JP3007200B2 - 燃焼ガスの処理方法及び装置 - Google Patents

燃焼ガスの処理方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼炉から排出される
燃焼ガスの処理方法及び装置、詳しくは、炉内を高圧化
し、高濃度の酸素のみを外部から供給することにより、
排ガス処理の簡素化及び容易な二酸化炭素(以下、CO
2という)の回収等を図り、装置全体としての経済性を
高めるための燃焼ガスの処理方法及び装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、燃焼排ガス(以下、単に燃焼ガス
という)に含まれるCO2の排出抑制の機運が高まって
いることから、CO2の分離回収を実現する上で、燃焼
ガス中のCO2濃度が高いことが望ましく、また、圧力
も高い方が望ましい。微粉炭焚きボイラ又は油焚きボイ
ラにおいて、ボイラ火炉内を0.5kg/cm2G以上の圧力
として燃焼させることは、従来、すでに実施されてい
た。しかし、この加圧ボイラに高濃度酸素を供給して、
燃焼ガスと混合して燃料を燃焼し、ボイラ炉内を高CO
2濃度として燃焼することは、まだ提案されていない。
【0003】また、特開昭62−87724号公報に
は、管式加熱炉からの燃焼ガスの一部をこの炉の燃料の
燃焼用ガスとして循環するとともに、この循環燃焼ガス
中に純酸素及び/又は酸素を高濃度に含有するガスを供
給し混合させる管式加熱炉の燃焼方法が記載されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、加圧ボ
イラはすでに知られているが、これだけであると、加圧
動力及び容器(炉)のコストが嵩むという問題点があ
る。また、加圧することにより電気集塵機の耐スパーク
電圧が低下するので、電気集塵機を使用することができ
ないという問題点もある。一方、上記の特開昭62−8
7724号公報記載の方法は、常圧燃焼方式の管式加熱
炉に関するものであり、電気集塵機の代わりに、ろ過式
の脱硫・脱じん装置を用いること、及び高濃度のCO2
を分離回収することは何も記載されていない。本発明
は、上記の諸点に鑑みなされたもので、燃焼炉内を高圧
化することと、燃料の燃焼用に高濃度の酸素のみを外部
から供給することとを組み合わせることにより、炉内の
伝熱の改善、排ガス処理の簡素化、容易なCO2の回収
等複合的に大きな利点を生じさせる燃焼ガスの処理方法
及び装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の燃焼ガスの処理方法は、図1及
び図2に示すように、つぎの(a)〜(c)の過程、す
なわち、(a) 加圧燃焼炉10からの燃焼ガスを脱硫
・脱じんする過程、(b) 脱硫・脱じん後の燃焼ガス
の一部を加圧燃焼炉10に循環するとともに、この循環
燃焼ガスに酸素を混合・供給する過程、(c) 脱硫・
脱じん後の燃焼ガスの残部から二酸化炭素を回収する過
程、を包含することを特徴としている。また、本発明の
方法は、図3及び図4にに示すように、つぎの(a)〜
(c)の過程、すなわち、(a) 加圧燃焼炉10から
の燃焼ガスの一部を炉10に循環するとともに、この循
環燃焼ガスに酸素を混合・供給する過程、(b) 燃焼
ガスの残部を脱硫・脱じんする過程、(c) 脱硫・脱
じん後の燃焼ガスから二酸化炭素を回収する過程、を包
含することを特徴とする燃焼ガスの処理方法。これらの
方法において、脱硫・脱じんと同時に脱硝を行なうこと
もある。また、空気から窒素を分離して酸素を得、分離
された窒素ガスで循環燃焼ガスを冷却するようにするの
が望ましい。さらに、循環燃焼ガスを冷却した後の窒素
ガスをタービン28に導入して動力を回収した後、燃料
石炭と接触させて燃料石炭を脱湿・乾燥させるようにす
るのが望ましい。
【0006】本発明の燃焼ガスの処理装置は、図1〜図
4に示すように、加圧燃焼炉10と、加圧燃焼炉からの
燃焼ガス導管に接続されたろ過式脱硫・脱じん装置12
と、ろ過式脱硫・脱じん装置からの燃焼ガス導管に接続
された二酸化炭素分離装置14と、燃焼ガス導管と加圧
燃焼炉10とを接続する燃焼ガス循環ライン16と、燃
焼ガス循環ラインに接続された酸素分離・供給装置22
とを包含することを特徴としている。そして、上記の装
置において、燃焼ガス循環ライン16に、酸素分離・供
給装置からの窒素ガスと循環燃焼ガスとを熱交換させる
ための熱交換器24を設けるのが望ましい。また、加圧
燃焼炉10を、サイクロン式石炭部分燃焼炉30を備え
た燃焼炉とする場合もある。加圧燃焼炉10の炉内圧力
は、0.5〜15kg/cm2G、望ましくは5〜10kg/cm2G
