JP3546132B2 - 排煙処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式電気集塵機と湿式石灰石膏法脱硫装置を使用して、石炭焚ボイラなどの排煙から少なくとも粉塵及び亜硫酸ガスを除去する排煙処理方法に係り、特に乾式電気集塵機の格段の小型化が可能で、大幅なコスト低減が実現できる排煙処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラなどから排出される排煙中から、粉塵（フライアッシュ等のダスト）及び硫黄酸化物（主に亜硫酸ガス）を効率良く除去する高性能排煙処理システムとしては、例えば特公平７−５６３７７号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
これは、上記公報第１図に示されるように、石炭焚ボイラの排煙をエアヒータ(ＡＨ）やガスガスヒータ(ＧＧＨ）の熱回収部により８０℃〜１１０℃に冷却した後、乾式電気集塵機(乾式ＥＰ）に導入して排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させ、次いで湿式石灰石膏法の混合型脱硫装置の吸収塔に導入して、カルシウム化合物を吸収剤として含有するスラリと接触させることにより、排煙の硫黄酸化物濃度を低減させるとともに、粉塵濃度を最終目標値の１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させるものである。
【０００４】
すなわちこの方法では、電気集塵機に導入される排煙温度を従前（１２０℃〜１６０℃）よりも低温として粉塵の比抵抗を低下させることにより、電気集塵機での逆電離現象を回避して電気集塵機の小型化と高性能化を実現するとともに、電気集塵機の出口側の粉塵を凝集肥大化した再飛散ダストを主体とするものとし、脱硫装置における除塵性能をも向上させている。
【０００５】
また、従前は電気集塵機の後流で行われていたガスガスヒータによる熱回収を電気集塵機の前流で行うことにより、ガスガスヒータで熱回収される排煙中に粉塵を多量に存在させ、ガスガスヒータの熱回収部で排煙中の三酸化硫黄が凝縮して有害なミストとならないようにしており、またこのような三酸化硫黄の問題に無関係に電気集塵機の除塵率の向上を可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって上記排煙処理方法は、地球環境保全の観点からこの種の技術に対して近年益々強まる要望（高性能化とともに装置の小型化及び低コスト化を図ること）を、従前の構成（例えば上記公報第４図に示された構成）との比較において相当程度実現させた優れたものである。
【０００７】
しかしながら、上記公報に開示された排煙処理方法では、乾式の電気集塵機を出て脱硫装置に導入される排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下(通常は３０〜５０ｍｇ／ｍ3Ｎ程度）に設定しており、排煙中に１００００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜２００００ｍｇ／ｍ3Ｎ程度存在する粉塵のほとんどを電気集塵機で捕集除去し、僅かに残った粉塵を脱硫装置の吸収塔で除去していた。このため乾式電気集塵機は、従前に比較して小型化できたといっても、未だ大型でコスト高なものであり、さらなる小型化及び低コスト化が要望されていた。
【０００８】
なお、電気集塵機において粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させるという従来の設定は、脱硫装置の吸収塔ではそれ程高い除塵性能が達成できず、最終的な粉塵濃度を１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下とするためには、電気集塵機においてほとんどの粉塵を除去する必要があるという従来の技術常識に基づくものであり、このような除塵負荷の分担は必ずしも最適なものではなかった。
【０００９】
また、脱硫装置で高い除塵性能が達成できたとしても、混合型脱硫装置の場合には、粉塵の混入による副生石膏の純度低下や、吸収剤である石灰石の活性低下の問題があり、このような問題点が考慮されて従来は電気集塵機の除塵負荷が極めて高いものとなっていた。
【００１０】
そこで本発明は、電気集塵機と脱硫装置の除塵負荷の分担を最適化し、電気集塵機のさらなる小型化及び低コスト化を実現し、脱硫装置の吸収塔において多量の粉塵を捕集した場合でも、粉塵を効果的に分離して粉塵による不具合（石膏純度低下、吸収剤活性低下）が回避できる排煙処理方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の排煙処理方法は、排煙を熱回収手段により８０℃乃至１１０℃に冷却した後、乾式電気集塵機に導入して排煙の粉塵濃度を低減させ、次いで湿式石灰石膏法の脱硫装置の吸収塔に導入して、カルシウム化合物を吸収剤として含有するスラリと接触させることにより、排煙の硫黄酸化物濃度及び粉塵濃度を低減させ、前記吸収塔からスラリを抜き出し、該スラリを石膏と粉塵に分離するようにした排煙処理方法において、前記乾式電気集塵機を出て前記吸収塔に導入される排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ乃至５００ｍｇ／ｍ3Ｎに設定し、前記吸収塔から抜き出した高濃度に粉塵を含むスラリを磁気式粉塵分離装置に送り、粉塵濃度が比較的高い粉塵スラリＤ２と、比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１とを排出し、該比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１を固液分離して、石膏を高濃度に含む固形分Ｅ２を抽出し、ろ液を粉塵スラリＤ３として、上記粉塵スラリＤ２と共に固液分離し、これによって、粉塵を高濃度で含む粉塵固形分Ｄ６を前記脱硫装置の系外に排出するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の排煙処理方法の一例を示す図である。この排煙処理システムでは、石炭焚ボイラ１から出る未処理排煙Ａ１を、まずエアヒータ２（熱回収手段）に導き、この排煙Ａ１の熱でボイラ１に供給される空気Ｂを加熱する。ここで、未処理排煙Ａ１は１２０℃〜１６０℃に冷却される。
