JPH04135617A

JPH04135617A - スパウト流動層による乾式脱硫方法

Info

Publication number: JPH04135617A
Application number: JP2256709A
Authority: JP
Inventors: Naruhito Takagi; 高木　成仁; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Takaharu Kurumachi; 車地　隆治; Tadashi Nosaka; 野坂　忠志
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-05-11

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］本発明はスパウト流動層を用いる乾式方法により効率良
く脱硫する方法、装置に関するものである。

［従来の技術］火力発電所における重油焚、石炭焚ボイラから排出され
る排ガス中には、硫黄化合物（ＳＯｘ）やＨＣｌ、ＮＯ
ｘなどの酸性有害物質が通常、１００〜３．ＯＯＯｐｐ
ｍの割合で含まれており、酸性雨や光化学スモッグの原
因物質とされるため、その効果的な処理手段が望まれて
いる。従来から湿式法（例えば石灰石−石膏法）または
乾式法（活性炭法）が実施されているが、湿式法は有害
物質の除去率が高い反面、廃水処理が困難で、煙突から
の白煙を防止するために排ガスを再加熱する必要があり
、設備費や運転費が高く、乾式法では高い除去率が得ら
れないという問題があった。このため、無排水の低コス
トプロセスで高い除去率が得られる脱硫方法の開発か望
まれている。

ボイラなどの排ガスの脱硫法としては、上記方法のほか
に、消石灰やそのスラリを排ガス中に噴霧する半乾式法
や、火炉内あるいは煙道内の高温ガス中に石灰石を直接
供給して酸性有害物質を除去する乾式法が提案されてい
る。以上の方法は設備費や運転費が安いという特徴を有
しているが、いずれも酸性有害物質の除去率が低いとい
う問題がある。

これに対して、低温の排ガス中にカルシウム系脱硫剤、
例えば消石灰や生石灰を供給して、乾式法で主に硫黄化
合物を除去する方法か見直されている。この方法の代表
的なフローシートを第８図に示す。ボイラ５１からの排
ガスはエアヒータ５２で温度を下げられ、脱硫装置５５
に導かれる。

消石灰などの脱硫剤はボイラ５１、煙道５３または脱硫
装置５５内に脱硫剤供給管５つより噴霧して供給され、
この時水も水スプレーノズル５４から供給されることに
より排カスの温度を下げ、湿度を上げる。この除水は脱
硫剤と別に供給しても、脱硫剤をスラリとして同時に供
給してもよい。反応した脱硫剤は排ガス中の灰とともに
集塵装置５６て捕集され、回収ダスト管６１から廃棄さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］前記従来技術において、脱硫装置５５の入口付近では脱
硫剤の表面がフレッシュであるため、酸性有害物質の除
去率は排ガス中の水分（相対湿度）に影響を受けるとさ
れている。このように、反応初期で脱硫剤の活性が高い
条件において酸性有害物質の除去率を上げるためには、
排ガスの温度を下げ、水分を上げることが必要である。

水や消石灰スラリを噴霧する方法が提案されているが、
このようなガス中の水分濃度を上げる方法では酸性有害
物質の除去率の向上は十分てはない。すなわち、脱硫装
置５５の中間部から出口付近においては、脱硫剤により
酸性有害物質の５０％以上が通常除去されているため、
酸性有害物質の濃度は数千ｐｐｍから数百ｐｐｍにまで
低下している。このような酸性有害物質の濃度において
は、低濃度の酸性有害物質とある程度反応した脱硫剤と
の反応となるために、反応速度か低下する。従ってこの
反応領域においては、脱硫剤の境膜抵抗を小さくするか
脱硫剤の滞留時間を長くすることが重要となる。従来、
酸性有害物質の除去率を８０％以上にするためには、ガ
ス側の滞留時間を１０秒以上に設定するか、あるいは脱
硫装置５５の高さを数十ｍ以上にする必要があるため、
脱硫装置５５の寸法が大きくなりすぎる傾向がある。（
例えは、ＥＰＡ　Ｆｉｒｓｔ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ＦＧ
Ｄ　ＳＯ２Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ。

１９８８．１０．ＳＴ、Ｌｏｕｉｓ、特開昭６１−２８
７４２１号）。

また、脱硫剤の利用率を向上させるため、集塵装置５６
で捕集された未反応の脱硫剤を含む粒子をリサイクルす
る場合、集塵装置５６で処理しなければならない粒子量
が増加し、集塵装置５６の処理容量を増やさなけれはな
らなくなる。また、リサイクルのための設備も必要にな
るなめ、設備費や運転費も高くなるという問題があった
。

このように、上記従来技術は、酸性有害物質の濃度が低
下した場合の脱硫剤粒子との反応について、十分な配慮
がなされておらず、脱硫率か低くなり、装置コストが高
価になる問題があった。

