JPH03213122A - 排ガスの脱硫方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粉炭焚ボイラ等の微粉炭燃焼炉の排ガス中
に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する排煙脱硫方
法及び装置、詳しくは、系外からアルカリ剤を添加しな
いか、又は少量のアルカリ剤を石炭灰に加えることによ
り、主として石炭灰中のアルカリ分によって、排ガス中
の硫黄酸化物を除去し、粉末状で吸収法の灰を取り出す
ことができる排ガスの脱硫方法及び装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の排煙脱硫装置は、通常、アルカリ吸収剤を、排ガ
スから除去する硫黄酸化物のモル当量以上水に混入させ
て、溶液又はスラリーの状態で使用されている。このた
め、脱硫後に生成する硫黄化合物は水溶液又はスラリー
状態となり、その硫黄化合物を分離するには、石膏等と
して固液分離するか、亜硫酸ソーダ、硫酸ソーダとして
ｆ発／店縮して結晶させて分離することが必要である。

このような吸収剤を別の場所から排煙脱硫装置まで運搬
することも、脱硫費を増大させる。

従来、特開昭６０−２２９２０号公報には、Ｃａ系脱硫
剤を含むスラリーを煙道内の排ガス中に噴霧して、脱硫
剤を排ガスの顕熱で乾燥粉状化させるとともに、ＳＯ，
と反応させる乾式脱硫法が開示されている。

また、従来、石灰石をボイラ等の燃焼室に投入して脱硫
する方法があるが、この場合は石灰石の投入量を硫黄の
モル当量以上に加えても、脱硫率が高々６０％と低く、
しかも投入する石灰石のため灰の量が増大し、その生成
物は、石炭灰と石膏、亜硫酸カルシウム、未反応の石灰
石等の混合物で、利用価値は低い。

また、特開昭６２−２００１０７号公報には、脱硫剤を
火炉に直接投入し、排煙を水噴霧によって急冷した後捕
集した未反応脱硫剤を含むフライアッシュの塊状物を破
砕、分別し、未反応脱硫剤を火炉へ循環する炉内脱硫法
が開示されている。

さらに、特開昭６３−１４１６２９号公報には、アルカ
リ剤を炉内に吹き込む燃焼炉から発生する排ガス中に、
新たにアルカリ剤を添加することなく、水のみを噴霧し
、水の不飽和範囲内で増湿させ、排ガス中のＳＯＸを飛
散してくるアルカリ剤と反応させるようにした脱硫方法
が開示されている。しかし、この特開昭６３−１４１６
２９号公報記載の方法では、加えるアルカリ分によって
除去される硫黄酸化物の量より、石炭灰によって除去さ
れる硫黄酸化物の量が多い程である。この特開昭６３−
１４１６２９号公報記載の方法では、８０〜９０％の脱
硫率が達成されているが、投入されるアルカリ剤の利用
率は低い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、従来の方法はアルカリ剤を炉内に投入す
るか、又はアルカリ剤のスラリーを炉内もしくは排ガス
中に噴霧するものであるから、種々の問題点を有してい
る。すなわち、廃棄物が増大し、原料費、運搬費が高く
なる。また、スラリーを用いる場合は、装置の摩耗、閉
塞等の問題もある。

一方、石炭灰はセメントに混合されたり、建材等の用途
に一部使用されているものの、大部分は埋立投棄されて
いる。したがって、脱硫剤として使用された石炭灰を従
来の石炭灰と同様な粉末の形態で取り出すことができる
方法は、従来の設備を変更することなく、取扱いも簡単
であり、廃水処理の問題もなく、利点が多い。

