(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中に含まれる亜硫酸ガス／塩化水素ガスよりなる有害ガス成分を除去する排ガスの脱硫／脱塩方法であって、有害ガス成分を含む排ガスを反応塔の下部から上方に向かって上昇流で通過させ、反応塔の下部に循環灰を導入するとともに、反応塔の下部に石灰スラリーと排ガス調湿用水とを噴霧して、循環灰に石灰スラリーを付着させ、排ガスが反応塔内を上昇する間に、排ガス中の亜硫酸ガス／塩化水素ガスと石灰との接触により、亜硫酸カルシウム／硫酸カルシウムまたは塩化カルシウムを生成して、排ガス中の有害ガス成分が固形物側に移行し、反応塔からの排出物を集塵機に導いて、ガスと固形物とに分離し、清浄となされた排ガスを大気に放出し、かつ集塵された粉塵、反応生成物および未反応石灰の混合物よりなる捕集物の一部を系外に排出するとともに、捕集物の残部を循環灰として反応塔に再循環する半乾式排ガス脱硫／脱塩方法において、石灰スラリーの噴霧用媒体として、水蒸気を使用すること、排ガス中に水蒸気を噴霧するにあたり、石灰スラリーを排ガス中に噴霧するノズルとは別に設けられたノズルから、水蒸気と排ガス調湿用水とのいずれかを切り替えバルブにより切り替えて噴霧するようにしたこと、を特徴とする、半乾式排ガス脱硫／脱塩方法。
【請求項２】
ボイラの起動時や緊急時には、水蒸気に代えて圧縮空気を使用することを特徴とする、請求項１に記載の半乾式排ガス脱硫／脱塩方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石炭焚きボイラの排ガスに含まれる亜硫酸ガスの除去や都市ごみ焼却炉の排ガスに含まれる塩化水素の除去の技術、すなわち排ガスの脱硫／脱塩技術のうち、半乾式排ガス脱硫／脱塩方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半乾式の排ガス脱硫／脱塩方法は既に知られており、この技術は簡易脱硫／脱塩方法に属し、装置の構造が簡単であるため、初期投資が少なく、かつ脱硫／脱塩率が良好で、運転費も安いという利点がある。
【０００３】
従来の半乾式排ガス脱硫／脱塩方法は、亜硫酸ガスや塩化水素ガスよりなる有害ガス成分を含む排ガスを、反応塔の下部から上方に向かって上昇流で通過させ、反応塔の下部に循環灰を導入するとともに、反応塔の下部に石灰スラリーと排ガス調湿用水とを圧縮空気を用いて噴霧する。そして、循環灰に石灰スラリーを付着させ、排ガスが反応塔内を上昇する間に、排ガス中の亜硫酸ガス／塩化水素ガスと石灰との接触により、亜硫酸カルシウム／硫酸カルシウムまたは塩化カルシウムを生成させる。こうして、排ガス中の有害ガス成分を固形物側に移行させ、反応塔からの排出物を集塵機に導いて、ガスと固形物とに分離する。清浄となされた排ガスを大気に放出し、また集塵機において集められた粉塵、反応生成物および未反応石灰の混合物よりなる捕集物の一部を系外に排出するとともに、捕集物の残部を循環灰として反応塔に再循環していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の排ガス脱硫／脱塩方法によれば、まず第１に、国内を対象とすると、運転費は安くつくと考えられるが、例えば開発途上国の大気汚染問題を解決するためには、もっと低コスト化が必要であり、特に、運転費のうち、消費電力を減少することが必要であった。
【０００５】
