JP3868093B2 - 排煙脱硫装置とその運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガス処理を行う排煙処理システムに係わり、特に吸収塔出口ガスを昇温させるガス再加熱装置の前流側に設置したミスト蒸発管群による好適なミスト除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラプラントにおける排煙脱硫システムは、そのほとんどが湿式である。湿式法では、吸収塔内に導入した排ガスは吸収液と接触するため、吸収塔出口では水分飽和ガスとなる。また、同時に吸収液を何らかの方式によって排ガス中に噴霧するため、微小な吸収液滴は処理後の排ガスに同伴されて吸収塔外に排出される。ガスに同伴される液滴には、固形分が存在するため、これがドライアップして固形物として堆積する問題及びＳＯ2吸収により硫酸ミストが生成し、この硫酸ミストにより吸収塔後流機器が腐食するおそれがあるという問題点がある。このため、ミストがガス中へ同伴されるのを防止するため、なんらかのミスト除去装置を設置するのが通例である。
【０００３】
排煙処理システムの系統を図７〜図９に示す。排煙処理システムは、主にボイラ１、空気予熱器２、電気集塵器３、吸収塔４、ミストエリミネータ５（以下Ｍ／Ｅと記す）及び煙突９などからなり、ガスの再加熱方式としては、蒸気を用いたＳＧＨ再加熱器６（図７）、ＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８によるＧＧＨ方式（図８）、及びＳＧＨ再加熱器６とＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８の組合せ方式（図９）がある。
【０００４】
いずれの方式においても、吸収塔４の出口にＭ／Ｅ５を設置することにより吸収塔４の後流のガス中にミストが同伴することを防止しており、吸収塔出口（Ｍ／Ｅ５出口）中のミスト濃度は１００〜１５０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下まで低減することが可能である。
【０００５】
また、従来技術からなるガス再加熱系統の概略を図１０〜図１２に示す。従来のシステムのガス再加熱系統は主に再加熱器（ＳＧＨ再加熱器６、ＧＧＨ熱回収器７、ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９）、再加熱器伝熱管群１０、再加熱器伝熱管１１、熱回収器伝熱管群１７、熱回収器伝熱管１８、熱媒連絡管（ＳＧＨ蒸気ライン１２、ＧＧＨ熱媒連絡管高温側１９＋低温側２０）及び蒸気ドランライン２５等からなる。熱媒連絡配管によって各再加熱器伝熱管１１に熱媒が供給され、熱媒の持つ熱エネルギーによって排ガスは再加熱される。再加熱器伝熱管１１の構造としては、ガス条件（すなわちボイラ燃料、要求された煙突入口温度等）によっても異なるが、少ない伝熱管群（再加熱器伝熱管群１０、熱回収器伝熱管群１７）の容量で多くの伝熱面積を稼ぐためフィンチューブを設置するのが通例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、前述のように吸収塔４の出口のミスト濃度は１００〜１５０ｍｇ／ ｍ3Ｎまで低減される。吸収塔４の出口ガスは水分飽和ガスであるため、吸収塔４出口からガス再加熱器６、８までの間でミストが蒸発することはなく、同様のミスト濃度でガス再加熱器６、８まで到達する。しかしながら、一般にボイラプラントが８０００時間以上メンテナンスフリーであることを考慮すると、この値が充分条件であるとは言いがたい。
【０００７】
すなわち、一見充分と思われる程度のミスト濃度まで低減しても、長時間の使用に際してはガス再加熱器６、８の伝熱管群において、ミストが付着することで、ＳＯ2吸収による伝熱管の腐食、またミストがドライアップすることで固形物体積による伝熱性能の低下及び圧力損失の増大の原因となる。このような問題を回避するため、高級材料を使用する例もあるが、大幅なコストアップにつながり、有効な手段とは言いがたい。
【０００８】
また、ガス再加熱器６、８に到達するミストを低減するためにＭ／Ｅ５のミスト除去性能を強化する方法が考えられる。この方法としては、ガス中に同伴するミストの慣性力を増加させ、Ｍ／Ｅ５のエレメントへの衝突を促進させるために、Ｍ／Ｅ５において、ガス流速を高速化する方法がある。
【０００９】
Ｍ／Ｅ５によるミスト除去機構においては、複数の折れ板の積層体からなるＭ／Ｅエレメントにミストを衝突させ、ミストの自重により折れ板に沿って落下させる方法が用いられているので、ダクト内のガス流速をあまり高速化させることはできない。また、Ｍ／Ｅ５で、一旦捕集したミストがエレメント表面から再飛散するのを防止するためには、ガス速度を高速化することはできず、ダクト内ガス流速は６ｍ／ｓ以下とするのが通例である。また、ミストの再飛散防止のために、Ｍ／Ｅエレメントを加熱し、衝突したミストを蒸発する方法もあるが、現状のＭ／Ｅエレメントの材質がポリプロピレン製であることから、エレメントを加熱することは難しい。
【００１０】
このように、上記従来技術では長時間の使用に際し、ガス再加熱器の伝熱管群において、ミストが付着する問題についての良い解決方法は未だなかった。
【００１１】
本発明の課題は、長時間の使用に際し、ガス再加熱器の伝熱管群においてミストが付着する問題を解決し、ガス再加熱器による湿式排煙脱硫装置の吸収塔出口ガスの効率的な再加熱を維持することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成とした排煙脱硫装置によって達成される。
【００１３】
また、次の構成によっても本発明の上記課題は達成される。ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器の前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガス再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成とした排煙脱硫装置である。
