JP2000325742A - 脱硫装置出口ガスからの脱塵と水または水蒸気回収方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硫装置出口ガスより冷たい微粒液滴を噴霧
することにより排ガスの脱塵と水回収をすること。 【解決手段】 湿式石灰石−石膏法の脱硫装置５００の
出口排ガス６に冷たい微粒液滴をガス流れに対して向流
に噴霧するスプレ部７０６と肥大化したダスト、ミスト
の捕集部７０２を設ける。脱硫装置５００の出口排ガス
６に微粒液滴を噴霧させるとダストは主に慣性力により
捕集される。さらに微粒液滴にするために接触面積が増
加し拡散集塵により集塵性能を高める。 【効果】 水蒸気が飽和状態にあるダストを含む処理ガ
スの脱塵と水回収を行うために、処理ガス温度より冷た
い微粒液滴を噴霧させ脱塵と水回収を行うようにしたも
のであるから、飽和状態の水蒸気を過冷却することでダ
スト肥大化により大きな粒径のダストを成長させること
ができるので捕集効率を高めることができる。また、同
時に飽和状態の水蒸気を直接冷却した微粒液滴と熱交換
できるので効率良く燃焼排ガスを冷却でき、水蒸気を凝
縮させ水回収が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は火力発電所又はごみ
焼却プラントに設置する湿式脱硫装置の出口ガスからの
ダスト除去と水または水蒸気の回収方法と装置などに関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在稼働中の火力発電所プラントの代表
的な総合排煙処理システムを図１４に示す。図１４の総
合排煙処理システムは、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化
物、硫黄酸化物、粉塵及び排ガス加熱の要素機器の組み
合わせからなる。

【０００３】図１４において、ボイラ１００から発生す
る燃焼排ガス２は、先ず、窒素酸化物を除去するために
脱硝装置２００に導入される。脱硝装置２００では燃焼
排ガス中の窒素酸化物をアンモニアガスを還元剤とし触
媒上で気相還元させ窒素ガスにする方式が多く採用さ
れ、技術的にも完成している。窒素酸化物を除去した燃
焼排ガス３は、次にガス／ガス熱交換器３００と呼ばれ
る要素機器に導入され、燃焼排ガスの温度を下げられ、
燃焼排ガス４になる。

【０００４】燃焼排ガス４は電気集塵機４００に導入さ
れ、燃焼排ガスに含まれるダストが除塵される。石炭火
力発電の場合、ボイラ１００の燃焼条件にもよるが通
常、燃焼排ガス４には単位立方メートルガス量当たり２
０グラム程度のダストが含まれる。

【０００５】この燃焼排ガス４を電気集塵機４００に導
入することにより、電気集塵機４００の出口では単位立
方メートルガス量当たり１００から２００ミリグラム程
度に低減することができる。

【０００６】最近ではガス／ガス熱交換器３００と電気
集塵機４００を設置するシステム構成を変えることによ
り、電気集塵機４００の操作温度１３０℃〜１３８℃を
９０℃〜１００℃に低下させ、電気集塵機４００の出口
でのダスト濃度を単位立方メートルガス量当たり３０か
ら５０ミリグラム程度に低減できるようになった。

【０００７】電気集塵機４００の出口の燃焼排ガス５は
脱硫装置５００に導入される。脱硫装置５００は燃焼排
ガスに４００〜２０００ｐｐｍ含まれる硫黄酸化物を除
去する要素機器である。現在、火力発電プラントに採用
されている脱硫装置５００は大部分が湿式石灰石−石膏
法と呼ばれている方式である。

【０００８】湿式石灰石−石膏法は微粒石灰石を水に懸
濁した、いわゆるスラリーと燃焼排ガスを気液接触させ
て硫黄酸化物を吸収させ、安定な石膏に固定する方法で
ある。この湿式石灰石−石膏法は硫黄酸化物の吸収性能
が高く、また脱硫性能を高くすることができる。また、
ボイラ負荷変化等に対して変化する排ガス量や硫黄酸化
物濃度にも安定な脱硫性能が得られることなどから広く
火力発電ボイラの脱硫装置５００として採用されてい
る。

【０００９】しかし、湿式脱硫装置５００の出口ガスに
は蒸発水が同伴し、煙突から放出されることや吸収塔内
の吸収液（スラリー）に有害物が濃縮してくるために常
に吸収液の一部を系外に抜き出し処理する必要があるな
どの課題もある。１００万キロワット規模の石炭火力発
電プラントに設置した湿式脱硫装置を例にすれば、蒸発
水と脱硫排水量は時間当たり、それぞれ８０トン、４０
トン程度である。従って、常時、脱硫装置には時間当た
り約１２０トンの補給水が必要になる。この補給水が湿
式脱硫装置を運用するユーテリティコストの大きな比率
を占める。

【００１０】最近では煙突出口から排出されるガス中の
ダスト濃度を単位立方メートルガス量当り２から３ミリ
グラム以下に抑え可視煙（白煙）を防止しようとする技
術開発が行われてきている。

