JP2018118239A

JP2018118239A - ボイラー排煙中のｃｏ２及びｐｍ１．０以上を除去するシステム及びその方法

Info

Publication number: JP2018118239A
Application number: JP2017021681A
Authority: JP
Inventors: 潤中田; Jun Nakada; 浩太中島; Kota Nakajima
Original assignee: Chuyu Shoji Kk; Office S1 Co Ltd
Current assignee: Chuyu Shoji Kk; Office S1 Co Ltd
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-08-02

Abstract

【課題】従来の方法では、ボイラー排煙中のＣＯ２やＰＭ１．０を除去するため、専用な設備やそれにかかる多大なエネルギーやコストが必要となり、それを運転する為、高度な知識や技術も必要となってくる。求められるのは、シンプルな方法、且つ、設備及びランニングコストが安価でＣＯ２やＰＭ１．０以上を完全除去する方法である。又、ＣＯ２やＰＭ１．０以上を個別に除去する方法はあるが、同時に除去する方法は、現状はない。【解決手段】ボイラーからの排煙中に含まれるＣＯ２及びＰＭ１．０以上を水に含有させ、且つメッシュにより、ＣＯ２及びＰＭ１．０以上を完全に除去する。又、ＣＯ２を含有した水は苛性ソーダを投入することによって、中和され、外部に放水又は、再度ＣＯ２含有水として利用することが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラーから発生する排煙中に含まれるＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去する事に関する。

現在、地球上で最も深刻な問題となっているのが、地球温暖化である。氷河や永久凍土の減少、湖沼や川の水温上昇、生態系の変化、海水の酸性化など。又、今後予想される影響は、水資源の大幅な増減、雪解け水の減少、食料、繊維、森林資源、海岸地域や低地、工業、居住、社会、健康への悪影響である。

地球温暖化の原因は、温室効果ガスであり、その中に含まれているＣＯ_２である。中でも火力発電所からの排煙は、地球全体の温室効果ガスの２５％も排出している。このままＣＯ_２が排出され、東日本大震災による福島第一原子力発電所被災の影響で、原子力発電所新設が懸念されている昨今、火力発電所の増設・新設も見込まれる。このままいけば、更に地球温暖化が進むのは、明らかな事実である。

そこで、現在、ボイラーの排煙に含まれているＣＯ_２を分離・回収する方法として、化学吸収法、物理吸収法、吸着法、膜分離法、冷凍分離法、酸素燃焼法がある。以下にそれぞれの方法について説明する。

化学吸収法は、ＣＯ_２を溶解出来るアルカリ性溶液をＣＯ_２吸収液として利用し、その吸収液を加熱してＣＯ_２を回収する。

物理吸収法は、メタノールやポリエチレングリコール等の吸収液を使用して、高圧・低温下で物理的にＣＯ_２を吸収させ、その後、加熱してＣＯ_２を回収する。

膜分離法は、高分子膜、セラミック膜などを利用し、膜を介する分圧差又は温度差によってＣＯ_２を透過し、回収する。

酸素燃焼法は、空気分離により酸素を製造し、空気の代わりに酸素を用いてボイラー燃焼を行い、排煙中のＣＯ_２濃度を高めてＣＯ_２を回収する。

冷凍分離法は、排煙を低温に冷却して液化し、沸点の違いを利用してＣＯ_２を回収する。

吸着法は、ゼオライトや活性炭などの多孔質の吸着剤を用い、高圧下で吸着剤にＣＯ_２を吸着させ、その吸着剤を低圧下にしてＣＯ_２を回収する。

化学吸収法、物理吸収法については、共に吸収液が高価で、化学吸収法については、再生用熱源が必要であり、物理吸収法については、重炭化水素への親和力が高い。吸着法についても、吸着剤コストがかかり、再生ガスや再生用熱源が必要である。

膜分離法については、回収するＣＯ_２が低純度で、大容量ボイラーに不向きであり、冷凍分離法については、装置が複雑で、ランニングコストが高い。又、酸素燃焼法については、空気分離設備が必要で、その動力源が必要となる。
いずれの方法にしても、ボイラー排煙中に含まれるＣＯ_２を分離・回収するには、専用の設備やそれにかかる高価なランニングコストが必然となる。

次に、現在地球上で問題となっているのが、大気中に放散され、火力発電所などからの排煙中に含まれる粒子状物質ＰＭ１．０や２．５である。ＰＭ１．０や２．５は粒子の大きさが非常に小さいため、肺の奥深くにまで入り込みやすく、ぜんそくや気管支炎などの呼吸器系疾患や循環器系疾患などのリスクを上昇させると考えられている。特に呼吸器系や循環器系の病気をもつ人、お年寄りや子供などは深刻な健康被害を受けやすい。

