WO2012131951A1 - 排ガス処理システムおよび排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス処理システムおよび排ガス処理方法 Download PDF

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WO2012131951A1
WO2012131951A1 PCT/JP2011/058099 JP2011058099W WO2012131951A1 WO 2012131951 A1 WO2012131951 A1 WO 2012131951A1 JP 2011058099 W JP2011058099 W JP 2011058099W WO 2012131951 A1 WO2012131951 A1 WO 2012131951A1
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water
exhaust gas
seawater
treatment system
reduced
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PCT/JP2011/058099
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みさき 隅倉
考司 村本
亮太 落合
康二 原田
徹 神成
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バブコック日立株式会社
株式会社ササクラ
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2252/103—Water
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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    • B01D53/343—Heat recovery
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/18—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the purification of gaseous effluents

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treatment system and an exhaust gas treatment method provided with a wet desulfurization device and a fresh water generator, and more particularly to an exhaust gas treatment system and an exhaust gas treatment method for supplying makeup water from the fresh water generator to the wet desulfurization device.
  • a flue gas desulfurization unit is installed in power generation boilers that burn fuels that contain a relatively large amount of sulfur, such as coal, in order to remove sulfur oxides (SOx) in exhaust gases that cause air pollution and acid rain. It has been.
  • the wet limestone-gypsum method which is one of the desulfurization methods, has features such as a high desulfurization rate and the ability to use recovered gypsum as a valuable material and is widely used.
  • such a wet desulfurization apparatus has a problem that a large amount of industrial water is required.
  • the chloride ions contained in the dehydrated filtrate are concentrated, and when the concentration exceeds a certain level, the desulfurization efficiency of the limestone slurry is reduced. In order to avoid this concentration, it is necessary to drain part of the dehydrated filtrate and maintain the chloride ion concentration in the system below the planned value.
  • the wet desulfurization apparatus requires a large amount of make-up water, and therefore requires a fresh water generator.
  • an existing fresh water generator may not be applied as it is.
  • the main purpose of the fresh water generator is supply of makeup water
  • demands for cost reduction such as installation cost and operation cost become stricter than those of existing fresh water generators.
  • the supply amount (fresh water amount) of the fresh water generator can be reduced, and the operation cost can be reduced.
  • Patent Document 1 discloses a conventional technique related to reducing the consumption of makeup water.
  • the amount of water evaporated in the limestone slurry can be reduced by cooling the exhaust gas at the front stage of the absorption tower with a heat exchanger. Further, by cooling the exhaust gas in contact with seawater indirectly after the absorption tower, the water evaporated in the absorption tower can be condensed and recovered and reused as makeup water. Thus, the consumption of makeup water can be reduced by reducing the evaporation amount in the absorption tower and the moisture released to the atmosphere.
  • the heated seawater for cooling is supplied to a fresh water generator using an electrodialysis method, the energy consumed by the fresh water generator decreases as the water temperature rises, so that fresh water can be produced with high efficiency.
  • this fresh water as makeup water, the supply of fresh water from outside the system can be reduced.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment system and an exhaust gas treatment method capable of solving the above-described conventional problems and reducing the cost when combining a desulfurization apparatus and a fresh water generation apparatus using a membrane treatment method. is there.
  • the present invention provides a wet desulfurization device that removes sulfur oxides contained in the exhaust gas of a boiler, a pump that pressurizes seawater, and seawater sent from this pump.
  • An exhaust gas treatment system comprising: a fresh water generator having a membrane treatment device that separates water into non-permeated water; and a makeup water supply passage that supplies at least a part of the permeated water as makeup water to the desulfurization device;
  • a gas cooler having an exhaust gas cooling function for cooling the exhaust gas flowing into the desulfurization apparatus with seawater used in the fresh water generator, and a seawater heating function for heating the seawater with the heat of the exhaust gas when cooling the exhaust gas Is provided.
  • the moisture contained in the exhaust gas is condensed and supplied to the wet desulfurization device by the exhaust gas cooling function. Moisture discharged outside the system is reduced, the amount of water produced by the fresh water generator is reduced, and energy consumption is also reduced.
  • the apparatus further comprises a water temperature adjusting means for adjusting the water temperature of the seawater heated by the seawater heating function and supplying the seawater whose water temperature has been adjusted to the pump.
  • the seawater warming is allowed by the water temperature adjusting means until the chloride ion concentration upper limit value of the makeup water is reached. As the water temperature rises, energy consumption during fresh water production will decrease.
  • the fresh water generator is a first pump that boosts seawater, and a first membrane treatment that separates seawater sent from the first pump into permeated water and non-permeated water.
  • the makeup water supply channel supplies first-stage permeate and second-stage non-permeate to the desulfurization apparatus.
  • the desalination capacity of the membrane treatment device is somewhat reduced, so there are restrictions on the use when using permeated water other than makeup water.
  • the application range of the second-stage permeated water is widened, and the exhaust gas treatment system can have versatility.
  • the exhaust gas cooling function of the gas cooler cools the exhaust gas with the first-stage permeated water.
  • the second gas cooler that further cools the exhaust gas discharged from the wet desulfurization device with seawater used in the fresh water generator and condenses and removes moisture contained in the exhaust gas.
  • a second make-up water supply path for supplying at least a part of the condensed water from the second gas cooler to the desulfurization device as make-up water.
  • the amount of water produced is remarkably reduced by supplying a part of the water contained in the exhaust gas discharged outside the system to the desulfurization device as condensed water. This also reduces energy consumption.
  • the second gas cooler that further cools the exhaust gas discharged from the wet desulfurization apparatus with seawater used in the fresh water generator and condenses and removes moisture contained in the exhaust gas. And a condensed water mixing path for mixing at least a part of condensed water by the second gas cooler with seawater fed to the membrane treatment device.
  • the present invention increases the pressure of seawater and separates the seawater into permeate and non-permeate by a membrane treatment device, and the permeate obtained in the fresh water step.
  • the exhaust gas treatment method comprising an exhaust gas desulfurization step for removing substances, the exhaust gas flowing into the desulfurization device in the exhaust gas desulfurization step is cooled by seawater used in the fresh water generation step, and when the exhaust gas is cooled, An exhaust gas cooling / seawater heating step for heating seawater with the heat of the exhaust gas is provided.
  • the present invention it is possible to reduce costs when combining a desulfurization apparatus and a fresh water generation apparatus using a membrane treatment method. Thereby, the exhaust gas treatment system provided with the wet desulfurization apparatus can be provided even in an area where the fresh water source is scarce.
  • FIG. 1 is a configuration of an exhaust gas treatment system (first embodiment). It is a structure of an exhaust gas treatment system (2nd Embodiment). It is a functional block diagram of a controller. It is a flowchart which shows the processing content of a controller. It is a conceptual diagram explaining an effect.
  • This is a configuration of an exhaust gas treatment system (first modification). This is a configuration of an exhaust gas treatment system (second modification). This is a configuration of an exhaust gas treatment system (third modified example).
  • It is a structure of an exhaust gas treatment system (4th modification). It is a structure of an exhaust gas treatment system (3rd Embodiment). It is a structure of an exhaust gas treatment system (4th Embodiment). It is a conceptual diagram explaining an effect.
  • This is a configuration of an exhaust gas treatment system (fifth embodiment). It is a structure of an exhaust gas treatment system (5th modification). This is a configuration of an exhaust gas treatment system (sixth modification).
  • FIG. 1 shows the configuration of an exhaust gas treatment system according to the first embodiment.
  • the exhaust gas treatment system includes a wet desulfurization device and a fresh water generator.
  • the exhaust gas 1 from the boiler is removed by the dust collector 10 and cooled by the gas cooler 11, and then flows into the absorption tower 12.
  • the exhaust gas 1 is sprayed with a limestone slurry 36, and SOx is removed by a gas-liquid reaction with the limestone slurry 36.
  • the exhaust gas 1 emitted from the absorption tower 12 is discharged from the chimney 13 into the atmosphere.
  • the limestone slurry 36 having absorbed SOx in the absorption tower 12 is sent to the gypsum dewatering machine 15 and separated into gypsum 28 and dehydrated filtrate 29.
  • the gypsum 28 is carried out and reused outside the system.
