(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中のダスト及び硫黄酸化物を乾式電気集塵装置で除去する排ガス処理設備において、
前記乾式電気集塵装置の前段に、前記排ガスの流れの上流側から順に、前記排ガス中に粒子を供給する粒子供給手段、粒子を供給した排ガスを冷却して前記排ガス中に含まれるガス状の硫黄酸化物を凝縮して液化させる排ガス冷却手段、前記硫黄酸化物が凝縮した排ガス中にアンモニアを噴霧するアンモニア噴霧手段を配設したことを特徴とする排ガス処理設備。
【請求項２】
排ガス中のダスト及び硫黄酸化物を乾式電気集塵装置で除去する排ガス処理方法において、
前記乾式電気集塵装置に供給される前の排ガスに、
平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下の粒子を供給し、
粒子を供給した排ガスを１００〜１３０°Ｃの範囲に冷却して前記排ガス中に含まれるガス状の硫黄酸化物を凝縮して液化させた後で、冷却した排ガスにアンモニアを注入することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項３】
前記粒子としてアルカリ性粒子を供給することを特徴とする請求項２の排ガス処理方法。
【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設備及び処理方法に係り、特に排ガス中のダスト及び硫黄酸化物を乾式電気集塵装置で効率的に除去するための排ガス処理設備及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重油、残さ油、重質油、石油コークス等のいわゆる石油系燃料をボイラ燃料とするボイラ排ガス中のダスト及びＳＯ3 （三酸化硫黄）の処理は、エアヒータで冷却した後、乾式電気集塵装置で固形分を除去し、湿式脱硫装置で硫黄酸化物を除去している。
【０００３】
残さ油や石油コークス等の石油系燃料の排ガスには、ＳＯ3 （三酸化硫黄）が３０〜１００ｐｐｍと多く含まれている。排ガス中にＳＯ3 が含まれると、ＳＯ3 濃度の上昇とともに酸露点が高くなる。従って、エアヒータを酸露点よりも低い温度で運転すると、エアヒータにＳＯ3 及びダストが付着し、詰まりの要因になる。この為、このような燃料を用いたプラントのエアヒータは、エアヒータ出口温度を１６０〜１９０°Ｃ程度の比較的高温に制御し、エアヒータエレメントにできるだけ結露しないようにしている。エアヒータを出た排ガスは、乾式電気集塵装置に導入されるが、乾式電気集塵装置ではほとんど温度が降下しない。従って、乾式電気集塵装置に導入された排ガス中のＳＯ3 はほとんどがガス状である。
【０００４】
従来、乾式電気集塵装置の入口煙道にＮＨ3 （アンモニア）ガスを注入し、このガス状のＳＯ3 と反応させて生成した硫安ダストを乾式電気集塵装置で除塵していた。しかし、ガス状のＳＯ3 とＮＨ3 ガスの反応で生じた硫安ダストは粒径が０．１〜１μｍで、電気集塵では最も捕集困難な粒径の領域にある。従って、乾式電気集塵装置では、捕集困難な粒径の硫安ダストの集塵率を高めるために荷電時間を十分にとって対応しているのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾式電気集塵装置の荷電時間が大きいことは、即ち乾式電気集塵装置の容量が大きくなることであり、乾式電気集塵装置の設置スペースや装置重量の面から、より小型の乾式電気集塵装置が望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、乾式電気集塵装置におけるダストの捕集効率を高めることができるので装置を小型化することができる排ガス処理設備及び処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明は前記目的を達成するために、排ガス中のダスト及び硫黄酸化物を乾式電気集塵装置で除去する排ガス処理設備において、前記乾式電気集塵装置の前段に、前記排ガスの流れの上流側から順に、前記排ガス中に粒子を供給する粒子供給手段、粒子を供給した排ガスを冷却して前記排ガス中に含まれるガス状の硫黄酸化物を凝縮して液化させる排ガス冷却手段、前