(57)【要約】【課題】ＧＧＨの熱回収器の伝熱管への飛灰の付着及び固着を抑制し、かつ排ガス中のＳＯ３を高効率に除去する。【解決手段】集じん装置８よりも上流側の排ガスの熱を回収する熱回収器１の回収熱により、集じん装置８よりも下流側の排ガスを加熱する再加熱器１７を有するＧＧＨを備え、熱回収器１は、排ガス通路の上流側にフィン付き伝熱管２，３を配置し、フィン付き伝熱管２，３よりも下流側の排ガス通路にフィン無し伝熱管５を配置してなり、フィン付き伝熱管２，３とフィン無し伝熱管５とに再加熱器との間で循環する熱媒体１６を流通するように構成され、フィン付き伝熱管２，３とフィン無し伝熱管５との間の排ガス温度Ｔ３とフィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、フィン付き伝熱管２，３とフィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ３を予め設定した設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する。【選択図】  図２
2013202422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭焚ボイラの排ガスを浄化処理する少なくとも集じん装置と、前記集じん装置よりも上流側の排ガスの熱を回収する熱回収器の回収熱により、前記集じん装置よりも下流側の排ガスを再加熱する再加熱器を有するガス―ガス熱交換装置とを備え、前記熱回収器は、排ガス通路の上流側にフィン付き伝熱管を配置してなる第１伝熱管群と、該第１伝熱管群よりも下流側の前記排ガス通路にフィン無し伝熱管を配置してなる第２伝熱管群とを有し、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群とに前記再加熱器との間で循環する熱媒体を流通するように構成されてなる石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群との間の排ガス温度Ｔ３と前記第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ３を予め設定された設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、前記排ガス温度Ｔ４を前記設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する排ガス温度制御手段を設けたことを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群は、前記再加熱器との熱媒循環流路に並列に接続され、
前記排ガス温度制御手段は、前記第１伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ３を前記設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、前記第２伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ４を前記設定酸露点Ｔｄ*以下に保持することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
さらに、前記熱回収器は、前記第２伝熱管群よりも下流側の前記排ガス通路に配設されたフィン無し伝熱管からなる第３伝熱管群を有し、
前記排ガス温度制御手段は、前記第３伝熱管群よりも下流側の排ガス温度Ｔ６を計測し、前記第３伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ６を６０℃以上１１０℃以下、好ましくは６０℃以上９０℃以下に制御することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記排ガス温度制御手段は、前記第３伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ６を制御するにあたって、前記第３伝熱管群に流通させる熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記第３伝熱管群に流通させる熱媒体の温度を前記排ガスの前記設定酸露点Ｔｄ*以下又は予め設定された前記排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*以下に制御することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群は、前記再加熱器との熱媒循環流路に直列に接続されていることを特徴とする燃焼排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記排ガス温度制御手段は、前記第１伝熱管群に流通させる熱媒体の温度Ｔｗを計測し、前記第１伝熱管群に流通させる熱媒体の温度との流量の少なくとも一方を制御して、前記熱媒体の温度Ｔｗを前記設定水露点Ｔｗｄ*超に制御することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記フィン無し伝熱管は、表面にフッ素樹脂、シリコンなどの耐酸性、耐薬品性、撥水性を有する素材を塗布又はコ―ティングした鋼製、あるいはステンレス製、ニッケル基合金製、フッ素樹脂製のいずれか一つにより形成されていることを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
さらに、前記フィン無し伝熱管に付着する飛灰を洗浄除去する洗浄手段をそれぞれ設け、
それぞれの前記洗浄手段により洗浄除去された飛灰を分離して回収可能に形成されていることを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記洗浄手段は、前記フィン無し伝熱管に空気、蒸気又は溶液を吹き付けて表面に付着した飛灰を洗浄除去することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記蒸気又は前記溶液は、Ｎａ、Ｃａ、Ｋ、Ｍｇの少なくとも１つを含む炭酸塩又は水酸化物が含有されていることを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記洗浄手段は、前記第２伝熱管群又は前記第３伝熱管群に流通される前記熱媒体の入口と出口の温度差が許容値以下に低下したとき、前記第２伝熱管群又は前記第３伝熱管群を流通する前記排ガスの圧力損失が設定値を越えたとき、又は周期的に設定された時間が経過したときのいずれか一つに該当するときに起動されることを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項１２】
請求項３に記載の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置において、
前記第２伝熱管群は、前記集じん装置内の上流部に設置され、
前記第３伝熱管群は、前記集じん装置内の中央部に設置されていることを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置。
【請求項１３】
石炭焚ボイラの排ガス中の飛灰を集じん装置により捕集するに際し、前記集じん装置よりも上流側の排ガス通路の排ガスの熱を熱媒が流通されるフィン付き伝熱管と該フィン付き伝熱管の下流側に配設されたフィン無し伝熱管を備えた熱回収器により熱回収することにより、前記集じん装置に流入される排ガスを冷却する石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理方法において、
