JP2013108680A

JP2013108680A - 排ガス処理システム

Info

Publication number: JP2013108680A
Application number: JP2011254308A
Authority: JP
Inventors: Wakako Shimodaira; 和佳子下平; Kazuki Kobayashi; 和樹小林; Atsushi Katagawa; 篤片川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】ミルなどにおける腐食の発生を防ぎつつ、プラント全体の熱効率の低下を抑制し、さらに排ガスの水銀除去性能の低下を抑制すること。
【解決手段】燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラ１と、ボイラの排ガスが流れる煙道２に配設され、排ガスを設定温度に冷却する排ガス冷却器５と、集塵機６と、湿式脱硫装置７と、湿式脱硫装置の上流側の煙道２から抜き出した循環排ガスに富酸素ガスを混合した燃焼用ガスをボイラに導く燃焼用ガス配管８と、燃焼用ガス配管から分岐され、燃料搬送用ガスをボイラに導く燃料搬送用ガス配管１０と、燃料搬送用ガス配管に設けられたミル９とを備え、燃料搬送用ガス配管には、粉状のアルカリ剤を添加するアルカリ剤供給手段（２４）が設けられ、その下流側でミルの上流側の燃料搬送用ガス配管には、アルカリ剤供給手段により供給されたアルカリ剤を捕集するバグフィルタ２３が設けられてなること。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理システムに係り、特に、富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスを用いて燃料を燃焼させるボイラを備えた酸素燃焼システムに関する。

従来の火力発電プラントでは、空気を用いて燃料を燃焼させる空気燃焼用ボイラを備えた空気燃焼システムが主流となっている。これに対し、大気中へ放出される二酸化炭素（ＣＯ_２）の回収を容易にするため、富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスを用いて燃料を燃焼させる酸素燃焼用ボイラが検討されている。

この酸素燃焼用ボイラ（以下、ボイラと略す。）を備えた酸素燃焼システムでは、例えば、ボイラから排出された排ガスの一部と空気分離装置で製造された富酸素ガス（以下、酸素と略す。）とを混合した燃焼用ガスを石炭等の化石燃料とともにボイラに供給することで燃料を燃焼させている。この燃焼システムによれば、プラントから排出される排ガス量が空気燃焼システムと比べて大幅に減少するとともにボイラから排出された排ガスの主要成分がＣＯ_２とＨ_２Ｏになるため、排ガスを冷却圧縮することでＣＯ_２を容易に分離回収することができる（例えば、特許文献１参照。）。

図２に従来の酸素燃焼システムの実施形態を示す。ボイラ１の出口には、排ガスが通流する煙道２が接続されており、この煙道２の途中には、上流側から、脱硝装置３、燃焼用ガス加熱器４、排ガス冷却器５、電気集塵機６、湿式脱硫装置７が設けられ、湿式脱硫装置７の下流側には、図示しない排ガス液化装置と煙突が順次設けられている。煙道２には、電気集塵機６と湿式脱硫装置７とを接続する煙道２から分岐され、この煙道２から抜き出した排ガス（循環排ガス）と酸素を混合した燃焼用ガスをボイラ１に供給する燃焼用ガス配管８が接続されている。燃焼用ガス配管８には、この燃焼用ガス配管８から分岐され、ミル９で供給された燃料をボイラ１に搬送するための燃料搬送用ガスをボイラ１に導く燃料搬送用ガス配管１０が接続されている。燃焼用ガス配管８と燃料搬送用ガス配管１０には、それぞれ燃焼用ガス加熱器４の上流側に、空気分離装置１１で製造された酸素が酸素導入管路１２を通じて供給されるようになっている。

ボイラ１には、燃焼用ガスと微粉炭が供給されて微粉炭が燃焼される。ボイラ１の燃焼により発生した排ガスは、煙道２を通じて脱硝装置３に導かれ、排ガス中のＮＯｘが除去される。脱硝装置３を出た排ガスは、燃焼用ガス加熱器４に導かれて所定温度に減温される。燃焼用ガス加熱器４を出た排ガスは、排ガス冷却器５に導かれて所定温度に減温された後、電気集塵機６に導かれ、排ガス中の凝縮したＳＯ_３の一部が煤塵に付着した状態で除去される。排ガスはその後、脱硫装置７に導かれ、ＳＯｘが除去される。脱硫装置７を出た排ガスは、排ガス液化装置で冷却圧縮され、ＣＯ_２が液化されて分離された後、煙突から大気中へ放出される。

