JP3861047B2 - 排ガス清浄装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
本発明は燃料として微粉固体燃料を使用する燃焼炉を有する発電用、工場用等のボイラあるいは焼却炉等の排ガス清浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
微粉固体燃料は、ボイラの火炉あるいは焼却炉での燃焼により燃焼排ガスとなり、その保有熱量を有効活用された後、燃焼排ガスとして排ガス清浄装置へ送り込まれ、清浄化されたあと大気放出される。
【0003】
前記微粉固体燃料の代表として石炭粉を例にとると、石炭は主として固定炭素、揮発分、水分、灰分からなり硫黄分を含む。しかも近年の石炭は、硫黄分の含有量が高い傾向にある。
【0004】
前記石炭の燃焼によって発生した燃焼排ガスは、含有灰分によって構成される飛灰微粒子の他、N2、CO2、O2、H2O、SOx、NOx、COなどの気体成分を含んでいる。このような燃焼排ガスを大気放出するにあたっては、灰分などの固体成分、SOx、NOx、などの環境上有害となる気体成分物質の除去が必要である。本発明はこのうちの特にSOxの除去に着目して発明したものである。
【0005】
煙道を通して送られてきた燃焼排ガスを、排ガス系統末端の煙突から大気放出される前に通過させるべき排ガス清浄装置は、従来排ガスが含む微粒飛灰など固体微粒子を捕捉する脱塵装置と前記有害ガス成分を除去する除害装置(脱硫装置など)とを、別々に直列に設置して目的を果たしていた。
【0006】
図4は従来より使用されている燃焼排ガスの微粒飛灰など固体成分を捕捉する脱塵装置の一つのタイプの概念図である。図4(1)はその正面図で、(2)はその平面図である。煙道(14)から送られてきた燃焼排ガス(05)は電気集塵装置(01)に入り、該電気集塵装置において含有灰の大部分(90%)が補集される。補集された灰は一次捕集灰(10a)として一次捕集灰貯槽(08)へ貯蔵された後、一次捕集灰排出機(08a)によって系外に排出される。
【0007】
電気集塵装置(01)において一次捕集灰(10a)を除去された燃焼排ガス(05)は、一次除塵排ガス(06)としてバグフィルタ(02)へ送り込まれる。バグフィルタ(02)内には複数の濾布筒(03)と、図示されていない該濾過布用逆洗装置が内装されている。捕集された二次捕集灰(10b)は、二次捕集灰貯槽(09)に貯蔵された後、二次捕集灰排出機(09a)によって系外に排出される。前記バグフィルタ(02)で除塵された一時除塵排ガスは、例えば後段の独立した不図示の脱硫装置へ導き、脱硫しなければならない。脱硫後の清浄化された排ガスは煙突(不図示)から大気放出する。
【0008】
また、除塵器の前後に脱硫を促進する手段を配置した例は開示されている(例えば特開平7−110109号公報(特許文献1)参照)。該先行例では、ボイラ内に脱硫剤を投入して1次脱硫を行うが、更なる脱硫手段ととして煙道において、除塵器前で水噴霧を行い、除塵器後で前記水噴霧で出る排水をスプレードライヤにて噴霧するというものである。
【0009】
【特許文献1】
特開平7−110109号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来技術においては、装置規模が大掛りとなり、設備投資費用、運転費用が嵩んでしまう。また、簡便化を図ろうとして、煙道や炉内に直接、例えば石灰など脱硫目的の薬剤を吹き込む方法も行われたが、脱塵前の排ガスの塵埃が増加して脱塵部の負荷を増大させたり、脱硫反応条件の適切な設定が困難で薬剤の反応率が低く、従って効率的な脱硫が行われず脱硫率が低いものとなった。
【0011】
また、前記したような本脱塵装置の前段で煙道若しくは炉内に脱硫剤を吹き込む方法では脱硫率がせいぜい50〜60%程度であり、そのままでは排ガスを大気放出できない。
【0012】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、脱塵と脱硫の複数機能を一体的に備えた、脱硫率の高く、脱硫剤の利用率(反応率)の高いコンパクトな排ガス清浄装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガス清浄化装置は、微粉固体燃料を燃料として使用するボイラで発生した燃焼排ガスを通気し、大気放出するための排ガス清浄装置において、被処理燃焼排ガスを排出する煙道に接続配置された飛灰を除去するための電気集塵部と、脱硫空間を通過して脱硫された排ガス中の脱硫空間反応物と未反応消石灰と排ガス中の残存塵とを含む微粒子を濾過する濾過部との間に、該電気集塵部を通過して脱塵された排ガス中のSOxを消石灰にて除去する脱硫空間を有し、前記脱硫空間は、ガス流に沿う方向に複数配設された隔壁により複数の接触室が区画形成され、前記各接触室には消石灰を含むスラリを噴射する少なくとも一つの噴射ノズルを備える噴射機構が設けられたことを特徴とする。
