| 【発明の名称】 |
排煙脱硫装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】栗崎 隆
【住所又は居所】長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式会社長崎造船所内
【氏名】小林 敬古
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三菱重工業株式会社内
【氏名】安武 昭典
【住所又は居所】長崎県長崎市深堀町５丁目７１７番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内
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| 【要約】 |
【課題】排ガスに対する水分が過剰にならずに増湿冷却を実施することができる排煙脱硫装置とする。
【解決手段】脱硫塔４内に供給される排ガスの煙道７１に設けられ脱硫塔４内に至るまでに蒸発する状態のミストになるように水分を二流体ノズル７２から排ガスに混入することで排ガスを冷却する増湿冷却手段１６を備え、圧力損失がない状態で排ガスと水分との接触面積が多くすることができ、排ガスに対する水分が過剰にならずに増湿冷却を実施することができる排煙脱硫装置とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ活性炭素繊維層で形成される触媒層と、触媒層の上部に設けられ、触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙処理装置において、装置塔内あるいは装置塔内に供給される排ガスの煙道に設けられ、触媒層に至るまでに蒸発する状態のミストを排ガスに混入することで排ガスを冷却する増湿冷却手段を備えたことを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項２】 請求項１において、増湿冷却手段は、水分と空気を圧送させて噴出させる二流体ノズルであることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項３】 請求項２において、増湿冷却手段は、二流体ノズルが排ガスの流れ方向に複数設けられていることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項４】 請求項２において、増湿冷却手段は、二流体ノズルが排ガスの流れ方向に交差する方向に複数設けられていることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項５】 請求項２乃至請求項４のいずれか一項において、煙道の装置塔への接続部にドレン水回収部を設け、ドレン水回収部で回収したドレン水を二流体ノズルに送る循環路を設けたことを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、増湿冷却手段で冷却された排ガスが触媒層と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）が飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％であることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項７】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、増湿冷却手段で冷却された排ガスの温度が４０℃〜６０℃であることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項８】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、増湿冷却区間１ｍ〜５ｍで冷却するために、増湿冷却用のノズルから排ガス中に噴霧するミスト粒径が５０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか一の排煙脱硫装置と、排煙脱硫装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させて石膏スラリーを得る石膏反応槽と、石膏反応槽により得られた石膏から水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１０】 請求項１乃至８のいずれか一の排煙脱硫装置と、脱硫装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジンや焼却炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（SOx ) を除去するための排煙処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭や重油等の燃料を使用するボイラを備えた火力発電設備、化学品製造プラント、金属処理プラント、焼結プラント、製紙プラント等やガスタービン、エンジン、焼却炉等から排出される排ガス中には二酸化硫黄等の硫黄酸化物（SOx )が含まれている。排ガス中のSOx を除去する装置として排煙処理装置が用いられている。排煙処理装置では、活性炭素繊維等の多孔質炭素材料に排ガス中のSOxを吸着させ、多孔質炭素材料の触媒作用を利用して排ガス中に含まれる酸素により硫黄成分を酸化させ、これを水分に吸収させて硫酸として多孔質炭素材料から除去するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の排煙処理装置では、触媒層の活性炭素繊維に水を滴下すると共に排ガスをシート間の通路を通過させて硫黄分を硫酸として除去するようになっている。触媒層に送られる排ガスは上流側のプラント等により温度が異なるため、排ガスには水分が供給されて所定の反応温度に冷却されている（増湿冷却）。増湿冷却を行なう場合、圧力損失が少ない手段で排ガスと水分との接触面積が多くなり、また、排ガスに対する水分が過剰にならずに触媒層に送られることが好ましい。
