JP5113788B2

JP5113788B2 - 排ガス処理システム

Info

Publication number: JP5113788B2
Application number: JP2009068498A
Authority: JP
Inventors: 和佳子下平; 典幸今田; 信夫森本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010221085A

Description

本発明は、排ガス処理システムに関し、特に微粉炭焚きボイラ等の排ガスに含まれる重金属及びＳＯ_３（三酸化硫黄）の除去に関する。

従来、微粉炭焚きボイラの排ガスは図７のフローに示すように処理されている（特許文献１参照）。図７のボイラ火炉１で微粉炭の燃焼により発生した１６００℃以上の排ガスは、ボイラ火炉１の出口付近では１２００〜１３００℃となり、以降の後部伝熱部２では４００℃程度にまで冷却される。その後、脱硝装置３で脱硝触媒によりＮＯ_ｘ（窒素酸化物）が除去され、エアヒータ４及びＧＧＨ（ガス−ガスヒータ）熱回収部５を経由してさらに冷却され、乾式ＥＰ（電気集塵器）６で大部分のフライアッシュが捕集される。

次に排ガスは湿式脱硫装置７に導入され、排ガス中のＳＯ２（二酸化硫黄）が除去される。湿式脱硫装置７から排出された排ガスは、ＧＧＨ再加熱部８で昇温され、煙突９から大気へ排出される。ＧＧＨ熱回収部５の底部にはフライアッシュの一部が堆積し、抜出ライン１０からＧＧＨ灰１１として排出される。乾式ＥＰ６の底部にはフライアッシュの大部分が堆積し、抜出ライン１２を経てＥＰ灰１３として捕集される。捕集されたフライアッシュは、性状に応じて埋め立て処分されたり、セメント原料等として販売される。

ところで、石炭には有害な水銀が微量に含まれている。水銀は、ボイラ火炉１内で燃焼による高温のために気化して金属水銀の状態になるが、ボイラ火炉１の出口以降では排ガス温度の低下に伴って徐々に酸化水銀に変化する。酸化水銀は吸着性があるため、その一部はフライアッシュに捕捉された状態でＧＧＨ熱回収部５及び乾式ＥＰ６により排ガス中から除去され、ＧＧＨ灰１１及びＥＰ灰１３に含まれた状態で排出される。酸化水銀は水溶性であるため、ＧＧＨ１１及び乾式ＥＰ６で除去されなかった酸化水銀は湿式脱硫装置７で液相に溶解し、粒子状水銀は液滴に捕捉されて除去される。

しかし、フライアッシュへの吸着による水銀除去率は２０〜４０％であり、湿式脱硫装置７における水銀除去率も１００％ではないため、煙突９から排出される水銀量を最小限とするためには重金属吸着剤の使用が必要となる。すなわち、ＧＧＨ熱回収部５と乾式ＥＰ６を接続するダクト内に、重金属吸着剤である活性炭を吸着剤ホッパ１４から供給ライン１５を経由して添加することにより、活性炭で水銀を捕捉し、乾式ＥＰ６でフライアッシュとともに排ガス中から除去することにより、水銀除去率を向上させるものである。

一方、石炭に含まれる硫黄分が多い場合、酸性エアロゾルの原因となるＳＯ_３（三酸化硫黄）の排ガス中での濃度が高くなる。ＳＯ_３は、ボイラ火炉１からガス状で排出され、ＳＯ２同様に酸性成分であるが、湿式脱硫装置７においては排ガス温度の低下によりミスト状となるため除去されにくい。この対策として、湿式脱硫装置７の下流にＳＯ_３の露点（１５０℃程度）以下で運転される湿式ＥＰを設置することが有効であるが、これは大きな集塵面積と耐食材料を必要とするため、コストが排ガス処理システム全体の４割程度と非常に高い。

そこで、湿式ＥＰを小型化あるいは省略するため、図７の排ガス処理においては、ＧＧＨ熱回収部５で排ガス温度をＳＯ_３の露点以下に下げることにより、ガス状のＳＯ_３を凝縮させてフライアッシュに付着させることにより、乾式ＥＰ６においてフライアッシュとともに除去することができる。しかし、排ガス中のＳＯ_３濃度が高い場合、フライアッシュ表面に大量のＳＯ_３が付着して水銀をほとんど吸着できなくなることから、大量の重金属吸着剤の添加が必要となる。