【００１３】
次いで排煙Ａ１は、ノンリーク型ガスガスヒータの熱回収部３ａに導入されて熱回収され、８０℃〜１１０℃に冷却された後に乾式の電気集塵機４に導かれる。電気集塵機４では、排煙Ａ１中から相当量の粉塵が除去されて、粉塵濃度が１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎまで低減された排煙Ａ２が排出される。
【００１４】
電気集塵機４を出た排煙Ａ２は、混合型の脱硫装置５に導入され、主に亜硫酸ガスを吸収除去されるとともに、ここでも粉塵が捕集除去された後、処理後排煙Ａ３として排出される。
なお、本例のような高性能排煙処理システムを採用した石炭焚火力発電所の実機データ（吸収塔のタイプは充填塔）によれば、脱硫装置の吸収塔における除塵率は、実際には９７〜９８％程度と極めて高い。従って吸収塔の入口における排煙の粉塵濃度が１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎであっても、吸収塔出口の排煙の粉塵濃度は５ｍｇ／ｍ3Ｎ〜１０ｍｇ／ｍ3Ｎ程度とすることができる。
【００１５】
そして、脱硫装置５を出た排煙Ａ３は、ガスガスヒータの再加熱部３ｂにおいて排煙Ａ１から回収した熱により加熱され、大気放出に好ましい温度（９０℃〜１００℃）とされて図示省略した煙突より大気放出される。
【００１６】
次に図２は、本例の脱硫装置５の好ましい構成例を示す図である。この脱硫装置５は、電気集塵機４から排出された排煙Ａ２を、石灰石Ｃを吸収剤として含有するスラリに気液接触させることにより、排煙Ａ２から亜硫酸ガスを吸収するとともに、排煙Ａ２に残留した粉塵を補集する吸収塔１０を有する。
【００１７】
この場合の吸収塔１０は、下部に設けられた排煙導入部１１から導入された排煙Ａ２が、塔内を上向きに流れる途上で、塔内に複数平行配置されたスプレーパイプ１２の複数のノズルから上向きにかつ液柱状に噴射された吸収液と気液接触した後、上端部の排煙導出部１３から処理後排煙Ａ３として導出される向流式の液柱塔であり、小さなスペースで高い気液接触面積を実現し、高脱硫率及び高除塵率を実現する吸収塔である。なお、このような液柱塔は充填塔などに比較して特に除塵性能が高いことが分っている。
【００１８】
吸収塔１０の底部には、スラリが貯留されるタンク１４が形成され、このタンク１４内のスラリが循環ポンプ１５により吸上げられ、循環ライン１６を経由してスプレーパイプ１２に送り込まれるようになっている。なおタンク１４には、撹拌機１７を有するスラリ調整槽１８でスラリ化された石灰石Ｃ（微粉砕石灰石）が、ポンプ１９により適宜供給される。またタンク１４内には、タンク１４内のスラリを撹拌しつつ酸化用の空気を微細な気泡として吹込む手段（図示省略）が設けられており、タンク１４内で亜硫酸ガスを吸収したスラリと空気とが効率良く接触する構成となっている。
【００１９】
なお排煙導出部１３には、図示省略したミストエリミネータが設置され、気液接触により生じた排煙中の同伴ミストがここで捕集されることにより、脱硫後排煙Ａ３に亜硫酸ガスや粉塵等を含んだミストが多量に含まれて排出されないように構成されている。また、このミストエリミネータで捕集されたミスト（回収液）は、例えばこのミストエリミネータの下端から流れ落ちて直接タンク１４内に戻る構成となっている。
【００２０】
また運転中には、脱硫率と石膏純度とを高く維持すべく、ボイラ負荷（排煙Ａ２の流量）や、排煙Ａ２中の亜硫酸ガス濃度や、タンク１４内のスラリのｐＨや石灰石濃度等がセンサにより検出され、これら検出結果に基づいて図示省略した制御装置によりタンク１４への石灰石の供給量等が適宜調節される構成となっている。
また、例えば上記タンク１４やスラリ調整槽１８には、必要に応じて適宜補給水（工業用水等）が供給され、吸収塔１０における蒸発等により漸次減少するスラリの水分が補われる構成となっている。
【００２１】
そして本例の脱硫装置５は、タンク１４のスラリから石膏及び粉塵の固形分をそれぞれ互に分離して抽出するとともに、不純物の蓄積防止のための排水を行う周辺設備として、図２に示す各種設備（簡易セトラー２１、磁気式粉塵分離装置２２、遠心分離機２３、一次シックナ２４、撹拌槽２５、二次シックナ２６）を備えている。
【００２２】
このうち簡易セトラー２１は、石膏と粉塵の粒径及び比重の違いに基づく重力沈降分離を行って、タンク１４内から粉塵をより高濃度に含有する粉塵スラリＤ１を分離して抜き出すためのもので、タンク１４のスラリ液面下に配置されて、下端が開口する筒状体よりなる。そして、この筒状体の上部はポンプ２７の吸込側に接続され、この筒状体を経由してタンク１４内のスラリが粉塵スラリＤ１として抜き出される構成となっている。なお筒状体の内径寸法等は、この筒状体内の流速が大径な石膏粒子の沈降速度よりも遅く、小径な粉塵粒子の沈降速度よりも早くなり、上記重力沈降分離が安定的に実現されるように設定されている。
【００２３】
