(57)【要約】【課題】ランニングコストを低減してＥＰ煤に含まれる炭素成分を効率よく燃焼できる一方、バナジウム等が濃縮された燃焼灰を効率良く回収できる燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼装置１は、内部にロストル２２を備える燃焼炉２と、燃焼炉２内を加熱する燃焼バーナ２３と、燃焼炉２内に燃焼用空気を供給する空気供給管２９と、ロストル２２の下方から燃焼排気を吸引して燃焼炉２外に排出する排気ダクト３ａ〜３ｅと吸引ファン８とを備える。ＥＰ煤Ｓを投入するスクリューコンベア２４と、ＥＰ煤Ｓの自己燃焼に必要な熱を蓄積可能なアルミナボール２６加熱媒体層２７と、加熱媒体層２７を撹拌する撹拌装置２８と、燃焼排気から燃焼灰を回収するサイクロン４又はバグフィルタ７とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にロストルを備える燃焼炉と、
該ロストルの上方から該燃焼炉内に燃焼炎を供給して該燃焼炉内を加熱する加熱手段と、
該ロストルの上方の該燃焼炉内に燃焼用空気を供給する空気供給手段と、
該ロストルの下方から燃焼排気を吸引して該燃焼炉外に排出する吸引手段とを備える燃焼装置であって、
該燃焼炉の上部から該ロストル上に、炭素質材料を投入する炭素質材料投入手段と、
該ロストル上に堆積し該炭素質材料の自己燃焼に必要な熱を蓄積可能な加熱媒体からなる加熱媒体層と、
該加熱媒体層を撹拌する撹拌手段と、
該燃焼排気から燃焼灰を回収する回収手段とを備えることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼装置において、前記燃焼灰はバナジウムを含むことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の燃焼装置において、前記炭素質材料はＥＰ煤であることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の燃焼装置において、前記加熱媒体は１〜２０ｍｍの範囲の直径を備えるアルミナの球体からなることを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の燃焼装置において、前記回収手段は前記燃焼炉の下部に排気ダクトを介して接続されたサイクロン又はバグフィルタであることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油灰を電気集塵機により集塵したＥＰ煤等の炭素質材料の燃焼に用いる燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等で重油を燃焼させた際に発生する重油灰を電気集塵機（Electric Precipitator）により集塵した煤はＥＰ煤と呼ばれており、バナジウム等を含有している。前記バナジウムは、例えば、レドックスフロー電池の電解液等の用途がある。そこで、従来、前記ＥＰ煤に含まれる炭素成分を燃焼させて前記バナジウム等を濃縮し、濃縮された該バナジウム等を含む燃焼灰を回収することが行われている。
【０００３】
前記ＥＰ煤に含まれる炭素成分を燃焼させる燃焼炉として、例えばロータリーキルンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４８−３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記ロータリーキルンではＥＰ煤を自己燃焼させることができないので、他の燃料を用いて燃焼させなければならずランニングコストの増大が避けられない上、キルンの回転によりＥＰ煤及びＥＰ煤の燃焼により発生した燃焼灰が撹拌されて飛散されることになるため、ＥＰ煤の燃焼率が低く、燃焼灰の回収率も低いという不都合がある。
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、ランニングコストを低減することができ、前記ＥＰ煤に含まれる炭素成分を効率よく燃焼させることができる一方、前記バナジウム等が濃縮された燃焼灰を効率良く回収することができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、内部にロストルを備え、該ロストルの上方に該燃焼炉内に燃焼炎を供給する加熱手段と、該燃焼炉内に燃焼用空気を供給する空気供給手段とを備える一方、該ロストルの下方から燃焼排気を吸引して該燃焼炉外に排出する吸引手段を備えるダウンドラフト型燃焼炉を用いることが考えられる。
【０００８】
