第章

10微粉炭火力技術高度化のための将来課題

第 10 章微粉炭火力技術高度化のための将来課題 ● 目
CS推進部

横須賀研究所

受託推進グループ

エネルギー化学部

次部長

牧野尚夫

上席研究員

白井裕三

10−１

今後の微粉炭火力の役割と運用 ……………………………………………………………………………………… 115

10−２

微粉炭火力の将来課題 ………………………………………………………………………………………………… 115

10−３

石炭燃焼特性実証試験装置の役割と機能 …………………………………………………………………………… 116

牧野114

尚夫（10ページに掲載）（10-1、10-2執筆）

白井裕三（16ページに掲載）（10-3執筆）

10 −１

今後の微粉炭火力の役割と運用

石炭は、他の化石燃料に比べ相対的に CO2 排出量が多DSS 火力としての役割などが益々強く要求されるもの

いなどの問題点はあるものの、可採埋蔵量が多く、政情と思われる。また、発展途上国の経済成長などを考えた的に安定した国で多く産出するため、供給安定性が高い

場合、現在使用している高品位な瀝青炭の供給は徐々になどの特徴を持ち、将来的にも重要なエネルギー源のひタイトになると考えられ、今まで以上の燃料の多様化、とつであると考えられる。

特に低品位燃料の利用が期待されるようになってくるこ

石炭利用時の問題点である、CO2 排出量の抑制の観点とに加え、これまであまり燃料として考えられなかったからは、石炭ガス化複合発電や石炭ガス化燃料電池複合バイオマスなども使用されるようになってくると思われ発電など、現在開発中の新型高効率火力の重要性が徐々る。さらに、環境保全の観点からは、環境汚染質の一層に高まっていくものと考えられるが、技術的信頼性の高の排出抑制が可能なクリーンな火力としての環境保全技さ、柔軟な運用性、様々な燃料に対する利用可能性、な術の高度化が望まれるものと思われる。特に、廃棄物のらびに低い発電コストなどを考えると、微粉炭火力の重リサイクル、リユースが要求されている現在の状況から要性は今後も低下することはないと思われる。

考え、微粉炭火力から排出される廃棄物の有効利用、中でも発生量の最も多い石炭灰を有効利用する技術が強く今後の微粉炭火力においては、これまで以上に需給バ望まれると考えられる。

ランスを調整するための、例えば毎日起動・停止を行う

10 −２

微粉炭火力の将来課題

微粉炭火力の将来課題としては、まず第１に、石炭灰有効利用量拡大のためには、新たな石炭灰の有効利用先の有効利用量の増大が挙げられる。これまで石炭灰はの探索ならびに、それに応じた石炭灰性状の調整技術が60 ％程度がセメント等に有効利用され、残りを埋立処重要となる。

分してきたが、近年、埋立場所が徐々に少なくなってお燃料の多様化、コスト低減の観点からは、これまで以り、一層の有効利用量の増大が望まれている。また、現上に幅広い燃料の利用が期待される。既に亜瀝青炭につ在の有効利用の実態としては、必ずしも性状の良い石炭いては、一部の微粉炭火力で導入が始まっているが、今灰だけが排出されるわけではないため、コスト的にメリ後は、一層大量の導入あるいは、より品質の悪い石炭のットのあるセメント混和材などでの利用は限られており、導入も期待される。特に質の悪い石炭については、改コストの低い粘土代替材料としての利用が主となってい質・高品位化しての利用も考えられ、これらの改質炭のる。これらの石炭灰のほとんどが有価灰として利用でき燃焼技術、排煙処理技術の開発も重要となると思われる。

るようになれば、発電コストの低減と共に、石炭灰の有また、バイオマスなど、これまであまり利用されなかっ効利用量の増大が図れるようになる。このような観点かたが、再生可能エネルギーとして今後その有効な利用がら、今後は、有効利用しやすい性状の石炭灰を排出する重要と考えられているものもあり、これらについても、技術の確立が極めて重要となる。石炭灰をセメント混和幅広く利用できるようにする技術が不可欠となると思わ材等に有効利用するためには、灰中未燃分濃度やメチレれる。