そこで、本発明の目的は、脱硫剤の境膜抵抗を小さくす
るか、脱硫剤の滞留時間を長くすることにより装置をコ
ンパクトにして、しかも集塵装置で捕集された未反応の
脱硫剤を含む粒子のリサイクルする量を大幅に低減して
、簡易なシステムで高い脱硫率を得ることにある。

［課題を解決するための手段］本発明の上記目的は、以下のような方法により達成され
る。

すなわち、脱硫装置の下部を少なくとも一個以上のコー
ン構造を有するコーン部とし、該脱硫装置の下部から酸
性有害物質を含む燃焼排ガスを供給すると同時に、脱硫
剤をコーン部の下部から供給して、該コーン部にスパウ
トヘットを形成するスパウト流動層による乾式脱硫方法
、またはその方法を実施するための装置、である。

［作用］脱硫塔の下部を少なくとも１個以上のコーン構造にして
、その最下部から亜硫酸ガス等の酸性有害物質を供給す
ると同時に、カルシウム系化合物等の脱硫剤を供給する
。カスと脱硫剤粒子をコーン部の下部から上部に吹き上
げると、コーン部から出たところでガスは減速されるた
め大きな脱硫剤粒子はガス流れから外れて、下部の方に
再び落下するいわゆるスパウトベットを形成する。この
ようにスパウトベットを形成することにより、反応器内
のガスと脱硫剤粒子の流れが不均一になり、カスと脱硫
剤粒子の混合を激しくすることができる。したがって、
脱硫剤の境膜抵抗は小さくなり脱硫剤の滞留時間を長く
取れるために、装置がコンパクトになり、酸性有害物質
の除去率が上がり脱硫剤の利用率も同時に向上する。さ
らに、脱硫剤だけでスパウトベットが形成できない場合
は、流動媒体を添加すればよい。

ここでは脱硫剤として消石灰（以下Ｃａ（○Ｈ）２と記
す）を例にしてＳＯ２ガスとの脱硫反応について述べる
。脱硫反応は以下に示す反応となる。

Ｃａ　（ＯＨ）２＋Ｓ　Ｏ；＝　Ｃａ　Ｓ○３＋Ｈ７○
　　　（１）Ｃａ（○Ｈ）２　＋Ｓ　Ｏ２＋１／２０２
−＋ＣａＳ○４＋Ｈ２０く１）式は亜硫酸カルシウム（
Ｃａ　Ｓ　Ｏ３）が生成する反応であり、（２）式は石
膏（Ｃａ　Ｓ　Ｏ４）が生成する反応である。上記方法
を採用すると、排ガスにより脱硫剤はコーン部から吹き
上げられながら反応する。コーン部から出たどろで排ガ
スは減速されるため大きな脱硫剤粒子はガス流れから外
れて、下部の方に再び落下するいわゆるスパウトベット
を形成する。このような条件ては、脱硫剤粒子はガスに
より撹拌されるためガス境膜抵抗は小さくなり、脱硫反
応は促進される。また、小粒子に比べ大粒子の脱硫剤の
方が滞留時間が長くなり、大粒子のＣａ利用率も増加す
る。ＳＯ２濃度が高い反応初期においては（１）および
（２）式の反応が迅速に生じているが、Ｓ○２濃度が低
くなる脱硫装置の中間部以降では、本方法を採用するこ
とによりガスと粒子の相対速度を大きく取れるために、
境膜抵抗を小さくするためにも望ましい。また、スパウ
トベットを形成する本方法では、脱硫剤の排ガス中の酸
素（０２）との混合特性も同時に大きくなるために、（
２）式による石膏（ＣａＳＯ，）の生成率も向上する。

以上述べたように、脱硫剤の表面に不活性な化合物か生
成するような反応に本発明は適する。

［実施例コ本発明は、下記の実施例によって、さらに詳細に説明さ
れるが、下記の例では制限されるものではない。本発明
の実施例を第１図に示す。本プロセスは排ガス中のＳＯ
２ガスを除去する脱硫装置１、反応後の脱硫剤粒子、ダ
ストを排ガスから分離する脱塵装置６、脱硫剤ホッパ１
３等の脱硫剤粒子の供給設備およびこれに付属する設備
からなる。ＳＯ２ガスを含む排ガスは、排ガス供給口４
から脱硫剤粒子と共にガス開閉弁３を通ってコーン部２
に入る。ここで脱硫剤粒子と排ガスは激しく混合しなが
ら脱硫装置１の上部の方に移動する。

ここで反応に必要な水蒸気濃度に達しない場合は、脱硫
装置１の入口部に水噴霧をすれば良い。この脱硫装置１
て反応した脱硫剤と排カスは出口管５を経て脱塵装置６
に入る。ここで排ガス中のダストの９９％以上が分離さ
れて、浄化された排カスは排ガスダクト９から系外に廃
棄される。

