JP2014094352A - 排ガス処理装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】湿式方式の脱硫装置のような水を使用せずに、排ガス中の脱硫処理を行うことができる排ガス処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】ボイラ１１からの排ガス１２を排出する煙道１３に設けられ、排ガス１２中の窒素酸化物を除去する脱硝装置１４と、脱硝装置１４の後流側の煙道に設けられ、脱硝した排ガス１２Ａ中のＳＯ2（二酸化硫黄）をＳＯ3（三酸化硫黄）に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５と、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５の後流側の煙道１３に設けられ、排ガス１２Ｂと空気２０とを熱交換し、触媒を通過した排ガス１２Ｂの温度を酸露点以下とする熱交換器１６と、熱交換器１６内で、酸露点以下となった排ガス中の硫酸液滴の周囲に煤塵を付着させ、この煤塵で覆われた硫酸と、排ガス１２Ｃ中の煤塵とを捕集する集塵機１７と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理装置及び方法に関するものである。
火力発電所等において化石燃料の燃焼に伴い発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、煤塵等が排煙（排ガス）中に含まれている。これらのＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵等は大気汚染の原因となるので、石炭焚ボイラを有する火力発電所等には、ＮＯｘを除去するための脱硝装置、ＳＯｘを除去するための排煙脱硫装置を有する排ガス処理装置が設けられている。
ここで、排煙脱硫装置は、湿式方式の石灰石‐石膏法が主流を占めており、中でも石灰石スラリーをノズルからスプレ方式で噴霧して排ガスと気液接触させるスプレ方式は信頼性が高く、石灰石スラリーの塔内への噴霧方法として多く採用されている（特許文献１）。
特開２００６−３２６５７５号公報
しかしながら、湿式方式の脱硫装置は、脱硫性能に優れるものの、水消費量が増大する、という問題がある。
湿式方式以外の乾式方式の脱硫装置は、例えば活性コークスによりＳＯ2を除去することの提案があるが、性能が十分ではなかったり、エネルギーロス並びにユーティリティーが大きかったりする、という問題がある。
近年、世界中での環境規制値の制約が厳しくなっているので、従来では設置していないような水が不足している地域においても、脱硫装置の設置が求められるようになってきている。
そこで、湿式方式の脱硫装置のような水を使用せずに、排ガス中の脱硫処理を行うことができる排ガス処理装置の出現が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、湿式方式の脱硫装置のような水を使用せずに、排ガス中の脱硫処理を行うことができる排ガス処理装置及び方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ボイラからの排ガスを排出する煙道に設けられ、前記排ガス中のＳＯ2をＳＯ3に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部と、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の後流側の煙道に設けられ、前記排ガスと空気とを熱交換し、前記排ガスの温度を酸露点以下とし、この酸露点以下とされた前記排ガス中のＳＯ3を、煤塵にまぶされた硫酸液滴として凝縮させる熱交換器と、前記排ガス中の煤塵にまぶされた硫酸液滴を捕集する集塵機と、を有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の前流に、空気予熱器を介装することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記熱交換器で熱交換された予熱空気又はボイラ循環水を前記ボイラに供給する空気供給ラインを有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部と前記熱交換器との間に、粉体を供給する粉体供給手段を有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第５の発明は、第４の発明において、前記粉体が、石灰石又は前記集塵機で集塵された集塵粉体であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第６の発明は、ボイラからの排ガスを排出する煙道に設けられ、前記排ガス中のＳＯ2をＳＯ3に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程と、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の後流側の煙道に設けられ、前記排ガスと空気とを熱交換し、前記排ガスの温度を酸露点以下とする熱交換工程と、前記熱交換器内で、酸露点以下となった前記排ガス中の硫酸液滴を、前記排ガス中の煤塵にまぶして捕集する集塵工程と、を有することを特徴とする排ガス処理方法にある。
第７の発明は、第６の発明において、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程の前流側に、空気予熱工程を有することを特徴とする排ガス処理方法にある。
第８の発明は、第６又は７の発明において、前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程と前記熱交換工程との間に、粉体を供給することを特徴とする排ガス処理方法にある。
