JP5416679B2 - 排ガス処理方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は排ガス処理装置と方法に係り、特に排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵及びペレットプラントなどで使用する燃料中に含まれる成分や物質を低減する排煙処理設備に関する。

製鉄所で使用する鉄鉱石ペレットを製造するペレットプラントなどから排出される排ガスは、化石燃料などを使用する燃焼装置からの排ガスに比べて温度が低い。これらの排ガスには燃焼装置からの排ガスと同様に窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれるので、大気汚染防止のためにＮＯｘやＳＯｘを除去する必要がある。

一般的な排ガス処理システムの系統を図７に示す。この排ガス処理システムでは、ペレットプラント１などから排出される排ガスは電気集塵機２で排ガス中の煤塵を除去した後、湿式排煙脱硫装置７に導入され、排煙脱硫装置７内に噴霧される脱硫剤スラリと気液接触して、排ガス中のＳＯｘが取り除かれる。排煙脱硫装置７で処理された排ガスは、その温度が飽和温度まで下がっているため、ファン３によりガスガス熱交換器４に送られ、さらに排ガス加熱バーナ５により、脱硝装置６で必要な温度にまで加熱される。また、電気集塵機２を経由した排ガスが排煙脱硫装置７を経由しないで、直接ファン３によりガスガス熱交換器４に送られることもある。加熱された排ガスは脱硝装置６に導入されて排ガス中のＮＯｘが脱硝触媒と接触することにより取り除かれ、再びガスガス熱交換器４を経て、煙突８より排出される。

特開２０００−３００９６１号公報

図７に示す湿式排煙脱硫装置７を通過した排ガスは、飽和温度まで冷却されるため、脱硝装置６内の脱硝触媒上で酸性硫安の生成を防ぐために必要な温度にまで、ガスガス熱交換器４と排ガス加熱バーナ５の組み合わせで再加熱する必要があり、多くの燃料を使用する問題点がある。
排ガス加熱バーナ５は、排煙脱硫装置７の後流側の排ガス流路に設置されるため、排ガス加熱バーナ５の燃焼により生成したＳＯｘは除去されず排出される。排出規制の問題上、排ガス加熱バーナ５の燃焼で生成するＳＯｘを低減するため、硫黄分含有量の低い高品位の燃料を使用する必要がある。
本発明の課題は、燃焼装置以外の処理ガスが発生する装置から排出する排ガスであっても、該排ガス中の脱硫と脱硝を行うための排ガス処理方法と装置を提供することである。

上記した問題点を解決するには、湿式排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流に設置することで解決できる。
請求項１に記載の発明は、製鉄工程で鉄鉱石を焼結する設備またはボイラから排出される排ガスを除塵処理した後、排ガス加熱バーナ（５）で加熱して、脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去し、窒素酸化物を除去した後の排ガスの熱を熱交換により回収して前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去するための排ガスの加熱に利用し、次いで前記熱交換により温度低下した排ガス中の硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液を用いて吸収・除去することを特徴とする排ガス処理方法である。

請求項２に記載の発明は、前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去した後の排ガスの熱を、前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物の除去に再び利用した後、さらに熱交換により回収して、前記排ガス加熱バーナ（５）の燃焼用空気（１１）の加熱に利用することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理方法である。

請求項３に記載の発明は、前記熱交換により回収して前記排ガス加熱バーナ（５）の燃焼用空気（１１）の加熱に利用して、温度の低下した排ガスを、前記石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液と接触させて、該排ガスから硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を吸収・除去することを特徴とする請求項２記載の排ガス処理方法である。

請求項４に記載の発明は、製鉄工程で鉄鉱石を焼結する設備またはボイラから排出される排ガスが流れる排ガス流路に、排ガスの除塵処理をする集塵器（２）と、該集塵器（２）の出口排ガスを加熱する排ガス加熱バーナ（５）と、該排ガス加熱バーナ（５）で加熱された排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を充填した脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の出口排ガスから熱回収して脱硝装置（６）の入口排ガスを加熱するガスガス熱交換器（４）と、該ガスガス熱交換器（４）の出口排ガスを導入して排ガス中の硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液を用いて吸収・除去する湿式排煙脱硫装置（７）を配置したことを特徴とする排ガス処理装置である。

