JP2007508936A - 石炭燃焼用燃焼ユニットのための洗浄システムおよび洗浄方法 - Google Patents

Abstract

石炭燃焼用燃焼ユニットの排煙からの毒性排出物を除去するためのシステムおよび方法が達成され得る。石炭燃焼用循環流動床反応炉（１０）からの硫黄酸化物排出物を低下させることは、湿式スクラバー（１２）を用いて排煙ユニットを処理することを含み得る。湿式スクラバーは、気相スクラバー、液相スクラバーおよび気相−液相スクラバーを含み得る。さらに、毒性排出物が、石炭燃焼用燃焼ユニット（２０）（例えば、循環流動床または粉炭ユニット）から削減され得る。微粒子が、石炭燃焼用燃焼ユニットの排煙から除去され得る。次いで、排煙は、少なくとも２つの連続した湿式スクラバー（２２、２４）で処理されて、低硫黄排煙が生成され得る。そのようなシステムおよび方法は、従来利用可能な技術を上回る改善されたレベルの毒性排出物を提供する。

Description

（発明の分野）
本発明は、一般に、石炭燃焼用燃焼ユニットからの排出物を減少させるための、システムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、石炭燃焼用燃焼ユニットからの排煙の処理において、排出物をかなり減少させる目的で、湿式洗浄システムを使用することに関する。

（発明の背景）
石炭の燃焼は、現在、米国における電気の産出量の約５０％を占める。電気の産出のための、国内の石炭燃焼は、毎年、ほぼ１０億トンの石炭を消費し、そしてこの数値は、定常的に増加している。初期の石炭火力発電所は、最低限の排出物制御システムを利用し、そして一般に、微粒子の制御に限られていた。Ｃｌｅａｎ Ａｉｒ Ａｃｔ ｏｆ １９７０（１９７７年および１９９０年に改正された）は、種々の汚染物質の認識を高め、そしてこれらの汚染物質の減少を高めた。

現在、石炭燃焼用燃焼システムは、一般に、以前の粉炭（ＰＣ）システム（例えば、ダウンファイア（ｄｏｗｎ−ｆｉｒｅｄ）、壁面バーナ燃焼、および隅角燃焼）から、より新しい循環流動床（ＣＦＢ）反応炉にわたる。ＰＣユニットとＣＦＢユニットとの両方の、代表的な排出物制御システムは、微粒子制御システムを備え得、しばしば、その後にＳＯ_２制御システムが続く。広範な種々のさらなるユニットがまた使用されて、種々の汚染物質を制御し得、そして／または熱および他の資源の再利用もしくは回収を容易にし得る。毒性排出物の減少もまた、燃焼プロセスの注意深い制御によって、増強され得る。

代表的なＣＦＢ反応炉は、石灰石注入システムを備え、その後に、微粒子排出物の減少のための、微粒子収集システムが続く。ＣＦＢ反応炉の１つの利点は、硫黄酸化物排出物が、この反応炉の内部で、燃焼の間に追加される石灰石の量を制御することによって、削減され得ることである。少数の例において、ＣＦＢ反応炉はまた、微粒子収集システムの出口に、乾式スクラバーを備え、二酸化硫黄排出物の削減をさらに増強する。これらおよび他の理由により、ＣＦＢ反応炉は、過去２０年間にわたって建設された石炭燃焼用燃焼ユニットの、大多数を構成する。以前のＰＣユニットは、代表的に、ＣＦＢ反応炉より高レベルの毒性排出物を発生させる。これらのＰＣユニットのうちのいくつかは、種々の排出物制御システムを備えるように、新部品を追加導入されている。代表的に、これらの新部品を追加導入されたＰＣユニットは、微粒子収集システムを備え、そして時々また、湿式スクラバーを備えるが、いくつかの場合には、乾式スクラバーが使用され得る。

石炭の利用可能性、ならびに排出物を減少させるための定常的な政治的圧力および経済的な圧力に少なくとも部分的に起因して、石炭燃焼用燃焼は、近年、毒性排出物の劇的な改善を経験している。不運にも、石炭燃焼用燃焼ユニットからの排出物は、依然として、毒性排出物（例えば、硫黄酸化物、窒素酸化物、および他の種々の潜在的に危険な物質）の全体の大きな割合を占めている。従って、石炭燃焼用燃焼ユニットからの毒性排出物を、現在の技術よりもさらに減少させる、単純で、経済的で、かつ効果的な方法を与えるシステムおよび方法を提供することは、当該分野において、かなり有利であり、そして貢献する。

（発明の要旨）
毒性排出物および他の望ましくない汚染物質を除去するための、多くの方法が開発されているが、石炭ベースの燃焼ユニットを、かなり減少した排出物、ならびに政府の税額控除およびインセンティブを利用する改善された能力を介して、より魅力的な電気供給源にする、改善された方法に対する必要性が、なお存在する。本発明は、あらゆる微粒子制御の下流にある洗浄システムを使用する、石炭燃焼用燃焼ユニットからの排煙の処理に関する。

本発明の１つの局面において、石炭燃焼用循環流動床反応炉からの排煙の処理のためのシステムは、湿式スクラバーを備え得、この湿式スクラバーは、この循環流動床反応炉に作動可能に接続されており、そしてこの排煙を処理するように構成されている。使用に適した湿式スクラバーとしては、気相スクラバー、液相スクラバー、およびこれらの組み合わせが挙げられ得る。１つの好ましい実施形態において、この湿式スクラバーは、噴霧塔スクラバーである。

