JP2000512899A - 排気ガス浄化システム中における硫酸エーロゾル形成の抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排気ガス浄化システム中での硫酸エ−ロゾルの形成を抑制する方法であって、排気ガス中の硫酸の露点よりも温度が下がらないように排気ガスを水で予備スプレ−し、その予備スプレ−をガススクラバ−の上流、前記ガススクラバ−の他に存在する予備スクラバ−の上流、又は前記スクラバ−の更に上流に配置した熱交換器の上流で行い、そして、温度が硫酸の露点を下回る前に、水によって気体の硫酸を吸収する、前記の方法。

Description

【発明の詳細な説明】 排気ガス浄化システム中における硫酸エ−ロゾル形成の抑制方法 動力プラント又は焼却システム中での化石燃料の燃焼又はゴミの焼却において 生成される排気ガスから、二酸化イオウ及び三酸化イオウを分離するために、排 気ガスからイオウを除去する。排気ガスを脱硫することによって、これらの物質 の放出を徹底的に減少させて、これらの物質が環境汚染物質となるのを予防する 。 排気ガス脱硫の最も重要な方法は、石灰石又は石灰水和物の懸濁液を用いるス クラビング方法である。これらの所謂湿式方法によれば、排気ガスは、スプレ− タワ−中で冷却されながら、噴霧されたスクラビング懸濁液で処理され、９５％ を超える脱硫を達成することができる。 燃焼排気ガスは、二酸化イオウの他に、ガス状硫酸の形態でイオウを含む。こ の硫酸は、排気ガスの温度が硫酸の露点（約１３０℃）よりも高い場合に気体状 になる。 硫酸エ−ロゾルは、ガススクラバ−中で、排気ガスを、４５℃〜６５℃に急速 冷却することによって形成される。硫酸エ−ロゾルは、高濃縮硫酸の非常に微細 な液滴であり、これは、スクラバ−中又は下流の霧収集器（ミストコレクタ−） 中で分離しない。従って、排気ガス浄化システムの下流段階には、高いコストで しか完全に除去することのできない液状の硫酸が供給される。 硫酸エ−ロゾルは、放出及び腐食問題をもたらす。腐食問題は、第１に、燃料 ガススクラバ−の下流から排気口の上流までの清浄気体経路において、酸による ダクト及び機械への攻撃によって発生する。第２に、過去においては、石炭燃焼 動力プラントの付近において、酸粒子の放出によって問題が発生していた。 ドイツ連邦共和国のＤＥ４１２５２１４Ａ１特許公報から、スクラビングタワ −中のガススクラビングの前に、ガス混合物を水で予備スプレ−処理（急冷）す ることができることが、原則的に公知である。しかしながら、前記の公知方法で は、前記の急速な温度降下が、硫酸エ−ロゾルの形成に関連している。 従って、本発明の目的は、動力プラント及び焼却システム中の排気ガス浄化シ ステムにおける硫酸エ−ロゾル形成を、可能な限り減少又は予防することにある 。 この目的は、動力プラント又は焼却システムの排気ガス浄化システム中の排気 ガスを水で予備スプレ−して、燃焼排気ガスを硫酸の露点よりも高い温度に冷却 する、排気ガス浄化システム中での硫酸エ−ロゾ形成の抑制方法によって解決す ることができる。従って、冷却は、燃焼排気ガスの温度が硫酸の露点よりも低く ならない方法で実施する必要がある。 イオウを含む燃料を用いる場合には、排気ガス中における気体硫酸の濃度は、 ５０ｍｇ／ｍ³に達する。本発明の好ましい態様では、予備スプレ−によって、 排気ガスを、１１０℃〜１５０℃に冷却し、特に好ましい態様では、１２０℃〜 １４０℃に冷却する。 水による前記の予備スプレ−は、排気ガスがダスト分離器を離れた後であって 排気ガスがガススクラバ−に入る前に実施する。排気ガスを、例えば１５０℃よ りも高い温度でスクラバ−に入れることができる。排気ガスの温度は、動力プラ ント又は焼却システムによって変化させることができ、５００℃まであるいはそ れ以上の温度にまで上昇させることもできる。 本発明方法における冷却は、スクラビング液温度である４５℃〜６５℃への大 きな温度勾配において、例えば、公知のシステムの場合とは異なり、自発的なも のではない。