前記フィン無し伝熱管が配設された排ガス通路領域よりも上流側の排ガス温度Ｔ３と下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、前記フィン付き伝熱管と前記フィン無し伝熱管に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ３を予め設定された設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、前記排ガス温度Ｔ４を前記定酸露点Ｔｄ*以下に保持することを特徴とする石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理方法及び装置に係り、特に、石炭を酸素燃焼又は空気燃焼する石炭焚ボイラから排出される燃焼排ガス中の飛灰、三酸化硫黄ＳＯ３、水銀Ｈｇ等を効果的に除去する燃焼排ガス処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラから排出される燃焼排ガスには、飛灰、酸性ガス（ＮＯｘ、ＳＯｘ）及び水銀Ｈｇ等の汚染物質が含まれている。そこで、一般に、石炭焚ボイラから排出される燃焼排ガス中の飛灰を集じん装置で捕集した後、湿式脱硫装置に導いて排ガス中のＳＯｘを除去して大気中に放出するようにしている。また、排ガス中のＮＯｘは脱硝装置を設けて除去し、さらに排ガス中のＨｇも除去する処理が行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１〜３には、空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス（以下、単に排ガスという。）の処理において、湿式脱硫装置から排出される排ガスは水分濃度が高いことから、大気に放出される排ガスを再加熱して白煙の発生を防止するため、ガス―ガス熱交換装置（ＧＧＨ）が設けられている。ＧＧＨは、石炭焚ボイラから排出される高温の排ガス通路中に熱回収器の伝熱管を配置するとともに、大気に放出される排ガス通路中に再加熱器の伝熱管を配置して、熱回収器と再加熱器の伝熱管に熱媒体を循環させて形成される。このように構成されるＧＧＨによれば、熱回収器により排ガスの温度を下げて湿式脱硫装置内の排ガスに噴霧する吸収液の蒸発量を抑えることができ、さらに湿式脱硫装置から排出される水飽和温度（例えば、５０℃〜６０℃）の排ガスを再加熱器により昇温（例えば、８０〜１００℃）できる。これにより、再加熱器の後流機器の水分結露などによる腐食を防止できるとともに、白煙を抑制することができる。また、湿式脱硫装置における用水使用量を低減することができる。
【０００４】
一方、石炭には一般に０．２〜３％の硫黄（Ｓ）分が含まれており、石炭を燃焼することで空気中の酸素（Ｏ）と反応して硫黄酸化物が生成される。生成される硫黄酸化物は大部分が二酸化硫黄ＳＯ２であるが、一部はＳＯ３となる。ＳＯ３は露点以下では微細なミスト状となって電気集じん装置を通過してしまい、後流側に設けられた湿式脱硫装置でも５０％程度しか除去できない。そのため、ミスト状のＳＯ３によりＧＧＨを構成する再加熱器の腐食が問題になるとともに、紫煙の原因になる。そこで、ＳＯ３を除去するために、湿式脱硫装置の後流側に湿式電気集じん装置を設けることもあるが、高濃度ＳＯ３を処理するには、高価な耐食材料を用いる湿式電気集じん装置を大型化しなければならず、コストが増大するという問題がある。
【０００５】
特許文献１〜３に記載された空気燃焼式の石炭焚ボイラに、高濃度硫黄炭を用いた場合、ＧＧＨを構成する熱回収器が比較的高濃度のＳＯ３に曝されることになる。すなわち、石炭によっては、飛灰中のアルカリ濃度（カルシウム換算濃度）が硫黄分（Ｓ分）よりも低いものがあり、中和されないＳＯ３が凝縮して熱回収器の伝熱管表面に飛灰が固着し易くなる可能性がある。そのため、熱回収器あるいは再加熱器の伝熱管に用いるフィン付き伝熱管にフィン間に、排ガスに含まれる飛灰が付着堆積してしまう問題がある。そこで、特許文献１〜３では、ＳＯ３が凝縮し易い温度域に配置する伝熱管をフィン無し伝熱管にして、飛灰の付着及び伝熱管の腐食を防止することを提案している。
【０００６】
一方、特許文献４には、燃焼用ガスとして空気を使う代わりに酸素を用いる酸素燃焼式の石炭焚ボイラが開示されている。このような酸素燃焼式の石炭焚ボイラでは、燃焼用ガスの酸素濃度を所定値に希釈するため、排ガス処理装置で処理した排ガスを石炭焚ボイラに再循環するようにしている。しかし、再循環排ガスは水分濃度が高くなるため、ＳＯ３の露点（以下、酸露点という。）温度が上昇し、排ガス再循環ラインの配管の腐食、石炭粉砕機における微粉炭詰りの問題が起きる。そこで、特許文献４では集じん装置の上流側にＧＧＨの熱回収器を設置して、排ガスを酸露点（例えば、１６２〜１７８℃）以下で、かつ水露点（例えば、７０〜８０℃）超の温度に冷却し、排ガス中のＳＯ３を凝縮させて飛灰に吸着させ、ＳＯ３が付着した飛灰を集じん装置で捕集、除去するようにしている。また、集じん装置の下流側から再循環排ガスを分岐した排ガス再循環ラインにＧＧＨの再加熱器を設け、再循環排ガスを加熱して水分の凝縮を抑えて排ガス再循環ラインの配管の腐食、石炭粉砕機における微粉炭詰りの問題を解消するようにしている。すなわち、熱回収器により排ガス温度を１７０℃から８０℃程度まで低下させることにより、排ガス中のＳＯ３を集じん装置の上流側で凝縮させて灰に吸着させ、灰中のアルカリ成分と中和させて集じん装置に飛灰とともに捕集する。これにより、排ガスを再循環してもＳＯ３が濃縮されることはないので、排ガス再循環ラインの腐食を防止できる。
【０００７】
つまり、特許文献４に記載の酸素燃焼式の石炭焚ボイラにおいては、排ガス再循環により、ＳＯ３濃度だけでなく排ガス中の水分濃度が通常の空気燃焼式の石炭焚ボイラと比べて高くなる。例えば、酸素燃焼式の排ガス中の水分濃度は３０％程度になると、通常の空気燃焼式の水分濃度１０％に比べて、水分濃度が約３倍になる。その結果、例えば、同じ排ガス温度１７０℃でも、水分濃度が１０％の場合の水露点は５０℃であるのに対し、水分濃度が３０％の場合の水露点は７７℃となるから、水分の凝縮がより高温条件で起こることになる。そこで、特許文献４では、熱回収器により排ガス温度を酸露点以下に冷却してＳＯ３を凝縮させ、かつ排ガス温度を水露点超に保持して水の凝縮を抑えることを提案している。これにより、熱回収器の上流側の機器又は配管内でＳＯ３が凝縮して飛灰が固着するのを防止できるとともに、水の凝縮により飛灰が固まって熱回収器が詰まるのを防止することができる。また、排ガス温度の制御は、熱回収器に流通させる熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して調節するようにしている。具体的には、熱回収器に流入させる熱媒体を冷却又は加熱し、あるいは熱回収器をバイパスさせて再加熱器に循環する熱媒体の流量を調整して、熱回収器に流入させる熱媒体の流量を制御するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０―２２１６９３号公報
【特許文献２】特開昭６０―２８９１号公報
【特許文献３】特開２０００―３３２３４号公報
【特許文献４】特開２０１１―１１０４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１〜３においては、熱回収器の伝熱管への飛灰の付着及び固着を防止するために、排ガス温度が酸露点以下又は水露点以下になる領域に配置する伝熱管をフィン無し伝熱管にしているが、酸露点及び水露点は空気燃焼式又は酸素燃焼式だけでなく、石炭の種類及び運転条件によって変動するから、フィン無し伝熱管を用いる領域を適切に決定するのは困難である。
【００１０】
