JPH06246131A

JPH06246131A - 湿式排煙脱硫方法およびその装置

Info

Publication number: JPH06246131A
Application number: JP5034998A
Authority: JP
Inventors: Naruhito Takamoto; 成仁高本; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂; Hirobumi Yoshikawa; 博文吉川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】石炭を燃料とするボイラ等の火炉における湿
式排煙脱硫装置の石膏回収系を簡略化し、石膏を含むス
ラリ廃液と排ガス系で捕集した石炭灰を混合して固形廃
棄物として処理し、脱硫装置のコストおよび運転費の低
減と設置スペースの縮小をはかる。【構成】吸収塔下部の酸化タンクから石膏を含むスラ
リ廃液を排出し、これに集塵機で捕集した石炭灰を混合
し、水分濃度が３０重量％以下の固形廃棄物とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は湿式排煙脱硫方法および
その装置に係り、特に脱硫塔の酸化タンク内のスラリ吸
収液中の副生石膏を処理するのに好適な湿式排煙脱硫方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所等において、化石燃料の燃焼
に伴って発生する排煙中の硫黄酸化物、中でも特に二酸
化硫黄（ＳＯ₂）は大気汚染・酸性雨等の地球的環境問
題の主原因の一つである。このため、排煙中からＳＯ₂
を除去する排煙脱硫法の研究および脱硫装置の開発は極
めて重要な課題となっている。上記脱硫法としては、最
近低コストでシステムが簡単な簡易型の乾式脱硫装置の
開発が進められているが、脱硫率がせいぜい７０〜８０
％と低いこともあり、いまだ湿式脱硫法が主流を占めて
いる。この湿式法には、吸収剤にソーダ化合物を用いる
ソーダ法、カルシウム化合物を用いるカルシウム法およ
びマグネシウム化合物を用いるマグネシウム法等があ
る。このうち、ソーダ法は吸収剤とＳＯ₂との反応性に
優れている反面、使用するソーダ類が非常に高価である
という問題がある。このため、発電用の大型ボイラ等の
排煙脱硫装置では比較的安価な炭酸カルシウム等のカル
シウム化合物を用いる方法が最も多く採用されている。
このカルシウム化合物を吸収液として用いる脱硫システ
ムは、気液接触方法の違いによりスプレー方式、濡れ壁
方式およびバプリング方式の３種類に大別される。上記
の各方式ともそれぞれ特徴を有しているが、実績が最も
多く信頼性の高いスプレー方式が世界的にも多く採用さ
れている。このスプレー方式の脱硫システムとしては、
従来から排ガスの冷却・除塵を行う冷却塔、吸収液を噴
霧して排ガス中のＳＯ₂と反応させる吸収塔および吸収
塔で生成した亜硫酸カルシウムを酸化させる酸化塔によ
って主に構成されている。しかし、近年になって吸収塔
に冷却・酸化の機能を持たせた１塔型の脱硫塔の開発が
進み、最近では１塔型の脱硫システムがスプレー方式の
脱硫装置の主流となりつつある。図３に、従来のスプレ
ー方式による１塔型の脱硫装置の構成の一例を示す。こ
のシステムは、１塔型の脱硫塔８、集塵機２、ガス・ガ
スヒータ５、中和槽１２、シックナ１３、脱水器１６、
排水処理装置１９等から主に構成されている。ボイラか
ら排出された排ガスは、ダクト１から集塵機２に入り、
石炭灰であるダストが除去される。ここで分離除去され
た石炭灰は、灰排出管３から系外に排出される。石炭灰
を除去した排ガスは、ガス・ガスヒータ５に入り、出口
ダクト７から送られた水分飽和の排ガスを加熱して出口
ダクト４から煙突に送られる。一方、熱交換された排ガ
スは入口ダクト６より脱硫塔８に入る。脱硫塔８ではス
ラリ吸収液循環ポンプ１１から送られる炭酸カルシウム
を含んだスラリ吸収液が複数のスプレーノズル９から噴
霧され、スラリ吸収液と排ガスの気液接触が行われる。
スプレーノズル９は水平方向に複数個、さらに高さ方向
に複数段に配列されており、通常は各段ごとに１台宛ス
ラリ吸収液循環ポンプ１１が設置されている。スプレー
ノズル９の段数としては、一般に４〜１０段程度設置さ
れることが多いが、図３では簡略化のため２段で示して
いる。ここで、スラリ吸収液は、排ガス中のＳＯ₂を選
択的に吸収し、重亜硫酸カルシウム〔Ｃａ（ＨＳ
