JPH09210338A

JPH09210338A - 火力発電所の石炭灰の処理システム

Info

Publication number: JPH09210338A
Application number: JP8042181A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 謙治高橋; Kenzo Yamada; 健三山田; Tsutomu Fukushima; 勤福島; Yasuto Miyata; 康人宮田; Masanori Komatani; 昌紀狛谷; Yoshio Suzuki; 喜夫鈴木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、石炭灰溶融炉と微粉炭粉燃焼発電
所とを連結させて、石炭灰の溶融と微粉炭粉燃焼発電を
効率的に行う方法を課題とする。【解決手段】（ａ）溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容
した転炉型の溶融炉を用意し、前記溶融炉内に酸素ガス
の気流を吹きつけながら、石炭灰と、該石炭灰の成分組
成を変化させる造滓材と、熱源としての炭素材とを該溶
融炉に添加し、前記石炭灰を溶融し、（ｂ）所定成分の
可燃性ガスを発生させ、（ｃ）前記発生した可燃性ガス
を熱交換ボイラーにおいて熱交換を行い１２００℃以下
に冷却し、続いてサイクロンにおいて除塵し、更にベン
チュリスクラバーで冷却し、（ｄ）得られた可燃性ガス
を微粉炭粉燃焼発電ボイラーで燃焼し、（ｅ）前記サイ
クロンにおいて除塵されたダストを熱間の状態で前記石
炭灰の溶融炉に装入して、前記石炭灰とともに溶融す
る。上記ベンチュリスクラバーは省略することができ
る。また、発電所からの石炭灰は熱間で溶融炉の装入す
ることも可能であり、更に全体の熱効率を向上させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を燃焼して電
気を発生する所謂火力発電所において大量に発生する石
炭灰の処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭灰は石炭の火力発電所から発生する
産業廃棄物であり、現在日本においては年間約６００万
トン発生し、更に将来この量は増加すると推定されてい
る。現在発生している石炭灰の大部分は埋め立て処理さ
れている。

【０００３】陸上埋め立ての関して言えば、狭い日本で
は埋め立て場所が少なく、その限界がある。また、埋め
立て処理の際、石炭灰が２００メッシュ以下の微粉であ
るため、飛散が多い等種々の困難を伴う。また、上記石
炭灰を海上に埋め立てる場合には漁業保証の問題、ある
いは海上汚染の問題がある。従って、埋め立ての処理費
用は年々高くなっている。

【０００４】更に、将来石炭灰を有効利用するために
は、石炭灰の組成を改質する必要もある。これたのため
には少くとも石炭灰を溶融し、減容化し、その後の処理
を容易にする必要がある。

【０００５】特開昭５４−７８８６６号公報において
は、特に石炭灰の処理方法を目的とするものではない
が、各種の産業廃棄物を処理する方法を提案している。
この方法は、高炉滓、転炉滓等の高温の溶融スラグを溶
解炉内に保持しておき、この高温のスラグに各種の廃棄
物を添加し、これらの廃棄物を溶融スラグと反応させる
方法を提案している。

【０００６】また、上記廃棄物の処理方法において、酸
素、水蒸気を主成分とするキャリヤーガスを溶融スラグ
に吹き込み、積極的に水性ガス反応を生ぜしめ、これを
再利用しようとする方法である。しかし、石炭灰は２０
０メッシュ以下の微粉であるため、上記水性ガスに石炭
灰が大量に含まれるため、ガスを再利用するためには除
塵し、また、冷却する必要があり、熱効率が劣るという
問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者らは、
先ず図３に示すような石炭灰の溶融方法を発明した。即
ち、溶鉄２０又は溶鉄２０と溶融スラグ１８を収容した
転炉型の石炭灰溶融炉１を用意し、前記溶融炉内に酸素
ガス８の気流を吹きつけながら、石炭灰２と、該石炭灰
の成分組成を変化させる造滓材６と、熱源としての炭素
材４とを該溶融炉１に添加し、石炭灰２を能率的に溶融
する方法である。