【0014】
即ち、ここでは電気集塵装置(電気集塵部)とバグフィルタ(濾過部)を備えた前記脱塵装置の中間に脱硫空間を組み込んだ構成としたことが第一の特徴であり、更に、脱硫空間では水蒸気圧の高い状態で消石灰と亜硫酸ガスを接触・反応させる条件を形成させるようにして、更に脱硫部に脱硫剤が均一に行き渡るようにして脱硫率(反応率)を高めたところが第二の特徴である。この第二の特徴を具現するには、消石灰をスラリで噴霧したり、消石灰を粉体で噴霧する場合には、別途水を噴霧したりすることが好ましいが、本発明の最も重視する着眼点は、脱硫剤と排ガス即ち気液若しくは気固の理想的な混合状態に近い状態を実現するところにある。電気集塵器直後の気流は電気集塵器に集塵されている微粒子がその流路を塞ぐので、縦方向にも横方向にもかなり速度の乱れがある。そこで、単純に脱硫剤を噴霧しても、排ガスと均一に混合され、均等な脱硫反応に与ることが難しい。そこで、本発明ではガス流に沿う方向に複数配設された隔壁で区切った接触室を設け、脱硫空間のどの部分にも機会が与えられるようにしたところに特徴がある。
【0016】
更に、脱硫剤と排ガスの理想的な混合状態に近い状態とするためには、本発明の排ガス清浄装置では、前記接触室の排ガス流方向の少なくとも一部が狭く絞られている、絞り部を有することを特徴とする。
【0017】
更に、本発明の排ガス清浄装置は、前記接触室の排ガス流方向の少なくとも下流側が拡大されている事を特徴とする。
【0018】
そして、脱硫剤を該狭く絞られた部分即ちガス流のもっとも流速の大きな部分に注入することが好ましく、これにより気液の混合が効率よくおこなわれる。
【0019】
即ち、更に本発明では、前記接触室に噴射するノズルが、前記絞り部、若しくは絞り部付近の上流側に位置していることを特徴とする。
【0020】
更に、本発明の排ガス清浄装置は、前記接触室に噴射するノズルが、前記絞り部付近を環状に取り巻くヘッダの接触室内部に向けて穿孔された複数孔を有し、前記スラリが接触室中央に向けて噴射可能としたことを特徴とする。
【0021】
また、前記のように脱硫剤と排ガスの接触効率を良好にする手段を施しても、脱硫剤ワンパスの反応率には限度があることから、消石灰など脱硫剤を有効に利用するためには、ワンパスした脱硫剤を回収再循環して反応率をあげることが好ましい。よって、本発明の更に付け加えられる特徴は、前記濾過部に濾材で濾過された未反応消石灰を含む濾過微粒子スラリを、濾材下部で受けて回収し、該回収スラリの一部を前記噴射機構へ導き循環使用する循環機構を有することである。
【0022】
そして、前記循環機構により噴射機構に循環される循環回収スラリは新規消石灰スラリと噴射機構に噴射ノズルヘッダを設けて噴射前に混合する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。但し本実施の形態に記載される製品の寸法、形状、材質、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【0024】
(実施例1)
図1は本発明の排ガス清浄装置の実施例1における概念図である。本例では濾過部(02)にはバッグフィルタを、濾材として濾布筒(03)を用いた。図1において、石炭の燃焼によって発生した燃焼排ガス(05)は煙道(14)を通して電気集塵部(01)に送り込まれ、含有灰の大部分(約90%以上)が電気集塵機で捕集された後、一次除塵排ガス(06)として脱硫空間(04)から濾過部(02)へ送り込まれる。
【0025】
電気集塵部(01)では、電気集塵機で捕集された一次捕集灰(10a)が、一次捕集灰貯槽(08)へ貯蔵された後、一次捕集灰排出機(08a)によって系外に排出される。
【0026】
電気集塵部(01)と濾過部(02)を連絡する脱硫空間(04)には、複数の消石灰スラリ噴射ノズル(112)が設けられている。該消石灰スラリ噴射ノズル(112)は、二流体噴射方式のノズルで、消石灰スラリA(118A)と噴射媒体を同時に送り込んで噴射するもので、該消石灰スラリA(118A)を微粒化して一次除塵ガス(06)中へ吹き込み、拡散混合の促進をはかる。不図示の消石灰スラリ供給設備から消石灰スラリA供給ポンプ(119A)を介して配管された消石灰スラリA供給ライン(117A)が配管され、その末端には噴射ノズルヘッダ(111)が設けられている。
