JP5668244B2 - 排煙脱硫装置と燃焼システムと燃焼方法 - Google Patents

排煙脱硫装置と燃焼システムと燃焼方法 Download PDF

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Description

本発明は、酸素燃焼を行って後段のＣＯ2回収装置で燃焼排ガス中のＣＯ2を回収すると共に水銀を除去する火力発電用ボイラプラント等に提供される燃焼排ガス中のＳＯ2（硫黄酸化物）を除去する湿式排煙脱硫装置（以下、単に脱硫装置ということもある）及びこれを備えた燃焼システムと燃焼方法に関するものである。
火力発電用ボイラプラントの中で、ボイラの後段側に配置されるＣＯ2回収装置で燃焼排ガス中のＣＯ2を回収することを前提として、石炭を燃料として酸素燃焼を行う火力発電用ボイラプラントの例を図７に示す。
図７に示す火力発電用ボイラプラントは、ボイラ１３、脱硝装置１４、熱交換器１５、集塵装置１６、脱硫装置３、ＣＯ2回収装置１７、循環ライン１８、酸素製造装置１９及び酸素供給ライン２０等から構成される。
ボイラ１３は燃料供給系統を通じて供給される石炭などの燃料２５を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。このとき、酸素は酸素製造装置１９により、酸素供給ライン２０等から供給される。
脱硝装置１４では、ボイラ１３から排出されたガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を分解する。脱硝装置１４から排出されたガスは熱交換器１５で２００℃〜１６０℃に調整する。
このガスから集塵装置１６で煤塵を除去する。集塵装置１６で除塵されたガスの一部は脱硫装置３に導入してＳＯ2を除去する。また、ＣＯ2回収装置１７は、ＳＯ2を除去した排ガス中からＣＯ2を回収する。
除塵されたガスの一部は循環ライン１８を通り、熱交換器１５で２００℃まで再加熱された後、ボイラ１３に供給する構成となっている。
また、従来技術の酸素燃焼システムにおける脱硫装置の構成を図８に示す。該脱硫装置３は主に、脱硫吸収液６を噴霧するスプレノズル４、脱硫吸収液６をスプレノズル４に送液する吸収液循環ポンプ５、ミストエリミネータ８を備えた脱硫吸収部２６、脱硫吸収液６の中に生成した亜硫酸の酸化用ガスの供給部９、脱硫吸収液６を攪拌するための攪拌機１０、脱硫吸収液６を溜めて亜硫酸を酸化するための吸収液溜め部１１等から構成される。従来システムの脱硫装置３は、石灰石などを含むアルカリ性の吸収液を噴霧することにより、ボイラ排ガス１中に含まれるＳＯ2等の硫黄酸化物を除去する。ボイラ排ガス１中のＳＯ2を吸収することで生成した亜硫酸カルシウムなどの亜硫酸分（以下、単に亜硫酸ということもある）を酸化するために、酸化用ガス供給部９から酸化用ガス２７である空気を供給する。亜硫酸は酸化されることで、石膏として回収される。
特開２００７−１４７１６２号公報 特開２００７−１４７１６１号公報 特開平５−１８７６０９号公報 特開平５−７１７２６号公報
吸収液溜め部１１に供給される酸化用ガス（酸化空気）２７は気泡となって脱硫吸収液６中に分散、液表面６ａに向かって上昇し、液表面６ａに到達するまで亜硫酸の酸化反応に寄与する。液表面６ａに到達して後、脱硫吸収部２６の気相６ｂに移行すると酸化用ガス２７は亜硫酸の酸化反応にほとんど寄与しない。
酸化用ガス（酸化空気）２７を脱硫吸収液６の中に供給する際には、該酸化空気２７と脱硫吸収液６との接触面積を相対的に大きくし、滞留時間を長くするために酸化空気２７をなるべく微細化するようにしている。しかし、液表面６ａに到達した後、脱硫吸収部２６の気相６ｂに移行する酸化空気２７が生じるのは不可避である。