【０００８】上記石炭灰の溶融方法においては、主に酸
素ガス８と溶鉄２０及びスラグ１８中の炭素が反応し、
ＣＯガス及びＣＯ₂ガスが発生すると共に、ガス発生の
際に大量の熱が発生する。そこで、石炭灰２、造滓材
６、発熱原料としての炭素材４として、石炭の塊もしく
は微粉を添加し、発熱反応を継続させながら、石炭灰を
溶融する。

【０００９】石炭灰の融点は１４５０〜１５５０℃以上
であり、高融点のために溶解しがたい。そこで、造滓材
６として、例えば石灰石、石灰、転炉スラグ等を添加
し、石炭灰の組成を変更し、例えば塩基度（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂）が０．３〜１．２５程度のＣａＯ−ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃の三元系スラグに改質する。

【００１０】また、供給された酸素ガスと石炭との反応
により生成するガスは、操業条件により種々変化させる
ことができる。例えば後述する通り、ＣＯ約４９ｖｏｌ
％、ＣＯ₂約１６ｖｏｌ％、Ｈ₂約１８ｖｏｌ％等のガ
スが発生する。ＣＯとＣＯ₂のガス組成は酸素ガスの供
給方法、及び供給量によって変化させることができる。

【００１１】この方法においては、温度約１４００〜１
７００℃、ダスト含有率１５０ｇ／Ｎｍ³、硫黄（Ｓ）
含有率２５０ｍｇ／Ｎｍ³の可燃性ガスを発生させるこ
とが出来る。この可燃性ガスを再利用する為には、図４
に示すようなガス処理工程が必要である。

【００１２】この可燃性ガスは溶融炉から排出された段
階（Ａ段階）で、上記のような温度、ダスト、硫黄含有
率を有する。そこで、まず、熱交換ボイラー５において
排ガス温度を１２００℃以下、例えば１０００℃程度と
する（Ｂ段階）。

【００１３】次に、この排ガスを例えばサイクロン６０
で除塵し、ダスト含有率を５０ｇ／Ｎｍ³程度とする
（Ｃ段階）。さらに、排ガス温度とダスト含有率を低下
させるため、ベンチュリースクラバー８０を通過させる
と、温度は１００℃以下、ダスト含有率は０．１ｇ／Ｎ
ｍ³となる（Ｄ段階）。しかし、ガス中のダスト含有率
は、ガスを一般的に利用するためには高く、電気集塵機
１００を通過させ、ダスト含有率が０．０１ｇ／Ｎｍ³
程度とする（Ｅ段階）。

【００１４】最後に脱硫装置１２０を通過させ、硫黄含
有量を０．００１ｇ／Ｎｍ³程度とすることができる
（Ｆ段階）。このようにして清浄化されたガスはガスホ
ールダー１４０に貯蔵され種々の用途１６に利用され
る。

【００１５】しかし、溶融炉からの可燃性ガスを火力発
電所ボイラーに利用する場合には上記のような除塵をす
る必要がない。火力発電所ボイラーにおいては微粉炭を
燃料として使用しており、ボイラー内には石炭灰が多量
に存在しているからである。従って、上記排ガスをその
まま利用することができる。

【００１６】また、上記石炭灰の溶融において、溶融炉
からの排ガスを除塵、脱硫等の処理を行わなくても、微
粉炭燃焼発電所においては除塵、脱硫等の処理設備が既
に設けられており、溶融炉からの可燃性ガスを直接微粉
炭燃焼発電所ボイラーに供給することが可能である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明者等は以上の事情を
考慮して、石炭灰の溶融炉と微粉炭燃焼発電所とを有機
的に結合させることにより、従来よりも効率的な石炭灰
の処理システムを知見し、下記の発明をするに至った。

