(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、
前記燃焼ボイラの下流側に配置され該燃焼ボイラにおいて石炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる石炭灰を除去する集塵装置と、
前記集塵装置の下流側に配置され前記燃焼ボイラにおいて石炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる硫黄酸化物を湿式石灰−石膏法により吸収、分離する湿式脱硫装置と、
前記湿式脱硫装置から排出される排水中の微量物質を計測する計測装置と、
前記計測装置による結果に基づき、前記集塵装置の出力を制御する制御装置と、を備え、
前記集塵装置は、複数の捕集段を有し、
前記制御装置は、前記複数の捕集段の出力を個別に制御し、
前記制御装置は、前記計測装置による結果に基づき、微量物質の量が所定量以上である場合には、前記捕集段のうち排ガスの下流側の捕集段の出力を増加させる制御を行う石炭火力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭火力発電設備に関する。より詳しくは、脱硫装置から排出される排水中の微量物質の量を抑制できる石炭火力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所では、石炭の燃焼に伴い硫黄酸化物が発生するが、大気汚染防止法等により、硫黄酸化物の排出は一定水準以下に抑えることが必要となっている。そこで発電所では、硫黄酸化物を除去する脱硫装置を設置している。この脱硫装置としては、湿式脱硫装置が一般的に用いられている。すなわち、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させ、その後脱水処理することで脱硫を実現している。
【０００３】
この脱水処理において発生する排水には、微量のホウ素、セレン等の微量物質が含まれる。水質汚濁防止法等により、これらの微量物質の排出は一定水準以下に抑える事が必要となっている。そこで発電所では、脱硫装置から発生する排水を処理する排水処理装置を設けているが、排水中に微量物質が多量に含まれると、排水処理装置の負担が大きくなるため対策が必要となる。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、ボイラから発生する排ガスから石炭灰を除去する集塵装置を含む排ガス処理システムにおいて、排ガス中の微量物質を計測し、微量物質の量が多いときには集塵効率を高くし、排ガス中の微量物質を集塵装置で除去することで排水処理装置の負担を軽減する排ガス処理システム及び方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排ガス中に含まれる微量物質の量と、湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量がどのように相関するかについては不明である。従って湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量をより確実に抑制する方法については明らかではなかった。
【０００７】
本発明者らは、石炭灰に微量物質が含まれるメカニズムにつき鋭意検討した結果、従来の石炭灰の粒径である数十μｍ以上百μｍ以下程度の範囲に比べて遥かに小さい粒径の石炭灰に微量物質が含まれ、これらの微小な粒径の石炭灰が集塵装置よりも下流側の排ガス中に含まれる微量物質の主たるキャリアーとなっていることを見出した。
【０００８】
従って、本発明は、湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量を計測し、その測定結果に基づいて微小な粒径の石炭灰を除去できるように集塵装置を制御することで、湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量を確実かつ効率的に抑制できる石炭火力発電設備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】
【０００９】
本発明は、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流側に配置され該燃焼ボイラにおいて石炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる石炭灰を除去する集塵装置と、前記集塵装置の下流側に配置され前記燃焼ボイラにおいて石炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる硫黄酸化物を湿式石灰−石膏法により吸収、分離する湿式脱硫装置と、前記湿式脱硫装置から排出される排水中の微量物質を計測する計測装置と、前記計測装置による結果に基づき、前記集塵装置の出力を制御する制御装置と、を備える石炭火力発電設備に関する。
【００１０】
また、前記集塵装置は、複数の捕集段を有し、前記制御装置は、前記複数の捕集段の出力を個別に制御することが好ましい。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記計測装置による結果に基づき、微量物質の量が所定量以上である場合には、前記捕集段のうち排ガスの下流側の捕集段の出力を増加させる制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量を計測し、その測定結果に基づいて微小な粒径の石炭灰を除去できるように集塵装置を制御することで、湿式脱硫装置からの排水中に含まれる微量物質の量を確実かつ効率的に抑制できる石炭火力発電設備を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備の構成を示す図である。
