(57)【要約】【課題】二酸化炭素を主体とする排ガスへの窒素の混入を防止して湿式脱硫装置の構造の簡略化を図り得る酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置を提供する。【解決手段】燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラ１と、酸素燃焼ボイラ１から排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置２とを備え、酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１へ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置２へ導入する。【選択図】図１
2018065104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラから排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と
を備えた酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法であって、
酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラへ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置へ導入する酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法。
【請求項２】
燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラから排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と
を備えた酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置であって、
酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラへ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置へ導入する酸化ガスラインを備えた酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置。
【請求項３】
前記酸素燃焼ボイラへ排ガスを供給する排ガス再循環ラインと、
該排ガス再循環ラインに酸素を注入する酸素製造装置と、
該酸素製造装置から酸素が注入された排ガスを圧送する排ガス再循環ファンと
を備え、
前記酸化ガスラインは、前記排ガス再循環ファンの吐出側から分岐される請求項２記載の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置。
【請求項４】
前記湿式脱硫装置は、吸収液を貯留する液溜部を備え、
前記酸化ガスラインは、前記液溜部に排ガスを吹き込む酸化ブロワを備えている請求項３記載の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置。
【請求項５】
前記湿式脱硫装置で硫黄酸化物が除去された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を備えている請求項４記載の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の微粉炭ボイラには、空気燃焼方式が一般に採用されてきた。微粉炭ボイラから排出される排ガスには硫黄酸化物（ＳＯx）が含まれており、このため、微粉炭ボイラの下流には脱硫装置を設け、この脱硫装置によって排ガス中の硫黄酸化物の濃度が所定値以下になるように脱硫していた。従来の微粉炭ボイラに設けられる脱硫装置には、石灰石石膏法と称される湿式脱硫装置が一般に採用されていた。
【０００３】
このような湿式脱硫装置では、微粉炭ボイラから排出される硫黄酸化物を含む排ガスと、石灰石（ＣａＣＯ３）を含む吸収液とを接触させることにより、亜硫酸石膏（ＣａＳＯ３）を生成してこれを酸化させ、石膏（ＣａＳＯ４）として回収することが行われる。従って、排ガスに含まれる硫黄酸化物を石膏として回収するために、湿式脱硫装置の液溜部に貯留されて前記亜硫酸石膏が含まれた吸収液に対し、酸化用の空気を吹き込むことが行われる。
【０００４】
一方、近年、微粉炭ボイラにおいて、酸素燃焼方式を採用した酸素燃焼ボイラが開発されている。
【０００５】
前記酸素燃焼ボイラによれば、空気燃焼時には排ガス中に窒素が含まれるのに対し、酸素燃焼時には排ガスを再循環させつつ酸素を注入することにより、窒素がほとんど含まれずに二酸化炭素を主体とする排ガスが排出されることから、この排ガスを二酸化炭素回収装置へ導いて二酸化炭素を回収する際の作業負荷を軽減できる利点がある。
【０００６】
ここで、酸素燃焼ボイラにおいても、排ガスには主体となる二酸化炭素の他に石炭由来の硫黄酸化物が含まれるため、この硫黄酸化物は湿式脱硫装置によって除去する必要がある。即ち、酸素燃焼ボイラから排出される排ガスは、下流の二酸化炭素回収装置に導いて圧縮、冷却することにより二酸化炭素の液化を行っているが、排ガスに硫黄酸化物が含まれていると、硫黄酸化物は冷却する過程で液化して硫酸となり、二酸化炭素回収装置の構成部材を腐食させる可能性がある。このため、酸素燃焼ボイラからの排ガスは湿式脱硫装置で処理することにより、排ガスに残留する硫黄酸化物の濃度を極力低減する必要がある。
【０００７】
しかし、前述の如く亜硫酸石膏を酸化させるために、湿式脱硫装置の液溜部の吸収液に酸化用の空気を吹き込むと、この酸化用の空気中に含まれる窒素が二酸化炭素を主体とする排ガスに混入してしまい、排ガスの二酸化炭素の純度を低下させることになる。排ガスの二酸化炭素の純度が低下すると、二酸化炭素回収装置に導いて二酸化炭素を回収する際の作業負荷が増加する問題を生じる。
