(57)【要約】【課題】灰溶融炉へ灰を安定供給でき、また炉内付着灰を低減できるようにする。【解決手段】灰溶融炉に灰の投入ノズルを複数設ける。また溶融スラグの排出状況，灰処理量，炉内温度，炉内に付着する灰の成長度合いによって、複数設けた灰の投入ノズルの位置を切り替えたり、灰の投入量を制御する制御装置を設ける。灰を安定に灰溶融炉に搬送でき、また炉内の付着灰の成長を抑制できるため、灰溶融炉を長時間安定に運用できる。特に、微粉炭火力発電所における灰処理など、融点の高い灰を大量に溶融処理する灰溶融炉の運用に有効である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスの排出口と、溶融スラグの抜き出し口と、燃料ノズルと、燃焼空気ノズルとを有し、無機物を溶融させる灰溶融炉において、前記燃焼空気ノズルから前記溶融スラグの抜き出し口の間に灰の供給ノズルを複数設けたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項２】
燃焼排ガスの排出口と、溶融スラグの抜き出し口と、燃料ノズルと、燃焼空気ノズルとを有し、無機物を溶融させる灰溶融炉において、前記燃焼空気ノズルから前記溶融スラグの抜き出し口の間に、炉長方向に灰の供給ノズルを複数段設けたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項３】
請求項１に記載の灰溶融炉において、前記燃焼空気ノズルから灰が供給されるようにしたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項４】
請求項１に記載の灰溶融炉において、前記灰溶融炉に投入する灰の量に応じて使用する灰ノズルの本数を可変とする制御装置を備えたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項５】
請求項１に記載の灰溶融炉において、前記溶融スラグの抜き出し口におけるスラグ流下状態の監視装置を備え、前記スラグ流下状態の監視装置で計測したスラグの流下量と流下速度に応じて、前記灰溶融炉に投入する灰の量と灰ノズルの位置及び本数を制御する制御装置を備えたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項６】
請求項１に記載の灰溶融炉において、前記灰溶融炉における炉長方向の温度計測装置を備え、前記温度計測装置で計測した炉長方向の温度分布から、前記灰溶融炉に投入する灰の量と灰ノズルの位置及び本数を制御する制御装置を備えたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項７】
請求項１に記載の灰溶融炉において、前記溶融スラグの抜き出し口におけるスラグ流下状態の監視装置と、炉長方向の温度計測装置と、前記灰溶融炉に融点降下剤を投入する手段を備え、前記温度計測装置で計測した炉内温度と、前記スラグ流下状態の監視装置で計測したスラグの流下量と流下速度から、前記灰溶融炉に投入する融点降下剤の量及び投入位置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項８】
請求項１に記載の灰溶融炉において、灰の供給ノズルにおける、搬送気体に対する灰の質量比を２０以下としたことを特徴とする灰溶融炉。
【請求項９】
請求項１に記載の灰溶融炉を微粉炭火力発電所に設置し、該微粉炭火力発電所で発生した石炭灰を前記灰溶融炉に供給する手段と、前記灰溶融炉の燃焼排ガスを前記微粉炭火力発電所の設備で処理する手段を有することを特徴とする灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰分を溶融してスラグとして回収することで、灰分を無害化する技術に属し、特に灰溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所から排出される石炭灰の処理方法として、灰溶融炉を用いて灰を溶融し、スラグとして回収する方式があり、その一つとして、炉内に旋回流を発生させて燃料を燃焼し、その燃焼熱で灰を溶融する灰溶融炉が知られている
