JPH04310279A - 亜硫酸化合物含有灰の酸化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼排ガスの脱硫装置か
ら発生する亜硫酸化合物を含んだ灰の処理に関し、特に
、水分圧が高められた加圧空気と酸素富化空気によって
亜硫酸化合物を含んだ灰を酸化する処理に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所における重油焚、石炭焚ボイ
ラ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、１００〜３０００
ｐｐｍの割合で含まれており、酸性雨や光化学スモッグ
の原因物質とされるため、その効果的な処理手段が望ま
れている。従来から湿式法（例えば石灰石−石膏法）ま
たは乾式法（活性炭法）が実施されているが、湿式法は
有害物質の除去率が高い反面、廃水処理が困難で、排ガ
スを再加熱する必要があり、設備費や運転費が高く、乾
式法では高い除去率が得られないという問題があった。 このため、無排水の低コストプロセスで高い除去率が得
られる脱硫方法の開発が望まれているが、消石灰やその
スラリを排ガス中に噴霧する半乾式法や火炉内や煙道内
の高温ガス中に石灰石を直接分散させて酸性有害物質を
除去する乾式法が提案されており、設備費や運転費が安
いという特徴を有している。

【０００３】消石灰や生石灰を排ガス中に噴霧して排ガ
ス中のＳＯ２と反応させ、これを集塵装置で除去する方
法の代表的なフローシートを図８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２に
導かれる。消石灰等の脱硫剤は煙道または脱硫塔２内に
噴霧にして供給され、この時水４も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。この際、水４は
脱硫剤と別に供給しても、脱硫剤をスラリとして同時に
供給しても良い。反応した脱硫剤は排ガス中の灰ととも
に集塵装置５で捕集され、廃棄される。

【０００４】このような方法において、酸性有害物質の
除去率は排ガス中の水分（相対湿度）が支配的であると
されている。すなわち、除去率を上げるためには、排ガ
スの温度を下げ、水分を上げることが必要である。水分
濃度を上げるためには、水や消石灰スラリを噴霧する方
法が提案されているが、このようなガス中の水分濃度を
上げる方法では除去率の向上は十分ではない。除去率が
低い場合は、集塵装置によって捕集された未反応の脱硫
剤を含む粒子に水や蒸気を添加し、表面に形成された反
応生成物の殻を破壊した後、この一部を再び排ガス中に
噴霧することによって除去率を向上する方法も提案され
ている（例えば、米国特許第３４３１２８９号明細書、
特開昭６１−３５８２７号）。このような半乾式法では
、脱硫反応が終了した際、廃棄物として亜硫酸カルシウ
ムが含まれた灰が発生する。この灰の処理法として、従
来はこの灰を酸素による酸化雰囲気中で熱処理すること
により、灰中の亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウムに酸
化していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記半乾式法における
脱硫反応の廃棄物としての亜硫酸カルシウム含有灰の酸
素による酸化処理方法は反応速度が遅く、処理時間が長
くなり、従って処理効率が悪いという問題点があった。 また、この処理方法は燃焼装置とは別系統の亜硫酸カル
シウムの酸化処理装置を設ける必要があり、装置が複雑
・高価になるという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は亜硫酸カルシウム
含有灰の酸素による酸化反応の反応速度を速め、かつ簡
易な装置で酸化処理を行うことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
主構成によって達成される。すなわち、燃焼排ガスを脱
硫剤で脱硫処理した後、集塵器で灰を回収しする排煙脱
硫装置において、集塵器で回収された亜硫酸化合物含有
灰に加圧空気、酸素富化空気および一酸化窒素を含む高
温ガスからなる混合ガスを導入する亜硫酸化合物含有灰
の酸化装置、または、燃焼排ガスを脱硫剤で脱硫処理し
た後、集塵器で灰を回収しする排煙脱硫装置において、
集塵器で回収された亜硫酸化合物含有灰に加圧空気と酸
素富化空気からなる高温の混合ガスを導入する亜硫酸化
合物含有灰の酸化装置である。

【０００８】集塵装置で回収した灰を、圧縮空気により
十分加湿しつつ、ＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇ
　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法またはガス分離膜によって
酸素富化処理した空気と混合し、反応容器内の温度を１
００℃以上にすることが望ましい。このとき、好ましく
は水分濃度を１００ｍｍＨｇ以上に調整しておく。一酸
化窒素含有混合ガスとして燃焼排ガス中の窒素酸化物お
よび硫黄酸化物濃度が排出ガス規制基準値を満たすよう
にモニタした上で、燃焼排ガスを用いてもよい。混合ガ
スとして一酸化窒素含有高温ガスを用いないときは、燃
焼排ガスの熱を利用して加熱して用いることができる。

