JPH04300625A - 乾式脱硫方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は乾式脱硫方法に係り、特
に排ガス中の硫黄化合物を低減するのに好適な脱硫方法
およびそれに使用する脱硫塔に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所における重油焚、石炭焚ボイ
ラから排出される排ガス中には、硫黄化合物（ＳＯｘ）
やＨＣｌなどの酸性有害物質が通常、１００〜３０００
ｐｐｍの割合で含まれており、酸性雨や光化学スモッグ
の原因物質とされるため、その効果的な処理手段が望ま
れている。従来から湿式法（例えば石灰石−石膏法）ま
たは乾式法（活性炭法）が実施されているが、湿式法は
有害物質の除去率が高い反面、廃水処理が困難で、排ガ
スを再加熱する必要があり、設備費や運転費が高く、乾
式法では高い除去率が得られないという問題があった。 このため、無排水の低コストプロセスで高い除去率が得
られる脱硫方法の開発が望まれている。ボイラなどの排
ガスの脱硫法としては、上記方法のほかに、消石灰やそ
のスラリを排ガス中に噴霧する半乾式法や火炉内や煙道
内の高温ガス中に石灰石を直接分散させて酸性有害物質
を除去する乾式法が提案されており、設備費や運転費が
安いという特徴を有しているが、いずれの方法も除去率
が低いという問題がある。

【０００３】消石灰や生石灰を排ガス中に噴霧して排ガ
ス中のＳＯ２と反応させ、これを集塵装置で除去する方
法の代表的なフローシートを図７に示す。ボイラ１から
の排ガスはエアヒータ２で温度を下げられ、脱硫塔５に
導かれる。消石灰等の脱硫剤は火炉１または煙道３内に
噴霧にして供給され、この時水も水スプレイ４から供給
されることにより排ガスの温度は下げられ、湿度は上げ
られる。

【０００４】この際、水は脱硫剤と別に供給しても、脱
硫剤をスラリとして同時に供給しても良い。反応した脱
硫剤は排ガス中の灰とともに集塵装置６で捕集され、廃
棄される。

【０００５】このような方法において、酸性有害物質の
除去率は排ガス中の水分（相対湿度）が支配的であると
されている。すなわち、除去率を上げるためには、排ガ
スの温度を下げ、水分を上げることが必要である。水分
濃度を上げるために水や消石灰スラリを噴霧する方法が
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記図７に示す脱硫塔
５では、その入口ＳＯ２濃度の１倍から３倍（モル比）
の脱硫剤を入れることになるが、ＳＯ２濃度が例えば１
０００ｐｐｍの場合、１０００ｐｐｍから３０００ｐｐ
ｍに相当する脱硫剤を吹き込むことになり、排ガス中の
脱硫剤は非常に希薄な状態となっている。そのため、脱
硫剤を脱硫塔５内で均一に分散させ、ＳＯ２ガスと十分
接触させる必要があるが実際には非常に難しく、過剰の
脱硫剤を投入しているのが現状である。

【０００７】さらに、消石灰、生石灰等の脱硫剤は反応
性を高めるため、平均径で２０μｍ以下に微粉砕したも
のを用いるが、これらは本来凝集性の強い粒子であり、
細かくするとさらに凝集性が増すことになる。脱硫剤の
凝集は排ガスダクト内に脱硫剤が噴霧された直後に起こ
るため、脱硫塔５内では当然粒子の分散が悪く、これら
の凝集粒子は分散されることなく排ガスに同伴され系外
に排出されることになるため、脱硫反応も十分起こらな
いことになる。

【０００８】また、脱硫剤の粒子は表面から反応するた
め、この反応生成物が粒子内部の未反応脱硫剤とＳＯ２
との反応を阻害し脱硫性能が低下することになる。

【０００９】このように、上記従来技術は脱硫塔５内に
おける脱硫剤とＳＯ２ガスとの効率の良い接触について
十分な配慮がなされておらず、少量の脱硫剤では十分高
い脱硫性能が得られない問題があった。

