(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の添加水を供給する水供給手段と、上記装置塔外部又は内部で排ガスを冷却すると共に増湿する増湿冷却手段とからなる排煙脱硫装置と、該排煙脱硫装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させ、石膏スラリーを得る石膏反応槽と、該石膏反応槽により得られた石膏スラリーから水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えた排煙脱硫システムであって、
上記装置塔と上記増湿冷却手段又は上記水供給手段のいずれか一方又は両方および上記石膏反応槽とを接続する硫酸排出ラインと、上記排煙脱硫装置から排出される硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計と、硫酸濃度計の判定結果により硫酸排出ラインを切替える流路切替手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項２】
硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の添加水を供給する水供給手段と、上記装置塔外部又は内部で排ガスを冷却すると共に増湿する増湿冷却手段とからなる排煙脱硫装置と、上記脱硫装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えた排煙脱硫システムであって、
上記装置塔と上記増湿冷却手段又は上記水供給手段のいずれか一方又は両方および上記濃縮槽とを接続する硫酸排出ラインと、上記排煙脱硫装置から排出される硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計と、硫酸濃度計の判定結果により硫酸排出ラインを切替える流路切替手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記硫酸排出ラインの切替が、判定値以上の場合には硫酸の送液を石膏反応槽又は濃縮槽とすると共に、判定値未満の場合には、硫酸の送液を増湿冷却装置又は水供給手段のいずれか一方又は両方とすることを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
上記硫酸濃度計が硫酸流入ラインと硫酸排出ラインとを備えた所定容積の計測槽と、該計測槽の重量を測定する秤とを具備してなり、硫酸を連続的に給液しつつ濃度を計測することを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
上記判定値の硫酸濃度が１％であることを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項６】
請求項１又は２において、
排煙脱硫装置が、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口と該排ガスの排出口を上記装置塔の上部及び下部に有すると共に、該塔内に設けられた触媒槽層の上方に硫酸生成用の水の供給器を備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項７】
請求項１又は２において、
上記排ガスがボイラ、ガスタービン、エンジン及び各種焼却炉から排出されるガスであり、排ガス中の煤塵を除去する煤塵除去手段を備えてなることを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項８】
硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙脱硫装置からの硫酸の濃度を計測し、硫酸濃度が１％未満の場合には、増湿冷却用の供給水又は触媒水分添加用の散水として利用すると共に、硫酸濃度が１％以上の場合には、石灰スラリーと反応して石膏を得ることを特徴とする排煙脱硫システムの運転方法。
【請求項９】
硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙脱硫装置からの硫酸の濃度を計測し、硫酸濃度が１％未満の場合には、増湿冷却用の供給水又は触媒水分添加用の散水として利用すると共に、硫酸濃度が１％以上の場合には硫酸を濃縮することを特徴とする排煙脱硫システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジンや焼却炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するための排煙脱硫システムに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、排ガス中の硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。他の方法としては、乾式法の活性炭による吸着法が知られている。
【０００３】
上記従来の石灰−石膏法では、石灰石または消石灰スラリーを排ガス中にスプレーすることにより、排ガスの増湿冷却及びＳＯx の吸収を同時に行っている。このため、多量のスラリーを循環する必要があり、スラリーを循環するための動力及び多量の水が必要となる。
【０００４】
一方、乾式法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を加熱によって脱離させるため、大量の熱を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の損耗等が問題になる。したがって、本発明の目的は、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を必要とせず、しかも脱硫の際に高い濃度の硫酸を得ることのできる脱硫装置を提供することにある。
