ボイラプラント
【課題】酸素を排ガスで希釈した燃焼用ガスで燃料を燃焼させるボイラプラントにおいて、燃焼用ガスラインなどが排ガス中の三酸化硫黄により腐食されるのを抑制する。
【解決手段】石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラ１と、ボイラ１から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置７と、脱硝装置７から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置１１と、集塵装置１１の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置２７から供給される酸素を希釈して燃焼用ガスを生成してボイラ１に供給する燃焼用ガスライン２１とを備え、燃焼用ガスライン２１の流路途中に三酸化硫黄を中和する中和剤を添加して排ガス又は燃焼用ガスの三酸化硫黄を中和する。
【解決手段】石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラ１と、ボイラ１から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置７と、脱硝装置７から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置１１と、集塵装置１１の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置２７から供給される酸素を希釈して燃焼用ガスを生成してボイラ１に供給する燃焼用ガスライン２１とを備え、燃焼用ガスライン２１の流路途中に三酸化硫黄を中和する中和剤を添加して排ガス又は燃焼用ガスの三酸化硫黄を中和する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラプラントに係り、特に、酸素を排ガスで希釈して生成した燃焼用ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼式のボイラを含むボイラプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、石炭、石油などの燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラが提案されている。同文献は、燃焼用空気に代えて富酸素の燃焼用ガスにより燃料を燃焼させることで、ボイラから排出される排ガスの二酸化炭素濃度を高くして、排ガスから二酸化炭素を効率よく分離回収している。しかし、富酸素の燃焼用ガスをボイラに供給して燃料を燃焼させると、バーナなどの火炎温度が高くなり、ボイラの耐熱性などを確保できないおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１は、ボイラから排出され集塵装置を通過させた排ガスを分岐して、分岐した排ガスを酸素供給装置から供給される酸素に混合して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する燃焼用ガスラインを形成している。これによれば、酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスとしてボイラに供給しているから、火炎温度の上昇を低減できる。
【０００４】
一方、特許文献２は、廃棄物を燃焼用空気で燃焼させるボイラで発生する窒素酸化物を低減するため、排ガスの一部をボイラの２次燃焼室に循環させている。また、廃棄物を燃焼させると排ガスに塩酸ガスが含まれ、この塩酸ガスにより排ガスを循環させる送風機、ダクトなどが腐食するから、循環させる排ガスに消石灰を添加して塩酸ガスを中和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７１６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、酸素を排ガスで希釈してボイラに供給すると、排ガスに含まれる三酸化硫黄が系内を循環して濃縮されることによる問題については配慮されていない。つまり、排ガス中の三酸化硫黄が濃縮されると排ガス中の三酸化硫黄の酸露点が上がるので、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がると三酸化硫黄が凝縮して、燃焼用ガスラインなどを腐食させるおそれがある。
【０００７】
特許文献２には、循環させる排ガス中の塩酸ガスによるダクトなどの腐食を防止することが記載されているが、特許文献２は、酸素燃焼式のボイラではないため、排ガス中の三酸化硫黄が濃縮することに起因する燃焼用ガスラインなどの腐食防止については記載されていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、酸素を排ガスで希釈した燃焼用ガスで燃料を燃焼させるボイラプラントにおいて、燃焼用ガスラインなどが排ガス中の三酸化硫黄により腐食されるのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のボイラプラントは、石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、集塵装置の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素を希釈して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する燃焼用ガスラインと、燃焼用ガスラインの流路途中に排ガス中の三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する添加手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、酸素を希釈する排ガス又は燃焼用ガス中の三酸化硫黄を中和して濃度を下げ三酸化硫黄の酸露点を低くできるから、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がっても三酸化硫黄の凝縮を抑制でき、三酸化硫黄による燃焼用ガスラインなどの腐食を抑制できる。
【００１１】
一方、ボイラに供給される燃焼用ガスを分岐し、燃焼用ガスを搬送ガスとして粉砕した炭素含有固体燃料をボイラに搬送することができる。この場合、炭素含有固体燃料、例えば、石炭を粉砕する粉砕手段に燃焼用ガスラインを接続し、この燃焼用ガスラインに中和剤の添加手段を設けることが好ましい。つまり、燃焼用ガスの酸素濃度が高いと、燃焼用ガスにより微粉炭が自然発火するから、燃焼用ガスの温度を下げて微粉炭の搬送ガスとする。そのため、燃焼用ガスが三酸化硫黄の酸露点以下になり粉砕手段などに腐食が生じるので、三酸化硫黄を中和して粉砕手段に供給される燃焼用ガスの酸露点を下げることが好ましい。
【００１２】
また、中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＮａＨＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ、又はアルカリ土類金属の塩、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２を使用できる。また、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩として、例えば、セスキ炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３・ＮａＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ)などの複塩を使用できる。また、中和剤の添加量は、中和剤／ＳＯ３のモル比が、例えば、モル比０．１〜３０、好ましくは、モル比１〜３になるように調整できる。
【００１３】
また、燃焼用ガスラインの添加手段の上流側に排ガスを加熱する加熱器を設け、加熱した排ガスに中和剤の水溶液を噴霧して、排ガスの熱で蒸発させることが好ましい。つまり、粉体の中和剤を排ガスに添加するより、中和剤の水溶液を排ガスに噴霧して水分を蒸発させる方が、中和剤を微流化して排ガスに混合できるので、三酸化硫黄の中和率を向上できる。
【００１４】
また、燃焼用ガスラインの添加手段の上流側に排ガスを冷却する冷却器を設け、排ガス中の水分を除去することが好ましい。つまり、排ガス中の三酸化硫黄の酸露点は、排ガス中の水分量に相関するので、排ガス中の水分量を下げることで三酸化硫黄の酸露点を下げることができ、三酸化硫黄の凝縮を一層抑制できる。