したがって、吸収液溜め部１１の吸収液６中における亜硫酸の酸化反応を十分に行わせるためには、化学量論的に必要な酸素の量に比べ、大過剰の酸化用ガス（酸化空気）２７を酸化用ガス供給部９から供給する必要がある。このため、酸化用ガス（酸化空気）２７のうち、かなりの量が排ガス２の中に放出され、排ガス２が希釈される。
このように、従来技術では、これにより、排ガス２中のＣＯ2濃度が低下する点について考慮されていなかった。
例えば、脱硫装置３の入口に供給される排ガス１の中に含まれるＣＯ2濃度が９０％の場合、酸化空気による希釈のため、脱硫装置３の出口の排ガス２に含まれるＣＯ2濃度は約８０％程度まで低下する。したがって、ＣＯ2回収装置１７におけるＣＯ2回収効率が低下するという問題があった。例えば、酸化用ガス２７として空気（Ｎ2：７９％、Ｏ2：２１％）を用いた場合、該酸化用ガス２７が脱硫装置出口排ガス２に混入し、ＣＯ2濃度が１０％程度低下するため、ＣＯ2回収装置１７でのＣＯ2回収率は５％程度低下することになる。
また、石炭焚のボイラ１３では、石炭２５に含まれる水銀が排ガス中に放出される。この水銀の一部は排ガス処理の過程で塩化水銀等の形態となって、脱硫吸収液６に取り込まれる。脱硫吸収液６に取り込まれた水銀は、条件によって再び金属水銀等の形態で脱硫吸収部２６の気相６ｂ中に放出（以下、再放出ということもある。）される場合がある。
このため、再放出された水銀が脱硫装置出口排ガス２とともに後段のＣＯ2回収装置１７に飛散・到達する。ＣＯ2回収装置１７には排ガス２を圧縮する工程を有しており、水銀の存在下、構成機器の腐食が加速度的に進行する懸念がある。このほか、有害な水銀がプラント系外、大気に放出されることも好ましくない。
本発明の課題の一つは、酸化空気で排ガスが希釈されて、後段のＣＯ2回収装置におけるＣＯ2回収率が低下することなく、また脱硫吸収液に取り込まれた排ガス中の水銀成分が、脱硫装置出口排ガスとともに飛散し、後段のＣＯ2回収装置に到達したり、プラント系外、大気に直接放出されることがない湿式排煙脱硫装置と該湿式排煙脱硫装置を用いる燃焼システムと燃焼方法を提供することにある。
上記本発明の課題は次の下記解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、側壁に設けた排ガス入口から導入された燃焼装置（１３）から排出される被処理排ガス（１）を石灰分を含む脱硫吸収液（６）と気液接触させた後に頂部に設けた排ガス出口から外部に排出させる脱硫吸収部（２６）と、該脱硫吸収部（２６）の下部に設けた前記気液接触後の脱硫吸収液（６）を貯留する脱硫吸収液溜め部（１１）とを備えた湿式排煙脱硫装置であって、前記脱硫吸収液溜め部（１１）は、内部が外気と遮断されるように壁面で区画されており、該壁面を貫通して脱硫吸収液（６）中の亜硫酸分を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給部（９）と、脱硫吸収液（６）を攪拌する攪拌機（１０）と、脱硫吸収液（６）の液面よりも高い位置に設けられ、余剰の酸化用ガスを外部へ排出するための酸化用ガス排出部（１２）を有し、前記脱硫吸収部（２６）の下端開口部は、前記脱硫吸収液溜め部（１１）の脱硫吸収液（６）の液面よりも低い位置であって、前記酸化用ガス供給部（９）が設けられた壁面から離れた前記脱硫吸収液溜め部（１１）の中央寄りに、該脱硫吸収液溜め部（１１）の水平断面積以下の水平断面積を有する下端開口部（７ｂ）を設けた水封管（７）からなることを特徴とする湿式排煙脱硫装置である。
