JP2009074771A - 石炭火力発電システム及び六価クロム溶出低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多額の設備投資が不要で、かつ、薬剤を使用せずに石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制することが可能な石炭火力発電システム、及び、この石炭火力発電システムにおける石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する六価クロム溶出低減方法を提供する。
【解決手段】石炭火力発電システムは、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムであって、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給手段を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭火力発電システム及び六価クロム溶出低減方法に関する。

石炭火力発電システムにおいて石炭を燃焼させる方法としては種々の方式があるが、なかでも、石炭を微粉砕した粒子を炉内に吹き込んで燃焼させる、いわゆる微粉炭燃焼が主に採用されている。そして、燃焼後の残渣となる石炭灰、特に煤塵（フライアッシュ）は、資源の有効利用の観点から、コンクリートや土壌改良材等の土木建築材料として一部が使用されているが、余剰分については埋め立て処分されている。

ところで、燃料となる石炭は炭素以外にも、ホウ素、フッ素、セレン、ヒ素、六価クロム等の有害な元素を微量ながら含んでいる（以下、上記有害な元素を「有害微量元素」という）。このため、環境への配慮から、石炭灰からの有害微量元素の溶出について、その許容濃度が法律で規定されている。

特に、有害微量元素のうち六価クロムは、人体に多大な悪影響を与え、過去においては大規模な土壌汚染の原因物質となっている。このため、石炭灰からの六価クロム（以下、「六価クロム」という場合は、六価クロムの化合物を含む）の溶出について、その許容濃度は厳しく規制されている。

しかしながら、日本に輸出される石炭種は、年間１００炭種以上あり、それらのすべてが、上記の規制値を満足するわけではない。このため、石炭灰に含まれている六価クロムの溶出濃度を規制値以下に低減するための技術が検討されている。

例えば、亜硫酸ソーダ、重亜硫酸ソーダ、及び、亜硫酸カルシウムのいずれか一つの水溶液を含浸させた人工ゼオライトをセメントに添加して、セメントから六価クロムの溶出を抑制するための溶出抑制剤が提案されている（特許文献１参照）。

また、特許文献２には、土壌環境基準を上回る六価クロム溶出量を有するセメント固化した土壌を炭酸ガスに接触させた後、炭化物及び有機物から選ばれる少なくとも一種の成分を添加して、焼成することを特徴とする六価クロム汚染土壌の処理方法が開示されている。

更に、特許文献３には、六価クロムを含有する土壌を、還元雰囲気下において２００℃〜６００℃で加熱処理することを特徴とする六価クロム含有土壌の処理方法が開示されている。

加えて、特許文献４には、六価クロムを含有するセメントクリンカを、還元雰囲気下において６５０℃〜１１００℃で加熱処理することを特徴とするセメントクリンカ中の六価クロム低減方法が開示されている。

特許文献２から４に記載の発明によれば、簡単な方法によって六価クロムの溶出量を土壌環境基準以下に低下させることができるとされる。
特開２００５−１１２７０６号公報 特開２００２−２１９４５１号公報 特開２００３−３３４５３２号公報 特開２００４−０１８３３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術で使用する亜硫酸ソーダ、重亜硫酸ソーダ、及び、亜硫酸カルシウムの薬剤の購入コストは高く、火力発電所において、実際にこれらの薬剤を使用して六価クロムの溶出の抑制を図ることは困難である。また、上記薬剤の製造設備を設け、薬剤の購入コストの低減を図ろうとしても、当然ながら、製造設備の設置のためには多額な設備投資が必要となる。

また、特許文献２及び３に記載の発明は、六価クロム汚染土壌を処理する方法であり、石炭灰の処理方法にそのまま適用できるものではない。更に、特許文献２から４に記載の発明においては、六価クロム汚染土壌やセメントクリンカを加熱処理するものであり、当該処理に大きなコストがかかるものである。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、多額の設備投資が不要で、かつ、薬剤を使用せずに石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制することが可能な石炭火力発電システム、及び、この石炭火力発電システムにおける石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する六価クロム溶出低減方法を提供することを目的とする。

