(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭火炉から排出される排ガス中の石炭燃焼灰を灰溶融炉で溶融して溶融スラグを生成する石炭燃焼灰の溶融方法において、
廃棄物から生成した炭化物を燃料として石炭燃焼灰を溶融することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融方法。
【請求項２】
微粉炭火炉から排出される排ガス中の石炭燃焼灰を灰溶融炉で溶融して溶融スラグを生成する石炭燃焼灰の溶融方法において、
廃棄物から生成した炭化物と石炭を混合し、この混合物を燃料として石炭燃焼灰を溶融することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融方法。
【請求項３】
請求項１または２において、石炭燃焼灰を溶融する燃料として、発電所外で廃棄物から生成した炭化物を使用することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融方法。
【請求項４】
微粉炭火炉から排出される排ガス中の石炭燃焼灰を集塵する集塵器と、前記集塵器で回収した石炭燃焼灰を灰溶融炉に供給する搬送系と、前記搬送系から供給された石炭燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉を有する石炭燃焼灰の溶融処理システムにおいて、
廃棄物を炭化する炭化装置を備え、廃棄物から生成した前記炭化物を燃料として石炭燃焼灰を溶融する工程を有することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項５】
微粉炭火炉から排出される排ガス中の石炭燃焼灰を集塵する集塵器と、前記集塵器で回収した石炭燃焼灰を灰溶融炉に供給する搬送系と、前記搬送系から供給された石炭燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成する灰溶融炉を有する石炭燃焼灰の溶融処理システムにおいて、
廃棄物を炭化する炭化装置を備え、廃棄物から生成した炭化物と石炭を混合し、この混合物を燃料として石炭燃焼灰を溶融する工程を有することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項６】
請求項４または５において、灰溶融炉から発生した燃焼排ガスを微粉炭火炉と脱硝装置の間に投入する配管を備えたことを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項において、灰溶融炉から発生した燃焼排ガスを微粉炭火炉の炉底に投入する配管を備えたことを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項において、炭化物に含まれる塩素分を除去する脱塩装置を備えたことを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項において、石炭燃焼灰を溶融する燃料として、発電所外で廃棄物から生成した炭化物を使用することを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項１０】
請求項４，５，８，９のいずれか１項において、灰溶融炉の廃熱を回収する廃熱回収ボイラと、前記廃熱回収ボイラで蒸気タービンを駆動して発電する発電装置と、前記灰溶融炉の排ガス中の飛灰を回収する集塵装置と、前記集塵装置で飛灰を回収した後の排ガスを大気中に放出する煙突を備えたことを特徴とする石炭燃焼灰の溶融処理システム。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１項に記載の溶融処理システムを備えた微粉炭火力発電所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所から多量に排出される石炭燃焼灰の減容化処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭は埋蔵量が豊富であり、他の化石燃料に比べ経済性において優れている。石炭を大量に使用する火力発電所は今後、さらに増設・新設が見込まれている。石炭は約１０から２０％の灰を含んでおり、火力発電所の増設・新設に伴い石炭燃焼灰の排出量も増加することが予想される。よって、発電所から排出する石炭燃焼灰の処理方法は大きな課題になっている。
【０００３】
