(57)【要約】【課題】排ガス循環部の配管の腐食を防止し、ミルにおいては配管内の微粉炭の流動性や燃焼性の低下を防止することである。【解決手段】石炭を燃料とした酸素燃焼ボイラ１と、脱硝装置３と、空気予熱器４と、集塵装置５と、脱硫装置６と、二酸化炭素回収装置８とを酸素燃焼ボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置した排ガス処理部と、集塵装置５出口又は脱硫装置６出口の排ガスダクトから分岐して排ガスを空気予熱器４により予熱して酸素燃焼ボイラ１に戻す排ガス循環部とを設けた排ガス処理装置において、空気予熱器４と集塵装置５との間に集塵装置５入口のガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上にする熱回収用熱交換器１３を設け、排ガス循環部の分岐部近傍にガス温度をＳＯ3の酸露点以上にする再加熱用熱交換器１３を設ける。集塵装置５入口のガス温度をＳＯ3の酸露点以下にすることでＳＯ3を凝縮させて集塵装置５で除去できる。【選択図】図１
2011110480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃料とした酸素燃焼ボイラから発生する排ガス中の窒素酸化物を脱硝処理する脱硝装置と、該脱硝装置出口の排ガスにより酸素燃焼ボイラの燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガス中の媒塵を回収する集塵装置と、該集塵装置出口の排ガス中の硫黄酸化物を脱硫処理する脱硫装置と、前記脱硫装置出口の排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置とを酸素燃焼ボイラの排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置した排ガス処理部と、
前記集塵装置出口又は前記脱硫装置出口の前記排ガスダクトから分岐して、排ガスを前記空気予熱器により予熱して燃焼用空気として酸素燃焼ボイラに戻す循環ラインを有する排ガス循環部と
を設けた排ガス処理装置において、
空気予熱器と集塵装置との間の排ガスダクトに空気予熱器出口の排ガスから熱回収して集塵装置入口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上にするための熱回収用熱交換器を設け、更に、前記排ガス循環部の分岐部近傍の循環ラインに前記熱回収用熱交換器と熱交換することで排ガス温度をＳＯ3の酸露点以上にするための再加熱用熱交換器を設けたことを特徴とする酸素燃焼システムの排ガス処理装置。
【請求項２】
熱回収用熱交換器の上流側であって脱硝装置の入口又は出口の排ガスダクトに、排ガス中にアルカリ性の添加剤を供給するアルカリ性添加剤供給手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置。
【請求項３】
脱硝装置の出口に排ガス中のＳＯ3濃度を測定するＳＯ3濃度測定手段を設け、
前記アルカリ性添加剤供給手段に添加剤供給量を調整する添加剤供給量調整手段を設け、
前記アルカリ性添加剤供給手段による添加剤供給量が前記ＳＯ3濃度測定手段により測定されるＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように前記添加剤供給量調整手段の制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項２に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置。
【請求項４】
前記排ガス循環部の分岐部近傍であって再加熱用熱交換器の上流側に排ガス中の水分を除去するための水除去装置を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置。
【請求項５】
前記酸素燃焼ボイラに石炭を供給するミルを設け、前記排ガス循環部の再加熱用熱交換器よりも下流側の排ガスを前記ミルに供給するミル供給排ガスラインを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素燃焼システムの排ガス中の有害成分を除去する排ガス処理装置に係わり、特に集塵部で三酸化硫黄（ＳＯ3）を効率よく除去することで、排ガス循環部の配管やファンの腐食及び灰詰まり等を防止するのに適切な排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電用ボイラの二酸化炭素（ＣＯ2）削減技術の一つとして、酸素燃焼方式が注目されている。酸素燃焼方式では、従来の方式（空気燃焼方式）と比べて排ガス組成が大きく異なるため、ＳＯ3の高濃度化による排ガス循環部の配管又はファンの腐食及び灰詰まり等の点を考慮しなければならず、酸素燃焼方式に適する排ガス処理装置の開発も重要な課題である。
【０００３】
従来の酸素燃焼システムにおける排ガス処理装置の構成を図６に示す。図６の排ガス処理装置は、脱硫装置の上流側に排ガス循環部を設けた構成である。  
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガス中の二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【０００４】
そして、更に集塵装置５の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１に戻す第一循環ライン９及び集塵装置５の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。  
ボイラ１は、ミル１９から供給される石炭を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。このときに用いられる酸素は酸素製造装置１０により製造、供給される。そして、酸素の供給は、酸素供給配管２１から第一循環ライン９を介して、また酸素供給配管２２からミル１９への第二循環ライン２０等を介して行われる。供給された酸素はＡ／Ｈ４で循環ガスと共に加熱される。
【０００５】
また、脱硝装置３では、排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が分解され、その後、Ａ／Ｈ４で排ガス温度を２００〜１６０℃に降下させた後に、集塵装置５で排ガス中の煤塵が除去される。集塵装置５により除塵された排ガスは流路が分岐することで脱硫装置６、第一循環ライン９、第二循環ライン２０にそれぞれ供給される。  
脱硫装置６では排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が除去されて、その後ＣＯ2回収装置８で排ガス中のＣＯ2が回収される。また、集塵装置５出口から第一循環ライン９を通った排ガスは、排ガス循環用ファン１５により昇圧されて、ボイラ１に供給される。更に、集塵装置５出口から第二循環ライン２０を通った排ガスは、排ガス循環用ファン１８によって昇圧されて、Ａ／Ｈ４で２００℃まで再加熱された後、ミル１９に供給される。ミル１９では石炭が乾燥及び粉砕されて、石炭は供給されたガスと共にボイラ１に供給される。
【０００６】
また、図７には、従来技術の酸素燃焼システムにおける排ガス処理装置の他の例を示す。図７に示す排ガス処理装置は、脱硫装置６の下流側に排ガス循環部を設けた構成である。  
