JP3564296B2 - 排煙処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硫黄酸化物としてＳＯ_２とＳＯ_３を含有し、さらに未燃カーボン等の粉塵を含有する排煙（例えば、重質油焚きボイラの排煙）の浄化処理技術に係わり、特に、凝結することにより有害な硫酸のヒュームとなる排煙中のＳＯ_３の対策と、除塵性能の向上とが、低コストかつ簡易な操作又は装置構成で実現される排煙処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、火力発電プラント等における例えば重質油焚きボイラの排煙には、硫黄酸化物として、ＳＯ_２（亜硫酸ガス）の他にＳＯ_３（三酸化硫黄）が含有される。そして、全硫黄酸化物量（例えば１５００ｐｐｍ）に対するＳＯ_３の量は、ボイラにおける燃焼温度やバーナーの種類、或いは燃焼触媒の種類等によって異なるが、いずれにしろ数パーセント程度の割合であり、例えば３０ｐｐｍ程度と比較的微量である。このため、この種の排煙の脱硫処理においては、基本的性能としてはＳＯ_２の吸収性能が重要となる。
【０００３】
しかし排煙中のＳＯ_３は、ヒューム化した場合、腐食性が強くスケール発生の要因となる有害なＨ_２ＳＯ_４のミストとなり、しかも単なる吸収液との気液接触ではほとんど捕集できないサブミクロン粒子となる。このため、装置の腐食防止及びスケール防止のため、或いは排煙のさらなるクリーン化の観点から、このＳＯ_３に対してもなんらかの除去処理が必要である。
【０００４】
そこで従来、例えば重質油焚きボイラ用の排煙処理設備では、設備前流において排煙中にアンモニアを注入し、排煙中のＳＯ_３を硫安（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）として捕集するようにしているのが一般的である。
以下、図７を参照して、このような従来の排煙処理方法及び設備の一例について説明する。
【０００５】
図７において符号１で示すものは、排煙の熱によりボイラ（図示略）に供給される燃焼用空気を加熱するエアヒータ（ボイラ側機器）であり、この場合このエアヒータ１より以降の部分が本発明の対象となる設備又は工程である。
エアヒータ１より導出された未処理排煙Ａは、まず導入ダクト２において、スプレーノズル２ａから吹込まれるアンモニア（ＮＨ_３）と接触し、排煙中のＳＯ_３がこのアンモニアや排煙中の水分と反応して硫安となる。この硫安は、排煙中の固体粒子（即ち粉塵）となるため、これにより排煙中の粉塵濃度は大幅に増加する。（例えば、アンモニア注入前の粉塵濃度が１８０ｍｇ／ｍ^３Ｎの場合には、アンモニア注入後の粉塵濃度は３６０ｍｇ／ｍ^３Ｎ程度となる。）
【０００６】
次に排煙Ａは、乾式の電気集塵機３に導入されて粉塵Ｂを除去される。この粉塵Ｂのうち、排煙Ａに元来含有されていたものは、未燃カーボンを主体とするもので、例えば重質油焚きボイラの場合にはバナジウムやマグネシウム等の不純物も僅かに含有される。また、前記硫安もそのほとんどが、この電気集塵機３で捕集されて粉塵Ｂ中に含まれて排出され、例えば産業廃棄物として廃棄処理される。
その後排煙Ａは、後述のガスガスヒータ（ＧＧＨ）の再加熱部５によって大気放出する処理後排煙Ｃを加熱するために、このＧＧＨの熱回収部４に導入されて熱回収され（熱回収工程）、これにより冷却される。例えばここで、排煙Ａの温度は１６０℃程度から１００℃程度に冷却される。
【０００７】
次いで排煙Ａは、脱硫装置１０の後述の吸収塔１２，１３において、少なくともＳＯ_２と僅かに残留した粉塵の一部が除去され（吸収工程）、その後ＧＧＨの再加熱部５でより大気放出に好ましい温度となるように加熱されて、処理後排煙Ｃとして図示省略した煙突から大気中に放出される。
【０００８】
脱硫装置１０は、この場合、吸収剤スラリＤ（吸収液）が供給される一つのタンク１１の上部に、二つの液柱式吸収塔１２，１３（並流式と向流式）を並べて設置し、排煙が順次各吸収塔に導かれてそれぞれの吸収塔で排煙とタンク１１内のスラリとの気液接触が行われる構成としたものである。各吸収塔１２，１３には、スプレーパイプ１５，１６がそれぞれ複数設けられ、これらスプレーパイプ１５，１６から、循環ポンプ１７，１８が吸上げたスラリが上方に向って液柱状に噴射される。またこの場合、吸収塔の後流側には、同伴ミストを捕集除去するためのミストエリミネータ２０が設けられている。なお図７の場合、このミストエリミネータ２０で捕集されたミストは、図示省略した下部ホッパへ集められホッパ低部のドレン抜き配管を介してタンク１１内に戻る構成となっている。
【０００９】
そしてこの装置は、タンク１１内のスラリを攪拌しつつ酸化用の空気を微細な気泡として吹込むいわゆるアーム回転式のエアスパージャ２１を備え、タンク１１内で亜硫酸ガスを吸収した吸収剤スラリと空気とを効率良く接触させて全量酸化し石膏を得る構成となっている。
すなわちこの装置では、吸収搭１２又は１３でスプレーパイプ１５又は１６から噴射され排煙と気液接触して亜硫酸ガス及び粉塵を吸収しつつ流下するスラリは、いずれもタンク１１内においてエアスパージャ２１により攪拌されつつ吹込まれた多数の気泡と接触して酸化され、さらには中和反応を起こして石膏となる。なお、これらの処理中に起きる主な反応は以下の反応式（１）乃至（３）となる。
【００１０】
【化１】
（吸収搭排煙導入部）