【０００５】
このため、排ガス中のＳＯｘを除去する装置として活性炭素繊維等の多孔質炭素材料に排ガス中のＳＯｘを吸着させ、多孔質炭素材料の触媒作用を利用して排ガス中に含まれる酸素により硫黄成分を酸化させ、これを水分に吸収させて硫酸として多孔質炭素材料から除去することが提案されている（特開平１１−３４７３５０号公報参照）。
【０００６】
この活性炭素繊維を用いた従来の排煙処理装置では、排ガス中のＳＯｘを吸着するための活性炭素繊維槽を吸着塔内に配設し、排ガスを供給して活性炭素繊維の表面でＳＯ2 をＳＯ3 に酸化し、生成したＳＯ3 が供給された水と反応して、硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）を生成するようにしている。
【０００７】
ここで、脱硫により得られた硫酸はその後、濃縮して所定濃度の硫酸としたり、石灰スラリーと反応させて石膏スラリーとし、石膏を得るようにしている。
【０００８】
ところで、脱硫装置からの硫酸は運転条件や排ガスの状態により脱硫装置から排出される硫酸の濃度に差があり、ある一定濃度以下の硫酸では石膏を生成させても石膏を分離回収することが困難になるという問題がある。このため、従来では、石膏製造能力がない低濃度の硫酸は産業廃棄物として処理する必要があるという問題がある。
【０００９】
また、石膏を製造することなく希硫酸を製造する場合においても、あまりにも低濃度であると、濃縮設備の大型化となり、硫酸製造設備のコストが増大するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑み、産業廃棄物の排出を無くし、効率的な排煙脱硫システムを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の添加水を供給する水供給手段と、上記装置塔外部又は内部で排ガスを冷却すると共に増湿する増湿冷却手段とからなる排煙脱硫装置と、該排煙脱硫装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させ、石膏スラリーを得る石膏反応槽と、該石膏反応槽により得られた石膏スラリーから水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えた排煙脱硫システムであって、上記装置塔と上記増湿冷却手段又は上記水供給手段のいずれか一方又は両方および上記石膏反応槽とを接続する硫酸排出ラインと、上記排煙脱硫装置から排出される硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計と、硫酸濃度計の判定結果により硫酸排出ラインを切替える流路切替手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１２】
第２の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の添加水を供給する水供給手段と、上記装置塔外部又は内部で排ガスを冷却すると共に増湿する増湿冷却手段とからなる排煙脱硫装置と、上記脱硫装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えた排煙脱硫システムであって、上記装置塔と上記増湿冷却手段又は上記水供給手段のいずれか一方又は両方および上記濃縮槽とを接続する硫酸排出ラインと、上記排煙脱硫装置から排出される硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計と、硫酸濃度計の判定結果により硫酸排出ラインを切替える流路切替手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、上記硫酸排出ラインの切替が、判定値以上の場合には硫酸の送液を石膏反応槽又は濃縮槽とすると共に、判定値未満の場合には、硫酸の送液を増湿冷却装置又は水供給手段のいずれか一方又は両方とすることを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、上記硫酸濃度計が硫酸流入ラインと硫酸排出ラインとを備えた所定容積の計測槽と、該計測槽の重量を測定する秤とを具備してなり、硫酸を連続的に給液しつつ濃度を計測することを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一の発明において、上記判定値の硫酸濃度が１％であることを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１６】
第６の発明は、第１又は２の発明において、排煙脱硫装置が、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口と該排ガスの排出口を上記装置塔の上部及び下部に有すると共に、該塔内に設けられた触媒槽層の上方に硫酸生成用の水の供給器を備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１７】
第７の発明は、第１又は２の発明において、上記排ガスがボイラ、ガスタービン、エンジン及び各種焼却炉から排出されるガスであり、排ガス中の煤塵を除去する煤塵除去手段を備えてなることを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００１８】
