JP2015128764A - 廃水を蒸発させかつ酸性気体排出を低減する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸性気体エミッションを低減するために廃水を蒸発させる装置、空気汚染などのエミッションを低減しかつ廃水排出をも低減する装置を実現する方法を提供する。
【解決手段】廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置は、ボイラユニット１から排出された煙道ガスの一部と、廃水とを受け取り、煙道ガスを廃水と直接に接触させ、煙道ガスを冷却および加湿し、廃水内の固体粒子を乾燥させるように構成された蒸発器装置７，３１を有する。幾つかの実施の形態では、廃水は、煙道ガスを給湿および冷却しかつ廃水内の固体を乾燥させるために煙道ガスと接触させられる前にミキサ装置２５によって形成された混合物の成分であってよい。アルカリ性試薬および活性炭は、廃水が煙道ガスと接触する前に廃水と混合する。冷却および給湿された煙道ガス内で乾燥された固体粒子は、粒子収集器９によって煙道ガスから分離する。
【選択図】図１

Description

本開示は、廃水を蒸発させかつ気体排出（エミッション）を低減するためにボイラまたはその他の燃焼ユニットからの煙道ガスを使用する装置および方法に関する

パワープラント、発電プラント、廃棄物エネルギ設備、セメントキルン、および化石燃料を燃焼するその他の設備などの、公益事業および工業用プラントは、クリーンでかつ環境的に健全な発電を保証することを助けるために空気エミッションおよび廃水排出に関する厳しい制限に服する場合がある。従来、空気エミッション制限の遵守は、湿式または乾式の煙道ガス脱硫システムを使用することによって達せられる。適用可能な廃水規制に従うように廃水排出物を処理するために、水処理システムを利用することができる。煙道ガスクリーニングシステムおよび／または廃水処理システムの例は、国際公開第２００６／０３０３９８号、米国特許出願公開第２００９／０２９４３７７号明細書、第２０１１／２０６２３３１号明細書、第２０１２／０２４０７６１号明細書、第２０１３／０２４８１２１号明細書、および第２０１３／０２２０７９２号明細書、米国特許第６０７６３６９号明細書、第７５２４４７０号明細書、第７６２５５３７号明細書、第８３８８９１７号明細書および第８４７５７５０号明細書、欧州特許出願公開第１９５５７５５号明細書、特開２０１２−２００７２１号公報から理解することができる。

湿式または乾式の煙道ガス脱硫システムを利用する空気エミッションシステム、およびプラントシステム（例えば、ダクト、ファン、バルク材料取扱いシステム等）の関連するバランスの資本費は、しばしば比較的高価になり得る（例えば、キロワット（ｋＷ）当たり２００〜５００ドル）。レトロフィット状況では、このようなシステムに関連する資本費はプラントを不経済にし得る。資本費に加えて、湿式および乾式の煙道ガス脱硫システムは、試薬消費、補助電力使用、および運転および管理人員に関連した大きな運転費をも発生する。

廃水処理システムは、重金属を中和および析出し、廃水の生物学的処理を行い、さらに、廃水をろ過し、これにより、水を供給するために水を浄化するように構成することができる。廃水処理システムの運転に関連する経費は、資本費および運転費の観点から比較的大きくなる可能性がある。

国際公開第２００６／０３０３９８号 米国特許出願公開第２００９／０２９４３７７号明細書 米国特許出願公開第２０１１／２０６２３３１号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２４０７６１号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２４８１２１号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２２０７９２号明細書 米国特許第６０７６３６９号明細書 米国特許第７５２４４７０号明細書 米国特許第７６２５５３７号明細書 米国特許第８３８８９１７号明細書 米国特許第８４７５７５０号明細書 欧州特許出願公開第１９５５７５５号明細書 特開２０１２−２００７２１号公報

したがって、本発明の課題は、酸性気体エミッションを低減するために廃水を蒸発させる装置、空気汚染などのエミッションを低減しかつ廃水排出をも低減するように構成することができる装置を実現する方法を提供することである。

ここで例示された態様によれば、少なくとも、煙道ガスを廃水と接触させて煙道ガスを冷却および加湿しかつ廃水内の固体粒子を乾燥させるステップと、固体粒子を冷却及び加湿された煙道ガスから分離するステップとを含む、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する方法が提供される。

ここで例示される別の態様によれば、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置は、ボイラユニットから排出された煙道ガスの少なくとも第１の部分と、アルカリ性試薬と、固体粒子と、廃水とを受け取り、煙道ガスを廃水と直接に接触させ、煙道ガスを冷却および加湿し、固体粒子を乾燥させるように構成された蒸発器装置を有する。

ここで例示された別の態様によれば、プラントは、蒸気および煙道ガスのうちの少なくとも一方を排出するために燃料を燃焼させるように構成された燃焼ユニットと、アルカリ性試薬の供給源と、液体廃水の供給源と、煙道ガスから固体材料を分離するように構成された粒子収集器と、液体廃水、アルカリ性試薬、および粒子収集器によって分離された固体材料の少なくとも一部を受け取るように液体廃水の供給源、アルカリ性試薬の供給源、および粒子収集器に接続されたミキサ装置とを有する。ミキサ装置は、液体廃水、アルカリ性試薬、および固体材料の一部を混合して混合物を形成するように構成することができる。プラントは、ミキサ装置から混合物を受け取りかつ燃焼ユニットから煙道ガスの少なくとも第１の部分を受け取るように燃焼ユニットおよびミキサ装置に接続された導管または容器をも有することができる。導管または容器は、煙道ガスおよび固体材料が粒子収集器に供給される前に、煙道ガスを冷却および加湿し、かつ混合物内の固体粒子を乾燥させるために、所定の時間にわたり混合物を煙道ガスと直接に接触させるように構成することができる。

