JPH09314094A - 火力発電プラントの灰処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火力発電プラントより排出される集塵灰を無
害化及び減量化し、さらには有価金属を回収するして再
利用することが可能な火力発電プラントの灰処理装置を
提供することである。 【解決手段】 プラズマ発生器１０にて、集塵器で回収
された集塵灰を熱プラズマにより高温に加熱し高温分解
し、この高温分解された集塵灰に還元ガス供給器１１か
ら還元ガスを供給する。そして、還元ガスにより還元さ
れた金属原子を金属分離回収器１２で回収し、残りの溶
融スラグをスラグ回収器１３で冷却固化する回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭又は石油等の
化石燃料を燃料とする火力発電プラントの灰処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電システムでは、化石燃
料である石炭や石油を燃料としこれらをボイラで燃焼さ
せている。図５に、石炭火力発電プラントのシステム構
成図を示す。燃料貯蔵庫１は石炭を貯蔵する貯炭場であ
り、この燃料貯蔵庫１から石炭がボイラ２へ送られ燃焼
される。ボイラ２で燃焼された燃料（石炭）は、燃焼ガ
スとなって蒸発管３を加熱し、蒸発管３内の水を蒸気と
する。蒸気はさらに過熱器４を通って蒸気タービン５に
送られてこれを回転させ、回転軸上にある発電機６を回
転させて発電に至る。

【０００３】一方、ボイラ２より排出された燃焼ガス
は、集塵器７を介して煙突８により大気に放出される。
集塵器７により集められた飛灰には、石炭中に含まれる
有害物質（鉛、カドミウム等）を含んでいるため、産業
廃棄物としての処理が必要となり、管理型処分場として
の灰捨場へ廃棄処分される。また、石炭を燃料とするシ
ステムにおいては、ボイラ２に残留するボトムアッシュ
についても同様の廃棄処理が必要となる。

【０００４】ここで、石油火力発電プラントの場合に
は、燃料である石油は、燃料貯蔵庫１としてのオイルタ
ンクに貯蔵され、石炭火力発電プラントの場合と同様
に、ボイラ２で燃焼される。そして、ボイラ２より排出
された燃焼ガスは、集塵器７を介して煙突８により大気
に放出される。なお、ボイラ２にはボトムアッシュは残
留しないので、燃焼ガスに含まれる灰が灰処理の対象に
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の火力発電プラントシステムにおいては、燃料中に
含まれる有害物質を産業廃棄物として処理する必要が生
じる。例えば、石炭火力発電プラントシステムの場合に
は、年間、数万トンに及ぶ石炭灰を排出し、その廃棄処
理のため広大な埋め立て処理場をプラント敷地内に確保
しなければならない。また、灰の飛散防止等の環境対策
を施す必要があり、さらには、産業廃棄業者への廃棄委
託を行う必要がある。

【０００６】したがって、火力発電プラントの所要敷地
及び灰処理コストにより経済性を損なうことになり、環
境規制の面からも廃棄物の無害化や減量化、さらには再
利用が望まれている。

【０００７】本発明の目的は、火力発電プラントより排
出される集塵灰を無害化及び減量化し、さらには有価金
属を回収するして再利用することが可能な火力発電プラ
ントの灰処理装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、集塵
器で回収された集塵灰を熱プラズマにより高温に加熱し
高温分解するプラズマ発生器と、高温分解された集塵灰
に還元ガスを供給する還元ガス供給器と、還元ガスによ
り還元された金属原子を回収する金属分離回収器と、金
属分離回収器で金属原子が回収された残りの溶融スラグ
を冷却固化し回収するスラグ回収器とを備えたものであ
る。

【０００９】請求項１の発明では、集塵器で回収した集
塵灰を熱プラズマにより高温分解し、還元ガスにより含
有金属を選択回収する。そして、残部を冷却固化し減容
化して回収する。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、プラズマ発生器より排出される排気ガス中の灰を集
塵器で回収し、集塵器からプラズマ発生器に再投入する
ようにしたものである。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明の作
用に加え、還元ガスにより含有金属を選択回収した後の
排気ガスを集塵器を通してプラズマ発生器に再投入す
る。これにより、含有金属の回収率を高める。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、ボイラは石炭炊きボイラであり、プラ
ズマ発生器はボイラの燃焼ガスに含まれる灰に加えてボ
イラに残留するボトムアッシュを回収するようにし、石
炭火力発電プラントに適用したものである。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１又は請求項
２の発明の作用に加え、石炭を燃料とする石炭火力発電
プラントに適用するにあたり、ボイラに残留するボトム
アッシュも回収する。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、ボイラは石油炊きボイラであり、石油
火力発電プラント又はコンバインドサイクル火力発電プ
ラントに適用したものである。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１又は請求項
２の発明に加え、石油を燃料とする石油火力発電プラン
トのボイラ、又はコンバインドサイクル火力発電プラン
トの排熱回収ボイラからの燃焼ガスに含まれる灰を処理
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す構成図
である。この第１の実施の形態では、石炭火力発電プラ
ントに灰処理装置９を適用したものを示している。

