(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集塵機捕集灰を処理する灰溶融ボイラの煙道を遮断弁と切替弁を介して石炭焚きボイラの排煙処理設備に接続して、該灰溶融ボイラの通常運転時に排煙を前記石炭焚きボイラの排煙処理設備に導いて処理すると共に、必要な時には遮断弁により前記排煙処理設備への通路を遮断し切替弁により大気に放出できるようにすることを特徴とする集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法。
【請求項２】
前記遮断弁が水封式の大口径遮断弁であって、前記切替弁が１の排出口を前記遮断弁を介して前記排煙処理設備に接続し第２の排出口を大気と接続し、第１排出口と第２排出口を連動させていずれか一方を開口させるようにした連動式切替弁であることを特徴とする請求項１記載の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法。
【請求項３】
前記灰溶融ボイラが前記石炭焚きボイラに近接して設けられた小型旋回溶融炉付き灰溶融ボイラであることを特徴とする請求項１または２記載の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法。
【請求項４】
前記灰溶融ボイラの煙道が前記石炭焚きボイラの排煙処理設備における脱硫装置手前の煙道に接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法。
【請求項５】
前記灰溶融ボイラの煙道が前記石炭焚きボイラの排煙処理設備における集塵機手前の煙道に接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法。
【請求項６】
集塵機捕集灰を処理する灰溶融ボイラの煙道を切替弁と水封式の大口径遮断弁を介して石炭焚きボイラの排煙処理設備に接続した集塵機捕集灰溶融ボイラ設備であって、前記切替弁が１の排出口を前記遮断弁を介して前記排煙処理設備に接続し第２の排出口を煙突に接続し第１排出口と第２排出口を連動させていずれか一方を開口させるようにした連動式切替弁であって、該灰溶融ボイラの通常運転時に排煙を前記石炭焚きボイラの排煙処理設備に導いて処理すると共に、必要な時には遮断弁により前記排煙処理設備への通路を遮断し切替弁により大気に放出できるようにすることを特徴とする集塵機捕集灰溶融ボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型ボイラの集塵機捕集灰の処理方法、特に旋回溶融炉により石炭灰を溶融処理するとき発生する排煙の処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラから発生する粉体状の集塵機捕集灰は年々増加しており、一部はセメント原料などに利用するが、残りは産業廃棄物として埋め立て処分されている。集塵機捕集灰の利用は限界があるため、今後ますます埋め立て処分の量が増えて、埋め立て場の確保が困難となる。
このため、捕集灰を溶融スラグ化することにより、環境影響因子の安定化、利用用途の拡大、灰の減容化、さらに埋め立て処分地の長寿命化が図られている。捕集灰のスラグ化には、旋回溶融炉を用いることができる。
【０００３】
旋回溶融炉は、円筒炉であって、微粉末化した固体燃料と燃焼空気を炉の接線方向に高速で供給して内部に高速旋回流を形成させる。燃焼空気に対して燃料が過濃になるようにした還元雰囲気中で高温高負荷燃焼させると、高温ガスを生成して灰分が残る。灰分は高温下で溶融し旋回流の遠心力により炉壁に押し付けられ排出口まで搬送されて、溶融スラグとして外部に排出される。旋回溶融炉で生成した高温部分燃焼ガスは後続のボイラ火炉内で二次燃焼する。