国際公開ＷＯ２００８／７８７２１

前述の従来技術においては以下のような問題がある。すなわち、ＧＧＨ熱回収部５で排ガス温度を酸露点以下に下げ、また、乾式ＥＰ６も酸露点以下で運転することから、排出されるＧＧＨ灰１１及びＥＰ灰１３にはＳＯ_３が大量に含まれる。また、ＥＰ灰１３には、水銀を吸着した活性炭も含まれる。ＳＯ_３、水銀、活性炭等の不純物の含有率が高いフライアッシュは再利用できなくなったり、商品価値が低くなったりする。再利用しない場合は、埋め立て等で廃棄しなければならないが、ＳＯ_３や水銀は健康や環境に有害であるため、前処理が必要となる。

本発明が解決しようとする課題は、排ガス中の水銀及びＳＯ_３の除去率を高く維持し、かつ、再利用可能なフライアッシュの量を増加させることである。

上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理システムは、ボイラから排出される重金属と硫黄酸化物を含む排ガスを導入してその排ガスに含まれる粉粒体を捕集する第１の集塵器と、第１の集塵器から排出される排ガスの熱を回収する熱回収部と、熱回収部から排出される排ガスに含まれる重金属を吸着する吸着剤を添加する吸着剤添加手段と、吸着剤が添加された排ガスを導入してその排ガスに含まれる粉粒体を捕集する第２の集塵器とを備え、第１の集塵器内での排ガス温度を三酸化硫黄の露点以上とし、熱回収部内での排ガス温度を露点以下とするように運転することを特徴とする。

本発明によれば、第１の集塵器でＳＯ_３が付着していない粉流体、主にフライアッシュを捕集し、熱回収部でＳＯ_３をフライアッシュに付着させて除去することができる。すなわち、一般に、フライアッシュのＳＯ_３付着量は、ＳＯ_３の露点以上では少なく、露点以下では多くなる。本発明は、この現象を利用して、ＳＯ_３付着量の異なるフライアッシュを別々に捕集している。また、吸着剤を添加する前に熱回収部でフライアッシュにより予めＳＯ_３除去しておくことで、吸着剤に付着するＳＯ_３の量を減らし、吸着剤による水銀除去率を高めることができる。

以上のことから、再利用や廃棄の容易な清浄な灰と、ＳＯ_３、水銀、活性炭を含む汚染された灰を別々に回収することができ、フライアッシュの再利用量を増やし、かつ、水銀及びＳＯ_３の除去率を高く維持することができる。なお、集塵器は２機となるが、１機あたりの集塵量は少なくなるため、大きさはその分小さくすることができる。

上記の場合、第１の集塵器をさらに高温で運転することで、第１の集塵器における集塵率を低くしてフライアッシュの一部を素通りさせることにより、第２の集塵器におけるＳＯ_３捕集剤として利用することもできる。

また、第１の集塵器に導入される排ガスの一部を第１の集塵器をバイパスして熱回収部に導入する排ガスダクトを備えることもできる。これにより、ＳＯ_３付着量の少ないフライアッシュを熱回収部でのＳＯ_３除去に利用することができる。また、第１の集塵器で回収した粉粒体の一部を熱回収部に導入される排ガスに添加する循環ラインを備えることもできる。これにより、熱回収部でのＳＯ_３除去に利用するフライアッシュの量を調節して必要最低限にすることができる。

また、第１の集塵器から排出される排ガスに三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する中和剤添加手段を備えることもできる。これにより、第２の集塵器におけるＳＯ_３除去率が低い場合、カルシウム化合物等の中和剤により除去することができる。中和剤の添加によって汚染灰量はするものの、所望のＳＯ_３除去率を得ることができる。

また、本発明では、第１の集塵器を乾式電気集塵器又はサイクロンとし、第２の集塵器を乾式電気集塵器又はバグフィルタとすることが望ましい。

本発明によれば、排ガス中の水銀及びＳＯ_３の除去率を高く維持し、かつ、再利用可能なフライアッシュの量を増加させることができる。

本発明による微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの実施例１のフロー図である。本発明に関する排ガス温度と灰によるＳＯ_３除去率の関係を例示する図である。本発明の効果を例示する図である。本発明による微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの実施例２のフロー図である。本発明による微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの実施例３のフロー図である。本発明による微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの実施例４のフロー図である。従来の微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの図である。

以下、本発明の微粉炭焚きボイラの排ガス処理システムの実施例を図面を参照して説明する。

実施例１を、図１を参照して説明する。なお、図１のボイラ火炉１から脱硝装置３を経てエアヒータ４まで、また、湿式脱硫装置７からＧＧＨ再加熱部を経て煙突９までの構成及び動作は、従来技術として示した図７の同部分と同じなので説明を省略する。

