JPH06210128A

JPH06210128A - 乾式排煙脱硫方法

Info

Publication number: JPH06210128A
Application number: JP5021608A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Aoki; 一三青木; Hiroshi Yanagioka; 洋柳岡; Takashi Kimura; 隆木村; Ataru Wakabayashi; 中若林; Kazushige Kawamura; 和茂川村
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】妥当な脱硫率を維持しつつ容易な運転で経済
的に石炭焚き火炉からの排煙を脱硫するために、新規な
乾式排煙脱硫方法を提供する。【構成】本乾式排煙脱硫方法は、石炭焚き火炉から排
出された排煙と、石炭焚き火炉から排出されたボトムア
ッシュを主成分とする脱硫剤とを高温下で接触させて、
排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成分とを反応させ
る工程を含む。好適には、脱硫剤は、石炭焚き火炉から
排出されたボトムアッシュに石灰、又は石灰石を添加し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭焚き火炉に容易に
適用できる乾式排煙脱硫方法に関し、更に詳細には、建
設コスト及び運転コストが共に低く、かつ運転が容易な
装置によって石炭焚き火炉からの排煙を簡易に脱硫でき
る、例えば産業基盤の未だ整備不十分な新興工業国等で
も比較的簡単に適用できる乾式排煙脱硫方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚き火炉は、燃料として石炭、一般
には石炭を粉砕して得た微粉炭を燃焼させる火炉であっ
て、例えば火力発電所等の蒸気発生ボイラー用の燃焼炉
に使用されている。石炭焚き火炉は不純物の多い石炭を
燃料としているため、そこから発生する排煙は、炭酸ガ
スと共にＳＯ₂ガスを始めとする多量の有害物質を含有
している。そのため、通常、排煙を大気中に放散する前
に、ＳＯ₂ガスを除去して公害の発生を防止している。
石炭焚き火炉の排煙中からＳＯ₂ガスを除去する排煙脱
硫法として、従来から湿式排煙脱硫方法と乾式排煙脱硫
方法が既知である。

【０００３】湿式排煙脱硫方法では、脱硫剤として価格
の安い石灰石を主に使用している所謂湿式石灰石−石膏
排煙脱硫法が広く実施されている。この湿式排煙脱硫方
法は、典型的には次の化１の式に示す反応により、排煙
中のＳＯ₂ガスを石膏に固定して除去する方法である。

【化１】

【０００４】石炭焚き火炉から排出された排煙は、除塵
された後、反応塔に送入され、そこでスラリ−状の石灰
石水溶液と接触しつつ排煙中のＳＯ₂ガスが石灰石と反
応して石膏として固定除去される。脱硫された排煙は、
その比重を空気より軽くするため加熱された後、煙突か
ら放散されている。上述の湿式排煙脱硫法は、９０％か
ら９８％に達する除去率で亜硫酸ガスを除去できるの
で、我が国の大型の石炭焚き火力発電所では現在最も多
数採用されている。

【０００５】一方、乾式排煙脱硫方法は、火炉内に脱硫
剤を直接投入することによって、脱硫設備自体の設備費
の軽減を図った方法であり、また脱硫率を上げるために
半湿式のスプレ−ドライヤ形式の装置を付加する等の簡
易型の排煙脱硫法も提唱されている。乾式排煙脱硫方法
は、一般には、湿式排煙脱硫方法と同様に価格の安い石
灰石を脱硫剤として使用し、原理的には次の化２の式に
示す反応により排煙中のＳＯ₂ガスを除去している。

