JPH0359303A - 炉内同時脱硫脱硝方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種のボイラ、各種加熱炉さらには、ごみ焼
成炉などから排出される燃焼排ガス中の硫黄酸化物（Ｓ
Ｏｘ）と窒素酸化物（Ｎ。

Ｘ）を同時に乾式法によって除去する炉内同時脱硫脱硝
方法に関する。

［従来技術およびその問題点］ 現在採用されている一般的な脱硫・脱硝の方法は、脱硝
については還元剤としてアンモニアを使用し触媒の存在
下にＮＯｘの選択接触還元を行なう方式が主流であり、
また脱硫については湿式石灰石こう法のような湿式法が
採用されている。

しかしこれらの方式ではイニシャルコストおよびランニ
ングコストが高くつくため、より安価に実施できる方式
が望まれている。

本発明は、このような要望にこたえるべく達成せられた
もので、低コストで実施でき、しかも優れた脱硫脱硝性
能を発揮することができるる炉内同時脱硫脱硝方法を提
供することを目的とする。

［問題点の解決手段］ 本発明は、上記目的達成のために、火炉内の１２００℃
以下９００℃以上の温度領域に粉状またはスラリー状の
Ｃａ系脱硫剤を投入して、炉内直接脱硫反応を行なわせ
、排ガスから廃脱硫剤を含むフライアッシュを捕集し、
この捕集アッシュに酸を添加することによって、廃脱硫
剤中のＣａＯまたはＣａＣ０，の少なくとも一部の中和
反応を経て、廃脱硫剤を活性化させ、得られた活性化廃
脱硫剤含有フライアッシュにアンモニアまたは尿素ない
しその化合物を添加し、こうして処理したフライアッシ
ュを火炉または煙道内の１０００℃以下５００℃以上の
温度領域へ再投入して、脱硫脱硝反応を行なわせること
を特徴とする。

本発明の方法において酸としては、塩酸、硝酸などの液
状無機酸；塩化水素、塩素、臭素、フッ素、ヨウ素など
の無機物質から生じる酸性ガス；酢酸、蓚酸などの液状
有機酸；ギ酸などのガス状有機酸が単独または組合せで
適宜選択される。

捕集された廃脱硫剤含有フライアッシュは、好ましくは
、これを風力分級装置などで処理してフライアッシュ分
をできるだけ分離除去した後、酸処理される。

つぎに、本発明の炉内同時脱硫脱硝方法を完成するに至
った経緯について説明する。

炉内直接脱硫法は、湿式石灰石こう法などの湿式法に比
べて極めて簡単な方式であり、一般には炭酸カルシウム
または消石灰のようなＣａ系の吸収剤の微粉物を火炉内
に直接投入することにより、脱硫が可能である。しかし
その脱硫効率は低く、性能面で湿式法に比べて各段に劣
っているため、実用段階には至っていない。

この脱硫効率を向上させる手段としては、ｌ）脱硫剤を
炉内の最適温度領域に投入する、ｌｌ〉脱硫剤と排ガス
との接触をよくするために、脱硫剤粉体を炉内で均一に
分散する方法を工夫する、 １１１）脱硫剤によるＳＯ２ガスの吸収反応は固・気反
応であり、粉体の表面積が反応支配ベースであるので、
表面積の大きい粉体、すなわち粒子径の小さな吸収剤を
使用する、などの手段が考えられる。

最近の米国ＥＰＡの報告では、炉内脱硫法の性能につい
て、投入したＣａの量（モル／時）と炉内で発生したＳ
Ｏ２のガス量（モル／時）との比をＣａ　／　Ｓモル当
量比（以下Ｃａ　／　Ｓと呼ぶ）とすると、Ｃａ　／　
Ｓ　−３では脱硫率は６０％程度である。この報告での
Ｃａ系脱硫剤の有効利用率は２０％であり、残り８０％
のＣａ成分はＣａＯまたはＣａ　ＣＯ３の状態でフライ
アッシュとともに排出・廃棄されている。このように従
来の炉内脱硫法では一般にＣａ有効利用率が低く、湿式
法のＣａ利用率９５％以上に比べて大差があり、その改
善が必要である。