（１） 石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムであって、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給手段を備えた石炭火力発電システム。

ここで、「石炭灰供給手段（石炭灰供給装置）」とは、空気を流入させることなく熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内に、石炭灰（煤塵）を供給可能な公知の供給手段（供給装置）であればどのようなものでもよい。具体的には、上記系内に接続され石炭灰を上記系内に移送することが可能な管（パイプ）と、石炭灰を上記系内に移送する動力となる送風機とから構成されている供給手段や、熱交換ユニット付近から排ガスを抽気し、抽気した排ガスの風力で石炭灰を巻き上げて熱交換ユニット付近に送り込む供給手段等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

（１）の発明によれば、集塵装置によって捕集（集塵）された石炭灰は、熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内に供給される。熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内の排ガスは酸素濃度が１％〜１０％の還元雰囲気下であり、上記系内の排ガス温度は２００℃〜６００℃であるため、上記系内の排ガスは六価クロムを三価クロムに還元させやすい条件を備えている。また、例えば熱交換ユニット付近に石炭灰を供給した場合、当該石炭灰が集塵装置により捕集されるまでに要する時間は、５秒〜５０秒であり、石炭灰中に六価クロムが存在する場合、石炭灰中の六価クロムの一部が三価クロムに還元される。したがって、六価クロムの溶出の度合いを低減することができる。

以上より、本発明によれば、既存の石炭火力発電システムに石炭灰移送手段を設けるだけで、薬剤を必要とせず、かつ、多額の設備投資を要せずに、石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制することが可能である。

（２） 更に、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記石炭灰供給手段は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記熱交換ユニット付近から前記脱硝装置までの系内に供給する（１）記載の石炭火力発電システム。

（３） 更に、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記石炭灰供給手段は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記脱硝装置から前記集塵装置までの系内に供給する（１）記載の石炭火力発電システム。

（２）及び（３）の発明は、石炭灰供給手段によって石炭灰が供給される場所を具体的に規定したものである。

熱交換ユニット付近から脱硝装置までの系内の排ガスの温度は３５０℃〜６００℃であり、上記系内の排ガスの酸素濃度は１％〜６％の還元雰囲気下であるため、（２）の発明は六価クロムが三価クロムに還元されやすい条件を備えている。更に、例えば脱硝装置付近に石炭灰を供給した場合、当該石炭灰が集塵装置により捕集されるまでに要する時間は、５秒〜５０秒であり、石炭灰中に六価クロムが存在した場合、六価クロムの一部が三価クロムに還元される。これにより、六価クロムの溶出の度合いを低減することができる。

また、脱硝装置から集塵装置までの系内の温度は３５０℃〜２００℃であり、上記系内の排ガスの酸素濃度は４％〜１０％の還元雰囲気下である。六価クロムの還元反応は、概ね２５０℃以上の温度条件において進行するため、（３）の発明においても、条件によっては六価クロムを三価クロムに還元することが可能である。また、（３）の発明によれば、脱硝装置後の系内に石炭灰を供給するため、脱硝装置の負荷を軽減させることが可能である。

（４） 石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムにおいて、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給処理を行うことにより、前記石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する六価クロム溶出低減方法。

（４）の発明は、上記（１）の発明を六価クロム溶出低減方法として捉えたものであり、上記（１）の発明と同様の効果が得られる。なお、本発明では、石炭灰供給処理とは、（１）で前述した「石炭灰供給手段」によって行われることが可能である他、移送された石炭灰を人力によって熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内に供給する処理を含む。

（５） 前記石炭火力発電システムは、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記石炭灰供給処理は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記熱交換ユニット付近から前記脱硝装置までの系内に供給する処理である（４）記載の六価クロム溶出低減方法。

（５）の発明は、上記（２）の発明を六価クロム溶出低減方法として捉えたものであり、上記（２）の発明と同様の効果が得られる。

（６） 前記石炭火力発電システムは、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記石炭灰供給処理は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記脱硝装置から前記集塵装置までの系内に供給する処理である（４）記載の六価クロム溶出低減方法。