本発明によれば、排ガス中のＳＯ2をＳＯ3に触媒により転換させ、この転換したＳＯ3を含む排ガスを熱交換器で空気と熱交換させて、排ガス温度を酸露点以下とし、排ガス中の硫酸液滴の周囲に煤塵を付着させ、煤塵で覆われた硫酸を、煤塵と共に集塵機で捕集し、排ガス中の脱硫をすることができる。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。 図２は、実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。 図３は、実施例３に係る排ガス処理装置の概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ａは、ボイラ１１からの排ガス１２を排出する煙道１３に設けられ、排ガス１２中の窒素酸化物を除去する脱硝装置１４と、脱硝装置１４の後流側の煙道に設けられ、脱硝した排ガス１２Ａ中のＳＯ2（二酸化硫黄）をＳＯ3（三酸化硫黄）に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５と、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５の後流側の煙道１３に設けられ、排ガス１２Ｂと空気２０とを熱交換し、触媒を通過した排ガス１２Ｂの温度を酸露点以下とする熱交換器１６と、熱交換器１６内で、酸露点以下となった排ガス中の硫酸液滴３０の周囲に煤塵３１を付着させ、この煤塵で覆われた硫酸３２と、排ガス１２Ｃ中の煤塵３１とを捕集する集塵機１７と、を有するものである。図中、Ｆ1は押込ファン、Ｆ2は誘引ファンを図示する。
脱硝装置１４からの脱硝排出された排ガス１２Ａは、排ガス温度が例えば３００〜４００℃前後であり、この温度でＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５に導入され、内部に設けられたＳＯ2をＳＯ3に転換する転換触媒により、ＳＯ2が酸化されてＳＯ3となる。
このＳＯ3はまだガス体である。
次いで、この転換されたＳＯ3を含む排ガス１２Ｂは、熱交換器１６に導入され、ここで空気２０と熱交換することで、排ガス１２Ｂは酸露点以下（例えば１００℃）まで温度降下される。
ここで、前記熱交換器１６は、ガスとガスとを接触させる直接熱交換する熱交換方式の熱交換器や、冷やしたいガスと温めたいガスとを熱媒を用いて、間接熱交換する間接熱交換方式の熱交換器等を用いることができる。
この温度降下された結果、ガス体のＳＯ3が排ガス中の水分を含み硫酸（Ｈ2ＳＯ4）液滴となる。
ここで、排ガス１２Ｂ中の硫酸液滴は、排ガス１２Ｂ中に含まれる多量の煤塵によりまぶされ、煤塵で覆われた硫酸となる。
このように、本発明によれば、熱交換器１６で、排ガスの温度を酸露点以下とし、この酸露点以下となった前記排ガス中のＳＯ3を、煤塵にまぶされた硫酸液滴として凝縮させるようにしている。
この煤塵で覆われた硫酸は、硫酸液滴の周囲が無数の煤塵により包まれており、この煤塵で覆われた硫酸を含む排ガス１２Ｃは、集塵機１７へ導入される。そして、この集塵機１７において、煤塵と共に硫酸が捕集され、排ガス中の脱硫が完了し、浄化された排ガス１２Ｄとなる。
その後、浄化ガス１２Ｄは誘引ファンＦ2により、煙突１８に送られる。
本実施例では、熱交換器１６の熱交換媒体として、空気２０を用いて、予熱空気２０Ａを空気供給ライン２１により、ボイラ１１側へ送っているが、熱媒体として水を用いて、ボイラ循環水の予熱用に用いるようにしてもよい。
また、空気２０と排ガス１２Ｂの熱交換をする際に、熱媒体として水を用いるようにしてもよい。
この結果、発電所全体のエネルギー効率の向上を図ることができる。
本発明によれば、熱交換媒体として大気温度の空気を用いるようにしているので、従来の湿式脱硫装置のような多量の水を用いることが不要となる。
さらに、ガス中硫黄分を除去する機構が凝縮によるので、中和反応の媒介となる水分が不要となる。
また、回収した熱をボイラ燃焼空気の予熱用に用いることができ、従来よりも１００℃以下まで熱交換することで、熱交換効率が向上する。すなわち、従来では、空気予熱器での熱交換では、酸露点以下の１００℃まで低下させると、亜硫酸や硫酸腐食が発生するので、せいぜい１５０℃での熱交換であった。
本発明では、空気を予熱する際に、酸露点以下の１００℃まで降下させることができるので、従来よりも５０℃分エネルギー交換効率が向上することとなる。
この結果、発電所のエネルギー効率を０．５％以上上昇させることが可能となる。
また、排ガス１２を１００℃以下まで冷却することで、排ガスを誘引する誘引ファンＦ2の動力を低減させることができる。
また、本発明では、ＳＯ2をＳＯ3へ転換する転換触媒を用いることで、熱交換器を通過して大気中に放出されるＳＯ2ガスの量を低く抑えることができる。
次に、本発明の実施例２に係る排ガス処理装置について説明する。なお、実施例１と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図２は、本発明の実施例２に係る排ガス処理システムの概略図である。
図２に示すように、本実施例の排ガス処理システム１０Ｂは、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５と熱交換器１６との間の煙道１３中に、粉体である石灰石４１を導入する粉体供給手段４２が設けられている。
ボイラ１１の燃料Ｆとして、石炭を用いる場合には、排ガス１２中の煤塵の量は膨大であるので、問題はないが、燃料Ｆとして例えば重油や灰分の少ない石炭等を用いる場合、その重油の種類によって、排ガス１２中の煤塵量が少ない場合がある。
この場合には、熱交換器１６での煤塵３１による硫酸液滴３０の被覆が完全とならない場合がある。
このため、石灰石４１を導入して、煤塵３１と石灰石４１とにより硫酸液滴３０の周囲を被覆してサラサラ状態で、集塵機１７に送って、捕集するようにしている。
ここで、硫酸をまぶすに十分な煤塵量は決まっているため、燃料Ｆとして重油や灰分の少ない石炭を用いる場合には、煤塵量を予め計測し、不足する場合には、必要量の粉体、例として石灰石４１を導入するようにしている。
