特許 5969762 排ガスの処理方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969762

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】排ガスの処理方法および装置

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20160804BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20160804BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20160804BHJP

   F23J 15/04 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   F23J15/00 BZAB

   B01D53/14 100

   B01D53/50 100

   F23J15/04

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-539386(P2011-539386)

(86)(22)【出願日】2010年11月4日

(86)【国際出願番号】JP2010069627

(87)【国際公開番号】WO2011055759

(87)【国際公開日】20110512

【審査請求日】2013年9月4日

【審判番号】不服2015-10115(P2015-10115/J1)

【審判請求日】2015年6月1日

(31)【優先権主張番号】特願2009-254872(P2009-254872)

(32)【優先日】2009年11月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】宇部興産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100092820

【弁理士】

【氏名又は名称】伊丹 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100106389

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 和彦

(72)【発明者】

【氏名】田野 龍海

(72)【発明者】

【氏名】小山 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】中村 敏明

(72)【発明者】

【氏名】村谷 剛

(72)【発明者】

【氏名】▲さい▼合 一浩

【合議体】

【審判長】 加藤 友也

【審判官】 伊藤 元人

【審判官】 松下 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２８７４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１８４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−９４２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１０６８２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F23J 7/00

F23J15/00-06

F23C99/00

B01D53/50

B01D53/81

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硫黄成分を含む燃料を燃焼炉内で燃焼させて燃焼ガスを排ガスとして前記燃焼炉から排出する排ガスの処理方法であって、 前記燃焼炉は、炉内上方に炉内空間を狭くする上方ノーズ部を有し、
前記排ガスを排出する燃焼炉内の上方ノーズ部近傍に、前記燃焼炉内の前記上方ノーズ部に対向する面に設けられた脱硫剤吹込手段によって前記上方ノーズ部近傍に向けて脱硫剤を注入し、
前記脱硫剤は、前記燃焼炉内に設けられた過熱器に向けて注入され、
前記過熱器は、前記上方ノーズ部と重複する位置に延在し、
前記上方ノーズ部は三角形状の断面を有し、一辺が前記燃焼炉の壁面に沿って設けられ、３点の頂点のうち上方及び中央の頂点の垂直方向位置は、前記過熱器と重複する位置に設けられ、
前記上方ノーズ部近傍は、ノーズ部の三角形の底辺がもたらす高さ方向の範囲であって、
前記脱硫剤は前記上方ノーズ部近傍に対し複数の位置に供給され、一方は前記上方ノーズ部における上方及び中央の頂点からなる上方の一辺に供給されるとともに、他方は前記上方ノーズ部における中央及び下方の頂点からなる下方の一辺であって、かつ前記過熱器と重複しない位置に対して供給されること
を特徴とする排ガスの処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫黄成分を含む燃料を燃焼させるボイラ等の燃焼炉を備えた設備における排ガスの処理方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭火力発電所においては、微粉炭や重油、石油コークス等の燃料をボイラ等の燃焼炉で燃焼させることにより発電を行っている。このため、硫黄成分がこれらの燃料に含まれている場合、燃料を燃焼した後の排ガス中に二酸化硫黄（ＳＯ_２）が含まれることになり、その一部は酸化されて三酸化硫黄（ＳＯ_３）となる。

【0003】

燃焼炉からの排ガスは、通常は燃焼炉の後段に設けられた脱硝装置、ガスエアヒータ、電気集塵機および脱硫装置等の排ガス処理設備にて処理される。この排ガス処理設備において排ガスの温度が低下して酸露点を下回ると、排ガス中のＳＯ_３は硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）として結露してしまい、煙道や各種装置等を腐食させる原因となる。

【0004】

このような排ガス中の酸性物質やＳＯ_３を除去するものとして、超微粒子を用いた乾式脱硫法（例えば、特許文献１（第２−４頁、第１−４図）参照）や、排ガス中のＳＯ_３の除去方法（例えば、特許文献２（第１−３頁、第１−４図）参照）が知られている。特許文献１に開示されている乾式脱硫法では、排ガスを発生する炉内および／または煙道内に酸化カルシウム（ＣａＯ）の超微粒子を吹き込み、酸化物質を吸着させている。また、特許文献２に開示されている除去方法では、例えば排ガス処理設備のガスエアヒータと電気集塵機との間にアンモニアを注入してＳＯ_３を処理している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−２６９３４１号公報

