JP3241400U - 排煙の低温吸着脱硝システム - Google Patents

Abstract

本考案は、排煙の低温吸着脱硝システム及び工程を開示し、ブースターファン、冷熱回収器、排煙冷却システム、排煙切替弁及び脱硝吸着塔を含み、ブースターファンの入口は、入口排煙管路に連通し、ブースターファン、冷熱回収器、排煙冷却システム、排煙切替弁及び脱硝吸着塔が順に連通し、排煙切替弁の出口は、それぞれ第１、第２の脱硝吸着塔に連通し、第１、第２の脱硝吸着塔の排煙出口は、排煙合流器に連通し、排煙合流器は、冷熱回収器に連通する。本考案では、２つの脱硝吸着塔が交互に脱硝及び再生過程を行うように設定して本システムの連続的な脱硝作業を実現することができ、脱硝効率が高く、吸着材料が脱離した後、循環利用され、物理吸着脱硝を採用するとともに、ＮＯ２及びＮＯを直接吸着して除去し、ＮＯの事前酸化を不要とし、強力な酸化剤及び貴金属触媒も不要であり、脱硝効率が高く、ＮＯｘのゼロ排出を実現することができる。【選択図】図１

Description

本考案は、排煙脱硝技術の分野に属し、具体的には、排煙の低温吸着脱硝システム及び工程に関する。

石炭燃焼により発生する排煙には、大気汚染の主な要因の１つである大量の窒素酸化物ＮＯｘが含まれている。現在、排煙中のＮＯｘは、主にＳＣＲ選択接触還元法により除去される。この方法は、触媒の作用により、排煙に添加されたＮＨ_３によってＮＯｘを無害なＮ_２に還元して除去する。ＳＣＲ脱硝技術は、現在、既にかなり成熟されているが、依然として多くの問題がある。例えば、触媒は、特定の温度区間でのみ高い活性を有し、発電所の稼働負荷を調整するとき、排煙温度の変化によってＳＣＲ脱硝効率は大きく影響を受ける。また、ＳＣＲ脱硝には、アンモニアの逃げ、触媒の固化による廃棄などの二次汚染の問題があり、且つ、脱硝触媒の経年劣化や損失も速く、稼働コストが高い。ＳＣＲ選択還元法以外に、湿式脱硝技術もあるが、両方とも、まずＮＯｘ中の難溶性のＮＯガスを可溶性のＮＯ_２酸性ガスに酸化させ、次いで、アルカリ性液体で吸収して除去する必要がある。通常の予備酸化法としては、オゾン酸化法、過酸化水素酸化法、触媒酸化法、低温プラズマ酸化法などがある。オゾン酸化法及び過酸化水素酸化法は、強力な酸化剤を余分に消費する必要があり、稼働コストが高く、二次汚染の排出を引き起こしやすい。触媒酸化法は、高価な貴金属触媒を使用する必要があり、工業的にも適用が困難である。低温プラズマ酸化法は、電力消費が多いため、稼働コストが高くなる。

本考案は、既存の技術における問題を解決するために、ＮＯｘ中の吸着しやすい成分であるＮＯ_２を吸着除去できるだけでなく、吸着しにくい成分であるＮＯも効果的に吸着できるため、脱硝コストを低減させ、二次汚染がない排煙の低温吸着脱硝システム及び工程を提供する。

上記の目的を実現するために、本考案は、次のような技術的解決手段を用いる。排煙の低温吸着脱硝システムは、ブースターファン、冷熱回収器、排煙冷却システム、排煙切替弁、第１の脱硝吸着塔及び第２の脱硝吸着塔を含み、
ブースターファンの入口は、入口排煙管路に連通し、ブースターファンの出口は、冷熱回収器の高温側入口に連通し、冷熱回収器の高温側出口は、排煙冷却システムの入口に連通し、排煙冷却システムの排煙出口は、排煙切替弁の入口に連通し、排煙切替弁の出口は、それぞれ第１の脱硝吸着塔及び第２の脱硝吸着塔の排煙入口に連通し、冷熱回収器に通じる排煙管路には、排煙合流器が設けられており、第１の脱硝吸着塔及び第２の脱硝吸着塔の排煙出口は、排煙合流器の入口に連通し、排煙合流器の出口は、冷熱回収器の低温側入口に連通する。

排煙冷却システムは、１段冷却システム及び２段冷却システムを含み、１段冷却システムには、空冷システム、熱交換器冷却システム又は水冷システムが用いられ、２段冷却システムには、圧縮冷却システム又は吸収式冷却システムが用いられ、排煙冷却システムには、排煙凝縮水の出水口が設けられており、前記排煙凝縮水の出水口は、再生水処理システムの入水口に連通する。

