JPH0148050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えば石炭焚きボイラ排ガスのよう
なダスト及びSO₂とSO₃（以下両者をSOxと称す
る。）を含む排ガスの処理方法に関するものであ
る。 高温排ガス例えば石炭燃焼ボイラ排ガスのよう
なダスト、窒素酸化物（NOx）、硫黄酸化物
（SOx）のように、大気汚染物質を含む排ガスは、
一般に次のとおり、総合的に処理される。 ボイラより排出された排ガスにまずアンモニア
（NH₃）が注入され、触媒を充填した脱硝反応器
で、窒素酸化物は水と窒素に還元無害化される。 次にエアーヒータでその熱を経済的に回収可能
な温度、一般的には、130〜180℃まで熱回収した
のち、電気集塵器又はサイクロン集塵器でダスト
を除去した後、湿式脱硫処理される。 湿式石炭・石膏法等の湿式脱硫方法では、処理
後のガスが45〜70℃の水分飽和ガスとなり、その
まま煙突から排出すると大気と混合して白煙とな
り、且つ低温のために拡散しにくい問題が生じる
ので、低温排ガスを再加熱する方法が実用化され
ている。 再加熱方法としては、温水、油、スチーム等の
熱媒による間接加熱方法と、ユングストローム型
の熱交換器のような蓄熱体により直接加熱する方
法とがあるが、省エネルギーの観点から後者が最
近実用化されるようになり、中でもガス・ガス・
ヒーテイング方式と呼称されている方法が最も望
ましいといわれている。〔瀬尾他、「火力原子力発
電」Vol.30、No.２、P29〜35（1979）、及び「三菱
重工技報」Vol.17、No.２、P217〜222（1980）〕 このガス・ガス・ヒーテイング方式は、湿式脱
硫装置入口の高温ガス（130〜180℃）と出口の低
温ガス（45〜70℃）とを蓄熱体を循環（回転）す
ることによつて熱交換し湿式で処理する直前の排
ガス温度を下げ、増湿冷却回り用水供給量を減少
させて湿式排ガス処理に伴なう温度降下量を小さ
く、あわせて湿式脱硫装置を出たガスを昇温させ
るいわゆる省エネルギー、省資減型の方法であ
る。 しかしながらこの方法は、脱硫装置入口の高温
ガスを熱源としているため、熱交換量が高温ガス
の温度に左右される。すなわち、入口ガス温度が
低い場合には、湿式排脱処理後の排ガスの昇温が
不充分となり、煙突から排出された排ガスが所定
の温度に達せず、従つて白煙が消失しないことと
なる。これを防止するためガス・ガス・ヒーテイ
ング方式に加えて、スチーム加熱器を設置し湿式
処理後の排ガスを所定温度まで昇温させる方法が
提案されているが、省エネルギーの観点からは好
ましくない。 また、湿式脱硫装置入口の排ガス温度すなわち
前段のエアー・ヒータの出口温度を上げることが
考えられるが、これは次の点で問題を生じる。 即ち、一般に火炉から排出されるガスは、燃料
中に含まれるイオウ分の一部が燃焼の際酸化され
て生成した三酸化イオウガス（SO₃）を含む。さ
らに最近のように、脱硝装置が設置される場合に
は、脱硝反応に付随して二酸化イオウ（SO₂）の
0.5〜４％が酸化されてSO₃を生成し火炉で生成
したSO₃に上乗せされる。従つて、エアー・ヒー
タ入口に到達するSO₃は、燃料中のイオウ分によ
り５〜50ppmに達することとなる。到達したSO₃
は、エアー・ヒータを通過時排ガス温度が下がり
露点以下となるため、一部は下記凝縮反応により
硫酸ミスト（H₂SO₄）に転化 SO₃＋H₂OH₂SO₄ し、さらに同伴されるダストに付着し、後段の集
塵器で捕集される。平衡条件より、エアー・ヒー
タ出口の温度の高い場合には、上記凝縮反応によ
るH₂SO₄凝縮量が少ないためエアーヒータ出口
ガス中に残存するSO₃ガス量が多くなる。エア
ー・ヒータ出口SO₃ガスは、排ガス中の温度の降
下がないため、ほとんどが前記脱硫装置入口に到
達する。SO₃ガスはガス・ガス・ヒータでの温度
降下によりH₂SO₄ミストとなるが、生成した
H₂SO₄ミストは微粒子であるため一部が脱硝装
置を通過し煙突より排出されることとなり、アシ
ツドスマツトや白煙等の原因となることが懸念さ
れる。又、ガス・ガス・ヒータ及び脱硫装置の材
料がH₂SO₄により腐食される恐れが高い。 従来こうした問題を防止する方法として、石油
焚きエアーヒータ出口排ガス中にNH₃を注入し
て、酸性硫酸アンモニウム（NH₄HSO₄）又は硫
酸アンモニウム（（NH₄）₂SO₄）などのSO₃と
NH₃の反応物（以下NH₃−SO₃反応物とする）
とし、これを後段の集塵器で捕集する方法が実用
化されている。「三菱重工技報」Vol.10、No.５、
