(57)【要約】【課題】  従来の装置と比較して一定水準以上のＳＯ３除去効率を保持しつつ、運転コストを飛躍的に抑えることが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】  燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガス処理装置であって、燃焼排ガス１００が流通する煙道１１に処理剤１０２を供給する処理剤供給手段２と、前記処理剤１０２が供給された燃焼排ガス１００を冷却し、燃焼排ガス１００中のＳＯ３成分を凝縮させる温度降下手段３と、前記温度降下手段３の排ガス後流側の煙道１１に設けられた電気集塵装置４と、前記電気集塵装置４の排ガス後流側に設けられた石灰石膏法に基づく脱硫装置５と、前記電気集塵装置４で回収された粉塵１０１の一部を、前記温度降下手段３の排ガス上流側の煙道１１に供給し、処理剤として循環使用させる循環手段６とを備える排ガス処理装置を提供する。【選択図】      図１
2014124580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガス処理装置であって、
燃焼排ガスが流通する煙道に処理剤を供給する処理剤供給手段と、
前記処理剤が供給された燃焼排ガスを冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ３成分を凝縮させる温度降下手段と、
前記温度降下手段の排ガス後流側の煙道に設けられた電気集塵装置と、
前記電気集塵装置の排ガス後流側に設けられた石灰石膏法に基づく脱硫装置と、
前記電気集塵装置で回収された粉塵の一部を、前記温度降下手段の排ガス上流側の煙道に供給し、処理剤として循環使用させる循環手段と
を備える排ガス処理装置。
【請求項２】
前記排ガス処理装置が、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ１（ｔ）
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）                    式（Ｉ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記電気集塵装置で回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、循環開始前の処理剤の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記循環手段による粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ１（ｔ）は、廃棄補正量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、および処理剤の追加供給量を制御する制御手段をさらに備える、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記処理剤が、炭酸カルシウム、活性炭、灰、および石膏からなる群から選択される、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記電気集塵装置で回収された粉塵の他の一部を前記脱硫装置に供給する再使用手段をさらに備える、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記排ガス処理装置が、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｆ
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）−Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）          式（ＩＩ）
Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記電気集塵装置での回収後に廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での全回収量を表し、Ｘ０は、循環開始前の処理剤の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記循環手段による粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ（ｔ）は、廃棄補正量を表し、Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への粉塵の再使用量を表し、Ｆは、前記脱硫装置での要求量を表し、Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への脱硫剤の追加供給量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御する制御手段をさらに備える、請求項４に記載の排ガスの処理装置。
【請求項６】
前記処理剤が、炭酸カルシウムまたは活性炭である、請求項４または５に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガス処理方法であって、
燃焼排ガスが流通する煙道に処理剤を供給する工程と、
前記処理剤が供給された前記燃焼排ガスを温度降下手段により冷却する工程と、
前記冷却後の燃焼排ガスを電気集塵装置により除塵する工程と、
除塵後の前記燃焼排ガスを石灰石膏法に基づく脱硫装置により処理する工程と
を含む排ガス処理方法であって、前記電気集塵装置で回収された粉塵の一部を前記温度降下手段の上流側の煙道内に供給し、処理剤として循環使用する排ガス処理方法。
