JP5754892B2 - 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼排ガス中のＳＯ_３を除去する排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。

重質燃料や石炭燃料といった硫黄分を０．５ｗｔ％以上含む燃料を燃焼させる燃焼炉からは、ＳＯ_２、ＳＯ_３といった硫黄酸化物を含む燃焼排ガスが排出される。
ＳＯ_３は、ＳＯ_２の一部が高温環境下で酸化されて発生する。したがって、ＳＯ_３の存在量はＳＯ_２に対して数％程度である。しかしながら、ＳＯ_３は、エアヒータの詰まりや腐食、煙道の腐食の原因となり、かつ、煙突から冷却され排出されると紫煙（blueish smoke）の原因となることから、排出濃度を数ｐｐｍ以下に抑えることが望ましい。

ＳＯ_３を除去する方法として、アンモニアガスを燃焼排ガス中に吹き込むアンモニア注入法が知られている。また、特許文献１に、安価で簡便にＳＯ_３を除去する方法として、Ｎａ_２ＳＯ_４等の溶解塩を含む脱硫排水を燃焼排ガス中に噴霧する方法が開示されている。特許文献２に、石灰石膏法による湿式脱硫装置からの脱硫排水を燃焼排ガス中に噴霧する方法が開示されている。

特開２００６−３２６５７５号公報（請求項１、請求項９、段落［０００９］、［００２５］） 特開２００８−２４６４０６号公報（請求項１、請求項１４、段落［０００７］、［００４１］、［００４６］）

特許文献１及び特許文献２に開示される排ガス処理装置では、１５０℃〜２００℃程度の高温ガス雰囲気中に溶解塩を含む脱硫排水を噴霧するため、煙道の壁面に乾燥固化した溶解塩が付着し、成長する。また、乾燥固化した溶解塩の一部の巻き上がりにより、噴霧手段に溶解塩が付着して成長する。これらの付着物により、煙道の流路面積が減少し、煙道差圧が上昇することが問題となっている。更には、煙道の閉塞に繋がることが懸念される。

本発明は、長期間に亘り安定運転が可能となる排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼排ガス中に含まれるＳＯ_３を除去する排ガス処理装置であって、湿式脱硫装置の上流側の煙道に溶解塩を含む水溶液を噴霧する噴霧手段と、前記煙道の壁面の周方向に沿って、前記煙道の壁面に対して壁面洗浄水を供給し、前記煙道の前記溶解塩が付着する領域の全面に前記壁面洗浄水の液膜を形成するための壁面洗浄配管とを備える排ガス処理装置を提供する。

また本発明は、燃焼排ガス中に含まれるＳＯ_３を除去する排ガス処理方法であって、湿式脱硫装置の上流側の煙道に、溶解塩を含む水溶液を噴霧するとともに、前記煙道の壁面に対して壁面洗浄水が供給され、前記煙道の前記溶解塩が付着する領域の全面に、前記壁面洗浄水の液膜が形成される排ガス処理方法を提供する。

本発明では、煙道壁面の周方向に沿って壁面洗浄配管を設け、壁面洗浄配管から煙道壁面に向かって壁面洗浄水を供給する構成とする。このとき、壁面洗浄配管は、乾燥した溶解塩が付着する領域の全面に壁面洗浄水の液膜が形成されるように、壁面洗浄水を供給する。こうすることで、壁面洗浄水をより安定的に供給して溶解塩を洗い流し、煙道壁面に溶解塩が堆積するのが防止される。このため、煙道の流通面積の減少を防止することができる。また壁面に常時洗浄水を流すために、煙道壁面に腐食が発生することが抑制されるとともに、煙道壁面に熱応力が繰り返し発生することが抑制され、煙道の損傷を防止することができる。その結果、本発明の排ガス処理装置は、長期に亘り安定した運転が可能となる。

上記発明において、前記壁面洗浄水が、前記湿式脱硫装置の脱硫排水とされることが好ましい。あるいは、前記湿式脱硫装置の後段に湿式電気集塵装置が設けられ、前記壁面洗浄水が、前記湿式電気集塵装置の排水とされることが好ましい。