請求項２記載の発明は、酸素製造装置（１９）と、該酸素製造装置（１９）で製造した酸素を用いて燃料を燃焼させる燃焼装置（１３）と、該燃焼装置（１３）から排出される排ガス流路に上流側から下流側に順次、脱硝装置（１４）、前記燃焼装置（１３）で用いる燃焼用ガスを予熱する熱交換器（１５）、集塵装置（１６）、請求項１記載の湿式排煙脱硫装置（３）及びＣＯ2回収装置（１７）を配置し、湿式排煙脱硫装置（３）で浄化処理する前の排ガス流路から分岐させて前記燃焼装置（１３）に排ガスを再循環させる循環ライン（１８）を設け、前記酸素製造装置（１９）で製造した酸素を前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス供給部（９）に供給する酸素供給ライン（２１）を設け、前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス排出部（１２）を前記循環ライン（１８）に接続したことを特徴とする燃焼システムである。
請求項３記載の発明は、酸素製造装置（１９）で酸素を製造して、得られた酸素を燃焼装置（１３）で燃料の燃焼に用い、該燃焼装置（１３）から排出される排ガスを脱硝処理、燃焼用空気の予熱処理、集塵処理及び請求項１記載の湿式排煙脱硫装置（３）で脱硫処理した後、ＣＯ2回収処理をし、湿式排煙脱硫処理前の排ガスを前記燃焼装置（１３）に再循環させ、前記酸素製造装置（１９）で製造した酸素を前記湿式排煙脱硫装置（３）の吸収液溜め部（１１）に酸化用ガスとして供給し、また、前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス排出部（１２）からの酸化用ガスを前記燃焼装置（１３）に戻すことを特徴とする燃焼方法である。
（作用）
本発明の作用を分かりやすくするため、図１と図３に示す構成例で説明する。
脱硫装置３の吸収液溜め部１１の気相６ｂは水封管７の隔壁７ａにより脱硫吸収部２６と隔離されている。
脱硫吸収液６は、吸収液循環ポンプ５により吸収液溜め部１１から吸引され、スプレノズル４を通じて脱硫吸収部２６へ噴射されており、吸収液溜め部１１では攪拌機１０により、主に水封管７の壁面外側を循環している。このため脱硫装置３の脱硫吸収部２６から落下して水封管７に流入する脱硫吸収液６の流れが上側から下側に向けて一方向に流れるので、水封管７の内部での脱硫吸収液６の沈降速度が早く、気泡が上昇しにくいという特性がある。
したがって、酸化用ガス供給部９から脱硫吸収液６に供給された酸化用ガス２７が脱硫吸収部２６へ向かう動きに対して、水封管７の隔壁７ａが障壁として作用することに加えて、水封管７の内部での脱硫吸収液６の下向きの流れにより、その動きを制限する。
このため、脱硫装置３の吸収液中で生成する亜硫酸の酸化用ガス２７が脱硫装置出口排ガス２に混入するのを防止し、脱硫装置３の後段に配置されるＣＯ2回収装置１７（図３参照）の入口におけるＣＯ2濃度が低下することを防止でき、高効率なＣＯ2回収ができる。
石炭の燃焼に伴って排出された燃焼排ガス中の水銀は、脱硫装置３の吸収液に吸収され、条件によって気相中に再放出されることがある。前述のとおり、石炭焚のボイラ１３（図３参照）では、再放出された水銀が脱硫装置３の出口排ガス２とともに飛散し、後段のＣＯ2回収装置１７に到達したり、プラント系外や大気中に直接放出されることがないように対策する必要がある。
本発明では、上述のとおり、脱硫装置３の脱硫吸収部２６から落下し、水封管７に流入してくる吸収液の流れが上方から下方へ一方向の流れになっており、水封管７の内部での吸収液の沈降速度が早く、気泡が上昇しにくいという特性がある。また、水封管７は、吸収液溜め部１１の水面下の底部付近に挿入されているので、脱硫装置３内の吸収液を吸収液溜め部１１に容易に流下させることができ、該流下する吸収液により吸収液溜め部１１の脱硫吸収液６の攪拌に寄与するので、攪拌機１０の台数低減もしくは攪拌機１０の小型化が可能であり、コスト低減が期待できる。
また、水銀が酸化用ガス２７中に移動するなどして気相中に再放出されても、脱硫装置出口排ガス２とともに飛散して後段のＣＯ2回収装置１７に到達することを抑制できる。
