(57)【要約】【課題】本発明は、湿式脱硫装置で回収される石膏の品質に優れる石炭燃焼設備の運転方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る石炭燃焼設備の運転方法は、燃料石炭を燃焼する火炉と、この火炉から排出される排ガスから微粒子を除去する電気集塵機と、この電気集塵機で微粒子を除去した排ガスから石灰石石膏法により硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置とを備える石炭燃焼設備の運転方法であって、上記燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を用いることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料石炭を燃焼する火炉と、この火炉から排出される排ガスから微粒子を除去する電気集塵機と、この電気集塵機で微粒子を除去した排ガスから石灰石石膏法により硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置とを備える石炭燃焼設備の運転方法であって、
上記燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を用いることを特徴とする石炭燃焼設備の運転方法。
【請求項２】
上記燃料石炭として、上記灰分含有量を満たすよう混炭した石炭を用いる請求項１に記載の石炭燃焼設備の運転方法。
【請求項３】
上記燃料石炭として、歴青炭を用いる請求項１又は請求項２に記載の石炭燃焼設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭燃焼設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば石炭ボイラーを有する火力発電設備等、石炭を燃料とする燃焼設備は、一般に、排ガス中の微粒子（粉塵）であるフライアッシュを除去する電気集塵機と、排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置とを備える。
【０００３】
脱硫装置としては、水に石灰石を分散したスラリー（吸収液）に排ガスを接触させることにより、排ガス中の酸化硫黄（ＳＯ２）を石灰（ＣａＣＯ３）と反応させて、硫黄分を石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）として回収する石灰石石膏法による湿式脱硫装置が広く用いられている。このような湿式脱硫装置を用いる場合、脱硫装置において回収された石膏を販売することで、運転コストを低減することができる。
【０００４】
しかしながら、電気集塵機において微粒子を完全に除去することはできないため、湿式脱硫装置において回収される石膏中には、電気集塵機を通過した微粒子の一部が混入する。このような微粒子の混入量が多くなると、石膏の品質が低下するため、石膏の価値が低下する。
【０００５】
例えば特開平１１−１７９１４７号公報には、湿式脱硫装置で回収される石膏を含むスラリーから、例えば簡易セトラー（重力沈降分離装置）、磁気式粉塵分離装置、遠心分離機等によって粉塵を多く含むスラリーを分離することで、石膏純度が高いスラリーを得る排煙処理方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記公報に記載の方法では、粉塵を多く含むスラリーを分離するためにコストがかかると共に、分離した粉塵を多く含むスラリーの処理にもコストがかかる。
【０００８】
上記不都合に鑑みて、本発明は、湿式脱硫装置で回収される石膏の品質に優れる石炭燃焼設備の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、石炭燃焼設備の電気集塵機で捕集された石炭灰及び湿式脱硫装置で回収された石膏について、特に石膏を着色してその品質を大きく低下させる未燃炭素粒子に着目して詳しく観察した。未燃炭素粒子の形状は、７０μｍから９０μｍ程度にピークを有する粒径分布を有する中空の粒子状であり、その外殻が微細な空孔を有するポーラス状であった。
【００１０】
本発明者らは、未燃炭素粒子は、外殻中に微細な粒子状の灰分を包含しており、電気集塵機で捕集される石炭灰中の未燃炭素粒子は、外殻の中に灰分をより多く内包しているとの印象を得た。このため、本発明者らは、電気集塵機での除去率に与える灰分の影響を多面的に検証し、未燃炭素粒子の灰分含有量が大きい程電気集塵機における除去率が高く、湿式脱硫装置で回収される石膏の品質が高くなることを確認した。
【００１１】
本発明者は、さらに研究を重ねた結果、未燃炭素粒子中の灰分含有量と、燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分の粒径分布との間に相関関係があることを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る石炭燃焼設備の運転方法は、燃料石炭を燃焼する火炉と、この火炉から排出される排ガスから微粒子を除去する電気集塵機と、この電気集塵機で微粒子を除去した排ガスから石灰石石膏法により硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置とを備える石炭燃焼設備の運転方法であって、上記燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を用いることを特徴とする。
【００１３】
当該石炭燃焼設備の運転方法は、燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を用いることによって、電気集塵機における未燃炭素の除去率を向上することができる結果として、湿式脱硫装置で回収される石膏中の未燃炭素含有量が小さく、品質に優れる石膏を得ることができる。
【００１４】
当該石炭燃焼設備の運転方法において、上記燃料石炭として、上記灰分含有量を満たすよう混炭した石炭を用いてもよい。この方法によれば、燃料の入手が容易となるため、燃料コストの上昇を抑制することができる。
【００１５】