ＳＯ_２ ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ^＋ ＋ＨＳＯ_３ ⁻ （１）
（タンク）
Ｈ^＋ ＋ＨＳＯ_３ ⁻ ＋１／２Ｏ_２ → ２Ｈ^＋ ＋ＳＯ_４ ^２− （２）
２Ｈ^＋ ＋ＳＯ_４ ^２− ＋ＣａＣＯ_３ ＋Ｈ_２Ｏ→ ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ ＋ＣＯ_２ （３）
【００１１】
こうしてタンク１１内には、定常的には石膏と吸収剤である少量の石灰石と微量の粉塵が懸濁するようになっており、このタンク１１内のスラリ（以下、場合により石膏スラリＳという。）がこの場合スラリポンプ２２により固液分離機２３に供給され、脱水されて水分の少ない石膏Ｅとして採り出される。一方、固液分離機２３からのろ液の一部Ｆ１は、ろ液タンク２４及びろ液ポンプ２５を経由して、吸収剤スラリＤを構成する水分としてスラリ調整槽２６に供給され、循環使用される。
【００１２】
スラリ調整槽２６は、攪拌機を有し、図示省略した石灰石サイロから投入される石灰石Ｇ（吸収剤）と、ろ液タンク２４より送られるろ液Ｆ１とを攪拌混合して吸収剤スラリＤを生成するもので、内部の吸収剤スラリＤがスラリポンプ２７によりタンク１１に適宜供給されるようになっている。なお、例えばタンク１１には、適宜補給水（工業用水等）が供給され、吸収塔１２，１３における蒸発等により漸次減少する水分が補われる。また石灰石Ｇとしては、山元より採取された石灰石を通常１００μｍ程度の粒径に微粉砕したものが使用される。
また、ろ液タンク２４のろ液の他の一部は、脱硫装置１０における循環水中の不純物の蓄積を防止すべく、いわゆる脱硫排水Ｆ２として図示省略した排水処理工程に送られる。
【００１３】
上記排煙処理によれば、電気集塵機３以降の排煙中には、ＳＯ_３はほとんど存在しなくなり、前述した不具合が回避される。
すなわち、仮にアンモニア注入が行われずにＳＯ_３が放置された場合には、このＳＯ_３は、硫酸露点の特性に従って設備内で凝結して前述した如くヒューム化する。一般的には、そのほとんどがＧＧＨの熱回収部４による冷却によってヒューム化する。
【００１４】
このため、少なくともＧＧＨの熱回収部４以降において、設備構成部材の腐食やスケールの発生による排煙流路の閉塞等の不具合が問題となり、装置の高コスト化やメンテナンスコストの増大を招く。また、脱硫装置１０から排出される処理後排煙Ｃ中には、このＳＯ_３のヒュームが残存するため、排煙の高度なクリーン化のためには、例えば吸収塔１３の後流側でＧＧＨの再加熱部５の前流側に湿式集塵機を設置する必要性が生じて、この点からもコスト増や装置の大型化を招来する。
ところが、図７に示すようにアンモニア注入が行われれば、前述したように電気集塵機３の前流において排煙中のＳＯ_３が硫安とされ、電気集塵機３で粉塵Ｂとして捕集されるため、上記ＳＯ_３の問題がいちおう解消される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の排煙処理方法又は設備は、上述したようなアンモニア注入を行うために、以下のような各種の問題点があった。
すなわち、まず高価なアンモニアを購入して供給する必要があり、運転コストの面で劣る。
また、アンモニアを注入し拡散させるために導入ダクト２を長くする必要があり、設備の小型化の点で支障となっていた。
また、電気集塵機３の後流に残留するアンモニアがあるため、脱硫排水Ｆ２中にはＮ成分が含まれることになり、脱硫排水Ｆ２の排水処理においては例えば微生物による脱窒処理等のめんどうなＮ処理が必要となって、この点でも運転コストの増加や設備の大型化を招く。
【００１６】
また、処理後排煙Ｃ中にもアンモニアが含有され大気に放出されることになる。アンモニアの排出については、さらなる排煙のクリーン化の観点から好ましくなく、アンモニアの排出規制がある場合には、このアンモニア除去のためのなんらかの対応（設備の付加等）が必要となり、やはりコスト等の点で問題となる。さらに、副生される石膏Ｅ中にもアンモニアが含有されるため、石膏の引取り基準によっては、悪臭防止などのために石膏を洗浄する必要が生じる。
【００１７】
また、電気集塵機３の後流に残留する硫安灰は、比較的粒径が小さいため、吸収塔１２，１３の気液接触によっては十分に捕集されず、処理後排煙Ｃ中にも残留するため、やはり排煙のさらなるクリーン化という点で問題があった。
また、前記硫安も粉塵として電気集塵機３で捕集するため、電気集塵機３で捕集すべき粉塵の量は、排煙中に元来含有されていた粉塵の量に対して大幅に増加し、電気集塵機３の容量（集塵面積）が極めて大型化する問題もあった。
したがって、近年益々質的かつ量的な面で高度化が要望される排煙の清浄化技術としては、また、特に近年普及しつつある小規模発電事業や自家発電用のより簡易で低コストな排煙処理技術としては、従来の技術は不十分で改善が望まれていた。
【００１８】
そこで本発明は、第１に、排煙中のＳＯ_３対策が、アンモニア等の薬剤注入をしないで容易に実現でき、しかも注入した物質が処理後排煙中に残留するといった弊害がなく、排煙のさらなるクリーン化が可能な排煙処理方法を提供することを目的としている。
また第２には、排煙中のＳＯ_３対策や排煙のクリーン化がより簡易な操作又は装置構成で容易かつ高度に可能となり、特に、大型な電気集塵装置を使用しなくても高い除塵性能を実現できる排煙処理方法を提供することを目的としている。
