JP2008200561A - 硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中に含まれる硫酸ミストのミスト径を大きくして捕集効率を向上させる。
【解決手段】本発明の排ガス処理方法は、乾式電気集塵装置１３０に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置１４０に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法である。乾式電気集塵装置１３０と前記湿式脱硫装置１４０との間の煙道１７０に設けた分岐管１０から外気を取り込み、煙道１７０を流れる硫黄酸化物を含む排ガス温度を酸露点まで徐冷して、排ガスに含まれる硫酸ミストの粒径を大きくして、湿式脱硫装置１４０で硫酸ミストを捕集する。煙道を流れる排ガスの温度を測定し、測定温度に基づいて煙道中の排ガス温度を酸露点になるまで分岐管からの外気供給量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭火力発電所から排出される硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法に係り、特に排ガス中に含まれる硫酸ミストを捕集する排ガスの処理方法に関する。

石炭火力発電所のボイラから排出される排ガス中には、主成分となる二酸化炭素のほか、燃料に含有された硫黄分から生成された硫黄化合物や、高温・高圧状態の燃焼室で窒素が酸化された窒素酸化物などの有害物質が含まれている。そこで排出される排ガスが周辺環境に影響を与えないように連続的に脱窒・脱硫の捕集処理を経てから大気中に排出している。ここで一般的な排ガス処理設備はボイラ側から脱硝装置、乾式電気集塵装置、湿式脱硫装置、湿式電気集塵装置の順に配置されている。

ところで排ガスに含まれる硫黄化合物は、二酸化硫黄（ＳＯ_２）が主であるが、ボイラ内での燃焼や触媒酸化によって、一部は三酸化硫黄（ＳＯ_３）となりさらに三酸化硫黄は水と反応して硫酸になる。この三酸化硫黄は濃度が数十ｐｐｍの場合、温度が百数十度以上ではガス状であるが、ガス温度が酸露点（例えばＳＯ_３濃度が１〜１００ｐｐｍの場合、硫酸露点は１２０度から１５０度）以下になると、凝縮して硫酸ミストになる。この硫酸ミストは腐食性があるので、湿式脱硫装置の前段では、排ガスを酸露点よりも高い温度、例えば約１７０度以上にエアヒータで温度制御して、硫酸ミストの発生を抑制している。

一方、湿式脱硫装置は、排ガス温度が水の露点近傍で最も脱硫性能が高いため、装置内では多量の循環水をスプレーしている。従って、湿式脱硫装置では、排ガス温度が約１７０度から水分の露点である約５０度〜６０度まで急激に低下される。このとき排ガス中の硫酸は湿式脱硫装置内の温度降下時にミスト化される。このような急冷による硫酸ミストは粒径が小さいため、噴霧スラリとの衝突確率が低く、湿式脱硫装置で除去することは困難である。そこで後段の湿式電気集塵装置で硫酸ミストを除去している。

また排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集する手法として特許文献１には湿式脱硫装置に導入する排ガスに水などの液体を噴霧し、該排ガスの温度を１２０度〜１５０度にまで冷却し、冷却温度を０．５秒以上維持する方法が開示されている。この方法によれば湿式脱硫装置に導入される排ガス中の硫酸ミストの平均粒径を相対的に大きくすることができる。したがって、湿式脱硫装置を通過した排ガス中の硫酸ミストの平均粒径も相対的に大きくなり、後段の湿式電気集塵装置での硫酸ミストの捕集性能を高めることができる。

さらに特許文献２の排煙脱硫方法は、ダスト捕集後の排ガスを熱交換器によって冷却し、増湿冷却によって飽和させ、次いで排ガス温度よりも温度が低い飽和空気を混入してミストを発生させて微細ダストを捕集している。
特開２００２−４５６４３号公報 特開平１０−２３０１２８号公報

