JP5307974B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、石炭焚きボイラ又は重油焚きボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置等に適用され、上記ボイラ等の排ガス源と排ガス中の硫黄分を除去する排煙脱硫装置との間の排ガス通路に排ガスを除塵する電気集塵装置を設けた排ガス処理装置に関する。

石炭焚きボイラ、又は重油焚きボイラ等の排ガス源と排ガス中の硫黄分を除去する排煙脱硫装置との間の排ガス通路に排ガスを除塵する電気集塵装置を設けた排ガス処理装置において、上記排ガス源から排出されるSO₃を除去する手段として、電気集塵装置の前流側にアンモニア等の中和剤を注入して硫安（（NH₄）₂SO₄）等の塩を生成させ、煤塵とともに電気集塵装置で捕集する手段が一般的に行なわれている。
しかしながら上記手段にあっては、中和剤の注入により生成した中和塩は微細な粒子であることから、電気集塵装置や排煙脱硫装置の吸収塔で捕集され難く、このため電気集塵装置の容量を大きくし、又は上記吸収塔を大型化する必要があり、プラントの設置面積が増大するとともに設置コストも高くなるという問題があった。

そこで、本件発明者らは、上記のような問題点を解消する手段として、特許文献１（特開平１１−１３７９５４号公報）の技術を提案した。
上記特許文献１の技術においては、湿式排煙脱硫装置の吸収塔入口に荷電装置を設けるとともに、排ガス中にアンモニア等の中和剤を注入して排ガス中のSO₃を中和させるための中和剤注入手段及び加圧スプレーを上記荷電装置の前流側に設置して、煤塵及び硫安（（NH₄）₂SO₄）等の中和塩に荷電し、加圧スプレーから微細液滴を噴霧して微細粒子を肥大化させ、湿式排煙脱硫装置の吸収塔で上記煤塵及び硫安（（NH₄）₂SO₄）等の中和塩
を高効率で捕集可能としている。
特開平１１−１３７９５４号公報

しかしながら、特許文献１（特開平１１−１３７９５４号公報）の技術にあっては、電気集塵機の前流に設置した中和剤注入手段により排ガス中にアンモニア等の中和剤を注入して排ガス中のSO₃を中和させ、湿式排煙脱硫装置の吸収塔入口に設けた荷電装置で煤塵及び硫安（（NH₄）₂SO₄）等の中和塩に荷電し、加圧スプレーから微細液滴を噴霧して微細粒子を肥大化させ、湿式排煙脱硫装置の吸収塔で肥大化した粒子を捕集するので、アンモニア等の中和剤及びこれを排ガス中に注入する中和剤注入手段が必要となって、排ガス処理装置の装置コストが高くなるとともに、装置の運転中にアンモニア等の中和剤を、タイミングを計って注入する必要があるため、装置の運転が煩雑となって運転性に課題がある。

また、中和剤として注入したアンモニアが、排煙脱硫装置内の吸収液に溶けるため、該吸収液の活性が低下して、排煙脱硫装置の処理効率が低下する。さらに、上記電気集塵機で硫安が回収されるため、硫安の処理が必要となって、装置が複雑かつ大型化する。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単かつ装置コストの上昇を抑制した構造でもって、かつ排煙脱硫装置の処理効率の低下を招くことなく排ガス中のSO₃を効率良く捕集可能とした排ガス処理装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、排ガス源と排ガス中の硫黄分を除去する石灰石を吸収剤とする湿式排煙脱硫装置との間の排ガス通路に、排ガスを除塵する電気集塵装置を設けた排ガス処理装置において、上記排ガス通路の上記電気集塵装置の入口側又は出口側のいずれか一方に、上記排ガスの温度を該排ガス中のＳＯ_３ガスがＳＯ_３フュームに変化する温度まで降温させる排ガス降温手段を設けるとともに、該排ガス降温手段及び上記電気集塵装置と、上記湿式排煙脱硫装置との間に、固体粒子に電荷を帯電させてなる帯電固体粒子に上記排ガス降温手段からのＳＯ_３フュームを吸着させる荷電・吸着手段を設けて、上記湿式排煙脱硫装置にＳＯ_３フュームが吸着された上記帯電固体粒子を送り込み、ＳＯ_３を除去するように構成し、上記荷電・吸着手段が、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ のいずれかの固体粒子に、帯電装置によって電荷を帯電させることにより、上記帯電固体粒子を生成し、該帯電固体粒子を上記湿式排煙脱硫装置に送りこむように構成されていることを特徴とする（請求項１）。

