JP2003117349A - 排煙処理装置 - Google Patents

排煙処理装置

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JP2003117349A
JP2003117349A JP2001318813A JP2001318813A JP2003117349A JP 2003117349 A JP2003117349 A JP 2003117349A JP 2001318813 A JP2001318813 A JP 2001318813A JP 2001318813 A JP2001318813 A JP 2001318813A JP 2003117349 A JP2003117349 A JP 2003117349A
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water
concentration
sulfur oxide
flue gas
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JP2001318813A
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Takafuru Kobayashi
敬古 小林
Takashi Kurisaki
隆 栗崎
Akinori Yasutake
昭典 安武
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要最小限の水量でSO2 の除去効率を良好に
保つ。 【解決手段】 触媒19を3段にしてそれぞれの触媒1
9に制御手段25からの指令により適量の水を散水ノズ
ル7から散布するようにすると共に、SO2 濃度の状況に
応じて各触媒19に最適な水量で水を散布するように
し、添加水を均一に添加することを可能にし、必要な触
媒19に必要量の水を供給して必要最小限の水量でSO2
の除去効率を良好に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭や重油等の燃
料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジンや焼却
炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物(SOx ) を除
去するための排煙処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】石炭や重油等の燃料を使用するボイラを
備えた火力発電設備、化学品製造プラント、金属処理プ
ラント、焼結プラント、製紙プラント等やガスタービ
ン、エンジン、焼却炉等から排出される排ガス中には二
酸化硫黄等の硫黄酸化物(SOx )が含まれている。排ガ
ス中のSOx を除去する装置として排煙処理装置が用いら
れている。排煙処理装置では、活性炭素繊維等の多孔質
炭素材料に排ガス中のSOxを吸着させ、多孔質炭素材料
の触媒作用を利用して排ガス中に含まれる酸素により硫
黄成分を酸化させ、これを水分に吸収させて硫酸として
多孔質炭素材料から除去するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の排煙処理装置で
は、触媒の活性炭素繊維層に水を滴下すると共に排ガス
を通過させて硫黄分を硫酸として除去するようになって
いる。このため、排ガス浄化性能(脱硫効率)を向上さ
せるためには、水分を均一に添加させることが必要であ
る。また、水を供給するための附帯設備の大型化を避け
るためには、必要最小限の水量で水分を均一に添加させ
ることが必要である。
【0004】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、活性炭素繊維層の触媒に最小限の水量で水分を均一
に添加させることができる排煙処理装置を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の排煙処理装置の構成は、硫黄酸化物を含有す
る排ガスが流通する装置塔内に複数段設けられ活性炭素
繊維層で形成される触媒と、最上部の触媒の上部におけ
る装置塔内に設けられ触媒に硫酸生成用の水を供給する
水供給手段とからなることを特徴とする。そして、各触
媒の間に水分散手段を備えたことを特徴とする。
【0006】また、上記目的を達成するための本発明の
排煙処理装置の構成は、硫黄酸化物を含有する排ガスが
流通する装置塔内に複数段設けられ活性炭素繊維層で形
成される触媒と、各段の触媒の上部における装置塔内に
それぞれ設けられ触媒に硫酸生成用の水をそれぞれ供給
する水供給手段とからなることを特徴とする。
