JPS63503477A - 煙道ガスを洗浄し且つそれより熱を回収する方法及び装置 - 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】 煙道ガスを洗浄し且つそれより熱を回収する方法及び装置本発明は、硫黄を含ん だ（ｓｕｌｐｈｕｒｏｕｓ）燃料の燃焼からの煙道ガスを洗浄及び脱硫し、そし て当該ガスより熱を回収するための方法であって煙道ガスがボイラーから熱交換 器を通して導かれるものに、そしてまたこの方法を実施するのに使用する工場設 備に関する。

ボイラー設備において石炭や油のような化石燃料を燃焼させる場合、大気中へ放 出するためには関連する環境法規に従って規定された基準を維持しなければなら ない煙道ガスが発生する。煙道ガスはまた、供給水をボイラー設備に供給する前 に煙道ガスによって加熱するエコノマイザ−を有するボイラー設備からのもので さえも、ある量の熱エネルギーを含有している。従って、経済上の理由から、煙 道ガスより可能な限り大量の熱エネルギーを回収することが望ましい。

煙道ガスをエコノマイザ−から、ボイラーの燃焼室に供給されるべき燃焼用空気 を加熱する煙道ガス−空気熱交換器に導いて、煙を洗浄し且つ煙道ガス中に存在 している熱エネルギーの一部を回収することが知られている。

上記の熱交換器の後に、ガス洗浄流体（ｓｃｒｕｂｂｅｒ　ｆｌｕｉｄ）、例え ば石灰水を使用して煙から酸類や粒子を除去する煙洗浄器を配置することができ 、その後に煙道ガスを煙突に導きそして大気へ放出することができる。

これらの公知の設備にはいくつかの欠点がある。煙はエコノマイザ−の後の煙道 ガス−空気熱交換器を使用することによりかなり冷却され、かくして煙道ガスの 温度が酸の露点より低い温度まで低下するので、この熱交換器内で酸が凝縮して 留まる。従ってこれは、耐酸材料、例えば耐酸鋼又はガラスで作らなければなら ず、非常に高価な熱交換器に帰着する。

概して、化石燃料からの煙道ガスはなお少量の石灰類を含有しており、その結果 煙道ガス中の粒子は白亜質となり、そして酸と結合して、熱交換器を急速に閉塞 する石ロウペーストを形成する。従って熱交換器は頻繁に洗浄しなければならな いが、それは困難である。公知の設備は、熱交換器を洗浄するために水を用いて 勢いよくフラッシングすることを利用するが、これは、導き出される前に中和さ れなくてはならない、酸を含む水を生じさせる。かなり頻繁であるフラッシング の期間中は熱交換器を使用することができず、その結果煙は熱交換器を迂回して 導かなければならず、それにより熱回収の一部が失われ、あるいは二つの熱交換 器を交換しなければならないが、それは工場設備費をかなり上昇させる。

本発明の目的は、上述の欠点に煩わされない方法及び工場設備を提供することで ある。

この目的は、請求の範囲第１項に示され且つ特徴を記載されたやり方によって、 例えば、請求の範囲第６項に示され且つ特徴を記載された工場設備を使用して達 成される。

煙道ガスの温度は、エコノマイザ−への水の供給を制御するモーター弁を使用す ることにより公知の方法でもって制御される、ボイラーからの煙道ガスは、煙洗 浄器を酸と残留粒子の煙を洗浄するのにも煙を更に冷却するのにも使用するため 、また煙道ガスによりガス洗浄流体を加熱するため、エコノマイザ−を通して直 接煙洗浄器に導かれてろ過され、また加熱されたガス洗浄流体は、例えば水−空 気熱交換器、いわゆる加熱器（ｃａｌｏｒｉｆ　１ｅｒ）に導かれて、そこでボ イラーでの燃焼のための燃焼用空気を加熱する。

塩基としての種々の中和剤、例えば石灰、水酸化ナトリウム、アンモニア等を、 ガス洗浄流体を中性に保持するのに使用することが知られている。アンモニアも 水酸化ナトリウムも、使用するのが容易であり且つ特に高い設備投資を必要とし ない塩基であるが、それらには塩濃度が非常に高くなるので塩基の大部分をそれ させてそれを水で希釈することが必要であるという不都合がある。空気の酸性化 の問題は、こうして塩と重金属とを含有している排液の問題となってくる。運転 の観点からは、アンモニアも、特に水酸化ナトリウムも、比較的高価な中和剤で ある。