また、本発明は、その好適な実施の形態で、次のように構成するのが好ましい。
（１）上記排煙脱硫装置出口のＳＯ_３濃度を検出するＳＯ_３濃度検出手段と、該ＳＯ_３濃度検出手段からのＳＯ_３濃度の検出値に基づき上記荷電・吸着手段への上記固体粒子の供給量を制御する固体粒子供給量制御手段を備える（請求項２）。

また、上記各発明において、上記排ガス降温手段は具体的には次のように構成するのが好ましい。
（１）上記排ガス降温手段は、上記電気集塵装置の前流側の排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを降温させることにより排ガス熱を回収する熱回収器からなる（請求項３）。
（２）上記排ガス降温手段は、上記電気集塵装置の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレーからなる（請求項４）。
ここで、好ましくは、上記冷却スプレーは、上記冷却流体を上記排煙脱硫装置において生成された濾液で構成する（請求項５）。

本発明によれば、例えば、電気集塵装置の入口側又は出口側のいずれか一方に設けた排ガス降温手段、具体的には電気集塵装置の前流側の排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを降温させることにより排ガス熱を回収する熱回収器（請求項３）、電気集塵装置の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレー（請求項４）等を採用することによって、排ガスの温度を該排ガス中のＳＯ_３ガスがＳＯ_３フュームに変化する温度まで降温させ、該排ガス降温手段と排煙脱硫装置との間に設けた荷電・吸着手段によって、固体粒子に電荷を帯電させた帯電固体粒子に上記排ガス降温手段からのＳＯ_３フュームを吸着させ、排煙脱硫装置にＳＯ_３フュームが吸着された上記固体粒子を送り込み該ＳＯ_３を除去するように構成することができる（請求項１）。
これによって、排ガス降温手段で排ガスを、好ましくは１５０℃から９０℃に低下させることによりＳＯ_３ガスをＳＯ_３フュームに変化させ、荷電・吸着手段において固体粒子に帯電させた帯電固体粒子に上記ＳＯ_３フュームを吸着させることにより、該帯電固体粒子の粒径を増大させて排煙脱硫装置に送り込むことが可能となる。
したがって、上記のようにして粒径が増大した帯電固体粒子を排煙脱硫装置に送り込むことによって、該排煙脱硫装置において帯電固体粒子に吸着したＳＯ_３フュームを容易に捕集することができる。

したがって、本発明によれば、排ガス熱を回収可能な排ガス降温手段によってSO₃ガスをSO₃フュームに変化させ、荷電・吸着手段において固体粒子に帯電させた帯電固体粒子に上記SO₃フュームを吸着させ、排煙脱硫装置において帯電固体粒子とともにSO₃を除去するという、上記特許文献１（特開平１１−１３７９５４号公報）の技術のようなアンモニア等の中和剤を用いることを不要とした比較的簡単で低コストの手段でもって、かつ排煙脱硫装置の処理効率の低下を招くことなく、排煙脱硫装置においてSO₃フュームを効率良く捕集し除去することが可能となる。

また、上記排ガス降温手段として、上記電気集塵装置の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレーを用いる（請求項４）場合は、該冷却スプレーの冷却流体として排煙脱硫装置において生成された濾液を有効利用することができる（請求項５）。

また、荷電・吸着手段において、電荷を帯電させる固体粒子として、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ を利用することができる（請求項１）。

また、ＳＯ_３濃度検出手段によって排煙脱硫装置出口のＳＯ_３濃度を検出し、固体粒子供給量制御手段によってＳＯ_３濃度の検出値に基づき上記荷電・吸着手段への上記固体粒子の供給量を制御するように構成すれば（請求項２）、ＳＯ_３濃度の除去状態をモニターしながら、ＳＯ_３フュームを吸着するための固体粒子の供給量を調整できるので、常時ＳＯ_３濃度を制限濃度以下に精度よく保持することができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る重油焚きボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。
図１において、４はボイラ（図示省略）から排ガス管１０を通して通流する排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置、５は上記ボイラの燃焼用空気を予熱するエアヒータである。３は上記エアヒータ５を経た排ガスを冷却する（降温する）排ガス降温手段で、この実施形態では上記排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを降温させることにより排ガス熱を回収する熱回収器３１にて構成される。
２は排ガスを除塵する電気集塵機、１は該電気集塵機２で除塵した排ガス中の硫黄分（SO₂，SO₃）を除去する排煙脱硫装置、６は該排煙脱硫装置１で浄化した排ガスを大気中に排出する煙突である。