本発明の１つの代替の局面において、石炭燃焼用反応炉からの排煙を処理するためのシステムは、微粒子収集装置を備え得る。この微粒子収集装置は、この石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続され得、そして微粒子の量が少ない排煙を発生させるように構成される。１つの詳細な局面において、この石炭燃焼用反応炉は、ＣＦＢ反応炉またはＰＣ反応炉のいずれかであり得る。第１の湿式スクラバーは、この微粒子収集装置に作動可能に接続され得、そして排煙を洗浄し、そして処理された排煙を発生させるように、構成され得る。第２の湿式スクラバーはまた、第１の湿式スクラバーに作動可能に接続され得、そして処理された排煙を洗浄し、硫黄酸化物量が少ない排煙を発生させるように構成される。

本発明のなお別の詳細な局面において、さらなるユニットが、このシステムに追加されて、特定の汚染物質を除去し得る。１つの実施形態において、水銀除去デバイスが、開発されるシステムの型に依存して、いくつかの可能な位置のうちの１つに作動可能に接続され得る。現在、開発中の水銀除去技術の３つの広範なカテゴリーが存在し、これらのカテゴリーには、水銀を固体に転換し、この固体が次いで、微粒子制御デバイスまたは湿式スクラバーのいずれかを用いて除去され得ること；ガスストリームに注入される、何らかの型の物質に、水銀を吸着させ、次いで、この物質が、再度、微粒子制御デバイスまたは湿式スクラバーのいずれかによって除去されること；および試薬の注入によって、水銀を可溶性形態に転換し、この可溶性形態が、次いで、湿式スクラバーによって除去されることが含まれる。選択される水銀除去システムの型に依存して、物質または試薬の注入は、いくつかの可能な位置で行われ、この位置としては、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、静電沈殿器（ＥＳＰ）、バグハウス、または湿式スクラバーの上流が挙げられる。

さらなる実施形態において、排煙を処理するためのシステムは、ヒ素、ベリリウム、カドミウム、塩酸、クロム、コバルト、ハフニウム、鉛、マンガン、水銀、ニッケル、セレン、ベンゾ（ａ）ピレンのうちの少なくとも１つ；およびこれらの組み合わせの排出物を減少させるように適合され得る。

なお別の実施形態において、排煙を処理するためのシステムは、ＰＣユニットについてはＳＣＲ、またはＣＦＢユニットについてはＳＮＣＲ（選択的非触媒還元）のいずれかを使用することによって、窒素酸化物排出物を還元するように適合され得る。

本発明のなお別の局面において、排煙を処理するためのシステムは、硫黄酸化物排出物を、約９５％〜約１００％、そして好ましくは、約９９％〜約１００％削減するように、適合され得る。関連する局面において、硫黄酸化物排出物は、約２ｐｐｍ〜約５ｐｐｍのレベルまで、削減され得る。

本発明の種々の特徴が、このようにかなり広範に概説されたので、以下の発明の詳細な説明は、よりよく理解され得、そして当該分野に対する本発明の寄与が、よりよく理解され得る。本発明の他の特徴は、添付の特許請求の範囲と一緒に考慮される以下の発明の詳細な説明から、より明らかになるか、または本発明の実施によって知られ得る。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面と組み合わせて考慮される、以下の詳細な説明から明らかになる。これらの図面は、一緒になって、例として、本発明の特徴を図示する。

（詳細な説明）
本発明の原理の理解を促進するために、ここで例示的な実施形態に対する参照がなされ、特定の用語がこの例示的な実施形態を記載するために使用される。それにもかかわらず、本発明の範囲の制限がこれによって意図されないことが理解される。当業者および本開示の所有者が思い浮かぶ、本明細書中に示される本発明の特徴の任意の変更およびさらなる改変、ならびに本明細書中に示される本発明の原理の任意のさらなる適用は、本発明の範囲内と考えられるべきである。

（定義）
本明細書中で使用される場合、「乾式スクラバー」とは、乾燥廃棄物および処理されたガスを生じる排煙処理装置をいう。いくつかの乾式スクラバーは、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、および循環乾燥スクラバーのような装置からの除去の前に乾燥される湿式反応体および／または湿式プロセスを含み得る。

本明細書中で使用される場合、「湿式スクラバー」とは、湿気のある廃棄物および処理されたガスを生じる排煙処理装置をいう。湿式スクラバーおよび乾式スクラバーが、第１の（ｐｒｉｍａｒｙ）粒子除去のために使用され得るが、本発明の文脈において、用語「湿式スクラバー」および「乾式スクラバー」の使用とは、他に具体的に記載しない限り、第１の粒子除去よりもむしろ、排煙脱硫ユニットをいう。湿式スクラバーは、硫黄酸化物および粒子を排煙から除去するために使用され得る。種々の湿式スクラバー構成が公知であり、排煙に噴霧液体を接触させる工程、排煙を一定容量の液体に強制的に通す工程、および他の類似の方法を包含し得る。

本明細書中で使用される場合、「第１の粒子除去」とは、排煙からの大部分の粒子の最初の除去をいう。この粒子の除去は、代表的に、バグハウス、静電集塵機、または他のスクラビングデバイスのような別のユニットである；しかし、これは、石炭燃焼用燃焼ユニットに一体化され得る。後の洗浄工程または研磨工程が、第１の粒子除去工程によって除去されなかった粒子を除去し得、通常、除去されなかった粒子を除去することが理解される。