吸収液溜め部１１の気相部６ｂは、脱硫吸収部２６の気相部と水封管７の隔壁７ａにより隔離されているから、ここに再放出された水銀は、酸化用ガス出口配管１２に接続された水銀除去装置２３によって容易に除去できる。よって、再放出された水銀が大気・系外に拡散することがない。
吸収液溜め部１１に供給する酸化用ガス２７を酸素製造装置１９で製造した高酸素濃度ガスにすれば、酸化用ガスを空気とした場合よりも供給ガス量が減少するので、酸化用空気ブロワを削減もしくは、ブロワを小容量にでき、さらに脱硫吸収液溜め部１１の液面６ａが上昇し、脱硫吸収液溜め部１１の外へ溢流する等の問題が生じるのを防止できる。
前述のとおり、従来は吸収液溜め部１１の吸収液中における亜硫酸の酸化反応を十分に行わせるためには、化学量論的に必要な酸素の量に比べ、大過剰の酸化空気を酸化用ガス供給部９から供給する必要があった。
酸化空気を酸化用ガス供給部９から供給する酸化用ガス２７を酸素製造装置１９で製造した高酸素濃度ガスにすれば、酸化用ガスとしての供給量を大幅に削減できる。即ち、少なくとも空気から酸化反応に寄与しない窒素等、酸素以外の成分に相当する量のガス供給量を削減できる。
したがって、酸化用ガス供給部９からの酸化用ガス供給のために用いるコンプレッサ等の供給動力を低減できる。また、酸化用ガス供給部９の配管を圧力損失の（大幅な）増加を招くことなしに小径化できるので気泡をさらに微細化できる。これによる相乗効果として、亜硫酸の酸化反応が進行しやすくなるので、単に空気から窒素を除いた分よりもさらに酸化用ガスとしての供給量を削減できる。
さらに、脱硫吸収液溜め部１１で用いる攪拌機１０による気泡の攪拌・微細化も進みやすくなる。
仮に脱硫吸収部２６の下端開口部（水封管７の下端開口部７ｂ）を通じて酸化用ガスが排ガス中に放出されることがあっても、その量は軽減され、排ガスが希釈されにくい。
さらに、亜硫酸の酸化に利用されず、気相６ｂに放出された余剰の酸素は、酸素燃焼システムの循環ラインに戻し、ボイラ１３での燃焼用ガスとして利用できる。したがって、酸素製造装置１９で生成した酸素を無駄なく有効利用できる。
本発明の請求項１記載の発明によれば（１）〜（４）の効果がある。
（１）脱硫吸収液６の中に生成する亜硫酸の酸化用ガス２７が脱硫装置出口ガス２の中に混入することがないため、ＣＯ2回収装置１７の入口のガス中のＣＯ2濃度が低下するのを防止し、ＣＯ2の回収率の低下を防止する効果がある。
（２）脱硫吸収液６から再放出する金属水銀が脱硫装置出口ガス２中に混入するのを防止することができる。また、脱硫吸収液６から再放出した水銀の系外・大気への放出、後段のＣＯ2回収装置への流出を防ぐ効果がある。
（３）亜硫酸の酸化用ガスに高濃度な酸素を用いて、亜硫酸の酸化に利用されなかった余剰の酸素を燃焼装置１３へ供給する循環ライン１８に供給することで、酸化用ガスに空気を用いた場合よりも、供給ガス量を低減できる。したがって、ガス供給動力を低減できる。あわせて、脱硫吸収液面の上昇を防止して、吸収液溜め部のサイズをコンパクト化でき、設備コストを低減できる。また、過剰に供給した酸素をボイラ１３などの燃焼ガスに利用できるため、余分な酸素を使うことがなく、設備コスト低減の効果がある。
（４）水封管７を流下する吸収液により吸収液溜め部１１の脱硫吸収液６の攪拌に寄与するので、攪拌機１０の台数低減もしくは攪拌機１０の小型化が可能であり、コスト低減が期待できる。
（５）請求項２，３記載の発明によれば、上記（１）〜（４）の効果に加えて、酸化用ガス出口配管１２から循環ライン１８を経由して脱硫装置３での余剰酸素は全て、ボイラ１３での燃焼用ガスとして利用することができるので、酸素製造装置１９から脱硫装置３に供給する酸素の量を最小限にできる。
