(57)【要約】【課題】排ガス処理システムにおいて、処理コスト及び設備コストの低減を図ると共に、システムの小型化を図る。【解決手段】高温排ガス中の煤塵を高温乾式の電気集じん機１２により捕集し、脱硝手段により排ガス中の窒素酸化物ＮＯ２を除去した後にエアヒータ１４により排ガスを冷却し、排ガスを活性炭素処理手段の活性炭素繊維層に流通して含有する硫黄酸化物ＳＯ２、ＳＯ３を除去する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排ガス中の微粒子を捕集する電気集じん機と、該電気集じん機の下流側に設けられた熱交換器と、前記電気集じん機により微粒子が捕集された後に前記熱交換器により所定温度以下に熱交換された排ガスを流通して硫黄酸化物を活性炭素繊維層により除去する活性炭素処理手段とを具えたことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の排ガス処理システムにおいて、前記電気集じん機と前記活性炭素処理手段との間に、排ガス中の窒素酸化物を処理する脱硝手段が設けられたことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項３】
請求項２記載の排ガス処理システムにおいて、前記脱硝手段は、上流側から第１脱硝触媒層、アンモニア分解触媒層、第２脱硝触媒層が順に配設され、前記第１脱硝触媒層の入口側に排ガス中の窒素酸化物の反応当量以上のアンモニアを添加するアンモニア分解型脱硝触媒であることを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項４】
請求項１記載の排ガス処理システムにおいて、前記電気集じん機は、２００℃以上の高温排ガス中の微粒子を捕集する高温乾式の電気集じん機であることを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項５】
請求項１記載の排ガス処理システムにおいて、前記高温排ガスは、高硫黄分含有燃料を使用するボイラプラントから排出された排ガスであることを特徴とする排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高硫黄分含有燃料を使用するボイラプラントなどから排出された高温の排ガスを浄化処理する排ガス処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の排ガス処理システムの概略構成を示す。従来の排ガス処理システムは、図３に示すように、ボイラ００１から排出される排ガスに対して、脱硝装置００２、エアヒータ００３、乾式電気集じん機００４、吸引ファン００５、脱硫装置００６、湿式電気集じん機００７、煙突００８が連続して配設されて構成されている。
【０００３】
従って、ボイラ００１から排出された排ガスは、まず、脱硝装置００２で、排ガス中の窒素酸化物に対してアンモニアが添加されて脱硝が行われ、次に、エアヒータ００３で所定温度以下に冷却されてから乾式電気集じん機００４に送られる。この乾式電気集じん機００４では、排ガス中の煤塵と、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ３）に対してアンモニアが添加されて硫安（硫酸アンモニウム）となった微粒子を吸着除去する。そして、吸引ファン００５で吸引された排気ガスは、増湿冷却されてから脱硫装置００６に流通することで、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ２）が石灰石に吸着除去される。続いて、排ガスは、湿式電気集じん機００７にて、排ガス中に残留する硫黄酸化物（ＳＯ３）の微粒子が吸着除去されてから煙突００８を通して大気に放出される。
【０００４】
なお、このような従来の排ガス処理システムとしては、下記特許文献１に開示されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２７２３６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなボイラプラントでは、安価な燃料を用いて燃料コストを低減させたい一方で、近年、環境問題が重視される傾向にあり、安価な燃料を用いても排ガス中の窒素酸化物や硫黄酸化物を一段と高いレベルで処理する必要が生じてきている。
【０００７】
ところが、上述した従来の排ガス処理システムでは、排ガス中における三酸化硫黄（ＳＯ３）の含有量が多いため、乾式電気集じん機００４でこの三酸化硫黄にアンモニアを添加して硫安として吸着除去しており、多量のアンモニアが必要となり、処理コストが増加してしまうという問題がある。また、乾式電気集じん機００４は、本来、排ガス中の煤塵を吸着するものであるが、多量の硫安を吸着するために、煤塵を十分に吸着除去することができない虞がある。
【０００８】