上述の特徴及びその他の特徴は、以下の図面及び詳細な説明によって例示される。

ここで、例示的な実施の形態である図面を参照し、図面において同じ要素は同じ符号で示されている。

廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置の第１の典型的な実施の形態のブロック図である。 廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置の第２の典型的な実施の形態のブロック図である。

ここに開示された革新の実施の形態のその他の詳細、目的および利点は、典型的な実施の形態および関連する典型的な方法の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

詳細な説明
ここでは、発電プラントまたは工業用プラント、酸性気体エミッションを低減するために廃水を蒸発させる装置、空気汚染などのエミッションを低減しかつ廃水排出をも低減するように構成することができる装置を実現する方法が開示される。酸性気体エミッションを低減するために廃水を蒸発させる装置の実施の形態は、発電プラント、公益事業プラントおよび工業用プラントにおいて利用可能である。

図１を参照すると、パワープラントまたは工業用プラントは、ガスタービンまたはボイラユニット１などの、燃料を燃焼させて蒸気および／または煙道ガスを排出する燃焼ユニットを有することができる。ボイラユニット１には、少なくとも１つの酸素含有ガス流（例えば、空気、Ｏ₂ガス、またはＯ₂ガスを含有する別のタイプのガスなどの酸化剤流）と、燃料とを供給することができ、これにより、燃料を燃焼させる。燃料は、石炭、石油または天然ガスなどの化石燃料であってよい。蒸気に加えて、煙道ガスを、燃料の燃焼によって形成し、ボイラユニット１によって排出することができる。蒸気は、発電において使用するためのタービン（図示せず）へ搬送することができるか、またはその他の利用（例えば地域暖房、プロセス加熱等）に供することができる。煙道ガスの少なくとも一部を大気中へ排出する前に、煙道ガスの熱を利用するために、煙道ガスを他のエレメントへ搬送することができる。

１つまたは複数の導管はボイラユニット１を窒素酸化物除去ユニット３へ接続することができ、これにより、煙道ガスをボイラユニット１から窒素酸化物除去ユニット３へ送ることができる。窒素酸化物除去ユニット３は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）ユニット、または煙道ガスから窒素酸化物（例えばＮＯ₂、ＮＯ₃、ＮＯ_x）を除去するように構成された別のタイプのエレメントとして構成することができる。

窒素酸化物除去ユニット３を通過した後、煙道ガスは、さらなる処理または利用のために複数の流れに分割することができる。例えば、煙道ガスの第１の部分は、予熱器５をバイパスし、煙道ガスを蒸発器装置７へ供給するためにバイパス導管４を通過することができる。煙道ガスの第１の部分は、装置の幾つかの実施の形態において“スリップストリーム（後流）”と考えることができる。煙道ガスの第２の部分を、窒素酸化物除去ユニット３を予熱器５に接続する少なくとも１つの導管を通じて予熱器５に通過させることができ、これにより、流体が、燃料を燃焼させるためのボイラユニット１に供給される前に、流体流れを加熱する。煙道ガスの第２の部分は、粒子収集器９へ供給される前に、予熱器５を通過することができる。

蒸発器装置７は、煙道ガスと、廃水容器１９からの液体廃水とを受け取るように寸法決めされた容器であってよい。少なくとも１つの廃水導管２３は、液体廃水を受け取るために蒸発器装置７を廃水容器１９に接続することができる。廃水容器１９は、廃水保持タンクまたはその他の容器であってよく、液体廃水をプラントの１つまたは複数のエレメントから受け取り、この廃水を保持し、廃水を所定の流量または制御された流量で蒸発器装置７へ供給するように構成されている。

蒸発器装置７は、噴霧乾燥吸収器（ＳＤＡ）またはその他の装置または容器として構成することができ、廃水の流れを煙道ガスと直接に接触させることができ、これにより、煙道ガスをより低温に冷却し、廃水を蒸発させることによって煙道ガスの湿度レベルを高める。蒸発器装置７は、煙道ガスを冷却および加湿し、廃水を蒸発させるために、液体廃水を煙道ガス内へ噴霧させるかまたはその他の方法で分散させるための、回転噴霧器、デュアル流体ノズルまたはその他の分散エレメントを含むことができる。

煙道ガスが予熱器５へ供給される前に、ボイラユニット１によって排出された煙道ガスの一部を蒸発器装置７へ供給するために逸らせることにより、比較的高温の煙道ガス（例えば７００°Ｆ（３７０℃）、６００°Ｆ〜８００°Ｆ（もしくは３００℃〜４５０℃）の温度を有する煙道ガス）を蒸発器装置へ供給することができる。上記の温度範囲は、蒸気発生パワープラント用途の代表的なものであり、その他の工業用またはガス燃焼用途は異なる温度範囲を有し得る。このような煙道ガスの利用により、蒸発器装置７へ搬送される煙道ガスは、他の熱伝達運転において前に利用されたより低温の煙道ガス（例えば煙道ガスが予熱器５を通過した後）と比較して、より大きな量の廃水を蒸発させることができる。予熱器５に入る前に煙道ガスを逸らせることによって利用できる、より高い煙道ガス温度により、蒸発器装置７は、より低い経費で製造することができる。なぜならば、蒸発器７のサイズは、より低温の煙道ガスを利用するように構成された他の実施の形態と比較して、所望の量の廃水を蒸発させるためにより大きな体積の煙道ガスを受け取る必要がないからである。経費節約に加えて、より小型の蒸発器装置７の利用により、蒸発器装置７、バイパス導管４および出力導管８は、より小さな設置面積を利用することができる。これは、利用できるスペースが比較的少ないパワープラントまたは工業用プラント内での装置のレトロフィット実施形態の場合に有利となり得る。