本明細書中で使用される場合、用語「間」は、範囲を同定するために使用され、修飾語「約」が無い場合、同定される範囲の限界を含まない。例えば、「９５％と約１００％との間」は、当該分野で理解されるように、約１００％から下は９５％の範囲の値を含むが、９５％を含まない。さらに、「約１％〜約４．５％」の濃度範囲は、１％〜約４．５％の明確に示した濃度限界を含むだけではなく、２％、３％、４％のような個々の濃度、および１％〜３％、２％〜４％などのような下位範囲を含むように解釈されるべきである。同じ原理が、１つの数値のみで示す範囲（例えば、約４．５％未満）に適用され、これは、上記値および範囲の全てを含むように解釈されるべきである。さらに、このような解釈は、記載される範囲の幅にも特徴にも関わりなく、適用されるべきである。

（発明）
１つの局面において、本発明は、石炭燃焼用循環流動床（ＣＦＢ）反応炉からの排煙の処理のためのシステムを包含する。ここで、図１を参照して、ＣＦＢ反応炉１０は、湿式スクラバーに作動可能に接続され得る。本発明のＣＦＢ反応炉は、石炭を燃やすために使用される流動床反応炉の任意の公知の構成を含み得る。種々の特定の構成およびデバイスが、ＣＦＢ反応炉とともに使用され得、これは、当業者に公知である。一般的に、ＣＦＢ反応炉は、石炭ベースの燃料および吸収剤を、燃焼チャンバ中の流動空気のストリーム内に注入する工程を包含する。乱流条件下で、燃料は、少なくとも部分的に燃やされる。吸収剤は、しばしば、石灰岩であるが、他の吸収剤が当業者に公知であり、例えば、石灰、１つおよび２つのアルカリド、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、およびこれらの物質の混合物が挙げられる。燃料中の硫黄は、酸素と反応して、燃焼チャンバ中に硫黄酸化物を形成し得る。次いで、吸収剤がこの硫黄酸化物と反応して、硫酸カルシウムまたは石膏のような固体物質を生成し、これらは、次いで、除去され、廃棄され得る。さらに、種々の添加剤がまた、硫黄酸化物除去または燃焼効率を改善するために、添加され得る。代表的なＣＦＢ反応炉は、石炭組成および吸収剤効力および流速に依存して、約８０％〜約９５％の硫黄酸化物の減少を提供し得る。次いで、未燃焼燃料、石灰岩、および灰は、例えば、ホットサイクロンなどを介して回収され得、燃焼チャンバにリサイクルされ得るかまたは除去され得る。

ＣＦＢにおける燃料の燃焼から生成した熱は、代表的に、電気の生成において使用される；しかし、ＣＦＢ反応炉はまた、当業者に公知の他の適用において使用され得、これは、本発明の範囲内であると考えられる。さらに、燃料は、代表的に、粉砕石炭を含む；しかし、任意の数の炭化水素含有材料がまた使用され得る。適切な粉砕石炭は、ほとんど任意の入手可能な石炭型（例えば、限定しないが、亜炭、瀝青炭、亜瀝青炭、無煙炭、ならびに無煙炭粉および沈泥および瀝青塊（ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｇｏｂ）を含む種々の廃棄石炭）を含む。本発明に従って、追加の燃料材料が粉砕石炭に添加され得る。適切な追加の燃料材料としては、石油コークス、切断（ｓｈｒｅｄｄｅｄ）タイヤ、バイオマス、オイル、天然ガス、バガス、および有用な発熱量を有する任意の他の炭化水素含有材料が挙げられ得るが、これらに限定されない。これらの追加の燃料材料は、しばしば、燃料組成の約２５％までを構成し得る。

次いで、ＣＦＢ反応炉からの排煙は、粒子収集システムに向けられ、粒子の少ない排煙を生じ得る。適切な粒子収集システムとしては、バグハウス、静電集塵機、マルチクローン、ベンチュリスクラバー、または排煙から粒子の大部分を除去し得る任意の他のシステムが挙げられ得る。本発明の１つの詳細な局面において、粒子収集システムは、約０．０１μｍ〜数百マイクロメートルの範囲の粒子の約６０％〜約９９％を収集し得る。本発明の別の詳細な局面に従って、粒子収集システムは、約９８％〜約１００％の粒子を収集し得る。粒子収集システムは、ＣＦＢ反応炉と別にされ得るか、または一体化され得る。本発明の１つの局面において、粒子収集システムは、ＣＦＢ反応炉に作動可能に接続される湿式スクラバーであり得る。

本発明に従って、湿式スクラバー１２は、ＣＦＢ１０に作動可能に接続され得る。あるいは、粒子収集システムが存在する場合、湿式スクラバーは、粒子収集システムに作動可能に接続され得る。湿式スクラバーは、排煙を処理して硫黄酸化物および他の毒性の排出物を減少するように構成され得る。湿式スクラバーより前に排煙から少なくとも有意な部分の粒子を除去することは、スクラバー内への固体の装填を有意に減少させ、それによって、詰まりを減少または排除する。さらに、本発明の１つの局面は、硫黄酸化物の排出を有意に減少させることであり、この目的は、排煙中の過剰な粒子により抑えられる。上記のように、湿式スクラバーはまた、さらに、第１の粒子収集システムとして、粒子を除去するように作動し得る。しかし、本発明の１つの局面に従って、湿式スクラバーに入る排煙が低粒子含有排煙であることが好ましい。