煙道２を流れる排ガスの一部は燃焼用ガス配管８によって抜き出され、さらに燃焼用ガス配管８を流れる排ガスの一部は燃料搬送用ガス配管１０に導かれる。燃焼用ガス配管８に導かれた循環排ガスは、循環用ファン１３によって搬送され、酸素導入管路１２から供給された酸素が混合されて燃焼用ガスとなる。この燃焼用ガスは、燃焼用ガス加熱器４で熱交換され、所定温度まで加熱された後、ボイラ１へ供給される。一方、燃料搬送用ガス配管１０に導かれた循環排ガスは、循環用ファン１４によって搬送され、酸素導入管路１２から供給された酸素が混合されて燃料搬送用ガスとなる。この燃料搬送用ガスは、燃焼用ガス加熱器４で熱交換され、所定温度まで加熱された後、ミル９に供給され、微粉炭を乾燥させるとともに微粉炭を同伴してボイラ１に供給される。

ところで、この種の酸素燃焼システムでは、空気をボイラに供給して燃料を燃焼させる空気燃焼時と比べて、排ガス中のＳＯ_２濃度が３〜５倍ほど高く、それに伴ってＳＯ_２が酸化して生成されるＳＯ_３の濃度も高くなっている。例えば、高Ｓ分炭（石炭中Ｓ分１.５〜３.６％）を燃焼させた場合、空気燃焼時の排ガス中のＳＯ_３濃度が１０〜５０ｐｐｍであるのに対し、酸素燃焼時は６０〜３００ｐｐｍに上昇し、排ガス中の水分濃度においても、空気燃焼時が１０％であるのに対し、酸素燃焼時は３０％前後に上昇する。

このように、ＳＯ_３や水分が多く含まれる排ガスをボイラ１へ再循環させた場合、燃焼用ガス配管８や燃料搬送用ガス配管１０などの配管、循環ファン１３，１４及びミル９などの循環系統で循環排ガスの温度が酸露点（約１４０℃以上）を下回った場合、ＳＯ_３が液状の硫酸となり、配管や機器類の腐食を引き起こすおそれがある。特に、ＳＯ_３は、湿式脱硫装置７で除去されにくいことから、その上流側で除去する必要がある。

この点、図２の構成によれば、排ガス冷却器５によって排ガス温度をＳＯ_３の酸露点以下、かつ水露点（排ガス中の水分３０％では約７０℃）以上に調節することができるため、排ガス中の灰に凝縮したＳＯ_３を吸着させて灰中のカルシウムと中和させ、電気集塵機６で灰ごと除去することができる。これにより、排ガス中のＳＯ_３濃度は１ｐｐｍ以下まで低減される。

ところで、排ガス中には、燃料の石炭に由来する水銀(Ｈｇ)が含まれている。水銀は環境への影響が大きく、排ガス液化装置の腐食の原因にもなるため、高度に除去しなければならない。水銀は高温のボイラで還元され、金属状となって排出されるが、金属状の水銀は吸着性や溶解性を持たないため、除去が困難となる。しかし、水銀は、触媒などによって酸化されると、一部は灰に吸着したまま除塵され、残りは湿式脱硫装置の吸収液に溶解して除去される。ここで、酸化水銀はその殆どがＨｇＣｌ_２の形態で存在するため、排ガス中のＨＣｌ濃度が高いほど水銀の酸化率が高くなり、水銀の除去率も高くなる。

図３に、排ガス中のＨＣｌ濃度と脱硝触媒における水銀酸化率の関係を示す。ＨＣｌ濃度が高いほど水銀酸化率は上昇するが、ＨＣｌ濃度が概ね２０ｐｐｍを超えると、酸化率は頭打ちとなる。従来の酸素燃焼システム（例えば、図２）では、集塵機（例えば、図２の電気集塵機６）で除去されなかったＨＣｌがボイラ１へ再循環され、排ガス中のＨＣｌ濃度が上昇することから、水銀酸化率が上昇し、高い水銀除去率が維持できるという利点がある。

ここで、図４に従来の酸素燃焼システムの他の実施形態を示す。なお、図４では、図３と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、燃焼用ガス加熱器４の後流側に反応器１５を設置し、その入口側の煙道２にライン１６から水、ライン１７からカルシウム剤をそれぞれ吹き込むことにより、排ガス中の酸性成分（ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＨＣｌ）を中和させるようになっている。ここで、反応器１５の後流側の集塵装置は、バグフィルタ１８が用いられる。バグフィルタ１８では、ＳＯ_３とＨＣｌの大部分とＳＯ_２の一部が除去され、灰１９とともに排出される。排ガス中に残存するＳＯ_２は、湿式脱硫装置７によって除去される。

煙道２は、湿式脱硫装置７の後流側で分岐され、煙道２から抜き出された循環排ガスは、循環用ファン１３，１４によってそれぞれ燃焼用ガス配管８、燃料搬送用ガス配管１０を流れる。このとき、湿式脱硫装置７を通過した排ガスは約３０％の水分が飽和に達しており、排ガス温度は約７０℃に低下していることから、循環系統での結露を防止するため、燃焼用ガス配管８には、燃料搬送用ガス配管１０との分岐点の上流側にヒータ２０を設け、排ガスを約９０℃以上に加熱するようになっている。