この排ガス処理装置も図６に示す排ガス処理装置と同様に、主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガス中の二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【０００７】
そして、更に脱硫装置６の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１へ戻す第一循環ライン９及び脱硫装置６の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。  
ボイラ１はミル１９から供給される石炭を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。このときに用いられる酸素は酸素製造装置１０により製造、供給される。そして、酸素の供給は、酸素供給配管２１から第一循環ライン９を介して、また酸素供給配管２２からミル１９への第二循環ライン２０等を介して行われる。供給された酸素はＡ／Ｈ４で循環ガスと共に加熱される。
【０００８】
また、脱硝装置３では排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が分解され、その後、Ａ／Ｈ４で排ガス温度を２００〜１６０℃に降下させた後、集塵装置５で排ガス中の煤塵が除去される。集塵装置５により除塵された排ガスは脱硫装置６に供給されることで排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が除去される。  
脱硫装置６により脱硫後の排ガスは流路が分岐することでＣＯ2回収装置８、第一循環ライン９、第二循環ライン２０にそれぞれ供給される。
【０００９】
ＣＯ2回収装置８では排ガス中のＣＯ2が回収される。また、脱硫装置６出口から第一循環ライン９を通った排ガスは、排ガス循環用ファン１５により昇圧されてボイラ１に供給される。更に、脱硫装置６出口から第二循環ライン２０を通った排ガスは、排ガス循環用ファン１８によって昇圧されてＡ／Ｈ４で２００℃まで再加熱された後、ミル１９に供給される。ミル１９では石炭が乾燥及び粉砕されて、石炭は供給されたガスと共にボイラ１に供給される。
【００１０】
また、酸素燃焼方式として、下記特許文献３には、石炭を純酸素と二酸化炭素の混合ガスで燃焼させると共に、該燃焼によって発生した分の二酸化炭素と水分を除去した後に残存する二酸化炭素を還流して石炭の燃焼に使用する閉サイクルを構成した二酸化炭素回収型石炭火力発電システムが開示されている。石炭を純酸素と二酸化炭素の混合ガスで燃焼させることで、その結果ほぼ二酸化炭素のみが生成されて閉サイクルに使用されることで、酸素濃度を空気のそれと近似させて燃焼条件を維持すると共に、燃焼で生成した分の二酸化炭素が系外に抽出されてＣＯ2分離装置なしに回収される。
【００１１】
そして、具体例として、微粉炭ボイラにおいて微粉炭を純酸素と二酸化炭素の混合ガスで燃焼し、燃焼による排ガスを脱硝装置、集塵装置、脱硫装置、凝縮器に通して、ほぼＣＯ2のみとなったガスを回収し、そのガスの一部を燃焼用酸素の希釈用としてボイラに戻すシステムが開示されている。
【００１２】
また、従来の方式（空気燃焼方式）による排ガス処理装置としては、下記特許文献１及び特許文献２等に、空気予熱器と集塵装置の間に熱回収装置を設け、空気予熱器の上流側に炭酸カルシウムなどの中和剤を注入して排ガス中のＳＯ3ガスと高温ガス雰囲気下で反応させてＳＯ3ガスを除去し、熱回収装置により熱回収後、排ガスを集塵装置に通過させる構成が開示されている。熱回収装置を通過して温度が低下した排ガスが集塵装置に供給されることで、中和剤の電気抵抗値を低下させてダストが吸着されずに飛散する逆電離現象の発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−８３３号公報
【特許文献２】特開２０００−３１７２６０号公報
【特許文献３】特開平４−２４４５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
酸素燃焼方式による上記従来技術や特許文献３に記載の構成では、高濃度の硫黄（Ｓ）分を含む石炭を酸素燃焼した場合に、排ガス中のＳＯ3濃度や水分濃度が高くなることについては配慮されておらず、したがって、排ガス循環部の配管やファン等が腐食するなどの問題があった。通常の空気燃焼の場合、例えば、石炭中のＳ分（硫黄含有率）が０．４〜２．７％（重量％）の石炭を燃焼すると、排ガス中のＳＯ3濃度は１２〜５０ｐｐｍ、水分濃度は８％程度である。しかし、酸素燃焼の場合はＳＯ3濃度は６０〜２５０ｐｐｍ、水分濃度は３０％と空気燃焼の場合に比べて、ＳＯ3濃度及び水分濃度共に高くなる。
【００１５】
図８には、酸素燃焼時と空気燃焼時におけるＳＯ3（無水硫酸）の酸露点を比較した図を示す。図８は排ガス温度（酸露点）とＳＯ3濃度との関係を示している。  
上述のように、酸素燃焼の場合は空気燃焼の場合に比べて水分濃度が高くなる。そして、図８に示すように、酸素燃焼時では、ＳＯ3の濃度が６０〜２５０ｐｐｍとした場合に、ＳＯ3の酸露点は１６２〜１７８℃と高くなる。空気燃焼時では、ＳＯ3の濃度が１２〜５０ｐｐｍとした場合に、ＳＯ3の酸露点は１３０〜１４５℃である。したがって、空気燃焼時に対して酸素燃焼時は酸露点が高くなる。
【００１６】
従来の空気燃焼技術におけるＡ／Ｈ出口温度条件では、Ａ／Ｈ及びＡ／Ｈと集塵装置の間の配管でガス温度が酸素燃焼時におけるＳＯ3の酸露点である１８０℃よりも低くなることがあり、ＳＯ3ミストが凝縮して灰が詰まるという問題が懸念されるため、Ａ／Ｈ出口温度を酸露点以上にする必要がある。  
また、循環ラインからの排ガスをミルへ供給する際にはＡ／Ｈにおいて循環ガスを再加熱し、ミル入口のガス温度を２００℃にして供給するが、石炭の乾燥及び粉砕後のミルの出口ガス温度は約９０℃に下がって酸露点以下となり、ＳＯ3ミストが発生する。したがって、ＳＯ3ミストが凝縮してミルケーシングや出口配管に付着すると、配管内が腐食するだけでなく、粉砕及び乾燥された石炭微粉（平均粒径５０μｍ）を凝集させてしまう。凝縮した石炭微粉が配管内に堆積すると流動性の阻害や、燃焼性の悪化を招く。
【００１７】
上記特許文献２及び特許文献３によれば、空気予熱器の上流側に炭酸カルシウムなどの中和剤を注入してＳＯ3ガスと高温ガス雰囲気下で反応させることで、ＳＯ3ガスを除去する構成が開示されている。しかし、酸素燃焼時においては上述のように空気燃焼時と比較して排ガス中のＳＯ3濃度が高くなり、石炭燃焼灰中のアルカリ成分だけではＳＯ3を中和しきれず、空気燃焼時よりも配管が腐食する場合がある。
【００１８】
本発明の課題は、排ガス循環部のＳＯ3濃度及び水分濃度を低減し、排ガス循環部の配管などの腐食を防止することである。また、本発明の課題は、ミルにおいては腐食防止だけでなく、配管内の微粉炭の流動性や燃焼性の低下を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題は、Ａ／Ｈと集塵装置との間に熱回収用の熱交換器を設置し、集塵装置入口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上に設定し、更に、循環ライン上流側に再加熱用の熱交換器を設け、排ガス温度をＳＯ3の酸露点以上に加熱することにより、達成される。  