このＰＭ１．０以上を除去する現状の方法については、集塵機によって強制的に回収する方法や、フィルター等によって除去する方法などがあるが、大容量ボイラーには不向きである。

このような従来の方法では、ボイラー排煙中のＣＯ_２やＰＭ１．０を除去するため、専用な設備やそれにかかる多大なエネルギーやコストが必要となり、それを運転する為、高度な知識や技術も必要となってくる。求められるのは、シンプルな方法、且つ、設備及びランニングコストが安価でＣＯ_２やＰＭ１．０以上を完全除去する方法である。又、ＣＯ_２やＰＭ１．０以上を個別に除去する方法はあるが、同時に除去する方法は、現状はない。

上記課題を解決すべく請求項１記細の発明は、ボイラーからの排煙を外部に放出されないように施した煙突の一部に接続した接続管から、強制ファンを介して排煙管が本体装置の上面に接続され、強制ファンにより風圧１．１ｈｐａの排煙が本体装置内の上部からそれぞれ所要量の空間容量を持った除去室１、除去室２、除去室３、除去室４を通り、除去室間はメッシュ板によって仕切られており、１つの除去室空間容量の４０倍の毎分噴霧量を満たすことが出来る所要数のシャワーノズルがそれぞれの除去室内壁に設けられ、シャワーノズルによって放出された粒径５００μｍの水を風圧１．１ｈｐａの排煙に吹き付け、排煙中に含まれるＣＯ_２を水に含有させてＣＯ_２を除去するものである。

請求項２記細の発明は、前記本体装置内の除去室間のメッシュ板が同等の目開きメッシュ板３枚が上下に重ねられたメッシュユニットとして構成されており、除去室１と除去室２間、除去室２と除去室３間、除去室３と除去室４間、除去室４と排煙室間に設けられ、上部から順にメッシュの目開きが粗目から細目の構造を成し、排煙中に含まれるＰＭ１．０以上もしくは異物をそれぞれのメッシュユニットによって除去し、且つそれぞれのメッシュユニットは本体装置から任意に引き出し可能な構造にする事によって、メッシュユニットの異物除去を定期的に行う事である。

請求項３記細の発明は、ボイラーの大容量の排煙量に応じて、前記接続管、強制ファン及びファンモータ、排煙管、本体装置を１つのユニットとし、本体装置の排煙管に所要数のユニットを連結することにより、１ユニットでは除去しきれないＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去することである。

請求項４記細の発明は、前記本体装置の下部に集水したＣＯ_２含有水を油水分離槽を介して、近傍に設置された撹拌タンクに放水し、撹拌タンク内が所定量に達すると、近傍に設けられた苛性ソーダタンクから、苛性ソーダを撹拌タンク内のＣＯ_２含有水へ所要量投入して撹拌し、ＣＯ_２含有水を中和して外部へ放水、且つ、シャワーノズルへの供給水として再利用することである。

本発明によれば、ボイラーからの排煙中に含まれるＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を水に含有させ、且つメッシュにより、ＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を完全に除去することが出来る。又、ＣＯ_２を含有した水は苛性ソーダを投入することによって、中和され、外部に放水又は、再度ＣＯ_２含有水として利用することが出来る。

本発明の実施例における全体側面図である。本発明の実施例における本体装置の縦断面図である。本発明の実施例におけるメッシュユニットの斜視図である。本発明の実施例における本体装置と一部メッシュユニットの縦断面図である。本発明の実施例におけるシャワーノズル供給水配管図である。本発明の実施例におけるベースユニットの縦断面図である。本発明の実施例における全体の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例におけるサブルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施例により説明する。一連の動作の流れは後術するので、ここでは、システム構成について説明する。図１に示すように、地面１ａに設置されたボイラー１からの煙突２は、外部に排煙が排出されないように施されており、その煙突２の一部に接続管３が接続され、接続管３には、風圧１．１ｈｐａの能力を持った強制ファン５が接続され、強制ファン５には、ファンを駆動させる外付けファンモータ４が連結されている。強制ファン５の排出方向には、排煙管６が接続され、その先に本体装置７の上面に連結されている。本体装置７は、ボイラー１との同一地面１ａに設置されたベースユニット９上に設置され、同９上には、水タンク８も設置されている。又、ベースユニット９からは、放水管１１が突出している。本体装置７の下部からは、本体装置７内でＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去した排煙を排出する排煙管１０が突出している。

