JP5063761B2

JP5063761B2 - 火力発電システム

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Publication number: JP5063761B2
Application number: JP2010200255A
Authority: JP
Inventors: 孝則藤永
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP2012055813A

Description

本発明は、石炭を用いる火力発電システムに関する。

従来、石炭を用いる火力発電システムでは、石炭の燃焼によってクリンカアッシュ、フライアッシュ（煤塵）等の石炭灰が副生成物として生成される。
フライアッシュは、主に火力発電システムの集塵装置によって高い効率（例えば、９５％以上）で収集される。このフライアッシュは、セメントの材料、コンクリート混和材、地盤改良材等に再利用されている。

一般的に、火力発電システムは、石炭を燃焼させた排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物が除去された排ガスと燃焼用の空気とを熱交換する熱交換エレメントと、窒素酸化物が除去された排ガスからフライアッシュを収集する集塵装置とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の記載の排煙処理（火力発電）システムは、脱硝装置と、集塵装置と、排ガス中のセレン（Ｓｅ）を不溶化するための処理剤を供給する処理剤供給手段とを備え、排ガス中のセレンを除去している。

特開平８−２６６８５５号公報

ここで、脱硝装置においては、排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入し、アンモニアガスと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とに分解する乾式アンモニア触媒還元法が用いられる。

熱交換エレメントは、脱硝装置の下流側に位置するため、脱硝装置において使用されたアンモニアガスによって、その一部が腐食する可能性がある。熱交換エレメントの一部が腐食して脱落すると、脱落した熱交換エレメントの一部がフライアッシュに混入する可能性があり、フライアッシュの品質を損なうおそれがあった。

本発明は、フライアッシュへの異物の混入を抑制可能な火力発電システムを提供することを目的とする。

本発明は、石炭を用いる火力発電システムであって、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、前記脱硝装置により窒素酸化物が除去された前記排ガスの熱エネルギーを燃焼用の空気と熱交換する熱交換エレメントと、前記熱交換エレメントにより熱交換された前記排ガスに含まれるフライアッシュを収集する集塵装置と、前記集塵装置により収集された前記フライアッシュを排出するホッパと、前記ホッパにより排出された前記フライアッシュを空気流の圧力によって輸送する圧力輸送機と、前記圧力輸送機により輸送された前記フライアッシュを加湿して、外部へ排出する排出装置と、前記ホッパ、前記圧力輸送機及び前記排出装置それぞれに設けられ、前記フライアッシュを通過させると共に、異物を残留させるメッシュストレーナと、前記メッシュストレーナそれぞれを、各メッシュの粗さが異なるものに切り替える切替装置と、前記空気流の圧力によって輸送される前記フライアッシュの流量を計測し又は前記排出装置から排出される前記フライアッシュの重量を計測する計測部と、前記計測部により計測される前記フライアッシュの流量又は前記フライアッシュの重量に基づいて、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御する制御装置とを備える火力発電システムに関する。

この発明によれば、火力発電システムは、フライアッシュの流量又はフライアッシュの重量に基づいて、メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに自動的に切り替えることができるため、最終的に外部に排出されるフライアッシュ中に異物が混入することを抑制できる。

また、前記メッシュストレーナは、各メッシュの間隔が１０〜１５ｍｍである第１メッシュストレーナと、各メッシュの間隔が５〜１０ｍｍである第２メッシュストレーナとを備えることが好ましい。

また、前記制御装置は、前記計測部により計測される前記フライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御することが好ましい。

また、前記制御装置は、前記計測部により計測される前記フライアッシュの重量が所定の重量よりも増加している場合には、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御することが好ましい。

本発明によれば、フライアッシュへの異物の混入を抑制可能な火力発電システムを提供することができる。

本発明の一実施形態である火力発電システム１の概略を示す構成図である。火力発電システム１のホッパ２６０以降における構成の概略を示す構成図である。各メッシュの間隔が５ｍｍである第１メッシュストレーナ３５１を示す図である。各メッシュの間隔が１５ｍｍである第２メッシュストレーナ３６２を示す図である。各メッシュの間隔が５ｍｍである第２メッシュストレーナ３７２を示す図である。各メッシュの間隔が１０ｍｍである第１メッシュストレーナ３７１を示す図である。本実施形態の火力発電システム１の動作を説明するためのブロック図である。