【請求項８】
時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ１（ｔ）
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）                        式（Ｉ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、処理剤の循環開始前の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ１（ｔ）は、廃棄補正量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、および処理剤の追加供給量を制御する、請求項７に記載の排ガス処理方法。
【請求項９】
前記処理剤が、炭酸カルシウム、活性炭、灰、および石膏からなる群から選択される、請求項７または８記載の排ガス処理方法。
【請求項１０】
前記回収された粉塵の他の一部を、前記脱硫装置内に供給して再使用する工程をさらに含む、請求項７に記載の燃焼排ガスの処理方法。
【請求項１１】
時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｆ
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）−Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）          式（ＩＩ）
Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記除塵工程後に廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、処理剤の循環開始前の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ（ｔ）は、廃棄補正量を表し、Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記粉塵の再使用量を表し、Ｆは、前記脱硫装置での要求量を表し、Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への脱硫剤の追加供給量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御する、請求項１０に記載の燃焼排ガスの処理方法。
【請求項１２】
前記処理剤が、炭酸カルシウムまたは活性炭である、請求項１０または１１に記載の燃焼排ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガスの処理装置および排ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油、石炭等の化石燃料には、硫黄分が含まれており、その燃料をボイラ等で燃焼させると、硫黄分は炉内で酸化し大部分は亜硫酸（ＳＯ２）ガスとなるが、その一部はさらに酸化が進んで無水硫酸（ＳＯ３）ガスに転化される。ＳＯ３ガスは、排煙系統内で冷却されると硫酸（ＳＯ３）ミストとなる。ＳＯ３ミストは凝縮された硫酸分であり、石炭を燃料とする場合は、ＳＯ３ミストは大量の石炭灰に「まぶされ」るため腐食の原因となることは少ないが、油などの灰分の少ない燃料を用いる場合には、ＳＯ３ミストが「まぶされ」る灰分が少ないため、しばしば腐食の原因となる。特に重質油のような非常に硫黄分の高い燃料を使用する場合には、発生するＳＯ３も多いため、排煙系統に設置される集塵装置などの機器や煙道のＳＯ３による腐食は特に深刻な問題である。
【０００３】
ＳＯ３ミストは、気相で析出する非常に微細な粒子であり、排煙脱硫装置を設置してもほとんど捕集されずに、大部分がそのまますり抜けて煙突から紫煙として放出されてしまう。このため、排ガス中の灰分が少なく、ＳＯ３の発生量が多い（Ｓの転換率が高い）発電設備対応の排ガス処理施設では、脱硝装置の後流に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を注入して吸着させ、石膏として分離除去することにより、ＳＯ３による設備の腐食を防止することが知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、排ガス温度を排ガス中のＳＯ３がＳＯ３フュームに変化する温度まで降温させ、電荷を帯電させた炭酸カルシウム等の帯電固体粒子にＳＯ３フュームを吸着させて分離除去する装置も知られている（特許文献２）。このような装置の概略図を、図３に示す。
この装置では、炭酸カルシウム供給手段２２によって炭酸カルシウムが燃焼排ガス中に注入され、燃焼排ガスが温度降下手段３において冷却されると、ＳＯ３は凝縮して炭酸カルシウムに吸着される。脱硫装置５では、ＳＯ３と反応せずに余った炭酸カルシウムが石灰石膏法の原料として利用され、ＳＯ２が石膏として分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４５８１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４５０７４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、図３の装置では、ＳＯ３と炭酸カルシウムの接触確率を高めるために、炭酸カルシウムを大量に投入する必要があり、炭酸カルシウム消費量の増大のため、運転コストが増大するという問題がある。さらに、多量の炭酸カルシウムが使用され、硫黄分に対するカルシウム分が過剰となり、脱硫装置５で生成する石膏の純度が低下するという問題もある。また、炭酸カルシウムの使用量が過剰であると、脱硫装置出口の煤塵濃度が高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、一定水準以上のＳＯ３除去効率を保持しつつ、従来の装置と比較して運転コストを飛躍的に抑えることが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法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】