当該石炭燃焼設備の運転方法において、上記燃料石炭として、歴青炭を用いることが好ましい。この方法によれば、熱量単価を抑制しつつ、副産物として高品質な石膏を得ることができる。
【００１６】
なお、「加熱灰化」は、ＪＩＳ−Ｍ８８１２（２００６）の「灰分定量方法」における加熱灰化の手順に従っておこなう。また、「粒径」は、レーザー回折散乱法によって測定される粒径を意味する。また、「灰分含有量」は、気乾ベースの値とする。また、「歴青炭」とは、ＪＩＳ−Ｍ１００２（１９７８）に規定される炭種である。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る石炭燃焼設備の運転方法は、湿式脱硫装置で回収される石膏の品質に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に用いることができる石炭燃焼設備の構成を示す模式図である。
【図２】複数の燃料石炭の加熱灰化後の灰分の粒径分布を示すグラフである。
【図３】燃料石炭の加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量と、回収される石膏中の未燃炭素含有量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００２０】
［石炭燃焼設備］
図１に、本発明に用いられる石炭燃焼設備の概略構成を示す。この石炭燃焼設備は、燃料石炭を燃焼する火炉１と、この火炉１から排出される排ガスから微粒子を除去する電気集塵機２と、この電気集塵機で微粒子を除去した排ガスから石灰石石膏法により硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置３とを備える。また、石炭燃焼設備は、最終的に排ガスを大気に放出する煙突４をさらに備える。
【００２１】
＜火炉＞
火炉１としては、例えばボイラー、加熱炉等、燃料石炭を燃焼するものであれば特に限定されないが、再利用可能な量の石膏を回収できる規模、具体的には１万ｋＷ以上好ましくは１０万ｋＷ以上の発熱量の炉であることが経済的に妥当である。
【００２２】
火炉１の燃焼方式としては、例えば、固定層燃焼方式、流動層（気泡流動層又は循環流動層）燃焼方式、噴流層（微粉炭）燃焼方式等を挙げることができる。
【００２３】
＜電気集塵機＞
電気集塵機２は、放電極からのコロナ放電によって排ガス中の微粒子（フライアッシュ）を帯電させ、帯電した微粒子を電極（集塵極）に引き寄せて排ガスから分離して捕集する装置である。
【００２４】
電気集塵機２の放電方法としては、直流放電であってもよく、パルス放電であってもよい。また、電気集塵機は、集塵極に付着した微粒子を振動によって払い落とす乾式電気集塵機であってもよく、集塵極に付着した微粒子を水で洗い流す湿式電気集塵機であってもよい。
【００２５】
＜湿式脱硫装置＞
湿式脱硫装置３は、水に石灰石を分散したスラリー（吸収液）を排ガスに接触させることで、石灰と硫黄酸化物とを反応させて硫黄酸化物を吸収すると共に、副生物として石膏を回収する装置である。
【００２６】
湿式脱硫装置３としては、排ガスに吸収液を噴霧するスプレー方式の装置、排ガスの流路にグリッド状の充填物を配置して気液接触を促進するグリッド方式の装置、排ガスを吸収液にバブリングさせる装置等を利用することができる。
【００２７】
［運転方法］
本発明に係る石炭燃焼設備の運転方法の一実施形態は、火炉１で燃焼する燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が比較的大きい石炭を用いる。
【００２８】
加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量を大きくする理由としては、小径の灰分は火炉１で燃料石炭を燃焼したときに生じる排ガス中の未燃炭素粒子に包含される可能性が大きく、電気集塵機２における未燃炭素粒子の帯電性を向上し、未燃炭素粒子を除去しやすくするからである。
【００２９】
燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量の下限としては、０．２０質量％であり、０．２５質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。一方、燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量の上限としては、１．５質量％が好ましく、１．０質量％がより好ましく、０．８質量％がさらに好ましい。燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記下限に満たない場合、火炉１での燃料石炭の燃焼により発生する排ガス中の未燃炭素に含まれる灰分量が小さくなり、電気集塵機における未燃炭素の除去率が不十分となる結果、湿式脱硫装置３で回収される石膏が着色するおそれがある。逆に、燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記上限を超える場合、排ガス中の石炭灰量が大きくなることで、電気集塵機を通過する石炭灰の総量が増大して湿式脱硫装置３で回収される石膏の品質が低下するおそれがある。
【００３０】
燃料石炭の灰分全体の含有量の下限としては、２％が好ましく、３％がより好ましい。一方、燃料石炭の灰分含有量の上限としては、２０％が好ましく、１８％がより好ましい。燃料石炭の灰分含有量が上記下限に満たない場合、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分の含有量が不十分となることで湿式脱硫装置３で回収される石膏が着色するおそれがある。逆に、燃料石炭の灰分含有量が上記上限を超える場合、電気集塵機を通過する石炭灰の総量が増大して湿式脱硫装置３で回収される石膏の品質が低下するおそれがある。
【００３１】
上記燃料石炭としては、無煙炭、歴青炭、亜瀝青炭等を用いることができる。中でも、上記燃料石炭としては、無煙炭よりは熱量単価を抑制でき、亜歴青炭よりは熱量が高いことから、歴青炭が特に好適に用いられる。
【００３２】
また、燃料石炭としては、上記灰分含有量を満たすよう混炭した石炭を用いてもよい。混炭した石炭を燃料石炭として用いることによって、燃料の入手が容易となるため、燃料コストの上昇を抑制することができる。