【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、圧力損失がない状態で排ガスと水分との接触面積が多くすることができ、排ガスに対する水分が過剰にならずに増湿冷却を実施することができる排煙脱硫装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の排煙脱硫装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ活性炭素繊維層で形成される触媒層と、触媒層の上部に設けられ、触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙処理装置において、装置塔内あるいは装置塔内に供給される排ガスの煙道に設けられ、触媒層に至るまでに蒸発する状態のミストを排ガスに混入することで排ガスを冷却する増湿冷却手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】そして、増湿冷却手段は、水分と空気を圧送させて噴出させる二流体ノズルであることを特徴とする。また、増湿冷却手段は、二流体ノズルが排ガスの流れ方向に複数設けられていることを特徴とする。また、増湿冷却手段は、二流体ノズルが排ガスの流れ方向に交差する方向に複数設けられていることを特徴とする。また、煙道の装置塔への接続部にドレン水回収部を設け、ドレン水回収部で回収したドレン水を二流体ノズルに送る循環路を設けたことを特徴とする。
【０００７】また、増湿冷却手段で冷却された排ガスが触媒層と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）が飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％であることを特徴とする。また、増湿冷却区間１ｍ〜５ｍで冷却するために、増湿冷却用のノズルから排ガス中に噴霧するミスト粒径が５０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする。
【０００８】また、本発明の排煙脱硫装置を備えた排煙脱硫システムは、請求項１乃至８のいずれか一の排煙脱硫装置と、排煙脱硫装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させて石膏スラリーを得る石膏反応槽と、石膏反応槽により得られた石膏から水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えたことを特徴とする。また、本発明の排煙脱硫装置を備えた排煙脱硫システムは、請求項１乃至８のいずれか一の排煙脱硫装置と、脱硫装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に係る排煙処理装置を備えた排ガス処理システム（排煙脱硫システム）の全体構成、図２には他の実施形態例に係る排ガス処理システムの全体構成を示してある。また、図３乃至図６には増湿冷却手段の概略構成を示してある。
【００１０】図１に基づいて排煙処理装置を備えた排ガス処理システムを説明する。
【００１１】図に示すように、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるボイラ１では、石炭や重油等の燃料ｆが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ１の排ガスには硫黄酸化物（SOx ) が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で脱硝されてエアヒータで冷却された後に集塵機２で除塵される。
【００１２】除塵された排ガスは押込ファン３により増湿冷却手段としての増湿冷却装置１６に送られ、排ガスは増湿冷却装置１６で水分が混合されて所定の温度に冷却された所定の状態の排ガス（詳細は後述する）とされる。増湿冷却装置１６を設けることにより、プラント等により排ガスの温度が異なっていても、排ガスを所定の反応温度（例えば、５０℃）に冷却することができる。
【００１３】所定の温度に冷却された排ガスは導入口５から装置塔としての脱硫塔４に導入される。脱硫塔４の内部には活性炭素繊維層で形成される触媒層６が備えられ、触媒層６には硫酸生成用の水が上部の散水ノズル７から供給される。散水ノズル７には水タンク８からの水がポンプ９を介して供給され、散水ノズル７、水タンク８及びポンプ９により水供給手段が構成されている。
【００１４】水が上部から散布された触媒層６の内部に排ガスを通過させることにより、排ガスからSOx を反応除去する。触媒層６を通過した排ガスは排出口１２から排出され、排ガスはミストエリミネータ１９でミストが除去されて白煙が抑制された状態で煙突１３を通して大気に放出される。尚、ミストエリミネータ１９は設けられない場合もある。
【００１５】触媒層６の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。即ち、(1) 触媒槽６の活性炭素繊維層への二酸化硫黄SO2 の吸着。
(2) 吸着した二酸化硫黄SO2 と排ガス中の酸素O2（別途供給することも可）との反応による三酸化硫黄SO3 への酸化。
(3) 酸化した三酸化硫黄SO3 の水H2O への溶解による硫酸H2SO4 の生成。
(4) 生成された硫酸H2SO4 の活性炭素繊維層からの離脱。
【００１６】この時の反応式は以下の通りである。