本発明における使用に適した湿式スクラバーとしては、気相スクラバー、液相スクラバー、およびこれらの組み合わせが挙げられ得る。本発明の一実施形態において、この湿式スクラバーは、液相スクラバーである。適切な液相スクラバーとしては、噴霧塔スクラバーが挙げられるが、これに限定されず、噴霧塔スクラバーとしては、向流（ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ）設計、並流（ｃｏｃｕｒｒｅｎｔ）設計、および逆流（ｃｒｏｓｓｃｕｒｒｅｎｔ）設計、ジェットベンチュリスクラバー（ｊｅｔ ｖｅｎｔｕｒｉ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）などが挙げられる。１つの詳細な局面において、この液相スクラバーは、噴霧塔スクラバーであり得る。適切な気相スクラバーとしては、ベンチュリスクラバー（例えば、固定のど部（ｆｉｘｅｄ ｔｈｒｏａｔ）、変動性ののど部（ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｈｒｏａｔ）、および調節可能なのど部の設計；プレート塔スクラバー（例えば、シーブ）、衝突捕集、泡キャップ（ｂｕｂｂｌｅ−ｃａｐ）、およびバルブの設計；オリフィススクラバー（例えば、自己誘導性噴霧）、慣性オリフィス、および液中オリフィス（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｏｒｉｆｉｃｅ）設計；などが挙げられるが、これらに限定されない。適切な組み合わせの液相−気相スクラバーとしては、湿式フィルムスクラバー、充填塔スクラバー、サイクロン噴霧スクラバー、可動床もしくは移動床スクラバー（例えば、過剰注入床（ｆｌｏｏｄｅｄ ｂｅｄ）および乱流接触吸収器（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｃｏｎｔａｃｔ ａｂｓｏｒｂｅｒ）、バッフル噴霧スクラバー、機械補助スクラバー（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ａｉｄｅｄ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）（例えば、遠心分離ファンおよび誘導性噴霧スクラバー）などが挙げられるが、これらに限定されない。上記の議論から、本発明の少なくとも１つの局面は、循環流動床反応炉（ＣＦＢ）からの排煙が湿式スクラバーで処理されて、排出物（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を除去および／または減少させ得るという発見にあり、何か特定の湿式スクラバーの発見にあるのではないことが、明らかである。当業者は、使用され得る種々の湿式スクラバーを認識し、これが、本発明の範囲内にあるとみなす。さらに、未だ市販されていない特定の湿式スクラバー設計もまた、本発明の範囲内にあるとみなされる。現在、液相スクラバーが、硫黄酸化物および他の毒性排出物を除去するために最も好ましい。さらに、一般原則として、湿式スクラバーは、乾式スクラバーよりも硫黄酸化物減少において有効であることが注意される。

１つの代替的実施形態において、この湿式スクラバーは、粒状物質収集システムを備える、既存のＣＦＢ反応炉へと改装され得る。この代替的実施形態の一局面において、この湿式スクラバーは、既存の乾式スクラバーの出口に作動可能に接続され得る。この乾式スクラバーは、任意の既存のまたは既知の乾式スクラバー（例えば、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、乾式吸収剤注入器、循環乾式スクラバー、流動床吸収器、およびこれらの組み合わせた挙げられるが、これらに限定されない）であり得る。本発明の一実施形態において、この乾式スクラバーは、噴霧乾燥吸収器またはフラッシュ乾燥吸収器であり得る。

この代替的実施形態の別の局面において、この湿式スクラバーは、既存の乾式スクラバーについての代わりとして使用され得る。多くの考慮事項が、湿式スクラバーを既存のプラントに適合させることにおいて重要であり得る。これらの考慮事項としては、とりわけ、例えば、さらなる吸出し通風（ＩＤ）ファンもしくは既存のＩＤファンの変更でのさらなる熱損失；湿式スクラバーからの濡れた廃棄物を収容するためのシステム（例えば、灰取り扱いシステム）の追加；硫黄酸化物除去のためのさらなる吸収剤のリサイクルまたは供給；電子システムおよび制御システムへの追加およびこれらのシステムの改変；ならびに他のこのような考慮事項が挙げられる。当然のことながら、既存のＣＦＢ反応炉を改装するという上記の議論はまた、新たなＣＦＢ反応炉のための排出物制御システムの設計に適用され得る。

１つの代替的実施形態において、この粒状物質制御システムは、湿式スクラバーであり得る。１つの詳細な実施形態において、この湿式スクラバーは、ベンチュリスクラバーであり得る。ＣＦＢ反応炉から出る排煙は、湿式スクラバーに向けられ得る。この場合、この湿式スクラバーは、主に粒状物質除去システムとして働いている。この湿式スクラバーから出る排煙は、次いで、毒性排出物（特に、硫黄酸化物）のさらなる減少のために、第２の湿式スクラバーに向けられ得る。

本発明に従って、湿式スクラバーを、ＣＦＢ反応炉に追加することで、石灰岩（ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）および石灰（ｌｉｍｅ）のような吸収剤の改善された使用法が可能になる。例えば、吸収剤の全体的な消費は、硫黄酸化物除去により最適化され得る。このことは、湿式スクラバーにおいて使用される吸収剤の量に対して、ＣＦＢ反応炉において使用される吸収剤の量を調節することを要する。さらに、本発明の一局面において、ＣＦＢ反応炉から回収される灰および未使用吸収剤は、湿式スクラバーの操作において使用され得る。ＣＦＢ反応炉は、硫黄酸化物の有意な部分を除去し得る；しかし、この吸収剤の大部分が使用されないままである。頻繁には、未使用吸収剤は、粒状物質収集システムおよび／または燃焼チャンバから除去される固体のおよそ２５％〜５０％超を構成し得る。従って、この除去された固体は、吸収剤供給を、この湿式スクラバーに補充するために使用され得る。除去される固体中の灰および石膏は、潜在的に、潜在的な栓の詰まり、腐食などの点で、湿式スクラバーに対して問題を示し得る。しかし、未使用吸収剤のこのようなリサイクルは、全体的な吸収剤消費を減少することによって、稼働コストを低下させ得る。