【００１５】
なお、燃焼用ガスラインの添加手段の下流側に集塵装置を設けることができる。これによれば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集して燃焼用ガスから除去できるので、中和剤を添加することによる燃焼用ガスなどへの悪影響を回避できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、酸素を排ガスで希釈した燃焼用ガスで燃料を燃焼させるボイラプラントにおいて、燃焼用ガスラインなどが排ガス中の三酸化硫黄により腐食されるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１のボイラプラントの概略図である。
【図２】排ガス中の三酸化硫黄濃度と三酸化硫黄の酸露点の関係を、水分濃度別に示した図である。
【図３】三酸化硫黄の除去率と中和剤の添加量の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態２のボイラプラントの概略図である。
【図５】本発明の実施形態３のボイラプラントの概略図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】本発明の実施形態４のボイラプラントの概略図である。
【図８】本発明の実施形態５のボイラプラントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１のボイラプラントには、炭素含有固体燃料、例えば、石炭を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラ１が設けられている。ボイラ１は、石炭を燃焼させて発生した蒸気を図示していない蒸気タービンに供給して、蒸気タービンを駆動するようになっている。ボイラ１のバーナ５には、石炭粉砕機３で製造した微粉炭が後述する燃焼用ガスに同伴されて供給されるようになっている。なお、石炭単独、又は石炭に他の炭素含有固体燃料を混合して燃料とすることができる。
【００１９】
ボイラ１の下流側には、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置７が設けられている。脱硝装置７には、排ガスに還元剤を添加する添加手段と、脱硝触媒層が設けられている。脱硝装置７の下流側には、脱硝装置７から排出された排ガスの温度を下げる熱交換器９が設けられている。熱交換器９の下流側には、排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置１１が設けられている。集塵装置１１の下流側には、誘引ファン１３が設けられている。誘引ファン１３の下流側には、排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置１５が設けられている。脱硫装置１５は、例えば、排ガスに脱硫剤を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を脱硫剤に吸収させる湿式脱硫装置など、周知の脱硫装置を使用できる。
【００２０】
脱硫装置１５の下流側には、排ガスに残っている酸性ガスを除去する周知の排ガス洗浄装置１７が設けられている。排ガス洗浄装置１７の下流側には、排ガス中の二酸化炭素を分離して回収する周知の回収装置１９が設けられている。なお、排ガスに残っている酸性ガスにより回収装置１９における二酸化炭素の分離回収が妨害されない場合は、排ガス洗浄装置１７を省略できる。
【００２１】
次に、実施形態１の特徴構成を説明する。集塵装置１１の下流側であって脱硫装置１５の上流側の排ガス流路には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン２１が接続されている。燃焼用ガスライン２１には、図示していない誘引ファンなどが設けられ、排ガスを燃焼用ガスライン２１に分岐できるようになっている。燃焼用ガスライン２１の下流側は、ライン２３とライン２５に分岐されている。ライン２３は、ボイラ１のバーナ５に接続され、流路途中に酸素供給装置２７が接続されている。ライン２５には、中和剤添加手段２９が接続されている。中和剤添加手段２９が接続された位置の下流側のライン２５には、酸素供給装置２７が接続されている。酸素供給装置２７の下流側のライン２５は、石炭粉砕機３を介してバーナ５に接続されている。
【００２２】
酸素供給装置２７は、空気中の窒素と酸素を分離して、高濃度の酸素を供給できるようになっている。酸素供給装置２７から供給された酸素は、ライン２３、２５を通流する排ガスにより希釈され、燃焼用ガスが生成されるようになっている。中和剤添加手段２９は、ライン２５を通流する排ガスに三酸化硫黄を中和する中和剤を添加するようになっている。
【００２３】
このように構成される本実施形態の動作を説明する。石炭粉砕機３で粉砕された微粉炭は、ライン２５から供給される燃焼用ガスによりボイラ１のバーナ５に供給される。バーナ５に供給された微粉炭は、ライン２３、２５から供給された富酸素の燃焼用ガスにより燃焼される。富酸素の燃焼用ガスで燃焼することで、排ガス中の二酸化炭素濃度を高めることができる。
【００２４】
ボイラ１から排出された排ガスは、脱硝装置７に導入される。脱硝装置７に導入された排ガスには還元剤が添加され、脱硝触媒存在下で排ガス中の窒素酸化物が還元剤により還元されて除去される。脱硝装置７から排出された排ガスは、熱交換器９を通過する際、燃焼用ガスライン２１を通流する排ガスとの熱交換により温度が下げられて集塵装置１１に導入される。集塵装置１１は、排ガス中の煤塵を捕集して排ガスから除去する。集塵装置１１から排出された排ガスは、誘引ファン１３を介して脱硫装置１５に導入される。脱硫装置１５は、排ガスに脱硫剤を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を吸収させて排ガスから除去する。脱硫装置１５から排出された排ガスは、排ガス洗浄装置１７に導入され、排ガス中に残っている酸性ガスを除去される。排ガス洗浄装置１７から排出された排ガスは、回収装置１９に導入される。回収装置１９は、排ガスから二酸化炭素を分離して回収する。これにより、ボイラプラントから排出される排ガスの二酸化炭素を低減できる。
【００２５】
次に、実施形態１の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスの、例えば、１０〜４０％の排ガスが燃焼用ガスライン２１に導かれる。燃焼用ガスライン２１に導かれた排ガスは、熱交換器９により、例えば、１８０℃〜３７０℃に加熱される。加熱された排ガスは、ライン２３とライン２５に分岐される。ライン２３に導かれた排ガスは、酸素供給装置２７から供給される酸素を希釈し燃焼用ガスが生成される。ライン２３で生成された燃焼用ガスは、ボイラ１のバーナ５に供給される。
【００２６】
一方、ライン２５に分岐された排ガスには、中和剤添加手段２９から三酸化硫黄を中和できる中和剤の水溶液が噴霧される。噴霧された水溶液の水分は、排ガスの熱により蒸発し、中和剤が微粒化して排ガス中に分散される。この中和剤が三酸化硫黄と接触することにより中和反応が生じ、排ガス中の三酸化硫黄が中和される。三酸化硫黄が中和された排ガスは、酸素供給装置２７から供給される酸素に混合されて、酸素を希釈して燃焼用ガスが生成される。この燃焼用ガスは、微粉炭の搬送用ガスとして、石炭粉砕機３に供給され、微粉炭をボイラ１のバーナ５に気流搬送する。なお、燃焼用ガスの酸素濃度が高い場合は、例えば、中和剤の噴霧量を調整して、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を微粉炭が自然発火しない温度、例えば、１００℃を超えない温度に調整する。
【００２７】
これによれば、酸素を希釈する排ガス中の三酸化硫黄を中和して濃度を下げ三酸化硫黄の酸露点を低くできるから、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がっても三酸化硫黄の凝縮を抑制でき、三酸化硫黄による燃焼用ガスライン２１などの腐食を抑制できる。また、三酸化硫黄の凝縮を抑制できるので、三酸化硫黄が凝縮することにより微粉炭が詰まることを抑制できる。
【００２８】