（６）の発明は、上記（３）の発明を六価クロム溶出低減方法として捉えたものであり、上記（３）の発明と同様の効果が得られる。

（７） 前記石炭灰供給処理によって供給される石炭灰の平均粒径は、１μｍ〜１００μｍである（４）から（６）のいずれか記載の六価クロム溶出低減方法。

（７）の発明は、石炭灰からの六価クロムの溶出をより効果的に抑制することが可能な石炭灰の平均粒径の範囲を規定したものである。石炭灰の平均粒径を１μｍ〜１００μｍの範囲とすることにより、六価クロムの溶出をより一層抑制することが可能となる。

（８） 石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する際に、重油燃焼灰、原油燃焼灰、ナフサ燃焼灰、コークス、石炭、及び排水処理汚泥よりなる群から選らばれる少なくとも一種の還元剤を添加する、請求項４から７のいずれかに記載の六価クロム溶出低減方法。

（８）に記載の発明によれば、石炭灰を熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内に供給する際に、所定の還元剤を添加するため、石炭灰中の六価クロムの還元を、より促進することができる。これにより、六価クロムの溶出低減の効果をより効率的に得ることができる。

（９） 石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給し、これを前記集塵装置で回収した後、回収された石炭灰を更に加熱処理する請求項４から８に記載の六価クロム溶出低減方法。

（９）に記載の発明によれば、熱交換ユニット付近から集塵装置までの系内に供給し、その後集塵装置で回収した石炭灰を加熱処理するから、石炭灰中で還元されずに残存する六価クロムを更に還元することができる。これにより、六価クロムの溶出を、より低減することができる。

本発明によれば、既存の石炭火力発電システムに石炭灰移送手段を設けるだけで、薬剤を必要とせず、かつ、多額の設備投資を要せずに、石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制することが可能である。

以下、本発明の一例を示す実施形態について、図面に基づいて説明する。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を示すブロック図である。ここで、図１に示すように、微粉炭燃焼施設１は、石炭を供給する石炭供給部１２と、供給された石炭を微粉炭にする微粉炭生成部１４と、微粉炭を燃焼する微粉炭燃焼部１６と、微粉炭の燃焼により生成した石炭灰を処理する石炭灰処理部１８と、石炭灰（フライアッシュ）を後述する熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に供給する石炭灰供給部２０とを備える。また、図２は、微粉炭燃焼部１６における火炉１６１付近の拡大図である。

＜Ａ−１：石炭供給部＞
石炭供給部１２は、石炭を貯蔵する石炭バンカ１２１と、この石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭を供給する給炭機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石炭微粉炭機１４１へ供給するものである。また、この給炭機１２２は、石炭の供給量を調整する装置を備えており、これにより、石炭微粉炭機１４１に供給される石炭量が調整される。また、これら石炭バンカ１２１と給炭機１２２との境界には石炭ゲートが設けられており、これにより、給炭機からの空気が石炭バンカへ流入するのを防いでいる。

＜Ａ−２：微粉炭生成部＞
微粉炭生成部１４は、石炭を微粉炭燃焼が可能な微粉炭にする石炭微粉炭機（ミル）１４１と、この石炭微粉炭機１４１に空気を供給する空気供給機１４２と、を備える。

石炭微粉炭機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形成するとともに、この微粉炭と、空気供給機１４２から供給された空気とを混合する。このように、微粉炭と空気とを混合することにより、微粉炭を予熱及び乾燥させ、燃焼を容易にする。形成された微粉炭には、エアーが吹きつけられて、これにより、微粉炭燃焼部１６に微粉炭を供給する。

石炭微粉炭機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。

火炉（燃焼ボイラ）１６１は、加熱器１６２（熱交換ユニット）により加熱されて、石炭微粉炭機１４１から微粉炭管を介して供給された微粉炭を、空気供給機１６３から供給された空気とともに燃焼する。微粉炭を燃焼することにより石炭灰及び排ガス（燃焼ガス）が生成し、石炭灰及び排ガスは石炭灰処理部１８に排出される。

