移動層固気反応装置における粉体状浄化剤の供給方法
【課題】乾式排煙浄化において浄化剤利用率を向上させる。
【解決手段】上から下へ移動する移動層媒体粒子（１）を充填し、該移動層媒体粒子の間隙に粉体状の浄化剤（２）を貫入・保持させ、かつ該移動層媒体粒子の運動に直交する方向に排煙ガスを通気して該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置（３０）において、気流加速部（３１Ａ１）あるいは浄化剤集中供給部（３８）を該移動層の上端付近かつ排煙ガスの流入面側に設け、その近傍の媒体粒子の間隙に浄化剤を貫入・保持させることにより、浄化剤の移動層内滞留時間をできるだけ長くし浄化効率と浄化剤の利用率を向上する。
【解決手段】上から下へ移動する移動層媒体粒子（１）を充填し、該移動層媒体粒子の間隙に粉体状の浄化剤（２）を貫入・保持させ、かつ該移動層媒体粒子の運動に直交する方向に排煙ガスを通気して該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置（３０）において、気流加速部（３１Ａ１）あるいは浄化剤集中供給部（３８）を該移動層の上端付近かつ排煙ガスの流入面側に設け、その近傍の媒体粒子の間隙に浄化剤を貫入・保持させることにより、浄化剤の移動層内滞留時間をできるだけ長くし浄化効率と浄化剤の利用率を向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙ガス浄化のために、粉体状の排煙浄化剤を粒子移動層に貫入または混入させて移動層内で排煙ガスとの固気反応を行わせる固気反応装置に関し、特に、粒子移動層内における固気反応時間を十分に確保することにより、固気反応効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排煙ガス中のイオウ酸化物（SOx）、窒素酸化物（NOx）、塩化水素（HCl）などの有害物質を除去するため、粉体状の排煙浄化剤（以下「浄化剤」と略称する）を煙道に供給して排煙ガス中に浄化剤を分散させ、固体である浄化剤と気体である有害物質との固気反応を生じさせることにより、排煙ガスを浄化する技術が知られている。浄化剤は、いわゆる脱硫剤や脱塩剤である。この固気反応においては、固体である浄化剤の側の反応速度が遅いため、排煙ガス中に浄化剤粒子が浮遊している間に反応を完結させることは困難であるという問題がある。
【０００３】
従来技術の一つでは、バグフィルターを固気反応装置として用いる。当該技術では、浄化剤を分散させた排煙ガスをバグフィルターに通すことにより、浄化剤をバグフィルター表面にて付着捕集する。そして、バグフィルターの浄化剤付着層を固気反応層として、固気反応時間を確保する。この場合、排煙ガスのバグフィルターへの流入速度は、通常、0.02〜0.04m/sである。従って、浄化剤の粒子径が20μ以上（粒子密度２g/cm３）になると、バグフィルター表面への付着が困難になる。これは、粒子沈降速度（粒子径20μｍ、粒子密度２g/cm３の場合、0.02ｍ/s）に比べて、ガス流入速度が低速すぎるためである。
【０００４】
バグフィルターの別の問題点は、間欠的に（例えば４５分〜１８０分毎に）逆洗動作をする必要があることである。毎回の逆洗の時点で、未だ固気反応の性能を残している浄化剤粒子も全て洗い落とされてしまうため、浄化剤の利用率が低下する。つまり、浄化剤粒子が付着してから次の逆洗までの時間が、その浄化剤粒子の固気反応性能を用い尽くす時間よりも短ければ、その浄化剤は少なくとも部分的に無駄となる。例えば、逆洗の直前にバグフィルターに付着した浄化剤粒子は、全く利用されずに排除されてしまう。
【０００５】
バグフイルターを固気反応装置とした従来技術においては、以上の原理的欠点がある。図５は、浄化剤としてカルシウム(Ca)系脱硫剤を用いたバグフィルターにおいて、逆洗間隔を45分、90分、135分、180分と変えた場合の、脱硫効率(出口でのSO２濃度低下率)とカルシウム利用率(浄化剤利用率)をシミュレーションした結果を、模式的に示した図である。シミュレーション条件は、次の通りである。
・ガス処理量75,000 Nm３/h
・SOx入口濃度420ppm
・脱硫剤：高反応消石灰
・脱硫剤供給量：167kg/h（SOx入口濃度に対するCa/S=2）
・ろ過面積：800m２
【０００６】
図６の表は、図５のCa/S=2の場合を含めて、Ca/S=3、4、5と変えた場合の、脱硫効率及びカルシウム利用率のシミュレーション結果をまとめた表である。図６の表に示されるように、バグフィルター固気反応装置の場合、Ca/S=2において脱硫効率は54.4％、カルシウム利用率（浄化剤利用率)は高々34％に留まる。
【０００７】
以上のバグフィルター固気反応装置の欠点を解決する手段として、粒子移動層（以下「移動層」と略称する）を固気反応装置とした乾式排煙浄化システムが、特許文献１に開示されている。特許文献１の乾式排煙浄化システムでは、上から下へと連続的に移動する移動層粒子を充填された鉛直方向に長い移動層を、乾式排煙浄化に用いている。移動層粒子の材料は、例えば石炭灰・石膏硬化材、粘土焼成材であり、粒径５〜８ｍｍ程度の球状、またはペレット状の粒状体である。この移動層に対して直交するように、排煙ガスを通過させる。特許文献１では、移動層へのガス流入速度を0.4〜0.8m/sとするため、排煙ガスに分散された粉体状の浄化剤は、確実に移動層内の移動層粒子間に貫入する。この結果、移動層内で浄化剤と排煙ガスの有害物質との固気反応が進行する。移動層に貫入した浄化剤は、鉛直方向に移動する移動層粒子とともに降下する間に有害物質を吸収する。従って、固気反応のための浄化剤の滞留時間がバグフィルターに比べて長い。このように、移動層固気反応装置は、固体である浄化剤の反応速度が遅さを、滞留時間の長さにより補うことができる点で、有効である。
【特許文献１】特許第3999995号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の移動層固気反応装置においては、移動層上部において排煙ガスが浄化処理されず部分的に未反応ガスが流出するという問題点がある。以下、この問題点について詳述する。
粉体状の浄化剤が排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴して移動層に直交流入する場合、移動層上部においては捕集量が少なく、移動層下部になるほど浄化剤の捕集量が増加する現象が見られる。さらに、移動層粒子の降下とともに、移動層下部における浄化剤の捕集量の増加が促進される。
【０００９】
上述した従来の移動層固気反応装置の問題点に鑑み、本発明は、乾式排煙浄化に用いる移動層固気反応装置の浄化剤利用率の向上及び浄化効率の向上のために、移動層に対し効果的に浄化剤を供給できる構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するべく、移動層に対し効果的に浄化剤を供給する新規の構成を見出すために、以下のシミュレーションを行った。
図７(ａ)は、特許文献１における円環形移動層に対し、粉体状の脱硫剤を均一分散させた排煙ガスを直交流入させた場合の脱硫効率をシミュレーション解析した結果を示すグラフである。解析の手法として、数１の通りの「移動層内の吸収反応に関する支配方程式」を設定し、シミュレーション解析した。
【００１１】
【数１】
【００１２】
図７(ａ)のグラフでは、ｘ軸が円環形移動層の内筒径から外筒径までの距離、ｙ軸が円環形移動層の高さに相当する。図５におけるバグフィルター固気反応装置と比較すると、Ca/S＝2の条件下において、脱硫効率65.0％、Ca利用率40.6％と、バグフィルター固気反応装置としたものより高い性能を有することが示された。しかし、移動層上部では、SOx濃度が高くなっている。これは、移動層上部において脱硫剤の捕集量が少ないことを表している。一方、移動層下部において過度に脱硫剤が捕集されると、移動層下部のガス流通抵抗が増加する。その結果、移動層の上部側への排煙ガスの偏流が生じたり、一部に吹き抜けを生じたりするため、排煙ガスが浄化されないまま流出して、脱硫効率が低下するという問題を有している。
これは、移動層へ向かう排煙ガスの速度が不十分なために、浄化剤粒子の多くが水平方向の推進力を失い、移動層に到達するまでに降下してしまうことによると考えられる。比較的大きな粒子が移動層下部に貫入した場合、固気反応を完結しないまま排出されてしまう。このように、十分な固気反応を行うための滞留時間が確保できないと、浄化剤の利用率を低下させる。
【００１３】
移動層上部における浄化剤不足の問題を解消する一つの試みとして、粉体状の浄化剤を排煙ガスに分散させず、移動層の真上から直接的に集中供給することが考えられる。この場合のシミュレーション解析を、特許文献１の円環形移動層について行った。
図７(ｂ)のグラフが、そのシミュレーション解析結果である。この場合、Ca/S＝2の条件下において、脱硫効率93.9％、Ca利用率58.7％となった。これは、バグフィルター固気反応装置はもちろん、分散供給による移動層固気反応装置と比べても高い性能である。しかし、この場合は、移動層下部においてSOx濃度が高くなっている部分がある。これは、脱硫剤が移動層を下降してくる間に固気反応が完結し、移動層下部において脱硫剤の性能が飽和値に達し脱硫性能に不足が生じるためと考えられる。
【００１４】
以上のシミュレーション結果を踏まえて、上記課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