特に、実施形態１のように、燃焼用ガスを微粉炭の搬送ガスとする場合、燃焼用ガスの酸素濃度が高いと、燃焼用ガスの温度を、例えば、１００℃以下に下げるから、三酸化硫黄が凝縮してライン２５、石炭粉砕機３などが腐食する。この現象を図２を用いて説明する。図２は、排ガス中の三酸化硫黄（ＳＯ３）濃度と三酸化硫黄の酸露点の関係を、排ガス中の水分濃度ごとに示した図である。酸素を排ガスで希釈してボイラ１に供給すると、排ガスに含まれる三酸化硫黄及び水分が系内を循環して濃縮される。そのため、例えば、ＳＯ３濃度が６０ｐｐｍ、水分濃度が３０％になることがあり、図２より、酸露点は約１８０℃となる。この場合、微粉炭の自然発火を防止するため、燃焼用ガスの温度を、例えば、１００℃以下に下げると、酸露点以下になるから硫酸ミストの凝縮により腐食が生じる。
【００２９】
これに対して、排ガスに三酸化硫黄を中和する中和剤を添加すると、排ガス中の三酸化硫黄が中和され、酸露点を下げることができる。例えば、中和剤として、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）をそれぞれ排ガスに添加した場合の、排ガス中のＳＯ３除去率を図３に示す。図３の縦軸は、ＳＯ３除去率であり、横軸は、中和剤／ＳＯ３とのモル比である。中和剤／ＳＯ３のモル比が上がるにつれて、ＳＯ３除去率が上がるので、モル比０．１〜３０、好ましくは、モル比１〜３になるように中和剤を添加する。また、モル比=１．５以上でＳＯ３除去率が１００％に近づき、頭打ちになるから、中和剤／ＳＯ３のモル比１〜２となるように添加することが望ましい。なお、中和剤を過剰に添加すると、未反応の中和剤が燃焼用ガスに同伴しボイラ１に導入され、ボイラ１内の硫黄酸化物が中和される。例えば、集塵装置１１から排出された排ガスの、例えば、１０〜４０％を燃焼用ガスライン２１に導くと、モル比２に対する１００％／４０％＝２．５倍としてモル比５程度、二酸化硫黄の除去も考慮すると、その３０倍程度になると予測される。したがって、中和剤／ＳＯ３のモル比を３０と中和剤を過剰に添加することができる。
【００３０】
なお、三酸化硫黄を中和する中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＮａＨＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ、又はアルカリ土類金属の塩、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２を使用できる。また、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩として、例えば、セスキ炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３・ＮａＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ)などの複塩を使用できる。また、中和剤は、粉体状、又は水に溶かして水溶液にして排ガスに添加できる。また、中和剤にＮａ塩、Ｋ塩を使用すると、ボイラ１から排出される排ガスにＮａ塩、Ｋ塩が混じって、脱硝装置７の脱硝触媒を被毒するおそれがある。この場合、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２などのカルシウム塩を中和剤とすることが好ましい。また、潮解性を有する物質を中和剤とすると、未反応の中和剤が石炭粉砕機３に侵入して、微粉炭が水分を含み詰まるおそれがあるから、潮解性を有しない物質を中和剤とすることが好ましい。
【００３１】
また、三酸化硫黄と中和剤との中和反応により生成する生成物が、不燃性の物質となるように中和剤を選択することができる。これによれば、中和反応により生成する不燃性の生成物が微粉炭と混ざって、微粉炭の自然発火が抑制される。
【００３２】
また、実施形態１は、石炭粉砕機３に接続されるライン２５にのみ中和剤を添加し、バーナ５に接続されるライン２３に中和剤を添加していないが、ライン２３にも中和剤を添加することができる。また、ライン２３を流れる燃焼用ガスは、微粉炭の搬送ガスではなく、微粉炭の自然発火の問題がないから、ライン２３に中和剤を添加せず、ライン２３を流れる排ガス又は燃焼用ガスを三酸化硫黄の酸露点以上の温度に維持することで、三酸化硫黄による腐食を抑制できる。
【００３３】
また、石炭の付着水により、微粉炭が詰まるおそれがある場合は、石炭粉砕機３に供給した燃焼用ガスで石炭又は微粉炭を乾燥させることができる。
【００３４】
（実施形態２）
図４を用いて実施形態２のボイラプラントを説明する。実施形態２が実施形態１と相違する点は、燃焼用ガスライン２１の熱交換器９の上流側に排ガスを冷却して、排ガス中の水分を除去する冷却器３１を設けている点である。また、燃焼用ガスライン２１に熱交換器９をバイパスするバイパスライン３３を接続している点である。さらに、燃焼用ガスライン２１の熱交換器の出口側のガス温度、石炭粉砕機の入口側と出口側のガス温度を計測する計測手段を設け、計測した温度に基づいて、バイパスライン３３を通流させるガスの量と中和剤の添加量を調整している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
次に実施形態２の動作の特徴動作を説明する。集塵装置１１から燃焼用ガスライン２１に導かれた排ガスは、冷却器３１により冷却されて、排ガス中の水蒸気が凝縮される。凝縮された水はドレイン３５に排出される。これにより、排ガス中の水分濃度が下がるから、排ガスの酸露点が下げることができる。さらに、水の露点も下がるから、結露による微粉炭の詰まりを抑制できる。
【００３６】
一方、冷却器３１を通過した排ガスは、熱交換器９に導入されて加熱される。この際、熱交換器９の出口温度Ｔ１、石炭粉砕機３の入口側温度Ｔ２、出口側温度Ｔ３に基づいて、コントローラ３７は、バイパスライン３３の弁３９の開度を調整し、熱交換器９で加熱される排ガス量を調整する。また、コントローラ３７は、中和剤添加手段２９の中和剤の添加量を調整する。つまり、コントローラ３７は、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を石炭が自然発火しない温度に維持するため、熱交換器９で加熱される排ガス量と、中和剤の添加量を調整する。例えば、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度が高い場合は、熱交換器９で加熱される排ガス量を減らし、中和剤の添加量を増やして燃焼用ガスの温度を下げる。これにより、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を石炭が自然発火しない温度に維持できる。
【００３７】
なお、コントローラ３７により、熱交換器９で加熱される排ガス量、又は中和剤の添加量のいずれか一方を調整することができる。
【００３８】
（実施形態３）
図５、６を用いて実施形態３のボイラプラントを説明する。実施形態３が実施形態１と相違する点は、集塵装置１１の下流側と、脱硫装置１５の下流側のそれぞれの排ガスラインに排ガスを分岐する燃焼用ガスラインを接続している点である。また、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３を計測して、計測して温度に基づいて酸素供給装置２７から供給される酸素の量を調整している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
集塵装置１１の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン４１が接続されている。燃焼用ガスライン４１の下流側は、ライン４３とライン４５に分岐されている。ライン４３は、ボイラ１の図示していないアフターエアポートに接続されている。ライン４５は、ボイラ１のバーナ５に接続されている。ライン４５には、酸素供給装置２７が接続され、酸素供給装置２７から供給された酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。
【００４０】
脱硫装置１５の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン４７が接続されている。燃焼用ガスライン４７は、熱交換器９を介して石炭粉砕機３に接続されている。燃焼用ガスライン４７には、中和剤添加手段２９が接続され、排ガス中の三酸化硫黄を中和剤で中和するようになっている。中和剤添加手段２９の下流側には、酸素供給装置２７が接続され、酸素供給装置２７から供給された酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。酸素供給装置２７には、コントローラ４９が接続されている。コントローラ４９は、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３に基づいて、酸素供給装置２７から燃焼用ガスライン４７に供給される酸素の量を調整するようになっている。
