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【発明の名称】 低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法
【発明者】 【氏名】野田 直希

【氏名】伊藤 茂男

【要約】 【課題】石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、微量物質(ホウ素、ヒ素、セレン、フッ素)を燃焼灰に固定することができる低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び、低溶出燃焼灰の製造方法を提供する。

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
石炭にCaを添加して燃焼させ、石炭を燃焼させた際に発生するホウ素ガスを低減する低ホウ素ガス石炭燃焼方法。
【請求項2】
請求項1に記載の低ホウ素ガス石炭燃焼方法において、
前記Caはスラリーとして前記石炭に添加されることを特徴とする低ホウ素ガス石炭燃焼方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の低ホウ素ガス石炭燃焼方法において、
前記石炭が微粉炭であることを特徴とする低ホウ素ガス石炭燃焼方法。
【請求項4】
石炭にCaを添加して燃焼させ、溶出する微量物質の量を低減した低溶出燃焼灰の製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の低溶出燃焼灰の製造方法において、
前記Caはスラリーとして前記石炭に添加されることを特徴とする低溶出燃焼灰の製造方法。
【請求項6】
請求項4又は5に記載の低溶出燃焼灰の製造方法において、
前記石炭が微粉炭であることを特徴とする低溶出燃焼灰の製造方法。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、石炭を燃焼させた際に発生するホウ素ガスを低減させるホウ素ガス低減石炭燃焼方法、及び、外部に溶出する微量物質を低減させた低溶出燃焼灰の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ボイラ等の燃料として用いられる石炭には、炭素等の主要な元素以外にホウ素、ヒ素、セレン、フッ素などが微量含まれており、それらの物質は石炭が燃焼する際にガス化して石炭から放出されると考えられている。
【0003】
それらのうち、ホウ素は、メッキなどの表面処理、ガラス、殺菌剤、樹脂、化学薬品、肥料などの製造に幅広く使用される元素であるが、一定の濃度を超えると農作物の育成を阻害したり、人体へ悪影響を及ぼすことなどが報告されており、ホウ素の外部環境への流出を防止する必要がある。実際に、環境庁が策定した暫定排出基準にはホウ素の排出基準が含まれており、ホウ素の外部環境への流出は大きな問題となっている。
【0004】
わが国の石炭燃焼プロセスには排煙処理装置が導入されており、石炭から放出されたホウ素のうち、粒子状のホウ素は電気集塵器で捕集され、ガス状のホウ素は湿式脱硫装置で捕集されている。
【0005】
しかしながら、捕集されたホウ素を含む石炭燃焼灰は、主にセメント混和剤や埋戻し材として利用されるので、雨などにより石炭燃焼灰に含まれるホウ素が外部環境に溶出する可能性があるという問題があった。
【0006】
このような問題に対して、ホウ素含有燃焼灰に、デンプンあるいはその化工品と水とを加えて混合処理してホウ素溶出量を低減させるホウ素含有燃焼灰の処理方法(例えば特許文献1参照)や、ばいじんにホウ素の溶出防止剤としてカルシウム化合物を添加して混合するばいじんの処理方法(例えば特許文献2参照)が提案されている。
【0007】
【特許文献1】特開2006−26511号公報
【特許文献2】特開2003−136035号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上述したホウ素含有燃焼灰の処理方法では、ホウ素含有燃焼灰からのホウ素の溶出を低減させるものであり、石炭が燃焼した際に気化して脱硫装置や煙突から排出されるホウ素を低減させることができないという問題があった。また、上述したホウ素含有燃焼灰の処理方法では、デンプンを用いなければならず、大量のホウ素含有燃焼灰を処理するためには価格面で問題があった。
【0009】
また、上述したばいじんの処理方法では、ホウ素の溶出を防止することができるが、石炭を燃焼させた際に発生するホウ素の放出を防止することはできないという問題があった。
【0010】
本発明は、上述した事情に鑑み、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、微量物質(ホウ素、ヒ素、セレン、フッ素)を燃焼灰に固定することができる低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、ホウ素を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質(ホウ素、ヒ素、セレン、フッ素)を低減させた低溶出燃焼灰の製造方法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】
【0011】
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、石炭にCaを添加して燃焼させ、石炭を燃焼させた際に発生するホウ素ガスを低減する低ホウ素ガス石炭燃焼方法にある。