【特許文献2】特開平１０−２３０１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来の乾式脱硫法では、燃焼炉に設けられた超微粒子吹込口から超微粒子を炉内に供給するが、吹込位置によっては効率良く酸性物質を除去することが困難であるという問題がある。また、上記特許文献２に開示されている従来の除去方法では、ＳＯ_３の処理に際してアンモニアを注入する必要があるため、より安価かつ容易に排ガス中のＳＯ_３を除去することが困難であるという問題がある。

【0007】

本発明は、上述した従来技術による問題点を解決するため、効率良くより安価かつ容易に燃焼ガス中のＳＯ_３を処理することができる排ガスの処理方法および装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る排ガスの処理方法は、硫黄成分を含む燃料を燃焼炉内で燃焼させて燃焼ガスを排ガスとして前記燃焼炉から排出する排ガスの処理方法であって、前記燃焼炉は、炉内上方に炉内空間を狭くする上方ノーズ部を有し、前記排ガスを排出する燃焼炉内の上方ノーズ部近傍に脱硫剤吹込手段によって脱硫剤を注入することを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る排ガスの処理方法において、前記燃焼炉から排出される排ガスを排ガス減温手段によって９０℃から１２０℃の温度に冷却した後に電気集塵機に供給するように構成することができる。

【0010】

さらに、前記脱硫剤は、例えばカルシウム化合物であり、前記カルシウム化合物は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を含有するセメント工場ダストを含むことが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る排ガスの処理方法において、前記排ガス減温手段は、前記排ガスをガス−水熱交換手段によって間接的に冷却する方法や排ガス中に水噴霧して直接的に冷却する方法で構成することができる。

【0012】

前記上方ノーズ部近傍は、例えばノーズ部の三角形の底辺がもたらす高さ方向の範囲である。

【0013】

また、例えば前記脱硫剤吹込手段は配管を有し、前記配管は前記燃焼炉に接続され、かつ燃焼炉内部に向けて水平方向に突出した突込配管である。

【0014】

燃焼炉内部への前記突込配管の突込長さは、０を超え６００ｍｍ以下であることが好ましい。

【0015】

本発明に係る排ガスの処理装置は、燃料を燃焼するとともに炉内上方に炉内空間を狭くする上方ノーズ部が形成された燃焼炉と、前記燃焼炉内の前記上方ノーズ部近傍に脱硫剤を注入する脱硫剤吹込手段とを備えたことを特徴とする。

【0016】

本発明に係る排ガスの処理装置において、前記燃焼炉からの排ガスの温度を下げる排ガス減温手段と、前記排ガス減温手段からの排ガス中のダストを除去する集塵手段とをさらに備え、前記排ガス減温手段は、前記燃焼炉から排出される排ガスをガス−水熱交換手段によって間接的に冷却または水噴霧装置によって直接的に冷却するように構成することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、効率良く、より安価かつ容易に燃焼ガス中のＳＯ_３を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る排ガスの処理方法を実施する排ガス処理設備の一例を示す概略系統図である。

【図2】本発明の実施例の燃焼炉における０．８Ｍ上方及び０．４Ｌ下方の脱硫剤の吹込位置の水平断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る排ガスの処理方法における脱硫剤の供給位置に関するシミュレーション結果である。

【図4】本発明の一実施形態に係る排ガスの処理方法における突込配管に関するシミュレーション結果である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、添付の図面を参照して、本発明に係る排ガスの処理方法および装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【0020】

図１は、本発明の一実施形態に係る排ガスの処理方法を実施する排ガス処理設備の一例を示す概略系統図である。図１に示すように、排ガス処理設備１００は、トラック９０等により搬送されてきた脱硫剤を貯留しつつボイラ等の燃焼炉２０に供給する脱硫剤供給装置１０と、微粉炭、重油及び石油コークス等の燃料を燃焼させる燃焼炉２０とを備える。燃焼炉２０の型式は特に限定されない。ボイラ、特に微粉炭焚きボイラが、燃焼炉２０として好適に用いられる。

