(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから排出される排ガス中のばいじんを除去する集じん器と、この集じん器から排出される排ガスの熱の一部を回収する伝熱管を備えた排ガス熱回収器と、この排ガス熱回収器から排出される排ガスを脱硫処理する湿式排煙脱硫装置と、この湿式排煙脱硫装置から排出される排ガスを加熱する伝熱管を備えた排ガス再加熱器と、前記排ガス熱回収器の伝熱管と前記排ガス再加熱器の伝熱管との間に熱媒を循環する熱媒循環管路とを含んでなる排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱回収器の伝熱管に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器を設け、この熱媒加熱器の加熱量を調整して前記排ガス熱回収器の伝熱管の管壁温度を８０℃以上に保持することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱回収器に流入する排ガスの温度とＳＯ２濃度とをそれぞれ測定する排ガス温度計とＳＯ２濃度計と、この排ガス温度計とＳＯ２濃度計で検出された排ガス温度とＳＯ２濃度とから、予め定めた関係データに基づいて前記排ガス熱回収器に流入する排ガスのＳＯ３濃度を演算により求めるＳＯ３濃度演算器と、前記集じん器から排出される排ガスのばいじん濃度を測定するばいじん濃度計と、このばいじん濃度計で測定されたばいじん濃度と前記ＳＯ３濃度演算器により求められた演算ＳＯ３濃度とから、予め定められた関係データに基づいて前記排ガス熱回収器の伝熱管の最低管壁温度を求め、この最低管壁温度を保持するように前記熱媒加熱器の加熱量を制御することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排ガス処理システムにおいて、前記熱媒加熱器は、蒸気を加熱媒体として前記熱媒を熱交換により加熱するものであることを特徴とする排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理システムに係り、特に石炭焚ボイラの排ガスを脱硫処理する湿式排煙脱硫装置を備え、その湿式排煙脱硫装置から排出される排ガスを再加熱する排ガス再加熱器と、その加熱熱源を湿式排煙脱硫装置の上流側の排ガスから熱回収する排ガス熱回収器とからなる排ガス再加熱システムを備えた排ガス処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚ボイラの排ガス処理システムは、例えば、図４に示す系統から成るシステムが知られている。すなわち、石炭焚のボイラ１から排出される排ガスは空気予熱器２に導かれ、ここにおいて図示していないが燃焼用空気を熱交換によって加熱する。この空気予熱器２から排出される排ガスの性状は、排ガス温度約１４０℃、ばいじん濃度２０ｇ／ｍ3Ｎ，ＳＯ2濃度は炭種によって異なるが、通常１,０００ｐｐｍ程度である。また、ボイラ１で発生するＳＯ2の一部は、ボイラ内で酸化されてＳＯ3となる。
【０００３】
空気予熱器２から排出される排ガスは、電気集じん器（以下、ＥＰと称する。）３に導かれてばいじんが除去される。通常、ＥＰ３の出口のばいじん濃度は１００ｍｇ／ｍ3Ｎで運転される。ＥＰ３から排出される排ガスは、排ガス再加熱システムを構成する排ガス熱回収器４において、チューブ式の熱回収伝熱管８内を通流する熱媒（通常は水が用いられる。）と熱交換することにより、約９０℃まで冷却される。排ガス熱回収器４から排出される排ガスは、湿式排煙脱硫装置５に導かれ、ここにおいてＳＯ2及びばいじんが除去された後、排ガス再加熱システムを構成する排ガス再加熱器６に導かれる。
【０００４】
排ガス再加熱器６内にはチューブ式の再加熱伝熱管９が配設されており、この再加熱伝熱管９には熱回収伝熱管８に通流される熱媒が、図示していない熱媒循環ポンプにより、熱媒循環管路１０，１１を介して循環されている。そして、この排ガス再加熱器６に導かれた排ガスは、再加熱伝熱管９内を通流する熱媒と熱交換することにより、約４５℃から９０℃まで再加熱されて煙突７から排出される。