さらに第３には、排煙中のＳＯ_２等の吸収工程における副生品である石膏の純度が高く確保できることを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、鋭意研究を進めていたところ、石炭専焼のボイラ用の排煙処理設備では、アンモニア注入をしなくても前述したＳＯ_３の問題が生じないことが経験的に判明し、この原因は石炭専焼の排煙にはフライアッシュ等の粉塵が多量（油焚きの場合の１０〜１００倍程度）に含まれているためであることが分った。
【００２０】
すなわち、発明者らの研究によれば、排煙中にフライアッシュ等の粉体が含まれる場合には、ＧＧＨの熱回収部４における冷却等によって排煙中のＳＯ_３が凝結しても、この凝結は前記粉体の粒子表面で生じて、ＳＯ_３が凝結してなるＨ_２ＳＯ_４の粒子は前記粉体の粒子と一体となって存在し有害なヒューム（硫酸ミスト）とはならないと考えられる。また経験的に、単位体積当たりの排煙中のＳＯ_３量（Ｓ）に対する単位体積当たりの排煙中の前記粉体の量（Ｄ）の重量比（Ｄ／Ｓ）が、Ｄ／Ｓ≧２程度となるように粉体が排煙中に存在すれば、ＳＯ_３に起因するスケールの発生や装置構成部材の腐食はほとんど生じないという知見が得られた。
本発明は、このような知見に基づいてなされた画期的な技術思想（排煙中に積極的に粉体を投入することでＳＯ_３対策を実現するという思想）を前提とするものであり、以下の様な特徴により、上述した課題をより高度に解決している。
【００２１】
請求項１記載の排煙処理方法は、少なくともＳＯ₂、ＳＯ₃及び粉塵を含有する排煙の処理方法であって、熱交換器により排煙から熱回収して排煙を冷却する熱回収工程と、その後排煙を吸収塔に導いてカルシウム化合物を含有する吸収液に気液接触させることにより、排煙中の少なくともＳＯ₂を吸収除去するとともに石膏を副生する吸収工程とを有する排煙処理方法において、前記吸収工程で捕集可能な粉体を排煙中に散布する粉体投入工程を、前記熱回収工程の前に設けるとともに、前記熱回収工程の前流においては、少なくとも前記吸収工程と独立した排煙の除塵処理を行わないようにして、排煙中の粉塵の多くが前記粉体とともに前記吸収液中に捕集される構成とし、さらに、少なくとも前記吸収液中に捕集された粉塵よりなる石膏粒子以外の固体粒子を前記石膏中から分離する分離工程を設けたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の排煙処理方法は、前記分離工程が、前記吸収液中に気泡を発生させ、疎水性の表面を有する前記固体粒子をこの気泡に接着させて上昇させる一方で、親水性の表面を有する石膏粒子を吸収液中に留らせることにより、石膏粒子に対して前記固体粒子を分離する処理よりなることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の排煙処理方法は、前記吸収工程を経た排煙中に残存した粉塵又は粉体を乾式電気集塵機或いは湿式電気集塵機により捕集する除塵工程を、さらに設けたことを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の排煙処理方法は、放電極と集塵極を有するプレチャージ装置に排煙を導入し、放電極からの放電により排煙中の粉塵又は粉体に電荷を加え、これら粉塵又は粉体をクーロン力により異符号の集塵極に移動させ、この集塵極に一定時間保持することにより、排煙中の粉塵又は粉体を凝集粗大化させるプレチャージ工程を、前記熱回収工程の後であって前記吸収工程の前に設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項５記載の排煙処理方法は、前記熱回収工程を経た排煙中の粉塵又は粉体の一部を、排煙中から分離し、前記吸収工程における吸収液中に導入する粉塵粗取り工程を、前記プレチャージ工程の前に設けたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の各例を図面に基づいて説明する。なお、図７に示す従来例と同様の要素には同符号を付して重複する説明を省略する。また、図１，図３では、脱硫装置１０の詳細構成の図示を省略している。
第１例
まず、図１により本発明の第１例を説明する。この例は、図７の従来の排煙処理において、アンモニア注入工程と、電気集塵機３による除塵処理工程とを削除し、ＧＧＨの熱回収部４の前流側に粉体を散布する粉体投入手段（図示省略）を設置し、この粉体投入手段により石灰石（ＣａＣＯ_３）を微粉砕してなる粉体（即ち、例えば前述の石灰石Ｇ）を排煙Ａ中に散布する工程（粉体投入工程）を、前記熱回収部４による熱回収工程の前に設けたものである。
【００２７】
またこの例では、脱硫装置１０での吸収工程を経た排煙中に僅かに残存した粉塵又は粉体Ｂ１を乾式電気集塵機３ａにより捕集する除塵工程を、再加熱部５による再加熱工程の後に設けるとともに、脱硫装置１０で生成される石膏スラリＳから未燃カーボン等の粉塵Ｂ２と高純度な石膏固形分Ｅとを分離して排出するカーボン分離装置３０を設けている。
【００２８】
