JP2007260619A

JP2007260619A - 排ガス処理方法および設備

Info

Publication number: JP2007260619A
Application number: JP2006091867A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawabata; 進一川畑; Yoshihiko Mochizuki; 美彦望月
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: WO2007110983A1; JP3937356B1

Abstract

【課題】湿式電気集塵装置における硫酸ミストの捕集効率を向上させた排ガス処理を行う。
【解決手段】排ガスを湿式脱硫して硫黄酸化物を除去した後、この脱硫排ガス中の硫酸ミスト量を求め、当該硫酸ミスト量と等量比１以下の濃度のアンモニアガスを混入して湿式電気集塵装置に通過させて硫酸ミストを除去する。これは、排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置で脱硫した排ガスから硫酸ミストを除去する湿式電気集塵装置とを備えた排ガス処理設備において、前記湿式電気集塵装置に導入される排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給手段を設けることによって実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は排ガス処理方法および設備に係り、特に排ガス中の硫酸ミストを湿式電気集塵装置で除去する排ガス処理方法および設備に関する。

一般に、石油や重油等を燃料とするボイラからの排ガスを処理する排ガス処理設備は、ボイラの後段に乾式電気集塵装置、湿式脱硫装置、湿式電気集塵装置が順に配設されている。ボイラから排出された排ガスは、まず、乾式電気集塵装置に導入されて除塵され、次いで、湿式脱硫装置に導入される。そして、この湿式脱硫装置の内部で、消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリーを噴霧することにより、主に排ガス中の二酸化硫黄が吸収除去される。このとき、乾式電気集塵装置で百数十度だった排ガスの温度は、約数十度まで低下する。そして、脱硫された排ガスは、湿式電気集塵装置に導入され、ミスト及び固形成分が除去された後、外部に放出される。

ところで、排ガス中の二酸化硫黄の一部は、酸素及び水と反応して硫酸を生成する。この硫酸は、濃度が数十ｐｐｍの場合、湿式脱硫装置の内部においてガス状から液状になり、ミストを生成する。この硫酸を含むミストは、粒径が小さいため、前記噴霧スラリーとの衝突確率が低く、湿式脱硫装置で除去することが困難である。

そこで、後段の湿式電気集塵装置で、前記硫酸ミストを除去することになる。しかし、湿式電気集塵装置は、ミストの粒径が小さい場合、即ち、単位体積の排ガスに占めるミストの表面積の総和（以下、比表面積と称す）が大きい場合、空間電荷効果によって放電電流が抑制され、捕集効果が低下する。このため、荷電時間を増加させることが必要となる。しかし、荷電時間を増加させると、湿式電気集塵装置の容量増加が必要となるため、装置全体が大型化する。

このようなことから、従来は、湿式脱硫装置の入口で排ガス中に粒子を供給して、ミスト粒径を大きくする手段を講じて、後段の湿式電気集塵機での補修効率を高めるようにしていた（特許文献１）。
特開２００１−１７０５１５号

しかし、湿式脱硫装置では、上述のように、装置内部で、消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリーを噴霧することにより、主に排ガス中の二酸化硫黄を吸収除去する工程であるため、排ガス温度の低下を避けることができない。このことは残留硫黄分が存在する限り、湿式脱硫装置の出口ガスには硫酸ミストが含まれてしまうことを意味している。近年、排出微粒子の規制が厳しく、環境問題にも影響するため、設備の大型化を抑制しつつ、排出微粒子を少なくすることが一層要請されている。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、湿式電気集塵装置における硫酸ミストの捕集効率を向上させることのできる排ガス処理設備を提供することを目的とする。

本発明は、湿式脱硫装置における温度低下により排ガス中に含まれる硫酸の凝縮によって生じるミストとアンモニアガスとを等量混合させた状態を作り出し、これを滞湿式電気集塵装置に導入までの滞留時間を一定以上確保させれば無害な硫酸アンモニウム（酸性硫安）を生成しつつ、リークアンモニアガスを低減するとができるとの知見を得てなされたものである。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る排ガス処理方法は、排ガスを湿式脱硫して硫黄酸化物を除去した後、この脱硫排ガス中の硫酸ミスト量を求め、当該硫酸ミスト量と等量比１以下の濃度のアンモニアガスを混入して湿式電気集塵装置に通過させて硫酸ミストを除去することを特徴としている。