また第２に、脱硫／脱塩の反応温度は、排ガス温度等のいくつかの因子によって決定されるが、噴霧される石灰スラリー自体の温度は、高いほど対象ガスとの反応性が良く、温度の低い石灰スラリーの反応性は悪い。例えば石灰スラリーは、調製直後は反応熱によって温度が高くなり、反応性も良いが、調製後時間が経過した貯留槽内の温度の低い石灰スラリーを使用する場合には、脱硫／脱塩性能が低下するという問題があった。
【０００６】
第３に、脱硫／脱塩性能は、アプローチ温度すなわち反応塔出口温度とガス露点との差が小さいほど高性能を示すが、循環灰の乾燥との兼ね合いから最適反応温度が決定される。例えば焼却炉排ガスの場合はガス中の水分濃度が高いため、露点が高く、従って、操作温度（露点＋アプローチ温度）は比較的高温となり、反応性が良く、効率が良い。
【０００７】
しかしながら、石炭焚きでしかも空気過剰率が大きいボイラの排ガスなどの場合は、反応塔内に導入する排ガス中の水分濃度が３％前後であり、露点は常温に近い状態である。ここで、石灰スラリー中の水分が蒸発するので、反応塔内の実際の水分は６％程度になるが、露点はそれでも３５℃前後であり、従ってアプローチ温度を１０℃とみても、操作温度が５０℃以下になって、反応性と効率がやや落ちる。従って、このような場合には石灰スラリー以外に別途水を吹き込み、ガスを増湿して露点を上げ、結果として、操作温度全体を上げる努力がなされていた。
【０００８】
しかしながら、一方で、反応塔内に導入する排ガスの温度が低ければ、吹き込み水分の蒸発熱によって温度が下がるので、全体として増湿の限度が決定され、操作温度を高く上げることが難しくなるという問題があった。
【０００９】
本発明者らは、上記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、従来より石灰スラリー噴霧用媒体として使用されてきた圧縮空気の代わりに、水蒸気を使用することにより、排ガス温度を下げないで増湿することが可能となり、上記の従来技術の課題を全て解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の目的は、電気エネルギーから水蒸気エネルギーへの転換によってエネルギー効率が向上して運転費を削減することができ、また噴霧用媒体が増湿作用をも兼ねるために効率よく反応性が向上し、さらに石灰スラリー温度への影響すなわち噴霧される石灰スラリー温度が高くなるために反応性が良好となって、脱硫／脱塩率が向上する、半乾式排ガス脱硫／脱塩方法を提供しようとすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による請求項１記載の半乾式排ガス脱硫／脱塩方法は、排ガス中に含まれる亜硫酸ガス／塩化水素ガスよりなる有害ガス成分を除去する排ガスの脱硫／脱塩方法であって、有害ガス成分を含む排ガスを反応塔の下部から上方に向かって上昇流で通過させ、反応塔の下部に循環灰を導入するとともに、反応塔の下部に石灰スラリーと排ガス調湿用水とを噴霧して、循環灰に石灰スラリーを付着させ、排ガスが反応塔内を上昇する間に、排ガス中の亜硫酸ガス／塩化水素ガスと石灰との接触により、亜硫酸カルシウム／硫酸カルシウムまたは塩化カルシウムを生成して、排ガス中の有害ガス成分が固形物側に移行し、反応塔からの排出物を集塵機に導いて、ガスと固形物とに分離し、清浄となされた排ガスを大気に放出し、かつ集塵された粉塵、反応生成物および未反応石灰の混合物よりなる捕集物の一部を系外に排出するとともに、捕集物の残部を循環灰として反応塔に再循環する半乾式排ガス脱硫／脱塩方法において、石灰スラリーの噴霧用媒体として、水蒸気を使用すること、排ガス中に水蒸気を噴霧するにあたり、石灰スラリーを排ガス中に噴霧するノズルとは別に設けられたノズルから、水蒸気と排ガス調湿用水とのいずれかを切り替えバルブにより切り替えて噴霧するようにしたこと、を特徴としている。