それとは異なり、予備スプレ−処理の結果として、排気ガスの冷却 に対して小さい温度勾配が確立するので、その結果として、硫酸が依然として気 体である間に、水によって吸収される。従って、前記の気体硫酸は、温度が硫酸 の露点より低〈なるまで下降する前に、大部分が水に吸収される。 本発明方法の好ましい態様によれば、排気ガスが静電フィルタ−を離れた後で あって、スクラバ−（吸収器）中に入る前に、排気ガスを予備スクラバ−（コン デンサ−）中に送り、そして排気ガスチュ−ブの入口前に直接配置したノズルを 通じて、予備スクラバ−中に水を予備スプレ−する。本発明の好ましい別の態様 では、スクラバ−の上流に連結する熱交換器へ入る前に、排気ガスの予備スプレ −処理を実施する。 従って、硫酸が気体である限り、硫酸の吸収が実施されるので、スクラバ−又 は予備スクラバ−中における硫酸の液滴（エ−ロゾル）の形成を有意に減少させ るか又は防止さえ行われる。本発明による予備スプレ−処理によって、プロセス 水の使用量が増加することはない。 予備スプレ−処理においてスプレ−される水の量は、水の一部が蒸発した場合 に、排気ガス（煙道ガス）を、硫酸の露点付近又はわずかに高い温度まで冷却す る量とすることができる。前記ガスにスプレ−する水の量は、例えば、０．０１ 〜０．０２リットル／ｍ³であることができる。従って、本発明による予備スプ レ−に用いる水の量は、公知の方法において予備スクラバ−中で排気ガスと接触 させる水の量よりも１０００倍低くなる。 高い効率を保証するために、排気ガスの流れる方向に対向して、好ましくは数 カ所から水をスプレ−する。気体硫酸の分離における高い効率を保証するために 、煙道ガスダクトの交差区域全体を覆うのに十分な液滴を生成して煙道ガスの迂 回を防ぐ。液滴密度は、特にノズルの数及び配置、そしてノズル圧力によって制 御することができる。自明であるが、ノズルの数及び場合により配置は、排気ガ スを移送する装置の直径及び形状によって変化する。予備スプレ−及び急冷用と して、動力プラント又は焼却システムからのプロセス水を、スプレ−処理に使用 することができる。 液滴スペクトルの選択は、第１に、気体硫酸の吸収に関して十分な表面積を、 スプレ−液が提供すること、そして第２に、水の全容量が蒸発してしまう程度に まで液滴が微細になりすぎないように、液滴の大きさを定めることにより行う。 セットされた予備スプレ−条件が最適か否かは、所謂清浄ガス経路中の硫酸を 決定することによって確認することができる。 図１は、ベンチュリスクラバ−１を大幅に単純化して示す説明図である。ノズ ル４は、排気ガス導管２中（すなわち、スクラバ−のガス入口オリフィス３の上 流）に配置される。排気ガスは、ノズル４を通じて水でスプレ−され、気体の硫 酸が吸収される（ガス予備スプレ−処理）。石灰水和物の水性懸濁液によるメイ ンのスプレ−処理（これにより硫酸カルシウム二水塩としてイオウを沈殿させる ）は、前記スクラバ−中に配置したノズル５を通じて実施する。 本発明方法の効率を検出するために、予備スクラバ−における予備スプレ−処 理をする場合としない場合とについて、煙道ガス脱硫経路の上流及び下流の煙道 ガスにおいて、気体硫酸及びエ−ロゾル硫酸の試験を実施した。煙道ガス脱硫の 上流の原料ガスにおける硫酸含有量を適当にして測定結果を保証するために、Ｓ Ｏ₂ボイラ−変換速度の増加の結果として、気体ＳＯ₃濃度の１〜２ｍｇ／ｍ³か ら１２〜１５ｍｇ／ｍ³ＳＯ₃（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂）への増加が、煙道ガス 脱硫プラントの上流の原料ガスにおいて行われるように、ボイラ−プラント中の 石炭への石灰の添加を試験期間中にセットした。 硫酸量を測定するために、液滴分離器の下流から、排気ガスの温度に加熱した 吸引連絡を通して、排気ガスのサンプルを採取し、その中に含まれているかもし れない全ての硫酸をフィルム上に分離し、そして分離した前記硫酸を水の中に吸 収した後で、硫酸の滴定決定を実施する。 この結果を、表１及び表２に示す。