【0021】

また、排ガス処理設備１００は、燃焼炉２０から排出される排ガスの温度を下げる排ガス減温設備３０と、排ガス減温設備３０から排出される排ガス中のダストを捕捉する電気集塵機４０とを備える。そして、この電気集塵機４０から排出された排ガスは、ブロア４８により搬送されて煙突４９を通して大気中に排出される。

【0022】

脱硫剤供給装置１０は、搬送された脱硫剤を貯留しておく貯留タンク１１と、貯留タンク１１に貯留された脱硫剤を燃焼炉２０に適宜供給する定量排出機構１２およびブロア１３とを備えて構成されている。定量排出機構１２およびブロア１３により貯留タンク１１から搬送された脱硫剤は、例えば燃焼炉２０の壁部２０ａに設けられた脱硫剤吹込口１４に接続された図示しない脱硫剤供給管（配管）を通して、燃焼炉２０内に注入される。脱硫剤吹込口１４は、燃焼炉２０の側壁に設置することが好ましい。

【0023】

なお、脱硫剤供給装置１０の脱硫剤吹込口１４は、燃焼炉２０内の上方に形成されたノーズ部２１（上方ノーズ部２１と称することもある。）の近傍位置に脱硫剤１５を吹き込めるように形成されている。ここで、ノーズとは、火炉に設けた突起物をいい、燃焼ガスを迂回させることによって燃焼ガスが過熱器をショートパスして流れることを防止して、燃焼ガスの滞留時間を確保する機能を有する。

【0024】

また、ノーズ部２１の近傍位置とは、図１のＨ（Ｌ＋Ｍ）で示した部分である。すなわち、ノーズ部２１の三角形の底辺がもたらす高さ方向の範囲をいい、かつ、その高さの範囲においてノーズ部２１の上方からノーズ部２１の空間に延びる過熱器２０ｂがない燃焼炉の空間をいう。その空間に脱硫剤を供給する。

【0025】

脱硫剤吹込口１４の数については、１または２以上である。この中で、脱硫剤を燃焼炉２０中で適切に分散させることを考慮すれば、２以上、特に４から６が好ましい。脱硫剤吹込口１４の位置について、前に述べたノーズ部の「Ｈ」の範囲であれば、高さ方向に複数設けても良い。

【0026】

脱硫剤１５としては、カルシウム化合物が好適であり、水酸化カルシウムや酸化カルシウムや炭酸カルシウムが良好であるが、より好適には主成分が炭酸カルシウムからなるセメント工場ダストを用いることができる。

【0027】

セメント工場ダストは、例えばセメント原料を製造する工程の排気ガスから回収されるもので、粒子径は２ミクロン程度のダストであり、非常に安価かつ大量に入手することができるものである。このような脱硫剤１５を燃焼炉２０内の上方ノーズ部２１の近傍位置に注入することで、注入された脱硫剤１５が燃料の燃焼により発生するＳＯ_３をより好適に効率良く捕捉する。セメント工場ダストとしては、セメント原料粉砕工程から回収されるダストやセメント焼成排ガスから回収されるダストが挙げられる。

【0028】

具体的には、例えば、脱硫剤１５として炭酸カルシウムを用いた場合は、脱炭酸反応によりＣａＣＯ_３→ＣａＯとなり、このＣａＯが脱硫反応によりＳＯ_２と反応してＣａＯ＋ＳＯ_２＋０．５Ｏ_２→ＣａＳＯ_４（硫酸カルシウム）となる。また、脱炭酸反応後のＣａＯがＳＯ_３を捕捉する。このような脱硫反応は、脱硫剤１５を燃焼炉２０の上方ノーズ部２１の近傍位置に注入することにより最も活性化されることが本発明者により確認された。

【0029】

脱硫剤の脱硫能力は、脱硫剤の比表面積が大きなものほど大きい。ここで、脱硫剤１５としてセメント工場ダストを使用した場合について説明する。セメント工場ダスト（炭酸カルシウムが７５質量％、シリカが１３質量％、アルミナが７重量％、酸化鉄が２質量％、その他３質量％）を焼成した場合の物性値を表２に示す。