【００１８】第１の発明は、下記の工程を備えたことを
特徴とする火力発電所の石炭灰の処理システムを提供す
る。（ａ）溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容した転炉型の溶
融炉を用意し、前記溶融炉内に酸素ガスの気流を吹きつ
けながら、石炭灰と、該石炭灰の成分組成を変化させる
造滓材と、熱源としての炭素材とを該溶融炉に添加し、
前記石炭灰を溶融し、（ｂ）所定成分の可燃性ガスを発
生させ、（ｃ）前記発生した可燃性ガスを先ず熱交換ボ
イラーにおいて熱交換を行い、１２００℃以下に冷却
し、続いてサイクロンにおいて除塵し、更にベンチュリ
スクラバーで除塵とガス冷却を行い、（ｄ）前記冷却さ
れたガスを微粉炭燃焼発電ボイラーで燃焼し、（ｅ）前
記サイクロンにおいて除塵されたダストを熱間の状態で
前記石炭灰の溶融炉に装入して、前記石炭灰とともに溶
融する。

【００１９】この発明は、石炭灰の溶融炉と微粉炭燃焼
発電所の間にある程度の距離が有る場合に適用できる。
この場合、溶融炉からの可燃性ガスをベンチュリスクラ
バーで除塵とガス冷却を行っているので、可燃性ガスを
配管により気送することができ、微粉炭燃焼ボイラーで
燃焼する。また、溶融炉に付属するサイクロンにおいて
得られたダストを熱間の状態で石炭灰の溶融炉に装入し
て、石炭灰溶融炉の熱効率を向上させることができる。
従って、溶融炉に付属する電気集塵機及び脱硫装置が不
要となり、しかもサイクロンから排出される熱間状態の
石炭灰を溶融炉に装入できるので、石炭灰をより経済的
に溶融できる利点がある。

【００２０】第２の発明は、下記の工程を備えたことを
特徴とする火力発電所の石炭灰の処理方システムを提供
する。（ａ）溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容した転炉型の溶
融炉を用意し、前記溶融炉内に酸素ガスの気流を吹きつ
けながら、石炭灰と、該石炭灰の成分組成を変化させる
造滓材と、熱源としての炭素材とを該溶融炉に添加し、
前記石炭灰を溶融し、（ｂ）所定成分の可燃性ガスを発
生させ、（ｃ）前記発生した可燃性ガスを先ず熱交換ボ
イラーにおいて熱交換を行い１２００℃以下に冷却し、
続いてサイクロンにおいて除塵し、（ｄ）前記除塵した
ガスを微粉炭燃焼発電ボイラーで燃焼し、（ｅ）前記サ
イクロンにおいて得られたダストを熱間の状態で前記石
炭灰の溶融炉に装入して、前記石炭灰とともに溶融す
る。

【００２１】この発明においては、石炭灰の溶融炉と微
粉炭燃焼発電所とが隣接している場合に適用できる。こ
の場合には、サイクロンから排出される高温の可燃性ガ
スをベンチュリスクラバーで冷却せず、直接配管により
気送して、微粉炭燃焼ボイラーで使用する。即ち、溶融
炉からの可燃性ガスを高温（約７００〜１０００℃）の
まま火力発電ボイラーに供給できるので、より経済的な
発電が可能となる。また、溶融炉に付属する電気集塵機
及び脱硫装置が不要となり、更に、熱間状態の石炭灰を
溶融炉に装入できるので、石炭灰をより経済的に溶融で
きる利点がある。

【００２２】第３の発明は、上記第２の発明において、
前記微粉炭燃焼発電所で発生した石炭灰を熱間状態で前
記溶融炉に装入することを特徴とする請求項２記載の火
力発電所の石炭灰の処理方法を提供する。

【００２３】この発明においては、石炭灰の溶融炉と微
粉炭燃焼発電所とがさらに隣接しており、両者を一体と
して運転する場合に適用できる。この場合には、サイク
ロンから排出される高温の可燃性ガスをベンチュリスク
ラバーで冷却せず、直接配管により気送して、微粉炭燃
焼ボイラーで使用する。即ち、溶融炉からの可燃性ガス
を高温（約７００〜１０００℃）のまま火力発電ボイラ
ーに供給できるので、より経済的な発電が可能となる。
また、溶融炉に付属する電気集塵機及び脱硫装置が不要
となり、更に、微粉炭燃焼発電所からの石炭灰を熱間状
態で溶融炉に装入できるので、石炭灰をより経済的に溶
融できる利点がある。

