(57)【要約】【課題】流動床式ボイラー灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀除去も同時に行うことのできる流動床式ボイラー灰の処理方法等を提供する。【解決手段】石炭Ｃを燃焼させる流動床式ボイラー２の排ガスＧ１からボイラー灰を回収する集塵装置３と、集塵装置で回収したボイラー灰（フライアッシュ）ＦＡに水Ｗを添加してスラリーＳ１とするスラリー化手段と、集塵装置の排ガスＧ３又は活性コークス再生塔２４の排ガスＧ７にアルカリＡＬを添加した後、スラリー化手段で生成したスラリーを添加しながら洗浄する湿式スクラバー５とを備える流動床式ボイラー灰の処理装置１。表面改質機７から排出されるスラリーＳ４を、未燃カーボンＵＣとそれ以外の灰分Ａとに分離する浮選機８を備えることができる。浮遊選鉱法によって分離した石膏ＧＹを含む灰分Ａをセメント用混和材として用い、水銀を吸着した未燃カーボンＵＣを廃棄することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスを除塵してボイラー灰を回収し、
該回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとし、
除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガス中の揮発性成分を含むガスにアルカリを添加した後、さらに前記スラリーを添加しながら湿式洗浄することを特徴とする流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項２】
前記流動床式ボイラーの排ガス中の揮発性成分を含むガスは、前記除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスそのものであることを特徴とする請求項１に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項３】
前記流動床式ボイラーの排ガス中の揮発性成分を含むガスは、前記除塵後の前記流動床式ボイラーの揮発性成分を吸着材に吸着させた後、該吸着材を加熱して脱離した揮発性成分を含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項４】
前記湿式洗浄によって得られたスラリーを、浮遊選鉱法によって、未燃カーボンとそれ以外の灰分とに分離することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項５】
前記浮遊選鉱法によって分離した前記未燃カーボン以外の灰分をセメント用混和材として用い、前記未燃カーボンを廃棄することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項６】
石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスからボイラー灰を回収する集塵装置と、
該集塵装置で回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとするスラリー化手段と、
該集塵装置の排ガス中の揮発性成分を含むガスにアルカリを添加した後、前記スラリー化手段で生成したスラリーを添加しながら洗浄する湿式スクラバーとを備えることを特徴とする流動床式ボイラー灰の処理装置。
【請求項７】
前記湿式スクラバーから排出されるスラリーを、未燃カーボンとそれ以外の灰分とに分離する浮選機を備えることを特徴とする請求項６に記載の流動床式ボイラー灰の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床式ボイラーから排出される灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀を効率よく除去する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所での燃焼方式には、微粉炭燃焼方式と流動床燃焼方式の２つのタイプがある。現状は微粉炭燃焼方式が主流であるが、近年、低品位炭やバイオマス等も燃料として使用できる循環流動床方式の発電所の建設も進められている。
【０００３】
また、セメント製造設備においても、図３に示すように、循環流動床式ボイラー２２を設置し、燃料の石炭Ｃを、硫黄酸化物を除去するための石灰石Ｌと共にボイラー２２内へ投入して流動させながら燃焼させ、自家発電用の蒸気を発生させている。ボイラー２２の排ガスＧ１は、電気集塵機２３で除塵され、回収されたボイラー灰Ａをセメント原料として利用する。この循環流動床式ボイラー２２は、流動床内の伝熱が効率よく行われるため、８００〜９００℃程度の低温燃焼によりＮＯｘの発生量も少ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記流動床式ボイラーから排出される灰は、微粉炭焚きボイラーの灰に比較して多量の未燃カーボンを含むため、セメント原料としても、セメント用の混合材としても用途が限定され、その処理が逼迫している。
【０００５】