  • a part of the dehydrated filtrate 29 is sent to a wastewater treatment device (not shown) as desulfurization wastewater 30.
  • the remaining dehydrated filtrate 29 is injected into the limestone slurry supply device 16, mixed with limestone, becomes a supplemented limestone slurry 37, and is supplied to the absorption tower 12.
  • the wet desulfurization apparatus requires a large amount of industrial water.
  • the desulfurization waste water 30, the moisture contained in the exhaust gas 1 discharged into the atmosphere, the crystal water in the gypsum 28, etc. are discharged outside the system. Accordingly, the makeup water 31 is supplied from the makeup water tank 18 to the absorption tower 12 as needed.
  • the seawater 20 pumped up by the intake pump 6 is subjected to removal of solid / soluble substances by the pretreatment device 7, or the water temperature / pH and the like are adjusted to become pretreated water 21.
  • the pretreated water 21 is heated by the heat of the exhaust gas 1 in the gas cooler 11, then pressurized by the high pressure pump 8, flows into the high pressure reverse osmosis membrane 9, and is separated into the concentrated water 22 and the permeated water 23.
  • a part of the permeated water 23 flows into the makeup water tank 18.
  • the remaining permeated water 23 is pressurized by the low pressure pump 17 and flows into the low pressure reverse osmosis membrane 14, and is separated into the concentrated water 24 and the permeated water 25.
  • Part of the concentrated water 24 flows into the makeup water tank 18.
  • Part of the permeated water 25 flows into the makeup water tank 18.
  • the remaining permeated water is used as fresh water 26 outside the system as a raw material for drinking water or seal water for auxiliary equipment such as an on-site pump.
  • the makeup water 31 from the makeup water tank 18 is supplied to the absorption tower 12 through the makeup water supply path 51.
  • the fresh water generator can supply the makeup water 31.
  • the gas cooler 11 cools the exhaust gas 1 flowing into the absorption tower 12 by the pretreated water 21 (pretreated seawater 20) (exhaust gas cooling function 11a) and warms the pretreated water 21 by the heat of the exhaust gas 1. (Seawater heating function 11b), operates as a heat exchanger.
  • the water contained in the exhaust gas 1 is condensed by the gas cooling by the gas cooler 11 and supplied to the absorption tower 12. As a result, the moisture contained in the exhaust gas 1 discharged from the chimney 13 is reduced. Therefore, the required amount of makeup water is reduced and the amount of fresh water is also reduced. This also reduces energy consumption.
  • the permeation flow rate in the high-pressure reverse osmosis membrane 9 with respect to a constant pressure increases.
  • the power of the pump 8 required per unit flow rate is reduced. That is, the water can be generated efficiently and the operation cost can be reduced. Similar effects can be obtained with the low-pressure pump 17 and the low-pressure reverse osmosis membrane 14, and the operation cost can be further reduced.
  • the desalting capacity of the high-pressure reverse osmosis membrane 9 slightly decreases. Therefore, the chloride ion concentration in the permeated water 23 is slightly high.
  • the desalination process is further performed by the low-pressure reverse osmosis membrane 14, and the makeup water 31 is not required to have a desalting level as that of drinking water (to use as drinking water, the chloride ion concentration needs to be lower). And the like, even if the desalting capacity of the high-pressure reverse osmosis membrane 9 is slightly reduced, there is no problem.
  • Second Embodiment ⁇ New issues As described above, as the water temperature rises, the energy consumption during fresh water production is reduced, while the desalting treatment capacity of the high-pressure reverse osmosis membrane 9 is slightly reduced. That is, there is a trade-off between energy consumption reduction (energy efficiency improvement) and desalting treatment capacity.
  • the replenishing water 31 is not required to have a desalting level as much as that of drinking water, it needs to be below a predetermined level (set value) of chloride ion concentration. If the temperature is heated more than necessary, the chloride ion concentration exceeds the set value, which may not be used as makeup water for the desulfurization apparatus.
  • the main purpose of the fresh water generator is to supply makeup water 31, but there is also a desire to use fresh water 26 effectively.
  • the chloride ion concentration of the fresh water 26 it is also necessary to lower the chloride ion concentration (set value) of the makeup water 31.
  • the temperature of the seawater 20 varies throughout the year. That is, it is high in summer and low in winter.
  • the temperature of the supply water to the high-pressure reverse osmosis membrane 9 also varies, and the chloride ion concentration of the makeup water 31 also varies. If the chloride ion concentration of the makeup water 31 exceeds the set value, it cannot be used as makeup water for the desulfurization apparatus. On the other hand, if the chloride ion concentration of the makeup water 31 is lower than the set value, there is room for improvement in energy efficiency.
  • FIG. 2 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the second embodiment.
  • a bypass valve 40 and a drain valve 41 are added to the configuration of the first embodiment.
  • the bypass valve 40 is provided in the supply path of the pretreatment water 21 to the gas cooler 11. A part of the pretreated water 21 is supplied directly to the pump 8 without being supplied to the gas cooler 11 via the bypass path branched by the bypass valve 40.
  • the flow rate ratio between the supply amount Q1 to the gas cooler 11 and the supply amount (bypass amount) Q2 to the bypass passage is controlled by the opening degree of the bypass valve 40.
  • the drain valve 41 is provided in the discharge path of the pretreatment water 21 from the gas cooler 11. A part of the pretreated water 21 heated by the gas cooler 11 is discharged out of the system (for example, in seawater) through the drainage channel branched by the drainage valve 41. The amount of drainage Qout discharged from the drainage channel is controlled by the opening degree of the drainage valve 41.
  • the exhaust gas treatment system controls the opening degree of the bypass valve 40 (that is, the bypass amount Q2), the opening degree of the drain valve 41 (that is, the drainage amount Qout), and the intake amount Qin of the seawater 20 by the intake pump 6 to control the high pressure reverse osmosis membrane.
  • the temperature Tf of the feed water to 9 is adjusted.
  • controller 50 may perform water temperature adjustment control. In that case, the controller 50 and related components are added to the configuration of FIG.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the controller 50.
  • the controller 50 receives the seawater temperature Tin from the temperature sensor 46 provided at the seawater intake, the exhaust gas temperature Tg and the exhaust gas flow rate Qg from the exhaust gas state sensor 47 provided at the inlet of the gas cooler 11, and the chloride ion concentration sensor 48.
  • the chloride ion concentration measurement value Csm of the makeup water 31 and the chloride ion concentration measurement value Cpm of the fresh water 26 are input from the input terminal 49 to the chloride ion concentration setting value Cst of the makeup water 31 and the chloride ion concentration setting value Cpt of the fresh water 26. Enter the required amount of makeup water and freshwater.
  • a predetermined calculation is performed to output the water intake amount Qin to the intake pump 6, the bypass amount Q2 to the bypass valve 40, and the drainage amount Qout to the drain valve 41 to control the intake pump 6, the bypass valve 40, and the drain valve 41.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the controller 50.
  • step S11 When the makeup water chloride ion concentration setting value Cst, fresh water chloride ion concentration setting value Cpt, makeup water requirement amount, and fresh water requirement amount are set based on the operator's input instructions (step S11), these values and the high-pressure reverse osmosis membrane Based on the characteristic curve 9 (see FIG. 5), the set flow rate Qf and temperature Tf of the supply water to the high-pressure reverse osmosis membrane 9 are calculated (step S12).
  • the temperature Tin of the seawater 20 is input (step S13), the exhaust gas temperature Tg and the exhaust gas flow rate Qg are input (step S14), and the seawater to the gas cooler 11 is based on these values and the exhaust gas temperature after cooling.
  • a supply amount Q1 of 20 (pretreated water 21) and a temperature T1 after exhaust gas cooling (seawater warming) are calculated (step S15).
  • Equation 1 is satisfied regarding the flow rate
  • Expression 2 is satisfied at the bypass path merging point downstream of the drain valve 41.
  • Qin Q1 + Q2 (1)
  • Qf (Q1-Qout) + Q2 (2)
  • Expression 1 and Expression 2 are expressed as Expression 3 from the viewpoint of the entire system.
  • Equation 4 is satisfied with respect to the water temperature at the junction.
  • step S17 Based on the calculation result of step S16, the intake pump 6, the bypass valve 40, and the drain valve 41 are controlled (step S17).