前記ダウンドラフト型燃焼炉では、ＥＰ煤等の燃焼対象物を前記ロストル上に投入し、前記加熱手段により供給される燃焼炎と、前記空気供給手段により供給される燃焼用空気とにより燃焼させ、該燃焼により発生した燃焼排気を前記吸引手段により該ロストルの下方から吸引して該燃焼炉外に排出する。
【０００９】
また、前記ダウンドラフト型燃焼炉では、前記ロストルの上方に燃焼用空気を供給する一方、該ロストルの下方から燃焼排気を吸引するので、該燃焼炉内に該ロストルの上方から下方に向かう該燃焼排気の気流が形成され、前記燃焼により発生した燃焼灰は前記気流に案内されて該ロストルを通過し、該気流の下流側で回収することができる。従って、前記ダウンドラフト型燃焼炉によれば、ＥＰ煤の燃焼により発生した燃焼灰が飛散されることなく、該燃焼灰を効率よく回収することができる。
【００１０】
しかし、上述のようにするときには、前記加熱手段により前記ＥＰ煤を燃焼させるための燃料を必要とし、ランニングコストが増大するという問題が残るので、さらに改善が求められる。
【００１１】
そこで、本発明の燃焼装置は、内部にロストルを備える燃焼炉と、該ロストルの上方から該燃焼炉内に燃焼炎を供給して該燃焼炉内を加熱する加熱手段と、該ロストルの上方の該燃焼炉内に燃焼用空気を供給する空気供給手段と、該ロストルの下方から燃焼排気を吸引して該燃焼炉外に排出する吸引手段とを備える燃焼装置であって、該燃焼炉の上部から該ロストル上に、炭素質材料を投入する炭素質材料投入手段と、該ロストル上に堆積し該炭素質材料の自己燃焼に必要な熱を蓄積可能な加熱媒体からなる加熱媒体層と、該加熱媒体層を撹拌する撹拌手段と、該燃焼排気から燃焼灰を回収する回収手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の燃焼装置では、前記炭素質材料投入手段により、前記ロストル上に、炭素質材料が投入される。このとき、前記燃焼炉内の前記ロストル上には前記炭素質材料の自己燃焼に必要な熱を蓄積可能な前記加熱媒体が堆積して加熱媒体層が形成されており、該燃焼炉内は前記加熱手段から供給される燃焼炎により加熱されているので、該加熱媒体が加熱され、所要の熱を蓄積することができる。
【００１３】
そこで、前記炭素質材料投入手段により該ロストル上に投入された前記炭素質材料は、前記加熱媒体と接触して熱を受け取ることにより加熱され、前記空気供給手段により供給される燃焼用空気に含まれる酸素を用いて自己燃焼することができる。また、このとき、前記加熱媒体層は、前記撹拌手段により撹拌されるので、前記炭素質材料は前記加熱媒体と接触する機会が増加し、燃焼効率が向上する。この結果、前記炭素質材料に含まれる炭素成分が主として燃焼され、燃焼灰が形成される。
【００１４】
この場合、前記炭素質材料は一旦自己燃焼を開始した後は、該炭素質材料自体の燃焼熱により連鎖的に自己燃焼を継続することができる。そこで、本発明の燃焼装置では、前記加熱手段により供給される燃焼炎により前記燃焼炉内が加熱され、前記加熱媒体に前記炭素質材料の自己燃焼に必要な熱が蓄積されたならば、該加熱手段を停止することができ、ランニングコストを低減することができる。
【００１５】
また、前記燃焼炉内では、前記空気供給手段から前記ロストルの上方に空気が供給される一方、前記吸引手段により該ロストルの下方から前記燃焼排気が吸引されるので、該ロストルの上方から下方に向かう該燃焼排気の気流が形成される。そこで、前記燃焼灰は、前記撹拌手段による撹拌と前記気流とにより、前記加熱媒体層の上方から下方に移動し、最終的には前記ロストルの下方に至り、前記燃焼排気の気流に搬送されて前記燃焼炉外に排出される。そして、前記燃焼灰は、前記燃焼炉外で前記回収手段により回収することができる。
【００１６】
本発明の燃焼装置において、前記回収手段により回収された前記燃焼灰は、バナジウムを含んでおり、該バナジウムはそれ自体公知の方法により該燃焼灰から回収することができる。回収されたバナジウムは、例えば、レドックスフロー電池の電解液に用いることができる。前記レドックスフロー電池は、例えば、特開２０１６−７２１６７号公報に記載がある。
【００１７】
また、本発明の燃焼装置において、前記炭素質材料として、例えば、ＥＰ煤を用いることができる。
【００１８】
また、本発明の燃焼装置において、前記加熱媒体は例えば砂であってもよいが、１〜２０ｍｍの範囲の直径を備えるアルミナの球体からなることが好ましい。前記アルミナは、前記炭素質材料に含まれるバナジウムに対して不活性であり、該バナジウムと反応することがなく、前記炭素質材料の自己燃焼に必要な熱を蓄積することができる。
【００１９】
前記アルミナの球体は、直径が１ｍｍ未満であると前記ロストルを通過してしまい、該ロストル上に堆積することが難しくなる。また、前記アルミナの球体は、直径が２０ｍｍを超えると、蓄積した熱を前記炭素質材料に効率よく受け渡すことが難しくなる。
