(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分を含む燃料を燃焼させる火炉からの排煙を煙突に導く排煙通路と、該排煙通路上に配置され、排煙中のＳＯ2分を除去する湿式脱硫装置と、前記排煙通路上の前記湿式脱硫装置上流側に配置され、排煙を冷却して排煙中のＳＯ3成分を液状硫酸（Ｈ2ＳＯ4）の形で凝縮させ、排煙から分離除去するＳＯ3分離装置と、を備えてなると共に、
前記ＳＯ3分離装置は、冷却水と排煙とを伝熱面を介して熱交換させて排煙を冷却する熱交換器と、排煙通過中に前記伝熱面の排煙側表面に凝縮する液状Ｈ2ＳＯ4を水洗浄する洗浄装置と、を備えたことを特徴とする排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項２】
更に、前記排煙通路上の前記湿式脱硫装置下流側に配置され、排煙中の硫酸（Ｈ2ＳＯ4）ミストを除去する湿式電気集塵装置を備えた、請求項１に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項３】
前記湿式脱硫装置は、排煙が通過する吸収塔と、吸収塔内にＳＯ2吸収剤水溶液を噴霧して排煙中のＳＯ2を前記水溶液に吸収して回収する吸収剤循環装置とを備え、前記洗浄装置は、前記伝熱面を洗浄後のＨ2ＳＯ4を含む排水を前記吸収剤循環装置に補給水として供給する、請求項１に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、内部を排煙が通過するケーシングと、該ケーシング内に配置され内部を冷却水が通過するチューブとを備えたシェル・アンド・チューブ式熱交換器であり、前記ケーシング内面とチューブ外面とは耐腐食性材料で構成、又は耐腐食性材料でコーティングされている、請求項３に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項５】
前記湿式脱硫装置は更に、排煙中に水を噴霧して前記吸収塔に流入する排煙温度を低下させる冷却塔を備え、前記ＳＯ3分離装置は前記冷却塔上部の排煙入口部分に配置され、前記洗浄装置は前記伝熱面洗浄後の排水を冷却塔内に供給し、冷却塔内に噴霧された水とともに前記吸収塔の吸収剤循環装置に補給水として供給する、請求項３または４のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項６】
前記熱交換器の冷却水としてボイラー給水を使用し、排煙の熱をボイラー給水に回収する、請求項１、３、４、または５のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項７】
前記ＳＯ3分離装置上流側の排煙通路に、前記湿式電気集塵装置通過後の排煙と、火炉から排出される排煙とを熱交換させるガス／ガスヒータを備えた、請求項１から６のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置。
【請求項８】
既存の湿式脱硫装置の上流側排煙通路に、請求項１から７のいずれか１項に記載のＳＯ3分離装置を新たに追加設置することにより排煙のＳＯ3分除去装置を構成する、排煙のＳＯ3分除去装置の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排煙のＳＯ3分除去装置に関し、詳細には硫黄を含む燃料を使用する火炉からの排煙中のＳＯ3分（三酸化硫黄）を除去するＳＯ3分除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重質油等の硫黄を含む燃料を使用するボイラー等の火炉などでは、燃料中の硫黄の燃焼により排煙中に二酸化硫黄（ＳＯ2）が生成する。このため、重質油を使用する火炉などでは、排煙を大気に放出する前に脱硫装置により排煙処理を行い、ＳＯ2を除去するようにしている。
【０００３】
ところが、排煙中のＳＯ2の一部はボイラーや脱硝装置内で更に酸化して三酸化硫黄（ＳＯ3）に転換される。ＳＯ3は空気予熱器などを通過することにより排煙温度が低下して、例えば３００℃程度以下になると、排煙中の水分と反応して、ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2ＳＯ4の反応によりＨ2ＳＯ4ガスを生成する。このＨ2ＳＯ4ガスは排煙温度が硫酸の露点以下になると微細な硫酸ミストを生成する。脱硫装置、特に湿式脱硫装置を使用した場合には脱硫装置通過時に排煙温度が硫酸露点温度以下に低下するため排煙中のＨ2ＳＯ4ガスは全て硫酸ミストになるが、湿式脱硫装置での硫酸ミストの除去率は低いため、重質油焚きボイラー等では、脱硫装置出口の排煙は比較的多量の硫酸ミストを含むようになる。硫酸ミストは、大気中に排出されると紫煙を生成するとともに、酸性降下物として大気汚染の原因となる。
