JPH05154335A

JPH05154335A - 乾式排煙脱硫装置および方法

Info

Publication number: JPH05154335A
Application number: JP3270631A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Yoshikawa; 博文吉川; Yasuyuki Nishimura; 泰行西村; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Koichi Yokoyama; 公一横山; Hiroyuki Nosaka; 浩之野坂; Fumito Nakajima; 史登中島; Naruhito Takamoto; 成仁高本; Takaharu Kurumachi; 隆治車地; Yasuki Hashimoto; 泰樹橋本; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-11-10
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-06-22
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3308286B2; PL294330A1; PL170921B1

Abstract

(57)【要約】【目的】装置内でのスケール付着防止、装置の腐食防
止を防ぎながらなおかつ、高い脱硫性能を維持する乾式
排煙脱硫装置を提供すること。【構成】消石灰等の脱硫剤５を燃焼装置火炉１中あ
るいは排ガス煙道６、１３中に供給し、後流側に設置さ
れた脱硫塔４内または脱硫塔入口部に水噴霧部２１を設
け、排ガス中の硫黄化合物を除去する乾式排煙脱硫装置
において、脱硫塔４内のガス流れ方向の途中に渦発生装
置１６を設けることにより、相対湿度の高い領域を形成
させ、前記脱硫剤を前記相対湿度の高い領域内に混入さ
せること、脱硫剤５を２００℃以下の排ガス温度域に
供給し、排ガス中の硫黄酸化物と反応した脱硫剤５を集
塵装置８で回収した後、未反応の脱硫剤を含む捕集粒子
を温度５００〜９００℃の排ガス煙道６中に再度供給す
ること、等で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に係り、特に排
ガス中の硫黄酸化物を低減するのに好適な脱硫装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所などの燃焼装置では重油、石
炭などの化石燃料が多く用いられており、これから排出
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１００〜５０００ｐｐｍの割合
で含まれており、大気に放出されることで酸性雨や光化
学スモッグの原因となっている。これらの有害物質を処
理するために脱硫装置を設置することになるが、この脱
硫装置は、大きく分けて湿式法と乾式法に分類される。
湿式法は石灰石−石膏法に代表され、特に高性能脱硫を
目的としている。乾式法の大きな特徴は排水が無い点に
あり、活性炭などを用いた吸着法とアルカリ金属などを
用いて反応処理する方法がある。特に後者は回収する単
位ＳＯ₂重量当りにおいて最も経済性の優れた方法であ
り、諸外国で注目を集めている。

【０００３】この方法の代表的なフローシートを図４６
に示す。ボイラ１からの排ガスはエアヒータ３で温度を
下げられ、脱硫塔４に導かれる。消石灰などの脱硫剤５
は煙道６またはエアヒータ出口煙道１３あるいは脱硫塔
４内に噴霧して供給される。この時、同時に水配管１４
およびアトマイズガス配管１５からの空気とをヘッダ２
１の水スプレノズル１２から噴霧し、排ガスの温度を下
げるとともに、湿度を上げ脱硫反応を推進させることに
なる。

【０００４】この際水は脱硫剤５と別に供給しても、脱
硫剤５をスラリとして同時に供給してもよい。反応した
脱硫剤５は排ガス中の灰とともに集塵装置８で捕集され
る。このとき、集塵装置８で捕集された未反応脱硫剤を
含む捕集粒子の一部は脱硫剤調製装置３７に供給され、
再度煙道１３または脱硫塔４に供給されて脱硫反応に利
用される場合もある。

【０００５】図４７に脱硫剤５として消石灰粒子を用い
た場合の脱硫塔４内の相対湿度と脱硫率の関係を示す。
相対湿度を高めると脱硫率が向上しているが、これは次
の理由による。脱硫塔４内の湿度を高めることにより脱
硫塔４内に吹き込まれた消石灰粒子表面での吸着水分量
が増加する。この水分にガス中のＳＯ₂が容易に溶け込
み酸性のＨ₂ＳＯ₃を形成する。このＨ₂ＳＯ₃とＣａ（Ｏ
Ｈ）₂の反応は中和反応であり迅速に反応が進み、Ｃａ
ＳＯ₃となって固定化される。この時、消石灰中の水分
量が多いと溶け込むＳＯ₂量も多くなるため高湿度条件
が望ましいことになる。また、生成したＣａＳＯ₃が膨
張する。そのため、消石灰の表面をおおったＣａＳＯ₃
が破壊され、内部の新しい消石灰表面が現れ、内部への
反応を促進させる効果がある。

【０００６】そこで、できるだけ相対湿度を高めること
が望ましいが、実機の場合、相対湿度を高くすると脱硫
塔４内あるいは後続の集塵装置８、ダクト内の温度の低
い部分で水が凝縮し、ドレンの生成あるいはスケール発
生さらにＨ₂ＳＯ₃またはＨ₂ＳＯ₄による材料の腐食など
の問題が発生する。

【０００７】また、相対湿度が高いと脱硫塔４下部ホッ
パの温度が低下し、ホッパ壁面が結露したり、脱硫剤５
粉末が湿気を帯びたりするため脱硫塔４内の脱硫剤粉末
の流動性が低下し、脱硫剤５粉末が脱硫塔４下部ホッパ
内から円滑に抜き出しができなくなる問題があった。そ
のため、従来は前記下部ホッパ出口温度は飽和温度に対
し１０℃程度高い値を保つように制御している。この時
の相対湿度は６０％程度であり、温度の制御面からこれ
以上相対湿度を高めることができず、脱硫率も低くなる
のが現状である。

【０００８】一方、相対湿度を６０％程度に維持したま
ま脱硫性能を向上させる手段の一つとして、消石灰や生
石灰などの脱硫剤５に石炭灰などのケイ素化合物および
水を添加した後、該スラリを加熱処理することにより高
比表面積でかつＳＯ₂吸収性能の高い脱硫剤５を使用す
る方法が提案されている（特開平２−１５２５２０号公
報他）。しかし、このような方法で脱硫剤５を調製する
場合、特開平２−１５２５２０号公報にも示されている
ように脱硫剤５の原料を１００℃以上の高温で長時間
（十数〜数十時間）加熱する必要があるため、脱硫剤５
を調製する装置が大型になり、加熱するためのエネルギ
ーも多くなる。加熱温度を低くしたり加熱時間を短くす
ると、今度は脱硫性能が低下するという問題がある。さ
らに、スラリを脱硫装置内に噴霧する方法は、粉体を噴
霧する場合に比較して噴霧ノズルの摩耗が激しく、配管
内でのスラリ中の粒子の沈降といった問題が多い。ま
た、比表面積の大きな脱硫剤５にすると流動性の良いス
ラリにするための水が多くなるという問題もある。ま
た、脱硫剤５を粉体で供給する方法も、スラリを乾燥さ
せなければならず、システムが複雑で脱硫剤５の製造コ
ストが高価になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、脱
硫塔内部の相対湿度を高くすると脱硫性能が向上する
が、脱硫塔内部や集塵器において水の凝縮が生じ、ガス
中のダクトおよび脱硫剤が装置の内壁に付着してスケー
ルが生じ、さらに、スケール部の材料腐食などのトラブ
ルが生じる点についても配慮がされておらず、このた
め、脱硫塔の長期安定運転が出来ず、システム全体での
運転にも支障を来すことがあった。また、脱硫塔のガス
温度を高く（相対湿度を低く）するとスケールの生成や
腐食はある程度抑制されるが、脱硫性能が低下すること
になる。

【００１０】本発明の目的は、装置内でのスケール付着
防止、装置の腐食防止を防ぎながらなおかつ、高い脱硫
性能を維持する乾式脱硫装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、主
に、下記の手段の１つ以上を用いることにより達成され
る。アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の
内、少なくとも一種類以上の化合物を含む脱硫剤を石
油、石炭など硫黄化合物を含む化石燃料を燃焼する燃焼
装置火炉中に供給し、あるいは前記脱硫剤を燃焼装置火
炉から排出される硫黄酸化物含有排ガス煙道中に供給
し、後流側に設置された脱硫塔内または脱硫塔入口部の
水噴霧部からの水噴霧を行うことで、排ガス中の硫黄化
合物を除去する乾式排煙脱硫装置において、脱硫塔内の
ガス流れ方向の途中に渦発生装置を設けることにより、
相対湿度の高い領域を形成させ、前記化合物を含む脱硫
剤を前記相対湿度の高い領域内に混入させる乾式排煙脱
硫装置。

【００１２】燃焼装置からの排ガスにアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属化合物の内少なくとも一種類以上
の化合物を含む脱硫剤を供給して排ガス中の硫黄酸化物
を除去した後、脱硫剤と燃焼灰を集塵装置で回収する乾
式排煙脱硫方法において、脱硫剤を２００℃以下の排ガ
ス温度域に供給し、排ガス中の硫黄酸化物と反応した脱
硫剤を集塵装置で回収した後、未反応の脱硫剤を含む捕
集粒子を温度５００〜９００℃の排ガス煙道中に再度供
給し、排ガス中の硫黄酸化物と反応させる乾式排煙脱硫
方法。

【００１３】燃焼装置火炉内または排ガス煙道中にア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属系の化合物の少なく
とも一種以上の化合物を含む脱硫剤を噴霧し、後流の脱
硫塔内で水を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を除去する
脱硫反応を促進させ、さらに反応済みの脱硫剤を集塵器
にて捕集する乾式排煙脱硫装置において、脱硫塔下部内
に加熱流体吹き込み手段を設けた排煙脱硫装置（この排
煙脱硫装置に脱硫塔下部内の温度が排ガス飽和温度＋５
℃以上を維持できるよう脱硫塔下部内に温度検知手段を
設け、該温度検知手段により加熱流体吹き込み量を制御
する手段をさらに設けてもよい。）

【００１４】アルカリ金属化合物またはアルカリ土類
金属化合物の少なくとも一種類以上の化合物を含む脱硫
剤を燃焼装置火炉に供給し、あるいは前記脱硫剤を燃焼
装置火炉から排出される硫黄酸化物含有排ガス煙道中に
供給し、後流の脱硫塔内または脱硫塔入口部で水を噴霧
させて、排ガス温度を低下させることにより、前記脱硫
剤と硫黄酸化物ガスを接触させて、該硫黄酸化物を除去
する乾式脱硫装置において、水噴霧後の直接水滴が衝突
するところの局部的な位置の温度を検出し、その検出信
号により、水噴霧量を調節し、脱硫塔出口ガス温度を制
御する乾式脱硫装置運転方法。

【００１５】アルカリ土類金属の酸化物の内一種類以
上の酸化物に、ケイ素供給物質を混合した後、この混合
物に水を添加してアルカリ土類金属の酸化物が水和する
際の水和熱で前記酸化物とケイ素供給物質とを反応させ
て、余分の水分を蒸発させて粉体とする脱硫剤調製方
法。

【００１６】アルカリ土類金属化合物とケイ素供給物
質と水とからなるスラリにケイ酸ナトリウムを添加する
スラリ混合手段と、該スラリの加熱手段（この加熱手段
は省略こともできる。）と、該加熱されたスラリもしく
はスラリを乾燥して得られた粉体を燃焼装置火炉または
その排ガス煙道中に供給する脱硫剤供給手段とを設けた
乾式排煙脱硫装置。