図２を参照して、火炉１６１について詳しく説明すると、図２において、火炉１６１は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って燃焼ガスが逆Ｕ字状に移動した後、再度小さくＵ字状に反転し、火炉１６１の出口（図２における矢印の最後）は、図１における脱硝装置１８１に接続されている。本実施形態に係る微粉炭燃焼施設においては、火炉１６１の高さは３０ｍから７０ｍであり、排ガスの流路の全長は３００ｍから１０００ｍに及ぶ。

火炉１６１の下方には、火炉１６１内のバーナーゾーン１６１ａ’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ１６１ａが配置されている。また、火炉１６１内のＵ字頂部付近には、火炉上部分割壁１６１ｂ、最終過熱器１６１ｂ’、第１の再熱器１６１ｆ（いずれも熱交換ユニット）が配置されており、更にそこから横置き１次過熱器１６１ｃ（熱交換ユニット）が続いて配置されている。更に、横置き１次過熱器１６１ｃと平行して第２の再熱器１６１ｆ’が設けられており、横置き１次過熱器１６１ｃの終端付近からは、１次節炭器１６１ｄ（熱交換ユニット）、２次節炭器１６１ｅ（熱交換ユニット）が２段階に設けられている。ここで、節炭器（ＥＣＯとも呼ばれる）は、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。なお、本実施形態においては、火炉１６１中、１次節炭器１６１ｄと２次節炭器１６１ｅとは、２段階に分離して設置されているが、このような形態に限定されない。すなわち、火炉１６１は単一の節炭器のみを有するものであってもよい。

＜Ａ−４：石炭灰処理部＞
石炭灰処理部１８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、排ガス中の石炭灰のうちフライアッシュ（煤塵）を捕集（集塵）する集塵装置１８２と、この集塵装置１８２で収集されたフライアッシュを一次貯蔵する石炭灰回収サイロ１８３と、を備える。

脱硝装置１８１は、排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。すなわち、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。

集塵装置１８２は、排ガス中のフライアッシュを電極で捕集する装置である。フライアッシュは、石炭の燃焼によって生成する石炭灰のうち残りの煤塵である。この集塵装置１８２により捕集されたフライアッシュは、図示しないホッパに堆積されて、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される他、後述する石炭灰供給手段２０１によって１次節炭器１６１ｄ付近又は２次節炭器１６１ｅ付近から脱硝装置１８１までの系内に供給される。また、フライアッシュが除去された排ガスは、図示しない脱硫装置を介した後に煙突から排出される。この集塵装置１８２は複数段設けられていることが好ましい。

石炭灰回収サイロ１８３は、集塵装置１８２によって捕集されたフライアッシュを一次貯蔵する設備である。

＜Ａ−５：石炭灰供給部＞
石炭灰供給部２０は、石炭灰処理部１８で捕集されたフライアッシュを熱交換ユニットである節炭器から集塵装置１８２までの系内に供給する石炭灰供給手段２０１を備える。

石炭灰供給手段２０１は、集塵装置１８２によって捕集されたフライアッシュを、１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅの熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に供給する。具体的には、石炭灰供給手段２０１は、集塵装置１８２によって捕集されたフライアッシュを、火炉１６１の１次節炭器１６１ｄ付近又は２次節炭器１６１ｅ付近から脱硝装置１８１までの系内、又は、脱硝装置１８１から集塵装置１８２までの系内に供給する。

石炭灰供給手段２０１としては、例えば、１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅの熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に接続され、フライアッシュを上記系内に移送することが可能な管（パイプ）と、フライアッシュを上記系内に移送する動力となる送風機とから構成されている供給手段が挙げられる。すなわち、フライアッシュを上記系内に移送する管にフライアッシュを上記系内に移送する送風機を設けた装置である。その他の石炭灰供給手段２０１としては、熱交換ユニット付近から排ガスを抽気し、抽気した排ガスの風力で石炭灰を巻き上げて熱交換ユニット付近に送り込む供給手段等が挙げられる。また、石炭灰移送手段は、前もって搬送しておいたフライアッシュを、１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅの熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に供給する供給手段であってもよい。しかし、石炭灰移送手段はこれらに限定されるものではなく、空気を流入させること無く、集塵装置１８２によって捕集されたフライアッシュを上記系内に供給することが可能であればどのような供給手段（供給装置）でもよい。