（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７４３３８号公報（第１図，第７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
旋回流を用いた灰溶融炉で大量の灰を溶融させる場合には、灰の供給，溶融スラグの排出を安定させることが、灰溶融炉の安定運用に欠かせない。石炭灰の融点は、廃棄物の灰の融点よりも高い。また、石炭灰の融点は、炭種によって３００度以上の差を持つ。これらにより、灰溶融炉の安定運用のためには、大量の灰の供給技術，融点の高い灰を溶融する燃焼技術、さらに炭種による灰融点の変動を克服する燃焼技術がそれぞれ必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、灰溶融炉において、灰の投入ノズルを複数設けた。本発明により、灰溶融炉に供給する灰の量に応じて、使用する灰の投入ノズルの本数を変えることができる。また灰溶融炉における、溶融スラグの排出状況，灰処理量，炉内温度，炉内に付着する灰の成長度合いによって、使用する灰の投入ノズルを切り替えたり、灰の投入量を制御できる。これにより、まず灰を安定に灰溶融炉に搬送できる。また灰融点の上昇や、炉内温度低下時に炉内付着灰の成長を抑制できる。このため、灰溶融炉を長時間安定に運用できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【０００７】
（第一実施例）
本発明の第一実施例を図１に示す。灰溶融炉１は円筒状であり、その上部に燃焼排ガスの排出口２を、下部には溶融スラグ抜き出し口３を有する。溶融スラグ抜き出し口３と燃焼排ガスの排出口２の間には、下から燃料ノズル４，燃焼空気ノズルが設置されている。燃焼空気ノズルは、炉長方向に２段に分割されており、下から１次空気ノズル５，２次空気ノズル６と呼ぶ。これらのノズル（１次空気ノズル５，２次空気ノズル６，燃料ノズル４）は、全て接線方向に設置されている。
【０００８】
また図１では、溶融スラグ抜き出し口３と燃料ノズル４の間に、２本の灰ノズルが設置される場合について説明する。２本の灰ノズルは同じ高さに設置されており、左側の灰ノズル７と右側の灰ノズル８は１８０度の位相差を有し、それぞれ接線方向に設置される。灰ノズル設置高さの断面図を図２に示す。ここで、灰ノズルの本数は２本以上であれば良く、また灰ノズルの高さや位相差を変えて設置しても良い。
【０００９】
次に、灰溶融炉１内の流れについて説明する。まず接線方向に供給された１次空気９及び２次空気１０によって、灰溶融炉１内には旋回流１１が形成される。燃焼空気は旋回・下降しながら溶融スラグ抜き出し口３に到達し、燃焼空気の流れは溶融スラグ抜き出し口３にて反転し、炉の中心付近を上昇して燃焼排ガスとなり、燃焼排ガスの排出口２から灰溶融炉１の外へ排出される。一方、燃料ノズル４から供給された燃料１２は、この旋回流１１を形成する燃焼空気と混合して燃焼する。この燃焼熱によって、燃料１２中の灰分と、左側の灰ノズル７と右側の灰ノズル８から供給された灰１３は溶融し、溶融スラグ１４として灰溶融炉１の内壁に付着し、壁面を流下して、溶融スラグ抜き出し口３から炉外に排出される。溶融スラグ抜き出し口３の直下には、水槽２３が設置されている。溶融スラグ１４は、水槽２３中の冷却水２２にて冷却され、固形スラグ１５として回収される。
【００１０】
また、粉末状の灰１３は粉塵であり、飛散しやすい。さらに灰１３には重金属などの有害物質が吸着していることが多く、これらの溶出による環境汚染が懸念されている。しかしながら、灰１３を溶融して固形スラグ１５として回収すると、有害物質の溶出を抑制できる。また固形スラグ１５は、土木・建築分野への利用が期待されている。これにより、灰１３による環境汚染を防止でき、灰１３の用途を拡大できる。
【００１１】