ここでカーボン分離装置３０は、脱硫装置１０における吸収剤スラリＤ中に捕集される粉塵よりなる石膏粒子以外の固体粒子（主に未燃カーボン）を、副生される石膏中に混入しないように分離する本発明の分離工程を実行するものであり、この場合図７の従来の排煙処理における固液分離装置２３の代りに設けられる。すなわち本例の場合には、吸収工程前流での除塵処理を行わないため、排煙中に元来含まれる未燃カーボン等の粉塵の多くが、投入された粉体（この場合、石灰石）とともに脱硫装置１０の吸収塔でスラリ中に捕集され、吸収塔から抜出された石膏スラリＳ中には従来よりも多量の異物（即ち、上記粉塵の粒子）が含まれることになる。このため、高純度な石膏を得るためには、この異物である上記粉塵を分離する必要があり、本例ではこの分離工程を浮遊選別法を利用したカーボン分離装置３０により特に簡易な構成で実現している。
【００２９】
上記カーボン分離装置３０は、例えば図２に示すように、石膏スラリＳが導入される気泡塔３１と、この気泡塔３１内のスラリを循環させる循環ポンプ３２と、循環ポンプ３２の吐出側に設けられ循環するスラリ中に空気Ｈを吹込む空気投入器３３と、循環ポンプ３２の吐出側から分岐する抜出しライン３４と、この抜出しライン３４に設けられた流量調整弁３５と、気泡塔３１の液面レベルを検出するセンサ３６と、このセンサ３６の検出信号に基づいて流量調整弁３５の開度を調整し気泡塔３１の液面レベルを一定範囲に維持するレベルコントローラ３７と、抜出しライン３４から抜出されたスラリの固液分離を行う固液分離機３８と、気泡塔３１の上部からスラリを抜出す抜出しライン３９と、この抜出しライン３９から抜出されたスラリの固液分離を行う固液分離機４０とよりなる。
【００３０】
ここで気泡塔３１の上部には、溢流部３１ａが設けられ、レベルコントローラ３７により制御される液面レベルがこの溢流部３１ａよりも僅かに高い位置に設定されることにより、粉塵を高濃度に含む粉塵スラリがこの溢流部３１ａを越えて抜出しライン３９から抜き出されるようになっている。
【００３１】
すなわち、空気投入器３３から投入された空気Ｈは、気泡となって気泡塔３１内に導入され気泡塔３１内をスラリ液面上まで上昇する。この際、石膏スラリＳ中に混入している未燃カーボン等の粉塵は、疎水性の表面を有する固体粒子であるために、この気泡に接着してこの気泡とともに上昇し、スラリ液面上に浮上する。一方、親水性の表面を有する石膏粒子は、気泡に接着することなく重力により相対的に沈降して気泡塔の底部に留る。このため、抜出しライン３４から抜出されるスラリは石膏固形分を高濃度に含むスラリとなり、一方、抜出しライン３９から抜き出されるスラリは粉塵固形分を高濃度に含むスラリとなる。
【００３２】
ちなみに、発明者らの実験によれば、このような簡単な処理により、９０％以上の高い除去率で粉塵が分離できることが分っている。
なお、気泡塔３１内に気泡を発生させる方法としては、空気を注入するのではなく、例えば気泡塔３１内のスラリを攪拌することにより、気泡を発生させる方法を採用してもよい。
【００３３】
次に、本発明の粉体投入工程を実行する粉体投入手段について説明する。この粉体投入手段としては、例えば気流搬送によるもの、或いはスラリ搬送によるものが使用できる。気流搬送によるものとしては、例えば、粉体を気流搬送するためのブロワ又は空気圧縮気や輸送管と、気流搬送された粉体を排煙のダクト内に分散させて噴射させる固定式ノズルとよりなるものが使用できる。また、スラリ搬送によるものとしては、例えば、粉体を液中に混入させてスラリとする攪拌槽と、この攪拌槽で生成されたスラリを圧送するためのスラリポンプと、圧送されたスラリを排煙のダクト内に分散させて噴射させる固定式ノズルとよりなるものが使用できる。
【００３４】
なお、粉体をスラリとして散布する場合には、ＳＯ_３が粉体粒子表面に捕集される作用が高く発揮されるように、スラリを構成する液を排煙の熱により即座に蒸発するものとすることが好ましいが、この液としては、例えば一般的な工業用水等の水で十分である。排煙Ａの温度は１６０℃程度と高温のため、散布されたスラリ中の水分は即座に蒸発するからである。
また、スラリの粉体濃度も脱硫装置１０における吸収剤スラリの固形分濃度と同程度（例えば、２０〜３０重量％程度）でよい。なお、発明者らの試算によれば、このようにスラリとして散布する場合でも、その量は後述する如く排煙に対して僅かでよいため、排煙の温度は数℃程度しか低下せず、その後のＧＧＨでの熱回収にはなんら問題ない。
【００３５】
すなわち、ＳＯ_３対策用の粉体としての石灰石Ｇの投入量は、スラリとして散布する場合でも、単位体積当たりの排煙中のＳＯ_３量（Ｓ）に対する単位体積当たりの排煙中の粉体量（Ｄ）の重量比（Ｄ／Ｓ）が、例えばＤ／Ｓ≧２程度となるように僅かに散布してやればよい。
【００３６】
なお、こうして排煙中に投入される石灰石Ｇのほとんどは、後述する如く吸収塔で捕集されて脱硫装置１０における吸収剤として機能するため、脱硫装置１０での吸収工程や石膏副生のための吸収剤として必要な石灰石の全量を、前記粉体として熱回収部４の前流で排煙中に投入することにより、間接的に脱硫装置１０のタンク１１内のスラリ中に吸収剤を供給する構成としてもよい。このようにすれば、図７におけるスラリ調整槽２６やスラリポンプ２７を削除して、設備構成をさらに簡素化できる。
【００３７】
なお、この場合ろ液Ｆ１は、例えば直接吸収塔のタンク１１に戻す構成としてもよいし、或いはその一部を石灰石Ｇをスラリとして散布するための液分として使用してもよい。