本発明は上記の諸点に鑑み、上記の問題点を解決するた
めになされたもので、排ガス中の硫黄酸化物を所定脱硫
率以上に除去するため、石炭灰が保有している脱硫能力
を十分活用して、効率よくかつ安価に脱硫する排ガスの
脱硫方法及び装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記の目的を
達成するためＧこ、請求項１の方法は、第１図に示すよ
うに、微わ）炭燃焼炉ｌから排出される排ガス中に含ま
れる硫黄酸化物を除去する方法において、燃焼炉１に脱
硫剤を供給することなく、燃焼炉１から飛来する石炭灰
に水を噴霧して、ガス中の水の不飽和範囲内で加湿する
ことにより、石炭灰のみで脱硫することを特徴としてい
る。

また、請求項２の方法は、第２図に示すように、微粉炭
燃焼炉１から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物
を除去する方法において、集Ｆ！ａ３により捕集された
石炭灰をさらに微粉に粉砕処理することにより活性化し
た後、排ガス中に再投入して、排ガス中に粉末状に分散
させた状態で、燃焼炉１に脱硫剤を供給することなく、
燃焼炉１から飛来する石炭灰とともに脱硫剤として使用
し、これらの粉体に水を噴霧して、ガス中の水の不飽和
範囲内で加湿することにより脱硫することを特徴として
いる。

また、請求項３の方法は、第３図に示すように、第２図
における集塵機３により捕集された石炭灰をさらに微粉
に粉砕処理することにより活性化する代りに、集塵機３
により捕集された石炭灰に、排ガス中の硫黄酸化物のモ
ル等量以下の量のアルカリを加えて、石炭灰をコーティ
ングするか、又はコーティングしたものを微粉に粉砕処
理することにより活性化することを特徴としている。６
は排ガス加熱器で、集塵機や煙道における閉塞、腐食防
止対策として、脱硫塔を出たガスを再加熱するためのも
のである。

また、請求項４の方法は、第４図に示すように、第２図
における集塵Ｉａ３により捕集された石炭灰をさらに微
粉に粉砕処理することにより活性化する代りに、集塵機
３により捕集された石炭灰に、排ガス中の硫黄酸化物の
モル等量以下の量のアルカリ、及び石膏・石灰を加えて
反応させ、石炭灰を多孔質又は針状の微細構造に変質さ
せて脱硫活性を高めるような処理を行うか、又はこのも
のを微粉に粉砕処理することにより活性化することを特
徴としている。

さらに、請求項５の方法は、請求項１．２．３又は４の
方法において、第５図〜第７図に示すように、脱硫塔２
内に水噴霧ノズル１２により水を噴霧する工程を少なく
とも２段とし、上流側の噴霧水が完全に蒸発した後、次
の段の水噴霧を行うようにしたものである。

そして、請求項６の装置は、第１図に示すように、微粉
炭燃焼炉１の排ガスダクト１１に、水噴霧ノズル１２を
備えた脱硫塔２を設置し、この脱硫塔２の上流側の排ガ
スダクト１１又は脱硫塔２に、集塵機捕集灰の一部を再
投入するための石炭灰循環ライン１３を接続したことを
特徴としている。

また、請求項７の装置は、第２図に示すように、請求項
乙における石炭灰循環ライン１３に、粉砕機７を設置し
たことを特徴としている。

また、請求項８の装置は、第３図又は第４図に示すよう
に、請求項乙における石炭灰循環ライン１３に、アルカ
リを加えて石炭灰と混合するための活性化処理装置５ａ
、又はアルカリと石膏・石灰とを加えて石炭灰と反応さ
せるための活性化処理装置５ｂを設置したことを特徴と
している。

本発明の方法及び装置においては、アルカリとして、Ｃ
ａ（ＯＦＩ）ｚ　、ＣａＯ、ＮａＯＨ，Ｍｇ（ＯＨ）を
等が用いられる。

また、本発明における「活性化」とは、次のことを指称
している。

（１）　　捕集石炭灰の粉砕。

（２）捕集石炭灰の粒子表面に少量のアルカリをコーテ
ィングすること、又はこのものを粉砕すること。

（３）捕集石炭灰に少量のアルカリと、石膏・石灰の少
量とを加えて反応させ、エトリンガイト又はゼオライト
等の構造として、灰の表面積を拡大したり、反応性を高
める処理を行うこと。