【００１７】

【作用】上述の各手段については、下記の作用が脱硫性
能向上の理由として考えられる。脱硫剤として消石灰（以下Ｃａ（ＯＨ）₂と記す）を
例に挙げて、ＳＯ₂ガスとの脱硫反応についてここでは
述べる。脱硫反応は以下に示す反応となる。Ｈ₂Ｏ＋ＳＯ₂→Ｈ₂ＳＯ₃ （１）Ｃａ（ＯＨ）₂＋Ｈ₂ＳＯ₃→ＣａＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ（２）（１）式に示すようにＳＯ₂は水に吸収されて亜硫酸
（Ｈ₂ＳＯ₃）となり、（２）式は亜硫酸が消石灰と反応
し亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₃）が生成する反応であ
る。脱硫塔内に高湿度領域を形成させると、消石灰粒子
の付着水分量が増加し（１）の反応が促進されるため、
この高湿度領域内の脱硫率が向上する。また、高湿度領
域以外の領域は湿度が低いが脱硫塔出口では供給された
水分が全て蒸発するため湿度が上がり所定の脱硫率を示
すことになるため、総合的には高い脱硫性能を示すこと
になる。

【００１８】従来の技術では２００℃以下の温度域に
おいて排ガス中のＳＯ₂と反応した脱硫剤の表面には亜
硫酸カルシウムまたは硫酸カルシウムの殻が形成されて
いるためＳＯ₂との接触が悪くなり、それ以上脱硫しな
くなる。しかし、これを５００〜９００℃の排ガス中に
再度噴霧して供給することにより、未反応の消石灰の脱
水反応（Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ）が生じ、この
際表面の亜硫酸カルシウムまたは硫酸カルシウムの殻が
破壊され、ＳＯ₂との接触が良くなり、その除去率が高
くなる。さらに亜硫酸カルシウムの一部が酸化されて硫
酸カルシウムとなるためその廃棄も容易になる。

【００１９】排ガス中に吹き込まれた脱硫剤は脱硫塔
における水噴霧により湿気を帯びる。脱硫剤の一部は集
塵器まで搬送されず脱硫塔下部ホッパへ堆積する。湿気
を帯びた脱硫剤は流動性が低下するが、脱硫塔下部ホッ
パの温度が低下した場合、さらにガス中の水分が脱硫剤
表面および脱硫塔下部ホッパ壁面に結露するため脱硫剤
の流動性がより低下し、ホッパからの円滑な排出に支障
をきたす。

【００２０】これに対し、下部ホッパ壁面に沿って上部
方向へ吹き出すヘッダを設置し排ガスまたは加熱空気を
吹き込むことにより、堆積した脱硫剤の湿気を除去し、
かつホッパ部温度を排ガス飽和温度＋５℃以上に維持し
てホッパ壁面の結露を防止する。

【００２１】上記対応により、堆積した脱硫剤の流動性
を向上させることができ、円滑な排出が維持できる。こ
のためホッパ部の温度を検知し、ホッパ部に供給する排
ガスまたは加熱空気の吹き込み量を制御する。

【００２２】脱硫塔内の排ガスを冷却するため、水を
噴霧するが、この水は排ガスと接触することにより排ガ
スの熱により、水滴の蒸発が生じる。この水は最終的に
は脱硫塔を出る間に水蒸気となる。この水蒸気になる過
程において、水滴の温度はガス温度と同じではなく、蒸
発潜熱により自己冷却され、ほぼ断熱飽和温度となる。
そこで、この水滴の温度を測定することは、脱硫塔の水
噴霧量を制御し、排ガス中の水の凝縮防止および脱硫性
能向上に役立つことになる。

【００２３】しかしながら、脱硫塔内の水滴の寸法は数
十μｍであり、通常の測定法では困難であった。例え
ば、棒状温度計を塔内に挿入しても、水滴はガスの流線
と同じ挙動を示すため、ガス温度しか測定でなかった。

【００２４】このため、脱硫塔内の各部の温度測定を綿
密に実施した結果、水滴の温度と同じ温度を示す部分を
見いだした。これは、水噴霧後の直接水滴が衝突すると
ころの局部的な位置であり、この温度を検出することに
より、脱硫塔出口ガス温度を制御し、スケールの原因と
なる水の凝縮を防止しつつ、脱硫塔内の相対湿度を高く
保持することにより、高い脱硫性能が達成される。

【００２５】従来の技術では、消石灰や生石灰などの
アルカリ土類金属化合物に石炭灰などのケイ素化合物を
添加した後、水の存在下で加熱処理する際、アルカリ土
類金属化合物とケイ素化合物の反応性が悪く、１００℃
以上の高温で長時間（十数〜数十時間）加熱する必要が
あった。また、調製した脱硫剤がスラリ状であるため乾
燥させて粉体にするには多くのエネルギーを必要とし、
スラリのままで噴霧供給すると噴霧ノズル摩耗が激し
く、また配管内でのスラリ中の粒子の沈降といった問題
が多い。ところがケイ酸ナトリウムを前記スラリ中に添
加した後、撹拌しながらスラリを養生処理することによ
り、アルカリ土類金属化合物やケイ素供給物質粒子の水
中での分散性は良くなるために両者の反応性が向上し、
より低い温度で短時間の養生処理によりＳＯ₂吸収性能
の良い脱硫剤が調製できる。このとき、スラリ混合物は
加熱すると、さらにアルカリ土類金属化合物やケイ素供
給物質粒子の水中での分散性が良くなる。こうして調製
されたスラリは排ガス煙道に供給され、高い脱硫性能を
発揮する。

【００２６】また、アルカリ土類金属化合物から酸化物
を形成させ、これにケイ素供給物質（石炭灰、ケイ酸ナ
トリウム等）と水を混合する。水の添加で発生する水和
熱で脱硫剤とケイ素供給物質とを反応させるともに余分
な水を蒸発させて除去させることにより、より低コスト
でＳＯ₂吸収性能の良い脱硫剤が調製できる。

【００２７】このときケイ酸ナトリウムは水溶液として
アルカリ土類金属酸化物に添加することで、激しい水和
熱が発生するので、余分な水分の蒸発用の加熱装置を省
略することができる。

【００２８】燃焼装置から排出するＳＯ₂等の酸性有
害物質を含む排ガスはガス用熱交換器に導かれ、脱硫塔
から出た脱硫処理済みの排ガスと熱交換されて温度を下
げられる。温度を下げられた排ガスは、脱硫塔に入り、
アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物のう
ち、少なくともいずれかの化合物の微粒子を含む脱硫剤
でＳＯ₂は除去される。この時、脱硫性能を高くするた
め脱硫塔へ導入される排ガス温度を脱硫塔から排出され
る脱硫処理済みの排ガスで冷却する。このため、前記脱
硫塔から排出した排ガスは集塵装置に入る前に前記ガス
用熱交換器で昇温できるという特色を持つ。こうして、
断熱飽和温度直上まで脱硫塔出口の温度を低下できるの
で、脱硫率としては、非常に高い値を得ることができ
る。

【００２９】

【実施例】本発明は、下記の実施例によって、さらに詳
細に説明されるが、下記の例で制限されるものではな
い。実施例１脱硫剤として消石灰を用い、石炭焚ボイラの排ガスを脱
硫処理する場合について、本発明による装置を適用した
例を用いて説明する。図１に、ボイラを対象にした場合
の実施例を示す。ボイラ１からの排ガスはエアヒータ３
で温度を下げられ、煙道６を経て、脱硫塔４に導かれ
る。脱硫剤５である消石灰は脱硫剤導入管１０より煙道
１３内へ供給される。脱硫塔４内には水スプレノズル１
２を持つヘッダ２１が設置されており、この水スプレノ
ズル１２には水配管１４から水が、アトマイズガス配管
１５から空気またはスチームがそれぞれ供給されておい
る。水スプレノズル１２は水を空気により微粒化する二
流体ノズルである。水スプレノズル１２から噴霧された
液滴は約１５０℃のボイラ排ガスと接触し、蒸発するこ
とになるが、水スプレノズル１２直上に分散板１６が設
置されている。図２（ａ）に水スプレノズル１２周りの
詳細を示した。噴霧された水滴群はこの分散板１６でさ
えぎられ迂回して上流へ流れることになるが、分散板１
６上では排ガスと激しく混合すると同時に高湿度のガス
渦１７、すなわちカルマン渦が多量に発生する。

【００３０】この渦１７の中に水滴が閉じ込められ蒸発
しているが、渦１７の形成により渦１７の外側と排ガス
との混合が妨げられるため、渦１７内は常に高い温度を
保つことになる。さらに、この渦１７の中には分散板１
６上で混合した排ガス中のＳＯ₂と脱硫剤５が含まれて
おり、ＳＯ₂と脱硫剤５は高湿度条件で反応し、高い脱
硫性能を示すことになる。渦１７が存在しない部分は湿
度が低い領域となるが、脱硫塔４の出口に向かうにつれ
て、これらの渦１７が消滅し、水滴が全て蒸発した後、
平均的な水分濃度まで湿度が高まるため、この湿度に相
当する脱硫反応が達成される。すなわち、脱硫塔４内に
局部的に高濃度水分領域すなわち高湿度渦領域を積極的
に発生させることにより、渦１７内の反応性を高めるこ
とができるため、脱硫塔４出口おける総合脱硫率は向上
することになる。

【００３１】この方法は従来法である水滴と排ガスの混
合を良くして蒸発速度を高め、速やかに均一水分濃度を
得る方法とは、逆の手法であり、高い脱硫性能を得るこ
とができる。

【００３２】この装置を用いて、Ａ炭（排ガス中のＳＯ
₂濃度２０００ｐｐｍ）を燃焼したときの脱硫試験を実
施した。ただし、脱硫剤５は消石灰を用い、消石灰を排
ガス中に含まれるＳＯ₂に対しモル比で２倍（以下、Ｃ
ａ／Ｓ＝２と略す）供給した。脱硫塔出口でのガス温度
を７０℃になるように水を水スプレノズル１２から噴霧
した。

【００３３】この時の液ガス比（水供給量／亜硫酸ガス
含有排ガスダクトガス量の比）は０．０４リットル／ｍ
³Ｎで、水スプレの液滴径の平均は３０μｍで、水スプ
レノズル１２の配置位置は脱硫塔４のガス上流入口部か
ら１．５ｍで、水スプレノズル１２の噴霧角度は５０度
で、脱硫塔４内のガス空塔速度は２ｍ／ｓであった。た
だし、水スプレノズル１２の噴霧角度Ａは図２（ｂ）に
示すように、該ノズル１２の水噴霧方向に対して末広が
り状に広がった水スプレの垂直断面の成す角度である。

【００３４】ボイラ１出口および集塵装置８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところそれぞれ２０００ｐｐｍおよび４００ｐｐｍであ
った。すなわち、排ガス中のＳＯ₂の内８０％が除去さ
れたことになる。また集塵装置８の下部から回収された
脱硫剤粒子のＣａ利用率は４０％であった。

【００３５】実施例２図３〜図５に実施例２を示す。脱硫塔４の取り付けは図
１と同様であり、この脱硫塔４内に水スプレノズル１２
がガス流れとは逆方向に水を噴霧できるようにしたヘッ
ダ２１が配置されている。図４に示すように水スプレノ
ズル１２は中央部に水配管１４の先端が臨み、その周り
にアトマイズガス配管１５の先端が臨んでいるため、水
配管１４から供給される水は配管１５から供給されるア
トマイズ用ガスによって微粒化されながらノズル１２の
先端より噴霧される。しかも、水スプレノズル１２の外
側には渦分離用ガス配管１８が取り付けられているた
め、ノズル１２の先端から噴霧された微小な水粒子を含
む渦がノズル１２の先端から分離しやすくなっている。