【０００４】
排煙中の硫酸ミストを除去するものとしては、湿式電気集塵装置（以下、「湿式ＥＰ」という）が一般に使用される。湿式ＥＰは、電気集塵装置の集塵電極に水またはアルカリ液を噴霧することにより電極上に水膜を形成し、捕集した硫酸ミストを電極から洗浄、除去するようにしたものである。
また、湿式ＥＰを使用せずに排煙にＳＯ3の中和剤を投入することにより、硫酸ミストの生成を防止する装置も考案されている。
【０００５】
この種の装置としては、例えば特開２０００−３１７２６０号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、脱硫装置上流側の比較的排煙温度が高い場所で排煙中にＳＯ3中和剤として炭酸カルシウムなどのアルカリ粉末を投入することにより、排煙中のＳＯ3を除去している。すなわち、排煙中に投入された炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）は、排煙中のＳＯ3またはＨ2ＳＯ4と反応してＣａＳＯ4を生成するため、その後排煙温度が低下してもＨ2ＳＯ4ミストは生成しない。また、炭酸カルシウムとＳＯ3との反応により生成されたＣａＣＯ3は腐食性ではないため、湿式ＥＰを用いなくとも通常の電気集塵装置で容易に捕集することができる。これにより、同公報の装置では湿式ＥＰを用いることなく硫酸ミストの大気への放出を防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ボイラー等では、負荷の変動や使用燃料中の硫黄分濃度、ボイラーの汚れなどにより排煙中のＳＯ3量は大きく変動する。このため、湿式ＥＰを用いて硫酸ミストを除去する場合には、湿式ＥＰの最大処理能力（捕集能力）は諸条件を考慮した上で最大のＳＯ3発生量に対して更に余裕をみた大きな値に設定する必要がある。また、湿式ＥＰは通常大きな設置面積を必要とするため、湿式ＥＰの処理能力を増大させると装置コスト、建設コストが大幅に増大してしまい、ボイラープラント全体のコストが上昇する問題がある。
【０００７】
また、上記特開２０００−３１７２６０号公報の装置のように、脱硫装置上流側にアルカリ粉末などのＳＯ3中和剤を投入する方法では、湿式ＥＰの処理能力増大に伴う建設コストの増大は生じないものの、結局ＳＯ3中和後のＣａＳＯ4等の粒子を除去するために集塵機が必要となる。更には、同公報の装置ではプラント運転中常に中和剤を排煙に投入する必要があり、比較的高価な中和剤の消費量が大きくなり、プラント運転コストの増大が生じる問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み、中和剤などを使用することなく湿式ＥＰに流入する排煙中のＳＯ3を予めある程度除去しておくことにより、湿式ＥＰの負荷を大幅に低減し、湿式ＥＰの処理能力増大による装置コストや建設コストの増大を防止することが可能な排煙のＳＯ3分除去装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、硫黄分を含む燃料を燃焼させる火炉からの排煙を煙突に導く排煙通路と、該排煙通路上に配置され、排煙中のＳＯ2分を除去する湿式脱硫装置と、前記排煙通路上の前記湿式脱硫装置上流側に配置され、排煙を冷却して排煙中のＳＯ3成分を液状硫酸（Ｈ2ＳＯ4）の形で凝縮させ、排煙から分離除去するＳＯ3分離装置と、を備えてなると共に、前記ＳＯ3分離装置は、冷却水と排煙とを伝熱面を介して熱交換させて排煙を冷却する熱交換器と、排煙通過中に前記伝熱面の排煙側表面に凝縮する液状Ｈ2ＳＯ4を水洗浄する洗浄装置と、を備えたことを特徴とする排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では湿式脱硫装置上流側に排煙を冷却して排煙からＳＯ3成分を分離除去するＳＯ3分離装置が設けられている。前述したように排煙中のＳＯ3は温度がある程度（例えば３００℃程度）以下に低下すると排煙中の水分と反応してＨ2ＳＯ4を生成する。このＨ2ＳＯ4ガスは排煙温度が更に低下してＨ2ＳＯ4ガスの露点以下になると、凝縮して液状のＨ2ＳＯ4になる。本発明では、ＳＯ3を含む排煙を強制的に冷却することにより、排煙中のＳＯ3を液状のＨ2ＳＯ4に凝縮させて排煙から分離する。これにより、排煙中のＳＯ3のかなりの部分をＳＯ3分離装置でＨ2ＳＯ4液の形で除去することが可能となり、湿式脱硫装置出口の排煙中に残留する硫酸ミスト量が大幅に低下するようになる。このため、湿式脱硫装置出口に湿式ＥＰを設けなくても大気への硫酸ミストの放出を防止することが可能となり、プラント運転コストの増大の原因となる中和剤などを使用することなく、湿式ＥＰの設置による装置コストの増大を防止することができる。