又はこのものを粉砕すること。

本発明の方法において、比較的脱硫率が低くても十分な
場合には、投入アルカリ量を０として燃焼排ガス中の石
炭灰のみで脱硫するか、又は捕集した石炭灰を粉砕して
再活性化した後、燃焼排ガスから飛来する石炭灰に混入
して脱硫を行う。

より高い脱硫率を確保するためには、捕集した石炭灰を
更に活性化するために、捕集した石炭灰を粉砕する前、
又は粉砕後に水溶性アルカリ剤を除去硫黄の化学反応量
論量以下のモル量投入して、石炭灰にまぶして乾燥状態
の粉状で再投入し、燃焼排ガスから飛来する石炭灰と混
合して脱硫することにより、全脱硫率を向上させる。さ
らには、捕集した石炭灰にアルカリおよび石膏・石灰を
加えて反応させ、反応活性を改善した状態として、同様
に再投入して脱硫率の向上を計る。

更に、粉体と噴霧水とを効率よく接触させることにより
、脱硫率の向上が可能となるので、水噴霧を繰り返す方
が全体としての効率の向上につながる。

本発明の脱硫方法は、石炭灰の粒子中に含まれるアルカ
リ分の分布、及び石炭灰の成分として含まれるすべての
金属元素が、多かれ少なかれ脱硫効果を有していること
、及び石炭灰の成因から生じる構造上のマイクロポア等
による脱硫作用によるものと考えられる。

通常、石炭灰は水噴霧しない乾固状態では、温度が低下
しても脱硫能力は低く、脱硫装置に使用できる程ではな
い。しかし水噴霧して粒子表面を濡らすことにより、脱
硫能力は大きく増大し、３０〜６０％の脱硫が可能とな
る。これは石炭の品種とか灰の組成とか燃焼状態等によ
り変るものであるが、幾種か試みた石炭灰について、い
ずれも５０％近傍の吸収能力を発揮していた（後述の第
１表参照）。

特定の石炭品種の燃焼灰のミクロ様相の写真や、灰の中
の元素の分布状態の分析等により、これまで種々の石炭
について、つぎのことが明らかになっている。すなわち
、石炭灰中の元素は粒子中にほぼ均一に分布しており、
偏在するものは少ない。

一方、硫黄酸化物の固定化反応は石炭灰粒子の比較的表
面のみで起っている。したがって、吸収剤の石炭灰を粉
砕して表面を増大させ再投入することにより、固定化反
応の可能な表面が増加し、単位重量当りの吸収能力が増
大する。灰分中の成分として、Ｆｅｔｕｓ　、ＣａＯ、
ＭｇＯ、ＮａｇＯｌＫ、Ｏの他にＡＩ、　Ｓｉ、　Ｔｉ
等の酸化物も、灰の生成条件によって、一部は硫黄酸化
物との反応性を有し、硫黄分の固定化に役立つ。煙道中
では排ガスの中に灰分が分散した状態で排ガスが流れて
いる。この排ガス中に水噴霧するに当り、水が蒸発して
排ガス全体の温度が次第に降下するが、飽和温度以上、
好ましくは飽和温度より５°〜１５℃高くなる量を噴霧
するようにする。また、噴霧に当っては、可能な限り石
炭灰粒子が均一に濡れるようにすることが好ましい。こ
のために、全流路断面に均等に配置された複数個の噴霧
ノズルを配置し、また、第５図〜第７図に示すように、
流れ方向に少なくとて２段以上の複数段配置することに
より、粒子の濡れる機会を多くすることが吸収性能向上
にはを利である。更に、前段の噴霧水が完全に蒸発した
状態で次段の噴霧を行うようにする。吸収反応は水が存
在することによって増大するからである。

