JPH06257463A

JPH06257463A - 加圧流動層ボイラ複合発電プラント用脱塵システム

Info

Publication number: JPH06257463A
Application number: JP4485193A
Authority: JP
Inventors: Tsugita Yukitake; 次太雪竹; Shoichi Sawahata; 昇一沢畠; Shuntaro Koyama; 俊太郎小山; Jinichi Tomuro; 仁一戸室; Masahito Machida; 雅人町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】加圧流動層ボイラ発電プラントから排出するば
いじんを、プラントの運転性に信頼度が高く、効率良く
除去する脱塵システムを提供する。【構成】加圧流動層ボイラ１から排出するばいじんを、
シングルサイクロン２１により粗取りし、次いで、マル
チサイクロン３１によりガスタービン４のブレードに摩
耗を与える大きさのばいじんを完全に除去する。ガスタ
ービン出口の排ガスは、煙突入口煙道において大気環境
に支障がないばいじん濃度になるよう集塵装置８により
除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動層ボイラ複合
発電プラントの燃焼排ガス中より、ばいじんを除去する
脱塵システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭を燃料とする火力発電ボイラは、現
在、微粉炭炊きが主流であるが、炭酸ガスによる地球温
暖化という環境問題に対処するために、燃料の高効率利
用技術が強く要求されている。この環境対応型石炭火力
として、現在、国内外で開発中の加圧流動層ボイラ複合
発電プラントは、微粉炭炊きに比べ発電効率が高く、有
望な発電方式として注目を浴びている。

【０００３】加圧流動層ボイラ複合発電プラントは、従
来の微粉炭燃焼ボイラの変わりに、加圧下のボイラ内に
おいて微細に砕いた石炭を流動燃焼するものであり、流
動層内に敷設された水管から発生する蒸気により蒸気タ
ービンを駆動するとともに、ボイラより排出する高圧の
燃焼排ガスによりガスタービンを駆動して、それぞれ発
電を行うものである。

【０００４】本方式では、流動層内の流動媒体に石灰石
を用いて、石炭中の硫黄分と石灰石のカルシウムと反応
させてボイラ内において脱硫できること、また、流動層
内の火炎温度が微粉炭炊きより低いために、窒素酸化物
の生成量が少ないのが特徴である。しかしながら、本プ
ラントを運転するに際しての問題として、石炭の燃焼に
伴い生成するばいじんによってガスタービンブレードの
摩耗、及び大気汚染防止のための排出規制をクリアする
効果的な集塵方式の選定がある。

【０００５】このために、脱塵方式が種々提案されてい
る。例えば、ＥＰＲＩ主催、第９回PARTICULATE CONTRO
L SYMPOSIUM(1991,10)5B−1 に加圧流動層ボイラ発電プ
ラント用脱塵方式が開示されている。流動層燃焼ボイラ
から排出されるガス中に含まれる２０〜３０g／Nm³の高
濃度ばいじんを遠心式のサイクロンにより粗取りした
後、ガスタービンに導入する前に８５０〜９００℃のガ
ス温度の雰囲気でセラミックフィルタにより、ばいじん
を除去する方式が提案されている。

【０００６】また、他の方式として、ボイラ出口におい
て、まず、処理ガス量が大きいシングルサイクロンによ
りばいじんを粗取りし、次いで、処理量は小さいが集塵
性能が高いマルチサイクロンでもって、タービンブレー
ドの摩耗に影響を与えないとされる、およそ５μｍより
大きいばいじんを除去した後、ガスタービンへ排ガスを
導入する方法が提案されている。

【０００７】この場合、好ましくはマルチサイクロンに
おいて大気への排出規制を満足する集塵性能を発揮でき
ればよいが、遠心力を用いるサイクロン方式では、ガス
中よりばいじんを分離するには限界があり、排出規制を
満足できない。特に、流動層燃焼では燃料の石炭と流動
媒体との摩擦により微細なばいじんが排出され、排出規
制を満足するには高性能集塵装置が必要となる。このた
めに、ガスタービン出口、すなわち、煙突入り口に電気
集塵、またはバグフィルタ装置を設けた集塵システムが
提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のセラミックフィ
ルタによる除去方式は、集塵性能が高くタービンブレー
ドの摩耗の心配がなく、かつ、煙突からの排出規制をも
クリアできるが、高温高圧下における運転であるため
に、セラミックフィルタの亀裂，破損の恐れがあり、長
期間運転に際しての信頼性に問題がある。もしも運転中
にセラミックフィルタが破損すると、タービンブレード
に摩耗を与えるために発電中でも運転を停止せざるを得
ない事態を招く恐れがある。