【００３３】
＜利点＞
以上のように、当該石炭燃焼設備の運転方法では、火炉１で燃焼する燃料石炭として、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が比較的大きい石炭を用いることによって、電気集塵機２における未燃炭素粒子の除去率を向上し、湿式脱硫装置３において回収される石膏に含まれる未燃炭素量を低減することができるので、高品質の石膏を得ることができる。このため、回収された石膏を比較的高い値段で販売することができ、全体として石炭燃焼設備の運転コストを低減することができる。
【００３４】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００３５】
当該石炭燃焼設備の運転方法に用いる石炭燃焼設備は、排ガスの熱で水を加熱するエコノマイザー、排ガスの熱で燃焼用空気を加熱するエアヒーター、湿式脱硫装置の上流で排ガスから熱回収して湿式脱硫装置を通過した排ガスを再加熱するガス−ガスヒータ熱回収器（ＧＧＨ）、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）等のさらなる装置を備えてもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００３７】
石炭燃焼設備として、火炉として石炭焚きボイラーを備え、排ガス流路に選択触媒還元脱硝装置、電気集塵機及び湿式脱硫装置をこの順に設けた発電所において、加熱灰化して得られる灰分の粒径分布が異なる複数の燃料石炭Ｎｏ．１〜５を燃焼して、湿式脱硫装置で回収される石膏に着色が生じるか否かを確認した。なお、燃料石炭Ｎｏ．１，５はインドネシア産歴青炭であり、燃料石炭Ｎｏ．２〜４はオーストラリア産歴青炭である。
【００３８】
燃料石炭Ｎｏ．１〜５を、ＪＩＳ−Ｍ８８１２（１９７８）の「灰分定量方法」に準拠して、灰分合計含有量を測定すると共に、灰化したサンプルの粒径分布をレーザー回折散乱法により測定して、各粒径以下の灰分の燃料石炭の質量を基準とする累積含有量を算出した。この結果を次の表１に示す。また、表１には、上記燃料石炭Ｎｏ．１〜５を、上記石炭燃焼設備において燃焼し、湿式脱硫装置で回収された石膏への着色の有無を合わせて示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すように、燃料石炭Ｎｏ．１〜３は石膏への有意な着色がなかったのに対し、燃料石炭Ｎｏ．４，５は石膏への着色（未燃炭素粒子による黒色化）が見られた。
【００４１】
図２に、燃料石炭Ｎｏ．１〜５を加熱灰化して得られる灰分の粒径分布を示す。図２において、石膏への有意な着色がなかったものは白抜きのマーカーを用い、石膏への着色があったものは塗りつぶしたマーカーを用いて示す。
【００４２】
図示するように、黒色化による石膏の品質劣化が確認されなかった燃料石炭Ｎｏ．１〜３は、加熱灰化して得られる灰分中の粒径が小さい灰分の含有量が比較的大きく、黒色化による石膏の品質劣化があった燃料石炭Ｎｏ．４，５は、加熱灰化して得られる灰分中の粒径が小さい灰分の含有量が比較的小さかった。一方、加熱灰化して得られる灰分中の粒径が大きい灰分の含有量と石膏の黒色化との間には有意な相関関係は認められなかった。
【００４３】
燃料石炭中の灰分の石膏の黒色化防止に対する効果は、燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分の粒径が小さい程大きく、加熱灰化後に一定の粒径を超える灰分は石膏の黒色化防止に寄与しないと考えられる。より詳細には、石炭燃焼設備の運転において湿式脱硫装置で得られる石膏の着色の有無は、燃料石炭を加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分の燃料石炭の質量を基準とする含有率によって判断することが適当と考えられる。
【００４４】
具体的には、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を燃料石炭として用いることによって、湿式脱硫装置で得られる石膏の着色を防止することができると考えられる。
【００４５】
さらに、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量と湿式脱硫装置で回収される石膏の着色との関係を確認するために、複数種類の石炭を混合することによって、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が異なる燃料石炭を調製した。このように混炭によって得られた燃料石炭を同じ石炭燃焼設備を用いて燃焼し、湿式脱硫装置で回収された石膏中の未燃炭素の含有率をＪＩＳ−Ｍ８８１９（１９９７）に準拠して測定した。
【００４６】
図３に、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量の測定値と、湿式脱硫装置で回収された石膏中の未燃炭素の含有率の測定値との関係をプロットしたグラフを示す。
【００４７】
図示するように、若干のばらつきは見られるものの、加熱灰化して得られる灰分中の粒径１．０μｍ以下の灰分含有量が上記燃料石炭の０．２０質量％以上である石炭を燃料石炭として用いることによって、湿式脱硫装置で得られる石膏中の未燃炭素濃度、つまり石膏の着色を十分に抑制できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る石炭燃焼設備の運転方法は、特に石炭火力発電所の運転方法として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  火炉
２  電気集塵機
３  湿式脱硫装置
４  煙突
【図１】
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【図２】
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【図３】
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