【００４１】
次に実施形態３の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスは燃焼用ガスライン４１に導かれ、ライン４３とライン４５に分岐される。ライン４３の排ガスは、二次燃焼用のガスとしてボイラ１のアフターエアポートに供給される。一方、ライン４５の排ガスには、酸素供給装置２７から供給された酸素が混合され、酸素が排ガスにより希釈され燃焼用ガスが生成する。この燃焼用ガスは、ボイラ１のバーナ５に供給される。
【００４２】
一方、脱硫装置１５から排出された排ガスは燃焼用ガスライン４７に導かれ、熱交換器９により加熱される。加熱された排ガスには、中和剤添加手段２９から中和剤の水溶液が噴霧される。これにより、排ガス中の三酸化硫黄が中和されて、排ガスの酸露点が下げられる。この排ガスに酸素供給装置２７から酸素が供給され排ガスにより酸素が希釈されて燃焼用ガスが生成される。この際、コントローラ４９は、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３に基づいて、例えば、酸素供給装置２７の酸素製造量及び弁５３の開度を調整する。つまり、供給される酸素の量を調整して、酸素の顕熱により排ガスの温度を下げ、石炭が自然発火しない温度に燃焼用ガスの温度を維持する。なお、コントローラ４９は、ライン４３の弁５０の開度を調整してアフターエアポートに供給する排ガスの量を調整する。
【００４３】
これによれば、排ガス中の三酸化硫黄を脱硫装置１５で、例えば、３０〜５０％除去し、三酸化硫黄が低減された排ガスで燃焼用ガスを生成し搬送ガスとするから、中和剤の添加量を減らすことができる。
【００４４】
なお、脱硫装置１５を湿式又は半乾式にすると、脱硫装置１５から排出される排ガスの温度が、例えば、５０℃〜７０℃になり、三酸化硫黄の酸露点以下になるおそれがある。この場合、燃焼用ガスライン４７の熱交換器９より上流側に三酸化硫黄を中和する中和剤を添加することが好ましい。
【００４５】
（実施形態４）
図７を用いて実施形態４のボイラプラントを説明する。実施形態４が実施形態１と相違する点は、集塵装置１１の下流側と、脱硫装置１５の下流側のそれぞれに、排ガスを分岐する燃焼用ガスラインを接続している点である。また、燃焼用ガスラインの中和剤添加手段の下流側に三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置を設けている点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
集塵装置１１の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン５５が接続されている。燃焼用ガスライン５５には、酸素供給装置２７が接続され、燃焼用ガスライン５５に導かれた排ガスにより酸素を希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。
【００４７】
一方、脱硫装置１５の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン５７が接続されている。燃焼用ガスライン５７は、熱交換器９を介して石炭粉砕機３に接続されている。燃焼用ガスライン５７には、中和剤添加手段２９が接続され、排ガス中の三酸化硫黄を中和剤で中和するようになっている。燃焼用ガスライン５７の中和剤添加手段２９の下流側には、集塵装置５９が設けられ、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集して排ガスから除去するようになっている。燃焼用ガスライン５７の集塵装置５９の下流側には、酸素供給装置２７が接続され、排ガスにより酸素を希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。燃焼用ガスライン５７の酸素供給装置２７が接続された位置の下流側は、石炭粉砕機３を介してボイラ１のバーナ５に接続され、石炭粉砕機３から微粉炭をボイラ１のバーナ５に搬送するようになっている。
【００４８】
次に実施形態４の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスは燃焼用ガスライン５５に導かれ、酸素供給装置２７から酸素が供給される。これにより、酸素が排ガスにより希釈されて燃焼用ガスが生成される。
【００４９】
一方、脱硫装置１５から排出された排ガスは、燃焼用ガスライン５７に導かれ、熱交換器９により加熱される。加熱された排ガスには、中和剤添加手段２９から中和剤の水溶液が噴霧され、排ガス中の三酸化硫黄が中和される。三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物は、集塵装置５９により捕集されて排ガスから除去される。中和反応による生成物が除去された排ガスには、酸素供給装置２７から供給された酸素が混合され、酸素が排ガスにより希釈されて燃焼用ガスが生成する。生成した燃焼用ガスは、石炭粉砕機３に供給され、微粉炭の搬送ガスとして石炭粉砕機３内の微粉炭をボイラ１のバーナ５に搬送する。
【００５０】
これによれば、中和剤を添加することによる悪影響、例えば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物により、バーナ５から噴出される微粉炭の噴出状況などに与える悪影響を回避できる。
【００５１】
（実施形態５）
図８を用いて実施形態５のボイラプラントを説明する。実施形態５が実施形態１と相違する点は、燃焼用ガスライン２１のライン２３とライン２５の分岐部よい上流側に中和剤添加手段２９を接続している点である。また、中和剤添加手段の下流側のライン２５の流路途中に、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置を設けている点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
これによれば、微粉炭の搬送ガスとして用いる燃焼用ガスに加えて、ボイラ１のバーナ５に直接供給される燃焼用ガス中の三酸化硫黄を中和するから、排ガス又は燃焼用ガスの三酸化硫黄の酸露点を一層下げることができる。また、中和剤を添加することによる悪影響、例えば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物により、バーナ５から噴出される微粉炭の噴出状況などに与える悪影響を回避できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ ボイラ
３ 石炭粉砕機
７ 脱硝装置
９ 熱交換器
１１ 集塵装置
２１ 燃焼用ガスライン
２７ 酸素供給装置
２９ 中和剤添加手段
３１ 冷却器
４１ 燃焼用ガスライン
４７ 燃焼用ガスライン
５５ 燃焼用ガスライン
５７ 燃焼用ガスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラプラントに係り、特に、酸素を排ガスで希釈して生成した燃焼用ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼式のボイラを含むボイラプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、石炭、石油などの燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラが提案されている。同文献は、燃焼用空気に代えて富酸素の燃焼用ガスにより燃料を燃焼させることで、ボイラから排出される排ガスの二酸化炭素濃度を高くして、排ガスから二酸化炭素を効率よく分離回収している。しかし、富酸素の燃焼用ガスをボイラに供給して燃料を燃焼させると、バーナなどの火炎温度が高くなり、ボイラの耐熱性などを確保できないおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１は、ボイラから排出され集塵装置を通過させた排ガスを分岐して、分岐した排ガスを酸素供給装置から供給される酸素に混合して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する燃焼用ガスラインを形成している。これによれば、酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスとしてボイラに供給しているから、火炎温度の上昇を低減できる。