第８の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙脱硫装置からの硫酸の濃度を計測し、硫酸濃度が１％未満の場合には、増湿冷却用の供給水又は触媒水分添加用の散水として利用すると共に、硫酸濃度が１％以上の場合には、石灰スラリーと反応して石膏を得ることを特徴とする排煙脱硫システムの運転方法にある。
【００１９】
第９の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなる排煙脱硫装置からの硫酸の濃度を計測し、硫酸濃度が１％未満の場合には、増湿冷却用の供給水又は触媒水分添加用の散水として利用すると共に、硫酸濃度が１％以上の場合には硫酸を濃縮することを特徴とする排煙脱硫システムの運転方法にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明による排煙脱硫装置の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１に基づいて排煙処理装置を備えた排ガス処理システムを説明する。
【００２３】
図１の排ガス処理システムは、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置での脱硫により硫酸とするものである。図１に示すように、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ１と、該ボイラ１からの排ガス１００中の煤塵を除去する除塵機２と、除塵された排ガスを脱硫塔４内に供給する押込みファン３と、脱硫塔４に供給する前段で（又は塔内で）排ガス１００を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１６と、触媒層６を内部に配設し、塔側壁の導入口５から排ガス１００を供給すると共に、触媒層６の上方から散水ノズル７で水を供給して、排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）まで脱硫反応させる脱硫塔４と、塔部の排出口１２から脱硫された浄化排ガスを外部へ排出する煙突１３と、上記脱硫塔４から排出ポンプ１０を介して硫酸を濃縮する硫酸濃縮槽５０と、上記脱硫塔４から排出される硫酸の排出ライン６１から分枝され、硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計６２と、該濃度計６２の測定値から硫酸ラインの切替バルブ６３を切替制御する制御手段６４とを具備するものである。
なお、脱硫塔４から排出される浄化された排ガスを排出するラインには必要に応じてミストエリミネータ１９を介装し、排ガス中の水分を分離するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、上記ボイラ１では、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるために、石炭や重油等の燃料ｆが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ１の排ガスには硫黄酸化物（ＳＯｘ )が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に集塵機２で除塵される。
【００２５】
上記除塵された排ガス１００は押込みファン３により下部側壁の導入口５から脱硫塔４内に導入される。脱硫塔４の内部には活性炭素繊維層で形成される触媒層６が備えられ、該触媒層６には硫酸生成用の水が水供給手段から供給される。水が上部から供給された触媒層６の内部に排ガスを下部から通過させることにより、排ガス１００からＳＯｘを反応除去する。触媒層６を通過した排ガスは排出口１２から排出され、煙突１３を通して大気に放出される。
【００２６】
上記触媒層６は複数の活性炭素繊維層からなる触媒を備え、各々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。この反応メカニズムを示す。
ＳＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＳＯ4 
【００２７】
上記反応除去された硫酸Ｈ2 ＳＯ4 は希硫酸となって排出ポンプ１０を介して硫酸タンクに排出される。このようにして、触媒層６の活性炭素繊維層の中で排ガス１００中の二酸化硫黄ＳＯ2 を吸着して酸化し、水Ｈ2 Ｏと反応させて硫酸Ｈ2 ＳＯ4 を生成して離脱除去することにより、排ガス流の脱硫が行われる。
【００２８】
上記硫酸濃度計６２は既知容積の測定容器６５と、該容器６５内に硫酸を連続的に供給すると共に排出する硫酸流入ライン６６及び硫酸排出ライン６７と、上記容器６５内に供給された硫酸の重さを連続的に供給する秤６８とを具備するものである。
【００２９】
上記硫酸濃度計６２を用いて硫酸濃度を計測して、硫酸のラインを切替える手法について以下説明する。
【００３０】
図２は硫酸濃度判定のフロー図である。図２に示すように、脱硫塔４の硫酸溜め部４ａから排出ライン６１により排出された硫酸の一部を硫酸濃度計６２の測定容器６５内に流入ライン６６を介して連続して供給する（Ｓ−１１）。上記硫酸濃度計６２の秤６８により硫酸の濃度を連続的に計測する（Ｓ−１２）。次に、該濃度を制御手段６４において所定の濃度（例えば１％）以上であるか否かを判定する（Ｓ−１３）。判定の結果、所定の濃度の判定値（例えば硫酸濃度が１％）以上であった場合には、切替バルブ６３の切替により、硫酸濃縮槽５０へ給液するためのラインを切替る（Ｓ−１４）。一方、判定の結果、所定の濃度の判定値（例えば硫酸濃度が１％）未満であった場合には、切替バルブ６３の切替により、増湿冷却装置１６へ給液するためのラインを切替る（Ｓ−１５）。この計測を連続的に行うことにより、従来のバッチ式の硫酸濃度の計測のようなタイムラグが生じることがなくなる。