【００１１】電気集塵機４００の出口のガス中には単位
立方メートルのガス量当たり３０から５０ミリグラムの
ダストが含まれており、煙突出口で単位立方メートルの
ガス量当たり２から３ミリグラム以下にする技術が要求
されている。従来は、この可視煙を無くすために脱硫装
置５００の出口に湿式電気集塵機を設置し、ダスト濃度
を単位立方メートルのガス量当たり２から３ミリグラム
以下にしていた。しかし、火力発電所の総合排煙処理シ
ステムの最適化を進める場合、脱硫装置５００の出口に
大容量の湿式電気集塵機を設置することは不具合であ
り、高性能で簡易な脱塵装置が要望されている。

【００１２】ところで、湿式石灰石−石膏法の脱硫装置
には硫黄酸化物の除去機能以外に高い除塵機能がある。
特に、湿式石灰石−石膏法の脱硫装置に用いられる気液
接触装置としてスプレ方式のものを採用した場合、８０
から９０％の高い除塵率が得られており、従来でもスプ
レ方式による気液接触装置を採用した場合に煙突出口で
単位立方メートルのガス量当たり４から５ミリグラムの
除塵率を達成している。

【００１３】従って、前述した可視煙の防止の面から除
塵率を単位立方メートルのガス量当たり２から３ミリグ
ラムに低減するには、脱塵装置５００に重装備の湿式電
気集塵機５５０を設置する代わりに、高性能でかつ簡易
な脱塵装置の開発が渇望されている。

【００１４】また、湿式脱硫装置の課題には前述したご
とく、蒸発水と排水の低減があり、蒸発水を回収するこ
とができれば、補給水の大巾な低減が可能であり、この
技術の確立はユーテリティ低減の点から重要である。

【００１５】湿式石灰石−石膏法脱硫装置の出口処理ガ
スから水を回収する方法は幾つか提案されている。例え
ば、実公平２−２５４７１号では脱硫装置出口のガスと
吸着剤を接触させガス中の水蒸気を吸着させる方法が提
案されている。水蒸気を吸着した吸着剤は加熱再生して
循環使用する方式である。この方式は吸着剤を選定すれ
ば脱硫装置の出口ガスから水を効率良く回収することが
できる。しかし、蒸発水を吸着した吸着剤を再生するた
めに高温のガス源が必要となる。

【００１６】実公平２−２５４７１号公報には吸着剤を
再生するために湿式石灰石−石膏法脱硫装置に導入する
高温ガスと熱交換させることが有効であることが記載さ
れている。吸着剤として安価な活性炭を使用するが、水
分を吸着した活性炭は脱硫装置入口の高温ガスと熱交換
させることにより再生可能であるが、同時に燃焼排ガス
中に含まれる硫黄酸化物を吸着しつつ再生されるので、
活性炭を循環使用していると活性炭の細孔内に希硫酸が
吸着してくる。希硫酸を吸着した活性炭の再生は水洗す
るか不活性ガス中で少なくとも再生温度を４００℃以上
で加熱再生する必要がある。水分を吸着した活性炭を高
温ガスと間接熱交換するには再生塔が大容量となる問題
がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このような石炭火力発
電プラントの総合排煙処理システムを構築するには脱硫
装置出口ガスラインに設置する湿式電気集塵機に代わる
高性能で簡易な脱塵装置の開発と同時に脱硫装置から蒸
発する水蒸気を回収し、補給水を少なくすることがユー
テリティ低減などから有効である。このような脱硫装置
出口ガスダクトに脱塵や蒸発水回収の要素機器を別々に
直列に配属することも可能であるが、脱塵と蒸発水回収
を同時に行うことができれば排煙処理システムが簡素化
できる。同様のシステム開発のことはごみ焼却プラント
の排煙処理システムでも要望されている。

【００１８】本発明の課題は、脱硫装置出口ガスライン
に設置する湿式電気集塵機に代わる高性能で簡易な脱塵
装置の開発と脱硫装置から蒸発する水蒸気を回収し、補
給水を少なくすることができる石炭火力発電、ごみ焼却
プラントの総合排煙処理システムを提供することであ
る。

【００１９】また、本発明の課題は、脱硫装置出口ガス
に脱塵や蒸発水回収を同時に行うことができる火力発
電、ごみ焼却プラントの総合排煙処理システムを提供す
ることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成により解決される。湿式石灰石−石膏法による吸収
塔内に導入された排ガスと吸収液を接触させて排ガス中
の硫黄酸化物を除去する脱硫装置の出口排ガスに含まれ
るダスト及び水または蒸発水を回収する脱硫装置出口排
ガスからの脱塵及び水または蒸発水の回収方法におい
て、脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレクール液を
微粒液滴として脱硫装置出口排ガスの流れに対して向流
に噴霧する脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水
蒸気の回収方法である。

【００２１】プレクール液を脱硫装置出口排ガスに噴霧
した後、さらに排ガスに対して向流に液を噴霧すること
ができる。また、脱硫装置出口排ガス温度より低温のプ
レクール液は該液を海水、空気、冷凍機の作動流体のい
ずれかと熱交換させて冷却して用いる。

【００２２】また、プレクール液を噴霧したガス流れの
後流側で微粒液滴、肥大化したダスト、水蒸気の凝縮水
をミストエリミネータで捕集するか、又は荷電部で捕集
する。また、微粒液滴、肥大化したダスト、水蒸気の凝
縮水を捕集したものの一部は脱硫装置の補給水として使
用することができる。