またこの場合、吸収剤として必要な石灰石Ｇの量は、基本的に排煙中の硫黄酸化物量に化学量論的に比例した量となるので、排煙Ａが通常の燃焼排ガス（例えば重質油等の油系燃料の排煙）であれば、単位体積当たりの排煙中のＳＯ_３量（Ｓ）に対する単位体積当たりの排煙中の粉体量（Ｄ）の重量比（Ｄ／Ｓ）は、発明者らの試算によればＤ／Ｓ＝２８程度と、十分な値となる。
【００３８】
本例の排煙処理にすれば、前述した粉体の作用が確実かつ十分に実現されて、排煙中のＳＯ_３対策が、アンモニア注入をしないで低コストかつ簡易な操作及び装置構成で実現できる。
すなわち、ＧＧＨの熱回収部４における冷却等によって排煙中のＳＯ_３が凝結しても、この凝結はほとんどすべてが投入された石灰石や元来含有されていた粉塵等の排煙中の粉体の粒子表面で生じて、ＳＯ_３が凝結してなるＨ_２ＳＯ_４の粒子は前記粉体の粒子と一体となって存在し、有害なヒューム（硫酸ミスト）はほとんど生じない。
【００３９】
しかも、投入された石灰石や排煙中の粉塵は、粒径が１０〜１００μｍ程度と大径なため、従来の硫酸ミストはもちろんのこと、従来の硫安灰と比較しても、高い捕集率で脱硫装置１０の吸収塔１２，１３において捕集され、その後の処理後排煙Ｃ中にほとんど残留しない。特に本例の場合には、脱硫装置１０での吸収工程を経た排煙中に僅かに残存した粉塵又は粉体を固形分Ｂ１として乾式電気集塵機３ａによりさらに捕集する除塵工程を設けているため、処理後排煙Ｃ中には、投入された粉体（この場合、石灰石）も、また元来排煙に含有されていた粉塵（主に、未燃カーボン）もほとんど含有されなくなり、除塵性能の点でも排煙のクリーン化が極めて高度に達成できる。
なお、吸収塔１２，１３で捕集された石灰石は、循環するスラリ中に溶解又は懸濁して、スラリを中和して石膏を副生するための前述の吸収剤（アルカリ剤）として作用する。一方、石灰石等の表面に凝結し石灰石等とともに捕集されたＳＯ_３よりなる硫酸は、最終的には吸収塔のタンク１１内等において石灰石と前述の中和反応（３）を起こし、副生される石膏の一部となる。
【００４０】
したがって本例によれば、ＧＧＨの熱回収部４やそれ以降のダクト等において、ＳＯ_３によるスケールの発生や腐食の発生が信頼性高く防止されるとともに、以下のような実用上優れた各種の効果が得られる。
（１）アンモニア消費量がゼロになって運転コストが格段に低減できる。
（２）アンモニア注入のための設備が不要になり、かつアンモニア拡散のためにダクトを特別に長くする必要もなくなって、その分設備コスト低減及び設備の小型化が図れる。
（３）脱硫排水Ｆ２中にＮ成分が含まれないため、脱硫排水Ｆ２の排水処理においてはめんどうなＮ処理が不要となって、この点でも運転コストの低減や設備の小型化が図れる。
【００４１】
（４）処理後排煙Ｃ中に含有されて大気放出されるアンモニアがゼロになり、さらなる排煙のクリーン化に大きく貢献できるとともに、将来のアンモニア排出規制にも容易に対応できる。
（５）副生される石膏Ｅ中に含有されるアンモニアもなくなるため、悪臭防止などのために石膏を洗浄する必要もなくなる。
（６）従来のように処理後排煙Ｃ中に残留する硫酸ミストや硫安灰よりなる粉塵がなくなり、設備全体として除塵性能が向上し、この点でも排煙のさらなるクリーン化に貢献できる。
【００４２】
（７）また、粉体である石灰石をスラリとして散布する場合には、従来より脱硫装置等で使用していたスラリ生成用の攪拌槽やスラリポンプ、さらにはスラリ散布用のノズル等の機器がそのまま使用でき、設備コストや装置の操作性の面でも有利であるとともに、気流搬送の場合よりも排煙中に均一に拡散することが容易となり、より効率良くＳＯ_３に起因する不具合が防止できる。
またこの場合、スラリの液が排煙中に蒸発する際の冷却効果（或いはスラリの液が存在することによる保冷効果）により、石灰石Ｇの粒子の温度がより低く維持されるため、石灰石Ｇの粒子表面へのＳＯ_３の凝結が促進され、粉体である石灰石ＧによるＳＯ_３の捕集機能がより高度に発揮される。
【００４３】
（８）また本例では、吸収工程前流及び熱回収工程前流での電気集塵機による除塵工程を廃止し、排煙に元来含まれていた未燃カーボン等の粉塵も、投入した粉体とともに脱硫装置１０の吸収塔で捕集するようにしている。このため、大型で高価な電気集塵機３を脱硫装置の前流側に独立に設けていた従来に対して、大幅なコスト低減が可能になる。
なお本例では、脱硫装置の後流側の電気集塵機３ａや、カーボン分離装置３０といった図７の従来例にない設備機器を設けているが、この場合でも上記コスト低減は可能である。というのは、まずカーボン分離装置３０は、前述したような簡単な構造の設備であり、設備コストの点でも運転コストの点でも従来必要であった大型で高価な電気集塵機３に比較すれば、僅かなコスト増ですむ。また、脱硫装置の後流側の電気集塵機３ａは、上記従来の電気集塵機３に比較すれば負荷が著しく小さく小型なものでよい。またこの電気集塵機３ａは、高い除塵性能が要求される場合に特に必要になる機器であるからである。
【００４４】
（９）また本例では、前述のカーボン分離装置３０で実施される分離工程により、石膏にとって異物である未燃カーボン等の粉塵が分離されるため、脱硫装置１０の吸収塔で積極的に除塵処理をも行う構成でありながら、高純度な石膏が得られる長所もある。
【００４５】
第２例
次に、図３により本発明の第２例を説明する。この例は、基本的には第１例と同様に石灰石を本発明の粉体としてＧＧＨの熱回収部４の前流に散布するものであるが、より高い除塵性能を得るための構成として、前述の電気集塵機３ａの代りに、粗取り機５０と、プレチャージ装置６０とを設けた点に特徴を有するものである。