【図２】図１に示す燃焼ボイラの付近を拡大して示す図である。
【図３】図１に示す電気集塵装置を部分的に破断して内部を見せた斜視図である。
【図４】同動作原理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の石炭火力発電設備の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の石炭火力発電設備１は、図１に示すように、石炭バンカ２０と、給炭機２５と、微粉炭機３０と、燃焼ボイラ４０と、燃焼ボイラ４０の下流側に設けられた排気通路５０と、この排気通路５０に設けられた脱硝装置６０、空気予熱器７０、電気集塵装置９０、ガスヒータ（熱回収用）８０、誘引通風機２１０、湿式脱硫装置２２０と、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。
【００１５】
石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機２５は、石炭バンカ２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機３０に供給する。
微粉炭機３０は、給炭機２５から供給された石炭を粉砕して微粉炭を製造する。微粉炭機３０においては、石炭は、平均粒径６０μｍ〜８０μｍに粉砕される。また、微粉炭の粒度分布は、１５０μｍ以上が１０〜１５％、７５μｍ〜１５０μｍが３０〜４０％、７５μｍ未満が４５〜６０％程度となる。
微粉炭機３０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用いられる。
【００１６】
燃焼ボイラ４０は、微粉炭機３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
尚、クリンカアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ボイラ４０の底部に落下した塊状の石炭灰をいう。また、フライアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ガス（排ガス）と共に吹き上げられて排気通路５０側に流通する程度の粒径（粒径２００μｍ程度以下）の球状の石炭灰をいう。
【００１７】
図２を参照して、燃焼ボイラ４０について詳しく説明すると、図２において、燃焼ボイラ４０は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って排ガス（燃焼ガス）が逆Ｕ字状に移動した後、２次節炭器４１ｅを通過後に、再度小さくＵ字状に反転する。
【００１８】
燃焼ボイラ４０の下方には、燃焼ボイラ４０の内部のバーナーゾーン４１ａ’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ４１ａが配置されている。また、燃焼ボイラ４０の内部のＵ字頂部付近には、第一の過熱器４１ｂが配置されており、更にそこから第二の過熱器４１ｃが続いて配置されている。更に、第二の過熱器４１ｃの終端付近からは、１次節炭器４１ｄ、２次節炭器４１ｅが２段階に設けられている。ここで、節炭器（ＥＣＯとも呼ばれる）は、排ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。
【００１９】
以上の燃焼ボイラ４０によれば、バーナーゾーン４１ａ’において微粉炭が燃焼される。微粉炭の燃焼温度は、１３００℃から１５００℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に第一の過熱器４１ｂ、第二の過熱器４１ｃ、１次節炭器４１ｄ、及び２次節炭器４１ｅを順次通過する。燃焼ガスは、ボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、４５０℃〜５００℃程度に温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン４１ａ’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。
【００２０】
排気通路５０は、燃焼ボイラ４０の下流側に配置され、燃焼ボイラ４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路５０には、上述のように、脱硝装置６０、空気予熱器７０、ガスヒータ（熱回収用）８０、電気集塵装置９０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０と、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０が配置される。
【００２１】
脱硝装置６０は、排ガス中の窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置６０は、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により排ガス中の窒素酸化物を除去する。
【００２２】
空気予熱器７０は、排気通路５０における脱硝装置６０の下流側に配置される。空気予熱器７０は、脱硝装置６０を通過した排ガスと押込式通風機７５から送り込まれる燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。
【００２３】
