(57)【要約】【課題】大量な灰を安価で溶融処理でき、石炭供給設備と脱硫設備を省略し、脱硝設備の小規模化が可能な石炭灰溶融装置を提供する。【解決手段】石炭灰１３を溶融処理する旋回式溶融炉１を有する石炭灰溶融装置において、主燃料にジメチルエーテル１１を用いて炉内温度を調整する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を溶融処理する旋回式溶融炉を有する石炭灰溶融装置において、主燃料にジメチルエーテルを用いて炉内温度を調整することを特徴とした石炭灰溶融装置。
【請求項２】
請求項１記載の石炭灰溶融装置において、前記炉内の主燃料投入位置より後流側で脱硝用ジメチルエーテルを炉内部へ噴射供給して、前記主燃料の燃焼で生成した窒素酸化物を還元することを特徴とした石炭灰溶融装置。
【請求項３】
請求項２記載の石炭灰溶融装置炉において、前記脱硝用ジメチルエーテルの投入位置の後流側、もしくは前記脱硝用ジメチルエーテルの投入位置の前流側と後流側に空気投入部を設けたことを特徴とする石炭灰溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，石炭焚きボイラから排出される石炭燃焼灰（フライアッシュ）を溶融する石炭灰溶融装置に係り、特に溶融炉において窒素酸化物および硫黄酸化物が低減できる石炭灰溶融装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石炭火力で発生するフライアッシュは、セメント混和剤等に利用されているが、その利用率は発生燃焼灰の約６割であり、残りは産業用廃棄物として埋め立て処分されているのが実態である。
【０００３】
このような燃焼灰の処理方法として、灰を溶融する技術がある。フライアッシュに比べ、灰を溶融することにより（スラグ化）、水銀や砒素等の重金属の溶出性が低くなり、一般廃棄物としての処理が可能となる。また、スラグの嵩さ比重はフライアッシュの１／２〜１／３となり、減容化により取り扱いが容易で、骨材等の適用範囲の拡大という利点がある。
【０００４】
このように火力発電のフライアッシュを溶融し、スラグにして再利用を図るシステムとしては、アーク加熱方式、表面溶融方式、電気抵抗加熱式、旋回流式等多くの方式がある。いずれも灰の融点以上に炉内を加熱し、各種灰を炉内に投入して、溶融スラグとして回収するものである。
【０００５】
灰溶融炉の構造に関しては、燃料粒子および空気を旋回させて燃焼する旋回式のものが最も多く、例えば下記特許文献１，２などが挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−１５０６１１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１２４３１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術のうち、アーク加熱方式および電気抵抗方式は、炉内の昇温を電気を用いるものである。石炭灰の溶融温度は１２００〜１８００℃と高く、炉内の温度はそれ以上にしないと灰は溶融しない。火力発電所から排出する石炭灰は，年間で１０００万ｔと大量なため、電気を用いるアーク方式および電気抵抗方式では、ランニングコストが高く、実用化には至っていない。
【０００９】
一方、表面溶融方式は、石炭灰の表面をバーナ等で加熱し、溶融してスラグを排出する方式である。この場合、電気を用いるアーク加熱方式および電気抵抗方式に比べてランニングコストは安価ですむが、表面を加熱して溶融するため、火力発電所から排出する大量な石炭灰を溶融する処理能力はない。
【００１０】
これらの方式と比較して、旋回流型燃焼方式は、ランニングコストも低く、大量の灰を処理する能力もあるので、溶融処理装置として最も利用されている。
【００１１】
旋回流式は、助燃燃料を用いて炉内を加熱するが、その際燃焼用空気および燃料を炉内へ投入するときに旋回をつける。そのため炉内の気流は、旋回流となる。そこに灰を投入すると灰は旋回流にのり、大径粒子は遠心力により壁面に衝突する。予め助燃燃料で炉内を灰の融点以上に加熱しておけば、壁面に衝突した灰は溶融し、スラグとして排出される。そして減容、無害化された後に、路盤剤やセメント骨材へ利用される。もちろん溶出性が無いことから、通常の埋め立て処理も処分方法の一つである。
