JP3230590U - 大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システムを提供する。【解決手段】本システムは、仕切り板位置に沿ってアンモニア注入システム５４が設けられる内部チャンバー５２と、脱硝部と脱硫部に上下に仕切られる吸着塔５を含み、脱硝部にある移動吸着層５１の外側にそれぞれ固定吸着層５５が設けられ、吸着塔の上部の外部チャンバー５３に煙道ガスの出口が設けられ、下部の外部チャンバーに煙道ガスの入口が設けられ、移動吸着層の上端に活性化コークスの入口が設けられ、下端に活性化コークスの出口が設けられ、ボイラー煙道ガスの出口は吸着塔の煙道ガスの入口に接続され、吸着塔の煙道ガスの出口は煙突９に接続され、活性化コークス製造炉の出口は吸着塔の活性化コークスの入口に接続され、吸着塔の活性化コークスの出口は再生塔６の入口に接続され、再生塔の出口は吸着塔の活性化コークスの入口に接続され、再生塔の煙道ガスの出口は炭素熱還元塔８の入口に接続される。【選択図】図１

Description

本考案は、石炭火力発電所ボイラー、製鉄所の焼結機などの分野における大規模な煙道ガス汚染処理に関し、具体的に、大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システムに関する。

中国の石炭火力発電所のほとんどは超低排出量を達成し、汚染物質処理は世界をリードするレベルに達したが、汚染物質処理システムには、ルートが単一であり、湿式脱硫は石灰石資源の過剰利用につながり、且つ大量の劣った石膏副産物が二次汚染を引き起こす。それと同時に、中国は農業大国であり、硫黄資源が不足し、２０１８年で、硫黄消費量は１７００万トン、輸入硫黄量は１１００万トンに達する。したがって、中国の環境保護技術開発の方向性と必然的な傾向は、発電生産プロセスと連携した新しい汚染物質総合処理技術を開発して、硫黄の資源利用を実現することである。

他方で、冶金、コークス、工業用ボイラー（キルン）、バイオマス発電所、廃棄物焼却発電所などの産業の汚染物質処理レベルは比較的後退しており、これが中国の次の環境治理の重点である。現在、石炭火力発電所では、一般的に石灰石−石膏湿式脱硫＋静電ダスト除去＋選択的触媒還元（ＳＣＲ）脱硝の方法が使用され、プロセスが複雑であり、投資と運用コストが高く、中小規模のボイラーの普及に適さない。それと同時に、工業用ボイラーの運転条件は複雑であり、温度ウィンドウによって制限され、従来のＳＣＲとＳＮＣＲは、長期の安定した運転要件を満たすことが困難であり、バイオマス発電所と廃棄物焼却工場の煙道ガス組成は複雑で、アルカリ金属を大量に含んでいるため、触媒中毒を引き起こし、ＳＣＲ脱硝技術を使用できない。このため、低温脱硝技術は、非電気産業における煙道ガス処理の緊急の必要性である。

活性化コークス煙道ガス総合精製技術は、高度な煙道ガス汚染処理技術である。その原料は石炭で、副産物をボイラーで直接燃焼させることができるため、発電生産プロセスと高度に連携できる。それと同時に、脱硫効率が高く、低温脱硝が可能であり、硫黄資源の高価値利用を実現し、「煙現象」などの視覚的汚染がなく、現在最も有望な汚染制御代替プロセスである。これまで、３０台（セット）以上稼働しており、最大の規模は太原製鉄所の６００ｍ^２焼結機である。

従来の活性化コークス煙道ガス精製技術には、円柱状の活性化コークスを使用しており、調製プロセスが複雑であり、その場での調製には適さず、コストが高く、脱硫及び脱硝性能が悪く、プロセス全体の投資と運用コストが高くなる。従来の活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせるプロセスに使用されている円柱状の活性化コークスは品質が低く、且つほとんどが移動床吸着を採用し、脱硝とダスト除去性能が不安定であり、一部の運転条件では、超低排出要件を満たすことができない。従来の活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせたプロセスは、一般的にＳＯ_２を触媒酸化によって濃厚な硫酸に調製し、大量で品質が低く、保管や輸送に不便であるため、石炭火力発電所での活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせた技術の普及をさらに制限する。