  • Step S18 Enter makeup water chloride ion concentration measurement value Csm and freshwater chloride ion concentration measurement value Cpm (step S18), and determine whether the makeup water chloride ion concentration setting value Cst and freshwater chloride ion concentration setting value Cpt match. (Step S19). If it is a predetermined concentration, the control is terminated. If it is not a predetermined concentration, the control is repeated until the predetermined concentration is reached.
  • Operation For example, when it is desired to lower the chloride ion concentration of the makeup water 31 and the chloride ion concentration of the fresh water 26, the bypass valve 40 is opened. Since the flow rate Q1 of the heated water decreases and the flow rate Q2 of the unheated water increases, the temperature Tf of the water supplied to the high pressure reverse osmosis membrane 9 decreases, and the characteristic curve of the high pressure reverse osmosis membrane 9 (FIG. 5 According to the reference), the measured chloride ion concentration of the makeup water 31 and the chloride ion concentration of the fresh water 26 are also lowered.
  • the flow rate Q1 decreases while the water intake Qin is constant, the cooling performance of the gas cooler 11 cannot be maintained. Therefore, while maintaining the flow rate Q1, the water intake Qin and the flow rate Q2 are increased, the drain valve 41 is opened, and a part of the heated water is drained. As a result, the water temperature can be adjusted while maintaining the cooling performance of the gas cooler 11.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the effect of this embodiment.
  • the horizontal axis represents the temperature of the water supplied to the reverse osmosis membrane, and the vertical axis represents the energy consumed during fresh water production and the chloride ion concentration of the permeated water. As the water temperature rises, the energy consumed during fresh water production is reduced, while the desalting capacity of the reverse osmosis membrane is slightly reduced.
  • the make-up water 31 is not required to have the same desalination level as drinking water, and the chloride ion concentration of the permeated water can be set to an allowable upper limit value. That is, heating is allowed until point A is shown.
  • the water temperature can be adjusted, and the water can be heated to the point A in the figure.
  • the energy consumed during fresh water production is reduced to point B in the figure. As a result, the water can be generated efficiently and the operation cost can be reduced.
  • the second embodiment is obtained by adding a water temperature adjusting means to the configuration of the first embodiment, and the effect of the first embodiment can also be obtained.
  • FIG. 6 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the first modification. You may arrange
  • the pretreatment is a membrane treatment using an MF membrane or a UF membrane, a reduction in energy consumption of the intake pump 6 can be expected as the water temperature rises.
  • the pretreatment water 21 is discharged from the drain valve 41.
  • the amount of the pretreatment device 7 is reduced by pretreatment of the discharged seawater 20. Operation costs can be reduced.
  • the pretreatment device 7 is arranged at the front stage of the gas cooler 11 to maintain the gas cooler 11 as in the second embodiment. Administratively desirable.
  • FIG. 7 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the second modification.
  • the electric dust collector 10 may be disposed at the rear stage of the gas cooler 11. In this case, since the temperature of the exhaust gas 1 flowing into the electric dust remover 10 decreases, an improvement in the dust removal performance of the electric dust collector 10 can be expected. However, problems such as dust sticking to the inside of the electrostatic precipitator 10 occur when the exhaust gas temperature falls below a certain temperature. Therefore, it is necessary to adjust the amount of cooling water in the gas cooler 11 so as to maintain the exhaust gas temperature within a predetermined range.
  • FIG. 8 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the third modification.
  • the concentrated water 24 separated by the low-pressure reverse osmosis membrane 14 may be directly supplied to the absorption tower 12 without using the makeup water tank 18.
  • the makeup water 31 from the makeup water tank 18 is supplied to the absorption tower 12 through the makeup water supply path 51 by the pressure of a pump 52 (not shown).
  • the concentrated water 24 separated by the low-pressure reverse osmosis membrane 14 remains pressurized by the low-pressure pump 17 and can be supplied to the absorption tower 12 without going through the makeup water tank 18 and the makeup water supply path 51.
  • the water flow rate of the makeup water supply passage 51 is reduced, and the energy consumption of the pump 52 can be expected to be reduced.
  • FIG. 9 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the fourth modification.
  • the low pressure pump 17 and the low pressure reverse osmosis membrane 14 may not be included. In this case, it is possible not only to reduce the operation cost such as the energy consumption of the low-pressure pump and the trouble of washing and replacing the low-pressure reverse osmosis membrane, but also to reduce the installation cost thereof.
  • the gas cooler 11 cools the exhaust gas 1 flowing into the absorption tower 12 with the pretreated water 21 (pretreated seawater 20), and also pretreats it with the heat of the exhaust gas 1.
  • the water 21 is heated and the heated water is supplied to the high-pressure pump 8 and the high-pressure reverse osmosis membrane 9. That is, seawater 20 (precisely, pretreated water 21) passes through the gas cooler 11, and the seawater contact portion is required to have high corrosion resistance. Thereby, the subject concerning the installation cost of the gas cooler 11 arises.
  • FIG. 10 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the third embodiment.
  • a gas cooler 11 is disposed at the subsequent stage of the high-pressure reverse osmosis membrane 9.
  • the gas cooler 11 cools the exhaust gas 1 flowing into the absorption tower 12 with the permeated water 23 separated by the high-pressure reverse osmosis membrane 9 and warms the permeated water 23 with the heat of the exhaust gas 1.
  • the heated permeated water 23 is pressurized by the low pressure pump 17 and flows into the low pressure reverse osmosis membrane 14.
  • the temperature control valve 42 utilizes the permeated water 23 in a system.
  • the water flow rate of the temperature control valve 42 corresponds to the drainage amount Qout in the second embodiment.
  • the chloride ion concentration of the seawater 20 passing through the gas cooler 11 is about 35000 mg / l.
  • the chloride ion concentration of the permeated water 23 that passes through the gas cooler 11 in this embodiment is about 200 to 300 mg / l, and the corrosion resistance is required as much as the first and second embodiments.
  • the installation cost of the gas cooler 11 can be reduced.
  • Total cost reduction can be achieved by reducing installation cost and operation cost.
  • the chloride ion concentration of the permeated water 23 separated by the high-pressure reverse osmosis membrane 9 is lower than that in the first and second embodiments.
  • the chloride ion concentration of the fresh water 26 is also lower than in the first and second embodiments (see FIG. 5). Thereby, the application range of the fresh water 26 spreads and the fresh water 26 can be used effectively.
  • the exhaust gas 1 from which SOx has been removed by the absorption tower 12 is discharged from the chimney 13 into the atmosphere.
  • the exhaust gas 1 discharged out of the system contains a large amount of water, which is a cause of the need for a large amount of makeup water 31.
  • a problem relating to operation costs arises.
  • FIG. 11 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the fourth embodiment.
  • a gas cooler (second gas cooler) 43 is added to the configuration of the second embodiment.
  • the gas cooler 43 is provided at the rear stage of the absorption tower 12.
  • the operation of the wet desulfurization apparatus including the absorption tower 12 will be described.
  • the exhaust gas 1 from the boiler is removed by the dust collector 10 and cooled by the gas cooler 11, and then flows into the absorption tower 12.
  • the exhaust gas 1 is sprayed with a limestone slurry 36, and SOx is removed by a gas-liquid reaction with the limestone slurry 36.
  • the water in the limestone slurry 36 evaporates due to the heat of the exhaust gas 1.
  • the exhaust gas 1 containing moisture is cooled by the gas cooler 43, and the moisture is condensed and removed.
  • the exhaust gas 1 from which moisture has been removed is discharged from the chimney 13 into the atmosphere.
  • the water condensed by the gas cooler 43 (condensed water 32) flows into the makeup water tank 18 through the makeup water supply path (second makeup water supply path) 53.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining the effect of the present embodiment.
  • the horizontal axis shows cases 1 to 4, the vertical axis is the amount of water discharged outside the system, the middle is the amount of makeup water required, the lower is the energy consumed during fresh water generation, and the bottom is the elements of each case Shows about.
  • the required amount of makeup water is linked to the amount of water discharged outside the system. That is, if the amount of water discharged out of the system increases, the amount of necessary makeup water increases and the amount of fresh water increases.
