JP5281871B2

JP5281871B2 - ボイラプラント

Info

Publication number: JP5281871B2
Application number: JP2008288047A
Authority: JP
Inventors: 良晃三井; 典幸今田; 浩石坂; 浩之野坂
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: JP2010112679A

Description

本発明は、ボイラプラントに係り、特に、酸素燃焼式のボイラを含むボイラプラントに関する。

ボイラに燃焼用空気を供給する空気燃焼式のボイラは、空気中の窒素が酸化されてサーマルＮＯｘが発生することから、燃焼用空気に代えて富酸素の燃焼用ガスにより燃料を燃焼させることにより、サーマルＮＯｘの発生を低減する酸素燃焼式のボイラが提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、富酸素の燃焼用ガスをボイラに供給して燃料を燃焼させると、バーナなどの火炎温度が高くなり、ボイラの耐熱性などを確保できないおそれがある。

そこで、特許文献１の排ガス処理装置は、ボイラから排出される排ガスを、ろ過式脱硫・脱塵装置を通過させて排ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を除去し、ろ過式脱硫・脱塵装置の下流側から排ガスを分岐して、分岐した排ガスに酸素供給装置から供給される酸素を混合して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する排ガス循環路を形成するようにしている。これによれば、排ガスで希釈した酸素を燃焼用ガスとしてボイラに供給でき、火炎温度の上昇を低減できる。

また、特許文献１の排ガス処理装置は、排ガス循環路に循環させない排ガスの残部を、排ガス分岐部下流側の二酸化炭素回収装置に導き、排ガス中の二酸化炭素を回収するようにしている。

特開平５―７１７２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、高脱硫率の脱硫装置により循環排ガスを含む排ガスを脱硫しなければならないことから、処理する排ガス量が多くなって、脱硫装置が大型化するという問題がある。

そこで、脱硫装置の上流側で排ガスを分岐して、排ガスを循環することが考えられるが、循環排ガス中の硫黄酸化物がボイラ排ガス中の硫黄酸化物濃度を上昇させるため、排ガス中のＳＯ３の露点が上昇してＳＯ３が凝縮しやすくなり、煙道や排ガス循環系の機器などを腐食させるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、高脱硫率の脱硫装置を小型化し、かつ、排ガス循環系の機器等の腐食を抑制できる。

本課題を解決するため、本発明のボイラプラントは、燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、集塵装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する第１の脱硫装置と、第１の脱硫装置の上流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素に混合して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する排ガス循環路と、排ガス循環路の排ガスの分岐部の上流側の排ガス中の硫黄酸化物を除去する第２の脱硫装置とを備えたことを特徴とする。

これによれば、第１の脱硫装置の上流側で排ガスを分岐し酸素に混合して燃焼用ガスを生成していることから、第１の脱硫装置に導入される排ガス量を低減でき、高脱硫率の第１の脱硫装置を小型化できる。特に、第２の脱硫装置で循環させる排ガス中の硫黄酸化物を低減していることから、燃焼用ガスの硫黄酸化物濃度を低減でき、排ガス循環系の煙道や機器等の腐食を抑制できる。また、第２の脱硫装置を第１の脱硫装置の上流側に配置し、第１の脱硫装置で処理する排ガスの硫黄酸化物濃度を低減できることから、その分だけ第１の脱硫装置を一層小型化できる。

また、第２の脱硫装置として、集塵装置と分岐部の間の排ガス流路に湿式脱硫装置を配置して、排ガスに脱硫剤を含む薬液を噴霧して硫黄酸化物を除去することができる。

また、第１の脱硫装置から排出される排ガスを、二酸化炭素回収装置に供給し、排ガス中の二酸化炭素を回収すれば、ボイラプラントから排出される二酸化炭素を削減できる。この場合、二酸化炭素回収装置がアルミニウムなどの水銀による腐食を受けやすいもので構成されている場合、湿式脱硫装置で排ガス中の水銀を除去する薬液を含む薬液を排ガスに噴霧して、排ガス中の水銀濃度を低減させることが好ましい。

また、第２の脱硫装置として、半乾式脱硫装置を集塵機の入り口側に設け、排ガスに脱硫剤を含む薬液を噴霧して排ガスの熱で薬液の水分を蒸発させ、脱硫剤と硫黄酸化物の反応生成物を集塵装置で捕集し、排ガスから硫黄酸化物を除去するようにすることができる。