ガスヒータ８０は、排気通路５０における空気予熱器７０の下流側に配置される。ガスヒータ８０には、空気予熱器７０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ８０は、排ガスから更に熱回収する。
【００２４】
電気集塵装置９０は、排気通路５０におけるガスヒータ８０の下流側に配置される。電気集塵装置９０には、ガスヒータ８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集する装置である。電気集塵装置９０に印加される電圧は、制御装置２２５によって制御される。電気集塵装置９０において捕集されるフライアッシュは、フライアッシュ回収装置１２０に回収される。
【００２５】
図３を参照して、電気集塵装置９０について詳しく説明する。図３に示すように、電気集塵装置９０は、入口絞りダクト９２、出口絞りダクト９４を左右のそれぞれに形成した箱形の密閉チャンバ９６を有する。密閉チャンバ９６上には、一対の槌打装置１０４が配置され、密閉チャンバ９６の下部には、両極１０８，１１２の集合体からなる複数の静電極群の配列位置に対向して配置された４つの集塵ホッパ１１４，１１５，１１６，１１７（１１７は図示されず）が設けられ、更に各静電極群周囲における床面に点検用のフロア１１８が設けられる。
密閉チャンバ９６内には、入口絞りダクト９２に面して配置された多孔板１０６と、長方形の３つの捕集段９８ａ〜ｃと、が配置される。
捕集段９８ａ〜ｃ上には、図１に示す制御装置２２５にそれぞれ接続された複数の高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃが配置される。捕集段９８ａ〜ｃの内部には、仕切り板状をなしてその面内方向が出入口方向に沿うように横列状態に多数配置された集塵極１０８と、各集塵極１０８の間に配設された放電極支持碍子１１０に接続された放電極１１２と、が設けられる。
【００２６】
電気集塵装置９０の動作原理は、図４に示すように、高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃによって作られた直流高圧電源の＋側に集塵極１０８が接続してプラスに帯電し、−側に放電極１１２が接続している。したがって、入口絞りダクト９２から排ガスが流入し、この排ガスに含まれているフライアッシュが集塵極１０８間を通過すると、放電極１１２から放出される−の電荷によりフライアッシュは−に帯電し、集塵極１０８の表面に吸着され、ここに堆積する。
【００２７】
誘引通風機２１０は、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置される。誘引通風機２１０は、電気集塵装置９０においてフライアッシュが除去された排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。
【００２８】
湿式脱硫装置２２０は、排気通路５０における誘引通風機２１０の下流側に配置される。湿式脱硫装置２２０には、誘引通風機２１０から送り出された排ガスが供給される。湿式脱硫装置２２０は、燃焼ボイラ４０において石炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる硫黄酸化物を湿式石灰−石膏法により吸収、分離する。具体的には、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、以下の化学反応式に従って、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）スラリーを生成させる。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ→ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【００２９】
この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。湿式脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。また、脱硫石膏スラリーを脱水した際の排水には、塩素やフッ素等の他、ホウ素やセレン等の微量物質が含まれているため、排水処理装置２２３によってこれらの微量物質を分離して沈殿し、更に中和等を行って処理する。湿式脱硫装置２２０からの排水が排水処理装置２２３に到る経路には、排水中の微量物質の濃度を測定可能な計測装置２２４が配置される。
【００３０】
計測装置２２４は、湿式脱硫装置２２０から排出される排水中に含まれる、ホウ素、セレン等の微量物質の濃度を測定する装置であり、測定結果を自動的に制御装置２２５に送信する。
制御装置２２５は、計測装置２２４から自動的に送信された測定結果に基づき、ホウ素やセレン等の微量物質の濃度があらかじめ設定された濃度値を上回った場合には、自動的に高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃの出力を増加させる制御を行う。また、高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃの出力は、例えば、高圧変圧整流器１０２ａの出力は低くし、高圧変圧整流器１０２ｃの出力は高くする等、制御装置２２５により個別に制御可能である。かかる構成により、排水中に含まれる微量物質の濃度が一定値を超えた場合、電気集塵装置９０による石炭灰の捕集能力を自動的により高めるような制御が可能となる。
【００３１】