【００１４】
また、前記ミスト蒸発管群を設置した排ガス流路の径を前記ガス再加熱器を設置した排ガス流路の径よりも小さくすることで、ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化することができる。そして、上記ミスト蒸発管群は１段以上からなる裸管を設置することが望ましい。裸管はフィン管などと比較して管内に比較的高温の熱媒を供給することで管壁温度を高温に維持することが可能であるため、ミストが衝突して捕集された場合でも容易に蒸発させることが可能である。また、本発明の排煙脱硫装置は上記（１）ミスト蒸発管群が設置される排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置される排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成、（２）ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガス再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成の他に、（３）ミスト蒸発管の各蒸発管の径をガス再加熱器の各伝熱管の径よりも小さくする構成および／または（４）ミスト蒸発管の各蒸発管の設置間隔を再加熱器の各伝熱管の設置間隔よりも狭くすることで、次のような作用がある。
【００１５】
すなわち、同一粒径のミストがガス中に存在する場合、ガス流速が速い程、またミスト粒径が大きい程、ミスト粒子の持つ慣性力が大きい。これは、ガス流速が速い程、またミスト粒径が大きい程、ミスト蒸発管群に衝突する確率が増加することを意味する。上述のように、ミスト蒸発管群が設置されたダクト内ガス流速をガス再加熱器伝熱管群のあるダクト内ガス流速よりも高速化した場合、ミスト蒸発管群のあるダクトに存在するミストの慣性力の方がガス再加熱器伝熱管群のあるダクト内に存在するミストよりも大きくなる。これは、従来ガス再加熱器伝熱管群に衝突する可能性のあったミストを前流に設置したミスト蒸発管群により除去し、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着のポテンシャルを大幅に低減できることを意味する。つまり、ミスト蒸発管群の設置されたダクト内ガス流速をガス再加熱器伝熱管群ダクト内ガス流速よりも高速化することで、慣性衝突により除去させるガス中のミストは大部分をミスト蒸発管群により捕集され、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着による弊害を防止することが可能となる。
【００１６】
同時に、ミスト蒸発管群によるガスの再加熱により、ミスト蒸発管群通過後のガスは昇温され、水分不飽和状態となるため、ミスト蒸発管群をすり抜けた微小粒径ミストは蒸発により除去することも可能となる。
【００１７】
また、ミスト蒸発管群用の蒸発管とガス再加熱器伝熱管群の伝熱管は共に蒸気管から構成しても良く、また、ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ミスト蒸発管群の伝熱管は蒸気管からなる構成でも良い。
【００１８】
また、脱硫装置前流側の排ガス流路に熱回収器を設け、該熱回収器と脱硫装置の後流側のガス再加熱器との間を熱媒体が循環する熱媒体流路を設け、該熱媒体流路はミスト蒸発管群の伝熱管を経由して熱回収器とガス再加熱器との間を熱媒体が循環する流路を形成しても良い。
【００１９】
このとき、ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ガス再加熱器で蒸気とガスとの熱交換により発生した蒸気ドレンをミスト蒸発管群の伝熱管に導く蒸気ドレン流路を設けた構成でも良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。
図７〜図９に示す湿式の排煙処理システム系統のＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８として用いられる本発明の実施の形態のガス再加熱装置を図１〜図５に示す。
【００２１】
図１に示すように熱回収器伝熱管１８からなる熱回収器伝熱管群１７を備えたＧＧＨ熱回収器７の熱回収伝熱管１８と再熱器伝熱管１１からなる再熱器伝熱管群１０を備えたＧＧＨ再加熱器８の再加熱伝熱管１１の間には高温側熱媒連絡配管１９と低温側熱媒連絡配管２０が設けられている。図１に示す各機器の構成について、従来のシステムと比較すると、ミスト蒸発管２２からなるミスト蒸発管群２１を再加熱伝熱管１１の入口部に設置したことが異なる。
【００２２】
図示しないボイラよりＧＧＨ熱回収器７に導入された排ガスは熱回収器伝熱管群１７で熱回収され、吸収塔４（図７〜図９）に導かれ、石灰スラリなどの吸収液と接触することで脱硫された後、Ｍ／Ｅ５（図７〜図９）でガス中のミストの大部分を除かれて、ＧＧＨ再加熱器８内に入る。このとき吸収塔４内で脱硫処理により低温化したガスは再熱器器伝熱管群１０で再度加熱されて煙突９（図７〜図９）から大気中に排出される。再加熱器伝熱管１１は、伝熱面積を多くするためにフィンチューブを設置している場合が多い。
【００２３】
しかし、再加熱伝熱管１１のミスト蒸発管２２の構造は裸管とする。裸管の場合、管内に比較的高温の熱媒を供給することでフィン管などと比較して管壁温度を高温に維持することが可能であるためミストが衝突して捕集された場合でも容易に蒸発させることが可能である。ミスト蒸発管群２１の設置位置としては吸収塔４の出口からＧＧＨ再加熱器８に至るまでのダクト内である。これは、ミスト蒸発管群２１によるガスの再加熱効果もあり、ミスト蒸発管群２１をすり抜けた微小粒径ミストに対しては、蒸発による除去効果を見込むことが可能となることを意味する。また、ミスト蒸発管群２１を設置するダクト内のガス流速を再加熱器伝熱管群１０を設置するダクト内のガス流速よりも高速化している。同時に、複数のミスト蒸発管２２の各伝熱管の間のガス流速を再加熱器の複数の伝熱管１１の各伝熱管の間のガス流速よりも高速化している。