Ｏ₃)₂〕を生成する。吸収剤である微粒の炭酸カルシウ
ム（石灰石）は、石灰石供給管２４から酸化タンク２２
内に供給される。重亜硫酸カルシウムを生成したスラリ
吸収液は酸化タンク２２に溜まり、空気吹込み管２１か
ら供給される空気によりスラリ吸収液中の亜硫酸カルシ
ウムが酸化され石膏（ＣａＳＯ₄）を生成する。炭酸カ
ルシウム（ＣａＣＯ₃）および石膏が共存する酸化タン
ク２２内のスラリ吸収液の一部は、スラリ吸収液循環ポ
ンプ１１によって再びスプレーノズル９に送られ、一部
はスラリ廃液抜出し管２３より廃液処理・石膏回収系へ
と送られる。脱硫塔内における反応を以下に示す。（スプレー部における反応）ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₃ ……（化１）ＣａＣＯ₃＋２Ｈ₂ＳＯ₃→Ｃａ（ＨＳＯ₃)₂＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ ……（化２）Ｃａ（ＨＳＯ₃)₂＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ＳＯ₄(1部分) ……（化３）（酸化タンク内における反応）Ｃａ（ＨＳＯ₃)₂＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ＳＯ₄ ……（化４）ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ ……（化５）酸化タンク２２で生成した石膏は、スラリ廃液として抜
き出し、中和槽１２でアルカリを添加して中和した後、
シックナ１３でスラリ廃液中の石膏粒子を沈積させる。
中和槽１２では、通常の場合、苛性ソーダを中和剤とし
て添加するので撹拌機によって均一に撹拌しなければな
らない。そして、均一に撹拌することによりスラリ廃液
中に蓄積した塩素やフッ素化合物が中和処理され、酸化
タンク２２内に塩素化合物やフッ素化合物が堆積するの
を防止することができる。通常の脱硫運転条件下では、
スラリ廃液中の石膏の粒径は大きいもので５０μｍ程度
であり、小さいものでは数μｍ程度である。そのため、
シックナの沈積時間を十分にとる必要があり、例えば５
００ＭＷ規模の火力発電プラントの脱硫装置におけるシ
ックナの径は１０ｍ前後の大きさにもなる。濃縮された
石膏スラリは、石膏スラリ排出管１５から脱水器１６に
入る。ここで石膏は、最終的に固液分離され石膏排出管
１８から排出され処理される。石膏を脱水して固形の廃
棄物として取り扱う場合には、石膏中の水分を１０％以
下にする必要があるので、脱水器１６でのスラリ吸収液
の処理時間を長くしなければならず、５００ＭＷ規模の
プラントでは脱水器１６が５〜１０台も必要となる。脱
水器で生じた排水は戻り配管１７から一部は酸化タンク
２２に戻され、他はシックナ１３の上澄み液と共に排水
処理装置１９に送られ、無害化処理された後に排水管２
０から系外に排出される。図３に示すように、従来行わ
れている脱硫方式は石膏回収系の装置の系統が非常に複
雑で反応槽が多く、脱硫装置を配置するためには設置面
積がＳＯ₂の吸収系と同程度必要となり何とかコンパク
トにする必要があった。我が国では石膏を廃棄物とせず
石膏ボード等の原料として用いるため、上述したような
複雑な石膏回収系が必要となる。しかし、将来の電力需
要を見込んで石炭焚きのボイラの建設あるいは計画が多
く進められており、これに伴い湿式の石灰石−石膏法の
脱硫装置が建設されると石膏の供給が需要を追い超し、
石膏も廃棄物として取り扱われることが予想される。ま
た、外国においても石膏のみを回収するケースは少なく
廃棄するベースで石膏回収系を可能な限りコンパクト化
することが望まれている。なお、従来技術として、例え
ば特開昭５５−９７２２５号公報、特開平３−８４１１
号公報などが挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、酸化
タンク内で生成した石膏を回収する際、石膏のみを単独
で回収するために、中和タンク、シックナ、脱水器およ
び排水処理設備等が必要となり、脱硫プロセスが複雑
で、これらの機器を設置するための大きな面積が必要と
なり、またこれらの機器を稼働するための動力費も余計
に掛かるので、将来は石膏を廃棄するベースで、石膏回
収系をできるだけシンプルなものとなし、設備コスト、
設置面積および運転動力費を低減する必要があった。

