JP5047032B2

JP5047032B2 - 排ガス脱硫方法、排ガス脱硫装置及びこの装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP5047032B2
Application number: JP2008088978A
Authority: JP
Inventors: 慶太香川; 晃一湯浅
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009240881A

Description

本発明は、火力発電所等から排出される排出ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する排ガス脱硫方法、排ガス脱硫装置及びこの装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関する。

火力発電所、特に石炭火力発電所の燃焼排ガス中には硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）が含まれている。通常、その設備中にスプレー式の脱硫装置を設け、ＳＯ_ｘ濃度を下げるように処理して煙突から排出している。環境規制値等の観点からは５０ｐｐｍ以下程度までＳＯ_ｘ濃度を低下させてから大気へ放出していた。

排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１の特開平６−１６５９１２号公報「高性能排煙脱硫方法」に示すように、硫黄酸化物を含む燃焼排ガスを、空気の微細気泡を発生する吸収液の液溜を有する第１脱硫工程に導き、Ｃａ化合物を吸収剤とする吸収液で、排ガス中の硫黄酸化物の大部分を除去した後、空気の微細気泡を発生する吸収液の液溜を有し、かつ湿式電気集塵板付スプレー塔である第２脱硫工程に排ガスを導き、アルカリ金属（但し、アンモニアを含む）化合物を吸収剤とする吸収液で排ガス中の硫黄酸化物の残部を除去するとともに、第２脱硫工程から抜き出した硫黄酸化物を吸収した吸収液を第１脱硫工程へ送液し、第１吸収工程の吸収液がＣａ化合物とアルカリ金属化合物を含むようにする高性能排煙脱硫方法が提案されている。
特開平６−１６５９１２号公報

発電所の排ガスのＳＯ_ｘ濃度が５０ｐｐｍ以下程度であれば、これを大気に放出していた。しかし、排ガスに含まれるＣＯ_２等を他に使用する場合は、このＳＯ_ｘが原因で他の機器を腐食させるという問題を有していた。例えば、排ガスを燃料電池に酸化ガスとして供給すると、この燃料電池の耐用年数が極端に短縮するおそれがあった。

また、スプレー式の脱硫装置は、大容量の排ガスを処理するときには適しているが、その排ガスを再度利用できる程度にＳＯ_ｘ濃度を低下させるものではなかった。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ボイラから排出される排ガス中に含有する硫黄酸化物を効率良く脱硫することで、排ガス中のＳＯ_ｘ濃度を低下させ、排ガス中のＣＯ_２ガスを燃料電池、その他に再利用することができる排ガス脱硫方法、排ガス脱硫装置及びこの装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを提供することにある。

本発明の脱硫方法は、火力発電所のボイラから排出される排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を、石灰石スラリー（Ｌ）で除去する排ガス脱硫方法であって、前記石灰石スラリー（Ｌ）を排ガス（ｅ）との接触時間が長くなるように、縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）に貯留し、先ず、排ガス（ｅ）との反応の促進するために、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を、循環ポンプ（３）で混合すると共に、該石灰石スラリー（Ｌ）を、冷却器（１）に冷却用ポンプ（４）で通過させて冷却し、次に、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を、ガス入り側ポンプ（５）を用いて排ガス（ｅ）と予混合し、この予混合した排ガス（ｅ）を前記石灰石スラリータンク（２）に通過させて硫黄酸化物を除去し、最後に、硫黄酸化物を除去した排ガス（ｅ）を冷却器（１）に通過させて冷却する、ことを特徴とする。

本発明の脱硫装置は、火力発電所のボイラから排出された排ガス（ｅ）を冷却する、該ボイラの下流に配置した冷却器（１）と、前記冷却器（１）の下流に配置した、該冷却器（１）により冷却した排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を除去する石灰石スラリー（Ｌ）を、貯留する縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を混合する循環ポンプ（３）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を冷却器（１）に通過させて冷却する冷却用ポンプ（４）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）と冷却された排ガス（ｅ）とを予混合するガス入り側ポンプ（５）と、前記石灰石スラリータンク（２）で脱硫した排ガス（ｅ）を更に冷却する、該石灰石スラリータンク（２）の下流に配置した冷却器（１）と、を備えた、ことを特徴とする。