本発明では、複数の灰ノズルを設けることを特徴とし、灰溶融炉１の安定運用を目的としている。仮に、灰ノズルを１本のみとした灰溶融炉を図３に示す。また灰ノズル設置高さの断面図を図４に示す。灰ノズル７の出口近傍領域１６では、局所的に灰濃度が高くなる。ここでは、灰の融解に熱が奪われ、灰ノズル７の出口近傍領域１６の温度が低下する。これにより灰の粘度が上昇し、溶融スラグ１４の流下速度が遅くなる。この溶融スラグ１４の表面に、灰ノズル７から投入された灰１３が付着すると、さらに温度が低下する。これにより炉壁に付着灰１７が形成され、庇状に成長する。庇状の付着灰１７は、灰溶融炉１内の旋回流１１を阻害するだけでなく、灰ノズル７を閉塞させる原因にもなりうる。
【００１２】
これに対し灰ノズルを左右に複数設けた図１及び図２では、以下３点のメリットから灰溶融炉１をより安定に運用できる。１点目のメリットは、２本の灰ノズルからの灰供給により、灰溶融炉１内の灰濃度をより均一化することで、付着灰１７の成長を抑制できることである。２点目のメリットは、左右の灰ノズルを切り替えて、付着灰１７の焼ききり運転が可能となることである。すなわち、始めに左側の灰ノズル７から灰１３を供給し、付着灰１７が成長すると、右側の灰ノズル８に切り替える。これにより、左側の灰ノズルの出口近傍領域１６では、灰濃度が低下し、付着灰１７の成長が抑制される。さらに、燃料の燃焼火炎にさらされて温度が上昇する。これにより、付着灰１７は溶融して溶融スラグ１４となって灰溶融炉１の内壁を流下する。
【００１３】
最後に３点目のメリットは、灰ノズルのうち１本（例えば左側の灰ノズル７）が損傷・閉塞した場合でも、残りの灰ノズル（例えば右側の灰ノズル８）を用いた灰溶融が可能となることである。
【００１４】
以上のことから、灰溶融炉１の安定運用のため、灰ノズルを複数設けることは必須である。特に、灰溶融炉１で溶融させる灰量が多くなるほど、また高い灰を扱う場合ほど、上記の運用方法は有効である。
【００１５】
（第二実施例）
本発明の第二実施例を図５に示す。円筒状の灰溶融炉１の上部に燃焼排ガスの排出口２を、下部には溶融スラグ抜き出し口３を有する。溶融スラグ抜き出し口３と燃焼排ガスの排出口２の間には、下から燃料ノズル４，燃焼空気ノズルが設置されている。燃焼空気ノズルは、炉長方向に２段に分割されており、下から１次空気ノズル５，２次空気ノズル６と呼ぶ。灰ノズルは、全て溶融スラグ抜き出し口３から２次空気ノズル６の間に設けられる。図５では、灰ノズルは炉長方向に２段設置されており、燃料ノズル４の下で左側を下段左側灰ノズル１８，右側を下段右側灰ノズル１９，燃料ノズル４の上で左側を上段左側灰ノズル２０，右側を上段右側灰ノズル２１と呼ぶことにする。ここで、各段の灰ノズルの本数は２本以上であれば良く、また灰ノズルを設置する段数を増やしても良い。また全てのノズル（１次空気ノズル５，２次空気ノズル６，燃料ノズル４，下段左側灰ノズル１８，下段右側灰ノズル１９，上段左側灰ノズル２０，上段右側灰ノズル２１）は接線方向に設置されている。
【００１６】
次に、灰溶融炉１内の流れについて説明する。まず接線方向に供給された１次空気９及び２次空気１０によって、灰溶融炉１内には旋回流１１が形成され、燃焼空気は下降しながら溶融スラグ抜き出し口３に到達し、溶融スラグ抜き出し口３にて反転し、炉の中心付近を上昇して、燃焼排ガスの排出口２から灰溶融炉１の外へ排出される。燃料ノズル４から供給された燃料１２は、この旋回流１１を形成する燃焼空気と混合して燃焼する。この燃焼熱によって、燃料１２中の灰分と、上下段で４本の灰ノズルから供給された灰１３は溶融し、溶融スラグ１４として灰溶融炉１の内壁に付着し、壁面を流下して、溶融スラグ抜き出し口３から炉外に排出され、固形スラグ１５として回収される。
【００１７】
次に、図５に示した灰溶融炉１の運用方法について述べる。まず灰１３は、上下段の灰ノズルのうち、ともに左側の下段左側灰ノズル１８と上段左側灰ノズル２０から供給される。それぞれの灰ノズルの出口近傍での付着灰１７の成長速度に応じて、右側の下段右側灰ノズル１９と上段右側灰ノズル２１に切り替える。灰ノズルを切り替えることで、灰の粒子濃度が低下する。このため、先の付着灰１７の成長が抑制される。燃料の燃焼火炎にさらされて、低下した温度が上昇し、先の付着灰１７は溶融して溶融スラグ１４となり、炉壁を流下する。
【００１８】