次に本体装置７の内部を図２に基づいて説明する。本体装置７の上面には、前述した排煙管６が接続され、本体装置７の内部上部から下部の順に、所要量の容積を持った除去室１の１２ａ、除去室２の１２ｂ、除去室３の１２ｃ、除去室４の１２ｄ、排煙室１２ｅがあり、除去室１の１２ａと除去室２の１２ｂの間には、２００メッシュユニット１５ａが仕切り、除去室２の１２ｂと除去室３の１２ｃの間には、３００メッシュユニット１５ｂが仕切り、除去室３の１２ｃと除去室４の１２ｄの間には、４００メッシュユニット１５ｃが仕切り、除去室４の１２ｄと排煙室１２ｅの間には、５００メッシュユニット１５ｄが仕切るという、上から順にメッシュの目開きが粗目から細目になるように構成されている。本体装置７内最下部の排煙室１２ｅには排煙管１０が接続されている。又、それぞれの除去室内は、密閉構造となっており、外部へ排煙が漏れないようになっている。尚、メッシュユニットの構造については、後術する。

それぞれの除去室内壁には、煙センサ１３とシャワーノズル１４が設置され、シャワーノズル１４の所要数は、１つの除去室空間容量の４０倍の毎分噴霧量を満たすように決定する。例えば、１つの除去室空間容量が５０ｍ^３とすると、５０ｍ^３×４０＝２０００であるので、毎分２００ｌの水放出能力を持ったシャワーノズル１４が１つの除去室に１０個必要という事になる。そのシャワーノズル１４の放出口は、粒径５００μｍの水滴が放出され、全て除去室内へ向けられて設置している。

次にメッシュユニットについて説明する。図３と図４は、本体装置７の一番上面にある２００メッシュユニット１５ａを示しているが、他のメッシュユニットも全て同じ構造・大きさであり、これから説明する内容も他のメッシュユニットに適用する。同種の目開きのメッシュ板１７が水平に上下３枚重ねられており、本体装置７に収納する部分の３辺にはメッシュ枠１９があって、メッシュ板１７ａ、メッシュ板１７ｂ、メッシュ板１７ｃは、互いに重なってメッシュ枠１９内に収納されていて、もう一辺には、メッシュ枠１９と脱着式の取手金具２０がある。取手金具２０をメッシュ枠１９から外すことによって、３枚それぞれのメッシュ板１７ａ、１７ｂ、１７ｃを１８ａ、１８ｂ、１８ｃの方向へ出し入れ可能となっている。又、本体装置７側にあるガイドローラ２１はメッシュ枠１９の両側にあるガイド溝２２内に勘合していて、それによってメッシュユニットを水平方向に出し入れ出来る。

これらの構造によって、ＣＯ_２の微粉末、ＰＭ１．０以上や異物がメッシュに付着した際、任意にメッシュユニットを本体装置７から引き出して、メッシュ板１７を定期的に清掃し、再度本体装置７へ収納し、使用することが出来る。又、２００メッシュユニット１５ａを本体装置７へ収納した際、本体装置側マグネット２３とメッシュユニット側マグネット２４が吸着し、固定される。取手金具２０と本体装置７との勘合部分にはパッキン２５があり、除去室１２ａ内の密閉性を保持している。

次にシャワーノズル１４への水供給方法について説明する。図５に示すように水タンク８には、工業用水管２６が接続され、その先に工業用水弁２６ａが連結されている。更にその先には、工業用水の供給源配管が連結されている。もう一方、本体装置７で噴霧し、ＣＯ_２含有水１６の中和水の配管である排水管２７が接続されている。排水管２７の先には、後術する排水ポンプ３１からの排水ポンプ管３１ａが連結されている。更に水タンク８の上面には、液面センサ８ｂが設置され、水タンク８の内部点検フタ８ｃも設けられている。又、水タンク８の近傍には、水タンク８の排出口と接続している高圧ポンプ８ａが設置され、その高圧ポンプ８ａの吐出口に接続している高圧ポンプ配管１４ａがシャワーノズル分岐管１４ｂと接続され、それに所要数のシャワーノズル１４が分岐連結されていて、水タンク８内の水を高圧ポンプ８ａを介して、それぞれのシャワーノズル１４へ水を供給する。