前記目的を達成するため、本発明は、燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガス処理装置であって、燃焼排ガスが流通する煙道に処理剤を供給する処理剤供給手段と、前記処理剤が供給された燃焼排ガスを冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ３成分を凝縮させる温度降下手段と、前記温度降下手段の排ガス後流側の煙道に設けられた電気集塵装置と、前記電気集塵装置の排ガス後流側に設けられた石灰石膏法に基づく脱硫装置と、前記電気集塵装置で回収された粉塵の一部を、前記温度降下手段の排ガス上流側の煙道に供給し、処理剤として循環使用させる循環手段とを備えている。
【０００９】
本発明に係る排ガス処理装置は、その一態様において、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ１（ｔ）
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）                    式（Ｉ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記電気集塵装置で回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、循環開始前の処理剤の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記循環手段による粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ１（ｔ）は、廃棄補正量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、および処理剤の追加供給量を制御する制御手段をさらに備えることが好適である。
【００１０】
本発明に係る排ガス処理装置は、その一態様において、前記処理用粉末が、炭酸カルシウム、活性炭、灰、および石膏からなる群から選択されることが好適である。
【００１１】
本発明に係る排ガス処理装置は、別の態様において、前記電気集塵装置で回収された粉塵の他の一部を前記脱硫装置に供給する再使用手段をさらに備えることが好適である。
【００１２】
本発明に係る排ガス処理装置は、その一態様において、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｆ
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）−Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）          式（ＩＩ）
Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記電気集塵装置での回収後に廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での全回収量を表し、Ｘ０は、循環開始前の処理剤の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記循環手段による粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ（ｔ）は、廃棄補正量を表し、Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への粉塵の再使用量を表し、Ｆは、前記脱硫装置での要求量を表し、Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への脱硫剤の追加供給量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御する制御手段をさらに備えることが好適である。
【００１３】
本発明に係る排ガス処理装置は、その一態様において、前記処理用粉末が、炭酸カルシウムまたは活性炭であることが好適である。
【００１４】
本発明は、別の側面において、燃焼排ガス中に含まれる硫黄分を除去する排ガス処理方法であって、燃焼排ガスが流通する煙道に処理剤を供給する工程と、前記処理剤が供給された前記燃焼排ガスを温度降下手段により冷却する工程と、前記冷却後の燃焼排ガスを電気集塵装置により除塵する工程と、除塵後の前記燃焼排ガスを石灰石膏法に基づく脱硫装置により処理する工程とを含む排ガス処理方法であって、前記電気集塵装置で回収された粉塵の一部を前記温度降下手段の上流側の煙道内に供給し、処理剤として循環使用する。
【００１５】
本発明に係る排ガス処理方法は、その一態様において、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ１（ｔ）