さらに、湿式スクラバーをＣＦＢ反応炉に組み込むと、廃棄物（例えば、湿式スクラバーから生成される石膏）が、ＣＦＢ反応炉単独から得られるものより遙かに純粋であるという点で、さらなる利点が提供される。この排気産物の品質が高くなるほど、副生成物としてより容易に販売できるようになる。従って、一局面において、全体的な硫黄酸化物減少の割合を、灰の廃棄コストおよび全体的な吸収剤使用を相殺するために、湿式スクラバーにシフトさせ得る。

以下の議論は、毒性排出物の減少に関する。本発明の文脈において、減少の定量的な尺度を一般化することは困難であることが理解される。除去効率は、主に、燃料の消費に依存し得、そして特定の装置、稼働パラメーター、および他の要因によっても影響を受け得る。例えば、低硫黄石炭（例えば、ユタ産の石炭）に関して９９％硫黄酸化物除去を達成することは、東部産の瀝青炭のような高硫黄含有石炭に対して９９％除去を達成することより遙かに困難である。いずれにしても、本発明のシステムおよび方法は、硫黄酸化物排出物を、約９５％〜約１００％減少させるために適合され得る。そして別の実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、硫黄酸化物排出物を、約９９％〜約１００％減少させ得る。本発明の別の局面において、この硫黄酸化物排出物は、約２ｐｐｍ〜約２２ｐｐｍのレベルにまで減少され得る。約２ｐｐｍ〜約５ｐｐｍが、好ましい範囲である。当業者は、使用される特定の石炭が、排煙中の硫黄酸化物および他の汚染物質の量に大きく影響を及ぼし得ることを認識する。結果として、硫黄酸化物および他の汚染物質の除去は、一次燃料として高硫黄含量または低品質石炭を使用する場合より困難であり得る。例えば、ユタ産の石炭は、約０．５％という比較的低硫黄濃度を有し、９５％の硫黄酸化物排出物減少は、結果的に、約２２ｐｐｍの排出物レベルになる。対照的に、３％ 硫黄を含有する東部産の瀝青炭については、９５％の減少は、約１３０ｐｐｍをもたらし、９９．６％減少は、約１０ｐｐｍをもたらす。

本発明のなお別の詳細な局面において、排煙の処理は、硫黄酸化物に加えて、毒性排出物を減少させ得る。このような毒性排出物の非限定的な例としては、窒素酸化物、一酸化炭素、ヒ素、ベリリウム、カドミウム、塩化水素酸、クロム、コバルト、ハフニウム、鉛、マンガン、水銀、ニッケル、セレン、ベンゾ［ａ］ピレン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。硫黄酸化物除去に加えて、種々の湿式スクラバーが、異なる毒性排出物を種々の程度にまで除去し得る。従って、特定の湿式スクラバーを選択することにより、特定の排出物の除去をより完全に働かせるように調整し得る。例えば、石灰と活性炭との吸収剤混合物を使用する湿式スクラバーは、汚染物質を減少するために使用され得る。当業者は、本明細書で議論されるように、本発明に基づいて、このような設計事項の選択を行い得る。

本発明の１つの実施形態において、水銀除去デバイスは、利用されるシステムの型に依存して、いくつかの位置のうちの１つに、作動可能に接続され得る。現在、開発中の水銀除去技術の３つの広範なカテゴリーが存在し、これらのカテゴリーには、水銀を固体に転換し、この固体が次いで、微粒子制御デバイスまたは湿式スクラバーのいずれかを用いて除去され得ること；ガスストリームに注入される、特定の物質に、水銀を吸着させ、次いで、この物質が、再度、微粒子制御デバイスまたは湿式スクラバーのいずれかによって除去され得ること；および試薬の注入によって、水銀を可溶性形態に転換し、この可溶性形態が、次いで、湿式スクラバーによって除去されることが含まれる。このような水銀除去システムは、吸着吸収剤注入、微粒子収集、触媒または化学添加剤、吸着剤ユニットなどを含み得る。次第に厳しくなる環境管理規制を考慮して、水銀規制の分野における改善および開発が、期待される。任意のこのような水銀除去システムは、現在公知であっても未開発であっても、本発明のシステムと組み合わせて使用され得る。現在の水銀除去システムのいくつかの非限定的な例としては、活性炭素注入、修飾ＳＣＲ／ＦＧＤシステム、部分的に燃焼した石炭の注入、シリケートベースの吸着剤、流動オーバープレート材料、ハロゲン化物燃焼触媒、およびこれらの技術の組み合わせが挙げられる。選択される水銀除去システムの型に依存して、物質または試薬の注入が、いくつかの可能な位置（ＳＣＲ、ＥＳＰまたはバグハウス、湿式スクラバーの、前または後が挙げられる）において行われ得るか、あるいは排煙を処理するためにこのシステムに作動可能に接続された、別個のユニットであり得る。本発明において使用するために適切な、現在の水銀除去システムの大部分は、この排煙から、９０％以上の水銀を除去し得る。燃料の燃焼に依存して、ほとんどのプラントにおいて発生する水銀の総量は、排煙の約５μｇ／ｄｓｃｍ（マイクログラム／乾燥標準立方メートル）〜１６μｇ／ｄｓｃｍの範囲である。本発明において使用するために適切な水銀除去システムは、好ましくは、約１μｇ／ｄｓｃｍ〜約２μｇ／ｄｓｃｍのレベルまで、水銀排出物を削減し得る。