石炭灰回収サイロ１８３は、集塵装置１８２により収集された石炭灰を一次貯蔵する設備である。

＜Ｂ：本発明の六価クロム溶出低減方法＞
本発明の六価クロム溶出低減方法は、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置１８２とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムにおいて、前記集塵装置１８２によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置１８２までの系内に供給する石炭灰供給処理を行うことにより、前記石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する方法であるが、この方法を上記の微粉炭燃焼施設１を用いて説明する。

石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する方法は、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、この微粉炭を燃焼して石炭灰を生成する微粉炭燃焼工程Ｓ３０と、この石炭灰のうちフライアッシュを捕集（集塵）しこれを収容する石炭灰処理工程Ｓ４０と、集塵装置１８２によって捕集されたフライアッシュを、系内に移送する石炭灰供給処理工程Ｓ５０を含み、これら各工程は、それぞれ、上述の微粉炭燃焼施設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、及び、石炭灰供給部２０において行われる。以下、各工程について説明する。

＜石炭供給工程Ｓ１０＞
まず、石炭供給工程では、石炭バンカ１２１に貯蔵された石炭が、給炭機１２２により、石炭微粉炭機１４１に供給される。なお、この石炭微粉炭機１４１に供給される石炭は、具体的には瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭等であるが、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石炭微粉炭機１４１により粉砕されて、これにより、微粉炭が生成される。生成された微粉炭は、火炉１６１に供給される。このとき、この微粉炭生成工程で粉状に形成された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アンダー８０ｗｔ％以上の粉砕度である。なお、この範囲は石炭添加用溶出防止剤が添加された場合にも適用できる。

＜微粉炭燃焼工程Ｓ３０＞
次に、微粉炭燃焼工程では、石炭微粉炭機１４１で生成された微粉炭が、火炉１６１により燃焼される。図２に示すように、バーナーゾーン１６１ａ’においては微粉炭が燃焼されるが、このときの温度は１３００℃から１５００℃に及び、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ともに火炉上部分割壁１６１ｂ、最終過熱器１６１ｂ’、第１の再熱器１６１ｆ、第２の再熱器１６１ｆ’、横置き１次過熱器１６１ｃ（いずれも熱交換ユニット）を通過し、１次節炭器１６１ｄ（熱交換ユニット）、２次節炭器１６１ｅ（熱交換ユニット）を順次通過する。この熱交換ユニット付近は、４５０℃から９００℃前後が維持されている領域であり、この燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン１６１ａ’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。そして、その後、後段の脱硝装置１８１、集塵装置１８２に送られる。この微粉炭燃焼工程で生成される石炭灰は、通常、その平均の粒度が１μｍから１００μｍの範囲内の粉末状である。

＜石炭灰処理工程Ｓ４０＞
その後、微粉炭を燃焼することにより生成された石炭灰は、排ガスとともに脱硝装置１８１に排出され、集塵装置１８２に送られる。集塵装置１８２で排ガス中から捕集されたフライアッシュは、図示しないホッパに堆積された後、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される他、石炭灰供給手段２０１によって、熱交換ユニットである１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅ付近から集塵装置１８２までの系内に移送される。また、フライアッシュが除去された排ガスは、図示しない脱硫装置を介した後に煙突から排出される。

＜石炭灰供給処理工程Ｓ５０＞
本発明の特徴の一つである石炭灰供給処理工程Ｓ５０は、集塵装置１８２によって集塵されたフライアッシュを、熱交換ユニットである１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅ付近から集塵装置１８２までの系内に移送する処理工程である。石炭灰供給処理工程Ｓ５０は、図１に示すように、好ましくは上記の微粉炭燃焼部１６の一部及び石炭灰処理部１８の一部と重複する石炭灰供給部２０で行われる。すなわち、石炭灰供給処理工程Ｓ５０は、微粉炭燃焼部１６、微粉炭燃焼部１６と石炭灰処理部１８との間の配管（系内）、及び、石炭灰処理部１８で行われる。

