JP2014076444A - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排ガス4が導入され処理ガス9を排出する集塵装置3と、集塵装置3に排ガスを導入するガス流路5と、排ガスのHCl濃度を検出する第一HCl検出部6と、排ガスのSOx濃度を検出する第一SOx検出部7と、制御指令に基づいて制御指令で定められた重量のCa系アルカリ剤、Na系アルカリ剤を含むアルカリ剤をガス流路に供給するアルカリ供給部10と、アルカリ剤の重量を決定して制御指令を送出する制御装置8と、を備え、制御装置8は、第一HCl検出部6によって検出されたHCl濃度と、第一SOx検出部7によって検出されたSOx濃度から算出されるHCl/SOx比に基づいて重量を決定する排ガス処理装置1。
【選択図】図1
Description
即ち、本発明の排ガス処理装置は、排ガスが導入され処理ガスを排出する集塵装置と、前記集塵装置に前記排ガスを導入するガス流路と、前記排ガスのHCl濃度を検出する第一HCl検出部と、前記排ガスのSOx濃度を検出する第一SOx検出部と、制御指令に基づいて前記制御指令で定められた重量のCa系アルカリ剤、Na系アルカリ剤を含むアルカリ剤を前記ガス流路に供給するアルカリ供給部と、前記アルカリ剤の重量を決定して前記制御指令を送出する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第一HCl検出部によって検出されたHCl濃度と、前記第一SOx検出部によって検出されたSOx濃度から算出されるHCl/SOx比に基づいて前記重量を決定することを特徴とする。
また、過剰の石灰供給による、集塵装置での差圧上昇を防止することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1は、集塵装置3と、燃焼設備2から排出された排ガス4を集塵装置3に導入するガス流路5と、集塵装置3に導入される排ガス4のHCl濃度を検出する第一HCl検出部6と、排ガス4のSOx濃度を検出する第一SOx検出部7と、制御装置8と、ガス流路5にアルカリ剤を供給するアルカリ供給部10と、集塵装置3から排出された処理ガス9を大気放出する煙突13と、を備えている。
集塵装置3の内部には、複数の室に隔離され、各室内にバグフィルタや触媒を担持するバグフィルタ(触媒バグフィルタ)が設けられている。触媒として、酸化チタン、五酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステンなどを含むチタン−バナジウム系触媒が使用できる。
Ca系アルカリ剤は、一般的には、Ca(OH)2(消石灰)である。以下、Ca系アルカリ剤を消石灰として説明する。
Na系アルカリ剤は、一般的には、NaHCO3(炭酸水素ナトリウム、重炭酸ナトリウム重曹)である。以下、Na系アルカリ剤を重曹として説明する。
本実施形態の制御装置8は、第一HCl検出部6によって検出されたHCl濃度(ppm)と、第一SOx検出部7によって検出されたSOx濃度(ppm)の比、即ちHCl/SOx比=βを算出し、このβの値に基づいてアルカリ剤の使用量を制御する。
さらに、HCl/SOx比=βが所定値以下のときのみに重曹等のNa系アルカリ剤の重量を増加させるため、Na系アルカリ剤の使用量をより低減させることができる。
以下、本発明の第二実施形態に係る排ガス処理装置1Bを図面に基づいて説明する。
図2は、本実施形態に係る排ガス処理装置1Bの一例を示す系統図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の制御装置8は、HCl/SOx比に加え、排ガス4中のH2O濃度を考慮して排ガス4の処理を行うことを特徴としている。即ち、制御装置8は、H2O検出部18によって検出される排ガス4のH2O濃度が一定値以下(例えば20%以下)のときは、排ガス4を加湿する制御を行う。具体的には、制御装置8は、H2O濃度が一定値以下のときは、水蒸気供給部19に対して、ガス流路5に水蒸気を供給するような制御指令を送出するか、または、給水装置17に減温塔15の水量を増加させるような制御指令を送出する。
また、H2O濃度が所定値以下の場合は、加湿のみの処理となるため、より低コストでの処理が可能となる。また、加湿により、排ガス4中の水分濃度を上げることで、排ガス4中のHCl等の反応性を高め、脱塩率を向上させることができる。
以下、本発明の第三実施形態に係る排ガス処理装置1Cを図面に基づいて説明する。
図3は、本実施形態に係る排ガス処理装置1Cの一例を示す系統図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の制御装置8は、集塵装置3に流入する排ガス4の温度によって、排ガス4を加湿するか、排ガス4に重曹を供給するかを判断することを特徴としている。
即ち、制御装置8は、温度検出部21によって検出される温度を監視しており、例えば、H2O濃度が所定値以下(例えば18vol%以下)、かつ、温度検出部21によって検出された排ガス温度が所定値以上(例えば180℃以上)の場合は、重曹供給部12より供給される重曹を増加させる制御を行う。