【００３１】
ここで、本発明で用いる活性炭素繊維の一例及びその製造例の一例を下記に示す。
本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３に基づいて排煙処理装置を備えた排ガス処理システムを説明する。
【００３３】
図３の排ガス処理システムは、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置での脱硫により硫酸とし、該硫酸に石灰スラリーを供給して石膏を製造するものである。
図３に示すように、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ１と、該ボイラ１からの排ガス１００中の煤塵を除去する除塵機２と、除塵された排ガスを脱硫塔４内に供給する押込みファン３と、脱硫塔内又は塔に供給する前に排ガス１００を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１６と、触媒層６を内部に配設し、塔下部側壁の導入口５から排ガス１００を供給すると共に、触媒層６の上方から散水ノズルで水を供給して、排ガス中のＳＯｘを硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）まで脱硫反応させる脱硫塔４と、塔頂部の排出口１２から脱硫された浄化排ガスを外部へ排出する煙突１３と、脱硫塔４から排出ポンプ１０を介して硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）を貯蔵すると共に石灰スラリー５１を供給して石膏を析出させる石膏反応槽５２と、石膏を沈降させる沈降槽（シックナー）５３と、石膏スラリー５４から水分を排水（濾液）５７として除去して石膏５５を得る脱水器５６と、上記脱硫塔４から排出される硫酸の排出ライン６１から分枝され、硫酸の濃度を計測する硫酸濃度計６２と、該濃度計６２の測定値から硫酸ラインの切替バルブ６３を切替制御する制御手段６４とを具備するものである。
また、本実施の形態においては、脱硫塔４から排出される硫酸中のＳＳ（浮遊物質）を沈殿させる静置槽７０を硫酸濃度計６２の全流側の流入ライン６６に設けている。
【００３４】
図１のシステムでは、脱硫して得られた硫酸を硫酸のままで使用するものであるが、図３のシステムでは、硫酸に石灰スラリーを供給して石膏スラリーを得た後、脱水して石膏として利用するものである。
【００３５】
本実施の形態によれば、硫酸濃度を計測するのに際し、静置槽７０を設けてＳＳ（浮遊物質）を沈殿させた後に硫酸を連続的に流通させることで、計量容器内の硫酸の重量・温度を計ることにより比重を求め、第１の実施の形態よりも高精度な硫酸濃度を計測するようにしている。
【００３６】
なお、判定のフロー図は図２とほぼ同様であり、判定の結果、所定の濃度の判定値（例えば硫酸濃度が１％）以上であった場合には、切替バルブ６３の切替により、石膏反応槽５２へ給液するためにラインを切替るようにすればよい。
【００３７】
また、所定の濃度の判定値（例えば硫酸濃度が１％）未満の場合には、増湿冷却用の供給水又は触媒水分添加用の散水として利用すると共に、硫酸濃度が１％以上の場合には触媒水分添加用のラインのみ工水に切り替え、硫酸を増湿冷却用にのみ利用することにより硫酸を濃縮するようにしてもよい。
【００３８】
以上のように、脱硫装置から排出される硫酸濃度が所定値未満の場合の極低濃度の硫酸を再起動時の増湿冷却水とし使用することにより、産業廃棄物としての処理する必要がなくなると共に、所定値以上の場合には、石膏反応が効率よく行うことができ、システム効率の向上を計ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、脱硫システムにおいて連続的に硫酸を計測できる硫酸計測装置を設け、該硫酸濃度の連続的な計測により、硫酸濃度が薄い場合には、廃棄物として処理する必要がなくなる。また、硫酸濃度が所定値以上の場合には、硫酸濃縮槽へ供給することで所望濃度の硫酸を効率的に製造することができる。また、所定値以上の濃度の硫酸を供給して石灰スラリーと反応させることで、良好な石膏を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる排煙処理装置を備えた排ガス処理システム（硫酸製造）の概略図である。
【図２】硫酸濃度計測のフロー図である。
【図３】本実施の形態にかかる排煙処理装置を備えた排ガス処理システム（石膏製造）の概略図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
１００ 排ガス
２ 除塵機
３ 押込みファン
４ 脱硫塔
５ 導入口
６ 触媒層
７ 散水ノズル
１０ 排出ポンプ
１２ 排出口
１３ 煙突
１６ 増湿冷却装置
１９ ミストエリミネータ
５０ 硫酸濃縮槽
５１ 石灰スラリー
５２ 石膏反応槽
５３ 沈降槽（シックナー）
５４ 石膏スラリー
５５ 石膏
５６ 脱水器
５７ 排水（濾液）
６２ 硫酸濃度計
６３ 切替バルブ
６４ 制御手段
６５ 測定容器
６６ 硫酸流入ライン
６７ 硫酸排出ライン
６８ 秤
【図１】
0003924157.tif 000002
【図２】
0003924157.tif 000003
【図３】
0003924157.tif 000004