火力発電所から排出する石炭燃焼灰は大きく分けて、火炉内のクリンカホッパより排出されるボトムアッシュ、エコノマイザから回収されるシンダーアッシュ、集塵器で回収されるフライアッシュの三つに大別される。石炭燃焼灰はセメントなどの原材料として有効利用するが、半分以上の石炭燃焼灰はごみとして近隣の海岸などの埋め立てに利用する。埋め立て処分をする場合において、石炭燃焼灰の溶出水は高アルカリのため、環境保全上の問題が生じる可能性がある。そのため、石炭燃焼灰は管理型産業廃棄物に指定されている。また、石炭燃焼灰の処分用地の確保が難しくなっており、灰を埋め立て以外に有効利用することが望まれている。
【０００４】
石炭燃焼灰をセメントの原材料として使用するには灰中未燃分をなるべく少なくする必要がある。微粉炭火炉プラントで回収した石炭燃焼灰は、通常、３から５％の未燃分が含まれる。未燃分の多い石炭燃焼灰はセメントなどの原材料とする価値がない。
【０００５】
石炭燃焼灰を利用してセメントの混和材やコンクリートの骨材の原料とする石炭焚きボイラに関する技術として特開平１０−１３３９号公報に記載の技術がある。これは火炉と灰溶融炉で構成され、火炉からのボトムアッシュを溶融してスラグにするというものである。また良質なフライアッシュはそのまま利用するシステムである。
【０００６】
一方、石炭燃焼灰をガス化炉でスラグ化し、減容化して処理する技術として特開平１０−８１３９８号公報に記載の技術がある。これはガス化炉の燃料として火炉で使用する微粉炭を利用するというものである。
【０００７】
なお、特開２０００−２８３４２９号公報、特開２０００−２８３４３３号公報には、廃棄物から生成した炭化物を火力燃料とする技術が開示されている。
【０００８】
また、特開平９−２４３０４４号公報には、炭化物を助燃料として石炭燃焼灰を溶融する技術が開示されている。
【０００９】
さらに、特開平２−１２２１０９号公報には、炭化材を助燃料として都市ごみ焼却灰を溶融する技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来技術のうち、特開２０００−２８３４２９号公報、特開２０００−２８３４３３号公報に開示の技術は、廃棄物から生成した炭化物を単にボイラなどの燃料として利用するに止どまり、発電所から多量に排出される石炭燃焼灰の溶融減容化処理に利用する点については認識されていない。
【００１１】
また、特開平９−２４３０４４号公報には、炭化物を助燃料として石炭燃焼灰を溶融する技術が開示されているが、廃棄物から生成した炭化物を燃料として石炭燃焼灰を溶融する点については認識されていない。
【００１２】
さらに、特開平２−１２２１０９号公報に記載の技術は、炭化材を助燃料として都市ごみ焼却灰を溶融するというものであって、都市ごみを含む廃棄物そのものから生成した炭化物を燃料として利用し、石炭燃焼灰を溶融する点については認識されていない。
【００１３】
ところで、特開平１０−１３３９号、特開平１０−８１３９８号のように石炭燃焼灰を溶融させるためには、溶融炉の炉内を灰の融点以上、すなわち約１２００〜２５００℃以上にしなければならない。しかし、このような高温の状態で溶融炉を運転すると投入熱量（燃料量）も多くなったり、炉体が熱的に厳しい条件にさらされ損傷が早くなるなどの問題がある。
【００１４】
そこで、石炭燃焼灰の融点を下げるため、石炭燃焼灰に添加剤を混ぜて溶融させる技術が特開平９−２１０３３８号公報に開示されている。この方法によれば、灰の溶融炉内の温度を下げられるので前述のような問題は回避できる。しかし、石炭燃焼灰を溶融するための添加剤や燃料を購入する必要が生じ、灰処理のコストが増加する。
【００１５】
本発明の課題は、発電所から多量に排出される石炭燃焼灰の溶融による減容化処理を低コストで実現することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、微粉炭火炉から排出される排ガス中の石炭燃焼灰を灰溶融炉で溶融して溶融スラグを生成する場合に、廃棄物から生成した炭化物を燃料として（あるいは廃棄物から生成した炭化物と石炭を混合し、この混合物を燃料として）石炭燃焼灰を溶融することによって達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本発明の一実施例を図１に示す。
【００１８】
石炭１は貯炭場から運炭設備によって石炭粉砕器９に運ばれ、粉砕される。粉砕した石炭は給炭機によって、石炭の搬送空気が流れている石炭搬送管１０に供給される。石炭は火炉６に設けたバーナ７に供給され、火炉６内で燃焼する。
【００１９】
空気ブロア１８は燃焼用空気をバーナ７に供給する。空気ブロア１８からの燃焼用空気は空気余熱器１４によって暖められ、空気配管１９を通り、バーナ７へ向かう。燃焼用空気は約３００℃に暖められ、火炉６内を冷やすことなく石炭の燃焼に寄与し、石炭を安定に燃焼する。