【００２４】

【発明の実施の形態】発明に実施の形態を図１〜２にお
いて説明する。図１は、石炭灰溶融炉と火力発電所とが
ある程度距離を置いているが、溶融炉からの可燃性ガス
は全て微粉炭燃焼発電ボイラーにおいて燃焼ガスとして
使用する場合である。

【００２５】即ち、この実施態様においては、石炭灰溶
融炉１からの可燃性ガスをボイラー５、サイクロン６０
及びベンチュリスクラバー８０を通過させたて冷却し、
配管により気送して発電所ボイラー２００において使用
する。従来と異なりこの方法においては可燃性ガスを電
気集塵機１００により集塵する必要がない。

【００２６】ベンチュリスクラバー８０を通過した可燃
性ガスはダスト含有率が０．１ｇ／Ｎｍ³程度であり、
発電所ボイラーで燃焼することに何らの支障がなく、ま
た、上記可燃性ガスは１００°Ｃ以下となっており配管
により気送することに何らの支障はない。ここで、サイ
クロンは、可燃性ガスを冷却させないため所謂高温サイ
クロンが望ましい。また、ベンチュリスクラバーは水滴
によりガスの冷却と除塵を行う機能を備えている。

【００２７】発明の第２及び第３の実施態様を図２に示
した。この実施態様においては、石炭灰溶融炉と微粉炭
燃焼発電所を相互に隣接して設置し、サイクロン６０を
通過した可燃性ガスを、ベンチュリスクラバー８０を省
略して直接微粉炭燃焼発電ボイラー２００において燃焼
させる。

【００２８】この実施態様においては、ベンチュリスク
ラバー８０を排除してしているので、ガスは冷却されて
おらず、可燃性ガスの有する顯熱（約７００〜１０００
℃）を上記ボイラーにおいて利用し、溶融炉と微粉炭燃
焼発電所を含む全体の熱効率を向上させることができる
利点がある。この場合には微粉炭燃焼発電所で発生した
石炭灰を運搬に適した温度まで冷却し、石炭灰溶融炉１
に装入する（図２の点線３１で示す工程）。

【００２９】本発明の第３の実施態様を図２の実線３２
で示す。この実施態様においては、石炭灰溶融炉と微粉
炭燃焼発電所を互いに一体的に結合させ、サイクロン６
０を通過した可燃性ガスを図１で示したベンチュリスク
ラバー８０を省略して直接微粉炭燃焼発電ボイラー２０
０において燃焼させる。

【００３０】この実施態様においては、可燃性ガスの有
する顯熱（約７００〜１０００℃）を上記ボイラーにお
いて利用し、溶融炉と微粉炭燃焼発電所を含む全体の熱
効率を向上させることができる利点がある。また、微粉
炭燃焼発電設備から排出される石炭灰を実質的に熱間状
態、例えば約２００℃で溶融炉に装入して、溶融炉の熱
効率を更に向上させる。

【００３１】微粉炭燃焼発電設備から排出される石炭灰
には、発電所ボイラー２００、電気集塵機２４０からの
石炭灰等が含まれる。石炭灰の組成は例えば、Ｓｉ
Ｏ₂：５３．３ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃：２２．６ｗｔ％及
びＣａＯ：４．８ｗｔ％，Ｆｅ₂Ｏ₃：６．１ｗｔ％程
度である。

【００３２】尚、上記溶融炉において生成した可燃性ガ
スの概略の成分組成は、例えばＣＯ：４９ｖｏｌ％，Ｃ
Ｏ₂：１６．２ｖｏｌ％，Ｈ₂：１７．９ｖｏｌ％、Ｈ
₂Ｏ（水蒸気）：１３．１ｖｏｌ％であり、発熱量が２
２２０ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度のガスである。これは例え
ば発電用のガスとして利用できるものである。また、所
謂（ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ）／（ＣＯ＋ＣＯ₂＋Ｈ₂＋Ｈ
₂Ｏ）は約０．３であり、即ち、発生したＣＯ、Ｈ₂ガ
スの約３０％はＣＯ₂、Ｈ₂Ｏまで燃焼していることを
示す。