以下に、本発明の一実施形態である火力発電システムについて図１から図７を参照しながら説明する。図１及び２は、本発明の一実施形態である火力発電システム１の概略を示す構成図である。

図１に示す火力発電システム１は、主に火力発電所において用いられ、石炭を燃焼させることによって生じた蒸気でタービンを回転させ、電力を発生させるものである。
また、火力発電システム１では、石炭を燃焼させることによってクリンカアッシュ、フライアッシュ等の石炭灰が副生成物として生成される。
火力発電システム１によれば、石炭を燃焼させることによって生成された排ガスから石炭灰を回収することができる。

図１に示すように、火力発電システム１は、石炭バンカ２０と、微粉炭機３０と、燃焼ボイラ４０と、排気通路（煙道）５０と、脱硝装置６０と、空気予熱器７０と、通風機７７と、熱回収用ガスヒータ８０と、電気集塵装置９０と、誘引通風機２１０と、脱硫装置２２０と、再加熱用ガスヒータ２３０と、脱硫通風機２４０と、煙突２５０と、を備える。

以下、火力発電システム１の各部について説明する。
石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示せず）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。
微粉炭機３０は、石炭バンカ２０から給炭機２５を介して供給された石炭を、微細な粒度に粉砕して微粉炭を形成する。そして、微粉炭機３０は、形成した微粉炭を燃焼ボイラ４０に供給する。

燃焼ボイラ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。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ、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。後述するように、フライアッシュは、電気集塵装置９０によって収集される。

排気通路５０は、燃焼ボイラ４０の下流側に設けられ、燃焼ボイラ４０において発生した排ガスを脱硝装置６０へ導入する。
脱硝装置６０は、排ガス中の窒素酸化物を除去する。具体的には、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。

空気予熱器７０は、内部に熱交換エレメント７５を備えている。熱交換エレメント７５は、脱硝装置６０により窒素酸化物が除去された排ガスの熱エネルギーを燃焼用の空気と熱交換する。

通風機７７は、空気予熱器７０により熱交換された燃焼用の空気を燃焼ボイラ４０へ導入する。
熱回収用ガスヒータ８０は、空気予熱器７０により熱交換された排ガスを熱回収し、熱回収後の排ガスを電気集塵装置９０へ送り出す。

電気集塵装置９０は、排ガス中のクリンカアッシュ、フライアッシュ等の石炭灰を電極により収集する。電気集塵装置９０により収集されたフライアッシュは、ホッパ２６０により排出される。

誘引通風機２１０は、電気集塵装置９０を通過した排ガスを脱硫装置２２０へ導入する。
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する。脱硫装置２２０は、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することにより脱硫石膏を生成する。
脱硫石膏回収装置２２２は、脱硫装置２２０により生成された脱硫石膏を回収する。

再加熱用ガスヒータ２３０は、脱硫装置２２０で硫黄酸化物が除去された排ガスを加熱する。
脱硫通風機２４０は、再加熱用ガスヒータ２３０によって加熱された排ガスを煙突２５０へ導入する。再加熱用ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱することにより、煙突効果を利用して加熱された排ガスを煙突２５０から効率良く排出することができる。

図２は、火力発電システム１のホッパ２６０以降における構成の概略を示す構成図である。
図２に示すように、火力発電システム１は、図１で説明した構成に加えて、ホッパ２６０と、圧力輸送機２７０と、圧送ブロワ２８０と、輸送管２９０と、流量計測器３００と、フライアッシュサイロ３１０と、バグフィルタ３２０と、ダストレスアンローダ３３０と、重量計測器３４０と、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０と、切替装置３８０，３９０，４００と、を備える。

ホッパ２６０は、電気集塵装置９０により収集されたフライアッシュを圧力輸送機２７０へ排出する。ホッパ２６０の下流側は、複数（図２では６つ）の経路に分岐している。そして、分岐している各経路は、圧力輸送機２７０と接続している。
圧力輸送機２７０は、ホッパ２６０の各経路に対応して設けられ、ホッパ２６０の各経路により排出されたフライアッシュを、圧送ブロワ２８０によって発生させた空気流の圧力によりフライアッシュサイロ３１０へ輸送する。