【００２０】
石炭の燃焼ガスは火炉６の壁面を加熱し、火炉６の下流側に設置した過熱器や再熱器、空気余熱器である節炭器など（共に図示せず）を加熱しながら脱硝装置１３に向かう。排気ガス中のＮＯｘは脱硝装置１３において規制値以下になるように除去される。脱硝装置１３の下流に排気ガスの余熱を利用して燃焼用空気を暖める空気余熱器１４がある。さらに排気ガスは空気余熱器１４の下流にある集塵器１５によって排気ガス中のフライアッシュを脱塵し、脱硫装置１６に入る。排気ガスは脱硫装置１６で硫黄酸化物を除去してクリーンな排気ガスとなり、煙突１７から排出される。
【００２１】
集塵器１５の前段で回収したフライアッシュ３や火炉６で回収したボトムアッシュ２を灰溶融炉２８に供給する。集塵器１５の前段で回収したフライアッシュ４は小粒径で、未燃分も少ないのでセメントの材料として利用可能である。この理由により灰溶融炉２８で処理しない。
【００２２】
灰溶融炉２８の燃料は廃棄物を炭化し、炭化物中の異物を取り除いた物か、廃棄物を炭化し、炭化物中の異物を取り除いた物を石炭と混ぜた物を利用すると良い。
【００２３】
前者を使用する理由は、発電所で発生する廃棄物を燃料にでき、燃料コストを削減できるからである。また、石炭燃焼灰の溶融温度は約１２００℃から２５００℃と高く、融点の低い炭化物を混入すれば石炭燃焼灰の融点を降下することもできる。これにより、灰溶融炉２８の炉内の温度を約１２００〜１８００℃程度でも灰を溶融できる。さらに、石炭だけを燃料にする場合に比べ、灰溶融炉２８を加熱するのに必要なエネルギーが低減する。一方、後者を使用する理由は、石炭は発熱量が炭化物に比べ安定しているので、石炭を付加することによって燃焼状態を一定に保つ効果があるからである。
【００２４】
このように、発電所から多量に排出される石炭燃焼灰の溶融による減容化処理を、廃棄物から生成した炭化物を燃料とすることで低コストで実現することができる。
【００２５】
また、廃棄物から生成した炭化物と石炭を混合し、この混合物を燃料として石炭燃焼灰を溶融する場合、石炭に混ぜた炭化物が石炭燃焼灰の融点を低下させるので、溶融に必要なエネルギーが減る。
【００２６】
前述のように炭化物は発電所内の廃棄物を利用して生成すると良いが、一般の家庭などのゴミや産業廃棄物などを回収して利用することも可能である。廃棄物を灰溶融２８の燃料とするので、灰溶融処理の燃料コストが削減できる。また、炭化装置から排出された炭化物内には金属などが混入しているので選別器で炭化物と分ける。
【００２７】
図１において、灰溶融炉２８のバーナには、廃棄物から生成した炭化物と石炭１を粉砕器２０で粉砕して供給する。粒径は必要に応じて調整する。図１では、ホッパ２２、粉砕器２０にに炭化物と石炭１を投入しているが、図２のようにホッパ２２、粉砕器２０に石炭１を単独的に投入し、炭化物は炭化物専用の粉砕器２９で予め粉砕して燃料供給配管２３に直接供給しても良い。
【００２８】
灰溶融炉２８における燃焼用空気は必要に応じて暖め、空気搬送管２１を通り、空気ノズルに供給する。
【００２９】
高温ガス雰囲気に石炭燃焼灰を投入すると、石炭燃焼灰は溶融し、スラグとして回収される。スラグは灰溶融炉２８から排出した後、除冷装置で冷却する。除冷したスラグ５は、路盤材などとして幅広い用途がある。また、埋め立てをする場合も石炭燃焼灰の体積を大幅に縮小できるため、最終処分場の省スペース化につながる。
【００３０】
しかし、灰溶融炉２８の排気ガスはＮＯｘやＳＯｘなどの有害物質を含んでいるため、火炉６の出口に戻し、脱硝装置１３や、脱硫装置１６を介して排出する。図１では、火炉６と脱硝装置１３の間に灰溶融炉２８の燃焼排ガスを投入する例を示す。ここで、炭化物中に含まれる塩素分の存在により、灰溶融炉２８から排出される燃焼排ガスにはダイオキシン類が含まれていることを考えておかなければならない。これに対し、脱硝装置１３上流側に排ガスを投入すれば、燃焼排ガス中のダイオキシンは脱硝装置１３において酸化分解される（化学工学６４（３）１２８−１３０（２０００））。排ガス中の飛灰にもダイオキシンが含まれていることを考えておかなければならないが、これは下流に設置された集塵器１５で回収される。これらにより、発電所から排出するダイオキシンは確実に環境規制値以下になる。また、排ガスを火炉６の下流に投入するので火炉６自体の構造変更は必要でない。
【００３１】
本実施例によれば、灰溶融炉２８で発生するダイオキシン類を脱硝装置１３と集塵器１５で回収できる。
（実施例２）