【０００５】
上述の通り、ボイラ１からの排ガス中のばいじんの除去は、ＥＰ３と湿式排煙脱硫装置５の両方で行われる。そして、ばいじんの除去性能は、ＥＰ５については荷電量の調整により、湿式排煙脱硫装置５については吸収塔内に噴霧する吸収液量の調整により制御することができる。
【０００６】
ところで、上述の通りボイラ１の出口における排ガス中にはＳＯ3が含まれているため、排ガス熱回収器４における排ガス温度の低下に伴い排ガス中のＳＯ3が凝縮し、熱回収伝熱管８の表面に付着した灰が湿潤状態となり、例えばスートブロワによる清掃でも除去しにくくなり、熱回収伝熱管８の腐食や熱回収伝熱管８周りの詰まりを誘発するという問題がある。
【０００７】
このような問題を防止する方法として、従来、ばいじん濃度ＤとＳＯ3濃度Ｓの比率Ｄ／Ｓを高くすることが提案されている。つまり、ばいじん濃度Ｄを高くすることにより、ＳＯ3が凝縮してもばいじんが乾燥状態を維持できるようにし、熱回収伝熱管８の腐食や詰まりを防止しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、環境保護の気運の高まりから、煙突７からの排出ばいじん濃度の規制値を守ることはもちろんであるが、煙突７からの可視煙についても注目され、極力可視煙を防止する運用が要望されている。
【０００９】
このような要望から、ＥＰ３は常に全荷電で運用されるのが実状であり、これによりＳＯ3濃度Ｓに対するばいじん濃度Ｄが低くなり、Ｄ／Ｓが低くなって排ガス熱伝熱管８の腐食や排ガス熱伝熱管８周りの詰まりを避けられないようになっている。
【００１０】
本発明は、煙突からのばいじん排出量を増加させずに、排ガス熱回収器の伝熱管の腐食や詰まりを防止することを解決すべき課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の手段により解決することができる。
本発明の発明者らは、ＳＯ3の凝縮による排ガス熱回収器の伝熱管のばいじん付着及び詰まりについて、詳細に調査したところ、次のような知見を得た。
【００１２】
すなわち、排ガス熱回収器の伝熱管の管壁温度は、熱媒の入口部が最も低く、排ガス熱回収器の内部で徐々に昇温しているが、伝熱管へのばいじんの詰まり状態は、伝熱管温度の低い領域に集中していることがわかった。これを各部の伝熱管管壁温度の調査結果と比較すると、８０℃以上の領域にばいじんの付着はほとんどなく、８０℃以下で温度の低い領域ほど付着量が多くなることがわかった。
【００１３】
そこで、本発明は、ボイラから排出される排ガス中のばいじんを除去する集じん器と、この集じん器から排出される排ガスの熱の一部を回収する伝熱管を備えた排ガス熱回収器と、この排ガス熱回収器から排出される排ガスを脱硫処理する湿式排煙脱硫装置と、この湿式排煙脱硫装置から排出される排ガスを加熱する伝熱管を備えた排ガス再加熱器と、排ガス熱回収器の伝熱管と排ガス再加熱器の伝熱管との間に熱媒を循環する熱媒循環管路とを含んでなる排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱回収器の伝熱管に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器を設け、この熱媒加熱器の加熱量を調整して前記排ガス熱回収器の伝熱管の管壁温度を８０℃以上に保持することを特徴とする。
【００１４】
これにより、排ガス熱回収器において排ガス温度が低下しても、伝熱管の表面の温度が８０℃以上に保たれるから、排ガス中のＳＯ3が凝縮するのを防止して、伝熱管の表面に付着した灰が湿潤状態となるのを回避でき、伝熱管の腐食や伝熱管周りの灰の詰まりを抑制できる。この作用は、集じん器によりばいじんを十分に除去しても達成できるから、煙突からのばいじん排出量を増加させることがない。
【００１５】