また、上記課題は、上記構成に加えて、熱回収用熱交換器の上流側の排ガス中にアルカリ性の添加剤を排ガス中のＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように供給することにより、達成される。
【００２０】
更に、上記課題は、上記構成に加えて、循環ラインに設けた再加熱用熱交換器の上流側に水除去装置を設置して排ガス中の水分濃度を低減することによっても達成される。  
また、上記課題は、上記構成による循環ラインの一部のガスをミルに供給することにより、達成される。
【００２１】
具体的に本発明の課題は、次の手段により解決することができる。  
請求項１記載の発明は、石炭を燃料とした酸素燃焼ボイラから発生する排ガス中の窒素酸化物を脱硝処理する脱硝装置と、該脱硝装置出口の排ガスにより酸素燃焼ボイラの燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガス中の媒塵を回収する集塵装置と、該集塵装置出口の排ガス中の硫黄酸化物を脱硫処理する脱硫装置と、前記脱硫装置出口の排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置とを酸素燃焼ボイラの排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置した排ガス処理部と、前記集塵装置出口又は前記脱硫装置出口の前記排ガスダクトから分岐して、排ガスを前記空気予熱器により予熱して燃焼用空気として酸素燃焼ボイラに戻す循環ラインを有する排ガス循環部とを設けた排ガス処理装置において、空気予熱器と集塵装置との間の排ガスダクトに空気予熱器出口の排ガスから熱回収して集塵装置入口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上にするための熱回収用熱交換器を設け、更に、前記排ガス循環部の分岐部近傍の循環ラインに前記熱回収用熱交換器と熱交換することで排ガス温度をＳＯ3の酸露点以上にするための再加熱用熱交換器を設けた酸素燃焼システムの排ガス処理装置である。
【００２２】
請求項２記載の発明は、熱回収用熱交換器の上流側であって脱硝装置の入口又は出口の排ガスダクトに、排ガス中にアルカリ性の添加剤を供給するアルカリ性添加剤供給手段を設けた請求項１に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置である。  
請求項３記載の発明は、脱硝装置の出口に排ガス中のＳＯ3濃度を測定するＳＯ3濃度測定手段を設け、前記アルカリ性添加剤供給手段に添加剤供給量を調整する添加剤供給量調整手段を設け、前記アルカリ性添加剤供給手段による添加剤供給量が前記ＳＯ3濃度測定手段により測定されるＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように前記添加剤供給量調整手段の制御を行う制御装置を設けた請求項２に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置である。
【００２３】
請求項４記載の発明は、前記排ガス循環部の分岐部近傍であって再加熱用熱交換器の上流側に排ガス中の水分を除去するための水除去装置を設けた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置である。  
請求項５記載の発明は、前記酸素燃焼ボイラに石炭を供給するミルを設け、前記排ガス循環部の再加熱用熱交換器よりも下流側の排ガスを前記ミルに供給するミル供給排ガスラインを設けた請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の酸素燃焼システムの排ガス処理装置である。
【００２４】
（作用）
本発明によれば、Ａ／Ｈと集塵装置との間に熱回収用熱交換器を設け、集塵装置入り口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下の温度とすることで、排ガス中のＳＯ3が凝縮して灰に付着する。上記従来技術では、Ａ／Ｈ及びＡ／Ｈと集塵装置の間の配管でガス温度が１６０℃になるため、ＳＯ3の酸露点である１６２〜１７８℃よりも低いことからＳＯ3ミストが凝縮して灰が詰まる問題があったが、本発明によれば、集塵装置入り口の排ガス温度を水露点の温度（７０〜８０℃）以上で酸露点（１６２〜１７８℃）以下とすることで、熱回収用熱交換器より上流側のＡ／Ｈや配管内で灰が詰まることを防止できる。なお、水露点（酸素燃焼時、約７０〜８０℃）以下では水が生成するため、灰と一緒に固まり熱回収用熱交換器又は集塵装置が閉塞してしまうため、水露点の温度（７０〜８０℃）以上とする。
【００２５】
灰に付着したＳＯ3は、灰中のアルカリ成分と反応して塩を形成する。そして、灰に付着したＳＯ3は集塵装置で灰と共に系外に排出されることになる。そのため、集塵装置よりも下流側の排ガス中、すなわち、排ガス循環部の排ガス中のＳＯ3は微量（例えば、１ｐｐｍ以下）となるため、排ガス循環部の配管及びファンなどの腐食を低減できる。なお、熱回収用熱交換器や集塵装置の配管にＳＯ3が付着しても、アルカリ性の灰があれば中和されるため、配管の腐食を防止できる。灰中のアルカリ性成分が不足した場合は配管が腐食しやすくなるため、後述するようにアルカリ性の添加剤を供給する必要がある。
【００２６】
また、循環ライン上流側に再加熱用熱交換器を設置し、上記熱回収用熱交換器で回収した熱を利用して排ガスを加熱することで、排ガスの温度を酸露点以上にすることができる。したがって、排ガス循環部の配管及びファンにおけるＳＯ3の凝縮を防止することができ、排ガス循環部の配管及びファンの腐食を大幅に低減できる。  
更に、集塵装置の上流側にアルカリ性の添加剤を供給することで、排ガス中のＳＯ3が灰中のアルカリ成分と反応し、灰中の成分が酸性側になることを防止して、すなわち灰中の成分がアルカリ性を維持することで、集塵装置の下流側の配管や集塵装置の腐食を防止することができる。また、酸素燃焼の場合は空気燃焼の場合に比べて水分濃度が高くなるが、循環ラインに設けた再加熱用熱交換器の上流側に水除去装置を設置すると、水除去装置によって排ガス中の水分濃度が低減するため、排ガス循環部の配管、ファン及びミルにおけるＳＯ3の凝集の防止効果を高めることができる。
【００２７】
具体的に、請求項１記載の発明によれば、集塵装置入口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上にすることで、排ガス中のＳＯ3を凝縮させて灰に付着したＳＯ3を集塵装置で除去すると共に、排ガス循環部の循環ラインに設けた再加熱用熱交換器により排ガス温度をＳＯ3の酸露点以上に加熱することで、排ガス循環部の配管のＳＯ3の凝縮を防止することができる。  
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、熱回収用熱交換器の上流側であって脱硝装置の入口又は出口の排ガス中にアルカリ性の添加剤を供給することで、排ガス中のＳＯ3が灰中のアルカリ成分と反応し、灰中の成分が酸性側になることを防止できる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の作用に加えて、ＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるようにアルカリ性の添加剤を供給することで、確実に灰中の成分をアルカリ性に維持することができる。  