【００４６】
粗取り機５０は、例えば折れ板式の固体粒子分離装置等であり、ＧＧＨの熱回収部４の後流側に設けられて、本発明の粉塵粗取り工程を実行する。すなわちこの粗取り機５０は、例えば排煙流路中に配設されるジグザク形状の折れ板（図示省略）を複数備え、排煙を構成するガスとともに流れる排煙中の固体粒子（即ち、前述の粉体や粉塵）をこの折れ板表面に衝突させてたたき落とすことにより、これら固体粒子を回収用ホッパ５１に落下させるものであり、必要に応じて洗浄水が供給されて前記折れ板の洗浄が行われる。そして、回収用ホッパ５１に落下した固体粒子は、例えば洗浄水とともに重力により脱硫装置１０の吸収塔タンク１１内に送られ、吸収工程におけるスラリ（吸収液）中に導入される構成となっている。
【００４７】
またプレチャージ装置６０は、脱硫装置１０の吸収塔入口（この場合、並流側吸収塔１２の上方）に設けられ、本発明のプレチャージ工程を実行する簡素な装置である。すなわちこの装置は、放電極と集塵極（図示省略）を有し、放電極からのコロナ放電により排煙中の固体粒子（前述の粉塵又は粉体）に電荷を加え、この固体粒子をクーロン力により異符号の集塵極に移動させて一時的に捕集する。
【００４８】
そして、図示省略した槌打装置により定期的に集塵極に衝撃を加え、捕集した固体粒子を吸収塔内に払い落とす。このとき捕集された固体粒子は、集塵極上で一定時間保持されている間に凝集粗大化する。このため、脱硫装置１０の吸収塔で捕集され難い比較的微細な固体粒子も、ここで粗大化することで吸収塔内で捕集されるようになり、脱硫装置１０における除塵性能が向上する。
【００４９】
本例の排煙処理によれば、第１例と同様の利点に加え、以下のような特徴的な作用効果が得られる。すなわち、粗取り機５０による粉塵粗取り工程によって、脱硫装置１０の除塵負荷が軽減されるとともに、プレチャージ装置６０によるプレチャージ工程によって脱硫装置の除塵性能が向上するため、一般的な構造の高価な電気集塵機を全く使用しない構成でありながら、結果として処理設備全体での高い除塵性能を実現できる。
またこの場合、排煙中から分離される粉塵は、カーボン分離装置３０から排出される粉塵Ｂ２のみとなり、１箇所のみで回収されるため、粉塵の回収作業が容易になる利点もある。
【００５０】
なお、第１例における電気集塵機３ａと同様に、上記粗取り機４０又プレチャージ装置５０は、要求される除塵性能（処理後排煙Ｃ中の粉塵濃度）によっては、必ずしも必要ではない。また、要求される除塵性能によっては、例えば粗取り機５０を設けないで、プレチャージ装置６０だけを設置してもよい。いずれにしろ、これら粗取り機５０やプレチャージ装置６０は、従来脱硫装置の前流側に独立に設けられていた大型な乾式電気集塵機に比べれば、構造が簡素であり運転コストも安いため、除塵性能を高く維持しつつコスト低減を図ることができる。
【００５１】
なお図４〜図６は、本発明の粉体の作用を裏付ける実測データである。
まず図４のデータは、排煙中の石炭灰濃度をパラメータとした場合の、ＧＧＨの入口（熱回収部入口）でのＳＯ_３ガス濃度と、ＧＧＨの出口（再加熱部出口）でのＳＯ_３ミスト濃度との関係（即ち、ＳＯ_３の除去率）を示すデータである。なお図において、黒塗りの実測点は、熱回収部等の機器の内部表面への硫酸ミストの付着が肉眼により観察されたデータを示し、一方、白抜きの実測点は、そのような硫酸ミストの付着が観察されなかったデータを示している。なお、図４中に示す分数表示は、分母がＤ／Ｓを、分子が石炭灰濃度を示している。
【００５２】
このデータからは、Ｄ／Ｓが１．５程度でも、９０％近くのＳＯ_３が除去されて、ＳＯ_３のミストの機器表面への付着もなく、出口排煙中にはＳＯ_３のミストは１０％程度しか残留しないことが分る。したがって、例えばＤ／Ｓ≧２程度となるように排煙中に粉体を投入する本発明であれば、ＳＯ_３のミストはほぼ完全に除去されて処理後排煙中にはほとんど残留しないこと、またミストの付着による腐食やスケールの発生が信頼性高く防止されることは明らかである。
なお、このような石炭灰によるミストの除去作用は、ＳＯ_３を排煙中の粒子表面に凝結させるという物理的なものであるので、石炭灰以外の粉体（例えば、微粉砕石灰石や石膏固形分）の場合でも、同様に生じる。
【００５３】
次に図５のデータは、ＳＯ_３を３．７〜１１．５ｐｐｍ程度含有する排煙中に石灰石の粉体と水よりなるスラリ（濃度が２０〜３０重量％程度のもの）を単に散布し、その後の排煙からの熱回収を行わない場合の、石灰石の投入割合と、石灰石の粒子表面に凝結して除去されるＳＯ_３ガスの割合とを示している。このデータから石灰石をスラリとして単に煙道に散布するだけでも、ＳＯ_３が有効に除去できることが分り、粉体投入後に熱回収してＳＯ_３を積極的に凝結させる本発明の構成であれば、Ｄ／Ｓが低くてもＳＯ_３が高い除去率で除去できることが分る。
【００５４】
次に図６のデータは、実際の発電所の排煙処理設備におけるＧＧＨの前流（電気集塵機の後流）において、石灰石を気流搬送により排煙中に散布した実機試験の結果である。なお、試験条件は以下のとおりである。
ボイラ容量；２２０ＭＷ
ＧＧＨの種類；ユングストローム型
脱硫装置吸収塔；並流グリッド充填塔
脱硫装置前流側での電気集塵；有り