上記排ガス降温手段３を構成する熱回収器３１は、エアヒータ５を経た１５０℃程度の排ガスを冷却媒体と熱交換することにより、該排ガス中のSO₃ガスがSO₃フュームに変化する温度である９０℃程度まで降温させる機能を有する。
７は後述するような固体粒子を貯留する固体粒子貯留部、９は上記固体粒子に電荷を帯電させて上記電気集塵機２の後流の排ガス管１０内に噴出させる荷電装置、８は上記固体粒子貯留部７内の固体粒子を上記荷電装置９に搬送する搬送ファンである。

上記固体粒子貯留部７には、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ からなる固体粒子が収容され、該固体粒子を上記搬送ファン８により所要量、上記荷電装置９に送り込み、該荷電装置９において上記固体粒子に電荷を帯電させて上記排ガス管１０内に噴出させるようになっている。
このようにすれば、荷電装置９において電荷を帯電させる固体粒子として、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ 等を利用することができる。

この第１実施形態において、上記排ガス降温手段３を構成する熱回収器３１で上記エアヒータ５を経た１５０℃程度の排ガスと冷却媒体とを熱交換して９０℃程度まで降温させことにより、該排ガス中のＳＯ_３ガスはＳＯ_３フュームに変化する。このＳＯ_３フュームを含む排ガスは電気集塵機２で除塵されてから、上記排煙脱硫装置１に送り込まれる。
一方、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ 等からなる固体粒子は固体粒子貯留部７に収容され、上記搬送ファン８が駆動されると、該固体粒子は該搬送ファン８により後述する固体粒子供給量制御装置１２で制御された所要量、上記荷電装置９に送り込まれる。

そして、該荷電装置９においては、上記固体粒子に電荷を帯電させて上記電気集塵機２後流の排ガス管１０内の排ガス中に噴出させる。
上記電気集塵機２後流の排ガス中のSO₃は、上記排ガス降温手段３の熱回収器３１での冷却によってSO₃フュームに変化しており、前荷電装置９では電荷を帯電させた帯電固体粒子を、上記SO₃フュームを含む排ガス中に噴出させ、該帯電固体粒子に上記SO₃フュームを吸着させることにより、該帯電固体粒子の粒径を増大させて排煙脱硫装置１に送り込むことが可能となる。
以上のようにして粒径が増大した帯電固体粒子を排煙脱硫装置１に送り込むことによって、該排煙脱硫装置１において帯電固体粒子に吸着したSO₃フュームを容易に捕集することができる。

したがって、この第１実施形態によれば、排ガス熱を回収可能な排ガス降温手段３によってSO₃ガスをSO₃フュームに変化させ、荷電装置９において固体粒子に帯電させた帯電固体粒子を排ガス中に噴出することにより該帯電固体粒子に上記SO₃フュームを吸着させ、排煙脱硫装置１において帯電固体粒子とともにSO₃を除去するという、従来技術のようなアンモニア等の中和剤を用いることを不要とした比較的簡単で低コストの手段でもって、かつ排煙脱硫装置１の処理効率の低下を招くことなく、排煙脱硫装置１においてSO₃フュームを効率良く捕集し除去することが可能となる。

次に、図１において、１１は上記排煙脱硫装置出口のSO₃濃度を検出するSO₃濃度センサ、１２は固体粒子供給量制御装置で、上記SO₃濃度センサ１１からの排煙脱硫装置１出口におけるSO₃濃度の検出値は上記固体粒子供給量制御装置１２に入力される。該固体粒子供給量制御装置１２においては、上記SO₃濃度の検出値に基づき上記搬送ファン８の送出流量を制御して、上記荷電装置９への上記固体粒子の供給量を制御する。すなわち、上記固体粒子供給量制御装置１２においては、上記SO₃濃度の検出値が増加すると搬送ファン８の送出流量を増加し荷電装置９に供給する固体粒子の量を増加して、上記SO₃フュームを吸着する帯電固体粒子の量を増加し、SO₃の除去作用を促進する。一方、上記SO₃濃度の検出値が減少すると、上記搬送ファン８の送出流量を減少して荷電装置９に供給する固体粒子の量を減少し、上記SO₃フュームを吸着する帯電固体粒子の量を減少させ、SO₃の除去作用を緩慢にする。

このように構成して、SO₃濃度センサ１１と固体粒子供給量制御装置１２とを組み合わせて用いることにより、SO₃濃度の除去状態をモニターしながら、SO₃フュームを吸着するための固体粒子の供給量を調整できるので、常時SO₃濃度を制限濃度以下に精度よく保持することができる。