石灰を中和剤として異なる方法で、乾式法として、乾／湿式法として、あるいは 湿式法として使用することは公知である。乾式法には、石灰の消費量が絶対的に 多く、且つそれが煙道ガス中の酸の含有量の低下を増進させるのと共に累進的に 増加し、そしてそれには堆積させなければならないより大量の廃棄物（ｒｅｊｅ ｃｔ）が加えられなければならない、という不都合がある。乾／湿式法は、乾式 法に比べて石灰の消費量及び廃棄物を減少させるが、避けがたい石コウの形成の ため乾煉域と湿潤域との間の洗浄の問題を生じさせる。湿式法の石灰消費量は除 去するのを所望される酸の量と一次の関係があり、これは石灰消費量と廃棄物と が他の二つの方法によるよりも少ないということを意味する。湿式法にあっての 故障は、石灰の不溶解粒子が工場設備において石コウの結晶の形成に帰着し、そ れゆえにそれを非常に頻繁に洗浄しなければならない、ということである。

本発明にあっては、公知の問題が回避され、同時に、煙道ガスの効果的な洗浄、 石灰消費量の低下、及び廃棄物を絶対的最小限度まで減少させることが達成され る。

請求の範囲第７項に特徴を記載された本発明に従って工場設備を設計することに よって、結晶及びより大きな固体粒子をろ過除去し、これにより反応器の詰りと スラッジ出口の閉塞とを避けることができ、また篩を目視して点検し、そして必 要とするままにそれを変換することができる０石灰水と水／スラッジ液との非常 に良好な混合も達成されるが、その理由は、下降管中に乱流が存在するので、液 が流動速度がより小さくて従って層流が存在する現実の反応器内に到達する前に 混合が起こるからである。転向シールド（ｔｕｒｎｉｎｇ−ｓｈｉｅｌｄ）は、 当該転向シールド直後の反応器内の水の速度が、高速反応器の横断面全体を通し て、壁に沿った領域を除いてはほとんど均一となるのを保証する。最終的には、 反応器の壁と転向シールドとの間の隙間が、結果としてスラッジが高速反応器の 内壁を下方へ進み、転向シールドを通り越し、そして転向シールドの下の反応器 の底の円錐部へ降下するのを可能にする。このように、公知の高速反応器を用い た場合よりも一層容易な、より軽く及び／又はより小さい粒子の分離が達成は多 くの小さい粒子（結晶）が反応器内で形成されることに通ずる　・ 例えば請求の範囲第８項に示され且つ特徴を記載された工場設備を使用すると同 時に、請求の範囲第２項に示され且つ特徴を記載されたように更に進行させる場 合、結果として、廃棄物の全てが当該プロセスに送り戻され、そして溶液のどの ようなものでもドレン抜き設備へそれさせることが不要になる。煙道ガスよりス クラビングされる全てのもの、及び加えられる石灰の全ては、容易に堆積するこ とができる実質的に乾燥し且つシャベルですくうことが可能な残留生成物になる 。

請求の範囲第３項から第５項までに記載された方法は、プロセスの全体を、例え ば請求の範囲第９項から第１１項までに示された手段を使用することにより、完 全に自動化することができる有利な調整手段を与える。

本発明による工場設備は、好ましくは、請求の範囲第１２項に示され且つ特徴を 記載されたように構成すべきであり、それによって当該工場設備の耐用年数と運 転上の信頼性とが、これらの物質上に石コウの結晶が形成されないため増加する 。

次に本発明を、方法及び工場設備を示す原理図である図面を参照して一層詳細に 説明する。

煙Ｒがボイラー（図面には示さず）を出た後、煙道ガスはエコノマイザ−（図面 には示さず）を通して導かれて、ここで煙道ガスについての酸の露点より高いお よそ８０℃まで冷却され、煙道ガスはその後、煙道ガス中の粒子の大部分が除去 される可能なろ過器を通して導かれる。煙道ガスは、煙吸引装ｆＲ３によって、 更にスクラビング要素７９を有するスクラバー塔ＳＴに運ばれる。煙道ガスは、 この塔を通して垂直に下方へ押され、その後沈降タンク７５を通って水平に進み 、そして煙突Ｓに導かれる。

