JPH09512626A

JPH09512626A - 熱発電ユニットの燃料ガス浄化装置及び方法

Info

Publication number: JPH09512626A
Application number: JP7528439A
Authority: JP
Inventors: ゴスリン，アルバート・イー・ジュニア; ベイト，エドワード・アール・ジュニア; ジョンソン，デイル・エフ
Original assignee: ダジビ・インバイロンメンタル・コーポレイション
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1997-12-16
Also published as: US5875722A; WO1995030113A1; EP0755496A4; US5553555A; EP0755496A1

Abstract

(57)【要約】本発明の燃焼ガスの浄化システム及び方法は、再生熱交換器（１５）内で燃焼ガスを最適酸化温度に冷却し、オキシダント噴射システム（１４ａ）で燃焼ガスを酸化し、アルカリ噴射システム（１４ｂ）においてアルカリ溶液を噴射し、フィルタ（２０）において燃焼ガスから酸化エアゾル、アルカリ溶液及び水を濾過する。浄化されたガス流は煙突（１１）を介してシステムから排気される。異なる燃焼ガス成分の最適酸化を異なる最適酸化温度範囲で得るために、酸化工程を設けることができる。熱発電プラントで使用される時には、排気ガスの冷却は、燃焼空気、ボイラ給水、又は燃焼燃料の再生予熱によって達成することができる。きれいな排ガスは従来の排気煙突温度範囲以下に冷却することができ、これにより発電効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】熱発電ユニットの燃料ガス浄化装置及び方法発明の分野ここに記載された発明は汚染制御及び熱発電プラント運転の分野に関する。発明の背景熱発電プラントは蒸気駆動タービンで電力を発生するように設計され、ここで蒸気は燃料を燃焼させてボイラー内の水を加熱することによって発生する。熱発電プラントで使用される燃料は石炭、石油、天然ガス、及びそれらの組み合わせ、並びに、バガス、木片、ゴムタイヤ等も含む。主な燃焼生成物は、過剰酸素、窒素、二酸化炭素、及び水蒸気を含む。他の燃焼副生成物は、粉塵、灰、二酸化イオウ及び三酸化イオウ（イオウ含有燃料）、窒素酸化物、及び一酸化炭素を含む。これらの副生成物は環境に有害であり、汚染物質として考慮されている。ここに記載された汚染制御システムは、熱発電プラントの燃焼ガスからこれらの汚染成分の幾つかあるいは全部を除去することに向けられている。このシステムは熱発電ユニット、パルプ及び紙焼却炉、又は燃料燃焼プラントからのいかなる排ガスにも適用される。しかしながら、ある実施例は、ボイラー効率の著しい増加が得られるので、理想的には熱電気発生プラントの運転での使用に適している。図１は排気燃料ガスからの熱回収設備を有する典型的な熱発電ユニットの種々の特徴を示している。火室１での燃料の燃焼により熱が発生し、給水システム３から供給されボイラ２で沸騰させられる純化された循環水のクローズドサイクルにより、ボイラ２内で蒸気が発生する。蒸気はタービン４及び発電機５を駆動して電力を発生するのに使用される。通常、タービンの各段階での抽気を使用する給水ヒータ６によって、給水に予熱が加えられる。給水は高圧給水ポンプによってボイラに導入され、ここで給水は高温で連続燃焼が行われているボイラ燃焼室又は火室の内面に設けられた熱交換チューブ７内を貫流する。燃料は、高圧燃料ポンプと燃料ライン（不図示）とからなる燃料噴射システムにより火室内に噴射される。燃焼空気は、強制ドラフトファン８又は誘導ドラフトファン９の形態の高容積ブロワと再生空気プリヒータ１３とからなる燃焼空気噴射システムによって火室内に噴射される。熱は対流及び放射により熱交換チューブを介して給水に伝達され、これにより給水は蒸気に変換されタービン４を駆動するのに使用される。燃焼後、燃焼した燃料空気混合物は、煙道ガス（flue g as）と呼ばれ、煙道１０を介して火室から放出される。燃焼過程で発生する熱の全てが水に伝達されて蒸気を発生するわけではなく、相当な熱が煙道ガスの中に残り、後に廃熱として煙突１１から大気に排出される。煙道１０（Ａ点）の中のボイラ煙道ガス温度は約８００度Ｃから１０５０度Ｃ（１５００度Ｆから１９００度Ｆ）まで変化し、ボイラ運転需要にしたがって変動する。火室から下流側で、ボイラからの燃焼ガスの最終出口の直前に、通常エコノマイザと呼ばれるガス−水熱交換器１２が設けられ、熱い煙道ガスを用いて給水を付加的に予熱し、その結果、最終出口煙道ガス温度を３４０度Ｃから４３０度Ｃ（６５０度Ｆから８００度Ｆ）（又はそれ以上）に低減する。加えて、一般的な設計手順では、再生空気プリヒータ１３を設けて、燃焼ガスから熱を回収し、回転金属板又はバスケット（不図示）を用いて、この熱の幾分かを導入燃焼空気に伝達するようにしている。ボイラ熱効率は水と燃焼空気を予熱することによって増加するが、最終排ガス温度は低下し、これにより励起プルーム（exiting plume）の浮力（buoyancy）が減少する。浮力の小さいプルームは大気への煙突出口から低く上がり、この結果大気との混合及び希釈が少なくなり、局地環境近傍の地表面により速く落下し、汚染度の局地測定値を増加する。煙突（Ｂ点）に進入する排ガスの温度範囲は、誘導ドラフトファン９の入口、又は、通常は煙突１１（強制ドラフトファンのみが使用されるとき）に排気するために、最小１５０度Ｃ（２５０度Ｆ）から最大２００度Ｃ（４００度Ｆ）の間で熱発電業界において標準化されている。イオウ含有燃料については、煙道ガス中に存在する約１から２％のイオウが通常三酸化イオウに転換する。三酸化イオウの硫酸としての酸性露点（acid dew p oint）（凝縮点）は約１４０度Ｃ（２２０度Ｆ）である。