第章

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微粉炭火力発電技術の変遷と課題

第３章

横須賀研究所

微粉炭火力発電技術の変遷と課題 ● 目

研究コーディネーター
CS推進部

上席研究員

受託推進グループ部長

次佐藤幹夫

牧野尚夫

３−１

微粉炭火力の発電技術の変遷 …………………………………………………………………………………………… 25

３−２

微粉炭火力の高度化に向けた課題 ……………………………………………………………………………………… 26

佐藤 幹夫（1975年入所）
これまで、重・原油等の噴霧燃焼、微粉炭燃焼技術および石炭ガス化燃料のガスタ−ビン燃焼技術に関する研究に携わり、各種海外炭の燃焼特性評価や石炭ガス化複合発電用ガスタ−ビン燃焼器の開発等を行なってきました。今後とも石炭及び重質油等を用いる複合発電やガスタ−ビン技術など、火力発電技術の高効率化に貢献していきたいと思います。
（3-1執筆）24

牧野尚夫（10ページに掲載。）（3-2執筆）３−１

微粉炭火力発電技術の変遷

わが国の火力発電は、戦後、国内炭焚きボイラから再電総出力が水力を上回り、火主水従の電力構成となった。

出発し、1950 年代後半から石油焚き火力の大容量化が石油専焼火力が導入される一方で、国内炭産地振興のた進められ、1973 年の石油危機以降は、LNG および海外めの低品位炭焚き火力も建設された。一例として挙げる

炭焚きの大容量火力が主流となった。表 3-1-1 に、戦後と、1963 年に電源開発㈱若松１、２号（各 75MW）はのわが国微粉炭火力の変遷と外部情勢を示す。

筑豊規格外低品位炭の消費を目的として建設された。

戦後の石炭火力の復興を振り返ってみると、1953 年、電気事業の創業期には主力の発電形態であった石炭火

中国電力㈱小野田５号（160t/h、6.7MPa、490 ℃）にお力発電は、経済的に競争力が弱かったことから、石油火いて初めて１機１缶ユニットシステムが採用された。小力の登場により、その主役の座を石油火力発電に譲るこ

野田５、６号ボイラでは、国内炭の混炭が行われ、国内とになった。しかも、石炭火力ではばいじん、SOx、産低品位炭焚き新鋭火力のモデルとなった。1960 年代

NOx 等の環境汚染物質の排出が多いことから、電源立後半には、新設火力発電燃料の主力は石炭から経済性に地が困難になった。
これらの環境汚染物質に対する技術の変遷として、ま優れる石油へと移行した。この間、1962 年には火力発
表3-1-1

微粉炭火力の変遷と外部情勢
外部情勢

年度

微粉炭火力の変遷

1953

中国電力 小野田５号機で初めて１機１缶ユニットシステムを採用
火力発電総出力が水力を上回り、火主水従の電力構成に

1962
1963

電源開発 若松１、２号機が筑豊規格外低品位炭の消費を目的に建設される「ばい煙排出規制に関する法律」が制定
電気集じん機の導入

1966「大気汚染防止法」の制定

1968

石油危機
湿式石炭・石膏法による排煙脱硫装置の導入

1973「NOx排出規制法」の制定
1977

触媒を用いた選択式接触還元法による脱硝装置の導入

1979

IEAの石油火力新設禁止決議

1981

電源開発 松島１、２号機（538/538℃）、わが国初の海外炭焚き臨界海圧火力

1985

北海動電力 苫東厚真２号機（538/566℃）、海外炭焚き超臨界圧変圧運転を初めて採用

1990

電源開発 松浦１号機（538/566℃）、石炭焚きとして初めての 1,000MW 機を採用

1991

北陸電力
を採用

敦賀１号機で主蒸気温度 566℃
国連環境開発会議（リオ・サミット）開催

1992
1993

中部電力 碧南３号機、国内で初めて最熱蒸気温度 593℃を採用
第１回国連気候変動枠組条約締約国会議（COP1）がボンにて開催

1995

COP3が京都にて開催

1997
1998

中国電力 三隅１号機、東北電力
号機において 600/600℃を採用

2000

電源開発
用

2002

電源開発 磯子新１号機、純変圧方式で600/610℃を採用

原町２

橘湾１、２号機 600/610℃を採

電中研レビュー No.46 ● 25ず、ばいじんに関して、1963 年に制定された「ばい煙1981 年には、わが国初の海外炭焚き超臨界圧力を採排出規制に関する法律」に基づき、1966 年に非常に高用した電源開発㈱松島１、２号（各 500MW）が運開し、い集じん効率を有する電気集じん機が導入されている。

以降、大容量海外炭焚き火力の時代となり、北海道電力

1968 年には「大気汚染防止法」が制定され、SOx 対策㈱苫東厚真２号 600MW（1985 年、538/566 ℃）においとして、低硫黄燃料の使用、高煙突や集合煙突の採用にて初めて変圧運転方式が採用された。それ以後、北陸電より環境影響抑制が図られるとともに、1973 年には湿力㈱敦賀１号 500MW（1991 年、566/566 ℃）から蒸気式の石灰・石膏法を用いた高性能な排煙脱硫装置が導入条件の高温・高圧化が始まり、中部電力㈱ 碧南３号されるようになった。NOx 対策については、1973 年に700MW（1993 年、538/593 ℃）において再熱蒸気温度排出規制が制定され、低 NOx 燃焼法の改良や低 NOxは 593 ℃となった。さらに、中国電力㈱三隅１号

