(57)【要約】【課題】簡易に、且つ、確実に石炭の自然発火を防止しながら石炭を貯蔵し、しかも、熱量の低下のない極めて効率的な発電を行うことを目的とする。【解決手段】併設された貯炭場に野積みで貯蔵されている石炭を燃料として使用する、石炭燃焼ボイラを備えた発電設備による発電方法であって、前記貯炭場に、石炭がその全高の５０％以上を水没させた状態で貯蔵され、当該貯蔵石炭を湿潤状態で取り出し、次いで、前記発電設備より発生する抽気蒸気により貯蔵石炭を、スチームチューブロータリードライヤ等を用いて乾燥した後、石炭燃焼ボイラの燃料の少なくとも一部として使用して発電することを特徴とする前記発電方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
併設された貯炭場に野積みで貯蔵されている石炭を燃料として使用する、石炭燃焼装置を備えた発電設備による発電方法であって、
前記貯炭場に、石炭がその全高の５０％以上を水没させた状態で貯蔵され、
当該貯蔵石炭を湿潤状態で取り出し、次いで、前記発電設備より発生する抽気蒸気により貯蔵石炭を加熱して乾燥した後、石炭燃焼装置の燃料の少なくとも一部として使用して発電する
ことを特徴とする前記発電方法。
【請求項２】
石炭燃焼装置が、石炭燃焼ボイラであることを特徴とする請求項１に記載の発電方法。
【請求項３】
野積みされる石炭が、２万トン以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の発電方法。
【請求項４】
乾燥後の石炭の水分含量が、１０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発電方法。
【請求項５】
前記湿潤状態の石炭の抽出蒸気による加熱、乾燥を、スチームチューブロータリードライヤを用いて行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯炭場に野積みされた石炭を安全に用い、工業的に有利に発電を行うことが可能な新規な発電方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯蔵された石炭は、石炭中の炭化水素質、カーボン物質或いは硫黄分が空気中の酸素と酸化反応して発熱し、遂には発火する現象、いわゆる「自然発火」を引き起こすことが知られている。一旦発火するとその鎮火は極めて難しく、保安上極めて大きな問題であるばかりでなく製品が損失するという経済的問題を引き起こす。更に、発火に至らないまでも石炭自身の品質の劣化を引き起こすので、発熱及び発火の防止は大変重要な問題である。
昨今は、無煙炭や瀝青炭に比べて品質的に劣る亜瀝青炭の使用が求められ、当該亜瀝青炭は揮発成分を多く含むため長期貯蔵時に自然発火が起こりやすく、特に問題となっている。又、亜瀝青炭は、水分の含量が大きく、単位重量当たりの発熱量が低いと云う品質上の問題もある。
【０００３】
従来、野積みされた石炭の発火防止方法として、石炭の山（貯炭パイル）表面に樹脂液やラテックスなどの被覆剤を散布して石炭層への空気や水分の浸入をふせぐ方法（特許文献１、２）、微細藻培養液を散布する方法（特許文献３）、簡易な方法としては水を散布する方法、その他石炭層中に不活性ガスである窒素ガスを吹き込む方法が提案されている（特許文献４）。また、タンク等の貯槽に水を貯め、その中に石炭を貯蔵する方法も提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−３８０８２号公報
【特許文献２】特開昭５１−１３７７０１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６２７３８号公報
【特許文献４】特公昭５４−３１４８１号公報
【特許文献５】特開昭６０−１７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被覆剤や微細藻培養液の散布方法は、被膜が貯炭パイルの変形や沈み込みなどに追従できず、破断や亀裂が生じ、費用に対する効果が乏しいものである。水の散布方法は、水が貯炭パイル表面しか浸透しないので内部での発熱防止には効果がないばかりか、過剰の散布は、貯炭後の切り出しや搬送等のハンドリング性の悪化、燃料としての燃焼効率の低下を引き起こすので散布量の制御が難しい。