【0007】そして、装置塔の内に流通する排ガスの酸
素濃度を導出する酸素濃度導出手段と、装置塔の内部に
おける各段の触媒の出口側及び最上流側の触媒の入口側
の硫黄酸化物濃度を検出する硫黄酸化物濃度検出手段
と、酸素濃度検出手段及び硫黄酸化物濃度検出手段の検
出情報に基づいて各水供給手段からの水の供給状態を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】また、制御手段には、酸素濃度検出手段に
より検出された酸素濃度が高くなるにしたがって各水供
給手段からの水の供給量を減少させると共に硫黄酸化物
濃度検出手段により検出された硫黄酸化物濃度が高くな
るにしたがって各水供給手段からの水の供給量を増加さ
せる機能が備えられていることを特徴とする。
【0009】また、制御手段には、各触媒の出口側の硫
黄酸化物濃度の規定値がそれぞれ記憶され、硫黄酸化物
濃度検出手段のの検出情報と記憶された規定値とを比較
して各水供給手段からの水の供給状態を制御して各触媒
の出口側の硫黄酸化物濃度を規定値に維持する機能が備
えられていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】図1には本発明の一実施形態例に
係る排煙処理装置を備えた排ガス処理システムの全体構
成、図2には脱硫塔の概略構成、図3には制御手段のブ
ロック構成、図4には触媒の位置と硫黄酸化物濃度及び
水量との関係、図5には水量と二酸化硫黄濃度との関
係、図6には水量と酸素濃度との関係、図7には硫黄酸
化物濃度の経時変化、図8には水量調整弁の開度の経時
変化を示してある。
【0011】図1に基づいて排煙処理装置を備えた排ガ
ス処理システムを説明する。
【0012】図に示すように、例えば、火力発電設備の
図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生さ
せるボイラ1では、石炭や重油等の燃料fが炉で燃焼さ
れるようになっている。ボイラ1の排ガスには硫黄酸化
物(SOx ) が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で
脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に集塵機2で
除塵される。
【0013】除塵された排ガスは押込ポンプ3により下
部の導入口5から装置塔としての脱硫塔4に導入され
る。脱硫塔4の内部には活性炭素繊維層で形成される触
媒が多段に配置された触媒装置6が備えられ、触媒装置
6には硫酸生成用の水が水供給手段17から供給され
る。水が上部から供給された触媒装置6の内部に排ガス
を下部から通過させることにより、排ガスからSOx を反
応除去する。触媒装置6を通過した排ガスは排出口12
から排出され、煙突13を通して大気に放出される。
【0014】触媒装置6は活性炭素繊維層からなる触媒
を備え、活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反
応により脱硫反応が生じる。即ち、 (1) 触媒の活性炭素繊維層への二酸化硫黄SO2 の吸着。 (2) 吸着した二酸化硫黄SO2 と排ガス中の酸素O2(別途
供給することも可)との反応による三酸化硫黄SO3 への
酸化。 (3) 酸化した三酸化硫黄SO3 の水H2O への溶解による硫
酸H2SO4 の生成。 (4) 生成された硫酸H2SO4 の活性炭素繊維層からの離
脱。
【0015】この時の反応式は以下の通りである。 SO2+1/2O2+H2O →H2SO4
【0016】反応除去された硫酸H2SO4 は希硫酸となっ
て排出ポンプ10を介して硫酸タンク11に排出され
る。このようにして、触媒装置6の活性炭素繊維層の中
で排ガス中の二酸化硫黄SO2 を吸着して酸化し、水H2O
と反応させて硫酸H2SO4 を生成して離脱除去することに
より、排ガス流の脱硫が行われる。
【0017】図2に基づいて脱硫塔4に設けられた触媒
装置6の構成を説明する。
【0018】触媒装置6は、活性炭素繊維層20で形成
される触媒19(例えば、高さが2m乃至4m)が脱硫
塔4の内部に3段設けられて構成されている。尚、2段
もしくは4段以上の複数段の触媒19を設けて触媒装置
6を構成することも可能である。各触媒19の上部には
水供給手段17の散水ノズル7がそれぞれ配され、散水
ノズル7から硫酸生成用の水がそれぞれの触媒19に散
布される。散水ノズル7にはそれぞれ供給ライン18を
介して水タンク8からの水がポンプ9を介して供給され
る。
【0019】最下段(最上流側)の触媒19に水を供給
する散水ノズル7の供給ライン18には第1弁35が設
けられ、中段の触媒19に水を供給する散水ノズル7の