一方、特許文献４によれば、排ガス温度を熱回収器により酸露点以下に冷却し、かつ水露点超に保持して、集じん装置の下流側から分岐する排ガス再循環ライン等におけるＳＯ３及び水分の凝縮による腐食及び詰まりを回避できる。しかし、熱回収器をフィン付き伝熱管とフィン無し伝熱管を使い分けて配置することについては記載されていない。そのため、熱回収器のフィン付き伝熱管にＳＯ３が凝縮した飛灰が付着ないし固着する問題については配慮されていない。また、フィン付き伝熱管に固着したＳＯ３を含む飛灰を除去することについても配慮されていない。逆に、熱回収器の伝熱管を全てをフィン無し伝熱管にすると、伝熱面積が低下するから熱回収器が大型になる問題が残る。
【００１１】
ところで、一般に、熱回収器の伝熱管に飛灰が付着して詰まるのを防止する対策として、鋼球散布などによる衝撃力で固着飛灰を除去する方式が知られている。しかし、高濃度の飛灰になると、熱回収器の伝熱管表面に多くの飛灰が付着するため、鋼球の落下による衝撃力が緩和されるので、除去効果が低減する問題がある。また、フィン付き伝熱管に間欠的に圧縮蒸気などを吹き付けるスートブロー方式を適用することも考えられるが、スートブローの頻度が増加して運転コストが増加する問題がある。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、空気燃焼式又は酸素燃焼式の石炭焚ボイラから排出されるＳＯ３を含む排ガスの処理において、ガス―ガス熱交換装置の熱回収器の伝熱管への飛灰の付着及び固着を抑制でき、かつ排ガス中のＳＯ３を高効率に除去できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の燃焼排ガス処理装置は、石炭焚ボイラの排ガスを浄化処理する少なくとも集じん装置と、前記集じん装置よりも上流側の排ガスの熱を回収する熱回収器の回収熱により、前記集じん装置よりも下流側の排ガスを加熱する再加熱器を有するガス―ガス熱交換装置とを備え、前記熱回収器は、排ガス通路の上流側にフィン付き伝熱管を配置してなる第１伝熱管群と、該第１伝熱管群よりも下流側の前記排ガス通路にフィン無し伝熱管を配置してなる第２伝熱管群とを有し、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群とに前記再加熱器との間で循環する熱媒体を流通するように構成され、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群との間の排ガス温度Ｔ３と前記第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ３を予め設定した設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、前記排ガス温度Ｔ４を前記設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する排ガス温度制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明は、熱回収器を第１伝熱管群と、その下流側に配置する第２伝熱管群とに分け、第１伝熱管群にフィン付き伝熱管を用い、第２伝熱管群にフィン無し伝熱管を用いる。特に、第１と第２の伝熱管群の間の排ガス温度Ｔ３を検出し、その温度Ｔ３を予め設定した設定酸露点Ｔｄ*超に保持するとともに、第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を検出し、その温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持することを特徴とする。すなわち、本発明は、第２伝熱管群の入側から出側の間の領域で，排ガス中のＳＯ３を積極的に、かつ選択的に凝縮させ、凝縮したＳＯ３を飛灰に吸着させることを特徴とする。これにより、第１伝熱管群のフィン付き伝熱管にＳＯ３の凝縮による飛灰の固着を回避できる。また、第２伝熱管群の領域で飛灰に付着したＳＯ３は、下流側に設けられた集じん装置により排ガスから分離して捕集されるので、排ガスのＳＯ３を高効率で除去でき、集じん装置よりも下流側の機器及び排ガス通路のＳＯ３による腐食を回避することができる。なお、排ガスの酸露点Ｔｄは排ガスの性状に応じて異なるから、石炭焚ボイラの試運転時又は計算により排ガスの性状に応じた酸露点Ｔｄを求めておき、実運転時に設定酸露点Ｔｄ*を定めて、排ガス温度制御手段に設定する。
【００１５】
なお、排ガス温度制御手段は、第２伝熱管群に流通させる熱媒体の温度を、排ガスの水露点超で制御することが、ＳＯ３と水とにより生成される硫酸による腐食を抑制できるので好ましい。これは、熱媒体の温度が排ガスの水露点Ｔｗｄ以下の場合、フィン無し伝熱管の表面で水分が結露してＳＯ３以外にもＳＯ２が付着する可能性があり、飛灰の付着が著しく進行するからである。なお、排ガスの水露点Ｔｗｄは排ガスの性状に応じて異なるから、酸露点の場合と同様、石炭焚ボイラの試運転時又は計算により排ガスの性状に応じた水露点Ｔｗｄを求めておき、実運転時の設定水露点Ｔｗｄ*を定めて、排ガス温度制御手段に設定する。
【００１６】
本発明の熱回収器は、さらに、第２伝熱管群よりも下流側の排ガス通路に配設されたフィン無し伝熱管からなる第３伝熱管群を有した構成を採用できる。この場合、排ガス温度制御手段は、第３伝熱管群よりも下流側の排ガス温度Ｔ６を計測し、第３伝熱管群に流通させる熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ６を６０℃以上１１０℃以下、好ましくは６０℃以上９０℃以下に制御することができる。また、第３熱回収器のフィン無し伝熱管内部に流通させる熱媒体の温度を、排ガスの設定水露点Ｔｄ*以下で制御する。これによれば、排ガス中のＨｇを凝縮させて飛灰に吸着させて回収できる。これにより、酸素燃焼式の石炭焚ボイラのように、下流側にＣＯ２除去回収装置を設ける場合には、ＣＯ２除去回収装置のＨｇによる腐食を防止できる。また、排ガス温度を６０〜１１０℃まで冷却すると、飛灰の電気抵抗値が低くなるから、電気集じん装置を用いる場合は集じん性能を向上できる。
【００１７】
さらに、集じん装置を排ガスの流れ方向に沿って３区画に分け、第１区画の上流部に第２伝熱管群を設置し、中央部の第２区画に第３伝熱管群を配置する。これによれば、第１区画でＳＯ３リッチの飛灰を分離回収し、排ガス温度が６０〜１１０℃の領域の第２区画でＨｇ付着飛灰を分離回収、第３区画でＳＯ３とＨｇが低減された飛灰を分離回収できる。また、第２伝熱管群でＳＯ３はほぼ回収しているため、第３伝熱管群のフィン無し伝熱管のＳＯ３による灰固着は回避できる。そして、第１区画で回収されるＳＯ３リッチの飛灰はコンクリ―トなどに安心して利用可能となる。第２区画でＨｇを選択的に除去することにより、集じん装置の第３区画で捕集される飛灰のＨｇ含有量が非常に低下するから、コンクリ―ト材料として問題なく使用できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、空気燃焼式又は酸素燃焼式の石炭焚ボイラから排出されるＳＯ３を含む排ガスの処理において、ガス―ガス熱交換装置の熱回収器の伝熱管への飛灰の付着及び固着を抑制でき、かつ排ガス中のＳＯ３を高効率に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が適用可能な酸素燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の一実施形態の全体の系統構成を示す図である。
【図２】する。従来技術の説明に使用する図面は、本発明の図面の後に記載する。  本発明の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の実施形態１の主要部の系統構成を示す図である。
【図３】本発明の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の実施形態２の主要部の系統構成を示す図である。
【図４】本発明の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の実施形態３の主要部の系統構成を示す図である。