一方、脱塵装置６で分離されたダストは分離器８に入り
、小さい粒径のダストは廃棄物ダクト９から系外に排出
する。大きい粒径のダストは媒体ダクト１０を通り、流
動媒体ホッパ１４に入る。

脱硫剤粒子、例えは微粉の石灰石、生石灰あるいは消石
灰は、脱硫剤ホッパ１３から供給装置１５を通って脱硫
装置１のコーン部２の下部に通じる粒子供給管１７に送
られる。また流動媒体も必要な場合には流動床ホッパ１
４と供給装置１６を経て粒子供給管１７に送られ、搬送
ガス１つにより、粒子用開閉弁１８を通って脱硫装置１
の下部のコーン部２に供給される。流動媒体あるいは脱
塵装置１て回収した粒子は、いずれも粒子供給管１７内
て混合されて、脱硫装置１に供給される。このような方
法を採用すると、ガスにより脱硫剤はコーン部２から吹
き上げられながら反応する。コーン部２から出たところ
でガスは減速されるため大きな粒子はカス流れから外れ
て、下部の方に再び落下するいわゆるスパウトベットを
形成する。スパウトベットにおいては、粒子はガスによ
り撹拌されるためガス境膜抵抗は小さくなり、脱硫反応
は促進される。また、小粒子に比べ大粒子の脱硫剤の方
が滞留時間が長くなり、大粒子のＣａ利用率（脱硫剤の
Ｓ反応率）も増加する。

流動媒体の供給量は、脱硫装置１下の層差圧を脱硫装置
１と粒子供給管１７とを結ぶ管路に設けた差圧検出器１
１で検出して、制御器１２により供給装置１６を開閉制
御してコントロールする。

スタートアップ、シャットダウンあるいは負荷制御時に
は、ガス開閉弁３と粒子用開閉弁１８を制御することに
より、常に最適なスパウトベットを形成させる。特にコ
ーン部２のガス流速は７ｍ／Ｓ以上に設定することが重
要てこのような条件を取れば安定なスパウトベットが形
成され、粒子の滞留時間も大きくなり脱硫率も大幅に向
上する。

また、コーン部２に耐摩耗性の材料、例えばセラミック
ス板を設置することにより、この部分での摩耗も低減で
きる。

第２図に脱硫装置１下部から排ガスを供給し、コーン部
２の下部から脱硫剤を供給する実施例を示す。この実施
例では、排ガスがコーン部２を通らないために、この部
分での圧力損失が小さくなる特徴を有する。水供給管２
０から脱硫装置ｌの排ガス供給口４に水をスプレーノズ
ル２２を用いて噴霧し、反応に必要な水蒸気分圧に設定
する。

ここで排ガスは脱硫剤と十分反応しながら脱硫装置１下
部に移動する。脱硫装置１出口部には温度検出器２４が
設置されており、ここでの設定温度が飽和温度の１０〜
５０℃になるように水供給管２０に設けた水ポンプ２１
の供給量を制御器２３によりコントロールする。脱硫装
置１出口の排ガス温度が低下し過ぎると、脱塵装置６で
水分が露結し脱硫剤粒子等が付着して閉塞トラブルの原
因となるため、この部分での温度監視は特に重要となる
。

第３図には、脱塵装置６で回収した粒子の一部を脱硫剤
ホッパ１３にリサイクルして、脱硫装置１に供給する実
施例を示す。第１図、第２図においては、脱硫剤と脱塵
装置６で回収した粒子は粒子供給管１７内でライン混合
していたが、本実施例では粒子同志の混合が脱硫剤ホッ
パ１３で行われるために、より脱硫剤と脱塵装［６０収
粒子との混合性は良くなる。この場合、脱塵装置６で回
収した粒子の脱硫剤ホッパ１３への供給量は、分離器８
で系外に排出する粒子量でコントロールすれば良い。

第４図に従来のダウンフロー（脱硫剤とガスを脱硫装置
１の上部から下に向がって供給する）と本発明の粒子滞
留時間を比較した結果を示す。粒子として工業用の消石
灰を用いた結果、空塔速度２５　ｃ　ｍ　／　ｓにおけ
る従来法の粒子滞留時間を１とすれば、本発明の粒子滞
留時間は２０〜４０％増大している。従って本発明を用
いれば脱硫率および脱硫剤のＣａ利用率も向上する。

第５図に反応温度と脱硫率の関係を示す。水蒸気濃度１
２ｖｏ　］％でＳ　Ｏ２：　２　、０００　ｐｐｍの模
擬ガスと消石灰をＣａ　／　Ｓのモル比−３の条件で反
応させた結果、従来法（ダウンフローによる方法）に比
べ本発明を用いたスパウトベット脱硫装置の方が脱硫率
が高いことが分かる。特に本発明において、反応温度を
５０℃に設定すると、脱硫率は９０％以上を達成するこ
とが分かる。