前述の特開昭６０−２２９２０号公報に示されるように
、アルカリをスラリー状にして噴霧し、吸収部の出口で
ガスが水で未飽和の状態となり、粉末が乾燥状態となる
ような水量のスラリーを投入する方法があるが、この従
来方法に比し、排ガス中に分散した粒子の量及び表面積
を大幅に増加できるので、吸収率を高めるのに効果的で
ある。理由は、水量に対し粉体の量が多い場合には、粒
子を分散させることが困難になるため、粉体の量に制限
が生ずるからである。

脱硫部は、流速と滞留時間との関係から、水分が完全に
蒸発するまでの空間を必要とするので、断面積を大きく
すれば流路は短くなる。

次に、石炭灰の反応アルカリ量が不足する場合には、Ｎ
ａＯＨ等の溶解性アルカリを再粉砕する前に水溶液状で
加えて、不足アルカリ量を補う。この量としては、石炭
灰が吸収する硫黄酸化物の残りの量を補給すればよい。

通常のアルカリ使用量の硫黄酸化物に対するモル当量は
１以上であるが、この場合には１以下でよい。

また、石炭灰の活性を向上させる方法の一つとして、石
炭灰にアルカリ剤並びに少量のＣａ　（ＯＨ）　を及び
石膏を加えて水を加え、８０〜１００℃、５〜１５時間
養生することによりエトリンガイト（３ＣａＯ・ＡＩ、
Ｏ，’３ＣａＳＯｍ’３２ＨｔＯ）又はカルシウムモノ
サルフォアルミネート水和物（３ＣａＯＨＡｌｚｏｌ　
・ＣａＳＯ４・１２１１．０）となり、これを乾燥粉砕
して使用すると、石炭灰中のアルカリ成分を極めて有効
に使用できるようになる。理由は針状構造が発達して表
面積が極めて拡大する（１０倍以上）からである。

このため、灰中のアルカリ成分とＳＯ□が反応した状態
では、結晶がこわれて表面が更新することになり、更に
新しい反応面が生ずる。このために、脱硫性能が向上す
る。この場合、添加するＣａ　（Ｏｆｆ）　ｚは燃焼炉
側から飛来する石炭灰に対して１０〜３０−ｔ％とし、
添加する２水石膏は燃焼炉から飛来する石炭灰に対して
１０〜３０−ｔ％とするのが望ましい。

なお、Ｃａ　（ＯＨ）　ｘの代りにＣａＯを使用しても
差し支えない。

上記のような反応は、カルシウム以外のＮａ、　Ｋ、Ｍ
ｇ、　Ｆｅ等のような元素についてもそれぞれあり（物
質としては異なる）、例えば、ゼオライト等の物質が生
成し吸着面を増加させる。本発明は、このようなものを
含めて反応物を再使用することも、含んでいる。

排ガス中に浮遊する粉体は、水噴霧によって凝集する効
果があり、比較的微細な粉末は凝集して太き（なり、沈
降しやすくなる。したがって、脱硫部で沈降する石炭灰
の量が増加することとなる。

この現象は、後続する集塵機の負荷を下げることでは利
点となるが、吸収部での脱硫に対しては、空間保持時間
が短くなるので欠点となる。この欠点を少なくするため
に、流速を少し速目とし沈降を少なくするか、上向流と
して保持時間を延ばすようにする。したがって、吸収部
は上下方向に排ガスを流すようにすることが望ましい。

本発明の方法においては、排ガスの状態は飽和湿度以下
であり、湿式の脱硫装置に比して構造材料はややグレー
ドを落とすことができ、安価な材料を使用できるが、望
ましくは、吸収部に入る排ガスと吸収部出口の排ガスと
を熱交換するか、又は出口排ガスを加熱することにより
、材料の保護を計ることが望まれる。加熱することによ
り、後続の機器の材料は安価なものが使用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示すように、灰分１５．５ｗｔ％、８分０．３
４ｗｔ％の石炭（炭種Ａという）を、第８図に示す微粉
炭燃焼ボイラ１５で燃焼させた。排ガスを脱硫塔２に導
入し、水を噴霧して、ガス中の水の不飽和範囲内で加温
し、脱硫性能を測定した。