【００１０】そこで、本発明の目的は脱硫剤とＳＯ２ガ
スを効率良く接触させ、反応性を高める乾式脱硫方法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、アルカリ金属また
はアルカリ土類金属の酸化物または炭酸塩を脱硫剤とし
て燃焼炉または燃焼排ガス中に投入して排ガスの脱硫を
行った後、さらに脱硫塔内で水を噴霧して、高湿分条件
下で排ガスの脱硫反応を促進させる乾式脱硫方法におい
て、脱硫塔内に供給される排ガスに同伴される脱硫剤を
排ガスの主流から分離し、再び脱硫塔の排ガス入口方向
の排ガス中へ循環させて脱硫剤と排ガス中の硫黄酸化物
との接触効率を高める乾式脱硫方法である。

【００１２】ここで上記乾式脱硫方法に用いる脱硫塔は
、該脱硫塔内のガス流方向に対し開口比を縮小させ、そ
の上下にガス流れのよどみ部を形成させる偏向板を設け
ること、該脱硫塔内にガス流を旋回させながら大きな脱
硫剤粒子をガス流から分離して循環させ、下部で再びガ
ス流に乗せることでガスと脱硫剤粒子の接触効率を高め
る旋回板を設けることまたは該脱硫塔内にガス流から大
きな脱硫剤粒子を分離し、下部で再びガス流に乗せるこ
とでガスと脱硫剤粒子の接触効率を高めるルーバを設け
ることができる。

【００１３】

【作用】アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属化合物
からなる脱硫剤は反応性を増すため１０μｍ以下に粉砕
し脱硫塔内へ送られることになるが、これらの脱硫剤は
凝集性があり、一部の粒子は凝集して大粒子になってお
り、反応性が悪い。反応性の良い１０μｍ以下の粒子は
１〜１５ｍ／ｓ程度のガス流では流れに同伴されるが、
５０μｍ程度以上の粒子では、ガス流を曲げた場合、あ
るいはガス流を縮小し、その後膨張させた場合、あるい
は旋回等を与えるとガス流から分離して低流速の領域へ
入る。この原理により、特に大粒子はガス流れに常に同
伴されることがない性質を利用する。

【００１４】従来法では、脱硫塔内に供給された脱硫剤
はガス流に同伴されるため滞留時間は１０秒前後であり
、ＳＯ２と脱硫剤が接触する機会が限られている。それ
を防ぐため脱硫塔内でガス流れに同伴される脱硫剤をガ
ス流れから分離し、再びガス流れに同伴させる操作を繰
り返すこにより、すなわち、脱硫剤が脱硫塔内部で循環
する現象をことにより脱硫剤とＳＯ２ガスとの接触を十
分図ることができる。

【００１５】脱硫剤を脱硫塔内で循環利用する過程で、
脱硫剤粒子と脱硫塔の内壁との摩擦あるいは脱硫剤同士
の衝突により脱硫剤表面の反応生成物が脱離し、脱硫剤
粒子内部の未反応脱硫剤部分が表面に出るため脱硫性能
が向上する。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面と共に説明する。 実施例１ 図１に示す実施例は脱硫塔５の前流の排ガスダクト３内
で、あらかじめ脱硫剤が供給されており、排ガスダクト
３を通じて脱硫剤が脱硫塔５内へ送られる。脱硫塔５内
では水が水スプレノズル４から噴霧されており、加湿す
ることで脱硫反応を高めている。この時の脱硫剤はガス
流に同伴され、脱硫塔５内の滞留時間である約１０秒程
度の時間内でＳＯ２ガスと接触し、脱硫反応が生じてい
る。しかし、脱硫塔５内の脱硫剤の濃度は希薄であり、
脱硫剤とＳＯ２ガスとの接触効率を高めることは難しい
。そのため、脱硫塔５内に図１に示す偏流板１１を取り
付けることにより偏流板１１の上下部分にガス流れのよ
どみ部を形成させる。このよどみ部のガスは渦流となる
。そして、この渦流に飛び込んで来た脱硫剤はガス流れ
に同伴されて矢印ａのように上昇する。また、ガス流れ
の一部は脱硫塔５の内壁に沿って矢印ｂのように下降す
る。上昇ガス流に同伴する脱硫剤の一部は出口ダクト１
０へ流れる。脱硫剤の大部分は失速して矢印ｂの流れに
乗り、脱硫塔５の内壁に沿って落下し、再び矢印ｃの排
ガスの主流に乗り上昇することになる。