【００２３】また、プレクール液のｐＨを調整し、脱硫
装置出口排ガスにミスリークする微量な硫黄酸化物、ア
ンモニア化合物、カルシウム塩、又は金属化合物を捕集
する機能を持たせることもできる。

【００２４】本発明には、火力発電設備又はごみ焼却設
備において発生する燃焼排ガスを浄化処理するために、
燃焼排ガスを脱硝処理、集塵処理、脱硫処理、脱硫処理
後の脱塵処理、水回収処理及びガス加熱処理を行う火力
発電設備又はごみ焼却設備排ガスの総合排煙処理方法に
おいて、脱硫処理後の脱塵処理、水回収処理に請求項１
記載の脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気
の回収方法を用いる火力発電設備又はごみ焼却設備排ガ
スの総合排煙処理方法も含まれる。本発明には、上記方
法を実施するための装置も含まれる。

【００２５】

【作用】脱硫装置出口ガスから脱塵と水蒸気回収を同時
に行うために、ガス流れに対して向流に噴霧するスプレ
を設置する。本発明では、このスプレにより噴霧する微
粒液滴をあらかじめ冷却することで、脱塵と蒸発水回収
の機能を同時に達成させる。以下には本発明によるプレ
クール微粒液滴による脱塵と蒸発水回収についての作用
と機能を説明する。

【００２６】先ず、プレクール微粒液滴による脱塵作用
について説明する。ここで定義するプレクール微粒液滴
脱塵は処理ガス温度より低温の微粒液滴を燃焼排ガス中
に噴霧させ、燃焼排ガス中のダストと液滴を衝突させて
排ガス中の脱塵を行う方式である。特に、本発明では冷
たい微粒液滴を燃焼排ガス中に噴霧することにより、燃
焼排ガス温度を急冷し、急激的な過冷却状態を誘発させ
ダストを凝縮核として水蒸気を凝縮させ、ダストを肥大
化させて除塵性能を高めることにある。燃焼排ガスを急
冷することにより燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させるこ
とができるので、脱塵と同時に効率的な水回収ができる
プロセスである。

【００２７】通常、脱硫装置出口の燃焼排ガス中のダス
ト粒径は、４ミクロン以下の微粒子が多く含まれてお
り、１ミクロン以下の微粒子が約５０％を占めている。

【００２８】微粒液滴脱塵は微粒ダストと向流接触させ
ると粒径の大きいダストから順次衝突し、慣性力により
液滴に捕集される。この微粒液滴脱塵によるダスト捕集
効率はダストと液滴の相対速度が大きい場合に高くで
き、さらに噴霧する微粒液滴径が小さくなるほどダスト
の捕集効率を高くできることが明かになっている。

【００２９】従って、微粒液滴脱塵プロセスでは同じ液
量を排ガス中に噴霧し、脱塵する場合でも噴霧液を微粒
化する程、ダスト捕集効率は高くでき、さらに噴霧液を
微粒化するほど液滴粒径の３乗に逆比例して液滴の個数
を増やせるので衝突確率の頻度も高めることができる。

【００３０】本発明は微粒液滴脱塵による排ガスの脱塵
性能を高める手段として、噴霧する微粒液滴自体を燃焼
排ガス温度より低温に急冷し、これにより脱硫装置出口
ガス中の水蒸気を過冷却することで、ダストを凝縮核と
して肥大化させて捕集効率を高めるものである。

【００３１】湿式脱硫装置内では断熱冷却されるので当
該装置入口でのガス温度が１００℃から１３８℃の燃焼
排ガスは脱硫装置出口では５２℃〜５５℃に冷却され、
水蒸気が飽和した状態にある。脱硫装置入口ガス、出口
ガスの温度と湿度の関係を図２に示す。

【００３２】図２において、ガス／ガス熱交換器の熱回
収部に導入された燃焼排ガスの温度ａは、冷却され温度
ｂとなり、脱硫装置に導入される。脱硫装置では断熱冷
却され、ｂ点の温度からｃ点まで冷却される。脱硫装置
出口ガスは断熱冷却され、飽和状態にある。

【００３３】通常、ｃ点のガスをガス／ガス熱交換器の
加熱部に導入し、ｄ点まで加熱し、煙突から大気に放出
する。ところで、脱硫装置の出口ガス温度、湿度は飽和
状態ｃ点にあるが、これを緩慢に冷却すると飽和曲線上
に沿ってｃｃ点まで低下し、排ガスの湿度、温度が低下
する。

【００３４】すなわち、脱硫装置出口ガスの温度を下げ
れば、排ガスの湿度、温度は飽和曲線上のｃ点からｃｃ
点に低下し、両者の露点差が実際に回収可能な理論上の
水分量となる。脱硫装置出口ガス温度５２℃ 〜５５℃
を、これより低温の微粒液滴を噴霧させることにより、
水蒸気は急冷され、過冷却となり凝縮しやすい状態が誘
発させる。

【００３５】このような状態では、燃焼排ガス中のダス
トなどを凝縮核として過冷却状態にある水蒸気が凝縮す
る。この時にダスト粒径が見掛け上大きくなり慣性によ
る集塵効率を高める。