【００１７】図１において、燃料貯蔵庫１は石炭を貯蔵
する貯炭場であり、この燃料貯蔵庫１から石炭がボイラ
２へ送られ燃焼される。ボイラ２で燃焼された燃料（石
炭）は、燃焼ガスとなって蒸発管３を加熱し、蒸発管３
内の水を蒸気とする。ここで発生した蒸気は、さらに過
熱器４を通って過熱され蒸気タービン５に送られる。そ
して、蒸気タービン５を回転しこの回転軸上にある発電
機６を回転させて発電を行う。

【００１８】また、ボイラ２より排出された燃焼ガス
は、集塵器７にて燃焼ガス中に含まれる灰を集塵し灰が
除去された燃焼ガスは煙突８により大気に放出される。
集塵器７により集められた集塵灰は、灰処理装置９のプ
ラズマ発生器１０に投入される。一方、ボイラ２に残留
するボトムアッシュもプラズマ発生器１０に投入され
る。

【００１９】プラズマ発生器１０は集塵器７で回収され
た集塵灰を熱プラズマにより高温に加熱し高温分解する
もので、プラズマ発生器１０内で高温に加熱された集塵
灰の構成物である金属酸化物は、金属原子イオンと酸素
に分解される。そして、プラズマ発生器１０で高温分解
された集塵灰に対し還元ガス供給器１１から還元ガスを
供給する。この還元ガスの脱酸作用により、プラズマ中
の金属は還元され金属原子となる。

【００２０】金属分離回収器１２は還元ガスにより還元
された金属原子を回収する。つまり、金属分離回収器１
２は有害金属及び有価金属を選別して回収し、有価金属
は資源として再利用される。そして、金属分離回収器１
２で金属原子が回収された残りの溶融スラグは、スラグ
回収器１３で冷却固化されて回収される。すなわち、残
された集塵灰は、溶融スラグとしてプラズマ発生器１０
外に取り出され、スラグ回収器１３にて冷却固化し、無
害な廃棄物として処理される。この廃棄物は土健材とし
て有効利用することも可能である。

【００２１】このように、第１の実施の形態では、集塵
器７により回収された灰及びボイラ２に残留するボトム
アッシュを熱プラズマ方式の灰処理装置９で処理する。
この熱プラズマ方式の灰処理装置９での処理は、集塵灰
を高温で溶融固化して減量化し、さらに集塵灰中に含ま
れる有害物質及び有価金属を分離し、無害化すると共に
資源回収可能にする。

【００２２】この場合の熱プラズマは、１万度以上の高
温を有する流体であり、以下のような特徴と有する。 （１）高温であるために、被熱物質を短時間で高温にす
ることが出来る。 （２）熱プラズマ自体がイオンやラジカル源となり高活
性である。 （３）特殊反応雰囲気を選択できる。

【００２３】このように、熱プラズマは柔軟性に富む優
れた高温加熱源であり、この特性を生かして集塵灰の減
量化や無害化及び資源回収を可能としている。

【００２４】この灰処理装置９での灰処理は、次のよう
なプロセスとなる。 （１）集塵灰を熱プラズマ中に投入する。 （２）熱プラズマの高温により、集塵灰の構成物である
金属酸化物（ＳｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＮｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃等）
は、金属原子イオンに分解する。 （３）同時に添加される水素等の還元ガスの作用によ
り、上記金属酸化物は還元され金属原子となる。 （４）有害金属及び有価金属は選択分離回収され、残さ
れた集塵灰は溶融されたスラグとなり無害化し、さら
に、反応炉外で冷却すると、スラグ減容して減量化され
る。

【００２５】この第１の実施の形態によれば、集塵器７
で回収した集塵灰やボイラに残留するボトムアッシュか
ら有害金属及び有価金属を回収し、残りを固化処理する
ので、スラグに有害物質が含まれることがなく、また金
属や固化スラグを有効利用することができる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を図２に
示す。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実
施の形態に対し、プラズマ発生器１０より排出される排
気ガス中の灰を集塵器７で回収し、集塵器７からプラズ
マ発生器１０に再投入するようにしたものである。これ
により、還元ガスにより含有金属を選択回収した後の排
気ガスは、集塵器７を通してプラズマ発生器１０に再投
入することになるので、含有金属の回収率を高めること
ができる。つまり、１回の処理サイクルで分離しきれな
かった集塵灰をさらに再処理し分離する。その他の構成
は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、
同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。