圧送ブロワ２８０は、空気流を発生させて輸送管２９０へ導入する。
輸送管２９０は、圧力輸送機２７０から排出されるフライアッシュを、圧送ブロワ２８０によって発生させた空気流の圧力により圧力輸送機２７０からフライアッシュサイロ３１０へ輸送する。

流量計測器３００は、輸送管２９０に設けられ、空気流の圧力によって輸送されるフライアッシュの流量を計測する。流量計測器３００は、計測したフライアッシュの流量の値を制御装置４１０（図７参照）に送信する。

フライアッシュサイロ３１０は、圧力輸送機２７０により輸送されたフライアッシュを貯留する。
バグフィルタ３２０は、フライアッシュをフライアッシュサイロ３１０へ輸送するために用いられた空気の清浄化を行う。

ダストレスアンローダ３３０は、フライアッシュサイロ３１０の下流側に設けられ、フライアッシュサイロ３１０に貯留されているフライアッシュを加湿して、外部（例えば、ジェットパック車４２０）へ排出する。

重量計測器３４０は、ダストレスアンローダ３３０に設けられ、ダストレスアンローダ３３０から排出されるフライアッシュの重量を計測する。重量計測器３４０は、計測したフライアッシュの重量の値を制御装置４１０（図７参照）に送信する。

メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０は、金属を網目（メッシュ）状に形成したものであり、フライアッシュを通過させると共に、異物を残留させる。
ここで、異物とは、フライアッシュと共に排出されるものであり、例えば脱硝装置６０において使用されたアンモニアガスによって、熱交換エレメント７５の一部が腐食し、脱落したものが挙げられる。

メッシュストレーナ３５０は、ホッパ２６０の下流側における複数の経路それぞれに設けられている。メッシュストレーナ３５０は、ホッパ２６０から排出されるフライアッシュを通過させると共に、異物を残留させる。

メッシュストレーナ３６０は、圧力輸送機２７０の下流側における複数の経路それぞれに設けられている。メッシュストレーナ３６０は、圧力輸送機２７０から排出されるフライアッシュを通過させると共に、異物を残留させる。つまり、メッシュストレーナ３６０は、メッシュストレーナ３５０を通過した異物を残留させることを目的として設けられている。

メッシュストレーナ３７０は、ダストレスアンローダ３３０の下流側に設けられている。メッシュストレーナ３７０は、ダストレスアンローダ３３０から排出されるフライアッシュを通過させると共に、異物を残留させる。つまり、メッシュストレーナ３７０は、メッシュストレーナ３５０及び３６０を通過した異物を残留させることを目的として設けられている。

また、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０は、各メッシュの間隔が粗い（広い）第１メッシュストレーナ３５１，３６１，３７１と、各メッシュの間隔が細かい（狭い）第２メッシュストレーナ３５２，３６２，３７２と、を備えている。

第１メッシュストレーナ３５１，３６１，３７１における各メッシュの間隔は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましく、５ｍｍであることがより好ましい。
第２メッシュストレーナ３５２，３６２，３７２における各メッシュの間隔は、１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度であることが好ましく、１０ｍｍであることがより好ましい。

図３〜図６は、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０の具体例を示す図である。図３は、各メッシュの間隔が５ｍｍである第１メッシュストレーナ３５１を示す図であり、図４は、各メッシュの間隔が１５ｍｍである第２メッシュストレーナ３６２を示す図である。
また、図５は、各メッシュの間隔が５ｍｍである第２メッシュストレーナ３７２を示す図であり、図６は、各メッシュの間隔が１０ｍｍである第１メッシュストレーナ３７１を示す図である。

切替装置３８０，３９０，４００は、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０それぞれを、各メッシュの粗さが異なるものに切り替える。
具体的には、切替装置３８０，３９０，４００は、複数のメッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を格納する格納部（図示せず）と、駆動機構（図示せず）とを備えている。そして、切替装置３８０，３９０，４００は、駆動機構により第１メッシュストレーナ３５１，３６１，３７１を回収して、格納部に格納されている第２メッシュストレーナ３５２，３６２，３７２を装着する。

図７は、本実施形態の火力発電システム１の動作を説明するためのブロック図である。図７に示すように、火力発電システム１は、図１及び２において説明した構成に加え、制御装置４１０を備えている。
制御装置４１０は、流量計測器３００により計測されるフライアッシュの流量又は重量計測器３４０により計測されるフライアッシュの重量に基づいて、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。