【００３６】微粒液滴による脱塵は基本的に衝突による
慣性力と、微細液滴により表面積が大きくなり分子拡散
とにより行われる。微粒液滴のダストの捕集効率は確率
的にダスト粒径の大きいものから慣性力により捕集され
ていくことになる。従って、ダスト捕集効率を高めるに
はダスト粒径や噴霧する微粒液滴粒径に大きく依存して
いる。前述したごとく燃焼排ガスに占める微粒液滴の割
合が増加してくると慣性衝突によるダクト捕集効率と分
子拡散による拡散集塵作用が起こる。

【００３７】集塵性能について粒径毎の部分捕集効率に
ついての実施の形態を図３に示す。集塵性能は粒径が大
きいほど高く、粒径が小さくなるに従い低下してくる。
ダスト粒径が０．３〜０．５μｍ程度になると集塵性能
に極小値を示すようになる。

【００３８】一方、ダスト粒径が０．３〜０．５μｍよ
り小さくなると集塵性能は徐々に高くなることが脱塵実
験で明かになっている。ダスト粒径が０．３〜０．５μ
ｍより小さくなる領域でのダストの挙動は分子拡散を模
擬できる。そのため、微細液滴脱塵の機構を分類する
と、一般にはダスト粒径が０．３〜０．５μｍを境にし
てそれより粒径が大きい場合の集塵機構は慣性力集塵、
それ以下のダスト粒径の場合は拡散集塵といえる。

【００３９】本発明の微粒液滴脱塵の場合は両方の集塵
作用が相互に作用し、高い集塵性能を得ることができる
ことが明らかになった。従って、微粒液滴脱塵性能は液
滴粒径、液滴とダストの相対速度、衝突頻度に大きく依
存する。単位立方メートルのガス量をＧ、噴霧液量をＬ
で表すと、気液流量比Ｌ／Ｇが大きくなれば脱塵性能が
高くなる関係にある。

【００４０】微粒液滴を発生させるには液のスプレ形式
や液の噴霧ノズル口径の選定が重要になる。しかしなが
ら微粒液滴の発生を重視し、あまり小さい口径のノズル
を選定すると、設置するスプレノズルの個数が多くなり
得策でない。またスプレノズル口径を大きくすると液滴
粒径が大きくなり、噴霧する単位液量当りの集塵性能は
低くなる。従って、微粒液滴を発生させるスプレノズル
口径を適切な大きさのものにすることが好ましい。

【００４１】以上、本発明のプレクール微粒液滴による
脱塵作用について説明したが、以下では同時に起こる蒸
発水回収作用について説明する。原理的には脱硫装置出
口ガスは水蒸気が飽和状態にある。この燃焼排ガスを冷
却すれば、飽和水蒸気曲線上に沿って温度、湿度が低下
する。回収水蒸気量は冷却する燃焼排ガス中の湿度と冷
却後の湿度との差分である。燃焼排ガスの温度を下げれ
ば下げるほど回収水蒸気量となる回収水分量も多くする
ことができる。しかし、冷却源となる海水や空気との温
度差により回収できる限界水分量が決まる。

【００４２】このような制約条件で回収水分量を多くす
るには、微粒液滴脱塵・水回収部での気液流量比Ｌ／Ｇ
を大きくすることであり、燃焼排ガスと噴霧液との温度
差を大きくすることである。

【００４３】本発明の場合、冷たい微粒液滴と燃焼排ガ
スを直接熱交換できるので、従来の熱交換器による間接
熱交換などに比べ、単位伝熱面積当たりの熱交換量が大
きくできる。また、微粒液滴の表面積が直接伝熱面積と
なるので、伝熱面積を大きくすることができる。

【００４４】本発明の機能を要約すれば燃焼排ガス中へ
冷たい微粒液滴を噴霧することにより、慣性と拡散集塵
作用を高め、さらにダストを凝縮核に肥大化させて粒径
を大きくして高い集塵性能を得るものである。

【００４５】原理的には飽和水蒸気中に急激的に冷たい
液滴を噴霧させるので飽和水蒸気中の水蒸気が過冷却状
態を誘発され、過冷却状態にある水蒸気はダストを核に
して凝縮する。

【００４６】さらに、ダストなどを核にダストあるいは
液滴として水蒸気が凝縮するのに伴いバルク燃焼排ガス
内の凝縮部とそれ以外の部分で圧力勾配が生じてダスト
などを吸引し、捕集効果を高める。

【００４７】また冷たい微粒液滴で燃焼排ガスを冷却す
ることになるので水蒸気は冷却されて凝縮し、水回収が
可能になる。水回収量は微粒液滴発生時の気液流量比Ｌ
／Ｇにより調整でき、Ｌ／Ｇを高めれば水回収量が多く
なり、脱塵性能も高くすることができる。

【００４８】プレクール微粒液滴を形成させるには、タ
ンク内などで噴霧液を冷却することにより達成でき、冷
却源としては海水、空気、冷凍機などによる冷却作動媒
体が有効である。

【００４９】このように冷された噴霧液を燃焼排ガスの
流れに対して向流噴霧することにより、脱塵、水蒸気回
収が可能になり、ガス流れに対してスプレする噴霧液の
スプレ段を多段設置することによりさらに効果的とな
る。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明の脱塵と水蒸気回収するプ
ロセスを火力発電プラントに適用したときの代表的な実
施の形態を図１に示す。図１に示す実施の形態は、従来
の火力発電プラントの総合排煙処理システムとして示し
た図１４の要素機器の中で湿式電気集塵機５５０に代わ
るものとして、本発明の脱塵、蒸発水回収プロセス７０
０の設置位置を点線のサークル内に示している。