磁気式粉塵分離装置２２は、特願平３−３１０６１７号（特開平５−５７１４２号）により出願人が提案した装置で、タンク１４の側面から抜き出されたスラリを隘路部に導く縮小路部と、この縮小路部に続く隘路部と、この隘路部の外側に近接して設けられ隘路部を通過するスラリに磁力を及ぼす電磁石と、隘路部に続く拡大流路部と、この拡大流路部を電磁石側と反対側の二つの通路に区分するための分離板と、前記二つの通路からスラリを別々に抜き出す抜出し口とを備えたものである。
【００２４】
スラリ中に捕集された粉塵を構成するフライアッシュなどには、磁性の強い酸化鉄が成分として含まれているため、スラリ中の粉塵の多くは上記隘路部において電磁石側に移動し、上記電磁石側の抜出し口からは比較的粉塵濃度が高い粉塵スラリＤ２が排出され、上記反対側の抜出し口からは逆に比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１が排出される。そして、この場合粉塵スラリＤ２は、ポンプ２８によって前述の粉塵スラリＤ１とともに一次シックナ２４に送られる。一方石膏スラリＥ１は、ポンプ２９によって遠心分離機２３に送られ、固液分離処理されて石膏を高濃度に含む固形分Ｅ２が抽出される構成となっている。
【００２５】
ここで遠心分離機２３は、単にスラリ中の固形分を分離するだけでなく、粒径の大きな石膏固形分をより固層側に分離する作用があり、逆にこの遠心分離機２３から排出されるろ液中に残留する固形分としては、粒径の小さな粉塵がより高濃度に含まれることになる。このため、この遠心分離機２３からのろ液も本発明の粉塵スラリに相当し、以下粉塵スラリＤ３と呼ぶこととする。なお、この粉塵スラリＤ３は、この場合前述の粉塵スラリＤ１，Ｄ２とともに一次シックナ２４に送られ、固液分離処理される。
【００２６】
一次シックナ２４は、沈殿濃縮を行う一般的な連続シックナで、上部の溢流部から排出される清澄液は排水Ｆとして処理され、底部から排出される濃縮スラリ（固形分）は粉塵スラリＤ４として撹拌槽２５に送られる。
なおこの一次シックナ２４でも、粒径の小さな粉塵が清澄液側（排水Ｆ側）に比較的多く混入するため、粒径の大きな石膏固形分をより固層側に分離する作用がある。
【００２７】
ここで排水Ｆは、従来の脱硫排水と同様に、排煙中からスラリに吸収された塩素などの溶解性不純物を系外に排出すべく、少なくともその一部が例えば排水処理されて放流される。なお、この排水Ｆの一部は、スラリ調整槽１８や吸収塔タンク１４に供給する補給水として再利用するようにしてもよい。
【００２８】
撹拌槽２５は、撹拌機２５ａを有し、供給された粉塵スラリＤ４と工業用水Ｇ（液分）とを所定時間滞留させつつ撹拌し、粉塵スラリＤ４中に存在していた石膏固形分を全て液相中に溶解させるものである。なお発明者らの研究によれば、粉塵スラリＤ４を５〜６倍希釈する程度の工業用水Ｇを加えて、２時間程度以下の滞留で撹拌すれば、スラリ中の全ての石膏固形分が溶解し、溶解度の低い粉塵のみが固形分として残留することが分っている。
【００２９】
また二次シックナ２６は、撹拌槽２５で希釈され石膏溶解処理が施された粉塵スラリＤ５を固液分離処理する連続シックナで、底部から排出される濃縮スラリ（固形分）は粉塵固形分Ｄ６として、脱硫装置の系外に排出すべく処理される。また、この二次シックナ２６から排出された清澄液Ｈ（液分）は、この場合調整槽１８に送られて、吸収剤である石灰石Ｃをスラリ化する水分（又はその一部）として再利用される。
【００３０】
ここで粉塵固形分Ｄ６は、フライアッシュを主体とする排煙中の粉塵を高濃度に含むものであり、例えば固化処理されて廃棄されるか、或いはセメント原料として利用される。また清澄液Ｈは、吸収塔タンク１４に直接戻して、スラリを構成する液分として循環使用される構成としてもよい。
【００３１】
次に、上述した脱硫装置の動作、及びこの脱硫装置を含む排煙処理システムで実施される本発明の排煙処理方法の要部について説明する。
本例では、乾式電気集塵機４において、排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎに低減し、残りの粉塵を脱硫装置５の吸収塔１０において捕集して粉塵濃度の最終目標値１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下を達成している。
【００３２】
すなわち脱硫装置では、循環ポンプ１５により吸収塔１０内のスプレーパイプ１２に供給されたスラリは、スプレーパイプ１２の各ノズルから上方へ噴射され、上方に噴き上げられたスラリは、頂部で分散し次いで下降し、下降するスラリと噴き上げたスラリとが相互に衝突して微細な粒子状になり、微細な粒子状になったスラリが次々に生じるようになり、粒子状のスラリは塔内に分散して存在するようになる。
【００３３】
こうして、亜硫酸ガスや粉塵等を含む未処理排煙Ａ２が粒子状の吸収液が流下する塔内を逆に上向きに流れるため、体積当たりの気液接触面積が大きくなる。また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙とは効果的に混合され、亜硫酸ガスの吸収反応や粉塵の捕集が効果的に行われて、吸収塔１０においてほとんどの亜硫酸ガスや残留した粉塵が除去される。
【００３４】
ヘッダーパイプ１２から噴射され亜硫酸ガスや粉塵を取込みつつ流下するスラリは、タンク１４の液面上に落下した後、タンク１４内に吹込まれた微細空気により強制酸化され、吸収した亜硫酸ガスが全量酸化された後、石灰石と中和反応を起こして石膏を高濃度に含むスラリとなる。
【００３５】
なお、本例の排煙処理システムでは、上述の如く吸収塔１０において従来よりも多量の粉塵を捕集する構成であるため、従来のようにタンク１４内のスラリを単に抜き出して固液分離処理し、そのろ液の一部を脱硫排水として脱硫装置の系外に排出するだけでは、定常状態でのタンク１４内のスラリ中には従来よりも多量の粉塵が含まれるようになるため、従来と同程度以上の高純度な石膏は得られない。