脱硝吸着塔には、固定床式吸着塔が用いられ、その固定床には、ＮＯｘ吸着材料が充填されている。

ＮＯｘ吸着材料には、活性炭又は分子篩が用いられる。

吸着塔の外側には、コールドボックス構造が用いられる。

排煙切替弁には、電気式又は空気圧式の切替弁が用いられ、排煙切替弁のコントローラの入力端は、工場領域ＤＣＳの出力端に接続される。

冷熱回収器には、排煙熱交換器が用いられる。

排煙低温脱硝工程は、除塵・脱硫された排煙を加圧した後、予冷し、続いて室温以下まで冷却し、室温より低い温度の排煙を脱硝吸着塔に進入させ、脱硝吸着塔で物理吸着させて脱硝を行い、脱硝後の排煙によって除塵・脱硫後の排煙を予冷し、熱が吸収された処理ガスを煙突から排出させる。

請求項１に記載のシステムを用いて脱硝を行い、除塵・脱硫された排煙をファンに進入させて加圧した後、冷熱回収器に進入させて脱硝後の低温処理ガスと熱交換させて予冷を実現し、予冷後の排煙を排煙冷却システムに進入させて冷却して室温より低い温度の冷却された排煙を得、前記冷却後の排煙は、排煙切替弁を介して第１の脱硝吸着塔又は第２の脱硝吸着塔に進入し、第１の脱硝吸着塔又は第２の脱硝吸着塔は、交互に吸着脱硝及び再生プロセスを行い、吸着脱硝後の処理ガスは、排煙合流器に進入し、次いで冷熱回収器に進入して冷熱が回収され、温度が上昇させられた後の処理ガスは、煙突から排出される。

排煙冷却システムは、循環冷却水での熱交換冷却方法又はスプレー冷却方法を用いて排煙に対して１段冷却を行い、圧縮冷却方法又は吸収式冷却方法を用いて１段冷却後の排煙に対して２段冷却を行う。

既存技術と比べて、本考案は、少なくとも以下の有益な効果を有する。
本考案の排煙の低温吸着脱硝システムに設けられている排煙の冷熱回収器は、低温処理ガスを用いて脱硫後の排煙の予冷を実現して、システムの冷熱利用を向上させることができ、そして、処理ガスの迅速な排出に有利であり、２つの脱硝吸着塔が交互に脱硝及び再生過程を行うように設定することにより、本システムの連続脱硝作業を実現することができ、脱硝効率が高く、吸着された材料が脱離した後、循環利用される。脱硝システムは、除塵・脱硫作業区間の後段に設けられ、排煙が室温以下まで下降された後、脱硝を行う。排煙冷却システムの後段の設備は、耐高温設備を用いる必要がないため、コストを低減することができる。

物理吸着脱硝を用いるとともに、ＮＯ_２及びＮＯを直接吸着して除去し、ＮＯを予備酸化する必要がない。脱硝効率が高く、ＮＯｘのゼロ排出を実現することができる。吸着されたＮＯｘは、ＮＯ_２の形態で脱離されて収集された後に、硝酸又は窒素肥料などの高付加価値の副産物の製造に用いることができる。大量の酸性凝縮水が排煙の冷却中で析出され、中和処理を経てから発電所の使用に提供されることができ、発電所の消費水量を低下させる。この工程は、物理方法を用いて脱硝を行うため、脱硝触媒、還元剤又は酸化剤などの化学物質を使用する必要がなく、稼働コストが低減し、アンモニアの逃げなどの二次汚染の排出が低減され、水資源のリサイクルを実現することができる。

本考案に係る工程を示す図である。

明細書に添付の図面は、本考案の理解の便利のために用いられ、本考案の一部を構成し、本考案に示した実施例及びその説明は、本考案を解釈するためのものにすぎず、本考案を不適切に限定するものではない。

本考案を明確に説明するために、以下では、実施例及び添付の図面を参照しながら、本考案についてさらに詳細に説明する。当業者であれば、以下の内容が本考案の保護範囲を制限するものではなく、本考案を基に行われた如何なる改良や変化がいずれも本考案の保護範囲内であることを理解するであろう。