本発明によれば、高脱硫率の脱硫装置を小型化でき、かつ、排ガス循環系の機器等の腐食を抑制できる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１に本発明のボイラプラントの概略フローを示す。図示のように本実施形態のボイラプラントは、本実施形態では、発電用の酸素燃焼式のボイラ１が備えられている。ボイラ１には、図示していない伝熱管が備えられ、伝熱管を通流する水をボイラ１で発生した熱により蒸発させ、図示していない蒸気タービンに水蒸気を供給して発電できるようになっている。ボイラ１には、燃料として、石炭３が図示していないバーナから供給されるようになっている。石炭３は、図示していない粉砕機などにより微粉砕され、一次燃焼用ガス、例えば、富酸素の燃焼用ガスに同伴され、ボイラ１のバーナに供給されるようになっている。ボイラ１には、２次燃焼用ガスが供給される図示していない供給口が備えられている。なお、ボイラ１に供給される燃料は石炭３に限定されるものではなく、石油などを供給することができる。また、ボイラ１の構成や用途は本実施形態に限定されるものではない。

ボイラ１の出口側には脱硝装置５が配置されている。脱硝装置５は、本実施形態では、アンモニアを噴霧する図示していないアンモニア注入管と脱硝触媒層を備えている。脱硝装置５の出口側には、エアヒータ７が備えられ、煙道を通流する排ガスの温度を調整できるようになっている。エアヒータ７の後流には、集塵装置９が配置されている。集塵装置９は、例えば、電気集塵機であり、排ガス中の煤塵を荷電させて集塵極で煤塵を捕集できるようになっている。なお、脱硝装置５は本実施形態に限定されず、周知の脱硝装置を適宜選択できる。

次に、本実施形態の特徴構成を説明する。集塵装置９の出口側であって、後述する第１の脱硫装置１３の上流側には、第２の脱硫装置として、湿式脱硫装置１５が配置されている。湿式脱硫装置１５は脱硫剤、例えば、カルシウム系の脱硫剤を含む薬液を排ガスに噴霧できるようになっている。湿式脱硫装置１５の出口側には、第１の脱硫装置として、例えば、湿式の脱硫装置１３が配置されている。脱硫装置１３の後流側には、二酸化炭素の回収装置１４が設けられ、例えば、排ガスを冷却して二酸化炭素を液化し回収するようになっている。これにより、ボイラプラントから排出される二酸化炭素を削減できる。なお、回収装置１４を設けず、排ガスを再加熱などして、煙突などから排出するようにすることができる。

また、脱硫装置１３の上流側であって、湿式脱硫装置１５の下流側の分岐部１７には、排ガスを分岐する排ガス循環路１９が接続されている。排ガス循環路１９の他端は、ボイラ１に接続されている。排ガス循環路１９の流路途中には、ブロワ２１が備えられている。排ガス循環路１９のボイラ１近傍には酸素供給装置２３が接続されている。酸素供給装置２３には、図示していない制御手段が備えられている。なお、湿式脱硫装置１５の位置は本実施形態の位置に限定されるものではなく、分岐部１７の上流側で排ガス中の硫黄酸化物を除去できる位置に配置することができる。

このように構成される本実施形態のボイラプラントの動作を説明する。ボイラ１のバーナに供給された石炭３は、一次燃焼用ガス中の酸素によって燃焼する。この燃焼により発生した排ガスは、排ガス中の未燃分が二次燃焼用ガス中の酸素によって燃焼されボイラ１から排出される。ボイラ１から排出された排ガスは、脱硝装置５でアンモニアが噴霧され、触媒存在下で窒素酸化物を窒素ガスに分解する。また、排ガス中に水銀が含まれる場合は、水銀が脱硝触媒層で排ガス中の塩素分により酸化される。脱硝装置５から排出された排ガスは、エアヒータ７により集塵装置９で煤塵が除去されやすい温度に調整されて集塵装置９に導入される。集塵装置９は、排ガス中の煤塵を捕集して、排ガスから煤塵を除去する。この際、排ガスにミスト状のＳＯ３が含まれていると、煤塵に付着して煤塵とともに排ガスから除去されるから、排ガス中のＳＯ３を低減できる。

次に、本実施形態の特徴動作を説明する。集塵装置９から排出された排ガスは、湿式脱硫装置１５に導入される。湿式脱硫装置１５は、排ガスに脱硫剤を含む薬液を噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物に脱硫剤を接触させて硫黄酸化物を中和して反応物を生成する。この反応物が排ガスから湿式脱硫装置１５の底部に落下することで、硫黄酸化物を排ガスから除去できる。湿式脱硫装置１５から排出された排ガスは、ブロワ２１により一方が排ガス循環路１９に導かれ、他方は、図示していないブロワにより脱硫装置１３に導入される。脱硫装置１３は、排ガスの硫黄酸化物濃度を所定の値以下、例えば，１ｐｐｍ以下になるように排ガスを脱硫する。

