JP2013039511A - 湿式排煙脱硫装置およびそれを備えた火力発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫装置からのＨｇの再放出を防止し、回収した石膏の高純度化、工業用水の使用量を低減することができる湿式排煙脱硫装置を提供する。
【解決手段】排ガス1が水銀を含んでおり、脱硫装置本体3aのガス流れ方向上流側に、吸収液スラリ6を貯留する循環タンク20を有する上流側吸収塔と、上流側吸収液スプレノズル7と、循環タンク20内に補給水18を供給して、循環タンク20内の吸収液6の塩素イオン濃度を50,000ｐｐｍ以上に維持する補給水供給手段31を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に火力発電プラントなどに用いられる湿式排煙脱硫装置に係り、特に排ガスなどの被処理ガス中に含まれている硫黄酸化物（ＳＯｘ）や水銀（Ｈｇ）などを除去する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置（以下、脱硫装置と略記する）に関するものである。

大気汚染を防止するため、工場、製鉄所、化学プラントおよび火力発電設備などに設置されている、ボイラ装置等の燃焼設備から排出される排ガス中のＳＯｘなどを除去する装置として、湿式石灰石−石膏法脱硫装置が広く実用化されている。

図６は、石炭を燃料として用いる火力発電用ボイラプラントの概略構成図である。
同図に示すように、この種の火力発電用ボイラプラントは、主にボイラ装置１３、脱硝装置１４、空気予熱器１５、電気集塵装置１６ならびに脱硫装置３などから構成されている。

前記ボイラ装置１３は、石炭２５を燃焼することによって排ガスを生成する。前記脱硝装置１４では、ボイラ装置１３から排出された排ガスに含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）を分解する。

この脱硝装置１４で処理されたガスの温度を空気予熱器１５で１６０〜２００℃に調整し、電気集塵装置１６で排ガス中の煤塵を除去する。徐塵された排ガスは前記脱硫装置３でＳＯｘなどが除去されて、煙突２９から大気中に放出される。

図５は、従来の脱硫装置３の概略構成図である。
同図に示すように、この脱硫装置３は、主に吸収液スプレノズル４、吸収液循環ポンプ５、ミストエリミネータ８、酸化用ガス供給部９、攪拌機１０などから構成されている。

前記吸収液スプレノズル４から噴霧される石灰石スラリからなる吸収液６と排ガス１を気−液接触することにより、排ガス１中の煤塵や塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）などの酸性ガスとともに、ＳＯ_２などのＳＯｘが吸収、除去される。

吸収されたＳＯ_２は亜硫酸となり、亜硫酸の濃度が高くなるとＳＯ_２の吸収効率は低下する。このため酸化用ガス供給部９から空気などの酸化用ガス２７を供給することで亜硫酸を酸化して、石膏とすることにより、ＳＯ_２の吸収性能は回復する。石膏を含む吸収液６は図示しない脱水機に供給され、石膏として脱硫装置３から取り出される。
なお、図中の符号２は脱硫装置出口排ガス、１１は吸収液溜め部、２６は脱硫吸収部である。

この種の排ガス処理装置として、例えば下記特許文献１〜４などを挙げることができる。

特開２０１０−２６９２７７号公報 特開平５−３３７３３１号公報 特開２００５−１２５２６１号公報 特開２００６−１３６８５６号公報

石炭の燃焼排ガス中に含まれているＨｇを従来の脱硫装置で除去した場合、吸収液６中のＨｇ濃度が徐々に増加する。従来の技術では、吸収したＨｇが石膏側に移行する場合がある点については配慮がされておらず、石膏側のＨｇ濃度が増加すると、石膏の品質が低下するため、石膏をリサイクルして使用することが困難になる問題があった。

また従来の技術では、排ガス中にＨｇが再放出してしまう点については配慮がされておらず、出口排ガスの規制値を守ることができなくなるという問題があった。

さらに、脱硫装置では入口排ガスを冷却するときに、吸収液が蒸発するため、補給水が必要となる点については配慮がされておらず、工業用水の限られた地域では補給水として造水装置から生成した淡水を用いるため、コストが高くなるという問題があった。

造水方法として、多段フラッシュ法や膜分離法などがある。何れの方法でも、Ｃｌイオンの濃度が低下した淡水化液以外に、50,000〜60,000ｐｐｍ程度のＣｌイオンを含む濃縮水が排出される。しかし、Ｃｌイオンの濃縮水は利用する場所が無いため、そのまま海に排出されることが多い。この濃縮水を脱硫装置の省水化に利用できれば、さらにシステム全体の効率を高めることができる。