そして、再加熱用熱交換器によって排ガスを再加熱する際に、排ガス中に水分が多いと、水の潜熱によって排ガス温度を酸露点以上に再加熱する効率が悪くなる。  
しかし、請求項４記載の発明によれば、上記請求項１から３に記載のいずれか一項の発明の作用に加えて、水除去装置によって排ガス中の水分を除去することにより、再加熱用熱交換器の再加熱効率を向上させることができる。
【００２９】
更に、請求項５記載の発明によれば、上記請求項１から４に記載のいずれか一項の発明の作用に加えて、集塵装置によってほとんどのＳＯ3が除去された排ガスが更に再加熱用熱交換器によって酸露点以上に再加熱されてからミルに供給されるので、ミル内やミルの出口配管にＳＯ3が凝縮することもない。なお、一度酸露点以下の温度に下げたガスを再加熱した場合（例えば２００℃）、排ガス中のＳＯ3は少ないので、ミル内でＳＯ3の凝集は殆ど起こらない。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、熱回収用熱交換器により排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上とすることで、排ガス中のＳＯ3を灰と共に高効率で除去できる。また、熱回収用熱交換器により回収した熱は再加熱用熱交換器で排ガス循環部を再加熱するため、排ガス循環部の配管などの低温腐食を防止できる。また、アルカリ性の添加剤を脱硝装置出口のガス中のＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上で添加することで、熱回収用熱交換器やその配管、集塵装置などの腐食を防止できる。
【００３１】
また、再加熱用熱交換器の上流側に水除去装置を設けてガス中の水分濃度を低減することで、ＳＯ3の酸露点が低下するため、排ガス循環部の配管などの低温腐食を防止する効果がある。また、ミルにはＳＯ3濃度の低減した排ガス循環部の一部のガスを供給するため、ミルの腐食防止やミルの出口配管内の微粉炭の流動性、燃焼性の低下を防止することができる。
【００３２】
具体的に、請求項１記載の発明によれば、集塵装置入口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上にすることで、排ガス中のＳＯ3を灰と共に高効率で除去できる。そして、排ガス循環部の再加熱用熱交換器により排ガス温度をＳＯ3の酸露点以上に加熱することで排ガス循環部の配管の腐食を防止することができる。  
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、集塵装置の上流側にアルカリ性の添加剤を供給することで、灰中の成分が酸性側になることを防止できる。
【００３３】
また、請求項３記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、熱回収用熱交換器やその配管、集塵装置などの腐食防止効果を高めることができる。  
更に、請求項４記載の発明によれば、上記請求項１から３に記載のいずれか一項の発明の効果に加えて、水除去装置によって排ガス中の水分を除去することにより、再加熱用熱交換器の再加熱効率を向上させて、排ガス循環部の配管の低温腐食を防止できる。
【００３４】
更に、請求項５記載の発明によれば、上記請求項１から４に記載のいずれか一項の発明の効果に加えて、ＳＯ3がほとんど除去された排ガスがミルに供給されるので、ミルの腐食防止やミルの出口配管内の微粉炭の流動性、燃焼性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の排ガス処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例２の排ガス処理装置の全体構成図である。
【図３】本発明の実施例３の排ガス処理装置の全体構成図である。
【図４】本発明の実施例４の排ガス処理装置の全体構成図である。
【図５】本発明の実施例５の排ガス処理装置の全体構成図である。
【図６】従来技術の脱硫装置の上流側に排ガス循環部を設けた排ガス処理装置の全体構成図である。
【図７】従来技術の脱硫装置の下流側に排ガス循環部を設けた排ガス処理装置の全体構成図である。
【図８】酸素燃焼時と空気燃焼時のＳＯ3の酸露点を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の排ガス処理装置の実施例を図面と共に説明する。
【実施例１】
【００３７】
本発明の実施例１を図面と共に説明する。図１は脱硫装置６の上流側に第一循環ライン９及び第二循環ライン２０を設けた排ガス処理装置の全体構成を示したものである。  
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガスから熱を回収するための熱回収用熱交換器１３、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガスの一部のガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガス中の二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置（例えば、ＣＯ2ガスを圧縮して液化させて分離する装置）８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【００３８】
更に、集塵装置５の出口排ガスの一部のガスを再加熱するための再加熱用熱交換器１４と、再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１に戻す第一循環ライン９及び再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン（ミル供給排ガスライン）２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置（例えば、空気中の酸素を分離する装置）１０などからなる排ガス循環部が設けられている。
【００３９】
ボイラ１はミル１９から供給される石炭を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。このときに用いられる酸素は酸素製造装置１０により製造、供給される。そして、酸素の供給は、酸素供給配管２１から第一循環ライン９を介して、また酸素供給配管２２からミル１９への第二循環ライン（ミル供給排ガスライン）２０等を介して行われる。供給された酸素はＡ／Ｈ４で循環ガスと共に加熱される。  
また、脱硝装置３では排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が分解され、その後、Ａ／Ｈ４において、排ガス温度はＳＯ3の酸露点以上の温度まで低下する。例えば、脱硝装置３の出口の排ガスは３８０℃から２００〜１６０℃ぐらいまで低下する。ここで、酸露点以上の温度とするのは熱回収用熱交換器１３よりも上流側でＳＯ3を凝縮させないようにするためである。
【００４０】
さらに熱回収用熱交換器１３では排ガス温度がＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上の温度に低下、調整される。図８の縦軸で示すＳＯ3濃度と横軸で示すガス温度（酸露点）から酸素燃焼時の酸露点は推測できる。空気燃焼時の水露点は約５０〜５５℃、酸素燃焼時の水露点は約７０〜８０℃である。  