供給ライン18には第2弁36が設けられ、更に、最上
段の触媒19に水を供給する散水ノズル7の供給ライン
18には第3弁37が設けられている。第1弁35、第
2弁36及び第3弁37は制御手段25の指令により開
閉され、各段の触媒19への水の供給状態が制御され
る。尚、第1弁35、第2弁36及び第3弁37は手動
により調整することも可能である。
【0020】また、脱硫塔4の導入口5の近傍には内部
の酸素(O2)濃度を検出(導出)する酸素濃度導出手段
としてのO2分析手段26が設けられ、O2分析手段26の
検出情報は制御手段25に入力される。尚、O2濃度はパ
ーセントのレベルであるため、O2分析手段26を設ける
場所は、排出口12の近傍やその他の部位に設けてもよ
く、どこに設けられていても、触媒装置6におけるO2
度の情報として採用することができる。また、脱硫塔4
の内部のO2濃度は、ボイラ1における燃焼状態(燃空比
の関係等)から演算により類推(導出)することも可能
である。
【0021】また、脱硫塔4には、各触媒19の出口側
及び最上流側の触媒19の入口側の硫黄酸化物(SO2
濃度を検出する硫黄酸化物濃度検出手段としてのSO2
析手段27が設けられている。SO2 分析手段27では、
最下段の触媒19の出口側のSO2 濃度が第1濃度として
検出され、中段の触媒19の出口側のSO2 濃度が第2濃
度として検出され、更に、最上段の触媒19の出口側の
SO2 濃度が第3濃度として検出される。SO2 分析手段2
7の検出情報は制御手段25に入力される。尚、SO2
度を検出する各場所にそれぞれSO2 分析手段27を設け
ることも可能である。
【0022】図3に基づいて制御手段25のブロック構
成を説明する。
【0023】制御手段25には、第1弁35に開閉指令
を出力する第1指令機能28、第2弁36に開閉指令を
出力する第2指令機能29及び第3弁37に開閉指令を
出力する第3指令機能30が備えられている。第1指令
機能28にはSO2 センサ27からの第1濃度の情報とO2
センサ26からの情報が入力され、第2指令機能29に
はSO2 センサ27からの第2濃度の情報とO2センサ26
からの情報が入力され、第3指令機能30にはSO2 分析
手段27からの第3濃度の情報とO2分析手段26からの
情報が入力される。
【0024】一方、第1指令機能28、第2指令機能2
9及び第3指令機能30には、それぞれ各触媒19の出
口側におけるSO2 濃度の規定値が第1規定値、第2規定
値及び第3規定値として記憶されている。第1指令機能
28、第2指令機能29及び第3指令機能30では、第
1濃度と第1規定値、第2濃度と第2規定値、第3濃度
と第3規定値とが比較される。そして、O2分析手段26
からのO2濃度の情報を加味して、第1弁35、第2弁3
6及び第3弁37を開閉して第1濃度、第2濃度及び第
3濃度が第1規定値、第2規定値及び第3規定値となる
ように水量を制御するようになっている。
【0025】各段の触媒19への水の供給状況を説明す
る。
【0026】図5に示すように、O2濃度を一定とした場
合におけるSO2 濃度(ppm) に対する水量(l/min) の状況
がマップ化されて制御手段25に記憶され、SO2 濃度が
増加するにしたがって水量を増加させるようになってい
る。また、図6に示すように、SO2 濃度を一定とした場
合におけるO2濃度(%) に対する水量(l/min) の状況がマ
ップ化されて制御手段25に記憶され、O2濃度が増加す
るにしたがって水量を減少させるようになっている。制
御手段25では、SO2 濃度に係る関数及びO2濃度に係る
関数を乗算して第1弁35、第2弁36及び第3弁37
に開度の指令を出力する。
【0027】導入口5から導入される排ガス中のSO2
度がAppm (例えば、400ppm)で、脱硫塔4内のO2濃度
がB% (例えば、2〜3% )である場合、第1規定値が
Cppm (例えば、150ppm)、第2規定値がDppm (例え
ば、30ppm )、第3規定値がEppm (例えば、4ppm)に
規定される。そして、図4に示すように、各触媒19の
出口側でのSO2 濃度がCppm 、Dppm 、Eppm となるよ
うに水量が設定される。即ち、水量が、最下段の触媒1
9への水量がFl/min (例えば、150l/min)、中段
の触媒19への水量がGl/min (例えば、50l/min
)、最上段の触媒19への水量がHl/min (例えば、1
0l/min )と設定される。
【0028】図7に示すように、各段の触媒19の出口
側で検出されるSO2 濃度は、時間の経過と共に徐々に上
昇する。第1指令機能28、第2指令機能29、第3指
令機能30では、検出されるSO2 濃度と第1規定値、第
2規定値、第3規定値とをそれぞれ比較して、検出され