スクラバー塔においては、煙はジェットノズル７８、スクラビング要素７９、及 び液滴キャッチャ−８６を用いて洗浄される。煙道ガスはその後沈降タンク７５ を出てゆく際に、４５〜５０℃に冷却される。　ＳＯ２及び固形物含有量は、ろ 過器からの出口における量に関して８５〜９０％まで低下する。

煙道ガスがスクラバー装置を通過した後は、それは完全に又は部分的に水蒸気で 飽和されており、そしてこれは、上記の煙道ガスの吸引装置は煙突を通して煙道 ガスを導くのに必要な余分の圧力を加えることができなければならないというこ とを意味する。その代りとして、煙道ガス吸引装置８７によりボイラーの後で取 られたおよそ５％の熱い煙道ガスを加えることができる。

噴射系統のための水は、沈降タンク７５かち取られ、そしてポンプ７６によって 加圧されてスクラバー塔ＳＴのノズル又はジェットノズル７８に送られ、その後 沈降タンク７５に戻る。

この操作での水の消費量は、仕込んだ石炭１ｋｇにつきおよそ０．０１１であろ うが、そのために液面検出器８２により制御される弁８４を通して清水が供給さ れる。

沈降タンク７５における流動速度は小さいため、固形物粒子は底及び、タンクの 一番低い部分の逆ピラミッド状の底端部に沈む、タンクの形状のため、ピラミッ ド部の水は静止しており、その結果フラッシング水中の固形物の濃縮が起こる。

ピラミッド部のとがった底部には、ポンプ３６がつながれ、水と沈降物とを高速 反応器３０の下降管３２へ押し上げる。

高速反応器３０の垂直下降管３２への入口には篩３１が用意され、そのため沈降 タンク７５からの結晶や同様な固形物質がろ過除去される。こうして、反応器内 での詰り及び排出弁３５を通してのスラッジ排出部の可能性ある閉塞を回避する 。上記の篩は、運転中に非常に簡単に目視により点検し且つ交換することができ る。

水及び沈降物は下降管３２を通って流下する。高速反応器３０の底部且つ中央で 、水／沈降物の噴流は水流を上向きに変える凹面形の転向シールド３３に打ち当 たる、常に速度が低下してその速度で水が高速反応器３０内を上方に流れるため 、粒子の結集（ｂｕｉｌｃｌ−ｕｐ）が起こってしだいに重くなるので、粒子は 転向シールド３３を通り越し、高速反応器３ｏのとがった底部へと水中を沈降し てゆく、高速反応器３０は流れの方向に横断面の寸法が増加してゆくので、水の 速度は常に低下してゆく、この高速反応器は、頂点を下向きにした円錐形状をし ている。転向シールド３３は、とがった底の近くに配置され、そして、それが横 断面積の比較的大きな部分を占めるけれども、大きくても粒子等が転向シールド と反応器の壁との間を沈降することができそして円錐の底部に集められるように 作られる。

フラッシング系統における水は吸収されたＳＯ□と生成されたＨ２ＳＯ，を有す るため、沈降タンク７５からの水／沈降物はｐＨの値がおよそ６の酸性である。

亜硫酸は、次において更に詳細に説明する石灰投入系統によってＣａ（ＯＨ）２ で中和される。

Ｃａ（ＯＨ）２はサイロ２２から混合容器１．２へ分配され、そこで弁１３　、 １４を経て供給される水と混ぜ合わされる。これは、燃料の硫黄含有量に従って およそ１０％懸濁液が得られるまで例えば機械式撹拌機３，４により一定にがき 混ぜて行なわれる。

混合容器１又は２の一方からは、共通のポンプ１７がＣａ（ＯＨ）２懸濁液を環 状主管ＲＬを通して容器１又は２へ送り戻す。

環状主管ＲＬには枝管が用意され、そしてこれを通して投入ポンプ１８がＣａ（ ＯＲ）ｚ懸濁液を高速反応器３０内の水に加える。投入ポンプ１８は反応器３０ のｐＨ検出器１９により制御され、かくして高速反応器３０のｐＨ値をおよそ９ ．０に保持する。