【００３６】このノズル１２は排ガス流れに逆らった方
向に噴霧されるため、図５（ａ）および図５（ｂ）に示
すように水スプレノズル１２周りに固定した渦流１７’
が発生し、この中に噴霧された水滴が閉じ込められるた
め高湿度の渦１７を形成する。なお、図５（ａ）に示す
例はガス流れに対し１８０度の角度で水噴霧したもので
あり、図５（ｂ）に示す例はガス流れに対し１３５度の
角度で水噴霧した場合である。ただし、ここでのノズル
角度とは、脱硫塔４内の排ガス流れ方向（ここでは垂直
上方向）を基準とし、この垂直上方向を０度としたとき
の角度できる。

【００３７】この渦１７’は同一の場所で形成され、周
囲との混合がほとんどなされないため、渦分離用ガス配
管１８から空気などのガスを導入し、水スプレノズル１
２の周りから噴霧することで、この渦１７’をノズル１
２周りから分離できる。さらに分離した渦１７は排ガス
流れに乗って上昇するため、順次新しい高湿度渦１７が
発生することになる。渦分離用ガスは一定量常に流れて
も良いが、間欠的に流すと効果はさらに明確になる。こ
の高湿度の渦１７内には水が排ガス流れに逆らった状態
で噴霧されていることにより、噴流は減速されその後、
逆転して排ガス流れに乗ることになる。

【００３８】この渦１７の生成により脱硫剤５とＳＯ₂
を含む排ガスとは、よく混合し渦１７中に入る。この渦
１７の中には水滴が存在しており、この水滴が蒸発する
ため相対湿度は１００％に近い値が得られる。渦分離用
ガスによりノズル１２周りから分離された渦１７は、周
辺の排ガスとの混合は制限され、高湿度を保ちながら排
ガス流れの下流側に流れる。そのため、この渦１７中で
は高い脱硫性能を示すことになる。

【００３９】また、脱硫塔４の出口ではこれらの高湿度
渦１７流れと周りの排ガスが混合し均一な水分濃度まで
高められるため、総合脱硫性能は高い値を示すことにな
る。脱硫塔入口構造において排ガスダクト１３の径に対
し脱硫塔４の径を大きく取ると図３における拡大部２０
の流速は遅くなるが、逆流域を形成するため、この中に
排ガスダクト１３内に供給された脱硫剤５の粒子が入
り、浮遊して停滞することになるため脱硫剤５の粒子濃
度の高い領域ができる。この領域は脱硫塔４内において
排ガスダクト１３の入口から脱硫塔４の径の１倍程度ま
でであり、この範囲内で水を噴霧することにより、高濃
度の脱硫剤５が高湿度の渦１７と接触することになるた
め、さらに高い脱硫性能が得られる。

【００４０】この装置を用いて、Ａ炭（排ガス中のＳＯ
₂濃度２０００ｐｐｍ）を燃焼したときの脱硫試験を実
施した。ただし、脱硫剤５は消石灰を用い、消石灰をＣ
ａ／Ｓ＝２の条件で供給した。脱硫塔４内のガス温度を
７０℃になるように水を水スプレノズル１２から噴霧し
た。

【００４１】この時の液ガス比は０．０４リットル／ｍ
³Ｎで、水スプレの液滴径の平均は３０μｍで、水スプ
レノズル１２の配置位置は脱硫塔４のガス上流入口部か
ら１．５ｍで、水スプレノズル１２の噴霧角度は５０度
で、脱硫塔４内のガス空塔速度は２ｍ／ｓであった。

【００４２】ボイラ１出口および集塵装置８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところそれぞれ２０００ｐｐｍおよび４００ｐｐｍであ
った。すなわち、排ガス中のＳＯ₂の内８０％が除去さ
れたことになる。また集塵装置８の下部から回収された
脱硫剤粒子のＣａ利用率は４０％であった。

【００４３】比較例１図４６に示した装置を用いて、Ａ炭の石炭について実施
例１と同じ条件で脱硫試験を行った。実施例１と異なる
点は、脱硫塔４内で水ヘッダ２１を通じて水スプレノズ
ル１２から排ガスの流れと同方向に向けるように水を並
流に噴霧して、排ガス中の温度を下げることである。

【００４４】この時、集塵装置８の出口におけるＳＯ₂
濃度は８００ｐｐｍであり、脱硫率６０％が得られた。
また、集塵装置８の下部から回収された脱硫剤粒子のＣ
ａ利用率は３０％であった。

【００４５】実施例３実施例２と同様に図３において脱硫塔４内において排ガ
スの流れに交叉する方向に向けるように水を噴霧する。
この装置を用いて、Ａ炭の石炭について実施例１と同じ
条件で脱硫試験を行った。ただし、実施例２と異なる点
は、図６に示すように水スプレノズル１２から排ガス流
れに交叉する方向に向けるように水を噴霧した後、渦１
７の形成を激しく行うため、水スプレノズル１２の直上
に分散板１６を設置している。噴霧された水滴群はこの
分散板１６でさえぎられ、迂回して下流へ流れることに
なるが、分散板１６上では排ガスと激しく混合すると同
時に高湿度のガス渦１７、すなわちカルマン渦が多量に
発生する。

【００４６】この結果、渦１７内は高い湿度を保ち、Ｓ
Ｏ₂と脱硫剤５の反応が促進される。脱硫試験時の集塵
装置８出口におけるＳＯ₂濃度は３００ｐｐｍであり、
脱硫率８５％が得られた。また集塵装置８の下部から回
収された脱硫剤粒子のＣａ利用率は４２．５％であっ
た。

【００４７】以上のことから、水、ガスを排ガス流に対
して向流に吹き込んだときに、高湿度領域が存在するこ
とから、各パラメータを変化させて、各条件で脱硫試験
を実施した。装置は実施例２と同一で、ただし、次の条
件のように各パラメータを変化させた。

【００４８】水スプレノズルの噴霧角度（図２（ｂ））
が１０、２０、３０、５０、７０、１２０、１４０、１
６０、１８０度の条件で、水スプレの液滴径の平均が１
０、２０、３０、５０、７０、１００、１４０、１７
０、２００μｍの条件で、脱硫塔４内のガス空塔速度が
０．５、１、３、５、７、１０、１５ｍ／ｓの条件で脱
硫試験を行った。

【００４９】その結果を図７、図８および図９に示す。
その結果、次の条件下で水含有流体を向流に吹き込む
と、並流に比較して、高い脱硫性能が得られることが分
かった。水スプレの噴霧角度：２０〜９０度水スプレの液滴径の平均：２０〜１４０μｍ脱硫塔内ガス空塔速度：１〜１０ｍ／ｓ

【００５０】実施例４図１に示したフローシートで図５（ｂ）の装置を適用し
た例を具体的に説明する。水スプレノズル１２をガス流
に対してどのような角度に取り付けるかを検討するた
め、角度を変化させて、脱硫試験を実施した。この装置
を用いて、Ａ炭の石炭について実施例２と同じ条件で脱
硫試験を行った。ただし、実施例２と異なる点は、図５
（ｂ）のように水スプレノズル１２の取り付け角度を変
化させた試験を行った。

【００５１】その結果を図１０に示す。水スプレノズル
１２の取り付け角度がガス流に対して４０〜１８０度の
範囲で、水含有流体を吹き込むと、並流に比較して、高
い脱硫性能が得られた。

【００５２】脱硫試験時の集塵装置８の出口におけるＳ
Ｏ₂濃度は４００ｐｐｍであり、脱硫率８０％が得られ
た。また、集塵装置８の下部から回収された脱硫剤粒子
のＣａ利用率は４０％であった。

【００５３】なお、液ガス比（水供給量／亜硫酸ガス含
有排ガスダクトガス量の比）が０．０２リットル／ｍ³
Ｎ以下では、排ガス温度が高く、脱硫性能は低く、実用
的でない。また０．０５リットル／ｍ³Ｎ以上では、排
ガス温度が飽和温度近くとなり、ガス中の水分が露点に
達するケースがあるので実用的でない。このことから、
液ガス比（水供給量／亜硫酸ガス含有排ガスダクトガス
量の比）は０．０２〜０．０５リットル／ｍ³Ｎの範囲
で運用されるべきである。

【００５４】水スプレノズル１２の取り付け位置につい
ては、図３の脱硫塔構造を例にとると、噴霧された水が
脱硫塔４の壁あるいは脱硫塔４内の構造物に接触し、濡
れることによるダスト付着を防止するため、ガス流れ直
交面において中央部から塔壁に高低湿度勾配を形成し、
かつ、塔出口ガスの温度を飽和温度より高く保つ必要が
ある。このため塔壁部をできるだけ低湿度となるよう
に、水スプレノズル１２の脱硫塔内でのガス流れ直交面
内での取り付け位置と最下部の取り付け位置を決める。
また、水スプレノズル１２を高い位置に取り付けると、
その取り付け位置からガス下流の脱硫塔４の有効長さを
一定とする必要から、脱硫塔４の全体が高くなり経済的
ではない。そのため水スプレノズル１２の取り付け位置
はＬ／Ｄ（水スプレノズル取り付け位置／脱硫塔径）の
１倍以下が望ましく、排ガス処理量が数万ｍ³Ｎ／ｈ以
上の実機装置においては、脱硫塔４の排ガスの上流の入
口部から５ｍ以内にする必要がある。

【００５５】実施例５図１１に実施例５を示す。図１１は図１と同様な脱硫塔
４内において水スプレノズル１２群を互いに対向するよ
うに取り付け、噴流を衝突させる方法である。水スプレ
ノズル１２の出口、特に排ガス流れに対して後流側に固
定した渦１７流が発生するが、これらの噴流を衝突させ
ることにより、衝突部の圧力が高くなり噴流は上下左右
に変動することになる。この振動により固定した渦１７
が水スプレノズル１２の周りから分離して上昇し、順次
渦１７が発生することになる。二つの噴流を衝突させる
ことにより噴霧した水滴をこの渦１７流に閉じ込める効
果があり、上記実施例と同様に脱硫塔４の出口における
総合脱硫性能を高めることができる。

【００５６】この装置を用いてＡ炭について実施例１と
同じ条件で脱硫試験を行った。脱硫試験時の集塵装置８
の出口におけるＳＯ₂濃度は４００ｐｐｍであり、脱硫
率８０％が得られた。また、集塵装置８の下部から回収
された脱硫剤粒子のＣａ利用率は４０％であった。

【００５７】以上の各実施例の試験結果をまとめると、
図１２に示すように明らかに従来法に比較して本発明に
よる脱硫性能は高くなっている。このことは、本発明に
おいて述べているように、脱硫塔内ガス流れ方向の途中
に渦１７を発生させることで、相対湿度の極大値を形成
させ、前記化合物の脱硫剤５が前記相対湿度の極大値領
域（渦）内に混入させることにより、排ガス中のＳＯ₂
と脱硫剤５の反応が促進され高い脱硫性能が得られる。

【００５８】また、水の供給量および水分散用流体の流
量の制御を有効に行うため、脱硫塔４内または脱硫塔４
出口に温度センサ、湿度センサ、水分濃度センサの少な
くとも一個を取り付け、その信号により、水の供給量お
よび水分散用流体の流量を制御することも可能である。