従来の技術に存在している問題に対して、本考案は、原炭のワンステップ法で未成形の活性化コークスを調製し、活性化コークスの性能を向上させ、コストを削減し、移動床＋固定床の組み合わせ吸着塔を使用し、脱硝とダスト除去性能をさらに向上させ、それと同時に、炭素熱還元を利用してＳＯ_２を硫黄に還元し、保管や輸送に便利であり、且つ硫黄資源の高価値利用を実現し、従来の活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせた技術の投資及び運用コストが高い問題を効果的に解決し、石炭火力発電所における環境保護技術のアップグレードの必要を満たす大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システムを提供する。

上記課題は、以下の技術案によって実現される。
大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システムであって、再生塔、活性化コークス製造炉、炭素熱還元塔、並びにボイラー煙道の出口に順次に接続される吸着塔及び煙突を備え、
前記の吸着塔内には、上下に貫通し、且つ平行に設置された２組の移動吸着層が設けられ、吸着塔を水平に内部チャンバーと２つの外部チャンバーに仕切り、外部チャンバーの中部に仕切り板が設けられ、内部チャンバーには仕切り板の位置に沿ってアンモニア注入システムが設けられ、吸着塔を上部の脱硝部と下部の脱硫部に上下に仕切り、脱硝部にある移動吸着層の外側に固定吸着層がそれぞれ設けられ、吸着塔の上部の外部チャンバーに煙道ガスの出口が設けられ、下部の外部チャンバーに煙道ガス入口が設けられ、移動吸着層の上端に活性化コークスの入口が設けられ、下端に活性化コークスの出口が設けられ、
ボイラーの煙道ガスの出口は吸着塔の煙道ガス入口に接続され、吸着塔の煙道ガスの出口は煙突に接続され、
活性化コークス製造炉の出口は吸着塔の活性化コークスの入口に接続され、吸着塔の活性化コークスの出口は再生塔の入口に接続され、再生塔の出口は吸着塔の活性化コークスの入口に接続され、再生塔の煙道ガスの出口は炭素熱還元塔の入口に接続される。

さらに、前記の移動吸着層は、活性化コークス製造炉によって調製された、及び／又は再生塔によって再生された未成形の活性化コークスを使用し、一次脱硝と脱硫に使用され、固定吸着層は、変性活性化コークスを使用し、二次脱硝に使用される。

さらに、前記の吸着塔の活性化コークスの出口と再生塔の入口に第１チェーンコンベヤーが設けられ、吸着塔の活性化コークスの入口と再生塔の出口に第２チェーンコンベヤーが設けられる。

さらに、前記のアンモニア注入システムの入力端に順次に接続するように蒸発器とアンモニアタンクが設けられ、前記のボイラーの煙道ガスの出口と吸着塔の煙道ガスの入口との間に順次に接続するように集塵機と誘導ドラフトファンが設けられる。

さらに、前記の活性化コークス製造炉の内部は上から下まで炭化部と活性化部に分けられ、頂部に炭化部に連通して設けられる貯蔵ホッパー部が設けられ、底部に活性化部に連通して設けられる冷却部が設けられ、冷却部の底部に吐出口が設けられ、
前記の炭化部の頂部に原料入口と石炭ガス出口が設けられ、原料入口はスリップチューブを介して貯蔵ホッパー部の排出口に接続され、
前記の活性化部の内部に多層注入システムが設けられ、活性化部の炉壁に多層注入システムに接続される高温蒸気入口が設けられ、高温蒸気入口にさらに再燃焼空気配管が連通して設けられ、前記の多層注入システムは上から下まで活性化部内に間隔をあけるように設けられる複数の注入ユニットを含む。

よりさらに、前記のスリップチューブにフィードバルブが設けられ、前記の冷却部の内部に循環冷却水パイプが設けられ、冷却部の吐出口が円錐状を呈し、底端に吐出弁が設けられる。

従来の技術と比べて、本考案は、以下のような有益な技術効果がある。
本考案は、炭化、活性化の統合した装置を使用して未成形の活性化コークスを調製し、即ち活性化コークス製造炉でのさらなる炭化、活性化によって未成形の活性化コークスを調製し、調製プロセス全体は簡単であり、投資コストが低く、活性化コークスはその場で調製でき、製造コストは本来の三分の一であり、それにより、活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせたプロセスの運用コストを大幅に削減する。

本考案は、未成形の原炭を原料として、調製された活性化コークスは原炭の中大孔構造を留め、活性化プロセスで調製された微細孔構造と組み合わせて樹枝状孔構造を形成し、ＳＯ_２、ＮＯ_ｘなどのガス分子の拡散と吸着に適し、除去効果は従来の活性化コークスよりも大幅に優れ、それと同時に、従来の活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせたプロセスと比べて、反応時間が短縮され、活性化コークスの充填量が減少するため、装置の投資コストを削減させる。