この有効利用率を向上させるには、このフライアッシュ
中の未反応脱硫剤を含む使用済み脱硫剤（本明細書で廃
脱硫剤と呼ぶ）を炉内に循環投入し、Ｓ０２の吸収に利
用することが考えられる。

この再循環方式の最も典型的なものが循環流動床方式で
あり、文献によるとＣａ　／　Ｓ　＝　１　。

５で脱硫率は９０％であると言われている。この時のＣ
ａ利用率は約６０％であり、前述の従来炉内脱硫法のそ
れに比べて大巾に向上している。しかし、循環流動床方
式では、排出灰量に対する内部循環量が１００倍程度で
あると言われており、循環のための動力損失がかなり大
きい。

以上記述したように、従来の炉内脱硫方式は、（イ）　
９０％以上の高脱硫率が得られないので、特に公害規制
が他国より厳しい日本国内ではＳ０２排出基準をクリア
できない、 （ロ）　　Ｃａの有効利用率が極めて低いので、排出灰
量が増大し、薬剤コストが嵩む、などの理由から、昭和
４０年代には国内でもかなり実施されていたものの、最
近では欧米に比べてその規模は小さいようである。

本発明者らは、以上に記述した炉内脱硫法の問題点を解
決する手段として、前述のｌ）〜１ｉ１）の点に対する
基本的な改善、廃脱硫剤の再循環の実施およびその廃脱
硫剤のＳＯ２吸収能力の改善、すなわち廃脱硫剤の活性
化手法の検討、さらにはこれに平行して、炉内同時脱硫
脱硝法について研究を行なった。

その結果、次のことが明らかになった。

（１）吸収剤の粒子径を小さくすると、脱硫率が向上す
る。たとえば炭酸カルシウム３μ以下の粉体による脱硫
性能は、Ｃａ　／　Ｓ　−３で脱硫率９０％である。

（２）廃脱硫剤を循環再使用すれば、再脱硫が起こる。

たとえば、廃脱硫剤中の未反応の有効Ｃａ基準で、Ｃａ
／Ｓ−３における脱硫率は６７％程度あり、廃脱硫剤を
多量に循環すればさらに高い脱硫率が得られる。しかし
脱硫性能は上記（１）に及ばない。

（３）廃脱硫剤を活性化するには、酸（全ての酸が適用
可能）を用い、未反応脱硫剤の一部をこの酸で中和処理
する。そして処理廃脱硫剤を炉内の高温場に投入すると
、高温場におけるＣａ塩の分解反応により、廃脱硫剤の
Ｓ　Ｏ２吸収能力がＣａ　／　Ｓ　−３で脱硫率９０％
を上回る。

（４）上記（３）の中和処理後、炉内にアンモニアを添
加することにより、炉内で脱硫と同時に脱硝も起こる。

たとえばアンモニアの添加量をＮＨ３（モル）／（モル
）−３にすると、脱硝率は７０％である。この場合、予
めＮＯｘ抑制燃焼を行なわせ、ＮＯｘ濃度を２００　ｐ
ｐｍ程度に抑制した排ガスに本発明の方式を適用すると
、ＮＯｘ濃度が６０　ｐｐｍにまで低減可能となる。

以上の結果は、本発明者らの実施した炉内脱硫脱硝試験
により得られた。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を示す。

試験装置として、微粉炭燃焼量１０ｋｇ／ｈ規模で炉容
積的０．３８ｍ’の試験炉を用いた。

供試微粉炭としては、２００メツシユ以下の大同炭を用
いた。排ガス中のＳＯ２濃度は、液化Ｓ　Ｏ２の添加に
より８００　ｐｐＩｍに調整した。

炉内温度は、放散熱量を調整するこにより、最適温度に
保持した。脱硝試験時は微粉炭供給量を制限し、温度を
脱硝最適温度に調整した。

なおこの時のＮＯｘ発生値は１９０〜２１０ｐｐｍであ
った。

供試脱硫剤としては、３μ以下の微粉炭酸カルシウムを
用いた。廃脱硫剤の活性化剤としては、塩酸ガス、酢酸
、塩素ガス、臭素ガスなどを用いた。脱硝剤としては、
液化アンモニアまたは粉体尿素を用いた。試験時の総発
生排ガス量は１００〜１２ＯＮｍ’　／時であり、脱硫
剤および廃脱硫剤の炉内分散には空気噴霧方式を採用し
た。