【００３６】
ところが本例の脱硫装置５では、前述した磁気式粉塵分離装置２２の作用により、吸収塔１０のスラリから粉塵と分離されてより高濃度に石膏を含む石膏スラリＥ１が抜き出され、この石膏スラリＥ１が遠心分離機２３によって固液分離されることにより、副生石膏としての固形分Ｅ２が採取される。
【００３７】
また同時に、簡易セトラー２１と磁気式粉塵分離装置２２、及び遠心分離機２３の作用により、吸収塔１０のスラリからは、石膏と分離されてより高濃度に粉塵を含む粉塵スラリＤ１，Ｄ２，Ｄ３が抜き出され、これら粉塵スラリ中の固形分が最終的に二次シックナ２６による固液分離処理で抽出され、粉塵固形分Ｄ６として、脱硫装置５の系外に排出される。
【００３８】
しかも上記粉塵スラリは、一旦一次シックナ２４で固液分離処理（濃縮処理）されて、液分の一部を排水Ｆとして除去された後、撹拌槽２５において液分（工業用水Ｇ）を加えられて所定時間撹拌されることにより、石膏固形分の全てが液相中に強制的に溶解させられ、粉塵のみを固形分として含む粉塵スラリＤ５として二次シックナ２６に送られる。このため、粉塵固形分Ｄ６は石膏をほとんど含有しない固形分となり、また、粉塵スラリＤ１，Ｄ２，Ｄ３に僅かに混入していた石膏は、ほとんどが系外に排出されずに清澄液Ｈに溶解した状態で吸収塔タンク１４に戻されることになる。
【００３９】
つまり本例の脱硫装置では、簡易セトラー２１や磁気式粉塵分離装置２２を経由して吸収塔タンク１４から大量かつ連続的に抜出したスラリから、ほとんど粉塵のみからなる固形分や液分のみを抽出して系外に排出している。このため、吸収塔においてスラリ中に比較的多量に粉塵が取込まれても、吸収塔のスラリの定常的な粉塵濃度は、従来と同程度以上に低く維持できる。しかもこの場合には、副生石膏としての固形分Ｅ２は、吸収塔タンク１４内のスラリよりも高濃度に石膏を含有する石膏スラリＥ１を固液分離することで採取しているため、極めて石膏純度が高いものとなる。
【００４０】
したがって、本例の排煙処理方法によれば、以下のような優れた効果が奏される。
（１）まず、脱硫装置５の除塵性能が十分に活かされて、全体として高い除塵性能を達成しつつ、電気集塵機４のさらなる小型化及び低コスト化が実現できる。すなわち、電気集塵機４の出口排煙の粉塵濃度が従来の１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下から１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎに上方修正され、電気集塵機４の負荷が格段に低減されているため、発明者らの試算によれば、高価な電気集塵機の集塵面積が３０％程度も低減でき、大幅なコストが削減できる。
【００４１】
（２）しかも、混合型の脱硫装置５で従来よりも多量に粉塵を捕集する構成でありながら、前述の如く高純度の石膏Ｅ２が回収できる。
（３）また、吸収塔のスラリ中の粉塵濃度が低く維持できるため、このスラリ中の石灰石の活性低下が抑制できる。
【００４２】
なお本例の場合には、脱硫装置の構成として従来にない周辺設備（簡易セトラー２１、磁気式粉塵分離装置２２、撹拌槽２５など）が必要になるが、発明者らの試算によると、これら設備の設置による設備コストの増分は、電気集塵機のコスト低減分の１／５程度と比較的少ない。
【００４３】
吸収塔の形式については、液柱式吸収塔に限られず、スプレー塔、グリッド充填塔、ガス分散式吸収塔といった各種形式にも適用可能であることはいうまでもない。但し前述したように、液柱式吸収塔は特に除塵性能が優れているので、要求される処理後排煙中の粉塵濃度が特に低い場合には、液柱式を採用するのが好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、電気集塵機と脱硫装置の除塵負荷の分担を最適化し、電気集塵機のさらなる小型化及び低コスト化を実現し、脱硫装置の吸収塔において多量の粉塵を捕集した場合でも、粉塵を効果的に分離して粉塵による不具合（石膏純度低下、吸収剤活性低下）が回避できる排煙処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である排煙処理方法及びそれを実施するための設備構成を示す図である。
【図２】上記設備構成における脱硫装置の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 石炭焚きボイラ
２ エアヒータ（熱回収手段）
３ａ ガスガスヒータの熱回収部（熱回収手段）
４ 乾式電気集塵機
５ 脱硫装置
１０ 吸収塔
１４ タンク
２１ 簡易セトラー
２２ 磁気式粉塵分離装置
２３ 遠心分離機
２４ 一次シックナ
２５ 撹拌槽
２６ 二次シックナ
Ａ１ 未処理排煙
Ａ２ 排煙（電気集塵機を出て吸収塔に導入される排煙）
Ａ３ 処理後排煙
Ｃ 石灰石
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 粉塵スラリ
Ｄ６ 粉塵固形分（粉塵を高濃度に含有する固形分）
Ｅ１ 石膏スラリ
Ｅ２ 石膏固形分
Ｆ 排水
Ｇ 工業用水（液分）
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式電気集塵機と湿式石灰石膏法脱硫装置を使用して、石炭焚ボイラなどの排煙から少なくとも粉塵及び亜硫酸ガスを除去する排煙処理方法に係り、特に乾式電気集塵機の格段の小型化が可能で、大幅なコスト低減が実現できる排煙処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラなどから排出される排煙中から、粉塵（フライアッシュ等のダスト）及び硫黄酸化物（主に亜硫酸ガス）を効率良く除去する高性能排煙処理システムとしては、例えば特公平７−５６３７７号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