湿式電気集塵装置は、捕集対象となるミストの粒径が捕集性能に大きく影響する。ミスト径が小さいと、捕集効率は大きく低下する。すなわち径の小さいミストは移動速度が小さいので捕集効率も低くなり、高効率で捕集するには、荷電時間を増加させる必要がある。このため湿式電気集塵装置の装置容量を大きくしなければならず、装置が大型化する問題がある。

また排ガスを急冷すると凝縮効果が得られずミスト径が小さくなる。このため、特許文献１の排ガスを冷却するためのスプレー水噴霧は、ミスト径が小さくならないようにする噴霧水粒径と水量の調整が容易でない。また特許文献１は排ガス温度を低下させるために液体を噴霧する冷却手段を乾式電気集塵器と湿式脱硫装置の間に設けなければならず設備コストがかかるという問題がある。

特許文献２の排煙脱硫方法は、微細ダストを核とする水蒸気を凝縮してミストを発生させて微細ダストの捕集効率を上げるものであり、特許文献１と同様に噴霧水粒径と水量の調整が困難である。また硫酸ミストのミスト径については何ら考慮されていない。
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排ガス中の硫酸ミストのミスト径を大きくして捕集の効率化を図ることを目的としている。

本発明は上記目的を達成するため、乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記湿式脱硫装置に流れる前記排ガスを酸露点まで空冷し、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴としている。

また本発明は、乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記乾式電気集塵装置と前記湿式脱硫装置との間の煙道に設けた分岐管から外気を取り込み、前記煙道を流れる排ガス温度を酸露点まで徐冷し、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴としている。

さらに本発明は、乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記乾式電気集塵装置と前記湿式脱硫装置との間の煙道に設けた分岐管から外気を取り込み、前記分岐管内で前記煙道を流れる排ガスの一部を酸露点まで徐冷したのち、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴としている。

この場合において前記煙道を流れる前記排ガスの温度を測定し、測定温度に基づいて前記煙道中の前記排ガスの温度を酸露点になるまで前記分岐管からの外気供給量を制御するとよい。

本発明は、石炭火力発電所の排ガス処理設備において、湿式脱硫装置に導入する排ガスを酸露点まで空冷している。具体的には湿式脱硫装置の前段の煙道に分岐管を設けて煙道内に外気を取り込み、排ガス温度を酸露点まで徐冷している。これにより、排ガスの冷却温度の調整が難しい水噴霧によらず、外気を煙道に導入する空冷のみで排ガスを徐冷して凝縮効果により硫酸ミストのミスト径を大きくすることができる。よって脱硫装置でのミスト捕集効率が向上し、後段の湿式電気集塵装置を小型化することができる。したがって湿式電気集塵装置のイニシャルおよびランニングコストが低減される。また乾式電気集塵装置と湿式脱硫装置間の配管途中を開口して分岐管を接続し、外気流量の調整弁を取り付けることによって排ガスの空冷手段を容易に形成することができる。したがって既存の排ガス処理設備に容易に適用することができる。

本発明の硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は実施形態に係る硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の主要部分の説明図である。図２は硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の全体フロー図である。まず図２に示すように硫黄酸化物を含む排ガスの全体処理フローについて説明する。火力発電所等のボイラ１００から排出される排ガスには窒素酸化物・硫黄酸化物・塵埃等が含まれている。そこでまず排ガスはボイラ１００から脱硝装置１１０に導入される。脱硝装置１１０では窒素酸化物を含んだ排ガスにアンモニアを噴霧した後、触媒層に通す。窒素酸化物は触媒の働きで窒素と水に分解される。脱硝装置１１０を通過した排ガスの温度をエアヒータ１２０によって硫酸ミストが発生しない酸露点以上の温度に制御する。次にエアヒータ１２０を通過した排ガスを乾式電気集塵装置１３０に導入し、排ガス中の塵埃を除塵する。次に除塵された排ガスは、後述する本発明に係る分岐管が接続する煙道において温度制御を行なう。温度制御された排ガスは湿式脱硫装置１４０に導入され、消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリを噴霧することによって、主に排ガス中の二酸化硫黄を吸収して除去する。そして脱硫された排ガスは、湿式電気集塵装置１５０に導入され、ミストが除去された後、排ガスを煙突１６０から大気中に放出する。なお排ガスの処理設備は、ボイラ１００から煙突１６０までの間を煙道１７０で接続し、湿式電気集塵装置１５０と煙突１６０の間には吸引ブロワ１８０が配置されている。吸引ブロワ１８０によりボイラ１００から湿式電気集塵装置１５０までの煙道の排ガスを吸引した後、煙突１６０から大気中に放出するようにしている。また排ガスがボイラ１００から煙突１６０に向かって流れる流路に対し、煙道１７０の上流側とは、ボイラ１００が接続する側であって、煙道１７０の下流側とは煙突１６０が接続する側をそれぞれ示している。

