JPH08166110A - 流動層ボイラの燃焼灰リサイクル法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 流動層ボイラの燃焼灰を工場内で自己処理
して燃焼効率を高めることができ、未利用カルシウム分
を利用して脱硫率を改善し、更に流動層ボイラの循環粒
子の補給量を低減する方法を提供する。 【構 成】 コンバスタ、サイクロン、外部熱交換器、
対流伝熱部からなる循環型の流動層ボイラにおいて、サ
イクロン以降で捕集される燃焼灰を、水または水とセメ
ント系固化剤で混練して固形化する工程と、この固形物
を粉砕して造粒材を形成する工程と、この造粒材を前記
コンバスタ内に導入する流動層ボイラの燃焼灰リサイク
ル法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバスタ内に形成さ
れる流動層に供給され、循環経路を循環される石灰石の
反応を促進してその利用率を上げ、排出される燃焼灰の
量を低減させうる流動層ボイラの燃焼灰リサイクル法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排ガスの排出基準を満たしながら、固体
燃料を効率良く燃焼させることができるボイラとして、
比較的大粒の粒子で形成された流動層（デンスベッド)
の上に灰および石灰石等の微粒子の循環層が配置された
循環型の流動層ボイラが、例えば特開昭５２−５７０８
５号の発明などで知られている。

【０００３】この循環型の流動層ボイラは、図６に示す
ように、下部に流動層を形成するコンバスタ１、このコ
ンバスタ１より排出される燃焼ガス等から粒子を分離す
るサイクロン２、このサイクロン２で分離した粒子の熱
を利用する外部熱交換器３及び排気ガスの熱を利用する
対流伝熱部４とから構成されている。そしてこのコンバ
スタ１内には１０から２０mm程度の砂利などで形成され
たデンスベッド５が形成され、このデンスベッド５には
砂利等のほか、硫黄捕獲の目的で入れられた後に再循環
ソリッド材の一部となる粉砕された石灰石や、固体燃料
である石炭が供給されており、流動状態においては石灰
石粉や石炭灰、更にカーボン等が混入状態になってい
る。

【０００４】このデンスベッド５には、底部に一次空気
系６を介して一次空気が導入され、デンスベッド５が流
動化すると共に、送り込まれた一次空気によって石炭が
燃焼し、この燃焼によって生じたカーボンや灰、そして
石灰石、さらには破壊された砂利の小粒子等のソリッド
が高温ガスと共に連絡管７を通ってサイクロン２に至
る。このサイクロン２においてカーボンや灰や石灰石等
の粒子が分離されるが、この分離されたソリッドは導管
９を経て外部熱交換器３に供給される。

【０００５】そして、外部熱交換器３に内蔵されている
熱交換器１０で熱回収されて冷却されたソリッドは、Ｌ
バルブ１１，１５を通ってコンバスタ１の下部のデンス
ベッド５内に再循環するようになっている。一方、サイ
クロン２でソリッドが分離された高温ガスは、導管１２
を通って対流伝熱部４に入り、伝熱管１３内に供給され
ている水を加熱して蒸気を発生させると共に冷却され、
ダスト捕集器や、バグフィルタ１４で捕集され排出され
るようになっている。

【０００６】前記のように、バグフィルタ１４などで捕
集された「バグ灰」とも称される燃焼灰は、通常はその
ままで廃棄できないことから水を混ぜて加湿状態にして
埋め立てに使っている。一方、火力発電用などの大型の
石炭焚ボイラの場合には、燃焼灰が大量に発生してお
り、この燃焼灰の有効利用が要請され、セメントの原料
に混ぜて利用されている。

【０００７】しかしながら、一般の産業用の工場の流動
層ボイラでは近くにセメント工場がないことが多く、多
量に発生する燃焼灰は主に埋立用に使用されることか
ら、運賃コストがかさむという問題があった。そこで、
近年、このような燃焼灰の有効利用方法が電力会社など
を中心として種々研究されており、土建関係の路盤材
や、セメントに混ぜる骨材代わりにする石炭灰から形成
した砂や、骨材が実用化されているが、その方法も採算
性の上で問題がある。

【０００８】ところで、循環型の流動層ボイラにおいて
は、石炭の硫黄分から生成する亜硫酸ガス（ＳＯ₂ ）を
吸収するために石灰石が投入されている。従って燃焼灰
中には石炭灰のみならず石灰石に由来する灰が３０％程
度含有されている。このうち亜硫酸ガス捕捉済みのカル
シウム分は３分の１前後の量であり、あとの３分の２の
量は石灰石の、表面のみが亜硫酸ガスを吸収して固化し
たものの、その内部は石灰石（ＣaＣＯ₃）が炉内加熱さ
れて生石灰（ＣaＯ）に変換された形態で未反応のまま
残っている。

【０００９】従来はこれら未利用の未反応分も含めたカ
ルシウム分全体がそのまま処理されたり、埋立に用いら
れていたのである。また、バグフィルタなどで捕集され
た燃焼灰は寸法が１００μｍ以下と微粉末状で飛散し易
い。従って、これを流動層ボイラのコンバスタ部にリサ
イクルしても、あまりに微細なため対流部の伝熱面汚れ
の原因となり、ボイラの効率を低下させることからリサ
イクル量が限定され、十分な再利用がはかれなかった。