【化２】石灰石は、微粉化した石灰石を直接火炉内に噴霧するこ
とによって、又は予め燃料用微粉炭に添加することによ
って、火炉内に導入されている。生成した石膏は、石炭
灰と共に火炉の底部から抜き出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、乾式排煙脱
硫方法は、湿式排煙脱硫方法に較べて、実施装置の価格
が安いと言う利点を有するが、脱硫率が２０〜６０％と
低い上に、火炉の炉内温度を比較的低い温度、例えば８
００°Ｃ程度に抑えることが必要なことから燃焼効率が
悪く、更には投入した石灰石による炉壁及び蒸気管のエ
ロージョン、或いは比較的低温での反応のために石灰石
を多量に（硫黄の２〜３倍当量）投入しなければならな
い等の解決すべき問題点を有している。更に、石灰石か
ら転化した石膏と石炭灰とが一緒になって火炉から排出
されるため、灰捨量が増大し、そのためその廃棄に費用
と場所を要する等の副生物の処理の点からも問題が大き
い。

【０００７】仮に、装置のコストが湿式排煙脱硫法の８
０％であっても、脱硫率が６０％であるならば、却って
単位硫黄除去量当たりのコストが高い装置となるのは明
らかであって、例え、設備が安価であっても費用対効果
の面で意味をなさないことになる。しかも、提案されて
いる乾式排煙脱硫方法の中には、脱硫設備自体は安価で
も、後段にバグフイルタ−などの高価な脱塵装置を必要
とするものもあり、全体の排煙処理設備としてはかえっ
て高価になるものもある。以上のような技術的或いは経
済的に解決すべき問題があって、乾式排煙脱硫方法は、
未だ商業的実用化に至っていないのが実情である。

【０００８】一方、前述の湿式排煙脱硫方法を実施する
に当たっての条件は、第１には、石灰石のスラリー化装
置、石灰石スラリーと排煙とを接触させてＳＯ₂ガスを
石膏に固定する反応塔、反応塔を出た後の排煙を加熱す
る加熱器、反応塔内で晶出した石膏を分離する分離器、
石膏を分離した後の石灰石スラリー廃液を処理する排水
処理装置等の設置とその運転を必要とするため、設備費
と運転費が嵩むことであって、それに見合う総合的な経
済性が要求される。第２には、装置が上述のように複雑
な設備から構成されているので、装置を運転するには、
知識と経験を有する熟練した多数のオペレータが必要な
ことである。第３には、副産物である石膏を有効に利用
できる用途が存在することである。石膏が利用できない
場合には、石膏を廃棄するために、費用と場所が必要に
なり、それだけ運転コストが高くなる。

【０００９】従って、周囲の状況から判断して、高い設
備費と運転費とを負担してまで、高い脱硫率を維持する
必要性が低い場合には、湿式排煙脱硫方法の適用は、そ
の高コストと運転困難性から適当とは言えない。即ち、
経済上の問題があり、産業基盤が未整備で、以上のよう
な条件を満足できないようなところ、例えばいわゆる新
興工業国等で湿式排煙脱硫方法を実施することは、現実
には非常に困難なことである。現に、アジア等に存在す
る新興工業国等では、このような装置を導入しようとす
ると、経費が増大して企業の経営を圧迫する言った経済
的制約から、導入が進まず、そのため、深刻な公害問題
が放置されたままになる事例も多い。以上の状況に鑑
み、実施可能な範囲で排煙公害を抑制しようとする意図
から、従来の排煙脱硫方法に較べて、脱硫率は多少低い
が、低コストかつ運転が容易な排煙脱硫方法を確立すべ
きであるとの要請が、最近、特に高まっている。よっ
て、本発明の目的は、かかる要請に応えて、妥当な脱硫
率を維持しつつ容易な運転で経済的に石炭焚き火炉から
の排煙を脱硫するために、新規な乾式排煙脱硫方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る乾式排煙脱硫方法は、石炭焚き火炉か
ら排出された排煙と、石炭焚き火炉から排出されたボト
ムアッシュを主成分とする脱硫剤とを高温下で接触させ
て、排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成分とを反応
させる工程を含むことを特徴としている。