一方、H2O濃度が一定値以上のときは、第一実施形態と同様の制御を行う。即ち、HCl/SOx比=βの値に基づいてアルカリ剤(消石灰、重曹)の使用量を制御して排ガス4の処理を行う。
また、本実施形態の構成に、第二実施形態の減温塔15を組み合わせて、さらに上流側の排ガス4を加湿する構成とすることも可能である。
以下、本発明の第四実施形態に係る排ガス処理装置1Dを図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態に係る排ガス処理装置1Dの一例を示す系統図である。
本実施形態の排ガス処理装置1Dの装置構成は、第二実施形態の装置構成に加えて、集塵装置3から排出される処理ガス9のSOx濃度を検出する第二SOx検出部22を設けたものである。第二SOx検出部22として、フーリエ変換赤外分計測を用いた計測器を採用することができる。
本実施形態の制御装置8は、集塵装置3から排出される処理ガス9のSOx濃度に応じて、HCl/SOx比による制御を行うか否かを判断することを特徴としている。
即ち、制御装置8は、第二SOx検出部22によって検出される処理ガス9のSOx濃度が所定値(例えば15ppm〜20ppm)以下の場合は、アルカリ剤の供給量(重量)を変化させないような制御を行う。一方、第二SOx検出部22によって検出される処理ガス9のSOx濃度が所定値以上の場合は、第一実施形態〜第三実施形態と同様の制御を行う。即ち、HCl/SOx比=βの値に基づいてアルカリ剤(消石灰、重曹)の使用量を制御したり、H2O濃度に応じて排ガス4を加湿したりして排ガス4の処理を行う。
以下、本発明の第五実施形態に係る排ガス処理装置1Eを図面に基づいて説明する。
図5に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1Eの装置構成は、第四実施形態の装置構成に加えて、集塵装置3から排出される処理ガス9のHCl濃度を検出する第二HCl検出部23を設けたものである。第二HCl検出部23として、フーリエ変換赤外分計測を用いた計測器を採用することができる。
即ち、制御装置8は、第二HCl検出部23によって検出される処理ガス9のHCl濃度が所定値(例えば5ppm〜10ppm)以下の場合は、アルカリ剤の供給量(重量)を変化させないような制御を行う。
一方、第二HCl検出部23によって検出される処理ガス9のHCl濃度が所定値以上の場合は、第四実施形態と同様の制御を行う。即ち、処理ガス9のSOx濃度、HCl/SOx比=βの値、排ガス4のH2O濃度、などに基づいて排ガス4の処理を行う。
以下、本発明の第六実施形態に係る排ガス処理装置1Fを図面に基づいて説明する。
図6に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1Fの装置構成は、第五実施形態の装置構成に加えて、集塵装置3であるバグフィルタの表面に堆積された表面体積層の単位面積当たりの堆積重量を測定する重量測定演算器24を設けたものである。重量測定演算器24は、集塵装置3のバグ圧力損失、ろ過速度などから堆積重量を間接的に測定するものである。
即ち、制御装置8は、例えば逆洗直後、あるいは逆洗開始からある一定期間内において、堆積重量が所定値(例えば100g/m2)以上の場合は、アルカリ剤の供給量(重量)を変化させないような制御を行う。
一方、堆積重量が所定値以下の場合は、第一実施形態〜第五実施形態と同様の制御を行う。即ち、処理ガス9のSOx濃度、処理ガス9のHCl濃度、HCl/SOx比=βの値、排ガス4のH2O濃度、などに基づいて排ガス4の処理を行う。
以下、本発明の第七実施形態に係る排ガス処理装置1Gを図面に基づいて説明する。
図7に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1Gの装置構成は、第一実施形態の排ガス処理装置1の装置構成に加えて、第六実施形態と同様の第二SOx検出部22、第二HCl検出部23、重量測定演算器24を設け、さらに、ガス流路5の上流側にディスク状のロータリーアトマイザ25を設けたものである。ロータリーアトマイザ25には、ロータリーアトマイザ25に消石灰スラリーを供給するスラリー供給部26が設けられている。
堆積重量が所定値以下の場合であって、HCl/SOx比=βの値が所定値(例えば3〜5)以上の場合には、ロータリーアトマイザ25に供給される消石灰スラリーを増加させる制御を行う。
一方、堆積重量が所定値以上の場合、または、βの値が所定値以下の場合は、アルカリ剤の重量の制御は行わない。
また、処理ガス9のSOx濃度が高い場合には、重曹によって処理ガス9を中和することができる。
以下、本発明の第八実施形態に係る排ガス処理装置1Hを図面に基づいて説明する。
図8に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1Hの装置構成は、第七実施形態の排ガス処理装置1Gの装置構成に加えて、第二実施形態と同様のH2O検出部18、水蒸気供給部19を設け、ロータリーアトマイザ25にスラリー供給部26に加え、水供給部27を設けた装置構成である。
堆積重量が所定値以下の場合であって、HCl/SOx比=βの値が所定値(例えば3〜5)以上の場合には、ロータリーアトマイザ25に供給される消石灰スラリーを増加させる制御を行う。