予熱器５の上流から取り出される高温の煙道ガスの利用は、この位置における煙道ガス圧力が、予熱器の下流の煙道ガス圧力よりも高いという付加的な利点を有する。より高い圧力は、蒸発器装置７への供給および出力導管８への排出のためにバイパス導管４を通過する煙道ガスの自然循環を促進することができ、これにより、蒸発器装置へのまたは蒸発器装置からの煙道ガスの流れを駆動するためのポンプまたはファンが必要とされない。もちろん、ポンプまたはファンは、パックアップ手段として、または煙道ガス流量の制御が所望の流量範囲内に維持可能であることを保証するために、依然として利用されてもよい。ポンプまたはファンがこのような実施の形態で利用される場合、ポンプまたはファンは、より高温の煙道ガスを利用することによって提供されるより大きな圧力降下により、より低いパワーレベルで運転することができる。

蒸発器装置７に入る煙道ガスの流量、煙道ガスの温度、および／または蒸発器装置７から出る煙道ガスの湿度を、蒸発器装置７の入口に隣接した少なくとも１つの流量センサ、少なくとも１つの温度センサ、および／または蒸発器装置７の出口に隣接して配置されたまたは蒸発器装置７の出力導管８内に配置された少なくとも１つの湿度センサによって監視することができ、これにより、煙道ガスが少なくとも所定の温度まで冷却され、所定のレベルの湿度を有することを保証する。バイパス導管４に入る煙道ガスおよび／または蒸発器装置７へ供給される廃水の流量は、１つまたは複数のセンサによって検出される煙道ガスの流量、温度および湿度レベルに基づいて調節することができる。これに代えて、煙道ガスの所望の温度および湿度条件を達成するために、廃水流が制御されつつ、煙道ガス流量を維持することができる。

例えば、出力導管８内の煙道ガスを１８０°Ｆ〜３００°Ｆの温度または８０℃〜１５０℃の温度等の所定の温度範囲に維持するために、煙道ガスを監視することができる。別の例として、固体粒子の濡れおよび／または腐食を回避するために、煙道ガスがその凝結温度よりも少なくとも１０℃または３０°Ｆだけ高いことを保証するために、蒸発器装置７および／または出力導管８内の煙道ガスの温度を監視することができる。煙道ガスが所定の温度しきい値よりも低いことが決定されると、蒸発器装置７に供給するためにバイパス導管４に大量の煙道ガスが逸らされてよいおよび／またはより少ない廃水が煙道ガスと接触させられるように、蒸発器装置に供給される廃水の量が減じられてよい。煙道ガスが所定の温度しきい値よりも高いことが決定されると、より多くの廃水が蒸発器装置７へ供給されてよいおよび／またはより少ない煙道ガスがバイパス導管４を通じて蒸発器装置へ搬送されてよい。

蒸発器装置７へ供給される液体廃水は、廃水内に分散された固体粒子などの固体材料を含むことができる。廃水は、液体廃水が加熱され、その後、蒸発器装置７において蒸発させられるときに水から析出することができるエレメントを水の中に含むこともできる。固体が廃水内に存在する場合、固体は乾燥作業を促進することができる。

少なくとも幾つかの用途のために好ましい典型的な実施の形態において、廃水の蒸発、および溶解および分散させられた固体の乾燥を促進し、これにより、下流の導管および容器における湿った粒子の堆積を回避するために、廃水に固体材料が加えられる。例えば、粒子収集器９からの固体粒子または煙道ガス脱硫システムからの固体副産物を廃水に供給するかまたは廃水と混合することができ、これにより、固体粒子を廃水に加える。廃水内への固体粒子の混合は、廃水が蒸発器装置へ供給される前に、保持タンクなどの廃水容器１９において生じてよい。

液体廃水は、混合されたまたは付加されたその他のエレメントを含むこともできる。例えば、石灰、消石灰、炭酸ナトリウム、トロナまたはアルカリ性フライアッシュなどのアルカリ性試薬を含む材料を廃水に加えることができる。このような材料を保持する容器などのアルカリ性試薬源１７は、廃水が廃水容器１９に保持されている間に廃水にアルカリ性試薬を供給するための１つまたは複数の管またはその他の供給導管によって、廃水容器１９に接続することができる。択一的な実施の形態では、アルカリ性試薬は、煙道ガスが蒸発器装置７に入る前に導管において煙道ガスとは別に供給することができるか、蒸発器装置７内へ供給することができるか、または、煙道ガスが蒸発器装置から出た後に供給することができる（例えば、アルカリ性試薬は、廃水とは別に煙道ガスへ、バイパス導管４または出力導管８または蒸発器装置７内へ供給することができる）。

廃水が、アルカリ性リッチであり、廃水が、蒸発器７において煙道ガスと接触することによって蒸発させられた時に、可溶性の重金属化合物を析出させるために必要とされるものを超えるように、所定の量のアルカリ性試薬を廃水に供給することができる。廃水における過剰な量のアルカリ性試薬の存在は、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、三酸化硫黄（ＳＯ₃）、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）などの、煙道ガス内の酸性ガスエレメントを捕捉し、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₃）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）およびフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）などの固体粒子を形成することによって、腐食を防止し、汚染物排出を低減することをも助けることができる。加えて、固体内の未反応のアルカリ性試薬は、煙道ガスが蒸発器装置７から送出され、出口導管８へ供給されるときに付加的な酸性気体エレメントを捕捉しつづけるために煙道ガス内で反応しつづける吸収剤を提供することができ、出口導管８は、煙道ガスの第１の流れが予熱器５から送出された後に、煙道ガスのこの第１の流れに、冷却および給湿された煙道ガスと、固体粒子とを供給する。このような吸収剤エレメントの存在は、煙道ガス内の酸性エレメントを捕捉することによって下流の機器の腐食を防止することを助けることができ、大気中へのこのようなエレメントの排出を防止するために、酸性気体関連エレメントの下流の収集のための付加的な吸収剤を提供することができる。