本発明の一実施例の酸素燃焼システムにおける脱硫装置の構成を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ’線の円形断面（図２（ａ））および四角形断面（図２（ｂ））矢視図である。 本発明の一実施例の酸素燃焼システムの構成を示す図である。 本発明の一実施例の酸素燃焼システムの構成を示す図である。 本発明の一実施例の酸素燃焼システムの構成を示す図である。 本発明の一実施例の酸素燃焼システムの構成を示す図である。 従来技術の酸素燃焼システムの構成を示す図である。 従来技術の脱硫装置の構成を示す図である。
本発明の一実施例を図面と共に説明する。
従来技術と共通する構成、作用については説明を省略する。
（脱硫装置）
本実施例の酸素燃焼システムにおける脱硫装置の構成を図１に示す。
脱硫装置３は脱硫吸収部２６と吸収液溜め部１１からなる一体型構造であり、脱硫吸収部２６の下端を脱硫吸収液溜め部１１の吸収液の水面（液表面６ａ）下に設け、いわゆる水封管７を形成する。なお、脱硫吸収部２６は、脱硫装置３に導入されるボイラ排ガス１とスプレノズル４から噴出される脱硫吸収液６とにより脱硫反応が行われる空塔領域と、脱硫吸収液６が滞留する吸収液溜め部１１に挿入される水封管７内部であって、その下端開口部７ｂまでの水相領域を言い、吸収液溜め部１１は水封管７から流出した脱硫吸収液６が対流する液相６ａと気相６ｂからなる領域を言うこととする。
脱硫装置３は主に、ボイラ排ガス１の上昇流に対して脱硫吸収液６を噴霧するスプレノズル４と、該スプレノズル４に脱硫吸収液６を供給する吸収液循環ポンプ５と、流下する脱硫吸収液６を吸収液溜め部１１内に導く水封管７と、吸収液溜め部１１内の脱硫吸収液６内に酸化用ガスを導入する酸化用ガス供給部９と、吸収液溜め部１１内の脱硫吸収液６を攪拌する攪拌機１０と、吸収液溜め部１１内の気相６ｂを経由して外部に通じる酸化用ガス出口配管１２、脱硫吸収部２６の排ガス出口の近くに設けられるミストエリミネータ８等から構成される。
脱硫吸収部２６の下端開口部の断面積を吸収液溜め部１１の断面積以下とし、脱硫吸収部２６の下端部に下方に開口部７ｂを有する水封管７を設けている。
該水封管７の下端開口部７ｂは、吸収液溜め部１１の脱硫運転時における脱硫吸収液の液面（液表面）６ａよりも低い位置に設けられている。
また、下端開口部７ｂは、酸化用ガス供給部９が設けられた吸収液溜め部１１の側壁面から離れた脱硫吸収液溜め部１１の中央寄りに開口しており、また酸化用ガス供給部９の吸収液溜め部１１内であって水封管７の底部に開口している。
酸化用ガス出口配管１２は吸収液溜め部１１内の気相６ｂを経由して吸収液溜め部１１の側壁部から外部に通じているので、吸収液溜め部１１内の吸収液中に含まれる亜硫酸の酸化に利用されなかった酸化用ガス２７は排ガス脱硫装置出口排ガス２に混入することなく、系外に排出される構造とした。
図２（ａ）には、図１におけるＡ−Ａ’線の断面矢視図を示す実施例として、水封管７や脱硫吸収液溜め部１１が平面視で円形になった場合の構造を示す。スプレノズル４からスプレされた液滴は水封管７を通過して、脱硫吸収液溜め部１１内の吸収液６に供給される。該吸収液６には酸化用ガス供給部９から酸化用ガス２７が供給されている。
また、図２（ｂ）に、図１におけるＡ−Ａ’線の断面矢視図を示す実施例として、水封管７や脱硫吸収液溜め部１１が平面視で円形以外のケース、例えば四角の形状の場合を示す。 このように、特にＡ−Ａ’線の矢視図の断面形状にこだわる必要はなく、水封管７の前記断面の面積が比較的小さい場合に酸化用ガス２７が供給されるスペースが大きくなり、亜硫酸の酸化効率は高くなる。