【００１１】本発明方法は、石炭焚き火炉の形式並びに
燃料の石炭の種類及び質について特に制約無く適用でき
る。ここで、石炭とは、亜炭、褐炭など低品質石炭を含
む固体化石燃料全般を意味し、低品質であればあるほぼ
有害物質を多く含む例が多い。本発明において使用する
脱硫剤は、高温、例えば１２００°Ｃ以上の温度で石炭
焚き火炉の底部から排出されるボトムアッシュを主成分
とするものである。ボトムアッシュの形態は、燃料とす
る石炭の種類、質によって異なるが、一般には、溶融状
態が多い。ボトムアッシュは、従来は、排出後水で急冷
固化され、クリンカーとして回収し、埋め立てに使用さ
れている言わば廃棄物であって、本発明は、廃棄物の有
効利用を行っている。

【００１２】ボトムアッシュの化学組成は、石炭の種類
によって異なるが、その主成分はシリカ（SiO₂) 、アル
ミナ（A1₂O₃)であり、他に少量の酸化鉄を含み、更にカ
ルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどの
アルカリ金属及びアルカリ土類金属化合物を含有してい
る。ボトムアッシュは、このようにアルカリ金属及びア
ルカリ土類金属化合物を含有している化学組成によっ
て、硫黄化合物に対して反応性が極めて高い。更にボト
ムアッシュ中のアルミナや酸化鉄も硫黄化合物と反応し
て脱硫剤として作用する。本発明者は、このようなボト
ムアッシュの反応性に着眼し、研究と実験を重ねて、ボ
トムアッシュを高温で排煙と接触させてその反応性を高
めることにより、妥当な脱硫率を得ることができること
を見い出し、本発明を発明するに到った。

【００１３】本発明では、かかるボトムアッシュの反応
性の高い成分を活性成分と称している。カルシウム、マ
グネシウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属
及びアルカリ土類金属化合物、アルミナ、酸化鉄等から
なるボトムアッシュ中の活性成分は、高温状態において
例えば次の化３の式に示すような反応を排煙中の硫黄化
合物と行い、排煙中の硫黄化合物を除去する。

【化３】尚、ボトムアッシュと排ガスとは、双方石炭焚き炉内で
石炭燃焼により同時に生成しているが、石炭焚き火炉内
では石炭層によって相互に隔離されており、かつ一方は
石炭の燃焼カスとして石炭層から下方に流下し、他方は
石炭層から上方に上昇するので、ボトムアッシュの活性
成分が、石炭焚き炉内で排ガス中の SO₂等の硫黄化合物
に接触することは殆どなく、従って、上記化３の式の反
応は、石炭焚き火炉内では生じない。

【００１４】本発明は、石炭焚き火炉の外でボトムアッ
シュを主成分とする脱硫剤と排ガスとを強制的に高温で
接触させて、上記の反応を進行させることにある。ここ
で、高温とは、約１，０００°Ｃ以上の温度を意味す
る。かかる高温のボトムアッシュは、石炭焚き火炉に直
接に吹き込まれる通常の乾式排煙脱硫における薬剤に比
べて、極めて大きな反応速度を有し、高脱硫率を達成す
るからである。尚、約１，０００°Ｃ以下では、上述の
反応の反応速度が低下し、本発明の効果を奏し難い。ボ
トムアッシュの活性成分の種類及び量は、燃料とする石
炭の種類、質に依存して変化するので、排煙中の硫黄化
合物とボトムアッシュとの量的関係、即ち排煙の所定脱
硫率に対するボトムアッシュの必要量は、一概には規定
できないが、簡単な実験によってそれを決定することが
できる。

【００１５】本発明では、望ましくは、排煙中の硫黄化
合物との反応性を増大するために、ボトムアッシュに石
灰、又は石灰石等のアルカリ化合物を添加した脱硫剤を
使用する。更に、好ましくは、ボトムアッシュに石灰、
又は石灰石及びマグネシウム化合物を添加した脱硫剤を
使用して、排煙中の硫黄化合物との反応性を増大させ
る。マグネシウム化合物は、例えばMgO 、Mg(OH)₂ であ
る。又、カーバイト（CaC₂）の添加も硫黄化合物との反
応性を増大させる上で望ましい。脱硫剤の硫黄化合物と
の反応性は、温度が低いと低下するので、温度が低い場
合は、石灰、又は石灰石を含む脱硫剤に水又は水蒸気を
注入して、CaO ＋H₂O ＝Ca(OH)₂の水和物を作る水熱反
応により多量の熱を発生させて温度を上昇させ、反応性
を向上させることもできる。また、水蒸気とSO₂とが反
応してH₂SO₃になり、Mg(OH)₂ やCa(OH)₂と反応し易く
なる効果もある。