湿式煙道ガス脱硫システム１３が蒸発器装置の下流に配置されている実施の形態では、アルカリ性試薬による上流の煙道ガスにおけるＨＣｌの捕捉は、廃水をパージする必要性を低減することができる。したがって、より少量の廃水を蒸発させるために必要とされるより少量の煙道ガスが必要とされるので、このような実施の形態のためには蒸発器装置７のサイズを減じることができる。

加えて、廃水が蒸発器装置７へ供給される前に、液体廃水に活性炭または活性コークスを加えるために、活性炭または活性コークスを廃水に加えることができる。活性炭または活性コークスの存在は、水銀、セレニウムおよびヒ素などの金属の化合物の吸収を生じることができ、廃水が蒸発器装置７において蒸発させられるときにこのような化合物を蒸発させるためのポテンシャルを抑制することができる。加えて、液体廃水における活性炭または活性コークスの存在は、蒸発器装置７を通過した煙道ガスに存在し得る金属化合物（例えば水銀）の吸収を生ぜしめることができる。

幾つかの実施の形態では、材料を廃水容器１９に供給する前に、活性炭または活性コークスをアルカリ性試薬と混合させることができる。別の実施の形態では、活性コークスまたは活性炭を、アルカリ性試薬とは別々に保持し、廃水に別々に加えることができる。

蒸発器装置７の出力導管８からの煙道ガスの第１の部分および固体粒子を、導管または容器において、予熱器５からの煙道ガスの第２の部分と組み合わせることができ、その後、煙道ガスの組み合わされた第１および第２の部分および固体粒子を粒子収集器９へ供給する。粒子収集器９は、組み合わされた煙道ガスおよび固体粒子を受け取るための１つまたは複数の導管を介して蒸発器装置７および予熱器５に接続することができる。粒子収集器９は、静電集塵器などの集塵器、またはファブリックフィルタなどのフィルタとして構成することができる。粒子収集器９は、択一的に、固体粒子を煙道ガスから分離するおよび／またはこれらの固体を煙道ガスから分離するために固体粒子を煙道ガスから析出させるように構成された別のタイプの粒子収集器として構成することができる。

分離された煙道ガスを、その後、少なくとも１つの導管を介して、湿式煙道ガス脱硫システム１３に供給することができる。前記導管は、粒子コネクタ９を、煙道ガスから硫黄を除去するための湿式煙道ガス脱硫システムに接続している。その後、煙道ガスは、大気中へ排出するために、チムニーなどの煙突１５または廃熱回収ボイラへ搬送される。煙道ガスを煙突１５へ搬送するために、少なくとも１つの導管が湿式煙道ガス脱硫システムを煙突１５に接続していてよい。択一的な実施の形態では、湿式煙道ガス脱硫システムの代わりに乾式煙道ガス脱硫システムを使用することができる。

湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水を、廃水源としての廃水容器１９へ供給することができる。例えば、パージ流反応タンク、一次液体サイクロンオーバーフローまたは真空ろ液からの廃水を、廃水容器１９を湿式煙道ガス脱硫システム１３へ接続した１つまたは複数の導管を通じて廃水容器１９へ供給することができる。加えて、少なくとも１つの他の廃水源２１からの廃水を廃水容器１９へ供給することができる。例えば、冷却塔ブローダウンからの廃水、ストームおよび石炭パイルランオフ、化学的洗浄廃棄物および／またはパワープラントの灰捨て場オーバーフローを収集するか、またはさもなければ廃水容器１９へ搬送することができ、この廃水容器１９内に保持される。廃水源は、廃水の処理のための装置のオペレータに廃水を搬送する装置のオペレータの顧客である別の工業パーティからのものであることができる。

煙道ガスから分離された、粒子収集器からの固体粒子は、煙道ガスに同伴されることができる、ボイラユニット１における化石燃料の元の燃焼中に発生した固体材料を含むことができる。加えて、煙道ガスを冷却および加湿するために煙道ガスと接触させられた廃水から形成された固体、およびフライアッシュなどの、粒子収集器９を介して形成またはさもなければ抽出することができる煙道ガスの析出物を、粒子収集器９によって煙道ガスから分離することができる。粒子収集器９によって分離された固体粒子を、少なくとも１つの固体粒子導管１１によって、貯蔵、処理またはその他の分配のために搬送することができる。

択一的な実施の形態では、廃水を、アルカリ性試薬、活性コークスまたは活性炭、および粒子収集器９によって分離された固体の少なくとも一部を混合するためのミキサ装置に供給することができる。図２は、このような択一的な実施の形態を示している。

図２から分かるように、廃水を蒸発させ、酸性気体エミッションを低減する装置の実施の形態は、煙道ガスが、煙道ガスの窒素酸化物成分を除去するための窒素酸化物除去ユニット３を通過した後に、ボイラユニット１から排出された煙道ガスの一部が、予熱器５をバイパスするようにバイパス導管６へ供給されるように構成されている。湿式煙道ガス脱硫システム１３および少なくとも１つの他の廃水源２１からの廃水は、廃水保持タンクなどの廃水容器１９に一時的に保持することができ、その後、アルカリ性試薬源１７からミキサ装置２５へ供給されるアルカリ性試薬と混合するためのミキサ装置２５へ、導管２３を通じて供給される。このような実施の形態の場合、ミキサ装置２５は、Alstom Powerによって提供されたＮＩＤ^TMシステムのミキサとして構成することができると考えられる。もちろん、その他のタイプのミキサ装置を択一的に使用することができる。