図１を参照すると、排煙の低温吸着脱硝システムは、ブースターファン１、冷熱回収器２、排煙冷却システム３、排煙切替弁４、第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６を含み、ブースターファン１の入口は、入口排煙管路に連通し、ブースターファン１の出口は、冷熱回収器２の高温側入口に連通し、冷熱回収器２の高温側出口は、排煙冷却システム３の入口に連通し、排煙冷却システム３の排煙出口は、排煙切替弁４の入口に連通し、排煙切替弁４の出口は、それぞれ第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６の排煙入口に連通し、冷熱回収器２に通じる排煙管路には、排煙合流器７が設けられており、第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６の排煙出口は、排煙合流器７の入口に連通し、排煙合流器７の出口は、冷熱回収器２の低温側入口に連通する。

排煙冷却システム３は、１段冷却システム及び２段冷却システムを含み、１段冷却システムには、空冷システム、熱交換器冷却システム又は水冷システムが用いられ、２段冷却システムには、圧縮冷却システム又は吸収式冷却システムが用いられ、排煙冷却システム３には、排煙凝縮の出水口が設けられており、前記排煙凝縮水の出水口は、再生水処理システムの入水口に連通する。

脱硝吸着塔には、固定床式吸着塔が用いられ、その固定床には、ＮＯｘ吸着材料が充填されており、ＮＯｘ吸着材料には、活性炭又は分子篩が用いられる。

吸着塔の外側には、コールドボックス構造が用いられ、冷熱回収器２には、排煙熱交換器が用いられる。

排煙切替弁４には、電気式又は空気圧式の切替弁が用いられ、排煙切替弁４のコントローラの入力端は、工場領域ＤＣＳの出力端に接続される。

排煙低温脱硝工程は、除塵・脱硫された排煙を加圧した後、予冷し、続いて室温以下まで冷却し、室温より低い温度の排煙を脱硝吸着塔に進入させ、脱硝吸着塔で物理吸着させて脱硝を行い、脱硝後の排煙によって除塵・脱硫後の排煙を予冷し、熱が吸収された処理ガスを煙突から排出させる。

請求項１に記載のシステムを用いて脱硝を行い、除塵・脱硫された排煙をファン１に進入させて加圧した後、冷熱回収器２に進入させて脱硝後の低温処理ガスと熱交換させて予冷を実現し、予冷後の排煙を排煙冷却システム３に進入させて冷却して、室温より低い温度の冷却された排煙を得、前記冷却後の排煙は、排煙切替弁４を介して第１の脱硝吸着塔５又は第２の脱硝吸着塔６に進入し、第１の脱硝吸着塔５又は第２の脱硝吸着塔６は、交互に吸着脱硝及び再生プロセスを行い、吸着脱硝後の処理ガスは、排煙合流器７に進入し、次いで冷熱回収器２に進入して冷熱が回収され、温度が上昇した処理ガスは、煙突から排出される。

排煙冷却システム３は、循環冷却水での熱交換冷却方法又はスプレー冷却方法を用いて排煙に対して１段冷却を行い、圧縮冷却方法又は吸収式冷却方法を用いて１段冷却後の排煙に対して２段冷却を行う。

本考案に係る排煙の低温吸着脱硝システム及び工程の具体的な実施形態は、次のとおりである。

本考案に係る工程の吸着脱硝のメカニズムは、次のとおりである。

１、ＮＯｘ中のＮＯ_２の吸着除去：ＮＯ_２は、吸着しやすいガスであり、排煙が活性炭、分子篩又は他の多孔質吸着材料の表面を流れる際に、ＮＯ_２は直接吸着されて除去される。

２、ＮＯｘ中のＮＯの吸着除去：ＮＯは、非常に吸着しにくいガスであり、排煙が活性炭、分子篩又は他の多孔質吸着材料の表面を流れる際に、ＮＯは直接吸着されて除去されず、下記のようなステップによって除去される。
（１）冷却によって排煙の温度を室温以下まで下降させるステップ、
（２）低温排煙中のＮＯのＯ_２が、多孔質吸着材料の表面を流れる際にその表面で濃縮され、ＮＯとＯ_２の濃度が大幅に向上され、それによりＮＯをＮＯ_２に急速に酸化させるステップ、
（３）酸化後のＮＯ_２が多孔質材料の表面に吸着するステップ。

これらのうち、ステップ（２）及び（３）は同時に行われるため、全体的にＮＯの低温吸着除去を現す。排煙の温度下降ステップ（１）は、ＮＯ及びＯ_２の濃縮と酸化の必要条件であり、これは、ＮＯ及びＯ_２などの難凝縮性ガスは、低温でのみ吸着剤の表面に吸着して濃縮を形成するからである。