熱交換ユニットである１次節炭器１６１ｄ又は２次節炭器１６１ｅ付近から集塵装置１８２までの系内は、酸素濃度が１％〜１０％の還元雰囲気下であり、系内温度は２００℃〜６００℃である。したがって、上記系内は六価クロムを三価クロムに還元させやすい条件となっている。また、熱交換ユニット付近に石炭灰を供給した場合、又は脱硝装置１８１付近に石炭灰を供給した場合、集塵装置１８２で石炭灰が集塵されるまでの時間はそれぞれ、５秒〜５０秒、又は３秒〜３０秒となり、六価クロムの一部について、その還元反応が進行するのに十分な時間を確保することができる。したがって、フライアッシュ中に六価クロムが存在した場合でも、六価クロムは容易に三価クロムに還元される。

このように、本発明は、石炭火力発電システムで排出されるフライアッシュを、石炭火力発電システムに設けられている既存の設備の軽微な改良で処理することにより、フライアッシュからの六価クロムの溶出を容易に低減することができるので、既存設備を有効利用することができ、コスト的にも有利である。

石炭灰供給手段２０１によって移送されるフライアッシュの平均粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。平均粒径が１μｍ未満である場合には、平均粒径を調整することによる効果を殆ど得ることができない。平均粒径が１００μｍを超える場合は、フライアッシュの内部まで排気ガスが接触しないため、六価クロムから三価クロムへの還元反応が進行しない。

石炭灰供給手段２０１によって移送されるフライアッシュの量は、集塵装置１８２によって捕集されるフライアッシュの量に対して、１０質量％以下であることが好ましい。１０質量％を超えるであると、集塵装置１８２の処理量を超えるフライアッシュが排ガス中に存在することなるため好ましくない。

なお、本実施形態においては、石炭灰のうちフライアッシュを移送させているが、その他の石炭灰、具体的には、ＥＣＯ灰、ＡＨ灰、脱硝装置灰の群より選ばれる少なくとも１種以上を含むものを熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に移送させるようにしてもよい。

すなわち、本発明の石炭火力発電システムは、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムであって、前記石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給手段を備えた石炭火力発電システムであってもよい。

また、本発明の六価クロム溶出低減方法は、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムにおいて、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給処理を行うことにより、前記石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する六価クロム溶出低減方法であってもよい。

上記石炭火力発電システム及び六価クロム溶出低減方法の石炭灰は、フライアッシュ、ＥＣＯ灰、ＡＨ灰、脱硝装置灰の群より選ばれる少なくとも１種以上を含む灰である。

ここで、火炉１６１の１次節炭器１６１ｄ及び２次節炭器１６１ｅで捕集される石炭灰をＥＣＯ灰、図示しない空気予熱器（ＡＨ）で捕集される石炭灰をＡＨ灰、脱硝装置１８１で捕集される石炭灰を脱硝装置灰といい、これらをまとめてシンダアッシュという。

上記石炭火力発電システム及び六価クロム溶出低減方法において、捕集されたフライアッシュ、ＥＣＯ灰、ＡＨ灰、脱硝装置灰が供給される場所は、各灰が捕集された装置（場所）よりも上流の場所であることが好ましい。例えば、フライアッシュの場合は、熱交換ユニットである１次節炭器１６１ｄ及び２次節炭器１６１ｅ付近から集塵装置１８２までの系内に供給されることが好ましい。ＥＣＯ灰の場合は１次節炭器１６１ｄ及び２次節炭器１６１ｅ付近に供給されることが好ましい。ＡＨ灰の場合は、１次節炭器１６１ｄ及び２次節炭器１６１ｅ付近から空気予熱器までの系内に供給されることが好ましい。脱硝装置灰の場合は、１次節炭器１６１ｄ及び２次節炭器１６１ｅ付近から脱硝装置１８１までの系内に供給されることが好ましい。還元時間を多く取ることにより、石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制することが可能である一方、所定の排ガス処理設備で処理されていない排ガスを所定の排ガス処理設備以降に戻すことは、後段の排ガス処理設備に負担をかける可能性がある。