次に本発明に係る分岐管１０は図１に示すように乾式電気集塵装置１３０の出口から湿式脱硫装置１４０の入口の間を繋ぐ煙道１７０に設けている。分岐管１０は、煙道１７０よりも小径の配管であって、一端の開口を外気の導入口１０ａとし、他端の開口を外気導入口１０ａからの外気を煙道１７０に排出する排出口１０ｂとしている。また分岐管１０は、図１に示すように外気導入口１０ａと外気排出口１０ｂの間の管路途中を９０度折り曲げている。分岐管１０の一端の外気導入口１０ａは煙道１７０の一部に形成した開口から突出させている。そして分岐管１０の他端の外気排出口１０ｂは煙道１７０の下流側に向けて配置している。一方、外気排出口１０ｂと対向する煙道１７０の上流側には、分岐管内に排出ガスの一部を導入する排ガス取込口１０ｃを形成してある。さらに分岐管１０の外気導入口１０ａ側には開閉弁１２を設けている。また開閉弁１２は分岐管１０を断面方向に開閉可能な弁であって、外気導入口１０ａからの外気の導入量（取り込み量）を任意に調整することができる。分岐管１０は一例として煙道１７０と同質の材料を用いることができる。なお排ガス取込口１０ｃと外気排出口１０ｂの間の管路は後述する任意の長さｌに設定している。また分岐管１０は煙道内に外気を取り込み可能であれば管の断面形状は任意に設定変更できる。

煙道１７０には第１温度センサ１６ａを取り付けている。第１温度センサ１６ａはセンサ部が前記分岐管１０内に装入してあり、分岐管１０内を通過する排ガスの温度を測定できる。第１温度センサ１６ａと開閉弁１２は制御部１８に接続している。制御部１８は第１温度センサ１６ａの測定値に基づいて開閉弁１２の開閉を調整して外気の導入量を制御している。

次いで上記構成による硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法を説明する。硫黄酸化物を含む排ガスは、ボイラ１００から脱硝装置１１０に導入され窒素酸化物が除去される。そしてエアヒータ１２０により排ガス中のＳＯ_３が凝縮して硫酸ミストが発生しない酸露点（１２０度〜１５０度）以上の温度、例えば１７０度に制御されて乾式電気集塵装置１３０に導入される。乾式電気集塵装置１３０では排ガスに含まれる塵埃を除塵する。乾式電気集塵装置１３０による除塵処理を経た排ガスは、乾式電気集塵装置１３０と湿式脱硫装置１４０の間の煙道１７０に導入される。そして分岐管１０に設けた開閉弁１２を開放し、分岐管内１０内に設けた第１温度センサ１６ａにより分岐管内に導入した外気と混合した排ガス温度を測定する。制御部１８では、第１温度センサ１６ａの測定値に基づいて外気と混合した排ガスの温度を酸露点となるように分岐管１０に設けた開閉弁１２により煙道内への外気の導入量を制御する。このとき分岐管１０の外気導入口１０ａから導入された外気によって、分岐管１０の排ガス取込口１０ｃから取り込まれた排ガスの一部が１７０度から酸露点まで徐冷される。そして分岐管１０の排ガス取込口１０ｃから排ガス排出口１０ｂまでの間で排ガス中のＳＯ_３はガス状のＳＯ_３からＳＯ_３ミストとなり、凝縮してミスト径が大きくなる。分岐管１０の排ガス排出口１０ｂから煙道１７０に排出されたミスト径の大きいＳＯ_３ミストは、分岐管１０を通過しない煙道１７０中の他のＳＯ_３と凝縮して連鎖的に粒径の大きなＳＯ_３ミストが発生する。なお実施形態に係るＳＯ_３ミストの徐冷時間は、特許文献１において開示されているように設定することができる。すなわち酸露点１２０度〜１５０度の範囲で平均ミスト径が１．７μｍ〜２．０μｍと大きくなるように、冷却温度を０．５秒にすると良い。よって排ガス取込口１０ｃと排ガス排出口１０ｂとの間の距離ｌは、前記排ガス中のＳＯ_３ミストが徐冷されて粒径が大きくなるのに必要な０．５秒以上の移動距離を確保できるように、煙道の負圧等を考慮して設定すると良い。