また、ＳＯ3分離装置には冷却水を用いて排煙温度を低下させる熱交換器が使用される。熱交換器を用いて排煙温度を低下させることにより、Ｈ2ＳＯ4の凝縮は排煙と接触する伝熱面で生じ、生成した液体Ｈ2ＳＯ4は伝熱面に付着するようになる。伝熱面に付着した液状Ｈ2ＳＯ4は洗浄水を用いて運転中に伝熱面を洗浄することにより容易に除去可能である。これにより、本発明では簡易かつ安価に排煙中のＳＯ3をＨ2ＳＯ4水溶液の形で除去することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、更に、前記排煙通路上の前記湿式脱硫装置下流側に配置され、排煙中の硫酸（Ｈ2ＳＯ4）ミストを除去する湿式電気集塵装置を備えた、請求項１に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項２の発明では湿式脱硫装置出口にさらに湿式ＥＰが配置される。これにより、湿式脱硫装置出口での排煙に残留した硫酸ミストは湿式ＥＰにより除去され、更に大気に放出される硫酸ミスト量を大幅に低減することが可能となる。また、湿式脱硫装置に流入する排煙中のＳＯ3分は、ＳＯ3分離装置によりかなりの量が除去されているため、湿式脱硫装置出口の排煙中の硫酸ミスト濃度は大幅に低下しているため、このように湿式ＥＰを用いて湿式脱硫装置下流側の排煙中の残留硫酸ミストを除去する場合にも、湿式ＥＰでのＳＯ3除去効率を大幅に低下させることが可能となる。これにより、プラント運転コストの増大の原因となる中和剤などを使用することなく、湿式ＥＰの処理能力を低く設定し装置コストを低減することが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、前記湿式脱硫装置は、排煙が通過する吸収塔と、吸収塔内にＳＯ2吸収剤水溶液を噴霧して排煙中のＳＯ2を前記水溶液に吸収して回収する吸収剤循環装置とを備え、前記洗浄装置は、前記伝熱面を洗浄後のＨ2ＳＯ4を含む排水を前記吸収剤循環装置に補給水として供給する、請求項１に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項３の発明では請求項２の熱交換器の伝熱面を洗浄した後のＨ2ＳＯ4を含む洗浄水は、湿式脱硫装置の吸収剤循環装置に供給されて補給水として使用される。湿式脱硫装置の吸収塔では排煙にＳＯ2吸収剤の水溶液を噴霧することにより排煙中のＳＯ2を吸収剤中に吸収するが、この過程で排煙が水蒸気で飽和し、排煙とともにかなりの量の水が吸収塔から持去られるため、循環装置には常時水を補給する必要がある。従って、伝熱面の洗浄水を吸収剤循環装置に供給することにより、補給水の消費を低減することができる。また、洗浄水中に含まれるＨ2ＳＯ4は、ＳＯ2吸収剤と反応して中和されるため、本発明では洗浄水の処理のために別途水処理装置を設ける必要がなくなる利点がある。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、前記熱交換器は、内部を排煙が通過するケーシングと、該ケーシング内に配置され内部を冷却水が通過するチューブとを備えたシェル・アンド・チューブ式熱交換器であり、前記ケーシング内面とチューブ外面とは耐腐食性材料で構成、又は耐腐食性材料でコーティングされている、請求項３に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項４の発明ではＳＯ3分離装置に使用する熱交換器は、簡易な構成のシェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされる。また、排煙と接するケーシング内面と伝熱面としてのチューブ外面は、例えばステンレススチール等の耐化学薬品性を有する耐腐食性材料で構成されているか、又は例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（４フッ化エチレンパークロロアルキルビニルエーテルコポリマー）などの耐化学薬品性を有する耐腐食性材料で被覆されている。これにより、チューブ外面やケーシング内面のＨ2ＳＯ4による腐食が防止され、装置の信頼性が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、前記湿式脱硫装置は更に、排煙中に水を噴霧して前記吸収塔に流入する排煙温度を低下させる冷却塔を備え、前記ＳＯ3分離装置は前記冷却塔上部の排煙入口部分に配置され、前記洗浄装置は前記伝熱面洗浄後の排水を冷却塔内に供給し、冷却塔内に噴霧された水とともに前記吸収塔の吸収剤循環装置に補給水として供給する、請求項３または４のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００２０】