である。また、ろ過式脱硫・脱じん装置12としては、
グラニュラー(granular)式脱硫・脱じん装
置、脱硫触媒をコーティングしたセラミックフィルタ等
が用いられる。グラニュラー式脱硫・脱じん装置とは、
ルーバー、金網、パンチングメタル等の通気性支持体間
に、粒状の脱じん媒体を充填し、媒体によってガス中の
じんあいを捕集するものであり、少なくとも一部に脱硫
性能を有する粒状物を充填した移動層又は固体層を備え
た装置をいう。なお、脱硫・脱じんと同時に脱硝を行な
う場合は、少なくとも一部に脱硫性能を有する粒状物及
び少なくとも一部に脱硝性能を有する粒状物、又は少な
くとも一部に同時脱硫・脱硝性能を有する粒状物を充填
する。なお、脱硝を行なう場合は、燃焼ガス中に、アン
モニア、炭化水素等の還元剤を添加する。
【0007】
【実施例】以下、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。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の形状、その相対配置などは、とくに特定的
な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。 実施例1 図1において、10は加圧燃焼炉で、この加圧燃焼炉か
らの燃焼ガス導管にろ過式脱硫・脱じん装置12、例え
ばグラニュラー式脱硫・脱じん装置が接続され、さら
に、この脱硫・脱じん装置12からの燃焼ガス導管に二
酸化炭素分離装置14が接続されている。この二酸化炭
素分離装置14は、一例として、CO2を高濃度に含む
燃焼ガスを加圧して冷却し、CO2を液化させる型式の
ものである。また、脱硫・脱じん装置12と二酸化炭素
分離装置14との間の燃焼ガス導管と、加圧燃焼炉10
とが燃焼ガス循環ライン16で接続される。18は循環
ブロワである。さらに、燃焼ガス循環ライン16には、
混合器20を介して酸素分離・供給装置22が接続され
る。この酸素分離・供給装置22は、一例として、深冷
分離装置、圧力揺動型の分離装置が用いられる。燃焼ガ
ス循環ライン16には、熱交換器24が設けられ、酸素
分離・供給装置22からの窒素ガスと循環燃焼ガスとを
熱交換させて、循環燃焼ガスを冷却するように構成され
ている。26は窒素ガス脱湿装置、28はタービンであ
る。
【0008】上記のように構成された装置において、加
圧燃焼炉10から排出される燃焼ガスは、脱硫・脱じん
装置12に導入されてSO2及びダストが除去された
後、二酸化炭素分離装置14に導入され加圧されて、高
濃度のCO2が液化・回収される。脱硫・脱じんされた
循環燃焼ガスは、熱交換器24で冷却された後、酸素が
供給され混合されて加圧燃焼炉10に導入される。脱硫
・脱じん装置12に導入される燃焼ガスは加圧されてい
るので、脱硫・脱じん装置12の容量を圧力に反比例し
て小さくすることができる。酸素分離・供給装置22で
分離された窒素ガスは、脱湿装置26で脱湿された後、
熱交換器24に導入されて循環燃焼ガスを冷却し、つい
で、タービン28に導入されて動力が回収される。そし
て、タービン28からの窒素ガスは、加圧燃焼炉10の
燃料である石炭の脱湿・乾燥用に用いられる。
【0009】実施例2 本実施例は、図2に示すように、加圧燃焼炉10を、サ
イクロン式石炭部分燃焼炉30(CPC)を備えた燃焼
炉としたものである。本実施例では、CPCを使用し
て、灰分を溶融灰として排出することにより、ろ過式脱
硫・脱じん装置のダスト負荷を低減することができると
いう利点がある。他の構成、作用は実施例1の場合と同
様である。
【0010】実施例3 本実施例は、図3に示すように、脱硫・脱じんする前の
燃焼ガスの一部を循環するようにしたものである。本実
施例では、ろ過式脱硫・脱じん装置12に導入される燃
焼ガス量が、通常の空気燃焼に比べて空気中の酸素濃度
と圧力の逆比例の積に相当するだけ減少するので、装置
がさらにコンパクトになるという利点がある。他の構
成、作用は実施例1の場合と同様である。
【0011】実施例4 本実施例は、図4に示すように、加圧燃焼炉10を、サ
イクロン式石炭部分燃焼炉30(CPC)を備えた燃焼
炉としたものである。本実施例では、CPCを使用し
て、灰分を溶融灰として排出することにより、ろ過式脱
硫・脱じん装置のダスト負荷を低減することができると
いう利点がある。他の構成、作用は実施例3の場合と同
様である。
【0012】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成されている
ので、つぎのような効果を奏する。 (1) 加圧燃焼と酸素燃焼とを組み合わせることによ