本発明の燃料電池発電システムは、火力発電所のボイラから排出された排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を除去する石灰石スラリー（Ｌ）を貯留する縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）と、前記石灰石スラリータンク（２）の上流に配置した、排ガス（ｅ）を冷却する冷却器（１）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を混合する循環ポンプ（３）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を冷却器（１）に通過させて冷却する冷却用ポンプ（４）と、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）と前記排ガス（ｅ）とを予混合し、該石灰石スラリータンク（２）に供給するガス入り側ポンプ（５）と、前記石灰石スラリータンク（２）の下流に配置した脱硫処理後の排ガス（ｅ）を冷却する冷却器（１）と、脱硫処理後の排ガス（ｅ）を冷却する該冷却器（１）の下流に、電極部材を腐食することがないように硫黄酸化物を除去した排ガス（ｅ）が供給される、電解質板をアノード（１１）とカソード（１２）で挟んだセルから成る溶融炭酸塩型燃料電池（１３）を備えた、ことを特徴とする。

上記構成の発明では、ボイラから排出された排ガス（ｅ）を、石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）に通過させて硫黄酸化物を除去するので排ガス（ｅ）中のＳＯｘ濃度を１ｐｐｍ以下にすることができる。特に、循環ポンプ（３）で混合すると共に、この石灰石スラリー（Ｌ）を冷却器（１）に冷却用ポンプ（４）で通過させて冷却した状態にして効率よく硫黄酸化物を除去することができる。また、排ガス（ｅ）と石灰石スラリー（Ｌ）とをガス入り側ポンプ（５）を用いて予混合し、この排ガス（ｅ）を石灰石スラリータンク（２）に供給することにより、更に脱硫反応を促進することができる。

石灰石スラリー（Ｌ）を貯留する石灰石スラリータンク（２）は、縦長形状に形成したので、排ガス（ｅ）と石灰石スラリー（Ｌ）との接触面積が、スプレー式の脱硫装置に比較して多大になり、その接触時間も長くすることができ、脱硫効率を高めることができる。そこで、脱硫処理した排ガス（ｅ）を他の目的にも使用することができ、例えばこのように処理した排ガス（ｅ）を二酸化炭素回収型燃料電池（１３）に供給しても、その燃料電池（１３）の寿命の短縮を抑制することができる。

本発明は、ボイラから排出される排ガス中に含有する硫黄酸化物を、石灰石スラリーで除去する排ガス脱硫技術である。このＳＯ_ｘ濃度が低い排ガスは、溶融炭酸塩型燃料電池に供給して発電するときにも利用する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は実施例１の排ガス脱硫装置を示す概略系統図である。
実施例１の排ガス脱硫装置は、火力発電所におけるボイラ等から排出された排ガスｅを冷却する冷却器１と、冷却した排ガスｅ中に含有する硫黄酸化物を除去するために石灰石スラリーＬを貯留した石灰石スラリータンク２とを備えた装置である。この石灰石スラリータンク２には、貯留した石灰石スラリーＬを混合する循環ポンプ３と、この石灰石スラリーＬを冷却器１に通過させて冷却するために循環する冷却用ポンプ４と、排ガスｅと石灰石スラリーＬとをガス入り側ポンプ５で予混合するアスピレイタとを備えている。

石灰石スラリータンク２では、石灰石スラリー（石灰石と水との混合液）Ｌに排ガスｅを通過させると、排ガスｅ中の硫黄酸化物と石灰が反応して石こうになる。そこで、この排ガスｅから硫黄酸化物を除去することができる。本発明の石灰石スラリーＬを貯留する石灰石スラリータンク２は、縦長形状に形成したので、排ガスｅと石灰石スラリーＬとの接触面積が、スプレー式の脱硫装置に比較して多大になり、その接触時間も長くすることができるので脱硫効率を高めるようになっている。

この石灰石スラリータンク２では、循環ポンプ３により貯留した石灰石スラリーＬを混合する。また、冷却器１と冷却用ポンプ４により、石灰石スラリーＬを冷却器１に通過させて冷却する。排ガスｅとの石灰石スラリーＬとの反応の促進を図っている。

アスピレイタでは、排ガスｅと石灰石スラリーＬとをガス入り側ポンプ５で予混合し、この排ガスｅを石灰石スラリータンク２に供給することにより脱硫反応を促進することができる。