なお、ＳＯ3の酸露点は、図８に示すように排ガス中のＳＯ3濃度と水分量に依存するが、通常使用される硫黄含有率が０．４〜２．７％（重量％）の石炭を燃焼すると、酸素燃焼の場合のＳＯ3の酸露点は１６２〜１７８℃程度であるため、排ガス温度を少なくとも１６２〜１７８℃以下にすることで、排ガス中のＳＯ3を凝縮させて硫酸ミスト（Ｈ2ＳＯ4）とすることができる。
【００４１】
Ａ／Ｈ４は、例えば、回転再生式の熱交換器を用いる。伝熱エレメントの材質は、例えば高温側はＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）、低温側はエナメルを用いる。そして、Ａ／Ｈ４の出口には排ガス温度計２５が設置されており、排ガス温度計２５の測定値が制御装置３０に入力される。
【００４２】
また、熱回収用熱交換器１３と後述する再加熱用熱交換器１４の伝熱管は、熱媒循環管路１２によって連通され、図示しない熱媒ポンプにより熱回収用熱交換器１３と再加熱用熱交換器１４との間に熱媒が循環されるようになっている。また、熱回収用熱交換器１３の出口には出口排ガス温度を測定する排ガス温度計２７が設置されており、排ガス温度計２７の測定値が制御装置３０に入力される。熱媒ポンプの熱媒循環量は制御装置３０により制御され、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス温度が酸露点以下で且つ水露点以上となるように調整される。熱媒としては、例えば水が使用される。
【００４３】
なお、熱媒流量による排ガス温度の制御は、図示していないが、前記熱媒を冷却する手段、前記熱媒を加熱する手段及び前記熱回収用熱交換器１３に通流する熱媒管路の入口と出口を短絡するバイパス管を設置し、該バイパス管内の熱媒流量を調整する手段のいずれか一つ以上を用いることによっても可能である。なお、前記熱媒流量による排ガス温度の制御は他の実施例にも共通する。
【００４４】
そして、装置や各配管等の腐食防止用のアルカリ性の添加剤は、集塵装置５の上流側のＡ／Ｈ４の入口または熱回収用熱交換器１３の入口（Ａ／Ｈ４の出口）で供給される。また、脱硝装置３の入口又は出口でアルカリ性の添加剤を供給しても良い。アルカリ性の添加剤の供給量は、供給配管１１に設けた弁１１ａなどで容易に調整できる。また、アルカリ性の添加剤の供給方法に特に制限はないが、固体粉末や水溶液での供給が可能であり、スプレ式ノズル等により添加剤を排ガス煙道（排ガスダクト）中に噴霧することで、簡便に行うことができる。
【００４５】
そして、例えばアルカリ性の添加剤として、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）が添加される。炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）が添加されることで、下記式（１）に示すようにＳＯ3の濃度は減少する。  
ＳＯ3＋ Ｎａ2ＣＯ3→  Ｎａ2ＳＯ4＋ＣＯ2                    （１）  
【００４６】
なお、アルカリ性の添加剤としては炭酸ナトリウムの他にも、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）などが用いられるがこの限りではない。
【００４７】
そして、脱硝装置３出口には排ガス中のＳＯ3濃度を測定するためのＳＯ3濃度測定計２４を設け、アルカリ性の添加剤の供給量はＳＯ3濃度測定計２４による測定値に基づき制御装置３０の指令により制御され、供給配管１１に設けた弁１１ａが調整される。このアルカリ性の添加剤の供給量を制御する制御装置３０は、熱回収器１３の出口排ガス温度を制御する熱媒ポンプの熱媒循環量を決める制御装置３０と別に設けても良いし、図１に示すように兼用しても良い。この事項は他の実施例にも共通する。  
集塵装置５では、煤塵やアルカリ性の添加剤と反応した塩と共にＳＯ3が除去される。集塵装置５により除塵された排ガスは流路が分岐することで脱硫装置６、第一循環ライン９、第二循環ライン２０にそれぞれ供給される。
【００４８】
集塵装置５により除塵された排ガスの一部は脱硫装置６に供給されることで排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が除去されて、その後ＣＯ2回収装置８で排ガス中のＣＯ2が回収される。また、集塵装置５出口の脱硫装置６に供給されないガスは再加熱用熱交換器１４により再加熱されて、一部のガスは第一循環ライン９を通り、排ガス循環用ファン１５により昇圧後、Ａ／Ｈ４により更に約３５０℃まで加熱された後、ボイラ１に供給される。また、再加熱用熱交換器１４を通過した残りのガスは、第二循環ライン２０を通り、排ガス循環用ファン１８により昇圧されてＡ／Ｈ４で２００℃まで再加熱された後、ミル１９に供給される。ミル１９では石炭が乾燥及び粉砕されて、石炭は供給されたガスと共にボイラ１に供給される。
【００４９】
再加熱用熱交換器１４の出口には排ガス温度計２９が設けられており、再加熱用熱交換器１４では、前記熱回収用熱交換器１３から熱媒循環管路１２を経由して循環供給される熱媒により排ガスが加熱される。そして、排ガスの温度を酸露点以上に調整する。
【００５０】
本実施例によれば、集塵装置５の上流側に熱回収用熱交換器１３を設け、熱回収用熱交換器１３により集塵装置５入り口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上とすることで、排ガス中のＳＯ3が凝縮して灰に付着し、灰に付着したＳＯ3は集塵装置５で灰と共に系外に排出される。  
したがって、集塵装置５よりも下流側の排ガス中、すなわち、排ガス循環部の排ガス中のＳＯ3は微量（例えば１ｐｐｍ以下）となるため、第一循環ライン９や第二循環ライン２０、第一循環ライン９に設置された排ガス循環用ファン１５や第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８などの腐食を防止することができる。  
また、脱硫装置６に供給されるＳＯ3の量を低減できると共に、ＣＯ2回収装置８内の腐食も防止できる。
【００５１】
更に、集塵装置５の上流側にアルカリ性の添加剤を供給することで、排ガス中のＳＯ3が灰中のアルカリ成分と反応し、灰中の成分が酸性側になることを防止して、すなわち灰中の成分がアルカリ性を維持することで、集塵装置５の下流側の配管や集塵装置５の腐食を防止することができる。その場合に、アルカリ性の添加剤を脱硝装置３出口のガス中のＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように供給することで、熱回収用熱交換器１３やその配管、集塵装置５などの腐食を防止できる効果が高まる。
【００５２】
そして、ミル１９にはこのように低濃度（１ｐｐｍ以下）のＳＯ3が供給されるため、ミル１９やミル１９の出口配管の腐食防止やミル１９の出口配管内の微粉炭の流動性、燃焼性の低下を防止することができる。なお、一度酸露点以下の温度に下げたガスを再加熱した場合（例えば２００℃）、排ガス中のＳＯ3は少ないので、ミル１９内でＳＯ3の凝集は殆ど起こらない。
【実施例２】
【００５３】
本発明の実施例２の排ガス処理装置の全体構成を図２に示す。図２の排ガス処理装置は、図１（実施例１）の排ガス処理装置とは、再加熱用熱交換器１４の上流側に水除去装置１７を設置した点で異なる。  