容器１が空の時は、フロート７がこの設備を、電磁弁１０゜１２を開き電磁弁９ ．１１を閉じて容器２へ切り換える０次にダンパー２０を容器１へ転換し、それ により容器１にＣａ（ＯＲ）ｚを満たす。ウオーム２１がＣａ（ＯＲ）２を容器 １へ運ぶ、電磁弁１３が容器１に水を加える。容器１がいっばいになった時は、 フロート５が弁１３を閉じて水の供給を停止する。対応するやり方でもって、容 器２は張り込みの間はフロート６．８により操作される。

加えられるべきＣａ（ＯＨ）２の量は、ウオーム２１の軸の積算回転計により測 定する。

化学反応後、そして水が溢流部を通って高速反応器３０を去り、高速反応器の周 囲室ＲＫへあふれ出た時には、水はＣａ（ＯＨ）ｚを少しも含有しているべきで ない、しかしながら、経験によれば、少量のＣａ（ＯＨ）２がなお残っており、 そしてそれは運転中におけるかなりの不都合に帰着しかねない。

これらの不都合を避け、そして不溶解Ｃａ　（ＯＨ）　２の最終残留物を取除く ために、１又は２以上の収集容器４０を有する系統を高速反応器３０とスクラバ ー系統との間に用意する。

高速反応器３０を取巻く周囲室ＲＫからの水は、管３９を通って収集容器４０へ 流れる。

沈降タンク７５の清浄ガスの煙突への出口から清浄ガスを加圧送風機４５により 取って、入口チャンネル４２を経て収集容器４０内の水の中を通過させる。収集 容器４０内の水を通った後、清浄ガスはこの容器を出て出口チャンネル４２を通 って煙突Ｓに至る。００２含有量の非常に多い清浄ガスの流れの方向は矢印によ り示される。高速反応器３０の周囲室ＲＫからの水のｐＨ値はおよそ９．５であ り、そしてそれは清浄ガス中のＣＯ□と一緒になり、水中に残留しているＣａ　 （ＯＨ）　２と反応してＣａＣ０，を生成する。ＣａＣＯ３は厳密には溶解しな いので、収集容器４０の底に沈み、その後弁６６を通して取り出すことができる 。

収集容器からの水はあふれ出てタンク４７に入る。このタンクには、清浄ガスを 容器４０へ供給するため煙絞り弁４６を制御するｐＨ検出器を用意する。これは 、ｐ）Ｉの値を７．０に保持するように行なわれる。収集容器４０の液面を一定 に維持するため、タンク４７にはフロート４９を用意する。フロート４９が一番 上の位置にある時は、弁５１を閉じそして弁５０を開く、フロート４９がより低 い位置にある時は、弁５１が開きそして弁５０が閉じる。

タンク４７からの水は沈降タンク７５へ流下する。沈降タンク７５へ流下する量 は、ｐＨ検出器８０を用いて、沈降タンク７５のｐＨの値が６．０より低くなる 時に弁８１が開いて調整する。弁８４を通ってくる清浄水も弁８１を通ってくる タンク４７からの水も、漏斗要素８３を経てタンク７５に供給される。

高速反応器３０及び収集容器４０で沈降した沈降物は、ポンプ６１を用いてデカ ンタ−遠心分離機６０に運ばれる。高速反応器３０のスラリー弁６５及び収集容 器４０のスラリー弁６６は、交互に開閉する。

沈降物はデカンタ−遠心分離機６０でもって水から分離される。シャベルですく うのを可能にするコンシスチンシーである沈降物はコンテナ６３に集め、その一 方廃液（ｒｅｊｅｃｔ）は容器６２に落して系に戻す。