特開２０１０−１０７１２９号公報

図２の構成において、典型的な高Ｓ炭（石炭中Ｓ分＝２.６％、Ｃｌ＝３００mg/kg）を燃焼させ、電気集塵機６の後流側から排ガスの約１／４を循環させた場合のシステム各所のガス性状を表２に示す。表中のＣ点は、図２のＣ点に相当する。

表２に示すように、ボイラ１から排出される排ガス中には、酸性成分としてＳＯ_２やＳＯ_３だけでなく、石炭中のＣｌ分に由来するＨＣｌが含まれており、排ガス中のＨＣｌ濃度は、ＳＯ_２やＳＯ_３と同様、排ガスの再循環によって空気燃焼時の３〜５倍に上昇している。ところが、排ガス中のＨＣｌは、図２のように、排ガス冷却器５によって減温した排ガスを電気集塵機６に導いても、ＳＯ_３のように高効率では除去できない。これは、酸素燃焼時の水分３０％の排ガスにおいて、ＨＣｌの酸露点（約７０℃）及び水露点（約７０℃）は、ＳＯ_３の酸露点よりも大幅に低く、熱交換器や電気集塵機６などでは水の凝縮を防止するため、約１００℃で運転されるためである。すなわち、ＨＣｌは凝縮されず、電気集塵機６での除去率は約４０〜６０％程度に留まるため、循環排ガス中にはＳＯ_２とともにＨＣｌが高濃度（ＳＯ_２が数千ｐｐｍ、ＨＣｌが数十ｐｐｍ）で残存することになる。したがって、燃焼用ガス配管８や燃料搬送用ガス配管１０では、排ガス温度が水露点よりも高くなるように運転されているが、ミル９など局所的に水露点を下回る可能性がある場所では、ＳＯ_２やＨＣｌが凝縮水に溶解し、腐食が進行するおそれがある。

一方、図４の実施形態において、表２と同じ石炭を燃料とした場合のシステム各所のガス性状を表３に示す。表中のＤ点及びＥ点は、図４中のＤ点及びＥ点に相当する。図４の構成によれば、排ガス中のＳＯ_２とＨＣｌは、排ガスが湿式脱硫装置７を通過する際に高効率で除去されるため、ＳＯ_２濃度は３０ｐｐｍ以下、ＨＣｌ濃度は１ｐｐｍ以下まで低減される。このため、ミル９などで部分的に水分凝縮が生じたとしても、腐食のリスクが少ない。

しかし、湿式脱硫装置７を通過した排ガスの温度は７０℃と低く、結露を防ぐために循環排ガスをヒータ２０で加熱する必要がある。このため、プラント全体の熱効率の低下を招くことになる。また、集塵装置として大型のバグフィルタ１８を使用することから、設備コストが高くなる。さらにバグフィルタ１８では石炭から発生した灰が回収されるだけでなく、排ガス中に添加されたカルシウム剤、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＨＣｌといった大量の酸性成分も灰１９とともに回収される。このため、回収灰の品質が低下し、有効利用及び廃棄の障害となる。

さらに図４の構成では、水銀除去の観点からも問題がある。すなわち、循環排ガス中のＨＣｌ濃度は１ｐｐｍ以下と低いため、ボイラ１から出た排ガスのＨＣｌ濃度は、空気燃焼時と同等の１５ｐｐｍ程度となり、図２の実施形態と比べて大幅に低くなる。このため、脱硝触媒における水銀酸化率が低下してしまい、空気燃焼時よりも水銀の除去率を高めることができなくなる。

本発明の課題は、ミルなどにおける腐食の発生を防ぎつつ、プラント全体の熱効率の低下を抑制し、さらに排ガスの水銀除去性能の低下を抑制することにある。

本発明の排ガス処理システムは、富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、このボイラから排出される排ガスが流れる煙道に配設され、該煙道を通流する排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを設定温度に冷却する排ガス冷却器と、この排ガス冷却器の下流側の前記煙道に配設された集塵機と、この集塵機の下流側の煙道に配設された湿式脱硫装置と、集塵機の下流側で湿式脱硫装置の上流側の煙道から抜き出した循環排ガスに富酸素ガスを混合した燃焼用ガスをボイラに導く燃焼用ガス配管と、燃焼用ガス配管から分岐され、ボイラに燃料を搬送するための燃料搬送用ガスをボイラに導く燃料搬送用ガス配管と、この燃料搬送用ガス配管に設けられて粉砕した燃料を供給するミルとを備える排ガス処理システムであって、燃料搬送用ガス配管には、この配管を流れる燃料搬送用ガスに粉状のアルカリ剤を添加するアルカリ剤供給手段が設けられ、このアルカリ剤供給手段の下流側であってミルの上流側の燃料搬送用ガス配管には、アルカリ剤供給手段により供給されたアルカリ剤を捕集するバグフィルタが設けられてなることを特徴とする。