これは、上記公報第１図に示されるように、石炭焚ボイラの排煙をエアヒータ(ＡＨ）やガスガスヒータ(ＧＧＨ）の熱回収部により８０℃〜１１０℃に冷却した後、乾式電気集塵機(乾式ＥＰ）に導入して排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させ、次いで湿式石灰石膏法の混合型脱硫装置の吸収塔に導入して、カルシウム化合物を吸収剤として含有するスラリと接触させることにより、排煙の硫黄酸化物濃度を低減させるとともに、粉塵濃度を最終目標値の１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させるものである。
【０００４】
すなわちこの方法では、電気集塵機に導入される排煙温度を従前（１２０℃〜１６０℃）よりも低温として粉塵の比抵抗を低下させることにより、電気集塵機での逆電離現象を回避して電気集塵機の小型化と高性能化を実現するとともに、電気集塵機の出口側の粉塵を凝集肥大化した再飛散ダストを主体とするものとし、脱硫装置における除塵性能をも向上させている。
【０００５】
また、従前は電気集塵機の後流で行われていたガスガスヒータによる熱回収を電気集塵機の前流で行うことにより、ガスガスヒータで熱回収される排煙中に粉塵を多量に存在させ、ガスガスヒータの熱回収部で排煙中の三酸化硫黄が凝縮して有害なミストとならないようにしており、またこのような三酸化硫黄の問題に無関係に電気集塵機の除塵率の向上を可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって上記排煙処理方法は、地球環境保全の観点からこの種の技術に対して近年益々強まる要望（高性能化とともに装置の小型化及び低コスト化を図ること）を、従前の構成（例えば上記公報第４図に示された構成）との比較において相当程度実現させた優れたものである。
【０００７】
しかしながら、上記公報に開示された排煙処理方法では、乾式の電気集塵機を出て脱硫装置に導入される排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下(通常は３０〜５０ｍｇ／ｍ3Ｎ程度）に設定しており、排煙中に１００００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜２００００ｍｇ／ｍ3Ｎ程度存在する粉塵のほとんどを電気集塵機で捕集除去し、僅かに残った粉塵を脱硫装置の吸収塔で除去していた。このため乾式電気集塵機は、従前に比較して小型化できたといっても、未だ大型でコスト高なものであり、さらなる小型化及び低コスト化が要望されていた。
【０００８】
なお、電気集塵機において粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下に低減させるという従来の設定は、脱硫装置の吸収塔ではそれ程高い除塵性能が達成できず、最終的な粉塵濃度を１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下とするためには、電気集塵機においてほとんどの粉塵を除去する必要があるという従来の技術常識に基づくものであり、このような除塵負荷の分担は必ずしも最適なものではなかった。
【０００９】
また、脱硫装置で高い除塵性能が達成できたとしても、混合型脱硫装置の場合には、粉塵の混入による副生石膏の純度低下や、吸収剤である石灰石の活性低下の問題があり、このような問題点が考慮されて従来は電気集塵機の除塵負荷が極めて高いものとなっていた。
【００１０】
そこで本発明は、電気集塵機と脱硫装置の除塵負荷の分担を最適化し、電気集塵機のさらなる小型化及び低コスト化を実現し、脱硫装置の吸収塔において多量の粉塵を捕集した場合でも、粉塵を効果的に分離して粉塵による不具合（石膏純度低下、吸収剤活性低下）が回避できる排煙処理方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の排煙処理方法は、排煙を熱回収手段により８０℃乃至１１０℃に冷却した後、乾式電気集塵機に導入して排煙の粉塵濃度を低減させ、次いで湿式石灰石膏法の脱硫装置の吸収塔に導入して、カルシウム化合物を吸収剤として含有するスラリと接触させることにより、排煙の硫黄酸化物濃度及び粉塵濃度を低減させ、前記吸収塔からスラリを抜き出し、該スラリを石膏と粉塵に分離するようにした排煙処理方法において、前記乾式電気集塵機を出て前記吸収塔に導入される排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ乃至５００ｍｇ／ｍ3Ｎに設定し、前記吸収塔から抜き出した高濃度に粉塵を含むスラリを磁気式粉塵分離装置に送り、粉塵濃度が比較的高い粉塵スラリＤ２と、比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１とを排出し、該比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１を固液分離して、石膏を高濃度に含む固形分Ｅ２を抽出し、ろ液を粉塵スラリＤ３として、上記粉塵スラリＤ２と共に固液分離し、これによって、粉塵を高濃度で含む粉塵固形分Ｄ６を前記脱硫装置の系外に排出するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の排煙処理方法の一例を示す図である。この排煙処理システムでは、石炭焚ボイラ１から出る未処理排煙Ａ１を、まずエアヒータ２（熱回収手段）に導き、この排煙Ａ１の熱でボイラ１に供給される空気Ｂを加熱する。ここで、未処理排煙Ａ１は１２０℃〜１６０℃に冷却される。