【0012】
かかる第1の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、微量物質を燃焼灰に固定することができる。ここで、微量物質とは石炭に含まれるホウ素、ヒ素、セレン、フッ素をいう。
【0013】
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の低ホウ素ガス石炭燃焼方法において、前記Caはスラリーとして前記石炭に添加されることを特徴とする低ホウ素ガス石炭燃焼方法にある。
【0014】
かかる第2の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量をより低減させると共に、より多くの微量物質を燃焼灰に固定することができる。
【0015】
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載の低ホウ素ガス石炭燃焼方法において、前記石炭が微粉炭であることを特徴とする低ホウ素ガス石炭燃焼方法にある。
【0016】
かかる第3の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量をさらに低減させると共に、さらに多くの微量物質を燃焼灰に固定することができる。
【0017】
本発明の第4の態様は、石炭にCaを添加して燃焼させ、溶出する微量物質の量を低減した低溶出燃焼灰の製造方法にある。
【0018】
かかる第4の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、微量物質を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質を低減した低溶出燃焼灰を製造することができる。
【0019】
本発明の第5の態様は、第4の態様に記載の低溶出燃焼灰の製造方法において、前記Caはスラリーとして前記石炭に添加されることを特徴とする低溶出燃焼灰の製造方法にある。
【0020】
かかる第5の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量をより低減させると共に、より多くの微量物質を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質を低減させた低溶出燃焼灰を製造することができる。
【0021】
本発明の第6の態様では、第4又は第5の態様に記載の低溶出燃焼灰の製造方法において、前記石炭が微粉炭であることを特徴とする低溶出燃焼灰の製造方法にある。
【0022】
かかる第6の態様では、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量をさらに低減させると共に、さらに多くの微量物質を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質を低減させた低溶出燃焼灰を製造することができる。
【0023】
本発明に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法は、石炭にCaを添加して燃焼させるというものである。これらの方法に用いる石炭(種類、形状など)は特に限定されず、例えば瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭などを用いることができるが、その形状は微粉状に成形されたもの(微粉炭)が好ましい。微粉炭を用いることによりCaを均一に添加することができるので、ホウ素を燃焼灰中に固定させることができる。ここで、微粉炭とは、積算質量50%における短径と長径の平均値(Dp50)が2mm以下の粒子からなる石炭をいう。
【0024】
また、本発明に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法に用いるCaは、Ca単体からなるものである必要はなく、カルシウム化合物(CaO、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、CaCl2など)であってもよい。そして、それらは固体のままで用いられても、液体に溶解させて用いられてもよいが、液体に溶解させて用いた方が好ましい。Caやカルシウム化合物を液体に溶解させて石炭に添加すると、石炭内にCaを均一に浸透させることができる。
【0025】
さらに、固体のCaやカルシウム化合物を石炭に添加する場合には、それらを粉状に成形したものが好ましい。粉状のCaやカルシウム化合物を用いることにより、石炭に対して均一にCaを添加することができるので、ホウ素を燃焼灰中に固定させることができる。また、Caやカルシウム化合物を液体に溶解させた形で用いる場合には、スラリー状のものが好ましい。スラリー状のものを用いることにより、石炭中により多くのCaを均一に浸透させることができるので、より多くのホウ素を燃焼灰中に固定させることができる。ここで、石炭に添加するCaの量は特に限定されないが、より多くのCaを石炭に添加する方がより多くのホウ素を燃焼灰中に固定させることができるので好ましい。
【0026】
なお、石炭にCaを添加する際には、Caやカルシウム化合物を石炭に散布するようにしてもよいし、スプレーなどを用いてCaやカルシウム化合物が溶解した液体を石炭に散布してもよく、さらにはCaやカルシウム化合物が溶解した液体に石炭を浸漬させてもよい。