このような旋回溶融炉を使用すると、燃焼効率が高いばかりでなく、燃料中の灰分の大部分が溶融炉で溶融除去されるため、ボイラ火炉以降のアッシュトラブルが大幅に軽減される。また、高温還元雰囲気でガス化するので炉内でＮＯｘの分解反応が活発に行われ、最終的なＮＯｘ発生量が減少するという利点がある。
【０００４】
大型石炭焚きボイラで発生する集塵機捕集灰は、微粉炭と共に旋回溶融炉に投入されて燃焼することにより可燃成分を放出して減容化し、残滓として残る灰分は溶融スラグとなって排出される。溶融スラグはセメント原料、路盤材、コンクリート混和材等に利用することができ、利用しきれないものだけを埋め立て処分すればよい。
したがって、大型石炭焚きボイラの集塵機捕集灰を旋回溶融炉を備えた灰溶融ボイラで処理することにより、廃棄物を有効活用すると共に埋め立て処分地の寿命を延ばすことができる。
【０００５】
しかし、旋回溶融炉を備えた灰溶融ボイラにおいても排煙処理を行う必要があり、灰溶融ボイラに付属させる排煙処理装置の設備費及び運転費のため、集塵機捕集灰の処理費用を抑制することが困難であった。
ところで、大型石炭焚きボイラで発生する石炭灰を旋回溶融炉付き灰溶融ボイラで溶融スラグ化する場合、灰溶融ボイラで発生する排煙量は大型石炭焚きボイラの排煙量の約１／１０程度である。そこで、大型石炭焚きボイラが灰溶融ボイラと近接して存在する場合は、灰溶融ボイラ自体には排煙処理設備を設けないで、隣接の大型石炭焚きボイラに付設されている排煙処理設備を利用してその余剰能力で処理するようにして、設備費等を節約することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、大型石炭焚きボイラは年間を通して常時運転されているのに対して灰溶融ボイラの運転は間欠的に行われることが多く、また大型石炭焚きボイラと操業のタイミングが合わない場合が多い。したがって、灰溶融ボイラと大型石炭焚きボイラの排煙処理設備を煙道で接続して灰溶融ボイラの排煙を供給するようにすると、灰溶融ボイラの立ち上がり過程の低温ガスが排煙処理設備に流入して運転を妨げたり、灰溶融ボイラが休止しているときに排煙処理設備の排煙が灰溶融ボイラに逆流することになる。
このように、実際には小容量の捕集灰溶融炉の煙道を大型の排煙設備に接続して兼用運転を行うことは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、大型石炭焚きボイラ設備の集塵機捕集灰を溶融処理する旋回溶融炉を備えた灰溶融ボイラの排煙処理を大型石炭焚きボイラに付属する排煙処理設備で行うことにより経済的な捕集灰処理を行うようにするところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法は、集塵機捕集灰を処理する灰溶融ボイラの煙道を切替弁と遮断弁を介して石炭焚きボイラの排煙処理設備に接続して、灰溶融ボイラの通常運転時に排煙を石炭焚きボイラの排煙処理設備に導いて処理すると共に、必要な時には遮断弁により排煙処理設備への通路を遮断し切替弁により大気に放出できるようにすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の排煙処理方法によれば、灰溶融ボイラの旋回溶融炉を起動し始めたところで排煙が低温である間は切替弁により排煙を大気に放出しておいて、バーナーが着火してから遮断弁を開け切替弁を切り替えて大型石炭焚きボイラの排煙処理設備に排煙を送り込み始めるようにして、大型石炭焚きボイラの運転を阻害しないようにすることができる。また、灰溶融ボイラを停止するときは、遮断弁と切替弁を同時に作動させることにより冷風を排煙処理装置に吹き込まないようにし、また排煙処理装置から排煙が逆流しないようにすることができる。
【００１０】