【００５１】脱塵と蒸発水回収を組み合わせた本発明の
プロセスの詳細を図４に示す実施の形態により説明す
る。脱硫装置５００の出口ガス６は本発明の微粒液滴脱
塵・水回収プロセス部７００に導入される。微粒液滴脱
塵・水回収プロセス部７００は噴霧液を冷却するタンク
７０５、冷却源７０４、微粒液滴噴霧器７０１、スプレ
ノズル７０６、冷却ゾーン７０３、ミストエリミネータ
７０２などの構成機器からなる。

【００５２】冷された噴霧液は冷却タンク７０５からス
プレノズル７０６に供給され、微粒化されて噴霧され
る。冷却タンク７０５内の噴霧液は冷却源７０４により
熱交換し冷却される。

【００５３】脱硫装置５００の出口ガス６は水蒸気が飽
和状態にあり、冷却ゾーン７０３入口で冷たい微粒液滴
と接触することで急冷され、ガス中の水蒸気は過冷却状
態を作る。過冷却状態にある水蒸気は冷却ゾーン７０３
内を飛行する過程でダストなどを凝縮核として容易に凝
縮し、ダスト自体は肥大化する。この凝縮した一連の粒
子はスプレノズル７０６の後流に設置するミストエリミ
ネータ７０２に導かれ捕集することができる。

【００５４】脱塵され、水蒸気の一部が捕集されたガス
７は図１に示したガス／ガス熱交換器３００に導入さ
れ、加熱後に煙突８００から放出することができる。一
方、脱硫装置出口ガスを冷却し、回収される水７０７の
一部は冷却タンク７０５にリサイクルさせて使用するこ
とができ、残りは脱硫装置の補給水として使用できる。

【００５５】図４の例に示すようにスプレノズル７０６
から冷たい微粒液滴を噴霧することにより飽和状態にあ
るガス中の水蒸気は前述した過冷却状態となるためダス
トなどを凝縮核に凝縮が一気に始まる。図５にはプレク
ール微粒液滴を噴霧したときのガス流れに対しての過冷
却状態を模式化して示した。脱硫装置の出口ガス６は約
５５℃の飽和状態にあり、プレクール微粒液滴により水
蒸気は過冷却状態となる。

【００５６】ダストなどを凝縮核として水蒸気が凝縮す
ると、液滴周りをミクロ的に見ると処理ガスと液滴界面
との間に圧力差が発生し、処理ガス中に浮遊し、飛行す
る微細ダストが液滴に吸引され力が発生し、捕集効果を
高める。

【００５７】このようにしてダストは水蒸気を凝縮核に
肥大化し、粒径の大きくなったダストを微粒液滴脱塵の
作用で述べたように捕集することが可能である。例えば
ミストエリミネータ７０２などによりこのダストを容易
に捕集することができる。

【００５８】次に、ガス中の水蒸気の過冷却状態を誘発
させ、ダスト捕集効率を高める手段を備えた実施の形態
を図６に示す。脱硫装置出口のガス６にプレクール微粒
液滴のスプレゾーン７０６をガス流れに対して直列に２
段設置する例である。

【００５９】ガス流れに対して前流のスプレゾーン７０
６で微粒液滴脱塵と同時に過飽和状態にある水蒸気を過
冷却状態にしてダストを水蒸気の凝縮核として肥大化さ
せると同時に凝縮液滴回りでの減圧状態を形成させて、
ダストの液滴への吸引力を高め集塵効率を高めるように
作用させる。

【００６０】一方、ガス流れに対して後流のスプレゾー
ン７０６では更なる脱塵と水蒸気の冷却状態が進行し、
ダストは徐々に肥大化し、粒径が大きくなり、慣性力に
よる捕集効率を高める。スプレゾーン７０６をガス流れ
に対して多段に設置することにより冷却効果が促進さ
れ、ダスト捕集効率を高めることができる。最終的には
ミストエリミネータ７０２により肥大化したダスト、ミ
ストが捕集され、得られたガス７は図１に示したガス／
ガス熱交換器３００に導かれ、加熱後に煙突８００から
放出される。

【００６１】脱硫装置出口に本発明の微粒液滴脱塵と水
回収同時プロセスを適用した代表的実施の形態を図７に
示す。図４、図５及び図６に示したプレクール微粒液滴
脱塵と水回収同時プロセスと原理的には同じである。

【００６２】図７に示す実施の形態では脱硫装置出口ガ
ス６と微粒液滴の接触ゾーンを２分割している。脱硫装
置出口ガス６は、まず第一スプレゾーン７０６に導入す
る。脱硫装置出口ガス６の温度は約５５℃の飽和水蒸気
状態にあるので、冷却タンク９００からの冷たい噴霧液
をポンプ９０１により昇圧し、スプレ７０６から微粒液
滴を噴霧し、ガスと向流接触させる。