また、本発明は、排ガスを湿式脱硫して硫黄酸化物を除去した後、この脱硫排ガスを湿式電気集塵装置に導入して硫酸ミストを除去する排ガス処理方法において、前記湿式電気集塵装置の前段で脱硫排ガス中にアンモニアガスを供給するとともに、前記湿式電気集塵装置の出口側でのアンモニアガス濃度を求め、前記電気集塵装置の前段で供給するアンモニアガス供給量を制御して前記濃度を設定範囲内に保持することを特徴としている。

これらの場合において、湿式電気集塵装置に導入される前記脱硫排ガスとアンモニアガスの混合ガスの滞留時間を１秒以上に保持するようにすることが望ましい。

更に、本発明に係る排ガス処理設備は、排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置で脱硫した排ガスから硫酸ミストを除去する湿式電気集塵装置とを備えた排ガス処理設備において、前記湿式電気集塵装置に導入される排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給手段を設けたことを特徴とする。

斯かる構成によれば、湿式電気集塵装置に導入される排ガスにアンモニアガスを供給したので、湿式電気集塵装置の内部において、排ガス中の硫酸ミストとアンモニアガスが反応して酸性硫安粒子となり、前記硫酸ミストより粒子径が大きくなる。これにより、湿式電気集塵装置において硫酸ミストの捕集効率を向上させることができる。

また、本発明に係る排ガス処理設備を適用した場合、供給するアンモニアガスの濃度が高いほど、酸性硫安の生成効率は高くなるが、余剰のアンモニアガスは未反応のまま排ガス処理設備から放出されるため環境に悪影響を与える。よって、湿式電気集塵装置に流入する硫酸ミストの濃度（２０〜８０ｐｐｍ）と排ガス温度における反応効率から、アンモニアガス濃度は硫酸ミスト濃度に対して等量比１以下が好ましい。

更に、前記アンモニア供給ガス供給手段は、湿式電気集塵装置に導入されるアンモニアガスの上流側排ガス中での滞留時間が１秒以上とする位置に設定することにより、反応を確実にし、リークアンモニアガス濃度を低減することができる。

また、前記湿式電気集塵装置において、湿式電気集塵設備で回収される廃液に含まれる固形分と液体分を分離し、液体分からアンモニアガスを分離して入口ガスへ混合する配管設備を備えた構成としてもよい。この構成を採用することにより、アンモニアガスの再利用を図りつつ、もともとのアンモニアガス供給手段によるガス供給量を低減することができる。

加えて、前記湿式電気集塵装置の後段にアンモニアガス濃度計を設置し、湿式電気集塵装置からの未反応アンモニアガスの濃度を測定し、前記湿式電気集塵装置の前段に供給するアンモニアガスの量を制限する調整手段を設けるようにしてもよい。

本発明によれば、湿式電気集塵装置に供給される排ガス中にアンモニアガスを供給し、硫酸ミストを酸性硫安粒子にして粒径を大きくしたので、湿式脱硫装置にて発生した硫酸ミストを後段の湿式電気集塵装置にて効率よく捕集させることができる。

以下添付図面に従って、本発明に係る排ガス処理方法及び設備の好ましい実施の形態について説明する。
図１は本実施形態に係る排ガス処理設備１０のフロー図である。
同図に示す実施形態に係る排ガス処理設備１０は、石油や重油等を燃料とするボイラ１２から排出される排ガスを無害化して処理するためのものである。

まず、排ガス処理設備１０の基本構成は次のようになっている。ボイラ１２の直後には脱硝装置１４が配置されており、ここで窒素酸化物が除去される。脱硝装置１４から排出されるガスの熱を利用してボイラ燃焼用空気を予熱するエアヒータ１６が設けられている。このエアヒータ１６にて燃焼用空気等の空気と熱交換により百数十度まで温度降下した排ガスは、乾式電気集塵装置１８に導入されるようになっており、ここで排ガス中に含まれる煤塵が捕集された後、湿式脱硫装置２０に導入される。湿式脱硫装置２０では、内部で消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリーを噴霧することにより、主に排ガス中の二酸化硫黄などの硫黄酸化物を吸収除去する。次いで、湿式脱硫装置２０を経た排ガスは湿式電気集塵装置２２に導入され、ここで硫酸ミストとダストが除去された後、熱交換器２４を経て煙突２６から外部に排出されるものとなっている。これらの一連の処理装置間は排ガスダクト２８により接続され、排ガスを流通させるように構成されている。したがって、ボイラ１２から排出された排ガスは、乾式電気集塵装置１８で除塵され、湿式脱硫装置２０で脱硫され、湿式電気集塵装置２２で硫酸ミストとダストが除去されて大気に放出される。

