JP2007152347A - 燃焼排ガス清浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の問題点を克服し技術的かつ経済的に有利で、効率的な燃焼排ガスの清浄方法を提供する。
【解決手段】搬送空気流によって粉状試薬が燃焼排ガス流に吹き込まれ、燃焼排ガス中に含有される汚染物質がフィルタ上に分離される燃焼排ガス清浄方法であって、搬送空気流が燃焼排ガス流へ吹き込まれる入口において温度が部分的に露点を下回り、燃焼排ガス流に吹き込まれる粉状試薬に凝縮が生じること、および、引き続く燃焼排ガス流と搬送空気流の混合において、温度が部分的に露点を下回っている状態が解消されることによって、燃焼排ガス流の相対含水率が部分的に増加することを特徴とする燃焼排ガス清浄方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉状試薬を搬送空気流によって燃焼排ガス流に吹き込み、そして、燃焼排ガスが調整される、燃焼排ガス清浄方法に関する。

使用される原材料およびエネルギー源によっては、硫黄酸化物（ＳＯ_２／ＳＯ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）等の汚染物質が、産業処理において放出される。これらの汚染物質は、所定の限界値を満たすように、燃焼排ガス清浄処理によって除去されなければならない。湿式排ガス清浄方法の他に、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）による燃焼排ガス清浄方法、乾式調整吸着が従来の清浄方法として考えられている。

乾式吸着方法においては、粉状の試薬が燃焼排ガス中に吹き込まれる。多くの場合に、消石灰（水酸化カルシウム）が試薬として使用される。排ガス中に存在する酸性汚染物質は、化学的に結合され、このように形成された生成物は、適切な分離装置において分離される。乾式吸着方法における１つの不利点は、石灰化合物の消費量が高く、それによって、石灰粒子が完全に反応しないことである。

乾式吸着方法の効率を高めるために各種企てがなされてきた。消石灰によって汚染物質を分離する際に、燃焼排ガスの相対的含水率を高めると分離効率が顕著に向上することが判明した。燃焼排ガスの含水率の影響は、硫黄酸化物の分離において特に明らかである。

乾式燃焼排ガス清浄に対して、噴霧吸着の形の調整乾式吸着は、一般的に乳状石灰（即ち水の中に消石灰が懸濁したもの）を、分離および／または燃焼排ガス中のガス状の汚染物質の放出を減少するための試薬として使用する。乳状石灰は燃焼排ガス中に吹き込まれて、燃焼排ガスの熱および乾燥した粉として残る消石灰によって、乳状石灰に含まれる水分が完全に蒸発する。水分の蒸発によって、通常、燃焼排ガスは同時に１４０〜１７０℃の温度まで冷却される。水酸化カルシウムは排ガス中に存在する汚染物質と反応し、反応生成物ならびに燃焼排ガスに含有される固形物および過剰な消石灰が下流側のフィルタにおいて乾燥した形で除去される。

乳状石灰および燃焼排ガスに含有される泥粒子による腐食によってノズルに損耗現象が現われる。これに対応するためには、複雑な技術（例えば、シリコンカーバイド（SiC）または炭化珪素（SiSiC）で作製されたノズル、加熱された表面その他）が必要とされ、必要とされるエネルギーが増加する。

乾式燃焼排ガス清浄の他の変形例、即ち調整された乾式吸着においては、試薬を添加するに先立って、熱い燃焼排ガスに水を吹き付ける。燃焼排ガスは水の蒸気によって冷却される。同時に、水の蒸発によって、燃焼排ガス中の含水量が増加する。これらの結果、燃焼排ガスの相対的な含水率が増加して、燃焼排ガスから汚染物質を分離することが可能である。

調整間に燃焼排ガスが露点まで冷却すると凝縮が起きる。凝縮は燃焼排ガス流路（例えば、燃焼排ガスダクト）の腐食による損傷を引き起こすので、燃焼排ガスの調整においては、安全策として露点から１０ｋから２０ｋの十分な温度差が維持される。現実に露点を超える温度でも、毛管現象による凝縮が試薬粒子の孔に生じて、液状の水が形成される。

一般に燃焼排ガスの調整による燃焼排ガスの含水率の増加によって、汚染物質の分離が向上する。しかし、これによって燃焼排ガス流路における設備の部品に腐食が起きる危険性が高まり、同時に、技術的な複雑さが増し、投資コストが高くなる。