【００１２】
本発明による請求項２記載の半乾式排ガス脱硫／脱塩方法は、上記請求項１記載の半乾式排ガス脱硫／脱塩方法において、ボイラの起動時や緊急時には、水蒸気に代えて圧縮空気を使用することにより、常時安定した運転が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の実施形態を示す図１を参照すると、本発明の方法においては、石炭焚きボイラからの亜硫酸ガスを含む排ガスや都市ごみ焼却炉からの塩化水素を含む排ガスを、排ガス導入管（１）から反応塔（２）の下部に導入する。排ガスは反応塔（２）内を上方に向かって流れる上昇流として通過する。
【００１５】
一方、生石灰または消石灰（以下、石灰という）を、石灰供給管（３）よりホッパー（４）に供給し、必要量だけ石灰搬送コンベア（５）から乳化機（６）に導入する。乳化機（６）には水供給管（７）によって水を供給して、石灰を水に溶解して所定濃度の石灰スラリーを調整する。この石灰スラリーを、ポンプ（９）の作動により石灰スラリー流送管（８）から塔（２）下部に具備されたスラリー噴霧ノズル（１０）に供給して、反応塔（２）内を上昇する排ガス中に吹き込む。
【００１６】
本発明においては、この石灰スラリーの噴霧用媒体として、水蒸気を使用するものである。
【００１７】
なお、この場合、図示しないバルブにより石灰スラリーと水蒸気の流量を調整して、スラリー噴霧ノズル（１０）から反応塔（２）内を上昇する排ガス中に吹き込むものである。
【００１８】
また反応塔（２）には、排ガス調湿用の水を、調湿水専用のノズルを具備する導入管（１２）から吹き込む。
【００１９】
反応塔（２）内を上昇する排ガスには、塔（２）下部において供給管（１３）から循環灰（後述する）の一部を、さらに供給して混合する。
【００２０】
スラリー噴霧ノズル（１０）から水蒸気と共に噴霧された石灰スラリーは、当然ながら循環灰にも吹き付けられ、循環灰に石灰スラリーが付着する。そして排ガスが反応塔（２）内を上昇する間に、排ガス中の亜硫酸ガスあるいは塩化水素ガスは、循環灰の表面においてすなわち反応表面積が増大した状態で、スラリー中の石灰と接触し、亜硫酸カルシウム／硫酸カルシウムまたは塩化カルシウムを生成して、排ガス中の有害ガス成分が固形物側に移行するため、排ガスを浄化することができる。
【００２１】
なお上記のように、本発明においては、石灰スラリーの噴霧用媒体として、主に水蒸気を使用するものであるが、例えばボイラの起動時や緊急時には、水蒸気に代えて圧縮空気を使用するのが、望ましい。この実施形態では、水蒸気供給管（２６）に設けられたバルブ（２７）と、コンプレッサ（３０）からの圧縮空気供給管（３１）に設けられたバルブ（３２）とによって、水蒸気と圧縮空気とのいずれかを切り替えて流送管（１１）に送り、ボイラの起動時や緊急時に水蒸気に代えて圧縮空気を補助的に使用することにより、常時安定した運転を確保することができるものである。
【００２２】
つぎに、反応塔（２）の頂部より流出する排ガスのガス成分と、排ガス中の粉塵と、反応後の上記カルシウム化合物と、未反応石灰とよりなる流出物をサイクロンよりなる集塵機（１４）に導入し、ガス成分と固形物とに分離する。有害ガスおよび粉塵のほとんどが除去されたガス成分を、さらにバグフィルター（１５）に送って除塵した後、誘引ファン（１６）により排出管（１７）を経て、清浄ガスとして煙突から大気に放出する。
【００２３】