【０００４】
一方、特許文献２は、廃棄物を燃焼用空気で燃焼させるボイラで発生する窒素酸化物を低減するため、排ガスの一部をボイラの２次燃焼室に循環させている。また、廃棄物を燃焼させると排ガスに塩酸ガスが含まれ、この塩酸ガスにより排ガスを循環させる送風機、ダクトなどが腐食するから、循環させる排ガスに消石灰を添加して塩酸ガスを中和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７１６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、酸素を排ガスで希釈してボイラに供給すると、排ガスに含まれる三酸化硫黄が系内を循環して濃縮されることによる問題については配慮されていない。つまり、排ガス中の三酸化硫黄が濃縮されると排ガス中の三酸化硫黄の酸露点が上がるので、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がると三酸化硫黄が凝縮して、燃焼用ガスラインなどを腐食させるおそれがある。
【０００７】
特許文献２には、循環させる排ガス中の塩酸ガスによるダクトなどの腐食を防止することが記載されているが、特許文献２は、酸素燃焼式のボイラではないため、排ガス中の三酸化硫黄が濃縮することに起因する燃焼用ガスラインなどの腐食防止については記載されていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、酸素を排ガスで希釈した燃焼用ガスで燃料を燃焼させるボイラプラントにおいて、燃焼用ガスラインなどが排ガス中の三酸化硫黄により腐食されるのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のボイラプラントは、石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、集塵装置の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素を希釈して燃焼用ガスを生成してボイラに供給する燃焼用ガスラインと、燃焼用ガスラインの流路途中に排ガス中の三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する添加手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、酸素を希釈する排ガス又は燃焼用ガス中の三酸化硫黄を中和して濃度を下げ三酸化硫黄の酸露点を低くできるから、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がっても三酸化硫黄の凝縮を抑制でき、三酸化硫黄による燃焼用ガスラインなどの腐食を抑制できる。
【００１１】
一方、ボイラに供給される燃焼用ガスを分岐し、燃焼用ガスを搬送ガスとして粉砕した炭素含有固体燃料をボイラに搬送することができる。この場合、炭素含有固体燃料、例えば、石炭を粉砕する粉砕手段に燃焼用ガスラインを接続し、この燃焼用ガスラインに中和剤の添加手段を設けることが好ましい。つまり、燃焼用ガスの酸素濃度が高いと、燃焼用ガスにより微粉炭が自然発火するから、燃焼用ガスの温度を下げて微粉炭の搬送ガスとする。そのため、燃焼用ガスが三酸化硫黄の酸露点以下になり粉砕手段などに腐食が生じるので、三酸化硫黄を中和して粉砕手段に供給される燃焼用ガスの酸露点を下げることが好ましい。
【００１２】
また、中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＮａＨＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ、又はアルカリ土類金属の塩、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２を使用できる。また、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩として、例えば、セスキ炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３・ＮａＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ)などの複塩を使用できる。また、中和剤の添加量は、中和剤／ＳＯ３のモル比が、例えば、モル比０．１〜３０、好ましくは、モル比１〜３になるように調整できる。
【００１３】
また、燃焼用ガスラインの添加手段の上流側に排ガスを加熱する加熱器を設け、加熱した排ガスに中和剤の水溶液を噴霧して、排ガスの熱で蒸発させることが好ましい。つまり、粉体の中和剤を排ガスに添加するより、中和剤の水溶液を排ガスに噴霧して水分を蒸発させる方が、中和剤を微流化して排ガスに混合できるので、三酸化硫黄の中和率を向上できる。
【００１４】
また、燃焼用ガスラインの添加手段の上流側に排ガスを冷却する冷却器を設け、排ガス中の水分を除去することが好ましい。つまり、排ガス中の三酸化硫黄の酸露点は、排ガス中の水分量に相関するので、排ガス中の水分量を下げることで三酸化硫黄の酸露点を下げることができ、三酸化硫黄の凝縮を一層抑制できる。
【００１５】
なお、燃焼用ガスラインの添加手段の下流側に集塵装置を設けることができる。これによれば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集して燃焼用ガスから除去できるので、中和剤を添加することによる燃焼用ガスなどへの悪影響を回避できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、酸素を排ガスで希釈した燃焼用ガスで燃料を燃焼させるボイラプラントにおいて、燃焼用ガスラインなどが排ガス中の三酸化硫黄により腐食されるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１のボイラプラントの概略図である。
【図２】排ガス中の三酸化硫黄濃度と三酸化硫黄の酸露点の関係を、水分濃度別に示した図である。
【図３】三酸化硫黄の除去率と中和剤の添加量の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態２のボイラプラントの概略図である。
【図５】本発明の実施形態３のボイラプラントの概略図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】本発明の実施形態４のボイラプラントの概略図である。
【図８】本発明の実施形態５のボイラプラントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１のボイラプラントには、炭素含有固体燃料、例えば、石炭を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラ１が設けられている。ボイラ１は、石炭を燃焼させて発生した蒸気を図示していない蒸気タービンに供給して、蒸気タービンを駆動するようになっている。ボイラ１のバーナ５には、石炭粉砕機３で製造した微粉炭が後述する燃焼用ガスに同伴されて供給されるようになっている。なお、石炭単独、又は石炭に他の炭素含有固体燃料を混合して燃料とすることができる。
【００１９】
ボイラ１の下流側には、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置７が設けられている。脱硝装置７には、排ガスに還元剤を添加する添加手段と、脱硝触媒層が設けられている。脱硝装置７の下流側には、脱硝装置７から排出された排ガスの温度を下げる熱交換器９が設けられている。熱交換器９の下流側には、排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置１１が設けられている。集塵装置１１の下流側には、誘引ファン１３が設けられている。誘引ファン１３の下流側には、排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置１５が設けられている。脱硫装置１５は、例えば、排ガスに脱硫剤を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を脱硫剤に吸収させる湿式脱硫装置など、周知の脱硫装置を使用できる。
【００２０】
脱硫装置１５の下流側には、排ガスに残っている酸性ガスを除去する周知の排ガス洗浄装置１７が設けられている。排ガス洗浄装置１７の下流側には、排ガス中の二酸化炭素を分離して回収する周知の回収装置１９が設けられている。なお、排ガスに残っている酸性ガスにより回収装置１９における二酸化炭素の分離回収が妨害されない場合は、排ガス洗浄装置１７を省略できる。
