(57)【要約】【課題】比較的入手し易い材料を必須成分とし、かつ、石炭灰及び汚泥に含まれる有害微量元素の溶出を抑制できる溶出防止剤を提供とすること。【解決手段】石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰または汚泥に添加して、有害微量元素の溶出を抑制する溶出防止剤２０であって、石灰石を必須成分として含む。特に、この溶出防止剤の石灰石は、平均の粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることが好ましい。【選択図】図１
2008273997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰または汚泥に添加して、有害微量元素の溶出を抑制する溶出防止剤であって、石灰石を必須成分として含むことを特徴とする溶出防止剤。
【請求項２】
請求項１に記載の溶出防止剤において、
前記石灰石は、平均の粒径が１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする溶出防止剤。
【請求項３】
石炭灰または汚泥に対し、請求項１または２に記載の溶出防止剤を添加して、有害微量元素の溶出を抑制する溶出抑制方法であって、
前記石炭灰は、その平均の粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする溶出抑制方法。
【請求項４】
請求項３に記載の溶出抑制方法において、
１００質量部の石炭灰に対して、０．３質量部以上１０．０質量部以下の範囲内で前記溶出防止剤を添加することを特徴とする溶出抑制方法。
【請求項５】
石炭を供給する石炭供給工程と、
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と、
前記微粉炭を燃焼して石炭灰を生成する微粉炭燃焼工程と、
前記石炭灰を集塵しこれを収容する石炭灰処理工程と、を含む微粉炭燃焼方法であって、
前記石炭灰処理工程は、前記石炭灰に、請求項１または２に記載の溶出防止剤を添加する溶出抑制処理工程を含むことを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【請求項６】
請求項５に記載の微粉炭燃焼方法において、
前記石炭灰処理工程は、前記溶出防止剤が添加された石炭灰を攪拌する攪拌工程を、さらに含むことを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の微粉炭燃焼方法において、
前記石炭灰は、その平均の粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれかに記載の微粉炭燃焼方法において、
１００質量部の石炭灰に対して、０．３質量部以上１０．０質量部以下の範囲内で前記溶出防止剤を添加することを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載の微粉炭燃焼方法により溶出防止剤が添加された石炭灰。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰または汚泥からの有害微量元素の溶出を抑制する溶出防止剤、溶出抑制方法、及び微粉炭燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油代替燃料として、石炭の有効利用が検討されている。石炭を燃焼させる方法としては、石炭を微粉砕した粒子を炉内に吹き込んで燃焼させる微粉炭燃焼が主に使用され、火力発電用のボイラ等に採用されている。
石炭を燃焼させた後に生じる石炭灰は、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。
【０００３】
ところで、石炭灰は、微量ながら有害な元素を含んでいるため、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。ここで、有害微量元素は、例えば、ホウ素、フッ素、セレン、六価クロム、及びヒ素等である。
【０００４】
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。そのため、石炭灰からの微量元素溶出の関係で、石炭の種類によっては、使用量が制限される場合がある。すなわち、単独使用ができなかったり、混炭した場合であっても、その混合比率を低く抑えなければならないことがあった。
【０００５】
このような状況のもと、石炭灰や汚泥などの汚染物質に添加して、これら汚染物質に含まれている有害微量元素の溶出濃度を規制値以下に低減する溶出防止剤が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の溶出防止剤によれば、溶出防止剤は、硫酸アルミニウム、及びチオ硫酸ナトリウム等を必須成分として含有する。