【００１６】反応性を増大させる目的の他に、ボトムア
ッシュの化学組成によっては、ボトムアッシュの活性成
分の量と硫黄の量との当量関係を確保するために、石灰
又は石灰石を添加してボトムアッシュの活性成分の量的
不足を補う必要がある場合がある。尚、添加する石灰石
は、単味である必要はなく、ドロマイト（CaMg(CO₃)₂)
のようなマグネシウムとの化合物、あるいはフライアッ
シュのようなアルカリを含む他のアッシュとの混合物で
も差し支えない。

【００１７】本発明方法は、所定量のカーバイトを所定
の条件で２〜３０分処理し、約８０％の脱硫率を達成で
きる。

【００１８】以下に、本発明方法を実施する装置につい
て説明する。ボトムアッシュは、石炭焚き火炉の底部に
ある高温のボトムアッシュ溜まりから常用の手段を介し
て連続的に重力によって下方に流下する。流下する時の
ボトムアッシュの形態は、粉状、溶融した流体状、又は
その中間の半溶融状等、燃料の石炭の種類、質に応じて
種々多様である。

【００１９】流下した高温のボトムアッシュは、その形
態に応じて、それ自身流動して、又は駆動ガス等によっ
て搬送されて、高温のまま脱硫剤として反応器に導入さ
れ、そこで排煙と接触する。尚、反応器に導入される前
に、石灰石等、好ましくは微細粉化された石灰石等が必
要に応じてボトムアッシュに添加されて所要の脱硫剤と
して調製される。ボトムアッシュ又は脱硫剤を駆動ガス
によって搬送する方法は、既知であって、例えばエダク
ターを使用して流下したボトムアッシュを搬送させる方
法等がある。この場合、その駆動用流体には石炭焚き火
炉から排出された排煙を昇圧して使用する。一方、石炭
焚き火炉から排出された排煙は、高温の状態を維持した
まま反応器に導入される。

【００２０】脱硫剤と排煙とを接触させて、排煙中の硫
黄化合物と脱硫剤中の活性成分とを化合させる反応工程
を行う反応器は、脱硫剤の流体的特性に従ってその形式
を選択できる。脱硫剤が半溶融状又は粉状の場合には、
反応器として回転式筒型ドラムを使用し、ドラムを回転
させながら、ドラム内に脱硫剤を投入し、転動させて攪
乱流動状態にする共に、ドラム内に石炭焚き火炉から排
出された排煙を送入して、攪乱流動状態の脱硫剤と高温
下で接触させる。

【００２１】脱硫剤がほぼ完全に溶融している場合に
は、高温の溶融脱硫剤を反応器内に滞留させ、ノズル等
を介して石炭焚き火炉から排出された排煙を細かい気泡
状でその滞留脱硫剤中に噴出して、脱硫剤と排煙とを接
触させる。別法として、サイクロン等の粒子分離器を反
応器として使用し、例えばサイクロン内を回遊する排煙
中にノズル等を介して溶融状の高温脱硫剤を噴霧して脱
硫剤と排煙とを接触させ、反応した粒子を分離する。脱
硫剤が、多量のフライアッシュと混合したものであっ
て、粉粒状の場合には、反応器内で脱硫剤を排煙により
流動層化させると共にこの流動層化した脱硫剤と排煙と
を接触させる。