【００２０】
また、本発明の燃焼装置において、前記回収手段は例えば前記燃焼炉の下部に排気ダクトを介して接続されたサイクロン又はバグフィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の燃焼装置の構成を示すシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の燃焼装置１は、燃焼炉２と、排気ダクト３ａを介して燃焼炉２の下部に接続された燃焼灰を回収する回収手段としてのサイクロン４と、排気ダクト３ｂを介してサイクロン４に接続された熱交換器５と、排気ダクト３ｃを介して熱交換器５に接続された温水ボイラ６と、排気ダクト３ｄを介して温水ボイラ６に接続されたバグフィルタ７と、排気ダクト３ｅを介してバグフィルタ７に接続された吸引ファン８と、排気ダクト３ｆを介して吸引ファン８に接続された煙突９とを備えている。尚、前記燃焼煤は、バグフィルタ７で回収することもできる。
【００２４】
燃焼炉２は、筒状の燃焼炉本体２１の中段にロストル２２を備えており、ロストル２２の上方に燃焼炉本体２１内に燃焼炎を供給して燃焼炉本体２１内を加熱する加熱手段としての燃焼バーナ２３と、ロストル２２上に炭素質材料として、例えば、ＥＰ煤Ｓを投入する炭素質材料投入手段としてのスクリューコンベア２４と、スクリューコンベア２４に前記炭素質材料を供給するホッパ２５とを備えている。
【００２５】
前記炭素質材料としてのＥＰ煤Ｓは、火力発電所等で重油を燃焼させた際に発生する重油灰を電気集塵機（Electric Precipitator）により集塵した煤であり、例えば、次の表１に示すような組成を備えている。
【００２６】
【表１】
2019105419.tif 000003
【００２７】
また、表１に示す組成のうち、灰分（Ａｓｈ）は、例えば次の表２に示すような組成を備えている。
【００２８】
【表２】
2019105419.tif 000004
【００２９】
また、ロストル２２上には加熱媒体としてのアルミナの球体（以下、アルミナボールという）２６が堆積してなる加熱媒体層２７が形成されており、燃焼炉２は加熱媒体層２７を撹拌する撹拌装置２８と、加熱媒体層２７に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段としての空気供給管２９とを備えている。
【００３０】
アルミナボール２６は例えば１〜２０ｍｍ、好ましくは４〜１０ｍｍの範囲の直径を備える球体であり、ロストル２２上に例えば２００〜５００ｍｍの範囲の厚さで堆積して加熱媒体層２７を形成している。撹拌装置２８は、燃焼炉本体２１の上方に設けられた回転モータ２８１と、回転モータ２８１から垂下する回転軸２８２と、回転軸２８２の下部に設けられて加熱媒体層２７のアルミナボール２６を撹拌するスクリュー羽２８３とを備えている。空気供給管２９は、燃焼炉本体２１を貫通して設けられており、図示しない送風ファン等の空気供給源に接続されている。
【００３１】
また、燃焼装置１では、排気ダクト３ａ〜３ｅと、吸引ファン８とにより、燃焼炉本体２１のロストル２２の下方から燃焼排気を吸引して燃焼炉本体２１外に排出する吸引手段が形成されている。また、サイクロン４は下部に燃焼排気から分離された燃焼灰を収容するバケット４１を備えており、熱交換器５は図示しない送風ファン等の空気供給源から供給される空気が流通される空気ダクト５１を備えており、前記燃焼排気は空気ダクト５１に流通される空気と熱交換を行う。さらに、排気ダクト３ｄにはバグフィルタ７に脱硫剤、脱窒剤等の薬剤を投入する薬剤サイロ１０が接続されている。
【００３２】
次に、本実施形態の燃焼装置１の作動について、前記炭素質材料としてＥＰ煤Ｓを燃焼させる場合を例に説明する。
【００３３】
本実施形態の燃焼装置１では、まず、吸引ファン８、図示しない送風ファン等の空気供給源及び撹拌装置２８を作動させる一方、燃焼バーナ２３に点火して燃焼炉本体２１内を加熱し、加熱媒体層２７を形成するアルミナボール２６の温度を第１の所定の温度、例えば６００℃まで昇温させる。アルミナボール２６の温度は図示しない温度センサにより測定される。アルミナボール２６が第１の所定の温度に達したならば、スクリューコンベア２４を作動させ、ホッパ２５に貯留されているＥＰ煤Ｓを加熱媒体層２７上に投入する。
【００３４】
このようにすると、ＥＰ煤Ｓはアルミナボール２６から熱を受け取ることにより加熱され、空気供給管２９から供給される燃焼用空気に含まれる酸素を用いて自己燃焼を開始する。本実施形態の燃焼装置１では、アルミナボール２６の温度が第２の所定の温度、例えば７９０℃に達したならば、ＥＰ煤Ｓが連鎖的に自己燃焼を継続できる状態になったものと判断し、燃焼バーナ２３を停止する。