【0030】

【表2】

セメント工場ダストの比表面積は、１０００℃で焼成すると、焼成前の１．８倍に増加する。他方、１２００℃および１４００℃と焼成温度を上げると、比表面積は低下する。

【0031】

また、前記セメント工場ダストのＴＧ-ＤＴＡ測定の結果、セメント工場ダストは、７００℃付近から脱炭酸反応が始まり７４１℃で最大ピークを示す。さらに加熱すると、１２００℃付近から発熱を伴う構造変化が確認される。その変化のピーク温度は１２８８℃である。

【0032】

これらの知見から、セメント工場ダストは、１２００℃以上になると構造変化を起こし比表面積が低下して脱硫性能が低下することが推定される。したがって、炉内脱硫では、脱硫剤としてセメント工場ダストを使用する場合には、１２００℃未満が好ましい。

【0033】

燃料に対する脱硫剤の供給量について、燃料中の硫黄分（Ｓ）に対する脱硫剤のカルシウム（Ｃａ）のモル比（Ｃａ／Ｓ）で０．５から３、好ましくは１から２．５が好ましい。モル比が３よりも大きくなると、ダストの量が増加する。

【0034】

すなわち、本発明者が実施した試験によると、脱硫剤１５を燃焼炉２０の上方ノーズ部２１よりも下部の位置に注入した場合は、炉内温度が高いためＣａＯが石炭灰の改質等に使用されたり、脱硫の逆反応なども起きてしまうことが判明した。また、脱硫剤１５を燃焼炉２０の上方ノーズ部２１よりも上部の位置に注入した場合は、炉内温度が低いためＳＯ_３の捕捉が十分ではなくなってしまうことが判明した。

【0035】

これに対し、上述したように、脱硫剤１５を上方ノーズ部２１の近傍位置に注入することで、ＣａＯとＳＯ_３の適度な接触時間を確保することができるとともに、ＣａＯが燃焼炉２０内のガス層に効果的に分散してＳＯ_３を捕捉するため、脱硫反応が活性化されると考えられる。これにより、燃焼炉２０内において局所的にＳＯ_３の濃度が高くなって結露が生じ、硫酸が発生して付着箇所を腐食させてしまうことも防止することが可能となる。

【0036】

ここで、ノーズ部のダストの分散状態を評価するために粒子分散に関するシミュレーションを行なった。以下にその結果を示す。
シミュレーションソフトとしては、ＳＴＡＲ−ＣＤ（登録商標）Ｖｅｒｓｉｏｎ３．２６を用いた。シミュレーション条件は次のとおりである。
（１）燃焼条件
燃焼計算に使用した石炭の性状を以下の一般炭の条件に設定した。
空気比：１．１７
石炭全水分[到着ベース質量％]：９質量％
石炭工業分析[気乾ベース質量％]：水分３質量％、灰分１３質量％、揮発分３４質量％、固定炭素５０質量％、
石炭元素分析[無水無灰ベース質量％]：炭素８３質量％、水素５質量％、酸素９質量％、窒素２質量％、硫黄１質量％、
（２）計算モデル
燃焼、伝熱、流体計算は、以下の計算モデルを使用した。
二相流モデル：ラグラジアン二層流モデル
乱流モデル：k-εモデル
揮発分放出モデル：総括一次反応モデル
ガス燃焼モデル：Ｅｄｄｙ−ｂｒｅａｋｕｐモデル
チャー燃焼モデル：ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ ｃｏｒｅ一次反応モデル
輻射伝熱モデル：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ法
（３）境界条件
境界条件として以下の条件を設定した。
ボイラ出口目標酸素濃度：３容量％
ボイラ出口目標温度：３７０℃

【0037】

温度シミュレーション結果は、実装置の炉内温度実測値と良く一致していることを確認した。ガス温度は、バーナー近傍では最高１８００℃程度を示し、ノーズ部入口で概ね１２００℃、ノーズ部出口で１０００℃、過熱器出口で７００℃になっている。粒子径が数十μｍ以下の粒子では、０．１秒以内にガス温度と同一になることが知られている。したがって、炉内に吹き込まれた粒子の温度は、ガス温度と同等と見なすことができる。