請求項５に記載の発明は、前記ガスガス熱交換器（４）出口の排ガス流路に第２のガスガス熱交換器（９）を設け、排ガス加熱バーナ（５）に供給する燃焼用空気（１１）の導入路にガスガス再熱器（１０）を設け、前記第２のガスガス熱交換器（９）と前記ガスガス再熱器（１０）を熱媒体流路（１３）で接続したことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置である。

請求項６に記載の発明は、第２のガスガス熱交換器（９）の出口側の温度が低下した排ガス流路を湿式排煙脱硫装置（７）に接続したことを特徴とする請求項５記載の排ガス処理装置である。
請求項７に記載の発明は、前記ガスガス熱交換器（４）出口の排ガス流路に排ガス加熱バーナ（５）の燃焼用空気（１１）を加熱するエアヒータ（１２）を設け、該エアヒータ（１２）で加熱された空気を排ガス加熱バーナ（５）に供給する燃焼用空気流路を設けたことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置である。

請求項１、４記載の発明によれば、湿式排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することで、ガスガス熱交換器４の入口の排ガス温度低下を防ぐことが可能となる。これにより、ガスガス熱交換器４の仕様を小さくできる上、排ガス加熱バーナ５の燃料使用量を低減することが可能となる。
また排ガス加熱バーナ５に硫黄分を多量に含む重油など幅広い種類の燃料を使用できる上、ガスガス熱交換器４の入口排ガスが乾燥排ガスとなるため、ガスガス熱交換器４の材料選定が容易になる。
請求項２、５、７記載の発明によれば、脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物の除去に使用した後の排ガスの熱を、再び脱硝触媒の加熱のために熱交換して利用した後、排ガス加熱バーナ５の燃焼用空気１１の加熱に利用することで、これまで使用されていなかった熱を有効に利用することができる。
請求項３、６記載の発明によれば、排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することで排ガス加熱バーナ５で発生したＳＯｘも除去することが可能となり、煙突８の入口でのＳＯｘ濃度を５０ｐｐｍとした場合、排煙脱硫装置７において必要な脱硫性能は約９５％となり、必要脱硫性能を約３％低減することが可能となる。

本発明となる排ガス処理装置の系統を示した図である。 本発明（図２（ａ））及び従来技術（図２（ｂ））の排ガス処理装置の温度バランスを示した図である。 本発明（図３（ａ））と従来技術（図３（ｂ））からなる排ガス処理装置のＳＯｘ濃度バランスを示した図である。 脱硫性能と排煙脱硫装置の吸収液循環液量の関係を示した図である。 図５（ａ）と図５（ｂ）は共に本発明となる排ガス処理装置にＧＧＨ熱回収器−再加熱器を追加した図である。 排煙脱硫装置の入口排ガス温度と蒸発水量の関係を示した図である。 従来の排ガス処理装置の系統を示した図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。

本発明による排ガス処理系統を図１に示す。製鉄所で使用する鉄鉱石ペレットを製造するペレットプラント１からの排ガス流路において、ガスガス熱交換器４を周知の石灰石スラリなどを用いる湿式排煙脱硫装置７の前流側に設置し、湿式排煙脱硫装置７を周知の脱硝触媒を配置した脱硝装置６の後流側に設置する。なお、図１などで説明する装置で図７に示す装置と同一機能を奏する装置には、同一番号を付して、その説明を省略する場合がある。

図２にガスガス熱交換器４周りの温度バランスの例を示す。図２（ｂ）は従来の排ガス処理系統で、排煙脱硫装置７の後流側の排ガス流路に脱硝装置６を設置する場合の温度バランスであるが、排煙脱硫装置７を出た排ガスの温度は、硫黄酸化物と窒素酸化物が飽和した飽和ガスでありガスガス熱交換器４の手前で約５０℃にまで下がる。
この排ガスを、脱硝処理するために必要な温度である約３５０℃まで加熱する必要があるため、その加熱にはガスガス熱交換器４と排ガス加熱バーナ５の組み合わせで行うことができるが、温度上昇幅が大きいため、ガスガス熱交換器４の仕様が大きくなったり、排ガス加熱バーナ５の燃料を多量に使用したりするため経済的でない。また、排ガスが硫黄酸化物と窒素酸化物で飽和しているため、ガスガス熱交換器４の材質に耐腐食性の材質を採用する必要があり経済的でない。