更に、本発明の六価クロム溶出低減方法においては、石炭灰を、熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に供給する際に、重油燃焼灰、原油燃焼灰、ナフサ燃焼灰、コークス、石炭、及び排水処理汚泥よりなる群から選ばれる少なくとも一種の還元剤を添加してもよい。これにより、石炭灰中の六価クロムを効率的に還元することができる。還元剤を添加する際の添加量としては、石炭灰１００質量部に対して、０．０１質量部以上５質量部以下であることが好ましい。５質量部を超える還元剤を添加した場合、火炉１６１を傷害するおそれがある。０．０１質量部未満の還元剤を添加しても、実質的な効果を得ることができない。

また、本発明の六価クロム溶出低減方法においては、石炭灰、熱交換ユニット付近から集塵装置１８２までの系内に供給し、集塵装置１８２で回収した後、回収された石炭灰を更に加熱するものであってもよい。具体的には、石炭灰回収サイロ１８３において、微粉炭燃焼施設１において生成される補助蒸気を用いて加熱する方法や、専用の燃焼器において加熱する方法等をあげることができる。これにより、六価クロムの溶出を、より低減することができる。

本発明の一実施形態を示す石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設の概略構成図である。 図１における火炉付近の拡大図である。

符号の説明

１ 微粉炭燃焼施設
１２ 石炭供給部
１２１ 石炭バンカ
１２２ 給炭機
１４ 微粉炭生成部
１４１ 石炭微粉炭機
１４２ 空気供給機
１６ 微粉炭燃焼部
１６１ 火炉
１６１ｄ １次節炭器
１６１ｂ ２次節炭器
１６２ 加熱器
１６３ 空気供給機
１８ 石炭灰処理部
１８１ 脱硝装置
１８２ 集塵装置
１８３ 石炭灰回収サイロ
２０ 石炭灰供給部
２０１ 石炭灰供給手段
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 石炭灰供給処理工程

Claims (9)

1. 石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムであって、
   前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給手段を備えた石炭火力発電システム。
2. 更に、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、
   前記石炭灰供給手段は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記熱交換ユニット付近から前記脱硝装置までの系内に供給する請求項１記載の石炭火力発電システム。
3. 更に、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、
   前記石炭灰供給手段は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記脱硝装置から前記集塵装置までの系内に供給する請求項１記載の石炭火力発電システム。
4. 石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼によって生成する排ガス中から前記石炭の燃焼によって生成する石炭灰を捕集する集塵装置とを備え、前記燃焼ボイラは熱交換ユニットを前記燃焼ボイラの下流に有する石炭火力発電システムにおいて、
   前記集塵装置によって捕集された石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する石炭灰供給処理を行うことにより、前記石炭灰からの六価クロムの溶出を抑制する六価クロム溶出低減方法。
5. 前記石炭火力発電システムは、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、
   前記石炭灰供給処理は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記熱交換ユニット付近から前記脱硝装置までの系内に供給する処理である請求項４記載の六価クロム溶出低減方法。
6. 前記石炭火力発電システムは、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、
   前記石炭灰供給処理は、前記集塵装置によって捕集された石炭灰を前記脱硝装置から前記集塵装置までの系内に供給する処理である請求項４記載の六価クロム溶出低減方法。
7. 前記石炭灰供給処理によって供給される石炭灰の平均粒径は、１μｍ〜１００μｍである請求項４から６のいずれか記載の六価クロム溶出低減方法。
8. 石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給する際に、重油燃焼灰、原油燃焼灰、ナフサ燃焼灰、コークス、石炭、及び排水処理汚泥よりなる群から選らばれる少なくとも一種の還元剤を添加する、請求項４から７のいずれかに記載の六価クロム溶出低減方法。
9. 石炭灰を、前記熱交換ユニット付近から前記集塵装置までの系内に供給し、これを前記集塵装置で回収した後、回収された石炭灰を更に加熱処理する請求項４から８に記載の六価クロム溶出低減方法。

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