図６のベースユニット９内の構造について説明する。本体装置７の下部にはＣＯ_２含有水１６を受け止める油水分離槽９ａが設置されている。尚、油水分離槽の構造・仕組みについては、一般的に周知されているので、ここでは省略する。油水分離槽排出管９ｂの先には、撹拌タンク９ｃが設置され、撹拌タンク９ｃ内には、撹拌機２９が設置され、その上部には、液面センサ２８と苛性ソーダタンク２９が設置されている。苛性ソーダタンク２９の排出口には苛性ソーダ弁２９ａがあり、苛性ソーダタンク２９の上部には、苛性ソーダ補充フタ２９ｂが設けられている。更に撹拌タンク９ｃ内にはオーバーフロー管９ｄが設置され、その先には排水タンク９ｅが設置されている。排水タンク９ｅ内には、排水ポンプ３１が設置され、排水ポンプ３１の吐出口には排水ポンプ管３１ａが接続され、その先には、前述した排水管２７が連結されている。

次に、システム全体の流れについて図７及び図８に基づいて説明する。以下に説明する行程は特記以外、全て自動で行う。ボイラー１の稼動前に水タンク８内の水が液面センサ８ｂによって満量に満たない場合、排水タンク９ｅの水が液面センサ３１ｂによって定量の場合は、排水ポンプ３１が稼動し、矢印２７ａに示すように水を水タンク８へ供給する。排水タンク９ｅが定量に満たない場合は、工業用水弁２６ａが開き、矢印２６ｂに示すように水タンク８へ工業用水を供給する。水タンク８が満量に達すると、排水ポンプ３１が停止、又は、工業用水弁２６ａが閉じる。以上の水タンク８へ水を供給する行程は、排水タンク９ｅ側が優先され、排水タンク９ｅが未定量の場合のみ、工業用水が水タンク８へ供給する。

水タンク８内満量の条件下でボイラー１が稼動すると、それに連動してファンモータ４が回転し、強制ファン５が稼動する。この時、風圧１．１ｈｐａを発生させるようにファンモータ４はインバータによって回転数をコントロールされている。ボイラー１の排煙は矢印３ａに示すように、本体装置７内へ強制送風される。煙センサ１３が煙を感知すると、高圧ポンプ８ａが稼動し、シャワーノズル１４の放出口から一斉に水が除去室内の排煙へ噴霧される。この時、噴霧中に水タンク８内が未定量になると、液面センサ８ｂの働きにより、前述した水タンク８への水供給行程が開始する。排煙は、各メッシュユニットを通過し、その際、水に含有したＣＯ_２及びＰＭ１．０以上がメッシュユニットの目開きよりも大きい粒子となり、メッシュを通過出来ないものが出てくる。そのように除去された排煙が排煙室１２ｅを介して、矢印１０ａに示すように排煙管１０を通って外部へ放出される。以上の行程は、ボイラー１の排煙がある限り続き、排煙が無くなると停止する。又、ボイラー１の大容量化に応じて、前述した接続管３、強制ファン５及びファンモータ４、排煙管６、本体装置７のユニットをそれぞれのユニットの排煙管１０に何台も連結して排煙内のＣＯ_２及びＰＭ１．０以上の完全除去を実行させる事も出来る。

本体装置７内で噴霧したＣＯ_２含有水１６は油水分離槽９ａ内に流れ、油水分離槽排出管９ｂを通り、撹拌タンク９ｃ内へ流れる。液面センサ２８により、撹拌タンク９ｃ内が定量に達すると、苛性ソーダ弁２９ａが開き、苛性ソーダが撹拌タンク９ｃ内へ投入される。同時に撹拌機３０が稼動し、苛性ソーダを所要量投入すると、苛性ソーダ弁２９ａが閉じ、撹拌機３０も一定時間経過後に停止する。この行程によって、ＣＯ_２含有水１６が中和され、オーバーフロー管９ｄを通り、排水タンク９ｅ内へ流れる。ここで、油水分離槽９ａ及び撹拌タンク９ｃの容量は、本体装置７から流れ出て来るＣＯ_２含有水１６を十分に中和して排水タンク９ｅへ流れ出せる容量を確保している。排水タンク９ｅ内の水は、満量になると、前述した水タンク８へ供給する水以外は、放水管１１を通って矢印１１ａに示すように外部へ放水される。尚、前述したユニット増設に応じて、ベースユニット９内の各容量も大きくなる。