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）                        式（Ｉ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記電気集塵装置での粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、処理剤の循環開始前の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ１（ｔ）は、廃棄補正量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、および処理剤の追加供給量を制御することが好適である。
【００１６】
本発明に係る排ガス処理方法は、その一態様において、前記処理用粉末が、炭酸カルシウム、活性炭、灰、および石膏からなる群から選択されることが好適である。
【００１７】
本発明に係る排ガス処理方法は、別の態様において、前記回収された粉塵の他の一部を、前記脱硫装置内に供給して再使用する工程をさらに含むことが好適である。
【００１８】
本発明に係る排ガス処理方法は、その一形態において、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｆ
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）−Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）          式（ＩＩ）
Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
（式中、Ｄ（ｔ）は、前記除塵工程後に廃棄される粉塵の量を表し、Ｚ（ｔ）は、前記粉塵の全回収量を表し、Ｘ０は、処理剤の循環開始前の供給量を表し、Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量を表し、Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、前記粉塵の循環使用量を表し、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量を表し、Ｋ（ｔ）は、廃棄補正量を表し、Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記粉塵の再使用量を表し、Ｆは、前記脱硫装置での要求量を表し、Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）は、前記脱硫装置への脱硫剤の追加供給量を表す。）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御することが好適である。
【００１９】
本発明に係る排ガス処理方法は、その一形態において、前記処理用粉末が、炭酸カルシウムまたは活性炭であることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一定水準以上のＳＯ３除去効率を保持しつつ、運転コストを飛躍的に抑えることが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の排ガス処理装置の一実施形態の全体構成を示す系統図である。
【図２】図２は、本発明の排ガス処理装置の他の実施形態の全体構成を示す系統図である。
【図３】図２は、従来の排ガス処理装置を示す系統図である。
【図４】図３は、粉塵中のＳＯ３濃度を示す図である。
【図５】図４は、ＳＯ３除去用炭酸カルシウムの追加供給率（追加供給量／初期供給量）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る排ガス処理装置および排ガス処理方法について、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１に、本発明に係る排ガス処理装置について、その一実地形態を示す。図１に示す排ガス処理装置は、主たる構成要素として、処理剤供給手段２、温度降下手段３、電気集塵装置４、脱硫装置５、および循環ライン６を備えている。温度降下手段３、電気集塵装置４、および脱硫装置５は、この順に煙道を介して配設されている。
【００２４】
本実施形態の排ガス処理装置は、ボイラ１の排ガス後流に、煙道１１を介して配設された温度降下手段３を備えている。ボイラ１と温度降下手段３とを連結する煙道１１には、処理剤供給手段２が連結されている。温度降下手段３の排ガス後流側の煙道１１には、電気集塵装置４が配設されている。電気集塵装置４には、粉塵移送ライン１２が連結されており、粉塵移送ライン１２は、分配手段９を始点として、ボイラ１と温度降下手段３とを連結する煙道１１に接続する循環ライン６、および残りの粉塵を廃棄するための廃棄ライン１４に分岐する。電気集塵装置４の排ガス後流側には、煙道１１を介して連結される脱硫装置５が設置される。脱硫装置５には、炭酸カルシウム供給手段８が管路を介して連結される。脱硫装置５の排ガス後流側には、煙道で連結される煙突１３が設置される。
【００２５】
ボイラ１は、排ガス処理装置の排ガス前流側に設けられ、重油、石炭等の化石燃料を燃焼させ、排ガスを排出する。ボイラ１は、重質油のような硫黄分が高く、灰分の少ない燃料を使用し、ＳＯ３の発生量が多いものであることが好適である。一例として、ＩＧＣＣ（石炭ガス化複合発電）などのボイラが適している。ボイラ１と排ガス処理装置との間の煙道１１には、脱硝装置、電気集塵装置、熱回収器などの装置が設置されていてもよい。
【００２６】