本考案は、移動床として移動吸着層を使用するとともに固定床として固定吸着層を使用する組み合わせ吸着塔システムを採用し、脱硝固定部は変性活性化コークスを使用し、脱硝性能を向上させ、それと同時に、固定部は二次ダストを遮断する役割を果たし、システムの脱硝とダスト除去能力を改善し、超低排出要件を満たす。

本考案は、安価な使用済みコークスを還元剤として使用し、ＳＯ_２を硫黄に還元し、ＳＯ_２の高価値利用を実現し、硫黄の回収コストを削減し、保管と輸送に便利である。

本考案の一実施例の構造模式図の一例である。 本考案の一実施例における活性化コークス製造炉の構造模式図の一例である。

以下、具体的な実施例を参照して、本考案をより詳細に説明し、以上のものは、制限ではなく、本考案を解釈するためのものである。

実施例１
図１に示すように、本実施例の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理は、石炭ヤード１を含み、石炭ヤード１に貯蔵された原炭は、主に、ボイラー２の燃焼発電に使用され、原炭の小さな部分を粉砕した後、活性化コークス製造炉７に入れて未成形の活性化コークスを作製し、活性化コークスを吸着塔５に充填し、
ボイラー２の燃焼により生成された煙道ガスは、ボイラー２の煙道ガスの出口と吸着塔５の煙道ガス入口との間に設けられる集塵機３によってダスト除去され、誘導ドラフトファン４によって吸着塔５に送られ、吸着塔５はセグメント化を採用し、下部は脱硫部であり、上部は脱硝部であり、両部の間にアンモニア注入システム５４が設けられ、蒸発器１３とアンモニアタンク１２に順次に接続され、活性化コークスの吸着と触媒作用により、ＳＯ_２、ＮＯ_ｘ、Ｈｇなどの複数の汚染物質の統合除去を実現し、煙突９から排出され、
吸着で飽和した活性化コークスが再生塔６に入り、活性化コークスを４００℃程度に加熱し、再生を実現し、吸着塔５と再生塔６との間に第１チェーンコンベヤー１０と第２チェーンコンベヤー１１が設けられ、活性化コークスの転送に使用される。再生によって生成された高濃度（１０％〜２０％）ＳＯ_２ガスは、炭素熱還元塔８に入り、脱硫と脱硝を組み合わせたプロセスで生成した使用済みコークスと反応し、ＳＯ_２を硫黄に還元する。

本考案の好ましい実施形態として、コークス製造プロセスは、ワンステップ法によって未成形の活性化コークスを調製することであり、即ち固定サイズの原炭粒子を使用し、活性化コークス製造炉７の中でワンステップで炭化、活性化して活性化コークスを調製し、活性化コークスは未成形のコークスであり、粒子径は４〜１５ｍｍである。図２に示すように、活性化コークス製造炉７の内部には上から下まで炭化部７４と活性化部７５に分けられ、頂部に炭化部７４に連通して設けられる貯蔵ホッパー部７１が設けられ、底部に活性化部７５に連通して設けられる冷却部７７が設けられ、冷却部７７の底部に吐出口が設けられ、炭化部７４の頂部に原料入口と石炭ガス出口７１０が設けられ、原料入口はスリップチューブ７２を介して貯蔵ホッパー部７１の排出口に接続され、活性化部７５の内部に多層注入システム７６が設けられ、活性化部７５の炉壁に多層注入システム７６に接続される高温蒸気入口が設けられ、高温蒸気入口にさらに再燃焼空気配管が連通して設けられ、前記の多層注入システム７６は、上から下まで活性化部７５内で間隔をあけるように設けられる複数の注入ユニットを含み、
スリップチューブ７２にフィードバルブ７３が設けられ、前記の冷却部７７の内部に循環冷却水パイプ７８が設けられ、冷却部７７の吐出口が円錐状を呈し、底端に吐出弁７９が設けられ、
実際の操作では、活性化コークス製造炉７で未成形の活性化コークスを調製する具体的なステップは以下の通りであり、
ステップ１において、コークス製造に用いられる原料を貯蔵ホッパー部７１に送り、次に、スリップチューブ７２を通って活性化コークス製造炉の炭化部７４に入り、活性化コークス製造炉の炭化部７４で石炭ガスを生成し、生成した石炭ガスは石炭ガス出口７１０から引き出され、残りの材料は上から下まで活性化部７５に入る。
ステップ２において、高温蒸気は再燃焼空気と混合して多層注入システム７６に入り、トップダウンの高温蒸気流を形成し、活性化部７５に上から下に入った材料に直接接触し、材料が加熱によって炭化され活性化コークスを形成する。
ステップ３において、活性化コークスは冷却部７７に入り、冷却部７７内の循環冷却水パイプ７８と間接接触し、得られた未成形の活性化コークスを冷却する。