本実施例の特徴部は、エアヒータ４から排出される水銀とＳＯ_３を含む排ガスを導入して排ガスに含まれる粉粒体、主にフライアッシュを捕集する第１の乾式ＥＰ２１と、第１の乾式ＥＰ２１から排出される排ガスの熱を回収するＧＧＨ熱回収部５と、第１の乾式ＥＰ２１に導入される排ガスの一部を第１の乾式ＥＰ２１をバイパスしてＧＧＨ熱回収部５に導入する排ガスダクト２２と、ＧＧＨ熱回収部５から排出される排ガスに含まれる水銀を吸着する活性炭を添加する吸着剤ホッパ１４と、活性炭が添加された排ガスを導入してその排ガスに含まれる粉粒体、主に活性炭及びフライアッシュを捕集する第２の乾式ＥＰ２５とで構成されている。

また、第１の乾式ＥＰ２１をＳＯ_３の露点（１５０℃）以上の１６０℃〜１８０℃で運転し、ＧＧＨ熱回収部５内の排ガス温度が露点以下になるようにＧＧＨ熱回収部５を運転し、第２の乾式ＥＰ２５をＳＯ_３の露点以下で運転するように構成されている。

このように構成される本実施例の動作について説明する。第１の乾式ＥＰ２１は、エアヒータ４から導入された排ガス中に含まれるフライアッシュを抜き出しライン２３を経てＥＰ灰２４として捕集する。ここで排ガス中の多くのフライアッシュが捕集される。第１の乾式ＥＰ２１はＳＯ_３の露点以上で運転されており、フライアッシュに付着するＳＯ_３が少なくなるので、ＥＰ灰２４のＳＯ_３含有率は低くなる。

また、排ガスダクト２２は、エアヒータ４からの排ガスの一部を熱回収部５に導入することで、ＳＯ_３付着量の少ないフライアッシュをＳＯ_３吸着剤として熱回収部５に供給している。

ＧＧＨ熱回収部５は、第１の乾式ＥＰ２１及び排ガスダクト２２から導入された排ガスの熱を回収する。また、ＧＧＨ熱回収部５の底部にはフライアッシュの一部が堆積し、抜出ライン１０からＧＧＨ灰１１として排出される。ＧＧＨ熱回収部５は、排ガス温度が露点以下になるように運転されており、フライアッシュに付着するＳＯ_３が多くなるので、ＧＧＨ灰１１のＳＯ_３含有率は高くなる。

第２の乾式ＥＰ２５は、活性炭が添加された排ガスを導入し、その排ガスに含まれる活性炭及び、第１の乾式ＥＰ２１とＧＧＨ熱回収部５で捕集されなかったフライアッシュを、抜き出しライン２６を経てＥＰ灰２７として捕集する。第２の乾式ＥＰ２５はＳＯ_３の露点以下で運転されており、活性炭及びフライアッシュに付着するＳＯ_３が多くなるので、ＥＰ灰２４のＳＯ_３含有率は高くなる。

ここで、乾式ＥＰの温度とフライアッシュによる排ガス中のＳＯ_３除去特性の関係を、図２を用いて説明する。ハッチングで示したように、ＳＯ_３除去率は温度の低下に伴って上昇する。特に、温度の低下に伴い、ＳＯ_３の露点である１５０℃付近で急激に除去率が上昇し、１００℃以下では９９％以上の除去率となる。

一方、２００℃付近では１０〜２０％の除去率となる。すなわち、乾式ＥＰで捕集されるフライアッシュのＳＯ_３付着量は、酸露点以上では少なく、酸露点以下では多くなる。本発明は、この現象を利用して、ＳＯ_３付着量の異なるフライアッシュを別々に回収する。

ところで、図２で示した温度とＳＯ_３除去率の関係は、パイロットスケールの設備による試験結果である。このときの乾式ＥＰ入口の排ガス中のフライアッシュ濃度は、２〜４ｇ／ｍ^３Ｎであり、実機の約１０ｇ／ｍ^３Ｎよりもかなり少ないフライアッシュ量であっても、１００℃以下では高いＳＯ_３除去率が得られている。よって、火炉ボイラ１から排出されるフライアッシュの全量を酸露点以下の乾式ＥＰに導入しなくても、十分なＳＯ_３除去率が達成できる。

また、ＧＧＨ熱回収部５において排ガス温度を酸露点以下に下げることにより、腐食が懸念されるところであるが、排ガス中のフライアッシュ量がＳＯ_３量の６倍以上であれば、灰による中和作用で腐食は問題とならないことが確認されている。これは、例えばＧＧＨ熱回収部５の上流でフライアッシュを７割除去して、ＧＧＨ熱回収部５に入るフライアッシュ量が３割（約３ｇ／ｍ^３Ｎ）に減ったとしても、微粉炭焚ボイラ排ガスで想定される最大ＳＯ_３濃度１００ｐｐｍ（約０．４ｇ／ｍ^３Ｎ）の７．５倍であり、腐食を防止できるレベルである。