【００６３】この第一スプレゾーン７０６は本発明の微
粒液滴による脱塵と飽和状態にある水蒸気の過冷却状態
を誘発させるゾーンである。過冷却された水蒸気は仕切
り板９０４の下部をくぐり抜け、第二のスプレゾーン９
０６に導入される。第二スプレゾーン９０６では第一ス
プレゾーン７０６で肥大化したダストを微粒液滴によ
り、脱塵し、更にガスの冷却を促進させて水回収を促進
させる。

【００６４】第一スプレゾーン７０６で過冷却された水
蒸気はダストを凝縮核として肥大化し、水蒸気の凝縮が
促進する。第二スプレゾーン９０６では肥大化したダス
トと凝縮した水蒸気を微粒液滴により回収する。

【００６５】冷却タンク９００では冷却源９０７と熱交
換して冷却する。冷却源は前述したように海水、空気、
冷凍機等の作動流体等と間接熱交換することができる
が、図７の例では海水との熱交換により冷却を行う場合
を示した。

【００６６】第二スプレゾーン９０６から発散するミス
ト等は最終的にミストエリミネータ７０２により捕集す
ることができる。ミストエリミネータ７０２出口のガス
７は図４、図５、図６と同様に図１のガス流れ７からガ
ス／ガス熱交換器３００に導入され、加熱された後に煙
突８００から大気に放出する。

【００６７】次に時間当たり６００立方メートルのガス
を用いた本発明の実施の形態の装置を図８に示す。図８
の例では塔径２５０ミリメートルの第一スプレゾーン７
０６と第二スプレゾーン９０６を設置させた。第一スプ
レゾーン７０６では図７の例と同様に過飽和状態の水蒸
気を過冷却し、脱塵作用を持たせ、第二スプレゾーン９
０６では肥大化したダストの脱塵と冷却による水回収を
行う。

【００６８】水蒸気が飽和している約５１℃の脱硫塔出
口ガスを模擬したガス６を流し、流れ９０９からダスト
を導入した。ダストの粒径分布は図９に示した。これら
のガスは冷却タンク９００からの噴霧液をポンプ９０１
で昇圧し、第一スプレゾーン７０６から微粒液滴として
噴霧した。その後、ガス６を第二スプレゾーン９０６に
導入し、ガス６の冷却と脱塵を行った。冷却タンク９０
０では約２５℃の冷却源と熱交換させ、スプレノズルか
らは約３３℃の微粒液滴を噴霧させた。

【００６９】図９に粒径分布を示したダストを単位立方
メートル当たりのガス量に対して５〜７ミリグラム共存
させた。第二スプレゾーン９０６の出口のガス中のダス
ト濃度は単位立方メートル当たりのガス量に対して１．
７〜２．３ミリグラムであった。

【００７０】約８５リットルの冷却タンク９００の液の
レベルは時間当たり約３．５ミリメートル上昇し、水が
回収されていることが確認された。

【００７１】第一スプレゾーン７０６、第二スプレゾー
ン９０６のスプレ噴霧する背圧が単位センチメートル当
たり１キログラムを３キログラムに高めると第二スプレ
ゾーン９０６出口のガス中のダスト濃度は単位立方メー
トル当たりのガス量に対して１．５〜１．９ミリグラム
に減少した。

【００７２】さらに第一スプレゾーン７０６と第二スプ
レゾーン９０６の噴霧液量の比率を１：１から１．５：
１にするとそれぞれのスプレ噴霧する背圧が単位センチ
メートル当たり３キログラムの下ではガス中のダスト濃
度は単位立方メートル当たりのガス量に対して１．４〜
１．７ミリグラムで、１ミクロン粒径以下のダストが噴
霧液量の比率１：１に比べ減少した。

【００７３】図１０はダストを含む約５５℃の飽和水蒸
気状態のガス流れに冷たい微粒液滴をスプレ噴霧させた
際の集塵性能への影響を調べた結果である。脱硫塔出口
のガスを模擬するために、図１０のガス調整部３１１か
ら図８に示す模擬ガスを供給し、第一スプレ部３１２に
おいて冷却と脱塵を行った。この第一スプレ部３１２で
は水蒸気の過冷却を誘発させてダストを肥大化させ、第
二のスプレ部３１４では肥大化したダスト捕集を行うよ
うにした。各スプレから噴霧する冷たい噴霧液は冷却タ
ンク３１３で温度を調整した。

【００７４】脱塵性能に及ぼす微粒液滴の冷却温度の影
響を調べるために、ガス温度と噴霧微粒液滴の温度差を
変化させ、第一スプレ部３１２に供給するダスト濃度と
第二スプレ部３１４の上部３１５のダスト濃度を測定し
て評価した。ガス温度と噴霧微粒液滴の温度差が大きい
ほど脱塵性能が高くでき、また温度差が大きいほどガス
中の微粒ダストの捕集効率を高められることが明らかに
なった。

【００７５】図１１にはガスとスプレ噴霧する液温が同
じ場合のスプレ噴霧による集塵性能について評価した代
表例を示す。スプレノズルは口径１／２インチのホロコ
ーン型のものを使用した。スプレノズルの背圧を単位セ
ンチ平方メートル当たり２キログラムとし、ダスト濃度
を単位立方メートル当たり５〜７ミリグラムに調整し
た。この時、ガスとスプレの噴霧液流速との相対速度は
単位秒当たり約１０メートルであった。脱塵性能はダス
ト粒径に大きく依存することが明らかになった。