再生空気プリヒータのプレートが冷たい供給空気側から熱い燃焼煙道ガス側に通過すると、酸性露点以下の平均冷端メタル温度（ＣＥＭＴ）が三酸化イオウに与えられ、これにより凝縮、付着、及び腐食が生じる。あるボイラは進入する冷たい空気に蒸気の熱を使用して、ＣＥＭＴを上昇させ、三酸化イオウの凝縮を防止している。蒸気の熱を使用してもしなくても、煙道ガス温度又はＣＥＭＴを酸性露点以上に維持することによって、三酸化イオウの凝縮を回避し又は最小にすることができる。加えて、天然ガスのような燃料は高い水分含有量を有し、該水分は水蒸気として煙道ガス内に運ばれる。この場合、出口ガス温度は高い水蒸気含有量のために指定範囲内に保持され、これにより、水の凝縮点近傍の温度で排気されれば、濃く浮力のない不透明な水蒸気プルームが生成される。このプルームの形成は大気混合温度によって影響を受ける。このような腐食問題及び汚染問題により、高い排気温度が押し付けられ、排ガス中の熱の回復が妨げられてきた。煙道ガス中に残留する熱容量を使用して燃焼空気をさらに予熱することにより、熱効率の大幅な増加を認めることができる。２０度Ｃ（４０度Ｆ）の煙道ガス温度の低下で表わされる煙道ガスから導入燃焼空気への熱の回収（熱交換器の使用）は、ボイラ効率の約１パーセントの増加に帰する。腐食又は水蒸気プルームの問題がなければ、汚染物質が除去されなかったとしても、１０７度Ｃから１１８度Ｃ（１６０度Ｆから１８０度Ｆ）の最小出口煙道ガス温度は許容地表面濃度に対するプルーム浮力を保証するのに十分であり、ボイラ効率は著しく増加するであろう。発明の概要ここに記載された汚染制御システムは、オゾンを使用して、ボイラ内での燃焼によって生じる煙道ガスに含まれる選択された汚染物質、例えば窒素、イオウ、及び炭素の酸化物の実質的なガス相の酸化を引き起こす。酸化の前に、煙道ガスは最適な酸化を許容する温度範囲まで冷却される。ボイラ燃焼ガスに含まれるキャリーオーバー（carry over）と排ガス流に噴射される水とを用いて水和し、排ガス流に噴射されるアルカリ溶液によって中和すると、これらのエアゾル（煙霧質）汚染物質は、白雲石で被覆された（dolomite−coated）金属メッシュバッグフィルタを通過して濾過され、バッグフィルタで通常除去される微粒子とともに機械的に除去される。本システムを熱発電プラントの排ガスを浄化するのに使用するときには、システムに要求される冷却は、燃焼空気、給水、又は燃料との熱交換によって達成され、これにより発電プラントの効率が向上する。このプロセスは排気煙突に入る前に亜硫酸と水分を除去するので、排ガスは従来の温度範囲以下に冷却され、これにより発電プラント効率が向上する。図面の簡単な説明図１は熱発電プラントで使用される排気システムの典型的な配置を示す。図２は汚染制御システムの第１実施例を示す。図３は汚染制御システムの他の実施例を示す。図４は取り外し可能なバッグフィルタハウスを示す。図５はバッグフィルタハウスの水平断面図を示す。発明の詳細な説明図２は、以下に説明する本発明の実施例であるスチームボイラ排気システムを示し、発電プラントや他の燃焼プロセスに使用される。一般に、本システムは、煙道ガスを酸化が容易に起こる温度範囲まで冷却するクーラと、該クーラの下流点の煙道ガス流にオキシダントを噴射するオキシダント噴射システムと、反応生成物を除去する高効率フィルタとを有している。もし除去向上のために必要ならば、クーラの下流の煙道ガス流に水を噴射する水噴射システムを設けて、煙道ガスの自然水分含有量を補うことができる。アルカリ噴射システムを設けて、反応生成物であると予期されている酸性エアゾル（acid aerosols）を中和し、これにより高効率フィルタに入る煙道ガス流の酸度を減少することができる。加えて、高効率フィルタの下流にクーラを設置して、煙道ガスをそれが本システムから排気される前にさらに冷却することができる。本システムが熱発電プラントの煙道ガスを浄化するのに使用される場合には、発電プラントの熱効率を向上するために、クーラは燃焼空気、燃料、又は給水で冷却することができる。この最初の実施例では、煙道ガス又は燃焼ガスはエコノマイザ又はボイラ煙道ガス出口の下流に設置されたクーラによって冷却される。図２は煙道ガス温度の正確な温度制御が可能な多段（multi-bank）液結合（liquid coupled）再生熱交換器１５からなるクーラを示す。Ｄ点で１２９度Ｃから１４０度Ｃ（２００度Ｆから２２０度Ｆ）の温度を得るために、煙道ガス又は火室の温度が変化するにつれて、冷却に使用する段数を変化させることができる。煙道ガス温度は電力負荷により変化するので、多段熱交換器が正確な温度制御を促進するということは評価できる。Ｃ及びＤ点における温度センサ１６は制御システム（不図示）に温度入力を与えるのに使用することができ、該制御システムは冷却流体を再生熱交換器の段に供給するバルブを制御してＤ点における適正温度を維持する。Ｄ点における温度を制御する他のシステムは、現在使用している再生空気プリヒータを含めて、他の実施例において利用してもよい。導入燃焼空気を加熱するのに煙道ガスを使用する液結合再生熱交換器は図面に描かれているが、その熱交換器は導入する給水又は燃料を加熱するのに使用することもでき、またその熱交換器は如何なる構造のものでもよい。煙道ガス流中の全ての熱交換器は、熱交換器と衝突する集結微粒子を防止するために、スートブロワを備えていてもよい。熱交換器は煙道ガスと給水、燃料、又は図２に示すように燃焼空気との間で熱を交換する。熱交換器は煙道ガスを酸性露点より少し上であるが、熱交換チューブの上での凝縮を防止するのに十分高い温度範囲まで冷却するように運転される。誘導ドラフトファン９は数インチの負水圧を維持するように運転される。この温度及び圧力の範囲において、イオウ化合物、窒素化合物、及び炭素化合物はオゾンとの反応によって容易に酸化される。この温度範囲はこれらの化合物の酸化に最適な温度範囲である。温度、圧力及び流量の最適化とオゾンの噴射量とにより、酸化イオウ、酸化窒素及び酸化炭素の生成を制御することができる。