ガスヒータ２３０は、排気通路５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ８０及びガスヒータ２３０は、排気通路５０における、空気予熱器７０と電気集塵装置９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスガスヒータとして構成してもよい。
【００３２】
脱硫通風機２４０は、排気通路５０におけるガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。
煙突２５０は、排気通路５０における脱硫通風機２４０の下流側に配置される。煙突２５０には、ガスヒータ２３０で加熱された排ガスが導入される。煙突２５０は、排ガスを排出する。
【００３３】
次に、本発明における微量物質の排出抑制方法について説明する。
上述した電気集塵装置９０における捕集段９８ａ〜ｃで捕集されるフライアッシュは、排ガスの上流側の捕集段９８ａから下流側の９８ｃに進むに従ってその平均粒径が小さくなることが明らかとなっている。
一方、本発明者らは、今般、石炭灰の平均的な粒径である数十μｍ以上百μｍ以下程度の範囲に比べて遥かに小さい粒径（１μｍ以下、より詳細には数十ｎｍ程度）の石炭灰にホウ素、セレン等の微量物質が含まれ、これらの微小な粒径の石炭灰が電気集塵装置９０よりも下流側の排ガス中に含まれる微量物質の主たるキャリアーとなっていることを見出した。このような微小な粒径の石炭灰は含有量が少ないため、これまで微量物質のキャリアーであるとは考えられていなかった。
【００３４】
そこで、本発明では、このような微小な粒径の石炭灰を電気集塵装置９０で効率よく除去するような制御、つまり、排ガスの下流側の捕集段９８ｃの出力を増大させる制御を行うことで、微量物質のキャリアーである微小な粒径の石炭灰の捕集能力を高めることができる。よって、電気集塵装置９０よりも下流側の排ガス中に含まれる微量物質の量を効果的に抑制することができる。
また、従来の電気集塵装置９０の下流の排ガス中に含まれる微量物質濃度に基づいた制御ではなく、湿式脱硫装置２２０の排水中に含まれる微量物質の量に基づく制御により、排水中の微量物質の量を効果的に抑制できる。具体的には、湿式脱硫装置２２０の排水中の微量物質の濃度が一定以上となった場合に電気集塵装置９０の出力を増加させるような制御を行うことで、電気集塵装置９０により微量物質を含む微小な粒径の石炭灰が除去される結果、湿式脱硫装置２２０の排水中に含まれる微量物質の量を効果的に抑制することができる。
【００３５】
本実施形態では、石炭火力発電設備１を、電気集塵装置９０における複数の捕集段９８ａ〜ｃに電圧を印加する高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃに接続され、高圧変圧整流器１０２ａ〜ｃの出力が個別に調整可能である制御装置２２５を含んで構成した。また、湿式脱硫装置２２０の排水中に含まれる微量物質濃度を測定し、測定結果を制御装置２２５に自動的に送信する計測装置２２４を含んで構成した。
【００３６】
これにより、計測装置２２４により測定される、湿式脱硫装置２２０の排水中に含まれるホウ素、セレン等の微量物質の濃度があらかじめ設定された濃度値を上回った場合には、その結果は自動的に制御装置２２５に送信される。そして、制御装置２２５により、電気集塵装置９０に印加する電圧が自動的に増大され、微量物質を含む排ガス中の石炭灰が電気集塵装置９０により除去される。その結果、湿式脱硫装置２２０において排水に溶出する微量物質の量が少なくなり、排水中に含まれる微量物質濃度を一定濃度未満に保つことができる。
【００３７】
更に、制御装置２２５は、電気集塵装置９０において、より平均粒径の小さい石炭灰が捕集される排ガスの下流側の捕集段９８ｃにより高い電圧を印加する制御を行う。これにより、微量物質の主たるキャリアーである微細な粒径の石炭灰をより効率よく除去することができる。
【００３８】
以上説明した本実施形態の石炭火力発電設備１によれば、以下のような効果を奏する。
【００３９】
（１）石炭火力発電設備１を、湿式脱硫装置２２０から排出される排水中の微量物質を計測する計測装置２２４と、計測装置２２４による結果に基づき、電気集塵装置９０の出力を制御する制御装置２２５を含んで構成した。これにより、排水中の微量物質の濃度が高い場合、微量物質のキャリアーである微細な粒径の石炭灰を電気集塵装置９０で捕集することで微量物質の濃度を一定値未満に保つことができるので、脱硫装置２２０からの微量物質の排出を効果的に抑制できる。
【００４０】
（２）電気集塵装置９０を、複数の捕集段９８ａ〜ｃを含んで構成し、制御装置２２５を、複数の捕集段９８ａ〜ｃに印加される電圧を個別に制御可能であるように構成した。これにより、微量物質のキャリアーである微細な粒径の石炭灰をより多く捕集可能な、排ガスの下流側の捕集段９８ｃの出力を選択的に増加させることが可能となり、より効果的に微量物質の排出を抑制することが可能となる。
【００４１】
（３）制御装置２２５を、計測装置２２４の結果に基づき、微量物質の量が所定量以上である場合には、排ガスの下流側の捕集段９８ｃの出力を増加させる制御を行うように構成した。これにより、より効果的に微量物質の排出を抑制できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  石炭火力発電設備
３０  微粉炭機
４０  燃焼ボイラ
９０  電気集塵装置
２２０  湿式脱硫装置
２２４  計測装置
２２５  制御装置
【図１】
0006668819.tif 000002
【図２】
0006668819.tif 000003
【図３】
0006668819.tif 000004
【図４】
0006668819.tif 000005