このように、排ガス処理装置内で生成する排水を壁面洗浄水に再利用することによって、運転コストを低減することができる。

上記発明において、前記噴霧手段が溶解塩噴霧配管を備えている。前記噴霧手段の上部には、前記溶解塩噴霧配管に沿って噴霧手段洗浄配管が設けられている。噴霧手段洗浄配管は、直下の前記噴霧手段を洗浄する噴霧手段洗浄水を供給する排出孔を備えている。前記噴霧手段洗浄水は前記溶解塩噴霧配管の外壁を伝って流れる。

噴霧手段から溶解塩を含む水溶液が噴霧されると、乾燥固化した溶解塩の一部の巻き上がりにより、噴霧手段に溶解塩が付着する。このため、噴霧手段の間の煙道において、溶解塩の堆積により燃焼排ガスの流通面積の減少や閉塞といった問題が発生しやすい。本発明のように、噴霧手段の上部に噴霧手段洗浄配管を設けて、洗浄水を供給して噴霧手段を洗浄することによって、溶解塩の付着を防止することができる。

上記発明において、前記噴霧手段洗浄水が、前記湿式脱硫装置の脱硫排水とされることが好ましい。あるいは、前記湿式脱硫装置の後段に湿式電気集塵装置が設けられ、前記噴霧手段洗浄水が、前記湿式電気集塵装置の排水とされることが好ましい。

このように、排ガス処理装置内で生成する排水を噴霧手段の洗浄水に再利用することによって、運転コストを低減することができる。

上記発明において、前記壁面洗浄配管の下方の前記壁面の周方向に沿って設けられ、前記壁面洗浄水を回収する回収部と、該回収部で回収された前記壁面洗浄水を、前記壁面洗浄配管に循環させる循環部とを備えることが好ましい。
前記壁面洗浄水を回収し、前記壁面洗浄水として再循環させることが好ましい。

壁面洗浄水を回収し循環させることにより、壁面洗浄水が脱硫装置に流入することを防止することができる。このため、湿式脱硫装置の循環液の塩濃度低下を防止して、ＳＯ_２，ＳＯ_３の除去能力低下を防止することができる。

前記回収された壁面洗浄水に、アルカリを供給するアルカリ供給部を備えることが好ましい。
煙道を通過する燃焼排ガス中のＳＯ_２やＳＯ_３が壁面洗浄水に吸収されると、壁面洗浄水のｐＨが低下する。このように、循環される壁面洗浄水にアルカリを供給するアルカリ供給部を備えることにより、煙道の損傷を防止することができる。

ＳＯ_３を含む燃焼排ガスが流通する煙道壁面において、溶解塩が噴霧されて付着する領域の全面に液膜を形成するように壁面洗浄水が供給されるため、煙道壁面に乾燥固化した溶解塩の付着物が形成されない。また、噴霧手段が洗浄されるため、噴霧手段にも溶解塩が付着・固化することが防止される。このため、排ガス処理中に流路面積が減少することが防止される。さらに、壁面を常時洗浄水が流れるので、煙道の腐食や煙道壁面に熱応力が繰り返し加わることが防止され、煙道の損傷が防止される。この結果、排ガス処理装置を長期間に亘り安定運転させることが可能となる。

第１実施形態に係る排ガス処理装置の概略図である。 （ａ）乾式電気集塵装置と湿式脱硫装置との間の煙道の断面を拡大した概略図である。（ｂ）噴霧手段の概略図である。 噴霧手段の別の実施形態の概略図である。 第２実施形態に係る排ガス処理装置の概略図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る排ガス処理装置の概略図である。排ガス処理装置１００はボイラ（燃焼炉）１１０の下流側の煙道に設けられる。排ガス処理装置１００は、脱硝装置１１１と、エアヒータ１１２と、乾式電気集塵装置１１３と、湿式脱硫装置１１４と、湿式電気集塵装置１１６と、煙突１１５とを備える。
ボイラ１１０は、例えば、硫黄分を比較的多く含有する重油や石炭を燃焼させるボイラとされる。
脱硝装置１１１は、ボイラ１１０から流入する燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。
エアヒータ１１２は、燃焼排ガスと押し込みファン（不図示）によって要求される燃焼用空気とを熱交換させるものである。これにより、燃焼用空気は燃焼排ガスの顕熱によって加熱され、ボイラ１１０へと供給される。
乾式電気集塵装置１１３は、燃焼排ガス中の煤塵を静電気力によって捕集するものである。