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガスから熱を回収するための熱回収用熱交換器１３、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガスの一部のガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガス中の二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【００５４】
更に、集塵装置５の出口排ガスの一部のガスから水分を低減させるための水除去装置１７と、水除去装置１７の出口排ガスを再加熱するための再加熱用熱交換器１４と、再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１に戻す第一循環ライン９及び再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。  
これら排ガス処理部及び排ガス循環部の基本構成、作用効果等は水除去装置１７を設置した点を除いて図１に示す排ガス処理装置と同様である。
【００５５】
図１の排ガス処理装置では、酸素燃焼時の排ガス中の水分濃度は３０〜４０重量％（酸素で石炭を燃焼し、排ガスを循環させた場合の計算値、実験値である）まで濃縮されるが、例えば、水除去装置１７により排ガス中の水分濃度が１０重量％以下となるような温度に排ガス温度を調整することで、更に、第一循環ライン９や第二循環ライン２０、第一循環ライン９に設置された排ガス循環用ファン１５や第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８などの腐食を防止する効果が高まる。また、集塵装置５と脱硫装置６との間に水除去装置１７を設けると、脱硫装置６に供給されるＳＯ3の量を低減できると共に、ＣＯ2回収装置８内の腐食も防止できる。水除去装置１７では、排ガスを冷却して水を凝縮して水を除去する。例えば、酸素燃焼時に排ガス温度を約４８℃まで下げれば水分濃度は約１０重量％になる。
【００５６】
酸素燃焼の場合は空気燃焼の場合に比べて水分濃度が高くなり、再加熱用熱交換器１４によって排ガスを再加熱する際に、排ガス中に水分が多いと、水の潜熱によって排ガス温度を酸露点以上に再加熱する効率が悪くなる。  
しかし、本実施例によれば、排ガス循環部における再加熱用熱交換器１４の上流側に水除去装置１７を設置することで、排ガス中の水分濃度が低減するため、再加熱用熱交換器１４の再加熱効率を向上させることができる。そして、排ガス中の水分濃度を低減することで、ＳＯ3の酸露点が低下するため、排ガス循環部の第一循環ライン９や第二循環ライン２０、第一循環ライン９に設置された排ガス循環用ファン１５や第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８及びミル１９におけるＳＯ3の凝集の防止効果を高め、低温腐食を防止できる。
【実施例３】
【００５７】
本発明の実施例３の排ガス処理装置の全体構成を図３に示す。図３の排ガス処理装置は、図１（実施例１）の排ガス処理装置とは、第一循環ライン９及び第二循環ライン２０を脱硫装置６の下流側に設置した点で異なる。  
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガスから熱を回収するための熱回収用熱交換器１３、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガスの一部のガスから二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【００５８】
更に、脱硫装置６の出口排ガスの一部のガスを再加熱するための再加熱用熱交換器１４と、再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１に戻す第一循環ライン９及び再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。
【００５９】
ボイラ１はミル１９から供給される石炭を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。このときに用いられる酸素は酸素製造装置１０により製造、供給される。そして、酸素の供給は、酸素供給配管２１から第一循環ライン９を介して、また酸素供給配管２２からミル１９への第二循環ライン２０等を介して行われる。供給された酸素はＡ／Ｈ４で循環ガスと共に加熱される。  
また、脱硝装置３では排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が分解され、その後、Ａ／Ｈ４において、排ガス温度はＳＯ3の酸露点以上の温度まで低下する。Ａ／Ｈ４の出口には排ガス温度計２５が設置されており、排ガス温度計２５の測定値が制御装置３０に入力される。
【００６０】
さらに熱回収用熱交換器１３では排ガス温度がＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上の温度に低下、調整される。実施例１と同様に、図８の縦軸で示すＳＯ3濃度と横軸で示すガス温度（酸露点）から酸素燃焼時の酸露点は推測できる。空気燃焼時の水露点は約５０〜５５℃、酸素燃焼時の水露点は約７０〜８０℃である。  
なお、ＳＯ3の酸露点は、図８に示すように排ガス中のＳＯ3濃度と水分量に依存するが、通常使用される硫黄含有率が０．４〜２．７％（重量％）の石炭を燃焼すると、酸素燃焼の場合のＳＯ3の酸露点は１６２〜１７８℃程度であるため、排ガス温度を少なくとも１６２〜１７８℃以下にすることで、排ガス中のＳＯ3を凝縮させて硫酸ミスト（Ｈ2ＳＯ4）とすることができる。
【００６１】
熱回収用熱交換器１３と再加熱用熱交換器１４の伝熱管は、熱媒循環管路１２によって連通され、図示しない熱媒ポンプにより熱回収用熱交換器１３と再加熱用熱交換器１４との間に熱媒が循環されるようになっている。  
そして、熱回収用熱交換器１３の出口には出口排ガス温度を測定する排ガス温度計２７が設置されており、排ガス温度計２７の測定値が制御装置３０に入力される。熱媒ポンプの熱媒循環量は制御装置３０により制御され、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス温度が酸露点以下で且つ水露点以上となるように調整される。熱媒としては、例えば水が使用される。
【００６２】
そして、装置や各配管等の腐食防止用のアルカリ性の添加剤は、集塵装置５の上流側のＡ／Ｈ４の入口または熱回収用熱交換器１３の入口（Ａ／Ｈ４の出口）で供給される。また、脱硝装置３の入口又は出口でアルカリ性の添加剤を供給しても良い。アルカリ性の添加剤の供給量は、供給配管１１に設けた弁１１ａなどで容易に調整できる。そして、脱硝装置３出口には排ガス中のＳＯ3濃度を測定するためのＳＯ3濃度測定計２４を設け、アルカリ性の添加剤の供給量はＳＯ3濃度測定計２４による測定値に基づき制御装置３０の指令により制御され、供給配管１１に設けた弁１１ａが調整される。集塵装置５では、煤塵やアルカリ性の添加剤と反応した塩と共にＳＯ３が除去される。集塵装置５により除塵された排ガスは脱硫装置６に供給されることで排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が除去される。