【００２１】
次に、実施形態１の特徴構成を説明する。集塵装置１１の下流側であって脱硫装置１５の上流側の排ガス流路には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン２１が接続されている。燃焼用ガスライン２１には、図示していない誘引ファンなどが設けられ、排ガスを燃焼用ガスライン２１に分岐できるようになっている。燃焼用ガスライン２１の下流側は、ライン２３とライン２５に分岐されている。ライン２３は、ボイラ１のバーナ５に接続され、流路途中に酸素供給装置２７が接続されている。ライン２５には、中和剤添加手段２９が接続されている。中和剤添加手段２９が接続された位置の下流側のライン２５には、酸素供給装置２７が接続されている。酸素供給装置２７の下流側のライン２５は、石炭粉砕機３を介してバーナ５に接続されている。
【００２２】
酸素供給装置２７は、空気中の窒素と酸素を分離して、高濃度の酸素を供給できるようになっている。酸素供給装置２７から供給された酸素は、ライン２３、２５を通流する排ガスにより希釈され、燃焼用ガスが生成されるようになっている。中和剤添加手段２９は、ライン２５を通流する排ガスに三酸化硫黄を中和する中和剤を添加するようになっている。
【００２３】
このように構成される本実施形態の動作を説明する。石炭粉砕機３で粉砕された微粉炭は、ライン２５から供給される燃焼用ガスによりボイラ１のバーナ５に供給される。バーナ５に供給された微粉炭は、ライン２３、２５から供給された富酸素の燃焼用ガスにより燃焼される。富酸素の燃焼用ガスで燃焼することで、排ガス中の二酸化炭素濃度を高めることができる。
【００２４】
ボイラ１から排出された排ガスは、脱硝装置７に導入される。脱硝装置７に導入された排ガスには還元剤が添加され、脱硝触媒存在下で排ガス中の窒素酸化物が還元剤により還元されて除去される。脱硝装置７から排出された排ガスは、熱交換器９を通過する際、燃焼用ガスライン２１を通流する排ガスとの熱交換により温度が下げられて集塵装置１１に導入される。集塵装置１１は、排ガス中の煤塵を捕集して排ガスから除去する。集塵装置１１から排出された排ガスは、誘引ファン１３を介して脱硫装置１５に導入される。脱硫装置１５は、排ガスに脱硫剤を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を吸収させて排ガスから除去する。脱硫装置１５から排出された排ガスは、排ガス洗浄装置１７に導入され、排ガス中に残っている酸性ガスを除去される。排ガス洗浄装置１７から排出された排ガスは、回収装置１９に導入される。回収装置１９は、排ガスから二酸化炭素を分離して回収する。これにより、ボイラプラントから排出される排ガスの二酸化炭素を低減できる。
【００２５】
次に、実施形態１の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスの、例えば、１０〜４０％の排ガスが燃焼用ガスライン２１に導かれる。燃焼用ガスライン２１に導かれた排ガスは、熱交換器９により、例えば、１８０℃〜３７０℃に加熱される。加熱された排ガスは、ライン２３とライン２５に分岐される。ライン２３に導かれた排ガスは、酸素供給装置２７から供給される酸素を希釈し燃焼用ガスが生成される。ライン２３で生成された燃焼用ガスは、ボイラ１のバーナ５に供給される。
【００２６】
一方、ライン２５に分岐された排ガスには、中和剤添加手段２９から三酸化硫黄を中和できる中和剤の水溶液が噴霧される。噴霧された水溶液の水分は、排ガスの熱により蒸発し、中和剤が微粒化して排ガス中に分散される。この中和剤が三酸化硫黄と接触することにより中和反応が生じ、排ガス中の三酸化硫黄が中和される。三酸化硫黄が中和された排ガスは、酸素供給装置２７から供給される酸素に混合されて、酸素を希釈して燃焼用ガスが生成される。この燃焼用ガスは、微粉炭の搬送用ガスとして、石炭粉砕機３に供給され、微粉炭をボイラ１のバーナ５に気流搬送する。なお、燃焼用ガスの酸素濃度が高い場合は、例えば、中和剤の噴霧量を調整して、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を微粉炭が自然発火しない温度、例えば、１００℃を超えない温度に調整する。
【００２７】
これによれば、酸素を希釈する排ガス中の三酸化硫黄を中和して濃度を下げ三酸化硫黄の酸露点を低くできるから、排ガス又は燃焼用ガスの温度が下がっても三酸化硫黄の凝縮を抑制でき、三酸化硫黄による燃焼用ガスライン２１などの腐食を抑制できる。また、三酸化硫黄の凝縮を抑制できるので、三酸化硫黄が凝縮することにより微粉炭が詰まることを抑制できる。
【００２８】
特に、実施形態１のように、燃焼用ガスを微粉炭の搬送ガスとする場合、燃焼用ガスの酸素濃度が高いと、燃焼用ガスの温度を、例えば、１００℃以下に下げるから、三酸化硫黄が凝縮してライン２５、石炭粉砕機３などが腐食する。この現象を図２を用いて説明する。図２は、排ガス中の三酸化硫黄（ＳＯ３）濃度と三酸化硫黄の酸露点の関係を、排ガス中の水分濃度ごとに示した図である。酸素を排ガスで希釈してボイラ１に供給すると、排ガスに含まれる三酸化硫黄及び水分が系内を循環して濃縮される。そのため、例えば、ＳＯ３濃度が６０ｐｐｍ、水分濃度が３０％になることがあり、図２より、酸露点は約１８０℃となる。この場合、微粉炭の自然発火を防止するため、燃焼用ガスの温度を、例えば、１００℃以下に下げると、酸露点以下になるから硫酸ミストの凝縮により腐食が生じる。
【００２９】
これに対して、排ガスに三酸化硫黄を中和する中和剤を添加すると、排ガス中の三酸化硫黄が中和され、酸露点を下げることができる。例えば、中和剤として、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）をそれぞれ排ガスに添加した場合の、排ガス中のＳＯ３除去率を図３に示す。図３の縦軸は、ＳＯ３除去率であり、横軸は、中和剤／ＳＯ３とのモル比である。中和剤／ＳＯ３のモル比が上がるにつれて、ＳＯ３除去率が上がるので、モル比０．１〜３０、好ましくは、モル比１〜３になるように中和剤を添加する。また、モル比=１．５以上でＳＯ３除去率が１００％に近づき、頭打ちになるから、中和剤／ＳＯ３のモル比１〜２となるように添加することが望ましい。なお、中和剤を過剰に添加すると、未反応の中和剤が燃焼用ガスに同伴しボイラ１に導入され、ボイラ１内の硫黄酸化物が中和される。例えば、集塵装置１１から排出された排ガスの、例えば、１０〜４０％を燃焼用ガスライン２１に導くと、モル比２に対する１００％／４０％＝２．５倍としてモル比５程度、二酸化硫黄の除去も考慮すると、その３０倍程度になると予測される。したがって、中和剤／ＳＯ３のモル比を３０と中和剤を過剰に添加することができる。
【００３０】
なお、三酸化硫黄を中和する中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＮａＨＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ、又はアルカリ土類金属の塩、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２を使用できる。また、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩として、例えば、セスキ炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３・ＮａＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ)などの複塩を使用できる。また、中和剤は、粉体状、又は水に溶かして水溶液にして排ガスに添加できる。また、中和剤にＮａ塩、Ｋ塩を使用すると、ボイラ１から排出される排ガスにＮａ塩、Ｋ塩が混じって、脱硝装置７の脱硝触媒を被毒するおそれがある。この場合、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２などのカルシウム塩を中和剤とすることが好ましい。また、潮解性を有する物質を中和剤とすると、未反応の中和剤が石炭粉砕機３に侵入して、微粉炭が水分を含み詰まるおそれがあるから、潮解性を有しない物質を中和剤とすることが好ましい。
【００３１】
また、三酸化硫黄と中和剤との中和反応により生成する生成物が、不燃性の物質となるように中和剤を選択することができる。これによれば、中和反応により生成する不燃性の生成物が微粉炭と混ざって、微粉炭の自然発火が抑制される。