【００１７】特に反応性の悪い凝集した脱硫剤粒子は大
きく失速して大部分が矢印ｂの流れに乗り循環すること
になる。そのため、反応性の悪い脱硫剤の凝集粒子も十
分脱硫反応に関与することになる。

【００１８】脱硫剤がこの循環を繰り返すことにより、
脱硫剤の滞留時間をガスの滞留時間に比べ１０〜４０倍
に確保することができる。そのため、脱硫塔５内の脱硫
剤の濃度は従来方法に比べ、５〜２０倍程度高められ、
ＳＯ２との接触効率も上がり脱硫性能も高められること
になる。この偏流板１１は多段に取り付けることも可能
であり、中央を縮小することにより脱硫塔内壁側によど
み部を形成させているが、この縮小比率は面積比で１／
５〜１／２程度が望ましい。また偏流板１１の上面は脱
硫剤が落下してくるため、これらの粒子が自然落下でき
る傾斜角度とする必要があり、水平に対して３０〜７０
°の傾斜角度を持たせることが望ましい。

【００１９】図４に従来方法による脱硫塔５出口の脱硫
剤（消石灰）の粒径分布を示す。５０％重量平均粒径は
約１０μｍであり、頻度分布を見てみると４つのピーク
が見られる。最小径のピークは３〜４μｍで、これが一
次粒子に近い形と思われる。さらに、１０μｍ、２０μ
ｍ、５０μｍの位置にピークがあるが、これは一次粒子
が凝縮してできた大粒子と思われる。同じ脱硫剤を図１
に示す脱硫塔５に入れ出口粒子の粒径分布を測定した結
果を図５に示す。平均粒径は約３μｍと小さくなってお
り、一次粒子に近いものと考えられる。また頻度分布を
見ても凝集したと思われる大粒子はなく十分に分散され
ていることが分かる。この時の脱硫性能を図６に示す。 従来型では脱硫率が５０％程度であるのに、図１に示す
脱硫塔５では脱硫剤の滞留時間が長く、しかも脱硫剤粒
子の凝集がないため、反応性が高く、高硫率が達成でき
る。

【００２０】実施例２ 図２に本発明の他の実施例を示す。この例は脱硫塔５内
に旋回板１２を取り付けたもので、排ガスダクト３から
送られてくる燃焼排ガスと脱硫剤供給ライン９からの脱
硫剤は脱硫塔５下部より塔内に供給される。脱硫塔５下
部ではさらに水が水スプレイノズル４から噴霧されてお
り、燃焼排ガスは加湿され、脱硫剤とＳＯ２ガスが反応
することになる。排ガスは旋回板１２を通り、矢印ａで
示す流れに乗って、脱硫塔５を出るが、脱硫剤の一部、
特に小さな粒子が凝集し大きな粒子となったものは旋回
流から分離され、矢印ｂのように下部へ落下することに
なる。凝集した粒子は内部まで反応していないものが多
く、これらの粒子は再び下部から供給される矢印ｃの排
ガス流に乗って循環することになる。脱硫剤はこの循環
過程において脱硫反応が進行するとともに細粒化され、
排ガスとともに系外へ同伴されことになる。このように
して脱硫剤は十分ＳＯ２ガスと接触し、脱硫性能を高め
ることになる。なお、旋回板１２の下部には凝集した脱
硫剤粒子の流通管１４が設けられており、この流通管１
４の最下部には管１４内に堆積した脱硫剤粒子の重力で
開く重力ダンパー１５が取り付けられている。