【００７６】図４、図５、図７に示した捕集機７０２は
現状のミストエリミネータ型でも充分ガス中のミストや
一部ダストを捕集できるが、前記ミストエリミネータに
代わり、図１２に示す荷電部を設置することにより一段
とミストやダストの捕集効率を高められることが明らか
になった。荷電タイプのミストエリミネータは平板極を
集塵極としてダスト、ミストを帯電させてクーロン力に
より捕集する方式である。

【００７７】図１３（ａ）、（ｂ）に示す例は図１２の
集塵極の電極間隔を２０ｃｍとした場合、排ガス流速を
３、１０ｍ／ｓと変化させた際の電極間隔を飛行する液
滴の捕集に必要な電極長さを求めたものである。ミスト
粒径が大きいほど捕集効率は高められる傾向にある。

【００７８】脱硫装置では硫黄酸化物を効率良く除去で
きる。しかし、実際は微量であるが脱硫装置からミスリ
ークしてくるＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＨ_３、アンモニア化合
物、金属酸化物などがプレクール微粒液滴脱塵・水回収
部７００で捕集されることが明らかになった。これは冷
たい微粒液滴と接触するためであり、微量のアンモニア
などは噴霧液滴のｐＨを下げると捕集しやすくなること
が明かになった。

【００７９】最も脱硫装置では硫黄酸化物を１００％除
去することは不可能であるから、例えば、図４の冷却タ
ンク７０５に回収した水の一部を循環して使用している
と硫黄酸化物を吸収しｐＨが低下する。従って、ｐＨの
低い噴霧液を冷し、微粒液滴とすることにより、より効
果的なミスリークしてくる脱塵、水回収以外にアンモニ
アなどが効率良く回収できる。また、重金属化合物の捕
集は脱硫装置出口ガス温度条件では蒸気圧が高いが、プ
レクール微粒液滴ゾーンでは温度が低いので捕集しやす
くなることが明らかになった。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、水蒸気が飽和している
ダストを含む処理ガスの脱塵を行うのに、ガス温度より
冷たい微粒液滴を噴霧させて脱塵と水回収を同時に行う
ようにしたので、プレクール微粒液滴を噴霧することに
より飽和状態の水蒸気を過冷却状態を誘発し、ダストな
どが凝縮核となりダストが肥大化し、粒径が大きくなる
ことを利用して効率的な脱塵が可能である。

【００８１】さらに、同時に飽和状態の水蒸気を冷却す
ることにより水蒸気を凝縮させ水回収が可能である。冷
たい微粒液滴と燃焼排ガスを直接接触させるので間接熱
交換器より熱交換効率が高くできる効果がある。

【００８２】さらに本発明の微粒液滴脱塵と水回収プロ
セスを設置することにより微粒液滴及び回収した水に脱
硫装置からミスリークしてくるＳＯ_２、ＳＯ_３、アンモ
ニア化合物又は、他の重金属などを捕集することが可能
となる。

【００８３】さらに本発明の微粒液滴脱塵プロセスを脱
硫装置出口に設置することにより、ガス中の水分含有率
を小さくできるためにガス／ガス熱交換器の伝熱面積を
小さくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の火力発電プラントに設
置した排煙脱硫装置の構成図である。

【図２】 図１の脱硫装置周りの温度と湿度の関係を示
す図である。

【図３】 図１のダスト粒径と集塵性能の関係を示す図
である。

【図４】 本発明の実施の形態の脱硫装置出口部の構成
図である。

【図５】 本発明の実施の形態の脱硫装置出口部の構成
図である。

【図６】 本発明の実施の形態の脱硫装置出口部でのプ
レクール微粒液滴脱塵機構の模式図である。

【図７】 本発明の実施の形態の脱硫装置出口部での微
粒液脱塵と水回収のための構成図である。

【図８】 本発明の効果を確認するベンチテスト装置を
示す図である。

【図９】 図８に示す装置を用いた実験に用いたダスト
粒径分布を示す図である。

【図１０】 過冷却条件下の脱塵性能への影響を確認す
る実験装置を示す図である。

【図１１】 スプレ脱塵におけるダスト粒径の依存性を
示す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態の脱硫装置出口部での
ミストエリミネータに代わる荷電ミスト捕集器の構成図
である。