本発明の、移動層固気反応装置の第１の態様における一形態は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する平板状の移動層と、該移動層に隣接する平板状空間であるガス流入路と、該ガス流入路の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって水平方向に加速するべく、前記ガス流入路の上端近傍に位置する入口に形成したダクト狭窄部を備え、前記ダクト狭窄部により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路を通過して前記移動層へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層の上端に近い位置にて該移動層へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層の下端に近い位置にて該移動層へと貫入していくことを特徴とする。
【００１５】
また、第１の態様における別の形態は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する円環状の移動層と、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路と、前記ガス流入路の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって斜め下方向に加速するべく、前記ガス流入路の上端近傍に位置する入口の中心に、頂点を上方に向けて配置した円錐状部材を備え、前記円錐状部材により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路を通過して前記移動層へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層の上端に近い位置にて該移動層へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層の下端に近い位置にて該移動層へと貫入していくことを特徴とする。
上記第１の態様において、前記加速された排煙ガスの速度は、該排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上であることが、好適である。以上の第１の態様を浄化剤の分散供給方式と呼称する。
【００１６】
本発明の、移動層固気反応装置の第２の態様は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が混入されることにより固気反応器を形成する移動層を備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記移動層の上端または上端近傍でありかつ排煙ガスの流出側面よりも流入側面に近い位置に設けられ、前記移動層粒子に対し前記浄化剤を混入させるべく該移動層に該浄化剤を供給する浄化剤供給手段を備えたことを特徴とする。
上記第２の態様において、前記移動層が円環状であり、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路を備え、該ガス流入路への入口が該移動層の外筒側から内筒側へ貫通して該ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けられ、かつ該移動層の高さＨと該ガス流入路の直径ＤとがＨ＞５Ｄの関係であることが、好適である。
【００１７】
上記第２の態様において、前記移動層に隣接する空間であるガス流入路を備え、該ガス流入路の前段にて、排煙ガスに対し追加の浄化剤を分散させるべく供給する第２の浄化剤供給手段をさらに備えたことが、好適である。以上の第２の態様を浄化剤の集中供給方式と呼称する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の移動層固気反応装置を適用することにより、効率的な乾式排煙浄化（脱硫、脱消、脱塩など）のための装置を実現することができる。乾式排煙浄化装置は、湿式装置と比べて排煙ガス温度を低下させない、用水を多量に使用しない、などの利点を有しているが、湿式装置と比較してコスト高のためにほとんど普及していない。本発明により、従来の乾式排煙浄化装置に比べて浄化剤利用率が格段に向上したため、湿式装置に競争しうるコストで乾式排煙浄化装置を提供することが可能となった。
【００１９】
本発明の第１の態様においては、移動層に隣接するガス流入路の上端近傍に位置する入口に、ダクト狭窄部または円錐状部材による排煙ガスの加速手段を設けたことにより、排煙ガスに随伴する浄化剤粒子も加速される。粉体状の浄化剤を構成する粒子は、通常、均一な大きさではなく粒径分布（粒径200〜4μm）を有している。排煙ガスを、移動層に直交する方向すなわち水平方向に加速する場合、浄化剤を構成する粒子のうち比較的質量の大きい粒子（以下、「粗粒子」と称する）であるほど、より大きな慣性を有する。このような粗粒子は、加速により得た初速度をほぼ維持して速やかに移動層に到達する。このため、粗粒子は、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へはほとんど降下しないか、降下距離が短い。この結果、粗粒子は、移動層上部に到達する。
【００２０】
一方、比較的質量の小さい粒子（以下、「細粒子」と称する）は、慣性が小さいため、加速により得た水平方向の初速度が早く低下する。このため、細粒子は、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。この結果、細粒子は、移動層下部に到達する。
そして、移動層への貫入後は、粗粒子及び細粒子のいずれも、移動層粒子と共に移動層内を降下しつつ、固気反応を行う。移動層上部に貫入した粗粒子の移動層内での降下距離は、移動層下部に貫入した細粒子のそれよりも長くなり、それだけ長時間、移動層内に滞留することになる。これにより、それぞれの粒子の大きさに応じて固気反応を完結できる時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００２１】
移動層及び移動層に隣接するガス流入路が平板状の場合、加速手段が、排煙ガスのダクトを絞ったダクト狭窄部とすることが好適である。ダクトの断面積が小さくなる結果、排煙ガスが加速される。この構成は、排煙ガスのダクト断面積を小さくするだけであるので、簡易かつ低コストに実現できる。
【００２２】
また、排煙ガスを斜め下方向に加速する場合も、加速された速度のベクトルの水平方向成分に関して、上記と全く同じ原理が成り立つ。
移動層が円環形でありその内側の円柱状空間がガス流入路である円環形移動層においては、ガス流入路の上端近傍の入口に円錐形部材を頂点を上に向けて設置する。円錐形部材の設置箇所においては、ガス流入路の断面積が小さくなる結果、排煙ガスが加速される。また、円錐形部材の斜面に沿って流れることで、排煙ガスは斜め下方向に向けられる。浄化剤の粗粒子は移動層上部に貫入し、細粒子は移動層下部に貫入する。上記と同様に、粗粒子は、移動層内に長時間滞留することにより、十分な固気反応時間を確保できる。
標準的な移動層においては、排煙ガスの速度を、排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上に加速することで、上記の効果が十分に確保される。
【００２３】
本発明の第２の態様においては、浄化剤を排煙ガス中に供給せずに、移動層の上端または上端近傍において、移動層に対し集中供給する。つまり、浄化剤を移動層粒子に直接混合することで介在させる。この構成により、浄化剤粒子は、その大きさに依らず、移動層の全高を降下することになり、直交流入する排煙ガス中の有害物質との十分な固気反応時間を確保することができる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
加えて、浄化剤の集中供給は、移動層に排煙ガスが流入する流入側面部材の近傍位置で行われる。移動層内の浄化剤は、排煙ガスの直交流に影響されて、水平方向にも徐々に移動するが、粗粒子よりも細粒子の方が、より移動し易い。仮に、排煙ガスが流出するガス流出側面の近くで浄化剤を集中供給したとすれば、水平移動した浄化剤の細粒子が、ガス流出側面から排出される可能性があり、好ましくない。浄化剤の供給箇所をガス流入側面の近くに設けることで、この現象を回避できる。
【００２４】
移動層が円環形でありその内側の円柱状空間がガス流入路である円環形移動層においては、ガス流入側面の面積に比較してガス流入路の断面積が小さいため、移動層へのガス流入量がガス流入路の断面積で制約される。好適な実施例において、円環形移動層に流入するガス流速0.6 m/s、ガス流入路の上端に流入するガス流速を15 m/sとする場合、円環形移動層高さH、ガス流入路直径Dとすると、次の関係になる。
0.6πDH＝15・π/4・D２
左辺は円環形移動層への毎秒の流入量であり、右辺はガス流入路への毎秒の流入量である。式を整理すると、次の関係となる。
H=6.25D
上式より、ガス流入路直径により移動層高さが制約されることがわかる。
排煙ガスがガス流入路へ流入するガス流入口を、ガス流入路の上端に設ける替わりに、ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けることにより、排煙ガスが、ガス流入路の上半分と下半分の双方へ向かうように流入することができる。これにより処理ガス量を２倍とすることができる。上式を参照すると、円環形移動層高さH、ガス流入路直径Dの関係は、Ｈ＞５Ｄ程度が好適である。
【００２５】
浄化剤を、移動層の上端または上端近傍から集中供給する場合、浄化剤利用率は向上するが、移動層下端に到達するまでに浄化剤の固気反応がほぼ完結してしまう可能性がある。その場合、移動層下部において浄化剤の浄化性能が飽和値に達し、浄化性能が低下する。従って、移動層下部における浄化性能の低下を補償するために、排煙ガスに対して追加の浄化剤を分散供給し、排煙ガスに随伴させてガス流入路に流入させる。排煙ガスに分散した浄化剤の粒子は、ガス流入路の下半分の方へより多く流入するから、移動層下部に貫入して浄化性能の低下を補うことができる。この結果、移動層全体において排煙浄化性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る移動層固気反応装置の実施形態を説明する。本発明の主たる特徴は、高い浄化剤利用率及び浄化効率を得られるように浄化剤を供給する構成にある。