硝酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸及び炭酸の酸性エアゾル、並びにこれらの酸性生成物の混合エアゾルは、燃焼ガス中の水蒸気の凝縮により生成されることが予期されている。第１実施例のオキシダントとしてオゾンが使用される。Ｄ点は、燃焼ガス中に存在する窒素、イオウ、窒素酸化物、イオウ酸化物、窒素及びイオウ含有化合物、及び炭素の酸化を引き起こすためのオゾン噴射用ノズル１４ａを収容する噴射室を表わしている。熱交換器によって与えられる１２９度Ｃから１５７度Ｃ（２００−２５０度Ｆ）の温度範囲、及び誘導ドラフトファンによって与えられる１０インチ水柱までの僅かな負圧では、窒素、イオウ、酸化窒素、酸化イオウ、窒素及びイオウ含有化合物のオゾンとの酸化が容易に起こる。この温度範囲では、酸化生成物の除去は水蒸気の存在によってさらに促進される。煙道ガス中には常に水蒸気が存在するが、煙道ガスの湿度をさらに増加して下流での所望の中和反応を促進するために、霧水の噴射が必要である。したがって、水噴射ノズル（１４ｂ）がＥ点に設置され、湿度を増加して煙道ガスの水含有量を補うのに使用される高圧霧水を噴射する。エコノマイザ１２と熱交換器１５により生じる温度において、水は二酸化イオウと結合して亜硫酸エアゾルを生成し、三酸化イオウと結合して硫酸エアゾルを生成し、二酸化窒素と結合して硝酸及び亜硝酸エアゾル、二酸化イオウ、硝酸、二酸化窒素、及びその他の窒素酸化物を生成する。このように、この方法は、イオウ及び窒素化合物の酸化物を、後で濾過により除去するために、酸性エアゾル状態に誘導する。Ｆ点は、前述のように生成された酸性エアゾルを含む燃焼ガス流中にアルカリ又は中和溶液が噴射される点を示す。中和は、バッグフィルタに使用されるドロミテ（dolomite）膜を保護するのを助ける。また、中和により、後述するバッグフィルタハウスによって除去される排気流中の酸性エアゾル及び水分を容易に取り扱う（ハンドリング）することができる。さらに、中和により、バッグフィルタ及びフィルタハウス内の耐酸性材料の使用を少なくすることができる。アルカリ溶液はバッグフィルタの前の地点でノズル１４ｃを通して噴射され、煙道ガス中に含まれる凝縮水蒸気によって部分的に希釈される。この結果、その溶液は、フィルタバッグのドロミテ膜の下方又は上方を流れる液接触相において、高い中性又はわずかに酸性のＰＨを維持し、これによりドロミテの溶解が最小になる。第１実施例に対しては、乾燥石灰や酸化カルシウム（ＣａＯ）を使用してもよい。又は、腐食性の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）を中和溶液として使用してもよい。固定乾燥石灰を煙道ガスに直接加え、煙道ガス中の水蒸気を使用して石灰を水和し、水酸化カルシウムに変換することができる。また、石灰は水と石灰の溶液としてノズル１４ｄから噴射してもよいし、フィルターハウス２０の入口の高圧室（plenum）に粉末として分散してもよい。その結果水和された石灰溶液はフィルタバッグの上に流れ落ちて、エアゾル種の中和と除去のために含有相（con-ta ining phase）を提供する。水和された石灰溶液のカスケード効果（cascad-ing effect）はカーテンとして作用し、このカーテンを通して煙道ガスは侵入して、バッグを通過し、誘導ドラフトｒファン及び排気煙突に入る。アルカリ液相を通してのガスの有効な接触は、硫酸、亜硫酸、亜硝酸、硝酸、及び結合窒素−イオウ酸性化合物を中和する。水和された石灰を用いてこのように二酸化炭素（ＣＯ₂ ）及び酸化炭素を除去することにより、ＣａＣＯ₃固体の沈殿が生じる。この固形物（cake）又はスケールはフィルタバッグのドロミテ膜に付着するかもしれないが、多量の沈殿物は下流のアルカリ溶液の流動カーテンに運ばれる。ドロミテ膜及びバッグフィルタに蓄積したＣａＣＯ₃ケーキはバッグフィルタの統合（int egrity）を補強する。他の実施例では、Ｆ点においてノズル１４ｄのようなノズルを通して噴射されるアルカリ溶液は腐食性の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムで形成される。如何なる塩基又は塩基性溶液もこのプロセスには有益であることは認識すべきことである。Ｆ点の下流の排気流は、霧化された酸性エアゾルと中和溶液とからなる流れからなり、中和によって生成された如何なる沈殿固形物もバッグフィルタハウス２０を通過する。排ガス流はＦ点において部分的に中和されるかもしれないし、バッグフィルタハウスの中でさらに混合されるとともにフィルタのドロミテ膜と接触することにより部分的に中和されるかもしれない。図４を参照すると、煙道ガス中の酸性エアゾル、アルカリ溶液、水分、微粒子を除去するために、高効率濾過システムが設けられている。第１実施例の高効率フィルタは回転カートリッジバッグフィルタハウス２０からなり、酸性エアゾル、アルカリ溶液、及び大部分の微粒子を除去する。バッグフィルタハウス２０は金属メッシュフィルタバッグを使用し、低温及び「湿り」状態で上方の煙道ガス入口に設けられている。バッグはドロミテ又は珪藻土のようなフィルタ酸性材料で予め被覆されている。バッグフィルタはフィルタハウスを回ってあるバッグを煙道ガス流にさらし、一方他のバッグはその流れから隔離される。このようにして、新しい濾過面が連続的に導入され、全体的なフィルタ圧力損失の変動が最小化される。フィルタバッグは外方に取り出され、そこで清掃され、ドロミテ又は他のフィルタ酸性材料で再び被覆され、テストされる。排ガスは、バッグフィルタによって酸性エアゾル、微粒子、水分が除去され、清浄な乾燥ガスとしてバッグフィルタハウスから流出する。酸性エアゾル、中和溶液、過剰水分、及び微粒子の大部分は、バッグフィルタハウスから取り外し可能なカートリッジに出て、フィルタハウス構造のベースから水溶液又はスラリーとして部分的に出て行く。