【００１２】
しかし、石炭燃焼灰を溶融するためには、１２００℃から１８００℃という高温環境が必要となることから、窒素酸化物の副生（サーマルＮＯｘの発生）という問題が生じる。因にサーマルＮＯｘは１４００℃以上の燃焼環境で著しく増加傾向となり、当該灰溶融炉では避けることができない。また、主燃料に石炭を使用した場合、石炭中の硫黄Ｓ分が酸化することで、ＳＯｘが副生する。これらの排ガスを浄化して排出するためには、石炭火力の環境装置に匹敵する補機が必要となり、多大な設備費用を要する。
【００１３】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、大量な灰を安価で溶融処理でき、石炭供給設備と脱硫設備を省略し、脱硝設備の小規模化が可能な石炭灰溶融装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、石炭灰を溶融処理する旋回式溶融炉を有する石炭灰溶融装置において、主燃料にジメチルエーテル（ＤＭＥ）を用いて炉内温度を調整することを特徴としたものである。
【００１５】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記炉内の主燃料投入位置より後流側で脱硝用ジメチルエーテルを炉内部へ噴射供給して、前記主燃料の燃焼で生成した窒素酸化物を還元することを特徴としたものである。
【００１６】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記脱硝用ジメチルエーテルの投入位置の後流側、もしくは前記脱硝用ジメチルエーテルの投入位置の前流側と後流側に空気投入部を設置したことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明は前述のように、石炭の代わりにＤＭＥを利用するため設備費用の大幅な低減が可能となる。具体的には石炭粉砕システムと脱硫システムが省略でき、さらに装置出口部分におけるＮＯｘの濃度を大幅に低減でき、脱硝装置の縮小化が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。図中の１は溶融炉、２はスラグタップ、３は熱交換器、４は脱硝装置、５は除塵装置、６は脱硫装置、７は煙突、８は造粒機、９は灰サイロ、１０はコンベア、１１はＤＭＥバーナ、１２は燃焼用空気、１３は石炭灰、１４は造粒灰、１５はスラグ、３５はＤＭＥボンベ、３６は脱硝用ＤＭＥ、３７はアフタエア、３８は気化器、３９はバーナ空気である。
【００１９】
図に示されているように溶融炉１は最下段にスラグ排出口であるスラグタップ２があり、その上方側壁に燃料投入口、空気投入口が設けられ、上方には燃焼排ガスの排出口がある。溶融炉１から排出された高温排ガスは、熱交換器３で減温後、脱硝装置４、除塵装置５、脱硫装置６を経て煙突７からクリーンガスとして大気へ放出される。
【００２０】
溶融炉１で生成したスラグ１５は、スラグタップ２より排出される。燃料および燃焼用空気は炉側壁より接線方向へ投入され、炉内に旋回流を形成する。石帯灰１３は燃料投入口もしくはそれよりも下方の側壁から造粒灰１４として炉内へ投入する。溶融炉１内のガスは炉内壁面に沿った旋回流を形成し、旋回流に同伴した灰粒子は炉内壁面に遠心力で押し付けられ、溶融してスラグ１５となり、スラグタップ２へ溜まる。溜まったスラグ１５は、そのまま排出口より炉外へ排出される。
【００２１】
一方、旋回流に同伴した灰粒子のうち、遠心力の小さな小径粒子は壁面に押し付けられることなく、燃焼排ガスに同伴され炉上方より炉外へ排出される。排出された小径粒子は除塵装置５で捕集・回収される。捕集された灰粒子は造粒機８で造粒した後、再び溶融炉１に投入される。造粒灰１４は旋回流に同伴し、遠心力で壁面に押し付けられて溶融し、スラグ１５として回収される。
【００２２】