【図５】比較例１の空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の構成図である。
【図６】比較例２の空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照して、本発明が適用可能な酸素燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置の一実施形態の全体の系統構成を説明する。酸素燃焼式とは、燃焼用ガスとして空気を使う代わりに酸素を燃焼排ガスで希釈して用いる燃焼ボイラである。しかし、本発明の排ガス処理装置は、酸素燃焼式に限られるものではなく、空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置にも適用できる。図に示すように、酸素燃焼式の石炭焚ボイラ（以下、単にボイラという。）１３は石炭粉砕機１９から微粉炭搬送ライン２４を経由して供給される微粉炭を、空気分離装置５４から供給される酸素を用いてバーナ１８で酸素燃焼するようになっている。ボイラ１３から排出される燃焼排ガス（以下、単に排ガスという。）は、選択的触媒還元装置（ＳＣＲ）１４により脱硝処理してガス予熱器１５に導かれる。ガス予熱器１５を流通した排ガスはＧＧＨを構成する熱回収器１を通って乾式の集じん装置８に導かれる。集じん装置８には、電気集じん装置又はバグフィルタを用いることができる。集じん装置８を通過した排ガスは誘引ファン１１に吸引されて湿式の脱硫装置１２に導入される。脱硫装置１２から排出される排ガスは誘引ファン２９により第１のドレン回収タンク３６に導かれてドレン４５が分離回収された後、圧縮機３７で圧縮されて第２のドレン回収タンク３８に導かれてドレン４５′が分離回収される。このようにしてドレンが分離された排ガスは、さらに脱湿機３９において脱湿された後、凝縮器４３に導かれて排ガス中のＣＯ２が凝縮され、凝縮したＣＯ２が液化ＣＯ２タンク４４に貯留される。これらの凝縮器４３及び液化ＣＯ２タンク４４等により、ＣＯ２除去回収装置が構成される。
【００２１】
一方、集じん装置８の下流側から脱硫装置１２に供給しない一部の排ガスは、再循環排ガスとして排ガス再循環ライン４６を介して再循環ファン４７で吸い込まれ、排ガス再循環ライン４８を介してＧＧＨを構成する再加熱器１７を通って排ガス再循環ライン４９によりガス予熱器１５に導かれる。ガス予熱器１５を通過する際に再循環排ガスは、ＳＣＲ１４の下流側の排ガスにより再度昇温される。昇温された再循環排ガスは排ガス再循環ライン５０を介して燃焼用ガスファン２０に吸引され、排ガス再循環ライン５３を介して酸素供給ライン５５に供給される。これにより、空気分離装置５４から供給される酸素に再循環排ガスが混入されて、微粉炭供給ライン２４と合流してバーナ１８に供給する１次燃焼用ガスの酸素濃度が調整される。また、排ガス再循環ライン５０から分岐された再循環排ガスは調節バルブ５１を介してボイラ１３のアフターエアーポート（ＡＡＰ）ライン２２に供給される。このＡＡＰライン２２には空気分離装置５４から酸素が供給されており、図示しないがバ―ナ１８の２、３次用の燃焼用ガスとしても使用される。
【００２２】
このように構成される酸素燃焼式の石炭焚ボイラにおいては、再循環排ガスの比率はバ―ナ１８、ボイラ１３の熱負荷、排ガス中の酸素濃度、石炭粉砕機１９に必要なガス量、及び空気分離装置５４の能力に応じて決定される。酸素燃焼式のボイラ１３においては排ガスの再循環によりＳＯ３濃度及び水分濃度が通常の空気燃焼式ボイラと比べて高くなる。特に、高濃度硫黄炭を用いた場合、空気燃焼式ボイラではＳＯ３が高くても５０ｐｐｍ、水分は１０％程度であるのに比べ、酸素燃焼式ボイラでは循環ガス比率にもよるが約３倍のＳＯ３は６０〜３００ｐｐｍ程度、水分は３０％程度になる可能性がある。乾式の集じん装置である集じん装置８の後流側に脱硫装置１２を設置した排ガス処理装置において、集じん装置８と脱硫装置１２の間から排ガス再循環ライン４６に分岐して排ガスを再循環する場合、脱硫装置１２においてＳＯ２濃度を低減する前にボイラ１３に排ガスを再循環することになる。そのため、排ガス中のＳＯ２が濃縮され、一定割合で発生するＳＯ３濃度が増加することになる。空気燃焼式ボイラの排ガスは通常、ＳＯ３は２０ｐｐｍ、水分が１０％程度で酸露点１４０℃である。これに対し、酸素燃焼式のボイラ１３では、例えばＳＯ３は６０ｐｐｍ、水分が３０％となり酸露点は１８０℃に上昇し、集じん装置８の後流の排ガス再循環ラインに相当する温度領域では、ＳＯ３がミスト化して再循環ラインの腐食が起こりうる。
【００２３】
そこで、図１に示す酸素燃焼式のボイラ１３の排ガス処理装置では、ＧＧＨを構成する熱回収器１を乾式の集じん装置８の上流側の排ガス通路（煙道）に設置し、集じん装置８に流入する排ガスをＳＯ３の酸露点以下に冷却して、排ガス中のＳＯ３を灰に凝縮吸着させ、集じん装置８でＳＯ３を飛灰とともに捕集して除去するようにしている（特許文献４参照）。
【００２４】
以下、本発明の特徴であるＧＧＨを構成する熱回収器１の複数の実施例について詳細に説明する。
【００２５】
（実施例１）
図２に示すように、熱回収器１は、排ガスの熱を回収するものであり、ボイラ側に連結された排ガス通路である煙道の水平部から立下り部の煙道にかけて設置されている。水平部から立下り部の曲り部の煙道にかけて配置されたフィン付き伝熱管２とフィン付き伝熱管３とを有する第１伝熱管群と、フィン付き伝熱管３の排ガスの下流側の立下り部の煙道に配置されたフィン無し伝熱管５からなる第２伝熱管群を備えて構成されている。第２伝熱管群に洗浄液を噴射する複数のノズルが第２伝熱管群の上方に配置され、各ノズルには洗浄液ライン６を介してポンプ７から洗浄液が供給されるようになっている。また、熱回収器１の立下り部の煙道の下端部の側面開口は乾式の集じん装置８に接続され、熱回収器１の立下り部の煙道の下端には排液タンク９が連結され、排液タンク９内の排液は図示していない排水処理装置に導かれている。
【００２６】
第１伝熱管群と第２伝熱管群は、図１に示した再加熱器１７との間で循環する熱媒体１６が流通されるように構成されている。第１伝熱管群のフィン付き伝熱管２とフィン付き伝熱管３は直列に連結されている。また、第２伝熱管群のフィン無し伝熱管５は、第１伝熱管群とは切り離して設けられている。したがって、第１伝熱管群と第２伝熱管群は、再加熱器１７との間で循環する熱媒体１６の循環流路に対して、並列又は直列のいずれの形態でも接続可能になっている。
【００２７】
第１伝熱管群のフィン付き伝熱管２の上流側の排ガス温度Ｔ１と、フィン付き伝熱管２の下流側、つまりフィン付き伝熱管２とフィン付き伝熱管３の間の排ガス温度Ｔ２と、フィン付き伝熱管３の下流側の排ガス温度Ｔ３と、第２伝熱管群のフィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ４は、適宜必要に応じて図示していない温度センサで検出可能になっている。また、フィン付き伝熱管２の排ガス上流側の熱媒体温度Ｔｗ１と、フィン付き伝熱管２とフィン付き伝熱管３の接続位置の熱媒体温度Ｔｗ２と、フィン付き伝熱管３の排ガス下流側の熱媒体温度Ｔｗ３と、フィン無し伝熱管５の排ガス上流側の熱媒体温度Ｔｗ４と、フィン無し伝熱管５の排ガス下流側の熱媒体温度Ｔｗ５は、適宜必要に応じて図示していない温度センサで検出可能になっている。
【００２８】