本発明によれば、ボイラから排出された排ガスを排ガス冷却器で所定温度に減温して集塵機に導くことにより、排ガス中のＳＯ_３濃度を大幅に低減することができる。また、燃料搬送用ガス配管にアルカリ剤を添加することにより、後流側のバグフィルタの表面にアルカリ剤を堆積させ、バグフィルタを通過するガスに含まれるＨＣｌ及びＳＯ_２をアルカリ剤と中和させることができる。これにより、燃料搬送用ガス配管を流れる燃料搬送用ガスのＨＣｌとＳＯ_２の濃度を大幅に低減できるため、バグフィルタの後流側に配設されたミルなどで燃料搬送用ガスの水分凝縮が生じても、腐食の発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、煙道から抜き出した排ガスが流れる燃焼用ガス配管と燃料搬送用ガス配管のうち、燃料搬送用ガス配管にのみアルカリ剤を添加している。このため、ボイラには、燃焼用ガス配管を流れる燃焼用ガスのＨＣｌがそのまま供給される。したがって、ボイラから排出される排ガスのＨＣｌ濃度は、排ガス中の水銀を酸化させるのに十分な濃度が保たれるため、排ガス中の水銀を酸化させることができ、結果として水銀の除去性能の低下を抑制することができる。

さらに本発明では、湿式脱硫装置の上流側の煙道から排ガスを抜き出して循環させているため、循環排ガスの温度を所定温度（例えば、９０℃以上）に保つことができる。これにより、循環排ガスの急激な温度低下を抑制できるため、循環排ガスを加熱するためのヒータなどを設置する必要がなく、プラントの熱効率の低下を抑制することができる。

この場合において、本発明は、空気から窒素を分離して富酸素ガスを製造する空気分離装置と、この空気分離装置で製造された富酸素ガスを燃焼用ガス配管及び燃料搬送用ガス配管に導入する酸素導入管路とを備え、バグフィルタには、バグフィルタの表面に堆積するアルカリ剤を払い落す逆洗用ガスとして、空気分離装置で製造された富酸素ガスを導入する逆洗用ガス導入管路が接続されてなるものとする。

すなわち、バグフィルタの逆洗用ガスには一般に空気などが用いられるが、例えば、燃料搬送用ガスに逆洗用ガスの空気が混入した場合、酸素燃焼時においてボイラ内に入った空気が燃焼することで、排ガス中のＣＯ_２濃度が低下し、排ガスからＣＯ_２を分離して回収する際の回収効率が低下するおそれがある。この点、本発明のように、空気分離装置で製造される富酸素ガスの一部を逆洗用ガスとして用いることにより、既存の設備で、排ガスのＣＯ_２濃度の低下を抑制することができる。したがって、ＣＯ_２の分離回収効率を高く維持することができ、しかも設備費用を低く抑えることができる。

また、湿式脱硫装置に供給する吸収液が貯留されるスラリタンクと、バグフィルタで回収されたアルカリ剤を粉状又はスラリの状態でスラリタンクへ搬送する搬送手段とを備えてなるものとする。

すなわち、バグフィルタで回収された使用済みのアルカリ剤には、未反応分を多く含むため、回収されたアルカリ剤をスラリタンクへ供給することにより、脱硫用の吸収液の材料として有効利用することができる。このようにすれば、吸収液のコストを削減できるとともにアルカリ剤の廃棄量を削減することができる。

ここで、アルカリ剤としては、カルシウム系の化合物、例えば、消石灰、生石灰、石灰石などを用いることが好ましい。これによれば、低コストで、燃料搬送用ガスの酸性成分を効率よく除去することができ、しかも脱硫用の吸収液としての利用価値を高めることができる。

本発明によれば、ミルなどにおける腐食の発生を防ぎつつ、プラント全体の熱効率の低下を抑制し、さらに排ガスの水銀除去性能の低下を抑制することができる。

本発明を適用してなる排ガス処理システムの一実施形態の構成を示す系統図である。従来の排ガス処理システムの構成を示す系統図である。排ガス中のＨＣｌ濃度（ｐｐｍ）と水銀酸化率（％）との関係を示す図である。従来の排ガス処理システムの構成を示す系統図である。空気燃焼時と酸素燃焼時における排ガス中のＳＯ_３濃度（ｐｐｍ）とＳＯ_３酸露点（℃）との関係を示す図である。