また、余剰となり集塵機１７にて回収された石灰石等の集塵粉体１７ａは、リサイクルライン１７ｂを介して、一部リサイクルされて熱交換器１６の前流に粉体として供給するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例３に係る排ガス処理装置について説明する。なお、実施例１と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３は、本発明の実施例３に係る排ガス処理システムの概略図である。
図３に示すように、本実施例の排ガス処理システム１０Ｃは、実施例１において、さらに脱硝装置１４とＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５との間に、空気予熱器１９を介装するようにしている。
この空気予熱器１９で、高温排ガス１２Ａ1と空気２０とを熱交換して、熱交換後の予熱空気２０Ａをボイラ１１へ導入している。
本実施例では、空気予熱器１９により高温排ガス１２Ａ1を１５０℃の低温排ガス１２Ａ2としているので、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５に導入される排ガス温度は、実施例１よりも低くなる。よって、本実施例では、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５で用いるＳＯ2・ＳＯ3転換触媒は、低温（１５０℃）での触媒活性が高い触媒を用いるようにしている。
また、ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５の排ガス１２Ｂも低温であるので、熱交換器１６での空気２０の予熱量は小さいものとなるが、予熱空気２０Ａは、ボイラ１１へ導入する前に、空気供給ライン２１を空気予熱器１９内に通過させ、ここで予熱した後、ボイラ１１へ導入するようにしている。
また、この実施例では、空気予熱器１９を設置した従来の湿式脱硫装置を備えた排ガス処理装置において、空気予熱器１９以降のラインをＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部１５、熱交換器１６及び集塵機１７とすることで、湿式方式から水分不要な熱交換器を用いた脱硫方式に形式変換することができるし、湿式脱硫装置の設置されていないプラントにおいても、既存の空気予熱器後流のダクトからバイパスすることで、熱交換器を用いた脱硫方式を追設することができる。
よって、既設の排ガス処理設備においても、湿式形式から水分不要な本発明の熱交換器による脱硫方式とし、さらに排ガスの熱を有効利用することができるので、発電所のエネルギー効率を０．５％以上上昇させることが可能となる。
１０Ａ〜１０Ｃ 排ガス処理装置
１１ ボイラ
１２、１２Ａ〜１２Ｄ 排ガス
１３ 煙道
１４ 脱硝装置
１５ ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部
１６ 熱交換器
１７ 集塵機
１８ 煙突
１９ 空気予熱器
２０ 空気
２０Ａ 予熱空気
３０ 硫酸液滴
３１ 煤塵
３２ 煤塵にまぶされた硫酸

Claims (8)

  1. ボイラからの排ガスを排出する煙道に設けられ、前記排ガス中のＳＯ2をＳＯ3に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部と、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の後流側の煙道に設けられ、前記排ガスと空気とを熱交換し、前記排ガスの温度を酸露点以下とし、この酸露点以下とされた前記排ガス中のＳＯ3を、煤塵にまぶされた硫酸液滴として凝縮させる熱交換器と、
    前記排ガス中の煤塵にまぶされた硫酸液滴を捕集する集塵機と、を有することを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 請求項１において、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の前流に、空気予熱器を介装することを特徴とする排ガス処理装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記熱交換器で熱交換された予熱空気又はボイラ循環水を前記ボイラに供給する空気供給ラインを有することを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 請求項１又は２において、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部と前記熱交換器との間に、粉体を供給する粉体供給手段を有することを特徴とする排ガス処理装置。
  5. 請求項４において、
    前記粉体が、石灰石又は前記集塵機で集塵された集塵粉体であることを特徴とする排ガス処理装置。
  6. ボイラからの排ガスを排出する煙道に設けられ、前記排ガス中のＳＯ2をＳＯ3に転換する転換触媒を有するＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程と、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒部の後流側の煙道に設けられ、前記排ガスと空気とを熱交換し、前記排ガスの温度を酸露点以下とする熱交換工程と、
    前記熱交換器内で、酸露点以下となった前記排ガス中の硫酸液滴を、前記排ガス中の煤塵にまぶして捕集する集塵工程と、を有することを特徴とする排ガス処理方法。
  7. 請求項６において、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程の前流側に、空気予熱工程を有することを特徴とする排ガス処理方法。
  8. 請求項６又は７において、
    前記ＳＯ2・ＳＯ3転換触媒工程と前記熱交換工程との間に、粉体を供給することを特徴とする排ガス処理方法。
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