このように、本発明の排煙処理方法では、大型石炭焚きボイラの排煙処理設備を利用するため、集塵機捕集灰溶融炉ボイラには独自の排煙処理設備を備える必要がないので、捕集灰処理設備の建設費および操業費が節約でき灰処理費用が低減する。したがって、妥当な費用により、溶融スラグ化ができて廃棄物の有効活用が可能となると共に、埋め立て処分を必要とする灰量が減少し埋め立て処分地の寿命が延び、また将来必要とされる用地も狭くなるような捕集灰処理ができるようになる。
【００１１】
なお、灰溶融ボイラ設備と石炭焚きボイラの排煙処理設備の間に配設される遮断弁が水封式の大口径遮断弁であって、切替弁が１の排出口を遮断弁を介して排煙処理設備に接続し第２の排出口を大気と接続し、第１排出口と第２排出口を連動させていずれか一方を開口させるようにした連動式切替弁であることがより好ましい。
【００１２】
水封式遮断弁は、弁筺中に水平軸の周りを回転する凹みを持った回転蓋を備え、回転蓋が垂直位置にあるときの凹みの深奥部にガス導入管の先端が導かれており、凹みの縁が水没しさらに所定の水圧で水封されるように水が張られている。回転蓋が垂直位置にあるときは、煙道ガスから導かれる排煙は凹みの縁における水圧を超えない限り水封されて回転蓋の内側に止まる。回転蓋を回転させてガス導入管が水面から突出した状態になると、排煙は弁筺上方に設けられたガス排出口から排煙処理装置に供給される。このような構造を有する水封式遮断弁は、容易に大型化して大口径煙道に適用することができる。
【００１３】
また、連動式切替弁は、たとえば、２つの排出口にバタフライ弁が設けられている三方弁で２つのバタフライ弁が連動して一方が閉止するときは他方が解放するようになっている。このような構造では比較的大流量のガスを制御することができるので、灰溶融ボイラ設備と石炭焚きボイラの排煙処理設備の間に配設して使用することができる。連動式切替弁の一方の排出口が水封式遮断弁に接続され、他方の排出口が排気を放出する煙突に接続されている。
【００１４】
また、灰溶融ボイラは石炭焚きボイラに近接して設けられた小型旋回溶融炉付き灰溶融ボイラであることが好ましい。
本発明の排煙処理方法は、灰溶融ボイラを大型石炭焚きボイラに近接して設けることにより、短い配管を接続することにより別途輸送手段を持たなくても大型石炭焚きボイラの施設を利用することができ、設備費や運転費を節約することができる。また、灰溶融ボイラに備えた旋回溶融炉で捕集灰を処理することにより、容易にかつ能率よく石炭灰を溶融スラグ化することができる。
【００１５】
さらに、灰溶融ボイラの煙道は石炭焚きボイラの排煙処理設備における脱硫装置手前の煙道に接続されていても、排煙処理設備における集塵機手前の煙道に接続されていてもよい。
煙道を石炭焚きボイラ付属の排煙処理設備の脱硫装置上流に接続して石炭焚きボイラの脱硫装置を利用することにより灰溶融ボイラに脱硫装置を付属させないで排煙中のＮＯｘを減少させることができる。また、煙道を石炭焚きボイラの集塵機上流に接続することにより灰溶融ボイラに集塵機を付属させないで排煙中の煤煙等を減少させることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するため、本発明の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備は、集塵機捕集灰を処理する灰溶融ボイラの煙道を切替弁と水封式の大口径遮断弁を介して石炭焚きボイラの排煙処理設備に接続したものであって、切替弁が１の排出口を遮断弁を介して排煙処理設備に接続し第２の排出口を煙突に接続し、第１排出口と第２排出口を連動させていずれか一方を開口させるようにした連動式切替弁であって、灰溶融ボイラの通常運転時に排煙を排煙処理設備に導いて処理すると共に、必要な時には遮断弁により排煙処理設備への通路を遮断し切替弁により大気に放出できるようにすることを特徴とする。
【００１７】