他方、流動床式ボイラーは、上述のように、脱硫を行うために大量の石灰石を投入するため、灰に生石灰分を多く含み、そのため、セメント用混和材として利用することができない。また、現状の設備では、ボイラーの排ガスに含まれる水銀に対応することが困難であるという課題が指摘されている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、流動床式ボイラー灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀除去も同時に行うことのできる流動床式ボイラー灰の処理方法及び処理装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、流動床式ボイラー灰の処理方法であって、石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスを除塵してボイラー灰を回収し、該回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとし、除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガス中の揮発性成分を含むガスにアルカリを添加した後、さらに前記スラリーを添加しながら湿式洗浄することを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明によれば、流動床式ボイラーの排ガスからボイラー灰を回収した後の排ガス中の揮発性成分を含むガスに、アルカリを添加した後、さらに回収したボイラー灰をスラリー化して添加しながら湿式洗浄することで、流動床式ボイラーに投入した石灰分を石膏に転換し、さらに排ガス中の揮発性成分を含むガスに含まれるＳＯ2を硫酸アルカリとして除去すると共に、ボイラー灰に含まれる未燃カーボンにより排ガス中の水銀を吸着除去することもできる。この際、流動床式ボイラーで生ずるＳＯ2の量とバランスする程度の石灰石を流動床式ボイラーに供給することで、過剰のＣａＯがボイラー灰に残存するのを回避することができる。
【０００９】
上記流動床式ボイラー灰の処理方法において、前記流動床式ボイラーの排ガス中の揮発性成分を含むガスは、前記除塵後の前記流動床式ボイラーの排ガスそのものであってもよく、前記除塵後の前記流動床式ボイラーの揮発性成分を吸着材に吸着させた後、該吸着材を加熱して脱離した揮発性成分を含むガスとすることもできる。
【００１０】
上記流動床式ボイラー灰の処理方法において、前記湿式洗浄によって得られたスラリーを、浮遊選鉱法によって、未燃カーボンとそれ以外の灰分とに分離することができる。
【００１１】
また、前記浮遊選鉱法によって分離した前記未燃カーボン以外の灰分をセメント用混和材として用い、前記未燃カーボンを廃棄することができる。これによって、ＣａＯを含まないセメント用混和材を得ることができると共に、水銀を吸着した未燃カーボンを廃棄することで、安全に水銀を埋め立て処分することが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明は、流動床式ボイラー灰の処理装置であって、石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスからボイラー灰を回収する集塵装置と、該集塵装置で回収したボイラー灰に水を添加してスラリーとするスラリー化手段と、該集塵装置の排ガス中の揮発性成分を含むガスにアルカリを添加した後、前記スラリー化手段で生成したスラリーを添加しながら洗浄する湿式スクラバーとを備えることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、流動床式ボイラーに投入した石灰分を石膏に転換し、さらに排ガスに残存するＳＯ2を硫酸アルカリとして除去すると共に、ボイラー灰に含まれる未燃カーボンにより排ガス中の水銀を吸着除去することもできる。
【００１３】
上記流動床式ボイラー灰の処理装置は、前記湿式スクラバーから排出されるスラリーを、未燃カーボンとそれ以外の灰分とに分離する浮選機を備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、流動床式ボイラー灰を有効利用すると共に、排ガス中の水銀除去も同時に行うことのできる流動床式ボイラー灰の処理方法及び処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理装置の改変例を示す全体構成図である。
【図３】従来の流動床式ボイラー灰の処理方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、循環流動床式ボイラー（以下「ボイラー」という）２の排ガスＧ１を集塵する電気集塵機３と、電気集塵機３の排ガスＧ２の保有する熱で湿式スクラバー５の排ガスＧ４を昇温させるガスガスヒータ４と、排ガスＧ３にアルカリＡＬを添加した後、電気集塵機３で回収したフライアッシュＦＡ（ボイラー灰）のスラリーＳ１を添加しながら排ガスＧ３を洗浄する湿式スクラバー５と、湿式スクラバー５から排出されるスラリーＳ２に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌する撹拌槽６と、撹拌槽６からのスラリーＳ３に剪断力を付与してフライアッシュＦＡに含まれる未燃カーボン等の表面を改質する表面改質機７と、表面改質機７からのスラリーＳ４にさらに起泡剤Ｂを加えて気泡を発生させて浮遊選鉱を行う浮選機８と、浮選機８からのフロスＦを固液分離して未燃カーボンＵＣを得るためのフィルタープレス９と、浮選機８からのテールＴを固液分離するろ過分離装置１０等で構成される。