一方、排ガス循環路１９を通流する排ガスは、酸素供給装置２３から供給される酸素に混合され、富酸素の燃焼用ガスとして、ボイラ１のバーナや二次燃焼用ガスの供給口などに供給される。酸素供給装置２３から供給される酸素量は、石炭３をボイラ１で酸素燃焼できる量に制御する。

これによれば、第１の脱硫装置１３の上流側で排ガスを分岐し酸素に混合して燃焼用ガスを生成していることから、脱硫装置１３に導入される排ガス量を低減でき、高脱硫率の第１の脱硫装置１３を小型化できる。特に、第２の脱硫装置である湿式脱硫装置１５で循環させる排ガス中の硫黄酸化物を低減していることから、燃焼用ガス中の硫黄酸化物濃度を低減でき、排ガス循環系の煙道や機器等の腐食を抑制できる。また、湿式脱硫装置１５を脱硫装置１３の上流側に配置し、脱硫装置１３で処理する排ガス中の硫黄酸化物濃度を低減できることから、その分だけ脱硫装置１３を一層小型化できる。

例えば、ボイラ１から排出される排ガス中のＳＯ２濃度を４７０ｐｐｍとし、排ガス循環路１９へ分岐する排ガスの循環比率を０．７〜０．７５とした場合、湿式脱硫装置１５で排ガス中に含まれるＳＯ２を５０％除去すると、図２に示すようにボイラ１を３０時間運転しても、ボイラ１出口の排ガスのＳＯ２濃度を約７００ｐｐｍ以下に抑えることができ。

これによれば、第２の脱硫装置である湿式脱硫装置１５で、排ガス中のＳＯ２を、例えば、５０％除去することで、排ガス中の硫黄酸化物濃度を排ガス循環系の機器等が腐食しにくい範囲に抑えることができることから、第２の脱硫装置として小型の脱硫装置を使用できる。

また、ボイラ１出口の排ガスのＳＯ２が増加すると、図３に示すように、ボイラ１出口の排ガスのＳＯ３濃度が増加する。ＳＯ３はＳＯ２より露点が低く凝縮しやすいことから、排ガス中のＳＯ３が増加すると、排ガスの循環系の機器等の腐食を促進する。しかし、湿式脱硫装置１５で排ガス中のＳＯ２濃度を低減していることから、排ガス中のＳＯ３の発生量を低減でき、排ガスの循環系の機器等の腐食を一層抑制できる。

また、脱硫装置１３に導入する排ガスの硫黄酸化物濃度を低減できることから、脱硫装置１３から排出される排ガスの硫黄酸化物濃度も低減できる。その結果、本実施形態のように脱硫装置１３の出口側に二酸化炭素を回収する回収装置１４を配置しても、回収装置１４が腐食することを抑制できる。

なお、第２の脱硫装置は、湿式の脱硫装置に限定されるものではないが、集塵装置９の後流側であって、分岐部１７の上流に湿式の脱硫装置を配置すると、集塵装置９から排出される排ガス中に煤塵が含まれている場合、この煤塵を湿式脱硫装置１５で除去できることから、煤塵による排ガス循環路１９などの閉塞を抑制できる。

（実施形態２）
図４に本発明の実施形態２のボイラプラントの概略フローを示す。実施形態２が実施形態１と相違する点は、湿式の脱硫装置として、湿式脱硫装置１５に代えてベンチュリースクラバ２５を配置したことである。その他の構成は実施形態１と同じであるから、同一の符号を付して説明を省略する。

ベンチュリースクラバ２５は、脱硫剤を含む薬液に加え、排ガス中の水銀を除去する薬液、例えば、酸性の水銀吸収液を噴霧するようになっている。これによれば、実施形態１の効果に加え、ベンチュリースクラバ２５で排ガスの水銀を除去できることから、回収装置１４に導入する排ガスの水銀濃度を低減できる。その結果、回収装置１４がアルミニウムなどの水銀腐食を受けやすいもので構成されている場合、アルミニウム製の壁などが水銀により腐食することを抑制できる。これにより、回収装置１４で排ガス中の二酸化炭素を安定して回収できることから、ボイラプラントから排出される二酸化炭素量を一層削減できる。