導管は、アルカリ性試薬源１７および廃水容器１９を、これらのエレメントをミキサ装置２５に供給するために、ミキサ装置２５に接続することができる。活性炭源２８または活性コークス源もまた、活性炭または活性コークスを、廃水と混合するためのミキサ装置へ供給するために１つまたは複数の導管を通じてミキサ装置２５に接続することができる。ミキサ装置２５は、少なくとも１つの固体粒子リサイクル導管２９によって粒子収集器９に接続することもでき、これにより、粒子収集器９によって分離された固体粒子の少なくとも一部をミキサ装置２５へ供給することができる。固体粒子リサイクル導管２９の一部は、固体粒子がミキサ装置２５へ供給される前に、粒子収集器９によって分離された固体粒子の一時的貯蔵のために１つまたは複数のサイロまたは容器を有することができる。択一的な実施の形態では、粒子収集器９からの固体粒子は、固体粒子をミキサ装置２５へリサイクルするための固体粒子リサイクル導管に接続された、離れたサイロまたは固体粒子貯蔵装置に貯蔵することができる。

ミキサ装置２５は、アルカリ性試薬、粒子収集器９からの固体材料（例えば固体粒子）、活性炭または活性コークス、および液体廃水を受け取ることができる。ミキサ装置２５は、エレメントを組み合わせて混合物を形成するために、これらのエレメントを撹拌またはさもなければ混合することができる。ミキサ装置２５によって形成された混合物は、湿った粉末（例えばウェットなダストまたは湿ったダスト）またはスラリーとして形成することができる。湿った粉末として形成されている場合、混合物は、少なくとも１質量％の水の含水量を有してよく、より好適には、２質量％〜５質量％の水の含有量を有してよい。この実施の形態は、ミキサ装置が、１質量％〜８質量％の水を有する混合物を形成するように構成されていてもよいと考えられる。さらに別の実施の形態では、ミキサ装置は、１質量％の水から８質量％を超える含有量の値までの範囲の含水量を有する湿った粉末を形成するように構成することができると考えられる。

ミキサ装置２５によって形成された混合物は、その後、ミキサ装置から排出することができる。少なくとも１つの混合物分配導管２７は、バイパス導管を通過する煙道ガスに、廃水、アルカリ性試薬、活性炭または活性コークスおよび固体粒子の混合物を供給するために、ミキサ装置２５をバイパス導管６に接続することができる。１つまたは複数のノズルまたはその他の分配機構は、煙道ガスに混合物を供給するために、バイパス導管６内の混合物を分散させるまたは噴霧するように構成することができる。混合物分配導管２７は、ミキサ装置２５によって形成された混合物が、バイパス導管６を通過する煙道ガスと接触するために、バイパス導管６の１つの別個の位置において分散可能であるか、またはバイパス導管６における複数の異なる間隔を置いた位置において分散可能であるように構成することができる。煙道ガスおよび混合物は、その後、バイパス導管の残りの部分を通過することができ、予熱器５から送出される煙道ガスと混合することができる。装置の択一的な実施の形態は、廃水流またはアルカリ性流または粒子収集器９からの固体粒子のいずれかが別々にバイパス導管６または蒸発器容器３１内へ加えられるように構成することができる。

煙道ガスおよび混合物の両方が通過するバイパス導管６の部分は、蒸発器装置のタイプであると考えることができる。なぜならば、煙道ガスは、混合物内の廃水に曝され、かつ混合物内の廃水と直接に接触するときに冷却および加湿され、混合物内の固体粒子は、高温の煙道ガスに曝され、かつ高温の煙道ガスと直接に接触したときに乾燥されるからである。

バイパス導管６は、煙道ガスと、ミキサ装置２５からの混合物とを受け取るように構成された少なくとも１つの蒸発器容器３１（図２に破線で示されている）を有することができ、これにより、これらのエレメントを、所定の滞留時間にわたって蒸発器容器３１内に保持して、煙道ガスとの混合物の十分な混合を保証し、これにより、混合物からの廃水が十分に蒸発させられ、混合物の固体粒子が十分に乾燥され、煙道ガスが、設計基準の特定のセットを満たすように十分に冷却および給湿されることを保証すると考えられる。これにより、蒸発器容器３１は、あるタイプの蒸発器装置であると考えることができる。混合物を供給された後、粒子収集器９（例えば蒸発器容器３１）へ供給される前に、煙道ガスが通過する導管の部分は、Alstom Power ＮＩＤ^TM システムのJダクト反応器またはJダクトであることができるか、または１つの鉛直方向に延びるセクションを有する他のタイプのダクトであることができ、この鉛直方向に延びるセクションは、煙道ガスと混合物とのための十分な滞留時間を提供し、煙道ガスおよび粒子が鉛直方向にダクトを通って粒子収集器９まで移動する時に、煙道ガスが所定の温度まで冷却され、かつ固体粒子が所定の乾燥度まで乾燥されることを保証する。ミキサ装置２５からの混合物を、蒸発器容器３１内へ直接に供給することができるか、または煙道ガスおよび混合物が蒸発器容器３１を通過する前にバイパス導管６へ供給することができる。

予熱器５から送出された煙道ガス流が、バイパス導管６からの煙道ガス、蒸発した廃水および固体粒子と組み合わされた後、これらの組み合わされた材料は、煙道ガスから固体粒子を分離するために粒子収集器９へ供給することができる。固体粒子は、分離された固体材料の少なくとも一部がリサイクル導管２９を介してミキサ装置へリサイクルされるように分離することができる。固体材料の別の部分を、その後の処理および分配のために排出することができる。