（１）試験１ 炭酸カルシウムをＣａ　／　Ｓ　−１〜３の範囲で段階
的に増量して、Ｓ　Ｏ２の吸収能力を調べた。

この試験では、前述の１）〜１１１〉の点について改善
を検討した。この試験結果の一例を第１図に曲線（Ａ）
として示す。この脱硫性能はＣａ／Ｓ−３で脱硫率９０
％であり、ＥＰＡ報告の性能をはるかに上回っており、
炉内脱硫法の実用化の可能性が大きいことが明らかとな
った。

（２〉試験２ 廃脱硫剤の脱硫性能について調べた。

廃脱硫剤中に含まれるＣａＳＯ４を除いた廃脱硫剤を有
効Ｃａ基準のＣａ　／　Ｓ　−１〜４の範囲で段階的に
増量し、ＳＯ２ガスの吸収能力を調べた。その結果を第
２図中に曲線（Ｂ）として示す。その脱硫性能はＣａ　
／　Ｓ　−３で脱硫率６８％である。この結果によって
、新規脱硫剤の性能には及ばないものの、廃脱硫剤を大
量投入すれば、さらに高い脱硫率が得られることが明ら
かになった。

（８）試験３ 試験２で用いた廃脱硫剤に塩化水素ガス、酢酸蒸気、塩
素ガス、臭素ガスなどをそれぞれ単独に添加、各廃脱硫
剤についてその脱硫性能を調べた。その結果、廃脱硫剤
中のＣａｂ（ＣａＣＯ３も含む）と酸の中和度合によっ
て脱硫率が大巾に変化することがわかった。その−例と
して塩化水素ガスを用いた場合について、有効Ｃａ０ｆ
ｆｉの１０％中和時の廃脱硫剤の脱硫性能とＣａ　／　
Ｓとの関係を第１図中に曲線（Ｃ）とし示す。曲線（Ｃ
）から、Ｃａ　／　Ｓ　−３で脱硫率９０％以上が得ら
れ、酸処理廃脱硫剤は上記の中和法により活性化されて
おり、新規脱硫剤の性能を上回る脱硫性能を示すことが
明らかになった。

（４）試験４ 試験３において塩化水素ガスの添加で活性化された廃脱
硫剤にさらにアンモニアガスを添加した。

この試験では、微粉炭供給量を制限し、かつ廃脱硫剤の
吹き込み位置の温度を９００℃に調整した。この時発生
したＮＯｘは２００　ｐｐｍであり、アンモニアの添加
量をアンモニアとこのＮｏとの比、すなわちＮ　Ｈｉ　
／　Ｎ　Ｏの比−１〜５の範囲で段階的に増量し、その
脱硝性能を調べた。その結果を第２図に示す。同図から
れかるように、ＮＨ，／ＮＯ−３以上ではＮＯｘ除去率
は７０％と一定であった。

また粉状の尿素を使用する場合は、Ｎ　Ｈ３／Ｎｏの比
がアンモニアの２倍程度になるように尿素を投入すると
、脱硝性能はアンモニアの場合と同じとなり、アンモニ
ア添加に比べて性能がやや劣った。しかしＳＯ２の除去
率は増大し、尿素は脱硫にも効果があった。