P211〜P218（1973） しかし、この方法を石炭焚きボイラーのように
ダストを多量に含む排ガス中のSO₃除去対策とし
て適用すると次の点で不都合である。 すなわち、集塵器で、NH₃−SO₃反応物とダス
トの両者が捕集されることにより、大量のNH₃
−SO₃反応物混入ダストの処理が問題になる。従
来、石炭焚きボイラーのダストは、フライアツシ
ユセメント用として有効利用あるいは埋立て投棄
されているが、前者の場合は混水時のNH₃臭の
発生、強度の低下、後者は、NH₃臭及び地下水
等への漏えい等が問題とされている。従来、実用
化されている重油焚きの場合には、ダスト量が石
炭焚きの場合に比較して極端に少なく、NH₃−
SO₃反応物が混入したダスト処理量が少ないた
め、処理は比較的容易であるが、前述のとおりダ
スト量が多い場合には、大量のダストを処理する
ことになり問題になる。 以上のようにダスト及びSOxを含む排ガスの処
理にあつては合理的な処理方法がまだ確立される
に至つていなかつた。 本発明は、このような問題点を解消すべく鋭意
検討した結果見い出した方法であり、排ガスを第
１の集塵装置を通してダストを除去した後、排ガ
ス中にアルカリ性の懸濁液又は水溶液を噴霧して
排ガス中のSO₃を固定し、乾燥固形物を第２集塵
装置で捕集し、更に排ガスを熱交換してから湿式
排煙脱硫装置に導いてSO₂を吸収することを特徴
とする排ガス中のダスト及びSOxの除去方法であ
る。 本発明方法の採用によつて、従来法よりもエア
ーヒーター出口の排ガス温度を高くしてガス・ガ
スヒーターでの熱交換効率の向上を計つても、
H₂SO₄ミストによるアシツドスマツトや白煙の
問題がなくなり、更にガス・ガス・ヒーター及び
脱硫装置の材料腐食も回避できると共に、湿式排
脱処理後の排ガスの昇温が充分となり、煙突から
の排ガス拡散も良好となる効果が得られる。 本発明方法の最も特徴的とする点は、排ガスを
第１の集塵装置を通してダストを除去した後、排
ガス中にアルカリ性の懸濁液又は水溶液を噴霧す
る点にある。 今までにスプレードライヤー方式で排煙脱硫す
る方法が知られている。例えば、特公昭57−
23522号に示されているように、苛性ソーダ水溶
液をスプレードライしてSO₂を吸収する方法など
が公知である。 そこで、本発明者らは、この苛性ソーダ水溶液
のスプレードライでSOxを処理する研究に於い
て、スプレードライ後の排ガス温度が130℃以上
の範囲にあればSO₃だけが選択的に固定され、
SO₂は全く固定されないことを確認した。即ち、
スプレードライ後の排ガスを第２の集塵装置に通
すと、第２の集塵装置で捕集される固形物には
COD原因となる亜硫酸塩は含まれず、固形物処
理に都合の良い結果が得られる利点がある。 更に、SO₃除去の為にスプレーする液量は僅か
でも効果があるため、スプレードライによる温度
降下は10℃以内の範囲でSO₃の固定効果が得られ
る。従つて、排ガス後流側にあるガス・ガス・ヒ
ーターでの熱交換による湿式脱硫後の排ガス再加
熱時の熱効果も充分なものが得られる利点があ
る。 このような利点を有する本発明方法を石炭燃焼
ボイラ排ガスの脱硝、除塵、脱硫、熱回収の各シ
ステムを合理的に組み合せた排煙総合処理システ
ムで採用すれば、エアーヒーター出口の排ガス温
度を下げることなく、即ちガス・ガス・ヒーター
の後段にスチームガスヒータ等を追加設置するこ
となく、煙突入口の排ガス温度を所定温度にまで
昇温することができる。そして、第１の集塵装置
で捕集したダストはフライアツシユセメントなど
に再利用し、SO₂は湿式石灰石膏法排煙脱硫装置
で吸収して石膏として回収すると共に、SO₃はス
プレードライヤーで選択的に固定されて第２の集
塵装置で捕集する。この第２の集塵装置で捕集さ
れたCOD原因となる亜硫酸塩を含まない固形物
は容易に処理し得るものである。もちろん、ガ
ス・ガス・ヒーター及び脱硫装置でのH₂SO₄ミ
ストによるトラブルも解消できる。 以下、本発明方法の一実施態様例を図に基づい
て説明する。 第１図において、石炭焚きボイラ１から排出さ
れる排ガスは、脱硫装置２でNOxが除去された
後、エアーヒータ３に供給される。脱硫装置２で
はSO₂の一部が酸化されてSO₃に転化するため、
エアーヒータ３入口に到達するSO₃量は比較的大
となる。例えば、SO₂濃度1000ppm、ボイラ１及
び脱硫装置２での酸化率をそれぞれ１％及び２％
と仮定すれば、エアーヒータ３入口のSO₃濃度は
30ppmとなる。 エアーヒータ３出口の排ガス温度は一般に130
〜180℃であるが、硫酸露点とSO₃濃度の関係を