【0027】
脱硫空間(04)は隔壁(125)によって縦方向に区画されており、各区画された接触室には、前記噴射ノズルヘッダ(111)から分岐装着された消石灰スラリ噴射ノズル(112)を少なくとも一つ有している。
【0028】
濾過部(02)下部に設けられた二次補集灰槽(09)の下側には再循環スラリ貯槽(113)が設けられ、該貯槽(113)には不図示の消石灰スラリ供給設備から消石灰スラリB供給ライン(117B)が消石灰スラリB供給ポンプ(119B)を介して配管されている。また前記再循環スラリ貯槽(113)には廃スラリライン(120)が設けられ、廃スラリ排出ポンプ(122)によって不要になった廃スラリ(121)の排出を行う。
【0029】
不図示の消石灰スラリ供給設備から消石灰スラリA供給ライン(117A)を通して送り込まれてきた消石灰スラリA(118A)は、消石灰スラリA供給ポンプ(119A)によって圧送され、噴射ノズルヘッダ(111)に達する。噴射ノズルヘッダ(111)へ達した消石灰スラリA(118A)は、噴射ノズルヘッダ(111)から分岐された複数の消石灰スラリ噴射ノズル(112)へ送り込まれるが、消石灰スラリ噴射ノズル(112)には別途不図示の噴射媒体供給設備から噴射媒体も送り込まれ、消石灰スラリ噴射ノズル(112)から同時に噴射される。この噴射で消石灰スラリA(118A)は微粒化され、噴霧微粒群として一次除塵排ガス(06)中へ吹き込まれる。
【0030】
消石灰スラリA(118A)の吹き込みにより一次除塵排ガス(06)中のSO2(SOxの大部分はSO2)は、消石灰スラリA(118A)との反応により亜硫酸カルシウムとして除去される。
【0031】
脱硫された一次除塵ガス(06)は、濾過部(02)に内蔵された濾材(03)を通って濾過部(02)から脱塵脱硫排ガス(07)として排出される。濾過部(02)出口部にはSOx検出器(123)が設置されていて常時SOx発生量の測定を行う。
【0032】
脱硫空間(04)内の一次除塵排ガス(06)中に吹き込まれた消石灰スラリA(118A)は、未反応分が一次除塵排ガス(06)の残存灰と共に濾材(03)で捕集され、不図示の逆洗装置の作動と協調して再循環スラリ貯槽(113)に貯蔵される。
【0033】
吹き込まれた消石灰スラリA(118A)が濾材(03)によって捕集され、再循環スラリ貯槽(113)に所定量貯蔵されたら、消石灰スラリAライン(117A)からの消石灰スラリA(118A)の供給を停止して再循環スラリポンプ(114)を起動し、再循環スラリ(116)を、再循環スラリライン(115)を介して噴射ノズルヘッダ(111)へ送り込み消石灰スラリ噴射ノズル(112)から一次除塵排ガス(06)中へ吹き込む。
【0034】
再循環スラリ(116)吹き込み中は、濾過部(02)出口部に設置されているSOx検出器(123)によって検出した脱塵脱硫排ガス(07)中のSOx量が増加の傾向にあるときは消石灰スラリB供給ポンプ(119B)を起動して不図示の消石灰スラリ供給設備から消石灰スラリB供給ライン(117B)を通して消石灰スラリB(118B)を再循環スラリ貯槽へ供給し、再循環スラリ(116)の濃度を調整する。
【0035】
消石灰スラリA(118A)、B(118B)の吹き込みは、前記した通り吹き込み部温度とその湿度から計算される露点との差が小さいほど脱硫率は高くなるが、濾過部(02)では露点以下に温度が下がると結露して濾材の目詰まりにつながるので、濾過部(02)入口の一次除塵排ガス温度を濾過部(バグフィルタ)入口温度検出器(138)で測定し、該温度を露点以上になるように、水分供給を調節する。
【0036】
また、再循環スラリ貯槽(113)内のスラリのレベルはスラリレベル検出器(124)により廃スラリ排出ポンプ(122)を稼働して常時一定レベルに保持する。
【0037】
(実施例2)
図2は本発明の排ガス清浄装置の実施例2における概念図である。本例では実施例1の脱硫空間の隔壁(125)により接触室(129)の中央部より前流付近を絞って各室を混合ノズル(126)としたものである。その中に消石灰スラリ噴射ノズル(112)を装着して一次除塵ガス(06)と消石灰スラリA(118A)あるいは再循環スラリ(116)との混合を確実に行うようにしたものであり、その他の構成は実施例1と同様である。