【０００９】

【作用】上記灰を圧縮機によってつくられた圧縮空気お
よび酸素富空気を１００℃以上にして亜硫酸カルシウム
を含む灰を反応容器内に導入すると、空気は圧縮してい
るため、水蒸気の圧力が高い状態となり、水蒸気を噴霧
した状態と似た状態となる。そこで、 　　ＣａＳＯ３＋１／２Ｈ２０＋１／２Ｏ２→ＣａＳＯ
４・１／２Ｈ２０という反応が生じているものと考えら
れる。この際、ガス温度を上げるために高温煙道ガスを
用いても、反応ガス中のＮＯによって酸化率が向上する
上、次式で表される脱硝反応も起こる。 　　ＣａＳＯ３＋１／２Ｈ２０＋ＮＯ→ＣａＳＯ４・１
／２Ｈ２０＋１／２Ｎ２

【００１０】

【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
。

【００１１】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、本発明を適用した例を用いて
説明する。

【００１２】図１において、ボイラ１からの排ガス６は
該脱硫剤を加えられた後、エアヒータ３で温度を下げら
れ、脱硫塔２に導かれる。反応した脱硫剤は排ガス中の
灰とともに集塵装置５で捕集され、廃棄される。

【００１３】この装置を用いて、Ａ炭（石炭中の硫黄分
１％）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、消石灰を排ガス中に含まれるＳ
Ｏ２に対し、モル比で２倍（以下、Ｃａ／Ｓ＝２と略す
）添加した。また、脱硫塔２内では消石灰に対し重量比
で５％の水を添加した。水導入時の塔内温度は７０℃で
あった。なお、脱硫塔２に供給される直前の脱硫剤をサ
ンプリングし、１１０℃の雰囲気下で脱硫剤の重量が恒
量になるまで乾燥し、その時の重量減少から水分量を測
定したところ０．５％であった。

【００１４】ボイラ１出口および集塵装置５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８２０ｐｐｍおよび８０ｐｐｍ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。

【００１５】以上の反応が終了したのち集塵装置５から
回収された灰には、ＣａＳＯ３／（ＣａＳＯ３＋ＣａＳ
Ｏ４）＝０．５のＣａＳＯ３が含まれていた。これを反
応容器９内へスクリューフィーダ１０で搬送する。圧縮
機８で加圧した圧縮空気およびＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法による酸素
富化装置７による酸素濃度を５０％まで高められた空気
（以下、酸素富化空気）との混合圧縮空気（以下、圧縮
空気）は、ガス導管１１から導入される約１００℃のＮ
Ｏ含有高温ガスにより加熱される。このＮＯ含有高温ガ
スはエアヒータ３入口の高温煙道ガス（３００℃）から
供給される。このとき、図示はしていないが、ボイラ１
の燃焼排ガス中のＮＯガスおよびＳＯ２ガス濃度が排出
ガス基準を満たすようにモニタした上で、高温のＮＯ含
有ガスとして煙道ガスを酸素富化装置７に導入する。

【００１６】本実施例では酸素富化装置７に専用の圧縮
機８を設けたが、反応容器９用の圧縮機８と酸素富化装
置７の圧縮機８とを兼用にしてもかまわない。なお、ボ
イラ１は石炭を燃料としているので、灰の発生量が多い
ので、反応容器９内のガスと灰との接触をよくするため
に反応容器９内は流動層を形成して処理しているが、灰
の発生量が少ない場合は、それを固定層にして反応時間
をやや長くすれば同等の効果が得られる。反応容器９の
流動層の流動化状態はバイパス１３にあるバルブ１２の
開度により差圧で制御している。

【００１７】混合ガスは圧縮空気を用いているので、水
蒸気の圧力が高い状態となり、水蒸気を噴霧した状態と
似た状態が得られるが、混合ガスに水分を補給する必要
がある場合は、図示していないが、反応容器９内で亜硫
酸化合物含有灰をＮＯ含有排気ガス中に分散させた後、
水および／または水蒸気を供給しても良い。

【００１８】本実施例において、温度１００℃および酸
素濃度３０％で一定とした条件下での、水分圧と酸化速
度比の関係を求めると、図２に示すように水分圧が１０
０ｍｍＨｇ以上であれば酸化速度が増加することを示し
ている。また、温度１００℃、水分圧１００ｍｍＨｇお
よび酸素濃度３０％という一定条件の下では、１０ｋｇ
／ｃｍ２以下での圧力の変化による酸化速度の増加は図
３に示すように顕著ではない。一方、温度１００℃およ
び水分圧１００ｍｍＨｇで一定ならば、酸素濃度が高い
方が酸化速度は向上する（図４）。また、水分圧１００
ｍｍＨｇおよび酸素濃度３０％の条件下では、温度が１
００℃を越えると７００℃までは酸化速度が向上してい
る（図５）。また、温度１００℃および水分圧１００ｍ
ｍＨｇという一定条件下で高温ガスのＮＯ濃度を変化さ
せたところ、ＮＯ濃度が高いほど酸化速度も上昇するこ
とがわかった（図６）。