【０００８】
このため、酸素燃焼ボイラに用いられる湿式脱硫装置においては、酸化塔を別置きにして、該酸化塔に亜硫酸石膏を含んだ吸収液を導入し、この吸収液を空気で酸化することが一つの案として考えられている。しかし、酸化塔を別置きにするのでは、コストアップが避けられず、設置面積も大きくなる不具合がある。こうした不具合を解消すべく、酸化塔を別置きとせずに、吸収液に吹き込む酸化用の空気が二酸化炭素を主体とする排ガスに混入しないように工夫された湿式脱硫装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが存在する。
【０００９】
特許文献１に開示されたものは、スプレノズルを備えた吸収塔に排ガスが導入され、この排ガスにスプレノズルによって噴射される吸収液を接触させるようにし、前記吸収塔の下部には、前記吸収液を回収するようにした液溜部が、前記吸収塔の下部を包囲するように設けられている。更に、前記吸収塔の下部には、下端が前記液溜部の内底部と接近する位置まで延設された水封管が設けられており、この水封管によって前記液溜部の内部が区画されている。そして、前記液溜部には、該液溜部の内部の吸収液を撹拌する撹拌機が設けられており、前記撹拌機は吸収液の内部の石灰石粒子を撹拌すると共に、液溜部の吸収液を水封管の外周面に沿って旋回させるようになっている。更に、前記撹拌機の近傍には、吸収液に酸化用の空気を吹き込む空気供給管が設けられている。
【００１０】
前記特許文献１に開示されたものでは、液溜部の内部が水封管の内側と外側とに区画されているので、空気供給管により液溜部の吸収液に吹き込まれた酸化用の空気は、前記水封管の外面と液溜部の内面との間の吸収液の内部を上昇するようになる。従って、酸化用の空気が水封管の内部へ向かうことは抑制され、酸化用の空気が吸収塔の内部の排ガスに混入しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】再公表ＷＯ２０１１／１４５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示される湿式脱硫装置においては、液溜部の吸収液に吹き込まれる酸化用の空気が吸収塔の内部へ流入することを防止するために、水封管のような区画壁を備える必要があり、該水封管の下端は液溜部の内底部に間隔を有した高さとなるよう宙吊りで設けなければならないため、液溜部の内部の構造が複雑になるという問題があった。更に、吸収塔を液溜部に支持するためには高い剛性強度の支持構造が必要になる。
【００１３】
又、液溜部の内部は水封管により区画されているものの、水封管の下端と液溜部の内底部との間には隙間があるため、水封管の内部に酸化用の空気が侵入して、該酸化用の空気中に含まれる窒素が排ガスに混入する可能性を完全になくすことは困難となっていた。
【００１４】
一方、前記湿式脱硫装置においては、前記吸収塔の内面や液溜部の内面及びスプレノズルに多量の石膏が付着する問題がある。従って、前記湿式脱硫装置は定期的に運転を休止し、付着した石膏を除去すると共に、腐食の発生を検査して必要な個所には補修を施すといったメンテナンス作業が実施されている。前記湿式脱硫装置のメンテナンス作業時には、液溜部の吸収液を全て除去した後、液溜部の内部及び吸収塔の内部に足場を組み上げ、液溜部の内面及び吸収塔の内面、更にはスプレノズルに付着した石膏を除去する作業が行われる。又、液溜部の内面及び吸収塔の内面、更にはスプレノズルの腐食状況を検査して必要な個所には補修をする作業が行われる。しかし、前記水封管のような区画壁が液溜部に設けられた構造では、足場を組み立てる作業が非常に困難となり、このために、湿式脱硫装置のメンテナンス作業に多大の時間を要し、メンテナンス作業に要する費用が増加するという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、二酸化炭素を主体とする排ガスへの窒素の混入を防止して湿式脱硫装置の構造の簡略化を図り得る酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法は、燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラから排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と
を備えた酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法であって、
酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラへ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置へ導入することができる。
【００１７】
一方、本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置は、燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラから排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と
を備えた酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置であって、
酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラへ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置へ導入する酸化ガスラインを備えることができる。