本発明のコンパクト化もしくは簡易化により、小型ボイラーやその他の燃焼機器の排煙管に接続する事で、地球温暖化の抑制につなげる事が出来る。

１ボイラー
１ａ地面
２煙突
３接続管
３ａ矢印
４ファンモータ
５強制ファン
６排煙管
７本体装置
８水タンク
８ａ高圧ポンプ
８ｂ液面センサ
８ｃ内部点検フタ
９ベースユニット
９ａ油水分離槽
９ｂ油水分離槽排出管
９ｃ撹拌タンク
９ｄオーバーフロー管
９ｅ排水タンク
１０排煙管
１０ａ矢印
１１放水管
１１ａ矢印
１２ａ除去室１
１２ｂ除去室２
１２ｃ除去室３
１２ｄ除去室４
１２ｅ排煙室
１３煙センサ
１４シャワーノズル
１４ａ高圧ポンプ配管
１４ｂシャワーノズル分岐管
１５ａ２００メッシュユニット
１５ｂ３００メッシュユニット
１５ｃ４００メッシュユニット
１５ｄ５００メッシュユニット
１６ＣＯ_２含有水
１７メッシュ板
１７ａメッシュ板
１７ｂメッシュ板
１７ｃメッシュ板
１８ａ方向
１８ｂ方向
１８ｃ方向
１９メッシュ枠
２０取手金具
２１ガイドローラ
２２ガイド溝
２３本体装置側マグネット
２４メッシュユニット側マグネット
２５パッキン
２６工業用水管
２６ａ工業用水弁
２６ｂ矢印
２７排水管
２７ａ矢印
２８液面センサ
２９苛性ソーダタンク
２９ａ苛性ソーダ弁
２９ｂ苛性ソーダ補充フタ
３０撹拌機
３１排水ポンプ
３１ａ排水ポンプ管
３１ｂ液面センサ

Claims

ボイラー（１）からの排煙を外部に放出されないように施した煙突（２）の一部に接続した接続管（３）から、強制ファン（５）を介して排煙管（６）が本体装置（７）の上面に接続され、強制ファン（５）により、風圧１．１ｈｐａの排煙が本体装置（７）内の上部からそれぞれ所要量の空間容量を持った除去室１（１２ａ）、除去室２（１２ｂ）、除去室３（１２ｃ）、除去室４（１２ｄ）を通り、除去室間はメッシュ板によって仕切られており、１つの除去室空間容量の４０倍の毎分噴霧量を満たすことが出来る所要数のシャワーノズル（１４）がそれぞれの除去室内壁に設けられ、シャワーノズル（１４）によって放出された粒径５００μｍの水を風圧１．１ｈｐａの排煙に吹き付け、排煙中に含まれるＣＯ_２を水に含有させてＣＯ_２を除去することを特徴とするボイラー排煙中のＣＯ_２を除去するシステム及びその方法。
前記本体装置（７）内の除去室間のメッシュ板は、同等の目開きメッシュ板３枚が上下に重ねられたメッシュユニットとして構成されており、除去室１（１２ａ）と除去室２（１２ｂ）間、除去室２（１２ｂ）と除去室３（１２ｃ）間、除去室３（１２ｃ）と除去室４（１２ｄ）間、除去室４（１２ｄ）と排煙室（１２ｅ）間に設けられ、上部から順にメッシュの目開きが粗目から細目の構造を成し、排煙中に含まれるＰＭ１．０以上もしくは異物をそれぞれのメッシュユニットによって除去し、且つそれぞれのメッシュユニットは本体装置（７）から任意に引き出し可能な構造にする事によって、メッシュユニットの異物除去を定期的に行う事が出来る、請求項１記載のボイラー排煙中のＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去するシステム及びその方法。
ボイラー（１）の大容量の排煙量に応じて、前記接続管（３）、強制ファン（５）及びファンモータ（４）、排煙管（６）、本体装置（７）を１つのユニットとし、本体装置（７）の排煙管（１０）に所要数のユニットを連結することにより、１ユニットでは除去しきれないＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のボイラー排煙中のＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去するシステム及びその方法。
前記本体装置（７）の下部に集水したＣＯ_２含有水（１６）は、油水分離層（９ａ）を介し、近傍に設置された撹拌タンク（９ｃ）に放水し、撹拌タンク（９ｃ）内のＣＯ_２含有水（１６）が所定量に達すると、近傍に設けられた苛性ソーダタンク（２９）から、苛性ソーダを撹拌タンク（９ｃ）内のＣＯ_２含有水（１６）へ所要量投入して撹拌し、ＣＯ_２含有水（１６）を中和して外部へ放水、且つ、シャワーノズル（１４）への供給水として再利用することを特徴とする請求項１又は請求項３記載のボイラー排煙中のＣＯ_２及びＰＭ１．０以上を除去するシステム及びその方法。