【０００４】本発明の目的は、湿式排煙脱硫装置の石膏
回収系を省略し、副生する石膏を固形廃棄物として処理
することにより脱硫プロセスが極めてシンプルな湿式排
煙脱硫方法およびその装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、湿式排煙脱硫装置の吸収塔の下部に設けら
れている酸化タンクから石膏を含むスラリ廃液を排出
し、これに集塵機で捕集した石炭灰とを混合し、混合物
中の水分濃度を３０％（重量）以下に調整して固形廃棄
物とするものである。望ましくは、上記混合物中の水分
濃度を２５％前後に設定すれば、固形廃棄物としての取
扱いがいっそう容易となる。また、石炭灰と石膏スラリ
の混合物である廃棄物の水分濃度が３０％を大幅に越え
る場合には、液体サイクロン等により石膏スラリ濃度を
濃縮してから石炭灰と混合すれば問題は生じない。ま
た、スラリ吸収廃液のｐＨが低い場合や塩素化合物やフ
ッ素化合物が存在し添加剤（中和剤等）を加える必要が
ある場合は、液体サイクロン出口の高濃度スラリ液のラ
インで添加剤を加えればよく、新たに中和槽等を設置す
る必要がなくなる。したがって、本発明の湿式排煙脱硫
装置においては石膏回収系が大幅に省略することができ
ると同時に、脱硫運転コストの大幅な低減が可能とな
る。本発明は、石炭を燃料とする燃焼装置から排出され
る硫黄酸化物を含む排ガスと、炭酸カルシウムを含むス
ラリ吸収液との気液接触により排ガス中の硫黄酸化物を
吸収除去する脱硫塔と、脱硫塔の下部に反応したスラリ
吸収液を溜め、かつ酸化して石膏を生成させる少なくと
も１個の酸化タンクと、該酸化タンクからスラリ吸収液
を脱硫塔へ再循環させて脱硫を行う湿式排煙脱硫方法に
おいて、上記酸化タンクから石膏を含むスラリ廃液を排
出し、これに上記燃焼装置の排ガス系で捕集した石炭灰
とを混合調整して水分濃度が３０重量％以下の固形廃棄
物とする湿式排煙脱硫方法である。そして、本発明の湿
式排煙脱硫方法において、石膏を含むスラリ廃液の水分
を分離除去して石膏を濃縮した後、石炭灰と混合調整し
て水分濃度が３０重量以下の固形廃棄物とすることもで
きる。また、スラリ廃液から石膏分を分離した低濃度ス
ラリ吸収液を、酸化タンク内に再循環させる工程を含む
ものである。さらに、燃焼装置の排ガス系で捕集される
石炭灰の量に応じて、酸化タンクから排出する石膏を含
むスラリ廃液量を調整制御し、水分濃度が３０重量％以
下の固形廃棄物とすることもできる。また、石膏を含む
スラリ廃液の水分を分離して、濃縮した石膏スラリに中
和剤を加えた後、石炭灰を添加して混合調整し水分濃度
が３０重量％以下の固形廃棄物とすることも可能であ
る。本発明は、石炭を燃料とする燃焼装置から排出され
る硫黄酸化物を含む排ガスと、炭酸カルシウムを含むス
ラリ吸収液とを気液接触させて上記硫黄酸化物を吸収除
去する脱硫塔と、該脱硫塔の下部に反応したスラリ吸収
液を溜め、かつ酸化して石膏を生成させる少なくとも１
個の酸化タンクと、該酸化タンクからスラリ吸収液を脱
硫塔へ再循環させる手段を少なくとも備えた湿式排煙脱
硫装置であって、上記燃焼装置の排ガス系で捕集した石
炭灰を排出する排出管と、酸化タンクから石膏を含むス
ラリ廃液を排出する排出管と、上記石炭灰の排出管から
排出される石炭灰とを混合して水分濃度を３０重量％以
下に調整制御する混合器を少なくとも設けた湿式排煙脱
硫装置である。さらに本発明の湿式排煙脱硫装置は、上
記燃焼装置の排ガス系で捕集した石炭灰を排出する排出
管と、酸化タンクから石膏を含むスラリ廃液を排出する
排出管と、該スラリ廃液の排出管の出口部に設けたスラ
リ廃液から濃縮石膏スラリを生成する液体サイクロン
と、濃縮した石膏スラリに添加剤を供給して配管ライン
中で混合を行う配管ライン混合器と、該配管ライン混合
器から排出される添加剤を含む濃縮石膏スラリと、上記
石炭灰の排出管から排出される石炭灰とを混合して水分
濃度を３０重量％以下に調整制御する混合器を設けるも
のである。