記硫黄酸化物が凝縮した排ガス中にアンモニアを噴霧するアンモニア噴霧手段を配設したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は前記目的を達成するために、排ガス中のダスト及び硫黄酸化物を乾式電気集塵装置で除去する排ガス処理方法において、前記乾式電気集塵装置に導入される前の排ガスに、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下の粒子を供給し、粒子を供給した排ガスを１００〜１３０°Ｃの範囲に冷却して前記排ガス中に含まれるガス状の硫黄酸化物を凝縮して液化させた後で、冷却した排ガスにアンモニアを注入することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、乾式電気集塵装置に導入される前の排ガスに、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下の粒子を供給し、次に、粒子を供給した排ガスを１００〜１３０°Ｃの範囲に冷却し、次に、冷却した排ガスにアンモニアを注入するようにしたので、乾式電気集塵装置に導入されるダストの粒径を大きくすることができる。これにより、乾式電気集塵装置におけるダストの捕集効率を向上させることができる。
【００１０】
また、粒子としてアルカリ性粒子を排ガス中に供給すれば、粒子を供給した排ガスを１００〜１８０°Ｃと冷却温度を高めにしても、乾式電気集塵装置に導入されるダストの粒径を大きくすることができるので、冷却の省エネになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る排ガス処理設備及び処理方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の排ガス処理設備の実施の形態を示したフロー図である。
【００１３】
同図に示すように、排ガス処理設備１０は、重油、残さ油、重質油、石油コークス等の、ボイラ排ガス中にＳＯ3 含量の多い石油系燃料をボイラ燃料とするボイラ（図示せず）の後段に、エアヒータ１２、排ガス冷却装置１４、乾式電気集塵装置１６、湿式脱硫装置１８、湿式電気集塵装置２０及び煙突２２を順に配置し、これらをダクト２４（煙道）で連通させることによって構成される。そして、ボイラから排出された排ガスは、エアヒータ１２、排ガス冷却装置１４を通った後、乾式電気集塵装置１６で除塵され、湿式脱硫装置１８で脱硫され、湿式電気集塵装置２０でミストとダストが除去された後、煙突２２から外部に排出される。
【００１４】
エアヒータ１２と排ガス冷却装置１４の間のダクト２４内には、粒子供給用の粒子用ノズル２６が配設され、粒子輸送管２８を介して粒子供給機３０に接続される。粒子供給機３０からは、フライアッシュ（燃焼によって生成されたダスト）あるいはアルカリ性粒子としての消石灰や水酸化マグネシウム等の粒子が粒子用ノズル２６に送られ、粒子用ノズル２６からダクト２４内を流れる排ガス中に供給される。
【００１５】
排ガス冷却装置１４内には、水スプレノズル３２が配設されると共に水スプレノズル３２は、水配管３４を介して水量調節器３６に接続され、水量調節器３６が水供給管３８、ポンプ４０を介して水供給槽４２に接続される。これにより、排ガス冷却装置１４内に導入された排ガスに水スプレノズル３２から水を噴霧して、排ガスを冷却する。また、排ガス冷却装置１４の出口には温度センサ４４が配設され、信号ケーブル４６を介して前記した水量調節器３６に接続される。そして、温度センサ４４で検出される排ガス温度が予め設定した冷却温度になるように、水スプレノズル３２から噴霧される水量が調節される。これにより、排ガス冷却装置１４出口の排ガス温度を常に設定した温度まで冷却することができる。
【００１６】
また、ダクト２４内の温度センサ４４下流側には、ＮＨ3 用ノズル４８が設けられ、ＮＨ3 配管５０を介してＮＨ3 供給装置５２に接続される。これにより、排ガス冷却装置１４出口においてＮＨ3 用ノズル４８から排ガス中にＮＨ3 ガスが噴霧される。
【００１７】
乾式電気集塵装置１６、湿式脱硫装置１８、及び湿式電気集塵装置２０は、公知のものを使用することができ、詳細な説明は省略する。
【００１８】