この発明の目的は、従来技術の問題点を克服し技術的かつ経済的に有利で、効率的な燃焼排ガスの清浄方法を提供することにある。特に、最も信頼でき、問題の生じない燃焼排ガス処理が可能な方法を提供する。即ち、この発明の目的は、燃焼排ガス流路における凝縮の形成をできるだけ回避することにある。

目的を達成するために、この発明の第１の態様として、搬送空気流によって粉状試薬が燃焼排ガス流に吹き込まれ、燃焼排ガス中に含有される汚染物質がフィルタ上に分離される燃焼排ガス清浄方法であって、
搬送空気流が燃焼排ガス流へ吹き込まれる入口において温度が部分的に露点を下回り、燃焼排ガス流に吹き込まれる粉状試薬の上に凝縮が生じること、および、引き続く燃焼排ガス流と搬送空気流の混合において、温度が部分的に露点を下回っている状態が解消されることによって、燃焼排ガス流の相対含水率が部分的に増加することを特徴とする燃焼排ガス清浄方法が提供される。

この発明の第２の態様は、前記燃焼排ガス清浄方法が、調整された乾式吸着方法であることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。
この発明の第３の態様は、前記粉状試薬が消石灰であることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。

この発明の第４の態様は、後に続く燃焼排ガス流および搬送空気流の混合によって、その状態のための関連する露点から所望の温度差を確保する条件に到達することを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。
この発明の第５の態様は、燃焼排ガスは同軸に配置された２つのサブの流れに分割されて、内側の小さな燃焼排ガス部分が予め調整されて粉状試薬が充填されることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。

この発明の第６の態様は、燃焼排ガスと混合され、粉状試薬を充填する前に、搬送空気流は大幅に冷却されることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。
この発明の第７の態様は、粉状試薬は圧縮空気によって供給されることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。

この発明の第８の態様は、試薬を燃焼排ガス流に吹き込むのと同時に、水蒸気が搬送空気流中に吹き込まれることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。
この発明の第９の態様は、粉状試薬と同期して、水蒸気がスチームランスを通って搬送空気流中に吹き込まれることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。
この発明の第１０の態様は、スチームランスは、粉状試薬が燃焼排ガス路の断面に均一に分配されるように設計されることを特徴とする燃焼排ガス清浄方法である。

この発明においては、従来の調整乾式吸着方法に比べて、汚染物質の分離に必要とされるシステム部品および処理工程が簡単であるので、処理技術の複雑さが減少し、処理マネジメントが簡単である。この発明の方法によると、脱硝設備の上流側における燃焼排ガスの再加熱のコストが低下する。

この発明の方法によると、簡潔な燃焼排ガス清浄方法であるので、機械的部品が損傷したり故障が起きたりすることが少なくシステムの操作上の信頼性が高まる。その結果、維持および修理費用が少なく、燃焼排ガス清浄システムの寿命が延びる。
この発明によると、従来よりも試薬の使用量を少なくすることができる。より効果的な汚染物質の分離のために、要求される試薬の量が少ないので、運用コストが更に低下する。

調整された乾式吸着方法において、効果的に汚染物質を分離するために、燃焼排ガスの全体を調整する必要がなく、試薬が燃焼排ガス流に吹き込まれるエリアだけにおいて分離条件を最適にすれば十分であることは当業者には驚きであり、予見できない。

この発明は、方法の適切な管理によって、試薬が吹き付けられるエリアの温度が部分的に露点を下回ることに特徴がある。

この発明は、粉状の試薬が搬送空気流と共に燃焼排ガス流に吹き込まれ、そして、燃焼排ガス中に存在する汚染物質がフィルタ上に分離される燃焼排ガス清浄方法を提供することである。空気流が燃焼排ガス流に吹き込まれる入口で、温度が露点を幾分下回って、燃焼排ガス流に吹き込まれる粉状試薬の表面で凝縮が起き、燃焼排ガス流の相対含水率は部分的に上昇する。しかし、それに続く、燃焼排ガス流と搬送空気流の混合において、部分的に露点を下回った温度は再び上昇する。