種々の成分は再利用され、あるいは灰スラリーは従来の廃棄物廃棄技術を使用して安全な方法で廃棄される。他の多段液結合再生熱交換器１８が設けられ、それは汚れがなく、酸性で、微粒子の無い低水分ガスに作用して、出口煙道ガス温度をできるだけ最低レベルに減少する一方、プルーム排出の適切な浮力特性を維持する。この温度は、フィルタハウスを出た後、煙道ガスの残留水含有量と大気温度によってのみ制限され、これにより目に見えないプルームを維持するのに要求される温度に影響する。図２と３に示すように、熱交換器１８は導入燃焼空気を使用して煙道ガスを冷却するが、その熱交換器は燃料又は給水を使用するように調整してもよい。誘導ドラフトファン９は、Ｆ点からフィルタハウスの出口までを負圧に維持するために設けることができ、これにより濾過されていない煙道ガスがフィルタハウスから漏れるのが防止される。誘導ドラフトファンの必要性は、噴射室とバッグフィルタハウスの結合性に依存するが、噴射室とバッグフィルタハウスの結合性が運転温度での排ガス漏れを最小にするように設計することができるならば、それは必要ではない。バッグフィルタハウスの出口における誘導ドラフトファンはまた、本システムの種々の成分の運転によって起こる圧力損失の増加に拘わらず、安定した流れを維持するのを助ける。異常に高いイオウ含有燃料を使用する発電プラントに適している代案としての実施例では、酸化イオウの酸化のための第２の最適温度範囲を設け、イオウを除去するのを助けるために第２のオゾン噴射を設けることができる。この実施例では、図３に示すように、もう１つの多段液結合再生熱交換器１９を（燃焼空気プリヒータ又はエコノマイザを設け、あるいは設けることなく）ボイラ燃焼ガス出口に設置し、さらにもう１つの噴射室をこの熱交換器の下流に設置してもよい。動作する熱交換器19の適当な数の段数を使用することにより、Ｃ点における２００度Ｃから３２０度Ｃ（４００度Ｆから６００度Ｆ）の煙道ガス温度の可変制御を与えることができ、過剰な熱が入口燃焼空気に変換される。この点における圧力は、運転圧力範囲内で、一般に３から12インチ水柱である。この温度範囲と圧力は、オゾンを用いた反応による二酸化イオウのガス状態の三酸化イオウへの変換に最適である。次に、オゾンは、引き渡される蒸気の負荷レベルに対するストイチオメトリック（stoichiometric）の３から１０倍、Ｃ点においてノズル１４ｅを通して噴射される。一酸化炭素から二酸化炭素への完全な変換と、酸化窒素から二酸化窒素への部分的名変換がこの段階で期待される。二酸化イオウの三酸化イオウへの高効率の酸化は本プロセスに有益であるが、それは必要ではない。なぜなら、二酸化イオウから直接生成される酸化エアゾルが上述のプロセスにより、アルカリ溶液中の亜硫酸の酸性塩基中和によって除去されるからである。この代案としての実施例における上述した酸化が達成されて大部分の燃焼副生成物を除去し、その結果、Ｄ点におけるオゾン噴射とともにあるいはそれなくして、汚染制御システムを有利に使用することができるということが認識されるべきである。オプションとして、二酸化炭素の除去のためにＣ点において水酸化カルシウムを噴射してもよい。このオプションのために、熱交換器１９の上流のエコノマイザ出口に約５４０度Ｃ（１０００度Ｆ）の温度を維持するために、ダンパー制御バイパスダクト１７を設けることができる。図２と３に示された実施例において、熱交換器１５、１８及び１９によって除去された熱は導入燃焼空気に伝達され、これにより全ボイラ効率が増加する。図２と３に示すように、再生熱交換器は燃焼空気インテークシステムに接続されている。熱交換器１５と１９は、熱交換を利用して噴射室温度を制御し、汚染制御システムとして役立つ一方、燃焼空気を予熱してプラント効率を向上させる。熱交換器１８は、きれいな排ガスの低い副生成物及び水蒸気含有量を利用して排ガスを冷却する一方、燃焼空気を予熱してプラント効率を向上させる。このように、汚染制御システムと再生加熱システムは、相互に依存し、各向かい合わせの独立した運転の機能を向上するように運転される。もちろん、望まれるならば、焼却炉の場合におけるように、汚染制御システムは、再生加熱をすることなく排ガスを浄化するのに有利に利用される。オゾンを現地で発生することが望ましい。オゾン発生装置はいくらかの電力入力を必要とし、いくらかの廃熱を生成する。オゾン発生プロセスと熱交換するための熱発電ユニットの給水サイクルの変更は、従来の給水、燃料又は燃焼空気の予熱システムを置換又は追加することができる。したがって、例えば、給水を予熱するのに通常使用される蒸気は、本来タービンに供給される蒸気に加えて発電にも使用することができ、これにより発電効率が増加する。この技術を使用することによって、現地でのオゾン発生に使用される電力は最後に再利用することができ、これによりオゾン発生に対する全体的な電力要求が減少する。さらに、オゾン噴射によって（及び煙道ガス化合物との反応によって）煙道ガスに加えられる熱は、熱交換器によって再利用することができる。図４は新しいバッグフィルタハウスの概略図を示し、上述したプロセスの使用を容易にするものである。この図は第１実施例の一般的な構造と作用を示している。他の濾過方法とフィルタハウスを全体のシステムにおいて使用することができるが、ここに記載された発明が組み込まれる。図４に示すように、バッグフィルタハウス２０は大きな円筒状の外ハウジング２１からなり、該外ハウジングは個々のフィルタバッグ２２からなり、該フィルタバッグは多数のフィルタバッグ２２からなるカートリッジ２３に配設されている。図５に示すように、カートリッジの各々はセルの中に収容され、該セルは十分な長さの半径方向の仕切り２４によって互いに分離されるとともに、同様の接線方向の仕切り２５によって内周部から分離されている。これらのセルを含む全体構造はタレット（turret）と言及される。このタレットはフィルタハウス２０の外ハウジング２１に対して回転する。各セルの外周部は開口しているが、バッグフィルタハウスの外ハウジング２１の内壁と接触している。