【００２７】
（１）浄化剤分散供給方式の移動層固気反応装置
本発明の第１の実施形態は、排煙ガスに対して浄化剤を供給して分散させ、排煙ガスが浄化剤を随伴して移動層に流入することで、浄化剤を移動層粒子に貫入させる方式を適用する。
【００２８】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の一実施例を概略的に示す図である。(ａ)は鉛直断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＸ−Ｘ’水平断面図である。図１Ｂは、図１Ａ(ａ)の要部拡大図であり、本発明の作用を説明する図である。（図中、排煙ガスの流れは白抜き矢印で、浄化剤２の流れは黒矢印で、移動層粒子１の流れは白矢印で、それぞれ示されている。以下、同様）
図１Ａに示すように、固気反応装置１０は、平板形移動層１１Ｂを有する。平板形移動層１１Ｂは、矩形の水平断面をもち、鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、上端に設けた移動層粒子供給口１６より充填され、移動層１１Ｂ内を上から下へ下降し、下端に設けた移動層粒子排出口１７より排出される。
【００２９】
移動層１１Ｂにおいて、排煙ガスが流入する平坦な流入側面には、通気性スクリーンからなる流入側面部材１３が設けられている。流入側面部材１３に隣接する空間は、ガス流入路１１Ａである。ガス流入路１１Ａの上端には、ガス流入口１１Ａ１が設けられ、ガス流入口１１Ａ１には、ガス流入ダクト１２が連結されている。
ガス流入ダクト１２の途上には、排煙ガスに対して浄化剤２を供給するための浄化剤供給手段１８が設けられる。図示の例では、浄化剤供給手段１８は、ガス流入ダクト１２内に挿入された適宜のダクトである。粉体状の浄化剤２は、均一粒子からなるのではなく、例えば200〜4μmの範囲の粒径分布をもっている。図中に、３通りの大きさの浄化剤粒子を示すことで、粒径分布を模式的に表している。排煙ガスに供給された浄化剤は、排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴してガス流入口１１Ａ１へ向かう。
【００３０】
図１Ａ(ａ)に示すように、ガス流入ダクト１２は、ガス流入口１１Ａ１の直前では水平方向に延在し、かつ、その断面が漸次小さくなるように絞ったダクト狭窄部１２Ａが設けられている。ダクト狭窄部１２Ａは、排煙ガスを水平方向に加速するための加速手段を形成している。
【００３１】
また、移動層１１Ｂにおいて、排煙ガスが流出する平坦な流出側面には、多孔板からなる流出側面部材１４が設けられている。流出側面部材１４に隣接する空間は、ガス流出路１１Ｃであり、その下端にガス流出ダクト１５が設けられている。移動層１１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト１５から流出する。
【００３２】
図１Ｂを参照して、加速手段であるダクト狭窄部１２Ａの作用を説明する。ガス流入ダクト１２の断面が漸次小さくなることにより、排煙ガスが加速される。排煙ガスの速度は、例えば、ダクト狭窄部１２Ａの通過後には15m/sまたはそれ以上の速度に加速されることが好適である。すなわち、排煙ガスの加速後の速度を、排煙ガスの移動層流入速度(通常1m/s未満、例えば0.4〜0.8m/s)の１５倍またはそれ以上とすることが好適である。この場合、加速の向きは、水平方向である。つまり、排煙ガスは、ガス流入口１１Ａ１から移動層１１Ｂの上部に対して水平方向に吹き付けられる。
【００３３】
排煙ガス自体（浄化剤粒子を除く）は、ガス流入路１１Ａ内に均一に拡がり、流入側面部材１３に対して直交するように移動層１１Ｂに流入し、移動層１１Ｂ内を水平方向に流れる。移動層１１Ｂに流入するときの排煙ガスの速度は、例えば0.6m/s程度となっている。
一方、排煙ガスに随伴する浄化剤粒子もまた、加速により水平方向の初速度を得る。ここで、粒径分布があるために、各浄化剤粒子の質量によって慣性が異なる。浄化剤２を構成する粒子のうち、最大の粗粒子２Ａは、最も大きな慣性を有する。よって、この粗粒子２Ａは、加速により得た初速度をほぼ維持し、直進して速やかに移動層に到達する。符号Ｋ１は、ガス流入路１１Ａ内での粗粒子２Ａの直進距離を表している。粗粒子２Ａは、移動層１１Ｂに到達するまでの期間に鉛直方向へはほとんど降下しないか、降下する距離が短い。このように、より大きい粒子ほど、移動層１１Ｂの上端に近い位置に到達する。
【００３４】
より小さい細粒子２Ｂ、２Ｃは、慣性がより小さいため、加速により得た水平方向の速度が早く低下する。符号Ｋ２、Ｋ３は、ガス流入路１１Ａ内での細粒子２Ｂ、２Ｃの直進距離を表している。このため、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。このように、より小さい粒子ほど、移動層１１Ｂの下端に近い位置に到達する。
【００３５】
そして、移動層１１Ｂに貫入した後は、粗粒子２Ａ及び細粒子２Ｂ、２Ｃのいずれも、移動層粒子１と共に移動層１１Ｂ内を降下しつつ、固気反応を行う。移動層上部に貫入した粗粒子２Ａの移動層内での降下距離Ｌ１は、移動層下部に貫入した細粒子２Ｂ、２Ｃの降下距離Ｌ２、Ｌ３よりも長くなり、それだけ長時間、移動層内に滞留することになる。このように、浄化剤粒子の粒径の大小と、移動層内での滞留時間の長短とが対応する。この結果、浄化剤粒子の大きさに応じて固気反応時間を確保でき、浄化剤の利用率が向上する。
【００３６】
図２Ａは、本発明の第１の実施形態の別の実施例を概略的に示す図である。（ａ）は、鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’水平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＺ−Ｚ’水平断面図である。図２Ｂは、図２Ａ(ａ)の要部拡大図であり、本発明の作用を説明する図である。
【００３７】
図２Ａに示すように、固気反応装置２０は、円環形移動層２１Ｂを有する。円環形移動層２１Ｂは、円環状の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、移動層粒子供給口２６より充填され、移動層２１Ｂ内を上から下へ下降し、移動層粒子排出口１７より排出される。
移動層２１Ｂの内筒壁面が、排煙ガスの流入する側面であり、通気性スクリーンからなる流入側面部材２３が設けられている。移動層２１Ｂにより囲まれた円柱状空間が、ガス流入路２１Ａである。ガス流入路２１Ａの上端開口付近が、ガス流入口２１Ａ１である。
【００３８】
図２Ａ(ｂ)に示すように、移動層２１Ｂの外筒壁面の上部を取り囲むように環状ダクト２２Ａ１が設けられている。環状ダクト２２Ａ１の外周壁には、ガス流入ダクト２２が連結されている。環状ダクト２２Ａ１とガス流入路２１Ａとの間は、移動層２１Ｂを貫通する貫通ダクト２２Ａ２で連通している。従って、排煙ガスは、ガス流入ダクト２２、環状ダクト２２Ａ１、貫通ダクト２２Ａ２を通り、ガス流入口２１Ａ１に到達し、ガス流入路２１Ａへ流入する。
ガス流入ダクト２２の途上には、例えばホッパーである、浄化剤供給手段２８が設けられ、浄化剤２を排煙ガスに供給する。浄化剤２は、排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴して流れ、ガス流入口２１Ａに到達する。
【００３９】
図２Ａ(ａ)(ｂ)に示すように、円形のガス流入口２１Ａ１の中心には、頂点を上に向けて円錐形部材２２Ｂが設置されている。この円錐形部材２２Ｂは、排煙ガスを斜め下方向に加速するための加速手段を形成している。
また、図２Ａ(ｃ)に示すように、移動層２１Ｂの外筒壁面は、排煙ガスの流出する側面であり、多孔板からなる流出側面部材２４が設けられている。流出側面部材２４を囲む円筒状の空間は、ガス流出路２１Ｃである。ガス流出路２１Ｃの鉛直方向中間位置には、ガス流出ダクト２５が連結されている。移動層２１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト２５から流出する。
【００４０】
図２Ｂを参照して、加速手段である円錐形部材２２Ｂの作用を説明する。排煙ガスが円錐形部材２２Ｂの周囲を上から下へ通過するとき、流路の断面が漸次小さくなることにより、排煙ガスが加速される。この場合、円錐形部材２２Ｂの斜面に沿って流れることにより、加速方向は斜め下方向となる。排煙ガスは、加速により得た斜め下方向の初速度をもって、ガス流入路２１Ａ内に流入する。排煙ガス自体（浄化剤粒子を除く）は、ガス流入路２１Ａ内に均一に拡がり、流入側面部材２３に対して直交するように移動層２１Ｂに流入し、移動層２１Ｂ内を水平方向に流れる。
【００４１】
一方、排煙ガスに随伴する浄化剤２は、粒径分布があるために、各浄化剤粒子の質量によってガス流速による慣性が異なる。浄化剤２を構成する粒子のうち、粒径の大きい粗粒子２Ａは、より大きな慣性を有する。よって、この粗粒子２Ａは、加速により得た初速度をほぼ維持し、斜め下方向に直進して速やかに移動層に到達する。細粒子２Ｂ、２Ｃは、慣性が小さいため、加速で得た斜め下方向の初速度が早く低下する。このため、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。この結果、粗粒子２Ａは、移動層２１Ｂの上部に到達し、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層２１Ｂの下部に到達する。この実施例では、浄化剤粒子の加速方向は斜め下方向であるが、その速度の水平方向成分を抽出してみれば、図１に示した実施例と同じ原理であることは、明らかである。同様に、移動層２１Ｂ内における浄化剤粒子の降下距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の長短も、粒径の大小に対応しており、粒径に応じた固気反応時間を確保できる。