次にＤＭＥの供給方法について述べる。灰溶融炉１の炉内温度は、フライアッシュの種類（炭種）によって異なるが、約１２００℃から１８００℃までの調整が要求される。高温の温度調整は難しいので通常は投入熱量と、融点降下剤の併用となる。ここで主燃料として、ＤＭＥボンベ３５からは液体で燃料供給され、気化器３８でガスにする。さらに流量調整した後、ＤＭＥバーナ１１からバーナ空気３９と共に炉内へ噴射供給する。ガス化した脱硝用ＤＭＥ３６は補助燃料としてＤＭＥバーナ１１の上方からから炉内へ直接噴射する。脱硝用ＤＭＥ３６は主燃料のＤＭＥに対して１５〜２５％範囲が適当である。ここで脱硝用ＤＭＥ３６は、炉内で発生したＮＯと反応して、ＮＯをＮ２まで還元する。
【００２３】
（ＣＨ３）２Ｏ＋４ＮＯ＋Ｏ２  →２ＣＯ２＋２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
ＤＭＥは酸素を含んだ燃料であるために、分解しやすく、ＬＰＧと比較してすすを発生しにくい特長を有する。つまり、酸素不足の雰囲気で燃料を投入してもすすが出にくいいので、脱硝用燃料に適している。
【００２４】
ＮＯを還元した後の燃焼ガス中の未燃分の燃焼のために、アフターエア３７を脱硝燃料投入位置の後流から炉内へ投入して、未燃炭化水素やＣＯを酸化してクリーンなＨ２ＯとＣＯ２にした後に排気する。本実施形態では脱硝用ＤＭＥ３６の投入位置の後流側から空気を投入したが、脱硝用ＤＭＥ３６の投入位置の前流側と後流側に空気投入部を設置することも可能である。
【００２５】
次に本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。図中の２１はボイラ、２２は脱硝装置、２３はエアヒータ、２４はガス／ガスヒータ、２５は電気集塵機、２６は脱硫装置、２７はＩＤＦ、２８はバンカ、２９は給炭機、３０はミル、３１は石炭焚きバーナ、３２はウィンドボックス、３３はＦＤＦ、３４はＧＲＦである。
【００２６】
この実施形態は本システムを石炭火力発電所に併設した例で、石炭火力の電気集塵機２５で捕集されたＥＰ灰（フライアッシュ）はそのまま気流搬送され溶融炉１へ投入される。
【００２７】
溶融炉１から排出された粒子は熱交換器３を経て除塵装置５で捕集され、造粒機８で造粒後、溶融炉１へ再投入される。除塵後の燃焼排ガスは、石炭火力の脱硝装置２２の前でボイラ排ガスと混合され、脱硝装置２２、脱硫装置２６を経てクリーンなガスとして煙突７から大気へ放出される。
【００２８】
前記第１，２実施形態は竪型式旋回溶融炉の例を示したが、横型式旋回溶融炉でも同様な効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、旋回式溶融炉を用いることにより大量な灰を安価で溶融処理することが可能となる。さらに、石炭供給設備と脱硫設備の省略と、脱硝設備の小規模化が可能となるので、灰溶融システムのイニシャルコストの低減が図れるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る灰溶融炉システムの系統図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る灰溶融炉システムの系統図である。
【符号の説明】
１：溶融炉、２：スラグタップ、３：熱交換器、４：脱硝装置、５：除塵装置、６：脱硫装置、７：煙突、８：造粒機、９：灰サイロ、１０：コンベア、１１：ＤＭＥバーナ、１２：燃焼用空気、１３：石炭灰、１４：造粒灰、１５：スラグ、２１：ボイラ、２２：脱硝装置、２３：エアヒータ、２４：ガス／ガスヒータ、２５：電気集塵機、２６：脱硫装置、２７：ＩＤＦ、２８：バンカ、２９：給炭機、３０：ミル、３１：石炭焚きバーナ、３２：ウィンドボックス、３３：ＦＤＦ、３４：ＧＲＦ、３５：ＤＭＥボンベ、３６：脱硝用ＤＭＥ、３７：アフタエア、３８：気化器、３９：バーナ空気。
【図１】
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【図２】
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