【００１３】
次いで排煙Ａ１は、ノンリーク型ガスガスヒータの熱回収部３ａに導入されて熱回収され、８０℃〜１１０℃に冷却された後に乾式の電気集塵機４に導かれる。電気集塵機４では、排煙Ａ１中から相当量の粉塵が除去されて、粉塵濃度が１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎまで低減された排煙Ａ２が排出される。
【００１４】
電気集塵機４を出た排煙Ａ２は、混合型の脱硫装置５に導入され、主に亜硫酸ガスを吸収除去されるとともに、ここでも粉塵が捕集除去された後、処理後排煙Ａ３として排出される。
なお、本例のような高性能排煙処理システムを採用した石炭焚火力発電所の実機データ（吸収塔のタイプは充填塔）によれば、脱硫装置の吸収塔における除塵率は、実際には９７〜９８％程度と極めて高い。従って吸収塔の入口における排煙の粉塵濃度が１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎであっても、吸収塔出口の排煙の粉塵濃度は５ｍｇ／ｍ3Ｎ〜１０ｍｇ／ｍ3Ｎ程度とすることができる。
【００１５】
そして、脱硫装置５を出た排煙Ａ３は、ガスガスヒータの再加熱部３ｂにおいて排煙Ａ１から回収した熱により加熱され、大気放出に好ましい温度（９０℃〜１００℃）とされて図示省略した煙突より大気放出される。
【００１６】
次に図２は、本例の脱硫装置５の好ましい構成例を示す図である。この脱硫装置５は、電気集塵機４から排出された排煙Ａ２を、石灰石Ｃを吸収剤として含有するスラリに気液接触させることにより、排煙Ａ２から亜硫酸ガスを吸収するとともに、排煙Ａ２に残留した粉塵を補集する吸収塔１０を有する。
【００１７】
この場合の吸収塔１０は、下部に設けられた排煙導入部１１から導入された排煙Ａ２が、塔内を上向きに流れる途上で、塔内に複数平行配置されたスプレーパイプ１２の複数のノズルから上向きにかつ液柱状に噴射された吸収液と気液接触した後、上端部の排煙導出部１３から処理後排煙Ａ３として導出される向流式の液柱塔であり、小さなスペースで高い気液接触面積を実現し、高脱硫率及び高除塵率を実現する吸収塔である。なお、このような液柱塔は充填塔などに比較して特に除塵性能が高いことが分っている。
【００１８】
吸収塔１０の底部には、スラリが貯留されるタンク１４が形成され、このタンク１４内のスラリが循環ポンプ１５により吸上げられ、循環ライン１６を経由してスプレーパイプ１２に送り込まれるようになっている。なおタンク１４には、撹拌機１７を有するスラリ調整槽１８でスラリ化された石灰石Ｃ（微粉砕石灰石）が、ポンプ１９により適宜供給される。またタンク１４内には、タンク１４内のスラリを撹拌しつつ酸化用の空気を微細な気泡として吹込む手段（図示省略）が設けられており、タンク１４内で亜硫酸ガスを吸収したスラリと空気とが効率良く接触する構成となっている。
【００１９】
なお排煙導出部１３には、図示省略したミストエリミネータが設置され、気液接触により生じた排煙中の同伴ミストがここで捕集されることにより、脱硫後排煙Ａ３に亜硫酸ガスや粉塵等を含んだミストが多量に含まれて排出されないように構成されている。また、このミストエリミネータで捕集されたミスト（回収液）は、例えばこのミストエリミネータの下端から流れ落ちて直接タンク１４内に戻る構成となっている。
【００２０】
また運転中には、脱硫率と石膏純度とを高く維持すべく、ボイラ負荷（排煙Ａ２の流量）や、排煙Ａ２中の亜硫酸ガス濃度や、タンク１４内のスラリのｐＨや石灰石濃度等がセンサにより検出され、これら検出結果に基づいて図示省略した制御装置によりタンク１４への石灰石の供給量等が適宜調節される構成となっている。
また、例えば上記タンク１４やスラリ調整槽１８には、必要に応じて適宜補給水（工業用水等）が供給され、吸収塔１０における蒸発等により漸次減少するスラリの水分が補われる構成となっている。
【００２１】
そして本例の脱硫装置５は、タンク１４のスラリから石膏及び粉塵の固形分をそれぞれ互に分離して抽出するとともに、不純物の蓄積防止のための排水を行う周辺設備として、図２に示す各種設備（簡易セトラー２１、磁気式粉塵分離装置２２、遠心分離機２３、一次シックナ２４、撹拌槽２５、二次シックナ２６）を備えている。
【００２２】
このうち簡易セトラー２１は、石膏と粉塵の粒径及び比重の違いに基づく重力沈降分離を行って、タンク１４内から粉塵をより高濃度に含有する粉塵スラリＤ１を分離して抜き出すためのもので、タンク１４のスラリ液面下に配置されて、下端が開口する筒状体よりなる。そして、この筒状体の上部はポンプ２７の吸込側に接続され、この筒状体を経由してタンク１４内のスラリが粉塵スラリＤ１として抜き出される構成となっている。なお筒状体の内径寸法等は、この筒状体内の流速が大径な石膏粒子の沈降速度よりも遅く、小径な粉塵粒子の沈降速度よりも早くなり、上記重力沈降分離が安定的に実現されるように設定されている。
【００２３】
磁気式粉塵分離装置２２は、特願平３−３１０６１７号（特開平５−５７１４２号）により出願人が提案した装置で、タンク１４の側面から抜き出されたスラリを隘路部に導く縮小路部と、この縮小路部に続く隘路部と、この隘路部の外側に近接して設けられ隘路部を通過するスラリに磁力を及ぼす電磁石と、隘路部に続く拡大流路部と、この拡大流路部を電磁石側と反対側の二つの通路に区分するための分離板と、前記二つの通路からスラリを別々に抜き出す抜出し口とを備えたものである。
【００２４】