図２（ａ）に示す本発明の実施例の装置では、排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することにより、脱硝装置６の手前のガスガス熱交換器４の入口の排ガス温度は１５０℃であり、ガスガス熱交換器４の仕様を小さくできる上、排ガス加熱バーナ５で使用する燃料の使用量を低減することが可能となる。
さらに、従来の排ガス処理装置では排煙脱硫装置７を脱硝装置６の手前の排ガス流路に設置していたため、硫黄酸化物と窒素酸化物で飽和した排ガスがガスガス熱交換器４に導入される。そのため、ガスガス熱交換器４において耐腐食性を考慮した材料選定が必要であった。

本発明の装置では、排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することにより、ガスガス熱交換器４には乾燥した排ガスが導入されるためガスガス熱交換器４の材料選定を容易にすることが可能となる。
また、本実施例の装置では排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することにより、排ガス加熱バーナ５で生成するＳＯｘも除去することが可能となる。これにより硫黄分を含む燃料など幅広い燃料を排ガス加熱バーナ５で使用することが可能となる。

図３に排煙処理システムのＳＯｘ濃度のバランスを示す。図３（ｂ）は、従来の湿式排煙脱硫装置７を脱硝装置６の上流に設置した場合のＳＯｘ濃度バランスの例である。排煙脱硫装置７の後流側の排ガス流路に排ガス加熱バーナ５が設置されているため、硫黄分を含む重油を排ガス加熱バーナ５の燃料に使用した場合、排ガス加熱バーナ５の燃料の燃焼で発生した約１２００ｐｐｍの高濃度のＳＯｘは処理されること無く、煙突８へと導かれる。煙突８の入口でのＳＯｘ濃度を５０ｐｐｍとした場合、排ガス加熱バーナ５からの排出される排ガス中のＳＯｘを考慮して排煙脱硫装置７の必要性能を決定する必要があり、本例では、排煙脱硫装置７において約９８％の脱硫性能が必要となる。

図３（ａ）に示す本実施例の装置では、排煙脱硫装置７を脱硝装置６の後流側の排ガス流路に設置することで排ガス加熱バーナ５で発生したＳＯｘも除去することが可能となり、煙突８の入口でのＳＯｘ濃度を５０ｐｐｍとした場合、排煙脱硫装置７において必要な脱硫性能は約９５％となる。本実施例では必要脱硫性能を約３％低減することが可能となる。

図４に必要脱硫性能と排煙脱硫装置７での石灰石スラリなどからなる吸収液循環液量（排煙脱硫装置７内に導入された排ガスに対して前記吸収液を噴霧して、気液接触による脱硫反応をさせ、落下した吸収液を脱硫装置下部の貯留タンク（図示せず）に貯めた後、何度も排ガスに対して噴霧するために循環させる）の関係を示すが、必要脱硫性能が９８％から９５％へ３％低減することにより吸収液循環液量を約２０％低減することが可能となり、電力消費量の低減や吸収液循環ポンプの台数低減が可能となる。

本発明の他の実施例を図５に示す。図５に示す排煙処理システムは、図１に示す排煙処理システムに第２のガスガス熱交換器９を脱硝装置６の後流側であって脱硫装置７の前流側の排ガス流路に配置した例である。
通常、脱硝装置６の後流側の排ガス流路に配置するガスガス熱交換器４の出口の排ガスは２００℃程度であり、この排ガスが湿式排煙脱硫装置７に導入され、飽和温度まで冷却されて煙突８から排出される。図５（ａ）に示す本実施例では、排煙脱硫装置７の手前の排ガス流路に第２のガスガス熱交換器９を設置し、第２のガスガス熱交換器９で回収した熱をガスガス再加熱器１０に熱媒体ライン１３から供給し、排ガス加熱バーナ５の燃焼用空気１１の予熱に使用することで、これまで使用されていなかった熱を有効に利用することが可能となる。