SO2+1/2O2+H2O →H2SO4【００１７】反応除去された硫酸H2SO4 は希硫酸となって排出ポンプ１０を介して硫酸タンク１１に排出される。このようにして、触媒層６中で排ガス中の二酸化硫黄SO2を吸着して酸化し、水H2O と反応させて硫酸H2SO4 を生成して離脱除去することにより、排ガス流の脱硫が行われる。
【００１８】図２に基づいて排ガス処理システムの他の実施形態例を図２に基づいて説明する。尚、図１に示した排ガス処理システムと同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は種緒略してある。
【００１９】図２に示した排ガス処理システムは、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置での脱硫により硫酸とし、硫酸に石灰スラリーを供給して石膏を製造するものである。
【００２０】図に示すように、脱硫塔４から排出ポンプ１０を介して希硫酸を貯蔵すると共に石灰スラリー５１が供給されて石膏を析出させる石膏反応槽５２が備えられ、石膏反応槽５２で析出された石膏を沈降させる沈降槽（シックナー）５３が備えられている。沈降槽（シックナー）５３からの石膏スラリー５４は脱水器５６に送られ、脱水器５６で水分が除去されて石膏５５が得られるようになっている。
【００２１】図１の排ガス処理システムでは、脱硫して得られた硫酸を硫酸のままで使用するものであるが、図２の排ガス処理システムでは、硫酸に石灰スラリー５１を供給して石膏スラリー５４を得た後、脱水して石膏５５として利用するものである。
【００２２】活性炭素繊維表面においてSO2 が酸化されたSO3 が水分により硫酸として排出される際、水分が不足であると硫酸としての排出ができず、次のSO2 の酸化が不十分となる。一方水分が過剰であると硫酸が薄まることになる。さらに、水分が過剰となって、例えば、活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成すると活性炭素繊維の活性点を覆うようになると、SO2 の酸化の触媒作用ができず、脱硫できなくなり、脱硫効率が低下することになる。
【００２３】このため、排ガスが触媒層６における活性炭素繊維層２０と接触する際の水分量は、上から粒径が200 μm 程度の水が噴霧されて供給されると共に活性炭素繊維層２０を流通した水は粒径が数mm程度となって脱硫塔４の下部に落下する状態に設定されている。
【００２４】ここで、本実施形態例で排ガス脱硫装置の脱硫塔４内での排ガスが触媒層６と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）は飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とするのが好ましい。飽和水蒸気量としては、例えば５０℃で１２．２容量％（５０℃）としている。これは、飽和量以下では上述したような脱硫作用が良好に行われないからである。
【００２５】また、増湿冷却の冷却温度は排ガスの温度と水分量との関係により適宜決定すればよいが、例えば４０〜６０℃とするのが好ましい。これは、６０℃を超えるような状態では、脱硫活性が低くなるからである。一方、４０℃未満は一般の排ガスに対する増湿冷却ではこれ以下に温度を低くすることが実質的にできないからである。
【００２６】すなわち、増湿冷却装置１６の増湿冷却により水分が飽和状態となった状態で排ガスが脱硫塔４内に供給され、触媒層６と接触する際には、排ガス水分量が飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とすることで、触媒表面でのSO2 の酸化により生成されたSO3 の脱離が速やかに進行し、活性炭素繊維の表面に硫酸が残存することがないので、活性点が有効に使われて脱硫効率が向上することになる。
【００２７】飽和蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とすることで、きわめて効率のよい水分補給を触媒である活性炭素繊維の表面に付与することができる。すなわち、上記飽和水蒸気量だけでは、SO2 が酸化されたSO3 が水分により硫酸として脱離することが不十分であり、また飽和蒸気量＋１．５容量％を超えると、水分量が過剰となって、希硫酸がさらに薄まることになると共に、水分使用量が増大し、好ましくなくなる。さらに、水分量が多いと、活性炭素繊維の表面の活性点を覆う結果、触媒としての作用が機能しえなくなり、結果として、脱硫効率が低下することになる。
【００２８】飽和蒸気と蒸気ミストとの関係は定かではないが、活性炭素繊維表面においてSO2 が酸化されたSO3 が水分により硫酸として排出される際、水分が不足であると硫酸としての排出ができず、次のSO2 の酸化が不十分となる。一方水分が過剰であると硫酸が薄まることになる。さらに、水分が過剰となって、例えば活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成すると活性炭素繊維の活性点を覆うようになると、SO2 の酸化の触媒作用ができず、脱硫できなくなり、脱硫効率が低下することになる。
【００２９】よって、本実施形態例のように排ガスが触媒層６と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）が飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とすることで、断続的に水滴が玉状となって転がり落ちることで、活性炭素繊維表面に水分が過不足なく供給されると共に硫酸の脱離が効率よく行われ、その結果、排ガスの脱硫が効果的に行われることになる。
【００３０】図３乃至図６に基づいて、排ガスを所定の状態に冷却する際に、排ガスが触媒層６と接触する際の水分量を飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とするための増湿冷却装置１６を説明する。