本発明の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備を用いることにより、灰溶融ボイラの起動時や停止時においても、大型石炭焚きボイラの運転を阻害しないようにすることができる。また、大型石炭焚きボイラの排煙処理設備を利用して、集塵機捕集灰溶融炉ボイラに独自の排煙処理設備を備えないので、捕集灰処理設備の建設費および操業費が節約でき灰処理費用が低減する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例における集塵機捕集灰溶融ボイラ設備のフローを示すフローダイアグラム、図２は旋回溶融炉の例を示す一部切り欠き斜視図、図３は本実施例に使用する水封式遮断弁の例を示す側面図、図４は同じく連動式切替弁の例を示す断面図である。
また、図５は本実施例の別の態様を表す集塵機捕集灰溶融ボイラ設備のフローダイアグラムである。
【００１９】
本実施例の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備は、隣接した大型石炭焚きボイラ設備の電気集塵機で捕集された灰を搬送して溶融処理するもので、排煙を大型石炭焚きボイラ設備の排煙処理装置に送入して排煙処理するようにしている。
図１に示すものは大型石炭焚きボイラ設備の脱硫装置を利用したものである。本実施例の大型石炭焚き発電ボイラ設備１０において、大型石炭焚きボイラ１１から排出された排煙は、脱硝装置１２でＮＯｘを除いた上、空気予熱器１３で熱回収し、集塵機１４で灰を捕集した後、脱硫装置１５でＳＯｘを除き、ブロワー１６で昇圧して煙突１７から大気に放出する。
集塵機１４で捕集された捕集灰は、集塵機灰貯槽１８に受けて送風機１９から供給される搬送用空気により集塵機捕集灰溶融ボイラ設備３０に輸送される。
【００２０】
集塵機捕集灰溶融ボイラ設備３０では、石炭が貯炭場から石炭バンカー３１に搬入され、石炭バンカー３１から所定のレートで供給され石炭粉砕機（ミル）３３で粉砕され微粉炭となって、送風機３２から供給される１次空気で石炭灰溶融ボイラ３４に設けられた旋回溶融炉５０まで空気輸送される。
一方、石炭焚き発電ボイラ設備１０で回収された集塵機捕集灰は、乾灰貯槽３５に受け入れて蓄積され、所定のレートで切り出されて送風機３６からの輸送空気により旋回溶融炉５０に搬送されて微粉炭燃料と混合され燃焼する。乾灰貯槽３５には、他のボイラ設備で回収された捕集灰をタンクローリー３７などで搬入して投入することもできる。
【００２１】
旋回溶融炉５０は、図２に例示するように、予燃焼室５１と円筒形燃焼室５２を持った石炭部分燃焼炉で、予燃焼室５１に供給される微粉炭燃料を重油燃料などを用いた予熱バーナ５３で予熱し、予熱された微粉炭燃料と燃焼空気を燃焼室５２の接線方向に高速で供給し、燃焼室内で高速旋回流を形成させながら燃料過濃雰囲気下で高温高負荷燃焼させるようにしたものである。高温高速旋回流中で燃焼させるため溶融炉内の燃焼効率が高く、生成した高温部分燃焼ガスを後続の集塵機捕集灰溶融ボイラ火炉３４内で二次燃焼させるため燃料効率が高い。
【００２２】
また、高温下で溶融した燃料中の灰分を遠心力により炉壁に捕捉し、溶融スラグとして溶融灰抜き出し口５４から外部のプール３８中に排出する。プール３８に落ちたスラグは冷却水中で細かく破砕され水砕スラグとなってコンベヤによりホッパ３９に搬送され堆積する。
旋回溶融炉５０は、燃料中の灰分の大部分を溶融除去することができる。さらに、高温還元雰囲気で石炭をガス化するためＮＯｘの分解反応が活発で排気中のＮＯｘが少ないという特長がある。
【００２３】
集塵機捕集灰溶融ボイラ火炉３４で発生する燃焼灰を含む排煙は、空気予熱器４０で燃焼空気と熱交換し、集塵機４１で灰分が除かれる。
集塵機４１で捕集された燃焼灰は、再び旋回溶融炉５０に戻され溶融化しスラグとして溶融灰抜き出し口５４から溶融灰として排出される。