以下、本発明を適用してなる排ガス処理システムの一実施形態について、図１を参照して説明する。図１では、従来技術（図２、図４）と同一の構成については同一の符号を付している。なお、本実施形態では、ボイラで燃焼させる化石燃料として微粉炭を用いる例を説明するが、この例に限定されるものではなく、例えば、化石燃料に限らず、バイオマス燃料などを用いてもよい。

ボイラ１の出口には、排ガスが通流する煙道２が接続されている。この煙道２の途中には、上流側から、脱硝装置３、燃焼用ガス加熱器４、排ガス冷却器５、電気集塵機６、湿式脱硫装置７が設けられ、湿式脱硫装置７の下流側には、排ガス液化装置２１と図示しない煙突が順に設けられている。煙道２には、電気集塵機６と湿式脱硫装置７を接続する煙道２から分岐された燃焼用ガス配管８が接続され、この燃焼用ガス配管８には、燃料搬送用ガス配管１０が分岐して接続されている。燃料搬送用ガス配管１０には、ボイラ１と燃焼用ガス加熱器４との間にミル９が設けられている。

燃焼用ガス配管８と燃料搬送用ガス配管１０には、それぞれ燃焼用ガス加熱器４の上流側に酸素導入管路１２の分岐した先の一端が接続されている。酸素導入管路１２の反対側の他端は空気分離装置１１の出口部に接続されている。酸素導入管路１２の分岐した先には、それぞれ図示しない弁が設けられている。

空気分離装置１１は、空気から窒素などを分離して濃度９５％ｖｄ（ドライべースの容積分率）以上の高濃度酸素を生成するものである。空気分離装置１１で生成された酸素は、石炭搬送用（バーナ一次）と燃料用（バーナ二次、三次、アフタエア）の二つの弁の開度をそれぞれ調節することによって分割された後、燃焼用ガス配管８と燃料搬送用ガス配管１０にそれぞれ供給される。酸素は、燃焼用ガス配管８と燃料搬送用ガス配管１０を流れる循環排ガスと混合されて、実用的な酸素濃度（例えば２６〜２９wt−Vol％：ウェットベースの容積分率）となるように調節される。

燃焼用ガス配管８には、循環用ファン１３が、燃料搬送用ガス配管１０には、循環用ファン１４がそれぞれ設けられ、これらのファン回転数を調節することにより、煙道２から抜き出した循環排ガスの流量、つまり、ボイラ１に供給される燃焼用ガスの供給量、及び、微粉炭の燃料搬送量が調節可能になっている。

ボイラ１は、火炉に図示しないバーナが取り付けられ、このバーナには、燃料の微粉炭が供給される燃料流路と燃焼用ガスが供給される燃焼用ガス流路が形成されている。燃料の石炭はミル９に供給され、微粉炭燃焼に適した粒度に粉砕される。粉砕された微粉炭は、燃料搬送用ガス配管１０により供給された循環排ガスに同伴されて送炭管２２を通り、バーナの燃料流路に供給されるようになっている。

煙道２、燃焼用ガス配管８、燃料搬送用ガス配管１０には、燃焼用ガス加熱器４が配設されている。燃焼用ガス加熱器４は、煙道２の脱硝装置３と排ガス冷却器５との間を流れる排ガスと、燃焼用ガス配管８の酸素導入管路１２の接続部より下流側を流れる循環排ガス及び燃料搬送用ガス配管１０の酸素導入管路１２の接続部より下流側を流れる燃料搬送用ガスとを熱交換するようになっている。これにより、燃焼用ガス配管８を流れる循環排ガス及び燃料搬送用ガス配管１０を流れる燃料搬送用ガスは、酸素が混合された状態で燃焼用ガス加熱器４に導かれ、煙道２を流れる排ガスとそれぞれ熱交換して加熱される。

排ガス冷却器５は、煙道２を流れる排ガスと図示しない冷却冷媒とを熱交換して排ガスを設定温度に冷却するものであり、例えば、管内に冷却媒体を通流させ、管外を流れる排ガスと熱交換するチューブ式熱交換器となっている。

燃料搬送用ガス配管１０には、循環用ファン１４と燃焼用ガス加熱器４との間に小型のバグフィルタ２３が設けられ、バグフィルタ２３と循環用ファン１４との間には、アルカリ剤供給手段が配設されている。アルカリ剤供給手段は、アルカリ剤の微粉が貯留された図示しない貯留部と、この貯留部に貯留されたアルカリ剤を燃料搬送用ガス配管１０内に供給するアルカリ剤供給ライン２４などを含んで構成される。