【特許文献１】特許第３２４６６６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、石炭を燃焼して発電を行う石炭火力発電システムでは、大量の石炭が燃焼されている。このため、石炭火力発電システムでは石炭灰や汚泥も大量に生成されており、これに伴い、有害微量元素の溶出を抑制するための溶出防止剤も大量に必要となる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された溶出防止剤は、上述のように硫酸アルミニウムやチオ硫酸ナトリウム等の複数の材料を必須成分としているため、このような溶出防止剤を石炭火力発電システムで使用する場合には、コストが増大するおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、比較的入手し易い材料を必須成分とし、かつ、石炭灰及び汚泥に含まれる有害微量元素の溶出を抑制できる溶出防止剤を提供とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）  石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰または汚泥に添加して、有害微量元素の溶出を抑制する溶出防止剤であって、石灰石を必須成分として含むことを特徴とする溶出防止剤。
【００１０】
（１）の発明によれば、溶出防止剤は、石灰石を必須成分として含むので、これにより、石炭灰及び汚泥に含まれた有害微量元素の溶出を抑制できる。また、石灰石は比較的容易に入手できる材料であるので、溶出防止剤の製造にかかるコストを低減できる。また、この溶出防止剤は、石灰石そのものであることが好ましい。
【００１１】
（２）  （１）に記載の溶出防止剤において、前記石灰石は、平均の粒径が１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする溶出防止剤。
【００１２】
（２）の発明によれば、溶出防止剤を粉末状にすることで、この溶出防止剤の添加を容易にでき、かつ、石炭灰または汚泥に対し溶出防止剤を均一に混合できる。したがって、上記の有害微量元素の溶出を効果的に抑制できる。特に、平均の粒径が１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内である場合は、より効果的に有害微量元素の溶出を抑制できる。
【００１３】
（３）  石炭灰または汚泥に対し、（１）または（２）に記載の溶出防止剤を添加して、有害微量元素の溶出を抑制する溶出抑制方法であって、前記石炭灰は、その平均の粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする溶出抑制方法。
【００１４】
（４）  （３）に記載の溶出抑制方法において、１００質量部の石炭灰に対して、０．３質量部以上１０質量部以下の範囲内で前記溶出防止剤を添加することを特徴とする溶出抑制方法。
【００１５】
（３）、（４）の発明によれば、より効果的に有害微量元素の溶出を抑制できる。溶出防止剤の添加量が、０．３質量部未満である場合には、有害微量元素の溶出抑制効果が不十分となるので好ましくなく、また、１０．０質量部を超える場合には、溶出防止剤の添加量が過剰となり好ましくない。
【００１６】
（５）  石炭を供給する石炭供給工程と、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と、前記微粉炭を燃焼して石炭灰を生成する微粉炭燃焼工程と、前記石炭灰を集塵しこれを収容する石炭灰処理工程と、を含む微粉炭燃焼方法であって、前記石炭灰処理工程は、前記石炭灰に、（１）または（２）に記載の溶出防止剤を添加する溶出抑制処理工程を含むことを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【００１７】
（６）  （５）に記載の微粉炭燃焼方法において、前記石炭灰処理工程は、前記溶出防止剤が添加された石炭灰を攪拌する攪拌工程を、さらに含むことを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【００１８】
（５）、（６）の発明によれば、添加した溶出防止剤と、石炭灰とを攪拌することにより、石炭灰と溶出防止剤とをさらに均一に混合できる。したがって、より効果的に有害微量元素の溶出を抑制できる。
【００１９】
（７）  （５）または（６）に記載の微粉炭燃焼方法において、前記石炭灰は、その平均の粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【００２０】
（８）  （５）から（７）のいずれかに記載の微粉炭燃焼方法において、１００質量部の石炭灰に対して、０．３質量部以上１０質量部以下の範囲内で前記溶出防止剤を添加することを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【００２１】
（８）の発明によれば、より効果的に、有害微量元素の溶出を抑制できる。溶出防止剤の添加量が、０．３質量部未満である場合には、有害微量元素の溶出抑制効果が不十分となるので好ましくなく、また、１０質量部を超える場合には、溶出防止剤の添加量が過剰となり好ましくない。
【００２２】
（９）  （５）から（８）のいずれかに記載の微粉炭燃焼方法により溶出防止剤が添加された石炭灰。