【0038】

図３にノーズ部の上側、ノーズ部、ノーズ部の下側に脱硫剤を吹き込んだ場合の粒子の分散状況および粒子の温度履歴についてシミュレーションした結果を示す。
図３（ａ）に示すように、ノーズ部の上部に吹き込んだ場合、ガス流れに乱れが少なく、粒子は吹込み口からガス流れ方向にストレートに流れる。そのため、粒子温度にバラツキは生じず、分散状態が良好ではない。
また、図３（ｂ）に示すように、ノーズ部に吹き込んだ場合、ノーズ部でのガス流れに乱れがあるため、粒子も前後左右に激しく乱れ全体に分散している。そのため、粒子温度にはノーズ部出口で幅広い分布が生じている。乱れにより粒子の滞留時間が長くなっている。

【0039】

更に、図３（ｃ）に示すように、ノーズ部の下側に吹き込んだ場合、粒子は一度１２００℃以上に昇温された後にノーズ部に入り、ノーズ部で激しく混合され全体に分散されている。ノーズ部の下部領域においては、前で述べたとおり粒子の構造変化が起こり、脱硫剤の反応活性が低下する。この結果から、ノーズ部に脱硫剤を吹き込むことが必要であることが明らかとなった。

【0040】

脱硫剤吹込手段としての配管は、燃焼炉２０に接続され、脱硫剤が燃焼炉内に供給される。配管は、燃焼炉２０内部に突出しない構造（突出長さゼロ）とすることができるが、燃焼炉内部に向けて水平方向に突出した突込配管であることが好ましい。これにより、脱硫剤の分散が良好になり脱硫率を向上させることができる。燃焼炉内部への前記突込配管の突込長さは、０を超え６００ｍｍ以下、好ましくは、１００〜５００ｍｍである。突込長さが長すぎると、経済的ではなく、突込配管の施工も難しくなる。ここで、突込長さとは、燃焼炉２０の内壁から突込配管の先端までの距離をいう。

【0041】

ここで、突込配管の有無によるシミュレーション結果を示す。シミュレーション条件は、上述のとおりである。ダストの吹込み量を２４３ｋｇ／時間、吹込み空気速度を６５ｍ／ｓ、吹込み空気の温度を２５℃、脱硫剤の吹込み配管径をφ３２、脱硫剤の吹込み位置をボイラの底部から１５ｍに設定した。突込配管の長さを５００ｍｍとした場合と突込配管がない場合を評価した。その結果を図４に示す。

【0042】

図４は、ダスト粒子の軌跡を示す。図４（ａ）によれば、突込配管の場合は、図４（ｂ）に示す突込配管がない場合（突込長０ｍｍ）と比べて粒子がより広く分散していることがわかる。突込配管がない場合には、粒子が燃焼炉の壁面に寄っている。この結果から、突込配管がある場合は、脱硫剤がより分散し、しかも滞留時間が長いことを示す。これにより脱硫率の向上を図ることができる。突込配管による効果の原因については明らかではないが、火炉内のガスの旋回流れが、炉の壁面が炉中心に比べてより強くなっており、ダスト粒子を広く分散させるためには、この強い流れを避けるほうが良いためと推定される。

【0043】

なお、上述した脱硫剤１５を上方ノーズ部２１の近傍位置に注入する際の好適な燃焼炉２０の炉内温度は、１０５０℃〜１１５０℃の範囲内である。そして、このようにして燃焼炉２０内にてＳＯ_２やＳＯ_３が除去された排ガスは、煙道２２を通って燃焼炉２０から排出され、後段の排ガス減温設備３０に供給される。

【0044】

炉内脱硫反応は、高温場での反応であるために、脱炭酸反応後のＣａＯとＳＯ_２、Ｏ_２との反応によるＣａＳＯ_４生成反応と、ＣａＳＯ_４の分解反応（逆反応）が同時に起こる。生成反応の反応速度定数は、アレニウス型式で整理できる。発明者により試験結果より、反応速度定数をＫｓ＝７．７ｘ１０^−３ｅｘｐ（-６７０００/ＲＴ）で整理できることを確認している。