【００４２】
（２）浄化剤集中供給方式の移動層固気反応装置
本発明の第２の実施形態は、移動層に対して集中的に浄化剤を供給して移動層粒子と浄化剤を直接混合させることで、浄化剤を移動層粒子に混入させて介在させる方式を適用する。
図３は、本発明の第２の実施形態の一実施例を概略的に示す図である。(ａ)は鉛直断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＳ−Ｓ’水平断面図である。（図中、排煙ガスの流れは白抜き矢印で、浄化剤２の流れは黒矢印で、移動層粒子１の流れは白矢印で、それぞれ示されている。以下、同様）
【００４３】
図３(ａ)(ｂ)に示すように、固気反応装置３０は、平板形移動層３１Ｂを有する。平板形移動層３１Ｂは、矩形の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、上端に設けた一対の移動層粒子供給口３６より充填され、移動層３１Ｂ内を上から下へ下降し、下端中央に設けた移動層粒子排出口３７より排出される。
移動層３１Ｂにおいて、排煙ガスが流入する平坦な流入側面には、通気性スクリーンからなる流入側面部材３３が設けられている。流入側面部材３３に隣接する空間は、ガス流入路３１Ａである。ガス流入路３１Ａの鉛直方向中間位置にガス流入口３１Ａ１が設けられている。ガス流入口３１Ａ１には、ガス流入ダクト３２が連結されている。排煙ガスは、ガス流入ダクト３２及びガス流入口３１Ａ１を経てガス流入路３１Ａに流入し、ガス流入路３１Ａの上半分と下半分に分流して均一に拡がり、移動層３１Ｂへ直交流入する。
【００４４】
移動層３１Ｂにおい、排煙ガスが流出する平坦な流出側面には、多孔板からなる流出側面部材３４が設けられている。流出側面部材３４に隣接する空間は、ガス流出路３１Ｃであり、その鉛直方向中間位置にガス流出ダクト３５が連結されている。移動層３１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト３５から流出する。
浄化剤２は、移動層３１Ｂの上端に設けた浄化剤供給部３８から集中供給される。これにより、移動層３１Ｂの上部において浄化剤２と移動層粒子１とが直接混合される。浄化剤２を移動層３１Ｂの上端から集中供給することにより、移動層３１Ｂの上部における浄化剤不足を回避できる。また、全ての浄化剤粒子が、移動層３１Ｂの高さ全体を降下することにより、最大限の固気反応時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００４５】
この浄化剤供給部３８は、一対の移動層粒子供給口３６のうちの一方と兼用してもよい。その場合、移動層３１Ｂの流入側面部材３３に近い方を、浄化剤供給部３８とする。これは次の理由からである。
粉体状の浄化剤２は、均一粒子からなるのではなく、例えば200〜4μmの範囲の粒径分布をもっている。図中に、３通りの大きさの浄化剤粒子を示して、粒径分布の存在を模式的に表している。移動層３１Ｂ内を移動層粒子１と共に降下する間、浄化剤粒子は、排煙ガスの直交流の影響により徐々に水平方向に移動する。図３(ａ)に示すように、細粒子ほど、水平方向に移動しやすい。仮に、浄化剤供給部３８が、移動層３１の流出側面部材３４に近い位置に設けられていると、細粒子が流出側面部材３４から排出される。その結果、処理済みの排煙ガス中に浄化剤の粉が混在し排煙ガス中のダスト濃度が多くなり、好ましくない。よって、できるだけ排煙ガスの流入側に近い位置で、浄化剤２を移動層３１Ｂに供給することが、好適である。
【００４６】
図４Ａは、本発明の第２の実施形態の別の実施例を概略的に示す図である。（ａ）は、鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＴ−Ｔ’水平断面図である。図４Ｂ(ａ)は、図４Ａ(ａ)のＵ−Ｕ’水平断面図であり、(ｂ)は、図４Ａ(ａ)のＶ−Ｖ’水平断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、固気反応装置４０は、円環形移動層４１Ｂを有する。円環形移動層４１Ｂは、円環状の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、移動層粒子供給口４６より充填され、移動層４１Ｂ内を上から下へ下降し、移動層粒子排出口４７より排出される。
移動層４１Ｂの内筒壁面が、排煙ガスの流入する側面であり、通気性スクリーンからなる流入側面部材４３が設けられている。移動層４１Ｂにより囲まれた円柱状空間が、ガス流入路４１Ａである。ガス流入路４１Ａの鉛直方向中間位置に、ガス流入口４１Ａ１がある。
【００４７】
図４Ｂ(ａ)に示すように、移動層４１Ｂの鉛直方向中間位置において、移動層４１Ｂの外筒壁面を取り囲むように環状ダクト４２Ａ１が設けられている。環状ダクト４２Ａ１の外周壁には、ガス流入ダクト４２が連結されている。環状ダクト４２Ａ１とガス流入路４１Ａとは、移動層４１Ｂを貫通する貫通ダクト４２Ａ２により連通している。従って、排煙ガスは、ガス流入ダクト４２、環状ダクト４２Ａ１、貫通ダクト４２Ａ２を通り、ガス流入口４１Ａ１に到達し、ガス流入路４１Ａへ流入する。続いて、排煙ガスは、ガス流入路４１Ａの上半分と下半分に分流して均一に拡がり、移動層４１Ｂへ直交流入する。
【００４８】
また、図４Ｂ(ｂ)に示すように、移動層４１Ｂの外筒壁面が、排煙ガスの流出する側面であり、多孔板からなる上下２つの流出側面部材４４Ａ、４４Ｂが設けられている。流出側面部材４４Ａ、４４Ｂをそれぞれ囲む上下２つの円筒状の空間は、ガス流出路４１Ｃ、４１Ｄである。ガス流出路４１Ｃ、４１Ｄにはそれぞれ、ガス流出ダクト４５Ａ、４５Ｂが連結されている。移動層４１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト４５Ａ、４５Ｂから流出する。
【００４９】
再び図４Ａを参照すると、移動層４１Ｂの上端近傍に、浄化剤供給部４８が設けられている。浄化剤供給部４８は、水平方向に移動層４１Ｂを貫通するダクトを有し、このダクトは、浄化剤供給円筒部４８Ａへ連結されている。浄化剤供給円筒部４８Ａは、移動層４１Ｂの内筒壁面に沿って配置されている。浄化剤供給円筒部４８Ａの下端開口から浄化剤２を移動層４１Ｂ内に集中供給する。これにより、浄化剤２と移動層粒子１とが直接混合される。浄化剤２を移動層４１Ｂの上端に集中供給することにより、移動層４１Ｂの上部における浄化剤不足を回避できる。また、全ての浄化剤粒子が、移動層４１Ｂの高さ全体を降下することにより、最大限の固気反応時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００５０】
浄化剤供給円筒部４８Ａを移動層４１Ｂの内筒壁面に沿って配置したのは、移動層４１Ｂにおける流入側に近い位置で浄化剤２を供給することが、望ましいからである。これは、図３Ａで説明したように、浄化剤２の細粒子が、流出側面部材４４Ａ、４４Ｂから排出されないようにするためである。
【００５１】
ここで、図３の平板状移動層３１Ｂまたは円環状移動層４１Ｂにおいて浄化剤２を移動層頂部より集中供給する場合、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部において、浄化剤の浄化性能が飽和値に達し、浄化能力が不足することがある。これは、移動層３１Ｂ、４１Ｂの上端近傍から供給された浄化剤２が、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部に到達する途中で、固気反応を完結することによる。これを補充するために、図３(ａ)、図４Ａ(ａ)にそれぞれ点線で示すように、追加の浄化剤を供給する第２の浄化剤供給部３８’、４８’を設ける。第２の浄化剤供給部３８’、４８’は、ガス流入ダクト３２、４２の途上に設けられ、排煙ガスに対して浄化剤２を分散供給する。分散供給された追加の浄化剤は、主として移動層３１Ｂ、４１Ｂの下半分に貫入し、固気反応に寄与する。こうして、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部における浄化能力不足が補償される。
【００５２】
なお、円環状移動層による固気反応装置においては、上述の図２Ａのように移動層上端から排煙ガスを流入させた場合、円柱状空間であるガス流入路の水平断面積（πＤ２/4）により、移動層の高さＨが規定されるため、ガス処理量が制約される。これに対し、図４Ａに示すように、移動層の鉛直方向中間位置において、ガス流入路に排煙ガスを流入することにより、排煙ガスが移動層の上半分と下半分に同時に供給されるため、図２Ａの装置に比べてガス処理量を２倍とすることができる。
【実施例】
【００５３】
図４Ａに示した円環形移動層による固気反応装置４０を用いて、浄化剤(脱硫剤)を集中供給し、排煙ガスの乾式脱硫を行った実施例を示す。運転条件は、次の通りである。
・排煙ガス処理量：37,500 Nm３/h
・排煙ガス温度 ：150℃
・排煙ガス水分 ：10 ％
・SOx濃度 ：500 ppm
・脱硫剤 ：粉状高反応消石灰
・固気反応装置 ：円環形移動層（内筒直径1.9m、外筒直径3.8m、高さ6.52m）
・空間速度（SV）：1150ｈ-1
【００５４】
以上の運転条件において、Ca/S＝2.0での脱硫効率は、93.9％であった。