【００２４】
以上がミスト蒸発管２２の構造であるが、図１〜図５に上記仕様のミスト蒸発管を設置する各種の実施の態様を示す。
図１はガスの再加熱方式としてＧＧＨ（ガスガスヒータ）を利用した場合である。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒としては、ＧＧＨの熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８間を循環する熱媒の一部または全量を利用する。
【００２５】
図２、図３に示すミスト蒸発管２２でのガス再加熱方式としてＳＧＨ（スチームガスヒータ）を利用した場合について、ＳＧＨ再加熱器６の部分のみ示す。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒として、図２ではＳＧＨ再加熱器６のＳＧＨ再加熱器伝熱管群２３を構成するＳＧＨ加熱器伝熱管２４に供給されるボイラプラントからの蒸気の一部を熱媒として利用し、図３ではＳＧＨ再加器６のＳＧＨ再加熱器伝熱管群２３を構成するＳＧＨ加熱器伝熱管２４においてボイラプラントからの蒸気の一部をガスの昇温に利用してドレン化したものを熱媒として利用する例を示す。図３に示す例ではＳＧＨ再加熱器伝熱管２４から回収される蒸気ドレンは蒸気ドレン配管２５から一旦ドレンタンク２６に貯蔵され、ドレンポンプ２７によりミスト蒸発管２２へ供給されて熱媒として利用された後にポイラプラントに戻される。
【００２６】
図４、図５にはミスト蒸発管２２でのガス再加熱方式としてＳＧＨとＧＧＨを組み合わせて利用した場合を示す。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒として図４に示す例ではＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９の伝熱管群３０を一部を構成するＳＧＨ伝熱管２４に供給されるボイラプラントからの蒸気の一部を利用し、図５に示す例ではＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９のＳＧＨ伝熱管２４においてボイラプラントからの蒸気をガスの昇温に利用してドレン化したものを熱媒として利用する。
【００２７】
図４、図５に示すＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９の伝熱管群３０にはＳＧＨ伝熱管２４の他にＧＧＨ再加器伝熱管１１が配置されていて、ＧＧＨ再加器伝熱管１１はＧＧＨ熱回収器７の熱回収器伝熱管１８と連絡管１９、２０を介して熱媒が循環する構成としている。
【００２８】
本発明の排熱処理システムのＭ／Ｅ５の出口でのミスト粒径分布測定試験の結果を図６に示す。この傾向は吸収塔４の出口に設置されたＭ／Ｅ５の性能によっても異なるが、数種のＭ／Ｅエレメントを用いて試験した結果は、ほぼ同様な傾向が得られた。このときのミスト濃度は１００〜２００ｍｇ／ ｍ3Ｎの範囲であった。つまり、おおよその条件においてガス再加熱管群に到達するガス中にはこの程度のミストが存在すると考えられる。しかしながら、ここで注目すべき点は、その粒径分布のグラフからミストの粒径はほとんどが１０μｍ以上、平均粒径は２０μｍ程度であり、この程度の粒径分布範囲であれば慣性集塵が有効的に作用する領域であるという点である。
【００２９】
これに基づき、下記のような条件において４段からなるミスト蒸発管群２１を想定した場合における解析を実施し、結果を表１に示す。
【表１】
【００３０】
ベース条件におけるミスト濃度を１５０ｍｇ／ ｍ3Ｎとし、ケース１では従来ガス流速Ａｍ／ｓ、蒸発管サイズφ３８．１ｍｍ、蒸発管ピッチＢｍｍ、ケース２ではケース１におけるガス流速を１．５倍まで高速化した場合、ケース３ではケース２における蒸発管サイズをφ２５．４ｍｍまで縮小した場合、ケース４ではケース３における蒸発管ピッチ（複数の蒸発管の設置間隔）を１／２倍にした場合について解析した。
【００３１】
ここでケース１のミスト蒸発管２２の仕様は通常のガス再加熱器の伝熱管群１０、２３とほぼ同様の仕様に設定したが、そのミスト除去率が６０％以上あることよりミスト蒸発管群２１を設置しない場合、再加熱器伝熱管群１０、２３には多量のミストが付着すると考えられる。
【００３２】
表１からミスト蒸発管群２１を設置することでガス再加熱器伝熱管群１０、２３に到達するミスト濃度を６０〜８０％低減できることがわかる。また、その傾向からガス流速が速いほど、蒸発管サイズが小さいほど及び蒸発管ピッチが狭いほど、ミストの除去性能が高いことがわかる。一般に、ガス中に同伴されるミストには慣性力と粘性力が作用し、その飛行軌跡は、この２つの作用力の平衡によって決定される。すなわち、ミストをミスト蒸発管に衝突させるためには、ガス流速を高速化し、ミストの持つ慣性力を強めるか、蒸発管サイズを縮小し、ミストに働く粘性作用を弱めることが有効的な手段であると考えられる。同時に、蒸発管ピッチを狭くすることで、ガス流れ方向から見たミストの衝突面積を増加させることができ、ミストの除去性能が高くなる。
【００３３】
本発明によれば、ガス再加熱器上流側にミスト蒸発管群を設置することにより、再加熱器伝熱管群表面に付着堆積するミスト量が大幅に低減され、長期間に亘る安定した伝熱性能を維持することが可能となる。更に、ミスト蒸発管群の設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器伝熱管群の設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化することで、慣性衝突により除去させるガス中のミストは大部分をミスト蒸発管群により捕集され、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着による弊害を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ再加熱器の図である。