バグフィルタ２３には、酸素導入管路１２より分岐された逆洗用ガス導入管路２５が接続されており、空気分離装置１１で製造された酸素の一部がバグフィルタ２３の逆洗用ガスとして供給されるようになっている。なお、逆洗用ガス導入管路２５には、図示しない弁が設けられ、外部より弁の開閉が制御されるようになっている。バグフィルタ２３の逆洗によって回収された回収物ａ（大部分が未反応アルカリ剤）は、粉状又はスラリの状態で搬送手段２６によりスラリタンク２７まで搬送されるようになっている。スラリタンク２７には、水供給ライン２８及び石灰石供給ライン２９が接続されている。これにより、例えば、粉状の回収物ａがスラリタンク２７に搬送された場合、回収物ａは水供給ライン２８から供給される水と石灰石供給ライン２９から供給される石灰石粉末が混合され、脱硫用の吸収液に適したスラリに調製されるようになっている。スラリタンク２７で調整されたスラリは、スラリ供給ポンプ３０によってスラリ供給配管３１を通じて湿式脱硫装置７の容器内に供給されるようになっている。

湿式脱硫装置７は、縦型の容器の底部側の入口ダクトから排ガスを導入し、頂部側の出口ダクトから排ガスを排出するようになっている。容器内には、排ガスに脱硫用の吸収液を噴霧する図示しないノズルが設けられている。ノズルには、吸収液をノズルに循環させる循環ポンプ３２が接続され、容器の底部から汲み上げた吸収液を循環配管３３によってノズルに戻して循環させるようになっている。容器の底部には空気供給配管３５が接続されており、容器内に貯留される吸収液に空気が吹き込まれるようになっている。また、循環配管３３には、スラリ排出配管３６が接続されており、スラリ排出配管３６に配設された図示しない弁を開くことにより、容器内のスラリが外部に排出されるようになっている。

次に、このようにして構成される排ガス処理システムの動作を説明する。ボイラ１には、循環排ガスと微粉炭が供給されて微粉炭が燃焼される。ボイラ１の燃焼により発生した排ガスは、煙道２を通じて脱硝装置３に導かれ、排ガス中のＮＯｘが除去される。脱硝装置３を出た排ガスは、燃焼用ガス加熱器４に導かれて所定温度（例えば、約１６０℃〜２００℃）に減温される。燃焼用ガス加熱器４を出た排ガスは、排ガス冷却器５に供給されて設定温度（ＳＯ_３の酸露点以下、かつ水露点（排ガス中の水分３０％では約７０℃）以上）まで減温された後、電気集塵機６に導かれる。これにより、排ガス中で凝縮したＳＯ_３は灰に吸着し、灰中のカルシウムと中和された状態で灰とともに除去され、排ガス中のＳＯ_３濃度は１ｐｐｍ以下に低減される。なお、電気集塵機６で回収された灰は、例えば、セメント原料などとして有効利用されるか、或いは、固形廃棄物として廃棄される。

図５に、排ガス中のＳＯ_３濃度（ｐｐｍ）とＳＯ_３酸露点（℃）との関係を示す。図に示すように、酸素燃焼時においては、排ガス中の水分とＳＯ_３濃度が空気燃焼時よりも高く、ＳＯ_３酸露点は、空気燃焼時よりも高くなる。このため、電気集塵機６は、例えば１００℃〜１１０℃で運転される。

電気集塵機６を通過した排ガスは、湿式脱硫装置７に導かれ、吸収液である石灰石スラリによって排ガス中のＳＯ_２が除去される。石灰石中のＣａがＳＯ_２と反応して生成されたＣａＳＯ_３は、空気供給配管３５から湿式脱硫装置２１の容器内に供給された空気中の酸素によってＣａＳＯ_４に酸化される。湿式脱硫装置２１には、スラリタンク２７からスラリが供給されるとともに、循環ポンプ３２によって循環する石灰石スラリはスラリ排出配管３６から排出される。

湿式脱硫装置７を出た排ガスは、排ガス液化装置２１で冷却圧縮され、ＣＯ_２が液化された状態で分離された後、煙突から大気中へ放出される。

一方、煙道２を流れる排ガスの一部は燃焼用ガス配管８によって抜き出され、さらに燃焼用ガス配管８を流れる排ガスの一部（全排ガス量の約２割）は燃料搬送用ガス配管１０に導かれる。燃焼用ガス配管８に導かれた循環排ガスは、循環用ファン１３によって搬送され、酸素導入管路１２より供給された酸素が混合されて燃焼用ガスとなり、燃焼用ガス加熱器４に導かれる。燃焼用ガス加熱器４で排ガスと熱交換され、所定温度（例えば、約３００℃）に加熱された燃焼用ガスは、ボイラ１に形成されたバーナの燃焼用ガス流路に供給される。