本発明の目的は、このような背景においてなされたもので、脱硫装置からのＨｇの再放出を防止し、回収した石膏の高純度化、工業用水の使用量を低減することができる湿式排煙脱硫装置およびそれを備えた火力発電プラントを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
下部に吸収液スラリを貯留する循環タンクを有する吸収塔と、
その吸収塔の内部に設置されて例えば石灰石スラリなどの吸収液スラリを噴霧する吸収液スプレノズルと、
前記循環タンクに貯留されている前記吸収液スラリに酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給部を備え、
前記吸収塔内に導入されたイオウ化合物を含む被処理ガスと前記吸収液スプレノズルから噴霧された吸収液スラリを気−液接触させて、被処理ガス中のイオウ化合物を吸収液スラリで吸収する脱硫装置本体を有する湿式排煙脱硫装置において、
前記被処理ガスが水銀を含んでおり、
前記脱硫装置本体の前記被処理ガスの流れ方向上流側に、
吸収液スラリを貯留する循環タンクを有する上流側吸収塔と、
その上流側吸収塔の内部に設置されて吸収液スラリを噴霧する上流側吸収液スプレノズルと、
前記循環タンク内に補給水を供給して、その循環タンク内の吸収液の塩素イオン濃度を50,000ｐｐｍ以上に維持する例えば海水供給用ポンプなどの補給水供給手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記補給水が海水であることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、
前記補給水が、濃縮水製造装置から得られた塩素イオンの濃縮水であることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第３の手段において、
前記濃縮水製造装置が海水から水を得る淡水装置であって、その淡水装置から得られた水を、前記被処理ガスと吸収液の反応によって得られた石膏の洗浄水として用いる構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１の手段において、
前記上流側吸収液スプレノズルと前記脱硫装置本体の間に上流側ミストエリミネータを設け、その上流側ミストエリミネータで得られた捕集液を前記上流側吸収塔に戻す構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は、
ボイラ装置と、
そのボイラ装置から排出された排ガス中のイオウ化合物を除去する湿式排煙脱硫装置を備えた火力発電プラントにおいて、
前記湿式排煙脱硫装置が前記第１ないし第５のいずれかの手段の湿式排煙脱硫装置であることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第６の手段において、
前記湿式排煙脱硫装置の排ガス流れ方向上流側に脱硝装置が設けられていることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、脱硫装置からのＨｇの再放出を防止し、回収した石膏の高純度化、工業用水の使用量を低減することができる湿式排煙脱硫装置およびそれを備えた火力発電プラントを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。 吸収液溜め部に溜まっている吸収液中のＣｌイオン濃度と吸収液中のＨｇの割合との関係を示す特性図である。 吸収液溜め部に溜まっている吸収液中のＣｌイオン濃度とＨｇの再放出濃度との関係を示す特性図である。 従来の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。 石炭を燃料として用いる火力発電用ボイラプラントの概略構成図である。

次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。

同図に示すように、この脱硫装置の脱硫装置本体３ａは主に、吸収液６を噴霧する吸収液スプレノズル４、吸収液循環ポンプ５、吸収液６、ミストエリミネータ８、酸化用ガス供給部９、攪拌機１０から構成されており、符号１１の領域が吸収液溜め部、符号２６の領域が脱硫吸収部となっている。

この脱硫装置本体３ａの排ガス流れ方向上流側に、上流側吸収液スプレノズル７、吸収液循環ポンプ１７、上流側循環タンク２０、上流側ミストエリミネータ３５、海水供給用ポンプ３１などが設置されている。

前記上流側循環タンク２０には石灰石スラリからなる吸収液６が貯留されているが、海水供給用ポンプ３１を用いて海水３０を補給水１８として供給し、上流側循環タンク２０内の吸収液６中のＣｌイオン濃度を50,000ｐｐｍ以上となるように、上流側循環タンク２０内の吸収液６の排出量を調整する。海水３０中のＣｌイオン濃度は、通常、16,000〜30,000ｐｐｍ程度である。

Ｃｌイオン濃度が50,000ｐｐｍ以上に調整された吸収液６が吸収液循環ポンプ１７で上流側吸収液スプレノズル７へ送られ、上流側吸収液スプレノズル７から噴霧することにより、脱硫装置入口排ガス１と吸収液６の気−液接触がなされる。

脱硫装置入口排ガス１中には、塩化水素（ＨＣｌ）やフッ化水素（ＨＦ）などの酸性ガス、あるいはＳＯ_２などのＳＯｘを含んでいるため、前述の気−液接触により吸収液６のｐＨ値が低下する。そのため吸収液６のｐＨ値が規定値（本実施形態ではｐＨ値＝２．０〜６．５）以下に下がると、炭酸カルシウムなどのアルカリ剤１９を上流側循環タンク２０内に低下して、吸収液６を中和する。

この中和反応で生成した亜硫酸は酸化用ガス（本実施形態では酸化用空気）２７との接触で酸化されて、石膏を生成する。石膏を含む吸収液６の一部は図示しない脱水機に送られて、石膏として脱硫装置３から取り出される。