【００１９】以上の検討から、反応温度１００℃以上で
水分圧１００ｍｍＨｇ以上の条件下で酸素濃度またはＮ
Ｏ濃度をできるだけ向上させれば亜硫酸化合物の酸化速
度は上昇するが、本装置において酸素濃度１５％以上、
ＮＯ濃度は約５０ｐｐｍ以上であれば十分な酸化速度を
達成できることが判明した。

【００２０】実施例２ 本実施例では実施例１のＰＳＡ法による酸素富化装置７
の代わりに多孔質酸素富化膜法により酸素富化装置７を
用いること以外は、実施例１と同じ装置を用いた。酸素
富化膜は、空気の湿度が高い地域において、本実施例の
ように求める酸素濃度が低い場合は、水分の除去を考え
る必要がないので、ＰＳＡ法よりもコスト的に有利であ
る。反応条件は、反応温度１００℃、水分圧１００ｍｍ
Ｈｇおよび酸素濃度３０％とし、実施例１の結果と比較
したところ、ほとんど一致した。

【００２１】実施例３ 本実施例では図７に示すように、実施例１の燃焼排ガス
を用いないで、代わりに加圧空気と酸素富化空気を混合
・加熱して反応容器９に導入するものである。すなわち
、空気圧縮機８からの加圧空気と酸素富化装置７からの
酸化富化空気との混合物をエアヒータ３で加熱して亜硫
酸カルシウム含有灰が供給されている反応容器９に導入
する。この方法は酸化処理後のＮＯガス濃度モニタなど
のシステムは不要でコスト的には有利であったが、実施
例１の場合よりも酸化速度がやや低く（０．９５倍）な
った。酸素濃度、水分圧および温度の酸化速度に与える
影響としては、実施例１の場合と同じであった。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、従来、亜硫酸化合物の
酸化には、ロータリキルンのような装置で長時間処理が
必要であったが、酸素濃度および水分圧を上げることに
よって、短時間かつ低コストで亜硫酸化合物の酸化が実
現できる。このように、本発明は燃焼排ガスの脱硫装置
から発生する亜硫酸化合物を含んだ灰を迅速に、簡易な
装置で酸化処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の脱硫装置のフローシートお
よび酸化処理装置の概略図である。

【図２】実施例１の装置における水分圧の酸化速度比に
及ぼす影響を示す実験結果のグラフである。

【図３】実施例１の装置における全圧力の酸化速度比に
及ぼす影響を示す実験結果のグラフである。

【図４】実施例１の装置におけるＯ２濃度の酸化速度比
に及ぼす影響を示す実験結果のグラフである。

【図５】実施例１の装置における反応温度の酸化速度比
に及ぼす影響を示す実験結果のグラフである。

【図６】実施例１の装置におけるＮＯ濃度の酸化速度比
に及ぼす影響を示す実験結果のグラフである。

【図７】本発明の他の実施例の脱硫装置のフローシート
および酸化処理装置の概略図である。

【図８】一般的な脱硫装置のフローシートである。

【符号の説明】

１　　　　ボイラ ２　　　　脱硫塔 ３　　　　エアヒータ ４　　　　水 ５　　　　集塵機 ６　　　　排ガス ７　　　　酸素富化装置 ８　　　　空気圧縮機 ９　　　　反応容器 １０　　スクリューフィーダ １１　　ガス導管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃焼排ガスを脱硫剤で脱硫処理した後
   、集塵器で灰を回収する排煙脱硫装置において、集塵器
   で回収された亜硫酸化合物含有灰と加圧空気、酸素富化
   空気および窒素酸化物含有ガスからなる高温の混合ガス
   とを反応させることを特徴とする亜硫酸化合物含有灰の
   酸化装置。
2. 【請求項２】　　燃焼排ガス中の窒素酸化物および硫黄
   酸化物濃度が排出ガス規制基準値を満たすようにモニタ
   した上で、高温の一酸化窒素含有ガスとして燃焼排ガス
   を用いることを特徴とする請求項１記載の亜硫酸化合物
   含有灰の酸化装置。
3. 【請求項３】　　燃焼排ガスを脱硫剤で脱硫処理した後
   、集塵器で灰を回収しする排煙脱硫装置において、集塵
   器で回収された亜硫酸化合物含有灰に加圧空気と酸素富
   化空気からなる高温の混合ガスを導入することを特徴と
   する亜硫酸化合物含有灰の酸化装置。
4. 【請求項４】　　高温ガス中の加熱手段として、燃焼排
   ガス路に設けられた燃焼用空気予熱器を用いることを特
   徴とする請求項３記載の亜硫酸化合物含有灰の酸化方法
   。
5. 【請求項５】　　混合ガスの温度を１００℃以上とする
   ことを特徴とする請求項１または３記載の亜硫酸化合物
   含有灰の酸化装置。
6. 【請求項６】　　混合ガス中の水分濃度を１００ｍｍＨ
   ｇ以上とすることを特徴とする請求項１または３記載の
   亜硫酸化合物含有灰の酸化装置。