サイクロン（１４）で集塵した粉塵と反応後の上記カルシウム化合物と未反応石灰との混合物よりなる循環灰を、サイクロン（１４）下部から循環ボックス（１８）に導入し、循環灰の一部を循環管（１３）から反応塔（２）の下部に再導入するとともに、循環灰の残部をコンベア（１９）により取り出して、バグフィルター捕集灰取出し管（２０）からの捕集灰と混合した後、系外排出コンベア（２１）から副生物ヤード（２２）に貯蔵し、副生物として利用する。
【００２４】
本発明においては、水蒸気流送管（１１）の先端寄り部分に流量調整バルブ（２４）が設けられるとともに、排ガス調湿用水供給管（１２）の先端寄り部分に流量調整バルブ（２５）が設けられており、排ガスが装置に導入される入口部分とりわけ石灰スラリー噴霧ノズル（１０）よりも上流位置に設けた別の水蒸気吹き込みノズルから、水蒸気と排ガス調湿用水とのいずれかを切り替えバルブ（２４）（２５）により切り替えて噴霧するようにして、増湿を促進するようにしているものである。
【００２５】
本発明によれば、従来より石灰スラリー噴霧用の媒体として使用されてきた圧縮空気を水蒸気に変更するものであり、本発明の方法によって下記の従来の課題は全て解決することができる。
【００２６】
（１）運転費の削減
まず、従来法において使用されているコンプレッサ空気（圧縮空気）は、電気をエネルギー源とし、一次エネルギーから計算して、２０〜３０％の効率でしか製造されないのに対し、本発明方法において使用するボイラからの水蒸気は、悪くても８０％の効率で得られることを考えれば、水蒸気を噴霧用媒体として使用することが運転費の削減につながることは明かである。
【００２７】
（２）石灰スラリー温度の影響
表１は、本発明者らが半乾式排ガス脱硫装置を使用して、石炭焚きボイラの排ガスに含まれる亜硫酸ガスの除去を、下記の条件において実施した脱硫試験結果を示すものである。
【００２８】
半乾式排ガス脱硫装置
排ガス流量：３，６０００（Ｎｍ３／ｈ）
排ガスＳＯ２濃度：９００〜１，２００（ｐｐｍ）
Ｃａ／ＳＯ２モル比：１．３
石灰スラリー温度以外の他の操作条件は各試験とも同じ。
【００２９】
【表１】
0003978531.tif 000002
【００３０】
この表１の結果は、排ガスと接触する石灰スラリー温度が高いほど、反応性が良いことを表していると考えられ、排ガス脱塩の場合も同じ傾向が見られる。
【００３１】
（３）反応性の向上
前述のように、ごみ焼却炉排ガスの場合などは、排ガス中の水分濃度が高いので、操作温度も高くできるが、例えば品質の良くない石炭焚きボイラで空気過剰率を高くして運転しているようなボイラでは、排ガス中の水分、温度が共に低い場合が多い。
【００３２】
つぎに、下記の石炭焚きボイラの排ガス例を用いて、本発明の実施形態および効果を説明する。
【００３３】
［排ガス］
排ガス温度：１２０℃
排ガス流量：３６，０００（Ｎｍ３／ｈ）
排ガス中のＳＯ２濃度：１０００（ｐｐｍ）
排ガス中の水分濃度：３．００（％）
・従来の運転条件
まず、従来の運転方法について説明する。
【００３４】
上記排ガスを脱硫するために、総量１５０（Ｎｍ３／ｈ）の圧縮空気によって、Ｃａ／ＳＯ２モル比１．５の条件で、５０℃の石灰スラリーを吹き込む。
【００３５】
排ガス中のＳＯ２のモル数は、
Ｓ＝３６，０００×１０００×１０−６／２２．４＝１．６１（ｋｍｏｌ／ｈ）、吹き込みスラリー中の石灰（ＣａＯ）量は、
１．６１×１．５×５６＝１３５（ｋｇ／ｈ）
で、９０％純度の石灰を２０％の濃度で供給する場合、石灰スラリー量は、
１３５／０．９／０．２＝７５０（ｋｇ／ｈ）
になり、石灰スラリーと同時に吹き込まれる水の量は、