ＮＯｘの再生：ＮＯｘ中のＮＯ及びＮＯ_２は、いずれもＮＯ_２の形態で多孔質材料の表面に吸着される。多孔質材料では、昇温、減圧及びマイクロ波再生方法で吸着されているＮＯ_２を脱離させて吸着性能を回復させ、それにより循環使用される。脱離されたＮＯ_２は、回収されて硝酸又は窒素肥料の製造に用いられることができる。

本考案に係る排煙の低温吸着脱硝システムは、ブースターファン１、冷熱回収器２、排煙冷却システム３、排煙切替弁４、第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６を含み、ブースターファン１は、システムによって生成された排煙の抵抗を克服し、排煙の圧力を上昇させるためのものであり、冷熱回収器２は、気体－気体又は気体－液体の間接式熱交換器を含み、冷熱回収器は、直接スプレー式充填塔又はプレート式塔を使用してもよく、低温脱硝後の処理ガスの冷熱を回収するとともに、入口の排煙を予冷するためのものであり、排煙切替弁４は、設定の切り替え条件にしたがって、排煙が第１の脱硝吸着塔５又は第２の脱硝吸着塔６に流れるように自動的に切り替えられる。

第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６は、固定床式吸着塔であり、活性炭、分子篩、活性コークス、シリカゲル、活性アルミナなどの吸着材料が充填される。吸着塔にはコールドボックス構造が用いられ、低温排煙の放熱損失を低減する。２つの吸着塔を定期的に切り替えて、排煙の吸着脱硝の連続的な稼働を維持する。

排煙合流器７は、脱硝吸着塔から流出した排煙を処理ガス管路に合流させて排出させるためのものである。

ブースターファン１の入口は、入口排煙管路に接続され、ブースターファン１の出口は、冷熱回収器２の高温側入口に接続され、冷熱回収器２の高温側出口は、排煙冷却システム３の入口に接続され、排煙冷却システム３の排煙出口は、排煙切替弁４の入口に接続され、排煙切替弁４の出口は、それぞれ脱硝吸着塔５及び６の排煙入口に接続され、脱硝吸着塔５及び６の排煙出口は、排煙合流器７の入口に接続され、排煙合流器７の出口は、冷熱回収器２の低温側の入口に接続され、冷熱回収器２の低温側出口は、発電所の煙突への管路に接続される。

本考案に係る工程プロセスは、次のとおりである。

脱硝処理されていないボイラー排煙に対して除塵・脱硫を行い、空気予熱器に通過させて熱を回収した後、ファン１により本考案に係るシステムに導入させる。ファン１により加圧された高温排煙が冷熱回収器２を流れ、脱硝後の低温処理ガスと熱交換することによって低温排煙の冷熱を回収し、冷熱回収器２によって予冷された排煙は、排煙冷却システム３に進入し、循環冷却水による冷却や工業用冷水ユニットによる冷却などの多段式冷却方法により、排煙を室温以下まで冷却しながら凝縮水を排煙から分離させる。冷却・除湿された排煙は、排煙切替弁４を介して第１の脱硝吸着塔５又は第２の脱硝吸着塔６に進入し、２つの吸着塔が交互に吸着及び再生操作を行うことにより、排煙の連続的な脱硝を実現する。吸着脱硝後の処理ガスは、排煙合流器７を介して冷熱回収器２の低温側に進入して冷熱を回収し、同時に入口排煙を予冷する。冷熱が回収された処理ガスは、冷熱回収器２から排出され、発電所の煙突に進入される。

６００ＭＷの石炭燃焼又はガス燃焼ユニットの排煙は、除塵・脱硫された後、本考案に係るシステムに進入し、排煙は、ブースターファン１により加圧された後、冷熱回収器２に進入し、２℃の低温処理ガスと熱交換されて温度が５０℃から３５℃まで下降され、排煙が排煙冷却システム３を通過する際に、低温冷水ユニットにより２℃までさらに冷却され、排煙の凝縮水が排煙冷却システムから排出され、冷却後の排煙は、排煙切替弁４を介して脱硝吸着塔５に進入され、吸着脱硝された処理ガスは、排煙合流器７を流れて冷熱回収器２の低温側に進入し、脱硫後の排煙と熱交換されて温度が３０℃まで上昇されてから煙突に進入する。第１の脱硝吸着塔５が８時間吸着した後、第２の脱硝吸着塔６に切り替えられて吸着脱硝を行い、第１の脱硝吸着塔５は、加熱再生モードに切り替えられて、吸着されたＮＯｘを脱離させ、第１の脱硝吸着塔５は、４時間再生してから４時間冷却し、続いて再び吸着モードに切り替えられると同時に、第２の脱硝吸着塔６は再生モードに切り替えられ、これらを繰り返して連続的な吸着脱硝を実現する。第１の脱硝吸着塔５及び第２の脱硝吸着塔６には、それぞれ活性炭が５００トン充填されている。脱離されたＮＯｘは、ＮＯ_２の形態で存在し、酸製造工程により希硝酸を製造することができ、又はアンモニア水で吸収して硝酸アンモニウム（窒素肥料）を生産することにより回収・利用される。

