特許 6206619 石炭火力発電設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6206619

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】石炭火力発電設備

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20170925BHJP

   B03C 3/00 20060101ALI20170925BHJP

   B03C 3/019 20060101ALI20170925BHJP

   B03C 3/02 20060101ALI20170925BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   F23J15/00 A

   F23J15/00 B

   F23J15/00 J

   B03C3/00 J

   B03C3/019

   B03C3/02 B

   B01D53/50

   F23J15/00 Z

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-505669(P2017-505669)

(86)(22)【出願日】2016年10月4日

(86)【国際出願番号】JP2016079531

【審査請求日】2017年2月1日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】清永 英嗣

(72)【発明者】

【氏名】引野 健治

(72)【発明者】

【氏名】盛田 啓一郎

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２３９４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０４２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９０９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６９４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０４４０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３４３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８０２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６６５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３１２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ １／００

Ｆ２３Ｊ １５／００

Ｂ０１Ｄ ３５／０６

Ｂ０１Ｄ ５３／５０

Ｂ０３Ｃ ３／０１

Ｂ０３Ｃ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
前記脱硝装置の下流側に配置され、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置と、
前記集塵装置の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置と、
前記集塵装置が捕捉した前記石炭灰を回収し、正に帯電させ、前記脱硝装置の下流側、且つ前記集塵装置の下流側の端部よりも上流側に供給する帯電循環手段と、を備える石炭火力発電設備。

【請求項2】

前記集塵装置は、平均粒径が所定値を上回る第１石炭灰を捕捉する上段集塵部を有し、
前記帯電循環手段は、前記第１石炭灰を回収し、正に帯電させ、前記上段集塵部の下流側に供給する、請求項１に記載の石炭火力発電設備。

【請求項3】

前記集塵装置は、前記上段集塵部の下流側に配置され、平均粒径が前記所定値を下回る第２石炭灰を捕捉する下段集塵部を有し、
前記帯電循環手段は、前記第２石炭灰を回収し、正に帯電させ、前記下段集塵部の上流側に供給する、請求項２に記載の石炭火力発電設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、集塵装置を備える石炭火力発電設備に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭火力発電設備では、石炭の燃焼に伴い硫黄酸化物が発生するが、大気汚染防止法等により、硫黄酸化物の排出は一定水準以下に抑えることが必要となっている。そこで石炭火力発電設備では、硫黄酸化物を除去する脱硫装置を設置している。この脱硫装置としては、湿式脱硫装置が一般的に用いられている。すなわち、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させ、その後脱水処理することで脱硫を実現している。

【0003】

この脱水処理において発生する排水には、微量のホウ素、セレン等の微量物質が含まれる。水質汚濁防止法等により、これらの微量物質の排出は一定水準以下に抑える事が必要となっている。そこで、石炭火力発電所では、脱硫装置から発生する排水を処理する排水処理装置が設けられている。しかし、排水中に微量物質が多量に含まれると、排水処理装置の負担が大きくなるため対策が必要となる。

【0004】

そのため、排ガスに含まれる微量物質を集塵装置で除去（補足）することで排水処理装置の負担を軽減している。また、集塵装置を設けたうえで、石炭の燃焼残渣（例えば、集塵装置で捕捉される石炭灰）を、燃焼中又は燃焼前の石炭の段階で添加する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。石炭と石炭灰とが混焼される結果として、石炭灰が微小な粒子を物理的に取り込むため、石炭灰の粒径は相対的に大きくなり、集塵装置において集塵効率が向上する。また、特許文献１の技術によれば、集塵装置によって捕捉した石炭灰を、集塵効率の向上のために有効活用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３３３３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載された技術によれば、集塵装置によって捕捉した石炭灰を、ボイラに戻さなければならないため、石炭灰がボイラに戻されることでボイラ及びその下流側に配置される構成に影響を与える可能性がある。例えば、石炭灰をボイラに戻すことにより、ボイラの燃焼効率に影響を与える可能性がある。そのため、効率のよい手段で排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する必要がある。

【0007】

本発明は、排ガスに含まれる石炭灰を効率よく捕捉できる石炭火力発電設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、前記脱硝装置の下流側に配置され、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置と、前記集塵装置の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置と、前記集塵装置が捕捉した前記石炭灰を、回収し、正に帯電させ、前記脱硝装置の下流側、且つ前記集塵装置の下流側の端部よりも上流側に供給する帯電循環手段と、を備える石炭火力発電設備に関する。

