JP2005114223A

JP2005114223A - ボイラ炉底灰処理における粒度調整方法及びこれに用いる粒度調整装置

Info

Publication number: JP2005114223A
Application number: JP2003347964A
Authority: JP
Inventors: Koichi Saito; 幸一斉藤; Toshinobu Kotsuji; 敏伸小辻; Masayoshi Sato; 正義佐藤; Satoru Okaniwa; 悟岡庭
Original assignee: PLANT GIKEN KK; Hokuriku Electric Power Co; Nihonkai Kankyo Service KK
Current assignee: PLANT GIKEN KK; Hokuriku Electric Power Co; Nihonkai Kankyo Service KK
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】ボイラから排出される炉底灰を低コストで有効利用しやすく処理する。
【解決手段】ボイラ炉底部に設けたクリンカホッパ１から排出された炉底灰を、水力輸送により傾斜式連続スクリーン分別機３に投入し、小粒径の炉底灰及び輸送水と大粒径の炉底灰とを分離し、スクリーンプレート６から落下する小粒径の炉底灰及び輸送水は脱水槽４に収容して炉底灰を沈降分離させ、脱水槽の上部から輸送水を下部から炉底灰を抜き出す。スクリーンプレート上に残った大粒径炉底灰はクッションタンク５に収容する。スクリーンプレートには目開き０．５〜１０ｍｍの簀の子状のものが好適である。路盤材等への有効利用を阻害する微小粒子、炭素成分等を効果的に分離する。発電所等のボイラ用に好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ等の燃焼炉下部から排出される炉底灰（クリンカ灰、ボトムアッシュともいう）を再利用しやすく分別して処理するためのボイラ炉底灰処理における粒度調整装置及びその方法に関する。とくに石炭火力発電所のボイラから排出される炉底灰の処理に好適である。

火力発電所等においてボイラから排出され灰の量は、使用する燃料、産出地、銘柄等によって異なるが、通常、燃料石炭には灰分が５〜３０重量％含まれている。そして、全灰量の約１０〜２０％が炉底灰になってボイラ底部に落下する。残りは燃焼廃ガスと共に飛灰（フライアッシュという）になって排出され電気集じん器等により捕集されている。炉底灰の排出方法には幾つかの方法が実施されているが、我が国では多くの場合、燃焼炉底部に水を張ったクリンカホッパを設けて炉底灰を落下させ、急冷、破砕する。さらに間欠的にホッパ底部の灰流しゲートを開いて輸送水により脱水槽まで水力輸送し、輸送水を分離、回収して残る炉底灰を排出する方法が採用されている。灰流しゲートの下流にはクリンカクラッシャが取り付けられ、混在する大きな炉底灰の塊を約４０ｍｍ以下、１０〜２０ｍｍ程度に粉砕し、スラリー状になった炉底灰はジェットポンプ、アッシュポンプなどを利用した水力輸送により、脱水槽に送られる。脱水槽で輸送水と炉底灰とは沈降分離され、輸送水は水力輸送用にリサイクルされ炉底灰は系外に排出される。

ボイラの炉底灰を処理して残灰の有効利用の割合を少しでも増加させることは重要な課題である。脱水槽から排出される炉底灰は、一部が透水性を生かした排水材などとして有効利用されている。しかし、細粒分が多いと土壌に十分な透水性を付与できない、炭素成分などの不純物量が多いために品質の均一性を阻害する等の問題があって用途が限られ、一部埋立地用として産廃処分されていた。そこで、別途、湿式又は乾式の篩分別装置などを設けて粒度調整を行う試みがなされていた。しかし、有効利用される炉底灰は、競合品が極めて低価格であって、品質向上とともに価格上の競争力が必要である。炉底灰の有効利用を図る上の最大の問題は、多くの産業廃棄物の有効利用におけるのと同様にコストをかけないで品質を向上することにある。本発明は、炉底灰を如何に低コストで有効利用しやすいように処理するかを研究した結果、完成されたものである。

本発明は、前記の課題を解決するために、ボイラ炉底部に設けたクリンカホッパから排出された炉底灰（クリンカ灰）を、水力輸送により傾斜式連続スクリーン分別機に投入し、大粒径の炉底灰と小粒径の炉底灰及び輸送水とに分離し、スクリーンプレート上から大粒径炉底灰を取り出し、スクリーンプレートから落下する小粒径の炉底灰及び輸送水は脱水槽に収容して炉底灰を沈降分離させ、脱水槽の上部から輸送水を下部から炉底灰を抜き出すことを特徴とするボイラ炉底灰処理における粒度調整方法を開示する。