【００３３】溶鉄は約Ｃ：３ｗｔ％の溶銑である。また
生成したスラグは例えば、ＳｉＯ₂：４８．４ｗｔ％、
Ａｌ₂Ｏ₃：２３．１ｗｔ％及びＣａＯ：１９．２ｗｔ
％程度であり、その塩基度は約０．４であって、目標と
した成分組成となっている。このスラグは路盤材あるい
はセメントの原料等として使用できるものである。この
スラグは固化されているので、著しく容積が減少してお
り、その後の運搬あるいは埋め立てにおいても容易であ
り、また、路盤材として使用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明においては石
炭灰溶融炉と微粉炭燃焼発電所とを連結、もしくは隣接
して運転することにより、微粉炭燃焼発電所から発生す
る石炭灰を効率的に処理し、有用な資源として再利用が
可能となる。また、石炭灰の処理の熱効率を向上させる
ことができるとともに、溶融炉からの可燃性ガスを微粉
炭燃焼発電ボイラーにおいて燃焼させることにより発電
効率も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様を示す概要図である。

【図２】本発明の第２及び第３の実施態様を示す概要図
である。

【図３】石炭灰の溶融処理の概要を示す図である。

【図４】独立した石炭灰溶融炉における可燃性ガスの処
理設備の概要を示す図である。

【符号の説明】

１石炭灰溶融炉５ボイラー６０サイクロン８０ベンチュリースクラバー２００発電所ボイラー２６０発電機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮田康人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者狛谷昌紀東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鈴木喜夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の工程を備えたことを特徴とする火
力発電所の石炭灰の処理システム。（ａ）溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容した転炉型の溶
融炉を用意し、前記溶融炉内に酸素ガスの気流を吹きつ
けながら、石炭灰と、該石炭灰の成分組成を変化させる
造滓材と、熱源としての炭素材とを該溶融炉に添加し、
前記石炭灰を溶融し、（ｂ）所定成分の可燃性ガスを発
生させ、（ｃ）前記発生した可燃性ガスを熱交換ボイラ
ーにおいて熱交換を行い１２００℃以下に冷却し、続い
てサイクロンにおいて除塵し、更にベンチュリスクラバ
ーで冷却し、（ｄ）前記冷却後の可燃性ガスを微粉炭燃
焼発電ボイラーで燃焼し、（ｅ）前記サイクロンにおい
て除塵されたダストを熱間の状態で前記石炭灰の溶融炉
に装入して、前記石炭灰とともに溶融する。
【請求項２】下記の工程を備えたことを特徴とする火
力発電所の石炭灰の処理システム。（ａ）溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容した転炉型の溶
融炉を用意し、前記溶融炉内に酸素ガスの気流を吹きつ
けながら、石炭灰と、該石炭灰の成分組成を変化させる
造滓材と、熱源としての炭素材とを該溶融炉に添加し、
前記石炭灰を溶融し、（ｂ）所定成分の可燃性ガスを発
生させ、（ｃ）前記発生した可燃性ガスを熱交換ボイラ
ーにおいて熱交換を行い１２００℃以下に冷却し、続い
てサイクロンにおいて除塵し、（ｄ）前記除塵後の可燃
性ガスを微粉炭燃焼発電ボイラーで燃焼し、（ｅ）前記
サイクロンにおいて除塵されたダストを熱間の状態で前
記石炭灰の溶融炉に装入して、前記石炭灰とともに溶融
する。
【請求項３】前記微粉炭燃焼発電所で発生した石炭灰
を熱間状態で前記溶融炉に装入することを特徴とする請
求項２に記載された火力発電所の石炭灰の処理方法シス
テム。