一方、堆積重量が所定値以上の場合、または、βの値が所定値以下の場合は、アルカリ剤の重量の制御は行わない。
以下、本発明の第九実施形態に係る排ガス処理装置1Jを図面に基づいて説明する。
図9に示すように、本実施形態の排ガス処理装置1Jの装置構成は、第一実施形態の排ガス処理装置1Aの装置構成に加えて、第二実施形態と同様のH2O検出部18を設け、さらに、消石灰供給部11が特号消石灰供給部11aと、高反応消石灰供給部11bとから構成されている装置構成である。
高反応消石灰は、特号消石灰と比較して比表面積、細孔容積が約3倍とされた酸性ガス除去剤である。ただし、高反応消石灰は特号消石灰よりもコストの面で不利である。
高反応消石灰の比表面積は30m2/g以上、細孔容積は0.2cm3/g、平均粒径は、8.0〜12.0μmである。
まず、特号消石灰と高反応消石灰のそれぞれを使用した場合において、kSOx(反応速度定数)、L(表面堆積層厚さ)、LV(ろ過速度)を用いて、以下の数式(1)によって脱硫率ηSOxを計算する。
kSOx = F(α)・G(β)・H(CH2O) ・・・(2)
αは、消石灰供給量に対する排ガス処理装置入口HCl濃度、SOx濃度の比であり、HCl濃度、SOx濃度に対して反応物質である消石灰がどのくらいあるかということを表す指標となる値であって、CCa(OH)2(消石灰供給量)、CHCl(入口HCl濃度)、CSOx(入口SOx濃度)を用いて、以下の数式(3)によって算出することができる。
α = CCa(OH)2/(0.5・CHCl+CSOx) ・・・(3)
Ca(OH)2+2HCl → CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2 → CaSO3+2H2O
β = CHCl/CSOx ・・・(4)
CH2Oは、水分濃度である。
図10は、水分濃度20vol%のときの、HCl/SOx比βに対する脱硫率ηSOxを示す性能線図である。図11は、水分濃度18vol%のときの、HCl/SOx比βに対する脱硫率ηSOxを示す性能線図である。図12は、水分濃度16vol%のときの、HCl/SOx比βに対する脱硫率ηSOxを示す性能線図である。
図12、及び図13からわかるように、水分濃度が低い程、特号消石灰の脱硫率ηSOxは低くなり、高反応消石灰を必要とするβの範囲が拡大する。
本実施形態の制御装置8は、第一実施形態の排ガス処理装置1と同様に、HCl/SOx比=βの値に基づいてアルカリ剤の使用量を決定する。
換言すれば、脱硫率ηSOxは、水分濃度とHCl/SOx比の相関関係の影響を強く受けるため、水分濃度値とHCl/SOx比によってCaアルカリ剤の種類を変更したり、量を調整したりと最適な制御をすることで、最小限の量かつ低コストで高い排ガス処理性能を得ることが可能となる。
また、過剰の石灰供給による、集塵装置3での差圧上昇を防止することができる。
次に、第九実施形態の変形例について説明する。この変形例においては、使用温度毎により、Ca系アルカリ剤使い分け境界線図を作成して、この使い分け境界線図に基づいて消石灰を選定して使用する。
図14及び図15によれば、ガス温度が低温、かつ水分濃度が高いほど、低コストかつ高効率である特号消石灰の使用条件範囲が広範囲となる。
2 燃焼設備
3 集塵装置
4 排ガス
5 ガス流路
6 第一HCl検出部
7 第一SOx検出部
8 制御装置
9 処理ガス
10 アルカリ供給部
11 消石灰供給部
11a 特号消石灰供給部
11b 高反応消石灰供給部
12 重曹供給部
15 減温塔
16 減温水管
17 給水装置
18 H2O検出部
19 水蒸気供給部
21 温度検出部
22 第二SOx検出部
23 第二HCl検出部
24 重量測定演算器
25 ロータリーアトマイザ
26 スラリー供給部
27 水供給部
Claims (16)
- 排ガスが導入され処理ガスを排出する集塵装置と、
前記集塵装置に前記排ガスを導入するガス流路と、
前記排ガスのHCl濃度を検出する第一HCl検出部と、
前記排ガスのSOx濃度を検出する第一SOx検出部と、
制御指令に基づいて前記制御指令で定められた重量のCa系アルカリ剤、Na系アルカリ剤を含むアルカリ剤を前記ガス流路に供給するアルカリ供給部と、
前記アルカリ剤の重量を決定して前記制御指令を送出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第一HCl検出部によって検出されたHCl濃度と、前記第一SOx検出部によって検出されたSOx濃度から算出されるHCl/SOx比に基づいて前記重量を決定することを特徴とする排ガス処理装置。 - 前記制御装置は、HCl/SOx比が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させ、HCl/SOx比が所定値以下の場合に前記Na系アルカリ剤の重量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理装置。
- 前記排ガスのH2O濃度を検出するH2O検出部と、
前記排ガスを加湿する加湿手段と、を備え、