表１は、本発明による煙道ガスの予備スプ レ−処理を実施した場合の結果であり、表２は、予備スプレ−処理を実施しなか った場合の結果である。 表１ 《煙道ガスの予備スプレ−処理における、煙道ガス脱硫装置の上流及び下流のＳ Ｏ₃濃度》 横軸に記載のＡ〜Ｊの記号は、試験実施中の１時間の間隔（３０分間の中断を 含む）を意味する。 試験期間中、静電フィルタ−の下流で煙道ガス脱硫装置の上流にある原料ガス （煙道ガスの温度＝１３４〜１３６℃）中の気体三酸化イオウの濃度は、１２〜 １５ｍｇ／ｍ³（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂）であった。同時に、煙道ガス脱硫装置 下流の清浄ガス（温度＝７２℃〜７５℃）中において、エ−ロゾル形態の硫酸を 、検出限界（１ｍｇ／ｍ³）よりも低いレベルで検出した。更に、煙道ガス脱硫 装置下流の第２熱交換器の領域（煙道ガス温度＝１３８〜１４２℃）内で、気体 ＳＯ₃を決定して、測定値を確認した。本発明による予備スプレ−処理によって 、１ｍｇ／ｍ³（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂）よりも低いＳＯ₃濃度のみが測定され た。 表２ 《煙道ガスの予備スプレ−非処理下における、煙道ガス脱硫装置の上流及び下流 のＳＯ₃濃度》 Ａ〜Ｊの記号は、表１と同じ意味である。 試験期間中、静電フィルタ−の下流で煙道ガス脱硫装置の上流において、原料 ガス中の気体ＳＯ₃の濃度は、１３〜１５ｍｇ／ｍ³（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂） であった。同時に、煙道ガス脱硫装置下流（第１熱交換器の後であって、第２熱 交換器の前）の煙道ガス中に、エ−ロゾル形態の硫酸が、３〜４ｍｇ／ｍ³Ｓ Ｏ₃（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂）の濃度で存在した。同時に、煙道ガス脱硫装置下 流の第２熱交換器の領域内で、気体三酸化イオウの濃度を測定して、測定結果を 確認した。安定状態の境界実験条件下で、気体三酸化イオウ濃度は、３〜５ｍｇ ／ｍ³（ＳＴＰ，乾燥，５％Ｏ₂）であることが検出され、前記エ−ロゾル測定に よる数値と相関関係があった。この測定結果は、煙道ガスを予備スプレ−処理し ない場合には、煙道ガス脱硫スクラバ−に送り込まれた気体イオウの３０％〜４ Ｏ％が、硫酸エ−ロゾルに変換することを示している。 これらの実験結果は、予備スクラバ−中における煙道ガスの予備スプレ−処理 が、硫酸エ−ロゾルの生成を有意に最小化することを明確に示している。煙道ガ ス予備スプレ−を開始した後で、熱交換器の材料状態が酸腐食に関して有意に向 上することが分かった。煙道ガス脱硫装置の運転開始後に観察される熱交換器上 の大規模な腐食工程は、煙道ガス脱硫スクラバ−の上流の清浄ガス流におけるＨ₂ ＳＯ₄エ−ロゾル負荷に直接関係している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．排気ガス中の硫酸の露点よりも温度が下がらないように、排気ガス浄化シス テム中の排気ガスに、水を予備スプレ−することを特徴とする、動力プラント及 び焼却システムの排気ガス浄化システム中における硫酸エ−ロゾル形成の抑制方 法。 ２．スクラバ−への排気ガス入口の上流に配置したノズルを通じて、排気ガスを 水で予備スプレ−することを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．予備スクラバ−へ排気ガスが入る前に、排気ガスを水でスプレ−することを 特徴とする、請求項１に記載の方法。 ４．排気ガスが上流熱交換器に入る前に、排気ガスの予備スプレ−を行うことを 特徴とする、請求項１に記載の方法。 ５．予備スプレ−において、排気ガスの温度を１１０℃〜１５０℃に下げること を特徴とする、請求項１に記載の方法。 ６．予備スプレ−によって、排気ガスの温度を１２０℃〜１４０℃に下げること を特徴とする、請求項１に記載の方法。