【発明の効果】
【0027】
本発明に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法によれば、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させることができると共に微量物質を燃焼灰に固定することができる。したがって、本発明を火力発電所などに用いることにより、結果的に火力発電所などの脱硫排水中のホウ素濃度を低減させることができる。
【0028】
また、本発明に係る低溶出燃焼灰の製造方法によれば、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させると共に、微量物質を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質を低減させた低溶出燃焼灰を製造することができる。したがって、結果として、土壌改良剤やセメント混和材として有用な燃焼灰を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【0030】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法を実施するための石炭燃焼装置の一例を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態に係る石炭燃焼装置1は、筒状の電気炉2を有しており、内部を落下する微粉炭を加熱(最大加熱温度1500℃)して燃焼させることができるようになっている。
【0031】
電気炉2の上方には、流量調節器4を介して空気ボンベ5に接続された微量定量供給装置3が設けられており、流量及び空気比が制御された空気と共に所定量の微粉炭を電気炉2に供給することができるようになっている。また、電気炉2は流量調節器4に直接接続されており、電気炉2の内部を流れる空気の流量を独立して制御することができるようにもなっている。ここで、空気比とは、実際に電気炉2に供給した空気量を、石炭(微粉炭)を完全に燃焼させる際に要する空気量(理論空気量)で割った値である。
【0032】
一方、電気炉2の下方には、電気炉2の内部の空気を排出するブロア6が設けられている。そして、その下方には、先端部が電気炉2内に挿入された水冷式ガスサンプリングプローブ8を介して電気炉2と繋がった微量物質サンプリング装置7が設けられており、電気炉2から排出される排ガス及び燃焼灰を分析することができるようになっている。なお、水冷式ガスサンプリングプローブ8は、排ガス中の水分の凝縮を防止するために、約100℃の加圧温水で冷却している。
【0033】
このような石炭燃焼装置1に用いる電気炉2としては特に限定されないが、例えば管たる4段式のヒータが挙げられる。
【0034】
また、微量定量供給装置3としては、供給する微粉炭の量を制御することができるものであれば特に限定されないが、例えばスクリューフィーダーなどが挙げられる。
【0035】
さらに、微量物質サンプリング装置7としては、燃焼灰に含まれる微量物質(ホウ素、ヒ素、セレン、フッ素)の質量などを分析することができるものであれば特に限定されず、例えば高周波プラズマ分光分析装置などが挙げられる。
【0036】
このような石炭燃焼装置1を用いることにより、空気比、空気の流量、微粉炭の量、加熱温度を幅広い範囲で調整することができると共に、得られた燃焼灰に含まれる微量物質を直接分析することができる。
【0037】
以下では、この石炭燃焼装置1を用いて本実施形態に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法に関する実験を行なった。
【0038】
具体的には、微粉炭として瀝青炭を用い、その微粉炭にスラリー状の酸化カルシウムを所定量散布し、1400℃で燃焼させた。
【0039】
図2に、水冷式ガスサンプリングプローブ8により採取された排ガス中のホウ素濃度と灰アルカリ率との関係を示す。ここで、灰アルカリ率とは、燃焼灰中に含まれる各化合物の質量を(Fe23+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al23+TiO2)に代入した際の値である。なお、ホウ素の濃度については、電気炉2の排ガスを吸収液に採取し、その吸収液を誘導結合高周波プラズマ分光分析(inductively coupled plasma spectrometry:ICP分光分析)法を用いて測定した。
【0040】
図2に示すように、灰アルカリ率が大きくなるにつれてホウ素ガスの濃度が減少することが分かった。すなわち、微粉炭中のCaの量(微粉炭に添加するCaの量)が多くなるにつれてホウ素ガスの濃度が減少することが分かった。これは、微粉炭が燃焼する際に、微粉炭中のCaによりホウ素が微粉炭内に固定されるためであると考えられる。すなわち、ホウ素がCaによって燃焼灰中に固定されるために、結果的に石炭から気化して放出されるホウ素の量が減少すると考えられる。
【0041】
このことは、図3に示す燃焼灰中のホウ素の移行割合と灰アルカリ率との関係を示すグラフからも明らかである。ここで、ホウ素の移行割合とは、石炭を燃焼させた場合に発生するホウ素の量と、電気炉2から排出された燃焼灰に移行したホウ素の量との割合である。すなわち、ホウ素の移行割合とは、石炭を燃焼させた場合に発生するホウ素がどの程度燃焼灰中に含まれることになったのかを示すものである。したがって、図3に示すように、灰アルカリ率が大きくなるにつれて、ホウ素の移行割合が大きくなることからも、上述したようにして石炭から気化して放出されるホウ素の量が減少すると考えられる。