本発明のさらなる代替の実施形態において、排煙は、窒素酸化物排出物を削減するために処理され得る。多数の窒素酸化物削減システムおよび方法が、本発明のシステムと組み合わせて使用され得る。代表的なＣＦＢユニットは、比較的低温で作動し、従って、ＰＣユニットと比較して、窒素酸化物排出が固有に低い。しかし、窒素酸化物を削減するために、さらなる工程が行われ得る。例えば、アンモニアまたは尿素のような、窒素ベースの吸着剤が、サイクロンに注入され得る。あるいは、ＳＮＣＲのようなさらなるユニットが、ＣＦＢに作動可能に接続されて、窒素酸化物レベルを低下させ得る。同様に、ＰＣユニットからの排煙を処理するためのシステムは、窒素酸化物削減システムを備え得る。１つの特に有効な窒素酸化物削減システムは、ＳＣＲである。あるいは、ＰＣユニットは、従来の低ＮＯｘバーナーまたは進歩した低ＮＯｘバーナーを備え付けられ得る。これらのバーナーは、窒素酸化物排出物をかなり減少させる。主として燃焼の変更である、他の窒素酸化物削減方法としては、上だき空気、燃料ガスの再循環、天然ガスの再燃焼、多段階燃焼、および進歩した燃焼制御システムが挙げられ得る。排煙の直接的な処理は、代表的に、より有効であるが、またしばしば、資本費用および作動費用を追加する。排煙処理のために適切な窒素酸化物削減システムの非限定的な例としては、ＳＣＲ、ＳＮＣＲ、ハイブリッドＳＣＲ／ＳＮＣＲ、同時ＳＯ_２／ＮＯｘ除去システム、および他の公知の技術または開発された技術が挙げられ得る。

ここで図２を参照すると、石炭燃焼用反応炉２０からの排煙の処理のためのシステムが示されている。本発明に従って、微粒子収集装置は、この石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続され得、そして微粒子の量が少ない排煙を発生させるように構成され得る。上記のように、この微粒子種集装置は、この石炭燃焼用反応炉とは別個のユニットであっても、この反応炉に組み込まれても良い。第１の湿式スクラバー２２は、この微粒子収集装置に作動可能に接続され得、そして排煙を洗浄し、排出物が減少した、処理された排煙を生成するように、構成され得る。さらに、第２の湿式スクラバー２４は、この第１の湿式スクラバーに作動可能に接続され得、そしてこの処理された排煙を洗浄し、硫黄酸化物の量が少ない排煙を発生させるように、構成され得る。

本発明の１つの局面において、第１の湿式スクラバーおよび第２の湿式スクラバーは、気相スクラバー、液相スクラバー、およびこれらの組み合わせから独立して選択され得る。本発明の別の局面において、第１の湿式スクラバーおよび第２の湿式スクラバーは、各々、液相スクラバーであり得る。最も頻繁には、第１の湿式スクラバーおよび第２の湿式スクラバーは、異なる型および／または設計のスクラバーである。１つの実施形態において、第１の湿式スクラバーは、噴霧塔スクラバーであり得、そして第２の湿式スクラバーは、可動床もしくは移動床スクラバーであり得る。同様に、燃料の燃焼、および所望の排出物レベルに依存して、第１の湿式スクラバーおよび第２の湿式スクラバーは、独立して、噴霧塔スクラバー、ベンチュリスクラバー、プレート塔スクラバー、オリフィススクラバー、充填塔スクラバー、湿式フィルムスクラバー、サイクロン噴霧スクラバー、可動床もしくは移動床吸収器、バッフル噴霧吸収器、およびこれらの組み合わせから独立して選択され得る。

本発明のこの局面において、石炭燃焼用反応炉は、任意の公知の石炭燃焼用反応炉であり得る。１つの実施形態において、この石炭燃焼用反応炉は、循環流動床（ＣＦＢ）反応炉であり得る。別の実施形態において、この石炭燃焼用反応炉は、粉炭（ＰＣ）反応炉であり得る。

本発明のなお別の実施形態において、石炭燃焼用反応炉からの排気は、排煙を連続して処理するように構成された少なくとも２つの乾式スクラバーのシステムを使用して処理され得る。上述のように、適切な乾式スクラバーは、任意の公知の乾式スクラバー技術を含み得る。このような乾式スクラバーの非限定的な例としては、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、乾式吸収剤注入器、流動床吸収器、循環乾式スクラバー、およびこれらの組み合わせが挙げられる。１つの局面において、石炭燃焼用反応炉からの排煙を処理するためのシステムは、石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続され、石炭燃焼用反応炉からの排煙を処理して、処理された排煙を生成するように構成された、第１の乾式スクラバーを備え得る。さらに、第２のスクラバーは、第１の乾式スクラバーに作動可能に接続され、そして、この処理された排煙をさらに処理して、低硫黄排煙を生成するように構成され得る。１つの詳細な局面において、第１の乾式スクラバーは、乾式吸収剤注入器であり、そして、第２の乾式スクラバーは、噴霧乾燥吸収器である。このような二重の乾式スクラビングシステム（ｄｒｙ ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）は、種々の石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続され得る。しかし、本発明の１つの実施形態において、石炭燃焼用反応炉は、循環流動床であり得る。

類似の動機および要因が、湿式スクラビングシステム（ｗｅｔ ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に関連して上で議論されたように、排煙から除去された大量の汚染物質に影響を及ぼし得る。しかし、１つの局面において、本発明のシステムおよび方法は、硫黄酸化物の排気を約９５％〜約１００％減少するように適合され得、そして、別の実施形態では、硫黄酸化物の排気を約９９％〜約１００％減少し得る。