バグフィルターによる固気反応装置において、Ca/S=2での脱硫効率は、54.4％であった(図６参照)。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明により、効率的な乾式排煙脱硫装置を実現できる。乾式排煙脱硫は、湿式排煙脱硫と比較して排煙温度を低下させない、用水を多量に使用しない、などの長所を有しているが、湿式排煙脱硫よりコスト高のため普及していないのが現状である。本発明により湿式排煙脱硫装置に競争し得るコストで乾式排煙脱硫装置を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】（ａ）は、本発明による分散供給方式の平板形移動層固気反応装置の一実施例の鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’水平断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの固気反応装置の要部拡大図であり、本発明の作用を示す図である。
【図２Ａ】（ａ）は、本発明による分散供給方式の円環形移動層固気反応装置の別の実施例の鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’水平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＺ−Ｚ’水平断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの固気反応装置の要部拡大図であり、本発明の作用を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明による集中供給方式の平板形移動層固気反応装置の一実施例の鉛直断面図であり、(ｂ)は、（ａ）のＳ−Ｓ’水平断面図である。
【図４Ａ】（ａ）は、本発明による集中供給方式の円環形移動層固気反応装置の別の実施例の鉛直断面図であり、(ｂ)は、（ａ）のT−Ｔ’水平断面図である。
【図４Ｂ】（ａ）は、図４Ａ（ａ）のＵ−Ｕ’水平断面図であり、（ｂ）は、図４Ａ（ａ）のＶ−Ｖ’水平断面図である。
【図５】浄化剤としてカルシウム(Ca)系脱硫剤を用いたバグフィルターにおいて、逆洗間隔を変えた場合(Ca/S=2)の、脱硫効率とカルシウム利用率のシミュレーション結果を模式的に示した図である。
【図６】図５のCa/S=2の場合を含めて、Ca/S=3、4、5と変えた場合の、脱硫効率及びカルシウム利用率のシミュレーション結果をまとめた表である。
【図７】円環形移動層固気反応装置において、（ａ）は、分散供給方式を適用した場合の脱硫性能のシミュレーション結果を示すグラフである。（ｂ）は、集中供給方式を適用した場合の脱硫性能のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１：移動層粒子
２：浄化剤
１０、２０、３０、４０：移動層固気反応装置
１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ：ガス流入路
１１Ａ１、２１Ａ１、３１Ａ１、４１Ａ１：ガス流入口
１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂ：移動層
１１Ｃ、２１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ、４１Ｄ：ガス流出路
１２、２２、３２、４２：ガス流入ダクト
１２Ａ：ダクト狭窄部
２２Ａ１、４２Ａ１：環状ダクト
２２Ａ２、４２Ａ２：貫通ダクト
２２Ｂ：円錐状部材
１３、２３、３３、４３：流入側面部材
１４、２４、３４、４４：流出側面部材
１５、２５、３５、４５Ａ、４５Ｂ：ガス流出ダクト
１６、２６、３６、４６：移動層粒子供給口
１７、２７、３７、４７：移動層粒子排出口
１８、２８、３８、４８：浄化剤供給部
４８Ａ：浄化剤供給円筒部
３８’、４８’：第２浄化剤供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙ガス浄化のために、粉体状の排煙浄化剤を粒子移動層に貫入または混入させて移動層内で排煙ガスとの固気反応を行わせる固気反応装置に関し、特に、粒子移動層内における固気反応時間を十分に確保することにより、固気反応効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排煙ガス中のイオウ酸化物（SOx）、窒素酸化物（NOx）、塩化水素（HCl）などの有害物質を除去するため、粉体状の排煙浄化剤（以下「浄化剤」と略称する）を煙道に供給して排煙ガス中に浄化剤を分散させ、固体である浄化剤と気体である有害物質との固気反応を生じさせることにより、排煙ガスを浄化する技術が知られている。浄化剤は、いわゆる脱硫剤や脱塩剤である。この固気反応においては、固体である浄化剤の側の反応速度が遅いため、排煙ガス中に浄化剤粒子が浮遊している間に反応を完結させることは困難であるという問題がある。
【０００３】
従来技術の一つでは、バグフィルターを固気反応装置として用いる。当該技術では、浄化剤を分散させた排煙ガスをバグフィルターに通すことにより、浄化剤をバグフィルター表面にて付着捕集する。そして、バグフィルターの浄化剤付着層を固気反応層として、固気反応時間を確保する。この場合、排煙ガスのバグフィルターへの流入速度は、通常、0.02〜0.04m/sである。従って、浄化剤の粒子径が20μ以上（粒子密度２g/cm３）になると、バグフィルター表面への付着が困難になる。これは、粒子沈降速度（粒子径20μｍ、粒子密度２g/cm３の場合、0.02ｍ/s）に比べて、ガス流入速度が低速すぎるためである。
【０００４】
バグフィルターの別の問題点は、間欠的に（例えば４５分〜１８０分毎に）逆洗動作をする必要があることである。毎回の逆洗の時点で、未だ固気反応の性能を残している浄化剤粒子も全て洗い落とされてしまうため、浄化剤の利用率が低下する。つまり、浄化剤粒子が付着してから次の逆洗までの時間が、その浄化剤粒子の固気反応性能を用い尽くす時間よりも短ければ、その浄化剤は少なくとも部分的に無駄となる。例えば、逆洗の直前にバグフィルターに付着した浄化剤粒子は、全く利用されずに排除されてしまう。
【０００５】
バグフイルターを固気反応装置とした従来技術においては、以上の原理的欠点がある。図５は、浄化剤としてカルシウム(Ca)系脱硫剤を用いたバグフィルターにおいて、逆洗間隔を45分、90分、135分、180分と変えた場合の、脱硫効率(出口でのSO２濃度低下率)とカルシウム利用率(浄化剤利用率)をシミュレーションした結果を、模式的に示した図である。シミュレーション条件は、次の通りである。
・ガス処理量75,000 Nm３/h
・SOx入口濃度420ppm
・脱硫剤：高反応消石灰
・脱硫剤供給量：167kg/h（SOx入口濃度に対するCa/S=2）
・ろ過面積：800m２
【０００６】
図６の表は、図５のCa/S=2の場合を含めて、Ca/S=3、4、5と変えた場合の、脱硫効率及びカルシウム利用率のシミュレーション結果をまとめた表である。図６の表に示されるように、バグフィルター固気反応装置の場合、Ca/S=2において脱硫効率は54.4％、カルシウム利用率（浄化剤利用率)は高々34％に留まる。
【０００７】
以上のバグフィルター固気反応装置の欠点を解決する手段として、粒子移動層（以下「移動層」と略称する）を固気反応装置とした乾式排煙浄化システムが、特許文献１に開示されている。特許文献１の乾式排煙浄化システムでは、上から下へと連続的に移動する移動層粒子を充填された鉛直方向に長い移動層を、乾式排煙浄化に用いている。移動層粒子の材料は、例えば石炭灰・石膏硬化材、粘土焼成材であり、粒径５〜８ｍｍ程度の球状、またはペレット状の粒状体である。この移動層に対して直交するように、排煙ガスを通過させる。特許文献１では、移動層へのガス流入速度を0.4〜0.8m/sとするため、排煙ガスに分散された粉体状の浄化剤は、確実に移動層内の移動層粒子間に貫入する。この結果、移動層内で浄化剤と排煙ガスの有害物質との固気反応が進行する。移動層に貫入した浄化剤は、鉛直方向に移動する移動層粒子とともに降下する間に有害物質を吸収する。従って、固気反応のための浄化剤の滞留時間がバグフィルターに比べて長い。このように、移動層固気反応装置は、固体である浄化剤の反応速度が遅さを、滞留時間の長さにより補うことができる点で、有効である。
【特許文献１】特許第3999995号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の移動層固気反応装置においては、移動層上部において排煙ガスが浄化処理されず部分的に未反応ガスが流出するという問題点がある。以下、この問題点について詳述する。
粉体状の浄化剤が排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴して移動層に直交流入する場合、移動層上部においては捕集量が少なく、移動層下部になるほど浄化剤の捕集量が増加する現象が見られる。さらに、移動層粒子の降下とともに、移動層下部における浄化剤の捕集量の増加が促進される。
【０００９】
上述した従来の移動層固気反応装置の問題点に鑑み、本発明は、乾式排煙浄化に用いる移動層固気反応装置の浄化剤利用率の向上及び浄化効率の向上のために、移動層に対し効果的に浄化剤を供給できる構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するべく、移動層に対し効果的に浄化剤を供給する新規の構成を見出すために、以下のシミュレーションを行った。
図７(ａ)は、特許文献１における円環形移動層に対し、粉体状の脱硫剤を均一分散させた排煙ガスを直交流入させた場合の脱硫効率をシミュレーション解析した結果を示すグラフである。解析の手法として、数１の通りの「移動層内の吸収反応に関する支配方程式」を設定し、シミュレーション解析した。
【００１１】
【数１】
【００１２】