バ−ナの採用が進む一方、1977 年には触媒を用いた選1000MW（1998 年、600/600 ℃）、東北電力㈱原町２号

択式接触還元法による脱硝装置の導入が開始された。

1000MW（1998 年、600/600 ℃）において主蒸気温度、このように環境対策技術が進展する一方で、1973 年

再熱蒸気温度ともに 600 ℃の時代を迎えることになった。の石油危機と引き続き原油価格の高騰、さらには 1979引き続き、2000 年には電源開発㈱橘湾１、２号

年の IEA の石油火力新設禁止決議により、新設が原則1050MW において 600/610 ℃が採用され、2002 年に運的になくなったこともあり、燃料多様化の方針が打ち出開された電源開発㈱磯子新１号では純変圧方式が用いらされ、LNG、LPG などの使用が増加する一方、オースれており、主蒸気温度 600 ℃、再熱蒸気温度 610 ℃が採トラリア炭、中国炭、南アフリカ炭等の海外炭を対象と用されている。

した大容量火力の建設が計画された。また、環境汚染物

以上述べたように、わが国の微粉炭火力は、戦後の復質の抑制技術開発が進み、NOx、SOx 等の発生が抑え興期、火主水従への移行、石油危機および「大気汚染防られるようになり、発電所建設技術の改良によって経済止法」の制定などを経て、蒸気条件の高温・高圧化によ性が向上したことから、脱石油の流れに後押しされる形る高効率化が図られるとともに、ばいじん、SOx、NOxで再び石炭火力発電が脚光をあびることとなった。

に対する環境対策技術など世界最高水準に達している。

３−２

微粉炭火力の高度化に向けた課題

既に述べたように微粉炭火力技術は、極めて信頼性の高い確立された技術であるが、その一層の高度化に向け炭など、より幅広い性状の石炭を利用できるようにする必要がある。

た課題としては、「使用石炭種の多様化」、｢発電効率の発電効率の向上に対しては、これまで同様、蒸気条件向上｣、「環境性の向上」、「負荷運用性の向上」などに加の改善（高温・高圧化）が最も大きな課題となる。既にえ、「新たな高度計測技術」や「燃焼器内数値解析技術」

我が国では世界的に見ても最も高い蒸気条件で発電してなどが必要となる。

おり、今後の一層の向上には高温用材料の進歩が重要な

使用石炭種の多様化に関しては、我が国は石炭の供給課題の１つである。また、ファンやミルなど種々の補機を、海外の様々な国からの輸入に頼っているため、大き類の動力低減も、発電効率向上の点から有効である。

く性状の異なる石炭を利用していかなければならない。

環境性の向上に関しては、従来より注目されていた窒そのような観点から、種々の石炭について既設発電所へ素酸化物（NOx）、硫黄酸化物（SOx）、粒子状物質（石の適性を、事前に的確に評価できる手法の確立が重要で炭灰）などの低減は、今後も益々重要となる。既に我がある。特に、一層のエネルギー源の強化、燃料コスト低国では 1960 年代からの公害問題への対処により、図 3-減のためには、これまで利用されることが少なかった、2-1 に示すように、世界で最も環境汚染質の排出レベル

水分が多く発熱量の低い低品位炭や、難燃性の高燃料比の低い環境対策技術を確立しているが、環境保全に対す

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焼安定性が悪くなるため、それを改善するための技術開NOx、SOx排出量（g/kWh）

10SOxNOx8発も重要となっている。本技術に加え、上述の環境性向上の観点から、低 NOx 燃焼法との両立も重要となって6いる。
4

一方、石炭の燃焼場は、極めて高温の乱流場になるた
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め、制御や厳密な評価が難しく、これまで経験工学的手
アメリカ カナダ イギリス フランス ドイツ イタリア 日本

図3-2-1

各国のNOx、SOx排出量法に頼って設計・運転されることが多かった。しかし、
低 NOx 燃焼や低負荷対応燃焼の高度化、非常に多様な石炭種の利用など、様々な高度技術の開発が必要になるる要求はますます厳しくなっている。このような状況かに応じて、従来の手法では開発に大幅な期間を要するよ

ら、脱硫・脱硝・集じんなどのこれまで用いられていたうになり、新たに効率的な手法の適用が望まれるように環境対策技術の高度化は、今後も重要となる。特にコスなってきた。その手法の１つとして、燃焼場を定量的にト低減との両立のための、低 NOx 燃焼技術の開発・高解明し、より高度な燃焼技術開発に反映することが可能度化はますます重要な開発項目となると思われる。またな、レーザ光等を利用した高度計測技術や数値シミュレ

最近では、石炭灰の処分も重要な課題であり、コスト低ーションによる燃焼場の解析技術などが注目されている。

減にも有益な、有効利用しやすい石炭灰に性状調整する

今後は、これらの技術を実際の燃焼場に適用可能にするための灰中未燃分の低減技術なども鋭意開発が進められと共に精度を向上し、燃焼技術の改良・改善へとつなげている。

る手法も重要になってくると思われる。

近年では、微粉炭火力においても電力需給調整のためこのように、今後の微粉炭火力の高度化に向けた課題の負荷変化を担う必要が高くなっており、負荷運用性のとして、非常に幅広い観点から数多くの技術開発テーマ向上が注目されている。微粉炭バーナは、低負荷時に燃が挙げられている。

電中研レビュー No.46 ● 27