【０００９】一方、小口径マルチサイクロンのサイクロ
ン個々の脱塵性能はタービンブレードの摩耗に影響を与
えるおよそ３〜５μｍ以上の大きさのばいじんを効率良
く除去できることが実験で確認されているが、このサイ
クロンを並列に多数配列して使用する場合、サイクロン
個々に僅かの圧力差が生じて、サイクロンにより分離し
たばいじんが、他のサイクロン下部より流入するため
に、従来のマルチサイクロンでは集塵性能が低下し、タ
ービンブレードが摩耗するという問題がある。

【００１０】また、マルチサイクロン個々のサイクロン
は、筒径が小さいために、ばいじん分離部において目詰
りを生じてサイクロンの機能を果たさなくなるという問
題もある。一方、流動層燃焼ボイラから排出されるばい
じんは、流動燃焼する際に流動媒体と微粉炭の摩擦によ
り１μｍ以下の微細な粒子が多量に含まれているので、
前記の電気集塵方式では、粒子が受ける電荷量が小さ
く、電界による粒子の移動速度が遅いので、装置容積が
大きくなるばかりでなく、集塵極へ捕集されたばいじん
の槌打による払い落しが困難であること、また、流動燃
焼炉の流動媒体に用いられる石灰石は、電気抵抗が高い
ために逆電離現象により、集塵性能が低下するなどの問
題がある。

【００１１】一方、バグフィルタ方式は、ばいじんの粒
径が細かいためにフィルタの目詰まりが早く、頻繁に払
い落しを行う必要があり、フィルタの寿命が短くなると
いう欠点があった。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、加圧流動層ボイラ排ガス中から、ばいじんを効
率よく除去する加圧流動層ボイラ複合発電プラント用脱
塵システムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。すなわち、加圧流動層ボイ
ラ，蒸気タービン発電機及びガスタービン発電機とから
なる加圧流動層ボイラ複合発電プラントにおいて、ボイ
ラ燃焼排ガス中のばいじんを、筒径が大きいサイクロン
により比較的大きいばいじんを除去し、次いで、新たに
改良した筒径が小さいマルチサイクロンと共に、マルチ
サイクロンホッパより排ガスの一部を吸引するブローダ
ウンを行うことによりタービンブレードに摩耗を与える
ばいじんを確実に除去した後にガスタービンに導入し、
マルチサイクロンで除去できなかった微細なばいじん
は、ガスタービン出口煙道において効果的な集塵装置に
より、大気環境を満足する濃度以下になるよう除去す
る。

【００１４】

【作用】加圧流動層ボイラから排出される燃焼排ガス
は、ガスタービンへ導入する前に、遠心式サイクロンに
おいて、まず、大口径サイクロンによりおよそ１０μｍ
以上のばいじんを除去する。次いで、サイクロン筒径が
小さいマルチサイクロンによりタービンブレードに摩耗
を与える大きさ３〜５μｍ以上の粒子はほぼ完全に除去
される。マルチサイクロン個々のサイクロンには、ばい
じん分離器の下方にガス緩衝筒が設けられており、サイ
クロンにより分離されたばいじんはサイクロン相互に干
渉することなく効率良くホッパへ回収される。前記のブ
ローダウンを行うことにより、マルチサイクロンのばい
じん分離器における分離効果を一層高め、より細かいば
いじんまで除去される。

【００１５】マルチサイクロンより排出されるガスは、
ガスタービンに流入して圧力と温度のエネルギが消滅
し、排出される。ガスタービン出口の排ガスは、例え
ば、放電極と接地極とから構成された荷電装置に導入さ
れ、ガス中のばいじんはコロナ放電によって荷電され
る。このとき、コロナ放電により接地極に付着したばい
じんは、接地極に施されている加熱装置により昇温する
ことにより、高い電気抵抗のばいじんは低くなり、安定
放電が維持される。