また、本発明の発明者らの調査によれば、伝熱管の表面に付着する灰の付着量等は、ボイラで使用する炭種によっても変化することがわかった。そこで、排ガス熱回収器の伝熱管の管壁温度を８０℃以上に保持する保持温度を、ボイラの運転条件に応じて変更することが好ましい。
【００１７】
また、排ガス熱回収器に流入する排ガスの温度とＳＯ2濃度とをそれぞれ測定する排ガス温度計とＳＯ2濃度計と、この排ガス温度計とＳＯ2濃度計で検出された排ガス温度とＳＯ2濃度とから、予め定めた関係データに基づいて排ガス熱回収器に流入する排ガスのＳＯ3濃度を演算により求めるＳＯ3濃度演算器と、集じん器から排出される排ガスのばいじん濃度を測定するばいじん濃度計と、このばいじん濃度計で測定されたばいじん濃度と前記ＳＯ3濃度演算器により求められた演算ＳＯ3濃度とから、予め定められた関係データに基づいて排ガス熱回収器の伝熱管の最低管壁温度を求め、この最低管壁温度以上に保持するように熱媒加熱器の加熱量を制御することが好ましい。さらに、この最低管壁温度を、ボイラ燃料に用いられる石炭種に応じて変更することが望ましい。
【００１８】
他方、排ガス中のＳＯ3濃度を低減する技術として、重油焚ボイラの場合は、排ガス中にＮＨ3を注入することが知られている。しかし、石炭焚ボイラの場合は、重油焚ボイラに比べてばいじん濃度が高く、注入したＮＨ3がばいじんに付着し、ＳＯ3と有効に反応しないという、ばいじんの緩衝作用があるため、ＮＨ3注入法は用いられていない。しかし、ＮＨ3を注入すれば、排ガス中のＳＯ3濃度をある程度低減できるので、排ガス熱回収器の伝熱管壁温度又は熱媒温度の最低温度を下げることができ、これにより熱媒加熱に用いる熱量（蒸気量）を節約できる。
【００１９】
そこで、本発明の排ガス処理システムにおいて、集じん器の排ガス入口部又は排ガス熱回収器の排ガス入口部にＮＨ3を注入するＮＨ3注入装置と、排ガス熱回収器に流入する排ガスの温度とＳＯ2濃度とをそれぞれ測定する排ガス温度計とＳＯ2濃度計と、この排ガス温度計とＳＯ2濃度計で検出された排ガス温度とＳＯ2濃度とから、予め定めた関係データに基づいて排ガス熱回収器に流入する排ガスのＳＯ3濃度を演算により求めるＳＯ3濃度演算器とを設け、このＳＯ3濃度演算器により求められた演算ＳＯ3濃度に応じてＮＨ3の注入量を制御するようにすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（発明の実施の形態１）
図１に本発明の排ガス処理システムの系統図を示す。同図において、図４の従来例と同一の機能又は構成を有する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。以下、図４との相違する点を中心に説明する。なお、図１と図４において、排ガス熱回収器４の熱回収伝熱管８と、排ガス再加熱器６の再加熱伝熱管９の表現が相違しているが、実質的に相違するものではない。つまり、いずれの伝熱管も、排ガスの流れに沿って上流側から下流側に伝熱管が配置されており、熱媒は下流側の伝熱管から上流側の伝熱管に向かって通流されるようになっている。
【００２１】
排ガス熱回収器４の熱回収伝熱管８に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器１２が、熱媒循環管路１０に設けられている。熱媒加熱器１２は加熱媒体としての蒸気１３が通流される伝熱管を備えてなり、この伝熱管に通流する蒸気の流量を流量調整計１４と流量調整弁１５により調整可能になっている。熱回収伝熱管８に流入する熱媒の温度は、熱媒温度計１６により検出され、その検出値が流量調整計１４に入力されている。流量調整計１４は、熱媒温度設定値演算器１７から出力される熱回収伝熱管８の入口熱媒温度の設定値に、検出値が一致するように流量制御弁１３を制御し、これにより、熱回収伝熱管８に流入する熱媒温度を設定値に制御するようになっている。
【００２２】
ＥＰ３の出口には、排ガス温度計１８と、ＳＯ２濃度計１９と、ばいじん濃度計２０がそれぞれ設けられている。排ガス温度計１８とＳＯ２濃度計１９により検出された排ガス温度とＳＯ２濃度はＳＯ３濃度演算器２１に入力されている。