以下の実施例は、本発明の例示的な実施形態を示す。しかし、以下のものは、本発明の原理の用途のほんの見本または例示であることが理解されるべきである。多数の改変および代替的な組成物、方法およびシステムが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により考案され得る。添付の特許請求の範囲は、このような改変および配置を包含することが意図される。従って、本発明は、詳細な事項に関して上述されてきたが、以下の実施例は、現在実用的であると思われる本発明の実施形態に関連して、さらに詳細を提供する。

（実施例１）
３％の硫黄の東洋瀝青炭（Ｅａｓｔｅｒｎ Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｃｏａｌ）を燃焼する、２５０ＭＷｅ（正味）のＣＦＢ反応炉に、湿式スクラバーを後から取付ける。ボイラーを出るガスの合計重量は、約２，５４３，０００ｌｂ／時間である。ＣＦＢからのＳＯ_２の９０％減少を達成するのに十分な石灰石を提供することにより、約２０８９ｌｂ／時間（約２６１ｐｐｍ）のＳＯ_２の生成を生じる。湿式スクラバーは、湿式スクラバーから出るＳＯ_２の量を約８０ｌｂ／時間（１０ｐｐｍ）まで減少させる、噴霧塔吸収器である。このシステムは、全体で約９９．６％のＳＯ_２の減少を提供する。このような減少は、１年あたり約７，９２０トンのＳＯ_２を削減する。

（実施例２）
標準的なバッグハウス有する、１％の硫黄の西洋瀝青炭（ｗｅｓｔｅｒｎ ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｃｏａｌ）を燃焼する、４００ＭＷｅ（正味）のＰＣ反応炉に、二重湿式スクラバーを後から取り付ける。ボイラーを出るガスの合計重量は、約４，６６０，０００ｌｂ／時間である。ＳＯ_２減少システムがなければ、ボイラーの出口からのＳＯ_２の排気は、約１１，７００ｌｂ／時間である。湿式スクラバーは、噴霧塔吸収器と移動床スクラバーとの組み合わせであり、湿式スクラバーを出るＳＯ_２の量を約１１７ｌｂ／時間まで減少させる。このシステムは、全体で約９９％のＳＯ_２の減少を提供する。このような減少は、１年あたり約４６，１２０トンのＳＯ_２を削減する。

こうして、石炭燃料反応炉からの排煙の処理のための改善されたシステムおよび方法が開示される。上記の説明および実施例は、本発明の特定の可能な使用を例示することのみが意図される。本発明は、広範囲の有用性および産業上の用途に適用可能であることは、当業者により容易に理解される。本明細書中に記載されるもの以外の、本発明の多くの実施形態および適合、ならびに、多くのバリエーション、改変および等価な配置は、本発明の実体および精神から逸脱することなく、本発明およびその上述の説明から明らかであるか、または本発明およびその上述の説明により合理的に示唆される。従って、本発明は、その好ましい実施形態に関して、本明細書中で詳細に記載されてきたが、この開示は、本発明のほんの見本または例示であり、そして、単に本発明の完全かつ可能な開示を提供する目的でなされるものであることが理解されるべきである。上述の開示は、本発明を制限すること、または、別に、任意のこのような他の実施形態、適合、バリエーション、改変および等価な配置を除外するようには意図されず、また、そのように解釈されるべきでもない。本発明は、本明細書に添付される特許請求の範囲、およびその等価物によってのみ制限される。

上で言及された配置は、本発明の原理に対する用途の実例であることが理解されるべきである。多数の改変および代替的な配置は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により考案され得、そして、添付の特許請求の範囲は、このような改変および配置を包含することが意図される。従って、本発明は、現在最も実用的かつ好ましいと思われる本発明の実施形態に関連して、具体的かつ詳細に上に記載されてきたが、多数の改変（サイズ、材料、形状、形態、機能、操作様式、組立て、および使用のバリエーションが挙げられるがこれらに限定されない）が、特許請求の範囲に示される本発明から逸脱することなくなされ得ることは、当業者に明らかである。

図１は、ＣＦＢ反応炉および湿式スクラバーを備える、本発明に従う１つの実施形態の概略図である。 図２は、２つの連続した湿式スクラバーを備える、本発明に従う別の実施形態の概略図である。

Claims (36)