また、石炭３の水銀含有率が高い場合、湿式の脱硫装置で脱硫剤を含む吸収液を循環使用すると、循環した薬液から水銀が排ガスに放出するおそれがある。しかし、ベンチュリースクラバ２５で水銀を吸収除去し、脱硫装置１３に導入される排ガスの水銀量を低減できることから、脱硫装置１３を湿式脱硫装置とした場合、薬液から水銀が放出することを抑制でき、吸収液を循環使用できる。

なお、石炭３の硫黄分が少なく、ボイラ１で発生する硫黄酸化物量が少ない場合などは、ベンチュリースクラバ２５で水銀の吸収液のみを排ガスに噴霧することができる。この場合、排ガス中のミスト状のＳＯ３は、吸収液と慣性衝突し、ＳＯ3を排ガスから除去できることから、排ガスのＳＯ３の濃度を循環系が腐食しにくい範囲にできる。

また、湿式脱硫装置はベンチュリスクラバ２５に限定されるものではなく、周知の洗浄装置を選択できる。

（実施形態３）
図５に本発明のボイラプラントの実施形態３の概略フローを示す。実施形態３が実施形態１と相違する点は、湿式脱硫装置１５に代えて半乾式脱硫装置２７を集塵装置９の入り口側に配置したことである。その他の構成は実施形態１と同じであることから、同一の符号を付して説明を省略する。

半乾式装置２７は、例えば、カルシウム系の脱硫剤を含むスラリを、排ガスに噴霧できるようになっている。噴霧されたスラリが排ガスと接触することにより、脱硫剤が硫黄酸化物を中和し反応物が生成される。この反応物に含まれる水分は、煙道を通流する過程で排ガスの熱により蒸発されるようになっている。水分が蒸発した反応物は、集塵装置９で捕集し排ガスから除去することで、排ガスを脱硫できる。

これによれば、脱硫装置１３の上流側で排ガス中の硫黄酸化物濃度を低減できることから、実施形態１と同様に脱硫装置１３を小型化でき、かつ、排ガスの硫黄酸化物濃度を排ガス循環系の煙道や装置が腐食しにくい範囲に抑えることができる。

さらに、半乾式脱硫装置２７から噴霧したスラリで集塵装置９の上流側の排ガス温度を低減できることから、集塵装置９内でＳＯ３ミストがスラリや集塵装置９内で凝縮し、集塵装置９でのＳＯ３ミストの除去率を向上できる。

実施形態１のボイラプラントの概略フローを示す図である。実施形態１のボイラプラントの運転時間とボイラ出口のＳＯ２濃度の関係を例示した図である。ボイラ出口のＳＯ２濃度とボイラ出口のＳＯ３濃度の関係を例示した図である。実施形態２のボイラプラントの概略フローを示す図である。実施形態３のボイラプラントの概略フローを示す図である。

符号の説明

１ボイラ
５脱硝装置
９集塵装置
１３脱硫装置
１５湿式脱硫装置
１７分岐部
１９排ガス循環路
２３酸素供給装置

Claims

燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、該ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、該脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、該集塵装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する第１の脱硫装置と、該第１の脱硫装置の上流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素に混合して前記燃焼用ガスを生成して前記ボイラに供給する排ガス循環路と、前記排ガス循環路の排ガスの分岐部の上流側の排ガス中の硫黄酸化物を除去する第２の脱硫装置とを備えてなるボイラプラント。
請求項１に記載のボイラプラントにおいて、
前記第２の脱硫装置は、前記集塵装置と前記分岐部の間の排ガス流路に設けられ、前記排ガスに脱硫剤を含む薬液を噴霧して前記硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置であることを特徴とするボイラプラント。
請求項１に記載のボイラプラントにおいて、
前記第２の脱硫装置は、前記集塵装置の入り口側の排ガス流路に設けられ、前記排ガスに脱硫剤を含む薬液を噴霧して前記排ガスの熱で前記薬液の水分を蒸発させ、前記脱硫剤と前記硫黄酸化物の反応生成物を前記集塵装置で捕集して前記排ガスから前記硫黄酸化物を除去する半乾式脱硫装置であることを特徴とするボイラプラント。
請求項２に記載のボイラプラントにおいて、
前記第１の脱硫装置から排出される排ガス中の二酸化炭素を回収する回収装置を設け、
前記第２の脱硫装置としての前記湿式脱硫装置の前記薬液は、前記排ガス中の水銀を除去する薬液を含んでなることを特徴とするボイラプラント。