【００１６】また、接地極に付着したばいじんを掻き取
ることにより、接地極面を清浄し、コロナ放電を安定化
してばいじんに電荷を効率良く与えられる。帯電したば
いじんはフィルタへ導入されて濾過面に捕集され、捕集
されたばいじんにより濾過表面の電位が上昇する。表面
電位が形成した濾過面に新たに流入する帯電したばいじ
んは、濾過表面の電位と同極性であるために反発し合
い、粒子相互は凝集して集塵性能は向上し、しかも、濾
過表面の通気抵抗が抑制される。このために払い落しの
頻度が少なく、フィルタの寿命を長く維持できる。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例について図を用いて説明す
る。図１は、本発明の加圧流動層ボイラ複合発電プラン
ト用脱塵システムの一実施例の説明図である。１は、加
圧流動層ボイラ、２は、大口径サイクロン２１を収納す
る圧力容器、３は、小口径マルチサイクロン３１を収納
する圧力容器、４はガスタービン、５は発電機、６はマ
ルチサイクロン３１のホッパより排ガスの一部を吸引
し、そのガスに含まれるばいじんを除去するフィルタで
あり、その出口の排ガスは、ガスタービン４の入口に導
入される。７はエアヒータ、８は集塵装置であり、例え
ば該集塵装置８は荷電装置８１，バグフィルタ８２から
構成される。９は、煙突である。

【００１８】加圧流動層ボイラ１の流動媒体には石灰石
が用いられ、加熱された石灰石の流動層内に微粉炭と空
気が供給されて燃焼する。ボイラより排出される燃焼排
ガスには、１Ｎｍ³当り約３０ｇのばいじんが含まれ、
ばいじんの粒径はおよそ０.１〜１００μｍに分布して
いる。ガス温度は８５０〜９００℃と高く、また、ガス
圧力も１０〜２０kg／cm²と高い。

【００１９】ボイラからの排出ガスは、まず、サイクロ
ン外筒径が約１０００mm程度の大口径サイクロン２１に
よりおよそ１０μｍ以上のばいじんが除去される。サイ
クロンが除去するばいじんの限界粒子径は、外筒径の大
きさに影響し、大きいと処理ガス量が大きい反面、除去
できる限界粒子径も大きくなり、除去率は低下する。サ
イクロン２１の材質は耐熱材であり、例えば、外壁はス
テンレスまたは鋼板であるが、その内壁はシリカまたは
アルミナ等の耐火材でライニングされ、かつ、圧力容器
２内に収納される。

【００２０】マルチサイクロン３１は、外筒径がサイク
ロン２よりおよそ一桁小さく、100mm程度の小口径サイ
クロンが複数個並列に組み込まれ、該マルチサイクロン
３１により、３〜５μｍ以上のばいじんが除去される。

【００２１】ここで、本発明のマルチサイクロンに用い
られる個々のサイクロン形状について、図２〜図６を用
いて説明する。図２において、３２はガス入口を示し、
ばいじん分離筒３４の上部にあり、ガスが接線方向に流
入する構成である。３５はばいじん分離器であり、ばい
じん分離器３５の外周とばいじん分離筒３４には、ばい
じいんが流下するために数mmの間隔を有する。ばいじん
分離器３５は、中央に小孔を有する上に凸の三角錐形状
であり、ガス分離器とガス分離筒とにおいて、分離され
たばいじんによる閉塞が起こらないように、ばいじんが
流下しやすい構造にしている。３６はばいじん分離器の
支持枠、３７はガス緩衝筒である。入口３２より流入し
たガスは、矢印３２′のように分離筒３４内を旋回しな
がら下降し、ばいじん分離器３５の先端付近で反転して
上昇し、出口３３より排出される。一方、ばいじんは遠
心力により分離筒内壁に沿って下降する。

【００２２】個々のサイクロンが複数個並列に配列され
ると、個々のサイクロンに均一にガスを分配するのが難
しいために、分離されたばいじんが再飛散しないように
ガス緩衝筒が分離をよくするように作用する。すなわ
ち、分離されたばいじんは、緩衝筒内において旋回の力
が消滅し、重力沈降により降下するので隣接するサイク
ロン相互の干渉は抑制される。

【００２３】また、サイクロンホッパより、矢印３８に
示すように、ガスの一部を抜き取るブローダウンを行う
と、マルチサイクロンの分離効果を、より一層発揮でき
る。図１において、フィルタ６に導入するガスの通路は
ブローダウンの流路である。