コークス製造に用いられる原料は原炭であり、粒子径は４〜１５ｍｍであり、硫黄含有量＜１％であり、灰分＜８％であり、活性化部７５での活性化プロセスには、高温蒸気活性化が採用され、蒸気は活性化部７５に入る前に８００〜９００℃に加熱され、
吸着塔５の移動吸着層５１での脱硫と脱硝中に生成された使用済みコークスを炭素熱還元塔８の還元剤として使用し、ＳＯ_２を硫黄に還元する。

本考案の好ましい実施形態として、吸着塔５は、移動吸着層５１を移動床として使用するとともに固定吸着層５５を固定床として使用する吸着プロセスを採用し、吸着塔５は上下の両部に分けられ、下部は脱硫部であり、上部は脱硝部であり、脱硫と脱硝部の中央にアンモニア注入システム５４が設けられ、具体的には、図１に示すように、吸着塔５内に上下に貫通し、且つ平行に設置される２組の移動吸着層５１が設けられ、吸着塔５を内部チャンバー５２と２つの外部チャンバー５３に水平に仕切り、外部チャンバー５３の中部に仕切り板が設けられ、内部チャンバー５２に仕切り板の位置に沿ってアンモニア注入システム５４が設けられ、吸着塔５を上部の脱硝部と下部の脱硫部に上下に仕切り、脱硝部にある移動吸着層５１の外側にそれぞれ固定吸着層５５が設けられ、吸着塔５の上部の外部チャンバーに煙道ガスの出口が設けられ、下部の外部チャンバーに煙道ガス入口が設けられ、移動吸着層５１の上端に活性化コークスの入口が設けられ、下端に活性化コークスの出口が設けられ、脱硝部分は、移動吸着層５１を基礎とする移動部分と固定吸着層５５を基礎とする固定部分の２部分に分けられ、移動脱硝部は脱硫部に連通し、通常の未成形の活性化コークスを使用し、固定脱硝部は変性活性化コークスを使用し、深部脱硝とダスト除去に使用される。

本考案によるシステムは、実際の操作では、石炭ヤード１に貯蔵された一部の原炭をボイラー２に送り、燃焼発電によって煙道ガスを生成し、他の部分の原炭を粉砕した後、活性化コークス製造炉７に送って未成形の活性化コークスを作製する原炭利用と、ボイラー２の燃焼によって生成された煙道ガスを吸着塔５に送り、下部の外部チャンバー５３により脱硫部の移動吸着層５１による脱硫を経た後、内部チャンバー５２に水平に入り、内部チャンバー５２内で上昇してアンモニア注入システム５４のアンモニア注入触媒を経て、次に、脱硝部の移動吸着層５１と固定吸着層５５の脱硝を経た後、上部の外部チャンバー５３に水平に入り、集めた後に煙突９を介して排出する煙道ガスの脱硫と脱硝と、吸着で飽和した未成形の活性化コークスが再生塔６に入り、活性化コークスを４００℃程度に加熱し、再生を実現し、且つ濃度が１０％〜２０％の高濃度ＳＯ_２ガスを生成する未成形の活性化コークス再生と、再生によって生成された高濃度ＳＯ_２ガスが炭素熱還元塔８に入り、ＳＯ_２を硫黄に還元する硫黄の硬化と、を含み、石炭火力発電所または製鉄所の焼結機などの大規模な煙道ガス汚染物質処理に適し、生産された活性化コークスは中大孔が滑らかで、微細孔が多い特点を有し、脱硫と脱硝性能は市販の活性化コークスよりも大幅に優れ、脱硫と脱硝の活性化コークス生産コストを大幅に削減し、移動床＋固定床を組み合わせた吸着システムは、システムの脱硝とダスト除去性能を向上させ、超低排出要件を満たし、本考案は、炭素熱還元によって硫黄を調製し、硫黄回収コストを削減し、硫黄資源の高価値利用を実現し、保管と輸送に便利であり、活性化コークスの脱硫と脱硝を組み合わせた技術の大規模な応用の基礎を築いた。