７５０−１３５／０．９＝６００（ｋｇ／ｈ）
となる。このうち、未反応消石灰として、
１．６１×（１．５−０．７７９）×１８＝２１（ｋｇ／ｈ）
の水分が蒸発しないで残るが、残りは全て蒸発するものとする。
【００３６】
この状態でガス側は、
（６００−２１）／１８×２２．４／３６，１５０＝１．９９（％）
の水分だけ増湿され、水分濃度は４．９９（％）となり、ガス露点は約３２℃になる。
【００３７】
このような排ガスの場合、通常は反応温度を上げるために、調湿用水分が吹き込まれる（この水噴霧用圧縮空気は１５０（Ｎｍ３／ｈ）の中に含まれるものとする）。
【００３８】
排ガス物性を空気近似、反応（操作）温度を５０℃とすると、排ガス密度：１．２９（ｋｇ／Ｎｍ３）、排ガス比熱：１．０５（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）であるから、ガスから奪う熱量Ｑｇは、
Ｑｇ＝３６，０００×１．２９×１．０５×（１２０−５０）
＝３，４１３，０００（ｋＪ／ｈ）
石灰スラリー中の水分の蒸発に与えられる熱量Ｑｗ１は、５０℃の水分の蒸発潜熱：２，３７７（ｋＪ／ｋｇ）として、
Ｑｗ１＝（６００−２１）×２，３７７＝１，３７６，０００（ｋＪ／ｈ）
である。
【００３９】
２０％の水を調湿用に供給したとすると、２０℃の水の蒸発に要する熱量＝１２６＋２３７７＝２５０３（ｋＪ／ｋｇ）なので、
（Ｑｇ−Ｑｗ１）／２５０３＝８１４（ｋｇ／ｈ）＝１０１３（Ｎｍ３／ｈ）
の水が調湿用として吹き込めることになる。この水によって、排ガス中の水分は、  ４．９９＋１０１３／３６１５０×１００＝７．７９（％）
となり、この場合のガス露点は約３９．８℃で、アプローチ温度は１０．２℃になる。脱硫率は約７５％が得られる。
【００４０】
・本発明方法による運転
本発明の方法を、上記の条件に適用して、石炭焚きボイラの排ガスに含まれる亜硫酸ガスの除去にあたり、圧縮空気の代わりに同流量の水蒸気で石灰スラリーを噴霧すると、
［（６００−２１）／１８×２２．４＋１５０］／３６，０００＝２．４２（％）の水分だけ増湿され、ガス露点は３３．６℃となって、約１．６℃上昇する。
【００４１】
水蒸気が直接噴霧されるため、単純にＱｇに１気圧の水蒸気のエンタルピーが加わるとすると、
Ｑｇ’＝３，４１３，０００＋２，４７０×１５０／２２．４×１８
＝３，７１１，０００（ｋＪ／ｈ）
となり、石灰スラリー中の水分蒸発熱は上と同じとすると、
（Ｑｇ’−Ｑｗ１）／２５０３＝９３３（ｋｇ／ｈ）＝１１６０（Ｎｍ３／ｈ）
５．４２＋１１６０／３６，０００×１００＝８．６４（％）
となり、この場合のガス露点は４１．７℃で、同一アプローチ温度は８．３℃となり、空気噴霧の場合に比べて脱硫率は約７％向上し、８２％になる。
【００４２】
逆に、脱硫率は同じで良ければ、アプローチ温度を１０．２℃に保つことにより、反応温度は５１．９まで上昇できる。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、本発明を半乾式の脱硫装置を使用して実施した脱硫試験について説明したが、脱塩の場合も同じ傾向が見られた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、上述のように、排ガス中に含まれる亜硫酸ガス／塩化水素ガスよりなる有害ガス成分を除去する排ガスの脱硫／脱塩方法において、石灰スラリーの噴霧用媒体として、水蒸気を使用するものであるから、本発明の方法によれば、電気エネルギーから水蒸気エネルギーへの転換によるエネルギー効率向上による運転費の削減を果たすことができ、しかも噴霧用媒体と増湿作用を兼ねるために効率的に反応性が向上し、脱硫／脱塩性能が向上するという効果を奏する。