【００２４】図３は、緩衝筒が円筒形の例であり、図４
は、ばいじん分離器に十字形を有した変形例を示す。十
字形分離器は、ガスの旋回流を消滅する作用があり、分
離捕集したばいじんの再飛散の防止に効果がある。図５
は、図２のＡ−Ａ′視図、図６は、図４のＢ−Ｂ′視図
を示す。

【００２５】図７は、マルチサイクロン３１の構成の一
例を示す。３１１はガス入口、312はガス出口を示し、
３１３はサイクロン個々の入口部３２と、分離したばい
じんを遮蔽する仕切り板、３１４は、ガス入口部３２と
ガス出口部３３を遮蔽する仕切り板を示す。以上のよう
にガス入口３１１より流入したばいじんを含むガスは、
個々のサイクロン入口３２より流入し、ばいじんの大部
分は分離除去されてホッパ３１５内に回収され、ガスは
出口３３より排出され、マルチサイクロンの出口３１２
より煙道に排出される。

【００２６】マルチサイクロン３１より排出されたガス
は、ガスタービン４を駆動して圧力と温度のエネルギが
消滅する。該ガスタービン４より流出したガスは、エア
ヒータ７を経て集塵装置８へ導入される。

【００２７】図８及び図９は、荷電装置８１の一実施例
を示す。図８は、接地極８０２の内部に加熱器８３を施
した荷電装置を示す。８０１は放電極、８０２は接地
極、該放電極８０１と接地極８０２の両端に高電圧電源
８４より電圧を荷電すると、両極間にコロナ放電が発生
し、多数のイオンが生じる。コロナ放電場を通過するば
いじんはイオンにより帯電される。放電場を通過するば
いじんの電気抵抗は、石炭の種類や流動媒体により決ま
り、流動媒体の石灰石がばいじん中に混入すると電気抵
抗が高くなり、このばいじんが接地極８０２に付着する
と、高抵抗障害により放電が著しく阻害される。ばいじ
んの電気抵抗は温度に依存性があり、温度が高くなると
低くなる性質がある。この特性を利用し、接地極に加熱
器８３を施し、放電に異常が生じると温度調節器を介し
て接地極を加熱し、付着したばいじんの電気抵抗を下げ
て、安定な荷電を行うようにする。

【００２８】図９は、荷電装置の他の実施例を示し、移
動電極形荷電装置である。その効果は、接地極に付着し
たばいじんをブラシで掻き取ることにより、常に接地極
を清浄に維持し、安定放電を達成するものである。９１
は放電極、９２は接地極、この接地極９２は、回転ドラ
ム９３により移動できる。放電極９１が敷設される部分
がガスの通路であり、ガスは紙面に直角方向に上から、
もしくは下から流れる。９５，９５′は、仕切り板９
６，９６′でガス通路から隔離された室であり、この室
でブラシ９４により接地極９２に付着したばいじんを掻
き取ることができる。

【００２９】以上のように、電気抵抗が高いばいじんで
も、効果的にばいじんに電荷を与えることができる。次
に、帯電したばいじんの、フィルタへの捕集性について
述べる。

【００３０】図１０は、本発明に関係せず、ばいじんに
電荷を与えないときの、フィルタへのばいじん捕集状況
の一例を示す。８２はフィルタ、１０１はばいいじんを
示す。フィルタ８２へ導入されるばいじんの粒径は、既
にマルチサイクロンでばいじんの大部分が除去された残
りであり、平均径１μｍほどの微細であるために、フィ
ルタに捕集されると粒子相互が密着し、短時間で通気抵
抗が上昇する。

【００３１】図１１は、本発明によるもので、ばいじん
に電荷を与えたときの捕集状況である。１０２は帯電し
た粒子を示し、フィルタ８２に捕集されると粒子は互い
に同じ電荷を有しているために反発しあって鎖状に付着
し、通気抵抗を大幅に低減することができる。ばいじん
に電荷を与えることは、通気抵抗の低減ばかりでなく、
フィルタの捕集効率も向上する。特に、フィルタが清浄
時に帯電の効果が顕著に現れる。

【００３２】以上のように、本発明の脱塵システムは、
ガスタービン４に流入する高温・高圧の排ガスにおいて
は、遠心分離を応用したサイクロン集塵方式を採用し、
ガスタービン４の出口排ガス、すなわち、低温・低圧に
おいては静電集塵方式を採用したのが特徴である。