【図１３】 図１２に示す装置を用いた場合のダスト粒
径と電極長さの関係を示す図である。

【図１４】 従来の火力発電における排煙脱硫装置の構
成図である。

【符号の説明】

２、３、４、５ 燃焼排ガス ６ 脱硫装置出口ガ
ス ７ ガス／ガス熱交換器出口ガス １００ ボイラ ２００ 脱硝装置 ３００ ガス／ガス
熱交換器 ３１１ ガス調整部 ３１２ 第一スプレ
部 ３１３、７０５、９００ 冷却タンク ３１４ 第二スプレ部 ３１５ 第二スプレ
部上部 ４００ 電気集塵機 ５００ 脱硫装置 ５５０ 湿式電気集塵機 ７００ 微粒液滴脱
塵・水回収プロセス ７０１、９０１ 微粒液滴噴霧器 ７０２ 捕集機（ミ
ストエリミネータ） ７０３ 冷却ゾーン ７０４、９０７ 冷
却源 ７０７ 回収水 ７０６、９０６ ス
プレノズル ８００ 煙突 ９０４ 仕切り板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嵐 紀夫 茨城県日立市大みか町７丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市大みか町７丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市大みか町７丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 野沢 滋 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 Ｆターム(参考） 4D002 AA02 AC01 AC04 BA02 BA12 BA13 BA14 BA16 CA01 DA05 DA16 EA02 FA01 FA03 FA10 GA01 GA03 GB02 GB03 GB04 GB09 GB11 HA07 4D032 AC07 AC39 AE04 BB01 BB08 CA01 CA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収塔内に導入された排ガスと吸収液を
   接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置の
   出口排ガスに含まれるダスト及び水または蒸発水を回収
   する脱硫装置出口排ガスからの脱塵及び水または蒸発水
   の回収方法において、 脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレクール液を微粒
   液滴として脱硫装置出口排ガスの流れに対して向流に噴
   霧することを特徴とする脱硫装置出口排ガスからの脱塵
   と水または水蒸気の回収方法。
2. 【請求項２】 脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレ
   クール液を脱硫装置出口排ガスに噴霧した後、さらに排
   ガスに対して向流に液を噴霧することを特徴とする請求
   項１記載の脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水
   蒸気の回収方法。
3. 【請求項３】 脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレ
   クール液を脱硫装置出口排ガスに対して向流に２段以上
   で噴霧することを特徴とする請求項１記載の脱硫装置出
   口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収方法。
4. 【請求項４】 脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレ
   クール液は該液を海水、空気、冷凍機の作動流体のいず
   れかと熱交換させて冷却することを特徴とする請求項１
   の脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回
   収方法。
5. 【請求項５】 プレクール液を噴霧したガス流れの後流
   側で微粒液滴、肥大化したダスト、水蒸気の凝縮水を捕
   集することを特徴とする請求項１記載の脱硫装置出口排
   ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収方法。
6. 【請求項６】 微粒液滴、肥大化したダスト、水蒸気の
   凝縮水を捕集したものの一部を脱硫装置の補給水として
   使用することを特徴とする請求項５記載の脱硫装置出口
   排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収方法。
7. 【請求項７】 プレクール液のｐＨを調整し、脱硫装置
   出口排ガスにミスリークする微量な硫黄酸化物、アンモ
   ニア化合物、カルシウム塩、又は金属化合物を捕集する
   機能を持たせたことを特徴とする請求項１記載の脱硫装
   置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収方法。
8. 【請求項８】 火力発電設備又はごみ焼却設備において
   発生する燃焼排ガスを浄化処理するために、燃焼排ガス
   を脱硝処理、集塵処理、脱硫処理、脱硫処理後の脱塵処
   理、水回収処理及びガス加熱処理を行う火力発電設備又
   はごみ焼却設備排ガスの総合排煙処理方法において、 前記脱硫処理後の脱塵処理、水回収処理に請求項１記載
   の脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回
   収方法を用いることを特徴とする火力発電設備又はごみ
   焼却設備排ガスの総合排煙処理方法。
9. 【請求項９】 吸収塔内に導入された排ガスと吸収液を
   接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置の
   出口排ガスに含まれるダスト及び水または蒸発水を回収
   する脱硫装置出口排ガスからの脱塵及び水または蒸発水
   の回収装置において、 脱硫装置出口排ガス温度より低温のプレクール液を微粒
   液滴として脱硫装置出口側のダクト内の排ガスの流れに
   対して向流に噴霧する噴霧手段を設けたことを特徴とす
   る脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回
   収装置。
10. 【請求項１０】 プレクール液の噴霧手段は２段以上設
    けたことを特徴とする請求項９記載の脱硫装置出口排ガ
    スからの脱塵と水または水蒸気の回収装置。
11. 【請求項１１】 プレクール液の冷却源として海水、空
    気、冷凍機の作動流体のいずれかと熱交換させて冷却す
    る熱交換器を設置したことを特徴とする請求項９記載の
    脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収
    装置。
12. 【請求項１２】 プレクール液の噴霧手段が配置された
    脱硫装置出口側のダクトのガス流れ後流側に微粒液滴、
    肥大化したダスト、水蒸気の凝縮水を捕集するミストエ
    リミネータを配置したことを特徴とする請求項９記載の
    脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収
    装置。
13. 【請求項１３】 プレクール液の噴霧手段が配置された
    脱硫装置出口側のダクトのガス流れ後流側に微粒液滴、
    肥大化したダスト、水蒸気の凝縮水を捕集する荷電部を
    配置したことを特徴とする請求項９記載の脱硫装置出口
    排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回収装置。
14. 【請求項１４】 火力発電設備又はごみ焼却設備におい
    て発生する燃焼排ガスを浄化処理するために、燃焼排ガ
    スの脱硝処理装置、集塵処理装置、脱硫処理装置、脱硫
    処理装置の後流側に配置される脱塵・水回収処理装置及
    びガス加熱処理装置を順次配置した火力発電設備又はご
    み焼却設備排ガスの総合排煙処理装置において、 前記脱硫処理後の脱塵、水回収処理装置に請求項９記載
    の脱硫装置出口排ガスからの脱塵と水または水蒸気の回
    収装置を用いることを特徴とする火力発電設備又はごみ
    焼却設備排ガスの総合排煙処理装置。