図５（ｂ）に示すように、ガスガス熱交換器４の他に排ガス加熱用空気エアヒータ１２を用いて、排ガス加熱バーナ５の燃焼用空気１１の予熱に使用することも可能である。
また、排ガスは排煙脱硫装置７で冷却される際に多量の蒸発水が煙突８から排出されることとなる。図６に排煙脱硫装置７の入口温度と蒸発水量の関係を示す。排ガス温度が２００℃で排煙脱硫装置７に導入された場合は約１５０ｔ／ｈの水が蒸発するのに対して、排ガス温度が１００℃の場合は約５０ｔ／ｈの水が蒸発することとなる。

本実施例では、ガスガス熱交換器４を湿式排煙脱硫装置７の手前に設置することで、排煙脱硫装置７に導入される排ガス温度を下げることにより蒸発水量を低減することができ、排煙処理システムでの水の消費量を低減することが可能となる。

ペレット製造プラントなどから排出する温度の低い排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘを効率よく処理できる設備として本発明は利用可能性が高い。

１ ペレットプラント ２ 電気集塵機
３ ファン ４ ガスガス熱交換器
５ 排ガス加熱バーナ ６ 脱硝装置
７ 湿式排煙脱硫装置 ８ 煙突
９ 第２のガスガス熱交換器
１０ 再加熱器 １１ 燃焼用空気
１２ 排ガス加熱用空気エアヒータ
１３ 熱媒体ライン

Claims (7)

1. 製鉄工程で鉄鉱石を焼結する設備またはボイラから排出される排ガスを除塵処理した後、排ガス加熱バーナ（５）で加熱して、脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去し、窒素酸化物を除去した後の排ガスの熱を熱交換により回収して前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去するための排ガスの加熱に利用し、次いで前記熱交換により温度低下した排ガス中の硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液を用いて吸収・除去することを特徴とする排ガス処理方法。
2. 前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を除去した後の排ガスの熱を前記脱硝触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物の除去に再び利用した後、さらに熱交換により回収して前記排ガス加熱バーナ（５）の燃焼用空気（１１）の加熱に利用することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理方法。
3. 前記熱交換により回収して前記排ガス加熱バーナ（５）の燃焼用空気（１１）の加熱に利用して、温度の低下した排ガスを、前記石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液と接触させて、該排ガスから硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を吸収・除去することを特徴とする請求項２記載の排ガス処理方法。
4. 製鉄工程で鉄鉱石を焼結する設備またはボイラから排出される排ガスが流れる排ガス流路に、排ガスの除塵処理をする集塵器（２）と、該集塵器（２）の出口排ガスを加熱する排ガス加熱バーナ（５）と、該排ガス加熱バーナ（５）で加熱された排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を充填した脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の出口排ガスから熱回収して脱硝装置（６）の入口排ガスを加熱するガスガス熱交換器（４）と、該ガスガス熱交換器（４）の出口排ガスを導入して排ガス中の硫黄酸化物及びその他の成分に起因する物質を石灰石または石灰を含むスラリよりなる吸収液を用いて吸収・除去する湿式排煙脱硫装置（７）を配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
5. 前記ガスガス熱交換器（４）出口の排ガス流路に第２のガスガス熱交換器（９）を設け、排ガス加熱バーナ（５）に供給する燃焼用空気（１１）の導入路にガスガス再熱器（１０）を設け、前記第２のガスガス熱交換器（９）と前記ガスガス再熱器（１０）を熱媒体流路（１３）で接続したことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。
6. 第２のガスガス熱交換器（９）の出口側の温度が低下した排ガス流路を湿式排煙脱硫装置（７）に接続したことを特徴とする請求項５記載の排ガス処理装置。
7. 前記ガスガス熱交換器（４）出口の排ガス流路に排ガス加熱バーナ（５）の燃料用空気（１１）を加熱するエアヒータ（１２）を設け、該エアヒータ（１２）で加熱された空気を排ガス加熱バーナ（５）に供給する燃焼用空気流路を設けたことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。

Images