【００１８】
ボイラー２は、石炭火力発電所や自家発電用に設置されるものであって、燃料の石炭Ｃを脱硫用の石灰石Ｌと共にボイラー２内へ投入して流動させながら燃焼させ、蒸気を発生させる。このボイラー２は、燃料への適応性が高く、環境負荷が低いため、バイオマスの直接燃焼にも適する。
【００１９】
電気集塵機３は、ボイラー２からの排ガスＧ１中のフライアッシュＦＡを回収するために備えられる。この電気集塵機２は、後段のガスガスヒータ４で排ガスＧ２から熱回収するため、少なくとも１５０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。電気集塵機３に代えてバグフィルタを用いることもできる。
【００２０】
ガスガスヒータ４は、電気集塵機３から排出された排ガスＧ２によって周囲から取り入れた空気を加熱し、ガスガスヒータ４で加熱された高温空気を湿式スクラバー５の排ガスＧ４の昇温に利用するために備えられる。ガスガスヒータ４に代えて、熱回収器及び再加熱器、ヒートパイプ、ユングストローム（登録商標）式熱交換器（アルストム株式会社製）等を用いることもできる。
【００２１】
湿式スクラバー５は、電気集塵機３で回収したフライアッシュＦＡのスラリーＳ１が有する水分等によって排ガスＧ３を冷却し、排ガスＧ３に含まれる微粉を回収すると共に、排ガスＧ３中に残存するＳＯ2を湿式スクラバー５の前段で添加したアルカリＡＬや、スラリーＳ１中のＣａ（ＯＨ）2と反応させて脱硫するために備えられる。アルカリＡＬには、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を用いることができる。
【００２２】
撹拌槽６は、湿式スクラバー５からのスラリーＳ２に軽油等の捕収剤Ｃｏを添加し、ろ過分離装置１０からのろ液Ｗ’と共に撹拌混合するために備えられる。
【００２３】
表面改質機７は、撹拌槽６からのスラリーＳ３に剪断力を付与することにより、スラリーＳ３中の未燃カーボン等の表面を改質する。
【００２４】
浮選機８は、表面改質機７から供給されたスラリーＳ４に起泡剤Ｂを添加して気泡を発生させ、スラリーＳ４に含まれる未燃カーボンを気泡に付着させて浮上させ、スラリーＳ４から未燃カーボンを分離するために設けられる。浮選機８の上方には、気泡を発生させるための空気を供給する空気供給装置が設けられる。
【００２５】
フィルタープレス９は、浮選機８から排出された未燃カーボンを含むフロスＦを固液分離するために備えられ、水銀を吸着した未燃カーボンＵＣをケーク側に回収する。
【００２６】
ろ過分離装置１０は、浮選機８から排出された石膏を含む未燃カーボン以外の灰分を含むテールＴを固液分離するために備えられ、分離されたケークに石膏ＧＹを含む灰分Ａが回収される。分離されたろ液Ｗ’は、撹拌槽６等で再利用される。
【００２７】
次に、上記構成を有する流動床式ボイラー灰の処理装置１を用いた本発明に係る処理方法について図１を参照しながら説明する。
【００２８】
ボイラー２に、燃料として石炭Ｃと、脱硫用に適量の石灰石Ｌを供給し、石炭Ｃを流動させながら燃焼させる。これにより、石炭Ｃの燃焼により生じたＳＯ2が石灰石Ｌより生成されたＣａＯと反応してＣａＳＯ3として脱硫される。尚、ここで供給される石灰石Ｌは、従来のように過剰に供給するのではなく、石炭Ｃの燃焼により生じたＳＯ2の量とバランスする程度の量とする。また、石炭Ｃの燃焼により生じたフライアッシュＦＡ中の未燃カーボンに、燃焼ガス中の水銀が吸着される。
【００２９】
ボイラー２の排ガスＧ１を電気集塵機３で除塵し、回収したフライアッシュＦＡに水Ｗを添加してスラリーＳ１とした後、湿式スクラバー５に供給する。一方、電気集塵機３の排ガスＧ２をガスガスヒータ４に導入し、湿式スクラバー５の排ガスＧ４と熱交換して排ガスＧ４を昇温する。ガスガスヒータ４において排ガスＧ２から熱回収することで、湿式スクラバー５における水蒸発量を最小限に抑えることができる。湿式スクラバー５からの排ガスＧ４は、ガスガスヒータ４で昇温した後、排ガスＧ５として大気へ放出される。
【００３０】
ガスガスヒータ４からの排ガスＧ３に、アルカリＡＬを添加した後、湿式スクラバー５においてスラリーＳ１と接触させる。これにより、排ガスＧ３に含まれていたＳＯ2は、硫酸アルカリ（硫酸カリウム、硫酸ナトリウム等）となって湿式スクラバー５において水に溶解すると共に、フライアッシュＦＡに含まれていた生石灰が水と反応して生じた消石灰と、排ガスＧ３に残存していたＳＯ2は、下記のように反応して脱硫され、石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）が生成される。また、ボイラー２で生成されたＣａＳＯ3からも石膏が生成される。
ＣａＯ ＋ Ｈ2Ｏ → Ｃａ(ＯＨ)2