固体粒子から分離された煙道ガスを、廃熱回収ボイラまたはチムニーなどの煙突１５から排出される前に、その後の処理のために粒子収集器９から湿式煙道ガス脱硫システム１３へ送ることができる。湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水および他のプラント運転からの廃水または別の廃水源２１からの廃水を、ミキサ装置２５における保持およびその後の使用のために廃水容器１９へ供給することができる。択一的な実施の形態では、湿式煙道ガス脱硫システムの代わりに乾式煙道ガス脱硫システムを使用することができる。

パワープラントまたは工業用プラント運転からの廃水に加えて、他の工業設備からの廃水を管、チューブまたはその他の導管を通じて廃水容器１９へ搬送することができると考えられる。したがって、幾つかの実施の形態では、パワープラントオペレータは、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減するための装置の運転においてその自らの廃水を利用することに加えて、廃水除去の必要性を有する工業顧客またはその他の第三者からの廃水の処理のためにサービス料を請求し得る。

幾つかの実施の形態において、ミキサ装置２５において形成された混合物は、煙道ガスが、少なくとも１つの混合物供給導管２７ａ（図２に破線で示されている）を通じて、予熱器５を通過した後に煙道ガスへ供給可能であり、これにより、煙道ガスを冷却および加湿することができ、混合物内の固体粒子を、予熱器の下流（例えば、煙道ガスが予熱器５を通過した後）において、煙道ガス、蒸発した廃水および固体粒子が粒子収集器９を通過する前に、煙道ガスを粒子収集器９へ搬送する導管または容器内で、乾燥させることができる。装置のこのような実施の形態は、比較的小さな設置面積を有し、これにより、パワープラントまたは工業用プラントが、最小限の資本費が生じながら装置にレトロフィットされることができるので、有利であることができる。

例えば、バイパス導管６は、予熱器５を出た後、少なくとも１つの混合供給導管２７ａを介して粒子収集器９に供給される前に、ミキサ装置２５によって形成された混合物が全ての煙道ガスに供給されるように構成された装置の実施の形態のためには必要とされない。さらに、煙道ガスを予熱器から粒子収集器へ搬送するパワープラントまたは工業用プラント内の既存の導管を、最小限の変更で、混合物および煙道ガスを粒子収集器９へ搬送するために利用することができることが考えられる。混合物および煙道ガスの両方を搬送するこの導管の部分は、煙道ガスが十分に冷却され、混合物内の固体粒子が、固体収集器９に入る前に十分に乾燥されることを保証するように、煙道ガスがその導管を通過しながら、混合物が十分な滞留時間を有するように構成することができる。例えば、煙道ガスは、予熱器５から送出された後２５０°Ｆ〜４００°Ｆまたは１２０℃〜２０５℃の温度であることができ、その後、ミキサ装置２５からの混合物と接触したときに１８０°Ｆ〜３００°Ｆまたは８０℃〜１５０℃の温度にさらに冷却され、これにより、粒子収集器９へ供給される前に、固体粒子は十分に乾燥され、煙道ガスは冷却および加湿される。

装置の幾つかの実施の形態では、ミキサ装置２５からの混合物を、装置またはパワープラント内の複数の異なる間隔を置いた位置において煙道ガスへ供給するために、複数の異なる混合物供給導管を使用することができると考えられる。例えば、煙道ガスが予熱器５を通過させられる前に混合物の一部を混合物供給導管を通じて煙道ガスへ供給することができ、煙道ガスが予熱器５を通過した後に混合物の別の部分を煙道ガスへ供給することができる。

煙道ガスを粒子収集器９へ供給するバイパス導管６または別の導管内の煙道ガスの流量、温度および／または湿度は、煙道ガスが少なくとも所定の温度に冷却されかつ所定の湿度レベルを有することを保証するようにミキサ装置の運転を制御するために、少なくとも１つの流量センサ、少なくとも１つの温度センサ、および／または少なくとも１つの湿度センサによって監視することができる。例えば、バイパス導管６内または煙道ガスを粒子収集器９へ供給する導管内の煙道ガスを、２００°Ｆ〜３００°Ｆの温度、９０℃〜１５０℃の温度または固体粒子の濡れおよび／または腐食を回避するための凝結温度よりも少なくとも１０℃または３０°Ｆ高い温度などの所定の温度範囲に維持するために、１つまたは複数のセンサによって検出された温度および／または湿度レベルに基づいて、ミキサ装置２５へ供給される廃水の流量または煙道ガスへ供給される混合物内に混合された水の量を調節することができる。

酸性気体を低減するために廃水を蒸発させる装置の実施の形態は、従来の廃水処理に関連する資本費および運転費を回避し、廃水排出の許容および報告を低減または排除し、空気エミッション規制に従うことに関連する資本費および運転費を低減し、粒子収集器の上流の煙道ガスを冷却および給湿することによって粒子収集を改良し、乾燥吸収剤噴射システムと比較して試薬消費を低減するように構成することができる。装置の実施の形態は、石灰、消石灰、炭酸水素ナトリウムまたはトロナなどのアルカリ性試薬を加えることによってプラントの様々なエレメントを通じて腐食を回避することもできる。装置の実施の形態は、より低い圧力降下を生じるより小さなガス体積によりプラントの電力消費をも低減することができ、廃水の蒸発によって提供される煙道ガスの冷却によって生ぜしめることができるより小さなガス体積によりファン電力（またはポンプ電力）の必要性を低減することができる。例えば、温度上昇により、粒子収集器９の運転をより小さな体積で行うことができ、これは、プラント運転のための運転費節約を提供することができる。