【００３３】本実施例では、集塵装置８は濾過方式につ
いて述べたが、電気集塵方式では、ばいじんの電気抵抗
の高低に対応できる方式として、図９に示した移動電極
形電気集塵装置を採用することにより、濾過方式と同等
の集塵性能を達成することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明になる脱塵システムによれば、高
温脱塵の信頼性が高く、かつ、高抵抗ばいじんを効率良
く除去できるために、加圧流動層ボイラ発電プラント運
用の信頼性を高められ、電力の安定供給が可能であるこ
と、更に、大気環境にやさしい発電プラントが提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧流動層ボイラ発電プラント用脱塵
システムの一実施例説明図。

【図２】本発明マルチサイクロンの個々のサイクロン構
成図。

【図３】サイクロンの他の実施例説明図。

【図４】サイクロンの他の実施例説明図。

【図５】図２のＡ−Ａ′視図。

【図６】図４のＢ−Ｂ′視図。

【図７】本発明のマルチサイクロンの一実施例説明図。

【図８】加熱電極形荷電装置の概要図。

【図９】移動電極形荷電装置の概要図。

【図１０】無荷電時の、フィルタへのばいじん捕集状況
の概略図。

【図１１】荷電時の、フィルタへのばいじん捕集状況の
概略図。

【符号の説明】

１…加圧流動層ボイラ、２１…シングルサイクロン、３
１…マルチサイクロン、３５…ばいじん分離器、３７…
ガス緩衝筒、４…ガスタービン、８…集塵装置、８１…
荷電装置、８２…バグフィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸室仁一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者町田雅人茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧流動層ボイラ，蒸気タービン発電機及
びガスタービン発電機とを有する加圧流動層ボイラ複合
発電プラントにおいて、前記加圧流動層ボイラ排ガス中
のばいじんを、大口径サイクロンで除去した後に、ガス
緩衝筒を備えた小口径マルチサイクロンにより除去して
ガスタービンに導入し、該ガスタービン出口煙道に前記
マルチサイクロンで除去できなかった微細なばいじんを
除去する静電集塵装置を備えたことを特徴とする加圧流
動層ボイラ複合発電プラント用脱塵システム。
【請求項２】加圧流動層ボイラ複合発電プラントにおい
て、ボイラ排ガス中のばいじんを、高温・高圧排ガス領
域は遠心式集塵方式で除去し、低温・低圧領域は静電集
塵方式で除去することを特徴とする加圧流動層ボイラ複
合発電プラント用脱塵システム。
【請求項３】請求項１の小口径マルチサイクロンのホッ
パより排ガスの一部を吸引し、該マルチサイクロンの後
流側煙道に排出するブローダウン方式を採用したことを
特徴とする請求項１の脱塵システム。
【請求項４】前記小口径マルチサイクロンは、ばいじん
分離器の下方にばいじん緩衝筒を設けたことを特徴とす
る請求項１の小口径マルチサイクロン。
【請求項５】前記小口径マルチサイクロンのばいじん分
離器は、中央に小孔をもった上に凸の円錐形、または例
えば十字形分離器であることを特徴とする請求項４の小
口径マルチサイクロン。
【請求項６】前記小口径マルチサイクロンのばいじん分
離器の下方に、ガス緩衝筒を設けたことを特徴とする請
求項４の小口径マルチサイクロン。
【請求項７】請求項１の静電集塵装置は、ばいじんに電
荷を与える荷電装置と、該荷電装置において帯電された
ばいじんを除去するバグフィルタから構成することを特
徴とする請求項１の脱塵システム。
【請求項８】前記荷電装置は、放電極とこれに対向する
接地極から構成され、接地極に付着したばいじんを除去
するための掻き取り装置を具備したことを特徴とする請
求項７の静電集塵装置。
【請求項９】前記荷電装置は、放電極とこれに対向する
接地極から構成されると共に、接地極には接地極表面が
任意の温度に調整できる加熱装置を具備していることを
特徴とする請求項７の静電集塵装置。
【請求項１０】前記集塵装置のバグフィルタは、電気的
に絶縁性素材になるフィルタであることを特徴とする請
求項７の静電集塵装置。
【請求項１１】請求項１の静電集塵装置は、放電極と集
塵極から構成された電気集塵装置であり、放電極は固定
極とし、集塵極は、稼働部を備えるとともに、集塵極に
捕集したばいじんをブラシでもって掻き取る装置を具備
したことを特徴とする請求項１の脱塵システム。