【００３１】図に示すように、硫黄酸化物を含有する排ガスが送られる煙道７１には、水（工業用水もしくは石膏析出槽の上澄み水、または、脱硫塔４の下部に溜められた希硫酸）と空気（雑用空気）を圧送させて噴出させる二流体ノズル７２が臨んで設けられている。二流体ノズル７２には水通路７３がつなげられ、水通路７３には空気通路７４が合流して設けられている。例えば、0.3Mpa〜0.5Mpaの圧力で水が水通路７３から導入され、0.3Mpa〜0.5Mpaの圧力で空気が空気通路７４から導入されることで、煙道７１内にミスト状の水が供給される。これにより、例えば、90℃〜150 ℃の排ガス温度Tqが50℃に冷却されて導入口５から脱硫塔４に送られる。
【００３２】煙道７１内に供給されるミスト状の水の粒径は、３μｍ〜６０μｍ、好ましくは、５μｍ〜５０μｍにされ、導入口５の部位で蒸発する粒径となっている。ミスト状の水の粒径を５μｍ〜５０μｍにすることで、二流体ノズル７２から導入口５までの距離Ｍを３ｍ程度にして導入口５の部位で蒸発するミスト粒径とすることができる。このため、増湿冷却装置１６を大型することなく触媒層６と接触する際の水分量を飽和水蒸気量＋１．０容量％〜１．５容量％とした排ガスとすることが可能になる。
【００３３】従って、二流体ノズル７２を設ける簡単な構成で、圧力損失がない状態で排ガスと水分との接触面積が多くすることができ、排ガスに対する水分を過剰にすることなく増湿冷却を実施することが可能になる。
【００３４】尚、３μｍ〜６０μｍのミスト粒径を得る手段としては、二流体ノズル７２からの水と空気の混入以外でも、水の圧力を調整したりノズルの形状等により、種々の形態を適用することが可能である。
【００３５】尚、水通路７３から導入される水量と空気通路７４から導入される空気量との割合は圧力に応じて適宜設定されて二流体ノズル７２から煙道７１内に供給されるミスト粒径が５μｍ〜５０μｍにされる。また、二流体ノズル７２と導入口５の間に充填材（ラヒシリング）を設け、排気ガスと水との接触面積を増大させることも可能である。この場合、二流体ノズル７２から導入口５までの距離Ｍを更に短くすることができ、増湿冷却装置１６を小型化することができる。
【００３６】煙道７１の長さに余裕が有る場合、図４に示すように、煙道７１の排ガスの流れ方向に二流体ノズル７２を複数（図示例では３個）設け、上流側の二流体ノズル７２からのミスト粒径を大きくし、順次下流側のミスト粒径を小さくするように制御することも可能である。
【００３７】煙道７１の断面積に余裕がある場合、図５に示すように、煙道７１の排ガスの流れ方向に交差する方向である上下方法に複数（図示例では３個）設け、排ガスの流速が速い部分の水量を多くするように制御することも可能である。
【００３８】図４及び図５に示すように、二流体ノズル７２を複数備えることにより、プラントの起動時や定常運転時等の運転状態に応じて粒径の異なるミスト状の水を導入することで、常に、触媒層６の状態に拘らず最適な反応状態が得られる排ガスの性状として排ガスを触媒層６に送ることが可能になる。
【００３９】増湿冷却装置１６における煙道７１と導入部５との接続状況の一例を図６に基づいて説明する。
【００４０】図に示すように、導入口５には斜め上方に向けて開口する補助通路７５の一端が設けられ、補助通路７５の他端は導入口５よりも下側に位置して塞がれ、ドレン回収部７６となっている。補助通路７５の途中部には煙道７１が開口し、ミスト状の水を含んだ排ガスは補助通路７５から導入口５を通って脱硫塔４に送られる。排ガスが過飽和となった場合には、ドレン水がドレン回収部７６に溜められる。ドレン回収部７６のドレン水は循環路７７から水通路７３に回収される。
【００４１】このため、ドレン水を無駄なく回収することができ、ミスト状の水を含んだ排ガスが過飽和になっても、ドレン水が脱硫塔４内に送られることがなくなり、希硫酸の濃度を所定の状態に保つことが可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明の排煙処理装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ活性炭素繊維層で形成される触媒層と、触媒層の上部に設けられ、触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙処理装置において、装置塔内あるいは装置塔内に供給される排ガスの煙道に設けられ、触媒層に至るまでに蒸発する状態のミストを排ガスに混入することで排ガスを冷却する増湿冷却手段を備えたので、圧力損失がない状態で排ガスと水分との接触面積が多くすることができ、排ガスに対する水分が過剰にならずに増湿冷却を実施することができる排煙脱硫装置とすることが可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目５番１号
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| 【出願日】 |
平成１４年１月１６日（２００２．１．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８４９９
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２０５２２２（Ｐ２００３−２０５２２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月２２日（２００３．７．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−７０１２（Ｐ２００２−７０１２） |
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