図７(ａ)のグラフでは、ｘ軸が円環形移動層の内筒径から外筒径までの距離、ｙ軸が円環形移動層の高さに相当する。図５におけるバグフィルター固気反応装置と比較すると、Ca/S＝2の条件下において、脱硫効率65.0％、Ca利用率40.6％と、バグフィルター固気反応装置としたものより高い性能を有することが示された。しかし、移動層上部では、SOx濃度が高くなっている。これは、移動層上部において脱硫剤の捕集量が少ないことを表している。一方、移動層下部において過度に脱硫剤が捕集されると、移動層下部のガス流通抵抗が増加する。その結果、移動層の上部側への排煙ガスの偏流が生じたり、一部に吹き抜けを生じたりするため、排煙ガスが浄化されないまま流出して、脱硫効率が低下するという問題を有している。
これは、移動層へ向かう排煙ガスの速度が不十分なために、浄化剤粒子の多くが水平方向の推進力を失い、移動層に到達するまでに降下してしまうことによると考えられる。比較的大きな粒子が移動層下部に貫入した場合、固気反応を完結しないまま排出されてしまう。このように、十分な固気反応を行うための滞留時間が確保できないと、浄化剤の利用率を低下させる。
【００１３】
移動層上部における浄化剤不足の問題を解消する一つの試みとして、粉体状の浄化剤を排煙ガスに分散させず、移動層の真上から直接的に集中供給することが考えられる。この場合のシミュレーション解析を、特許文献１の円環形移動層について行った。
図７(ｂ)のグラフが、そのシミュレーション解析結果である。この場合、Ca/S＝2の条件下において、脱硫効率93.9％、Ca利用率58.7％となった。これは、バグフィルター固気反応装置はもちろん、分散供給による移動層固気反応装置と比べても高い性能である。しかし、この場合は、移動層下部においてSOx濃度が高くなっている部分がある。これは、脱硫剤が移動層を下降してくる間に固気反応が完結し、移動層下部において脱硫剤の性能が飽和値に達し脱硫性能に不足が生じるためと考えられる。
【００１４】
以上のシミュレーション結果を踏まえて、上記課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
本発明の、移動層固気反応装置の第１の態様における一形態は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する平板状の移動層と、該移動層に隣接する平板状空間であるガス流入路と、該ガス流入路の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって水平方向に加速するべく、前記ガス流入路の上端近傍に位置する入口に形成したダクト狭窄部を備え、前記ダクト狭窄部により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路を通過して前記移動層へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層の上端に近い位置にて該移動層へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層の下端に近い位置にて該移動層へと貫入していくことを特徴とする。
【００１５】
また、第１の態様における別の形態は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する円環状の移動層と、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路と、前記ガス流入路の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって斜め下方向に加速するべく、前記ガス流入路の上端近傍に位置する入口の中心に、頂点を上方に向けて配置した円錐状部材を備え、前記円錐状部材により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路を通過して前記移動層へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層の上端に近い位置にて該移動層へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層の下端に近い位置にて該移動層へと貫入していくことを特徴とする。
上記第１の態様において、前記加速された排煙ガスの速度は、該排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上であることが、好適である。以上の第１の態様を浄化剤の分散供給方式と呼称する。
【００１６】
本発明の、移動層固気反応装置の第２の態様は、上から下へ移動する移動層粒子が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が混入されることにより固気反応器を形成する移動層を備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置であって、前記移動層の上端または上端近傍でありかつ排煙ガスの流出側面よりも流入側面に近い位置に設けられ、前記移動層粒子に対し前記浄化剤を混入させるべく該移動層に該浄化剤を供給する浄化剤供給手段を備えたことを特徴とする。
上記第２の態様において、前記移動層が円環状であり、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路を備え、該ガス流入路への入口が該移動層の外筒側から内筒側へ貫通して該ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けられ、かつ該移動層の高さＨと該ガス流入路の直径ＤとがＨ＞５Ｄの関係であることが、好適である。
【００１７】
上記第２の態様において、前記移動層に隣接する空間であるガス流入路を備え、該ガス流入路の前段にて、排煙ガスに対し追加の浄化剤を分散させるべく供給する第２の浄化剤供給手段をさらに備えたことが、好適である。以上の第２の態様を浄化剤の集中供給方式と呼称する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の移動層固気反応装置を適用することにより、効率的な乾式排煙浄化（脱硫、脱消、脱塩など）のための装置を実現することができる。乾式排煙浄化装置は、湿式装置と比べて排煙ガス温度を低下させない、用水を多量に使用しない、などの利点を有しているが、湿式装置と比較してコスト高のためにほとんど普及していない。本発明により、従来の乾式排煙浄化装置に比べて浄化剤利用率が格段に向上したため、湿式装置に競争しうるコストで乾式排煙浄化装置を提供することが可能となった。
【００１９】
本発明の第１の態様においては、移動層に隣接するガス流入路の上端近傍に位置する入口に、ダクト狭窄部または円錐状部材による排煙ガスの加速手段を設けたことにより、排煙ガスに随伴する浄化剤粒子も加速される。粉体状の浄化剤を構成する粒子は、通常、均一な大きさではなく粒径分布（粒径200〜4μm）を有している。排煙ガスを、移動層に直交する方向すなわち水平方向に加速する場合、浄化剤を構成する粒子のうち比較的質量の大きい粒子（以下、「粗粒子」と称する）であるほど、より大きな慣性を有する。このような粗粒子は、加速により得た初速度をほぼ維持して速やかに移動層に到達する。このため、粗粒子は、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へはほとんど降下しないか、降下距離が短い。この結果、粗粒子は、移動層上部に到達する。
【００２０】
一方、比較的質量の小さい粒子（以下、「細粒子」と称する）は、慣性が小さいため、加速により得た水平方向の初速度が早く低下する。このため、細粒子は、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。この結果、細粒子は、移動層下部に到達する。
そして、移動層への貫入後は、粗粒子及び細粒子のいずれも、移動層粒子と共に移動層内を降下しつつ、固気反応を行う。移動層上部に貫入した粗粒子の移動層内での降下距離は、移動層下部に貫入した細粒子のそれよりも長くなり、それだけ長時間、移動層内に滞留することになる。これにより、それぞれの粒子の大きさに応じて固気反応を完結できる時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００２１】
移動層及び移動層に隣接するガス流入路が平板状の場合、加速手段が、排煙ガスのダクトを絞ったダクト狭窄部とすることが好適である。ダクトの断面積が小さくなる結果、排煙ガスが加速される。この構成は、排煙ガスのダクト断面積を小さくするだけであるので、簡易かつ低コストに実現できる。
【００２２】
また、排煙ガスを斜め下方向に加速する場合も、加速された速度のベクトルの水平方向成分に関して、上記と全く同じ原理が成り立つ。
移動層が円環形でありその内側の円柱状空間がガス流入路である円環形移動層においては、ガス流入路の上端近傍の入口に円錐形部材を頂点を上に向けて設置する。円錐形部材の設置箇所においては、ガス流入路の断面積が小さくなる結果、排煙ガスが加速される。また、円錐形部材の斜面に沿って流れることで、排煙ガスは斜め下方向に向けられる。浄化剤の粗粒子は移動層上部に貫入し、細粒子は移動層下部に貫入する。上記と同様に、粗粒子は、移動層内に長時間滞留することにより、十分な固気反応時間を確保できる。
標準的な移動層においては、排煙ガスの速度を、排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上に加速することで、上記の効果が十分に確保される。
【００２３】
本発明の第２の態様においては、浄化剤を排煙ガス中に供給せずに、移動層の上端または上端近傍において、移動層に対し集中供給する。つまり、浄化剤を移動層粒子に直接混合することで介在させる。この構成により、浄化剤粒子は、その大きさに依らず、移動層の全高を降下することになり、直交流入する排煙ガス中の有害物質との十分な固気反応時間を確保することができる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