第６図に、第５図と同様の反応条件における反応温度と
Ｃａ利用率の関係を示す。同一の反応条件においては、
脱硫率と同様にＣａ利用率は従来法（ダウンフローによ
る方法）より本発明の方が高い。これは本発明の方か粒
子滞留時間が大きいためと考えられる。

第７図に、第５図と同様の反応条件における空塔速度と
Ｃａ５Ｏ，／ＣａＳ○３のモル比の関係を示す。従来法
（ダウンフローによる方法）の空塔速度２５　ｃ　ｍ　
／　ｓでのＣａ　Ｓ　Ｏ４／　Ｃａ　Ｓ　Ｏ３比を１と
すれば、従来法において空塔速度を７５ｃｍ、／′Ｓに
増加すると０．５以下に減少する。しかし本発明におい
ては、ガスと粒子の混合性が良いために空塔速度を５０
　ｃ　ｍ　／　ｓに設定しても、ＣａＳ　Ｏ４／′Ｃａ
　Ｓ　Ｏ３比は１以上であり、従来法に比べ（２）式の
反応が起こる確立が大きいことか分かる。

以上述べたように、本発明を用いることにより排ガス中
の有害な酸性カスを効率よく除去することが可能となる
。

本実施例で用いる脱硫剤は消石灰、苛性カリ、苛性ソー
ダ、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属化合物が適している。

［発明の効果］本発明によれば、Ｓ０２を含む排ガスと脱硫剤粒子を激
しく混合でき、しかも粒子の滞留時間を大きく取れるた
めに、従来法に比べ同一の反応容積においては、Ｓ０２
ガスの脱硫率および脱硫剤粒子の利用率はいずれも高い
値が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の実施例における
脱硫プロセスのフローシート、第４図は粒子滞留時間と
空塔速度の関係を示す図、第５図は反応温度と脱硫率の
関係を示す図、第６図は反応温度とＣａ利用率の関係を
示す図、第７図は空塔速度とＣａ　Ｓ　Ｏ＜　／　Ｃａ
　Ｓ　Ｏ３比を示した実験データの図、第８図に従来の
脱硫プロセスのフローシートである。第１図１　脱硫装置、２・・・コーン部、４・・・排ガス供給
口、６・・脱塵装置、１３・・・脱硫剤ホッパ、１４・
・・流動媒体ホッパ、１９・・・搬送ガス出願人　バブ
コック日立株式会社代理人　弁理士　松永孝義　はか１名排ガス供給口１４・流動媒体ホッパ空塔速度（ａｍ／ｓ）第図第図第図第図反応温度（’Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）脱硫装置の下部を少なくとも一個以上のコーン構
造を有するコーン部とし、該脱硫装置の下部から酸性有
害物質を含む燃焼排ガスを供給すると同時に、脱硫剤を
コーン部の下部から供給して、該コーン部にスパウトベ
ットを形成することを特徴とするスパウト流動層による
乾式脱硫方法。
（２）脱硫剤に流動媒体を添加することを特徴とする請
求項１記載のスパウト流動層による乾式脱硫方法。
（３）脱硫装置の後続の集塵装置で回収した粒子の少な
くとも一部分を分離して、流動媒体として用いることを
特徴とする請求項２記載のスパウト流動層による乾式脱
硫方法。
（４）スパウトベットの層圧損が一定になるように流動
媒体の供給量を制御することを特徴とする請求項１記載
のスパウト流動層による乾式脱硫方法。
（５）コーン部のガス流速を７ｍ／ｓ以上とすることを
特徴とする請求項１記載のスパウト流動層による乾式脱
硫方法。
（６）脱硫装置には水分を供給し、その供給量は脱硫装
置出口ガス温度で制御することを特徴とする請求項１記
載のスパウト流動層による乾式脱硫方法。
（７）脱硫装置の下部に少なくとも一個以上のコーン構
造を有するコーン部を設け、該脱硫装置の下部に酸性有
害物質を含む燃焼排ガス供給口を設け、該コーン部の下
部に脱硫剤供給口を設け、コーン部にスパウトベットを
形成することを特徴とするスパウト流動層を持つ乾式脱
硫装置。
（８）脱硫装置下部のコーン部に耐摩耗性材料を設置す
ることを特徴とする請求項７記載のスパウト流動層を持
つ乾式脱硫装置。
（９）脱硫装置下部のコーン部に燃焼排ガス用およびス
パウトベット形成用流動媒体供給用の開閉弁をそれぞれ
取り付けることを特徴とする請求項７記載のスパウト流
動層を持つ乾式脱硫装置。