【００６３】
また、脱硫装置６により脱硫後の排ガスは流路が分岐することでＣＯ2回収装置８、第一循環ライン９、第二循環ライン２０にそれぞれ供給される。そして、ＣＯ2回収装置８では排ガス中のＣＯ2が回収される。  
また、脱硫装置６出口のＣＯ2回収装置８に供給されないガスは再加熱用熱交換器１４により再加熱されて、一部のガスは第一循環ライン９を通り、排ガス循環用ファン１５により昇圧後、Ａ／Ｈ４により更に約３５０℃まで加熱された後、ボイラ１に供給される。また、再加熱用熱交換器１４を通過した残りのガスは、第二循環ライン２０を通り、排ガス循環用ファン１８により昇圧されてＡ／Ｈ４で２００℃まで再加熱された後、ミル１９に供給される。ミル１９では石炭が乾燥及び粉砕されて、石炭は供給されたガスと共にボイラ１に供給される。
【００６４】
再加熱用熱交換器１４の出口には排ガス温度計２９が設けられており、再加熱用熱交換器１４では、前記熱回収用熱交換器１３から熱媒循環管路１２を経由して循環供給される熱媒により排ガスが加熱される。そして、排ガスの温度を酸露点以上に調整する。  
これら排ガス処理部及び排ガス循環部の基本構成、作用効果等は、第一循環ライン９及び第二循環ライン２０などの排ガス循環部を集塵装置５の出口からではなく、脱硫装置６の出口から設けた点を除いて図１に示す排ガス処理装置と同様である。
【００６５】
すなわち、集塵装置５の上流側に設けた熱回収用熱交換器１３により集塵装置５入り口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上とすることで、排ガス中のＳＯ3が凝縮して灰に付着し、灰に付着したＳＯ3は集塵装置５で灰と共に系外に排出される。  
したがって、集塵装置５よりも下流側の排ガス中、すなわち、排ガス循環部の排ガス中のＳＯ3は微量（例えば、１ｐｐｍ以下）となるため、第一循環ライン９や第二循環ライン２０、第一循環ライン９に設置された排ガス循環用ファン１５や第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８などの腐食を防止することができる。また、脱硫装置６に供給されるＳＯ3の量を低減できると共に、ＣＯ2回収装置８内の腐食も防止できる。
【００６６】
更に、集塵装置５の上流側にアルカリ性の添加剤を供給することで、排ガス中のＳＯ3が灰中のアルカリ成分と反応し、灰中の成分が酸性側になることを防止して、すなわち灰中の成分がアルカリ性を維持することで、集塵装置５の下流側の配管や集塵装置５の腐食を防止することができる。その場合に、アルカリ性の添加剤を脱硝装置３出口のガス中のＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように供給することで、熱回収用熱交換器１３やその配管、集塵装置５などの腐食を防止できる効果が高まる。
【００６７】
そして、ミル１９にはこのように低濃度（１ｐｐｍ以下）のＳＯ3が供給されるため、ミル１９やミル１９の出口配管の腐食防止やミル１９の出口配管内の微粉炭の流動性、燃焼性の低下を防止することができる。なお、一度酸露点以下の温度に下げたガスを再加熱した場合（例えば２００℃）、排ガス中のＳＯ3は少ないので、ミル１９内でＳＯ3の凝集は殆ど起こらない。
【００６８】
また、ボイラ１内は高温（例えば、１２００℃程度）であるため、排ガス中のＳＯ2がＳＯ3になることは無いが、排ガス温度が８００℃以下に下がると、その一部がＳＯ3に転換する。図３に示す排ガス処理装置では、集塵装置５の出口排ガスが全て脱硫装置６に供給されるため、脱硫装置６によりボイラ１出口の排ガスの全量を処理することになる。したがって、図１の排ガス処理装置と比較して、脱硫装置６にかかる負荷が大きくなるが、第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給されるＳＯ2ガスの濃度を低減できるため、排ガス循環部を通過する排ガス中のＳＯ2濃度の高濃度化を防止できる。  
このように、図３に示す排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ2を除去することでＳＯ3の発生を抑制できるため、図１の排ガス処理装置よりも、さらに排ガス処理システム全体の機器や配管の腐食を防止することができる。
【実施例４】
【００６９】
本発明の実施例４の排ガス処理装置の全体構成を図４に示す。図４の排ガス処理装置は、図２（実施例２）の排ガス処理装置とは、第一循環ライン９及び第二循環ライン２０を脱硫装置６の下流側に設置した点で異なる。また、図４の排ガス処理装置は、図３（実施例３）の排ガス処理装置とは、再加熱用熱交換器１４の上流側に水除去装置１７を設置した点で異なる。
【００７０】
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガスから熱を回収するための熱回収用熱交換器１３、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガスの一部のガスから二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【００７１】
更に、脱硫装置６の出口排ガスの一部のガスから水分を低減させるための水除去装置１７と、水除去装置１７の出口排ガスを再加熱するための再加熱用熱交換器１４と、再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてボイラ１に戻す第一循環ライン９及び再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。  
これら排ガス処理部及び排ガス循環部の基本構成、作用効果等は水除去装置１７を設置した点を除いて図３に示す排ガス処理装置と同様である。
【００７２】
図３の排ガス処理装置では、再加熱用熱交換器１４によって脱硫装置６から飛散した吸収液も含めて再加熱しなければならない。しかし、水の潜熱が大きいことから、排ガス温度を酸露点以上に再加熱するには熱効率が悪い。したがって、再加熱用熱交換器１４の上流側で水除去装置１７を用いて排ガス中の水分を除去することにより、再加熱用熱交換器１４の再加熱効率を向上させることができる。  
また、排ガス中の水分濃度を低減することで、ＳＯ3の酸露点が低下するため、排ガス循環部の第一循環ライン９や第二循環ライン２０、第一循環ライン９に設置された排ガス循環用ファン１５や第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８及びミル１９におけるＳＯ3の凝集の防止効果を高め、低温腐食を防止する効果が向上する。
【実施例５】
【００７３】
本発明の実施例５の排ガス処理装置の全体構成を図５に示す。図５の排ガス処理装置は、図１の排ガス処理装置の第一循環ライン９をボイラ１の出口に設け、第一循環ライン９に集塵装置２３を設置した場合の排ガス処理装置の全体構成を示したものである。
【００７４】
この排ガス処理装置は主にボイラ１の排ガスダクトの上流側から下流側にかけて、燃料である石炭を粉砕するミル１９、ミル１９により粉砕された石炭を供給するボイラ１、ボイラ１から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理するための脱硝装置３、脱硝装置３の出口排ガスによりボイラ１で使用される燃焼用空気を加熱する空気予熱器（Ａ／Ｈ）４、Ａ／Ｈ４から排出される排ガスから熱を回収するための熱回収用熱交換器１３、熱回収用熱交換器１３の出口排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置５、集塵装置５の出口排ガスの一部のガス中の硫黄酸化物を処理するための脱硫装置６、脱硫装置６の出口排ガス中の二酸化炭素を回収するためのＣＯ2回収装置８等が順次配置された排ガス処理部で構成されている。