ンブルー吸着量が低く、かつ性状が変動せず均質な石炭環境性の向上の観点からは、益々、厳しくなる環境保灰を供給する必要がある。そこで、様々な石炭種、使用全に対する要求に応えるため、さらなる高性能な排煙処条件に対しても、常に石炭灰性状を制約条件範囲内に調理技術の開発が望まれるようになると考えられる。特に、整できる技術を開発しなければならない。また、一層の近年の低コスト、省エネ化の観点からは、性能が良いだ

電中研レビュー No.46 ● 115けでなく、所要動力やコストの低減が同時に達成できる

これらの課題のうち、特に重要な燃焼技術に関しては、方式の開発が期待される。また、これまで環境汚染質と従来は経験工学的手法で改良が進められてきた。しかし、して主な対象となっていた SOx、NOx、ばいじんに加近年の環境汚染質の排出抑制、燃料多様化の厳しい要求えて、様々な微量物質などの影響も注目され始めており、に対して、より斬新な高度技術の開発で応えていくためこれらの正確なプラント内挙動把握、排出抑制にも配慮には、高度計測を用いた燃焼火炎の構造評価や、数値計した技術開発の重要性が高まってくると思われる。一方、算を用いた燃焼場の理論的解明、ならびにこれらの技術

地球温暖化物質として重要な CO2 の排出抑制に向けては、の実用燃焼場への適用が一層重要になると思われる。今発電効率の向上が最も重要であり、蒸気条件改善に不可後は、これらの技術の高度化ならびに信頼性向上を図り、欠な高温用材料の開発、信頼性向上などは今後も重要で新たな燃焼技術開発へと有効に反映させていく必要がああると考えられる。

ると考えられる。

10 − 3石炭燃焼特性実証試験装置の役割と機能一方、一層の環境性向上に向け、「微量物質排出抑制技

10-3-1 設 置 目 的術および高度排煙処理技術の開発」も進めていく。本装置は、これらの各研究に有効に利用できるものとして設微粉炭火力の燃料多様化、環境性向上、コスト低減の計している。

ため、様々な燃料の燃焼および排煙処理を実機と同様の過程で行うことにより、最適な操作条件の解明、未利用

10-3-2

特徴と機能燃料の事前総合評価法、微量物質の挙動解明および新たな高度燃焼装置、排煙処理装置の開発を進めて行く必要がある。
当研究所は、2002 年 10 月に燃焼から排煙処理までを本装置は、微粉炭火力の高度化に関する様々な技術開発に用いるため、以下の特徴を有する。
①

実機と同過程で試験できる「石炭燃焼特性実証試験装置」を設置した。

3 段のバーナを有する竪型炉を採用することにより実機と同様の燃焼履歴を実現する。

②

廃棄物等（RDF 等）、バイオマス、重質油などの難燃性燃料に対応でき、その燃焼特性を評価可能にする。

本装置を用いた当面の主な課題としては、石炭灰処分③

石炭やバイオマス等の混焼時において複数段バーナ問題の解決に向け、排出される石炭灰のすべてを有効利の注入位置、注入比率、各段バーナに投入する石炭種用可能とするための、「石炭灰高品質化・均質化燃焼技などを変化し、バーナシステム全体の調整により燃焼術の開発」、さらに多炭種対応のための、「低品位炭（亜技術の最適化を図ることを可能にする。

瀝青炭など）の最適燃焼技術の開発」、および未利用炭④

実機と同様の脱硝装置、電気集塵機および脱硫装置の燃焼から排煙処理までの特性を事前に評価する、「石を有することにより、各種燃料の燃焼特性から排煙処炭の総合評価システムの開発」を進めている。また、将理性能までの総合的な評価を可能にする。