【００１８】
前記酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置においては、前記酸素燃焼ボイラへ排ガスを供給する排ガス再循環ラインと、
該排ガス再循環ラインに酸素を注入する酸素製造装置と、
該酸素製造装置から酸素が注入された排ガスを圧送する排ガス再循環ファンと
を備え、
前記酸化ガスラインは、前記排ガス再循環ファンの吐出側から分岐されるようにすることができる。
【００１９】
前記酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置において、前記湿式脱硫装置は、吸収液を貯留する液溜部を備え、
前記酸化ガスラインは、前記液溜部に排ガスを吹き込む酸化ブロワを備えることができる。
【００２０】
前記酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化装置においては、前記湿式脱硫装置で硫黄酸化物が除去された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を備えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置によれば、二酸化炭素を主体とする排ガスへの窒素の混入を防止して湿式脱硫装置の構造の簡略化を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置の実施例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置の実施例における湿式脱硫装置を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１及び図２は本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置の実施例である。
【００２５】
本実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、燃料の酸素燃焼が行われる酸素燃焼ボイラ１と、該酸素燃焼ボイラ１から排出される排ガスより硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置２とを備え、酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１へ供給される酸素注入後の排ガスの一部を酸化ガスとして湿式脱硫装置２へ導入するようにした点にある。
【００２６】
酸素燃焼時に前記酸素燃焼ボイラ１から排出される排ガスは、ダストフィルタ３で煤塵が除去され、排ガス再循環ライン４によって循環されるようになっており、該排ガス再循環ライン４には、酸素製造装置５から酸素が注入され、該酸素製造装置５から酸素が注入された排ガスは、排ガス再循環ファン６によって酸素燃焼ボイラ１へ圧送されるようになっている。
【００２７】
前記酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１へ供給される酸素注入後の排ガスの一部は、酸化ガスライン７から酸化ガスとして湿式脱硫装置２へ導入され、前記酸化ガスライン７は、前記排ガス再循環ファン６の吐出側から分岐されるようになっている。
【００２８】
ここで、前記湿式脱硫装置２は、図２に示す如く、吸収塔８を備えて、その底部に吸収液Ｓを貯留する液溜部９を備え、前記吸収塔８における前記液溜部９よりも上部の側壁には、酸素燃焼ボイラ１（図１参照）からの排ガスを導入する排ガス入口１０が形成され、前記吸収塔８の上端部には排ガスを導出する排ガス出口１１が形成されている。前記吸収塔８の内部における前記排ガス入口１０の高さ位置より上方には、吸収液Ｓを噴射するスプレノズル１２が設けられ、該スプレノズル１２の上部にはミストエリミネータ１３が設けられている。前記スプレノズル１２には、前記液溜部９の吸収液Ｓが循環ポンプ１４によって供給されるようになっている。前記液溜部９には、吸収液Ｓの石灰石粒子が沈殿しないように撹拌するための撹拌機１５が設けられ、該撹拌機１５の近傍位置に開口するよう前記酸化ガスライン７が接続されている。これにより、前記酸化ガスライン７から吹き込まれる酸素注入後の排ガスの一部が撹拌機１５によって吸収液Ｓの内部へ分散されるようになっている。尚、前記酸化ガスライン７が接続される位置は、前記液溜部９の撹拌機１５の近傍位置に限定されるものでなく、吸収液Ｓに直接吹き込める位置であれば、吸収塔８の底面やその他の位置であっても良い。
【００２９】
前述の如く、液溜部９には吸収液Ｓが貯留されて深さを有しているため、前記酸化ガスライン７は、図１に示す如く、前記液溜部９の水頭圧に打ち勝って排ガスを吹き込むための酸化ブロワ１６を備えている。
【００３０】
前記湿式脱硫装置２の下流側には、二酸化炭素回収装置１７が設けられ、該二酸化炭素回収装置１７によって前記湿式脱硫装置２で硫黄酸化物が除去された排ガスから二酸化炭素を回収するようになっている。前記二酸化炭素回収装置１７は、上流側から下流側へ向かって順次、コンプレッサ１８と、スクラバ１９と、ドライヤ２０と、コールドボックス２１と、二酸化炭素ポンプ２２とを備えている。前記コンプレッサ１８は、前記湿式脱硫装置２で硫黄酸化物が除去された排ガスを圧縮するよう、前記湿式脱硫装置２の下流側に設けられている。前記スクラバ１９は、前記コンプレッサ１８で圧縮された排ガスを高圧洗浄するよう、前記コンプレッサ１８の下流側に設けられている。前記ドライヤ２０は、前記スクラバ１９で高圧洗浄された排ガスを乾燥させるよう、前記スクラバ１９の下流側に設けられている。前記コールドボックス２１は、前記ドライヤ２０で乾燥した排ガス中の非凝縮性ガスである酸素等を分離除去して二酸化炭素を回収するよう、前記ドライヤ２０の下流側に設けられている。前記二酸化炭素ポンプ２２は、前記コールドボックス２１で回収された二酸化炭素を処理施設（図示せず）へ圧送するよう、前記コールドボックス２１の下流側に設けられている。