この発明の方法において、より効果的な汚染物質の分離によって高い分離効率が得られる。汚染物質の効率的な分離は、特に、粉状の試薬粒子の表面上に液相（水和物の殻）が形成されることによって能動的に影響を受ける。水相域での化学吸着反応は、乾燥した粒子上の反応速度の１０^６倍の反応速度を有している。この発明においては、従来の方法で必要とされたように、燃焼排ガスの全体を気化冷却によって調整して燃焼排ガスの相対含水率を上昇させる調整ステップを必要としない。この発明の方法においては、温度が部分的に露点を下回るので、燃焼排ガス流に吹き込まれる粉状の粒子の上に凝縮および／またはミストが形成され、粒子の上で汚染物質が効果的に分離される。引き続いて、温度が部分的に露点を下回った状態が解消される。かくして、水分および／または腐食性凝縮による燃焼排ガス流路にある施設部材の腐食損傷が減少する。

図１は、温度が部分的に露点を下回るプロセスの原理を示す。搬送空気流によって粉状試薬が燃焼排ガス流に吹き込まれる。試薬が吹き付けられるエリアのみにおいて燃焼排ガスが調整されるので、温度が部分的に露点を下回る混合領域が形成される。その結果、吹き付けられる試薬粒子に凝縮が生じて、凝縮核として機能する。試薬が充填された搬送空気流と燃焼排ガス流との混合が、自由ジェット原理に従って進行し、下流側への燃焼排ガス流のための操作状態が、この状態に関連のある、露点から所定の温度差を確保できる状態に到達する。上述した所望の温度差の選択は当業者にとっては容易である。一般的に、燃焼排ガスは相対的に高い温度に放置することが可能で、試薬の吹き付けサイトで燃焼排ガスを直接に調整するので、燃焼排ガス流の全体の冷却は必要ではない。

この発明の方法において、燃焼排ガス流の一部が調整される。この発明の燃焼排ガスの清浄方法は、主として、調整された乾式吸着方法を含む。ここで使用される粉状試薬は、好ましくは消石灰である。

この発明の１つの変形例によると、燃焼排ガス流は２つのサブの流れに分割される。通常、異なるサイズで同軸に配置されて、小さな内側の燃焼排ガスのサブの流れは予め調整されて、粉状試薬を充填される。試薬は、冷却された圧縮空気の搬送空気流によって供給することができる。この変形例では、調整によって燃焼排ガスを冷却することが可能である。

この発明の方法の第２の変形例では、分離を必要としない。分離が必要であれば、燃焼排ガス流を予め完全に調整することが行われる。ここでも、試薬は圧縮空気の搬送によって供給される。この変形例では、搬送空気流は、燃焼排ガスと混合され、粉状試薬が充填されるに先立って、大幅に冷却される。冷却は例えば圧縮空気をタービン内で減圧することによって行われる。燃焼排ガス流と搬送空気流を混合する過程で温度が部分的に露点を下回り、通常約０℃から約−２０℃になるように空気が冷却される。発明の方法のこの変形例は、特に高い含水率を有する燃焼排ガス、例えば、下水汚泥の燃焼による燃焼排ガスに適している。その理由は予め調整する必要が無く、技術的な複雑さが軽減されるからである。

この発明の方法の第３の変形例では、試薬を燃焼排ガス流に吹き込むのと同時に蒸気（スチーム）を燃焼排ガスダクトに吹き付ける。スチームは好ましくは、試薬を燃焼排ガス流に付加するのと同期して、搬送空気流に直接吹き付ける。この形式の燃焼排ガスの調整は本質的に低温が効率的であるので、燃焼排ガス流は好ましくは相対的に低い温度（約２０℃から約２５℃）である。圧縮空気による搬送のために、通常、大気を使用することが可能で、従って、（例えば減圧される圧縮空気を使用して）搬送空気流を冷却する必要は無い。

この発明の方法のこの変形例では、スチームは、粉状試薬と同期して、スチームランスを通って燃焼排ガス中に注入される。

現出する蒸気流の運動量によって、適切な設計のスチームランスを通って吹き付けられるスチームと試薬の組み合わせに使用することが可能であり、試薬を燃焼排ガスダクトの断面に最適に分配する。従って、スチームランスは、好ましくは、試薬が燃焼排ガスダクトの断面に均一に分配されるように設計される。ダクト全体に吸着剤を適用することが可能であるので、燃焼排ガスダクトの断面は、自由に設計してよい（例えば、矩形）。