【００５９】実施例６図１３（図１に示す装置を簡略化して図示したもの）
は、事業用ボイラに本発明を適用した場合の例を示す。
石炭焚きあるいは重油焚きボイラ１からのＳＯ_Xを含む
排ガスは、エアヒータ２で温度を下げられ、約１５０℃
の温度になる。この時、排ガス中には石炭焚きボイラの
場合約７〜１０％、重油焚きボイラの場合約１２〜１５
％の水分が含まれている。この排ガスは、ガス用熱交換
器３０に導かれ、脱硫塔４から出たガスと熱交換されて
温度を下げられる。温度を下げられた排ガスは、脱硫塔
４に入り、消石灰等の脱硫剤５と水が導入されて、排ガ
ス中のＳＯ_Xは除去される。この時、脱硫性能を大きく
支配するのは、脱硫塔４内の温度であり、すなわち、脱
硫塔４内の温度の断熱飽和温度との差である。脱硫塔４
から出た脱硫処理後の排ガスが集塵装置８に入る前に前
記ガス用熱交換器３０で昇温できるという特色を持つ、
本装置では、断熱飽和温度直上まで脱硫塔４出口の温度
を低下できるので、脱硫率としては、非常に高い値を得
ることができる。

【００６０】なお、図１４には湿度制御を正確に行うこ
とのできる実験装置に、反応ガス温度を変えて、断熱飽
和温度との差と脱硫率の関係を調べた結果を示す。図１
４に示す通り、脱硫率は断熱飽和温度との差に大きく支
配され、温度が断熱飽和温度に近づくほど、脱硫率は高
くなることが明らかになった。

【００６１】次に、図１３と同じシステム構成を有する
実験装置を用いて実験した結果を以下述べる。重油焚き
燃焼炉にて、約１０％の水分を有する２００Ｎｍ³／ｈ
の熱風を発生させ、ＳＯ₂ガスボンベを用いて２００Ｏ
ｐｐｍ相当のＳＯ₂ガスを混入させて、ボイラ排ガスに
相当する模擬排ガスを作成した。ガス温度は冷却器を用
いて、エアヒータ３出口に相当する１５０℃付近に保持
した。

【００６２】上記条件を有する模擬排ガスを再生式ガス
用熱交換器（ユングストローム型空気予熱器）に導く
と、ガス用熱交換器出口の温度は、９０℃まで低下し
た。次に、この模擬排ガスを脱硫塔内に導き、脱硫塔内
では消石灰および水を供給した。消石灰はＳＯ₂ガスと
のモル比が２となるよう供給した。水は脱硫塔中央部に
設けた温度計をモニターしながら、断熱飽和温度プラス
５℃（本ケースの場合５９℃）を狙って、水供給量を決
定した。上記脱硫実験を行った時の脱硫塔出口のＳＯ₂
モニタの値は３５０〜３６０ｐｐｍとなり、脱硫率とし
ては約８３％という値が得られた。

【００６３】一方、ガス用熱交換器を出た後の排ガス温
度は、約９０℃で、断熱飽和温度より約３０℃高い値と
なっていた。また、集塵装置内を実験直後、分解点検
し、目視で結露の有無を確認したが、その証拠は全く観
察されなかった。

【００６４】比較実験前記実験装置においてガス用熱交換器を用いず、バイパ
スして直接、集塵装置へ供給する比較実験を行った。こ
の時、脱硫反応器出口のガス温度は、集塵装置での露点
腐食が実装置規模で防止できる断熱飽和温度プラス１０
℃（本ケースの場合６４℃）になるよう、温度計をみな
がら水供給量を次第に増加していった。上記脱硫実験を
行った時の脱硫反応器出口のＳＯ₂モニターの値は８５
０ｐｐｍとなり、脱硫率としては５８％と低い値になっ
た。

【００６５】実施例７図１５（図１の脱硫装置の脱硫剤の導入部位を変更し、
簡易化して図示したもの）は高温脱硫として、ボイラ１
内に脱硫剤５として石灰を吹き込み高温脱硫を行い、排
ガス煙道に設けた脱硫塔４に水をスプレーして低温脱硫
する例である。このときボイラ１と脱硫塔４の間の煙道
６にはガス用熱交換器３０が配置され、脱硫塔４に導か
れる排ガスと脱硫塔４から排出される脱硫処理後の排ガ
スの熱交換が行われる。本実施例でも、脱硫塔４内での
反応温度を低くでき、前記実施例６と同様の効果が得ら
れる。

【００６６】実施例６、７により、脱硫塔４への導入前
の排ガスと脱硫塔４から排出される排ガスとの間で熱交
換すると脱硫塔４内での排ガス温度を断熱飽和温度直上
まで降下させても、集塵装置８内での結露を防止できる
ため、集塵装置８は一体化した脱硫塔４を用いても、集
塵装置８の腐食により脱硫塔４の運転を停止するような
ことはない。また、脱硫性能は相対湿度に支配されるの
で、脱硫塔４入口の温度を下げることにより、同じ相対
湿度を達成するのに必要な水分の量を低減でき、脱硫率
を向上できる。

【００６７】実施例８図１６に示す装置を用いて脱硫性能を評価した。ただ
し、集塵装置８で捕集された未反応および反応済みの脱
硫剤並びに灰を含んだ粒子（以下、捕集粒子と呼ぶ）の
一部は廃棄され、その残りは、ライン２２を通じて排ガ
ス温度が６００〜９００℃である煙道６中に噴霧供給さ
れ、排ガス中のＳＯ₂などの酸性有毒ガスと再度反応す
る。

【００６８】この装置を用いて、Ｂ炭（石炭中の硫黄分
０．８％）を燃焼したときの脱硫性能を測定した。ただ
し、脱硫剤は消石灰を用い、消石灰の供給量Ｃａ／Ｓ＝
１．５とした。また、水の噴霧量は排ガスの３％であ
り、このとき水は空気と共に２流体ノズルで噴霧して
も、水のみを１流体ノズルから噴霧してもよい。このと
きの脱硫塔４の出口温度は約７０℃であった。また、集
塵装置８で捕集された粒子の内重量比で５０％が廃棄さ
れ、残りの５０％がライン２２を通じて排ガス温度６０
０℃の煙道６に再度噴霧供給された。

【００６９】ボイラ１出口および集塵装置８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところそれぞれ６４０ｐｐｍおよび６０ｐｐｍであっ
た。すなわち、脱硫率は９１％であった。

【００７０】実施例９実施例８と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし。捕集粒子を再度噴霧供給する場所を変
え、煙道６中のガス温度と脱硫率の関係を調べた。その
結果を図１７に示す。煙道６の排ガス温度によって脱硫
率は変化するが、５００〜９００℃が好ましいことが分
かった。他の石炭や脱硫剤についても同様の検討を行っ
たが、５００〜９００℃が好ましいことが明らかになっ
た。

【００７１】５００℃以下の温度で脱硫率が低下するの
は反応速度が低くなるためおよび脱硫剤５の脱水反応に
よる細孔の生成が少ないためと考えられる。すなわち、
温度が十分高い場合は、脱硫剤５として、例えば消石灰
を用いる場合は下記の反応式で示される脱水反応が起
き、水が蒸発する際に表面を覆っていた亜硫酸カルシウ
ムおよび硫酸カルシウムの殻が壊れ、さらに脱水反応時
に脱硫剤５の粒子の細孔容積が増加することにより排ガ
ス内のＳＯ₂との接触効率が良くなる（図１８（ａ）参
照）。排ガス温度が低い場合は、上記の反応が起きない
ため、高い脱硫率が得られない（図１８（ｂ）参照）。Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ

【００７２】一方、排ガスの温度が９００℃以上で脱硫
性能が低下する理由は完全には明らかでないが、排ガス
中の二酸化炭素（ＣＯ₂）と脱硫剤、例えば消石灰が反
応して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）が生成し、ＳＯ₂と
反応し得る脱硫剤５が減少することおよび高温により脱
硫剤５の粒子が焼結し、細孔容積が減少することが理由
として考えられる。このため、捕集粒子をスラリ化した
後、ボイラ１（ガス温度が１０００〜１２００℃）に再
度吹き込む従来の方法では高い脱硫率は得られないと考
えられる。

【００７３】実施例１０実施例８と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし、脱硫剤供給量Ｃａ／Ｓを１．０〜３．
０まで変化させ、そのときの脱硫率を測定した。その結
果を図１９中（ａ）に示すが、脱硫剤供給量Ｃａ／Ｓが
１．０でも８０％程度の脱硫率が得られた。

【００７４】実施例１１実施例８と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。硫黄含有量の異なる５炭種を使用した。それぞ
れの石炭に関して、硫黄含有量並びにボイラ１出口およ
び集塵装置８出口におけるガス中のＳＯ₂濃度並びに集
塵装置８より廃棄された反応済脱硫剤（亜硫酸カルシウ
ムおよび硫酸カルシウム）のうち、硫酸カルシウムの割
合（以下酸化率と言う）を表１に示す。いずれの炭種で
も高い脱硫率および酸化率が得られた。

【００７５】

【表１】

【００７６】実施例１２実施例８と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし、脱硫剤５としてＣａＯ、ＣａＣＯ₃、
ＮａＯＨおよびＭｇ（ＯＨ）₂を用い、それぞれの脱硫
性能を調べた。その結果を表２に示す。

【００７７】

【表２】

【００７８】比較例２図４６に示した従来技術に基づく装置を用いて、Ｂ炭か
らＧ炭の６種類の石炭について実施例８および１１と同
じ条件で脱硫率および酸化率を測定した。ただし、水は
排ガスの３重量％を煙道６中に噴霧して添加し、集塵装
置８で捕集された粒子の内、重量比で５０％が廃棄さ
れ、残りの５０％がライン２２を通じて脱硫塔４に再度
噴霧供給された。その結果を表３に示す。本発明法の実
施例による脱硫装置に比較して脱硫率および酸化率とも
低くなっている。

【００７９】

【表３】

【００８０】比較例３図４６に示した従来技術に基づく装置を用いて、Ｂ炭に
ついて実施例１０と同じ条件で脱硫剤供給量Ｃａ／Ｓを
１．０〜３．０まで変化させ、脱硫率を測定した。その
結果を図１９中の（ｂ）に示す。本発明法による脱硫方
法に比較して全体的に脱硫率が低くなっているが、特に
脱硫剤供給量が低い条件でその差が大きくなる傾向があ
る。

【００８１】比較例４図４６に示した従来技術に基づく装置を用いて、実施例
１２と同様にしてＣａＯ、ＣａＣＯ₃、ＮａＯＨおよび
Ｍｇ(ＯＨ)₂を脱硫剤として用い、それぞれの脱硫性能
を調べた。その結果を表４に示す。本発明法による脱硫
方法に比較して脱硫率が低く、集塵装置８出口のＳＯ₂
濃度が高くなっている。

【００８２】

【表４】

【００８３】実施例１３図１６に示した装置では捕集粒子を乾燥した粉体のまま
排ガス温度６００℃の煙道６中に噴霧供給しているが、
捕集粒子と水を混合しスラリ状にした後これを煙道６中
に噴霧供給してもよい。図２０に、捕集粒子をスラリ化
した後、煙道６中に噴霧供給する場合の装置のフローシ
ートを示す。捕集粒子の一部は集塵装置８から脱硫剤調
製装置３７に送られ、ライン２８から供給された水と混
合されてスラリ状になる。このスラリはポンプ２９を通
じて煙道６中に供給される。このようにスラリにした
後、煙道６中に噴霧する方法の優れている点は、脱硫剤
粒子表面の反応生成物の殻が除去されやすいことおよび
排ガス中のＣＯ₂と反応しにくいため、脱硫性能が高い
ことが挙げられる。