燃料搬送用ガス配管１０に導かれた循環排ガスは、循環用ファン１４によって搬送され、バグフィルタ２３に向かう途中でアルカリ剤供給ライン２４から粉状のアルカリ剤が添加される。循環排ガス中に添加されたアルカリ剤は、循環排ガスに同伴されて下流へ流れ、バグフィルタ２３のフィルタ表面に堆積層を形成する。これにより、バグフィルタ２３を循環排ガスが通過する際、循環排ガス中のＳＯ_２とＨＣｌがアルカリ剤と中和されて除去される。

アルカリ剤としては、カルシウム系の化合物（消石灰、生石灰、石灰石など）を用いることができ、ＳＯ_２及びＨＣｌとＣａとのモル比が３〜４程度となるように所定量を循環排ガス中に添加する。これにより、バグフィルタ２３を通過後の循環排ガス中のＳＯ_２とＨＣｌは９５％以上が除去される。

バグフィルタ２３を通過した循環排ガスは、酸素導入管路１２から供給された酸素が混合されて燃料搬送用ガスとなり、燃焼用ガス加熱器４に導かれる。燃焼用ガス加熱器４で排ガスと熱交換され、所定温度（例えば、約２００℃）まで加熱された燃料搬送用ガスは、ミル９に供給されることで微粉炭を乾燥させるとともに、微粉炭を同伴してボイラ１に形成されたバーナの燃料流路に供給される。

図１の構成において、図２の従来技術と同様の高Ｓ炭（石炭中Ｓ=２.６％、Ｃｌ＝４００mg/kg）を燃焼させ、本実施形態を適用した場合のシステム各所のガス性状の例を表１に示す。表中のＡ点及びＢ点は、図１のＡ点及びＢ点に相当する。

図２の従来技術では、表２のＣ点に示すように、ミル９に供給される燃料搬送用ガス中のＨＣｌ濃度が２５ｐｐｍ、ＳＯ_２濃度が１００００ｐｐｍと高かったのに対し、本実施形態によれば、表１のＢ点に示すように、ＨＣｌ濃度が１ｐｐｍ以下、ＳＯ_２濃度が４００ｐｐｍに低下する。また、本実施形態では、ＳＯ_３濃度についても、図２と同様に１ｐｐｍ以下まで低下している。このように、本実施形態では、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＨＣｌの大部分が除去された燃料搬送用ガスをミル９などの水分が凝縮し易い循環系統に供給しているため、ミル９などで燃料搬送用ガスの水分凝縮が生じたとしても、腐食の発生を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、図２の従来技術と比較して、ボイラ１へ戻されるガスのＳＯ_２濃度が約２割減少するため、その分、ボイラ１から排出される排ガス中のＳＯ_２濃度が低下し、さらにＳＯ_２から生成するＳＯ_３も減少する。したがって、湿式脱硫装置７の入口部のＳＯ_２濃度が低下することから、出口部のＳＯ_２濃度、つまり煙突から排出される排ガス中のＳＯ_２濃度を低減させることができる。

また、本実施形態では、ボイラ１から排出される排ガス中のＨＣｌ濃度が、図２の従来技術で６０ｐｐｍだったのに対し、４５ｐｐｍまで低下している。しかし、図３で説明したように、４５ｐｐｍというＨＣｌ濃度は、触媒による水銀酸化性能が十分に発揮できるレベルであるため、図４及び表３で示した従来技術のように、水銀酸化性能が低下することがない。すなわち、本実施形態では、循環系統を流れる循環排ガスのうち、燃料搬送用ガス配管１０を流れる循環排ガスのみアルカリ剤で中和処理しているため、ボイラ１には、燃焼用ガス配管８を流れる燃焼用ガスのＨＣｌがそのまま供給される。したがって、ボイラから排出される排ガスのＨＣｌ濃度は、概ね２０ｐｐｍ以上に保たれることから、水銀酸素性能の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、循環排ガスの温度が１００〜１１０℃と、水露点よりも高いままで搬送されるため、図４のように、循環排ガスをヒータ２０で加熱する必要がない。このため、プラントの熱効率の低下を回避することができる。

ところで、バグフィルタ２３のフィルタ表面に堆積したアルカリ剤は、逆洗用ガス導入管路２５から定期的に高圧の酸素を吹き込むことによってフィルタから払い落とされる。フィルタから払い落された使用済みのアルカリ剤ａは、未反応のＣａを大量に含んでおり、その他、ＣｌやＳ分を含んでいる。これらの固形分は、脱硫用の吸収液と同じ元素構成であることから、回収されたアルカリ剤ａを搬送手段２６によってスラリタンク２７まで搬送し、スラリタンク２７で吸収液の材料として使用することにより、未反応のＣａを無駄に廃棄することなく、アルカリ剤の利用効率を高め、廃棄量を削減することができる。ここで、搬送手段２６としては、アルカリ剤ａを粉体のままコンベアで搬送することが望ましいが、アルカリ剤ａに水を加えてスラリ化させた状態で、ポンプにより搬送するようにしてもよい。