【００２２】図１は、本発明方法を実施するための装置
の一例を示す系統図である。石炭焚き火炉１２の底部の
ボトムアッシュ溜まりから、溶融状態のボトムアッシュ
が、温度約１２００°Ｃで重力流下方式で抜き出され、
脱硫剤供給管１４を介してその温度を維持しつつ反応器
１６に導入される。反応器１６は、竪型の容器であっ
て、容器内には溶融した脱硫剤が一定のレベルで保有さ
れている。ボトムアッシュの抜き出しに際し、石炭焚き
火炉１２のボトムアッシュ溜まりの界面を一定に維持す
るために、脱硫剤供給管１４にはボトムアッシュの流量
調製弁１８が設けてある。石炭焚き火炉１２から排出さ
れた温度約６００°Ｃ程度の排煙は、その温度を維持し
つつ、送風機１９により排煙送入ダクト２０を介して反
応器１６に入り、反応器１６の底部に設けられたリング
状ノズル２２から噴出して細かい気泡となって脱硫剤中
を上昇する。

【００２３】排煙が気泡状となって反応器１６内の脱硫
剤中を上昇しながら脱硫剤と接触する間に、排煙中の硫
黄化合物は、脱硫剤中の活性成分と反応して脱硫剤中に
固定され、脱硫剤と共に反応器１６のオーバーフロー管
２４を経て系外に排出される。脱硫剤との反応工程を経
て脱硫された排煙は、反応器１６の頂部から出て、必要
に応じてサイクロン２６、電気集塵機２８等の除塵器を
経由して除塵された後、高い温度に維持されているた
め、加熱の必要なく煙突３０を介して大気に放散され
る。

【００２４】発電量が１００MW程度の石炭焚き発電所を
対象として経済比較を行うと、本発明に係る乾式排煙脱
硫方法による装置は、従来の湿式排煙脱硫方法による装
置に比べて、設備費が約２０〜５０％、運転費が約１０
％削減できる。設備費の削減は、湿式排煙脱硫方法では
必要とされる機器、例えば反応塔を出た後に排煙を加熱
する加熱器、石膏を分離する分離器、石灰石スラリー廃
液を処理する廃液処理装置等を本発明方法の実施装置で
は必要としないことによるものであり、また運転費の軽
減は、使用原料モル比、即ちCa/Sが零乃至極めて小さい
こと及び電力消費量が少ないことによる。

【００２５】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。実施例１図１に示す装置により、石炭焚き炉から温度６００°Ｃ
で排出されるSO₂含有率１，０００ppm の排ガスを脱硫
処理した。石炭焚き炉から排出された約１，１００°Ｃ
の溶融ボトムアッシュを脱硫剤として使用し、反応器１
６において排ガスと溶融ボトムアッシュとを接触させ
た。脱硫剤の活性成分と排ガスとの原料モル比が脱硫剤
の活性成分：硫黄分＝１：１０になるようにボトムアッ
シュに石灰石を添加して調製した脱硫剤を反応器１６に
送入した。排ガス中の硫黄分は、脱硫剤に固定化され、
溶融ボトムアッシュと共に反応器１６から排出され、反
応器１６から排出された排ガスは、SO₂含有率が２００
ppm に脱硫処理されていた。本実施例は、石炭焚き火炉
自体から生じた本来廃棄物たるボトムアッシュを脱硫剤
の主成分として使用することにより、簡単な構成の装置
で脱硫率８０％を達成できると言う格別の効果を奏す
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、石炭焚き火炉から排出
された排煙と、石炭焚き火炉から排出されたボトムアッ
シュを主成分とする脱硫剤とを高温下で接触させて、排
煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成分とを反応させる
工程を有する乾式排煙脱硫方法により、妥当な脱硫率を
維持しつつ、容易な運転で石炭焚き火炉からの排煙を脱
硫することができる。しかも、本発明方法は、湿式排煙
脱硫方法に比較して、処理排ガスの再加熱及び排水処理
の必要が無いという利点を有しており、本発明方法を実
施する装置は、従来の湿式排煙脱硫方法の装置に比べて
建設コスト及び運転コストが低く、経済的である。ま
た、本発明方法は、薬剤を直接ボイラーに吹き込む既知
の乾式排煙脱硫方法とは異なり、ボイラ−の外で排ガス
を脱硫剤に接触させるので、ボイラ−本体にエロ−ジョ
ンが発生する恐れがない。また、実施するに際しボイラ
−本体を改造する必要がないので、既存の石炭焚き火炉
にも容易に適用できる。