不活性ガスの吹き込み方法は、配管強度や条件設定が煩雑であった。しかも、近年の荷役設備の大型化により貯炭場における野積み石炭量が大量となり、効果の持続性やガス使用量が多大という問題がある。その結果、大気に開放されている貯炭場では実用化されてこなかった。
【０００６】
従って、現状、貯炭パイル中に複数の温度センサーを差し込んで温度監視をし、高温になった部分の石炭を切り崩して別の場所に積み替える方法が専ら採られている。しかしながら、当該方法は、貯蔵する石炭に対して、石炭を積み替えて貯蔵するための貯炭場の確保が別途必要となるため、貯炭場の規模が不必要に大きくなり、また、石炭の積み替のために多大の労力が必要となり、経済的でない。
【０００７】
以上の方法に対して、前記石炭を、水を満たした貯槽中で貯蔵する方法は、石炭の全量を水中に浸漬するため、極めて信頼性の高い貯蔵方法であるといえる。しかしながら、かかる方法は、タンク（コールポンド）を使用するため、石炭の貯蔵量が増加した場合、タンクの大型化を必要とし、工業的な実施において問題がある。また、貯蔵後の石炭を微粉炭焚ボイラやストーカーボイラを使用する蒸気タービン発電で使用する場合、水に浸漬した石炭は多量の付着水を有するため、該水を乾燥して除去するための処理が別途必要とし、経済的な実施において課題を有していた。
尚、石炭の貯蔵を、水を入れた貯槽を使用して行う方法を示す前記公知文献において、かかる方法を野積みされた石炭に適用した例や、かかる適用を示唆する記載は全く存在しない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、石炭は、一定の割合以上水没させれば、自然発火を十分防止できるという知見を得、大量に野積みされた石炭の貯蔵にかかる思想を適用することにより、簡易に、且つ、確実に石炭の自然発火を防止しながら石炭を貯蔵し得ること、また、上記野積みされた石炭を燃焼させる発電設備で発生する抽気蒸気を使用して、上記水分を蒸発させて該発電設備に供給して燃焼せしめることにより、付着水による熱量の低下が少なく、且つ、蒸発後の水分量調整することで、熱量を安定させることができ、極めて効率的で安定な発電を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、併設された貯炭場に野積みで貯蔵されている石炭を燃料として使用する、石炭燃焼装置を備えた発電設備による発電方法であって、
前記貯炭場に、石炭がその全高の５０％以上を水没させた状態で貯蔵され、
当該貯蔵石炭を湿潤状態で取り出し、次いで、前記発電設備より発生する抽気蒸気により貯蔵石炭を加熱して乾燥した後、石炭燃焼装置の燃料の少なくとも一部として使用して発電する
ことを特徴とする前記発電方法である。
上記発電方法において、
１）石炭燃焼装置が、石炭燃焼ボイラであること
２）野積みされる石炭が、２万トン以上であること、
３）乾燥後の石炭の水分含量が、７質量％以下であること、
４）前記湿潤状態の石炭の抽気蒸気による加熱、乾燥を、スチームチューブロータリードライヤを用いて行うこと
が好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、野積みされた数万トン、数十万トン規模の多量の石炭の発熱・自然発火を、簡易に、確実に、且つ、持続的に防止することができ、長期貯蔵が可能となる。また、上記貯蔵により湿潤状態となった石炭を、発電設備の抽気蒸気を使用して、簡易に、且つ、経済的に乾燥することができ、工業的な実施を可能とする。