前記制御装置は、H2O濃度が所定値以下の場合に前記加湿手段を用いて前記排ガスを加湿し、前記アルカリ剤の重量は変化させないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排ガス処理装置。 - 前記集塵装置に流入する排ガスの温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御装置は、H2O濃度が所定値以下、かつ、前記排ガスの温度が所定温度以上の場合に前記Na系アルカリ剤の重量を増加させることを特徴とする請求項3に記載の排ガス処理装置。 - 前記制御装置は、前記排ガスのSOx濃度が所定値以下のときは前記アルカリ剤の重量を変化させないことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記処理ガスのSOx濃度を検出する第二SOx検出部を備え、
前記制御装置は、前記処理ガスのSOx濃度が所定値以下の場合に前記アルカリ剤の重量を変化させないことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。 - 前記制御装置は、前記排ガスの前記HCl濃度が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させ、前記Na系アルカリ剤の重量を変化させないことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記処理ガスのHCl濃度を検出する第二HCl検出部を備え、
前記制御装置は、前記処理ガスのHCl濃度が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させ、前記Na系アルカリ剤の重量を変化させないことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。 - 前記集塵装置は、バグフィルタであり、
前記バグフィルタの表面に堆積された表面体積層の単位面積当たりの堆積重量を測定する重量測定演算器を備え、
前記制御装置は、前記堆積重量が所定値以上のときは前記アルカリ剤の重量を変化させないことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。 - 前記集塵装置は、バグフィルタであり、
前記バグフィルタの表面に堆積された表面堆積層の単位面積当たりの堆積重量を測定する重量測定演算器を備え、
前記制御装置は、前記堆積重量が所定値以下、かつ、前記HCl/SOx比が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させ、
前記堆積重量が所定値以上、又は前記HCl/SOx比が所定値以下の場合は、
前記Na系アルカリ剤の重量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理装置。 - 前記処理ガスのSOx濃度を検出する第二SOx検出部と、
前記処理ガスのHCl濃度を検出する第二HCl検出部と、を備え、
前記制御装置は、前記処理ガスのHCl濃度が所定値以下、かつ、前記処理ガスのSOx濃度が所定値以上のとき、前記Na系アルカリ剤を増加させることを特徴とする請求項10に記載の排ガス処理装置。 - 前記排ガスのH2O濃度を検出するH2O検出部と、
前記排ガスを加湿する加湿手段と、を備え、
前記制御装置は、前記処理ガスのSOx濃度が所定値以上、かつ、前記H2O濃度が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させ、
前記処理ガスのSOx濃度が所定値以上、かつ、前記H2O濃度が所定値以下の場合に前記加湿手段を用いて前記排ガスを加湿し、
前記処理ガスのSOx濃度が所定値以上、かつ、前記H2O濃度が所定値以上の場合に前記Ca系アルカリ剤の重量を増加させることを特徴とする請求項11に記載の排ガス処理装置。 - 前記集塵装置はバグフィルタであり、
前記排ガスのH2O濃度を検出するH2O検出部を備え、
前記アルカリ供給部はCa系アルカリ剤として、比表面積12〜15m2/g、細孔容積0.03〜0.07cm3/gでありJIS特号相当の特号消石灰と、比表面積30m2/g以上、細孔容積0.1〜0.3cm3/gである高反応消石灰を供給可能であり、
前記制御装置は、前記H2O濃度及び前記HCl/SOx比に基づいて前記特号消石灰と前記高反応消石灰とを使い分けることを特徴とする請求項2に記載の排ガス処理装置。 - 前記特号消石灰を用いた場合の脱硫率と、前記高反応消石灰を用いた場合の脱硫率と、から作成した前記特号消石灰と前記高反応消石灰の使い分け境界線図を備え、
前記制御装置は、前記使い分け境界線図に基づいて前記特号消石灰と前記高反応消石灰とを使い分けることを特徴とする請求項13に記載の排ガス処理装置。 - 前記使い分け境界線図は、複数の前記H2O濃度毎に作成した前記HCl/SOx比と前記脱硫率からなる性能線図から作成することを特徴とする請求項14に記載の排ガス処理装置。
- 前記第一HCl検出部及び前記第一SOx検出部にフーリエ変換赤外分計測を用いることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
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