【０００６】

【作用】従来の湿式排煙脱硫法では、吸収塔の酸化タン
クで生成した石膏を単独で回収していたので石膏回収系
のプロセスが複雑となり、設備コストおよび運転コスト
が大きな割合を占めていた。これに対して本発明を適用
すれば、石炭灰と石膏スラリ液を所定の割合で混合する
だけで固形廃棄物として処分することができるので、脱
硫装置の石膏回収系統を大幅に簡素化することができ
る。また、添加剤を加える場合には、添加剤供給口と石
炭灰と石膏スラリ混合器の間の配管中で混合させるライ
ン混合器を設定すれば新たに中和槽を設置する必要がな
くなる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図１は、本発明の湿式排煙脱硫
装置の構成の一例を示す模式図である。図において、Ｓ
Ｏ₂を含む燃焼排ガスはダクト１から集塵機２に入り、
ここで排ガス中の石炭灰は除去される。集塵機２として
は電気集塵機あるいはマルチサイクロン集塵機を用いる
のが一般的である。ここで分離除去された石炭灰は、灰
排出管３から石炭灰と石膏スラリ混合器２９に送られ
る。石炭灰を除去された排ガスは、ガス・ガスヒータ５
に入り、出口ダクト７から送られた水分が飽和した排ガ
スを加熱して、出口ダクト４から煙突に送られる。一
方、熱交換された排ガスは入口ダクト６により脱硫塔８
に入る。脱硫塔８ではスラリ吸収液循環液ポンプ１１か
ら送られる炭酸カルシウムを含んだスラリ吸収液が複数
のスプレーノズル９から噴霧される。ここで、噴霧され
たスラリ吸収液は排ガスとの気液接触によりＳＯ₂ガス
を吸収し、酸化タンク２２内で酸化されて最終的には石
膏を含むスラリ吸収液が生成される。石膏を主体とする
酸化タンク２２内のスラリ廃液の一部は、スラリ廃液抜
出し管２３より液体サイクロン２５に入る。ここでは、
スラリ廃液中の石膏が濃縮されて高濃度石膏スラリとな
り濃縮石膏スラリ供給管２６から石炭灰と石膏スラリ混
合器２９に入る。一方、液体サイクロン２５等で濃縮さ
れない低濃度スラリ吸収液を希薄スラリ液供給管２７か
ら酸化タンク２２にリサイクルされる。ここで、集塵機
２からの石炭灰と石膏を含むスラリ廃液が均一に混合さ
れる。スラリ吸収廃液中に含まれる塩素化合物やフッ素
化合物は、石炭灰とスラリ吸収廃液とが混合されること
により石炭灰中に吸着されて固定化される。通常使用さ
れている石炭ベースでは、石炭灰と石膏スラリの割合は
５〜１０対１であり、このように石炭灰に対して石膏ス
ラリの割合が小さい場合には、液体サイクロン２５を用
いる必要はない。また、スラリ吸収廃液のｐＨが低い場