処理剤供給手段２は、燃焼排ガス１００が流通する煙道１１に処理剤１０２を供給する手段である。処理剤供給手段２は、ボイラ１と温度降下手段３とを連結する煙道１１に連結されている。処理剤供給手段２としては、処理剤１０２を貯留するタンクまたはホッパ、該処理剤タンクまたはホッパと煙道１１とを連結する管路、および該処理剤タンクまたはホッパから管路を通して処理剤１０２を搬送する手段を備えるものなどが挙げられる。処理剤１０２を搬送する手段としては、気流搬送する手段としては、ブロワまたは空気圧縮機等が挙げられる。スラリ搬送する手段としては、例えば、処理剤粒子を液中に混入させてスラリとする攪拌槽と、攪拌槽で生成されたスラリを圧送するためのスラリポンプとよりなるものが挙げられる。管路出口には、煙道１１内の燃焼排ガス中に処理剤１０２を噴射する手段、例えば複数の噴射ノズルを備える噴射グリッドなどが設けられていることが好適である。処理剤供給手段２による処理剤の供給量は、好ましくは後述する制御装置７により制御される。
【００２７】
処理剤１０２は、好ましくは、炭酸カルシウム、活性炭、灰、および石膏からなる群から選択される固体粒子である。これらの処理剤は、煙道内において燃焼排ガス中のＳＯ３ミストを吸着する作用を有する。活性炭は、ＳＯ３ミストの吸着に加え、有機物（例えばフミン酸等のＴＯＣ検出成分）、重金属（例えば、Ｈｇ）、ＨＣｌ、Ｈ２Ｓとも結合する作用があり、これらの物質を燃焼排ガスから除去することを可能とする。処理剤は、好ましくは粉体またはスラリとして煙道１１内に供給される。スラリとして供給される場合は、ＳＯ３が処理剤粒子表面に吸着される作用が高くなるように、スラリを構成する液を燃焼排ガスの熱により即座に蒸発するものとすることが好ましいが、このような液としては、例えば一般的な工業用水等の水を使用することができる。
【００２８】
温度降下手段３は、処理剤１０２が供給された燃焼排ガス１００を冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ３成分を凝縮させる手段である。温度降下手段３は、ボイラ１の排ガス後流側に、煙道１１を介して設けられている。温度降下手段３は、排ガス温度を、好ましくは９０〜１５０℃に低下させる。温度降下手段３としては、排ガスの温度をＳＯ３成分が凝縮するまで降下できるものであれば特に限定されないが、例えば、ＧＧＨ等の熱回収器、および排ガス中に冷却媒体を噴射する冷却スプレー等が挙げられる。
【００２９】
電気集塵装置４は、温度降下手段３で冷却された排ガスを除塵する手段である。電気集塵装置４では、燃焼排ガス１００と接触後の処理剤が粉塵１０１として回収される。電気集塵装置４は、温度降下手段３の排ガス後流側の煙道１１に配設されている。電気集塵装置４の排出口には、回収された粉塵を移送する粉塵移送ライン１２が連結されている。粉塵移送ライン１２は、分配手段９を始点として、ボイラ１と温度降下手段３とを連結する煙道１１に接続する循環ライン６、および残りの粉塵を廃棄するための廃棄ライン１４に分岐する。分配手段９は、例えば、移送されてきた粉塵１０１を受けるホッパと、そこから循環ライン６と廃棄ライン１４に分岐する２つの弁、煤塵を各ラインに移送するコンベア、またはブロアの組み合わせを備える。粉塵移送ライン１２には、分配手段９の粉塵前流側において、電気集塵装置４から搬出される粉塵１０１の流量を計測する流量計、および粉塵１０１のＳＯ３濃度を計測するＳＯ３濃度計測器が接続されている。流量計およびＳＯ３濃度計測器による計測値は、制御手段７に出力される。
【００３０】
循環ライン６は、粉塵を、煙道１１内に、粉体またはスラリとして供給する。循環ライン６は、好ましくは、粉塵を気流搬送するブロアまたは空気圧縮機等の気流搬送する手段、または粉塵を液中に混入させてスラリとする攪拌槽と、攪拌槽で生成されたスラリを圧送するためのスラリポンプとを組み合わせたものなどのスラリ搬送する手段を備えている。循環ライン６の煙道１１内出口には、燃焼排ガス中に粉塵を噴射する手段、例えば複数の噴射ノズルを備える噴射グリッドなどが設けられていることが好適である。
【００３１】
脱硫装置５は、燃焼排ガス中のＳＯ２成分を石灰石膏法に基づき除去する手段である。脱硫装置５は、電気集塵装置４の排ガス後流側に、電気集塵装置４と煙道１１を介して設けられる。脱硫装置５としては、公知のものを使用することができるが、例えば、炭酸カルシウムを主成分とする吸収液に燃焼排ガス中の硫黄分を吸収させる吸収塔を備えるものを使用することができる。脱硫装置５には、吸収液の調製のための炭酸カルシウム１０３を供給する炭酸カルシウム供給手段８が管路を介して接続されている。炭酸カルシウム供給手段８は、例えば、炭酸カルシウムを貯留するホッパを備える。脱硫装置５には、脱硫装置５の吸収塔で生成した石膏スラリを排出口から搬出し、脱水・回収するベルトフィルタ等の装置が接続されていてもよい。
【００３２】
煙突１３は、脱硫装置５の排ガス後流側に、煙道１１を介して配設されており、排ガスを排ガス処理装置の外に排出する。
【００３３】
制御手段７は、粉塵の流量計、ＳＯ３濃度計測器から出力される計測値に基づいて、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、および処理剤の追加供給量を制御する。制御手段７は、粉塵の廃棄量を、例えば、廃棄ホッパ開度やブロア出力調整により制御する。粉塵の循環使用量は、例えば、コンベアとホッパ開度の組み合わせにより制御される。処理剤追加供給量は、例えば、ホッパ開度により制御される。
【００３４】
制御手段７は、時間（ｔ）において、好ましくは、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ１（ｔ）
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）                    式（Ｉ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