【図２】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図３】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図４】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ＋ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図５】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ＋ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるＭ／Ｅ出口ミスト濃度測定結果を示した図である。
【図７】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図８】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図９】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図１０】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【図１１】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【図１２】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【符号の説明】
１ ボイラ ２ 空気予熱器
３ 電気集塵器 ４ 吸収塔
５ ミストエリミネータ ６ ガス再加熱器
７ ＧＧＨ熱回収器 ８ ＧＧＨ再加熱器
９ 煙突 １０ 再加熱器伝熱管群
１１ 再加熱器伝熱管 １２ 熱媒連絡管
１７ 熱回収器伝熱管群 １８ 熱回収器伝熱管
１９ ＧＧＨ熱媒連絡管高温側 ２０ ＧＧＨ熱媒連絡管低温側
２２ ミスト蒸発管 ２４ ＳＧＨ再加熱器伝熱管
２５ 蒸気ドレン配管 ２６ ドレンタンク
２７ ドレンポンプ
２９ ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器
３０ ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器伝熱管群
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガス処理を行う排煙処理システムに係わり、特に吸収塔出口ガスを昇温させるガス再加熱装置の前流側に設置したミスト蒸発管群による好適なミスト除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラプラントにおける排煙脱硫システムは、そのほとんどが湿式である。湿式法では、吸収塔内に導入した排ガスは吸収液と接触するため、吸収塔出口では水分飽和ガスとなる。また、同時に吸収液を何らかの方式によって排ガス中に噴霧するため、微小な吸収液滴は処理後の排ガスに同伴されて吸収塔外に排出される。ガスに同伴される液滴には、固形分が存在するため、これがドライアップして固形物として堆積する問題及びＳＯ2吸収により硫酸ミストが生成し、この硫酸ミストにより吸収塔後流機器が腐食するおそれがあるという問題点がある。このため、ミストがガス中へ同伴されるのを防止するため、なんらかのミスト除去装置を設置するのが通例である。
【０００３】
排煙処理システムの系統を図７〜図９に示す。排煙処理システムは、主にボイラ１、空気予熱器２、電気集塵器３、吸収塔４、ミストエリミネータ５（以下Ｍ／Ｅと記す）及び煙突９などからなり、ガスの再加熱方式としては、蒸気を用いたＳＧＨ再加熱器６（図７）、ＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８によるＧＧＨ方式（図８）、及びＳＧＨ再加熱器６とＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８の組合せ方式（図９）がある。
【０００４】
いずれの方式においても、吸収塔４の出口にＭ／Ｅ５を設置することにより吸収塔４の後流のガス中にミストが同伴することを防止しており、吸収塔出口（Ｍ／Ｅ５出口）中のミスト濃度は１００〜１５０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下まで低減することが可能である。
【０００５】
また、従来技術からなるガス再加熱系統の概略を図１０〜図１２に示す。従来のシステムのガス再加熱系統は主に再加熱器（ＳＧＨ再加熱器６、ＧＧＨ熱回収器７、ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９）、再加熱器伝熱管群１０、再加熱器伝熱管１１、熱回収器伝熱管群１７、熱回収器伝熱管１８、熱媒連絡管（ＳＧＨ蒸気ライン１２、ＧＧＨ熱媒連絡管高温側１９＋低温側２０）及び蒸気ドランライン２５等からなる。熱媒連絡配管によって各再加熱器伝熱管１１に熱媒が供給され、熱媒の持つ熱エネルギーによって排ガスは再加熱される。再加熱器伝熱管１１の構造としては、ガス条件（すなわちボイラ燃料、要求された煙突入口温度等）によっても異なるが、少ない伝熱管群（再加熱器伝熱管群１０、熱回収器伝熱管群１７）の容量で多くの伝熱面積を稼ぐためフィンチューブを設置するのが通例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、前述のように吸収塔４の出口のミスト濃度は１００〜１５０ｍｇ／ ｍ3Ｎまで低減される。吸収塔４の出口ガスは水分飽和ガスであるため、吸収塔４出口からガス再加熱器６、８までの間でミストが蒸発することはなく、同様のミスト濃度でガス再加熱器６、８まで到達する。しかしながら、一般にボイラプラントが８０００時間以上メンテナンスフリーであることを考慮すると、この値が充分条件であるとは言いがたい。
【０００７】