【0042】
次に、上述した実験で得られた燃焼灰のホウ素溶出特性について説明する。溶出試験は、環境庁告示第46号(平成3年)記載の方法を用いて実施した。本実験では、電気炉2から排出された燃焼灰50gを蒸留水500mlに混合し、その溶液を振とう機を用いて常温常圧で6時間振とうした後、孔径0.45μmのメンブランフィルターでろ過して溶出液とした。次に、ICP分光分析法を用いて、その溶出液中のホウ素濃度を測定した。なお、溶出液中のCa濃度については、ICP分光分析法を用いて測定すると共に、燃焼灰中のホウ素濃度については、アルカリ溶融−ICP分光分析法を用いて測定した。
【0043】
図4に、溶出液中のCa濃度とホウ素濃度との関係を示す。図4に示すように、溶出液中のCa濃度が増加するにつれて、ホウ素濃度が低下することが分かった。すなわち、石炭にCaを添加して燃焼させることにより、燃焼灰に含まれるホウ素が溶出しにくい燃焼灰を製造できることが分かった。
【0044】
続いて、上述した実験で得られた燃焼灰のヒ素溶出特性について説明する。溶出実験については、上述したホウ素の溶出実験と同様にして行なった。
【0045】
図5に、溶出液中のCa濃度とヒ素濃度との関係を示す。図5に示すように、溶出液中のCa濃度が増加するにつれて、ヒ素濃度が低下することが分かった。すなわち、石炭にCaを添加して燃焼させることにより、燃焼灰に含まれるヒ素が溶出しにくい燃焼灰を製造できることが分かった。
【0046】
さらに、上述した実験で得られた燃焼灰のセレン溶出特性について説明する。溶出実験については、上述したホウ素の溶出実験と同様にして行なった。
【0047】
図6に、溶出液中のCa濃度とセレン濃度との関係を示す。図6に示すように、溶出液中のCa濃度が増加するにつれて、セレン濃度が低下することが分かった。すなわち、石炭にCaを添加して燃焼させることにより、燃焼灰に含まれるセレンが溶出しにくい燃焼灰を製造できることが分かった。
【0048】
最後に、上述した実験で得られた燃焼灰のフッ素溶出特性について説明する。溶出実験については、上述したホウ素の溶出実験と同様にして行なった。
【0049】
図7に、溶出液中のCa濃度とフッ素濃度との関係を示す。図7に示すように、溶出液中のCa濃度が増加するにつれて、フッ素濃度が低下することが分かった。すなわち、石炭にCaを添加して燃焼させることにより、燃焼灰に含まれるフッ素が溶出しにくい燃焼灰を製造できることが分かった。
【0050】
以上説明したように、本実施形態に係る低ホウ素ガス石炭燃焼方法を用いることにより、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させることができると共に、微量物質を燃焼灰に固定することができる。また、本実施形態に係る低溶出燃焼灰の製造方法を用いることにより、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減させることができると共に、微量物質を燃焼灰に固定して、外部に溶出する微量物質を低減させた低溶出燃焼灰を製造することができる。
【0051】
(他の実施態様)
実施形態1では、石炭にCaを添加して燃焼させることにより、石炭が燃焼する際に気化するホウ素の量を低減すると共に、ホウ素を燃焼灰に固定して、外部に溶出するホウ素の量を低減させた低溶出燃焼灰を製造したが、Ca含有量が比較的少ない石炭とその石炭よりもCa含有量が比較的多い石炭とを混合した混炭を、上述したような低ホウ素ガス石炭燃焼方法及び低溶出燃焼灰の製造方法を用いて燃焼させてもよい。このようにしても、実施形態1と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】実施形態1に係る石炭燃焼装置の概略系統図である。
【図2】実施形態1に係るホウ素濃度と灰アルカリ率との関係を示すグラフである。
【図3】実施形態1に係る灰アルカリ率とホウ素の移行割合との関係を示すグラフである。
【図4】実施形態1に係る溶出液中のCa濃度とホウ素濃度との関係を示すグラフである。
【図5】実施形態1に係る溶出液中のCa濃度とヒ素濃度との関係を示すグラフである。
【図6】実施形態1に係る溶出液中のCa濃度とセレン濃度との関係を示すグラフである。
【図7】実施形態1に係る溶出液中のCa濃度とフッ素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【0053】
1 石炭燃焼装置
2 電気炉
3 微量定量供給装置
4 流量調節器
5 空気ボンベ
6 ブロア
7 微量物質サンプリング装置
8 水冷式ガスサンプリングプローブ

【出願人】 【識別番号】000173809
【氏名又は名称】財団法人電力中央研究所
【出願日】 平成18年7月31日(2006.7.31)
【代理人】 【識別番号】100101236
【弁理士】
【氏名又は名称】栗原 浩之

【識別番号】100128532
【弁理士】
【氏名又は名称】村中 克年


【公開番号】 特開2008−31363(P2008−31363A)
【公開日】 平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願番号】 特願2006−208816(P2006−208816)