また、乾式電気集じん機００４では、排ガス中の三酸化硫黄を全て除去することはできず、一方、脱硫装置００６は排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）を吸着除去するものであり、その下流側に湿式電気集じん機００７を配設して排ガス中に残留する三酸化硫黄を吸着除去している。そのため、２つの電気集じん機００４，００７が必要となり、システムが大型化すると共に設備コストが増大してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであって、処理コスト及び設備コストの低減を図ると共に、システムの小型化を図った排ガス処理システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１の発明の排ガス処理システムは、高温排ガス中の微粒子を捕集する電気集じん機と、該電気集じん機の下流側に設けられた熱交換器と、前記電気集じん機により微粒子が捕集された後に前記熱交換器により所定温度以下に熱交換された排ガスを流通して硫黄酸化物を活性炭素繊維層により除去する活性炭素処理手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明の排ガス処理システムでは、前記電気集じん機と前記活性炭素処理手段との間に、排ガス中の窒素酸化物を処理する脱硝手段が設けられたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明の排ガス処理システムでは、前記脱硝手段は、上流側から第１脱硝触媒層、アンモニア分解触媒層、第２脱硝触媒層が順に配設され、前記第１脱硝触媒層の入口側に排ガス中の窒素酸化物の反応当量以上のアンモニアを添加するアンモニア分解型脱硝触媒であることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明の排ガス処理システムでは、前記電気集じん機は、２００℃以上の高温排ガス中の微粒子を捕集する高温乾式の電気集じん機であることを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明の排ガス処理システムでは、前記高温排ガスは、高硫黄分含有燃料を使用するボイラプラントから排出された排ガスであることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態に係る排ガス処理システムの概略構成、図２にＡＣＦ脱硫装置の概略を示す。
【００１７】
本実施形態の排ガス処理システムは、石油コークス、オリマルジョンなどの高硫黄成分を含有する燃料を使用するボイラプラント（焼成炉、焼却炉等）に用いられるものである。
【００１８】
本実施形態の排ガス処理システムは、図１に示すように、ボイラ１１から排出される排ガスに対して、高温乾式電気集じん機１２、脱硝装置１３、エアヒータ１４、吸引ファン１５、ＡＣＦ脱硫装置１６、煙突１７が連続して配設されて構成されている。
【００１９】
ボイラ１１からは、約２００〜４００℃の排ガスが電気集じん機１２に供給される。高温乾式電気集じん機１２は、放電極と集じん極との間に高電圧をかけ、コロナ放電によりイオンを発生させ、帯電した排ガス中の微粒子をその電気力で集じん極に吸着・堆積するものであり、集じん極に堆積した煤塵は所定期間ごとにハンマ槌打の衝撃力により剥離して処理する。
【００２０】
脱硝装置１３は、上流側から第１脱硝触媒層２１と第２脱硝触媒層２２とを設けると共に、この第１脱硝触媒層２１と第２脱硝触媒層２２との間にアンモニア分解触媒層２３を設けられ、第１脱硝触媒層２１の入口に排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の反応当量以上のアンモニア（ＮＨ３）を添加するアンモニア分解型脱硝触媒である。
【００２１】
従って、第１脱硝触媒層２１に窒素酸化物の反応等量以上のアンモニアを添加してこの第１脱硝触媒層２１で９０％以上の脱硝を行い、第１脱硝触媒層２１から流出する未反応のアンモニアをアンモニア分解触媒層２３で分解させ、その下流の第２脱硝触媒層２２の入口の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を調整し、この第２脱硝触媒層２２の出口で窒素酸化物及びアンモニアを１ｐｐｍ以下のレベルにすることができる。
【００２２】
この場合、排ガス中に含まれる窒素酸化物に対するアンモニアの比率（モル比）を１よりも高くすると、出口側の窒素酸化物の濃度を低くすることができ、出口側のアンモニアの濃度を０に近づけることが判っている。従って、第１脱硝触媒層２１に窒素酸化物の反応等量以上のアンモニアを添加することで、窒素酸化物及びアンモニアを低レベル（１ｐｐｍ以下）に処理することができる。
【００２３】
エアヒータ１４は熱交換器であって、高温の排ガスと、例えば、後述するＡＣＦ脱硫装置１６から排出される低温の排ガスとの間で熱交換を行い、脱硝装置１３から排出された高温の排ガスを冷却し、低温の排ガスとしてＡＣＦ脱硫装置１６に供給することができる。また、吸引ファン１５は、ボイラ１１で燃焼した排ガスを排ガス処理システム側に引き込むものであり、このラインを負圧として外部への漏洩を防止することができる。
【００２４】