また、図示していないが、実施例１には排ガス温度制御手段が設けられている。本実施例１では、排ガス温度制御手段は、フィン付き伝熱管３とフィン無し伝熱管５との間の排ガス温度Ｔ３と、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、フィン付き伝熱管２、３及びフィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ３を予め設定された設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ以下に保持するように構成されている。具体的には、熱回収器１のフィン付き伝熱管２、３及びフィン無し伝熱管５に流入させる熱媒体１６を冷却又は加熱して、Ｔ３あるいはＴ４を制御する。これに代えて、又はこれとともに、熱回収器１のフィン付き伝熱管２、３及び又はフィン無し伝熱管５をバイパスさせて再加熱器１７に循環するバイパス流路を設け、熱媒体１６のバイパス流量を調整して、熱回収器１のフィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の流量を制御することができる。
【００２９】
ここで、設定酸露点Ｔｄ*について説明する。石炭焚ボイラを略定格で運転していると仮定すると、ＳＯ３濃度は石炭組成でほぼ決定でき、石炭燃焼量（負荷）の変動に応じてほぼ一次的な変化をすると仮定して算出することができる。また、排ガス中水分濃度も試運転時に測定し、又は組成でほぼ決定できる。例えば、ＳＯ３の酸露点Ｔｄは経験式（例えば、Ｏｋｋｅの式）を用いて、数１により大体の値を推測することが可能である。
【数１】
2013202422.tif 000003
ここで、Ｔｄ：ＳＯ３酸露点、
Ｈ２Ｏ：水分濃度、
ＳＯ３：ＳＯ３濃度
このようにして、試運転時の測定データに基づいて、設定酸露点ｄ*と設定水露点Ｔｗｄ*を定める。
【００３０】
一方、実施例１では、フィン付き伝熱管２、３の熱媒体１６には、排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*超の温水を用いた。これは、排ガスの急激な冷却を抑えて、フィン付き伝熱管３で水分やＳＯ３が付着するのを抑えるためである。
【００３１】
以上述べたように、実施例１によれば、図１に示す石炭焚ボイラ１３の排ガスを浄化処理する少なくとも集じん装置８と、集じん装置８よりも上流側の排ガスの熱を回収する熱回収器１の回収熱により、集じん装置８よりも下流側の排ガスを加熱する再加熱器１７を有するＧＧＨとを備え、熱回収器１は、排ガス通路の上流側にフィン付き伝熱管２、３を配置してなる第１伝熱管群と、第１伝熱管群よりも下流側の排ガス通路にフィン無し伝熱管５を配置してなる第２伝熱管群とを有し、第１伝熱管群と第２伝熱管群とに再加熱器１７との間で循環する熱媒体１６を流通するように構成され、第１伝熱管群と第２伝熱管群との間の排ガス温度Ｔ３と第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、第１伝熱管群と第２伝熱管群に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ３を予め設定した設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する排ガス温度制御手段を設けたことから、ＧＧＨの熱回収器１のフィン付き伝熱管２、３への飛灰の付着及び固着を抑制でき、かつ排ガス中のＳＯ３を高効率に除去できる。
【００３２】
すなわち、本実施例１では、熱回収器１を第１伝熱管群と、その下流側に配置する第２伝熱管群とに分け、第１伝熱管群にフィン付き伝熱管２、３を用い、第２伝熱管群にフィン無し伝熱管５を用いて、第１と第２の伝熱管群の間の排ガス温度Ｔ３を予め設定した設定酸露点Ｔｄ*超に保持するとともに、第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持することを特徴とする。言い換えれば、本実施例１は、フィン無し伝熱管５の入側から出側の間の領域で排ガス中のＳＯ３を積極的に、かつ選択的に凝縮させ、凝縮したＳＯ３を飛灰に吸着させることを特徴とする。これにより、フィン付き伝熱管２、３にＳＯ３の凝縮による飛灰の固着を回避できる。また、フィン無し伝熱管５の領域で飛灰に付着したＳＯ３は、下流側に設けられた集じん装置８により排ガスから分離して捕集される。その結果、排ガス中のＳＯ３を高効率で除去でき、集じん装置８よりも下流側の機器及び排ガス通路のＳＯ３による腐食を回避することができる。
【００３３】
なお、実施例１において、排ガス温度制御手段は、フィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度を、排ガスの水露点Ｔｗｄ超で制御することが、ＳＯ３と水とにより生成される硫酸による腐食を抑制できるので好ましい。これは、熱媒体１６の温度が排ガスの水露点Ｔｗｄ以下の場合、フィン無し伝熱管５の表面で水分が結露してＳＯ３以外にもＳＯ２が付着する可能性があり、飛灰の付着が著しく進行するからである。
【００３４】
しかし、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ３を設定水露点Ｔｗｄ*又は設定水露点Ｔｗｄ*よりも低い値に制御することができる。この場合、フィン無し伝熱管５にＳＯ３と水が凝縮して硫酸となって飛灰とともに付着するが、フィン無し伝熱管５そのもの、又はその表面を防食材料で形成すれば腐食の問題に対応できる。また、表面を防食材料で形成することに代えて、又はこれとともに、空気、蒸気又は溶液を吹き付けて表面に付着したＳＯ３を含む飛灰を洗浄除去する洗浄手段を設けることができる。これにより、ＳＯ３を含む付着飛灰を容易に除去でき、しかも洗浄対象をフィン無し伝熱管５に限定できるから、洗浄面積を減らしてユ―ティリティを節約できる。また、洗浄除去されたＳＯ３を含む飛灰を、他の飛灰と分離して回収することができる。
【００３５】
本実施例１において、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５は、再加熱器１７との熱媒体１６の循環流路に並列に接続する構成、又は直列に接続する構成のいずれを適用してもよい。並列に接続した場合、排ガス温度制御手段は、フィン付き伝熱管２、３に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ３を設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、フィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する。なお、並列に接続した場合、フィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度は、フィン付き伝熱管２、３に流通させる熱媒体１６よりも温度を下げてもよい。また、流量の調節は、フィン無し伝熱管５とフィン付き伝熱管２、３とで個別に容易に変えることができる。
【００３６】
このように構成されることから、実施例１の熱回収器１を備えた排ガス処理装置によれば、次に述べる作用により、本発明の課題を解決することができる。すなわち、本実施例１では、フィン付き伝熱管３とフィン無し伝熱管５の間の排ガス温度Ｔ３を検出し、その温度Ｔ３を設定される設定酸露点Ｔｄ*超に保持制御していることから、フィン付き伝熱管２，３の領域においてＳＯ３が凝縮することを回避できる。これにより、フィン付き伝熱管２、３のフィン間に飛灰が固着するのを回避できる。特に、本実施例１によれば、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ３を検出し、その温度Ｔ３を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持制御していることから、フィン無し伝熱管５の入側から出側の間の領域で、排ガス中のＳＯ３を積極的かつ選択的に凝縮させることができる。このように、排ガス中のＳＯ３を飛灰に吸着させることにより、ＳＯ３が付着した飛灰は集じん装置８により排ガスから分離して捕集される。その結果、排ガスのＳＯ３を高効率で除去でき、集じん装置８よりも下流側の機器及び排ガス通路の酸による腐食を回避することができる。また、排ガス再循環してもＳＯ３の濃縮を抑えることができるから、排ガス再循環ラインの腐食を防止できる。