スラリ中に捕集された粉塵を構成するフライアッシュなどには、磁性の強い酸化鉄が成分として含まれているため、スラリ中の粉塵の多くは上記隘路部において電磁石側に移動し、上記電磁石側の抜出し口からは比較的粉塵濃度が高い粉塵スラリＤ２が排出され、上記反対側の抜出し口からは逆に比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１が排出される。そして、この場合粉塵スラリＤ２は、ポンプ２８によって前述の粉塵スラリＤ１とともに一次シックナ２４に送られる。一方石膏スラリＥ１は、ポンプ２９によって遠心分離機２３に送られ、固液分離処理されて石膏を高濃度に含む固形分Ｅ２が抽出される構成となっている。
【００２５】
ここで遠心分離機２３は、単にスラリ中の固形分を分離するだけでなく、粒径の大きな石膏固形分をより固層側に分離する作用があり、逆にこの遠心分離機２３から排出されるろ液中に残留する固形分としては、粒径の小さな粉塵がより高濃度に含まれることになる。このため、この遠心分離機２３からのろ液も本発明の粉塵スラリに相当し、以下粉塵スラリＤ３と呼ぶこととする。なお、この粉塵スラリＤ３は、この場合前述の粉塵スラリＤ１，Ｄ２とともに一次シックナ２４に送られ、固液分離処理される。
【００２６】
一次シックナ２４は、沈殿濃縮を行う一般的な連続シックナで、上部の溢流部から排出される清澄液は排水Ｆとして処理され、底部から排出される濃縮スラリ（固形分）は粉塵スラリＤ４として撹拌槽２５に送られる。
なおこの一次シックナ２４でも、粒径の小さな粉塵が清澄液側（排水Ｆ側）に比較的多く混入するため、粒径の大きな石膏固形分をより固層側に分離する作用がある。
【００２７】
ここで排水Ｆは、従来の脱硫排水と同様に、排煙中からスラリに吸収された塩素などの溶解性不純物を系外に排出すべく、少なくともその一部が例えば排水処理されて放流される。なお、この排水Ｆの一部は、スラリ調整槽１８や吸収塔タンク１４に供給する補給水として再利用するようにしてもよい。
【００２８】
撹拌槽２５は、撹拌機２５ａを有し、供給された粉塵スラリＤ４と工業用水Ｇ（液分）とを所定時間滞留させつつ撹拌し、粉塵スラリＤ４中に存在していた石膏固形分を全て液相中に溶解させるものである。なお発明者らの研究によれば、粉塵スラリＤ４を５〜６倍希釈する程度の工業用水Ｇを加えて、２時間程度以下の滞留で撹拌すれば、スラリ中の全ての石膏固形分が溶解し、溶解度の低い粉塵のみが固形分として残留することが分っている。
【００２９】
また二次シックナ２６は、撹拌槽２５で希釈され石膏溶解処理が施された粉塵スラリＤ５を固液分離処理する連続シックナで、底部から排出される濃縮スラリ（固形分）は粉塵固形分Ｄ６として、脱硫装置の系外に排出すべく処理される。また、この二次シックナ２６から排出された清澄液Ｈ（液分）は、この場合調整槽１８に送られて、吸収剤である石灰石Ｃをスラリ化する水分（又はその一部）として再利用される。
【００３０】
ここで粉塵固形分Ｄ６は、フライアッシュを主体とする排煙中の粉塵を高濃度に含むものであり、例えば固化処理されて廃棄されるか、或いはセメント原料として利用される。また清澄液Ｈは、吸収塔タンク１４に直接戻して、スラリを構成する液分として循環使用される構成としてもよい。
【００３１】
次に、上述した脱硫装置の動作、及びこの脱硫装置を含む排煙処理システムで実施される本発明の排煙処理方法の要部について説明する。
本例では、乾式電気集塵機４において、排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎに低減し、残りの粉塵を脱硫装置５の吸収塔１０において捕集して粉塵濃度の最終目標値１０ｍｇ／ｍ3Ｎ以下を達成している。
【００３２】
すなわち脱硫装置では、循環ポンプ１５により吸収塔１０内のスプレーパイプ１２に供給されたスラリは、スプレーパイプ１２の各ノズルから上方へ噴射され、上方に噴き上げられたスラリは、頂部で分散し次いで下降し、下降するスラリと噴き上げたスラリとが相互に衝突して微細な粒子状になり、微細な粒子状になったスラリが次々に生じるようになり、粒子状のスラリは塔内に分散して存在するようになる。
【００３３】
こうして、亜硫酸ガスや粉塵等を含む未処理排煙Ａ２が粒子状の吸収液が流下する塔内を逆に上向きに流れるため、体積当たりの気液接触面積が大きくなる。また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙とは効果的に混合され、亜硫酸ガスの吸収反応や粉塵の捕集が効果的に行われて、吸収塔１０においてほとんどの亜硫酸ガスや残留した粉塵が除去される。
【００３４】
ヘッダーパイプ１２から噴射され亜硫酸ガスや粉塵を取込みつつ流下するスラリは、タンク１４の液面上に落下した後、タンク１４内に吹込まれた微細空気により強制酸化され、吸収した亜硫酸ガスが全量酸化された後、石灰石と中和反応を起こして石膏を高濃度に含むスラリとなる。
【００３５】
なお、本例の排煙処理システムでは、上述の如く吸収塔１０において従来よりも多量の粉塵を捕集する構成であるため、従来のようにタンク１４内のスラリを単に抜き出して固液分離処理し、そのろ液の一部を脱硫排水として脱硫装置の系外に排出するだけでは、定常状態でのタンク１４内のスラリ中には従来よりも多量の粉塵が含まれるようになるため、従来と同程度以上の高純度な石膏は得られない。
【００３６】
ところが本例の脱硫装置５では、前述した磁気式粉塵分離装置２２の作用により、吸収塔１０のスラリから粉塵と分離されてより高濃度に石膏を含む石膏スラリＥ１が抜き出され、この石膏スラリＥ１が遠心分離機２３によって固液分離されることにより、副生石膏としての固形分Ｅ２が採取される。
【００３７】