本実施形態において、湿式脱硫装置１１４は、苛性ソーダ法、水マグ法、石膏石灰法のいずれかを採用したものであっても良い。湿式脱硫装置１１４は、ＳＯ_２の吸収剤を含む溶液を噴霧する吸収剤噴霧スプレー１２０と、吸収剤噴霧スプレー１２０の下方に配置された充填層１２１と、充填層１２１の下方に設けられた貯留部１２２とを備える。
充填層１２１は、例えば樹脂製の充填材が設けられた構成とされる。
貯留部１２２には、吸収剤の水溶液が収納される。吸収剤供給手段１２３からＳＯ_２の吸収剤が貯留部１２２に供給される。吸収剤は、苛性ソーダ法の場合ＮａＯＨ、水マグ法の場合Ｍｇ（ＯＨ）_２、石膏石灰法の場合ＣａＯ（石灰）とされる。また、貯留部１２２には、空気供給手段（不図示）から空気が供給される。

吸収剤噴霧スプレー１２０と貯留部１２２との間には、吸収剤供給ポンプ１２４が設けられている。吸収剤供給ポンプ１２４により、貯留部１２２内の吸収剤を含む水溶液が吸収剤噴霧スプレー１２０に汲み上げられる。汲み上げられた吸収剤を含む水溶液は、吸収剤噴霧スプレー１２０から湿式脱硫装置１１４内に噴霧される。これにより、吸収剤とＳＯ_２とが反応し、亜硫酸塩及び硫酸塩が生成する。
例えば苛性ソーダ法の場合、ＮａＯＨとＳＯ_２とが反応してＮａ_２ＳＯ_３となり、酸素との反応によりＮａ_２ＳＯ_４が生成する。従って、貯留部１２２内に貯蔵される水溶液には、Ｎａ_２ＳＯ_３及びＮａ_２ＳＯ_４が含まれる。
石灰石膏法の場合、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ（石膏）が生成する。反応生成物を含む溶液は貯留部１２２に貯留される。従って、反応生成物は湿式脱硫装置１１４内で循環する。なお、貯留部１２２には、例えばＣａＳＯ_３も溶解しているが、空気供給手段により供給される空気により積極的に酸化される。ＣａＳＯ_４は水に対して難溶性であるため、大部分のＣａＳＯ_４は貯留部１２２内で固体として存在し、ごく一部は貯留部１２２内の水溶液中に溶解する。一方、石灰中に含まれるＭｇＯからは、ＭｇＳＯ_４が生成する。従って、貯留部１２２内に貯蔵される水溶液には、ＣａＳＯ_４とＭｇＳＯ_４とが含まれる。

湿式脱硫装置１１４の下流側の煙道に、湿式電気集塵装置１１６が設けられても良い。湿式電気集塵装置１１６は、捕集部に常時洗浄水を噴霧し、捕集しきれなかった煤塵やＳＯ_３を静電気力によって除去する。湿式電気集塵装置１１６には、中和のためにＮａＯＨ水溶液やＭｇ（ＯＨ）_２水溶液といったアルカリ溶液が供給される。このアルカリ溶液は、中和後に排液としてＮａ_２ＳＯ_４やＭｇＳＯ_４といった溶解塩を含む水溶液となる。