さらに本発明は、ボイラ炉底部に設けたクリンカホッパ１から排出される炉底灰を輸送する水力輸送配管系２と、輸送された炉底灰スラリー及び輸送水から大粒径の炉底灰を分離する傾斜式連続スクリーン分別機３と、スクリーンプレート上に分別された大粒径の炉底灰を収容するクッションタンク５と、前記分別機のスクリーンプレートから落下する小粒径の炉底灰及び輸送水を収容して炉底灰を輸送水から沈降分離させる脱水槽４と、を含んで構成されることを特徴とするボイラ炉底灰処理における粒度調整装置を開示する。

本発明において、傾斜式連続スクリーン分別機は、小粒径の炉底灰及び輸送水２１がスクリーンプレートから直接槽内に落下するように、好ましくは脱水槽上面に取り付ける。傾斜式連続スクリーン分別機に装着されるスクリーンプレートの目開きは、０．５〜１０ｍｍの範囲が好適である。そして、炉底灰を粒径の大きさによって分別するために、スクリーンプレートの目開きの異なる、複数の傾斜式連続スクリーン分別機が、目開きの大きさの順に配置されて、前段のスクリーンプレートを通過して落下した炉底灰と輸送水とを順次、次段のスクリーン分別機に供給し、かつ、各段毎にスクリーンプレート上に分別された炉底灰を収容するクッションタンクが設けられていることを特徴とする前記のボイラ炉底灰処理における粒度調整装置を開示する。

本発明は、傾斜式連続スクリーン分別機を利用することにより、ボイラ炉底灰を有効利用しやすい粒度に調整すると同時に、炉底灰に付着した炭素成分（カーボン分）を洗浄し低減するという、二次的効果を奏する。本発明に用いられる傾斜式連続スクリーン分別機は、動力機器や処理剤を必要とせずに、適宜の目開きを有するスクリーンプレート上を通過させるだけの単純な設備であって、事実上メンテナンスコスト発生しない。かつ、通常運転のまま分別、洗浄できるので追加のランニングコストも発生しない。また、系外からの新たな水を使用する必要がなく、従来のプロセス内における水バランスを変えないで運転することができる。簡易でコスト的に有利な傾斜式連続スクリーン分別機を設置することで、炉底灰中の微小粒子が除かれて粒度が揃い、あるいは必要に応じて複数の分別機を用いて粒度の異なる複数種の炉底灰に分別し、かつ、炭素成分等の不純物が除去されて品質も向上する。前記課題を解決する有力な手段となり、有利にボイラ炉底灰の用途拡大を図ることができる。

本発明について図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明粒度調整装置を装着したボイラ炉底灰処理装置の一例を示すフローシート、図２は本発明粒度調整装置とその周辺機器の模式図であり、図３は傾斜式連続スクリーン分別機の一例を示す斜視図である。

まず、ボイラからの炉底灰は、底部に設けたクリンカホッパ１内に落下する。クリンカホッパ１内には水が張られており、炉底灰の貯留状態により所定の時間毎に底部の灰流しゲート７を開いて、炉底灰を間欠的に排出させ、クリンカクラッシャ８を通して大きな塊を粉砕し、スラリー状の炉底灰２０を水力輸送配管系２を介して輸送する。水力輸送は吸引式、加圧式、併用式のいずれでもよい。水力輸送の駆動源には回転式のアッシュポンプ９、ジェットポンプなどを利用することができるが、使用水量が少なく流量調整が容易であるなど、利点の多いアッシュポンプが推奨される。

輸送された炉底灰スラリー２０は、傾斜式連続スクリーン分別機３の上端に投入される。傾斜式連続スクリーン分別機３に装着するスクリーンプレート６は金網でもよいが、上面側で大きく下面に向かって小さくなる楔状断面のワイヤ（棒状体）を所定の間隔（目開きになる）をおいて平行に配列した簀の子状のスクリーンプレート６（ウエッジワイヤスクリーンともいう）が、目詰まりも少なく丈夫なために推奨される。目開きは、炉底灰の利用途に併せて適宜に選定することができるが、当面の主用途である路盤材などを考慮すれば、好ましくは０．５〜１０ｍｍ、とくに１．２〜１．８ｍｍ程度が好ましい。