排煙流量；１１０００００ｍ^３Ｎ／ｈ
処理前排煙中のＳＯ_３濃度；１５〜２０ｐｐｍ
脱硫装置入口の粉塵濃度；２０〜７０ｍｇ／ｍ^３Ｎ
石灰石投入量；２００〜２０００ｍｇ／ｍ^３Ｎ
【００５５】
この試験結果から明らかなように、ＧＧＨの前流で例えばＤ／Ｓ≧１０となるように排煙中に石灰石を投入してやれば、９０％以上のＳＯ_３の除去率が達成できる。なおこの実験においては、同時に処理後排煙（脱硫装置出口排煙）の粉塵濃度も測定した。この出口側の粉塵濃度は、石灰石の投入により若干増加するが、３０ｍｇ／ｍ^３Ｎ程度以下の範囲であり、脱硫装置の後流側に小型な乾式電気集塵機等を設置することで十分に高い除塵性能が達成できることが分る。
【００５６】
なお、本発明は以上説明した形態例に限られず、各種の態様があり得る。例えば、脱硫装置１０の後流に設ける電気集塵機としては、乾式に限らず湿式の電気集塵機を設けてもよい。但し、湿式の場合には排煙が冷却されるため、再加熱部５の前流に設ける必要がある。
また、本発明の粉体としては、石灰石の他に、石炭灰や石膏を使用してもよい。また、これらに限られず、ＳＯ_３がその粒子表面に凝結することができ、通常の電気集塵機や脱硫装置の吸収塔において捕集可能な粉体であれば、いかなるものでもよい。
但し、上記石灰石や石炭灰或いは石膏であれば、従来より排煙処理設備で取扱い慣れたものであり、そのための設備や取扱い上の技術も既存のものですむため、入手や取扱いが容易であって、設備全体の運転になんら弊害がないばかりか、前述したようにかえって石灰石を吸収塔タンクに供給する手間が省ける等の利点がある。
【００５７】
但し、本発明の粉体として例えば石炭灰を投入した場合には、脱硫装置に導入される排煙中の粉塵（石膏に対する異物）がその分増加することになり、カーボン分離装置３０の負荷がその分増加するといった短所がある。このため、このような観点からは、石灰石又は石膏を本発明の粉体として使用することが好ましい。そして石膏を使用する場合には、例えば、脱硫装置１０より回収された石膏Ｅを必要に応じて乾燥させるとともに粉砕する処理を行い、これを気流搬送により排煙中に投入するようにしてもよいし、或いは、脱硫装置１０の吸収塔タンク内の石膏スラリＳの一部を抜出して、そのままＧＧＨ熱回収部４の前流に散布してもよい。
【００５８】
また、ＳＯ_３が粉体粒子表面に凝結するのを促進するため、排煙の温度より低い温度の粉体（又はそのスラリ）、例えば必要に応じて強制的に冷却した粉体（又はそのスラリ）を排煙中に散布するようにしてもよい。このようにすれば、より効果的にＳＯ_３を粉体粒子表面に凝結させて、有害なＳＯ_３のミストの発生をより高度かつ容易に阻止できる。
また、本発明の粉体としては、例えば石灰石と石膏の両者を混合して或いは別個に投入してもよい。さらに、石灰石を投入する場合でも、ＳＯ_３の捕集に必要な分だけを排煙中に散布して、残りは従来どおり脱硫装置の吸収塔のタンクに直接供給するようにしてもよい。
【００５９】
また、本発明の吸収工程或いは吸収塔の構成は、前述した形態例に限られないことはいうまでもない。例えば、吸収塔の構成は一塔タイプのものでもよいし、また充填式、スプレー式、バブリング式等の各種方式の吸収塔（気液接触装置）が採用できる。
また本発明は、例えば、重油、オリマルジョン、ＶＲ焚き、ＣＷＭ／重油といった、各種油系の燃料を用いるボイラの排煙用として用いて、特に高い効果が得られるが、例えば石炭／重油混焼ボイラに使用しても同様の効果が得られる。また、石炭専焼ボイラであっても、起動時や試運転時等には、油系の燃料を燃やすことがあるので、そのような場合には、本発明を適用すると有効である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明では、吸収塔において捕集可能な粉体を排煙中に散布する粉体投入工程を、熱交換器による熱回収工程の前に設けた。このため、この粉体投入工程以降において例えば前記熱回収工程による冷却で排煙中のＳＯ_３が凝結しても、この凝結は前記粉体の粒子表面で生じて、ＳＯ_３が凝結してなるＨ_２ＳＯ_４の粒子は前記粉体の粒子と一体となって存在し、有害なヒューム（硫酸ミスト）の発生が減少する。しかも、この粉体は吸収塔において捕集可能であるため、前記Ｈ_２ＳＯ_４の粒子もこの粉体とともに吸収塔で捕集され、少なくとも処理後排煙中にこの粉体やＨ_２ＳＯ_４の粒子が残留することはほとんどない。
このため本発明によれば、排煙中のＳＯ_３対策が、アンモニア注入をしないで容易に実現でき、しかも注入した物質が処理後排煙中に残留するといった弊害がなく、排煙のさらなるクリーン化が可能となる。
【００６１】
しかも本発明では、熱回収工程及び吸収工程の前流においては、少なくとも独立した電気集塵機による排煙の除塵処理を行わないようにして、排煙中の粉塵の多くが投入した粉体とともに吸収工程における吸収液中に捕集される構成とし、少なくとも前記吸収液中に捕集された粉塵よりなる石膏粒子以外の固体粒子を前記石膏中から分離する分離工程を設けた。このため、吸収工程において排煙の除塵処理も行われることになり、吸収工程の前流側で大型で高価な電気集塵機による除塵処理を行っていた従来の排煙処理に比べ、設備や運転操作の簡素化及び低コスト化がさらに実現できる。しかも分離工程により、石膏にとって異物である未燃カーボン等の粉塵が分離されるため、吸収工程で積極的に除塵処理をも行う構成でありながら、高純度な石膏が得られる。