乾式電気集塵装置１１３と湿式脱硫装置１１４との間の煙道１３０に、噴霧手段１４０が設けられる。図２（ａ）は、煙道１３０の断面を拡大した概略図である。噴霧手段１４０は、溶解塩噴霧配管１４１にノズル１４２が取り付けられた構成とされる。溶解塩噴霧配管１４１は、図２（ａ）の紙面奥行方向に延在する。図２（ｂ）に示されるように、溶解塩噴霧配管１４１には、図２（ａ）の紙面奥行き方向に複数のノズルが取り付けられる。ノズル１４２は、好適には加圧空気により液体を微粒化する二流体ノズルとされる。燃焼排ガスは、溶解塩噴霧配管１４１同士の間を流通する。

吸収剤供給ポンプ１２４は、貯留部１２２内の溶液を噴霧手段１４０に供給する。あるいは、貯留部１２２に吸収剤供給ポンプ１２４とは別の抜出ポンプが設けられ、抜出ポンプが貯留部１２２内の反応生成物を含む溶液（脱硫排水）を噴霧手段１４０に供給しても良い。なお、石膏石灰法による湿式脱硫装置を適用する場合は、貯留部１２２から噴霧手段１４０に脱硫排水を供給する流路に、Ｎａ_２ＳＯ_４，ＭｇＳＯ_４などの粉体を脱硫排水に供給する溶解塩濃度調整手段が設けられても良い。

噴霧手段１４０に供給される溶液には、湿式脱硫装置での反応生成物及び吸収剤（ＮａＯＨなど）に由来する溶解塩が含まれる。噴霧手段１４０は、溶液を直径１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、より好ましくは２５〜３５μｍの液滴として煙道１３０中に噴霧する。煙道１３０中には高温の燃焼排ガスが流通する。これにより、噴霧された液滴から水分が蒸発し、微細化され乾燥した溶解塩粒子が生成する。溶解塩粒子に燃焼排ガス中に含まれるＳＯ_３が吸着・固定化されて、燃焼排ガス中からＳＯ_３が除去される。また、乾燥した溶解塩粒子に含まれる硫酸塩の一部とＳＯ_３とが反応する。例えば、Ｎａ_２ＳＯ_４の一部とＳＯ_３により式（１）の反応が進行する。
Ｎａ_２ＳＯ_４＋ＳＯ_３＋２Ｈ_２Ｏ→２ＮａＨＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ ・・・（１）

溶液が噴霧される環境は、噴霧された液滴が飛散している間に水分が蒸発する必要があるので、水の蒸発温度以上とされる。また、ＳＯ_３と反応させるために、ＳＯ_３の露点温度以上とされる。具体的に、１３０℃以上、好ましくは１４０℃以上とされる。

図３に、噴霧手段の別の形態を示す。図３（ａ）は、噴霧手段１４０の断面図であり、溶解塩噴霧配管１４１の上部に噴霧手段洗浄部１５０が設置される。噴霧手段洗浄部１５０は、噴霧手段洗浄配管１５１と排出孔１５２とで構成される。排出孔１５２から噴霧手段１４０の溶解塩噴霧配管１４１に向かって、洗浄水が排出される。図３（ｂ）に示されるように、噴霧手段洗浄配管１５１は溶解塩噴霧配管１４１に対して平行に配置され、噴霧手段洗浄配管１５１の延在方向に複数の排出孔１５２が設けられる。

排出孔１５２から洗浄水が排出される。排出された洗浄水は、溶解塩噴霧配管１４１の外壁を伝って流れる。これにより、噴霧手段洗浄配管１５１の外壁に乾燥した溶解塩が付着することが防止される。この結果、溶解塩噴霧配管１４１同士の間に溶解塩が付着・堆積して燃焼排ガスの流路面積が減少することを防止することができる。排出孔１５２からの洗浄水の排出は、間欠的に行っても良いし、連続的に行っても良い。
噴霧手段洗浄配管１５１に供給される洗浄水は、工業用水、湿式脱硫装置１１４の脱硫排水及び湿式電気集塵装置１１６の中和排水のいずれか、あるいはこれらのうち２種以上が混合された水とされる。洗浄水を脱硫排水及び中和排水を使用することにより、排ガス処理装置の運転コストを低減することができる。