【００３２】
また、実施形態１は、石炭粉砕機３に接続されるライン２５にのみ中和剤を添加し、バーナ５に接続されるライン２３に中和剤を添加していないが、ライン２３にも中和剤を添加することができる。また、ライン２３を流れる燃焼用ガスは、微粉炭の搬送ガスではなく、微粉炭の自然発火の問題がないから、ライン２３に中和剤を添加せず、ライン２３を流れる排ガス又は燃焼用ガスを三酸化硫黄の酸露点以上の温度に維持することで、三酸化硫黄による腐食を抑制できる。
【００３３】
また、石炭の付着水により、微粉炭が詰まるおそれがある場合は、石炭粉砕機３に供給した燃焼用ガスで石炭又は微粉炭を乾燥させることができる。
【００３４】
（実施形態２）
図４を用いて実施形態２のボイラプラントを説明する。実施形態２が実施形態１と相違する点は、燃焼用ガスライン２１の熱交換器９の上流側に排ガスを冷却して、排ガス中の水分を除去する冷却器３１を設けている点である。また、燃焼用ガスライン２１に熱交換器９をバイパスするバイパスライン３３を接続している点である。さらに、燃焼用ガスライン２１の熱交換器の出口側のガス温度、石炭粉砕機の入口側と出口側のガス温度を計測する計測手段を設け、計測した温度に基づいて、バイパスライン３３を通流させるガスの量と中和剤の添加量を調整している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
次に実施形態２の動作の特徴動作を説明する。集塵装置１１から燃焼用ガスライン２１に導かれた排ガスは、冷却器３１により冷却されて、排ガス中の水蒸気が凝縮される。凝縮された水はドレイン３５に排出される。これにより、排ガス中の水分濃度が下がるから、排ガスの酸露点が下げることができる。さらに、水の露点も下がるから、結露による微粉炭の詰まりを抑制できる。
【００３６】
一方、冷却器３１を通過した排ガスは、熱交換器９に導入されて加熱される。この際、熱交換器９の出口温度Ｔ１、石炭粉砕機３の入口側温度Ｔ２、出口側温度Ｔ３に基づいて、コントローラ３７は、バイパスライン３３の弁３９の開度を調整し、熱交換器９で加熱される排ガス量を調整する。また、コントローラ３７は、中和剤添加手段２９の中和剤の添加量を調整する。つまり、コントローラ３７は、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を石炭が自然発火しない温度に維持するため、熱交換器９で加熱される排ガス量と、中和剤の添加量を調整する。例えば、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度が高い場合は、熱交換器９で加熱される排ガス量を減らし、中和剤の添加量を増やして燃焼用ガスの温度を下げる。これにより、石炭粉砕機３に供給される燃焼用ガスの温度を石炭が自然発火しない温度に維持できる。
【００３７】
なお、コントローラ３７により、熱交換器９で加熱される排ガス量、又は中和剤の添加量のいずれか一方を調整することができる。
【００３８】
（実施形態３）
図５、６を用いて実施形態３のボイラプラントを説明する。実施形態３が実施形態１と相違する点は、集塵装置１１の下流側と、脱硫装置１５の下流側のそれぞれの排ガスラインに排ガスを分岐する燃焼用ガスラインを接続している点である。また、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３を計測して、計測して温度に基づいて酸素供給装置２７から供給される酸素の量を調整している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
集塵装置１１の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン４１が接続されている。燃焼用ガスライン４１の下流側は、ライン４３とライン４５に分岐されている。ライン４３は、ボイラ１の図示していないアフターエアポートに接続されている。ライン４５は、ボイラ１のバーナ５に接続されている。ライン４５には、酸素供給装置２７が接続され、酸素供給装置２７から供給された酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。
【００４０】
脱硫装置１５の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン４７が接続されている。燃焼用ガスライン４７は、熱交換器９を介して石炭粉砕機３に接続されている。燃焼用ガスライン４７には、中和剤添加手段２９が接続され、排ガス中の三酸化硫黄を中和剤で中和するようになっている。中和剤添加手段２９の下流側には、酸素供給装置２７が接続され、酸素供給装置２７から供給された酸素を排ガスで希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。酸素供給装置２７には、コントローラ４９が接続されている。コントローラ４９は、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３に基づいて、酸素供給装置２７から燃焼用ガスライン４７に供給される酸素の量を調整するようになっている。
【００４１】
次に実施形態３の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスは燃焼用ガスライン４１に導かれ、ライン４３とライン４５に分岐される。ライン４３の排ガスは、二次燃焼用のガスとしてボイラ１のアフターエアポートに供給される。一方、ライン４５の排ガスには、酸素供給装置２７から供給された酸素が混合され、酸素が排ガスにより希釈され燃焼用ガスが生成する。この燃焼用ガスは、ボイラ１のバーナ５に供給される。
【００４２】
一方、脱硫装置１５から排出された排ガスは燃焼用ガスライン４７に導かれ、熱交換器９により加熱される。加熱された排ガスには、中和剤添加手段２９から中和剤の水溶液が噴霧される。これにより、排ガス中の三酸化硫黄が中和されて、排ガスの酸露点が下げられる。この排ガスに酸素供給装置２７から酸素が供給され排ガスにより酸素が希釈されて燃焼用ガスが生成される。この際、コントローラ４９は、石炭粉砕機３の入口側の燃焼用ガスの温度Ｔ２、出口側の燃焼用ガスの温度Ｔ３に基づいて、例えば、酸素供給装置２７の酸素製造量及び弁５３の開度を調整する。つまり、供給される酸素の量を調整して、酸素の顕熱により排ガスの温度を下げ、石炭が自然発火しない温度に燃焼用ガスの温度を維持する。なお、コントローラ４９は、ライン４３の弁５０の開度を調整してアフターエアポートに供給する排ガスの量を調整する。
【００４３】
これによれば、排ガス中の三酸化硫黄を脱硫装置１５で、例えば、３０〜５０％除去し、三酸化硫黄が低減された排ガスで燃焼用ガスを生成し搬送ガスとするから、中和剤の添加量を減らすことができる。
【００４４】
なお、脱硫装置１５を湿式又は半乾式にすると、脱硫装置１５から排出される排ガスの温度が、例えば、５０℃〜７０℃になり、三酸化硫黄の酸露点以下になるおそれがある。この場合、燃焼用ガスライン４７の熱交換器９より上流側に三酸化硫黄を中和する中和剤を添加することが好ましい。
【００４５】
（実施形態４）
図７を用いて実施形態４のボイラプラントを説明する。実施形態４が実施形態１と相違する点は、集塵装置１１の下流側と、脱硫装置１５の下流側のそれぞれに、排ガスを分岐する燃焼用ガスラインを接続している点である。また、燃焼用ガスラインの中和剤添加手段の下流側に三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置を設けている点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
集塵装置１１の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン５５が接続されている。燃焼用ガスライン５５には、酸素供給装置２７が接続され、燃焼用ガスライン５５に導かれた排ガスにより酸素を希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。
【００４７】
一方、脱硫装置１５の下流側には、排ガスを分岐する燃焼用ガスライン５７が接続されている。燃焼用ガスライン５７は、熱交換器９を介して石炭粉砕機３に接続されている。燃焼用ガスライン５７には、中和剤添加手段２９が接続され、排ガス中の三酸化硫黄を中和剤で中和するようになっている。燃焼用ガスライン５７の中和剤添加手段２９の下流側には、集塵装置５９が設けられ、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集して排ガスから除去するようになっている。燃焼用ガスライン５７の集塵装置５９の下流側には、酸素供給装置２７が接続され、排ガスにより酸素を希釈して燃焼用ガスを生成するようになっている。燃焼用ガスライン５７の酸素供給装置２７が接続された位置の下流側は、石炭粉砕機３を介してボイラ１のバーナ５に接続され、石炭粉砕機３から微粉炭をボイラ１のバーナ５に搬送するようになっている。