【0045】

この式では、生成反応は温度が高いほど進行することになる。一方、分解反応は、平衡反応に支配される。ＣａＳＯ_４とＳＯ_２の存在条件を計算した結果、分解反応は１０５０℃以上で発生し、１１５０℃以上ではほぼ全量が分解されることを確認した。
以上の結果から、生成反応と分解反応から、脱硫反応は１０５０℃から１１５０℃の温度域が好ましいと評価した。

【0046】

排ガス減温設備３０は、例えばガスエアヒータ３１と、ガス−水熱交換器３２または水噴霧装置３３とから構成される。ここで、排ガスの温度を下げる方法としては、（１）ガスエアヒータの能力アップ、（２）間接的な冷却、（３）直接的な冷却の３通りの方法が考えられる。（３）の直接的な冷却（すなわち、例えば排ガスに水を噴霧して冷却）の場合は、排ガスに含まれるダストが排ガス減温設備３０の装置内に付着して詰まり等を起こす可能性がある。このため、本実施形態においては、（３）の直接的な冷却を採用することもできるが、好適には（２）の間接的な冷却を採用することとしている。

【0047】

具体的には、ガスエアヒータ３１の下流側に配置されたガス−水熱交換器３２の循環水で排ガスの熱を燃焼炉２０への給水の予熱に熱交換して利用することとしている。従来より、燃焼炉２０においては、ＳＯ_３はＳＯ_２の約１％程度含まれており、酸露点は１２０℃〜１３０℃程度となっているため、排ガスからの熱回収は排ガスの温度が１５０℃程度となるまでが限界であった。

【0048】

これに対し、本実施形態に係る排ガスの処理方法においては、燃焼炉２０内の上方ノーズ部２１の近傍位置に注入される脱硫剤１５により、あらかじめ排ガス中のＳＯ_３を除去しているため、酸露点を大幅に下げることが可能となった。これにより、具体的には、例えば排ガスの温度を１００℃程度まで下げるように冷却することができ、この結果、熱回収量を増加してエネルギー効率を著しく改善できることが判明した。

【0049】

また、これに付随して排ガス減温設備３０に備えられる各装置を高価な耐食材料で構成する必要もなくなった。例えば、ガス−水熱交換器３２の排ガスに接触する部位の材質を安価なカーボンスチール（炭素鋼）材とすることができる。なお、このような排ガス減温設備３０によって排ガスの温度を下げることは、次段の電気集塵機４０の集塵性能の維持・向上にも大きく影響があることが分かっている。

【0050】

すなわち、本実施形態に係る排ガス処理設備１００では、燃焼炉２０内にて排ガス中のＳＯ_３を脱硫剤１５によって除去することにより、腐食等の問題には一定の解決を見ているが、排ガスからＳＯ_３を除去してしまうと電気集塵機４０の集塵性能が著しく低下することとなる。

【0051】

一般的には、電気集塵機４０の集塵性能は、（１）排ガスの温度、（２）排ガスの速度（流速）、（３）ＳＯ_３の濃度の各要素により決まり、（３）のＳＯ_３の濃度は高い方が集塵性能は向上するとされている。本実施形態に係る排ガス処理設備１００では、燃焼炉２０内の上方ノーズ部２１の近傍位置に注入された脱硫剤１５により、ＳＯ_３を除去しているため、ＳＯ_３濃度の低い状態の排ガスを電気集塵機４０に供給した場合に、思うような集塵効果を得ることができなくなってしまうおそれがある。

【0052】

そこで、燃焼炉２０と電気集塵機４０との間に排ガス減温設備３０を設け、燃焼炉２０から排出される排ガスの温度を下げることで、排ガスの容積が小さくなるとともに排ガスの流速が低下する。これにより、排ガス中のＳＯ_３の濃度が電気集塵機４０の集塵性能に影響を与えない程度となり、集塵性能を維持・向上させることが可能となる。

【実施例】

【0053】

以下、実施例により本発明に係る排ガスの処理方法を具体的に説明する。実施例に用いた試験機は、図１に示す発電設備で８０ｔ蒸気／ｈボイラである。微粉炭と空気を微粉炭焚きボイラに供給した。