【００２３】
ＳＯ3濃度演算器２１は、入力される排ガス温度とＳＯ2濃度とから予め定められた関係データに基づいてＳＯ3濃度を求める。このＳＯ3濃度の求め方の原理は次のとおりである。まず、ボイラ１からの排ガス中の硫黄分には、燃料中に含まれる硫黄Ｓから生成されたＳＯ2と、そのＳＯ2の一部（通常約２％程度）が酸化されたＳＯ3とが含まれる。この排ガスが空気予熱器２で冷却されると、ＳＯ2の一部が凝縮して、ばいじんと共に、空気予熱器２に吸着される。この吸着量は、空気予熱器２の出口の排ガス温度によって変化することが考えられている。したがって、空気予熱器２の出口の排ガス温度とＳＯ2濃度とＳＯ3濃度との関係データを予め設定しておくことができる。そして、この関係データに基づき、排ガス温度計１８とＳＯ2濃度計１９による検出値に対応するＳＯ3濃度を計算で求めることができる。
【００２４】
ＳＯ3濃度演算器２１で求められた演算ＳＯ3濃度は、熱媒温度設定値演算器１７に入力される。熱媒温度設定値演算器１７は演算ＳＯ3濃度と、ばいじん濃度と、使用炭種情報２２とを取り込み、熱回収伝熱管８の入口熱媒温度の設定値を演算する。
【００２５】
ここで、熱媒温度設定値演算器１７における演算内容について説明する。
前に述べた通り、排ガス熱回収器４の熱回収伝熱管８への付着ばいじん量は、伝熱管の管壁温度が低い部分に多いことが確認されている。これを定量的に評価するため、排ガス温度、排ガス中のＳＯ3濃度、ばいじん濃度、熱回収伝熱管の管壁温度を変化可能な試験装置を用い、それらの関係を詳細に検討した。これにより得られた試験結果の一例として、熱回収伝熱管の管壁温度に対するばいじん付着量の関係を図２に示す。図２において、横軸は熱回収伝熱管の管壁温度を示し、縦軸はばいじん付着量を示す。また、図中の曲線Ｌ１〜Ｌ５は試験結果を示すものであり、試験条件は下表のとおりである。
【００２６】
表
試験結果   炭種     Ｄ／Ｓ     ＮＨ3注入  
Ｌ１       Ａ          ７          無し
Ｌ２       Ａ        １５          無し
Ｌ３       Ｂ          ７          無し
Ｌ４       Ｂ        １５          無し
Ｌ５       Ｂ        １５          有り
試験結果Ｌ１，Ｌ２は、炭種Ａの発生ばいじんを用いて行い、それぞれＤ／Ｓを変えたものである。Ｄ／Ｓは下記で定義される。
【００２７】
Ｄ／Ｓ＝ダスト濃度（ｍｇ／ｍ3Ｎ）／ＳＯ3濃度（ｐｐｍ）
試験結果Ｌ３，Ｌ４は炭種をＢとして同一条件で試験を実施したものである。
【００２８】
ところで、実際の装置においては、熱回収伝熱管８に付着するばいじんによるドラフトロス（圧力損失）の増加が問題になるから、許容ドラフトロスに基づいてばいじん付着量の許容値を求めることができる。この許容付着量の一例を図２に直線Ｏで示す。これらのことから、図２に示すように、直線Ｏと各曲線Ｌ１〜Ｌ４との交点に対応する温度Ｔ１〜Ｔ４を、熱回収伝熱管の最低管壁温度の設定値にすることにより、伝熱管周りの灰の詰まりを抑制でき、かつ伝熱管の腐食を低減できることになる。また、図２に示すように、ボイラ燃料の炭種やＤ／Ｓなどの運転条件により、最低管壁温度の設定値Ｔ１〜Ｔ４は異なるが、実用上は、ほぼ８０℃を維持すれば十分である。
【００２９】
したがって、Ｄ／Ｓ、炭種性状により排ガス熱回収器４の入口媒体温度の設定値を制御することにより、最適な蒸気量で排ガス熱回収器４の熱回収伝熱管８へのばいじん付着に伴う詰まりなど防止することができる。なお、熱回収伝熱管８内の媒体温度は、熱回収伝熱管８の管壁温度とほとんど同等であるから、媒体加熱器１２の加熱媒体の流量制御は、熱回収伝熱管８の管壁温度に変えて、その入口媒体温度に基づいて制御しても同等である。
【００３０】
（発明の実施の形態２）