脱硫塔２に入る前め排ガス中の発生５Ｏｘ４度は２４９
ｐｐｍであった。この排ガスに水を噴霧して脱硫後の排
ガス温度を６０℃及び７０℃とした場合の脱硫率は、第
１表に示す如くであった。

実施例２ 灰分４．３ｗｔ％、８分０．４７ｗｔ％の石炭（炭種Ｂ
という）を用いて、実施例１と同じ条件で測定した。

結果は第１表に示す如くであった。

第　　１　　表 実施例３ 実施例１における炭種の石炭灰をボールミルで２０　ｈ
ｒ粉砕してブレーン比表面積を３０００ｃ＋Ｊ／ｇから
６０００ｅ＋Ｊ／ｇに増加させた粉砕石炭灰を、第２図
に示すフローに従って、燃焼炉からの排ガスに混入し、
なお、燃焼炉からの排ガス中の石炭灰と、粉砕石炭灰と
の比率（重量）は１：２であった。第２表に示すように
粉砕しない石炭灰のみの場合の脱硫率を４５〜５５％と
すると、本例の場合の脱硫能は６０〜７０％であった。

実施例４ 実施例１における炭種の石炭灰に、排ガス中の硫￥を酸
化物の０．５〜０．８モル当量のＮａＯＨを溶解した水
溶液を加えて、石炭灰をコーティングし、この石炭灰を
第３図に示すフローに従って、燃焼炉からの排ガスに、
混入し、脱硫塔に導入し、水を噴霧して、ガス中の水の
不飽和範囲内で加Ｙ！することにより、脱硫処理した。

なお、燃焼炉からの排ガス中の石炭灰と、アルカリをコ
ーティングした石炭灰（アルカリを除く）との比率（重
量）は１：２であった。第２表に示すように、本例の場
合の脱硫能は６０〜９５％であった。

実施例５ 実施例１における炭種の石炭灰に、排ガス中の硫黄酸化
物の０．８モル当量のＮａＯＨ１燃焼炉から飛来する石
炭灰に対して１０ｗｔ％の石膏、燃焼炉から飛来する石
炭灰に対して２０ｈｔ％のＣａ　（ＯＨ）　ｚ及び水を
加えてエトリンガイト反応させた石炭灰を、第４図に示
すフローに従って、燃焼炉からの排ガスに混入し、脱硫
塔に導入し、水を噴霧して、ガス中の水の不飽和範囲内
で加湿することにより、脱硫処理した。なお、燃焼炉か
らの排ガス中の石炭灰と、エトリンガイト反応させた石
炭灰（アルカリ、石膏、Ｃａ　（ＯＨ）　２を除く）と
の比率（重Ｍ）はｌ：２であった。第２表に示すように
、本例の場合の脱硫能は８０〜９０％であった。

第　　２　　表 〔注〕脱硫能は石炭灰のみの脱硫率を 上記とした時の脱硫率で示す。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、次のような
優れた効果を奏する。