るSO2 濃度が第1規定値、第2規定値、第3規定値にな
るように第1弁35、第2弁36、第3弁37に開閉指
令を出力している。このため、図8に示すように、SO2
濃度の上昇に応じて第1弁35、第2弁36、第3弁3
7の開度が大きくなって水量が増加されるようになって
いる。
【0029】上述した触媒装置6を備えた排煙処理装置
では、触媒19を3段にしてそれぞれの触媒19に制御
手段25からの指令により適量の水を散水ノズル7から
散布するようにしたので、添加水を均一に添加すること
が可能になり、SO2 の除去効率を安定させることができ
る。また、SO2 濃度の状況に応じて各触媒19に最適な
水量で水を散布するようにしているので、必要な触媒1
9に必要量の水を供給することができ、必要最小限の水
量でSO2 の除去効率を良好に保つことが可能になる。ま
た、必要な水量が確保されているので、触媒19に生成
された硫酸が乾くことに起因する触媒19の劣化を防止
することができる。また、最上段の触媒19への水の供
給がない場合には、SO2 除去の仕上げ効果となると同時
に、触媒19をミストキャッチャーとして機能させるこ
とができる。
【0030】上述した実施形態例では、触媒19を3段
にしてそれぞれの触媒19に散水ノズル7から水を散布
するようにしたが、少なくとも、最上段の触媒19の上
から水を散布することで、触媒19の間で滴下する水滴
が分散するため、添加水を均一に近い状態で添加するこ
とができる。このとき、触媒19の間に水分を分散させ
る部材を水分散手段として介在させることも可能であ
る。この場合、圧力損失が生じないようにする必要があ
る。
【0031】尚、上述した実施形態例の排煙処理装置で
は、希硫酸を硫酸タンク11に排出する例を挙げて説明
したが、希硫酸を石膏析出槽に排出するようにすること
も可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明の排煙処理装置は、硫黄酸化物を
含有する排ガスが流通する装置塔内に複数段設けられ活
性炭素繊維層で形成される触媒と、最上部の触媒の上部
における装置塔内に設けられ触媒に硫酸生成用の水を供
給する水供給手段とからなるので、複数段の触媒の間で
滴下する水滴が分散するため、添加水を均一に近い状態
で添加することができる。この結果、活性炭素繊維層の
触媒に水分を均一に添加させることができる排煙処理装
置とすることが可能になる。
【0033】また、本発明の排煙処理装置は、硫黄酸化
物を含有する排ガスが流通する装置塔内に複数段設けら
れ活性炭素繊維層で形成される触媒と、各段の触媒の上
部における装置塔内にそれぞれ設けられ触媒に硫酸生成
用の水をそれぞれ供給する水供給手段とからなるので、
必要な場所に必要な量の水を供給することができ、添加
水を均一に添加することができる。この結果、必要最小
限の水量で活性炭素繊維層の触媒に水分を均一に添加さ
せることができる排煙処理装置とすることが可能にな
る。
【0034】そして、装置塔内に流通する排ガスの酸素
濃度を導出する酸素濃度導出手段と、装置塔の内部にお
ける各段の触媒の出口側及び最上流側の触媒の入口側の
硫黄酸化物濃度を検出する硫黄酸化物濃度検出手段と、
酸素濃度検出手段及び硫黄酸化物濃度検出手段の検出情
報に基づいて各水供給手段からの水の供給状態を制御す
る制御手段とを備えたので、硫黄酸化物濃度及び酸素濃
度の状況に応じて各触媒に最適な水量で水を散布するこ
とができる。この結果、必要な触媒に必要量の水を供給
することができ、必要最小限の水量で硫黄酸化物の除去
効率を良好に保つことが可能になる。
【0035】また、制御手段には、酸素濃度検出手段に
より検出された酸素濃度が高くなるにしたがって各水供
給手段からの水の供給量を減少させると共に硫黄酸化物
濃度検出手段により検出された硫黄酸化物濃度が高くな
るにしたがって各水供給手段からの水の供給量を増加さ
せる機能が備えられているので、硫黄酸化物の除去効率
を良好に保つ最適な量の水を供給することができる。
【0036】また、制御手段には、各触媒の出口側の硫
黄酸化物濃度の規定値がそれぞれ記憶され、硫黄酸化物
濃度検出手段のの検出情報と記憶された規定値とを比較
して各水供給手段からの水の供給状態を制御して各触媒
の出口側の硫黄酸化物濃度を規定値に維持する機能が備
えられているので、硫黄酸化物濃度を所定の状態に維持
して必要最小限の水量で必要な触媒に必要量の水を供給
することができ、必要最小限の水量で硫黄酸化物の除去
効率を良好に保つことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係る排煙処理装置を備
えた排ガス処理システムの全体構成図。
【図2】脱硫塔の概略構成図。