  • the energy consumption of the pump at the time of fresh water generation depends on the fresh water volume and the temperature of the supplied water. That is, if the amount of water produced decreases, the energy consumption also decreases. As the water temperature rises, the permeation flow rate increases and the energy consumption decreases.
  • Case 1 shows a case where none of the elements of gas cooling by the gas cooler 11, heating of the supply water by the gas cooler 11, and replenishment of the condensed water 32 are present.
  • Case 2 shows a case where there is only gas cooling by the gas cooler 11.
  • the water contained in the exhaust gas 1 is condensed by the gas cooling by the gas cooler 11 and supplied to the absorption tower 12. As a result, the moisture contained in the exhaust gas 1 discharged from the chimney 13 is reduced. Therefore, the required amount of makeup water is reduced and the amount of fresh water is also reduced. This also reduces energy consumption.
  • Case 3 shows a case where there are elements of gas cooling by the gas cooler 11 and heating of the feed water by the gas cooler 11. By comparing Case 2 and Case 3, the effect of heating the supply water by the gas cooler 11 will be described.
  • the chloride ion concentration in the makeup water 31 also increases. Since the water in the desulfurization apparatus circulates, if the chloride ion concentration of the makeup water 31 increases, the flow rate of the desulfurization waste water 30 also increases to avoid concentration. As a result, if the amount of water discharged out of the system is slightly increased, the required amount of makeup water is also increased, and the amount of water produced is also increased slightly. However, compared to the effect of increasing energy consumption by increasing the amount of water produced, the effect of reducing energy consumption accompanying an increase in water temperature is exceeded, resulting in a decrease in energy consumption.
  • Case 4 shows a case where all elements of gas cooling by the gas cooler 11, heating of the supply water by the gas cooler 11, and replenishment of the condensed water 32 are present.
  • the high pressure pump 8 and the high pressure reverse osmosis membrane 9 can be miniaturized due to the effects of reducing the amount of water produced and reducing the energy consumption, and the installation cost can also be reduced.
  • the high pressure pump 8 pressurizes the pretreated water 21 and supplies it to the high pressure reverse osmosis membrane 9.
  • the pretreated water 21 is a pretreated seawater 20 and has a high chloride ion concentration. When the chloride ion concentration is high, energy consumption during fresh water production also increases, which causes problems related to operation costs.
  • FIG. 13 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the fifth embodiment.
  • the point which added the gas cooler (2nd gas cooler) 43 to the structure of 2nd Embodiment is the same as 4th Embodiment, the water
  • the condensed water 32 may contain a trace amount of heavy metals contained in the exhaust gas 1, but these heavy metals are separated into the concentrated water 22 by the high-pressure reverse osmosis membrane 9 and separated as sludge by wastewater treatment. ⁇ It will be disposed of. For this reason, it is possible to avoid outflow to the water environment such as the ocean.
  • FIG. 14 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the fifth modification.
  • the water condensed by the gas cooler 43 (condensed water 32) may be mixed with the seawater 20 in the previous stage of the pretreatment device 7 via the condensed water mixing path 54.
  • FIG. 15 shows the configuration of the exhaust gas treatment system according to the sixth modification.
  • the makeup water supply path (second makeup water supply path) 53 of the fourth embodiment is added to the configuration of the fifth embodiment. Thereby, the effect of 4th Embodiment and 5th Embodiment is acquired.

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Abstract