【００４８】
次に実施形態４の特徴動作を説明する。集塵装置１１から排出された排ガスは燃焼用ガスライン５５に導かれ、酸素供給装置２７から酸素が供給される。これにより、酸素が排ガスにより希釈されて燃焼用ガスが生成される。
【００４９】
一方、脱硫装置１５から排出された排ガスは、燃焼用ガスライン５７に導かれ、熱交換器９により加熱される。加熱された排ガスには、中和剤添加手段２９から中和剤の水溶液が噴霧され、排ガス中の三酸化硫黄が中和される。三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物は、集塵装置５９により捕集されて排ガスから除去される。中和反応による生成物が除去された排ガスには、酸素供給装置２７から供給された酸素が混合され、酸素が排ガスにより希釈されて燃焼用ガスが生成する。生成した燃焼用ガスは、石炭粉砕機３に供給され、微粉炭の搬送ガスとして石炭粉砕機３内の微粉炭をボイラ１のバーナ５に搬送する。
【００５０】
これによれば、中和剤を添加することによる悪影響、例えば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物により、バーナ５から噴出される微粉炭の噴出状況などに与える悪影響を回避できる。
【００５１】
（実施形態５）
図８を用いて実施形態５のボイラプラントを説明する。実施形態５が実施形態１と相違する点は、燃焼用ガスライン２１のライン２３とライン２５の分岐部よい上流側に中和剤添加手段２９を接続している点である。また、中和剤添加手段の下流側のライン２５の流路途中に、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置を設けている点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
これによれば、微粉炭の搬送ガスとして用いる燃焼用ガスに加えて、ボイラ１のバーナ５に直接供給される燃焼用ガス中の三酸化硫黄を中和するから、排ガス又は燃焼用ガスの三酸化硫黄の酸露点を一層下げることができる。また、中和剤を添加することによる悪影響、例えば、三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物により、バーナ５から噴出される微粉炭の噴出状況などに与える悪影響を回避できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ ボイラ
３ 石炭粉砕機
７ 脱硝装置
９ 熱交換器
１１ 集塵装置
２１ 燃焼用ガスライン
２７ 酸素供給装置
２９ 中和剤添加手段
３１ 冷却器
４１ 燃焼用ガスライン
４７ 燃焼用ガスライン
５５ 燃焼用ガスライン
５７ 燃焼用ガスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、該ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、該脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、該集塵装置の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素を希釈して前記燃焼用ガスを生成して前記ボイラに供給する燃焼用ガスラインと、該燃焼用ガスラインの流路途中に排ガス中の三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する添加手段を備えてなるボイラプラント。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラプラントにおいて、
前記ボイラに供給される炭素含有固体燃料を粉砕する粉砕手段が設けられ、該粉砕手段に前記燃焼用ガスラインが接続され、粉砕された炭素含有固体燃料を前記燃焼用ガスに同伴させて前記ボイラに搬送することを特徴とするボイラプラント。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボイラプラントにおいて、
前記中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、又はアルカリ土類金属の塩の少なくとも一方を含んでなることを特徴とするボイラプラント。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれか１項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の上流側に前記排ガスを加熱する加熱器が設けられ、前記添加手段は、前記中和剤の水溶液を前記排ガスに噴霧することを特徴とするボイラプラント。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の上流側に前記排ガスを冷却して前記排ガス中の水分を凝縮させ除去する冷却器が設けられてなることを特徴とするボイラプラント。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の下流側に三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置が設けられてなることを特徴とするボイラプラント。
【請求項１】
石炭を含む炭素含有固体燃料を富酸素の燃焼用ガスにより燃焼させる酸素燃焼式のボイラと、該ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、該脱硝装置から排出される排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置と、該集塵装置の下流側の排ガスを分岐して酸素供給装置から供給される酸素を希釈して前記燃焼用ガスを生成して前記ボイラに供給する燃焼用ガスラインと、該燃焼用ガスラインの流路途中に排ガス中の三酸化硫黄を中和する中和剤を添加する添加手段を備えてなるボイラプラント。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラプラントにおいて、
前記ボイラに供給される炭素含有固体燃料を粉砕する粉砕手段が設けられ、該粉砕手段に前記燃焼用ガスラインが接続され、粉砕された炭素含有固体燃料を前記燃焼用ガスに同伴させて前記ボイラに搬送することを特徴とするボイラプラント。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボイラプラントにおいて、
前記中和剤は、アルカリ性を有するアルカリ金属の塩、又はアルカリ土類金属の塩の少なくとも一方を含んでなることを特徴とするボイラプラント。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれか１項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の上流側に前記排ガスを加熱する加熱器が設けられ、前記添加手段は、前記中和剤の水溶液を前記排ガスに噴霧することを特徴とするボイラプラント。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の上流側に前記排ガスを冷却して前記排ガス中の水分を凝縮させ除去する冷却器が設けられてなることを特徴とするボイラプラント。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載のボイラプラントにおいて、
前記燃焼用ガスラインの前記添加手段の下流側に三酸化硫黄と中和剤との中和反応で生成した生成物を捕集する集塵装置が設けられてなることを特徴とするボイラプラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５３７６５（Ｐ２０１１−１５３７６５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５７１４（Ｐ２０１０−１５７１４）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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