１ ブースターファン
２ 冷熱回収器
３ 排煙冷却システム
４ 排煙切替弁
５ 第１の脱硝吸着塔
６ 第２の脱硝吸着塔
７ 排煙合流器

Claims (10)

1. ブースターファン（１）、冷熱回収器（２）、排煙冷却システム（３）、排煙切替弁（４）、第１の脱硝吸着塔（５）及び第２の脱硝吸着塔（６）を含み、
   ブースターファン（１）の入口は、入口排煙管路に連通し、ブースターファン（１）の出口は、冷熱回収器（２）の高温側入口に連通し、冷熱回収器（２）の高温側出口は、排煙冷却システム（３）の入口に連通し、排煙冷却システム（３）の排煙出口は、排煙切替弁（４）の入口に連通し、排煙切替弁（４）の出口は、それぞれ第１の脱硝吸着塔（５）及び第２の脱硝吸着塔（６）の排煙入口に連通し、冷熱回収器（２）に通じる排煙管路には、排煙合流器（７）が設けられており、第１の脱硝吸着塔（５）及び第２の脱硝吸着塔（６）の排煙出口は、排煙合流器（７）の入口に連通し、排煙合流器（７）の出口は、冷熱回収器（２）の低温側入口に連通することを特徴とする排煙の低温吸着脱硝システム。
2. 排煙冷却システム（３）は、１段冷却システム及び２段冷却システムを含み、
   １段冷却システムには、空冷システム、熱交換器冷却システム又は水冷システムが用いられ、
   ２段冷却システムには、圧縮冷却システム又は吸収式冷却システムが用いられ、
   排煙冷却システム（３）には、排煙凝縮水の出水口が設けられており、
   前記排煙凝縮水の出水口は、再生水処理システムの入水口に連通することを特徴とする請求項１に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
3. 脱硝吸着塔には、固定床式吸着塔が用いられ、その固定床には、ＮＯｘ吸着材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
4. ＮＯｘ吸着材料には、活性炭又は分子篩が用いられることを特徴とする請求項３に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
5. 吸着塔の外側には、コールドボックス構造が用いられることを特徴とする請求項１に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
6. 排煙切替弁（４）には、電気式又は空気圧式の切替弁が用いられ、
   排煙切替弁（４）のコントローラの入力端は、工場領域ＤＣＳの出力端に接続されることを特徴とする請求項１に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
7. 冷熱回収器（２）には、排煙熱交換器が用いられることを特徴とする請求項１に記載の排煙の低温吸着脱硝システム。
8. 除塵・脱硫された排煙を加圧した後予冷させ、続いて室温以下まで冷却させ、室温より低い温度の排煙を脱硝吸着塔に進入させ、脱硝吸着塔で物理吸着させて脱硝を行い、脱硝後の排煙によって除塵・脱硫後の排煙を予冷させ、熱が吸収された処理ガスを煙突から排出させることを特徴とする排煙低温脱硝工程。
9. 請求項１に記載のシステムを用いて脱硝を行い、除塵・脱硫された排煙をファン（１）に進入させて加圧した後、冷熱回収器（２）に進入させて脱硝後の低温処理ガスと熱交換させて予冷を実現し、予冷後の排煙を排煙冷却システム（３）に進入させて冷却して室温より低い温度の冷却された排煙を得、前記冷却された排煙は、排煙切替弁（４）を介して第１の脱硝吸着塔（５）又は第２の脱硝吸着塔（６）に進入され、第１の脱硝吸着塔（５）又は第２の脱硝吸着塔（６）は、交互に吸着脱硝及び再生プロセスを行い、吸着脱硝後の処理ガスは、排煙合流器（７）に進入され、次に冷熱回収器（２）に進入されて冷熱が回収され、温度が上昇された後の処理ガスは、煙突から排出されることを特徴とする請求項８に記載の排煙低温脱硝工程。
10. 排煙冷却システム（３）は、循環冷却水での熱交換冷却方法又はスプレー冷却方法を用いて排煙に対して１段冷却を行い、圧縮冷却方法又は吸収式冷却方法を用いて１段冷却後の排煙に対して２段冷却を行うことを特徴とする請求項９に記載の排煙低温脱硝工程。

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