すなわち、請求項５の発明では脱硫装置の吸収塔に流入する排煙の温度を低下させてＳＯ2の吸収効率を向上させるための冷却塔が設けられている。冷却塔内では排煙は冷却塔上部の排煙入口から塔内に流入し、塔内を下方に向けて流れつつ排煙内に噴霧された水の蒸発により温度が低下する。このとき、噴霧された水のかなりの量が蒸発し、排煙とともに冷却塔から持去られるため蒸発分だけの水を冷却塔に補給する必要がある。本発明では、冷却塔上部の排煙入口にＳＯ3分離装置が設けられているため、冷却塔に流入する排煙温度が低下し、冷却塔内で蒸発する水の量が低減される。また、ＳＯ3分離装置は冷却塔上部に配置されているため、伝熱面洗浄後の水は重力で冷却塔内に落下し、噴霧された水とともに冷却塔下部から吸収塔のＳＯ2吸収剤循環装置に補給される。このため、洗浄水を吸収剤循環装置に供給するための移送ポンプ等を別途設ける必要がない。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、前記熱交換器の冷却水としてボイラー給水を使用し、排煙の熱をボイラー給水に回収する、請求項１、３、４、または５のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００２２】
すなわち、請求項６の発明ではＳＯ3分離装置の熱交換器の冷却水としてボイラー給水が使用される。これにより、ＳＯ3を分離するために排煙から奪う熱をボイラー給水の余熱に使用することが可能となり、ボイラー用の火炉の燃料消費量が大幅に低減される。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、前記ＳＯ3分離装置上流側の排煙通路に、前記湿式電気集塵装置通過後の排煙と、火炉から排出される排煙とを熱交換させるガス／ガスヒータを備えた、請求項１から６のいずれか１項に記載の排煙のＳＯ3分除去装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項７の発明ではＳＯ3分離装置上流側には排煙と湿式電気集塵装置通過後の排煙とを熱交換させるガス／ガスヒータが設けられている。湿式電気集塵装置出口の排煙と火炉から排出される排煙とをガスヒータを用いて熱交換させることにより、煙突から放出される排煙の温度を上昇させて白煙発生を防止することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、既存の湿式脱硫装置の上流側排煙通路に、請求項１から７のいずれか１項に記載のＳＯ3分離装置を新たに追加設置することにより排煙のＳＯ3分除去装置を構成する、排煙のＳＯ3分除去装置の製作方法が提供される。
【００２６】
すなわち、請求項８の発明では、湿式脱硫装置のみ、又は湿式脱硫装置と湿式電気集塵装置とを有する既存のボイラープラントを改造することにより、ＳＯ3分除去装置を製作する。請求項１から７のＳＯ3分離装置は、湿式脱硫装置であればどの形式の装置にも適用することができるため、本発明のように、既存の湿式脱硫装置を利用してＳＯ3分除去装置を製作することにより、極めて安価にＳＯ3分除去装置を製作することが可能となる。又、湿式脱硫装置のみを有するボイラープラントにあってはＳＯ3分離装置と共に湿式電気集塵装置を新たに追設することも可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明するが、その前に本発明のＳＯ3分離装置や湿式ＥＰを設けずに、湿式脱硫装置のみを用いて排煙処理を行った場合について説明する。
図５（Ａ）は、湿式脱硫装置のみを用いて排煙処理を行う場合の装置概略構成を説明する図である。
【００２８】
図５（Ａ）において、１はボイラー等の火炉、３はボイラー１の燃焼排煙が流れる煙道、７は排煙中のＳＯ2を除去する脱硫装置である。脱硫装置７としては一般的な公知の形式の湿式脱硫装置（例えば、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等のＳＯ2吸収剤の水溶液と排煙とを接触させＣａＳＯ4の形で排煙中のＳＯ2を除去するもの、或いは水酸化マグネシウムや水酸化ナトリウムを使用し、排煙中のＳＯ2をＭｇＳＯ4またはＮａ2ＳＯ4の形で除去するもの）が使用される。脱硫装置７でＳＯ2を除去された排煙は、下流側の煙道９を通り、煙突１１から大気に放出される。
【００２９】
ボイラー１で重質油の燃焼により発生した燃焼ガス（排煙）は、煙道３に設けられた空気予熱器５を通過してボイラーに供給される燃焼空気と熱交換した後、脱硫ファン（図示せず）に吸引されて煙道３を流れ、脱硫装置７に供給される。