【0009】

また、前記集塵装置は、平均粒径が所定値を上回る第１石炭灰を捕捉する上段集塵部を有し、前記帯電循環手段は、前記第１石炭灰を回収し、正に帯電させ、前記上段集塵部の下流側に供給することが好ましい。

【0010】

また、前記集塵装置は、前記上段集塵部の下流側に配置され、平均粒径が前記所定値を下回る第２石炭灰を捕捉する下段集塵部を有し、前記帯電循環手段は、前記第２石炭灰を回収し、正に帯電させ、前記下段集塵部の上流側に供給することが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、排ガスに含まれる石炭灰を効率よく捕捉できる石炭火力発電設備が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備１０を示す概略構成図である。

【図2】第１実施形態の石炭火力発電設備１０の電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環ライン１１０との関係の一例を示すブロック図である。

【図3】第２実施形態の石炭火力発電設備１０の電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環ライン１１０との関係の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備１０を示す概略構成図である。本実施形態の石炭火力発電設備１０は、図１に示すように、石炭バンカ２０と、給炭機２５と、微粉炭機３０と、ボイラ４０と、ボイラ４０の下流側に設けられた排気通路５０と、この排気通路５０に設けられた脱硝装置６０、空気予熱器７０、熱回収用ガスヒータ８０、集塵装置としての電気集塵装置９０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０、再加熱用ガスヒータ２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。また、石炭火力発電設備１０は、帯電循環手段としての帯電循環ライン１１０及び帯電装置１１２を備える。

【0014】

石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機２５は、石炭バンカ２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機３０に供給する。
微粉炭機３０としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が用いられる。

【0015】

ボイラ４０は、微粉炭機３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。またボイラ４０には、押込通風機７５から燃焼用空気が送り込まれる。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
石炭灰の主成分は、シリカ（ＳｉＯ_２）４０〜７０％、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）２０〜４０％であり、他に酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、カルシウム（ＣａＯ）、カリウム（Ｋ_２Ｏ）、マグネシウム（ＭｇＯ）、ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）等が少量含まれる。

【0016】

排気通路５０は、ボイラ４０の下流側に配置され、ボイラ４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路５０には、上述のように、脱硝装置６０、空気予熱器７０、熱回収用ガスヒータ８０、電気集塵装置９０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０と、再加熱用ガスヒータ２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０がこの順で配置される。
排気通路５０を流通する間に、排ガスに含まれる石炭灰は、摩擦力等により負に帯電する。

【0017】

脱硝装置６０は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置６０は、比較的高温（３００℃〜４００℃）の排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入し、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素と水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法により排ガス中の窒素酸化物を除去する。

【0018】

空気予熱器７０は、排気通路５０における脱硝装置６０の下流側に配置される。空気予熱器７０は、脱硝装置６０を通過した排ガスと燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。加熱された燃焼用空気は、押込通風機７５によりボイラ４０に供給される。

【0019】

熱回収用ガスヒータ８０は、排気通路５０における空気予熱器７０の下流側に配置される。熱回収用ガスヒータ８０には、空気予熱器７０において熱回収された排ガスが供給される。熱回収用ガスヒータ８０は、排ガスから更に熱回収する。

【0020】

電気集塵装置９０は、脱硝装置６０の下流側に配置され、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する。詳細には、電気集塵装置９０は、排気通路５０における熱回収用ガスヒータ８０の下流側に配置される。電気集塵装置９０には、熱回収用ガスヒータ８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集（捕捉）する装置である。電気集塵装置９０において収集（捕捉）される石炭灰（フライアッシュ）は、フライアッシュ回収装置１２０に回収される他、帯電循環ライン１１０によって回収される。電気集塵装置９０は、複数段設けられることが好ましい。

【0021】

本実施形態においては、電気集塵装置９０は４段設けられる（図２を参照）。具体的には、上流側から下流側に向けて、上段集塵部としての第１集塵段９１ａと、第２集塵段９１ｂと、第３集塵段９１ｃと、下段集塵部としての第４集塵段９１ｄとが設けられる。集塵段９１ａ〜ｄは上流側から下流側に向けて捕捉できる石炭灰の平均粒径が小さくなるように配置される。そのため、集塵段９１ａ〜ｄ付近を流通する排ガスに含まれる石炭灰の平均粒径は、上流側（第１集塵段９１ａ側）から下流側（第４集塵段９１ｄ側）に向けて小さくなる。また、集塵段９１ａ〜ｄ付近を流通する排ガスに含まれる石炭灰の平均重量は、上流側（第１集塵段９１ａ側）から下流側（第４集塵段９１ｄ側）に向けて軽くなる。