［適用例］ 上記各試験の結果から、本発明による方法を微粉炭供給
Ｑ１８００ｋｇ／ｈ　　（乾燥ベース）のボイラ試験プ
ラントに適用した。

第３図に本発明によるプロセスフローを示す。

同図のフローシートにおいて、微粉炭を試験ボイラ（１
）の低ＮＯｘ燃焼装置（３〉で燃焼させる。

タンク（１１）内に蓄えられた脱硫剤は定量フィーダ（
ｉ２）により供給ラインへ送り出され、空気輸送によっ
てノズル（２）より炉内に噴射される。

炉内では脱硫反応が起こり、排ガス中のＳ　Ｏ２濃度は
Ｃａ供給量に見あった分だけ下がる。しかし、炉内にお
いてはＣａの有効利用率が３５％に達していない。この
廃脱硫剤と微粉炭のフライアッシュは混合しながら、ヒ
ータ（４〉ついでエアーヒータ（７〉を通り、集塵装置
（８〉に至る。ここで廃脱硫剤を含むフライアッシュが
捕集され、一方排ガスは誘引ファン（９〉を通って煙突
（１０）より系外へ排出される。エアーヒータ（７）お
よび集塵装置（８）から出た捕集アッシュは、灰貯槽（
１３）へ空気輸送されてここに蓄えられ、輸送後の空気
はバグフィルタ（１４〉を経て系外へ排出される。廃脱
硫剤を含むフライアッシュは同種（１３）から一部排出
され、定量フィーダ（１５〉によって循環ライン（１６
）へ送り出され、煙道（６）まで空気輸送されて、ノズ
ル（５）により煙道（６）内に噴射される。循環ライン
（１６）には塩化水素ガスが供給され、廃脱硫剤の一部
を中和する。この中和された廃脱硫剤は循環ライン（１
６）内′で十分に活性化反応を完結する。活性化廃脱硫
剤含有アッシュの噴射ノズル（５）の直前で循環ライン
（１６）にアンモニアが添加される。

この方式により活性化処理を施した廃脱硫剤は、煙道（
８）からエアーヒータ（７）の上部付近までの間で再脱
硫反応を起こし、脱硝反応も併発する。こうして脱硫・
脱硝が同時に達成せられる。

このプロセスにおける各部の代表的な使用を以下に示す
。

（以下余白） ■ 石灰燃焼 ■ 脱硫剤 ■ 廃脱硫剤を含むフライアッシュ ■ アンモニア ■ 排出灰 ［発明の効果〕 本発明の炉内同時脱硫脱硝方法によれば、排ガスから廃
脱硫剤を含むフライアッシュを捕集し、この捕集アッシ
ュに酸を添加することによって、廃脱硫剤中のＣａＯま
たはＣａＣ０，の少なくとも一部の中和反応を経て、廃
脱硫剤を活性化させ、得られた活性化廃脱硫剤含有フラ
イアッシュにアンモニアまたは尿素ないしその化合物を
添加し、こうして処理したフライアッシュを火炉または
煙道内にするので、従来不可能であった低いＣａ　／　
Ｓ当量比にて（すなわち新規脱硫剤の低い消費量にて）
、９０％以上という高い脱硫率を達成でき、さらに炉内
同時脱硝についても７０％以上という高い脱硝率を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣａ　／　Ｓ当量比と脱硫率の関係を示すグラ
フ、第２図はＮＨ３／Ｎｏ当量比と脱硝率の関係を示す
グラフ、第３図は本発明の実施例を示すフローシートで
ある。 Ｃａｙ’Ｓ当量化 第を区１ ＮＨ３／Ｎｏ当量比 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 火炉内の１２００℃以下９００℃以上の温度領域に粉状
   またはスラリー状のＣａ系脱硫剤を投入して、炉内直接
   脱硫反応を行なわせ、排ガスから廃脱硫剤を含むフライ
   アッシュを捕集し、この捕集アッシュに酸を添加するこ
   とによって、廃脱硫剤中のＣａＯまたはＣａＣＯ＿３の
   少なくとも一部の中和反応を経て、廃脱硫剤を活性化さ
   せ、得られた活性化廃脱硫剤含有フライアッシュにアン
   モニアまたは尿素ないしその化合物を添加し、こうして
   処理したフライアッシュを火炉または煙道内の１０００
   ℃以下５００℃以上の温度領域へ再投入して、脱硫脱硝
   反応を行なわせることを特徴とする炉内同時脱硫脱硝方
   法。