【００１０】一方、生石灰は水を加えると水酸化カルシ
ウム（Ｃａ(ＯＨ)₂）を生成し、急激に発熱膨張すると
いう特性がある。従って、もし、前記の流動層ボイラの
燃焼灰自体にに水を加えると、表層を形成している反応
済カルシウム分の内部にかくれていた生石灰が急激に膨
張して灰表面に活性カルシウム分として露出し、亜硫酸
ガスを吸収させうることになる。

【００１１】そこで本発明者等は、上記の燃焼灰に水を
加えて水酸化カルシウムを生成させ、同時に微粉状の燃
焼灰を対流部の伝熱面を汚さない程度の大きさの造粒物
に成形すれば、燃焼灰全量を流動層ボイラに好適にリサ
イクルできるのみならず、未利用の石灰分を脱硫に有効
利用して資源として活用できることに着目して種々実験
を行った。

【００１２】その結果、上記の造粒物形成の際、水を適
量加えるだけで、ほとんどセメント系固化物を加える事
もなく、強固な造粒物を作ることができ、しかもこのよ
うにして形成された造粒物を使用すると、燃焼灰をその
ままリサイクルした場合より、脱硫率が高く、さらに通
常の石灰石それ自体を使用した場合よりも脱硫率が高い
ことが判明し、本発明に到達した。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
循環型の流動層ボイラにおけるバグフィルタなどで捕集
される燃焼灰処理に関する問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、燃焼灰をリ
サイクルしてその脱硫率を高め、かつ燃焼灰中の未利用
カルシウム分の利用率を向上させると共に、排出する燃
焼灰の量の低減をはかりうる流動層ボイラの燃焼灰リサ
イクル法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の流動層ボイラの燃焼灰リサイクル法は、流
動層を有するコンバスタ、コンバスタの燃焼ガスを受け
て処理するサイクロン、サイクロンで分離された粉粒体
を受けて熱交換する外部熱交換器およびサイクロンで処
理されなかった燃焼ガスを受ける対流伝熱部で構成され
た循環型の流動層ボイラにおいて、前記サイクロン以降
で捕集される燃焼灰を、水または水とセメント系固化剤
で混練して固形化する工程と、この固形物を粉砕して造
粒材を形成する工程と、この造粒材を前記コンバスタ内
に導入する工程とからなることを特徴としている。

【００１５】燃焼灰に添加する水の割合は、燃焼灰１０
０ｇに対して水を３０〜６０％加える事である。又、燃
焼灰中の石灰成分が１０％以下の場合には、セメント系
固化剤を５〜１０％程度添加する。また、この造粒材を
成形する方法としては、パン型造粒機や圧縮押し出し成
形機を採用するのが良い。そしてこのような造粒機を採
用して造粒材を成形後、１〜５日間程度大気温度にて養
生することにより、造粒材の強度と、脱硫反応性が増加
する。造粒材を養生後、破砕機にて、粒度を１ｍｍ以
下、平均粒径で５００μｍ程度の粒子に微細化し、炉内
に供給する方法を採用するのが良い。

【００１６】

【作 用】前記の燃焼灰リサイクル法により、バグフィ
ルタなどで捕集された燃焼灰を流動層ボイラの循環粒子
として有効利用すると共に、燃焼灰中の未利用カルシウ
ム分を活用することができ、その結果そのボイラからの
排出燃焼灰の量を減少することができる。

【００１７】

【実 施 例】以下図面を参照して本発明の燃焼灰リサ
イクル法に適用するリサイクルシステムの一実施例を説
明する。この実施例は、図６の従来の循環型の流動層ボ
イラのごとく、流動層を有するコンバスタ１、サイクロ
ン２、外部熱交換器３および対流伝熱部４とからなる流
動層ボイラのサイクロン２以降の、バグフィルタ１４で
主として捕集された燃焼灰を使用し、図１のフローチャ
ートに示す灰サイロ２１に集めた後、混練機２２に導入
して、そこで水Ｗと必要に応じセメントＣと共に混練す
る。

【００１８】この際、この実施例においては、混練機２
２中で燃焼灰１００の重量に対して、水３０から６０、
そして結合材としてのセメントを約５から１０加えて、
良く混合してペースト状としている。なお、燃焼灰の性
状によっては、水Ｗのみで混練する方法、また水Ｗとセ
メント系固化剤で混練する方法があるが、何れの方法を
採用するかは燃焼灰の性状と造粒材となったものを流動
層ボイラに使用して決定するのが良い。

【００１９】前記のように混練後、混練機２２から取り
出して圧縮成形機２３に移し、適宜に加圧して成形す
る。この成形物は、直径４０から６０mm、好ましくは５
０mm、長さ５０から２００mm、好ましくは１００mmの円
柱状成形体とする。そしてこの成形体をコンベア３０で
取り出し、成形体層３１を積み上げ、１日から５日間養
生させたのち、コンベア３２で粉砕機２５に導入し、そ
こで粉砕して粒子径が０．５ｍｍ程度となる粒子を製造
する。