【００７５】
更に、ボイラ１の出口から再びボイラ１に戻す第一循環ライン９と、第一循環ライン９の排ガス中の煤塵等を除去するための集塵装置２３と、集塵装置５の出口排ガスの一部のガスを再加熱するための再加熱用熱交換器１４と、再加熱用熱交換器１４の出口排ガスを空気予熱器４を経由させてミル１９に戻す第二循環ライン２０と、これら第一循環ライン９及び第二循環ライン２０に供給する酸素を製造するための酸素製造装置１０などからなる排ガス循環部が設けられている。
【００７６】
ボイラ１はミル１９から供給される石炭を酸素燃焼することにより、排ガスを生成する。そして、本実施例によれば、ボイラ１出口の排ガスを一部、第一循環ライン９から集塵装置２３へ供給し、排ガス中の煤塵等を除塵する。集塵装置２３に供給される排ガス温度は２００℃以上と比較的高いため、例えば、集塵装置２３がバグフィルタであれば、セラミック製や金属製の濾布を用いる等の耐熱対策が必要である。  
そして、第一循環ライン９には、酸素製造装置１０により製造される酸素が供給される。
【００７７】
第一循環ライン９の集塵装置２３に供給されないボイラ１出口の排ガスは脱硝装置３に供給されて排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が分解され、その後、Ａ／Ｈ４において、排ガス温度はＳＯ3の酸露点以上の温度まで低下する。さらに熱回収用熱交換器１３では排ガス温度がＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上の温度に低下、調整される。実施例１と同様に、図８の縦軸で示すＳＯ3濃度と横軸で示すガス温度（酸露点）から酸素燃焼時の酸露点は推測できる。空気燃焼時の水露点は約５０〜５５℃、酸素燃焼時の水露点は約７０〜８０℃である。
【００７８】
なお、ＳＯ3の酸露点は、図８に示すように排ガス中のＳＯ3濃度と水分量に依存するが、通常使用される硫黄含有率が０．４〜２．７％（重量％）の石炭を燃焼すると、酸素燃焼の場合のＳＯ３の酸露点は１６２〜１７８℃程度であるため、排ガス温度を少なくとも１６２〜１７８℃以下にすることで、排ガス中のＳＯ3を凝縮させて硫酸ミスト（Ｈ2ＳＯ4）とすることができる。
【００７９】
また、装置や各配管等の腐食防止用のアルカリ性の添加剤は、集塵装置５の上流側のＡ／Ｈ４の入口または熱回収用熱交換器１３の入口（Ａ／Ｈ４の出口）で供給される。また、脱硝装置３の入口又は出口でアルカリ性の添加剤を供給しても良い。アルカリ性の添加剤の供給量はＳＯ3濃度測定計２４による測定値に基づき制御装置３０の指令により制御され、供給配管１１に設けた弁１１ａが調整される。熱回収用熱交換器１３出口の排ガスは集塵装置５に供給されて、集塵装置５では、煤塵やアルカリ性の添加剤と反応した塩と共にＳＯ3が除去される。集塵装置５により除塵された排ガスの一部は脱硫装置６に供給されることで排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が除去されて、その後ＣＯ2回収装置８で排ガス中のＣＯ2が回収される。
【００８０】
また、集塵装置５出口の脱硫装置６に供給されないガスは再加熱用熱交換器１４により再加熱されて、第二循環ライン２０を通り、排ガス循環用ファン１８により昇圧されてＡ／Ｈ４で２００℃まで再加熱された後、ミル１９に供給される。ミル１９では石炭が乾燥及び粉砕されて、石炭は供給されたガスと共にボイラ１に供給される。
【００８１】
再加熱用熱交換器１４の出口には排ガス温度計２９が設けられており、再加熱用熱交換器１４では、前記熱回収用熱交換器１３から熱媒循環管路１２を経由して循環供給される熱媒により排ガスが加熱される。そして、排ガスの温度を酸露点以上に調整する。  
本実施例によれば、ボイラ１出口の排ガスの一部を再びボイラ１に戻すため、脱硝装置３や集塵装置５に供給される排ガスの量は排ガス処理装置のシステム全体のガス量の１／３程度となる。したがって、図１の排ガス処理装置よりも、脱硝装置３や集塵装置５の小型化を図ることができ、排ガス処理装置自体のコンパクト化が達成される。
【００８２】
そして、集塵装置５の上流側に設けた熱回収用熱交換器１３により集塵装置５入り口の排ガス温度をＳＯ3の酸露点以下で且つ水露点以上とすることで、排ガス中のＳＯ3が凝縮して灰に付着し、灰に付着したＳＯ3は集塵装置５で灰と共に系外に排出される。  
したがって、集塵装置５よりも下流側の排ガス中のＳＯ3は微量（例えば、１ｐｐｍ以下）となるため、第二循環ライン２０、第二循環ライン２０に設置された排ガス循環用ファン１８などの腐食を防止することができる。また、脱硫装置６に供給されるＳＯ3の量を低減できると共に、ＣＯ2回収装置８内の腐食も防止できる。
【００８３】
更に、集塵装置５の上流側にアルカリ性の添加剤を供給することで、排ガス中のＳＯ3が灰中のアルカリ成分と反応し、灰中の成分が酸性側になることを防止して、すなわち灰中の成分がアルカリ性を維持することで、集塵装置５の下流側の配管や集塵装置５の腐食を防止することができる。その場合に、アルカリ性の添加剤を脱硝装置３出口のガス中のＳＯ3濃度と当量で反応する濃度以上になるように供給することで、熱回収用熱交換器１３やその配管、集塵装置５などの腐食を防止できる効果が高まる。
【００８４】
そして、ミル１９にはこのように低濃度（１ｐｐｍ以下）のＳＯ3が供給されるため、ミル１９やミル１９の出口配管の腐食防止やミル１９の出口配管内の微粉炭の流動性、燃焼性の低下を防止することができる。  
なお、図３及び図４に示すように、第二循環ライン２０を脱硫装置６の下流側に設置しても良く、また、水除去装置１７を再加熱用熱交換器１４の上流側に設けても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、酸素燃焼システムにおける排煙処理装置の集塵部で三酸化硫黄（ＳＯ３）を効率よく除去することができるが、酸素燃焼システムに限らず通常の空気燃焼システムにおいても三酸化硫黄を効率よく除去する技術として、利用可能性がある
【符号の説明】
【００８６】
１  ボイラ              ３  脱硝装置
４  空気予熱器（Ａ／Ｈ）
５  集塵装置            ６  湿式排煙脱硫装置
８  ＣＯ2回収装置        ９  第一循環ライン
１０  酸素製造装置
１１  アルカリ性添加剤供給配管
１１ａ  添加剤供給量調整弁
１２  熱媒循環管路      １３  熱回収用熱交換器
１４  再加熱用熱交換器
１５、１８  排ガス循環用ファン
１７  水除去装置        １９  ミル
２０  第二循環ライン（ミル供給排ガスライン）
２１、２２  酸素供給配管
２３  集塵装置          ２４  ＳＯ3濃度計
２５、２７、２９  排ガス温度計
３０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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