スラリタンク２７には、搬送手段２６によりアルカリ剤ａが供給される他、水供給ライン２８と石灰石供給ライン２９からそれぞれ水と石灰石粉末が投入され、これらを攪拌することにより脱硫用の吸収液が調製される。スラリタンク２７で調製された吸収液は、スラリ供給ポンプ３０によってスラリ供給配管３１により湿式脱硫装置７の容器内に供給される。

以上述べたように、本実施形態によれば、酸素燃焼時において、燃料搬送用ガスが供給されるミル９内で、燃料搬送用ガスの水分凝縮が生じたとしても、ミル９の上流側において燃料搬送用ガス中のＳＯ_２、ＳＯ_３、ＨＣｌの大部分が除去されるため、腐食の発生を抑制することができ、配管材料などにかかるイニシャルコストやランニングコストを低減することができる。また、本実施形態によれば、循環排ガスを加熱するヒータなどの設備が不要となるため、プラントの熱効率の低下を回避することができる。さらに、本実施形態によれば、有効利用や廃棄の困難なアルカリ剤ａなどを用いて脱硫用の吸収液を調製しているため、固形廃棄物の排出量の増加を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、ボイラ１から排出された排ガス中のＳＯ_３を除去するため、排ガス冷却器５で排ガスを設定温度まで冷却させた後、電気集塵機６において凝縮したＳＯ_３を灰に付着させ、灰ごと除去するようにしているが、排ガス中のＳＯ_３濃度が高く、これだけではＳＯ_３を十分に除去できない場合は、排ガス冷却器５の入口付近に少量のアルカリ剤を添加してＳＯ_３を中和させるようにしてもよい。この場合、排ガス中のＨＣｌ濃度も低下するため、ＨＣｌ濃度の減少分を見込んで、アルカリ剤供給ライン２４から添加するアルカリ剤の量を調製する必要がある。これにより、排ガス中のＨＣｌ濃度が極端に減少するのを防ぎ、排ガス中の水銀の除去効率の低下を抑制することができる。

１ボイラ
２煙道
５排ガス冷却器
６電気集塵機
７湿式脱硫装置
８燃焼用ガス配管
９ミル
１０燃料搬送用ガス配管
１１空気分離装置
２３バグフィルタ
２４アルカリ剤供給ライン
２５逆洗用ガス導入管路
２６搬送手段
２７スラリタンク

Claims

富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、該ボイラから排出される排ガスが流れる煙道に配設され、該煙道を通流する排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを設定温度に冷却する排ガス冷却器と、該排ガス冷却器の下流側の前記煙道に配設された集塵機と、該集塵機の下流側の前記煙道に配設された湿式脱硫装置と、前記集塵機の下流側で前記湿式脱硫装置の上流側の前記煙道から抜き出した前記循環排ガスに前記富酸素ガスを混合した前記燃焼用ガスを前記ボイラに導く燃焼用ガス配管と、前記燃焼用ガス配管から分岐され、前記ボイラに前記燃料を搬送するための燃料搬送用ガスを前記ボイラに導く燃料搬送用ガス配管と、該燃料搬送用ガス配管に設けられて粉砕した前記燃料を供給するミルとを備える排ガス処理システムであって、
前記燃料搬送用ガス配管には、該配管を流れる前記燃料搬送用ガスに粉状のアルカリ剤を添加するアルカリ剤供給手段が設けられ、該アルカリ剤供給手段の下流側であって前記ミルの上流側の前記燃料搬送用ガス配管には、前記アルカリ剤供給手段により供給された前記アルカリ剤を捕集するバグフィルタが設けられてなる排ガス処理システム。
空気から窒素を分離して前記富酸素ガスを製造する空気分離装置と、該空気分離装置で製造された前記富酸素ガスを前記燃焼用ガス配管及び前記燃料搬送用ガス配管に導入する酸素導入管路とを備え、
前記バグフィルタには、該バグフィルタの表面に堆積する前記アルカリ剤を払い落す逆洗用ガスとして、前記空気分離装置で製造された前記富酸素ガスを導入する逆洗用ガス導入管路が接続されてなる請求項１に記載の排ガス処理システム。
前記湿式脱硫装置に供給する吸収液が貯留されるスラリタンクと、前記バグフィルタで回収された前記アルカリ剤を粉状又はスラリの状態で前記スラリタンクへ搬送する搬送手段とを備えてなる請求項１又は２に記載の排ガス処理システム。
前記アルカリ剤は、カルシウム系の化合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス処理システム。