従来型の脱硫装置３では酸化用ガス２７が、脱硫装置出口排ガス２に混入する。例えば、酸化用ガス２７として空気を用いた場合、ＣＯ2濃度が１０％程度低下するため、ＣＯ2回収装置１７でのＣＯ2回収率は５％程度低下する。これに対し、本発明の水封管７を有する脱硫装置３を用いることにより、脱硫吸収液中に生成する亜硫酸の酸化に利用されない余剰の酸化用ガス２７が脱硫装置出口排ガス２に混入することはないため、ＣＯ2回収装置１７入口のＣＯ2の濃度が低下するのを防止することができる。そのため、ＣＯ2回収装置１７のＣＯ2回収率が低下することを防止できる。
酸化用ガス出口配管１２には水銀除去装置２３を接続した。脱硫吸収液６で生成する亜硫酸を空気酸化する際に、酸化に利用されなかった高濃度の酸素を含む気体は酸化用ガス出口配管１２から大気へ放出される。脱硫した際に脱硫吸収液６中に生成する亜硫酸の影響などにより金属水銀が再放出する場合もある。
酸化用ガス出口配管１２に接続した水銀除去装置２３は、例えば金チップ（水銀とアマルガムを形成し、固定される金属、例えば金（Ａｕ））で金属水銀を捕集することにより大気への放出を防止できる。
図１に示す構成で、脱硫装置３の脱硫吸収部２６が図示しない鉄骨構造物等によって、吸収液溜め部１１の直上に支持されるような構成を示しているが、必ずしも両者がこのように上下に配置される構成に限定されない。酸化用ガス２７が水封管７を通じて脱硫吸収部２６側へ流出しにくいように構成されていれば、例えば、並置されるようにしても良い。
（酸素燃焼システム）
本発明の脱硫装置３を用いる燃焼システムの実施例を図３に示す。本実施例は図１に示した脱硫装置３の酸化用ガス２７を高濃度な酸素とした場合の排ガス処理系を含むシステム構成を示したものである。
脱硫装置３の酸化用ガス供給部９には、酸素製造装置１９から高濃度な酸素（例えば空気から窒素を分離して得られる酸素濃度が９５％以上の気体）を供給し、脱硫吸収液６で生成する亜硫酸を酸化する際に、酸化に利用されなかった酸素を含む気体は酸化用ガス出口配管１２から循環ライン１８に供給される構成とした。
なお、前記循環ライン１８の起点は図３の脱硝装置１４からＣＯ2回収装置１７に至る排ガス流路上のいずれにあっても良く、途中に熱交換器１５を介さなくとも良い。
また、酸素製造装置１９から酸素供給ライン２０が循環ライン１８に接続される形態を示しているが、その接続部位は循環ライン１８に限定されない。循環ライン１８も単一のものに限らず、複数系統あるもの、または分岐して燃料２５への供給系統に接続されていても良く、ボイラ１３の燃焼用ガスとして酸素製造装置１９で製造した酸素と燃焼排ガスとを用いることができるように構成されていれば良く、本形態に限らない。
酸化用ガス２７を空気とした場合、空気中の酸素濃度は約２１％であるため、空気中に含まれるＮ2等の酸化に利用されないガスを余分に供給することになる。吸収液溜め部１１の脱硫吸収液６中に気泡が多く含まれるので、吸収液の液面が高くなって装置外へ溢流しやすくなる。これを回避しようとすれば、吸収液溜め部１１のサイズが大きくなり、設備コストが増加する。
これに対して、酸化用ガス２７に高濃度な酸素を含む気体を用いた場合、酸素の供給量を空気の供給量に比べて、約１／５に低減でき、吸収液溜め部１１の脱硫吸収液６中の気泡が減少し、液面６ａの高さも低くなる。
したがって、吸収液溜め部１１のサイズを従来型の脱硫装置３に比べて小さくでき、脱硫装置３の設備コストを低減することができる。
このとき、脱硫装置３の入口の排ガス１中のＳＯ2濃度を５００〜１０，０００ｐｐｍとすると、燃焼に用いるＯ2の量に対して、脱硫吸収液６に含まれる亜硫酸の酸化に用いるＯ2の量は０．２〜２．５％となる。
前述のとおり、亜硫酸の酸化反応に対して、脱硫吸収液６に供給した酸化用ガス２７のうち、吸収液溜め部１１の液面６ａに到達して気相６ｂに移行する分が生じるのは不可避である。
吸収液溜め部１１の吸収液中における亜硫酸の酸化反応を十分に行わせるためには、化学量論的に必要な酸素の量に比べ、過剰な酸化用ガスを酸化用ガス供給部９から供給する必要がある。