各セルは、半径方向の仕切りの外縁とバッグフィルタハウス２０の外ハウジング２１の円筒内面との間で半径方向に密着することにより、他からシールされている。この密着は、仕切りの回りの漏れと、バッグフィルタハウスの外への漏れを最小にする。全ての仕切りはその上下端において大円板２６と２７に直接固定され、該円板はまたバグハウス構造の外ハウジングの内壁に密に嵌合し、これにより、バッグフィルタの回りの漏れと、バッグフィルタハウスの外への排ガスの漏れを最小にする。円板と内部の仕切りは剛構造すなわちタレットを形成し、該タレットはモータ２８、ギヤ２９と３０、及び駆動軸３１からなる駆動機構によりフィルタハウスの垂直中心線の回りに１つのユニットとして回転する。駆動軸はまた半径方向の軸受け機能を果たす。同様の軸３２が回転セル構造の底にラジアル軸受けとスラスト軸受けを提供している。上部円板２６はバッグ支持板として役立ち、下部円板２７は底シール板として役立つ。バッグ支持板、底シール板、及び仕切りは、互いにバッグフィルタハウスの内側で回転するタレットを形成する。２つの固定円板３３と３４は、それぞれ円筒バッグハウスフィルタハウス構造２０に（半径方向の隙間なく）直接取り付けられ、円筒バッグフィルタハウスの天井と床を形成する。回転タレットは、これらの２つの固定プレート間に最小垂直隙間で「サンドイッチ」され、この領域を通るセル間の漏れを最小にしている。図４と５に示すように、フィルタハウスの円筒外表面に開口４０が設けられ、これにより使用済みバッグから新しいバッグに手動で切り換えるために、バッグカートリッジのための外方からの入口が設けられている。バッグが連続的に切り換え領域に移動するので、清掃され再被覆されたカートリッジの十分な供給は、日々のオンラインでの交換として、フィルタハウスの間近で行える。バッグカートリッジは、瞬間脱着クランプ３６によってバッグ支持板のフランジに取り外し可能に取り付けられている。フィルタ構造の頂部に入口プレナム３７が設けられ、煙道ガスを活動カートリッジセル及びフィルタバッグの入口に分配している。煙道ガスは各活動カートリッジに収容されている各フィルタバッグを垂直方向に通過し、側面及び底から出た後、出口プレナム３８に進み、ここで収集されて誘導ドラフトファン９の入口に導かれる。切り換え部に位置するものを除く全てのカートリッジのフィルタバッグは、排ガス流に選択的に配置される。移動構造の天板にあるフィルタカートリッジの位置に対応する上部固定天井板３３に、大きな切欠き開口部３９が設けられている。これらの開口により、カートリッジ位置と一致すると、煙道ガス流れがフィルタバッグに入る。切り換え位置４０では、開口は設けられておらず、上部固定板は固体である。これにより、カートリッジの切り換えが行われるカートリッジセル位置に、煙道ガス流が入るのが防止される。固定天井板３３の開口３９は切欠き円からなり、該切欠き円は各カートリッジのバッグの一部のみに露出している。開口部３９は、セルがある位置から次の位置に回転するにつれて漸進するように、各カートリッジのバッグの一部にのみ侵入するように配置されている。これにより、あるバッグが濾過プロセスにおけるある位置で流れから「遮蔽」されていることが保証され、この結果あるバッグの面が常に煙道ガス流れにさらされあるいは阻止され、新しい面が連続的に濾過に利用できる。これは、新しい面と使用済みの面との間のほぼ一定の比率、したがって、新しいバッグが導入されるごとに全サイクルの間にバッグフィルタハウス全体を横切る一定の圧力損失を与えるためになされる。底シール板２７と固定床板３４にある同様の開口部により、流れはカートリッジセルの出口から出口プレナム３８に侵入することができる。これらの開口部は底固定板の取換え位置を除いて全て一定の円形形状である。その取換え位置では上部と同様、開口部がなく、流れが阻止される。バッグフィルタからの流れはフィルタハウスから排出され、あるいは吐き出される。どのバッグカートリッジ２３も切換え位置４０に回転すると、瞬間着脱装置３６を解除することによって取り外すことができる。バッグカートリッジは取り外して取り換えるが、当該バッグカートリッジを収容するセルは切換え位置に残しておく。恐らく、作業者を排ガスから保護するために、切換え位置の近傍で排気ガスの大気への放出を回避することが必要であるかもしれない。この目的のために、切換え位置の２つの半径方向部分のうち１つを選択してフラッシング（flu- shing）システム（不図示）を設けてもよい。このフラッシングシステムは排ガスを引き切り、その部分を清浄な冷たい大気でフラッシュする。代案としての実施例では、バッグカートリッジを保持する構造は静止して保持してもよく、外ハウジングに固定することができ、これに対し天井及び床板は回転して新しいカートリッジを逐次煙道ガス流に露出することができる。図５に示すように、この実施例では、外ハウジングは各セルに対してドア４１を備えている。各ドアは、上部板と下部板が回転してセルを封止したときに開き、バッグフィルタを交換又は再調整のために取り出すことができる。バッグフィルタハウスの特定の実施例は発明の実施に有利に使用することができるが、他の高効率フィルタを汚染制御システムに使用してもよいことが期待されている。本システム及びその要素は詳細な第１実施例により記載したが、記載された実施例に固有の発明は、その発明を組み込んだ他の特定の実施例においても実施することができるということは、容易に理解することができる。以下に説明する請求の範囲は、発明の概念を包含するように意図されているのであって、記載した特定の実施例に限定するようには意図されていない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ 6908−3ＫＦ２３Ｊ 15/00 Ｊ (72)発明者ジョンソン，デイル・エフアメリカ合衆国91106カリフォルニア州パサデナ、サウス・カタリナ・アベニュー・ナンバー７、222番

Claims