前記抜き出される吸収液６以外の吸収液６は吸収液循環ポンプ１７により再循環され、上流側吸収液スプレノズル７から再び脱硫装置入口排ガス１に噴霧される。

この脱硫装置入口排ガス１中の金属水銀（Ｈｇ^０）は脱硝装置１４（図６参照）で酸化され、２価の水銀（Ｈｇ^２＋）として上流側吸収液スプレノズル７に供給される。この２価の水銀（Ｈｇ^２＋）を吸収するのに必要な吸収液６の流量はＳＯ_２を吸収するのに必要な吸収液６の流量に比べて約１／１０以下と、少なくてよい。

排ガス１中の２価の水銀（Ｈｇ^２＋）は吸収液６に吸収された後、上流側循環タンク２０の吸収液溜め部１１に溜まるが、生成した石膏と反応して硫酸水銀（ＨｇＳＯ_４）などの形態で固定化される。

図３は、前記吸収液溜め部１１に溜まっている吸収液中のＣｌイオン濃度（横軸）と吸収液中のＨｇ（縦軸）の割合との関係を示す特性図である。

この図から明らかなように、吸収液中のＣｌイオン濃度が50,000〜100,000ｐｐｍと高くなると、例えばＨｇＣｌ_３ ⁻やＨｇＣｌ_４ ^２−などの高次クロロ錯体となるため、吸収液溜め部１１中の水銀（Ｈｇ^２＋）濃度は高くなる。このため、上流側循環タンク２０で生成した石膏中にはほとんど金属水銀（Ｈｇ^０）は存在しておらず、回収後の石膏の純度を高めることができる。

図４は、前記吸収液溜め部１１に溜まっている吸収液中のＣｌイオン濃度（横軸）とＨｇの再放出濃度（縦軸）との関係を示す特性図である。

この図から明らかなように、吸収液中のＣｌイオン濃度が50,000〜100,000ｐｐｍと高くなると、Ｈｇの再放出濃度は低くなる。これは前述のような高次クロロ錯体が生成し、吸収液中のＨｇが安定することで、Ｈｇが再放出するのを防止できるためである。

また、脱硫装置３の吸収液６中のＣｌイオン濃度が増加すると、ＳＯ_２などのＳＯｘの除去率が低下することが分かっている。上流側吸収液スプレノズル７で脱硫装置入口排ガス１中に含まれているＣｌイオン濃度（約３０ｐｐｍ）を除去できるため、脱硫装置３の吸収液６中のＣｌイオン濃度が増加するのを防止でき、脱硫装置３でのＳＯ_２などのＳＯｘの除去率を高めることが可能である。

さらに、上流側ミストエリミネータ３５を設置することで、上流側吸収液スプレノズル７から飛散した液滴を捕集し、その捕集液３６を上流側循環タンク２０に戻すため、飛散した高濃度のＣｌイオン濃度を含む液滴が脱硫装置本体３ａに導入されることを防止している。

図１に示すように海水３０を海水供給用ポンプ３１で汲み上げて補給水１８として上流側循環タンク２０に供給し、その上流側循環タンク２０から汲み上げられた吸収液６が上流側吸収液スプレノズル７から噴霧される。

この上流側吸収液スプレノズル７入口のガス温度は９０〜１６０℃であり、上流側吸収液スプレノズル７中を流れる吸収液６は５０〜５５℃となる。吸収液６と気−液接触した際にこの温度差のため、吸収液６の水分が蒸発し、排ガスの温度も５０〜５５℃になるまで冷却される。この冷却された状態で脱硝装置３に供給され、脱硝装置３の吸収液温度も５０〜５５℃であるため、ガスと液の間で温度差がなく、脱硝装置３での吸収液６の水分蒸発は殆ど生じない。

例えば、ガス流量が3,000,000ｍ^３Ｎ／ｈで、ガス温度が１３５℃の排ガスを処理する脱硫装置３では、蒸発する水の量が約１４０ｔ／ｈとなるが、補給水１８として上流側循環タンク２０に海水３０を供給することで、蒸発で補給が必要となる工業用水の量分、省水化を図ることができる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
本実施形態において前記第１実施形態と相違する点は、海水供給用ポンプ３１と上流側循環タンク２０の系統上に造水装置（濃縮水製造装置）３２を設置した点である。

この造水装置３２の造水方法として、例えば多段フラッシュ法あるいは膜分離法などが適用される。何れの方法でも造水装置３２から、Ｃｌイオン濃度の低い淡水３３と、50,000〜60,000ｐｐｍの高濃度のＣｌイオンを含む濃縮液３４が得られる。