1. 石炭燃焼用循環流動床反応炉からの排煙を処理するためのシステムであって、該循環流動床反応炉に作動可能に接続されかつ該排煙を処理するために構成される湿式スクラバーを備える、システム。
2. 前記湿式スクラバーが、気相スクラバー、液相スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される構成要素である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記湿式スクラバーが、噴霧塔スクラバーである、請求項２に記載のシステム。
4. 前記湿式スクラバーは、気相スクラバーであり、該スクラバーは、ベンチュリスクラバー、プレート塔スクラバーおよびオリフィススクラバーからなる群より選択される構成要素である、請求項２に記載のシステム。
5. 前記湿式スクラバーが、組み合わせ液相−気相スクラバーであり、該スクラバーは、充填塔スクラバー、湿式フィルムスクラバー、サイクロン噴霧スクラバー、可動床もしくは移動床吸収器およびバッフル噴霧吸収器からなる群より選択される構成要素である、請求項２に記載のシステム。
6. 前記循環流動床と前記湿式スクラバーとの間に作動可能に接続される乾式スクラバーをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記排煙の処理のためのシステムが、硫黄酸化物排出物を約９５％〜約１００％まで削減するように適合される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記排煙の処理のためのシステムが、窒素酸化物、一酸化炭素、ヒ素、ベリリウム、カドミウム、塩酸、クロム、コバルト、ハフニウム、鉛、マンガン、水銀、ニッケル、セレン、ベンゾ（ａ）ピレンおよびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つの排出を削減するように適合される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記石炭燃焼用循環流動床反応炉に作動可能に接続される水銀除去デバイスをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
10. 前記石炭燃焼用循環流動床反応炉に作動可能に接続される窒素酸化物削減デバイスをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. 石炭燃焼用反応炉からの排煙を処理するためのシステムであって、以下：
    ａ）該石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続されかつ低微粒子排煙を生成するように構成される微粒子収集装置；
    ｂ）該微粒子収集装置に作動可能に接続され、該排煙を洗浄しかつ処理された排煙を生成するように構成される第一のスクラバーであって、該第一のスクラバーは、湿式スクラバーまたは乾式スクラバーのいずれかである、第一のスクラバー；および
    ｃ）該第一のスクラバーに作動可能に接続されかつ該処理された排煙を洗浄して低硫黄酸化物排煙を生成するために構成される、第二のスクラバーであって、該第二のスクラバーは、湿式スクラバーまたは乾式スクラバーのいずれかである、第二のスクラバー
    を備える、システム。
12. 前記第一のスクラバーおよび第二のスクラバーが、湿式スクラバーであり、該スクラバーは、気相スクラバー、液相スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第一の湿式スクラバーおよび第二の湿式スクラバーが、各々、液相スクラバーである、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第一の湿式スクラバーが噴霧塔スクラバーであり、そして第二の湿式スクラバーが可動床もしくは移動床スクラバーである、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第一の湿式スクラバーおよび第二の湿式スクラバーが、噴霧塔スクラバー、ベンチュリスクラバー、プレート塔スクラバー、オリフィススクラバー、充填塔スクラバー、湿式フィルムスクラバー、サイクロン噴霧スクラバー、可動床もしくは移動床吸収器、バッフル噴霧吸収器およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記第一のスクラバーおよび第二のスクラバーが、乾式スクラバーであり、該スクラバーは、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、乾式吸収剤注入器、流動床吸収器、循環乾式スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記第一の乾式スクラバーが乾式吸収剤注入器であり、そして前記第二の乾式スクラバーが噴霧乾燥吸収器である、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記石炭燃焼用反応炉が、循環流動床反応炉である、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記石炭燃焼用反応炉が、粉炭反応炉である、請求項１１に記載のシステム。
20. 前記排煙の処理のためのシステムが、窒素酸化物、一酸化炭素、ヒ素、ベリリウム、カドミウム、塩酸、クロム、コバルト、ハフニウム、鉛、マンガン、水銀、ニッケル、セレン、ベンゾ（ａ）ピレンおよびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つの排出を削減するように適合される、請求項１１に記載のシステム。
21. 前記石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続される水銀除去デバイスをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
22. 前記石炭燃焼用反応炉に作動可能に接続される窒素酸化物削減デバイスをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
23. 石炭燃焼用燃焼ユニットからの毒性排出物を低下させる方法であって、該方法は、以下の工程：
    ａ）該石炭燃焼用燃焼ユニットの排煙から微粒子を除去して、低微粒子排煙を生成する工程；
    ｂ）第一のスクラバーを用いて低微粒子排煙を処理し、処理された排煙を生成する工程であって、該第一のスクラバーは、湿式スクラバーまたは乾式スクラバーのいずれかである、工程；および
    ｃ）第二のスクラバーを用いて該処理された排煙を処理し、低硫黄酸化物排煙を生成する工程であって、該第二のスクラバーは、湿式スクラバーまたは乾式スクラバーのいずれかである、工程
    を包含する、方法。
24. 前記第一のスクラバーおよび第二のスクラバーが湿式スクラバーであり、該スクラバーは、気相スクラバー、液相スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第一のスクラバーおよび第二のスクラバーが、噴霧塔スクラバー、ベンチュリスクラバー、プレート塔スクラバー、オリフィススクラバー、充填塔スクラバー、湿式フィルムスクラバー、サイクロン噴霧スクラバー、可動床もしくは移動床スクラバー、バッフル噴霧吸収器およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項２４に記載の方法。
26. 前記第一のスクラバーおよび第二のスクラバーが乾式スクラバーであり、該スクラバーは、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、乾式吸収剤注入器、流動床吸収器、循環乾式スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される、請求項２３に記載の方法。
27. 前記第一の乾式スクラバーが乾式吸収剤注入器であり、そして前記第二の乾式スクラバーが噴霧乾燥吸収器である、請求項２６に記載の方法。
28. 前記石炭燃焼用燃焼ユニットが、循環流動床反応炉である、請求項２３に記載の方法。
29. 未使用の石灰を前記湿式スクラバーに再循環させる工程をさらに包含する、請求項２８に記載の方法。
30. 前記石炭燃焼用燃焼ユニットが、粉炭反応炉である、請求項２３に記載の方法。
31. 硫黄酸化物排出物が、約９５％〜約１００％削減される、請求項２３に記載の方法。
32. 硫黄酸化物排出物が、約９９％〜約１００％削減される、請求項３１に記載の方法。
33. 石炭燃焼用循環流動床反応炉からの硫黄酸化物の排出を低下させる方法であって、第一の湿式スクラバーを用いて石炭燃焼用燃焼ユニットからの排煙を処理して、処理された排煙を生成する工程を包含する、方法。
34. 前記第一の湿式スクラバーが、気相スクラバー、液相スクラバーおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項３３に記載の方法。
35. 前記循環流動床と前記第一の湿式スクラバーとの間に作動可能に接続される乾式スクラバーをさらに備える、請求項３３に記載の方法。
36. 前記乾式スクラバーが、噴霧乾燥吸収器、フラッシュ乾燥吸収器、乾式吸収剤注入器、流動床吸収器およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項３５に記載の方法。

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