集塵機４１を通過した排煙は、誘引ファン４２を通り切替弁６０と遮断弁７０を通過して大型石炭焚き発電ボイラ設備１０に付属された脱硫装置１５の供給側ダクトに混入される。
【００２４】
遮断弁７０は、たとえば図３に示すような水封式の大容量低差圧遮断弁であることが好ましい。図３の遮断弁は、ケーシング７１内にダクト７２と中心軸の周りに回転するシール蓋７３が配設してあり、シール蓋７３が上方に位置するときにシール蓋７３の裾が水没する程度に水が湛えられている。ダクト７２はケーシング７１の側面に始まってケーシング内で向きを変えて上方に延設され、先端はシール蓋７３が上にあるときにシール蓋７３の内面に接触しないようなっている。
【００２５】
シール蓋７３が上方にあるときは遮断弁７０が塞がっているときで、ダクト７２内の気体は、圧力がシール蓋７３の裾における水圧より大きくならない限り閉止されて流通しない。一方、シール蓋７３が中心軸周りに回転し上位置からずれて裾が水面の上に出ると、気体の通路は解放されて気体はケーシング７１の頭部に設けられた開口に達する。この時の気体流には配管抵抗以上の差圧が生じない。このような水封式遮断弁は、遮蔽時には気流を完全に遮断することができ、解放時には流路抵抗が極めて小さく大口径のダクトを用いて大量の気体を流通させることができる。なお、図３中の点線はシール蓋７３が完全な解放状態まで退避した状態を示す。
【００２６】
また、切替弁６０は、分岐ダクトのそれぞれに設けた弁を連動して動かし一方に流通させるようにしてもよいが、図４に示すような連動式の三方弁であることが好ましい。
図４の切替弁は取り入れ口６１から流入する気体を直進方向に開口された第１の取り出し口６２と垂直方向に開口された第２の取り出し口６３のいずれかに切り替えて流通させるもので、２つの取り出し口にはそれぞれ蝶弁が設けられリンク６４で連結されており、シリンダ６５で駆動すると２個の蝶弁は連動して動き一方が解放されると他方が閉止するようになっている。
【００２７】
集塵機捕集灰溶融ボイラ設備３０が通常運転されているときは、遮断弁７０を開通させ切替弁６０を遮断弁７０に排煙を供給する状態にして、排煙を脱硫装置１５に送り込んで大型石炭焚き発電ボイラ設備１０の排煙と一緒に処理する。
大型石炭焚きボイラ設備に付属する排煙処理装置は大きな容量を持っていて、灰溶融ボイラ設備３０で発生する、たとえば１０％程度の排煙負荷を合わせて処理する余裕は十分にある。
【００２８】
ただし、灰溶融ボイラ設備３０は常時運転するわけではなく、石炭焚きボイラ設備１０の運転期間中に何度も立ち上げ立ち下げ工程を有することになる。灰溶融ボイラ設備の火炉が立ち上がる初期にはボイラ３４から冷風が発生するが、このような冷風を排煙処理装置に流入させると処理能力を著しく損ない石炭焚きボイラの排煙処理に支障を来すことになる。また、排煙の圧力バランスが適正でない場合には石炭焚きボイラ設備の排煙が灰溶融ボイラ設備３０側に逆流して障害を起こすことにもなりかねない。
そこで、灰溶融ボイラ設備３０を立ち上げるときは遮断弁７０を閉止し切替弁６０を小型の専用煙突４３側に切り替えて排煙を煙突４３から放出しておき、定常運転状態になってから遮断弁７０を開け切替弁６０を石炭焚きボイラ設備１０側に切り替えて排煙処理するようにする。
【００２９】
本実施例では、低差圧の水封式遮断弁と低差圧の切替弁を使用し、大量の排煙を専用煙突と排煙処理設備を選択して流せるようにしたので、大型石炭焚き発電ボイラ設備と運転周期の異なる灰溶融ボイラ設備を大型石炭焚き発電ボイラ設備の排煙処理装置に接続して排煙処理することができるようになった。
したがって、従来灰溶融ボイラ自体に専属させる必要があった脱硫装置を省略することができ、集塵機捕集灰処理設備の装置費用を節約して経済的な設備とすることができる。
【００３０】
図５に示すものは本発明の灰溶融ボイラ設備の別の態様である。図１に示した灰溶融ボイラ設備と異なるところは、大型石炭焚きボイラ発電設備の脱硫装置に加えて集塵機も利用した点であり、その他には異なるところがないので、異なる部分についてのみ説明する。