図２は実施例２の排ガス脱硫装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを示す概略系統図である。
実施例２では、この排ガス脱硫装置を二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに備えた。上述したように本発明の排ガス脱硫装置は、ボイラ等から排出される排ガスｅ中に含有する硫黄酸化物を効率良く脱硫することで、排ガスｅ中のＳＯ_ｘ濃度を低下させることができる。ＳＯ_ｘ濃度を１ｐｐｍ以下に処理することができる。そこで、この排ガス脱硫装置における石灰石スラリータンク２の下流に、電解質板をアノード１１とカソード１２で挟んだセルから成る溶融炭酸塩型燃料電池１３を設けることができる。

実施例２の溶融炭酸塩型燃料電池１３では、排ガス脱硫装置によりＳＯ_ｘを処理した排ガスｅをそのカソード１２側に供給することにより，カソード１２の電極部材を腐食させることはない。そこで、その燃料電池１３の寿命の短縮を抑制することができる

なお、本発明は、ボイラから排出される排ガスｅ中に含有する硫黄酸化物を効率良く脱硫することで、排ガスｅ中の硫黄酸化物濃度を低下させ、排ガスｅ中のＣＯ_２ガスを溶融炭酸塩型燃料電池１３の他に再利用することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の排ガス脱硫方法、排ガス脱硫装置及びこの装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、火力発電所以外の設備から排出される排ガスに利用することができ、また処理後の排ガスも燃料電池以外にも再利用することができる。

実施例１の排ガス脱硫装置を示す概略系統図である。実施例２の排ガス脱硫装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを示す概略系統図である。

１冷却器
２石灰石スラリータンク
３循環ポンプ
４冷却用ポンプ
５ガス入り側ポンプ（アスピレイタ）
１１アノード
１２カソード
１３溶融炭酸塩型燃料電池
ｅ排ガス
Ｌ石灰石スラリー

Claims

火力発電所のボイラから排出される排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を、石灰石スラリー（Ｌ）で除去する排ガス脱硫方法であって、
前記石灰石スラリー（Ｌ）を排ガス（ｅ）との接触時間が長くなるように、縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）に貯留し、
先ず、排ガス（ｅ）との反応の促進するために、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を、循環ポンプ（３）で混合すると共に、該石灰石スラリー（Ｌ）を、冷却器（１）に冷却用ポンプ（４）で通過させて冷却し、
次に、前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を、ガス入り側ポンプ（５）を用いて排ガス（ｅ）と予混合し、この予混合した排ガス（ｅ）を前記石灰石スラリータンク（２）に通過させて硫黄酸化物を除去し、
最後に、硫黄酸化物を除去した排ガス（ｅ）を冷却器（１）に通過させて冷却する、ことを特徴とする排ガス脱硫方法。
火力発電所のボイラから排出された排ガス（ｅ）を冷却する、該ボイラの下流に配置した冷却器（１）と、
前記冷却器（１）の下流に配置した、該冷却器（１）により冷却した排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を除去する石灰石スラリー（Ｌ）を、貯留する縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を混合する循環ポンプ（３）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を冷却器（１）に通過させて冷却する冷却用ポンプ（４）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）と冷却された排ガス（ｅ）とを予混合するガス入り側ポンプ（５）と、
前記石灰石スラリータンク（２）で脱硫した排ガス（ｅ）を更に冷却する、該石灰石スラリータンク（２）の下流に配置した冷却器（１）と、を備えた、ことを特徴とする排ガス脱硫装置。
火力発電所のボイラから排出された排ガス（ｅ）中に含有する硫黄酸化物を除去する石灰石スラリー（Ｌ）を貯留する縦長形状に形成した石灰石スラリータンク（２）と、
前記石灰石スラリータンク（２）の上流に配置した、排ガス（ｅ）を冷却する冷却器（１）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を混合する循環ポンプ（３）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）を冷却器（１）に通過させて冷却する冷却用ポンプ（４）と、
前記石灰石スラリータンク（２）に貯留した石灰石スラリー（Ｌ）と前記排ガス（ｅ）とを予混合し、該石灰石スラリータンク（２）に供給するガス入り側ポンプ（５）と、
前記石灰石スラリータンク（２）の下流に配置した脱硫処理後の排ガス（ｅ）を冷却する冷却器（１）と、
脱硫処理後の排ガス（ｅ）を冷却する該冷却器（１）の下流に、電極部材を腐食することがないように硫黄酸化物を除去した排ガス（ｅ）が供給される、電解質板をアノード（１１）とカソード（１２）で挟んだセルから成る溶融炭酸塩型燃料電池（１３）を備えた、ことを特徴とする排ガス脱硫装置を具備した二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。