すなわち、一見充分と思われる程度のミスト濃度まで低減しても、長時間の使用に際してはガス再加熱器６、８の伝熱管群において、ミストが付着することで、ＳＯ2吸収による伝熱管の腐食、またミストがドライアップすることで固形物体積による伝熱性能の低下及び圧力損失の増大の原因となる。このような問題を回避するため、高級材料を使用する例もあるが、大幅なコストアップにつながり、有効な手段とは言いがたい。
【０００８】
また、ガス再加熱器６、８に到達するミストを低減するためにＭ／Ｅ５のミスト除去性能を強化する方法が考えられる。この方法としては、ガス中に同伴するミストの慣性力を増加させ、Ｍ／Ｅ５のエレメントへの衝突を促進させるために、Ｍ／Ｅ５において、ガス流速を高速化する方法がある。
【０００９】
Ｍ／Ｅ５によるミスト除去機構においては、複数の折れ板の積層体からなるＭ／Ｅエレメントにミストを衝突させ、ミストの自重により折れ板に沿って落下させる方法が用いられているので、ダクト内のガス流速をあまり高速化させることはできない。また、Ｍ／Ｅ５で、一旦捕集したミストがエレメント表面から再飛散するのを防止するためには、ガス速度を高速化することはできず、ダクト内ガス流速は６ｍ／ｓ以下とするのが通例である。また、ミストの再飛散防止のために、Ｍ／Ｅエレメントを加熱し、衝突したミストを蒸発する方法もあるが、現状のＭ／Ｅエレメントの材質がポリプロピレン製であることから、エレメントを加熱することは難しい。
【００１０】
このように、上記従来技術では長時間の使用に際し、ガス再加熱器の伝熱管群において、ミストが付着する問題についての良い解決方法は未だなかった。
【００１１】
本発明の課題は、長時間の使用に際し、ガス再加熱器の伝熱管群においてミストが付着する問題を解決し、ガス再加熱器による湿式排煙脱硫装置の吸収塔出口ガスの効率的な再加熱を維持することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成とした排煙脱硫装置によって達成される。
【００１３】
また、次の構成によっても本発明の上記課題は達成される。ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器の前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガス再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成とした排煙脱硫装置である。
【００１４】
また、前記ミスト蒸発管群を設置した排ガス流路の径を前記ガス再加熱器を設置した排ガス流路の径よりも小さくすることで、ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化することができる。そして、上記ミスト蒸発管群は１段以上からなる裸管を設置することが望ましい。裸管はフィン管などと比較して管内に比較的高温の熱媒を供給することで管壁温度を高温に維持することが可能であるため、ミストが衝突して捕集された場合でも容易に蒸発させることが可能である。また、本発明の排煙脱硫装置は上記（１）ミスト蒸発管群が設置される排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置される排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成、（２）ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガス再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成の他に、（３）ミスト蒸発管の各蒸発管の径をガス再加熱器の各伝熱管の径よりも小さくする構成および／または（４）ミスト蒸発管の各蒸発管の設置間隔を再加熱器の各伝熱管の設置間隔よりも狭くすることで、次のような作用がある。
【００１５】
すなわち、同一粒径のミストがガス中に存在する場合、ガス流速が速い程、またミスト粒径が大きい程、ミスト粒子の持つ慣性力が大きい。これは、ガス流速が速い程、またミスト粒径が大きい程、ミスト蒸発管群に衝突する確率が増加することを意味する。上述のように、ミスト蒸発管群が設置されたダクト内ガス流速をガス再加熱器伝熱管群のあるダクト内ガス流速よりも高速化した場合、ミスト蒸発管群のあるダクトに存在するミストの慣性力の方がガス再加熱器伝熱管群のあるダクト内に存在するミストよりも大きくなる。これは、従来ガス再加熱器伝熱管群に衝突する可能性のあったミストを前流に設置したミスト蒸発管群により除去し、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着のポテンシャルを大幅に低減できることを意味する。つまり、ミスト蒸発管群の設置されたダクト内ガス流速をガス再加熱器伝熱管群ダクト内ガス流速よりも高速化することで、慣性衝突により除去させるガス中のミストは大部分をミスト蒸発管群により捕集され、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着による弊害を防止することが可能となる。
【００１６】
同時に、ミスト蒸発管群によるガスの再加熱により、ミスト蒸発管群通過後のガスは昇温され、水分不飽和状態となるため、ミスト蒸発管群をすり抜けた微小粒径ミストは蒸発により除去することも可能となる。
【００１７】
また、ミスト蒸発管群用の蒸発管とガス再加熱器伝熱管群の伝熱管は共に蒸気管から構成しても良く、また、ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ミスト蒸発管群の伝熱管は蒸気管からなる構成でも良い。
【００１８】
また、脱硫装置前流側の排ガス流路に熱回収器を設け、該熱回収器と脱硫装置の後流側のガス再加熱器との間を熱媒体が循環する熱媒体流路を設け、該熱媒体流路はミスト蒸発管群の伝熱管を経由して熱回収器とガス再加熱器との間を熱媒体が循環する流路を形成しても良い。
【００１９】