【００２０】このようにして得た造粒材をコンベア３３
で図６に示した従来例の流動層ボイラと同様のコンバス
タ１内の、例えば４００℃以上の高温部に導入すること
によってリサイクルさせている。以上の如くして得られ
た造粒物を流動層ボイラにリサイクルした場合の燃焼効
率と灰リサイクル量との関係を図２の破線Ｘで示す。

【００２１】また、脱硫率と灰リサイクル量との関係を
図３の破線Ｘで示す。さらに砂補給量と石炭灰分との関
係を図４の破線Ｘで示している。前記図２，図３及び図
４にそれぞれ実線Ｙで、造粒することなく燃焼灰をその
ままリサイクルした従来例を示しているが、この両曲線
を比較して理解されるように、本発明による造粒材は、
イ）燃焼効率、ロ）脱硫率、ハ）砂補給量のいずれにお
いても従来例のものよりまさっている。

【００２２】次に、図５は脱硫性能の比較線図を示して
おり、それぞれ１から1.６mm粒径の石灰石の場合を実線
Ｙで、そして本発明による造粒物の場合を破線Ｘでそれ
ぞれ示している。この図５から判断すると、石灰石と本
発明に係る造粒材とを比較しても本発明の造粒材の方が
脱硫率が優れていることを示している。以上のごとく、
本発明による造粒材は、バグ灰と称される燃焼灰のよう
な微粉状でないため、飛散性が低い。従って流動層ボイ
ラの燃焼部での滞留時間が長く、灰中の未燃焼分が完全
に燃焼してボイラ効率を高めることができ、しかも未利
用のカルシウム分の利用率が向上し、脱硫率を改善でき
る。

【００２３】更に、燃焼灰をそのままリサイクルした場
合には対流部の伝熱面汚れを発生させるが、本発明によ
ると、反応済の造粒材は、外部熱交換機１０から系外に
排出されるので、対流部に流入する微細な粒子が少ない
為、このような欠点は発生しない。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の燃焼灰
リサイクル法は、流動層を有するコンバスタ、コンバス
タの燃焼ガスを受けて処理するサイクロン、サイクロン
で分離された粉粒体を受けて熱交換する外部熱交換器お
よびサイクロンで処理されなかった燃焼ガスを受ける対
流伝熱部で構成された循環型の流動層ボイラにおいて、
前記サイクロン以降で捕集される燃焼灰を、水または水
とセメント系固化剤で混練して固形化する工程と、この
固形物を粉砕して造粒材を形成する工程と、この造粒材
を前記コンバスタ内に導入する工程とからなることを特
徴としている。

【００２５】従って、流動層ボイラの燃焼灰をその工場
内で自己処理することができることから流動層ボイラの
燃焼効率を高めることができ、更に未利用カルシウム分
を利用して脱硫率を改善できる。そして未利用カルシウ
ム分の利用率を向上させることができる。また、燃焼灰
を脱硫材の原料として使用し、流動層の構成材料とする
ことから流動層ボイラの循環粒子の補給量を低減でき、
ボイラから排出される燃焼灰の量も低減すると共に、対
流部の伝熱面汚れを起こさない。更に付言すれば、燃焼
灰を減少させることができることから、燃焼灰の処理に
要する費用を低減して効率的にボイラを運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼灰リサイクル法に適用するリサイ
クルシステムの一実施例に係るフローチャートである。

【図２】本発明による造粒物を流動層ボイラにリサイク
ルした場合と、燃焼灰をそのままリサイクルした場合と
における燃焼効率の線図である。

【図３】本発明による造粒物を流動層ボイラにリサイク
ルした場合と、燃焼灰をそのままリサイクルした場合と
における脱硫率の線図である。

【図４】本発明による造粒物を流動層ボイラにリサイク
ルした場合と、燃焼灰をそのまリサイクルした場合とに
おける砂補給量の線図である。

【図５】本発明による造粒物と石灰石との脱硫性能の比
較線図である。

【図６】従来の循環型の流動層ボイラの概略側面図であ
る。

【符号の説明】

１ コンバスタ ２ サイクロ
ン ３ 外部熱交換器 ４ 対流伝熱
部 Ｃ セメント Ｗ 水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層を有するコンバスタ、コンバスタ
   の燃焼ガスを受けて処理するサイクロン、サイクロンで
   分離された粉粒体を受けて熱交換する外部熱交換器およ
   びサイクロンで処理されなかった燃焼ガスを受ける対流
   伝熱部で構成された循環型の流動層ボイラにおいて、 前記サイクロン以降で捕集される燃焼灰を、水または水
   とセメント系固化剤で混練して固形化する工程と、この
   固形物を粉砕して造粒材を形成する工程と、この造粒材
   を前記コンバスタ内に導入する工程とからなる流動層ボ
   イラの燃焼灰リサイクル法。