【００２７】本発明方法では、排ガスから脱硫された硫
黄化合物は、シリカ成分と化合してガラス状の被膜を形
成しつつボトムアッシュに一体的に固定されるので、仮
に水分が浸透しても硫黄化合物が溶出する恐れの無い安
全な廃棄物であって、例えば地盤改良材として使用でき
る。従って、本発明方法は、副生物の処理問題を引き起
こさない。本発明方法では、脱硫反応において高温のボ
トムアッシュを比較的低温の排煙と接触させて冷却して
いるのて、それだけボトムアッシュの冷却のための水量
を節減できる効果があり、結果的にはボトムアッシュの
熱を回収してボイラ−の総括熱効率を向上させる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置の一例の系統
図である。

【符号の説明】

１２石炭焚き火炉１４脱硫剤供給管１６反応器１８流量調製弁１９送風機２０排煙送入ダクト２２リング状ノズル２４オーバーフロー管２６サイクロン２８電気集塵機３０煙突

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村隆横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者若林中横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者川村和茂横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭焚き火炉から排出された排煙と、前
記石炭焚き火炉から排出されたボトムアッシュを主成分
とする脱硫剤とを高温下で接触させて、前記排煙中の硫
黄化合物と前記脱硫剤中の活性成分とを反応させる工程
を含むことを特徴とする乾式排煙脱硫方法。
【請求項２】前記脱硫剤は、前記石炭焚き火炉から排
出されたボトムアッシュに石灰、又は石灰石を添加して
なることを特徴とする請求項１に記載の乾式排煙脱硫方
法。
【請求項３】前記脱硫剤は、前記石炭焚き火炉から排
出されたボトムアッシュに石灰、又は石灰石及びマグネ
シウム化合物を添加してなることを特徴とする請求項１
に記載の乾式排煙脱硫方法。
【請求項４】石灰、又は石灰石を含む前記脱硫剤に水
又は水蒸気を注入して水熱反応を起こさせる工程を経た
脱硫剤と前記排煙とを高温下で接触させることを特徴と
する請求項２又は３に記載の乾式排煙脱硫方法。
【請求項５】排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成
分とを反応させる前記工程において、回転している筒型
ドラム内に前記脱硫剤を投入し、転動させて攪乱状態に
すると共に、前記筒型ドラム内に前記石炭焚き火炉から
排出された排煙を送入して、前記攪乱状態の脱硫剤と前
記排煙とを高温下で接触させることを特徴とする請求項
１から４のうちのいずれか１項に記載の乾式排煙脱硫方
法。
【請求項６】排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成
分とを反応させる前記工程において、反応器内に滞留し
ている溶融状態の前記脱硫剤中に前記石炭焚き火炉から
排出された排煙を細かい気泡状で噴出して、前記脱硫剤
と前記排煙とを高温下で接触させることを特徴とする請
求項１から４のうちのいずれか１項に記載の乾式排煙脱
硫方法。
【請求項７】排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成
分とを反応させる前記工程において、前記脱硫剤を前記
排煙中に噴霧して前記脱硫剤と前記排煙とを高温下で接
触させることを特徴とする請求項１から４のうちのいず
れか１項に記載の乾式排煙脱硫方法。
【請求項８】排煙中の硫黄化合物と脱硫剤中の活性成
分とを反応させる前記工程において、反応器内で粉粒状
の前記脱硫剤を前記排煙により流動層化させると共に前
記流動層化した脱硫剤と前記排煙とを接触させることを
特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載
の乾式排煙脱硫方法。