また、湿式電気集塵装置２２には、アンモニアガスを供給することで生成される酸性硫安のダストと、洗浄水を分離する廃液処理装置２３が備えられており、ダスト分離後の廃液は循環して、洗浄水として再利用する構造となっている。分離後の酸性硫安ダストは、肥料として再利用される。

このような基本構成において、特に本実施形態では、湿式脱硫装置２０と湿式電気集塵装置２２とを連通する排ガスダクト２８に対し、アンモニアガス供給装置３０のアンモニアガス供給ダクト３２が接続連通されている。

上記湿式脱硫装置２０の内部では、消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリーが排ガスに噴霧され、排ガス中の二酸化硫黄が吸収除去される。このとき、排ガスの温度は、飽和温度である数十度まで低下し、この温度低下の過程で、まず、排ガス中に含まれる硫酸が凝縮する。次いで、水分の飽和状態の近くまで排ガスの温度が低下した際に、前記ミストに水が凝縮し、硫酸濃度の低いミストが生成される。この硫酸ミストの粒子径は１ミクロン以下のサブミクロンオーダーで、湿式電気集塵装置２２にとって捕集しにくい大きさである。

この硫酸ミストを含む排ガス中に、前記アンモニアガス供給装置３０によってアンモニアガスを供給すると酸性硫安が生成され、その粒子径は数ミクロンオーダー以上となり、湿式電気集塵装置２２にとって捕集容易となる。

ところで、アンモニアガス供給装置３０から供給するアンモニアガス濃度は、硫酸ミストの濃度及び温度及び反応時間に依存し、湿式脱硫装置出口における排ガス温度約６０℃においては、反応時間を１秒以上とすることで、図２、および図３のように硫酸ミストの濃度に対して、ほぼ等量のアンモニアガス濃度で酸性硫安が生成されることを実験で見出した。

すなわち、硫酸ミストが２０ｐｐｍでは２０ｐｐｍが、８０ｐｐｍでは８０ｐｐｍが必要である。通常、湿式脱硫装置２０から出る排ガス中の硫酸ミストの濃度は、２０〜８０ｐｐｍの範囲で変動することから、アンモニアガス濃度は２０〜８０ｐｐｍが好ましい。

また、アンモニアガスを供給する場合、硫酸ミストとアンモニアガスの反応に要する時間が必要で、排ガスの滞留時間に依存し、図３のような関係にあることを実験で見出した。入口硫酸ミスト濃度２０ｐｐｍに対して、アンモニアガス２０ｐｐｍを供給して滞留時間とリークアンモニアガス濃度の関係を調べた結果、滞留時間１．０秒以上で、リークアンモニアはほぼ横ばいで、反応が十分行われていることから、滞留時間は１．０秒以上が好ましい。

そこで、実施形態では、アンモニアガス供給装置３０は、供給したアンモニアガスが排ガス処理設備１０内に均一に分散するようノズル（図示せず）を配置し、そのときの排ガス中の硫酸ミスト濃度２０〜８０ｐｐｍに対して等量比１以下の濃度となるようにアンモニア供給量が制御管理される。この場合、硫酸ミストの量を直接測定することは実質的に困難であるので、湿式脱硫装置２０でのＳＯ₂濃度を測定し、このＳＯ₂から硫酸ミストに転換される率を実績値として求め、これから硫酸ミストの量を間接的に求めるようにすればよい。このため、ＳＯ₂濃度測定器３４によって湿式脱硫装置２０内部のＳＯ₂濃度を測定するようにしており、この測定値を制御手段３６に出力している。制御手段３６はアンモニアガス供給装置３０による供給量を制御するもので、測定結果によりミスト転換率実績値を格納した記録手段３８からデータを読み出し、硫酸ミスト濃度を換算し、これと等量のアンモニアガスを、アンモニアガス供給ダクト３２を通じて、排ガス中に導入するようにしている。