石炭ヤード１、ボイラー２、集塵機３、誘導ドラフトファン４、吸着塔５、移動吸着層５１、内部チャンバー５２、外部チャンバー５３、アンモニア注入システム５４、固定吸着層５５、再生塔６、活性化コークス製造炉７、貯蔵ホッパー部７１、スリップチューブ７２、フィードバルブ７３、炭化部７４、活性化部７５、多層注入システム７６、冷却部７７、循環冷却水パイプ７８、吐出弁７９、石炭ガス出口７１０、炭素熱還元塔８、煙突９、第１チェーンコンベヤー１０、第２チェーンコンベヤー１１、アンモニアタンク１２、蒸発器１３

Claims (6)

1. 大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システムであって、再生塔（６）、活性化コークス製造炉（７）、炭素熱還元塔（８）、並びにボイラー（２）の煙道の出口に順次に接続される吸着塔（５）及び煙突（９）を備え、
   前記の吸着塔（５）内に上下に貫通し、且つ平行に設置される２組の移動吸着層（５１）が設けられ、吸着塔（５）を水平に内部チャンバー（５２）と２つの外部チャンバー（５３）に仕切り、外部チャンバー（５３）の中部に仕切り板が設けられ、内部チャンバー（５２）に仕切り板の位置に沿ってアンモニア注入システム（５４）が設けられ、吸着塔（５）を上部の脱硝部と下部の脱硫部に上下に仕切り、脱硝部にある移動吸着層（５１）の外側に固定吸着層（５５）がそれぞれ設けられ、吸着塔（５）の上部の外部チャンバーに煙道ガスの出口が設けられ、下部の外部チャンバーに煙道ガス入口が設けられ、移動吸着層（５１）の上端に活性化コークスの入口が設けられ、下端に活性化コークスの出口が設けられ、
   ボイラー（２）の煙道ガスの出口は吸着塔（５）の煙道ガス入口に接続され、吸着塔（５）の煙道ガスの出口は煙突（９）に接続され、
   活性化コークス製造炉（７）の出口は吸着塔（５）の活性化コークスの入口に接続され、吸着塔（５）の活性化コークスの出口は再生塔（６）の入口に接続され、再生塔（６）の出口は吸着塔（５）の活性化コークスの入口に接続され、再生塔（６）の煙道ガスの出口は炭素熱還元塔（８）の入口に接続されることを特徴とする大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。
2. 前記の移動吸着層（５１）は、活性化コークス製造炉（７）によって調製された、及び／又は再生塔（６）によって再生された未成形の活性化コークスを使用し、一次脱硝と脱硫に使用され、固定吸着層（５５）は、変性活性化コークスを使用し、二次脱硝に使用されることを特徴とする請求項１に記載の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。
3. 前記の吸着塔（５）の活性化コークスの出口と再生塔（６）の入口に第１チェーンコンベヤー（１０）が設けられ、吸着塔（５）の活性化コークスの入口と再生塔（６）の出口に第２チェーンコンベヤー（１１）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。
4. 前記のアンモニア注入システム（５４）の入力端に順次に接続するように蒸発器（１３）とアンモニアタンク（１２）が設けられ、前記のボイラー（２）の煙道ガスの出口と吸着塔（５）の煙道ガス入口との間にさらに順次に接続するように集塵機（３）と誘導ドラフトファン（４）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。
5. 前記の活性化コークス製造炉（７）の内部は上から下まで炭化部（７４）と活性化部（７５）に分けられ、頂部に炭化部（７４）に連通して設けられる貯蔵ホッパー部（７１）が設けられ、底部に活性化部（７５）に連通して設けられる冷却部（７７）が設けられ、冷却部（７７）の底部に吐出口が設けられ、
   前記の炭化部（７４）の頂部に原料入口と石炭ガス出口（７１０）が設けられ、原料入口はスリップチューブ（７２）を介して貯蔵ホッパー部（７１）の排出口に接続され、
   前記の活性化部（７５）の内部に多層注入システム（７６）が設けられ、活性化部（７５）の炉壁に多層注入システム（７６）に接続される高温蒸気入口が設けられ、高温蒸気入口にさらに再燃焼空気配管が連通して設けられ、前記の多層注入システム（７６）は、上から下まで活性化部（７５）内に間隔をあけるように設けられる注入ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。
6. 前記のスリップチューブ（７２）にフィードバルブ（７３）が設けられ、前記の冷却部（７７）の内部に循環冷却水パイプ（７８）が設けられ、冷却部（７７）の吐出口は円錐状を呈し、底端に吐出弁（７９）が設けられることを特徴とする請求項５に記載の大型石炭火力発電所用汚染物総合処理システム。