燃料として硫黄分を比較的多く（例えば２％程度以上）含む安価な重質油を使用すると、硫黄の酸化により多量のＳＯ2が生成し、その一部は更に酸化されてＳＯ3になる。ＳＯ3は、例えば空気予熱器５通過等により排煙温度が低下すると、その一部が排煙中の水分と反応して、ガス状または微細ミスト状の硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を生成する。
【００３０】
従って、湿式脱硫装置７に供給される排煙中にはＳＯ2のみならず硫酸ガス及びミストが含まれている。湿式脱硫装置通過時には排煙温度が硫酸露点温度以下に低下するため排煙中の硫酸ガスは全て硫酸ミストになる。湿式脱硫装置７ではＳＯ2は高い効率で除去されるものの、湿式脱硫装置の硫酸ミストの除去率は低いため、通常、湿式脱硫装置７出口での排煙中の硫酸ミスト濃度は比較的高い値になる。
【００３１】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）にＩからＩＩＩで示した箇所における排煙温度と排煙中のＳＯ2濃度及びＳＯ3濃度を示している。なお、図５（Ｂ）では排煙中のＳＯ3とガス及びミスト状のＨ2ＳＯ4の合計濃度をＳＯ3濃度として表している。
図５（Ｂ）に示すように、空気予熱器５出口（ＩＩ）（すなわち湿式脱硫装置７入口）では、排煙中のＳＯ3濃度は６０ｐｐｍ程度になっており、ＳＯ2濃度は２０００ｐｐｍ程度の高い値になっている。
【００３２】
湿式脱硫装置７出口（ＩＩＩ）では、ＳＯ2の大部分が脱硫装置により除去され、ＳＯ2濃度は４０ｐｐｍ程度まで低下するが、ＳＯ3濃度はあまり低下せず、図５の例では４８ｐｐｍと比較的高い値になっている。
このように比較的高い濃度の硫酸ミストを含む排煙が煙突１１から直接大気に放出されると、煙突出口では微細な硫酸ミストが紫煙を形成し、いわゆる「紫煙がたなびく」現象が発生する。また、硫酸ミストが大気に放出されると酸性降下物となり周囲に降下する問題が生じる。
【００３３】
そこで、通常、湿式脱硫装置７を使用する場合には、排煙を大気に放出する前に湿式ＥＰを用いて排煙中の硫酸ミストを捕集するのが一般的である。
図６（Ａ）は、図５（Ａ）の装置に参照符号８で示す湿式ＥＰを付加した場合の装置構成を、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＩからＩＶの箇所における排煙温度、ＳＯ2濃度及びＳＯ3濃度を示している。図６（Ｂ）において、ＩからＩＩＩの箇所の数値は図５（Ｂ）と同一である。
【００３４】
一般に煙突からの紫煙の発生を防止するためには煙突１１入口での排煙中のＳＯ3濃度を２ｐｐｍ程度にまで低下させる必要がある。従って、図６の例では、湿式ＥＰ８出口（ＩＶ）におけるＳＯ3濃度（この場合には硫酸ミスト濃度）を２ｐｐｍとする必要がある。すなわち、湿式ＥＰ８により排煙中のＳＯ3濃度を４８ｐｐｍから２ｐｐｍまで低下させる必要があり、湿式ＥＰ８に要求されるＳＯ3除去効率ηは、η＝（４８−２）／４８≒９６％となる。
【００３５】
湿式ＥＰは、アルカリ液または水を集塵電極に噴霧することにより、捕集した硫酸ミストを電極から洗い流す形式の電気集塵機である。排煙中の硫酸ミストは非常に粒径が小さいサブミクロン粒子となっており、湿式ＥＰにおける硫酸ミストの除去効率を９６パーセント程度まで高めるためには、湿式ＥＰは二区またはそれ以上を直列に配置する必要がある。このため、図６のように湿式ＥＰを用いて硫酸ミストを除去する構成では、湿式ＥＰの大型化、設置面積の増大などによりプラント全体の建設コストが増大する問題がある。
【００３６】
本発明は、以下に説明するＳＯ3分離装置を用いて湿式脱硫装置７の上流側で排煙中のＳＯ3のかなりの部分を除去することにより、湿式ＥＰの大型化によるコストの増大を防止するものである。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態の構成を示す図５、６と同様な図であり、図５、６と同一の参照符号は同様な要素を示している。
図１（Ａ）に示すように、実施形態では湿式脱硫装置７の上流側の煙道３（空気予熱器５の下流側）にＳＯ3分離装置１０が設けられている点が、図５、図６の場合と相違している。また、本実施形態においても、図６の場合と同様に湿式脱硫装置７の下流側の煙道９には湿式ＥＰ８が設置されている。
【００３８】
本実施形態のＳＯ3分離装置１０の構造については後述するが、ＳＯ3分離装置１０は熱交換器を用いて排煙温度をＨ2ＳＯ4ガスの露点温度以下になるまで冷却することにより、排煙中のＳＯ3を液状のＨ2ＳＯ4の形で凝縮させるものである。排煙は熱交換器の伝熱面との接触により温度が低下するため、Ｈ2ＳＯ4の凝縮（結露）はまず伝熱面で生じ、凝縮した液状Ｈ2ＳＯ4の大部分は伝熱面に付着する。このため、伝熱面に付着したＨ2ＳＯ4を水で洗い流し排水の形で除去することにより、排煙中のＳＯ3が分離除去されるようになる。