【0022】

第１集塵段９１ａは、平均粒径が所定値（例えば、２０μｍ）を上回る第１石炭灰を捕捉する。本実施形態においては、第１集塵段９１ａは、平均粒径がおよそ２０〜１００μｍの範囲の石炭灰を第１石炭灰として捕捉する。
また、第４集塵段９１ｄは、平均粒径が所定値（例えば、２０μｍ）を下回る第２石炭灰を捕捉する。本実施形態においては、第４集塵段９１ｄは、平均粒径がおよそ１０〜３０μｍの範囲の石炭灰を第２石炭灰として捕捉する。

【0023】

図２を用いて、石炭火力発電設備１０の電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環手段との関係の一例について説明する。図２は、第１実施形態の石炭火力発電設備１０の電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環手段との関係の一例を示すブロック図である。帯電循環手段は、帯電循環ライン１１０と、帯電装置１１２と、を備える。

【0024】

帯電循環ライン１１０は、電気集塵装置９０が捕捉した石炭灰を回収し、脱硝装置６０の下流側、且つ電気集塵装置９０の下流側の端部よりも上流側に供給する石炭灰の流路である。本実施形態においては、帯電循環ライン１１０は、電気集塵装置９０の第１集塵段９１ａと、第４集塵段９１ｄとを接続する。また、帯電循環ライン１１０は、例えば第１集塵段９１ａから第１石炭灰を回収し、第１集塵段９１ａの下流側（図２においては、第４集塵段９１ｄ付近）に供給（再循環）する。第１石炭灰は、帯電循環ライン１１０を流通する途中で帯電装置１１２によって正に帯電される。

【0025】

帯電装置１１２は、図示しない放電電極を備える。この放電電極に高電圧を印加することで、コロナ放電が発生する。石炭灰は、帯電装置１１２の放電電極付近で正に帯電され、第１集塵段９１ａの下流側に供給される。

【0026】

誘引通風機２１０は、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置される。誘引通風機２１０は、電気集塵装置９０の下流側を流通する排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。

【0027】

脱硫装置２２０は、電気集塵装置９０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する。詳細には、脱硫装置２２０は、排気通路５０における誘引通風機２１０の下流側に配置される。脱硫装置２２０には、誘引通風機２１０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置２２０は、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏スラリーを生成させ、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。

【0028】

再加熱用ガスヒータ２３０は、排気通路５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。再加熱用ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。再加熱用ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。熱回収用ガスヒータ８０及び再加熱用ガスヒータ２３０は、排気通路５０における、空気予熱器７０と電気集塵装置９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスヒータとして構成してもよい。

【0029】

脱硫通風機２４０は、排気通路５０における再加熱用ガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、再加熱用ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。

【0030】

煙突２５０は、排気通路５０における脱硫通風機２４０の下流側に配置される。煙突２５０には、再加熱用ガスヒータ２３０で加熱された排ガスが導入される。煙突２５０は、排ガスを排出する。

【0031】

以上、説明したように構成された第１実施形態によれば、石炭火力発電設備１０は、排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置６０と、脱硝装置６０の下流側に配置され、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する電気集塵装置９０と、電気集塵装置９０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置２２０と、電気集塵装置９０が捕捉した石炭灰を回収し、正に帯電させ、脱硝装置６０の下流側、且つ電気集塵装置９０の下流側の端部よりも上流側に供給する帯電循環ライン１１０と、を備える。
脱硝装置６０の下流側、且つ電気集塵装置９０の下流側の端部よりも上流側に供給される（再循環される）石炭灰は、帯電装置１１２によって正に帯電される。一方で、排ガスに含まれる石炭灰は、排気通路５０を流通する間に摩擦力等により負に帯電する。このように、再循環される石炭灰と、排ガスに含まれる石炭灰とが反対の電荷をもつことにより、正に帯電した石炭灰と負に帯電した石炭灰との間にクーロン力が発生する。そのため、脱硝装置６０の下流側において、正に帯電した石炭灰が、排ガスに含まれる微小な石炭灰（負に帯電した石炭灰）を吸着する。これにより、微小な石炭灰が再循環された石炭灰に吸着された状態で、再度電気集塵装置９０において回収されるため、排ガスに含まれる微小な石炭灰を効率よく捕捉できる。
また、電気集塵装置９０によって捕捉した石炭灰を、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉（吸着）するために有効活用することもできる。