しかも、本発明の上記発電方法によれば、水没した状態の石炭を取り出した後、水分を蒸発させる、乾燥処理の際、所定の管理を行うことにより、該石炭に付着する水分量を一定に管理し易く、発電設備における燃焼が安定化するという長所をも有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の代表的な発電方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明における石炭の貯蔵は、２万トン〜数百万トンの大規模な貯炭量の貯蔵において、特に効果的である。また、対象となる石炭は、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭など制限はないが、特に発火しやすい亜瀝青炭の貯蔵に好適である。また、発火の起こる虞が増大する２週間以上の長期に亘る貯蔵に好適である。
【００１３】
本発明において、石炭は屋外に野積みで貯蔵されるが、貯蔵石炭の全高の５０％以上が水没された状態で貯蔵されることに特徴がある。全高とは、野積み後の貯蔵石炭の貯炭場床面から貯蔵石炭の頂点までの高さをいう。
野積みは、スタッカー等で貯炭場内に搬入して行われるが、野積みの高さが３〜５ｍになるごとに、ブルドーザー等で展圧して圧縮貯蔵する方法が好適である。展圧することにより、見掛け比重が上がり貯炭量が増すだけでなく、石炭粒間隙が減少し、展圧前より、より少ない水没水の量で効果的に発火防止能を発現する。
【００１４】
上記野積みされた石炭は、全高の５０％以上が水没された状態で貯蔵される。
水没させる態様は特に制限されない。地面より下方にプール状のコンクリート製の構造物を設けその中に石炭を投入して水没させる方法、或いは、図１に示す如く、アスファルトやコンクリート製の地面（貯炭場床面）の周囲に水不透過性の堰を構築し石炭の貯炭と前後して水を投入して水没させる方法等がある。
水没は、全高の５０％以上が水に浸かる状態に行う必要がある。５０％以上であれば特に制限は無く、完全に水没させてもよいが、大量の石炭を取り扱い、しかも、湿潤状態の石炭の乾燥効率を勘案すると、好ましくは全高の６０〜９０％、特に好ましくは７０〜８５％を水没させる態様が採用される。水没が全高の５０％以上であれば、水は石炭粒間隙を毛細管現象で上昇し、水面から上に位置する石炭も湿潤させ、効果的に発火を防止できる。貯蔵炭を完全に水没させれば発火防止の点では有効であるが、水没のための設備の巨大化や、水没に使用する水の量や乾燥に必要なエネルギーやコストが増大することが懸念される。
【００１５】
上記水没設備を有する貯炭場は、後出の発電設備に併設されなければならない。併設されていないと、石炭の移送に時間と手間がかかるだけでなく、発電設備から発生する抽気蒸気を有効に活用できなく、貯炭と発電を結びつけての、総合的、効率的、かつ経済的な発電効果が達成できない。
【００１６】
貯炭場の石炭は湿潤状態で取り出し、隣接する発電設備からの抽出蒸気によって乾燥される。抽出蒸気とは、発電設備内で蒸気タービンを駆動した後の排出蒸気であって、後利用の際の加熱温度や圧力を考慮して、０．０１〜０．２ＭＰａ程度の低圧蒸気、０．２〜１．５ＭＰａ程度の中圧蒸気等がある。これら抽出蒸気並びにその使用量は、乾燥すべき湿潤石炭の処理量、乾燥度合い、石炭の水分含量等を勘案して適宜選択される。そのうち、０．１〜１ＭＰａの抽気蒸気が、取扱が容易で、且つ、乾燥に必要な熱量も確保できるため、本発明において好適に使用される。
【００１７】
上記貯炭場は、石炭を水没させて貯蔵するために、水タンク、供給ポンプ、水供給管等から適宜選択して構成される水供給設備、更に、排水口、排水ポンプ、排水処理装置等から適宜選択して構成される排水設備が備えられている。
【００１８】
湿潤状態の石炭の取り出しは、通常の荷役設備が特に制限無く採用されるがバケットクレーン等のバラ物荷役設備が好適に採用される。また、取り出された石炭は、ベルトコンベアなどの移送設備を使用して直接乾燥工程へ移送してもよいが、移送に先立ち、メッシュで構成された水切り設備で一旦水切りを行った後、乾燥設備に移送することが好ましい。その際、移送設備、例えば、ベルトコンベアとして、ベルトの部分をメッシュで構成し、移送と水切りとを同時に行うことも好ましい態様である。
【００１９】