【００８４】なお、脱硫剤５のリサイクル法として、捕
集粒子に水を添加した後、これを再び乾燥させ、脱硫反
応生成物の殻を破壊した後、煙道６に再度供給する方法
を採用すると、乾燥される工程での脱硫反応生成物の殻
の破壊で粒子同士の凝集がなくなり、脱硫剤５の噴霧特
性がよくなる。

【００８５】実施例１４図２１に本発明の実施例を示す。図２１において、ボイ
ラ１からの排ガスはエアヒータ３で温度を下げられ、脱
硫塔４に導かれる。脱硫剤５はノズル１１より噴霧す
る。脱硫剤５は煙道１３を経て脱硫塔４内に導かれる。
脱硫塔４内で水スプレノズル１２から噴霧して排ガス中
の温度を下げ、脱硫剤５と排ガス中の硫黄酸化物との反
応が促進され、排ガス中の硫黄酸化物が除去される。反
応済みの脱硫剤は集塵装置８で捕集され、廃棄される。
排ガスはその後煙突９より排出される。

【００８６】上記脱硫システムにおいて脱硫塔４下部に
は前記したごとく、流動性が悪い湿った粉末が堆積する
ため粉末の円滑な抜き出しには下部ホッパ温度を排ガス
飽和温度＋５℃以上に保持する必要がある。このため、
一部排ガスを分岐ライン２３および昇圧ファン２４によ
り脱硫塔４下部へ供給する。この際、ホッパ下部にリン
グヘッダ２６を設置し、ホッパ角度に沿って上方に吹き
込む。このとき、リングヘッダ２６への排ガス供給量の
制御はホッパ下部に設けられた温度センサ２７で行われ
る。すなわち、下部ホッパ温度が排ガス飽和温度＋５℃
以上を維持できるようにホッパ部温度を温度センサ２７
で検知して昇圧ファン２４により排ガス吹き込み量を制
御する。脱硫塔４下部に堆積した脱硫剤５は排出ライン
２５より排出される。

【００８７】この試験を１００時間連続運転して行った
が、下部ホッパからの粉末の抜き出しは円滑に行うこと
ができた。また、装置を停止後、脱硫塔４を内部点検し
たところ、脱硫剤などの固形物は観察されなかった。

【００８８】また、図２２には排ガスを脱硫塔４の下部
ホッパへ供給する方法としてエアレーション方式を用い
る例を示す。

【００８９】実施例１５本発明法による装置を適用した例を図２３と図２４を用
いて説明する。図２３において、ボイラ１からの排ガス
はエアヒータ３で温度を下げられ、脱硫塔４に導かれ
る。脱硫剤（消石灰）５は脱硫剤導入管１０を経由して
ノズル１１より噴霧する。脱硫剤５は煙道１３を経て脱
硫塔４内に導かれる。脱硫塔４内で水はヘッダ２１のノ
ズル１２から噴霧され、排ガス中の温度を下げる。この
とき、水の噴霧量は、水噴霧後の直接水滴が衝突すると
ころの局部的な位置５５（脱硫塔４内のノズル１２の直
下の位置）の温度を熱電対５７により測定し、検出器５
８を介して演算器５９で演算する。そして脱硫塔４出口
ガス温度が、この検出温度よりも高くなるように水供給
制御弁６０により水噴霧量を制御する。なお、図２４に
脱硫塔４の水噴霧後の直接水滴が衝突するところの局部
的な位置５５付近の拡大図を示す。

【００９０】脱硫塔４を出た排ガスは、集塵装置８に導
かれる。脱硫塔４内で、脱硫剤５はＳＯ₂などの酸性有
毒ガスと反応し、反応した脱硫剤は排ガス中の灰ととも
に集塵装置８で捕集され、廃棄される。

【００９１】この装置を用いて、Ａ炭（排ガス中のＳＯ
₂濃度２０００ｐｐｍ）を燃焼したときの脱硫試験を実
施した。ただし、脱硫剤５として消石灰を用い、消石灰
を排ガス中に含まれるＳＯ₂に対しモル比で２倍（以下
Ｃａ／Ｓ＝２と略す。）添加した。脱硫塔４出口温度
は、熱電対５７により検出した位置５５の温度よりも１
０℃高くなるように制御され、ノズル１２の水噴霧量は
この信号により調整された。

【００９２】ボイラ１出口および集塵器８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところそれぞれ２０００ｐｐｍおよび４００ｐｐｍであ
った。すなわち、排ガス中のＳＯ₂の内８０％が除去さ
れたことになる。この試験を１００時間連続運転し、装
置を停止後、脱硫塔４を内部点検したところ、脱硫剤５
などの固形物は観察されなかった。

【００９３】実施例１６実施例１５と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。ただし、脱硫塔４出口ガス温度は、熱電対５
７により検出した位置５５の温度よりも５℃高くなるよ
うに制御され、ノズル１２の水噴霧量はこの信号により
調整された。

【００９４】ボイラ１出口および集塵器８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところ、それぞれ２０００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍで
あった。すなわち、排ガス中のＳＯ₂の内９０％が除去
されたことになる。実施例１５と同様、１００時間の運
転時間の試験を行った。試験後、脱硫塔４を内部点検し
たところ、脱硫剤５等の固形物は観察されなかった。

【００９５】比較例５図４６に示した従来技術に基づく装置を用いて、前記Ａ
炭について実施例１５と同じ条件で脱硫試験を行った。
実施例１５と同様、１００時間の連続運転の試験を行っ
た。試験後、脱硫塔４および集塵器８を内部点検したと
ころ、脱硫剤５等の固形物が２ｋｇ堆積しているのが観
察された（脱硫剤供給量の約１％）。さらに、脱硫塔ノ
ズル配管の材料表面の腐食が観察された。

【００９６】比較例６図４６に示した従来技術に基づく装置を用いて、前記Ａ
炭について実施例１６と同じ条件で脱硫試験を行った。
実施例１６と同様、１００時間の連続運転の試験を行っ
た。試験後、脱硫塔４および集塵器８を内部点検したと
ころ、脱硫剤５等の固形物が１０ｋｇ堆積しているのが
観察された（脱硫剤供給量の約５％）。さらに、脱硫塔
ノズル配管の材料表面の腐食が観察された。

【００９７】なお、熱電対５７の位置は噴霧した水滴が
直接当たる場所なら何処でもよく、本実施例の場合はノ
ズルの上部に設置することも可能である。

【００９８】従来の方法では、脱硫塔の内壁への脱硫剤
の付着を防止するため脱硫塔出口の温度は飽和温度より
１０〜２０℃高く制御する必要があったが、本発明によ
り飽和温度より５℃高い条件で制御しても安定に装置を
運転でき、高い脱硫率を達成できた。

【００９９】実施例１７図２５に脱硫剤製造装置のフローの一例を示す。供給管
３１より加熱炉３２に送られた石灰石は加熱されて生石
灰となり、混合装置３３中で供給管３４より送られた石
炭灰と混合させる。生石灰と石炭灰の混合物は混合装置
３３より水和装置３５に送られ、水和装置３５内部で供
給管３６より水が添加され、生石灰と石炭灰は反応し、
高比表面積の脱硫剤５となる。

【０１００】図２５に示した脱硫剤製造装置では石灰石
を脱炭酸させて生石灰とするのに加熱炉３２を用いてい
るが、加熱炉３２には石灰石を脱炭酸できるものであれ
ばどのような型式の炉でも使用可能であり、水和装置３
５より排出された脱硫剤５中の粒子が凝集している場合
にはこれを再分散させるため粉砕機などを用いることも
可能である。

【０１０１】このようにして調製した脱硫剤５を煙道１
３（図１）の排ガス中に噴霧供給し、図１に示した装置
を用いてＡ炭を燃焼した時の脱硫性能を測定した。ただ
し、ボイラ出口における排ガス中に含まれるＳＯ₂に対
する脱硫剤中のＣａ量はモル比で２倍（Ｃａ／Ｓ＝２）
になるように石灰石が供給され、石炭灰は重量比で生石
灰の６０％添加（生石灰：灰＝５：３）され、水の供給
量は生石灰に対しモル比で３．５倍とした。水和装置３
５内の粒子の平均滞留時間は１時間とした。また、その
他の条件は実施例１と同じとした。

【０１０２】ボイラ１出口および集塵装置８出口におい
て、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定した
ところそれぞれ２０００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍであ
った。すなわち、脱硫率９０％が得られた。

【０１０３】実施例１８実施例１７と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、生石灰の供給量をＣａ／Ｓを変化させ
て、その時の脱硫率を測定した。生石灰と石炭灰の比率
は実施例１と同じにした。結果を図２６中の（ａ）に示
す。Ｃａ／Ｓが高いほど脱硫率も高くなっているが、Ｃ
ａ／Ｓ＝１．０でも７５％以上の脱硫率が得られてい
る。

【０１０４】実施例１９実施例１７と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、脱硫剤製造装置で水を供給する際、水
にケイ酸ナトリウムを添加した。この時のケイ酸ナトリ
ウム添加量（生石灰に対する重量％で表示）と脱硫率の
関係を図２７に示す。ただし、ケイ酸ナトリウム添加量
０％の場合は、水のみ生石灰に対してモル比で３．５倍
添加した。ケイ酸ナトリウム添加量０．０１％でも脱硫
性能向上の効果が認められ、添加量１０〜２０％で脱硫
性能は最大となる。他の石炭を燃焼しときについても検
討したが、脱硫性能および経済性の点からケイ酸ナトリ
ウム添加量は生石灰に対して５〜２０重量％が好ましい
ことが分かった。

【０１０５】実施例２０実施例１７と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。ただし、脱硫剤製造装置で水の代わりに水酸
化ナトリウム水溶液を添加した。この時の水酸化ナトリ
ウム添加量（生石灰に対する重量％で表示）と脱硫率の
関係を図２８に示す。石炭灰に対して０．０１％でも脱
硫性能向上の効果が認められ、添加量１０〜２０％で脱
硫性能はほぼ一定となる。経済性の点から添加量として
は５〜２０重量％が好ましい。

【０１０６】実施例２１実施例１７では、脱硫剤製造時の水和装置３５の温度は
制御していないが、これを制御することにより脱硫剤の
性能を向上させることも可能である。図２９にその実施
例を示す。水和装置３５内の温度を調整するため、加熱
用の水蒸気および冷却用の冷水をそれぞれ供給管４６お
よび４７から供給する。図３０にＡ炭を用いて実施例１
７と同じ条件で脱硫した時の、脱硫剤製造装置内部の温
度と脱硫率の関係を示す。脱硫剤製造装置内部の温度と
しては、８０〜１３０℃が好ましい。この温度より低す
ぎても高すぎても脱硫性能は低下する。

【０１０７】実施例２２実施例１７と同一の装置において、硫黄の含有率の異な
る５種類の石炭を用いて実施例１と同一条件で脱硫試験
を行った。その結果を表５に示す。

【０１０８】

【表５】

【０１０９】実施例２３実施例１と同一の装置において、炭酸マグネシウム（Ｍ
ｇＣＯ₃）及び炭酸マグネシウムカルシウム（ＣａＣＯ₃
・ＭｇＣＯ₃）を用いて実施例１と同一条件で脱硫試験
を行った。その結果を表６に示す。

【０１１０】

【表６】

【０１１１】実施例２４図３１に脱硫剤製造装置のフローの一例を示す。供給管
３１より加熱炉３２に送られた石灰石は加熱されて生石
灰となり、混合装置３３に送られる。混合装置３３内部
で生石灰に供給管３４よりケイ酸ナトリウム水溶液が添
加され、生石灰とケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸ナ
トリウムは反応し、さらに所定の時間撹拌されて、高比
表面積の脱硫剤５となる。