【図3】制御手段のブロック構成図。
【図4】触媒の位置と硫黄酸化物濃度及び水量との関係
図。
【図5】水量と二酸化硫黄濃度との関係を表すグラフ。
【図6】水量と酸素濃度との関係を表すグラフ。
【図7】硫黄酸化物濃度の経時変化を表すグラフ。
【図8】水量調整弁の開度の経時変化を表すグラフ。
【符号の説明】
1 ボイラ 2 集塵機 3 押込ポンプ 4 脱硫塔 5 導入口 6 触媒装置 7 散水ノズル 8 水タンク 9 ポンプ 10 排出ポンプ 11 硫酸タンク 12 排出口 17 水供給手段 18 供給ライン 19 触媒 20 活性炭素繊維層 25 制御手段 26 O2分析手段 27 SO2 分析手段 28 第1指令機能 29 第2指令機能 30 第3指令機能 35 第1弁 36 第2弁 37 第3弁
フロントページの続き (72)発明者 安武 昭典 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Fターム(参考) 4D048 AA02 AB01 AC10 BA05X CA03 CC33 CD03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する
    装置塔内に複数段設けられ活性炭素繊維層で形成される
    触媒と、最上部の触媒の上部における装置塔内に設けら
    れ触媒に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからな
    ることを特徴とする排煙処理装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、各触媒の間に水分散
    手段を備えたことを特徴とする排煙処理装置。
  3. 【請求項3】 硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する
    装置塔内に複数段設けられ活性炭素繊維層で形成される
    触媒と、各段の触媒の上部における装置塔内にそれぞれ
    設けられ触媒に硫酸生成用の水をそれぞれ供給する水供
    給手段とからなることを特徴とする排煙処理装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、装置塔の内に流通す
    る排ガスの酸素濃度を導出する酸素濃度導出手段と、装
    置塔の内部における各段の触媒の出口側及び最上流側の
    触媒の入口側の硫黄酸化物濃度を検出する硫黄酸化物濃
    度検出手段と、酸素濃度検出手段及び硫黄酸化物濃度検
    出手段の検出情報に基づいて各水供給手段からの水の供
    給状態を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
    排煙処理装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、制御手段には、酸素
    濃度検出手段により検出された酸素濃度が高くなるにし
    たがって各水供給手段からの水の供給量を減少させると
    共に硫黄酸化物濃度検出手段により検出された硫黄酸化
    物濃度が高くなるにしたがって各水供給手段からの水の
    供給量を増加させる機能が備えられていることを特徴と
    する排煙処理装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、制御手段には、各触
    媒の出口側の硫黄酸化物濃度の規定値がそれぞれ記憶さ
    れ、硫黄酸化物濃度検出手段のの検出情報と記憶された
    規定値とを比較して各水供給手段からの水の供給状態を
    制御して各触媒の出口側の硫黄酸化物濃度を規定値に維
    持する機能が備えられていることを特徴とする排煙処理
    装置。
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EP02801579A EP1437170B1 (en) 2001-10-17 2002-10-16 Flue gas desulfurization apparatus and method for flue gas desulfurization
US10/469,054 US6946108B2 (en) 2001-10-17 2002-10-16 Flue gas desulfurization apparatus and flue gas desulfurization system, and method for operating flue gas desulfurization apparatus
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