具体的には、制御装置４１０は、流量計測器３００により計測されるフライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。
ここで、所定の流量としては、異物がほとんど混入していない状態において輸送管２９０を流れている排ガスの流量を用いることが好ましい。

また、制御装置４１０は、重量計測器３４０により計測されるフライアッシュの重量が所定の重量よりも増加している場合には、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。
ここで、所定の重量としては、異物がほとんど混入していない状態において重量計測器３４０により計測されるフライアッシュの重量であることが好ましい。

本実施形態の火力発電システム１によれば、例えば次のような効果が奏される。
本実施形態の火力発電システム１において、制御装置４１０は、流量計測器３００により計測されるフライアッシュの流量又は重量計測器３４０により計測されるフライアッシュの重量に基づいて、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。

これにより、火力発電システム１は、フライアッシュの流量又はフライアッシュの重量に基づいて、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに自動的に切り替えることができるため、最終的に外部（例えば、ジェットパック車４２０）に排出されるフライアッシュ中に異物が混入することを抑制できる。

また、本実施形態の制御装置４１０は、流量計測器３００により計測されるフライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。

ここで、フライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、輸送管２９０を流れる排ガス（フライアッシュ）中に異物が混入している可能性が高いと考えられる。本実施形態の火力発電システム１は、フライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、切替装置３８０，３９０，４００によりメッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるため、より好適にフライアッシュ中に異物が混入することを抑制できる。

また、本実施形態の制御装置４１０は、重量計測器３４０により計測されるフライアッシュの重量が所定の重量よりも増加している場合には、メッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように切替装置３８０，３９０，４００を制御する。
ここで、フライアッシュの重量が所定の重量よりも増加している場合には、ダストレスアンローダ３３０におけるフライアッシュ中に異物が混入している可能性が高いと考えられる。本実施形態の火力発電システム１は、所定の重量よりも増加している場合には、切替装置３８０，３９０，４００によりメッシュストレーナ３５０，３６０，３７０を各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるため、より好適にフライアッシュ中に異物が混入することを抑制できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

１火力発電システム
６０脱硝装置
７５熱交換エレメント
９０電気集塵装置（集塵装置）
２６０ホッパ
２７０圧力輸送機
３００流量計測器（計測部）
３３０ダストレスアンローダ（排出装置）
３４０重量計測器（計測部）
３５０，３６０，３７０メッシュストレーナ
３８０，３９０，４００切替装置
４１０制御装置

Claims

石炭を用いる火力発電システムであって、
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、
前記脱硝装置により窒素酸化物が除去された前記排ガスの熱エネルギーを燃焼用の空気と熱交換する熱交換エレメントと、
前記熱交換エレメントにより熱交換された前記排ガスに含まれるフライアッシュを収集する集塵装置と、
前記集塵装置により収集された前記フライアッシュを排出するホッパと、
前記ホッパにより排出された前記フライアッシュを空気流の圧力によって輸送する圧力輸送機と、
前記圧力輸送機により輸送された前記フライアッシュを加湿して、外部へ排出する排出装置と、
前記ホッパ、前記圧力輸送機及び前記排出装置それぞれに設けられ、前記フライアッシュを通過させると共に、異物を残留させるメッシュストレーナと、
前記メッシュストレーナそれぞれを、各メッシュの粗さが異なるものに切り替える切替装置と、
前記空気流の圧力によって輸送される前記フライアッシュの流量を計測し又は前記排出装置から排出される前記フライアッシュの重量を計測する計測部と、
前記計測部により計測される前記フライアッシュの流量又は前記フライアッシュの重量に基づいて、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御する制御装置とを備える火力発電システム。
前記メッシュストレーナは、各メッシュの間隔が１０〜１５ｍｍである第１メッシュストレーナと、各メッシュの間隔が５〜１０ｍｍである第２メッシュストレーナとを備える請求項１に記載の火力発電システム。
前記制御装置は、前記計測部により計測される前記フライアッシュの流量が所定の流量よりも低下している場合には、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御する請求項１又は２に記載の火力発電システム。
前記制御装置は、前記計測部により計測される前記フライアッシュの重量が所定の重量よりも増加している場合には、前記メッシュストレーナを各メッシュの粗さが異なるものに切り替えるように前記切替装置を制御する請求項１又は２に記載の火力発電システム。