示す第２図から明らかなように、ガス温度が高い
場合にはSO₃濃度が大であつても露点温度に達せ
ず、従つてエアーヒータ３出口には大部分SO₃ガ
スが残存することになる。 次に、エアーヒータ３出口の排ガスは、まず第
１の集塵装置４に供給され、ここでダストの大部
分が除去される。このダスト中には、脱硫装置２
から僅かに排出されるNH₃が付着しているもの
の、その量は極く僅かであるため、従来どおりラ
インａより系外にとりだしセメントへの有効利
用、投棄等ができるものである。次に、大部分の
ダストを除去された排ガスへ、ラインｂより
NaOH水溶液をスプレーし、ガス中のSO₃を固定
化せしめた後、排ガスは第２の集塵装置５へ供給
される。NaOHの注入量は通常SO₃量の１倍（モ
ル比）以上が注入されている。注入された
NaOHはSO₃と反応し、Na₂SO₄を生成する。ま
た、スプレードライによる排ガス温度降下は10℃
以内である。 第２の集塵装置５ではNa₂SO₄を捕集し、これ
はラインｃにより排出される。 ダスト、SO₃を除去された排ガスは、さらにガ
ス・ガス・ヒータ６（未処理側）に供給され、排
ガス温度を70〜90℃まで降下させたのち、脱硫装
置７へ供給される。ガス・ガス・ヒータ６（未処
理側）に供給されるガス中には、SO₃が含まれて
いないため、ガス・ガス・ヒータ６内での排ガス
温度降下によるH₂SO₄ミストが生成せず、従つ
て煙突８から白煙が排出されることもなく、又ガ
ス・ガス・ヒータ６及び脱硫装置７の材料の硫酸
腐食も回避できることとなる。さらに、脱硫装置
７でSO₂を除去された排ガスは、再びガス・ガ
ス・ヒータ６（処理側）で昇温されて煙突８より
排出されるが、本発明方法によればガス・ガス・
ヒータ６（未処理側）に供給される排ガス温度
は、前述のとおり最高180℃程度まで温度を上げ
て設定することが可能であるので、ガス・ガス・
ヒータ６（処理側）に脱硫装置７より供給される
排ガスの昇温が充分にできるため、特にスチーム
ガスヒータ等の追加設置を必要としない。 以上のとおり本発明方法を適用することによ
り、排ガス中のSO₃を比較的高温のままで除去で
きるため、ガス・ガス・ヒータ及び脱硫装置での
H₂SO₄ミストに起因する材料腐食を回避しつつ、
煙突入口温度を所定温度迄昇温できることとな
る。 実施例 第１図に示したフロー・シートで構成される排
煙処理試験装置に石炭焚きボイラ排ガス4000m³
Ｎ／Ｈを供給し、各装置前後のガス性状を測定し
たところ、第１表の結果を得た。

【表】 なお、第２電気集塵器５入口ダクトには
0.74mol／のNaOH水溶液をスプレーノズルか
ら21／ｈで注入したが、このNaOH水溶液は
湿式石灰石膏法排煙脱硫装置７からの排水に
NaOHを溶解させて調整したものを使用した。
これによつて排水処理も不要になるという効果が
得られた。またガス・ガス・ヒータ６（未処理
側）出口煙道に設置したSS−41テストピースの
重量減量から推算した腐食量は0.01mm／年以下で
あり、目視結果からも腐食の傾向はほとんど認め
られなかつた。 比較例 第２集塵器５入口にNaOH水溶液を注入する
のを停止し、他は実施例と同一条件とした場合に
ついて各装置前後のガス性状を測定し第２表の結
果を得た。

【表】

【表】 またガス・ガス・ヒータ６（未処理側）出口煙
道に設置したSS−41テストピースの重量減から
推算した腐食量は1.6mm／年となり、目視による
観察からも腐食が認められた。 以上の実施例及び比較例から第２集塵装置５入
口へのNaOH水溶液の注入効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様例を示す図であり、
第２図はH₂SO₄の露点とSO₃濃度を示す平衡図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダスト及びSOxを含む燃焼排ガスを浄化する
   排ガス処理方法に於いて、排ガスを第１の集塵装
   置を通してダストを除去した後、排ガス中にアル
   カリ性の懸濁液又は水溶液を噴霧して排ガス中の
   SO₃を固定し、乾燥固形物を第２の集塵装置で捕
   集した後、排ガスを湿式排煙脱硫装置に導いて
   SO₂を吸収することを特徴とする排ガス中のダス
   ト及びSOxの除去方法。 ２ 排ガス中に噴霧するアルカリ性の懸濁液又は
   水溶液に湿式排煙脱硫装置から出る排水を利用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲１に記載の方
   法。