　脱硫装置と膜処理法による造水装置とを組み合わせる際にコスト低減を図る。　ガス冷却器１１は、吸収塔１２に流入する排ガス１を前処理水２１（前処理された海水２０）により冷却するとともに、排ガス１の熱により前処理水２１を加温する、熱交換器として作動する。ガス冷却により、排ガス１に含まれる水分は凝縮して吸収塔１２に供給され、系外に排出される排ガス１に含まれる水分は減少する。したがって、必要な補給水量も減少し、造水量も減少し、消費エネルギーも減少する。前処理水２１加温による水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減する。これにより、運用コスト低減を図ることができる。

Description

排ガス処理システムおよび排ガス処理方法
　本発明は、湿式脱硫装置と造水装置とを備えた排ガス処理システムおよび排ガス処理方法に係り、造水装置から補給水を湿式脱硫装置に供給する排ガス処理システムおよび排ガス処理方法に関する。
　石炭など硫黄分を比較的多く含む燃料を燃焼させる発電用ボイラ等には、大気汚染や酸性雨の原因となる排ガス中の硫黄酸化物（SOx）を除去するために、排煙脱硫装置が設けられている。脱硫方式の一つである湿式石灰石-石膏法は、高い脱硫率や回収石膏を有価物として利用できるなどの特長を有し、広く用いられている。しかし、このような湿式脱硫装置は、大量の工業用水が必要になるという課題がある。
　湿式石灰石-石膏脱硫方式において、排ガスは、湿式脱硫装置の吸収塔に供給され、噴霧される石灰石スラリとの気液反応によりSOxを除去された後、大気に放出される。SOxと反応した石灰石スラリを空気曝気すると石膏が生成し、この石膏は脱水して回収される。石膏の脱水ろ液は再度石灰石と混和され循環利用される。
　この循環を繰り返すうちに、脱水ろ液に含まれる塩化物イオンは濃縮され、一定以上の高濃度になると石灰石スラリの脱硫効率を低下させる。この濃縮を回避するため、脱水ろ液の一部を排水し、系内の塩化物イオン濃度を計画値以下に維持する必要がある。
　また、吸収塔に供給される排ガスは90℃前後と高温であるため、石灰石スラリ中の水分は蒸発し、処理後のガスとともに大気に放出される。さらに、石膏の脱水ケーキ中の結晶水も石膏とともに分離回収される。このように湿式石灰石-石膏脱硫方式において、脱硫装置内の水は複数の形態で系外へ排出される。一般に、1,000MW規模の発電設備では脱硫装置の補給水として約160t/hの水を消費する。このため、工業用水の乏しい地域で本方式による脱硫装置を導入する場合は、補給水を供給する造水装置の併設が必要である。
　一方、近年の水不足の拡大に伴い、海水やかん水を脱塩処理して淡水を生産・利用する淡水化設備が増加している。主な脱塩方法として、熱を用いた蒸発法、逆浸透膜やイオン交換膜を用いた膜法、主にかん水向けに電気透析法がある。中東などでは併設した火力発電設備から熱や蒸気、電力を淡水化設備に供給する発電・造水プラントとして設計される事例が多い。なお、このような造水装置による淡水は、飲料水として用いることも多い。
　上述したように、湿式脱硫装置は、大量の補給水を必要とするため、造水装置を必要とするが、既存の造水装置をそのまま適用すればよいというものではない。造水装置の主目的が補給水供給であることを考慮すれば、設置コスト、運用コスト等のコスト低減に係る要求は、既存の造水装置に比べて、厳しくなる。たとえば、補給水の消費量を低減することで、造水装置の供給量（造水量）を低減し、運用コスト低減を図ることができる。
　特許文献１に補給水の消費量低減に係る従来技術が開示されている。吸収塔前段において排ガスを熱交換装置で冷却することにより石灰石スラリ中の水分の蒸発量を低減できる。また、吸収塔後段で排ガスを間接的に海水と接触させて冷却することで、吸収塔で蒸発した水分を凝縮させて回収し、補給水として再利用できる。このように、吸収塔での蒸発量や大気放出される水分を低減することで、補給水の消費量を低減できる。
　更に、加温された冷却用海水を併設した電気透析法による造水装置に供給すると、造水装置の消費エネルギーは水温上昇に伴い減少するため、高効率で淡水を製造できる。この淡水も補給水として利用することで系外からの淡水供給を減らすことができる。
特開昭62-30530号広報
　しかしながら、従来技術のような電気透析法による造水は、原水の塩化物イオン濃度が高いと消費エネルギーが増大するため、塩化物イオン濃度の高い海水を用いる場合は高コストになるという課題があった。
　本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、脱硫装置と膜処理法による造水装置とを組み合わせる際にコスト低減を図ることのできる排ガス処理システムおよび排ガス処理方法を提供することにある。
　（１）上記目的を達成するために、本発明は、ボイラの排ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、海水を昇圧するポンプと、このポンプから送水される海水を透過水と非透過水に分離する膜処理装置とを有する造水装置と、前記透過水の少なくとも一部を補給水として前記脱硫装置に供給する補給水供給路とを備えた排ガス処理システムにおいて、さらに、前記脱硫装置に流入する排ガスを前記造水装置で用いる海水により冷却する排ガス冷却機能と、排ガスを冷却する際に、この排ガスの熱により海水を加温する海水加温機能とを有するガス冷却器を備える。
　排ガス冷却機能により、排ガスに含まれる水分は凝縮し湿式脱硫装置に供給される。系外に排出される水分は減少し、造水装置の造水量も減少し、消費エネルギーも減少する。
　海水加温機能により、水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減する。これにより、運用コスト低減を図ることができる。
　これにより、淡水源が乏しい地域にも湿式脱硫装置を備えた排ガス処理システムを提供できる。
　（２）上記（１）において、好ましくは、更に、前記海水加温機能により加温された海水の水温を調節して、水温調節された海水を前記ポンプに供給する水温調節手段を備える。
　水温調節手段により、補給水の塩化物イオン濃度上限値になるまで、海水加温が許容される。水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減する。
　（３）上記（１）において、好ましくは、前記造水装置は、海水を昇圧する第１ポンプと、この第１ポンプから送水される海水を透過水と非透過水に分離する第１膜処理装置と、この１段目透過水の一部を昇圧する第２ポンプと、この第２ポンプから送水される１段目透過水を透過水と非透過水に分離する第２膜処理装置とを有し、前記補給水供給路は、１段目透過水と２段目非透過水を前記脱硫装置に供給する。
　海水加温による水温上昇に伴い、膜処理装置の脱塩処理能力はやや低下するため、透過水を補給水以外で利用するときに用途に制限がある。膜処理装置を２段とすることで、２段目透過水の用途範囲が広がり、排ガス処理システムに汎用性を持たせることができる。
　（４）上記（３）において、好ましくは、前記ガス冷却器の排ガス冷却機能は、前記１段目透過水により排ガスを冷却する。
　塩化物イオン濃度の高い海水がガス冷却器内を通水する場合、ガス冷却器の材質は高い耐腐食性を要求され、設置コストにかかる課題がある。塩化物イオン濃度の低い１段目透過水が通水することで、ガス冷却器の設置コスト低減を図ることができる。
　（５）上記（１）において、好ましくは、更に、前記湿式脱硫装置より排出される排ガスを前記造水装置で用いる海水により冷却し、排ガス中に含まれる水分を凝縮除去する第２ガス冷却器と、前記第２ガス冷却器による凝縮水の少なくとも一部を補給水として前記脱硫装置に供給する第２補給水供給路とを備える。
　系外に排出される排ガスに含まれていた水分の一部を凝縮水として脱硫装置に補給することにより、造水量は格段に減少する。これにより、消費エネルギーも減少する。
　（６）上記（１）において、好ましくは、更に、前記湿式脱硫装置より排出される排ガスを前記造水装置で用いる海水により冷却し、排ガス中に含まれる水分を凝縮除去する第２ガス冷却器と、前記第２ガス冷却器による凝縮水の少なくとも一部を前記膜処理装置に送水される海水と混合する凝縮水混合路とを備える。
　塩化物イオン濃度が高い海水に塩化物イオン濃度が低い凝縮水を混合すると、膜処理装置への供給水の塩化物イオン濃度が低下する。これにより、造水時の消費エネルギーも減少する。
　（７）上記目的を達成するために、本発明は、海水を昇圧し、この海水を膜処理装置により透過水と非透過水に分離する造水ステップと、造水ステップで得られた透過水の少なくとも一部を補給水として湿式脱硫装置に供給する補給水供給ステップと、補給水供給ステップで水分を補給しながら、石灰石スラリを噴霧する湿式脱硫装置により、ボイラの排ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する排ガス脱硫ステップとを備えた排ガス処理方法において、前記排ガス脱硫ステップで前記脱硫装置に流入する排ガスを、前記造水ステップで用いる海水により冷却するとともに、排ガスを冷却する際に、この排ガスの熱により海水を加温する排ガス冷却・海水加温ステップを備える。
　本発明によれば、脱硫装置と膜処理法による造水装置とを組み合わせる際にコスト低減を図ることができる。これにより、淡水源が乏しい地域にも湿式脱硫装置を備えた排ガス処理システムを提供できる。