【００３１】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００３２】
酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１から排出される排ガスは、ダストフィルタ３で煤塵が除去され、排ガス再循環ライン４によって循環されるが、この時、該排ガス再循環ライン４には、酸素製造装置５から酸素が注入され、該酸素製造装置５から酸素が注入された排ガスは、排ガス再循環ファン６によって圧送され、前記酸素燃焼ボイラ１へ供給される。
【００３３】
ここで、前記酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１から排出されダストフィルタ３で煤塵が除去された排ガスの一部は、湿式脱硫装置２の排ガス入口１０（図２参照）へ導入されると共に、前記酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１へ供給される酸素注入後の排ガスの一部は、前記排ガス再循環ファン６の吐出側から分岐された酸化ガスライン７を経由し酸化ガスとして酸化ブロワ１６により湿式脱硫装置２へ導入される。
【００３４】
前記湿式脱硫装置２において、前記酸素燃焼ボイラ１からの排ガスは、排ガス入口１０から吸収塔８の内部に導入され、スプレノズル１２から噴射される吸収液Ｓと接触することにより、硫黄酸化物が除去され、ミストエリミネータ１３を通過して排ガス出口１１から導出される。前記酸化ガスライン７から酸化ブロワ１６により湿式脱硫装置２の液溜部９に吹き込まれた排ガスは、撹拌機１５によって吸収液Ｓの内部へ酸化ガスとして分散される。前記酸素燃焼ボイラ１から排出される硫黄酸化物を含む排ガスと、石灰石（ＣａＣＯ３）を含む吸収液Ｓとが接触することによって生成された亜硫酸石膏（ＣａＳＯ３）は、前記酸化ガスとしての排ガスによって酸化され、石膏（ＣａＳＯ４）として回収される。
【００３５】
前記湿式脱硫装置２で硫黄酸化物が除去された排ガスは、排ガス出口１１から二酸化炭素回収装置１７へ導かれ、該二酸化炭素回収装置１７のコンプレッサ１８によって圧縮される。前記コンプレッサ１８によって圧縮された排ガスは、スクラバ１９で高圧洗浄され、ドライヤ２０で乾燥される。前記ドライヤ２０で乾燥された排ガスは、コールドボックス２１において、非凝縮性ガスである酸素等が分離除去されて二酸化炭素が回収され、該二酸化炭素が二酸化炭素ポンプ２２によって処理施設（図示せず）へ圧送される。
【００３６】
本実施例の場合、特許文献１に開示される湿式脱硫装置とは異なり、液溜部９の吸収液Ｓに吹き込まれる酸化用の空気が吸収塔８の内部へ流入することを防止するための水封管のような区画壁を備える必要がなくなるため、液溜部９の内部の構造が複雑にならず、吸収塔８を支持するための高い剛性強度の支持構造が不要になる。
【００３７】
又、酸素燃焼時に酸素燃焼ボイラ１へ供給される酸素注入後の排ガスに窒素はほとんど含まれていないため、湿式脱硫装置２で硫黄酸化物が除去された排ガスに窒素が混入する可能性をほとんどなくすことが可能となる。
【００３８】
一方、前記水封管のような区画壁を液溜部９に設けなくて済むため、メンテナンス作業時に足場を組み立てる作業が容易となり、湿式脱硫装置のメンテナンス作業の時間が短縮され、メンテナンス作業に要する費用が増加することを回避可能となる。
【００３９】
こうして、二酸化炭素を主体とする排ガスへの窒素の混入を防止して湿式脱硫装置２の構造の簡略化を図り得る。
【００４０】
そして、本実施例の場合、前記酸素燃焼ボイラ１へ排ガスを供給する排ガス再循環ライン４と、該排ガス再循環ライン４に酸素を注入する酸素製造装置５と、該酸素製造装置５から酸素が注入された排ガスを圧送する排ガス再循環ファン６とを備え、前記酸化ガスライン７は、前記排ガス再循環ファン６の吐出側から分岐される。このように構成すると、酸素製造装置５から酸素が注入され排ガス再循環ファン６によって圧送され酸素燃焼ボイラ１へ供給される排ガスの一部を抜き出して湿式脱硫装置２へ好適に導入することができる。
【００４１】
又、前記湿式脱硫装置２は、吸収液Ｓを貯留する液溜部９を備え、前記酸化ガスライン７は、前記液溜部９に排ガスを吹き込む酸化ブロワ１６を備えている。このように構成すると、湿式脱硫装置２の液溜部９の深さによる水頭圧に応じて酸化ブロワ１６の運転を調節することにより、酸化ガスライン７から円滑に排ガスを液溜部９に吹き込むことができる。
【００４２】
更に又、前記湿式脱硫装置２で硫黄酸化物が除去された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置１７を備えている。このように構成すると、排ガスに残留する硫黄酸化物を湿式脱硫装置２で除去し、二酸化炭素回収装置１７の構成部材を腐食させることを防止しつつ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【００４３】
尚、本発明の酸素燃焼ボイラ設備における脱硫酸化方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１        酸素燃焼ボイラ
２        湿式脱硫装置
４        排ガス再循環ライン
５        酸素製造装置
６        排ガス再循環ファン
７        酸化ガスライン
８        吸収塔
９        液溜部
１６        酸化ブロワ
１７        二酸化炭素回収装置
Ｓ        吸収液
【図１】
2018065104.tif 000003
【図２】
2018065104.tif 000004