【特許請求の範囲】１．燃料、燃焼空気、又はボイラ水を予熱し、燃焼ガスから汚染物質を除去し、浄化された燃焼ガスを大気に排出することを含む熱発電プラントを運転するシステムにおいて、給水を給水供給ラインを介してボイラに供給し、燃料を火室に燃料供給ラインを介して供給し、燃焼空気を火室に燃焼空気供給ラインを介して供給し、水をボイラに供給しつつ、燃料を火室で燃やし、これにより火室で電力発生用の蒸気を発生し、火室で排気すべき燃焼ガスを発生し、燃焼ガスを燃焼ガス排気ラインを介して取り出し、ここで前記燃焼ガス排気ラインは火室から燃焼ガスを受け入れる煙道と、バッグフィルタハウスと、排気煙突とからなり、前記排気ガス排気ラインは火室に近い点を言及する上流と、火室から離れかつ排気煙突の端部の最終出口点に近い点を言及する下流とにより記述され、煙道から下流の点で燃焼ガスを冷却し、ここで前記冷却は燃料供給ラインの燃料、燃焼空気供給ラインの燃焼空気、又は給水供給ラインの給水との熱交換によって達成し、前記冷却は最適酸化の温度範囲に燃焼ガスを冷却するために与えられ、排ガスラインにオゾンを噴射し、これにより汚染物質ＳＯ₂をＳＯ₃に酸化し、ＮＯをＮＯ₂に酸化し、ＣＯをＣＯ₂に酸化して、酸化された汚染物質を酸性エアゾル滴に形成し、排気ガスラインに塩基又は塩基溶液を噴射して、オゾンとの反応後に燃焼ガス中で形成された前記酸性エアゾル滴を中和し、燃焼ガスを機械的に濾過して、酸性エアゾル滴と中和製生物を除去し、さらに燃焼ガスを、当該燃焼ガスが大気に対して浮力を有することになる最小温度に冷却し、燃焼ガスを大気に排出するステップからなる、熱発電プラントの運転システム。２．比較的低濃度の汚染物質を有する燃焼ガスを放出することができる熱発電プラントにおいて、火室と、燃料噴射パイプラインと、燃焼空気噴射パイプラインと、燃焼ガス排気煙道と、燃焼ガス排気パイプラインと、排ガス煙道の下流にあり、煙道ガスを冷却し、燃焼空気、燃料、又は給水を予熱する再生熱交換器と、再生熱交換器の下流の燃焼ガスパイプラインにあるオゾン噴射室と、オゾン噴射室の下流にある第２再生熱交換器と、第２再生熱交換器の下流にある第２噴射室と、第２噴射室にオゾンを噴射するオゾン噴射システムと、第２噴射室に塩基又は塩基溶液を噴射する塩基又は塩基溶液噴射システムと、第２噴射室の下流にあるバッグフィルタハウスと、バッグフィルタハウスの下流にある排気煙突と、からなる熱発電プラント。３．給水システム、ボイラ、燃料噴射システム、燃焼空気噴射システム、火室、該火室の下流の煙道と該煙道の下流の排気煙突とからなる燃焼ガス排気システムとからなる熱発電プラントであって、燃焼ガスは１又はそれ以上の燃焼副生成物を含む、熱発電プラントの排ガスを浄化する方法において、燃焼ガスに含まれる燃焼副生成物の酸化に最適な温度範囲に燃焼ガスを冷却し、燃焼ガスが前記最適温度範囲に冷却された後、前記燃焼副生成物との反応のために、燃焼ガスにオキシダントを噴射し、これにより１又はそれ以上の燃焼副生成物又はそれらの組み合わせから酸性エアゾルを生成し、前記燃焼ガスから前記酸性エアゾルを濾過し、排ガス中に存在する水蒸気を濾過し、さらに前記濾過の後燃焼ガスをさらに冷却する、ステップからなり、前記冷却のステップは、燃焼ガスと、燃焼空気、給水、又は燃料又はそれらの組み合わせとの間の熱交換によって達成する、熱発電プラントの排ガスを浄化する方法。４．燃焼ガスに水蒸気を噴射するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。５．燃焼ガスに塩基溶液を噴射するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。６．燃焼ガスに塩基又は塩基溶液を噴射するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。７．燃焼ガスを酸化に最適な第２の最適温度範囲に冷却し、前記第２の最適温度範囲で燃焼ガスとの反応のために燃焼ガスにオキシダントを噴射する、ステップをさらに含む請求項３に記載の方法。８．燃料、燃焼空気、又はボイラ水を予熱し、燃焼ガスから汚染物質を除去し、清浄された燃焼ガスを大気に排出することを含む熱発電プラントであって、ここで、熱発電プラントは、ボイラ、該ボイラに給水を給水供給ラインを介して供給する給水供給システム、火室、該火室に燃焼空気を供給する燃焼空気インテークシステム、火室に燃料を供給する燃料噴射システム、火室の下流の煙道を含む燃焼ガスを排気する燃焼ガス排気ライン、煙道の下流のフィルタ、該フィルタの下流の排気煙突とからなる、熱発電プラントの排ガスを清浄するシステムにおいて、煙道の下流の排ガスラインにあり、燃焼副生成物がオキシダントによって容易に酸化される温度範囲に燃焼ガスを冷却することができる第１熱交換器と、排ガスラインに接続され、該排ガスラインの燃焼ガスにオキシダントを噴射することができるオキシダント噴射システムと、排ガスラインに接続され、該排ガスラインの燃焼ガスに塩基又は塩基溶液を噴射することができる塩基及び塩基溶液噴射システムと、オキシダントと塩基又は塩基溶液とが噴射される排ガスライン中の地点の下流にあり、酸化された燃焼副生成物と排ガスラインの燃焼ガスから塩基又は塩基溶液の噴射によって形成された中和生成物とを濾過するフィルタと、フィルタの下流にあり、水の露点以下の温度範囲に濾過された燃焼ガスを冷却することができる第２熱交換器と、からなる熱発電プラントの排ガスを清浄するシステム。９．