火炉６の炉底部に灰溶融炉２８の燃焼排ガスを投入する例を図３で説明する。従来の微粉炭火炉では火炉６に設置された最下段のバーナ付近は他の下流のバーナに比べて温度が低いので石炭の着火性が悪い。特に負荷が低い時は炉内温度が低下し、一層着火しにくくなる。これに対し、灰溶融炉２８からの燃焼排ガスの温度は、灰溶融炉出口において１０００〜２０００℃程度と高温である。このガスを高温状態で火炉６に投入すると炉底部の温度が上昇し、石炭の着火性能が向上する。従来、炉底部に投入するガスの温度は３００〜４００℃程度なので、燃焼排ガスの温度はそれ以上であれば良い。
【００３２】
本実施例によれば、灰溶融炉２８で発生するダイオキシン類を火炉６において再度、高温燃焼して分解できる。
（実施例３）
炭化物に含まれる塩素分を除去する脱塩装置を備えた例を図４で説明する。図中、灰溶融炉２８の燃焼排ガスは火炉６と脱硝装置１３の間に投入されているが、実施例２のように火炉６の炉底部に投入しても良い。
【００３３】
廃棄物中には塩素分が含まれているため、炭化装置で生成された炭化物を燃焼させるとダイオキシンや塩化水素が発生する。しかし、予め脱塩装置で炭化物から塩素分を除去しておけば、灰溶融炉２８内での燃焼によるダイオキシンや塩化水素の発生量は減少する。塩化水素の発生量が少なければ、灰溶融炉下流での冷却配管などに生じる塩素腐食の問題もなくなる。
（実施例４）
発電所外で生成された炭化物を利用する例を図５で説明する。
【００３４】
図中、灰溶融炉２８の燃焼排ガスは火炉６と脱硝装置１３の間に投入されているが、実施例２のように火炉６の炉底部に投入しても良い。また、図では脱塩した炭化物を供給しているが、塩化物が存在することによって発生するダイオキシンを廃棄物燃焼の際に十分分解できれば、脱塩装置は必ずしも必要とするものではない。
【００３５】
自治体などで生成した炭化物を購入し、燃料として用いれば、発電所内に炭化装置を所有しなくて良いので省スペース化を図れる。廃棄物炭化装置などの機器が不要で設備コストが削減できる。また、発電所内だけで炭化物を賄う場合に比べ、安定に炭化物を供給できる利点がある。
（実施例５）
灰溶融炉２８の廃熱を回収する廃熱回収ボイラ３０と、廃熱回収ボイラ３０で蒸気タービン２４を駆動して発電する発電装置２５を灰溶融炉２８に設置した例を図６で説明する。
【００３６】
灰溶融炉２８からの燃焼排ガスは、１０００〜２０００℃程度と高温であるので灰溶融炉２８の下流に廃熱回収ボイラ３０を取り付け、蒸気タービン２４を駆動して発電する。廃熱回収ボイラ３０で発生した電気は灰溶融炉システムの動力として利用できる。燃焼排ガスは熱回収の後、さらに灰溶融炉２８の燃焼用空気と熱交換し、燃焼ガス中の飛灰を集塵器２６で回収した後、煙突２７から大気中に放出される。
【００３７】
本実施例によれば、既存のボイラシステムを変更することなく灰を溶融処理することができる。また、廃熱回収ボイラ３０で発生した電気は灰溶融炉システムの動力として利用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、発電所から多量に排出される石炭燃焼灰の溶融による減容化処理を、廃棄物から生成した炭化物を燃料とすることで低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す微粉炭火炉の系統図である。
【図２】炭化物の灰溶融炉への輸送配管を変更した例を示す図である。
【図３】火炉の炉底部に灰溶融炉の燃焼排ガスを投入する例を示す微粉炭火炉の系統図である。
【図４】脱塩装置を備えた例を示す微粉炭火炉の系統図である。
【図５】発電所外で生成された炭化物を利用する例を示す微粉炭火炉の系統図である。
【図６】灰溶融炉の廃熱を回収する廃熱回収ボイラと、廃熱回収ボイラで蒸気タービンを駆動して発電する発電装置を灰溶融炉に設置した例を示す微粉炭火炉の系統図である。
【符号の説明】
１…石炭、２…ボトムアッシュ、３…集塵器１５の前段で回収したフライアッシュ、４…集塵器１５の後段で回収したフライアッシュ、５…除冷したスラグ、６…火炉、７…バーナ、８…ホッパ、９…粉砕器、１０…石炭搬送管、１１…ＧＲポート、１２…サイクロン、１３…脱硝装置、１４…空気熱交換器、１５…集塵器、１６…脱硫装置、１７…煙突、１８…ブロア、１９…空気搬送管、２０…粉砕器、２１…空気搬送管、２２…ホッパ、２３…炭化物供給配管、２４…タービン、２５…発電機、２６…集塵器、２７…煙突、２８…灰溶融炉、２９…粉砕器、３０…廃熱回収ボイラ。
【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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