図５において、大型石炭焚き発電ボイラ設備１０の石炭焚きボイラ１１から排出された排煙は、脱硝装置１２と空気予熱器１３を通った後で、集塵機１４で灰が捕集され脱硫装置１５でＳＯｘを除かれて煙突１７から放出される。
【００３１】
集塵機１４で捕集され集塵機灰貯槽１８に受けた捕集灰は、集塵機捕集灰溶融ボイラ設備３０に輸送され、乾灰貯槽３５に受け入れて蓄積され、必要に応じて旋回溶融炉５０に搬送され燃焼して、用途の広い溶融スラグとして回収されホッパ３９に堆積される。
集塵機捕集灰溶融ボイラ火炉３４で発生する燃焼灰を含む排煙は、空気予熱器４０で燃焼空気と熱交換すると、誘引ファン４２で加圧され切替弁６０と遮断弁７０を通過して大型石炭焚き発電ボイラ設備１０に付属された集塵機１４の供給側ダクトに混入される。集塵機１４で捕集灰を回収した後、脱硫装置１５を通ってクリーンになった排煙は煙突１７を通じて大気中に放出される。
【００３２】
本態様では、集塵機捕集灰溶融ボイラ設備３０が通常運転されているときは、遮断弁７０と切替弁６０を通して排煙を集塵機１４の供給側に送り込んで大型石炭焚き発電ボイラ設備１０の排煙と一緒に灰捕集および脱硫処理する。
また、灰溶融ボイラ設備３０の立ち上げ期で排煙温度が低い間は、遮断弁７０を閉止し切替弁６０を切り替えて排煙を煙突４３から放出するようにする。
【００３３】
本態様では、低差圧の水封式遮断弁と低差圧の切替弁を使用し、大量の排煙を専用煙突と排煙処理設備を選択して流せるようにして、大型石炭焚き発電ボイラ設備の集塵機と脱硫装置を利用するようにしたので、従来捕集灰処理を行う灰溶融ボイラ自体に専属させる必要があった排煙処理装置を省略することができ、集塵機捕集灰処理設備の装置費用を節約することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の集塵機捕集灰溶融ボイラ設備の排煙処理方法は、集塵機捕集灰を処理する灰溶融ボイラの煙道を低差圧の切替弁と遮断弁を介して石炭焚きボイラの排煙処理設備に接続し、石炭焚きボイラの排煙処理設備で処理するようにしたため、石炭焚きボイラ設備の集塵機捕集灰処理設備のコストが低減し経済的な処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例における集塵機捕集灰溶融ボイラ設備のフローを示すフローダイアグラムである。
【図２】本実施例に用いる旋回溶融炉の例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】本実施例に使用する水封式遮断弁の例を示す側面図である。
【図４】本実施例に使用する連動式切替弁の例を示す断面図である。
【図５】本実施例の別の態様を表す集塵機捕集灰溶融ボイラ設備のフローダイアグラムである。
【符号の説明】
１０  大型石炭焚き発電ボイラ設備
１１  大型石炭焚きボイラ
１２  脱硝装置
１４  集塵機
１５  脱硫装置
１８  集塵機灰貯槽
３０  集塵機捕集灰溶融ボイラ設備
３１  石炭バンカー
３２  石炭粉砕機
３４  石炭灰溶融ボイラ
５０  旋回溶融炉
３５  乾灰貯槽
５１  予燃焼室
５２  燃焼室
５３  予熱バーナ
５４  溶融灰抜き出し口
４１  集塵機
６０  切替弁
７０  遮断弁
７１  ケーシング
７２  ダクト
７３  シール蓋
６１  取り入れ口
６２、６３  取り出し口
６５  駆動シリンダ
【図１】
0003539918.tif 000002
【図２】
0003539918.tif 000003
【図３】
0003539918.tif 000004
【図４】
0003539918.tif 000005
【図５】
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