スチームおよび試薬を組み合わせて吹き付けるときに、スチームランスにおける水蒸気の冷却間に生じる凝縮を、冷たい搬送空気流によって弱める必要があり、その結果、スチームランスの近傍における凝縮物と試薬の混合が著しく抑制されて、スチームランス上に固化する可能性を軽減する。このような装置の適切な設計は、当業者によっては容易である。必要により、スチームランスに凝縮物の排出路を備えてもよい。

図２は、この発明に使用することができる、円錐状バルブおよび上流側スロットル開口部を備えた組み合わせスチームランスの設計例を示す。組み合わせスチームランスは、基本的に同軸に配置された２つのパイプからなっており、内側のパイプはスチームの噴射用に設けられ、外側のパイプは試薬の噴射用に設けられている。スチームの量はスロットル開口部によって予め調整可能であり、または、適切なバルブによって規制可能である。横方向に流れ込む、試薬が装入された搬送空気流を、スチームランス頭部における円錐状バルブを通って、そこから出て行く水蒸気流によって規制することができる。

供給される水蒸気の量、および、燃焼排ガスダクトの断面における試薬の最適な配分は、質量流と水蒸気流の出口の角度との２つのパラメータによって規制することが可能である。この態様は、他の方法の態様と比較して、水蒸気および／または飽和水蒸気の噴射のために有利である。

他の態様に関係なく、当業者は上述した記述を広く適用することが可能であると判断される。

従って、好ましい態様および実施例は、開示のために記載されたものであって、どのような形であれ、限定するものとは解釈されない。

（比較例）
水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）による通常の乾式吸着方法では、メートルトン当りの燃焼排ガスの清浄に３４キログラムの消石灰が必要であった。なお、消石灰は４０ｍ^２／ｇの表面積を有している。

（実施例）
温度が部分的に露点を下回り、スチームランスを使用するこの発明の方法においては、メートルトン当りの燃焼排ガスの清浄に２３キログラムの消石灰が必要であった。消石灰の表面積は１８ｍ^２／ｇに過ぎなかった。このように、この発明によると、従来の方法に比して、単純な質の少ない試薬で十分である。

図１は、温度が部分的に露点を下回るプロセスの原理を示す。 図２は、この発明に使用することができる、円錐状バルブおよび上流側スロットル開口部を備えた組み合わせスチームランスの設計例を示す。

Claims (10)

1. 搬送空気流によって粉状試薬が燃焼排ガス流に吹き込まれ、燃焼排ガス中に含有される汚染物質がフィルタ上に分離される燃焼排ガス清浄方法であって、
   前記搬送空気流が前記燃焼排ガス流へ吹き込まれる入口において温度が部分的に露点を下回り、前記燃焼排ガス流に吹き込まれる前記粉状試薬の上に凝縮が生じること、および、引き続く前記燃焼排ガス流と前記搬送空気流の混合において、温度が部分的に露点を下回っている状態が解消されることによって、前記燃焼排ガス流の相対含水率が部分的に増加することを特徴とする燃焼排ガス清浄方法。
2. 前記燃焼排ガス清浄方法が、調整された乾式吸着方法である請求項１に記載の燃焼排ガス清浄方法。
3. 前記粉状試薬が消石灰である請求項１または２に記載の燃焼排ガス清浄方法。
4. 後に続く燃焼排ガス流および搬送空気流の混合によって、その状態のための関連する露点から所望の温度差を確保する条件に到達することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の燃焼排ガス清浄方法。
5. 燃焼排ガスは同軸に配置された２つのサブの流れに分割されて、内側の小さな燃焼排ガス部分が予め調整され、そして、粉状試薬が充填されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の燃焼排ガス清浄方法。
6. 搬送空気流は大幅に冷却された後、燃焼排ガスと混合され、粉状試薬が充填されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の燃焼排ガス清浄方法。
7. 粉状試薬は圧縮空気によって供給されることを特徴とする請求項６に記載の燃焼排ガス清浄方法。
8. 水蒸気が搬送空気流中に吹き込まれるのと同時に、試薬を燃焼排ガス流に吹き込むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の燃焼排ガス清浄方法。
9. 粉状試薬と同期して、水蒸気がスチームランスを通って搬送空気流中に吹き込まれることを特徴とする請求項８に記載の燃焼排ガス清浄方法。
10. スチームランスは、粉状試薬が燃焼排ガス路の断面に均一に分配されるように設計されることを特徴とする請求項９に記載の燃焼排ガス清浄方法。