異なる設計基準を満たすために、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置の実施の形態に対して様々な変更をなし得ることが認められるべきである。例えば、装置の様々なエレメントへまたは装置の様々なエレメントから様々な流体を搬送するための導管の寸法、形状または構成は、複数の適切な形状、寸法又は構成のうちのいずれかであってよく、このようなエレメントに接続されたまたはこのようなエレメントと流体連通したポンプまたはファンによって影響される流体の流量を有する容器、弁、管、チューブ、タンク、またはダクトなどの多数の様々な導管エレメントの内のいずれかを含んでよい。煙道ガス、廃水、またはその他の流体流が維持されるまたは保たれる温度および／または圧力もまた、設計目的の特定のセットを満たすために多数の適切な範囲のうちのいずれかであってよい。別の例として、あらゆるタイプの適切なアルカリ性試薬を、廃水内へ噴射することができまたは廃水と混合することができ、これにより、蒸発器装置において廃水によって吸収された酸性気体を中和する。さらに別の例として、廃水容器１９は、保持タンク、リテンションタンク、または蒸発器装置７および／または混合装置２５において使用するための廃水が蒸発器装置７または混合装置２５へ収集可能および／または搬送可能であるように構成されたあらゆるその他のタイプの容器であることができる。さらに別の例として、装置または方法は、湿式または乾式煙道ガス脱硫システムが利用されないように構成することができる。例えば、ボイラからの高温煙道ガスを、煙道ガスが脱硫システムを通過することなくまたはさもなければ脱硫システムによって処理されることなく蒸発装置７または混合装置２５へ供給することができる。加えて、装置の幾つかの実施の形態は、窒素酸化物除去ユニット３が不要であるように構成することができる。

様々な典型的な実施の形態を参照して発明を説明したが、発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が加えられてよく、前記実施の形態の要素の代わりに均等物が代用されてよいことが理解されるであろう。加えて、発明の基本的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の開示に適応させるために、多くの変更がなされてよい。従って、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施の形態に発明は限定されないが、発明は、添付の請求項範囲に該当する全ての実施の形態を含むことが意図されている。

１ ガスタービンまたはボイラユニット、 ３ 窒素酸化物除去ユニット、 ４ バイパス導管、 ５ 予熱器、 ７ 蒸発器装置、 ８ 出力導管、 ９ 粒子収集器、 １３ 煙道ガス脱硫システム、 １５ 煙突、 １７ アルカリ性試薬源、 １９ 廃水容器、 ２１ 廃水源、 ２３ 廃水導管、 ２５ ミキサ装置、 ２７ 混合物分配導管、 ２７ａ 混合物供給導管、 ２８ 活性炭源、 ２９ リサイクル導管、 ３１ 蒸発器容器、

Claims (20)