次に、図２について、本発明の第２実施形態を示す。
この第２実施形態においては、上記エアヒータ５を経た排ガスを冷却する（降温する）排ガス降温手段３を、上記電気集塵機２の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレー３２にて構成している。該冷却スプレー３２には上記排煙脱硫装置１において生成された濾液が濾液管１３を通して導入され、該冷却スプレー３２から排ガス中に濾液を噴出せしめて降温させている。
このようにすれば、上記冷却スプレー３２の冷却流体として排煙脱硫装置１において生成された濾液を有効利用することができる。
その他の構成及び効果は、図１に示される第１実施形態と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す。

さらに、図３に本発明の第１参考形態を示す。
この第１参考形態においては、排ガス管１０の上記排煙脱硫装置１の入口部位にプレチャージャ（荷電・吸着手段）１５を設置している。該プレチャージャ１５は、上記排ガス降温手段３を構成する熱回収器３１で９０℃程度まで降温させることにより生成されたＳＯ_３フュームに電荷を帯電させ、帯電ＳＯ_３フュームを微細液滴に吸着して排煙脱硫装置１に送り込み、該排煙脱硫装置１においてＳＯ_３を除去するように構成している。

この第１参考形態によれば、排ガス通路の電気集塵機２入口側に、排ガスの温度を該排ガス中のＳＯ_３ガスがＳＯ_３フュームに変化する温度まで降温させる排ガス降温手段３を設けた上で、排煙脱硫装置１の入口側にプレチャージャ（荷電・吸着手段）１５を設けて、該プレチャージャ１５によって、上記排ガス降温手段３からのＳＯ_３フュームに電荷を帯電させてから、この帯電ＳＯ_３フュームを微細液滴に吸着させ、上記ＳＯ_３フュームが吸着された微細液滴を排煙脱硫装置１に送り込み該ＳＯ_３を除去するように構成したので、ＳＯ_３フューム自体に帯電させた帯電ＳＯ_３フュームを微細液滴の吸引力を利用して該微細液滴に吸着させてから、排煙脱硫装置１で捕集することができることとなって、排煙脱硫装置１において高い捕集率でもってＳＯ_３を捕集し除去することが可能となる。

したがって、この第１参考形態によれば、排ガス熱を回収可能な排ガス降温手段３によってＳＯ_３ガスをＳＯ_３フュームに変化させ、プレチャージャ１５においてＳＯ_３フュームに電荷を帯電させてこの帯電ＳＯ_３フュームを微細液滴に吸着させ、排煙脱硫装置１にてＳＯ_３フュームが吸着された微細液滴とともにＳＯ_３を除去するという、従来技術のようなアンモニア等の中和剤を用いることを不要とした比較的簡単で低コストの手段でもって、かつ排煙脱硫装置１の処理効率の低下を招くことなく、排煙脱硫装置１においてＳＯ_３フュームを効率良く捕集し除去することが可能となる。

次に、図３において、１１は上記排煙脱硫装置出口のSO₃濃度を検出するSO₃濃度センサ、１６はプレチャージャ制御装置で、上記SO₃濃度センサ１１からの排煙脱硫装置１出口におけるSO₃濃度の検出値は上記プレチャージャ制御装置１６に入力される。該プレチャージャ制御装置１６においては、上記SO₃濃度の検出値に基づきプレチャージャ１５への荷電電流値を制御する。
すなわち、該プレチャージャ制御装置１６においては、上記SO₃濃度の検出値が増加すると荷電電流値を増加してプレチャージャ１５への荷電電流を大きくし、上記プレチャージャ１５におけるSO₃フュームの帯電量を増加してSO₃の除去作用を促進する。一方、上記SO₃濃度の検出値が減少すると荷電電流を小さくしてSO₃フュームの帯電量を減少し、SO₃の除去作用を緩慢にする。
このように構成すれば、SO₃濃度センサ１１とプレチャージャ制御装置１６とを組み合わせて用いることにより、SO₃濃度の除去状態をモニターしながら、SO₃フュームの荷電電流を調整できるので、常時SO₃濃度を制限濃度以下に精度よく保持することができる。
その他の構成及び効果は図１に示される第１実施形態と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す。

さらに、図４に、本発明の第２参考形態を示す。
この第２参考形態においては、上記エアヒータ５を経た排ガスを冷却する（降温する）排ガス降温手段３を、上記第３実施形態における排ガス熱回収器３１に代えて、上記電気集塵機２の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレー３２にて構成している。