このＣｌイオンの濃縮液３４は上流側循環タンク２０に補給水１８として供給され、その上流側循環タンク２０の吸収液６を上流側吸収液スプレノズル７から脱硫装置入口排ガス１に噴霧することにより、前記第１実施形態の海水３０と同様にＨｇの再放出の防止、石膏の高純度化、工業用水の使用量の低減を図ることができる。
なお、前記淡水３３は、図示していない石膏の脱水工程での石膏の洗浄水など他の用途に使用される。

本発明によれば、脱硫装置本体３ａの排ガス流れ方向上流側に上流側吸収液スプレノズル７と上流側循環タンク２０を設け、その上流側循環タンク２０に補給水１８を供給して、吸収液６中のＣｌイオン濃度を50,000ｐｐｍ以上にして、脱硫装置入口排ガス１に噴霧することができる。

そのため、脱硫装置からのＨｇの再放出が防止でき、脱硫装置から回収される石膏の純度を高めることができる。
また、前記上流側循環タンク２０の補給水１８として、海水３０や造水装置３２から得られるＣｌイオンの濃縮液３４を利用できるので、脱硫装置での吸収液６の蒸発が防止でき、工業用水の使用量の低減が図れる。
さらに、脱硫装置の吸収液６中のＣｌイオン濃度の増加が防止できるので、脱硫性能の低下が抑制可能であるなどの効果が奏される。

本実施形態では、ＳＯｘの吸収剤として石灰石を用いたが、ＳＯｘの吸収剤として石灰を用いることもできる。
本実施形態では、湿式排煙脱硫装置を火力発電プラントに適用した例を示したが、本発明に係る湿式排煙脱硫装置は例えば各種工場、製鉄所ならびに化学プラントなど他の技術分野での燃焼設備にも適用可能である。

１・・・脱硫装置入口排ガス、２・・・脱硫装置出口排ガス、３・・・脱硫装置、３ａ・・・脱硫装置本体、４・・・吸収液スプレノズル、５・・・吸収液循環ポンプ、６・・・吸収液、７・・・上流側吸収液スプレノズル、８・・・ミストエリミネータ、９・・・酸化用ガス供給部、１１・・・吸収液溜め部、１３・・・ボイラ装置、１４・・・脱硝装置、１７・・・吸収液循環ポンプ、１８・・・補給水、２０・・・上流側循環タンク、２５・・・石炭、２７・・・酸化用ガス、３０・・・海水、３１・・・海水供給ポンプ、３２・・・造水装置（濃縮水製造装置）、３３・・・淡水、３４・・・塩素イオンの濃縮水、３５・・・上流側ミストエリミネータ、３６・・・捕集液。

Claims (7)

1. 下部に吸収液スラリを貯留する循環タンクを有する吸収塔と、
   その吸収塔の内部に設置されて吸収液スラリを噴霧する吸収液スプレノズルと、
   前記循環タンクに貯留されている前記吸収液スラリに酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給部を備え、
   前記吸収塔内に導入されたイオウ化合物を含む被処理ガスと前記吸収液スプレノズルから噴霧された吸収液スラリを気−液接触させて、被処理ガス中のイオウ化合物を吸収液スラリで吸収する脱硫装置本体を有する湿式排煙脱硫装置において、
   前記被処理ガスが水銀を含んでおり、
   前記脱硫装置本体の前記被処理ガスの流れ方向上流側に、
   吸収液スラリを貯留する循環タンクを有する上流側吸収塔と、
   その上流側吸収塔の内部に設置されて吸収液スラリを噴霧する上流側吸収液スプレノズルと、
   前記循環タンク内に補給水を供給して、その循環タンク内の吸収液の塩素イオン濃度を50,000ｐｐｍ以上に維持する補給水供給手段を備えた
   ことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
2. 請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置において、
   前記補給水が海水であることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
3. 請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置において、
   前記補給水が、濃縮水製造装置から得られた塩素イオンの濃縮水であることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
4. 請求項３に記載の湿式排煙脱硫装置において、
   前記濃縮水製造装置が海水から水を得る淡水装置であって、その淡水装置から得られた水を、前記被処理ガスと吸収液の反応によって得られた石膏の洗浄水として用いる構成になっていることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
5. 請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置において、
   前記上流側吸収液スプレノズルと前記脱硫装置本体の間に上流側ミストエリミネータを設け、その上流側ミストエリミネータで得られた捕集液を前記上流側吸収塔に戻す構成になっていることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
6. ボイラ装置と、
   そのボイラ装置から排出された排ガス中のイオウ化合物を除去する湿式排煙脱硫装置を備えた火力発電プラントにおいて、
   前記湿式排煙脱硫装置が請求項１ないし５のいずれか１項に記載の湿式排煙脱硫装置であることを特徴とする火力発電プラント。
7. 請求項６に記載の火力発電プラントにおいて、
   前記湿式排煙脱硫装置の排ガス流れ方向上流側に脱硝装置が設けられていることを特徴とする火力発電プラント。

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