また、湿式電気集塵装置２２の出口から排出される排ガス中のアンモニアガス濃度を検出する濃度計４０を設けることができる。そして、この濃度計４０により計測したアンモニアガス濃度が設定値内にあるか否かを判別し、これによって排ガス中の硫酸ミストに対しアンモニアガスが等量供給されているか否かを判定するようにすることができる。アンモニアガス濃度が規定濃度より多い場合には過剰供給であるとして制御手段３６によってアンモニアガス供給量を減量供給するようにすればよい。また、同時に、大気放出ガス中へのアンモニアガスによる放出微粒子濃度が規制値を超えないように、制御手段３６を通じてアンモニアガス供給量を調整することができる。これによって放出微粒子規制を設定範囲内に保持させることができる。

更に、上述したように、前記アンモニアガス供給装置３０によってアンモニアガスを排ガス中に混合させた後、湿式電気集塵装置２２に導入されるまでの管路滞留時間は１秒以上が望ましい。このため、アンモニアガス供給ダクト３２の接続点は、混合ガスが湿式電気集塵装置２２の入口に至るまでの通流時間が１秒以上となる位置となるように設定する。これは接続点から湿式電気集塵装置２２までの管路長を内部流速によって調整できるような構成としてもよい。

これにより、湿式電気集塵装置２２には、アンモニアガスと硫酸ミストの混合された排ガスが適正濃度であって適正滞留時間を確保して供給するようにしている。

また、この実施形態では、上述したように、湿式電気集塵装置２２には、アンモニアガスを供給することで生成される酸性硫安のダストと、洗浄水を分離する廃液処理装置２３が備えられている。この廃液処理装置２３は、例えば、図４に示すようなアンモニアストリッピング法を用いた構成とすればよい。すなわち、固液分離された廃液４２を中和槽４４へ供給し、これに苛性ソーダ溶液４６を添加し、発生するアンモニアガスを空気４８でパージして、第１放散塔５０の塔頂部へ供給し、液は第２放散塔５２の塔頂部へ供給するようにしている。第２放散塔５２の塔底部へ放散用空気５４と、スチーム５６を供給する。これにより、第１放散塔５０の塔頂からはアンモニア、スチーム、酸素、窒素の放散ガス５８が発生し、塔底からはアンモニア性窒素が除去された再生液６０が抽出される。再生液６０はスプレー水として再利用することができ、湿式電気集塵装置２２のスプレイ手段（図示せず）に戻し配管６２を介して循環させている。一方、この実施形態では、分離されたアンモニアガスを含む放散ガス５８の一部を補充配管６４により前記アンモニアガス供給装置３０に導入するようにして、硫酸ミストを酸性硫安の生成に再利用するようにしている。残余の放散ガスはアンモニア酸化塔６６に供給して窒素に変換処理する。このアンモニア酸化塔６６は、ガス分散器６８、アンモニア酸化触媒層７０、および、脱硝触媒層７２の順に配列されたもので、この例では、前記アンモニア酸化触媒層６６と脱硝触媒層７２との間にスロート部を有するアンモニアガス混合器７４を設け、前記アンモニア酸化塔６６に導入するアンモニア含有ガスを２分割し、一方をアンモニア酸化触媒層７０に導入し、他方を前記ガス導入管からアンモニアガス混合器７４に導入するよう構成している。

また、上記アンモニアトリッピング法に限らず、生物処理法により、湿式電気集塵装置２２から排出される廃液を再生してスプレー水として再利用させることもできる。この場合は、図５に示すように、アンモニアを含有する廃水をダスト分離処理を行う膜分離装置７６に通し、次いで硝化菌固定化担体を有するアンモニア硝化槽７８に供給する。その後、脱窒槽８０に供給することでアンモニアが分離された再生液が生成される。

次に上記の如く構成された排ガス処理設備１０の作用について説明する。
ボイラ１２から排出された排ガスは、脱硝装置１４を通過後、エアヒータ１６によって百数十度まで冷却された後、乾式電気集塵装置１８に導入され、静電気によって排ガス中のダストが除去される。

次いで、ダストが除去された排ガスは、湿式脱硫装置２０に導入される。湿式脱硫装置２０の内部では、消石灰や水酸化マグネシウム等のスラリーが排ガスに噴霧され、排ガス中の二酸化硫黄が吸収除去される。このとき、排ガスの温度は、飽和温度である数十度まで低下し、この温度低下の過程で、まず、排ガス中に含まれる硫酸が凝縮する。次いで、水分の飽和状態の近くまで排ガスの温度が低下した際に、前記ミストに水が凝縮し、硫酸濃度の低いミストが生成される。この硫酸ミストの粒子径は１ミクロン以下のサブミクロンオーダーで、湿式電気集塵装置２２にとって捕集しにくい大きさである。