【0032】

また、電気集塵装置９０は、平均粒径が所定値を上回る第１石炭灰を捕捉する第１集塵段９１ａを有し、帯電循環ライン１１０は、第１石炭灰を回収し、正に帯電させ、第１集塵段９１ａの下流側に供給する。
第１集塵段９１ａで回収される第１石炭灰の平均粒径及び重量は、第１集塵段９１ａの下流側で捕捉される石炭灰（例えば第２石炭灰）の平均粒径及び重量よりも、大きく、重いため、第１集塵段９１ａの下流側において、粒径の大きい第１石炭灰（正に帯電した石炭灰）が、排ガスに含まれる軽い石炭灰（負に帯電した石炭灰）を吸着するようにクーロン力が発生する。これにより、排ガスに含まれる石炭灰をより効率よく捕捉できる。

【0033】

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の石炭火力発電設備１０の電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環ライン１１０との関係の一例を示すブロック図である。図３に示すように、第２実施形態の石炭火力発電設備１０は、電気集塵装置９０付近の構成と、帯電循環ライン１１０との関係が、第１実施形態の石炭火力発電設備１０と異なっている。なお、その他の構成は、第１実施形態の石炭火力発電設備１０と同様なので、説明を省略する。

【0034】

第２実施形態においては、帯電循環ライン１１０は、例えば第４集塵段９１ｄから第２石炭灰を回収し、第４集塵段９１ｄの上流側（図３においては、第１集塵段９１ａ付近）に供給（再循環）する。第２石炭灰は、帯電循環ライン１１０を流通する途中で帯電装置１１２によって正に帯電される。

【0035】

帯電装置１１２は、図示しない放電電極を備える。この放電電極に高電圧を印加することで、コロナ放電が発生する。石炭灰は、帯電装置１１２の放電電極付近で正に帯電され、第４集塵段９１ｄの上流側に供給される。

【0036】

以上、説明したように構成された第２実施形態によれば、第４集塵段９１ｄで回収される第２石炭灰の平均粒径及び重量は、第４集塵段９１ｄよりも上流側で捕捉される石炭灰（例えば第１石炭灰）の平均粒径及び重量よりも、小さく、軽い。一般に石炭灰の平均粒径が小さいほど、単位体積（重量）当たりの石炭灰の粒子数は多くなる。そのため、第４集塵段９１ｄの上流側において、粒子数の多い第２石炭灰（正に帯電した石炭灰）は、排ガスに含まれる粒径の大きい石炭灰（負に帯電した石炭灰）と接触する回数が多くなる。これにより、排ガスに含まれる微小な石炭灰をより効率よく捕捉できる。

【0037】

以上、本発明の石炭火力発電設備１０の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【0038】

例えば、電気集塵装置９０は４段設けられる例を説明したが、４段以外の段数（例えば、３段）設けられてもよい。

【0039】

また、帯電循環ライン１１０は、電気集塵装置９０の第１集塵段９１ａ（第２実施形態においては第４集塵段９１ｄ）から石炭灰を回収し、電気集塵装置９０の第４集塵段９１ｄ（第２実施形態においては第１集塵段９１ａ）に供給（再循環）する例について説明したが、これに限定されない。例えば、帯電循環ライン１１０は、電気集塵装置９０（集塵段９１ａ〜ｄのいずれか）から石炭灰を回収し、脱硝装置６０と電気集塵装置９０との間の排気通路５０に供給してもよい。

【0040】

また、帯電循環ライン１１０の数は１つに限定されず、石炭火力発電設備１０は、複数の帯電循環ライン１１０を有してもよい。また、帯電循環ライン１１０における石炭灰の流通する向きは一方向（具体的には、第１集塵段９１ａから下流側に向かう方向（図２を参照）又は第４集塵段９１ｄから上流側に向かう方向（図３を参照））に限定されず、双方向であってもよい。また、帯電循環ライン１１０において、帯電装置１１２以外の構成が石炭灰を帯電させてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 石炭火力発電設備
６０ 脱硝装置
９０ 電気集塵装置（集塵装置）
９１ａ 第１集塵段（上段集塵部）
９１ｄ 第４集塵段（下段集塵部）
１１０ 帯電循環ライン（帯電循環手段）
２２０ 脱硫装置

【要約】

排ガスに含まれる石炭灰を効率よく捕捉できる石炭火力発電設備を提供すること。
石炭火力発電設備１０は、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置６０と、脱硝装置６０の下流側に配置され、排ガスに含まれる石炭灰を捕捉する集塵装置９０と、集塵装置９０の下流側に配置され、排ガスに含まれる硫黄化合物を除去する脱硫装置２２０と、集塵装置９０が捕捉した石炭灰を、回収し、正に帯電させ、脱硝装置６０の下流側、且つ集塵装置９０の下流側の端部よりも上流側に供給する帯電循環手段１１０と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3】