ＡＣＦ脱硫装置１６は、活性炭素繊維層の触媒を有する活性炭素処理手段であって、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯ２，ＳＯ３）、微量金属元素を除去して、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）として回収するものであり、紫煙や有害金属物質の排出を抑制することができる。
【００２５】
即ち、図２に示すように、ＡＣＦ脱硫装置１６は、内部に活性炭素繊維層で形成される触媒層３１を収容した脱硫塔３２を有し、この脱硫塔３２の下部に排ガス導入口３３が設けられる一方、上部に排ガス排出口３４が設けられている。そして、触媒層３１の上部に硫酸生成用の水を散水する散水ノズル３５が設けられており、この散水ノズル３５に給水ポンプ３６を介して水タンク３７が連結されている。また、触媒層３１の下部には生成した希硫酸（硫酸）を貯留する貯留槽３８が設けられると共に、この希硫酸を脱硫塔３２の入口側に噴射して排ガスを増湿冷却する噴射ノズル３９が設けられ、給水ポンプ４０を介して貯留槽３８に連結されている。
【００２６】
従って、排ガスは希硫酸が供給されて増湿冷却されることで、飽和状態（例えば５０℃）となって導入口３３から脱硫塔３２に導入し、散水ノズル３５から工業用水が散水された触媒層３１に対して、この排ガスが上方に通過することで、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を反応除去することができ、この触媒層３１を通過した排ガスは排出口３４から排出される。
【００２７】
このとき、触媒層３１の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
（１）触媒槽３１の活性炭素繊維層への二酸化硫黄ＳＯ２の吸着
（２）吸着した二酸化硫黄ＳＯ２と排煙中の酸素Ｏ２（別途供給することも可）との反応による三酸化硫黄ＳＯ３への酸化
（３）酸化した三酸化硫黄ＳＯ３の水Ｈ２Ｏへの溶解による硫酸Ｈ２ＳＯ４の生成
（４）生成された硫酸Ｈ２ＳＯ４の活性炭素繊維層からの離脱
【００２８】
即ち、下記に示す反応式が成立する。
ＳＯ２＋１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４
【００２９】
なお、この脱硫処理により生成された硫酸Ｈ２ＳＯ４はそのまま使用されたり、石灰スラリーを供給して石膏を析出させるなどの処理が施される。
【００３０】
ここで、このように構成された本実施形態の排ガス処理システムによる排ガスの処理方法について詳細に説明する。
【００３１】
図１に示すように、吸引ファン１５が稼動すると、ボイラ１１で燃焼した排ガスの排出ラインが負圧となって、外部へ漏洩することなく処理される。即ち、ボイラ１１から排出された排ガスは冷却されずに高温のまま、例えば、２００〜３００℃の状態で高温乾式の電気集じん機１２に送られ、排ガス中の煤塵の微粒子が吸着除去される。そして、煤塵の微粒子が除去された排ガスは、脱硝装置１３に供給され、窒素酸化物の反応等量以上のアンモニアが添加されて脱硝処理が行われ、窒素酸化物及びアンモニアが低レベルとなる。
【００３２】
高温乾式の電気集じん機１２で煤塵が除去され、脱硝装置１３で窒素酸化物が除去された排ガスは、エアヒータ１４により所定温度（例えば、１５０℃）以下に冷却されてから、ＡＣＦ脱硫装置１６に導入される。このＡＣＦ脱硫装置１６では、排ガスが希硫酸により増湿冷却されて飽和状態で導入口３３から脱硫塔３２に導入され、散水ノズル３５から工業用水が散水された触媒層３１を通過することで、排ガス中の煤塵、二酸化硫黄ＳＯ２、三酸化硫黄ＳＯ３、微量金属元素が反応除去される。
【００３３】
そして、煤塵、硫黄酸化物、微量金属元素が除去された排ガスは、排出口３４から外部に排出され、煙突１７を通して大気に放出される。
【００３４】
なお、ＡＣＦ脱硫装置１６にて、反応除去された希硫酸は、そのまま増湿冷却用として使用されたり、石灰スラリーが供給されて石膏を析出させ、石膏ボードなどとして再利用することができる。この場合、脱硝装置１３にて、アンモニア分解型脱硝触媒を適用することにより、排ガス中の硫黄酸化物と残留アンモニアで生成される酸性硫安を大幅に低減することができ、希硫酸に石灰スラリーを供給して石膏を析出させる場合、石膏品質を向上させることが可能となる。
【００３５】
このように本実施形態の排ガス処理システムにあっては、高温排ガス中の煤塵を高温乾式の電気集じん機１２により捕集し、脱硝装置１３により排ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを除去した後にエアヒータ１４により排ガスを冷却し、排ガスをＡＣＦ脱硫装置１６の活性炭素繊維層に流通して含有する硫黄酸化物ＳＯ２、ＳＯ３を除去するようにしている。
【００３６】