【0038】
(実施例3)
図3は本発明の排ガス清浄装置の実施例3における概念図である。本例では実施例1の脱硫空間の隔壁による接触室の中央部より前流付近を絞って各室を混合ノズル(126)とし、該絞られた部分付近にA、A’矢視で示すように環状ヘッダ(127)を外側にまき付け、該環状ヘッダ(127)に混合ノズル(126)に通ずる消石灰スラリ噴出孔(128)を複数設け、一次除塵ガス(06)と消石灰スラリA(118A)あるいは再循環スラリ(116)との混合を確実に行うようにしたものである。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により脱塵と脱硫の複数機能を一体的に備えた、脱硫率の高く、脱硫剤の利用率(反応率)の高いコンパクトな排ガス清浄装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の排ガス清浄装置の実施例1における概念図
【図2】 本発明の排ガス清浄装置の実施例2における概念図
【図3】 本発明の排ガス清浄装置の実施例3における概念図
【図4】 従来の排ガス清浄装置のうち、脱塵装置の一例を示す概念図
【符号の説明】
(01) 電気集塵部若しくは装置
(02) 濾過部若しくはバグフィルタ
(03) 濾材若しくは濾布筒
(04) 脱硫空間
(05) 燃焼排ガス
(06) 一次除塵排ガス
(07) 脱塵脱硫排ガス
(08) 一次捕集灰貯槽
(08a) 一次捕集灰排出機
(09) 二次捕集灰貯槽
(10a) 一次捕集灰
(10b) 二次捕集灰
(111) 噴射ノズルヘッダ
(112) 消石灰スラリ噴射ノズル
(113) 再循環スラリ貯槽
(114) 再循環スラリポンプ
(115) 再循環スラリライン
(116) 再循環スラリ
(117A) 消石灰スラリA供給ライン
(118A) 消石灰スラリA
(119A) 消石灰スラリA供給ポンプ
(117B) 消石灰スラリB供給ライン(再循環スラリ濃度調整用)
(118B) 消石灰スラリB(再循環スラリ濃度調整用)
(119B) 消石灰スラリB供給ポンプ(再循環スラリ濃度調整用)
(120) 廃スラリライン
(121) 廃スラリ
(122) 廃スラリ排出ポンプ
(123) SOx検出器
(124) スラリレベル検出器
(125) 隔壁
(126) 混合ノズル
(127) 環状ヘッダ
(128) スラリ噴出孔
(129) 接触室
Claims (7)
- 微粉固体燃料を燃料として使用するボイラで発生した燃焼排ガスを通気し、大気放出するための排ガス清浄装置において、
被処理燃焼排ガスを排出する煙道に接続配置された飛灰を除去するための電気集塵部と、脱硫空間を通過して脱硫された排ガス中の脱硫空間反応物と未反応消石灰と排ガス中の残存塵とを含む微粒子を濾過する濾過部との間に、該電気集塵部を通過して脱塵された排ガス中のSOxを消石灰にて除去する脱硫空間を有し、
前記脱硫空間は、ガス流に沿う方向に複数配設された隔壁により複数の接触室が区画形成され、前記各接触室には消石灰を含むスラリを噴射する少なくとも一つの噴射ノズルを備える噴射機構が設けられたことを特徴とする排ガス清浄装置。 - 前記接触室は、排ガス流方向の少なくとも一部が絞られている絞り部を有することを特徴とする請求項1記載の排ガス清浄装置。
- 前記接触室の排ガス流方向の少なくとも下流側が拡大されていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかの項に記載の排ガス清浄装置。
- 前記接触室に設けられた噴射ノズルが、前記絞り部、若しくは絞り部付近の上流側に位置していることを特徴とする請求項2記載の排ガス清浄装置。
- 前記接触室に設けられた噴射ノズルが、前記絞り部付近を環状に取り巻くヘッダの接触室内部に向けて穿孔された複数孔を有し、前記スラリが接触室中央に向けて噴射可能としたことを特徴とすることを特徴とする請求項2記載の排ガス清浄装置。
- 前記濾過部には濾材で濾過された未反応消石灰を含む濾過微粒子スラリを、濾材下部で受けて回収し、該回収スラリの一部を前記噴射機構へ導き循環使用する循環機構を有することを特徴とする請求項1記載の排ガス清浄装置。
- 前記回収スラリと新規消石灰スラリとが混合される噴射ノズルヘッダを前記噴射機構に有していることを特徴とする請求項6記載の排ガス清浄装置。
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