【００３７】
なお、実施例１において、フィン無し伝熱管５に通流する熱媒体１６の温度をＴｗｄ*超とし、熱媒体流量を調節して排ガス温度Ｔ３はＴｗｄ*より高く、Ｔ４はＴｗｄ*以下となるように調整する。すなわち、ＳＯ３が原因の灰付着をフィン無し伝熱管５上でのみ起こさせるように調整する。しかし、これに限られるものではなく、熱媒体１６の温度をＴｗｄ*以下にすることもできる。
【００３８】
フィン無し伝熱管５にＳＯ３が原因の飛灰が付着した場合は、ポンプ７を起動して洗浄液ライン６のノズルから洗浄液をフィン無し伝熱管５に噴射して洗浄する。洗浄液には、温度が設定水露点Ｔｗｄ*以下の普通の水（例えば、２０℃の室温水）を用いる。また、ポンプ７を起動する洗浄のタイミングは、洗浄時以外でフィン無し伝熱管５を流通する熱冷媒の温度上昇が設定値（例えば、２０℃）以下となった場合とする。なお、これに代えて、フィン無し伝熱管５の前後の排ガスの差圧を測定する手段を設け、差圧が設定差圧を越えて上昇した時点で洗浄することもできる。これにより、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ４は、１００〜１１０℃で推移した。
【００３９】
なお、フィン付き伝熱管２、３に飛灰が強固に固着することはないが、飛灰が堆積する場合があるので、図示しないス―トブロー装置をフィン付き伝熱管２、３の前後に設けて、定期的にス―トブローすることができる。
【００４０】
また、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５を、再加熱器１７との熱媒循環流路に直列に接続して、フィン無し伝熱管５側からフィン付き伝熱管２、３に熱媒体１６を流通することができる。この場合、排ガス温度制御手段は、フィン付き伝熱管２、３に流入する熱媒体１６の温度Ｔｗ２を計測し、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度との流量の少なくとも一方を制御して、熱媒体１６の温度Ｔｗ２を排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*以上に制御する。
【００４１】
なお、排ガス温度制御手段は、フィン無し伝熱管５に流入させる熱媒体１６の温度Ｔｗ３を、排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*超で制御することが好ましい。これは、熱媒体１６の温度を排ガスの水設定水露点Ｔｗｄ*以下にすると、フィン無し伝熱管５の表面で水分が結露してＳＯ３以外にもＳＯ２が付着する可能性があり、飛灰の付着が著しく進行するからである。
【００４２】
逆に、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ３を設定水露点Ｔｗｄ*よりも高く保持すれば、ＳＯ３と水とにより生成される硫酸による腐食を抑制できる。しかし、後述するように、本発明は、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ３を設定水露点Ｔｗｄ*又は設定水露点Ｔｗｄ*よりも低く制御することができる。この場合、フィン無し伝熱管５にＳＯ３と水が凝縮して硫酸となって飛灰とともに付着するが、フィン無し伝熱管５又はその表面を防食材料で形成すれば、腐食の問題に対応できる。すなわち、フィン無し伝熱管５の表面を、フッ素樹脂、シリコンなどの耐酸性、耐薬品性、撥水性を有する素材を塗布又はコ―ティングした鋼製の伝熱管とする。これに代えて、フィン無し伝熱管５自体を、耐食性に優れている、ステンレス製、ニッケル基合金製、フッ素樹脂製のいずれか一つにより形成することができる。一方、フィン付き伝熱管３−２は、ＳＳ製などの耐腐食性が低く、安い材料（鋼製）を用いることもできる。この場合、フィンは両面から排ガスが接触するため、耐硫酸腐食性の高い材料を用いた方が望ましい。
【００４３】
また、フィン無し伝熱管５の表面を防食材料で形成することに代えて、又はこれとともに、空気、蒸気又は溶液を吹き付けて表面に付着した飛灰を洗浄除去することができる。これにより、前述したように、洗浄等により容易に付着飛灰を除去でき、しかも洗浄をフィン無し伝熱管５に限定できるから、洗浄面積を減らしてユ―ティリティを節約できる。これによれば、洗浄除去されたＳＯ３を含む飛灰を分離して回収することができる。
【００４４】
また、本実施例１において、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５は、再加熱器１７との熱媒体１６の循環流路に並列に接続する構成を採用してもよい。並列に接続した場合、排ガス温度制御手段は、フィン付き伝熱管２、３に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ３を設定酸露点Ｔｄ*超に保持し、フィン無し伝熱管５に流通させる熱媒体１６の温度Ｔｗと流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ４を設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する。特に、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５を並列に熱媒体１６の循環流路に接続した場合は、それぞれの伝熱管の熱媒体温度及び流量を個別に調整することにより、排ガス温度Ｔ３、Ｔ４の調節が容易であるため、より望ましいといえる。
【００４５】
また、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５を、再加熱器１７との熱媒体の循環流路に直列に接続した場合、排ガス温度制御手段は、フィン付き伝熱管２、３に流通させる熱媒体の温度Ｔｗを計測し、フィン付き伝熱管２、３に流通させる熱媒体１６の温度との流量の少なくとも一方を制御して、熱媒体１６の温度Ｔｗを排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*超に制御するようにすることができる。また、熱媒体１６の流入方向は、フィン無し伝熱管５の出口側の排ガス温度Ｔ４を十分に設定酸露点Ｔｄ*以下に保持する必要があるため、Ｔｗ６側から熱媒体１６を流入させ、排ガス流れと向流とすることが好ましい。
【００４６】
（実施例２）
図３に、本発明の実施例２の熱回収器１の構成を示す。本実施例２が、図２の実施例１と相違する点は、フィン無し伝熱管５よりも下流側の排ガス通路１′にフィン無し伝熱管４０からなる第３伝熱管群を配置して熱回収器１を構成したことにある。また、これに合わせて、フィン無し伝熱管４０の上流側の排ガス温度Ｔ５と、下流側に排ガス温度Ｔ６を、適宜必要に応じて図示していない温度センサで検出可能になっている。また、フィン無し伝熱管４０の排ガス上流側の熱媒体温度Ｔｗ７と、排ガス下流側の熱媒体温度Ｔｗ８とを、適宜必要に応じて図示していない温度センサで検出可能になっている。さらに、フィン無し伝熱管４０の上側（排ガス下流側）に洗浄液を噴出する複数のノズルが配置され、各ノズルには洗浄液ライン６６を介してポンプ６７から洗浄液を供給する洗浄手段が設けられている。また、排ガス通路１′の立ち上りの上端部の側面は乾式の集じん装置８に接続され、排ガス通路１′の立ち上りの下端には排液タンク４１が連結されている。集じん装置８の底部のホッパ部は灰ホッパ４２に接続されている。
【００４７】