従来の脱硫装置及び燃焼システムでは、仮に酸化用ガス供給部９から酸素を供給した場合、過剰に供給した分は脱硫装置３の出口排ガスとともに排出されてしまう無駄があった。
しかし、本実施例の脱硫装置３及び燃焼システムでは、過剰に供給した酸化用ガス２７は、ほぼ全量が気相６ｂに放出される。気相６ｂは水封管７の壁面で隔離されているから、脱硫装置３の出口排ガス２に混入することはない。
前記気相６ｂは酸化用ガス出口配管１２に通じており、この配管１２は循環ライン１８に接続されているから、これらの経路を通じて脱硫装置３での余剰酸素は全て、ボイラ１３での燃焼用ガスとして利用することができる。
こうして、酸素製造装置１９から脱硫装置３に供給する酸素の量を最小限にできる。また、本実施例の脱硫系内で排ガス中に空気を供給しないことから、ボイラ１３の出口の排ガスのＣＯ2濃度が低下することを防止することができる。
図３に示すように、酸化用ガス出口配管１２に水銀除去装置２３を接続し、金属水銀を除去することで、脱硫吸収液６から再放出した金属水銀を再循環することがなく、ＣＯ2回収装置１７への不純物の混入を防止することができる。
なお、吸収液溜め部１１の気相６ｂ中に再放出された水銀は、水銀除去装置２３を省略した場合でも、循環ライン１８に戻されるので、大気や系外への放出は防止できる。
また、図１で示した脱硫装置３と吸収液溜め部１１を酸素燃焼システムに組み込んだ構成の他の実施例を図４に示す。該排ガス処理装置は主にボイラ１３、脱硝装置１４、熱交換器１５、集塵装置１６、脱硫装置３、ＣＯ2回収装置１７、循環ライン１８、酸素製造装置１９及び酸素供給ライン２０等から構成される。
ボイラ１３で石炭などの燃料２５を酸素燃焼させて排ガスを生成する。このとき、酸素は酸素製造装置１９により、酸素供給ライン２０等からボイラ１３に供給される。脱硝装置１４では、ボイラ１３から排出されたガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を分解する。また、該脱硝装置１４から排出されたガスの温度を熱交換器１５で２００℃〜１６０℃に調整し、集塵装置１６で煤塵を除去する。除塵されたガスの一部は脱硫装置３に供給した後、ＳＯ2を除去し、ＣＯ2回収装置１７でＣＯ2を回収する。また、集塵装置１６から排出した排ガスの一部は脱硫装置３に供給されないで循環ライン１８を通り、熱交換器１５で２００℃まで再加熱された後、ボイラ１３に供給する構成となっている。脱硫装置３の吸収液溜め部１１内の脱硫吸収液６で生成する亜硫酸を空気酸化する際に、酸化に利用されなかった空気は酸化用ガス出口配管１２から大気へ放出される。
本発明の酸素燃焼システムの他の実施例を図５に示す。本実施例は図８に示した従来技術の脱硫装置３の酸化用ガス２７を高濃度な酸素とした場合の排ガス処理システムの構成を示したものである。なお、図５の脱硫装置３は図１に示した脱硫吸収塔としても良い。 図５に示す排ガス処理システムは、酸化用ガス２７に高濃度な酸素を用いた場合、酸素の供給量は空気の供給量に比べて、約１／５に低減できるため、ブロワが不要となるか、もしくはブロワを小容量にできるため、脱硫装置３の設備コストを低減することができる。また、排ガス中に空気が混入しないことから、ボイラ１３出口の排ガスのＣＯ2濃度の低下を防止することができる。
本発明の酸素燃焼システムの他の実施例を図６に示す。本実施例は図１に示した本発明の脱硫装置３の吸収液溜め部１１に設ける酸化用ガス供給部９に酸素製造装置１９から酸素を供給し、酸化用ガス出口配管１２を循環ライン１８に接続した構成となっている。これにより、酸化用ガス出口配管１２から放出される余剰の酸化用酸素を循環ライン１８に供給することにより、ボイラ１３で石炭を酸素燃焼するときの余剰酸化用酸素を再利用することができるため、酸素製造装置１９で生成する酸素の消費量を最小限にできる。