を満たすように、粉塵の廃棄量Ｄ（ｔ）、粉塵の循環使用量Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）、および処理剤の追加供給量Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）を制御する。ここで、時間（ｔ）は、粉塵の循環を開始した後の任意の時間を表す。
【００３５】
式（Ｉ）において、Ｄ（ｔ）は、電気集塵装置４で回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表す。Ｚ（ｔ）は、電気集塵装置４での粉塵の単位時間当たりの全回収量（単位は、tｏｎ／ｈ）を表し、例えば、粉塵移送ライン１２の分配手段９の粉塵前流側に設けられた粉塵１０１の流量を測定する流量計による計測値に基づいて算出される。Ｘ０は、粉塵の循環開始前の処理剤の供給量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）を表し、粉塵の循環を行わずに排ガス処理を行った場合に燃焼排ガス中のＳＯ３成分を、０ｐｐｍまで除去するために必要な処理剤の量である。Ｘ０の値は、燃焼排ガス中に同伴されるＳＯ３の質量のおよそ１０〜３０倍として求めることができる。Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）を表し、例えば粉塵移送ライン１２の分配手段９の粉塵前流側に設けられた粉塵１０１のＳＯ３濃度を計測するＳＯ３濃度計測器により計測することができる。Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、循環ライン６による粉塵の循環使用量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）をそれぞれ表し、式（Ｉ）に従って決定することができる。なお、ＳＯ３とＣａＣＯ３の反応や吸着などが生じるため、必ずしもＺ（ｔ）＝Ｘ０＋Ｙとはならないことに注意が必要である。
【００３６】
Ｋ１（ｔ）は、廃棄補正量を表し、粉塵の循環を繰り返すたびに処理剤としての純度が下がるのを防止するように調整される。Ｋ１（ｔ）は、任意の値とすることができ、定数であってもよく、または変数であってもよい。Ｋ１（ｔ）は、事前にマスバランス計算を行い、粉塵の循環が定常状態に達した後の有効な処理剤成分濃度、すなわちＳＯ３除去に利用可能な処理剤濃度を高い状態に保つ値となるように決定することが好ましい。マスバランスの計算は、式（Ｉ）を経時変化で求めることにより行うことができる。例えば、ＳＯ３成分の除去効率を６０％以上に保持するためには、定常時に達したときの有効な処理剤成分濃度は、電気集塵装置４での全回収物中に６０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは７０質量％以上、あるいは、定常時に達したときに、電気集塵装置４で回収される粉塵中のＳＯ３濃度が、４０質量％以下であることが好ましく、３０質量％であることがより好ましい。このマスバランス計算に基づくと、Ｋ１（ｔ）は、好ましくは２．５以上であり、より好ましくは３．５〜４．０である。Ｋ１（ｔ）は、Ｋ１（ｔ）をこの範囲とすることにより、粉塵中のＳＯ３濃度を一定以下に抑え、粉塵の循環使用によるＳＯ３の除去率の低下を防止するという定常状態を保持できるように制御することができる。
【００３７】
図４に、廃棄補正量Ｋ１（ｔ）を様々な値にしたときの、粉塵中のＳＯ３濃度の計算値を示すグラフを示す。粉塵中のＳＯ３濃度は、粉塵中の粗悪炭酸カルシウム率と同一視することができる。この計算値は、処理剤として炭酸カルシウムを使用した場合について行ったものである。Ｋ１（ｔ）は１、１．５０、２、３、もしくは１０、または起動時に２とし、６時間から３．５とした。その他の条件は、初期供給量Ｘ０＝１５０ｔｏｎ／ｈ、ＳＯ３除去量Ｙ＝１０ｔｏｎ／ｈとして計算した。なお、この計算では、ＳＯ３と水分との反応による質量の増減は考慮されていない。図４のグラフによれば、廃棄補正量Ｋ１（ｔ）を循環開始時に低い値（例えば、Ｋ１（ｔ）＝２）に抑えて、一定時間後、例えば６時間以降にＫ１（ｔ）を高い値（例えば、Ｋ１（ｔ）＝３．５）とすることにより、粉塵中の粗悪炭酸カルシウム率を、例えば３０質量％以下に抑えることができることが分かる。
【００３８】
図５には、処理剤供給手段２によって供給されるＳＯ３除去用の炭酸カルシウムの追加供給率（追加供給量／初期供給量）を示す。図５に示すグラフは、図４と同一の条件を用いて算出したものである。
【００３９】
次に、本実施形態の排ガス処理装置を用いた排ガス処理方法の一形態を説明する。本実施形態に係る排ガス処理方法は、燃焼排ガス１００が流通する煙道１１に処理剤１０２を供給する工程と、処理剤１０２が供給された燃焼排ガス１００を温度降下手段３により冷却する工程と、冷却後の燃焼排ガスを電気集塵装置４により除塵する工程と、除塵後の燃焼排ガスを石灰石膏法に基づく脱硫装置５により処理する工程とを含み、電気集塵装置４で回収された粉塵１０１の一部を前記温度降下手段の上流側の煙道１１内に供給し、処理剤として循環使用する。
【００４０】
燃焼排ガス１００が流通する煙道１１に処理剤１０２を供給する工程では、処理剤１０２を、処理剤供給手段２により、ボイラ１の排ガス後流側であって、温度降下手段３の排ガス前流側の煙道１１内に供給する。処理剤１０２は、粉体またはスラリとして煙道１１内に供給することができる。処理剤１０２の供給量は、制御手段７により制御する。処理剤１０２は、好ましくは、煙道１１内の燃焼排ガス中に噴射され、均一に分散される。