このとき、ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ガス再加熱器で蒸気とガスとの熱交換により発生した蒸気ドレンをミスト蒸発管群の伝熱管に導く蒸気ドレン流路を設けた構成でも良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。
図７〜図９に示す湿式の排煙処理システム系統のＧＧＨ熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８として用いられる本発明の実施の形態のガス再加熱装置を図１〜図５に示す。
【００２１】
図１に示すように熱回収器伝熱管１８からなる熱回収器伝熱管群１７を備えたＧＧＨ熱回収器７の熱回収伝熱管１８と再熱器伝熱管１１からなる再熱器伝熱管群１０を備えたＧＧＨ再加熱器８の再加熱伝熱管１１の間には高温側熱媒連絡配管１９と低温側熱媒連絡配管２０が設けられている。図１に示す各機器の構成について、従来のシステムと比較すると、ミスト蒸発管２２からなるミスト蒸発管群２１を再加熱伝熱管１１の入口部に設置したことが異なる。
【００２２】
図示しないボイラよりＧＧＨ熱回収器７に導入された排ガスは熱回収器伝熱管群１７で熱回収され、吸収塔４（図７〜図９）に導かれ、石灰スラリなどの吸収液と接触することで脱硫された後、Ｍ／Ｅ５（図７〜図９）でガス中のミストの大部分を除かれて、ＧＧＨ再加熱器８内に入る。このとき吸収塔４内で脱硫処理により低温化したガスは再熱器器伝熱管群１０で再度加熱されて煙突９（図７〜図９）から大気中に排出される。再加熱器伝熱管１１は、伝熱面積を多くするためにフィンチューブを設置している場合が多い。
【００２３】
しかし、再加熱伝熱管１１のミスト蒸発管２２の構造は裸管とする。裸管の場合、管内に比較的高温の熱媒を供給することでフィン管などと比較して管壁温度を高温に維持することが可能であるためミストが衝突して捕集された場合でも容易に蒸発させることが可能である。ミスト蒸発管群２１の設置位置としては吸収塔４の出口からＧＧＨ再加熱器８に至るまでのダクト内である。これは、ミスト蒸発管群２１によるガスの再加熱効果もあり、ミスト蒸発管群２１をすり抜けた微小粒径ミストに対しては、蒸発による除去効果を見込むことが可能となることを意味する。また、ミスト蒸発管群２１を設置するダクト内のガス流速を再加熱器伝熱管群１０を設置するダクト内のガス流速よりも高速化している。同時に、複数のミスト蒸発管２２の各伝熱管の間のガス流速を再加熱器の複数の伝熱管１１の各伝熱管の間のガス流速よりも高速化している。
【００２４】
以上がミスト蒸発管２２の構造であるが、図１〜図５に上記仕様のミスト蒸発管を設置する各種の実施の態様を示す。
図１はガスの再加熱方式としてＧＧＨ（ガスガスヒータ）を利用した場合である。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒としては、ＧＧＨの熱回収器７とＧＧＨ再加熱器８間を循環する熱媒の一部または全量を利用する。
【００２５】
図２、図３に示すミスト蒸発管２２でのガス再加熱方式としてＳＧＨ（スチームガスヒータ）を利用した場合について、ＳＧＨ再加熱器６の部分のみ示す。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒として、図２ではＳＧＨ再加熱器６のＳＧＨ再加熱器伝熱管群２３を構成するＳＧＨ加熱器伝熱管２４に供給されるボイラプラントからの蒸気の一部を熱媒として利用し、図３ではＳＧＨ再加器６のＳＧＨ再加熱器伝熱管群２３を構成するＳＧＨ加熱器伝熱管２４においてボイラプラントからの蒸気の一部をガスの昇温に利用してドレン化したものを熱媒として利用する例を示す。図３に示す例ではＳＧＨ再加熱器伝熱管２４から回収される蒸気ドレンは蒸気ドレン配管２５から一旦ドレンタンク２６に貯蔵され、ドレンポンプ２７によりミスト蒸発管２２へ供給されて熱媒として利用された後にポイラプラントに戻される。
【００２６】
図４、図５にはミスト蒸発管２２でのガス再加熱方式としてＳＧＨとＧＧＨを組み合わせて利用した場合を示す。ミスト蒸発管２２へ供給される熱媒として図４に示す例ではＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９の伝熱管群３０を一部を構成するＳＧＨ伝熱管２４に供給されるボイラプラントからの蒸気の一部を利用し、図５に示す例ではＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９のＳＧＨ伝熱管２４においてボイラプラントからの蒸気をガスの昇温に利用してドレン化したものを熱媒として利用する。
【００２７】
図４、図５に示すＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器２９の伝熱管群３０にはＳＧＨ伝熱管２４の他にＧＧＨ再加器伝熱管１１が配置されていて、ＧＧＨ再加器伝熱管１１はＧＧＨ熱回収器７の熱回収器伝熱管１８と連絡管１９、２０を介して熱媒が循環する構成としている。
【００２８】
本発明の排熱処理システムのＭ／Ｅ５の出口でのミスト粒径分布測定試験の結果を図６に示す。この傾向は吸収塔４の出口に設置されたＭ／Ｅ５の性能によっても異なるが、数種のＭ／Ｅエレメントを用いて試験した結果は、ほぼ同様な傾向が得られた。このときのミスト濃度は１００〜２００ｍｇ／ ｍ3Ｎの範囲であった。つまり、おおよその条件においてガス再加熱管群に到達するガス中にはこの程度のミストが存在すると考えられる。しかしながら、ここで注目すべき点は、その粒径分布のグラフからミストの粒径はほとんどが１０μｍ以上、平均粒径は２０μｍ程度であり、この程度の粒径分布範囲であれば慣性集塵が有効的に作用する領域であるという点である。
【００２９】
これに基づき、下記のような条件において４段からなるミスト蒸発管群２１を想定した場合における解析を実施し、結果を表１に示す。
【表１】