１ ボイラ排ガス ２ 脱硫装置出口排ガス
３ 脱硫装置 ４ スプレノズル
５ 吸収液循環ポンプ ６ 脱硫吸収液
７ 水封管 ８ ミストエリミネータ
９ 酸化用ガス供給部 １０ 攪拌機
１１ 吸収液溜め部 １２ 酸化用ガス出口配管
１３ ボイラ １４ 脱硝装置
１５ 熱交換器 １６ 集塵装置
１７ ＣＯ2回収装置 １８ 循環ライン
１９ 酸素製造装置 ２０ 酸素供給ライン
２１ 酸素供給ライン ２３ 水銀除去装置
２５ 石炭等の燃料 ２６ 脱硫吸収部
２７ 酸化用ガス（空気または酸素の気泡）

Claims (3)

  1. 側壁に設けた排ガス入口から導入された燃焼装置（１３）から排出される被処理排ガス（１）を石灰分を含む脱硫吸収液（６）と気液接触させた後に頂部に設けた排ガス出口から外部に排出させる脱硫吸収部（２６）と、該脱硫吸収部（２６）の下部に設けた前記気液接触後の脱硫吸収液（６）を貯留する脱硫吸収液溜め部（１１）とを備えた湿式排煙脱硫装置であって、
    前記脱硫吸収液溜め部（１１）は、内部が外気と遮断されるように壁面で区画されており、該壁面を貫通して脱硫吸収液（６）中の亜硫酸分を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給部（９）と、脱硫吸収液（６）を攪拌する攪拌機（１０）と、脱硫吸収液（６）の液面よりも高い位置に設けられ、余剰の酸化用ガスを外部へ排出するための酸化用ガス排出部（１２）を有し、
    前記脱硫吸収部（２６）の下端開口部は、前記脱硫吸収液溜め部（１１）の脱硫吸収液（６）の液面よりも低い位置であって、前記酸化用ガス供給部（９）が設けられた壁面から離れた前記脱硫吸収液溜め部（１１）の中央寄りに、該脱硫吸収液溜め部（１１）の水平断面積以下の水平断面積を有する下端開口部（７ｂ）を設けた水封管（７）からなる
    ことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
  2. 酸素製造装置（１９）と、該酸素製造装置（１９）で製造した酸素を用いて燃料を燃焼させる燃焼装置（１３）と、該燃焼装置（１３）から排出される排ガス流路に上流側から下流側に順次、脱硝装置（１４）、前記燃焼装置（１３）で用いる燃焼用ガスを予熱する熱交換器（１５）、集塵装置（１６）、請求項１記載の湿式排煙脱硫装置（３）及びＣＯ2回収装置（１７）を配置し、
    湿式排煙脱硫装置（３）で浄化処理する前の排ガス流路から分岐させて前記燃焼装置（１３）に排ガスを再循環させる循環ライン（１８）を設け、
    前記酸素製造装置（１９）で製造した酸素を前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス供給部（９）に供給する酸素供給ライン（２１）を設け、前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス排出部（１２）を前記循環ライン（１８）に接続した
    ことを特徴とする燃焼システム。
  3. 酸素製造装置（１９）で酸素を製造して、得られた酸素を燃焼装置（１３）で燃料の燃焼に用い、該燃焼装置（１３）から排出される排ガスを脱硝処理、燃焼用空気の予熱処理、集塵処理及び請求項１記載の湿式排煙脱硫装置（３）で脱硫処理した後、ＣＯ2回収処理をし、
    湿式排煙脱硫処理前の排ガスを前記燃焼装置（１３）に再循環させ、
    前記酸素製造装置（１９）で製造した酸素を前記湿式排煙脱硫装置（３）の吸収液溜め部（１１）に酸化用ガスとして供給し、また、前記湿式排煙脱硫装置（３）の酸化用ガス排出部（１２）からの酸化用ガスを前記燃焼装置（１３）に戻す
    ことを特徴とする燃焼方法。
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