【００２３】
（９）の発明によれば、石炭灰には溶出防止剤が添加されており、添加前の石炭灰に含まれていた有害微量元素の溶出は抑制されている。したがって、この石炭灰により、環境に配慮した材料を製造できる。例えば、この石炭灰とセメントとを混合することにより、海砂代替材、新素材コンクリート、または石炭灰吹きつけコンクリートなどを製造できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の溶出防止剤によれば、溶出防止剤は、石灰石を必須成分として含むので、これにより、石炭灰及び汚泥に含まれた有害微量元素の溶出を抑制できる。また、石灰石は比較的容易に入手できる材料であるので、溶出防止剤の製造にかかるコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、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。
【００２６】
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された石炭灰を処理する石炭灰処理部１８と、を備える。
【００２７】
＜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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
＜微粉炭燃焼部＞
微粉炭燃焼部１６は、微粉炭生成部１４で生成された微粉炭を燃焼する火炉１６１と、この火炉１６１を加熱する加熱機１６２（熱交換ユニット）と、火炉１６１に空気を供給する空気供給機１６３と、を備える。
【００３２】
火炉１６１は、加熱機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が生成され、排ガスとともに石炭灰処理部１８に排出される。
【００３３】
＜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、排ガス中の煤塵を除去する集塵機１８２と、この集塵機１８２で収集された石炭灰を一次貯蔵する石炭灰回収サイロ１８３と、石炭灰と溶出防止剤２０とを混練する混練機１８４と、この混練機１８４で混練された石炭灰を貯蔵する貯蔵部１８５と、を備える。
【００３４】
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。
【００３５】
集塵機１８２は、排ガス中の石炭灰を電極で収集する装置である。この集塵機１８２により収集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ１８３に搬送される。また、石炭灰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。
【００３６】
石炭灰回収サイロ１８３は、集塵機１８２により収集された石炭灰を一次貯蔵する設備である。ここで貯蔵された石炭灰は、その投入量が調整されながら混練機１８４に投入される。
【００３７】
混練機１８４は、石炭灰回収サイロ１８３から投入された石炭灰を、溶出防止剤２０とともに混練する装置である。これにより、石炭灰と溶出防止剤２０との反応が促進される。この混練機１８４は、石炭灰と溶出防止剤２０とを混練するものであるが、これらに加えて、水等の液体とともに混練してもよい。なお、この溶出防止剤２０を石炭灰に投入する溶出抑制処理工程については、後に詳述する。
【００３８】
溶出防止剤２０は、石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰または汚泥に添加して、有害微量元素の溶出を抑制するものであり、石灰石を必須成分として含む。また、この石灰石は、平均の粒径が１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることが好ましい。
【００３９】
貯蔵部１８５は、混練機１８４で混練された石炭灰を養生させるタンクである。
【００４０】
次に、本発明に係る微粉炭燃焼方法について説明する。
微粉炭燃焼方法は、石炭を供給する石炭供給工程と、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と、この石炭灰を集塵しこれを収容する石炭灰処理工程と、を含む。これら各工程は、それぞれ、上述の微粉炭燃焼設備１の石炭供給部１２、微粉炭生成部１４、微粉炭燃焼部１６、及び石炭灰処理部１８、において行われる。
【００４１】
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、または褐炭等であるが、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。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に排出される。また、この微粉炭燃焼工程で生成される石炭灰は、その平均の粒径は、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内の粉末状であることが好ましい。