ベース条件におけるミスト濃度を１５０ｍｇ／ ｍ3Ｎとし、ケース１では従来ガス流速Ａｍ／ｓ、蒸発管サイズφ３８．１ｍｍ、蒸発管ピッチＢｍｍ、ケース２ではケース１におけるガス流速を１．５倍まで高速化した場合、ケース３ではケース２における蒸発管サイズをφ２５．４ｍｍまで縮小した場合、ケース４ではケース３における蒸発管ピッチ（複数の蒸発管の設置間隔）を１／２倍にした場合について解析した。
【００３１】
ここでケース１のミスト蒸発管２２の仕様は通常のガス再加熱器の伝熱管群１０、２３とほぼ同様の仕様に設定したが、そのミスト除去率が６０％以上あることよりミスト蒸発管群２１を設置しない場合、再加熱器伝熱管群１０、２３には多量のミストが付着すると考えられる。
【００３２】
表１からミスト蒸発管群２１を設置することでガス再加熱器伝熱管群１０、２３に到達するミスト濃度を６０〜８０％低減できることがわかる。また、その傾向からガス流速が速いほど、蒸発管サイズが小さいほど及び蒸発管ピッチが狭いほど、ミストの除去性能が高いことがわかる。一般に、ガス中に同伴されるミストには慣性力と粘性力が作用し、その飛行軌跡は、この２つの作用力の平衡によって決定される。すなわち、ミストをミスト蒸発管に衝突させるためには、ガス流速を高速化し、ミストの持つ慣性力を強めるか、蒸発管サイズを縮小し、ミストに働く粘性作用を弱めることが有効的な手段であると考えられる。同時に、蒸発管ピッチを狭くすることで、ガス流れ方向から見たミストの衝突面積を増加させることができ、ミストの除去性能が高くなる。
【００３３】
本発明によれば、ガス再加熱器上流側にミスト蒸発管群を設置することにより、再加熱器伝熱管群表面に付着堆積するミスト量が大幅に低減され、長期間に亘る安定した伝熱性能を維持することが可能となる。更に、ミスト蒸発管群の設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器伝熱管群の設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化することで、慣性衝突により除去させるガス中のミストは大部分をミスト蒸発管群により捕集され、ガス再加熱器伝熱管群へのミスト付着による弊害を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ再加熱器の図である。
【図２】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図３】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図４】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ＋ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図５】 本発明の実施の形態におけるガス再加熱方式ＧＧＨ＋ＳＧＨ再加熱器の図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるＭ／Ｅ出口ミスト濃度測定結果を示した図である。
【図７】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図８】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図９】 排煙処理システム系統を示した図である。
【図１０】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【図１１】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【図１２】 従来技術におけるガス再加熱系統を記した図である。
【符号の説明】
１ ボイラ ２ 空気予熱器
３ 電気集塵器 ４ 吸収塔
５ ミストエリミネータ ６ ガス再加熱器
７ ＧＧＨ熱回収器 ８ ＧＧＨ再加熱器
９ 煙突 １０ 再加熱器伝熱管群
１１ 再加熱器伝熱管 １２ 熱媒連絡管
１７ 熱回収器伝熱管群 １８ 熱回収器伝熱管
１９ ＧＧＨ熱媒連絡管高温側 ２０ ＧＧＨ熱媒連絡管低温側
２２ ミスト蒸発管 ２４ ＳＧＨ再加熱器伝熱管
２５ 蒸気ドレン配管 ２６ ドレンタンク
２７ ドレンポンプ
２９ ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器
３０ ＳＧＨ＋ＧＧＨ再加熱器伝熱管群
Claims (14)
- ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガス再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成としたことを特徴とする排煙脱硫装置。 - ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガス再加熱器とを備えた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガス再加熱器の前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガス再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成としたことを特徴とする排煙脱硫装置。 - 前記ミスト蒸発管群を設置した排ガス流路の径を前記ガス再加熱器を設置した排ガス流路の径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は２記載の排煙脱硫装置。
- 前記ミスト蒸発管群として、１段以上からなる裸管を設置したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排煙脱硫装置。
- 前記ミスト蒸発管群の各蒸発管の径をガス再加熱器の各伝熱管の径よりも小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排煙脱硫装置。
- 前記ミスト蒸発管群の各蒸発管の設置間隔を再加熱器の各伝熱管の設置間隔よりも狭くすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排煙脱硫装置。
