシウム量が同量であるにもかかわらず、炭酸カルシウムを９５０℃付近に別添加することにより、灰融点は上昇した。このことから、炭酸カルシウムを９５０℃付近に別に投入すると、灰融点は下がらず低融点化合物を生成しにくい事を確認した。
また、本実施形態において、スラッギング抑制剤２０４を火炉１６１中、微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給することにより、微量元素の溶出が抑制される。そのメカニズムは、以下のようなものと考えられる。
分解されたＣａＯは、石炭灰に含まれる微量元素である酸化セレン、三酸化二ヒ素、酸化ホウ素等と反応して、それぞれ亜セレン酸カルシウム、ヒ酸カルシウム、ホウ酸カルシウム等の難溶性不溶性化合物を生成する。すなわち、微量元素は、ＣａＯにより化学的に捕捉されて難溶性不溶性化合物が生成される。従って、スラッギング抑制剤２０４を火炉１６１中、微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に投入することにより、石炭灰に含まれる微量元素の挙動が制御され、より多くの微量元素の溶出を抑制できる。
分解されたＣａＯは、石炭灰に含まれる微量元素である酸化セレン、三酸化二ヒ素、酸化ホウ素等と反応して、それぞれ亜セレン酸カルシウム、ヒ酸カルシウム、ホウ酸カルシウム等の難溶性不溶性化合物を生成する。すなわち、微量元素は、ＣａＯにより化学的に捕捉されて難溶性不溶性化合物が生成される。従って、スラッギング抑制剤２０４を火炉１６１中、微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に投入することにより、石炭灰に含まれる微量元素の挙動が制御され、より多くの微量元素の溶出を抑制できる。
以上のように、本実施形態の微粉炭燃焼施設１では、スラッギング抑制剤２０４が、火炉１６１中、微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給されるため、石炭灰からの微量元素の溶出を抑制しつつ、スラッギングの発生を抑制できる。更には、微量元素の溶出を抑制することにより、各種法規制を順守することができる。
また、本実施形態の微粉炭燃焼施設１は、従来は困難であった微量元素の含有量が多い石炭種についても微量元素の溶出を十分に抑制できるため、適用可能な炭種を大幅に増やすことができる。これにより、例えば、微量元素の含有量が多い安価な石炭種を使用することにより、燃料費コストの削減を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。実施形態に記載された効果は、本発明により得られる最も好適な効果を列挙したにすぎない。本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。
本実施形態では、スラッギング抑制剤として、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を用いた例について説明したが、これに限定されない。スラッギング抑制剤として、他のアルカリ土類金属の化合物を用いることもできる。
本実施形態では、スラッギング抑制剤を、間欠的に、所定の時間間隔で供給する態様について述べたが、これには限定されず、連続的に供給してもよい。この場合、スラッギングにおいては、図４に示すように、主として低融点化合物からなるスラッギング中の所々に、ＣａＯの島が生成される構成となる。この場合、小さな粒径の球形状となったＣａＯと低融点化合物との間に、境界面が存在することにより、スラッギングは顆粒状に崩れやすい構造となっているため、スラッギングの巨大化を防ぐことが可能となる。
本実施形態では、スラッギング抑制剤を第３排ガス通路１３０に供給する例について説明したが、これに限定されない。スラッギング抑制剤を、火炉１６１中、微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給できれば、スラッギング抑制剤を供給する位置は適宜に選択可能である。例えば、スラッギング抑制剤を、ガス再循環通風機６３と集塵機６４との間（第１排ガス通路１１０）から供給してもよい。
本実施形態では、スラッギング抑制剤を二次空気及び排ガスと共に火炉１６１に供給する構成について説明したが、これに限定されない。また、スラッギング抑制剤は、二次空気を供給する位置から、蒸気、石炭石等と共に火炉１６１に供給してもよい。
１ 微粉炭燃焼施設
１２ 石炭供給部
１４ 微粉炭生成部
１６ 微粉炭燃焼部
１８ 石炭灰処理部
２０ スラッギング抑制剤供給部
１００ 排ガス通路
１１０ 第１排ガス通路
１２０ 第２排ガス通路
１３０ 第３排ガス通路
１４０ スラッギング抑制剤通路
１４１ 微粉炭機
Ｓ１０ 石炭供給工程
Ｓ２０ 微粉炭生成工程
Ｓ３０ 微粉炭燃焼工程
Ｓ４０ 石炭灰処理工程
Ｓ５０ スラッギング抑制剤供給工程
１２ 石炭供給部
１４ 微粉炭生成部
１６ 微粉炭燃焼部
１８ 石炭灰処理部
２０ スラッギング抑制剤供給部
１００ 排ガス通路
１１０ 第１排ガス通路
１２０ 第２排ガス通路
１３０ 第３排ガス通路
１４０ スラッギング抑制剤通路
１４１ 微粉炭機
Ｓ１０ 石炭供給工程
Ｓ２０ 微粉炭生成工程
Ｓ３０ 微粉炭燃焼工程
Ｓ４０ 石炭灰処理工程
Ｓ５０ スラッギング抑制剤供給工程
Claims (13)
- 石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段に供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおけるスラッギング抑制方法であって、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記二次空気と共に前記燃焼ボイラに供給することにより、前記燃焼ボイラ中、前記微粉炭の燃焼箇所よりも後段の、８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給するスラッギング抑制方法。
- 前記スラッギング抑制剤は、アルカリ土類金属の化合物を含む、請求項１に記載のスラッギング抑制方法。
- 前記スラッギング抑制剤は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む、請求項１又は２に記載のスラッギング抑制方法。
- 前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に供給する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラッギング抑制方法。
- 前記スラッギング抑制剤を、間欠的に所定の時間間隔で供給する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラッギング抑制方法。
- 前記スラッギング抑制剤を、連続的に供給する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラッギング抑制方法。
- 石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機で製造された微粉炭を一次空気及び前記一次空気の後段で供給される二次空気により燃焼させる燃焼ボイラと、を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記燃焼ボイラにおけるスラッギングを抑制するスラッギング抑制剤を、前記二次空気と共に前記燃焼ボイラに供給することにより、前記燃焼ボイラ中、前記微粉炭の燃焼箇所よりも後段の８２５℃から石炭灰融点温度までの領域に供給するスラッギング抑制剤供給部を備える石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤は、アルカリ土類金属の化合物を含む、請求項７に記載の石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む、請求項７又は８に記載の石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に供給する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、間欠的に所定の時間間隔で供給する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、連続的に供給する、請求項７〜１０のいずれか１に記載の石炭火力発電システム。
- 前記スラッギング抑制剤供給部は、前記スラッギング抑制剤を、微粉炭の燃焼により発生した排ガスの一部を二次空気と混合させるための流路に設けられたガス再循環通風機の下流側に供給する、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の石炭火力発電システム。
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