排ガス処理システムの構成である（第１実施形態）。 排ガス処理システムの構成である（第２実施形態）。 コントローラの機能ブロック図である。 コントローラの処理内容を示すフローチャートである。 効果について説明する概念図である。 排ガス処理システムの構成である（第１変形例）。 排ガス処理システムの構成である（第２変形例）。 排ガス処理システムの構成である（第３変形例）。 排ガス処理システムの構成である（第４変形例）。 排ガス処理システムの構成である（第３実施形態）。 排ガス処理システムの構成である（第４実施形態）。 効果について説明する概念図である。 排ガス処理システムの構成である（第５実施形態）。 排ガス処理システムの構成である（第５変形例）。 排ガス処理システムの構成である（第６変形例）。
　以下、本発明の複数の実施形態について詳細に説明する。なお、各図を通して同一の符号は同等のものを示している。
　＜第１実施形態＞
　～基本構成・基本動作～
　図１は第１実施形態に係る排ガス処理システムの構成である。排ガス処理システムは湿式脱硫装置と造水装置とを備えている。
　まず、吸収塔１２を含む湿式脱硫装置および関連する構成および基本動作について説明する。ボイラからの排ガス１は電気集塵機１０で煤塵を除去され、ガス冷却器１１により冷却されたのち、吸収塔１２に流入する。吸収塔１２において、排ガス１は石灰石スラリ３６を噴霧され、石灰石スラリ３６との気液反応によりSOxを除去される。吸収塔１２から出た排ガス１は煙突１３から大気中に排出される。
　吸収塔１２でSOxを吸収した石灰石スラリ３６は石膏脱水機１５に送られ、石膏２８と脱水ろ液２９に分離される。石膏２８は系外へ搬出・再利用される。脱水ろ液２９の一部は脱硫排水３０として図示しない排水処理装置へ送られる。残りの脱水ろ液２９は石灰石スラリ供給装置１６に注入され、石灰石と混合され補充石灰石スラリ３７となり吸収塔１２へ供給される。
　以上のように、湿式脱硫装置は大量の工業用水を必要とするが、脱硫排水３０、大気中に排出される排ガス１に含まれる水分、石膏２８内の結晶水などの形で、水分が複数の形態で系外へ排出される。したがって、補給水３１が補給水タンク１８から吸収塔１２に随時供給される。
　つぎに、造水装置にかかる構成および基本動作について説明する。取水ポンプ６で汲み上げられた海水２０は、前処理装置７で固形性・溶解性物質を除去され、あるいは水温・pHなどを調整され、前処理水２１となる。前処理水２１はガス冷却器１１において排ガス１の熱により加温されたのち、高圧ポンプ８で加圧されて高圧逆浸透膜９に流入し、濃縮水２２と透過水２３に分離される。
　透過水２３の一部は補給水タンク１８に流入する。残りの透過水２３は低圧ポンプ１７で加圧されて低圧逆浸透膜１４に流入し、濃縮水２４と透過水２５に分離される。濃縮水２４の一部は補給水タンク１８に流入する。透過水２５の一部は補給水タンク１８に流入する。残りの透過水は淡水２６として、系外で飲料水の原料や場内のポンプなどの補機のシール水などに利用される。補給水タンク１８からの補給水３１は、補給水供給路５１を介して吸収塔１２に供給される。このように、造水装置は補給水３１を供給できる。
　～特徴的構成・動作・効果～
　本実施形態の特徴的構成および動作について説明する。ガス冷却器１１は、吸収塔１２に流入する排ガス１を前処理水２１（前処理された海水２０）により冷却する（排ガス冷却機能１１ａ）とともに、排ガス１の熱により前処理水２１を加温する（海水加温機能１１ｂ）、熱交換器として作動する。
　ガス冷却器１１によるガス冷却により、排ガス１に含まれる水分は凝縮して吸収塔１２に供給される。結果として煙突１３から排出される排ガス１に含まれる水分は減少する。したがって、必要な補給水量も減少し、造水量も減少する。これにより、消費エネルギーも減少する。
　前処理水２１加温による水温上昇に伴い、一定圧力に対する高圧逆浸透膜９における透過流速は増加する。このとき、単位流量当り要求されるポンプ８の動力は低減する。すなわちエネルギー効率よく造水でき、運用コスト低減を図ることができる。同様な効果は、低圧ポンプ１７および低圧逆浸透膜１４でも得られ、更に、運用コスト低減を図ることができる。
　一方、水温上昇に伴い、高圧逆浸透膜９の脱塩処理能力はやや低下する。従って、透過水２３の塩化物イオン濃度はやや高くなる。しかし、低圧逆浸透膜１４で更に脱塩処理をおこなうこと、補給水３１は飲料水ほどの脱塩レベルを要求されない（飲料水として利用するには塩化物イオン濃度をより低濃度とする必要がある）ことなどを考慮すると、高圧逆浸透膜９の脱塩処理能力がやや低下しても、問題にならない。
　＜第２実施形態＞
　～新たな課題～
　上述したように、水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減する一方、高圧逆浸透膜９の脱塩処理能力はやや低下する。すなわち、消費エネルギー低減（エネルギー効率向上)と脱塩処理能力はトレードオフの関係にある。
　補給水３１は、飲料水ほどの脱塩レベルを要求されないものの、所定レベル（設定値）の塩化物イオン濃度以下にする必要がある。必要以上に加温すると、塩化物イオン濃度が設定値を超えてしまい、脱硫装置の補給水として利用できないおそれがある。
　また、造水装置の主目的は補給水３１供給であるが、一方で、淡水２６を有効利用したいという要望もある。淡水２６の塩化物イオン濃度をさらに低濃度とするには、補給水３１の塩化物イオン濃度（設定値）も下げる必要がある。
　更に、海水２０の温度は年間を通じて変動する。すなわち、夏には高く、冬には低い。海水２０の温度が変動すると、高圧逆浸透膜９への供給水の温度も変動し、補給水３１の塩化物イオン濃度も変動する。補給水３１の塩化物イオン濃度が設定値を超えてしまうと、脱硫装置の補給水として利用できない。一方、補給水３１の塩化物イオン濃度が設定値を下回ると、エネルギー効率改善の余地が発生する。
　以上のように、最適な補給水３１の塩化物イオン濃度を得るように、高圧逆浸透膜９への供給水の温度を調節する必要がある。
　～構成～
　図２は第２実施形態に係る排ガス処理システムの構成である。第１実施形態の構成に、バイパス弁４０と、排水弁４１を付加する。
　バイパス弁４０は、前処理水２１のガス冷却器１１への供給路に設けられている。バイパス弁４０で分岐するバイパス路を介して前処理水２１の一部は、ガス冷却器１１へ供給されず、直接、ポンプ８に供給される。バイパス弁４０の開度により、ガス冷却器１１への供給量Q1とバイパス路への供給量（バイパス量）Q2との流量比を制御する。
　排水弁４１は、前処理水２１のガス冷却器１１からの排出路に設けられている。排水弁４１で分岐する排水路を介して、ガス冷却器１１により加温された前処理水２１の一部は系外（例えば海水中）に排出される。排水弁４１の開度により、排水路から排出される排水量Qoutを制御する。
　排ガス処理システムは、バイパス弁４０の開度（つまりバイパス量Q2）や排水弁４１の開度（つまり排水量Qout）および取水ポンプ６による海水２０の取水量Qinを制御することで、高圧逆浸透膜９への供給水の温度Tfを調節する。
　これらの制御は、オペレータの手動制御により行ってもよいが、コントローラ５０により水温調節制御を行ってもよい。その場合は、図２の構成にコントローラ５０および関連する構成を付加する。
　図３はコントローラ５０の機能ブロック図である。コントローラ５０は、海水取水口に設けられた温度センサ４６から海水温度Tinを、ガス冷却器１１入口に設けられた排ガス状態センサ４７から排ガス温度Tgおよび排ガス流量Qgを、塩化物イオン濃度センサ４８から補給水３１の塩化物イオン濃度計測値Csmや淡水２６の塩化物イオン濃度計測値Cpmを、入力端末４９から補給水３１の塩化物イオン濃度設定値Cstや淡水２６の塩化物イオン濃度設定値Cptおよび補給水必要量、淡水必要量を入力する。
　そして、所定の演算を行ない、取水ポンプ６に取水量Qinを、バイパス弁４０にバイパス量Q2を、排水弁４１に排水量Qoutを出力し、取水ポンプ６，バイパス弁４０，排水弁４１を制御する。
　図４はコントローラ５０の処理内容を示すフローチャートである。
　オペレータの入力指示に基づき、補給水塩化物イオン濃度設定値Cst，淡水塩化物イオン濃度設定値Cpt，補給水必要量，淡水必要量を設定すると（ステップS11）、これらの値や高圧逆浸透膜９の特性曲線（図5参照）に基づき、高圧逆浸透膜９への供給水の設定流量Qfおよび温度Tfを演算する（ステップS12）。
　一方、海水２０の温度Tinを入力し（ステップS13）、排ガス温度Tgおよび排ガス流量Qgを入力し（ステップS14）、これらの値や冷却後の排ガス温度に基づいて、ガス冷却器１１への海水２０（前処理水２１）の供給量Q1および排ガス冷却（海水加温）後の温度T1を演算する（ステップS15）。
　ところで、バイパス弁４０の分岐点において、流量に関し、式１を満たし、排水弁41下流のバイパス路合流点において、式２を満たす。
Qin = Q1 + Q2　（１）
Qf =（Q1 - Qout）＋Q2　（２）
　なお、式１、式２を系全体の観点から見ると式３のようになる。
Qin（＝Q1 + Q2）= Qf＋Qout　（３）
　一方、合流点における水温に関し、式４を満たす。
Qf×Tf = (Q1 - Qout)×T1+ Q2×Tin（＝T2）　（４）
　式２と式４より、式５が導き出される。
（T1-Tf）×Q1＝（T1-Tf）×Qout＋（Tf-Tin）×Q2　（５）