また、前記のスクリーン分別機３は、小粒径の炉底灰及び輸送水２１がスクリーンプレート６を通過して直接脱水槽４内に落下するように、好ましくは脱水槽４上面に直接取り付ける。このようにして輸送された炉底灰スラリー２０はスクリーン分別機３において、大粒径の炉底灰と小粒径の炉底灰及び輸送水２１とに分離される。特記すべきは、その際、スクリーンプレート６上の大粒径炉底灰に付着して炉底灰再利用の障害になっていた不純物の炭素成分が、洗浄、除去されていることである。粒径の大きな炉底灰は、スクリーンプレート６上を滑落し下端からクッションタンク５に投入されて貯留される。貯留された大粒径炉底灰は、適時、クッションタンク５の底部に設けられた灰出しゲート１０を開き、系外に搬送される。図１には、水切りコンベア１１上に落として水切りした後の大粒径炉底灰１２を搬出する例が示されている。

一方、粒径の小さな炉底灰及び輸送水２１は脱水槽４に落下して貯留される。貯留された輸送水と炉底灰とは脱水槽４において、沈降する小粒径の炉底灰と上澄みの輸送水とに分離される。沈降分離された輸送水は、通常、脱水槽４の上部１３から抜き出され、返送輸送水１４として灰沈殿槽１５、貯水槽１６を経て水力輸送用に返送、循環使用される。小粒径の炉底灰１７は、脱水槽４の底部の設けられた灰出しゲート１８を開いて系外に搬送する。図１の例示では、大粒径炉底灰１２と混合しない適当な時期を見計らって灰出しゲート１８を開き炉底灰を水切りコンベア１４上に落とし、水切りされた小粒径炉底灰１７を系外に搬送する。

その他、例えば、クリンカホッパ内上部に貯留された炉底灰スラリーは、大粒径の炉底灰が下部に沈降し上部には殆ど含まれていないので、炉底灰輸送用水力輸送配管系から直接、脱水槽に貯留しても大きな支障がなく、傾斜式連続スクリーン分別機をバイパスして脱水槽に至る配管１９を設けて利用するのが実用的である。また、複数のスクリーン分別機をスクリーンプレート通過液の流れに従って配設し、粒度の異なる複数種の炉底灰に分別して回収することができる。スクリーンプレートは目開きの大きさの順に上下方向に配列するとよい。

実働中の石炭火力発電所ボイラにおいて、アッシュポンプを用いたボイラ炉底灰処理装置に本発明に係る粒度調整装置を装着し、本発明の確認試験を実施したので、その結果を開示する。なお、用いた分析試験方法を次に記載する。

透水性ＪＩＳＡ１２１８［土の透水試験］準拠
炭素成分ＪＩＳＡ１２２６［強熱減量試験］準拠
粒度分布ＪＩＳＡ１２０４［土の粒度試験］準拠
まず、確認試験に先立ち、脱水槽に、傾斜式連続スクリーン分別機と、スクリーンプレート上に残った炉底灰の受槽として水の噴射口やバイブレータなどの排出促進機構を備えたクッションタンクとを取り付けて、図１に示したのと同じ構成の本発明燃焼炉クリンカ灰処理装置に改造した。傾斜式スクリーン分別機には、幅１ｍ×長さ３．８ｍ、目開き１．５ｍｍの簀の子状スクリーンプレートを、傾斜角３０度にして取り付けた。

脱水槽に接続する水力輸送管のゲート弁を閉じ、スクリーン分別機側のゲート弁を開いてアッシュポンプによりクリンカホッパから濃度約３０重量％のボイラ炉底灰スラリー４４０ｍ^３／ｈをスクリーン分別機に流した。その後、水切りコンベアを起動しクッションタンク底部の灰出しゲートを開いて分別された大粒径炉底灰の排出状況を確認した。その結果、懸念されたスクリーンプレート先端部での滞留はなく、分別された大粒径炉底灰もエアバイブレータや逆洗水噴射装置などの排出促進機構を作動させる必要もなくクッションタンク内から良好に排出され、運転は順調に予定の３日間を終了した。

分別された大粒径炉底灰（粒調灰（粗粒）ともいう）及び原灰２２（スクリーン分別機投入前スラリー中に含まれる固形分）について、粒度分布を測定したのでその結果を図４に、粒調灰（粗粒）における細粒の除去率（＝分別時の粒径別推定通過重量／各粒度の原灰重量）を推定したので表１に示す。また、残留カーボン分の洗浄効果を評価するために強熱減量試験を行ったのでその結果を表２に示す。さらに、透水性改善効果を確認するために、土の透水性試験を実施したので、その結果を表３に示した。