前記フィルタはバッグフィルタハウスであり、該バッグフィルタハウスは、中心線と内壁、円形天井と円形床、前記天井の上方の燃焼ガス入口プレナム、及び前記床の下方の排気出口プレナムを有する円筒形のハウジングと、円筒ハウジングの中心線に沿って延びる軸、該軸の頂部に配置されたバッグ支持板、前記軸の底部に配置された底シール板、及び前記バッグ支持板から前記底シール板まで延び、かつ、前記軸から前記タレットの外縁まで延びて半径方向のフィルタバッグ保持部を形成する複数の半径方向の仕切り壁からなる回転フィルタバッグ支持タレットと、ここでタレットの外径はバッグ支持板と底シール板とを含み、半径方向仕切り壁は円筒形のハウジングの内径と一致する、複数の金属メッシュバッグフィルタからなり、内側にドロミテが被覆された複数のバッグフィルタカートリッジと、ここで各バッグフィルタカートリッジは前記バッグ支持板に設けられた支持穴に分離可能に吊るされ、当該支持穴は天井板の種々の形状の切欠きと一致し、前記切欠きは、各カートリッジのあるバッグフィルタを燃焼ガスの導入流れからシールするように形成され、一方前記カートリッジは前記タレット上を回転する間に切欠きの下方に存在し、前記各切欠きは、前記カートリッジが切欠きの下方に移動すると当該カートリッジの異なるバッグに露出するように互いに形状が異なり、バッグハウス外シリンダに設けられ、バッグフィルタカートリッジの取り外しが可能な十分大きなの外シリンダの開口部によって形成された少なくとも１つの切換え部と、ここで切換え部の上方の天井部分はソリッドで開口が設けられず、切換え部の下方の床部分はソリッドで開口が設けられず、これにより切換え部は大気に開放され、他のバッグフィルタ部は燃焼ガス排気流の中にある、請求項８に記載のシステム。１０．前記オキシダントはオゾンからなる請求項８に記載のシステム。１１．前記第１熱交換器は約１２０−２０５度Ｃ（２５０−４００度Ｆ）の温度範囲に燃焼ガスを冷却することができる請求項８に記載のシステム。１２．前記第２熱交換器は約７０−１２０度Ｃ（１６０−１８０度Ｆ）の温度範囲に清浄された燃焼ガスを冷却することができる請求項８に記載のシステム。１３．前記第１熱交換器の下流に配置され、少なくとも１つの燃焼副生成物に最適な酸化温度範囲に燃焼ガスを冷却することができる第３熱交換器と、前記第１熱交換器の下流の排気ラインに接続され、該排気ラインにオキシダントを噴射する第２オキシダント噴射システムとをさらに含む、請求項８に記載のシステム。１４．前記第１熱交換器は、排気ガスラインの燃焼ガスと燃焼空気インテークシステムの燃焼空気との間で熱交換することができる再生熱交換器である、請求項８に記載のシステム。１５．前記第２熱交換器は、排気ガスラインの燃焼ガスと燃焼空気インテークシステムの燃焼空気との間で熱交換することができる再生熱交換器である、請求項８に記載のシステム。１６．前記第３熱交換器は、排気ガスラインの燃焼ガスと燃焼空気インテークシステムの燃焼空気との間で熱交換することができる再生熱交換器である、請求項８に記載のシステム。１７．排気ラインに接続され、フィルタの上流の点で燃焼ガスに水又は水蒸気を噴射することができる水噴射システムをさらに含む、請求項８に記載のシステム。１８．前記フィルタはバッグフィルタハウスであり、該バッグフィルタハウスは、中心線と内壁、円形天井と円形床、前記天井の上方の燃焼ガス入口プレナム、及び前記床の下方の排気出口プレナムを有する円筒形のハウジングと、前記円形天井と円形床は、該天井と床に接続され該天井と床を回転するモータによりハウジング内で回転可能であり、円筒ハウジングの中心線に沿って延びる中心ポスト、該中心ポスト軸の頂部に配置されたバッグ支持板、前記中心ポスト軸の底部に配置された底シール板、及び前記バッグ支持板から前記底シール板まで延び、かつ、前記軸から前記タレットの外縁まで延びて半径方向のフィルタバッグ保持部を形成する複数の半径方向の仕切り壁からなる回転フィルタバッグ支持タレットと、ここでタレットの外径はバッグ支持板と底シール板とを含み、半径方向仕切り壁は円筒形のハウジングの内径と一致し、前記バッグ支持板と底シール板はそれらの外径に沿って円筒ハウジングの内壁に固定され、複数の金属メッシュバッグフィルタからなり、内側にドロミテが被覆された複数のバッグフィルタカートリッジと、ここで各バッグフィルタカートリッジは前記バッグ支持板に設けられた支持穴に分離可能に吊るされ、前記円形天井と円形床は、該天井と床に接続され該天丼と床を回転するモータによりハウジング内で回転可能であり、前記円形天井はタレットの半径方向セグメントに対応する半径方向セグメントによって特徴づけられ、前記半径方向セグメントの少なくとも１つは完全で切欠きがなく、残りの半径方向セグメントはバッグカートリッジの上方に配置された種々の形状の切欠きを備えており、これにより天井板が回転すると、切欠きはバッグカートリッジの上方に移動し、バッグは可変的に燃焼ガス流に露出され、前記円形床もまたタレットの半径方向セグメントに対応する半径方向セグメントによって特徴づけられ、前記半径方向セグメントの少なくとも１つは完全で切欠きがなく、残りの半径方向セグメントは排気穴を備えており、この排気穴を通して燃焼ガスが底プレナムに流入する、前記外ハウジングに設けられ、前記タレットの少なくとも１つのセルへの入口を提供するとともに、前記バッグカートリッジへの入口を提供する複数のドアとからなる、請求項８に記載のシステム。１９．中心線と内壁、円形天井と円形床、前記天井の上方の燃焼ガス入口プレナム、及び前記床の下方の排気出口プレナムを有する円筒形のハウジングと、前記円形天井と円形床は、該天井と床に接続され該天井と床を回転するモータによりハウジング内で回転可能であり、円筒ハウジングの中心線に沿って延びる中心ポスト、該中心ポスト軸の頂部に配置されたバッグ支持板、前記中心ポスト軸の底部に配置された底シール板、及び前記バッグ支持板から前記底シール板まで延び、かつ、前記軸から前記タレットの外縁まで延びて半径方向のフィルタバッグ保持部を形成する複数の半径方向の仕切り壁からなる回転フィルタバッグ支持タレットと、ここでタレットの外径はバッグ支持板と底シール板とを含み、半径方向仕切り壁は円筒形のハウジングの内径と一致し、前記バッグ支持板と底シール板はそれらの外径に沿って円筒ハウジングの内壁に固定され、複数の金属メッシュバッグフィルタからなり、内側にドロミテが被覆された複数のバッグフィルタカートリッジと、ここで各バッグフィルタカートリッジは前記バッグ支持板に設けられた支持穴に分離可能に