　式５を満たし、QoutとQ2の合計量が少なくなるように、最適な排水量Qoutおよびバイパス量Q2を演算する。さらに式1を満たすように取水量Qinを演算する（ステップS16）。
　ステップS16の演算結果に基づき、取水ポンプ６，バイパス弁４０，排水弁４１を制御する（ステップS17）。
　補給水塩化物イオン濃度計測値Csmおよび淡水塩化物イオン濃度計測値Cpm（ステップS18）を入力し、補給水塩化物イオン濃度設定値Cstおよび淡水塩化物イオン濃度設定値Cptと一致するか判断する（ステップS19）。所定濃度であれば制御を終了し、所定濃度でなければ、所定濃度になるまで制御を繰り返す。
　～動作～
　たとえば、補給水３１の塩化物イオン濃度および淡水２６の塩化物イオン濃度を下げたい場合、バイパス弁４０を開く。加温された水の流量Q１が減り、加温されていない水の流量Q２が増えるため、高圧逆浸透膜９への供給水の温度Tfは下がり、高圧逆浸透膜９の特性曲線（図5参照）に従って補給水３１の塩化物イオン濃度計測値および淡水２６の塩化物イオン濃度も下がる。
　しかし、取水量Qin一定のまま流量Q1が減ると、ガス冷却器１１の冷却性能が維持できなくなる。そこで、流量Q1を維持したまま、取水量Qinおよび流量Q2を増やし、排水弁４１を開き、加温された水の一部を排水する。これにより、ガス冷却器１１の冷却性能を維持したまま、水温調節ができる。
　また、夏季は海水２０の温度が高くなり、補給水３１の塩化物イオン濃度および淡水２６の塩化物イオン濃度も高くなる。これを下げるべく、上記の水温調節にかかる動作をおこなう。
　一方、冬季は海水２０の温度が低くなり、補給水３１の塩化物イオン濃度および淡水２６の塩化物イオン濃度も低くなる。これを上げるべく、上記とは逆の水温調節動作をおこなう。
　～効果～
　図５は本実施形態の効果について説明する概念図である。横軸は逆浸透膜への供給水の水温、縦軸は造水時の消費エネルギーおよび透過水の塩化物イオン濃度を示している。水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減する一方逆浸透膜の脱塩処理能力はやや低下する。
　補給水３１は飲料水ほどの脱塩レベルを要求されず、透過水の塩化物イオン濃度は許容される上限値に設定できる。すなわち、図示A点になるまで加温が許容される。本実施形態では水温調節が可能であり、図示A点となるように加温できる。一方、加温による水温上昇に伴い、造水時の消費エネルギーは低減し、図示B点となる。これにより、エネルギー効率よく造水でき、運用コスト低減を図ることができる。
　本実施形態では、最適な水温に調節することにより、必要以上に加温することを防止し、補給水３１や淡水２６の塩化物イオン濃度設定値を変更したり、海水２０の温度が変動する場合でも、変更や変動に応じて、エネルギー効率よく造水でき、運用コスト低減を図ることができる。
　また、第2実施形態は、第1実施形態の構成に水温調節手段を付加したものであり、第1実施形態の効果も得られる。
　～変形例～
　1．図６に第1変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。前処理装置７をガス冷却器１１の後段に配置してもよい。この場合，例えば前処理がMF膜やUF膜による膜処理であれば、水温上昇に伴う取水ポンプ６の消費エネルギー低減が期待できる。また、第2実施形態では、前処理水２１を排水弁４１から排出していたが、第1変形例では、排出後の海水２０を前処理することで、前処理装置7の処理量を減らすことができ、運用コストを低減できる。
　なお、植物プランクトンや有機物量が多いなど、原海水の水質が低い場合は、第2実施形態のように、前処理装置７をガス冷却器１１の前段に配置するほうが、ガス冷却器１１の維持管理上望ましい。
　２．図７に第２変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。電気集塵機１０をガス冷却器１１の後段に配置してもよい。この場合、電気除塵機１０へ流入する排ガス１の温度が低下するため、電気集塵機１０における除塵性能の向上が期待できる。ただし、排ガス温度が一定温度以下になると電気集塵機１０内部へのダスト固着などの問題が生じるため、排ガス温度を所定範囲に維持するようにガス冷却器１１での冷却水量を調節する必要がある。
　３．図８に第３変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。低圧逆浸透膜１４で分離された濃縮水２４を、補給水タンク１８を介さず、直接吸収塔１２に供給してもよい。第２実施形態では、補給水タンク１８からの補給水３１は、補給水供給路５１を介してポンプ５２（図示省略）の圧力により吸収塔１２に供給される。低圧逆浸透膜１４で分離された濃縮水２４は低圧ポンプ１７による加圧圧力が残留しており、補給水タンク１８および補給水供給路５１を介さずに、吸収塔１２に供給可能である。これにより、補給水供給路５１の通水流量が減少し、ポンプ５２の消費エネルギー低減が期待できる。
　４．図９に第４変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。淡水２６を利用しない場合や、淡水２６の塩化物イオン濃度が補給水３１と同程度でよい場合は、低圧ポンプ１７と低圧逆浸透膜１４を含まない構成とすることも可能である。この場合、低圧ポンプの消費エネルギーや低圧逆浸透膜の洗浄・交換手間などの運用コスト低減を図るだけでなく、これらの設置コスト低減をも図ることができる。
　＜第３実施形態＞
　～新たな課題～
　第1実施形態、第2実施形態において、ガス冷却器１１は、吸収塔１２に流入する排ガス１を前処理水２１（前処理された海水２０）により冷却するとともに、排ガス１の熱により前処理水２１を加温し、加温した水を高圧ポンプ８，高圧逆浸透膜９に供給している。すなわち、ガス冷却器１１内を海水２０（正確には前処理水２１）が通水することになり、海水接触部の材質は高い耐腐食性を要求される。これにより、ガス冷却器１１の設置コストにかかる課題が生じる。
　～構成～
　図１０は第３実施形態に係る排ガス処理システムの構成である。ガス冷却器１１が高圧逆浸透膜９の後段に配置されている。ガス冷却器１１は、吸収塔１２に流入する排ガス１を高圧逆浸透膜９で分離された透過水２３により冷却するとともに、排ガス１の熱により透過水２３を加温する。加温された透過水２３は、低圧ポンプ１７で加圧され低圧逆浸透膜１４に流入する。
　また、高圧逆浸透膜９から流出した透過水２３の一部は、温度調節弁４２を介して補給水タンク１８に流入する。なお、第２実施形態における排水弁４１は、前処理水２１の一部を系外に排出していたが、温度調節弁４２は、透過水２３を系内で利用する。温度調節弁４２の通水流量は、第２実施形態における排水量Qoutに相当する。
　～効果～
　第1実施形態、第2実施形態において、ガス冷却器１１内を通水する海水２０の塩化物イオン濃度は、35000mg/l程度である。一方、本実施形態におけるガス冷却器１１内を通水する透過水２３の塩化物イオン濃度は、200～300mg/l程度であり、第1実施形態、第2実施形態ほどは耐腐食性を要求されないため、ガス冷却器１１の設置コスト低減を図ることができる。
　高圧ポンプ８，高圧逆浸透膜９による造水時には、水温上昇に伴う消費エネルギー低減効果は得られないが、低圧ポンプ１７，低圧逆浸透膜１４による造水時には、水温上昇に伴う消費エネルギー低減効果が得られ、運用コスト低減を図ることができる。
　設置コスト低減および運用コスト低減により、総合的なコスト低減を図ることができる。
　また、前処理水２１が加温されないため、第1実施形態、第2実施形態に比べ、高圧逆浸透膜９で分離された透過水２３の塩化物イオン濃度は低い。その結果、第１実施形態、第２実施形態に比べ、淡水２６の塩化物イオン濃度も低くなる（図5参照）。これにより、淡水２６の用途範囲が広がり、淡水２６を有効利用できる。
　＜第４実施形態＞
　～課題～
　第１実施形態、第２実施形態において、吸収塔１２でSOxを除去された排ガス１は、煙突１３から大気中に排出される。このとき、系外に排出される排ガス１に多量の水分含まれ、多量の補給水３１が必要となる一因となる。補給水３１を多量に造水すると、運用コストに係る課題が生じる。
　～構成・動作～
　図１１は第４実施形態に係る排ガス処理システムの構成である。第２実施形態の構成に、ガス冷却器（第２ガス冷却器）４３を付加した。ガス冷却器４３は、吸収塔１２の後段に設けられている。
　吸収塔１２を含む湿式脱硫装置の動作について説明する。ボイラからの排ガス１は電気集塵機１０で煤塵を除去され、ガス冷却器１１により冷却されたのち、吸収塔１２に流入する。吸収塔１２において、排ガス１は石灰石スラリ３６を噴霧され、石灰石スラリ３６との気液反応によりSOxを除去される。このとき、石灰石スラリ３６中の水分が排ガス１の熱により蒸発する。水分を含む排ガス１はガス冷却器４３により冷却され、水分を凝縮除去される。水分を除去された排ガス１は煙突１３から大気中に排出される。
　ガス冷却器４３により凝縮された水分（凝縮水３２）は、補給水供給路（第２補給水供給路）５３を介して補給水タンク１８へ流入する。
　～効果～
　図１２は本実施形態の効果について説明する概念図である。横軸は、ケース１～４を示し、縦軸は、上段は系外に排出される水分量、中段は必要な補給水量、下段は造水時の消費エネルギー、最下段は各ケースの諸要素について示している。