ここで、本実施例により捕集した灰中のＳＯ_３、水銀、活性炭の濃度を、従来技術と比較して図３に示す。図３に示すように、従来技術で捕集したＧＧＨ灰１１とＥＰ灰１３のＳＯ_３含有率の差と、本実施例で捕集したＥＰ灰２４とＧＧＨ灰１１とＥＰ灰２７のＳＯ_３含有率の差とは明らかな違いがあり、本実施例では、ＳＯ_３含有率の少ない灰を回収できていることが分かる。

以上説明したように本実施例によれば、第１の乾式ＥＰ２１内での排ガス温度をＳＯ_３の露点以上とし、熱回収部５内での排ガス温度を露点以下とするように運転することにより、再利用や廃棄の容易な清浄な灰と、ＳＯ_３、水銀、活性炭を含む汚染された灰を別々に回収することができ、フライアッシュの再利用量を増やし、かつ、水銀及びＳＯ_３の除去率を高く維持することができる。

実施例２を、図４を用いて説明する。実施例１との違いは、第１の乾式ＥＰ２１を２００℃以上の高温で運転することと、排ガスダクト２２を除いたことである。一般に、乾式ＥＰは、運転温度が高いほど集塵率が低下する。本実施例においては、第１の乾式ＥＰ２１を高温にして集塵率を意図的に低く抑え、フライアッシュの一部を素通りさせることにより、第２の乾式ＥＰ２５におけるＳＯ_３捕集剤として利用する。本実施例では、実施例１と比較して、系統がシンプルとなる。

実施例３を、図５を用いて説明する。本実施例では、第１の乾式ＥＰ２１によりＳＯ_３付着量の少ないフライアッシュを全量捕集する。そして、抜き出しライン２３を分岐して灰循環ライン２９を設け、フライアッシュの一部をＧＧＨ熱回収部５に導入される排ガスに添加する。本実施例においては、第２の乾式ＥＰ２５にＳＯ_３捕集剤として供給するフライアッシュ量を調整して必要最低限とすることができるため、フライアッシュの再利用率を最大限にすることができる。

実施例４を、図６を用いて説明する。第２の乾式ＥＰ２５におけるＳＯ_３除去率が低い場合、カルシウム化合物等の中和剤を中和剤ホッパ３０から供給ライン３１を経由してＧＧＨ加熱部５の入口に吹き込むことによりＳＯ_３を除去する。本実施例では中和剤の添加によって汚染灰量は若干増加するものの、所望のＳＯ_３除去率を得ることができる。

以上、実施例１乃至４について説明したが、本発明は、これらに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、中和剤ホッパ３０は実施例１乃至３に設けても実施例４と同様の効果を得ることができる。

また、酸露点以上で運転する集塵器としては、乾式ＥＰのほかにサイクロン等が使用でき、酸露点以下で運転する集塵器としては、乾式ＥＰのほかにバグフィルタ等が使用できる。

１ボイラ火炉
３脱硝装置
４エアヒータ
５ＧＧＨ熱回収部
６乾式ＥＰ
７湿式脱硫装置
８ＧＧＨ再加熱部
９煙突
１４吸着剤ホッパ
２１第１の乾式ＥＰ
２２排ガスダクト
２５第２の乾式ＥＰ
２９灰循環ライン
３０中和剤ホッパ

Claims

ボイラから排出される重金属と硫黄酸化物を含む排ガスを導入して該排ガスに含まれる粉粒体を捕集する第１の集塵器と、該第１の集塵器から排出される排ガスの熱を回収する熱回収部と、該熱回収部から排出される排ガスに含まれる重金属を吸着する吸着剤を添加する吸着剤添加手段と、前記吸着剤が添加された排ガスを導入して該排ガスに含まれる粉粒体を捕集する第２の集塵器とを備え、
前記第１の集塵器内での排ガス温度を三酸化硫黄の露点以上とし、前記熱回収部内での排ガス温度を前記露点以下とするように運転する排ガス処理システム。
請求項１に記載の排ガス処理システムにおいて
前記第１の集塵器に導入される排ガスの一部を前記第１の集塵器をバイパスして前記熱回収部に導入する排ガスダクトを備えることを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１又は２に記載の排ガス処理システムにおいて、
前記第１の集塵器で回収した粉粒体の一部を前記熱回収部に導入される排ガスに添加する循環ラインを備えることを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排ガス処理システムにおいて、
前記第１の集塵器から排出される排ガスに前記三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する中和剤添加手段を備えることを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排ガス処理システムにおいて、
前記第１の集塵器を乾式電気集塵器又はサイクロンとし、前記第２の集塵器を乾式電気集塵器又はバグフィルタとすることを特徴とする排ガス処理システム。