1. 煙道ガスを廃水と接触させて煙道ガスを冷却および加湿しかつ廃水内の固体粒子を乾燥させ、
   固体粒子を冷却及び加湿された煙道ガスから分離することを特徴とする、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する方法。
2. 廃水が煙道ガスと接触する前に前記廃水に活性炭および活性コークスのうちの少なくとも一方を加え、
   前記廃水が前記煙道ガスと接触させられる前に前記廃水にアルカリ性試薬を加える、請求項１記載の方法。
3. 前記廃水が前記煙道ガスと接触させられる前に前記廃水に分離された固体粒子の一部を供給する、請求項２記載の方法。
4. 前記煙道ガスが予熱器を通過した後、前記煙道ガスが粒子収集器へ供給される前に、前記煙道ガスを冷却および加湿しかつ前記煙道ガス内の酸性気体エレメントを捕捉するために、アルカリ性試薬、分離された固体粒子の一部および廃水を混合して、前記煙道ガスへ供給するための混合物を形成し、
   前記煙道ガスが、該煙道ガスへ供給された混合物と接触すると、前記煙道ガスは前記廃水と接触する、請求項１記載の方法。
5. 前記混合物は、湿った粉末として形成されている、請求項４記載の方法。
6. 燃焼ユニットによって排出された煙道ガスの第１の部分を蒸発器装置へ搬送し、前記煙道ガスの前記第１の部分が予熱器をバイパスし、
   前記燃焼ユニットによって排出された煙道ガスの第２の部分を前記予熱器へ送り、流体を加熱した後、該流体を前記燃焼ユニットへ供給し、
   前記煙道ガスの冷却および加湿された前記第１の部分を前記煙道ガスの前記第２の部分と組み合わせる前に、前記煙道ガスの前記第２の部分は前記予熱器を通過しており、その後、前記煙道ガスの組み合わされた前記第１の部分および前記第２の部分を粒子収集器へ送り、冷却および加湿された前記煙道ガスから固体粒子を分離する、請求項１記載の方法。
7. アルカリ性試薬を前記廃水に加えた後、該廃水を前記煙道ガスの前記第１の部分と接触させる、請求項６記載の方法。
8. 廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置であって、
   ボイラユニットから排出された煙道ガスの少なくとも第１の部分と、アルカリ性試薬と、固体粒子と、廃水とを受け取り、前記煙道ガスを前記廃水と直接に接触させ、前記煙道ガスを冷却および加湿し、固体粒子を乾燥させるように構成された、蒸発器装置を有することを特徴とする、廃水を蒸発させかつ酸性気体エミッションを低減する装置。
9. 前記煙道ガスを排出するためのボイラユニットであって、前記煙道ガスの少なくとも第１の部分が前記蒸発器装置へ搬送可能であるように前記蒸発器装置に接続されている、ボイラユニットと、
   前記蒸発器装置から冷却および加湿された煙道ガスの少なくとも第１の部分と、固体粒子とを受け取るように前記蒸発器装置に接続された粒子収集機であって、前記煙道ガスから前記固体粒子を分離するように構成されている、粒子収集器と、を備える、請求項８記載の装置。
10. 少なくとも１つの廃水源から液体廃水を受け取るように構成された廃水容器であって、前記液体廃水を前記蒸発器装置へ供給するために前記蒸発器装置に接続されている廃水容器を備える、請求項９記載の装置。
11. 分離された前記煙道ガスを前記粒子収集器から受け取るために前記粒子収集器に接続され、前記煙道ガスから硫黄酸化物を除去するように構成された煙道ガス脱硫システムであって、前記廃水を前記煙道ガス脱硫システムから前記廃水容器へ供給するために前記廃水容器にも接続されている煙道ガス脱硫システムを備える、請求項１０記載の装置。
12. 前記廃水容器はアルカリ性試薬を受け取るように構成されており、これにより、該アルカリ性試薬は、前記廃水容器内に保持された廃水に加えられ、その後、前記廃水と、該廃水に加えられた前記アルカリ性試薬とは、前記蒸発器装置へ供給される、請求項１０記載の装置。
13. 前記ボイラユニットへ供給される前に流体を加熱するために前記煙道ガスの第２の部分を受け取るように前記ボイラユニットに接続された予熱器を備え、
    前記煙道ガスの前記第１の部分は、前記ボイラユニットから前記蒸発器へ搬送され、これにより、前記煙道ガスの前記第１の部分は前記予熱器をバイパスし、
    前記蒸発器装置は、前記粒子収集器に接続されており、前記煙道ガスの前記第１の部分が前記煙道ガスの前記第２の部分と組み合わされる前に、前記煙道ガスの前記第２の部分は前記予熱器から送出され、その後、前記煙道ガスの組み合わされた前記第１の部分および前記第２の部分は前記粒子収集器へ供給される、請求項１０記載の装置。
14. 前記アルカリ性試薬と、前記廃水と、前記粒子収集器によって分離された固体粒子の一部とを混合して、前記蒸発器装置へ供給するための混合物を形成するように構成されたミキサ装置を備える、請求項９記載の装置。
15. 前記ボイラユニットへ供給される前に流体を加熱するために前記煙道ガスを受け取るために前記ボイラユニットに接続された予熱器を備え、
    前記蒸発器装置は、前記予熱器を通過した後に前記煙道ガスを前記粒子収集器へ送るように構成された導管を有し、前記ミキサ装置によって形成された混合物が前記導管へ供給された後、前記煙道ガスは前記粒子収集器へ送られる、請求項１４記載の装置。
16. 前記混合物は、湿った粉末として形成されている、請求項１５記載の装置。
17. 前記煙道ガスおよび前記固体粒子が前記粒子収集器へ供給される前に前記煙道ガスを冷却および給湿しかつ前記混合物内の固体粒子を乾燥させるために、前記混合物および前記煙道ガスを所定の時間にわたって保持するために、前記煙道ガスおよび前記混合物を受け取るための容器を有する、請求項１４記載の装置。
18. プラントであって、
    燃料を燃焼させて蒸気および煙道ガスのうちの少なくとも一方を排出するように構成された燃焼ユニットと、
    アルカリ性試薬源と、
    液体廃水源と、
    前記煙道ガスから固体材料を分離するように構成された粒子収集器と、
    液体廃水と、アルカリ性試薬と、前記粒子収集器によって分離された固体材料の少なくとも一部とを受け取るために、前記液体廃水源と、前記アルカリ性試薬源と、前記粒子収集器とに接続されたミキサ装置であって、前記液体廃水と、前記アルカリ性試薬と、前記固体材料の一部とを混合して混合物を形成するためのミキサ装置と、
    前記混合物を前記ミキサ装置から受け取りかつ前記煙道ガスの少なくとも第１の部分を前記燃焼ユニットから受け取るために前記燃焼ユニットおよび前記ミキサ装置に接続された導管または容器であって、前記煙道ガスおよび前記固体材料が前記粒子収集器へ供給される前に前記煙道ガスを冷却および加湿しかつ前記混合物内の固体粒子を乾燥させるために前記混合物を前記煙道ガスを所定の時間にわたって直接に接触させるように構成された、導管または容器と、を備えることを特徴とする、プラント。
19. 予熱器であって、該予熱器を通過させられる流体を、該流体が前記燃焼ユニットへ供給される前に加熱するために、前記燃焼ユニットから煙道ガスを受け取るために前記燃焼ユニットに接続された予熱器を備え、
    前記導管または容器は、前記予熱器の下流において該予熱器と前記粒子収集器との間に配置されており、前記煙道ガスが前記予熱器を通過させられた後に前記煙道ガスを冷却および加湿しかつ混合物内の固体材料を乾燥させるために、全ての煙道ガスが、前記混合物と接触するように前記導管または容器へ供給される、請求項１８記載のプラント。
20. 予熱器であって、該予熱器を通過させられる流体を、該流体が前記燃焼ユニットへ供給される前に加熱するために、前記燃焼ユニットからの煙道ガスの第２の部分を受け取るように前記燃焼ユニットに接続された予熱器を備え、
    前記煙道ガスを冷却および加湿しかつ前記混合物内の固体材料を乾燥させるために、前記煙道ガスの前記第１の部分は、前記混合物と接触するように前記導管または容器へ供給され、これにより、前記煙道ガスの前記第１の部分は前記予熱器をバイパスし、
    前記予熱器と、前記導管または容器とは、前記煙道ガスの前記第１の部分および前記第２の部分が、前記粒子収集器へ供給される前に組み合わされるように接続されている、請求項１８記載のプラント。

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