【００４４】
次に、石炭灰処理工程について説明する。
この石炭灰処理工程は、脱硝装置１８１により排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝工程と、この脱硝された排ガスから集塵機１８２により石炭灰を収集する集塵工程と、集塵機１８２により収集された石炭灰を石炭灰回収サイロ１８３に貯蔵する回収工程と、石炭灰に上述の溶出防止剤２０を添加する溶出抑制処理工程と、溶出防止剤２０が添加された石炭灰を攪拌する攪拌工程と、攪拌された石炭灰を貯蔵する貯蔵工程と、で構成される。
【００４５】
石炭灰処理工程を構成するこれらの工程のうち、特に、溶出防止剤２０を添加する溶出抑制処理工程では、１００質量部の石炭灰に対して、０．３質量部以上１０．０質量部以下の範囲内で、溶出防止剤２０を添加することが好ましい。なお、上述の石炭灰処理工程を構成する各工程のうち、溶出防止剤２０を添加する溶出抑制処理工程は、脱硝工程の前工程から、攪拌工程の前工程の間であればいつでもよい。
【００４６】
なお、上記の実施形態においては、石炭火力発電システムにおいて生成された石炭灰に添加する場合を示したが、本発明においては、石炭火力発電システムにおいて生成された汚泥に添加する場合にも適用できる。この汚泥は、例えば、脱硫装置等の石炭火力発電システムから排出される排水を、排水処理装置において凝集剤等を用いて処理する際に発生する排水汚泥が挙げられる。
【実施例１】
【００４７】
以下、本発明に係る溶出防止剤２０を、実施例１及び２によってさらに具体的に説明する。
【００４８】
上述の貯蔵部１８５で採取された石炭灰、すなわち、溶出防止剤２０とともに混練された石炭灰と、汚泥について、有害微量元素（ホウ素、フッ素、セレン、六価クロム、及びヒ素）の溶出濃度を測定した。
【００４９】
ここで、石炭灰Ｄは、豪州炭である。石炭灰Ｅは、中国炭である。また、汚泥Ｅは、豪州炭燃焼時の排水汚泥である。
【００５０】
実施例１では、１００質量部の石炭灰Ｄ，Ｅ、及び汚泥Ｅに対して、２．５質量部の溶出防止剤２０を添加した。
【００５１】
以下に示す溶出濃度の測定結果は、これら石炭灰Ｄ、石炭灰Ｅ、及び汚泥Ｅについて、平成６年２月１８日環境庁告示第１４号に示された溶出操作を行い、検液を作成し、この検液中の各有害微量元素の濃度を測定したものである。また、各有害微量元素のうち、セレン及びヒ素は原子吸光法で、フッ素はイオンクロマト法で、ホウ素はＩＣＰ質量分析法で、六価クロムは原子吸光法で測定した。
【００５２】
溶出防止剤２０の添加前と添加後との石炭灰Ｄ，Ｅ、及び汚泥Ｅの溶出濃度の測定結果を、その溶出濃度減少率とともに表１に示す。なお、溶出濃度の単位はいずれも［ｍｇ／ｌ］であり、溶出濃度減少率の単位は［％］である。
添加前の溶出濃度が検出限界以下の場合、添加後の溶出濃度及び溶出濃度減少率を「―――」で標記した。また、添加後の溶出濃度が添加前の溶出濃度を超えた場合も、溶出濃度減少率を「―――」で標記した。
【００５３】
【表１】
2008273997.tif 000003
【００５４】
表１に示した測定結果から明らかなように、本発明の方法を実施した場合は、石炭灰及び汚泥からの各有害微量元素の溶出濃度を低減できる。各有害微量元素のうち、特に、ホウ素及びフッ素の溶出濃度を低減できる。
【実施例２】
【００５５】
実施例１と同様に、上述の貯蔵部１８５で採取された石炭灰、すなわち、溶出防止剤２０とともに混練された石炭灰と、汚泥について、有害微量元素（ホウ素、フッ素、セレン、六価クロム、及びヒ素）の溶出濃度を測定した。実施例２では、１００質量部の石炭灰Ｄ，Ｅ、及び汚泥Ｅに対して、５質量部の溶出防止剤２０を添加した。
【００５６】
溶出防止剤２０の添加前と添加後との石炭灰Ｄ，Ｅ、及び汚泥Ｅの溶出濃度の測定結果を、その減少率とともに表２に示す。なお、溶出濃度の単位はいずれも［ｍｇ／ｌ］であり、減少率の単位は［％］である。添加前の溶出濃度が検出限界以下の場合、添加後の溶出濃度及び溶出濃度減少率を「―――」で標記した。また、添加後の溶出濃度が添加前の溶出濃度を超えた場合も、溶出濃度減少率を「―――」で標記した。
【００５７】
【表２】
2008273997.tif 000004
【００５８】
表２に示した測定結果から明らかなように、本発明の方法を実施した場合は、石炭灰及び汚泥からの各有害微量元素の溶出濃度を低減できる。各有害微量元素のうち、特に、ホウ素及びフッ素の溶出濃度を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】微粉炭燃焼施設を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
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
１６２    加熱機
１６３    空気供給機
１８    石炭灰処理部
１８１    脱硝装置
１８２    集塵機
１８３    石炭灰回収サイロ
１８４    混練機
１８５    貯蔵部
２０    溶出防止剤
【図１】
2008273997.tif 000005