【００３９】
図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す各場所での排煙温度とＳＯ2濃度及びＳＯ3濃度を示している。図１（Ｂ）に示すように、本実施形態では、ＳＯ3分離装置１０入口（点ＩＩ）の排煙の温度及びＳＯ2、ＳＯ3濃度は図５、図６と同一であるが、ＳＯ3分離装置１０出口（点ＩＩ′）では、排煙温度は１６０℃から１００℃に低下している。Ｈ2ＳＯ4ガスの露点は約１１０℃であり、ＳＯ3分離装置１０内で排煙中のＳＯ3はほぼ全量が液状のＨ2ＳＯ4の形で凝縮する。また、この凝縮はＳＯ3分離装置１０内の熱交換器の伝熱面で生じるため、凝縮したＨ2ＳＯ4の大部分が伝熱面に付着し、排煙から分離除去される。
【００４０】
このため、ＳＯ3分離装置出口では、ＳＯ3濃度は入口の６０ｐｐｍから４０ｐｐｍに低下する。
この結果、湿式脱硫装置７出口ではＳＯ3濃度は３２ｐｐｍとなる。
従って、煙突１１から放出される排煙中のＳＯ3濃度を２ｐｐｍに低下させるために必要とされる、湿式ＥＰ８のＳＯ3除去効率ηは、η＝（３２−２）／３２≒９４％となる。
【００４１】
すなわち、図６の場合と較べると湿式ＥＰ８に要求される除去効率は約２％低下することになる。このように比較的高い除去効率の領域で２％の要求除去効率の差は湿式ＥＰ８の装置の大きさに与える影響は極めて大きく、除去効率を９６％から９４％に低下させることにより、湿式ＥＰ８の装置の大きさとコストとは２０から３０％程度低下する。これにより、本実施形態では、湿式ＥＰ８の装置コストを増大させることなく、しかも運転コストの増大を生じるＳＯ3中和剤等の投入を行うことなく、排煙中のＳＯ3分（ＳＯ3及びガス状、ミスト状のＨ2ＳＯ4）を除去することが可能となっている。
【００４２】
なお、図１の例ではＳＯ3分離装置上流側に排煙とボイラ燃焼空気とを熱交換させて燃焼空気を予熱するエアヒータ５を設けているが、エアヒータ５に加えて湿式ＥＰ８出口（または煙突１１入口）の排煙とＳＯ3分離装置上流側の排煙とを熱交換させて煙突から放出される排煙を加熱することにより、煙突での水蒸気による白煙の生成を防止するガス／ガスヒータを設けるようにしてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態のＳＯ3分離装置１０の構成について図２を用いて説明する。
本実施形態のＳＯ3分離装置１０は、排煙が上方から下方に向けて通過するケーシング１０ａと、ケーシング１０ａ内に排煙の流れと直角に配置された、内部を冷却水が通過するチューブ１０ｂとからなるシェル・アンド・チューブ型の熱交換器１００と、チューブ１０ｂ群の上部に配置された洗浄装置１０１とを備えている。
【００４４】
洗浄装置１０１は、例えばチューブ１０ｂに平行に配置され、工業用水が供給されるヘッダー配管１０１ａと、ヘッダーからチューブ１０ｂ群上部に水平に延びる複数の枝管（図２の例では５本）１０１ｂと、各枝管からチューブ１０ｂ群に向けて水を噴射するノズル１０１ｃ、及び各枝管に設けられ、ヘッダー配管１０１ａから各枝管への水の供給を制御する開閉弁１０１ｄとを備えている。
【００４５】
本実施形態では、各枝管１０１ｂにそれぞれ２つずつ、計１０個のノズル１０１ｃが設けられており、各ノズルは図２にそれぞれのノズルを中心とした円で示す範囲に水を噴霧する。各ノズルからの噴霧円１０１ｅは隣接する噴霧円と充分に重複しており、１０個のノズルにより熱交換器１００の全部のチューブ１０ｂの外周を残すことなく洗浄可能となっている。
図２のＳＯ3分離装置１０では、ケーシング１０ａ上部から流入する排煙がケーシング１０ａ内でチューブ１０ｂと接触して、低温のチューブ１０ｂの外周上に排煙中のＳＯ3成分が液状のＨ2ＳＯ4として凝縮、付着する。チューブ１０ｂ外周のＨ2ＳＯ4付着量は時間とともに増大し、排煙中の煤塵とともにスケールを形成するが、本実施形態では洗浄装置１０１により定期的にチューブ外周を水で洗浄することにより、チューブ１０ｂの外周へのスケールの堆積によるチューブの熱交換効率の低下を防止するとともに、凝縮したＨ2ＳＯ4を排煙から分離除去している。
【００４６】
チューブ１０ｂの洗浄は、例えば排煙通過中に各枝管１０１ｃの開閉弁１０１ｄを１つずつ順番に一定時間ずつ開弁してノズル１０１ｃから水を噴霧することにより行う。これにより、チューブ１０ｂの洗浄は１度に２つのノズル１０１ｃからの水噴霧により全表面の５分の１ずつ行われる。例えば、本実施形態では１時間間隔で枝管を変えて１回あたり２分程度の水噴射を繰返すため、５時間１０分を１サイクルとして、ＳＯ3の分離を継続しながらチューブ１０ｃの全表面の洗浄が繰返される。
