持続可能な灰の管理: 水

石炭ベースの火力発電所 (TPP) では、消費される石炭の 40 パーセント近くが灰に変換されます。 これは生成プロセスの主要な副産物であり、処分が難しく、有益な利用が必要な用途が数多くあります。 したがって、ほとんどの工場では灰の管理が行われています。

しかし、灰の処理には、TPP の冷却システムに次いで大量の水が必要です。 現在の水の基準と、水を大量に消費する排ガス脱硫システムへの移行が進行しているため、灰処理プロセスにおける水の消費量を最適化することが必要です。

水の効率化のための戦略

ほとんどのプラントでは、灰と水の比率は 1:20 であることがわかっています。 これをフライアッシュの場合は 1:5、ボトムアッシュの場合は 1:8 に制限すると、節水に大幅に役立ちます。 灰と水の比率が 1 パーセント減少するごとに、1 時間あたり 60 立方メートルの水を節約できる可能性があります。

石炭ベースの TPP で生成される灰には、ボトムアッシュとフライアッシュの 2 種類があります。 底灰はTPPの炉の下で発生し、発生する灰の総量のほぼ20パーセントを占めます。 性質が粗いため、さらに取り扱うには粉砕する必要があります。

対照的に、フライアッシュは、TPP で生成される灰の総量の約 80 パーセントを占めます。 これは、エコノマイザー ホッパー、空気予熱器ホッパー、または電気集塵機 (ESP) を介して収集される非常に細かい粒子で構成されており、適切に処分する必要があります。

灰処理システム

ボイラーからのボトムアッシュはクリンカーが存在するため、取り扱いや廃棄時に水を必要としますが、電気集塵機からの飛灰は完全に乾燥した状態で廃棄できます。 しかし、経済的な理由から、湿式処分（重量比 10 ～ 20% の灰と水のスラリー）の方が一般的です。 高濃度スラリー処理 (HCSD) システムでは、湿式システム (灰濃度 50 ～ 60 重量%) よりも使用する水の量が少なくなります。

飛灰を乾式で取り扱うことは、水の消費量を削減する効果的な方法となり得ます。 材料は空気圧システムを介して ESP から収集され、適切に通気された中間保管サイロに移送されます。 その後、エンドユーザーに送信できます。 この方法の大きな問題の 1 つは、輸送力の低下による路線の閉塞です。 したがって、灰処理プラント (AHP) を設計する前に、灰粒子を分析することが重要です。 その他の問題としては、エアコンプレッサーの適切なサイズの必要性、ウェッティング ヘッドとエア ウォッシャー ノズルの詰まり、ウォーター ポンプの腐食の可能性などが挙げられます。

底灰の機械的除去はもう一つの効果的な方法であり、これには従来の底灰水門水システムの代替として機械化された底灰コンベアシステムを使用することが含まれる。

もう 1 つの代替案は、中間サージ ホッパー、ストリーム サージ ホッパー、スクリュー コンベア、灰ミキサー、撹拌保持タンク、チャージ ポンプを使用する高濃度スラリー処理システムです。 飛灰は各中間サージホッパーに乾燥状態で収集され、スクリューコンベアと灰ミキサーを介して撹拌混合タンクに排出されます。 灰ミキサーへの水の流れはモーターによって制御されます。 このプロセスにより、スラリーの希釈が軽減され、エネルギーと水の両方が節約されます。 これらのシステムは必要なスペースが少なく、資本コストと運用コストが低くなります。 このプロセスでは、他の灰処理システムで必要な水の 8.34 パーセントが使用され、水漏れによる汚染のリスクは最小限またはゼロです。 ごくわずかな流出水と水リサイクルシステムの容量が必要です。 また、スラリーが固まるのでダスティングの必要性も減り、修復が可能になります。

他の植物の機能のために水を再利用したり、灰池のために雨水を集めたりするなどの他の対策により、水の必要量を削減できます。 灰水の再循環を使用するプラントでは、通常、灰池の水の 70 パーセントを回収し、AHP で再利用できます。

業界の取り組み

NTPC は模範を示し、最新の火力発電技術を導入しています。 NTPC のシパット スーパー火力発電所は、他の電力会社が水効率の高い灰処理のロードマップとして検討できるいくつかの革新的な節水対策を講じています。 NTPC Sipat は、同社のステーションの中で最も水の消費量が少ないステーションです。 当ステーションは、灰水、ドレン水、排水処理水、下水等を排水処理場、下水処理場、灰水循環システムなどの各種リサイクルシステムにより利用・再利用しており、廃液ゼロ対応となっています。

ステーションは乾式排気技術により飛灰を排気します。 この灰は、低地の埋め立て、灰レンガの製造、およびセメント工場の投入材料として使用されてきました。 これらの取り組みにより、灰処理のための水の使用量が大幅に削減されました。 NTPC は、リアルタイムの水システム監視ダッシュボードを使用して、給水時点から最終消費まで直接水システムを監視し、水の使用量を大幅に改善します。 このステーションは、水の消費量を削減し、持続可能性を確保するために、雨水の貯留や貯水池のライニングなどの取り組みに取り組んでいます。 また、ステーションはより高い濃度サイクルで動作し、水冷システムに必要な淡水の量を減らし、それによってあらゆる面で水を節約します。 これにより、最終的に、ステーションの比水消費量を前年比で 2021 ～ 22 年に 2.66 リットル/kwh に削減することができました。これは、規定の基準をはるかに下回っています。

多くの公益事業は、水の消費要件を変更する可能性があります。 モノのインターネットと人工知能ベースの水管理システムは、上記の対策と組み合わせることで、TPP をよりクリーンで持続可能なものにすることができます。 Gencos はオンライン灰分析装置を導入して、石炭の灰分と発熱量を測定できます。 このような分析装置は、ベルトコンベア上の石炭に含まれる総灰分を測定し、その結果をリアルタイムでプラントのオペレータに報告し、情報に基づいた意思決定とプロセス制御を支援します。 これらの対策とは別に、運用とメンテナンス/修理とメンテナンスの実践に重点を置くことで、よりクリーンなテクノロジーのためのスペースを確保できるほどシステムの堅牢性が確保されます。

電力部門が水の主要消費者であることを考えると、これらの対策は環境を保護しながら重要な資源を節約することができます。