吊るされ、前記円形天井と円形床は、該天井と床に接続され該天井と床を回転するモータによりハウジング内で回転可能であり、前記円形天井はタレットの半径方向セグメントに対応する半径方向セグメントによって特徴づけられ、前記半径方向セグメントの少なくとも１つは完全で切欠きがなく、残りの半径方向セグメントはバッグカートリッジの上方に配置された種々の形状の切欠きを備えており、これにより天井板が回転すると、切欠きはバッグカートリッジの上方に移動し、バッグは可変的に燃焼ガス流に露出され、前記円形床もまたタレットの半径方向セグメントに対応する半径方向セグメントによって特徴づけられ、前記半径方向セグメントの少なくとも１つは完全で切欠きがなく、残りの半径方向セグメントは排気穴を備えており、この排気穴を通して燃焼ガスが底プレナムに流入する、前記外ハウジングに設けられ、前記タレットの少なくとも１つのセルへの入口を提供するとともに、前記バッグカートリッジへの入口を提供する複数のドアとからなる、バッグフィルタハウス。２０．中心線と内壁、円形天井と円形床、前記天井の上方の燃焼ガス入口プレナム、及び前記床の下方の排気出口プレナムを有するハウジングと、円筒ハウジングの中心線に沿って延びる軸、該軸の頂部に配置されたバッグ支持板、前記軸の底部に配置された底シール板、及び前記バッグ支持板から前記底シール板まで延び、かつ、前記軸から前記タレットの外縁まで延びて半径方向のフィルタバッグ保持部を形成する複数の半径方向の仕切り壁からなる回転フィルタバッグ支持タレットと、ここでタレットの外径はバッグ支持板と底シール板とを含み、半径方向仕切り壁は円筒形のハウジングとの密なシールを形成する、複数のバッグフィルタからなり、内側にドロミテが被覆された複数のバッグフィルタカートリッジと、ここで各バッグフィルタカートリッジは前記バッグ支持板に設けられた支持穴に分離可能に吊るされ、当該支持穴は天井板の種々の形状の切欠きと一致し、前記切欠きは、各カートリッジのあるバッグフィルタを燃焼ガスの導入流れからシールするように形成され、一方前記カートリッジは前記タレット上を回転する間に切欠きの下方に存在し、前記各切欠きは、前記カートリッジが切欠きの下方に移動すると当該カートリッジの異なるバッグに露出するように互いに形状が異なり、バッグハウス外シリンダに設けられ、バッグフィルタカートリッジの取り外しが可能な十分大きなの外シリンダの開口部によって形成された少なくとも１つの切換え部と、ここで切換え部の上方の天井部分はソリッドで開口が設けられず、切換え部の下方の床部分はソリッドで開口が設けられず、これにより切換え部は大気に開放され、他のバッグフィルタ部は燃焼ガス排気流の中にある、バッグフィルタハウス。２１．中心線と内壁、円形天井と円形床、前記天井の上方の燃焼ガス入口プレナム、及び前記床の下方の排気出口プレナムを有する円筒形のハウジングと、円筒ハウジングの中心線に沿って延びる軸、該軸の頂部に配置されたバッグ支持板、前記軸の底部に配置された底シール板、及び前記バッグ支持板から前記底シール板まで延び、かつ、前記軸から前記タレットの外縁まで延びて半径方向のフィルタバッグ保持部を形成する複数の半径方向の仕切り壁からなる回転フィルタバッグ支持タレットと、ここでタレットの外径はバッグ支持板と底シール板とを含み、半径方向仕切り壁は円筒形のハウジングの内径と一致する、複数の金属メッシュバッグフィルタからなり、内側にドロミテが被覆された複数のバッグフィルタカートリッジと、ここで各バッグフィルタカートリッジは前記バッグ支持板に設けられた支持穴に分離可能に吊るされ、当該支持穴は天井板の種々の形状の切欠きと一致し、前記切欠きは、各カートリッジのあるバッグフィルタを燃焼ガスの導入流れからシールするように形成され、一方前記カートリッジは前記タレット上を回転する間に切欠きの下方に存在し、前記各切欠きは、前記カートリッジが切欠きの下方に移動すると当該カートリッジの異なるバッグに露出するように互いに形状が異なり、バッグハウス外シリンダに設けられ、バッグフィルタカートリッジの取り外しが可能な十分大きなの外シリンダの開口部によって形成された少なくとも１つの切換え部と、ここで切換え部の上方の天井部分はソリッドで開口が設けられず、切換え部の下方の床部分はソリッドで開口が設けられず、これにより切換え部は大気に開放され、他のバッグフィルタ部は燃焼ガス排気流の中にある、バッグフィルタハウス。２２．木材、石炭、天然ガス、又は他の天然又は化石燃料を燃やすように設計された燃焼室を有する燃焼システムであって、該燃焼システムは、燃料噴射システム、燃焼室、該燃焼室の下流の煙道と該煙道の下流の排気煙突とからなる燃焼ガス排気システムからなり、ここで燃焼ガスは１又はそれ以上の燃焼副生成物を含む、燃焼システムの燃焼ガスを浄化する方法において、燃焼ガスに含まれる燃焼副生成物の酸化に最適な温度範囲に燃焼ガスを冷却し、燃焼ガスが前記最適温度範囲に冷却された後、前記燃焼副生成物との反応のために、燃焼ガスにオキシダントを噴射し、これにより１又はそれ以上の燃焼副生成物から酸性エアゾルを生成し、前記燃焼ガスから前記酸性エアゾルを濾過し、排ガス中に存在する水蒸気を濾過する、ステップからなる燃焼システムの燃焼ガスを浄化する方法。２３．前記燃焼ガスに水蒸気を噴射するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。２４．前記燃焼ガスにアルカリ溶液を噴射するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。２５．燃焼ガスを酸化に最適な第２の最適温度範囲に冷却し、前記第２の最適温度範囲で燃焼ガスとの反応のために燃焼ガスにオキシダントを噴射する、ステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。２６．前記冷却のステップは、燃焼ガスと燃焼空気又は燃焼又はそれらの組み合わせとの間の熱交換によって達成される、請求項２２に記載の方法。