【００６２】
なお、以上の効果も含めて本発明の各種効果を箇条書きすると、以下のようになる。
（１）アンモニア消費量がゼロになって運転コストが格段に低減できる。
（２）アンモニア注入のための設備が不要になり、かつアンモニア拡散のためにダクトを特別に長くする必要もなくなって、その分設備コスト低減及び設備の小型化が図れる。
（３）脱硫排水中にＮ成分が含まれないため、脱硫排水の排水処理においてはめんどうなＮ処理が不要となって、この点でも運転コストの低減や設備の小型化が図れる。
【００６３】
（４）処理後排煙中に含有されて大気放出されるアンモニアがゼロになり、さらなる排煙のクリーン化に大きく貢献できるとともに、将来のアンモニア排出規制にも容易に対応できる。
（５）副生される石膏中に含有されるアンモニアもなくなるため、悪臭防止などのために石膏を洗浄する必要もなくなる。
【００６４】
（６）大型で高価な電気集塵機を脱硫装置の前流側に設けていた従来に対して、大幅なコスト低減が可能になる。
（７）従来のように処理後排煙中に残留する硫酸ミストや硫安灰よりなる粉塵がなくなり、設備全体として除塵性能が向上し、この点でも排煙のさらなるクリーン化に貢献できる。
【００６５】
特に、吸収工程を経た排煙中に残存した粉塵又は粉体を乾式電気集塵機或いは湿式電気集塵機により捕集する除塵工程を設けた場合、或いは、排煙中の粉塵又は粉体を凝集粗大化させるプレチャージ工程、さらには、排煙中の粉塵又は粉体の一部を、折れ板式の粗取り機で排煙中から分離し、吸収工程における吸収液中に導入する粉塵粗取り工程を設けた場合には、従来に比べればやはりコスト低減を図りつつ、設備全体として除塵性能をより向上させることができる。
（８）また本発明では、前述の分離工程により、石膏にとって異物である未燃カーボン等の粉塵が分離されるため、吸収工程で積極的に除塵処理をも行う構成でありながら、高純度な石膏が得られる長所もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１例である排煙処理設備の構成を示す図である。
【図２】本発明の分離工程を実施するカーボン分離装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２例である排煙処理設備の構成を示す図である。
【図４】本発明の作用を裏付ける第１のデータを示す図である。
【図５】本発明の作用を裏付ける第２のデータを示す図である。
【図６】本発明の作用を裏付ける第３のデータを示す図である。
【図７】従来の排煙処理設備の構成例を示す図である。
【符号の説明】
３，３ａ 乾式の電気集塵機
４ ガスガスヒータの熱回収部（熱交換器）
５ ガスガスヒータの再加熱部
１０ 脱硫装置
１２，１３ 吸収塔
３０ カーボン分離装置
５０ 粗取り機
６０ プレチャージ装置
Ａ 未処理排煙
Ｂ，Ｂ２ 粉塵
Ｂ１ 粉塵又は粉体
Ｃ 処理後排煙
Ｄ 吸収剤スラリ（吸収液）
Ｅ 石膏固形分
Ｇ 微粉砕石灰石（粉体）
Ｈ 空気
Ｓ 石膏スラリ

Claims (5)

1. 少なくともＳＯ₂、ＳＯ₃及び粉塵を含有する排煙の処理方法であって、熱交換器により排煙から熱回収して排煙を冷却する熱回収工程と、その後排煙を吸収塔に導いてカルシウム化合物を含有する吸収液に気液接触させることにより、排煙中の少なくともＳＯ₂を吸収除去するとともに石膏を副生する吸収工程とを有する排煙処理方法において、
   前記吸収工程で捕集可能な粉体を排煙中に散布する粉体投入工程を、前記熱回収工程の前に設けるとともに、
   前記熱回収工程の前流においては、少なくとも前記吸収工程と独立した排煙の除塵処理を行わないようにして、排煙中の粉塵の多くが前記粉体とともに前記吸収液中に捕集される構成とし、
   さらに、少なくとも前記吸収液中に捕集された粉塵よりなる石膏粒子以外の固体粒子を前記石膏中から分離する分離工程を設けたことを特徴とする排煙処理方法。
2. 前記分離工程は、前記吸収液中に気泡を発生させ、疎水性の表面を有する前記固体粒子をこの気泡に接着させて上昇させる一方で、親水性の表面を有する石膏粒子を吸収液中に留らせることにより、石膏粒子に対して前記固体粒子を分離する処理よりなることを特徴とする請求項１記載の排煙処理方法。
3. 前記吸収工程を経た排煙中に残存した粉塵又は粉体を乾式電気集塵機或いは湿式電気集塵機により捕集する除塵工程を、さらに設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排煙処理方法。
4. 放電極と集塵極を有するプレチャージ装置に排煙を導入し、放電極からの放電により排煙中の粉塵又は粉体に電荷を加え、これら粉塵又は粉体をクーロン力により異符号の集塵極に移動させ、この集塵極に一定時間保持することにより、排煙中の粉塵又は粉体を凝集粗大化させるプレチャージ工程を、前記熱回収工程の後であって前記吸収工程の前に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排煙処理方法。
5. 前記熱回収工程を経た排煙中の粉塵又は粉体の一部を、排煙中から分離し、前記吸収工程における吸収液中に導入する粉塵粗取り工程を、前記プレチャージ工程の前に設けたことを特徴とする請求項４記載の排煙処理方法。

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