抽出蒸気による前記湿潤石炭の乾燥方法は、特に限定されず、公知の方法が制限なく採用される。具体的には、傾斜し回転する円筒内で、一端より石炭を供給し、一方、抽出蒸気を、石炭供給口と同じ側から並行して、或いは石炭排出口側から対向して供給して接触させ乾燥させる、ロータリードライヤを使用する直接加熱方式が挙げられる。しかし、この直接加熱方式では、乾燥時に、抽出蒸気の一部が凝縮して水となって石炭を湿潤させ乾燥効率が低下する虞がある。そのため、湿潤した石炭の乾燥には、間接加熱式のスチームチューブロータリードライヤの使用が好適である。当該ドライヤは、回転する円筒内に同心円状に配設された複数のチューブ状加熱管に、抽出蒸気を流し、当該加熱管と石炭が接触して乾燥を行うもので、抽出蒸気と石炭が直接接触しないという利点を有している。
【００２０】
乾燥後の石炭の水分量はできるだけ少ない方が、ボイラにおける燃焼性を向上するため好ましい。一般には、１０質量％以下にすれば十分であり、該水分量の下限も、経済性などから、７質量％とすることが好ましい。また、上記乾燥において、予め乾燥後の水分量を決め、かかる水分量となるように乾燥条件を調整することにより、安定した燃焼性を有する石炭を発電設備に供給できるというメリットも有する。
ここで、上記水分量は、石炭の固形分（絶乾状態）に対する全水分の割合をいう。
【００２１】
乾燥後の石炭は、燃焼装置および発電方式によって適宜処理され使用される。微粉炭焚ボイラの場合は、大きさが２００メッシュ（７５μｍ）を通過する程度の微粉炭に粉砕処理される。また、流動床ボイラの場合、１０ｍｍ以下に、ストーカ焚ボイラの場合は、３０ｍｍ以下の大きさに調整されるのが一般的である。
当該燥後の石炭は、通常、その全量が下記ボイラやガス化炉の原料とされて燃焼に供されるが、他の手段で得られる、品質や水分含量が異なる石炭と混合して使用しても良い。
【００２２】
本発明の発電方法は、抽出蒸気を生じる発電設備に適用される。代表的には、石炭の燃焼によって蒸気を発生させるボイラを備え、発生蒸気で持って蒸気タービンを駆動して発電を行う、汽力発電に好適に採用される。更には、石炭をガス化し当該ガスの燃焼を利用するガスタービン発電と、ガスタービン発電後の高温排出ガスで高温蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを駆動させて汽力発電も合わせて行う石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）においても採用される。何れの場合も、発電の結果生じる抽出蒸気が、水没で貯蔵された湿潤石炭の乾燥に利用される。
上記発電設備には、発電機、復水器、排煙脱硝装置、排煙脱硫装置、集塵装置、煙突など発電に必要な或いは所望により付帯される、従来公知の設備を何ら制限なく備えることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００２４】
実施例１
図１に示す設備を使用して、本発明の実施態様を説明する。
高さ５メートルのコンクリート製の堰５に囲まれた、２０×３０ｍの貯炭場に、石炭（亜瀝青炭）１を、頂点までの高さが７ｍとなるように船舶より荷揚げした。上記貯炭場には、水供給設備３より水２を供給し、水面が５．５ｍとなるように設定した。この状態で、４ヶ月間貯蔵したところ、石炭の発火は一切認められなかった。
次いで、貯炭場より、荷役設備４としてバケットクレーンを使用し、水切り機構を有するホッパー１０に石炭を供給した。また、乾燥器６として、スチームチューブロータリードライヤを使用し、発電設備９からの０．３ＭＰａの抽気蒸気７を上記スチームチューブロータリードライヤのジャケット（スチームチューブ）に供給して加熱した。ホッパー１０から、石炭を乾燥器６に供給し、乾燥器６の出口における水分量が、約７質量％となるように、蒸気供給量及び石炭供給量を調整した。
上記のように乾燥して水分量を低減された低水分石炭８は、発電設備９のボイラにおいて、安定して燃焼させることができた。
【符号の説明】
【００２５】
１  石炭
２  水
３  水供給設備
４  荷役設備
５  堰
６  乾燥器
７  蒸気
８  低水分石炭
９  発電設備
１０  ホッパー
【図１】
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