粒径が大きくなったＳＯ_３ミストは、湿式脱硫装置１４０に導入され消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリが噴霧されて水の露点付近まで低下する。湿式脱硫装置１４０でＳＯ_２およびＳＯ_３ミストが除去される。脱硫した排ガスは、湿式電気集塵装置１５０に導入される。

図５に分岐管からの外気供給量と排ガス温度および吸引ブロワの消費電力増加の関係を示す。同図の横軸は外気導入量／排ガス量（％）を示し、縦軸は排ガス温度（度）、吸引ブロワ消費電力増加（％）をそれぞれ示している。図示のように、外気導入量／排ガス量の増加とともに、排ガス温度は低下する。一方、吸引ブロワ消費電力は増加する傾向にある。このように排ガス温度の低下は外気導入量／排ガス量に依存し、外気導入量の増加は吸引ブロワの消費電力に係ってくる。そのため実用上は排ガスの総流量の３％としている。これは湿式電気集塵装置と煙突の間に設けた吸引ブロワの吸引能力を考慮したものである。すなわち既設の吸引ブロワは所定の吸引能力の範囲が定められている。そこで、分岐管の外気導入によって吸引能力の範囲を超えて、吸引ブロワに過剰の負荷がかからないように考慮したものである。

また上記実施形態では分岐管から外気を導入して排ガスの一部を徐冷する方法について説明したが、図１に示すように煙道１７０に第２温度センサ１６ｂを取り付け、制御部１８に接続するように構成してもよい。すなわち第２温度センサ１６ｂで煙道１７０の排ガス温度を測定し、制御部１８ではこの測定値に基づいて開閉弁１２の開閉量を調整して分岐管１０から外気を導入し、煙道１７０を流れる排ガスの全体を冷却する。このとき分岐管１０から導入された外気によって、煙道１７０を流れる排ガスが酸露点まで徐冷される。そして煙道中の全排ガス中のＳＯ_３はガス状のＳＯ_３からＳＯ_３ミストとなり、凝縮してミスト径が大きくなる。粒径が大きくなったＳＯ_３ミストは、前述同様に煙道の下流側に設けた湿式脱硫装置および湿式電気集塵機で脱硫することができる。

このように本実施形態に係る湿式電気集塵装置１５０は、前段の湿式脱硫装置１４０においてミスト径の大きなＳＯ_３ミストが除去されているため、装置容量を小さくすることができ、イニシャルおよびランニングコストを低減することができる。また煙道内が負圧であることを利用して、分岐管から外気を煙道内に容易に取り込むことができ、排ガスを冷却することができる。このとき、分岐管１０の途中に開閉弁１２を接続し、外気の流入量を任意に調節できるようにしているため、容易に排ガスの温度調整を行なうことができる。