一方、切り替えた右側の下段右側灰ノズル１９と、上段右側灰ノズル２１の出口近傍では、炉内に投入された灰１３が付着しやすくなっており、この状態を放置すると、付着灰１７が庇状に成長する可能性がある。そこで、灰を投入するノズルを、上下段ともに、周期的に左右切り替えることで、付着灰１７の成長を抑制できる。また、炉内の温度分布によっては、灰ノズルを上下段で切り替える運用方法も有効である。
【００１９】
さらに、閉塞や損傷により灰ノズルをメンテナンスする必要が発生した場合も、上記のような灰ノズルの切り替え運転を用いることで、灰溶融炉１の運転を継続できる。
【００２０】
（第三実施例）
本発明の第３実施例を図６に示す。
【００２１】
灰溶融炉１の構成や炉内の流動は、実施例１に記載したものと同じである。しかしながら、灰１３の供給方法が異なる。本発明では、灰１３を、右側の灰ノズル８と２本の１次空気ノズル５から投入することを特徴としている。
【００２２】
灰１３は灰ホッパ２９から搬送気体３１で気流搬送される。灰１３を気流搬送する場合、搬送気体３１に対する灰１３の質量比は１０以下とすることが望ましい。これは、石炭火力発電所などの灰処理装置において、灰を気流搬送する場合の実績を適用できるため、灰の搬送系統におけるトラブルを回避できると考えられる。一方、灰溶融炉１では、できるだけ多くの灰を溶融処理することが求められる。従って、多くの灰１３を搬送するためには、搬送気体３１の量も増加させる必要がある。
【００２３】
灰の搬送気体３１の量を増加させると、１次空気９及び２次空気１０で形成される旋回流１１を阻害し、燃料１２の燃焼状態を変動させる恐れがある。この場合、灰の搬送気体として１次空気９などの燃焼空気を用いることで、前述した搬送気体３１に対する灰１３の質量比を１０以下に保持しながら、炉内に灰１３を投入できる。
【００２４】
また運用方法としては、以下が考えられる。少量の灰１３を灰溶融炉１に供給する場合、右側の灰ノズル８のみから灰を投入する。このノズルに供給される搬送気体３１を一定で保持し、搬送気体３１に対する灰１３の質量比が１０以上となる場合には、その超過した灰３６を１次空気９で搬送し、１次空気ノズル５から灰溶融炉１に投入する。
【００２５】
（第四実施例）
本発明の第四実施例を図７に示す。
【００２６】
灰溶融炉１には、左側の灰ノズル７と右側の灰ノズル８の２本の灰ノズルが設置されている。灰供給系には、一定量の搬送気体３１が供給される。灰溶融炉の制御装置３７に灰処理量３８が入力されると、この制御装置３７は、以下の手順で灰の搬送方法を決定し、灰ホッパ２９及び切り替え弁４９を制御する。ここで、搬送気体３１に対する灰１３の質量比は、１０以下で運用されるとすると、１本の灰ノズルで搬送できる灰の限界値３９が求まる。
・左側の灰ノズル７で供給できる灰量３９と、入力された灰処理量３８の大小を比較。
・左側の灰ノズル７で供給できる限界値３９が、灰処理量３８を上回った場合は、全ての灰１３を左側の灰ノズル７から供給。
・左側の灰ノズル７で供給できる限界値３９が、灰処理量３８を下回った場合は、灰ノズル７で供給できる限界値３９を灰ノズル７から供給。超過した灰３６は、右側の灰ノズル８から供給。
【００２７】
このように運用すれば、灰を安定に搬送できる条件を満足するため、灰溶融炉１の安定運用に繋がる。
【００２８】
（第五実施例）
本発明の第五実施例を図８に示す。
【００２９】
灰溶融炉１のスラグ抜き出し口３において、スラグ流下状態の監視装置４０が設けられる。この監視装置４０では、溶融スラグ１４の流下速度４１と流下量４２が計測される。スラグの流下速度４１から、溶融スラグ１４の粘度の変化が求まる。一方、スラグの流下量４２と、灰処理量３８の差から、灰溶融炉１内に残存する溶融スラグ１４の量が求まる。
【００３０】
これにより、スラグの流下速度４１が減少すると、スラグの粘度が上がって溶融スラグ１４が流れにくくなり、スラグ流下量４２が減少する。この場合、灰溶融炉１内に滞留する溶融スラグ１４の量が増加していることが想定される。炉内に滞留するスラグ量が増加すると、炉内の温度が低下し、炉壁に灰が付着しやすくなる。
【００３１】
従って、スラグ流下状態の監視装置４０において、スラグ流下速度４１の減少とスラグ流下量４２の減少を感知した場合には、灰溶融炉の制御装置３７は以下の指令を出す。