このように、排水系へのどのような排出もなく、そして水の消費量は、沈降物及 び煙道ガスと共に持ち去られる少量に限られる。

煙道ガスより残留熱を吸収するガス洗浄流体の熱エネルギーは、このガス洗浄流 体を水／空気熱交換器、例えば、燃焼用空気をボイラー設備に吹き込む前に加熱 する加熱器を通して循環させることにより回収することができる。加熱器の代り にヒートポンプ集成装置を用いて、ガス洗浄流体より熱エネルギーを引き出すこ とができる。

工ｖ　、Ｉのム　び　弓 工場設備を始動する時は、高速反応器３０、収集容器４０、及び沈降タンク７５ に水をそれらの標準の液高さまで満たす。

次に、石灰投入ポンプ１８と清浄ガス送風機４５とを除き、工場設備を始動する 。

この後で、スクラバー塩ＳＴ及び要素７９を通して煙道ガスを供給する。しだい に、沈降タンク７５のｐＨの値が６．０より下に低下するにつれて、高速反応器 ３０の周囲室にＮａ２ＣＯｓを加え、そしてＣＮ、＝０．１〜１．５ＩＩｏｌ／ ４の濃度が得られるだけの量を加える。

この後、石灰投入ポンプ１８及び送風機４５を始動させて正規の運転を開始する 。

始動中の化学反応は次に示すとおりである。すなわち、スクラバーにおいては、 ５ｏ３−＋ｓｏ□＋）１２０−２ＨＳ０３−）ＩＳＯｓ−−＋１／　２０２−− →５Ｑ４−＋Ｈ“高速反応器においては、 ＣＯ：ｌ−＋２ＨＳＯ，−−一→ＺＳＯ，−＋　ＣＯ２＋　１（２０正規の運転 にあっては次に示すとおりである。すなわち、スクラバーにおいては、 ５ｏ３−＋ｓｏ□＋Ｈ２Ｏ−−→２ＨＳＯ。