本発明の他の実施の形態による排ガス処理システムの系統図を図３に示す。図３に示すシステムが図２のシステムと異なる点は、ＥＰ３の入口にＮＨ3を注入するＮＨ3注入装置３０を設け、ＳＯ3濃度演算器２１から出力される演算ＳＯ3濃度に合わせてＮＨ3の注入量を制御するようにしたことにある。この注入量は流量計３１により計測されて熱媒温度の設定値演算器１７に入力される。熱媒温度の設定値演算器１７は、ＮＨ3の注入量に応じて熱媒温度の設定値を変更する。  通常、ＮＨ3注入は、排ガス中のＳＯ3による腐食防止する方法として、重油焚ボイラにおいて一般に使用される方法であるが、石炭焚ボイラにおいては排ガス中のばいじん濃度が高いので、注入したＮＨ3がばいじんに付着してしまい、ＳＯ3と有効に反応しないという、ばいじんの緩衝作用があるため用いられていない。
【００３１】
しかし、環境規制の強化に伴い、ＥＰ３の出口ばいじん濃度が低減されると、石炭焚ボイラであってもＤ／Ｓが小さくなり、ＮＨ3を注入する必要が生じてきた。このＮＨ3注入量の設定法として、ＳＯ3濃度演算器２１の出力を用いることが有効である。
【００３２】
つまり、石炭焚ボイラの排ガスの場合、ＥＰ３の入口に過剰にＮＨ3を注入しても、ＥＰ３の出口排ガス中にＳＯ3が残存することが確認されている。これは、ばいじんが多量にあるためばいじんにＮＨ3が付着され、ＳＯ3と有効に反応しないためである。さらに過剰にＮＨ3を供給すると、熱回収伝熱管８の表面にＮＨ4塩として析出し、却って熱回収伝熱管８周りを詰まらせることもわかった。また、ＮＨ3を吸着したばいじんがＥＰ３で捕集されると、ＥＰ捕集灰の性状も低下する欠点があり、石炭焚ボイラの排ガスの場合は、ＮＨ3を過剰に注入だけでは、ＳＯ3を除去することが不可能であることを確認した。
【００３３】
したがって、ＮＨ3注入を行っても、ＳＯ3よる熱回収伝熱管８への灰の付着トラブルを防止できるわけでないから、熱回収伝熱管８の管壁温度を設定値以上に保つことが重要である。
【００３４】
しかし、ＮＨ3注入により排ガス中の残存ＳＯ3濃度を低減できるので、管壁温度の設定値を図２の示す試験結果Ｌ５の如く低くすることができるので、媒体の加熱に要する蒸気量を節約できることから、ＮＨ3注入は有効である。
【００３５】
図３において、ＥＰ３の入口にＮＨ3を注入する場合を示したが、これに代えて、ＥＰ３の出口にＮＨ3を注入するようにしてもよい。これによれば、ばいじん濃度の低い排ガス中にＮＨ3を注入することになるから、ＳＯ3とＮＨ3が良好に反応させることができ、ＮＨ3の注入量を節約できると共に、ＥＰ３の捕集灰にＮＨ3が混入するのを防止できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、煙突からのばいじん排出量を増加させずに、排ガス熱回収器の伝熱管の腐食や詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス処理システムの一例の系統図である。
【図２】熱回収伝熱管の管壁温度と伝熱管のばいじん付着量との関係を示す試験結果である。
【図３】本発明に係る排ガス処理システムの他の一例の系統図である。
【図４】従来技術に係る排ガス処理システムの一例の系統図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
２  空気予熱器
３  電気集じん器
４  排ガス熱回収器
５  湿式排煙脱硫装置
６  排ガス再加熱器
７  煙突
８  熱回収伝熱管
９  再加熱伝熱管
１０，１１  熱媒循環管路
１２  熱媒加熱器
１３  蒸気
１４  流量調整計
１５  流量調整弁
１６  熱媒温度計
１７  熱媒温度設定値演算器
１８  排ガス温度計
１９  ＳＯ2濃度計
２０  ばいじん濃度計
２１  ＳＯ3濃度演算器
３０  ＮＨ3注入装置
【図１】
0003661068.tif 000002
【図２】
0003661068.tif 000003
【図３】
0003661068.tif 000004
【図４】
0003661068.tif 000005