合や塩素化合物あるいはフッ素化合物が多い場合には、
濃縮石膏スラリ供給管２６の途中に添加剤供給管２８か
ら中和剤等を加えて、あらかじめ石膏スラリ液を処理し
てから石炭灰と石膏スラリ混合器２９に送る。さらに、
添加剤供給管２８と石炭灰と石膏スラリ混合器２９の間
に配管ライン混合器３１を設置することにより、新たに
中和槽を設置しなくても配管のライン中で十分に中和剤
などの添加剤を混合することができる。以上説明したご
とく、本発明を適用すれば、石炭灰と石膏を含むスラリ
液を混合するだけで固形廃棄物として処理することがで
きるので、プロセスが非常に簡単となり脱硫装置コスト
および脱硫運転コストを大幅に低減することができる。
図２は、石炭灰と石膏スラリ混合器２９で生成した廃棄
物の水分濃度と塩素化合物およびフッ素化合物の溶出率
の関係を示す。石炭灰と石膏スラリの混合器２９で作製
したサンプルを１日放置し、このサンプルの１０ｇを水
１００ｃｃに溶かして１００時間後の水中に溶出した塩
素化合物およびフッ素化合物の溶出率を求めた。そし
て、廃棄物中の水分が２５％の場合を基準（１とする）
にして示した。図に示すごとく、水分濃度が２５％以下
の場合には塩素、フッ素化合物の溶出率はほとんど変化
がなく、ほぼ一定であった。しかし、水分濃度が３０％
を超えると急激に溶出率が低下する。水分が３０％を超
えると石炭灰と石膏スラリ混合器で生成した廃棄物は水
でべとべとした状態となり、廃液中の有害成分は十分に
石炭灰中に吸着されない状態となる。これに対して、水
分が２５％以下の条件で石膏を含むスラリ液を混合すれ
ば石炭灰の表面の水分はすべて石炭灰中に吸着されると
同時に、有害成分も吸着されて安定に固定化される。以
上述べたように、本発明を利用すれば、石炭灰と石膏ス
ラリ液を混合して廃棄物として処分することが可能にな
るので、大幅に石膏回収系統が簡素化でき、脱硫装置コ
ストおよび運転コストを大幅に低減することができ、ま
た石膏回収系の設置面積も著しく縮小することが可能と
なる。

【０００８】

【発明の効果】本発明の湿式排煙脱硫方法および装置に
よれば、石炭灰と石膏を含むスラリ液を混合して固形廃
棄物として処分することができるので、大幅に石膏回収
系統を簡素化することができ、脱硫装置のコストおよび
運転コストを大幅に低減することが可能となり、また石
膏回収系の設置面積を著しく縮小することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で例示した湿式排煙脱硫装置の
構成を示す模式図。