【0054】

使用した脱硫剤は上述したセメント工場の原料粉砕工程のサイクロン排ガスから回収したセメント工場ダストである。セメント工場ダストの化学組成は、蛍光Ｘ線分析により測定された。その結果は、ＣａＯが６０．６質量％、ＳｉＯ_２が２０．８質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０．３質量％である。また、使用したセメント工場ダストの重量平均粒径は２ミクロン程度であった。

【0055】

下記に示す実施例１および２における吹込位置は炉内α、実施例３における吹込位置は炉内βである。炉内αの吹込位置は、図２（ａ）に示すノーズ部２１の頂点（図１におけるノーズ部２１の三角形の頂点）より０．８Ｍ上方の高さにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所と、図２（ｂ）に示すノーズ部２１の頂点より０．４Ｌ下方の高さにＥ，Ｆ，Ｇの３箇所である（計７箇所）。

【0056】

他方、炉内βの吹込位置は、図２（ｂ）に示す頂点より０．４Ｌ下方の高さにＥ，Ｆ，Ｇの３箇所である。図２（ａ）において、脱硫剤は過熱器２０ｂが存在する位置を避けるように供給されている。図２（ａ）のＢ，Ｃは、側面の中心点と端点の中間に位置している。また、図２（ｂ）のＥ，Ｆ，Ｇは、燃焼炉の各側面の中心線部分に位置している。

【0057】

実施例にて得られたＳＯ_３測定結果を表１に示す。なお、ＳＯ_３の測定は電気集塵機の入口で行った。

【0058】

【表1】

（実施例１）
実施例１においては、炉内のＳＯ_２＋ＳＯ_３のＳＯｘ濃度が２００ｐｐｍであり、Ｃａ／Ｓのモル比が０．９３になるようにセメント工場ダストを炉内に吹き込んだ。その結果、ＳＯ_３濃度は０．０５ｐｐｍ未満となった。
（実施例２）
実施例２においては、炉内のＳＯｘ濃度が１８０ｐｐｍであり、炉内に吹き込んだセメント工場ダストのＣａ／Ｓのモル比が２．０６であったときは、ＳＯ_３濃度は実施例１と同様に０．０５ｐｐｍ未満となった。
（実施例３）
実施例３においては、炉内のＳＯｘ濃度が１５０ｐｐｍであり、炉内に吹き込んだセメント工場ダストのＣａ／Ｓのモル比が２．９２であったときは、ＳＯ_３濃度は実施例１および２と同様に０．０５ｐｐｍ未満となった。
尚、実施例１，２および３において、セメント工場ダストを吹き込まない場合においては、炉内のＳＯｘ濃度は、それぞれ脱硫前の濃度と同じであった。

【0059】

以上のような結果から、熱収支の試算を行ったところ、本実施形態に係る排ガス処理設備１００においては、排ガスの酸露点を１２６℃から８８℃未満にすることが可能であることが判明した。これにより、例えば排ガス減温設備３０のガスエアヒータ３１の下流側におけるガス−水熱交換器３２にて、ガスエアヒータ３１通過時に１５０℃程度の温度を保つ排ガスから５０℃相当の熱を回収し、この熱を燃焼炉２０への給水の予熱源として利用したとしても、ＳＯ_３の結露による腐食を防止することができることとなった。具体的には、実施例１〜３の発電設備においては燃焼炉の給水加熱用の蒸気を２．５ｔ／ｈ削減することができ、エネルギー効率として約３％向上させることが可能となった。

【0060】

以上述べたように、本実施形態に係る排ガス処理設備１００によれば、排ガス中のＳＯ_３を効率良くより安価かつ容易に処理することができ、設備の腐食等を防止しつつ熱エネルギーを効率良く利用することが可能となる。

【符号の説明】

【0061】

１０ 脱硫剤供給装置
１１ 貯留タンク
１２ 定量排出機構
１３ ブロア
１４ 脱硫剤吹込口
１５ 脱硫剤
２０ 燃焼炉
２０ａ 壁部
２０ｂ 過熱器
２１ ノーズ部
２２ 煙道
３０ 排ガス減温設備
３１ ガスエアヒータ
３２ ガス−水熱交換器
３３ 水噴霧装置
４０ 電気集塵機
４８ ブロア
４９ 煙突
１００ 排ガス処理設備

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】