【０１１２】図３１に示した脱硫剤製造装置では石灰石
を脱炭酸させて生石灰とするのに加熱炉３２を用いてい
るが、加熱炉３２は石灰石を脱炭酸できるものであれば
どの様な型式の炉でも使用可能であり、混合装置３３も
粉体を撹拌できるものであればどの様な型式のものでも
構わない。このようにして調製した脱硫剤５を図１に示
したボイラ１の煙道１３の排ガス中に噴霧供給し、脱硫
処理に利用される。

【０１１３】この装置を用いて、Ｍ炭（石炭中の硫黄分
１．９％、灰含有率１２．４％）を燃焼した時の脱硫性
能を測定した。ただし、Ｃａ／Ｓ＝１．５と呼ぶ。）と
なるように石灰石（消石灰）が供給され、ケイ酸ナトリ
ウム（水ガラス：ＪＩＳ１号、以下同様）は生石灰に対
して重量比で５％添加され、この際ケイ酸ナトリウム水
溶液中の水の量は生石灰に対し、モル比で２．５倍とし
た。さらに、水は水配管１４より脱硫塔４中に重量比で
排ガスの３％噴霧供給された。また集塵装置８で捕集さ
れた粒子の内５０％は脱硫塔４に循環され、残りは廃棄
された。集塵装置８で捕集された粒子中に含まれる未反
応の脱硫剤はＣａ／Ｓの値には含まれていない。

【０１１４】ボイラ１の出口および集塵装置８の出口に
おいて、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定
したところそれぞれ１５４０ｐｐｍおよび１８０ｐｐｍ
であった。すなわち、排ガス中のＳＯ₂の内８８％が除
去（以下、脱硫率８８％と呼ぶ。）されたことになる。

【０１１５】実施例２５実施例２４と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、生石灰の供給量をＣａ／Ｓを変化させ
て、その時の脱硫率を測定した。結果を図３２中の
（ａ）に示す。Ｃａ／Ｓが高いほど脱硫率も高くなって
いるが、Ｃａ／Ｓ＝１．０でも７０％以上の脱硫率が得
られている。

【０１１６】実施例２６実施例２４と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、脱硫剤製造装置でのケイ酸ナトリウム
添加量を変化させた。この時のケイ酸ナトリウム添加量
（生石灰に対する重量％で表示）と脱硫率の関係を図３
３に示す。ただし、ケイ酸ナトリウム添加量０％の場合
は、水のみ生石灰に対してモル比で２．５倍添加した。
ケイ酸ナトリウムは生石灰に対して０．０１％でも脱硫
性能向上の効果が認められ、添加量１０〜２０％で脱硫
性能は最大となるが、５０％以上ではケイ酸ナトリウム
無添加と同等もしくはそれ以下の脱硫性能しか得られな
い。経済性の点からも添加量としては１〜２０重量％が
好ましい。

【０１１７】添加量が多すぎると脱硫性能が低下する理
由は完全には明確になっていないが、生石灰とケイ酸ナ
トリウムが反応する際、ケイ酸ナトリウムが多すぎると
一度形成された細孔が閉鎖するからではないか考えられ
る。図３４にケイ酸ナトリウム添加量と比表面積（Ｎ₂
ＢＥＴ法で測定）の関係が示すが、ケイ酸ナトリウム添
加量が多くなると一度増加した比表面積が再び減少する
傾向が認められる。

【０１１８】実施例２７実施例２４と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、石灰石を脱炭酸させた後冷却し、生石
灰にケイ酸ナトリウム水溶液を添加する際の生石灰の温
度を変化させた。ケイ酸ナトリウム水溶液を添加する際
の生石灰の温度と脱硫性能の関係を図３５に示す。生石
灰の温度が１００℃以下になると脱硫性能がやや低下す
る傾向があり、ケイ酸ナトリウム水溶液はなるべく１０
０℃以上の温度で添加することが好ましい。

【０１１９】実施例２８実施例２４と同一の装置において、硫黄の含有率の異な
る５種類の石炭を用いて実施例２４と同一条件で脱硫試
験を行った。その結果を表７に示す。

【０１２０】

【表７】

【０１２１】実施例２９実施例２４と同一の装置において、炭酸マグネシウム
（ＭｇＣＯ₃）および炭酸マグネシウムカルシウム（Ｃ
ａＣＯ₃・ＭｇＣＯ₃）を用いて実施例２４と同一条件で
脱硫試験を行った。その結果を表８に示す。

【０１２２】

【表８】

【０１２３】比較例７図４６に示した装置を用いて、実施例２４と同じ条件で
Ｍ炭について脱硫率を測定した。Ｃａ／Ｓを変化させた
時の脱硫率を図３２中の（ｂ）に示すが、本発明法に比
較して脱硫率が低い。

【０１２４】比較例８比較例７と同じ方法（但し、Ｃａ／Ｓ＝１．５）で実施
例２８に示した５種類の石炭について脱硫率を測定し
た。その結果を表９に示す。本発明法に比較していずれ
の石炭でも脱硫率が低くなっている。

【０１２５】

【表９】

【０１２６】比較例９図４６に示した装置を用いて、実施例２８と同じ条件で
Ｍ炭について脱硫率を測定した。その結果を表１０に示
すが、本発明法に比較して脱硫率が低い。

【０１２７】

【表１０】

【０１２８】なお、上記実施例１７〜２９では石灰石を
加熱して脱炭酸し、生石灰を製造しているが、消石灰を
加熱して生石灰とした後これを用いてもよい。また、加
熱等の処理によりアルカリ土類金属の酸化物が得られる
ものであれば、各種の粘土鉱物を使用することも可能で
ある。

【０１２９】実施例３０脱硫剤５を消石灰と石炭灰の混合スラリを加熱する方法
で調製し、そのスラリを煙道１３の排ガス中に噴霧供給
し、石炭焚ボイラの排ガスを脱硫処理する場合につい
て、本発明法による装置を適用した例を用いて説明す
る。

【０１３０】図３６において、ボイラ１からの排ガスは
エアヒータ３で温度を下げられ、脱硫塔４に導かれる。
消石灰と、集塵装置８より回収された脱硫剤粒子を含む
石炭灰と、水およびケイ酸ナトリウムはそれぞれ脱硫剤
調製装置３７に送られ、撹拌・混合されながら加熱され
る。この混合物は高比表面積の脱硫剤スラリとなり、ラ
イン２２より煙道１３または脱硫塔４内に噴霧して供給
され、排ガス中のＳＯ₂等の酸性有害物質と反応する。
この時、水を煙道１３または脱硫塔４中に供給されるこ
とにより排ガスの温度を下げ、湿度を上げることも可能
である。その一部が反応した脱硫剤は排ガス中の灰とと
もに集塵装置８で捕集され、その一部は再び脱硫剤調製
装置３７に供給されて再度排ガス中のＳＯ₂等の酸性有
害物質と反応する。残りの脱硫剤および灰は廃棄され
る。脱硫剤調製装置３７中では消石灰、石炭灰、水およ
びケイ酸ナトリウムは撹拌機により混合・撹拌される
が、撹拌機はスラリを撹拌できるものであればどの様な
型式のものでも構わない。

【０１３１】この装置を用いて、Ｍ炭を燃焼した時の脱
硫性能を測定した。ただし、Ｃａ／Ｓ＝１．５となるよ
うに消石灰が供給され、ケイ酸ナトリウム（水ガラス：
ＪＩＳ１号、以下同様）は脱硫剤調製装置３７内の固体
粒子に対して重量比で５％添加され、水は脱硫塔４中に
重量比で排ガスの３％噴霧供給された。調製された脱硫
剤は、ライン２２より煙道１３内に噴霧して供給され
た。なお、脱硫剤調製装置３７中では脱硫剤スラリの濃
度は３０％重量、加熱温度および粒子の平均滞留時間は
それぞれ１００℃および２時間に調整された。また、脱
硫剤調製装置３７内で脱硫剤スラリが撹拌機により撹拌
される際のせん断速度は１０ｓｅｃ^-1であった。集塵装
置８で捕集された粒子の内５０％は脱硫剤調製装置３７
に循環され、残りは廃棄された。なお、集塵装置８で捕
集された粒子中に含まれる未反応の脱硫剤はＣａ／Ｓの
値には含まれていない。

【０１３２】ボイラ１の出口および集塵装置８出口にお
いて、ガス中の水分を除去した後、ＳＯ₂濃度を測定し
たところ、それぞれ１５４０ｐｐｍおよび１５０ｐｐｍ
であった。すなわち、脱硫率９０％であった。また、脱
硫反応前の脱硫剤の比表面積は６５ｍ²／ｇであった。
消石灰や石炭灰の比表面積が数〜十数ｍ²／ｇであるこ
とを考えると、本実施例に基づく養生処理によって比表
面積が増加したことが分かる。

【０１３３】実施例３１実施例３０と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、消石灰の供給量をＣａ／Ｓを変化させ
て、その時の脱硫率を測定した。結果を図３７中の
（ａ）に示す。Ｃａ／Ｓが高いほど脱硫率も高くなって
いるが、Ｃａ／Ｓ＝１．０でも７５％以上の脱硫率が得
られている。図３７中の（ｂ）は脱硫剤調製装置３７中
ではケイ酸ナトリウムを含まず、石炭灰と水のみ混合、
加熱した場合の値である。

【０１３４】実施例３２実施例３０と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、脱硫剤調製装置３７内でのホールドア
ップ量を調整することにより、粒子の平均滞留時間を変
化させた。この時の粒子の平均滞留時間と脱硫率の関係
を図３８中の（ａ）に示すように平均滞留時間が短くて
も充分高い脱硫率が得られる。なお、図３８中の（ｂ）
は脱硫剤調製装置３７中ではケイ酸ナトリウムを含ま
ず、石炭灰と水のみ混合、加熱した場合の値である。

【０１３５】実施例３３実施例３０と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を
測定した。但し、ケイ酸ナトリウムの添加量を変化さ
せ、その時の脱硫率を測定した。その結果を図３９に示
す。ケイ酸ナトリウムは固体粒子に対して０．１重量％
添加しても効果が認められた。Ｍ炭の場合、１０重量％
以上添加しても脱硫率がそれ以上大きくは増加しないの
で、経済性の点から添加量としては０．１〜１０重量％
が好ましい。硫黄の含有率の異なる他の炭種の石炭につ
いても同様の検討を行ったが、添加量としては固体粒子
に対し０．１〜３０重量％が好ましいことが分かった。

【０１３６】実施例３４実施例３０と同一装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。但し脱硫剤調製装置３７中の撹拌機の回転速度
を変化させ、その時のせん断速度と脱硫性能の関係を調
べた。その結果を図４０に示す。高いせん断速度を与え
ることによりスラリ中の粒子の分散が良くなるため、脱
硫率も向上する。脱硫率の点から１０ｓｅｃ^-1以上のせ
ん断速度で撹拌することが好ましい。

【０１３７】実施例３５実施例３０と同一の装置において、硫黄の含有率の異な
る５種類の石炭を用いて実施例３０と同一条件で脱硫試
験を行った。その結果を表１１に示す。