【００４７】
なお、チューブ１０ｂ表面及びケーシング１０ａ内面はＨ2ＳＯ4ミストと接触するため、強度の腐食環境となる。このため、本実施形態ではチューブ１０ｂ表面とケーシング１０ａ内面はすべて耐化学薬品性の高いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（４フッ化エチレンパークロロアルキルビニルエーテルコポリマー）のコーティングを行って、チューブやケーシングの腐食を防止している。このように、ＰＴＦＥコーティングまたはＰＦＡコーティングと水洗浄とを併用することにより、熱交換器１００の腐食がほぼ完全に防止される。なお、ケーシング１０ａ、チューブ１０ｂを耐化学薬品性の高いステンレススチール等の耐腐食性材料で構成するようにしても良い。
【００４８】
更に、本実施形態ではチューブ１０ｂに供給する冷却水として、ボイラー給水を用いている。図１（Ｂ）に示すように、ＳＯ3分離装置１０の熱交換器１００では排煙の温度降下が比較的大きくなるため、この排熱を熱交換器１００でボイラー給水を加熱するために使用することにより、ボイラーの燃料消費を大幅に低減することが可能となる。また、熱交換器１００で排煙を冷却した後の冷却水は、ボイラー給水以外にも、例えば煙突入口のガスを加熱して白煙の生成を防止するために使用することも可能である。（この場合には冷却水と排煙とを再度熱交換させる熱交換器を設置することになる。）
【００４９】
すなわち、本実施形態では図１に示すようにＳＯ3分離装置１０を設けることにより、湿式ＥＰ８の装置コスト増大を生じることなく排煙中のＳＯ3を除去することができるため、比較的硫黄含有量の高い（例えば２％以上）安価な重質油を使用してボイラーの運転コストを低減することが可能となっているが、更にＳＯ3分離装置１０の熱交換器１００をボイラー給水を加熱するエコノマイザーとして使用することにより、上記に加えて燃料消費量を大幅に低減することが可能となっている。
【００５０】
次に、ＳＯ3分離装置１０の洗浄装置１０１でチューブ１０ｂ表面の洗浄に用いた排水の処理について説明する。チューブ１０ｂ表面洗浄後の排水は、チューブに付着していた硫酸を含んでいる。このため、洗浄後の排水はそのまま放水することはできず、硫酸の中和処理が必要となる。
【００５１】
本実施形態では、チューブ１０ｂ洗浄後の排水を湿式脱硫装置７の吸収塔に供給することにより、排水処理設備を別途設けることなく洗浄排水を中和処理するとともに、吸収塔のＳＯ2吸収剤水溶液の補給水として使用することにより、湿式脱硫装置７の水の消費量を低減することを可能としている。
【００５２】
図３は、ＳＯ3分離装置１０の洗浄排水を吸収塔の補給水として用いる場合のＳＯ3分離装置の配置を模式的に示す図である。
図３において、７１は湿式脱硫装置７の吸収塔、７５はＳＯ2吸収剤（例えば水酸化カルシウムなどのＳＯ2吸収剤水溶液の循環ポンプ、７３は吸収塔７１の上流側に配置された冷却塔である。冷却塔７３は、吸収塔７１に流入する排煙温度を低下させてＳＯ2の吸収効率を向上させるためのものである。冷却塔７３内では、排煙は冷却塔上部に設けられた入口から冷却塔内に入り、塔内を下向きに流れ、冷却塔７３下部に設けられた排煙通路７７から吸収塔７１内に流入する。
【００５３】
冷却塔７３内では、外部から供給された工業用水が冷却ノズル７３ａから排煙中に噴霧され、その一部が蒸発して排煙温度を低下させる。冷却ノズル７３ａから噴霧された水は冷却塔７３下部の水槽７３ｂに一時貯留され、水位の上昇により排煙通路７７からオーバーフローして吸収塔の吸収剤水溶液の循環水槽７１ｂに流入する。循環水槽７１ｂ内の吸収剤水溶液は循環ポンプ７５により吸収塔上部のノズル７１ａから排煙中に噴霧され、噴霧された吸収剤は吸収塔７１内を上方に流れる排煙と接触し、例えばＣａＳＯ4の形で排煙中のＳＯ2を吸収して循環水槽７１ｂに回収される。
また、吸収剤によりＳＯ2を除去された排煙は吸収塔７１上部から煙道に流出する。
【００５４】
図３に示すように、本実施形態ではＳＯ3分離装置１０は冷却塔７３上部の排煙入口に配置されている。このため、ＳＯ3分離装置１０のチューブを洗浄した後のＨ2ＳＯ4を含む排水は、冷却塔７３内を降下して下部の水槽７３ｂに入り、更にオーバーフローして吸収塔７１の循環水槽７１ｂに供給される。これにより、洗浄排水中のＨ2ＳＯ4がＳＯ2吸収剤（例えば水酸化カルシウムなど）と反応して中和されるとともに、循環水槽７１ｂへの補給水の量が低減される。
【００５５】