次に、上記の如く構成された排ガス処理設備１０を用いた本発明の排ガス処理方法を説明する。
【００１９】
ボイラ（図示せず）から排出された排ガスは、まず、エアヒータ１２において１８０°Ｃ程度に冷却された後、粒子用ノズル２６から排ガス中に粒子が供給される。
【００２０】
次に、粒子が供給された排ガスは、排ガス冷却装置１４に導入されて、水スプレノズル３２から水が噴霧される。これにより、排ガス冷却装置１４出口の排ガス温度が１００〜１３０°Ｃの範囲に、例えば１２０°Ｃに冷却される。排ガス温度が１８０°Ｃから１２０°Ｃまで低下する過程で、排ガス中に含まれるガス状のＳＯ3 は凝縮して液化する。この凝縮の際に、冷却される排ガス中に予め粒子を供給しておくようにしたので、粒子が凝縮の核となり凝縮作用を促進することができる。これにより、排ガス中のガス状のＳＯ3 濃度を顕著に低減することができる。そして、排ガス冷却装置１４出口において、凝縮したＳＯ3 を含む排ガス中にＮＨ3 用ノズル４８からＮＨ3 ガスが噴霧されて、ＳＯ3 とＮＨ3 が反応し、粒状の硫安ダストが生成される。この硫安ダストが生成される際に、凝縮したＳＯ3 中に核として粒子をもっているので、生成される硫安ダストの平均粒径を、粒子を供給しない場合の硫安ダストに比べて大きくすることができる。従って、本発明では、次の乾式電気集塵装置１６において除去する硫安ダストの平均粒径が大きいので、捕集効率を高めることができる。これにより、乾式電気集塵装置１６の容量を小さくしても捕集効率が良いので、乾式電気集塵装置１６を小型化することができる。
【００２１】
上記した本発明の排ガス処理方法において、供給粒子の平均粒径としては、１μｍ以上３０μｍ以下のものが好ましい。これは、排ガス冷却装置１４出口において、粒子を核として凝縮したＳＯ3 と注入したＮＨ3 とを反応させて硫安ダストを生成する際に、供給粒子の平均粒径が１μｍ未満では硫安ダストの粒径が小さすぎて乾式電気集塵装置１６におけるダストの捕集効率を向上させるのに不十分だからである。逆に、供給粒子の平均粒径が３０μｍを超えると、粒子が排ガス中で自然沈降し易くなるために凝縮に寄与する粒子の数が減少するので、ＳＯ3 の凝縮が阻害される。また、供給粒子として、消石灰のようなアルカリ性粒子を使用すると、ガス状のＳＯ3 がアルカリとが反応するので、排ガス中のガス状のＳＯ3 濃度を一層低減することができる。これにより、注入ＮＨ3 と反応して生成される硫安ダストの粒径を一層大きくすることができるので、乾式電気集塵装置１６でのダストの捕集効率を更に向上させることができる。
【００２２】
尚、本実施の形態では、排ガス中の硫黄酸化物として、石油系燃料の排ガス中に多く含まれるＳＯ3 の例で説明したが、二酸化硫黄等の硫黄酸化物の場合にも適用することができる。
【００２３】
【実施例】
表１は、排ガス中に供給する供給粒子の平均粒径及び排ガス冷却装置出口の排ガス温度を変化させたときに、乾式電気集塵装置（乾式ＥＰ）入口における硫安ダスト等のダスト平均粒径、及び排ガス冷却装置出口のガス状のＳＯ3 濃度がどのように変わるかを試験したものである。
【００２４】
試験条件としては、ＳＯ3 を５０ｐｐｍ含む１８０°Ｃの排ガスに、粒子を排ガスに対して約１ｇ／ｍ3 供給し、排ガス冷却装置で水スプレして排ガスを冷却した後、排ガス冷却装置出口でＮＨ3 を排ガスに対して１００ｐｐｍ供給した。
【００２５】
そして、この試験条件において、乾式電気集塵装置入口でのダスト平均粒径と、排ガス冷却装置出口でのガス状ＳＯ3 濃度を測定した。
【００２６】
表１の実施例１〜４は、供給粒子としてフライアッシュを使用した場合であり、実施例５〜６は、供給粒子としてアルカリ性粒子である消石灰を供給した場合である。
【００２７】
また、比較例として、排ガス中に粒子を供給しないと共に、排ガス冷却装置で水スプレーをしないまま、排ガス冷却装置出口でＮＨ3 を１００ｐｐｍ供給し、この場合における乾式電気集塵装置入口でのダスト平均粒径と、排ガス冷却装置出口でのガス状ＳＯ3 濃度を測定した。また、供給粒子の平均粒径が０．５μｍ場合と４０μｍの場合のように１〜３０μｍから外れる場合についても調べた。
【００２８】
【表１】
0003719091.tif 000002