【０１３８】

【表１１】

【０１３９】実施例３６Ｍ炭について、図４１に示す装置を用いて脱硫性能を測
定した。本実施例では、供給するケイ酸ナトリウムを粘
度調整タンク３８で水と混合した後、これを脱硫剤調製
装置３７に供給する。ケイ酸ナトリウム水溶液の粘度は
その濃度によって大きく変化するが、その粘度が高いま
ま脱硫剤調製装置３７に供給した場合、脱硫剤調製装置
３７中のスラリ中で溶解しにくく、ケイ酸ナトリウムの
濃度が部分的に高くなりすぎると消石灰や石炭灰の粒子
を凝集させるため、比表面積の大きな脱硫剤が調製でき
なくなる。このような問題を解決するには、ケイ酸ナト
リウムを水で希釈することにより粘度調整タンク３８で
ケイ酸ナトリウムの粘度が、好ましくは１０Ｐａ・ｓ以
下になるよう低下させ、これを脱硫剤調製装置３７に供
給することによって解決できることが判明した。

【０１４０】図４２に、粘度調整タンク３８でのケイ酸
ナトリウムの希釈率を変えることによって、その粘度を
調整した場合の粘度と脱硫率の関係を示す（脱硫条件は
実施例３０と同じ）。粘度が１０Ｐａ・ｓ以上になると
脱硫剤の比表面積が徐々に低下していく傾向があり、ケ
イ酸ナトリウム水溶液の粘度は１０Ｐａ・ｓ以下にする
ことが好ましい。

【０１４１】実施例３７Ｍ炭について、図４３に示す装置を用いて脱硫性能を測
定した。本実施例では、脱硫剤調製装置３７の前にミル
３９を設置し、消石灰および石炭灰を水およびケイ酸ナ
トリウムの存在下で湿式粉砕した後、粉砕したスラリを
脱硫剤調製装置３７に供給し、撹拌しながら加熱するこ
とで高比表面積の脱硫剤を調製する。消石灰および石炭
灰を粉砕することにより、両者の反応性が向上し、比表
面積およびＳＯ₂吸収性能の高い脱硫剤を調製できる
が、ケイ酸ナトリウムを消石灰および石炭灰の粉砕時に
添加することにより、粉砕効率が向上し、より比表面積
およびＳＯ₂吸収性能の高い脱硫剤が調製可能である。
表１２に実施例３０と同じ条件でＭ炭を用いた場合のケ
イ酸ナトリウムおよび粉砕操作の有無による脱硫性能の
変化を示すが、同じ条件で粉砕してもケイ酸ナトリウム
を添加することにより脱硫性能が向上している。

【０１４２】

【表１２】

【０１４３】また、ミル３９の胴体周囲に加熱用ジャケ
ットを設置することによりミル３９内部で粉砕と同時に
養生処理を行い、脱硫剤調製装置３７を省略することも
可能である。

【０１４４】なお、上記実施例では脱硫剤スラリを煙道
１３または脱硫塔４内に噴霧しているが、脱硫剤調製装
置３７から出てきたスラリを乾燥させた、粉体とした
後、これを煙道１３または脱硫塔４内に噴霧することも
可能である。

【０１４５】実施例３８図４４に示す本実施例では、前記各実施例３０〜３７の
脱硫剤調製装置３７内で脱硫剤スラリを加熱する代わり
に、混合装置３５にて消石灰、石炭灰、水およびケイ酸
ナトリウムを混合した後、該スラリをボイラ火炉１また
は煙道１３中に噴霧供給する。この方法により短時間で
養生と同じ効果を得ることができる。混合装置３５は粒
子を混合するだけであるので、脱硫剤調製装置３７に比
べ小型化でき、ラインミキサーでも良い。図４５に実施
例３０と同じ条件（加熱することを除く。）で調製した
脱硫剤スラリをボイラ１または煙道１３中に噴霧した時
の温度と脱硫率を示す。脱硫率の点から３００〜１００
０℃の温度域が好ましい。１０００℃以上の温度では脱
硫剤粒子が焼結するため、また、３００℃以下の温度で
は消石炭と石炭灰の反応が生じないため脱硫率が低下す
るものと考えられる。

【０１４６】比較例１０図４６に示した装置を用いて、実施例３０および３１と
同じ条件でＭ炭について脱硫率を測定した。ただし、ケ
イ酸ナトリウムは添加しないで脱硫剤を調製した。Ｃａ
／Ｓを変化させた時の脱硫率を図３７中の（ｂ）に示す
が、本発明法に比較して脱硫率が低い。

【０１４７】比較例１１比較例１０と同じ方法（ただし、Ｃａ／Ｓ＝１．５）
で、Ｍ炭について脱硫率を測定した。ただし、脱硫剤調
製装置３７内での粒子の平均滞留時間を変化させた。こ
の時の粒子の平均滞留時間と脱硫率の関係を図３８中の
（ｂ）に示す。同一滞留時間で比較する本発明の実施例
に比べ脱硫率が低くなっている。また、同一の脱硫率を
得るに必要な滞留時間は本発明の実施例に比べ長くなっ
ており、本発明の実施例よりも大きな脱硫剤調製装置が
必要であることを示している。

【０１４８】比較例１２比較例１０と同じ方法（ただし、Ｃａ／Ｓ＝１．５）
で、実施例３５に示した５種類の石炭について脱硫率を
測定した。その結果を表１３に示す。本発明の実施例に
比較して、いずれの石炭でも脱硫率が低くなっている。

【０１４９】

【表１３】

【０１５０】なお、上記実施例３０〜３８ではアルカリ
土類金属化合物およびケイ素供給物質としてそれぞれ消
石灰および石炭灰を用いたが、アルカリ土類金属化合物
としては、石灰石、亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシ
ウムが使用でき、ケイ素供給物質としては、石炭灰、ケ
イ砂、ベントナイト、カオリナイトが使用できる。当然
のことながら、上記物質を２種類以上併用することも可
能である。また、ケイ酸ナトリウムとしてＪＩＳ１号の
水ガラスを使用しているが、他のケイ酸ナトリウムでも
使用可能である。

【０１５１】以上の実施例１〜３８では脱硫剤として消
石灰、生石灰、炭酸マグネシウムまたは炭酸マグネシウ
ムカルシウムを用いた例を示したが、その他に水酸化ナ
トリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリおよびアルカ
リ土類金属の酸化物、水酸化物および炭酸塩などが用い
られる。

【０１５２】

【発明の効果】本発明によれば、下記の理由により従来
の方法に比べより高い脱硫性能が得られ、脱硫装置を小
型化でき、使用する脱硫剤も少なく済む。

【０１５３】脱硫塔内において部分的に湿度の高い領
域を形成することができるため脱硫性能の向上が図れ
る。

【０１５４】集塵装置で捕集された未反応の脱硫剤を
集塵装置で回収した後、温度５００〜９００℃の排ガス
中に再度噴霧供給することにより未反応の消石灰の脱水
反応（Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ）が生じ、この際
表面の亜硫酸カルシウムまたは硫酸カルシウムの殻が破
壊され、ＳＯ₂との接触が良くなり、脱硫性能が高くな
る。

【０１５５】排ガスの一部または加熱空気を脱硫塔下
部ホッパ部に吹き込むことにより、脱硫塔内部の相対湿
度が高くても脱硫剤による脱硫塔下部ホッパ部における
水分の結露等を防止でき、堆積脱硫剤の湿気を低減して
流動性を向上させることができ、脱硫塔株ホッパ部の閉
塞がなくなるため、堆積脱硫剤の円滑な抜き出しが可能
となり、脱硫性能が高く維持できる。

【０１５６】水噴霧後の直接水滴が衝突するところの
局部的な位置の温度を検出し、その信号により、水噴霧
量を調節し、脱硫塔出口ガス温度を水の凝縮点以上に保
持することによりスケールの原因となる水の凝縮を防止
し、脱硫塔内の相対湿度を高く保持することができ、脱
硫性能の向上と、脱硫塔の長期安定運転が可能となり、
また、装置がコンパクトになる。

【０１５７】アルカリ金属および／またはアルカリ土
類金属の酸化物の内１種類以上の酸化物に、ケイ素供給
物質を混合した後、これを水に添加して該酸化物が水和
する際の水和熱で両者を反応させるとともに余分な水を
蒸発により除去し、比表面積の大きな脱硫剤を粉体の状
態で調製できるため、高い脱硫性能が得られる。

【０１５８】カルシウム供給物質粒子を含む脱硫剤に
ケイ酸ナトリウムを添加することでカルシウム供給物質
粒子やケイ素供給物質粒子の水中での分散性が良くなる
ため両者の反応性が向上し、より経済的（低い温度で短
時間の加熱処理）に高い脱硫性能を有する脱硫剤が調製
できる。そして、Ｃａ／Ｓが小さくても、また、スラリ
混合手段中でのスラリ滞留時間が短くても、高い脱硫率
が得られる。

【０１５９】前記ケイ酸ナトリウムとカルシウム供給
物質とケイ素供給物質のスラリ中での分散性は加熱によ
り、より向上する。さらに、スラリ混合手段中でのせん
断機による混合物のせん断、粉砕手段による粉砕で、カ
ルシウム供給物質やケイ素供給物質の分散性がより向上
する。また、スラリ混合手段に加熱手段が付属していな
い場合には、装置のコンパクト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における脱硫装置のフローシートで
ある。