ＩＳＯ，−＋１／２　０２−−→　ＳＯ，−＋Ｈす高速反応器においては、 Ｃａ（０）１）ｚ＋２ＨＳＯｓ−５Ｏｓ−−＋Ｃａ５Ｏ：＋　１　２　Ｈ２０＋ ３　２Ｈ２０↓ Ｃａ（ＯＨ）　２　＋５Ｏ４−ＣＩＬＳＯ４＋　２０８↓ 収集容器においては、 Ｃａ（ＯＨ）ｚ＋ｃＯｚ　ＣａＣ０ｚ＋８２０↓ 記載した反応のほかに、疑いなく他の反応が起こるが、上に示したものが最も本 質的であると考えられるに違いない。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ボイラーからの煙道ガスが水のための熱交換器、いわゆるエコノマイザーを 通して導かれ、そしてこの後、できる限りは液滴をろ過除去する手段を経て、煙 突に導かれる前にガス洗浄流体（ｓｃｒｕｂｂｅｒｆｌｕｉｄ）で洗浄され、且 つ、このガス洗浄流体に集められた熱エネルギーが再利用される、煙道ガスを洗 浄しそしてそれより熱を回収するための方法であって、ａ）煙道ガスを、エコノ マイザーを通る途中において、それがガス洗浄流体と接触する際になお酸の露点 よりも高い温度を有する分だけ冷却すること、 ｂ）上記のガス洗浄流体を、液の形態の塩基を加えることにより実質的に中性の ｐＨ値に保持すること、そして、ｃ）追加の塩基が石灰を使用して石灰とガス洗 浄流体との間の二重アルカリ法（ｄｏｕｂｌｅ８ｌｋａｌｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓ ）によって高速反応器内で作られ、そしてｐＨ値が８．５〜１０．５、好ましく はおよそ９．５に保持されること、 を特徴とする方法。 ２．前記追加の塩基が、前記ガス洗浄流体に導入される前に、煙道ガスが当該ガ ス洗浄流体を通り抜けた後に引き出された清浄ガスを加えることにより処理され 、それによりこの追加の塩基のｐＨの値が、不溶解水酸化カルシウムの可能性あ る残留物が同時に沈殿する間に実質上中性の値に低下させられることを特徴とす る、請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記追加の塩基のｐＨの値が、前記ガス洗浄流体にそれが加えられる際に６ ．９〜７．６であることを特徴とする、請求の範囲第２項記載の方法。 ４．前記追加の塩基に加えられる清浄ガスの量が、これを前記ガス洗浄流体に導 入する直前の当該追加の塩基のｐＨの値を測定することによって制御されること を特徴とする、請求の範囲第２項記載の方法。 ５．前記ガス洗浄流体に導入される追加の塩基の量が、当該ガス洗浄流体のｐＨ の値を測定することにより制御されることを特徴とする、請求の範囲第３項記載 の方法。 ６．煙道ガスがボイラーから水のための熱交換器、いわゆるエコノマイザースは 類似の熱交換器を通して導かれ、そしてこの後でガス洗浄流体で洗浄され、この ガス洗浄流体が沈降タンク（７５）から取られ且つその後このタンク、そしてガ ス洗浄流体に集められた熱エネルギーを再利用するための手段に戻されるもので ある、ボイラーからの煙道ガスを洗浄し且つこのガスより熱を回収するための装 置であって、ａ）煙道ガス（Ｒ）を、それがスクラビング要素（ＳＴ）でガス洗 浄流体と接触する際になおそれが酸の露点よりも高い温度を有するようにエコノ マイザーを通して供給すること、ｂ）上記のガス洗浄流体のｐＨの値を測定要素 （８０）で測定し、且つ、この要素からの測定値が当該ガス洗浄流体が実質上中 性に保持されるようにタンク（４７）からの液体の追加塩基を加える量を決定す ること、そして、 ｃ）上記のタンク（４７）が高速反応器（３０）につながれ、この高速反応器に 沈降タンク（７５）から沈殿した沈降物と液とが、この沈降物及び液を混合溶液 （１，２）からの石灰一水懸濁液と共に実質的に垂直な下降管（３２）を通して 導きおろして供給されること、 を特徴とする装置。 ７．篩（３１）が前記下降管（３２）の前に配置されていること、また前記高速 反応器（３０）の最下部に、前記水／沈降物の噴流が打ち当たりそして流れを上 向きに転向する凹面形のシールド（３３）が含まれていること、そして当該高速 反応器（３０）のｐＨ検出器（１９）によりこの高速反応器におけるｐＨの値を およそ９．０に保持するように制御される投入ポンプ（１８）によって石灰水が 上記の篩（３１）を通して当該水／沈降物の噴流に加えられることを特徴とする 、請求の範囲第６項記載の装置。 ８．清浄ガスのテークオフ（４５）が煙突（Ｓ）により引き出された清浄ガスを 管路を経由して前記追加塩基に供給し、当該塩基が前記高速反応器（３０）と前 記タンク（４７）との間に配置された１又は２以上の収集容器（４０）に貯蔵さ れており、その後当該清浄ガスが上記の煙突に戻されることを特徴とする、請求 の範囲第６項又は第７項記載の装置。 ９．前記追加塩基が前記ガス洗浄流体に導入される前に集められる前記タンク（ ４７）が、ｐＨの値を測定するための測定要素（４８）を含んでなり、この測定 要素が、前記収集容器（４０）に加えられる清浄ガスの量についての調整要素（ ４６）を制御するのに用いられることを特徴とする、請求の範囲第８項記載の装 置。 １０．前記沈降タンク（７５）にｐＨの値を測定するための装置が含まれている こと、そして前記追加塩基の導入が当該測定の結果により制御されることを特徴 とする、請求の範囲第８項又は第９項記載の装置。 １１．前記収集容器（４０）からの及び前記高速反応器（３０）からの沈降物を 遠心分離機（６０）、好ましくはデカンター遠心分離機に導くこと、そして遠心 分離した液を系に、例えば前記高速反応器（３０）に戻し、当該遠心分離機から の実質的に乾いたスラッジをコンテナ（６３）に集めることを特徴とする、請求 の範囲第６項から第９項までのいずれかに記載の装置。 １２．前記沈降タンク（７５）、前記スクラバー要素（ＳＴ）、及び、前記ガス 洗浄液体と接触する残りの部分、例えばフラッシングジェットノズル（７８）、 スクラビング要素（７９）等が、ガラス、磁器、又は他の耐酸もしくは耐塩基材 料で作られ又はそれらで覆われることを特徴とする、請求の範囲第６項記載の装 置。