本実施形態では、湿式脱硫装置１１４と乾式電気集塵装置１１３との間の煙道１３０の周方向に沿って、壁面洗浄配管１６０が設けられる。壁面洗浄配管１６０には、図２（ａ）に示されるように、煙道の周方向に複数の孔１６１が設けられる。

壁面洗浄配管１６０の孔１６１から、壁面洗浄水が煙道１３０の壁面１３１に向かって連続的に供給される。これにより、周囲の排ガス温度を低下させず、壁面１３１に壁面洗浄水の液膜が形成される。壁面洗浄水を供給しない場合に煙道の溶解塩粒子が付着する領域の全面に渡って液膜が形成されるように、壁面洗浄配管１６０の設置位置及び設置数が設定される。例えば、図１及び図２では噴霧手段１４０の下流側の壁面１３１にそれぞれ２本または１本の壁面洗浄配管１６０が設置されている。また、壁面洗浄配管１６０に設けられる孔１６１の数、間隔及び壁面に対する角度や、孔１６１の大きさは、溶解塩粒子が付着する領域の全面に渡って液膜が形成されるように、適宜設定される。

煙道１３０は、ダクト用板の煙道外側に、Ｃ型鋼やＬ字型鋼の外部補強材が溶接されて構成されている。煙道を間欠的に洗浄すると、壁面１３１は温度高−低を繰り返し、外部補強材の溶接部に熱応力が繰り返し印加される。これにより、壁面１３１と外部補強材との溶接部に割れが発生する。本実施形態のように常時洗浄水の液膜を形成することにより、熱応力による煙道の損傷発生を防止することができる。

壁面洗浄水は、工業用水、湿式脱硫装置１１４の脱硫排水及び湿式電気集塵装置１１６の中和排水のいずれか、あるいはこれらのうち２種以上が混合された水とされる。こうすることで、排ガス処理装置の運転コストを低減することができる。
壁面洗浄水は、煙道１３０の壁面を伝い、湿式脱硫装置１１４に流入する。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る排ガス処理装置の概略図である。排ガス処理装置２００は壁面洗浄水を回収・循環させる回収部及び循環部が設置されており、その他の構成は第１実施形態と同様とされる。本実施形態において、湿式脱硫装置２１４は石膏石灰法を採用したものとされる。
具体的に、湿式脱硫装置２１４と乾式電気集塵装置２１３との間の煙道２３０に、第１実施形態と同様に噴霧手段２４０及び壁面洗浄配管２６０が設置される。壁面洗浄配管２６０の下方に、回収部２８０が、壁面洗浄配管２６０と同様に煙道２３０の周方向に沿って設置される。回収部２８０は例えば樋状の流通路とされる。
回収部２８０は循環部２９０に接続される。循環部２９０は煙道２３０の外側に設置され、壁面洗浄水タンク２９１及び壁面洗浄水供給ポンプ２９２を備える。

壁面洗浄配管２６０から、壁面洗浄水が煙道２３０の壁面に向かって連続的に供給され、壁面洗浄水が煙道２３０の壁面に液膜を形成しながら流れ落ちる。流れ落ちた壁面洗浄水は、回収部２８０で回収される。回収された壁面洗浄水は、壁面洗浄水タンク２９１に搬送され、貯留される。
壁面洗浄水タンク２９１内の壁面洗浄水は、壁面洗浄水供給ポンプ２９２により汲み上げられ、壁面洗浄配管２６０に循環される。

図４において、壁面洗浄水タンク２９１に、洗浄水補給部２９３及びｐＨ調整剤供給部２９４が接続される。また、壁面洗浄水タンク２９１には攪拌装置２９５が設けられる。
蒸発などにより回収される壁面洗浄水が減少して壁面洗浄水タンクの貯留量が低下した場合、洗浄水補給部２９３は壁面洗浄水を壁面洗浄水タンクに補給する。補給される壁面洗浄水は、工業用水、湿式電気集塵装置２１６からの中和排水、あるいは、これらの混合溶液とされる。
壁面洗浄水がＳＯ_２やＳＯ_３を吸収して回収される壁面洗浄水のｐＨが低下した場合、ｐＨ調整剤供給部２９４はｐＨ調整剤を壁面洗浄水タンク２９１に供給する。壁面洗浄水のｐＨは、中性程度に調整される。ｐＨ調整剤は、ＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＣａＯなどの水溶液とされる。