- ミスト蒸発管群用の蒸発管とガス再加熱器伝熱管群の伝熱管は共に蒸気管から構成されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の排煙脱硫装置。
- 脱硫装置前流側の排ガス流路に熱回収器を設け、該熱回収器と脱硫装置の後流側のガス再加熱器との間を熱媒体が循環する熱媒体流路を設け、該熱媒体流路はミスト蒸発管群の伝熱管を経由して熱回収器とガス再加熱器との間を熱媒体が循環する流路を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の排煙脱硫装置。
- ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ミスト蒸発管群の伝熱管は蒸気管からなることを特徴とする請求項８記載の排煙脱硫装置。
- ガス再加熱器の伝熱管群は伝熱管内に蒸気が供給される蒸気管と熱回収器とガス再加熱器との間の熱媒体用の伝熱管から構成され、ガス再加熱器で蒸気とガスとの熱交換により発生した蒸気ドレンをミスト蒸発管群の伝熱管に導く蒸気ドレン流路を設けたことを特徴とする請求項８記載の排煙脱硫装置。
- ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置前流側の排ガス流路に設置されたガスガスヒータ熱回収器と脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガスガスヒータ再加熱器と前記ガスガスヒータ熱回収器と前記ガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路を備えた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガスガスヒータ再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガスガスヒータ再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成とし、前記ガスガスヒータ熱回収器とガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路内の熱媒体の一部を前記ミスト蒸発管群用の熱媒体として利用することを特徴とする排煙脱硫装置の運転方法。 - ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置前流側の排ガス流路に設置されたガスガスヒータ熱回収器と脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガスガスヒータ再加熱器と前記ガスガスヒータ熱回収器と前記ガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路を備えた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガスガスヒータ再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガスガスヒータ再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成とし、前記ガスガスヒータ熱回収器とガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路内の熱媒体の一部を前記ミスト蒸発管群用の熱媒体として利用することを特徴とする排煙脱硫装置の運転方法。 - ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置前流側の排ガス流路に設置されたガスガスヒータ熱回収器と脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガスガスヒータ再加熱器と前記ガスガスヒータ熱回収器と前記ガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路を備え、かつガスガスヒータ再加熱器に隣接してガス温度上昇用のスチームガスヒータ再加熱器を設けた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガスガスヒータ再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群が設置された排ガス流路内のガス流速をガスガスヒータ再加熱器が設置された排ガス流路内のガス流速よりも高速化する構成とし、スチームガスヒータ再加熱器とミスト蒸発管群用の熱媒体としてスチームを利用し、更にスチームガスヒータ再加熱器で蒸気とガスとの熱交換により生成した蒸気ドレンをミスト蒸発管群用の熱媒体として利用することを特徴とする排煙脱硫の運転方法。 - ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばい塵を除去する脱硫装置と、該脱硫装置前流側の排ガス流路に設置されたガスガスヒータ熱回収器と脱硫装置の後流側の排ガス流路に設けられるガス温度上昇用のガスガスヒータ再加熱器と前記ガスガスヒータ熱回収器と前記ガスガスヒータ再加熱器間を循環する熱媒体流路を備え、かつガスガスヒータ再加熱器に隣接してガス温度上昇用のスチームガスヒータ再加熱器を設けた排煙脱硫装置において、
脱硫装置出口ガス中に含まれるミストを除去するミスト蒸発管群をガスガスヒータ再加熱器前流側の排ガス流路に設置し、該ミスト蒸発管群の各蒸発管の間でのガス流速をガスガスヒータ再加熱器を構成する伝熱管群の各伝熱管の間でのガス流速よりも高速化する構成とし、スチームガスヒータ再加熱器とミスト蒸発管群用の熱媒体としてスチームを利用し、更にスチームガスヒータ再加熱器で蒸気とガスとの熱交換により生成した蒸気ドレンをミスト蒸発管群用の熱媒体として利用することを特徴とする排煙脱硫の運転方法。
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