【図２】実施例１の脱硫塔内の水噴霧状況を示す図で
ある。

【図３】実施例２の脱硫塔内での水スプレノズルの配
置を示す図である。

【図４】実施例２の脱硫塔内での渦分離用ガス配管を
水スプレノズルの周りに取り付けた構造を示す図であ
る。

【図５】図４に示す水スプレノズルを用いて排ガス中
に水を噴霧した場合の渦の発生の様子を示す図である。

【図６】図４に示す水スプレノズルに分散板をさらに
取り付けた図である。

【図７】図５に示す水スプレノズル噴霧角度に対する
脱硫率を示す図である。

【図８】図５に示す水スプレノズルからの平均液滴噴
径に対する脱硫率を示す図である。

【図９】図５に示す水スプレノズルを用いて排ガスの
空塔速度にに対する脱硫率を示す図である。

【図１０】図５に示す水スプレノズルを用いて排ガス
のノズル角度に対する脱硫率を示す図である。

【図１１】実施例５の脱硫塔内の水噴霧状況を示す図
である。

【図１２】実施例１〜５の試験結果をまとめたものを
示す図である。

【図１３】実施例６の脱硫装置のフローを示す図であ
る。

【図１４】断熱飽和温度と脱硫率に関する実験データ
を示す図である。

【図１５】実施例７の脱硫装置のフローを示す図であ
る。

【図１６】実施例８における脱硫装置のフローシート
である。

【図１７】実施例９の煙道中の排ガス温度と脱硫率の
関係図である。

【図１８】実施例９の脱硫剤粒子の模式図である。

【図１９】実施例１０の脱硫剤供給量Ｃａ／Ｓと脱硫
率の関係を示した実験データを示す図である。

【図２０】実施例１３を示す脱硫装置のフローシート
である。

【図２１】実施例１４のフローを示す図である。

【図２２】実施例１４の変形例のフローを示す図であ
る。

【図２３】実施例１５における脱硫装置のフローシー
トである。

【図２４】図２３の脱硫塔内の水噴霧装置部分の詳細
図である。

【図２５】実施例１７における脱硫剤製造装置のフロ
ーシートである。

【図２６】実施例１８と従来技術のＣａ／Ｓと脱硫率
の関係図である。

【図２７】実施例１９のケイ酸ナトリウム添加量と脱
硫率の関係図である。

【図２８】実施例２０の水酸化ナトリウム添加量と脱
硫率の関係図である。

【図２９】実施例２１における脱硫剤製造装置のフロ
ーシートである。

【図３０】実施例２１の水和装置内の温度と脱硫率の
関係図である。

【図３１】実施例２４における脱硫剤製造装置のフロ
ーシートである。

【図３２】実施例２５と比較例のＣａ／Ｓと脱硫率の
関係図である。

【図３３】実施例２６のケイ酸ナトリウム添加量と脱
硫率の関係図である。

【図３４】実施例２６のケイ酸ナトリウム添加量と比
表面積の関係図である。

【図３５】実施例２７の生石灰の温度と脱硫率の関係
図である。

【図３６】実施例３０における脱硫装置のフローシー
トである。

【図３７】実施例３１と比較例におけるＣａ／Ｓと脱
硫率の関係図である。

【図３８】実施例３２と比較例における粒子の平均滞
留時間と脱硫率の関係図である。

【図３９】実施例３３におけるケイ酸ナトリウム添加
量と脱硫率の関係図である。

【図４０】実施例３４における脱硫剤調製装置内での
スラリ撹拌時のせん断速度と脱硫率の関係図である。

【図４１】実施例３６における脱硫装置のフローシー
トである。

【図４２】実施例３６におけるケイ酸ナトリウムの粘
度と脱硫率の関係図である。

【図４３】実施例３７における脱硫装置のフローシー
トである。

【図４４】実施例３８における脱硫装置のフローシー
トである。

【図４５】実施例３８における噴霧供給する場所の温
度と脱硫率を示した実験データを示す図である。

【図４６】従来技術の脱硫装置のフローシートを示
す。

【図４７】相対湿度と脱硫率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１…ボイラ、２…エアヒータ、４…脱硫塔、６、１３
…煙道、８…集塵装置、１２…水スプレノズル、１４…
水配管、１５…アトマイズガス配管、１６…分散板、１
７…高湿度ガス渦、１８…渦分離用ガス配管、２１…ヘ
ッダ、２２…リサイクルライン、３０…熱交換器、３１
…石灰石供給管、３２…加熱炉、３３…混合装置、３５
…水和装置、３７…脱硫剤調製装置、３８…粘度調整タ
ンク、３９…ミル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平3−215059 (32)優先日平３(1991)８月27日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号特願平3−217755 (32)優先日平３(1991)８月29日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号特願平3−262486 (32)優先日平３(1991)10月11日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号特願平3−262487 (32)優先日平３(1991)10月11日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者横山公一広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者野坂浩之広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者中島史登広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者高本成仁広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者車地隆治広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者橋本泰樹広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者石坂浩広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者西村士広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者野坂忠志広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属化合物またはアルカリ土類
金属化合物の内、少なくとも一種類以上の化合物を含む
脱硫剤を石油、石炭など硫黄化合物を含む化石燃料を燃
焼する燃焼装置火炉中に供給し、あるいは前記脱硫剤を
燃焼装置火炉から排出される硫黄酸化物含有排ガス煙道
中に供給し、後流側に設置された脱硫塔内または脱硫塔
入口部に水噴霧部を設け、排ガス中の硫黄化合物を除去
する乾式排煙脱硫装置において、脱硫塔内のガス流れ方向の途中に渦発生装置を設けるこ
とにより、相対湿度の高い領域を形成させ、前記化合物
を含む脱硫剤を前記相対湿度の高い領域内に混入させる
ことを特徴とする乾式排煙脱硫装置。
【請求項２】前記水噴霧部と渦発生装置により相対湿
度の高い領域内のガス流れ直交面において中央部から塔
壁に高低湿度勾配を形成し、かつ、塔出口ガスの温度を
飽和温度より高く保つことを特徴とする請求項１記載の
乾式排煙脱硫装置。
【請求項３】前記水噴霧部は液ガス比（水供給量／亜
硫酸ガス含有煙道ガス量の比）が０．０２〜０．０５リ
ットル／ｍ³Ｎの範囲であり、水噴霧ノズルの位置が脱
硫塔のガス上流の脱硫塔入口部から１〜５ｍの範囲であ
り、かつ、脱硫塔内のガス空塔速度が１〜１０ｍ／ｓの
範囲で水含有流体を噴出させることを特徴とする請求項
１または２記載の乾式排煙脱硫装置。
【請求項４】水噴霧部は水噴霧ノズルの上部に分散板
を設置していることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の乾式排煙脱硫装置。
【請求項５】水噴霧部の水噴霧角度がガスの流れ方向
に対して４０〜１８０度であることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の乾式排煙脱硫装置。
【請求項６】水噴霧ノズルの外側に渦分離用ガス配管
を有することを特徴とする請求項５記載の乾式排煙脱硫
装置。
【請求項７】水噴霧部の水噴霧ノズルは脱硫塔の対向
する両壁面にそれぞれ設けられ、水噴霧ノズルからの水
噴流を衝突させることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の乾式排煙脱硫装置。
【請求項８】脱硫塔への導入前の排ガスと脱硫塔から
排出される脱硫処理済みの排ガス間の熱交換を行わせる
ためのガス用熱交換器を設けたことを特徴とする請求項
１ないし５のいずれかに記載の乾式排煙脱硫装置。
【請求項９】燃焼装置からの排ガスにアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属化合物の内少なくとも一種類以上
の化合物を含む脱硫剤を供給して排ガス中の硫黄酸化物
を除去した後、脱硫剤と燃焼灰を集塵装置で回収する乾
式排煙脱硫方法において、脱硫剤を２００℃以下の排ガス温度域に供給し、排ガス
中の硫黄酸化物と反応した脱硫剤を集塵装置で回収した
後、未反応の脱硫剤を含む捕集粒子を温度５００〜９０
０℃の排ガス煙道中に再度供給し、排ガス中の硫黄酸化
物と反応させることを特徴とする乾式排煙脱硫方法。
【請求項１０】集塵装置で回収した未反応脱硫剤を含
む捕集粒子に水を添加し、これをスラリ状態にした後、
温度５００〜９００℃の排ガス煙道中に供給することを
特徴とする請求項９記載の乾式排煙脱硫方法。
【請求項１１】集塵装置で回収した未反応脱硫剤を含
む捕集粒子に水を添加し、これをスラリ状態にした後、
加熱乾燥させて、温度５００〜９００℃の排ガス煙道中
に供給することを特徴とする請求項９記載の乾式排煙脱
硫方法。
【請求項１２】燃焼装置火炉内または排ガス煙道中に
アルカリ金属またはアルカリ土類金属系の化合物の少な
くとも一種以上の化合物を含む脱硫剤を噴霧し、後流の
脱硫塔内で水を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を除去す
る脱硫反応を促進させ、さらに反応済みの脱硫剤を集塵
器にて捕集する乾式排煙脱硫装置において、脱硫塔下部内に加熱流体吹き込み手段を設けたことを特
徴とする排煙脱硫装置。
【請求項１３】脱硫塔下部内に吹き込む加熱流体とし
て上流側排ガスの一部を分岐させたもの、または、加熱
空気を用いることを特徴とする請求項１２記載の乾式排
煙脱硫装置。
【請求項１４】請求項１２記載の排煙脱硫装置に、脱
硫塔下部内の温度が排ガス飽和温度＋５℃以上を維持で
きるよう脱硫塔下部内に温度検知手段を設け、該温度検
知手段により加熱流体吹き込み量を制御する手段とを設
けたことを特徴とする乾式排煙脱硫装置。
【請求項１５】アルカリ金属化合物またはアルカリ土
類金属化合物の少なくとも一種類以上の化合物を含む脱
硫剤を燃焼装置火炉に供給し、あるいは前記脱硫剤を燃
焼装置火炉から排出される硫黄酸化物含有排ガス煙道中
に供給し、後流の脱硫塔内または脱硫塔入口部で水を噴
霧させて、排ガス温度を低下させることにより、前記脱
硫剤と硫黄酸化物ガスを接触させて、該硫黄酸化物を除
去する乾式脱硫装置において、水噴霧後の直接水滴が衝突するところの局部的な位置の
温度を検出し、その検出信号により、水噴霧量を調節
し、脱硫塔出口ガス温度を制御することを特徴とする乾
式脱硫装置運転方法。
【請求項１６】アルカリ土類金属の酸化物の内一種類
以上の酸化物に、ケイ素供給物質を混合した後、この混
合物に水を添加してアルカリ土類金属の酸化物が水和す
る際の水和熱で前記酸化物とケイ素供給物質とを反応さ
せて、余分の水分を蒸発させて粉体とすることを特徴と
する脱硫剤調製方法。
【請求項１７】ケイ素供給物質が石炭灰、ケイ砂、ベ
ントナイト、カオリナイトの内１つ以上の物質であるこ
とを特徴とする請求項１６記載の排煙脱硫装置。
【請求項１８】水の代わりにアルカリ水溶液を添加す
ることを特徴とする請求項１６または１７記載のいずれ
かの脱硫剤調製方法。
【請求項１９】アルカリ土類金属の酸化物の内一種類
以上の酸化物とケイ素供給物質を混合する際、ミルを用
いて両者を粉砕しながら混合することを特徴とする請求
項１６ないし１８記載いずれかの脱硫剤調製方法。
【請求項２０】アルカリ土類金属の酸化物の内一種類
以上の酸化物とケイ素供給物質を混合した後水和させる
際の温度を８０〜１３０℃に調製することを特徴とする
請求項１６ないし１９記載のいずれかに脱硫剤調製方
法。
【請求項２１】ケイ素供給物質はケイ酸ナトリウムで
あり、これを水溶液にしてアルカリ土類金属酸化物を混
合することを特徴とする請求項１６記載の脱硫剤調製方
法。
【請求項２２】アルカリ土類金属の炭酸塩を加熱して
酸化物とした後、酸化物の温度が１００℃以上の条件で
ケイ酸ナトリウム水溶液を添加することを特徴とする請
求項２１記載の脱硫剤調製方法。
【請求項２３】ケイ酸ナトリウムをアルカリ土類金属
酸化物の内一種類以上の酸化物に対して０．０１〜５０
ｗｔ％添加することを特徴とする請求項２１記載の脱硫
剤調製方法。
【請求項２４】請求項１６ないし２３記載のいずれか
の脱硫剤調製方法で調製された脱硫剤を用いて燃焼装置
からの排ガス中の硫黄酸化物を吸収することを特徴とす
る乾式排煙脱硫装置。
【請求項２５】アルカリ土類金属化合物とケイ素供給
物質と水とからなるスラリにケイ酸ナトリウムを添加す
るスラリ混合手段と、該スラリの加熱手段と、該加熱さ
れたスラリを乾燥して得られた粉体を燃焼装置火炉また
はその排ガス煙道中に供給する脱硫剤供給手段とを設け
たことを特徴とする乾式排煙脱硫装置。
【請求項２６】アルカリ土類金属化合物とケイ素供給
物質と水とからなるスラリにケイ酸ナトリウムを添加す
るスラリ混合手段と、該スラリもしくはスラリを乾燥し
て得られた粉体を燃焼装置火炉またはその排ガス煙道中
に供給する脱硫剤供給手段とを設けたことを特徴とする
排煙脱硫装置。
【請求項２７】アルカリ土類金属化合物が消石灰、亜
硫酸カルシウム、硫酸カルシウムの内１つ以上の物質で
あり、ケイ素供給物質が石炭灰、ケイ砂、ベントナイ
ト、カオリナイトの内１つ以上の物質であることを特徴
とする請求項２５または２６記載の排煙脱硫装置。