従って、ＡＣＦ脱硫装置１６が排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ２と三酸化硫黄ＳＯ３を除去するため、排ガスにアンモニアを添加して含有する三酸化硫黄を硫安として電気集じん機１２で除去する必要はなく、脱硫処理のためのアンモニアを不要として処理コストを低減できると共に、電気集じん機１２により排ガス中の煤塵を確実に吸着除去することができ、また、脱硝装置１３への煤塵や微量金属元素の流入を低減して付着を防止することができ、脱硝装置１３のコンパクト化を可能とすることができる。更に、活性炭素処理手段により排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ２及び三酸化硫黄ＳＯ３を除去することができるため、湿式電気集じん機が不要となり、システムを小型化することができる。
【００３７】
また、ボイラ１１から排出された高温の排ガスに対して、まず、含有する煤塵の微粒子を除去してから、脱硝処理及び脱硫処理を行っており、排ガス中に煤塵がほとんど存在しない状態で排ガスの窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去する処理を行うこととなり、処理効率を向上することができる。
【００３８】
更に、電気集じん機１２により高温排ガス中の煤塵を除去し、脱硝装置１３により高温排ガス中の窒素酸化物を除去し、その後、エアヒータ１４により排ガスの温度を低下させてからＡＣＦ脱硫装置１６により硫黄酸化物を除去するようにしており、高温状態の排ガスに対して脱硝処理を行うこととなり、処理効率を向上することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態において、ボイラ１１の出口側に高温乾式電気集じん機１２、脱硝装置１３、エアヒータ１４と連続して配設したが、ボイラ１１、高温乾式電気集じん機１２、エアヒータ１４、脱硝装置１３の順に配設してもよく、必要に応じて脱硝装置１３を省略しても良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上、実施形態を挙げて詳細に説明したように本発明の排ガス処理システムによれば、高温排ガス中の微粒子を捕集する電気集じん機と、この電気集じん機の下流側に設けられた熱交換器と、電気集じん機により微粒子が捕集された後に熱交換器により所定温度以下に熱交換された排ガスを流通して硫黄酸化物を活性炭素繊維層により除去する活性炭素処理手段を設けたので、活性炭素処理手段が排ガス中の硫黄酸化物を確実に除去するため、排ガスにアンモニアを添加して三酸化硫黄を硫安として電気集じん機で除去する必要はなく、脱硫処理のためのアンモニアを不要として処理コストを低減できると共に、電気集じん機により排ガス中の煤塵を確実に吸着除去することができ、また、活性炭素処理手段により排ガス中の二酸化硫黄及び三酸化硫黄を除去することができるため、湿式電気集じん機が不要となり、システムを小型化してコンパクト化を可能とすることができる。
【００４１】
請求項２の発明の排ガス処理システムによれば、電気集じん機と活性炭素処理手段との間に排ガス中の窒素酸化物を処理する脱硝手段を設けたので、脱硝手段への煤塵や微量金属元素の流入を低減して付着を防止することができ、電気集じん機及び脱硝手段のコンパクト化を可能とすることができる。
【００４２】
請求項３の発明の排ガス処理システムによれば、脱硝手段を、上流側から第１脱硝触媒層、アンモニア分解触媒層、第２脱硝触媒層の順に配設し、第１脱硝触媒層の入口側に排ガス中の窒素酸化物の反応当量以上のアンモニアを添加するアンモニア分解型脱硝触媒としたので、排ガス中の硫黄酸化物と残留アンモニアで生成される酸性硫安を大幅に低減することが可能となる。
【００４３】
請求項４の発明の排ガス処理システムによれば、電気集じん機を、２００℃以上の高温排ガス中の微粒子を捕集する高温乾式の電気集じん機としたので、高温の排ガスに含有する煤塵の微粒子を除去してから、脱硝処理及び脱硫処理を行っており、排ガス中に煤塵がほとんど存在しない状態で排ガスの窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去する処理を行うこととなり、処理効率を向上することができる。
【００４４】
請求項５の発明の排ガス処理システムによれば、高温排ガスを、高硫黄分含有燃料を使用するボイラプラントから排出された排ガスとしたので、排ガスに含有する多量の高硫黄分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
【図２】ＡＣＦ脱硫装置の概略図である。
【図３】従来の排ガス処理システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１１  ボイラ
１２  高温乾式電気集じん機
１３  脱硝装置
１４  エアヒータ
１５  吸引ファン
１６  ＡＣＦ脱硫装置（活性炭素処理手段）
１７  煙突
２１  第１脱硝触媒層
２２  第２脱硝触媒層
２３  アンモニア分解触媒層
３１  触媒層
３２  脱硫塔
３５  散水ノズル
３８  貯留槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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