表１の比較例１から分かるように、排ガス中に粒子を供給せず、かつ排ガス冷却装置で水スプレーをしないでＮＨ3 を注入した場合には、排ガス冷却装置出口のガス状ＳＯ3 濃度が５０ｐｐｍと排ガス中のＳＯ3 全てがガス状であるため、乾式電気集塵装置入口におけるダストの平均粒子が０．３５μｍと小さくなってしまった。この０．３５μｍは、乾式電気集塵装置での捕集困難な０．１〜１μｍの領域にある。この理由は、ガス状のＳＯ3 とガス状のＮＨ3 とが反応して生成される硫安ダストは粒径が小さくなるためである。
【００２９】
比較例２は、供給粒子の平均粒径が０．５μｍと１μｍ未満の場合であるが、排ガス冷却装置出口でのガス状ＳＯ3 濃度は２．５ｐｐｍと低下するものの、供給粒子が小さすぎて生成される硫安ダストの粒径も小さくなる。従って、乾式電気集塵装置入口におけるダスト平均粒子が乾式電気集塵装置での捕集困難な０．１〜１μｍの範囲内に入ってしまうため、粒子を供給しても乾式電気集塵装置でのダストの捕集効率が向上しにくい。
【００３０】
比較例３は、供給粒子の平均粒径が４０μｍと３０μｍを越える場合であるが、この場合には粒子の自然沈降により凝縮に寄与する粒子数が減るので、ガス状ＳＯ3 がミストになるときの凝縮核が少なく、微細なＳＯ3 ミストが生成され、結局、乾式電気集塵装置入口でのダスト平均粒径は０．６μｍと大きくならない。従って、乾式電気集塵装置での捕集効率が向上しにくい。
【００３１】
これに対し、本発明の排ガス処理方法を行った実施例１〜６は、注入した粒子を核としてＳＯ3 が凝縮するので、乾式電気集塵装置入口でのダスト平均粒径も大きくなる。この場合、乾式電気集塵装置入口でのダスト平均粒径は、供給した供給粒子の径よりも僅かに小さくなる。この理由は、少量残存するガス状のＳＯ3 とガス状のＮＨ3 との反応で生成される硫安ダストが小さいために、この影響でダスト平均粒径が供給粒子の平均粒径よりも僅かに小さくなるものと考察される。
【００３２】
また、排ガス冷却装置の出口温度は１２０°Ｃでも排ガス冷却装置出口のガス状のＳＯ3 濃度は２ｐｐｍ程度であり十分に低下しているが、１００°Ｃの場合には０．１ｐｐｍとなり殆ど検出限界まで低下させることができる。そして、この１００°Ｃの場合には、乾式電気集塵装置入口のダスト平均粒径が４．８μｍで、供給粒子の平均粒径４．５μｍよりも大きくなった。
【００３３】
また、実施例４と実施例６の比較から分かるように、供給粒子として消石灰を供給した実施例６の場合には、排ガス冷却装置の出口温度が１２０°Ｃと実施例４の１００°Ｃより高くても、排ガス冷却装置出口のガス状のＳＯ3 濃度、及び乾式電気集塵装置入口のダスト平均粒径が実施例４のフライアッシュの場合と同じになる。これは、ガス状のＳＯ3 とアルカリ性粒子のアルカリとが反応するので、排ガス温度が多少高くても良い結果が得られるものと考察される。このことは実施例５から推察され、アルカリ性粒子の場合には、排ガス冷却装置内で水スプレーして排ガスを冷却しない場合でも、排ガス冷却装置出口のガス状のＳＯ3 濃度が１２ｐｐｍまで低下しており、比較例１の無操作に比べて顕著に低下していた。これにより、アルカリ性粒子を排ガス中に供給することにより、排ガス冷却装置における水スプレー量を削減することが可能となる。
【００３４】
尚、実施例１の乾式電気集塵装置入口のダスト平均粒径は、０．９μｍと乾式電気集塵装置での捕集困難な０．１〜１μｍの上限付近であったが、乾式電気集塵装置での捕集は良好であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排ガス処理装置及び処理方法によれば、乾式電気集塵装置における粒子の捕集効率を高めることができるので装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス処理設備のフローを示した構成図
【符号の説明】
１０…排ガス処理設備、１２…エアヒータ、１４…排ガス冷却装置、１６…乾式電気集塵装置、１８…湿式脱硫装置、２０…湿式電気集塵装置、２２…煙突、２４…ダクト、２６…粒子用ノズル、３０…粒子供給機、３２…水スプレノズル、３６…水量調節器、４４…温度センサ、４８…ＮＨ3 用ノズル
【図１】
0003719091.tif 000003