・灰ホッパ２９に対しては、灰処理量３８の減少。
・切り替え弁４９に対しては、灰を供給するノズル位置を変更させて、炉内の付着灰１７の焼ききり。
【００３２】
（第六実施例）
本発明の第六実施例を図９に示す。
【００３３】
温度計測装置４３は、灰溶融炉１の内壁の温度を炉長方向に計測する。ここで炉長方向の温度分布を計測し、灰１３を炉内に投入する前後の炉内温度分布を比較する。灰ノズル（７と８）より下の炉壁温度が、灰１３の投入により著しく低下した場合には、灰溶融炉の制御装置３７から以下の指令を出す。
・灰ホッパ２９に対しては、灰処理量３８の減少。
・切り替え弁４９に対しては、灰を供給するノズル位置を変更させて、炉内の付着灰１７の焼ききり。
【００３４】
（第七実施例）
本発明の第七実施例を図１０に示す。
【００３５】
融点の高い灰を溶融させるためには、融点降下剤３３の添加による灰の融点調整が必要となる。融点降下剤ホッパ３０からの融点降下剤３３は、灰ノズル（７と８）の手前にて、灰搬送系統３４に導入される。これにより、下記２通りの運用が可能となる。
（１）融点の高い灰に融点降下剤３３を混合させて灰溶融炉１に供給する
（２）融点降下剤３３のみを灰溶融炉１に供給する
特に上記（２）の運用は炉内に付着した灰の焼ききり運転の際に有効と考えられる。これは、付着した灰に直接融点降下剤３３を接触させることで、この灰の融点を低くできるためである。これにより、炉内に付着した灰を素早く焼ききることができる。
【００３６】
（第八実施例）
本発明の第八実施例を図１１に示す。ここでは、石炭火力発電所に灰溶融炉１を設置したシステムを紹介する。
【００３７】
微粉炭ボイラ２４で発生した石炭灰４５は集塵機３５にて回収される。このうちの一部は、セメント原料などに再利用され、残りは埋め立て廃棄されている。セメント原料として利用できる石炭灰の粒径は４５ミクロン以下である。従って、集塵機３５で回収した石炭灰４５を分級器にて分級し、粒径の小さな石炭灰４６をセメント原料などとして利用し、残りは溶融処理される石炭灰４７として灰溶融炉１の灰ホッパ２９に供給される。このシステムを採用すると、灰溶融炉１の容量を小さくできる。
【００３８】
一方、溶融処理される石炭灰４７は、灰ホッパ２９から搬送気体３１で灰溶融炉１に供給される。溶融処理される石炭灰４７の融点が高い場合には、融点降下剤ホッパ３０から融点降下剤を供給する。
【００３９】
次に、灰溶融炉１から排出された燃焼排ガス２７は、ガス温度調整手段４８にて温度調整された後、排ガスダクト２８を経由して、微粉炭ボイラに戻される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、灰を安定に灰溶融炉に搬送でき、また炉内の付着灰の成長を抑制できるため、灰溶融炉を長時間安定に運用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】灰ノズルを複数備えた灰溶融炉の側面図。
【図２】図１の灰溶融炉における灰ノズル設置部の平面断面図。
【図３】１本の灰ノズルを備えた灰溶融炉の側面図。
【図４】図２の灰溶融炉における灰ノズル設置部の断面図。
【図５】高さ方向の複数段に灰ノズルを備えた灰溶融炉の側面図。
【図６】他の実施例を示す灰溶融炉の概略図。
【図７】他の実施例を示す灰溶融炉の概略図。
【図８】他の実施例を示す灰溶融炉の概略図。
【図９】他の実施例を示す灰溶融炉の概略図。
【図１０】他の実施例を示す灰溶融炉の概略図。
【図１１】灰溶融炉を備えた石炭火力発電所各機器の配置図。
【符号の説明】
１…灰溶融炉、２…燃焼排ガスの排出口、３…溶融スラグ抜き出し口、４…燃料ノズル、５…１次空気ノズル、６…２次空気ノズル、７，８…灰ノズル、１１…旋回流、１３…灰、１４…溶融スラグ、３７…灰溶融炉の制御装置、４０…スラグ流下状態の監視装置、４３…温度計測装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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