（１）石炭灰のみによる脱硫、又は石炭灰を主とする脱
硫であるので、原料費が節約でき運転費が安価である。

（２）　　排ガス中にスプレーするのは水のみであり、
排ガスは未飽和であるため、再加熱の熱量も少なくてよ
い。

（３）排出される石炭灰は、幾分湿った状態ではあるが
、乾燥＄５）束状であり、従来使用されている灰処理装
置がそのまま使用可能である。

（４）石炭灰の粉砕による発熱によって、湿気分は蒸発
するため、石炭灰の再投入は容易である。

（５）　　再投入のむ（砕灰は煙道に投入できるため、
ボイラに対する影響はほとんど無い。

（６）設備を安価な材料で製作できるため、設備費が安
価となる。

（７）　　排水がなく、排水処理設備は不要である。

【図面の簡単な説明】

第１［Ｎは本発明の排ガスの脱硫装置の一実施例を示す
フローシート、第２図〜第４図は本発明の排ガスの脱硫
装置の他の実施例を示すフローシート、第５図〜第７図
は脱硫塔の例を示す説明図、第８図は本発明の実施例１
．２で使用した装置のフローシートである。 １・・・燃焼炉、２・・・脱硫塔、３・・・集塵機、４
・・・煙突、５ａ、５ｂ・・・活性化処理装置、６・・
・排ガス加熱器、７・・・粉砕機、１１・・・排ガスダ
クト、１２・・・水噴霧ノズル、１３・・・石炭灰循環
ライン、１５・・・微粉炭燃焼ポイラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　微粉炭燃焼炉から排出される排ガス中に含まれる硫
   黄酸化物を除去する方法において、燃焼炉に脱硫剤を供
   給することなく、燃焼炉から飛来する石炭灰に水を噴霧
   して、ガス中の水の不飽和範囲内で加湿することにより
   、石炭灰のみで脱硫することを特徴とする排ガスの脱硫
   方法。 ２　微粉炭燃焼炉から排出される排ガス中に含まれる硫
   黄酸化物を除去する方法において、集塵機により捕集さ
   れた石炭灰をさらに微粉に粉砕処理することにより活性
   化した後、排ガス中に再投入して、排ガス中に粉末状に
   分散させた状態で、燃焼炉に脱硫剤を供給することなく
   、燃焼炉から飛来する石炭灰とともに脱硫剤として使用
   し、これらの粉体に水を噴霧して、ガス中の水の不飽和
   範囲内で加湿することにより脱硫することを特徴とする
   排ガスの脱硫方法。 ３　集塵機により捕集された石炭灰をさらに微粉に粉砕
   処理することにより活性化する代りに、集塵機により捕
   集された石炭灰に、排ガス中の硫黄酸化物のモル等量以
   下の量のアルカリを加えて、石炭灰をコーティングする
   か、又はコーティングしたものを微粉に粉砕処理するこ
   とにより活性化することを特徴とする請求項２記載の排
   ガスの脱硫方法。 ４　集塵機により捕集された石炭灰をさらに微粉に粉砕
   処理することにより活性化する代りに、集塵機により捕
   集された石炭灰に、排ガス中の硫黄酸化物のモル等量以
   下の量のアルカリ、及び石膏・石灰を加えて反応させ、
   石炭灰を多孔質又は針状の微細構造に変質させて脱硫活
   性を高めるような処理を行うか、又はこのものを微粉に
   粉砕処理することにより活性化することを特徴とする請
   求項２記載の排ガスの脱硫方法。 ５　水を噴霧する工程を少なくとも２段とし、上流側の
   噴霧水が完全に蒸発した後、次の段の水噴霧を行うこと
   を特徴とする請求項１、２、３又は４記載の排ガスの脱
   硫方法。 ６　微粉炭燃焼炉（１）の排ガスダクト（１１）に、水
   噴霧ノズル（１２）を備えた脱硫塔（２）を設置し、こ
   の脱硫塔（２）の上流側の排ガスダクト（１１）又は脱
   硫塔（２）に、集塵機捕集灰の一部を再投入するための
   石炭灰循環ライン（１３）を接続したことを特徴とする
   排ガスの脱硫装置。 ７　石炭灰循環ライン（１３）に、粉砕機（７）を設置
   したことを特徴とする請求項６記載の排ガスの脱硫装置
   。 ８　石炭灰循環ライン（１３）に、アルカリを加えて石
   炭灰と混合するための、又はアルカリと石膏・石灰とを
   加えて石炭灰と反応させるための活性化処理装置（５ａ
   又は５ｂ）を設置したことを特徴とする請求項６記載の
   排ガスの脱硫装置。