り、燃焼ガス量が低減するとともに、燃焼ガス中のCO
2濃度が高くなるので、排ガス処理装置のコンパクト化
及び容易なCO2回収を図ることができる。そして、設
備の増加する部分(酸素分離・供給装置)は、燃焼炉の
小型化、脱硫・脱じん装置の小型化及びCO2除去の低
コスト化により相殺される。 (2) 燃焼ガス中のCO2濃度が高く、しかも、加圧
されているので、CO2分離に要する動力が少なくて済
み、CO2分離コストが大幅に低減する。 (3) 酸素燃焼であるので、サーマル(therma
l)NOxが低減され、フューエル(fuel)NOxの
みとなるが、このフューエルNOxは燃焼状態を制御す
ることにより抑制することができる。 (4) 酸素燃焼であるので、炉内でCO2、H2Oが高
濃度となり、これらのふく射率が高いことにより伝熱効
率が向上する。 (5) 酸素分離の際に発生する窒素ガスの動力を回収
し、循環燃焼ガスを冷却した後の窒素ガスの余熱を石炭
の乾燥等に利用する場合は、系全体の熱回収、熱利用を
合理的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す燃焼ガスの処理装置の
フローシートである。
【図2】本発明の他の実施例を示す燃焼ガスの処理装置
のフローシートである。
【図3】本発明の他の実施例を示す燃焼ガスの処理装置
のフローシートである。
【図4】本発明のさらに他の実施例を示す燃焼ガスの処
理装置のフローシートである。
【符号の説明】
10 加圧燃焼炉 12 ろ過式脱硫・脱じん装置 14 二酸化炭素分離装置 16 燃焼ガス循環ライン 18 循環ブロワ 20 混合器 22 酸素分離・供給装置 24 熱交換器 26 窒素ガス脱湿装置 28 タービン 30 サイクロン式石炭部分燃焼炉

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 つぎの(a)〜(c)の過程、すなわ
    ち、(a) 加圧燃焼炉(10)からの燃焼ガスを脱硫
    ・脱じんする過程、(b) 脱硫・脱じん後の燃焼ガス
    の一部を加圧燃焼炉(10)に循環するとともに、この
    循環燃焼ガスに酸素を混合・供給する過程、(c) 脱
    硫・脱じん後の燃焼ガスの残部から二酸化炭素を回収す
    る過程、を包含することを特徴とする燃焼ガスの処理方
    法。
  2. 【請求項2】 つぎの(a)〜(c)の過程、すなわ
    ち、(a) 加圧燃焼炉(10)からの燃焼ガスの一部
    を炉(10)に循環するとともに、この循環燃焼ガスに
    酸素を混合・供給する過程、(b) 燃焼ガスの残部を
    脱硫・脱じんする過程、(c) 脱硫・脱じん後の燃焼
    ガスから二酸化炭素を回収する過程、を包含することを
    特徴とする燃焼ガスの処理方法。
  3. 【請求項3】 脱硫・脱じんと同時に脱硝を行なうこと
    を特徴とする請求項1又は2記載の燃焼ガスの処理方
    法。
  4. 【請求項4】 空気から窒素を分離して酸素を得、分離
    された窒素ガスで循環燃焼ガスを冷却することを特徴と
    する請求項1又は2記載の燃焼ガスの処理方法。
  5. 【請求項5】 循環燃焼ガスを冷却した後の窒素ガスを
    タービン(28)に導入して動力を回収した後、燃料石
    炭と接触させて燃料石炭を脱湿・乾燥させることを特徴
    とする請求項4記載の燃焼ガスの処理方法。
  6. 【請求項6】 加圧燃焼炉(10)と、加圧燃焼炉から
    の燃焼ガス導管に接続されたろ過式脱硫・脱じん装置
    (12)と、ろ過式脱硫・脱じん装置からの燃焼ガス導
    管に接続された二酸化炭素分離装置(14)と、燃焼ガ
    ス導管と加圧燃焼炉(10)とを接続する燃焼ガス循環
    ライン(16)と、燃焼ガス循環ラインに接続された酸
    素分離・供給装置(22)とを包含することを特徴とす
    る燃焼ガスの処理装置。
  7. 【請求項7】 燃焼ガス循環ライン(16)に、酸素分
    離・供給装置からの窒素ガスと循環燃焼ガスとを熱交換
    させるための熱交換器(24)を設けたことを特徴とす
    る請求項6記載の燃焼ガスの処理装置。
  8. 【請求項8】 ろ過式脱硫・脱じん装置(12)が、グ
    ラニュラー式脱硫・脱じん装置であることを特徴とする
    請求項6記載の燃焼ガスの処理装置。
  9. 【請求項9】 加圧燃焼炉(10)が、サイクロン式石
    炭部分燃焼炉(30)を備えた燃焼炉であることを特徴
    とする請求項6記載の燃焼ガスの処理装置。
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