本実施形態では、図４に示されるように、回収部２８０の下部に回収部洗浄手段２８１を設置しても良い。回収部洗浄手段２８１は、例えばスプレーとされる。
壁面洗浄水供給ポンプ２９２で汲み上げられた壁面洗浄水の一部は、回収部洗浄手段２８１に供給される。回収部洗浄手段２８１は、回収部２８０の外壁に洗浄水を間欠的に噴射する。これにより、回収部２８０の外壁に溶解塩が付着して腐食するのを防止することができる。噴射された洗浄水は、湿式脱硫装置２１４に流入する。

１００，２００ 排ガス処理装置
１１３，２１３ 乾式電気集塵装置
１１４，２１４ 湿式脱硫装置
１１６，２１６ 湿式電気集塵装置
１３０，２３０ 煙道
１４０，２４０ 噴霧手段
１５０ 噴霧手段洗浄部
１６０，２６０ 壁面洗浄配管
２８０ 回収部
２９０ 循環部

Claims (9)

1. 燃焼排ガス中に含まれるＳＯ_３を除去する排ガス処理装置であって、
   溶解塩噴霧配管を備え、湿式脱硫装置の上流側の煙道に溶解塩を含む水溶液を噴霧する噴霧手段と、
   前記煙道の壁面の周方向に沿って、前記煙道の壁面に対して壁面洗浄水を供給し、前記煙道の前記溶解塩が付着する領域の全面に前記壁面洗浄水の液膜を形成するための壁面洗浄配管と、
   前記噴霧手段の上部に、前記溶解塩噴霧配管に沿って設けられ、直下の前記噴霧手段を洗浄する噴霧手段洗浄水を供給する排出孔を有する噴霧手段洗浄配管と、
   を備え、前記噴霧手段洗浄水が前記溶解塩噴霧配管の外壁を伝って流れる排ガス処理装置。
2. 前記壁面洗浄水が、前記湿式脱硫装置の脱硫排水とされる請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記湿式脱硫装置の後段に湿式電気集塵装置が設けられ、前記壁面洗浄水が、前記湿式電気集塵装置の排水とされる請求項１に記載の排ガス処理装置。
4. 前記噴霧手段洗浄水が、前記湿式脱硫装置の脱硫排水とされる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
5. 前記湿式脱硫装置の後段に湿式電気集塵装置が設けられ、前記噴霧手段洗浄水が、前記湿式電気集塵装置の排水とされる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
6. 前記壁面洗浄配管の下方の前記壁面の周方向に沿って設けられ、前記壁面洗浄水を回収する回収部と、
   該回収部で回収された前記壁面洗浄水を、前記壁面洗浄配管に循環させる循環部とを備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
7. 前記回収された壁面洗浄水に、アルカリを供給するアルカリ供給部を備える請求項６に記載の排ガス処理装置。
8. 燃焼排ガス中に含まれるＳＯ_３を除去する排ガス処理方法であって、
   湿式脱硫装置の上流側の煙道に、溶解塩を含む水溶液を噴霧するとともに、
   前記煙道の壁面に対して壁面洗浄水が供給され、前記煙道の前記溶解塩が付着する領域の全面に、前記壁面洗浄水の液膜が形成され、
   溶解塩噴霧配管を備えた噴霧手段の上部に前記溶解塩噴霧配管に沿って設けられた噴霧手段洗浄配管の排出孔により、噴霧手段洗浄水が供給されて、前記噴霧手段洗浄水が前記溶解塩噴霧配管の外壁を伝って流れ直下の前記噴霧手段が洗浄される排ガス処理方法。
9. 前記壁面洗浄水を回収し、前記壁面洗浄水として再循環させる請求項８に記載の排ガス処理方法。

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