来的には、サーマルリサイクルおよびエネルギー源の強⑤実発電所を模擬できる煙道内の温度履歴調整機能な化のため、廃棄物等（RDF 等）、バイオマス、重質油ならびに各種排煙処理装置を備えており、実機を容易にどの、「難燃性燃料の燃焼性把握および最適燃焼技術の模擬でき、微量物質の挙動評価を可能にする。また、開発」へと展開していく計画である。

新型の排煙処理技術の開発にあたっては実ガスを用い116て検証できるように、任意に排ガス温度を設定できる⑵ようにする。

・図 10-3-2 に示すように 3 段のバ−ナを有し、実機と竪型マルチバーナ炉同様、火炎の相互干渉のある燃焼場が形成可能である。
本装置の構成は、燃料供給装置、竪型マルチバーナ炉、・各バ−ナの角度、バーナ間距離および熱輻射強度の調排煙処理装置からなる。図 10-3-1 にプロセスフローを整機能を有し、難燃性燃料の着火の維持、および安定示す。燃料供給装置において粉砕された微粉炭は、3 本燃焼が可能である。のバーナに送られ、縦型燃焼炉で燃焼され、燃焼用空気・竪型炉の採用で炉底灰の連続排出・採取が行え、炉底と熱交換された後、脱硝装置（SCR 法）に入り、発生灰の詳細評価および長時間連続運転が可能である。

した NOx は分解される。その後、燃焼試験のみの場合は、全量の排ガスが、バグフィルタに送られ、フライアッシュが除去された後、アルカリスクラバーで SOx が除去され排出される。排煙処理装置の試験時は、脱硝装置において 3 分の 1 の排ガスを分岐して、排煙処理装置に送られ、電気集塵機および排煙脱硫装置の性能が評価される。また、同時に微量物質等の測定も実施する。以下に、各装置の主な機能を示す。
OFAポート⑴ 燃料供給装置・石炭、重質油の貯蔵、供給設備を有し、多種燃料の燃焼特性評価が可能である。
・石炭においては 3 本のバーナに各 100kg/h で石炭供給が可能であり、重質油燃料は、3 本のバーナに各 60 リ

上段バーナ

ットル/h で供給が可能である。

中段バーナ
下段バーナ

・各バ−ナに個別の燃料供給ラインを有し、さらにバーサンプリングポート

ナ毎に石炭供給ビン２器を有するため、バ−ナ毎に燃料の種類、混炭率、供給量が調整できる
図10-3-2

竪型マルチバ−ナ炉

高性能排煙処理装置
設置予定位置燃料供給装置煙突

電気集じん機

微粉炭廃棄物

火炉

パイオマス

液体燃料

脱硝装置
バグフィルター

図10-3-1

アルカリ洗浄式
排煙処理装置石炭燃焼特性実証試験装置プロセスフロー

電中研レビュー No.46 ● 117

・バーナ周りの灰付着状態の監視および火炉内に蒸気管・バイパスラインとガスク−ラの適正配置により、実機を挿入して、伝熱特性を評価することにより、灰のス煙道の温度履歴を模擬できると共に、排ガス冷却過程ラッギング・ファウリング特性の評価が可能である。

を任意に設定できる。
・任意の温度条件に設定可能な新設の排煙処理設備設置⑶

排煙処理装置・実機煙道を模擬し、全量の排ガスを処理できる脱硝装置（SCR 法）、および排ガスの 3 分の 1 の処理量を有する電気集塵機および石灰石-石膏法を用いた排煙処理装置を有する。

118用スタンドを有し、微量物質除去技術、高性能脱硫・脱硝技術等について幅広い温度条件での実ガス実証が可能である。
・電気集塵機の温度を 90 〜 200 ℃まで制御でき、操作温度の影響評価が可能である。