この硫酸ミストを含む排ガス中に、アンモニアガス供給装置３０からアンモニアガスが供給されることにより酸性硫安が生成され、その粒子径は数ミクロンオーダー以上となり、湿式電気集塵装置２２にとって捕集容易となるので高い捕集効率で除去される。また、アンモニアガスが供給される位置は、湿式電気集塵装置２２に導入されるまでの滞留時間が１．０秒以上となるように設定されているので、図３に示すように、硫酸ミストとアンモニアガスを十分に反応させることができ、これによりリークアンモニアガスの発生量を大幅に低減することができる。

本発明の実施形態に係る排ガス処理設備の全体構成図である。硫酸ミスト濃度とアンモニアガス濃度の関係を示すグラフ図である。アンモニアガスと硫酸ミストの滞留時間とリークアンモニアガス濃度の関係を示すグラフ図である。湿式電気集塵装置のアンモニアトリッピング法を用いた廃液処理装置の構成図である。湿式電気集塵装置の生物処理法を用いた廃液処理装置の構成図である。

符号の説明

１０………排ガス処理設備、１２………ボイラ、１４………脱硝装置、１６………エアヒータ、１８………乾式電気集塵装置、２０………湿式脱硫装置、２２………湿式電気集塵装置、２３………廃液処理装置、２４………熱交換器、２６………煙突、２８………排ガスダクト、３０………アンモニアガス供給装置、３２………アンモニアガス供給ダクト、３４………ＳＯ₂濃度測定器、３６………制御手段、３８………記録手段、４０………アンモニアガス濃度計、４２………廃液、４４………中和槽、４６………苛性ソーダ溶液、４８………空気、５０………第１放散塔、５２………第２放散塔、５４………放散用空気、５６………スチーム、５８………放散ガス、６０………再生液、６２………戻し配管、６４………補充配管、６６………アンモニア酸化塔、６８………ガス分散器、７０………アンモニア酸化触媒層、７２………脱硝触媒層、７４………アンモニアガス混合器。

Claims

排ガスを湿式脱硫して硫黄酸化物を除去した後、この脱硫排ガス中の硫酸ミスト量を求め、当該硫酸ミスト量と等量比１以下の濃度のアンモニアガスを混入して湿式電気集塵装置に通過させて硫酸ミストを除去することを特徴とする排ガス処理方法。
排ガスを湿式脱硫して硫黄酸化物を除去した後、この脱硫排ガスを湿式電気集塵装置に導入して硫酸ミストを除去する排ガス処理方法において、前記湿式電気集塵装置の前段で脱硫排ガス中にアンモニアガスを供給するとともに、前記湿式電気集塵装置の出口側でのアンモニアガス濃度を求め、前記電気集塵装置の前段で供給するアンモニアガス供給量を制御して前記濃度を設定範囲内に保持することを特徴とする排ガス処理方法。
湿式電気集塵装置に導入される前記脱硫排ガスとアンモニアガスの混合ガスの滞留時間を１秒以上に保持することを特徴とする請求項１または２記載の排ガス処理方法。
排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置で脱硫した排ガスから硫酸ミストを除去する湿式電気集塵装置とを備えた排ガス処理設備において、前記湿式電気集塵装置に導入される排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給手段を設けたことを特徴とする排ガス処理設備。
前記アンモニアガス供給手段はアンモニアガス濃度が硫酸ミスト濃度に対して等量比を１以下とする制御手段を設けてあることを特徴とする請求項４記載の排ガス処理設備。
前記アンモニア供給ガス供給手段は、湿式電気集塵装置に導入されるアンモニアガスの上流側排ガス中での滞留時間が１秒以上とする位置に設定していることを特徴とする請求項４記載の排ガス処理設備。
前記湿式電気集塵装置において、湿式電気集塵設備で回収される廃液に含まれる固形分と液体分を分離し、液体分からアンモニアガスを分離して入口ガスへ混合する配管設備を備えたことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理設備。
前記湿式電気集塵装置の後段にアンモニアガス濃度計を設置し、湿式電気集塵装置からの未反応アンモニアガスの濃度を測定し、前記湿式電気集塵装置の前段に供給するアンモニアガスの量を制限する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理設備。