更に、本実施形態では冷却塔７３に流入する排煙温度は、ＳＯ3分離装置１０を通過したためにかなり低下している（図１（Ｂ）参照）。このため、冷却塔７３内で排煙を冷却する際に蒸発する水の量が減少し、冷却塔での水の消費量そのものが低減される。従って本実施形態では上述の補給水の低減と併せて湿式脱硫装置７における工業用水の消費量を大幅に低減することが可能となる。
【００５６】
なお、図４に示すように、独立した冷却塔を備えておらず、吸収塔７１入口の排煙通路７７に冷却ノズル７３ａを設けて水を噴射することにより排煙を冷却する構成においても、排煙通路７７上部にＳＯ3分離装置１０を配置することにより図３の場合と同等の工業用水の低減効果を得ることができる。
【００５７】
なお、図１の実施形態では、湿式ＥＰとして、アルカリ液または水を集塵電極に噴霧することにより電極上に水膜を形成し、捕集した硫酸ミストを電極から洗い流す形式のものを使用しているが、本発明で使用可能な湿式ＥＰはこの形式に限定されない。
【００５８】
例えば、排煙中の硫酸ミストなどの粒子を帯電させるとともに、この帯電した粒子に水などの誘電体を噴霧し、噴霧した誘電体に直流電界を印加することにより誘電体を誘電分極させ、比較的粒径の大きい誘電体に帯電した硫酸ミストなどの微細な粒子を補足させる形式の湿式ＥＰをも使用することが可能である。このように、比較的大きい誘電体粒子にサブミクロンの硫酸ミスト粒子を補足させ、誘電体粒子とともに捕集することにより、サブミクロン粒子の捕集効率を大幅に向上させることが可能となり、湿式ＥＰを小型化することが可能となる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、湿式脱硫装置下流側に湿式ＥＰを設けた場合を例にとって説明したがボイラーからのＳＯ3発生量が低い場合には、湿式ＥＰを設けずに、ＳＯ3分離装置と湿式脱硫装置のみで充分に硫酸ミストを除去することも可能である。
また、本実施形態のＳＯ3分離装置は、湿式脱硫装置の種類を問わず、図３、図４に示すように湿式脱硫装置上に設置することが可能である。このため、例えば、図５に示したように脱硫装置のみを用いて排煙処理を行っている既存の排煙処理装置においても、既設の湿式脱硫装置をそのまま使用して、簡単な改造工事でＳＯ3分離装置のみの追加設置、あるいはＳＯ3分離装置と湿式ＥＰとの追加設置（又は、既存の湿式ＥＰを有する図６に示すような既設の装置では、ＳＯ3分離装置のみの追加設置）を行うことができる。このため、既設の湿式脱硫装置を利用した改造工事により本発明のＳＯ3分除去装置を製作する方法によれば、極めて安価にＳＯ3分除去装置を構成することが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、中和剤などを使用することなく湿式ＥＰの負荷を大幅に低減することが可能となるため、湿式ＥＰの処理能力増大による装置コストや建設コストの増大を防止することが可能となる共通の効果を奏する。
更に、請求項９に記載の発明では、上記共通の効果に加えて既設の湿式脱硫装置を有する排煙処理装置を改造することにより簡易にＳＯ3分除去装置を構成することが可能となるため、更に装置コストを低減することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明のＳＯ3分除去装置の一実施形態の全体構成を模式的に示す図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の各部における排煙中のＳＯ3濃度を説明する図である。
【図２】図１のＳＯ3分除去装置に用いるＳＯ3分離装置の一実施形態の構成を説明する図である。
【図３】ＳＯ3分離装置の配置例を示す図である。
【図４】ＳＯ3分離装置の配置の別の例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は湿式脱硫装置のみを用いて排煙処理を行う場合の装置構成を示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の各部における排煙中のＳＯ3濃度を説明する図である。
【図６】図６（Ａ）は湿式脱硫装置のみを用いて排煙処理を行う場合の装置構成を示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の各部における排煙中のＳＯ3濃度を説明する図である。
【符号の説明】
１…ボイラ
３…煙道
５…空気予熱器
７…湿式脱硫装置
８…湿式ＥＰ
１０…ＳＯ3分離装置
１１…煙突
【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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