加えて、浄化剤の集中供給は、移動層に排煙ガスが流入する流入側面部材の近傍位置で行われる。移動層内の浄化剤は、排煙ガスの直交流に影響されて、水平方向にも徐々に移動するが、粗粒子よりも細粒子の方が、より移動し易い。仮に、排煙ガスが流出するガス流出側面の近くで浄化剤を集中供給したとすれば、水平移動した浄化剤の細粒子が、ガス流出側面から排出される可能性があり、好ましくない。浄化剤の供給箇所をガス流入側面の近くに設けることで、この現象を回避できる。
【００２４】
移動層が円環形でありその内側の円柱状空間がガス流入路である円環形移動層においては、ガス流入側面の面積に比較してガス流入路の断面積が小さいため、移動層へのガス流入量がガス流入路の断面積で制約される。好適な実施例において、円環形移動層に流入するガス流速0.6 m/s、ガス流入路の上端に流入するガス流速を15 m/sとする場合、円環形移動層高さH、ガス流入路直径Dとすると、次の関係になる。
0.6πDH＝15・π/4・D２
左辺は円環形移動層への毎秒の流入量であり、右辺はガス流入路への毎秒の流入量である。式を整理すると、次の関係となる。
H=6.25D
上式より、ガス流入路直径により移動層高さが制約されることがわかる。
排煙ガスがガス流入路へ流入するガス流入口を、ガス流入路の上端に設ける替わりに、ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けることにより、排煙ガスが、ガス流入路の上半分と下半分の双方へ向かうように流入することができる。これにより処理ガス量を２倍とすることができる。上式を参照すると、円環形移動層高さH、ガス流入路直径Dの関係は、Ｈ＞５Ｄ程度が好適である。
【００２５】
浄化剤を、移動層の上端または上端近傍から集中供給する場合、浄化剤利用率は向上するが、移動層下端に到達するまでに浄化剤の固気反応がほぼ完結してしまう可能性がある。その場合、移動層下部において浄化剤の浄化性能が飽和値に達し、浄化性能が低下する。従って、移動層下部における浄化性能の低下を補償するために、排煙ガスに対して追加の浄化剤を分散供給し、排煙ガスに随伴させてガス流入路に流入させる。排煙ガスに分散した浄化剤の粒子は、ガス流入路の下半分の方へより多く流入するから、移動層下部に貫入して浄化性能の低下を補うことができる。この結果、移動層全体において排煙浄化性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る移動層固気反応装置の実施形態を説明する。本発明の主たる特徴は、高い浄化剤利用率及び浄化効率を得られるように浄化剤を供給する構成にある。
【００２７】
（１）浄化剤分散供給方式の移動層固気反応装置
本発明の第１の実施形態は、排煙ガスに対して浄化剤を供給して分散させ、排煙ガスが浄化剤を随伴して移動層に流入することで、浄化剤を移動層粒子に貫入させる方式を適用する。
【００２８】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の一実施例を概略的に示す図である。(ａ)は鉛直断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＸ−Ｘ’水平断面図である。図１Ｂは、図１Ａ(ａ)の要部拡大図であり、本発明の作用を説明する図である。（図中、排煙ガスの流れは白抜き矢印で、浄化剤２の流れは黒矢印で、移動層粒子１の流れは白矢印で、それぞれ示されている。以下、同様）
図１Ａに示すように、固気反応装置１０は、平板形移動層１１Ｂを有する。平板形移動層１１Ｂは、矩形の水平断面をもち、鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、上端に設けた移動層粒子供給口１６より充填され、移動層１１Ｂ内を上から下へ下降し、下端に設けた移動層粒子排出口１７より排出される。
【００２９】
移動層１１Ｂにおいて、排煙ガスが流入する平坦な流入側面には、通気性スクリーンからなる流入側面部材１３が設けられている。流入側面部材１３に隣接する空間は、ガス流入路１１Ａである。ガス流入路１１Ａの上端には、ガス流入口１１Ａ１が設けられ、ガス流入口１１Ａ１には、ガス流入ダクト１２が連結されている。
ガス流入ダクト１２の途上には、排煙ガスに対して浄化剤２を供給するための浄化剤供給手段１８が設けられる。図示の例では、浄化剤供給手段１８は、ガス流入ダクト１２内に挿入された適宜のダクトである。粉体状の浄化剤２は、均一粒子からなるのではなく、例えば200〜4μmの範囲の粒径分布をもっている。図中に、３通りの大きさの浄化剤粒子を示すことで、粒径分布を模式的に表している。排煙ガスに供給された浄化剤は、排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴してガス流入口１１Ａ１へ向かう。
【００３０】
図１Ａ(ａ)に示すように、ガス流入ダクト１２は、ガス流入口１１Ａ１の直前では水平方向に延在し、かつ、その断面が漸次小さくなるように絞ったダクト狭窄部１２Ａが設けられている。ダクト狭窄部１２Ａは、排煙ガスを水平方向に加速するための加速手段を形成している。
【００３１】
また、移動層１１Ｂにおいて、排煙ガスが流出する平坦な流出側面には、多孔板からなる流出側面部材１４が設けられている。流出側面部材１４に隣接する空間は、ガス流出路１１Ｃであり、その下端にガス流出ダクト１５が設けられている。移動層１１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト１５から流出する。
【００３２】
図１Ｂを参照して、加速手段であるダクト狭窄部１２Ａの作用を説明する。ガス流入ダクト１２の断面が漸次小さくなることにより、排煙ガスが加速される。排煙ガスの速度は、例えば、ダクト狭窄部１２Ａの通過後には15m/sまたはそれ以上の速度に加速されることが好適である。すなわち、排煙ガスの加速後の速度を、排煙ガスの移動層流入速度(通常1m/s未満、例えば0.4〜0.8m/s)の１５倍またはそれ以上とすることが好適である。この場合、加速の向きは、水平方向である。つまり、排煙ガスは、ガス流入口１１Ａ１から移動層１１Ｂの上部に対して水平方向に吹き付けられる。
【００３３】
排煙ガス自体（浄化剤粒子を除く）は、ガス流入路１１Ａ内に均一に拡がり、流入側面部材１３に対して直交するように移動層１１Ｂに流入し、移動層１１Ｂ内を水平方向に流れる。移動層１１Ｂに流入するときの排煙ガスの速度は、例えば0.6m/s程度となっている。
一方、排煙ガスに随伴する浄化剤粒子もまた、加速により水平方向の初速度を得る。ここで、粒径分布があるために、各浄化剤粒子の質量によって慣性が異なる。浄化剤２を構成する粒子のうち、最大の粗粒子２Ａは、最も大きな慣性を有する。よって、この粗粒子２Ａは、加速により得た初速度をほぼ維持し、直進して速やかに移動層に到達する。符号Ｋ１は、ガス流入路１１Ａ内での粗粒子２Ａの直進距離を表している。粗粒子２Ａは、移動層１１Ｂに到達するまでの期間に鉛直方向へはほとんど降下しないか、降下する距離が短い。このように、より大きい粒子ほど、移動層１１Ｂの上端に近い位置に到達する。
【００３４】
より小さい細粒子２Ｂ、２Ｃは、慣性がより小さいため、加速により得た水平方向の速度が早く低下する。符号Ｋ２、Ｋ３は、ガス流入路１１Ａ内での細粒子２Ｂ、２Ｃの直進距離を表している。このため、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。このように、より小さい粒子ほど、移動層１１Ｂの下端に近い位置に到達する。
【００３５】
そして、移動層１１Ｂに貫入した後は、粗粒子２Ａ及び細粒子２Ｂ、２Ｃのいずれも、移動層粒子１と共に移動層１１Ｂ内を降下しつつ、固気反応を行う。移動層上部に貫入した粗粒子２Ａの移動層内での降下距離Ｌ１は、移動層下部に貫入した細粒子２Ｂ、２Ｃの降下距離Ｌ２、Ｌ３よりも長くなり、それだけ長時間、移動層内に滞留することになる。このように、浄化剤粒子の粒径の大小と、移動層内での滞留時間の長短とが対応する。この結果、浄化剤粒子の大きさに応じて固気反応時間を確保でき、浄化剤の利用率が向上する。
【００３６】
図２Ａは、本発明の第１の実施形態の別の実施例を概略的に示す図である。（ａ）は、鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’水平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＺ−Ｚ’水平断面図である。図２Ｂは、図２Ａ(ａ)の要部拡大図であり、本発明の作用を説明する図である。
【００３７】
図２Ａに示すように、固気反応装置２０は、円環形移動層２１Ｂを有する。円環形移動層２１Ｂは、円環状の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、移動層粒子供給口２６より充填され、移動層２１Ｂ内を上から下へ下降し、移動層粒子排出口１７より排出される。
移動層２１Ｂの内筒壁面が、排煙ガスの流入する側面であり、通気性スクリーンからなる流入側面部材２３が設けられている。移動層２１Ｂにより囲まれた円柱状空間が、ガス流入路２１Ａである。ガス流入路２１Ａの上端開口付近が、ガス流入口２１Ａ１である。
【００３８】
図２Ａ(ｂ)に示すように、移動層２１Ｂの外筒壁面の上部を取り囲むように環状ダクト２２Ａ１が設けられている。環状ダクト２２Ａ１の外周壁には、ガス流入ダクト２２が連結されている。環状ダクト２２Ａ１とガス流入路２１Ａとの間は、移動層２１Ｂを貫通する貫通ダクト２２Ａ２で連通している。従って、排煙ガスは、ガス流入ダクト２２、環状ダクト２２Ａ１、貫通ダクト２２Ａ２を通り、ガス流入口２１Ａ１に到達し、ガス流入路２１Ａへ流入する。
ガス流入ダクト２２の途上には、例えばホッパーである、浄化剤供給手段２８が設けられ、浄化剤２を排煙ガスに供給する。浄化剤２は、排煙ガス中に分散し、排煙ガスに随伴して流れ、ガス流入口２１Ａに到達する。
【００３９】