【００２１】実施例３ 図３に本発明の他の実施例を示す。脱硫塔５の基本構造
は図１、図２に示したものと同様であるが、脱硫塔５内
部にルーバ１３が取り付けられている。排ガスの主流に
同伴された脱硫剤はルーバ１３でまげられ、出口ダクト
１０に向かった矢印ａで示す流れに乗って流れる。

【００２２】この中に含まれる粒子、特に凝集した大き
な脱硫剤粒子は重力と遠心力により分離され、矢印ｂの
ように下部へ落下することになる。落下した脱硫剤は脱
硫塔５の下部へ送られ再び排ガスに同伴され主流ｃに乗
ることになる。このように脱硫剤が循環することにより
脱硫剤の反応率が向上することになる。特に反応性の悪
い凝集した大粒子が主に循環することになるため、脱硫
塔５の脱硫性能を高めることになる。

【００２３】

【発明の効果】本発明により脱硫塔では脱硫剤の滞留時
間が長く、しかも脱硫剤粒子の凝集がないため、反応性
が高くり、脱硫剤が脱硫塔内部で循環し、この過程で脱
硫剤粒子と脱硫塔の内壁との摩擦あるいは脱硫剤同士の
衝突により脱硫剤表面の反応生成物が脱離し、脱硫剤粒
子内部の未反応脱硫剤部分が表面に出るため脱硫剤とＳ
Ｏ２ガスとの接触を十分図ることができ脱硫性能が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の脱硫塔の概念図である。

【図２】本発明の実施例の脱硫塔の概念図である。

【図３】本発明の実施例の脱硫塔の概念図である。

【図４】従来法の脱硫剤の粒径分布と粒径の頻度分布図
である。

【図５】本発明の脱硫剤の粒径分布と粒径の頻度分布図
である。

【図６】本発明の一実施例と従来法での脱硫率の比較図
である。

【図７】一般的乾式脱硫方法のプロセス図である。

【符号の説明】 １　　　　ボイラ ２　　　　エアヒータ ３　　　　排ガスダクト ４　　　　水スプレノズル ５　　　　脱硫装置 ６　　　　集塵機 ９　　　　脱硫剤供給ライン １０　　出口ダクト １１　　偏流板 １２　　旋回板 １３　　ルーバ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルカリ金属またはアルカリ土類金属
   の酸化物または炭酸塩を脱硫剤として燃焼炉または燃焼
   排ガス中に投入して排ガスの脱硫を行った後、さらに脱
   硫塔内で水を噴霧して、高湿分条件下で排ガスの脱硫反
   応を促進させる乾式脱硫方法において、脱硫塔内に供給
   される排ガスに同伴される脱硫剤を排ガスの主流から分
   離し、再び脱硫塔の排ガス入口方向の排ガス中へ循環さ
   せて脱硫剤と排ガス中の硫黄酸化物との接触効率を高め
   ることを特徴とする乾式脱硫方法。
2. 【請求項２】　　脱硫塔内のガス流方向に対し開口比を
   縮小させ、その上下にガス流れのよどみ部を形成させる
   偏向板を設けたことを特徴とする請求項１記載の乾式脱
   硫方法に用いる脱硫塔。
3. 【請求項３】　　脱硫塔内にガス流を旋回させながら大
   きな脱硫剤粒子をガス流から分離して循環させ、下部で
   再びガス流に乗せることでガスと脱硫剤粒子の接触効率
   を高める旋回板を設けたことを特徴とする請求項１記載
   の乾式脱硫方法に用いる脱硫塔。
4. 【請求項４】　　脱硫塔内にガス流から大きな脱硫剤粒
   子を分離し、下部で再びガス流に乗せることでガスと脱
   硫剤粒子の接触効率を高めるルーバを設けたことを特徴
   とする請求項１記載の乾式脱硫方法に用いる脱硫塔。