【００３５】
このとき、加熱媒体層２７は、撹拌手段２８のスクリュー羽２８３により撹拌されるので、ＥＰ煤Ｓはアルミナボール２６と接触する機会が増加し、燃焼効率が向上する。この結果、ＥＰ煤Ｓに含まれる炭素成分が主として燃焼され、水素、窒素、酸素、硫黄、塩素等が気化されて燃焼排気となる一方、該炭素成分の残部とバナジウムとを含む燃焼灰が形成される。前記燃焼灰に含まれるバナジウムは、ＥＰ煤Ｓに含まれるバナジウムに比較して濃縮されている。
【００３６】
燃焼装置１において、ＥＰ煤Ｓが連鎖的に自己燃焼を継続しているときには、ＥＰ煤Ｓはスクリューコンベア２４により、例えば５〜２５ｋｇ／時の割合で連続的に加熱媒体層２７上に投入される。このとき、前記温度センサにより測定されるアルミナボール２６の温度が上昇傾向を示す場合は、空気供給管２９による燃焼用空気の供給量を増加する一方、スクリューコンベア２４によるＥＰ煤Ｓの投入量を低減する。また、前記温度センサにより測定されるアルミナボール２６の温度が下降傾向を示す場合は、空気供給管２９による燃焼用空気の供給量を低減する一方、スクリューコンベア２４によるＥＰ煤Ｓの投入量を増加する。
【００３７】
燃焼装置１では、上述のように、アルミナボール２６の温度に対してＥＰ煤Ｓの投入量と燃焼用空気の供給量とを増減することにより、アルミナボール２６の温度が７００〜８００℃の範囲となるように制御する。アルミナボール２６の温度が７００℃未満になると、ＥＰ煤Ｓが連鎖的に自己燃焼を継続することができなくなることがあり、８００℃を超えるとＥＰ煤Ｓに含まれるバナジウムが溶融して回収が困難になることがある。
【００３８】
尚、上述のように制御してもアルミナボール２６の温度が下降傾向を続ける場合には、再度燃焼バーナ２３に点火してアルミナボール２６の温度が前記範囲となるようにする。
【００３９】
この結果、燃焼炉２によれば、ＥＰ煤Ｓに含まれる炭素成分の７０〜９５質量％が燃焼されバナジウムが濃縮された燃焼灰を得ることができる。
【００４０】
ＥＰ煤Ｓが連鎖的に自己燃焼を継続しているときに、燃焼炉２内では空気供給管２９からロストル２２の上方に燃焼用空気が供給される一方、吸引ファン８により排気ダクト３ａ〜３ｅを介してロストル２２の下方から前記燃焼排気が吸引されるので、ロストル２２の上方から下方に向かう該燃焼排気の気流が形成される。そこで、ＥＰ煤Ｓの燃焼により生成した前記燃焼灰は、撹拌装置２８による撹拌と前記気流とにより、加熱媒体層２７の上方から下方に移動し、最終的にはロストル２２の下方から、該気流に搬送されて燃焼炉２外に排出される。
【００４１】
燃焼炉２外に排出された前記燃焼排気は、排気ダクト３ａを介してサイクロン４に供給され、主としてサイクロン４で、該燃焼排気から前記バナジウムが濃縮された燃焼灰が分離される。分離された前記燃焼灰は、サイクロン４の下部に設けられたバケット４１に収容されることにより回収される。
【００４２】
サイクロン４から排出された前記燃焼排気は、次いで、排気ダクト３ｂを介して熱交換器５に供給され、空気ダクト５１内に流通する空気と熱交換した後、排気ダクト３ｃから排出される。空気ダクト５１は、例えば上流側で図示しない送風ファン等の空気供給源に接続されており、下流側で空気供給管２９に接続されている。このようにすることにより、前記送風ファンから送られる空気を空気ダクト５１に流通させ、熱交換器５で前記燃焼排気と熱交換することにより加熱された燃焼用空気として空気供給管２９に供給することができる。
【００４３】
熱交換器５から排出された前記燃焼排気は、次いで、排気ダクト３ｃを介して温水ボイラ６に供給され、温水ボイラ６の加熱源として用いられる。温水ボイラ６の加熱源として用いられた前記燃焼排気は、次いで、排気ダクト３ｄを介してバグフィルタ７に供給される。このとき、前記燃焼排気は、排気ダクト３ｄに接続されている薬剤サイロ１０から供給される薬剤により脱硫、脱窒等の処理が行われ、さらにバグフィルタ７で微細な塵埃が分離されることにより清浄化される。また、サイクロン４で回収されなかった燃焼灰がある場合、該燃焼灰はバグフィルタ７で前記燃焼排気から分離されることにより回収される。
【００４４】
そして、清浄化された前記燃焼排気は、排気ダクト３ｅ、３ｆを介して煙突９から大気中に排出される。
【符号の説明】
【００４５】
１…燃焼装置、  ２…燃焼炉、  ３ａ〜３ｆ…排気ダクト、  ４…サイクロン、８…吸引ファン、  ２２…ロストル、  ２３…燃焼バーナ、  ２４…スクリューコンベア、  ２６…アルミナボール、  ２７…加熱媒体層、  ２８…撹拌装置、  ２９…空気供給管。
【図１】
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