本実施例２の排ガス温度制御手段は、図示していないが、フィン無し伝熱管４０よりも下流側の排ガス温度Ｔ６を計測し、フィン無し伝熱管４０に流通させる熱媒体１６の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ６を６０℃以上１１０℃以下、好ましくは６０℃以上９０℃以下に制御するようになっている。つまり、フィン無し伝熱管４０内部に流通させる熱媒体１６の温度を、排ガスの設定水露点Ｔｗｄ*以下に制御する。これによれば、排ガス中のＨｇを飛灰に吸着させて回収できる。これにより、図１の実施形態に示した酸素燃焼式の石炭焚ボイラにおいて、下流側にＣＯ２除去回収装置を設ける場合には、ＣＯ２除去回収装置のＨｇによる腐食を防止できる。また、排ガス温度を６０〜１１０℃まで冷却すると、飛灰の電気抵抗値が低くなるから、集じん装置８に電気集じん装置を用いる場合は集じん性能を向上できる。
【００４８】
その他のフィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５に係る部分の構成及び運転制御は、実施例１と同一であることから説明を省略する。本実施例２のフィン無し伝熱管４０に流入させる熱媒体１６の温度Ｔｗは、設定水露点Ｔｗｄ*超でなくてもかまわない。本実施例２では、熱媒体１６の温度は６０℃としたことから、フィン無し伝熱管４０には凝縮した水分とともに飛灰が付着する。これに対しては、実施例１と同様に、ポンプ６７を起動して洗浄液ライン６６を介してノズルから洗浄液を噴射し、フィン無し伝熱管４０に付着したＨｇ含有の飛灰を洗浄して排液タンク４１に回収するようにしている。本実施例２によれば、フィン無し伝熱管４０の出口側の排ガス温度Ｔ６は８０℃となった。また、排ガス中の残りの飛灰は、集じん装置８にて捕集して回収する。
【００４９】
以上説明したように、本実施例２によれば、フィン無し伝熱管５よりも下流側の排ガス通路にフィン無し伝熱管４０からなる第３伝熱管群を配設し、排ガス温度制御手段は、フィン無し伝熱管４０よりも下流側の排ガス温度Ｔ６を計測し、フィン無し伝熱管４０に流通させる熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、排ガス温度Ｔ６を６０℃以上１１０℃以下、好ましくは６０℃以上９０℃以下に制御しているから、排ガス中のＨｇを凝縮させて飛灰に吸着させて回収できる。なお、フィン無し伝熱管４０の内部に流通させる熱媒体１６の温度を、排ガスの設定水露点Ｔｄ*以下で制御するようにしても同様である。これにより、図１に示した酸素燃焼式の石炭焚ボイラ１３のように、下流側にＣＯ２除去回収装置を設ける場合には、ＣＯ２除去回収装置のＨｇによる腐食を防止できる。また、排ガス温度を６０〜１１０℃まで冷却すると、飛灰の電気抵抗値が低くなるから、電気集じん装置を用いる場合は集じん性能を向上できる。
【００５０】
また、フィン無し伝熱管５，４０を蒸気又は溶液により洗浄する際、それら蒸気又は溶液に、Ｎａ、Ｃａ、Ｋ、Ｍｇの少なくとも１つの炭酸塩又は水酸化物を用いることができる。また、洗浄手段は、フィン無し伝熱管５，４０に流通される熱媒体の入口と出口の温度差が許容値以下に低下したとき、フィン無し伝熱管５，４０の領域を流通する排ガスの圧力損失が設定値を越えたとき、又は周期的に設定された時間が経過したときのいずれか一つに該当するときに起動するようにすることができる。
【００５１】
（実施例３）
本発明の実施例３の熱回収器１の構成は、図３の実施例２の構成と同一であり、排ガス温度制御手段のみが相違している。すなわち、フィン付き伝熱管２、３に、設定酸露点Ｔｄ*超の温度の熱媒体１６を流入し、それらのフィン付き伝熱管２、３にはＳＯ３を析出させないようにした。この場合、フィン無し伝熱管５には設定酸露点Ｔｄ*以下の温度の熱媒体１６を流入することにより、ＳＯ３の凝縮を専らフィン無し伝熱管５の領域で析出させるようにした。具体的には、フィン無し伝熱管５の出側の排ガス温度Ｔ４を、設定酸露点Ｔｄ*以下で、かつ１１０℃より高くなるように調整した。一方、フィン無し伝熱管４０には、設定水露点Ｔｗｄ*以下の例えば４０℃の熱媒体１６を流入した。これにより、フィン無し伝熱管４０には水分とＨｇ及び飛灰が付着した。また、フィン無し伝熱管４０の出口の排ガス温度Ｔ６は６０℃となった。
【００５２】
本実施例３によれば、フィン無し伝熱管４０の領域で一部の水分とともにＨｇが飛灰上に凝縮した形で回収される。その結果、排ガス中のＳＯ３、Ｈｇの大部分が飛灰に凝縮した形で回収され、乾式の集じん装置８にＳＯ３及びＨｇが除去された排ガスが流入されるため、クリ―ンな飛灰を回収できるとともに、集じん装置８自体の腐食を大幅に軽減できる。
【００５３】
（実施例４）
図４に、本発明の実施例４の熱回収器１の構成を示す。本実施例４が、図１の実施例、図３の実施例２と相違する点は、集じん装置８を排ガスの流れ方向に第１区画〜第３区画の３区画に分け、第１伝熱管群のフィン付き伝熱管２、３を集じん装置８の入口に連結された水平の煙道に配置し、フィン無し伝熱管５を集じん装置８の上流部の第１区画８−１の入口側に配置し、フィン無し伝熱管４０を中央部の第２区画８−２に配置し、下流部の第３区画８−３は集じん専用区画としたことにある。つまり、フィン無し伝熱管５とフィン無し伝熱管４０を集じん装置８内に配置したことを特徴とする。そして、第１区画８−１のフィン無し伝熱管５の上方と、第２区画８−２のフィン無し伝熱管４０の上方には、実施例２と同様にそれぞれ洗浄液を噴出する複数のノズルが配置され、それぞれ洗浄液ライン６、６６を介してポンプ７、６７から洗浄液を供給する洗浄手段が設けられている。また、第２区画８−２と第１区画８−１又は第３区画とは、それぞれ排ガスを通過可能なパンチングプレ―ト又は金網等の仕切板５６，５７で分けられ、第１区画８−１の底部のホッパ部は排液タンク９に接続され、第２区画８−２の底部のホッパ部は排液タンク４１に接続され、第３区画８−３の底部のホッパ部は灰ホッパ４２に接続されている。
【００５４】
本実施例４の排ガス温度制御手段は、図示していないが、フィン付き伝熱管２、３とフィン無し伝熱管５による排ガス温度の制御は実施例１と同一であり、フィン無し伝熱管４０による排ガス温度の制御は実施例２，３と同様である。つまり、フィン付き伝熱管２、３には、設定酸露点Ｔｄ*超の温度の熱媒体１６を流入させて、フィン付き伝熱管２、３にはＳＯ３が析出しないようにする。また、フィン無し伝熱管５には、設定水露点Ｔｗｄ*超で、設定酸露点Ｔｄ*以下の温度の熱媒体１６を流入させて、ＳＯ３をフィン無し伝熱管５の領域にのみ析出させる。つまり、フィン無し伝熱管５の下流側の排ガス温度Ｔ４を、設定酸露点Ｔｄ*以下で、設定水露点Ｔｗｄ*（例えば、１１０℃）よりは高くなるように調整する。一方、フィン無し伝熱管４０には、設定水露点Ｔｗｄ*以下の例えば４０℃の熱媒体１６を流入する。つまり、排ガス温度Ｔ６を６０℃以上１１０℃以下、好ましくは６０℃以上９０℃以下に制御する。これによって、フィン無し伝熱管４０には、水分とＨｇ及び飛灰を付着させる。なお、フィン無し伝熱管４０に４０℃の熱媒体１６を流入することにより、フィン無し伝熱管４０出口の排ガス温度Ｔ６を６０℃とすることができる。
【００５５】
本実施例４によれば、集じん装置８の上流部の第１区画でＳＯ３リッチの飛灰を分離して捕集し、中央部の第２区画のフィン無し伝熱管５でＨｇ付着の飛灰を分離して捕集し、下流部の第３区画で残りの飛灰を捕集することができる。つまり、第３区画で捕集される飛灰のＳＯ３とＨｇの含有量を低減できる。なお、第２区画のフィン無し伝熱管５でＳＯ３をほぼ分離捕集できるから、第３区画のフィン無し伝熱管４０はＳＯ３による灰固着を回避できる。したがって、第１区画で回収されるＳＯ３リッチの飛灰はコンクリ―トなどに安心して利用可能となる。第２区画でＨｇを選択的に除去することにより、集じん装置の第３区画で捕集される飛灰のＨｇ含有量が非常に低下するから、コンクリ―ト材料として問題なく使用できる。
【００５６】