　なお、系外に排出される水分の内訳として、排ガス１に含まれる水分、脱硫排水３０、石膏２８中の結晶水がある。
　必要な補給水量は、系外に排出される水分量と連動する。すなわち、系外に排出される水分量が多くなれば、必要な補給水量も多くなり、造水量も多くなる。
　造水時のポンプの消費エネルギーは、造水量と供給水の水温に依存する。すなわち、造水量が減少すれば消費エネルギーも減少する。また水温上昇に伴い透過流速は増加し、消費エネルギーは減少する。
　以上の前提に基づき、ケース１～４を比較する。
　ケース1は、ガス冷却器１１によるガス冷却、ガス冷却器１１による供給水加温、凝縮水３２補給のいずれの要素もない場合を示している。ケース２は、ガス冷却器１１によるガス冷却のみある場合を示している。ケース１とケース２を比較することにより、ガス冷却器１１によるガス冷却の効果について説明する。
　ガス冷却器１１によるガス冷却により、排ガス１に含まれる水分は凝縮して吸収塔１２に供給される。結果として煙突１３から排出される排ガス１に含まれる水分は減少する。したがって、必要な補給水量も減少し、造水量も減少する。これにより、消費エネルギーも減少する。
　ケース３は、ガス冷却器１１によるガス冷却とガス冷却器１１による供給水加温の要素がある場合を示している。ケース２とケース３を比較することにより、ガス冷却器１１による供給水加温の効果について説明する。
　供給水加温による水温上昇に伴い、補給水３１の塩化物イオン濃度も増加する。脱硫装置内の水分は循環するため、補給水３１の塩化物イオン濃度も増加すると、濃縮を避けるため、脱硫排水３０の流量も増加する。結果として、系外に排出される水分量が若干多くなれば、必要な補給水量も若干多くなり、造水量も若干多くなる。しかし、造水量増による消費エネルギー増の効果に比べて、水温上昇に伴う消費エネルギー減の効果が上回り、結果的に消費エネルギーも減少する。
　ケース４は、ガス冷却器１１によるガス冷却、ガス冷却器１１による供給水加温、凝縮水３２補給の全ての要素がある場合を示している。ケース３とケース４を比較することにより、凝縮水３２補給による効果について説明する。
　煙突１３から排出される排ガス１に含まれていた水分の一部を凝縮水３２として補給することにより、造水量は格段に減少する。これにより、消費エネルギーも減少し、運用コスト低減を図ることができる。
　さらに、造水量低減や消費エネルギー低減に係る効果により、高圧ポンプ８，高圧逆浸透膜９の小型化を図ることができ、併せて設置コストの低減をも図ることができる。
　＜第５実施形態＞
　～課題～
　第１実施形態、第２実施形態において、高圧ポンプ８は、前処理水２１を加圧し、高圧逆浸透膜９に供給している。前処理水２１は海水２０を前処理したものであり、塩化物イオン濃度が高い。塩化物イオン濃度が高いと、造水時の消費エネルギーも増加するため、運用コストに係る課題が生じる。
　～構成・動作～
　図１３は第５実施形態に係る排ガス処理システムの構成である。第２実施形態の構成にガス冷却器（第２ガス冷却器）４３を付加した点は第４実施形態と同じであるが、ガス冷却器４３により凝縮された水分（凝縮水３２）が、凝縮水混合路５４を介して前処理装置７へ流入する点で異なる。
　～効果～
　塩化物イオン濃度が高い前処理水２１に塩化物イオン濃度が低い凝縮水３２を混合すると、高圧逆浸透膜９への供給水の塩化物イオン濃度が低下する。これにより、消費エネルギーも減少し、運用コスト低減を図ることができる。
　更に、凝縮水３２には排ガス１に含まれる微量の重金属などが混入している場合があるが、これらの重金属は高圧逆浸透膜９で濃縮水２２中に分離され、排水処理により汚泥として分離・処分される。このため，海洋などの水環境への流出を回避できる。
　また、凝縮水３２は系内で有効活用されるため、第４実施形態と同様な効果が得られる。
　～変形例～
　５．図１４に第５変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。ガス冷却器４３により凝縮された水分（凝縮水３２）を、凝縮水混合路５４を介して前処理装置７前段において海水２０と混合してもよい。
　６．図１５に第６変形例に係る排ガス処理システムの構成を示す。第５実施形態の構成に、第４実施形態の補給水供給路（第２補給水供給路）５３を付加する。これにより、第４実施形態と第５実施形態の効果が得られる。
１　排ガス
６　取水ポンプ
７　前処理装置
８　高圧ポンプ
９　高圧逆浸透膜
１０　電気集塵機
１１　ガス冷却器
１２　吸収塔
１３　煙突
１４　低圧逆浸透膜
１５　石膏脱水機
１６　石灰石スラリ供給装置
１７　低圧ポンプ
１８　補給水タンク
２０　海水
２１　前処理水
２２　濃縮水
２３　透過水
２４　濃縮水
２５　透過水
２６　淡水
２８　石膏
２９　脱水ろ液
３０　脱硫排水
３１　補給水
３２　凝縮水
３６　石灰石スラリ
３７　補充石灰石スラリ
４０　バイパス弁
４１　排水弁
４２　温度調節弁
４３　ガス冷却器（第２ガス冷却器）
４６　温度センサ
４７　排ガス状態センサ
４８　塩化物イオン濃度センサ
４９　入力端末
５０　コントローラ
５１　補給水供給路
５２　ポンプ
５３　補給水供給路（第２補給水供給路）
５４　凝縮水混合路

Claims (7)

  1. 　ボイラの排ガス（１）中に含まれる硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置（１２）と、
    　海水（２０）を昇圧するポンプ（８，１７）と、このポンプから送水される海水を透過水（２３，２５）と非透過水（２２，２４）に分離する膜処理装置（９，１４）とを有する造水装置と、
    　前記透過水の少なくとも一部を補給水（３１）として前記脱硫装置に供給する補給水供給路（１８，５１）と
    　を備えた排ガス処理システムにおいて、
    　さらに、前記脱硫装置に流入する排ガスを前記造水装置で用いる海水により冷却する排ガス冷却機能（１１ａ）と、排ガスを冷却する際に、この排ガスの熱により海水を加温する海水加温機能（１１ｂ）とを有するガス冷却器（１１）
    　を備えることを特徴とする排ガス処理システム。
  2. 　更に、前記海水加温機能により加温された海水の水温を調節して、水温調節された海水を前記ポンプに供給する水温調節手段（６，４０，４１，４３，５０）
    　を備えることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理システム。
  3. 　前記造水装置は、海水を昇圧する第１ポンプ（８）と、この第１ポンプから送水される海水を透過水（２３）と非透過水（２２）に分離する第１膜処理装置（９）と、この１段目透過水の一部を昇圧する第２ポンプ（１７）と、この第２ポンプから送水される１段目透過水を透過水（２５）と非透過水（２４）に分離する第２膜処理装置（１４）とを有し、
    　前記補給水供給路（１８，５１）は、１段目透過水（２３）と２段目非透過水（２４）を前記脱硫装置（１２）に供給する
    　ことを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理システム。
  4. 　前記ガス冷却器（１１）の排ガス冷却機能（１１ａ）は、前記１段目透過水（２３）により排ガスを冷却する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理システム。
  5. 　更に、前記湿式脱硫装置（１２）より排出される排ガスを前記造水装置で用いる海水（２１）により冷却し、排ガス中に含まれる水分を凝縮除去する第２ガス冷却器（４３）と、
    　前記第２ガス冷却器による凝縮水（３２）の少なくとも一部を補給水として前記脱硫装置に供給する第２補給水供給路（５３）と
    　を備えることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理システム。
  6. 　更に、前記湿式脱硫装置（１２）より排出される排ガスを前記造水装置で用いる海水（２１）により冷却し、排ガス中に含まれる水分を凝縮除去する第２ガス冷却器（４３）と、
    　前記第２ガス冷却器による凝縮水（３２）の少なくとも一部を前記膜処理装置（９，１４）に送水される海水（２０，２１）と混合する凝縮水混合路（５４）と
    　を備えることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理システム。
  7. 　海水（２０，２１）を昇圧し、この海水を膜処理装置（９，１４）により透過水と非透過水に分離する造水ステップと、
    　造水ステップで得られた透過水（２３，２５）の少なくとも一部を補給水（３１）として湿式脱硫装置（１２）に供給する補給水供給ステップと、
    　補給水供給ステップで水分を補給しながら、石灰石スラリ（３６）を噴霧する湿式脱硫装置（１２）により、ボイラの排ガス（１）中に含まれる硫黄酸化物を除去する排ガス脱硫ステップと
    　を備えた排ガス処理方法において、
    　前記排ガス脱硫ステップで前記脱硫装置に流入する排ガス（１）を、前記造水ステップで用いる海水（２０，２１）により冷却するとともに、排ガスを冷却する際に、この排ガス（１）の熱により海水（２０，２１）を加温する排ガス冷却・海水加温ステップ
    　を備えることを特徴とする排ガス処理方法。
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