【図２】本発明の実施例で例示した廃棄物中の水分量と
塩素、フッ素化合物の溶出率の関係を示すグラフ。

【図３】従来の湿式排煙脱硫装置の構成を示す模式図。

【符号の説明】

１…ダクト２…集塵機３…灰排出管４…出口ダクト５…ガス・ガスヒータ６…入口ダクト７…出口ダクト８…脱硫塔９…スプレーノズル１０…スラリ吸収液循環配管１１…スラリ吸収液循環ポンプ１２…中和槽１３…シックナ１４…上澄み液排出管１５…石膏スラリ（スラリ廃液）排出管１６…脱水器１７…戻り配管１８…石膏排出管１９…排水処理装置２０…排水管２１…空気吹込み管２２…酸化タンク２３…スラリ廃液抜出し管２４…石灰石供給管２５…液体サイクロン２６…濃縮石膏スラリ供給管２７…希薄スラリ液供給管２８…添加剤（中和剤など）供給管２９…石炭灰と石膏スラリ混合器３０…廃棄物排出管３１…配管ライン混合器

フロントページの続き (72)発明者吉川博文広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭を燃料とする燃焼装置から排出される
硫黄酸化物を含む排ガスと、炭酸カルシウムを含むスラ
リ吸収液との気液接触により排ガス中の硫黄酸化物を吸
収除去する脱硫塔と、脱硫塔の下部に反応したスラリ吸
収液を溜め、かつ酸化して石膏を生成させる少なくとも
１個の酸化タンクと、該酸化タンクからスラリ吸収液を
脱硫塔へ再循環させて脱硫を行う湿式排煙脱硫方法にお
いて、上記酸化タンクから石膏を含むスラリ廃液を排出
し、これに上記燃焼装置の排ガス系で捕集した石炭灰と
を混合調整して水分濃度が３０重量％以下の固形廃棄物
とすることを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項２】請求項１において、石膏を含むスラリ廃液
の水分を分離除去して石膏を濃縮した後、石炭灰と混合
調整して水分濃度が３０重量％以下の固形廃棄物とする
ことを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項３】請求項２において、スラリ廃液から石膏分
を分離した低濃度スラリ吸収液を、酸化タンク内に再循
環させる工程を含むことを特徴とする湿式排煙脱硫方
法。
【請求項４】請求項１において、燃焼装置の排ガス系で
捕集される石炭灰の量に応じて、酸化タンクから排出す
る石膏を含むスラリ廃液量を調整制御し、水分濃度が３
０重量％以下の固形廃棄物とすることを特徴とする湿式
排煙脱硫方法。
【請求項５】請求項２において、石膏を含むスラリ廃液
の水分を分離して、濃縮した石膏スラリに中和剤を加え
た後、石炭灰を添加して混合調整し、水分濃度が３０重
量％以下の固形廃棄物とすることを特徴とする湿式排煙
脱硫方法。
【請求項６】石炭を燃料とする燃焼装置から排出される
硫黄酸化物を含む排ガスと、炭酸カルシウムを含むスラ
リ吸収液とを気液接触させて上記硫黄酸化物を吸収除去
する脱硫塔と、該脱硫塔の下部に反応したスラリ吸収液
を溜め、かつ酸化して石膏を生成させる少なくとも１個
の酸化タンクと、該酸化タンクからスラリ吸収液を脱硫
塔へ再循環させる手段を少なくとも備えた湿式排煙脱硫
装置において、上記燃焼装置の排ガス系で捕集した石炭
灰を排出する排出管と、酸化タンクから石膏を含むスラ
リ廃液を排出する排出管と、上記石炭灰の排出管から排
出される石炭灰とを混合して水分濃度を３０重量％以下
に調整制御する混合器を設けたことを特徴とする湿式排
煙脱硫装置。
【請求項７】請求項６において、燃焼装置の排ガス系で
捕集した石炭灰を排出する排出管と、酸化タンクから石
膏を含むスラリ廃液を排出する排出管と、該スラリ廃液
の排出管の出口部に設けたスラリ廃液から濃縮石膏スラ
リを生成する液体サイクロンと、濃縮した石膏スラリに
添加剤を供給して配管ライン中で混合を行う配管ライン
混合器と、該配管ライン混合器から排出される添加剤を
含む濃縮石膏スラリと、上記石炭灰の排出管から排出さ
れる石炭灰とを混合して水分濃度を３０重量％以下に調
整制御する混合器を設けたことを特徴とする湿式排煙脱
硫装置。