【００４１】
燃焼排ガス１００を冷却する工程では、燃焼排ガス１００を温度冷却手段３により冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ３成分を凝縮させる。燃料排ガス１００は、好ましくは、９０〜１５０℃の温度まで冷却される。燃焼排ガス１００が冷却されると、ほぼ全てのＳＯ３成分が凝縮してＳＯ３のミストに変化する。ＳＯ３ミストは、燃焼排ガス中の処理剤に吸着され、処理剤とともに排ガス流に乗って電気集塵装置４に送られる。
【００４２】
燃焼排ガスを電気集塵装置４により除塵する工程では、電気集塵装置４を用いて燃焼排ガスからＳＯ３成分が吸着した処理剤を粉塵として分離・回収する。この工程により、燃焼排ガス中のＳＯ３ミストはほぼ完全に除去され、除塵後の燃焼排ガスにはほとんど残留しない。回収された粉塵は、粉塵移送ライン１２に搬出され、その一部は分配手段９を介して循環ライン６に移送され、残りの粉塵は廃棄ライン１４を介して廃棄される。循環ライン６に移送される粉塵の量および廃棄される粉塵の量は、制御手段７により制御される。
【００４３】
脱硫装置５により処理する工程では、除塵後の燃焼排ガスを、脱硫装置５において石灰石膏法に基づき脱硫する。脱硫装置５には、石灰石膏法の吸収液の調製のために、炭酸カルシウム供給手段８により炭酸カルシウム１０３が供給される。炭酸カルシウム１０３の供給量は、入口ＳＯ２濃度と要求脱硫率、要求石膏純度に基づいて決定する。脱硫装置５により処理する工程により、燃焼排ガス中の硫黄成分、主にＳＯ２成分を吸収液に吸収させて、石膏を生成する。吸収液中に沈殿する石膏スラリは、例えば、ベルトフィルタ等により脱水し、石膏として回収する。処理剤として活性炭を使用する場合は、吸収液中のＨｇが活性炭に吸着され、燃焼排ガスから除去される。脱硫装置５から流出した燃焼排ガスは、煙突１３から排出する。
【００４４】
第一実施形態の排ガス処理装置および排ガス処理方法によれば、燃焼排ガスの処理剤を循環使用できるため、処理剤の投入量を減少させることができ、運転コストを低下させることができる。さらに、循環使用する処理剤の割合を制御することにより、処理剤の有効成分濃度を一定以上に維持し、処理剤の循環使用によるＳＯ３の除去率の低下を防止することができる。本実施形態では、燃焼排ガスが電気集塵装置４により除塵され、処理剤がそのまま脱硫装置５に流入してカルシウム分が過剰になることがないため、生成する石膏の純度低下、または脱硫装置出口の煤塵濃度が高くなるという問題が生じない。
【００４５】
図２に、本発明に係る排ガス処理装置について、第二の実施形態を示す。図２に示す排ガス処理装置は、主たる構成要素として、処理剤供給手段２、温度降下手段３、電気集塵装置４、脱硫装置５、循環ライン６、および供給ライン１０を備えている。温度降下手段３、電気集塵装置４、および脱硫装置５は、この順に煙道を介して配設されている。本実施形態に係る排ガス処理装置は、電気集塵装置４で回収された粉塵の一部を温度降下手段３の排ガス上流側の煙道１１に供給して処理剤として循環使用することに加え、粉塵１０１の他の一部を、脱硫装置５に供給することを特徴としている。図１と同じ符号を付した構成要素は、同様の構成・作用を持つ。
【００４６】
本実施形態に係る排ガス処理装置では、粉塵移送ライン１２に、分配手段９を始点として分岐し、脱硫装置５に接続する供給ライン１０がさらに配設されている。分配手段９は、例えば、移送されてきた粉塵１０１を受けるホッパと、そこから循環ライン６、廃棄ライン１４、および供給ライン１０に分岐する３つの弁、煤塵を各ラインに移送するコンベア、またはブロアの組み合わせを備える。供給ライン１０は、電気集塵装置４で回収された粉塵１０１のうち、循環ライン６に移送される一部の粉塵とは別の一部の粉塵を脱硫装置５に供給し、吸収液の調製のために再使用させることができる。供給ライン１０により脱硫装置５に供給される粉塵の量は、制御手段７により決定される。
【００４７】
本実施形態では、処理剤１０２は、炭酸カルシウムまたは活性炭である。活性炭を使用する場合、ＳＯ３成分に加え、有機物（例えばフミン酸等のＴＯＣ検出成分）、重金属（例えば、Ｈｇ）、ＨＣｌ、Ｈ２Ｓも燃焼排ガスから吸着・除去することが可能となる。
【００４８】
本実施形態に係る排ガス処理装置には、脱硫装置５と煙突１３を連結する煙道１１に、脱硫装置５から流出する燃焼排ガス中のＳＯ２濃度を計測するＳＯ２濃度測定器がさらに設けられている。ＳＯ２濃度測定器による測定値は、制御手段７に出力される。
【００４９】
制御手段７は、流量計、ＳＯ３濃度計測器、ＳＯ２濃度計測器から出力される計測値に基づいて、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御する。制御手段７は、粉塵の廃棄量を、例えば、廃棄ホッパ開度やブロア出力調整により制御する。粉塵の循環使用量は、例えば、コンベアとホッパ開度の組み合わせにより制御される。処理剤追加供給量は、例えば、ホッパ開度により制御される。粉塵の脱硫装置への再使用量は、例えば、コンベアとホッパ開度の組み合わせにより制御される。脱硫剤の脱硫装置への追加供給量は、例えば、ホッパ開度により制御される。
【００５０】
制御手段７は、好ましくは、時間（ｔ）において、以下の式：
Ｄ（ｔ）＝Ｚ（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｆ
Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｚ（ｔ）−Ｄ（ｔ）−Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）          式（ＩＩ）
Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）＝Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）×Ｙ／（Ｘ０＋Ｙ）×Ｋ２（ｔ）
Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）＝Ｘ０−Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）
を満たすように、粉塵の廃棄量、粉塵の循環使用量、処理剤の追加供給量、粉塵の脱硫装置への再使用量、および脱硫剤の脱硫装置への追加供給量を制御する。
【００５１】
式（ＩＩ）において、Ｄ（ｔ）は、電気集塵装置４で回収された粉塵のうち廃棄される粉塵の量を表す。Ｚ（ｔ）は、電気集塵装置４での単位時間当たりの全回収量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）を表し、例えば、粉塵移送ライン１２の分配手段９の粉塵前流側に設けられた粉塵１０１の流量を測定する流量計による計測値に基づいて算出される。Ｘ０は、循環開始前の処理剤の供給量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）を表し、粉塵の循環を行わずに排ガス処理を行った場合に燃焼排ガス中のＳＯ３成分を０ｐｐｍまで除去するために必要な処理剤の量である。Ｘ０の値は、ガス中に同伴されるＳＯ３の質量のおよそ１０〜３０倍として求めることができる。Ｙは、燃焼排ガスからのＳＯ３の除去量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）を表し、例えば粉塵移送ライン１２の分配手段９の粉塵前流側に設けられた粉塵１０１のＳＯ３濃度を計測するＳＯ３濃度計測器により計測することができる。Ｆは、脱硫装置５での炭酸カルシウムの要求量を表し、入口ＳＯ２濃度と要求脱硫率、要求石膏純度等によって求めることができる。Ｒ（ＳＯ３）（ｔ）は、循環ライン６による粉塵の循環使用量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）、Ｘ（ＳＯ３）（ｔ）は、処理剤の追加供給量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）、Ｒ（ＳＯ２）（ｔ）は、脱硫装置５への粉塵の再使用量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）、Ｘ（ＳＯ２）（ｔ）は、脱硫装置５への炭酸カルシウムの追加供給量（単位は、ｔｏｎ／ｈ）をそれぞれ表し、式（ＩＩ）によって決定することができる。なお、ＳＯ３とＣａＣＯ３の反応や吸着などが生じるため、必ずしもＺ（ｔ）＝Ｘ０＋Ｙとはならないことに注意が必要である。
【００５２】
Ｋ２（ｔ）は、廃棄補正量を表し、粉塵の循環を繰り返すたびに処理剤としての純度が下がるのを防止するように調整される。Ｋ２（ｔ）は、定数であってもよく、または変数であってもよい。Ｋ２（ｔ）は、任意の値とすることができ、事前にマスバランス計算を行い、粉塵の循環が定常状態に達した後の有効な処理剤成分濃度、すなわちＳＯ３除去に利用可能な処理剤濃度を高い状態、好ましくは電気集塵装置４で回収された粉塵中に６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上に保つ値となるように決定することが好ましい。マスバランスの計算は、（ＩＩ）を経時的に解くことにより行うことができる。
【００５３】
次に、本実施形態に係る排ガス処理装置を用いた排ガス処理方法の一形態を説明する。本実施形態に係る排ガス処理方法は、電気集塵装置４で回収された粉塵の他の一部を、脱硫装置５内に供給して再使用する工程をさらに含む点で、第一の実施形態と異なる。
【００５４】
電気集塵装置４で回収された粉塵の他の一部を、脱硫装置５内に供給して再使用する工程では、電気集塵装置４で回収された粉塵のうち、循環ライン６に移送した一部の粉塵とは他の一部の粉塵を、分配手段９を介して供給ライン１０に移送し、脱硫装置５内に吸収液の調製のために供給する。脱硫装置５に供給する粉塵の量は、制御手段７により制御する。脱硫装置５から流出する燃焼排ガス中のＳＯ２濃度は、脱硫装置５と煙突１３を連結する煙道１１に接続されたＳＯ２濃度測定器を用いて計測することができる。
【００５５】
本実施形態に係る排ガス処理装置およびこれを用いた排ガス処理方法によれば、処理剤の投入量の低減による運転コストの低下および一定水準以上のＳＯ３の除去率の保持に加え、脱硫装置５に流入する硫黄分を適正な範囲に制御することができるため、脱硫装置５で生成する石膏の純度を定常的に高水準に保つことができるという効果を有する。
【符号の説明】
【００５６】
１      ボイラ
２      処理剤供給手段
３      温度降下手段
４      電気集塵装置
５      脱硫装置
６      循環ライン
７      制御手段
８      炭酸カルシウム供給手段
９      分配手段
１０    供給ライン
１１    煙道
１２    粉塵移送ライン
１３    煙突
１４    廃棄ライン
２２    炭酸カルシウム供給手段
１００  燃焼排ガス
１０１  粉塵
１０２  処理剤
１０３  炭酸カルシウム
【図１】
2014124580.tif 000003
【図２】
2014124580.tif 000004
【図３】
2014124580.tif 000005
【図４】
2014124580.tif 000006
【図５】
2014124580.tif 000007