このようにして、現場装置に簡易な本発明の連続式粒度調整装置を取り付けて試験を行った結果、図４に示されるように粒調灰（粗粒）では粒径１．５ｍｍ未満のクリンカが概ね除去され、表１に示した結果からは１．５ｍｍ未満の推定除去率は概ね９０％程度であることが確認できた。また、強熱減量試験の結果（表２）からは、原灰に含まれるカーボン分に較べて粒調灰（粗粒）中の残留カーボン分が大幅に低減されていることが確認された。さらに、土の透水性試験により、粒調灰（粗粒）から透水性を阻害する粒径７５μｍ未満のシルト・粘土分の大部分が除去され、粒調灰（粗粒）の透水性は原灰に比較して大きく向上し一般的な土壌でいう砂・礫で見られる中程度の透水性にまで改善されることも判った（表３）。本発明に係る装置が優れた粒度調整機能を有し、同時に副次的な効果として残留カーボンの洗浄効果を有することが確認できた。

本発明に係る簡易なボイラ炉底灰の粒度調整手段は、従来の湿式又は乾式の粒度調整手段と比較し、性能面において同等あるいはそれ以上にボイラ炉底灰の有効利用を阻害する微小粒子、炭素成分等を効果的に分離することができる。炉底灰の再利用を図る各種の石炭を燃料とする大型ボイラにおいて極めて有用である。とくに炉底灰の排出量の多い石炭火力発電所に好ましく利用される。

本発明粒度調整装置を装着したボイラ炉底灰処理装置の一例を示すフローシート本発明粒度調整装置とその周辺機器の模式図傾斜式連続スクリーン分別機の一例を示す斜視図粒調灰（粗粒）及び原灰の粒度分布測定結果を示すグラフ

符号の説明

１：クリンカホッパ２：炉底灰輸送用水力輸送配管系
３：傾斜式連続スクリーン分別機４：脱水槽
５：クッションタンク６：スクリーンプレート
７：灰流しゲート８：クリンカクラッシャ
９：アッシュポンプ１０：灰出しゲート
１１：水切りコンベア１２：大粒径炉底灰（粒調灰（粗粒））
１３：脱水槽上部の上澄水抜出口１４：返送輸送水
１５：灰沈殿槽１６：貯水槽
１７：（細粒）炉底灰１８：灰出しゲート
１９：スクリーン分別機バイパス配管２０：炉底灰と輸送水
２１：小粒径炉底灰及び輸送水２２：分別前の原灰スラリー

Claims

ボイラ炉底部に設けたクリンカホッパから排出された炉底灰（クリンカ灰）を、水力輸送により傾斜式連続スクリーン分別機に投入し、大粒径の炉底灰と小粒径の炉底灰及び輸送水とに分離し、スクリーンプレート上から大粒径炉底灰を取り出し、スクリーンプレートから落下する小粒径の炉底灰及び輸送水は脱水槽に収容して炉底灰を沈降分離させ、脱水槽の上部から輸送水を下部から炉底灰を抜き出すことを特徴とするボイラ炉底灰処理における粒度調整方法。
ボイラ炉底部に設けたクリンカホッパ（１）から排出される炉底灰を輸送する水力輸送配管系（２）と、輸送された炉底灰スラリー及び輸送水から大粒径の炉底灰を分離する傾斜式連続スクリーン分別機（３）と、スクリーンプレート上に分別された大粒径の炉底灰を収容するクッションタンク（５）と、前記分別機のスクリーンプレートから落下する小粒径の炉底灰及び輸送水を収容して炉底灰を輸送水から沈降分離させる脱水槽（４）と、を含んで構成されることを特徴とするボイラ炉底灰処理における粒度調整装置。
小粒径の炉底灰及び水をスクリーンプレートから直接槽内に落下させるべく、傾斜式連続スクリーン分別機が脱水槽上面に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のボイラ炉底灰処理における粒度調整装置。
傾斜式連続スクリーン分別機に装着されているスクリーンプレート（６）は、目開きが０．５〜１０ｍｍの簀の子状スクリーンであることを特徴とする請求項２又は３に記載のボイラ炉底灰処理における粒度調整装置。
スクリーンプレートの目開きが異なる、複数の傾斜式連続スクリーン分別機が、目開きの大きさの順に配置されて、前段のスクリーンプレートを通過して落下した炉底灰と輸送水とを順次、次段のスクリーン分別機に供給し、かつ、各段毎にスクリーンプレート上に分別された炉底灰を収容するクッションタンクが設けられていることを特徴とする請求項２、３又は４に記載のボイラ炉底灰処理における粒度調整装置。