また同時に、簡易セトラー２１と磁気式粉塵分離装置２２、及び遠心分離機２３の作用により、吸収塔１０のスラリからは、石膏と分離されてより高濃度に粉塵を含む粉塵スラリＤ１，Ｄ２，Ｄ３が抜き出され、これら粉塵スラリ中の固形分が最終的に二次シックナ２６による固液分離処理で抽出され、粉塵固形分Ｄ６として、脱硫装置５の系外に排出される。
【００３８】
しかも上記粉塵スラリは、一旦一次シックナ２４で固液分離処理（濃縮処理）されて、液分の一部を排水Ｆとして除去された後、撹拌槽２５において液分（工業用水Ｇ）を加えられて所定時間撹拌されることにより、石膏固形分の全てが液相中に強制的に溶解させられ、粉塵のみを固形分として含む粉塵スラリＤ５として二次シックナ２６に送られる。このため、粉塵固形分Ｄ６は石膏をほとんど含有しない固形分となり、また、粉塵スラリＤ１，Ｄ２，Ｄ３に僅かに混入していた石膏は、ほとんどが系外に排出されずに清澄液Ｈに溶解した状態で吸収塔タンク１４に戻されることになる。
【００３９】
つまり本例の脱硫装置では、簡易セトラー２１や磁気式粉塵分離装置２２を経由して吸収塔タンク１４から大量かつ連続的に抜出したスラリから、ほとんど粉塵のみからなる固形分や液分のみを抽出して系外に排出している。このため、吸収塔においてスラリ中に比較的多量に粉塵が取込まれても、吸収塔のスラリの定常的な粉塵濃度は、従来と同程度以上に低く維持できる。しかもこの場合には、副生石膏としての固形分Ｅ２は、吸収塔タンク１４内のスラリよりも高濃度に石膏を含有する石膏スラリＥ１を固液分離することで採取しているため、極めて石膏純度が高いものとなる。
【００４０】
したがって、本例の排煙処理方法によれば、以下のような優れた効果が奏される。
（１）まず、脱硫装置５の除塵性能が十分に活かされて、全体として高い除塵性能を達成しつつ、電気集塵機４のさらなる小型化及び低コスト化が実現できる。すなわち、電気集塵機４の出口排煙の粉塵濃度が従来の１００ｍｇ／ｍ3Ｎ以下から１００ｍｇ／ｍ3Ｎ〜５００ｍｇ／ｍ3Ｎに上方修正され、電気集塵機４の負荷が格段に低減されているため、発明者らの試算によれば、高価な電気集塵機の集塵面積が３０％程度も低減でき、大幅なコストが削減できる。
【００４１】
（２）しかも、混合型の脱硫装置５で従来よりも多量に粉塵を捕集する構成でありながら、前述の如く高純度の石膏Ｅ２が回収できる。
（３）また、吸収塔のスラリ中の粉塵濃度が低く維持できるため、このスラリ中の石灰石の活性低下が抑制できる。
【００４２】
なお本例の場合には、脱硫装置の構成として従来にない周辺設備（簡易セトラー２１、磁気式粉塵分離装置２２、撹拌槽２５など）が必要になるが、発明者らの試算によると、これら設備の設置による設備コストの増分は、電気集塵機のコスト低減分の１／５程度と比較的少ない。
【００４３】
吸収塔の形式については、液柱式吸収塔に限られず、スプレー塔、グリッド充填塔、ガス分散式吸収塔といった各種形式にも適用可能であることはいうまでもない。但し前述したように、液柱式吸収塔は特に除塵性能が優れているので、要求される処理後排煙中の粉塵濃度が特に低い場合には、液柱式を採用するのが好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、電気集塵機と脱硫装置の除塵負荷の分担を最適化し、電気集塵機のさらなる小型化及び低コスト化を実現し、脱硫装置の吸収塔において多量の粉塵を捕集した場合でも、粉塵を効果的に分離して粉塵による不具合（石膏純度低下、吸収剤活性低下）が回避できる排煙処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である排煙処理方法及びそれを実施するための設備構成を示す図である。
【図２】上記設備構成における脱硫装置の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 石炭焚きボイラ
２ エアヒータ（熱回収手段）
３ａ ガスガスヒータの熱回収部（熱回収手段）
４ 乾式電気集塵機
５ 脱硫装置
１０ 吸収塔
１４ タンク
２１ 簡易セトラー
２２ 磁気式粉塵分離装置
２３ 遠心分離機
２４ 一次シックナ
２５ 撹拌槽
２６ 二次シックナ
Ａ１ 未処理排煙
Ａ２ 排煙（電気集塵機を出て吸収塔に導入される排煙）
Ａ３ 処理後排煙
Ｃ 石灰石
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 粉塵スラリ
Ｄ６ 粉塵固形分（粉塵を高濃度に含有する固形分）
Ｅ１ 石膏スラリ
Ｅ２ 石膏固形分
Ｆ 排水
Ｇ 工業用水（液分）
Claims (1)
- 排煙を熱回収手段により８０℃乃至１１０℃に冷却した後、乾式電気集塵機に導入して排煙の粉塵濃度を低減させ、次いで湿式石灰石膏法の脱硫装置の吸収塔に導入して、カルシウム化合物を吸収剤として含有するスラリと接触させることにより、排煙の硫黄酸化物濃度及び粉塵濃度を低減させ、前記吸収塔からスラリを抜き出し、該スラリを石膏と粉塵に分離するようにした排煙処理方法において、
前記乾式電気集塵機を出て前記吸収塔に導入される排煙の粉塵濃度を１００ｍｇ／ｍ3Ｎ乃至５００ｍｇ／ｍ3Ｎに設定し、
前記吸収塔から抜き出した高濃度に粉塵を含むスラリを磁気式粉塵分離装置に送り、粉塵濃度が比較的高い粉塵スラリＤ２と、比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１とを排出し、
該比較的石膏濃度が高い石膏スラリＥ１を固液分離して、石膏を高濃度に含む固形分Ｅ２を抽出し、ろ液を粉塵スラリＤ３として、上記粉塵スラリＤ２と共に固液分離し、
これによって、粉塵を高濃度で含む粉塵固形分Ｄ６を前記脱硫装置の系外に排出するようにしたことを特徴とする排煙処理方法。
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