【００４５】
本発明の排ガス脱硫／脱塩方法によれば、特に、運転費のうち、消費電力を減少することが効果的で、半乾式排ガス脱硫／脱塩法の消費電力の１５〜２０％を占める石灰スラリー噴霧空気用コンプレッサの電力費削減が効果的である。
【００４６】
従って、本発明の方法によれば、低コスト化が可能であり、特に運転費のうち、消費電力を減少することができるから、例えば開発途上国の大気汚染問題を解決することができるという効果を奏する。
【００４７】
また脱硫／脱塩の反応温度は、排ガス温度等のいくつかの因子によって決定されるが、噴霧される石灰スラリー自体の温度は、高いほど対象ガスとの反応性が良く、本発明の方法によれば、石灰スラリー噴霧用媒体として、従来の圧縮空気の代わりに水蒸気を使用するものであるから、噴霧される石灰スラリーの温度が非常に高くなり、対象ガスとの反応性が良好で、脱硫／脱塩性能が向上するという効果を奏する。
【００４８】
さらに、アプローチ温度すなわち反応塔出口温度とガス露点との差が小さいほど高性能を示すが、循環灰の乾燥との兼ね合いから最適反応温度が決定される。例えば焼却炉排ガスの場合はガス中の水分濃度が高いため、露点が高く、従って、操作温度（露点＋アプローチ温度）は比較的高温となり、反応性が良いが、例えば石炭焚きでしかも空気過剰率が大きいボイラの排ガスなどの場合は、反応塔内に導入する排ガス中の水分濃度が３％前後であり、露点は常温に近い状態では、石灰スラリー中の水分が蒸発するので、反応塔内の実際の水分は６％程度になり、露点はそれでも３５℃前後であるため、アプローチ温度を１０℃とみても、操作温度が５０℃以下になって、反応性と効率がやや落ちる。そこで、本発明によれば、石灰スラリー噴霧用媒体として、石灰スラリー以外に別途水蒸気または排ガス調湿用水を吹き込んで、ガスを増湿して露点を上げ、操作温度全体を上げることができるから、排ガス温度を下げることなく増湿することが可能であり、効率よく反応性が向上し、脱硫／脱塩率が向上するという効果を奏する。
【００４９】
また、本発明においては、排ガス中に水蒸気を噴霧するにあたり、石灰スラリーを排ガス中に噴霧するノズルとは別に設けられたノズルから、水蒸気と排ガス調湿用水とのいずれかを切り替えバルブにより切り替えて噴霧することにより、増湿を促進することができるという効果を奏する。
【００５０】
なお上記において、ボイラの起動時や緊急時には、水蒸気に代えて圧縮空気を使用することにより、常時安定した運転が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法の実施形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
１：排ガス導入管
２：反応塔
３：石灰供給管
４：ホッパー
５：石灰搬送コンベア
６：乳化機
７：水供給管
８：石灰スラリー流送管
９：ポンプ
１０：スラリー噴霧ノズル
１１：水蒸気流送管
１２：排ガス調湿用水供給管
１３：循環灰供給管
１４：集塵機（サイクロン）
１５：バグフィルター
１６：誘引ファン
１７：清浄ガス排出管
１８：循環ボックス
１９：排出コンベア
２０：バグフィルター捕集灰取出し管
２１：系外排出コンベア
２２：副生物ヤード
２３：バルブ
２４：バルブ
２５：バルブ
２６：水蒸気供給管
２７：バルブ
３０：コンプレッサ
３１：圧縮空気供給管
３２：バルブ
【図１】
0003978531.tif 000003