上記の各実施例において、フィン無し伝熱管５、４０を蒸気又は溶液により洗浄する際、それら蒸気又は溶液にＮａ、Ｃａ、Ｋ、Ｍｇの少なくとも１つの炭酸塩又は水酸化物を含有させて用いることができる。また、洗浄手段のポンプ７，６７は、フィン無し伝熱管５又はフィン無し伝熱管４０に流通する熱媒体１６の入口と出口の温度差が許容値以下に低下したときに、所定時間起動させることができる。また、フィン無し伝熱管５又はフィン無し伝熱管４０の領域を流通する排ガスの圧力損失が設定値を越えたときに、所定時間起動させることができる。さらに、周期的に設定された時間が経過したときに、所定時間起動させることができる。すなわち、洗浄を常時行うと、排ガス中水分濃度が高まるだけでなく、飛灰が溶解した多量の排水が出ることになるから、処理コストの増大を招くので、上述したように必要時に間欠的に行う方が望ましい。
【００５７】
フィン無し伝熱管５、４０に付着したＳＯ３付着飛灰、又はＨｇ付着飛灰の洗浄除去は、飛灰等の石炭中のＣａ濃度が高く、排ガス中水分濃度が低いなど、比較的乾燥した付着飛灰であれば、空気などを用いて洗浄することができる。一方、フィン無し伝熱管５、４０に多量のＳＯ３が付着する場合は、蒸気又は溶液に、Ｎａ、Ｃａ、Ｋ、Ｍｇを含むアルカリ（炭酸塩、水酸化物）を混ぜて噴霧することが好ましい。これによれば、ＳＯ３付着飛灰を中和することができ、さらに洗浄しやすくなる。添加するアルカリ濃度はＳＯ３を中和できる量以上であることが望ましい。
【００５８】
さらに、集じん装置を排ガスの流れ方向に沿って３区画に分け、第１区画の上流部に第２伝熱管群を設置し、中央部の第２区画に第３伝熱管群を配置する。これによれば、第１区画でＳＯ３リッチの飛灰を分離回収し、排ガス温度が６０〜１１０℃の領域の第２区画でＨｇ付着飛灰を分離回収、第３区画でＳＯ３とＨｇが低減された飛灰を分離回収できる。また、第２伝熱管群でＳＯ３はほぼ回収しているため、第３伝熱管群のフィン無し伝熱管のＳＯ３による灰固着は回避できる。そして、第１区画で回収されるＳＯ３リッチの飛灰はコンクリ―トなどに安心して利用可能となる。第２区画でＨｇを選択的に除去することにより、集じん装置の第３区画で捕集される飛灰のＨｇ含有量が非常に低下するから、コンクリ―ト材料として問題なく使用できる。
【００５９】
ここで、表１に本発明の実施例１−４によりＳ分０．３％の石炭の燃焼試験を行って得た飛灰中のＳＯ３除去特性を、比較例１−３と対比して示す。なお、表中の灰中ＳＯ３の単位はｍｇ/ｋｇ、灰中Ｈｇは相対値、排ガス温度は各伝熱管群の温度、集じん装置の入口温度である。付着灰は、比較例の場合ＧＧＨの付着灰である。
【表１】
2013202422.tif 000004
【００６０】
（比較例１）
比較例１は、図５に示す従来構成の空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置を用いた。図において、図２と対応する構成要素に図２と同一の符号を付している。なお、符号２９は誘引ファン、符号３０は煙突である。ＧＧＨの熱回収器１は乾式の集じん装置８の入口に設置されており、乾式の集じん装置８の入口温度は１７０℃とした。比較例１では、集じん装置８でＳＯ３及びＨｇは除去できなかった。
【００６１】
（比較例２）
比較例２は、図６に示す従来構成の空気燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置を用いた。図において、図２と対応する構成要素に図２と同一の符号を付している。なお、符号２９は誘引ファン、符号３０は煙突で、符号３３は押込み送風機である。ＧＧＨの熱回収器１は乾式の集じん装置８の入口に設置されており、熱回収器１の入口温度は１７０℃、集じん装置８の入口温度は８０℃とした。熱媒体１６の温度は８０℃で推移した。
【００６２】
（比較例３）
比較例３は、図１に示す実施形態と同じ構成の酸素燃焼式の石炭焚ボイラの燃焼排ガス処理装置を用いた。熱回収器１の入口温度は１７０℃とし、集じん装置８の入口温度は８０℃とした。熱媒体１６の温度は８０℃で推移した。
【００６３】
実施例１−４と比較例１−３において、排ガス、飛灰中のＳＯ３、Ｈｇ濃度の推移を比較した結果、以下の表１のようになった。なお、比較例１、２、３では実施例１−４に示す飛灰の分離は行っていないので、フィン付き伝熱管２の付着灰の欄に、熱回収器１の付着灰の結果を示している。
【００６４】
表１からわかるように、実施例１、２、３、４では、フィン無し伝熱管５における回収灰にＳＯ３が濃縮している。これに対して、比較例２、３ではフィン付き伝熱管において灰にＳＯ３が濃縮している。比較例２、３、酸素燃焼の比較例３では、灰の固着が起こりやすい傾向にある。もちろん、極端な高濃度硫黄炭燃焼時には、アルカリ性添加剤などで中和させることにより、比較例でも十分に安定運転は見込める。しかし、実施例１、２、３、４はそれらの懸念をより容易に排除することができる。
【００６５】
実施例１では、フィン無し伝熱管５でＳＯ３のみ若干除去されている。比較例２と比べてフィン無し伝熱管で灰を回収するため、集じん装置８で捕集した集じん灰のＳＯ３濃度は比較例２よりも低下している。実施例２では、実施例１に加えてさらにフィン無し伝熱管４０でＨｇの一部が回収され、集じん灰のＨｇ濃度が低下する傾向にある。実施例３では、実施例２のフィン無し伝熱管４０をさらに低温化したことから、Ｈｇの回収量が増える傾向にあり、その結果、集じん灰のＨｇ濃度が低下している。実施例４では、実施例３を集じん装置８の内部で行うことから、実施例３と同等の傾向である。ところで、比較例１では、集じん装置８の入口温度が１７０℃であるから、Ｈｇ、ＳＯ３は集じん装置８を通過してしまっている。したがって、後流側に別途装置を設けてＨｇ、ＳＯ３を除去する必要があることが分かる。そうしないと、後流側の機器ないし装置に腐食などの問題が生じる。以上のように、本発明により、集じん装置８までにＳＯ３を安定に高効率に除去することが可能である。
【００６６】
以上、本発明を、実施例１−４の燃料排ガス処理装置により説明したが、本発明はこれらの実施例に限られるものではなく、要は、石炭焚ボイラの排ガス中の飛灰を集じん装置により捕集するに際し、前記集じん装置よりも上流側の排ガス通路の排ガスの熱を熱媒が流通されるフィン付き伝熱管と該フィン付き伝熱管の下流側に配設されたフィン無し伝熱管を備えた熱回収器により熱回収することにより、前記集じん装置に流入される排ガスを冷却する燃焼排ガス処理方法において、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群との間の排ガス温度Ｔ３と前記第２伝熱管群の下流側の排ガス温度Ｔ４を計測し、前記第１伝熱管群と前記第２伝熱管群に流通させる前記熱媒体の温度と流量の少なくとも一方を制御して、前記排ガス温度Ｔ３を設定される酸露点Ｔｄ超に保持し、前記排ガス温度Ｔ４を前記酸露点Ｔｄ以下に保持することにより、本発明の課題を解決することができる。
【００６７】
また、本発明の燃料排ガス処理方法及び装置は、酸素燃焼式の石炭焚ボイラに限られるものではなく、空気燃焼式の石炭焚ボイラに適用して同様の効果を奏することができる。但し、酸素燃焼式の石炭焚ボイラに適用することにより、一層顕著な効果を奏することができる。また、集じん装置８に電気集じん装置を用いれば、第２伝熱管群で排ガス温度を下げて飛灰の電気抵抗を下げて集じん性能を向上させることができ、後流機器での閉塞、灰堆積を防止できるだけでなく、脱硫装置への飛灰の混入量を低減できるので、除じん塔がなくても脱硫装置の副生物である石膏の品質を確保できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  熱回収器
２、３  フィン付き伝熱管
４  フィン
５  フィン無し伝熱管
６、６６  洗浄液ライン
７，６７  ポンプ
８  集じん装置
９  排液タンク
１３  石炭焚ボイラ
１６  熱媒体
１７  再加熱器
４０  フィン無し伝熱管
４１  排液タンク
【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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