ＳＯ2 ＋ Ｃａ(ＯＨ)2 → ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ ＋ １／２Ｈ2Ｏ
ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ ＋ １／２Ｏ2 ＋ ３／２Ｈ2Ｏ → ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ
【００３１】
撹拌槽６において、湿式スクラバー５から排出されるスラリーＳ２に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌し、表面改質機７において、スラリーＳ３に剪断力を付与した後、浮選機８へ供給する。スラリーＳ３に剪断力を付与するのは、フライアッシュＦＡ中の未燃カーボン等の表面を改質して浮選浮遊性を向上させるためである。
【００３２】
次に、浮選機８に起泡剤Ｂを添加して浮選操作を行い、浮選機８からのフロスＦをフィルタープレス９で固液分離し、水銀Ｈｇを吸着した未燃カーボンＵＣを回収して廃棄する。一方、浮選機８からのテールＴをろ過分離装置１０で固液分離し、石膏ＧＹを含む灰Ａをセメント用混和材として利用する。また、ろ過分離装置１０で脱水されたろ液Ｗ’は、撹拌槽６に供給して再利用することができる。
【００３３】
次に、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理装置の改変例について、図２を参照しながら説明する。
【００３４】
この流動床式ボイラー灰の処理装置２１は、電気集塵機３とガスガスヒータ４との間に脱硝のための触媒塔２２を備えると共に、ガスガスヒータ４と湿式スクラバー５との間に脱硫装置２３及び活性コークス再生塔２４を備えることを特徴とし、他の構成要素については、図１に示した処理装置１と同様である。そこで、処理装置２１において、処理装置１と同じ構成要素については、同一の参照番号を付してそれらの説明を省略する。
【００３５】
触媒塔２２は、電気集塵機３からの排ガスＧ２に残存するＮＯｘを除去するために備えられ、チタン・バナジウム触媒等を用いることができる。
【００３６】
脱硫装置２３は、吸着材としての活性コークスＡＣに排ガスＧ４を接触させ、排ガスＧ４に含まれるＳＯｘを活性コークスＡＣに吸着させて除去するために設けられる。排ガス中のＳＯｘは、硫酸として活性コークスＡＣに吸着されて除去され、排ガスＧ４にアンモニアを注入した場合には、ＳＯｘはアンモニウム塩として吸着される。また、排ガスＧ４中に含まれる微量の水銀も活性コークスによって吸着されて除去される。
【００３７】
活性コークス再生塔２４は、活性度が低下した活性コークスＡＣを再生するために備えられ、硫酸、アンモニウム塩、水銀等の吸着物質を熱風によって加熱して脱離させて活性度を元に戻す。加熱再生の際には、活性コークスＡＣからの脱離物をパージするため窒素ガスが供給される。
【００３８】
この処理装置２１においては、電気集塵機３からの排ガスＧ２に残存するＮＯｘが触媒塔２２で除去された後、排ガスＧ３がガスガスヒータ４に導入され、脱硫装置２３からの排ガスＧ５と熱交換をした後、脱硫装置２３でＳＯｘ及び水銀が除去される。一方、活性コークス再生塔２４で発生した排ガスＧ７には、脱離したＳＯｘ、水銀等が含まれる。この排ガスＧ７にアルカリＡＬが添加されて、排ガスＧ７に含まれるＳＯｘが硫酸アルカリとなって湿式スクラバー５において水に溶解する。また、湿式スクラバー５からの排ガスＧ８は、電気集塵機３の入口に戻される。ガスガスヒータ４で熱交換を行った後の排ガスＧ６は大気へ放出される。
【００３９】
湿式スクラバー５以降の各装置の運転要領は、処理装置１の場合と同様であり、この処理装置２１においても、最終的に、浮選機８からのフロスＦをフィルタープレス９で固液分離し、水銀Ｈｇを吸着した未燃カーボンＵＣを回収して廃棄すると共に、浮選機８からのテールＴをろ過分離装置１０で固液分離し、石膏ＧＹを含む灰Ａをセメント用混和材として利用することができる。
【００４０】
尚、上記実施の形態においては、循環流動床式ボイラーから排出される灰を有効利用すると共に、該ボイラーから排ガス中の水銀を除去する場合を例にとって説明したが、循環流動床式に限らず他の方式の流動床式ボイラーについても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  流動床式ボイラー灰の処理装置
２  循環流動床式ボイラー
３  電気集塵機
４  ガスガスヒータ
５  湿式スクラバー
６  撹拌槽
７  表面改質機
８  浮選機
９  フィルタープレス
１０  ろ過分離装置
２１  流動床式ボイラー灰の処理装置
２２  触媒塔
２３  脱硫装置
２４  活性コークス再生塔
ＡＣ  活性コークス
ＡＬ  アルカリ
Ｂ  起泡剤
Ｃ  石炭
Ｃｏ  捕収剤
Ｆ  フロス
ＦＡ  フライアッシュ
Ｇ１〜Ｇ８  排ガス
ＧＹ  石膏
Ｌ  石灰石
Ｔ  テール
ＵＣ  未燃カーボン
Ｗ  水
Ｗ’ろ液
【図１】
2013202434.tif 000003
【図２】
2013202434.tif 000004
【図３】
2013202434.tif 000005