【００２７】図３は、本発明の灰処理装置９を石油火力
発電所に適用した場合の構成図である。石油火力発電プ
ラントの場合には、燃料である石油は、燃料貯蔵庫１と
してのオイルタンクに貯蔵される。そして、石炭火力発
電プラントの場合と同様に、オイルタンクの石油はボイ
ラ２に供給されボイラ２で燃焼される。ボイラ２での燃
焼ガスは蒸発管３を加熱し、蒸発管３内の水を蒸気とす
る。蒸発管３からの蒸気は、さらに過熱器４を通って過
熱され蒸気タービン５に送られる。そして、蒸気タービ
ン５を回転しこの回転軸上にある発電機６を回転させて
発電を行う。

【００２８】また、ボイラ２から排出された燃焼ガス
は、集塵器７に導かれ燃焼ガスに含まれる灰を除去した
後に煙突８により大気に放出される。集塵器７で集塵さ
れた集塵灰は灰処理装置９のプラズマ発生器１０に投入
される。ここで、ボイラ２にはボトムアッシュは残留し
ないので、プラズマ発生器１０に投入される灰は集塵器
７からの集塵灰が対象となる。

【００２９】次に、図４に本発明の灰処理装置９をコン
バインドサイクル火力発電プラントに適用した場合の構
成図を示す。コンバインドサイクル火力発電プラント
は、ガスタービン１４と蒸気タービン５とを組み合わせ
た発電プラントであり、ガスタービン１４で仕事を終え
た燃焼ガスの排ガスを利用し、排熱回収ボイラで蒸気を
発生させ蒸気タービンを駆動するようにしたものであ
る。燃料としては液化天然ガス等を使用し、ボイラ２と
しては排熱回収ボイラを使用する。

【００３０】すなわち、燃焼器１５で燃料を燃焼させて
ガスタービン１４を駆動し、その排ガスをボイラ２に供
給して蒸発管３で熱交換する。ボイラ２からの排ガスは
集塵器７に導かれ排ガス中に含まれる灰を除去した後
に、煙突８により大気に放出される。そして、集塵器７
で集塵された集塵灰は、灰処理装置９のプラズマ発生器
１０に投入される。ここで、ボイラ２にはボトムアッシ
ュは残留しないので、プラズマ発生器１０に投入される
灰は集塵器７からの集塵灰が対象となる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
量に排出されていた火力発電プラントからの灰を減容化
し無害化することができるので、処理設備として使われ
ていた敷地の縮小や飛散処理の削除が可能となる。ま
た、灰中に含まれる有価金属の資料利用及びスラグの土
建材等への有効利用も可能であり、廃棄物処理及び資源
リサイクル両面において、優れた火力発電プラントの灰
処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す構成図。

【図３】本発明の灰処理装置を石油火力発電プラントに
適用した場合の構成図。

【図４】本発明の灰処理装置をコンバインドサイクル火
力発電プラントに適用した場合の構成図。

【図５】従来例の構成図。

【符号の説明】

１ 燃料貯蔵庫 ２ ボイラ ３ 蒸発管 ４ 過熱器 ５ 蒸気タービン ６ 発電機 ７ 集塵器 ８ 煙突 ９ 灰処理装置 １０ プラズマ発生器 １１ 還元ガス供給器 １２ 金属分離回収器 １３ スラグ回収器 １４ ガスタービン １５ 燃焼器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩佐 康史 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラの燃焼ガスに含まれる灰を集塵器
   で回収し、その集塵器で回収した集塵灰を廃棄物処理す
   る火力発電プラントの灰処理装置において、前記集塵器
   で回収された集塵灰を熱プラズマにより高温に加熱し高
   温分解するプラズマ発生器と、前記高温分解された集塵
   灰に還元ガスを供給する還元ガス供給器と、前記還元ガ
   スにより還元された金属原子を回収する金属分離回収器
   と、前記金属分離回収器で金属原子が回収された残りの
   溶融スラグを冷却固化し回収するスラグ回収器とを備え
   たことを特徴とする火力発電プラントの灰処理装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマ発生器より排出される排気
   ガス中の灰を前記集塵器で回収し、前記集塵器から前記
   プラズマ発生器に再投入するようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載の火力発電プラントの灰処理装置。
3. 【請求項３】 前記ボイラは石炭炊きボイラであり、前
   記プラズマ発生装置は前記集塵器からの集塵灰に加えて
   前記ボイラに残留するボトムアッシュを回収するように
   し、石炭火力発電プラントに適用したことを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の火力発電プラントの灰処
   理装置。
4. 【請求項４】 前記ボイラは石油炊きボイラであり、石
   油火力発電プラント又はコンバインドサイクル火力発電
   プラントに適用したことを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の火力発電プラントの灰処理装置。