該冷却スプレー３２には、図２に示す第２実施形態と同様に、上記排煙脱硫装置１において生成された濾液が濾液管１３を通して導入され、該冷却スプレー３２から排ガス中に濾液を噴出せしめて降温させている。このようにすれば、上記冷却スプレー３２の冷却流体として排煙脱硫装置１において生成された濾液を有効利用することができる。
その他の構成及び効果は図３に示される第１参考形態と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す。

さらに、図５に本発明の第３参考形態を示す。
この第３参考形態においては、図４に示される第２参考形態に対し、排ガス降温手段３を構成する冷却スプレー３２を、上記電気集塵機２の後流側に設置し、電気集塵機２で除塵後の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させるように構成している。
その他の構成及び効果は図４に示される第２参考形態と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す。

本発明は、上記実施の形態を挙げて説明したが、本発明の技術的思想は、これらの形態に限定されるものではない。例えば、上記第１実施形態、第２実施形態、第１参考形態においても、上記排ガス降温手段３を上記電気集塵機２の後流側に設置することが可能である。

上記第１実施形態、第２実施形態、及び第１〜第３参考形態について、排ガス状態の実測結果の実施例を表１〜５に示す。表１が第１実施形態、表２が第２実施形態、表３が第１参考形態、表４が第２参考形態、表５が第３参考形態を示し、図１〜図５に示す計測点（１），（２），（３），（４）における計測値を示す（表１においてＡＨはエアヒータ５、ＭＧＧＨは熱回収器３１、ＥＰは電気集塵機２、脱硫は排煙脱硫装置１をそれぞれ示す）。
各計測結果に明らかなように、ＡＨ後流（１）に対して、脱硫後流（４）おけるＳＯ_３量が大幅に減少している。

本発明の第１実施形態に係るボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。 本発明の第１参考形態に係るボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。 本発明の第２参考形態に係るボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。 本発明の第３参考形態に係るボイラの排煙脱硫式排ガス処理装置の系統図である。

符号の説明

１ 排煙脱硫装置
２ 電気集塵機
３ 排ガス降温手段
４ 脱硝装置
５ エアヒータ
７ 固体粒子貯留部
８ 搬送ファン
９ 荷電装置
１０ 排ガス管
１１ SO₃濃度センサ
１２ 固体粒子供給量制御装置
１５ プレチャージャ
１６ プレチャージャ制御装置
３１ 熱回収器
３２ 冷却スプレー

Claims (5)

1. 排ガス源と排ガス中の硫黄分を除去する石灰石を吸収剤とする湿式排煙脱硫装置との間の排ガス通路に、排ガスを除塵する電気集塵装置を設けた排ガス処理装置において、上記排ガス通路の上記電気集塵装置の入口側又は出口側のいずれか一方に、上記排ガスの温度を該排ガス中のＳＯ_３ガスがＳＯ_３フュームに変化する温度まで降温させる排ガス降温手段を設けるとともに、該排ガス降温手段及び上記電気集塵装置と、上記湿式排煙脱硫装置との間に、固体粒子に電荷を帯電させてなる帯電固体粒子に上記排ガス降温手段からのＳＯ_３フュームを吸着させる荷電・吸着手段を設けて、上記湿式排煙脱硫装置にＳＯ_３フュームが吸着された上記帯電固体粒子を送り込み、ＳＯ_３を除去するように構成し、上記荷電・吸着手段が、ＮａＨＳＯ _３ ，ＣａＯ，ＣａＣＯ _３ のいずれかの固体粒子に、帯電装置によって電荷を帯電させることにより、上記帯電固体粒子を生成し、該帯電固体粒子を上記湿式排煙脱硫装置に送りこむように構成されていることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 上記排煙脱硫装置出口のＳＯ_３濃度を検出するＳＯ_３濃度検出手段と、該ＳＯ_３濃度検出手段からのＳＯ_３濃度の検出値に基づき上記荷電・吸着手段への上記固体粒子の供給量を制御する固体粒子供給量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 上記排ガス降温手段は、上記電気集塵装置の前流側の排ガスと冷却媒体とを熱交換して該排ガスを降温させることにより排ガス熱を回収する熱回収器からなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
4. 上記排ガス降温手段は、上記電気集塵装置の前流側の排ガス中に冷却流体を噴射して該排ガスを降温させる冷却スプレーからなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
5. 上記冷却スプレーは、上記冷却流体を上記排煙脱硫装置において生成された濾液で構成したことを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。

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