なお煙道の排ガスの酸露点温度の制御は、温度センサ１６の測定値を目視により確認し、手動で分岐管１０の開閉弁１２の開閉量を調整するようにしても良い。

図３は湿式電気集塵装置装置の硫酸ミストの捕集率を示す図である。同図中縦軸は硫酸ミストの捕集率（％）を示し、横軸は印加電圧（ｋｖ）をそれぞれ示している。また図中の実線は電気集塵装置と脱硫装置の間の煙道に分岐管を設けた処理装置であり、破線は煙道に分岐管を設けていない処理装置を示している。図示のように、煙道に分岐管を設けた場合、印加電圧４０〜６０ｋｖのいずれも分岐管を設けていない場合に比べ、捕集率が上昇している。このように外気導入により乾式電気集塵装置と湿式脱硫装置の間の煙道中の硫酸ミストの粒径が大きくなり、煙道下流側の湿式電気集塵装置の硫酸ミストの捕集効率が向上しているのがわかる。

次に本発明の排ガス処理方法の変形例を説明する。図４は本発明の排ガス処理方法の変形例を示す説明図である。なお図１と同一の構成は同じ作用効果を奏し、同一符号を付している。図１に示す排ガス処理方法と変形例の構成上の違いは、変形例の分岐管１０の他端の開口部に外気供給手段となるブロワ２０を設けている点である。このブロワ２０は分岐管１０に流入する外気の流量を調整することができる。通常、煙道に設けた吸引ブロワにより煙道内は負圧となる。しかし煙道の負圧が十分でない場合には、ブロワ２０の流速を調整することによって煙道１７０に導入する外気の供給量を任意に調整している。このときブロワ２０の外気供給量は図１に示す実施形態と同様に、煙道中に取り付けた第１温度センサ１６ａ，第２温度センサ１６ｂにより排ガス温度を測定している。そして第１温度センサ１６ａ，第２温度センサ１６ｂとブロワ２０に接続する制御部１８により、第１温度センサ１６ａ，第２温度センサ１６ｂの測定値に基づいてブロワ２０の流速を調整して外気の供給量を制御するとよい。なお排ガス処理方法の変形例において、図1と同様に分岐管１０に開閉弁１２を取り付けて、ブロワの外気導入に合わせて開閉するようにしてもよい。

本発明に係る硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の主要部拡大図である。 硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の全体フロー図である。 湿式電気集塵装置における硫酸ミストの捕集率を示す図である。 本発明に係る硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法の変形例の説明図である。 分岐管からの外気供給量と排ガス温度および吸引ブロワの消費電力増加の関係を示す図である。

符号の説明

１０………分岐管、１２………開閉弁、１４………開口部、１６………温度センサ、１８………制御部、２０………ブロワ、１００………ボイラ、１１０………脱硫装置、１２０………エアヒータ、１３０………乾式電気集塵装置、１４０………湿式脱硫装置、１５０………湿式電気集塵装置、１６０………煙突、１７０………煙道、１８０………吸引ブロワ。

Claims (4)

1. 乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記乾式電気集塵装置と前記湿式脱硫装置の間の煙道に流れる前記排ガスを酸露点まで空冷し、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴とする硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法。
2. 乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記乾式電気集塵装置と前記湿式脱硫装置との間の煙道に設けた分岐管から外気を取り込み、前記煙道を流れる排ガス温度を酸露点まで徐冷し、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴とする硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法。
3. 乾式電気集塵装置に排ガスを導入して塵埃を除去したのち、湿式脱硫装置に排ガスを導入して脱硫する硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法であって、前記乾式電気集塵装置と前記湿式脱硫装置との間の煙道に設けた分岐管から外気を取り込み、前記分岐管内で前記煙道を流れる排ガスの一部を酸露点まで徐冷したのち、前記排ガスに含まれる硫酸ミストを捕集することを特徴とする硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法。
4. 前記煙道を流れる前記排ガスの温度を測定し、測定温度に基づいて前記煙道中の前記排ガスの温度を酸露点になるまで前記分岐管からの外気供給量を制御することを特徴とする請求項２または３記載の硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法。

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