図２Ａ(ａ)(ｂ)に示すように、円形のガス流入口２１Ａ１の中心には、頂点を上に向けて円錐形部材２２Ｂが設置されている。この円錐形部材２２Ｂは、排煙ガスを斜め下方向に加速するための加速手段を形成している。
また、図２Ａ(ｃ)に示すように、移動層２１Ｂの外筒壁面は、排煙ガスの流出する側面であり、多孔板からなる流出側面部材２４が設けられている。流出側面部材２４を囲む円筒状の空間は、ガス流出路２１Ｃである。ガス流出路２１Ｃの鉛直方向中間位置には、ガス流出ダクト２５が連結されている。移動層２１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト２５から流出する。
【００４０】
図２Ｂを参照して、加速手段である円錐形部材２２Ｂの作用を説明する。排煙ガスが円錐形部材２２Ｂの周囲を上から下へ通過するとき、流路の断面が漸次小さくなることにより、排煙ガスが加速される。この場合、円錐形部材２２Ｂの斜面に沿って流れることにより、加速方向は斜め下方向となる。排煙ガスは、加速により得た斜め下方向の初速度をもって、ガス流入路２１Ａ内に流入する。排煙ガス自体（浄化剤粒子を除く）は、ガス流入路２１Ａ内に均一に拡がり、流入側面部材２３に対して直交するように移動層２１Ｂに流入し、移動層２１Ｂ内を水平方向に流れる。
【００４１】
一方、排煙ガスに随伴する浄化剤２は、粒径分布があるために、各浄化剤粒子の質量によってガス流速による慣性が異なる。浄化剤２を構成する粒子のうち、粒径の大きい粗粒子２Ａは、より大きな慣性を有する。よって、この粗粒子２Ａは、加速により得た初速度をほぼ維持し、斜め下方向に直進して速やかに移動層に到達する。細粒子２Ｂ、２Ｃは、慣性が小さいため、加速で得た斜め下方向の初速度が早く低下する。このため、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層に到達するまでの期間に鉛直方向へ降下する距離が長い。この結果、粗粒子２Ａは、移動層２１Ｂの上部に到達し、細粒子２Ｂ、２Ｃは、移動層２１Ｂの下部に到達する。この実施例では、浄化剤粒子の加速方向は斜め下方向であるが、その速度の水平方向成分を抽出してみれば、図１に示した実施例と同じ原理であることは、明らかである。同様に、移動層２１Ｂ内における浄化剤粒子の降下距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の長短も、粒径の大小に対応しており、粒径に応じた固気反応時間を確保できる。
【００４２】
（２）浄化剤集中供給方式の移動層固気反応装置
本発明の第２の実施形態は、移動層に対して集中的に浄化剤を供給して移動層粒子と浄化剤を直接混合させることで、浄化剤を移動層粒子に混入させて介在させる方式を適用する。
図３は、本発明の第２の実施形態の一実施例を概略的に示す図である。(ａ)は鉛直断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＳ−Ｓ’水平断面図である。（図中、排煙ガスの流れは白抜き矢印で、浄化剤２の流れは黒矢印で、移動層粒子１の流れは白矢印で、それぞれ示されている。以下、同様）
【００４３】
図３(ａ)(ｂ)に示すように、固気反応装置３０は、平板形移動層３１Ｂを有する。平板形移動層３１Ｂは、矩形の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、上端に設けた一対の移動層粒子供給口３６より充填され、移動層３１Ｂ内を上から下へ下降し、下端中央に設けた移動層粒子排出口３７より排出される。
移動層３１Ｂにおいて、排煙ガスが流入する平坦な流入側面には、通気性スクリーンからなる流入側面部材３３が設けられている。流入側面部材３３に隣接する空間は、ガス流入路３１Ａである。ガス流入路３１Ａの鉛直方向中間位置にガス流入口３１Ａ１が設けられている。ガス流入口３１Ａ１には、ガス流入ダクト３２が連結されている。排煙ガスは、ガス流入ダクト３２及びガス流入口３１Ａ１を経てガス流入路３１Ａに流入し、ガス流入路３１Ａの上半分と下半分に分流して均一に拡がり、移動層３１Ｂへ直交流入する。
【００４４】
移動層３１Ｂにおい、排煙ガスが流出する平坦な流出側面には、多孔板からなる流出側面部材３４が設けられている。流出側面部材３４に隣接する空間は、ガス流出路３１Ｃであり、その鉛直方向中間位置にガス流出ダクト３５が連結されている。移動層３１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト３５から流出する。
浄化剤２は、移動層３１Ｂの上端に設けた浄化剤供給部３８から集中供給される。これにより、移動層３１Ｂの上部において浄化剤２と移動層粒子１とが直接混合される。浄化剤２を移動層３１Ｂの上端から集中供給することにより、移動層３１Ｂの上部における浄化剤不足を回避できる。また、全ての浄化剤粒子が、移動層３１Ｂの高さ全体を降下することにより、最大限の固気反応時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００４５】
この浄化剤供給部３８は、一対の移動層粒子供給口３６のうちの一方と兼用してもよい。その場合、移動層３１Ｂの流入側面部材３３に近い方を、浄化剤供給部３８とする。これは次の理由からである。
粉体状の浄化剤２は、均一粒子からなるのではなく、例えば200〜4μmの範囲の粒径分布をもっている。図中に、３通りの大きさの浄化剤粒子を示して、粒径分布の存在を模式的に表している。移動層３１Ｂ内を移動層粒子１と共に降下する間、浄化剤粒子は、排煙ガスの直交流の影響により徐々に水平方向に移動する。図３(ａ)に示すように、細粒子ほど、水平方向に移動しやすい。仮に、浄化剤供給部３８が、移動層３１の流出側面部材３４に近い位置に設けられていると、細粒子が流出側面部材３４から排出される。その結果、処理済みの排煙ガス中に浄化剤の粉が混在し排煙ガス中のダスト濃度が多くなり、好ましくない。よって、できるだけ排煙ガスの流入側に近い位置で、浄化剤２を移動層３１Ｂに供給することが、好適である。
【００４６】
図４Ａは、本発明の第２の実施形態の別の実施例を概略的に示す図である。（ａ）は、鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＴ−Ｔ’水平断面図である。図４Ｂ(ａ)は、図４Ａ(ａ)のＵ−Ｕ’水平断面図であり、(ｂ)は、図４Ａ(ａ)のＶ−Ｖ’水平断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、固気反応装置４０は、円環形移動層４１Ｂを有する。円環形移動層４１Ｂは、円環状の水平断面をもち鉛直方向に延びている。移動層粒子１は、移動層粒子供給口４６より充填され、移動層４１Ｂ内を上から下へ下降し、移動層粒子排出口４７より排出される。
移動層４１Ｂの内筒壁面が、排煙ガスの流入する側面であり、通気性スクリーンからなる流入側面部材４３が設けられている。移動層４１Ｂにより囲まれた円柱状空間が、ガス流入路４１Ａである。ガス流入路４１Ａの鉛直方向中間位置に、ガス流入口４１Ａ１がある。
【００４７】
図４Ｂ(ａ)に示すように、移動層４１Ｂの鉛直方向中間位置において、移動層４１Ｂの外筒壁面を取り囲むように環状ダクト４２Ａ１が設けられている。環状ダクト４２Ａ１の外周壁には、ガス流入ダクト４２が連結されている。環状ダクト４２Ａ１とガス流入路４１Ａとは、移動層４１Ｂを貫通する貫通ダクト４２Ａ２により連通している。従って、排煙ガスは、ガス流入ダクト４２、環状ダクト４２Ａ１、貫通ダクト４２Ａ２を通り、ガス流入口４１Ａ１に到達し、ガス流入路４１Ａへ流入する。続いて、排煙ガスは、ガス流入路４１Ａの上半分と下半分に分流して均一に拡がり、移動層４１Ｂへ直交流入する。
【００４８】
また、図４Ｂ(ｂ)に示すように、移動層４１Ｂの外筒壁面が、排煙ガスの流出する側面であり、多孔板からなる上下２つの流出側面部材４４Ａ、４４Ｂが設けられている。流出側面部材４４Ａ、４４Ｂをそれぞれ囲む上下２つの円筒状の空間は、ガス流出路４１Ｃ、４１Ｄである。ガス流出路４１Ｃ、４１Ｄにはそれぞれ、ガス流出ダクト４５Ａ、４５Ｂが連結されている。移動層４１Ｂを通過した排煙ガスは、ガス流出ダクト４５Ａ、４５Ｂから流出する。
【００４９】
再び図４Ａを参照すると、移動層４１Ｂの上端近傍に、浄化剤供給部４８が設けられている。浄化剤供給部４８は、水平方向に移動層４１Ｂを貫通するダクトを有し、このダクトは、浄化剤供給円筒部４８Ａへ連結されている。浄化剤供給円筒部４８Ａは、移動層４１Ｂの内筒壁面に沿って配置されている。浄化剤供給円筒部４８Ａの下端開口から浄化剤２を移動層４１Ｂ内に集中供給する。これにより、浄化剤２と移動層粒子１とが直接混合される。浄化剤２を移動層４１Ｂの上端に集中供給することにより、移動層４１Ｂの上部における浄化剤不足を回避できる。また、全ての浄化剤粒子が、移動層４１Ｂの高さ全体を降下することにより、最大限の固気反応時間を確保できる。この結果、浄化剤の利用率が向上する。
【００５０】
浄化剤供給円筒部４８Ａを移動層４１Ｂの内筒壁面に沿って配置したのは、移動層４１Ｂにおける流入側に近い位置で浄化剤２を供給することが、望ましいからである。これは、図３Ａで説明したように、浄化剤２の細粒子が、流出側面部材４４Ａ、４４Ｂから排出されないようにするためである。
【００５１】
ここで、図３の平板状移動層３１Ｂまたは円環状移動層４１Ｂにおいて浄化剤２を移動層頂部より集中供給する場合、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部において、浄化剤の浄化性能が飽和値に達し、浄化能力が不足することがある。これは、移動層３１Ｂ、４１Ｂの上端近傍から供給された浄化剤２が、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部に到達する途中で、固気反応を完結することによる。これを補充するために、図３(ａ)、図４Ａ(ａ)にそれぞれ点線で示すように、追加の浄化剤を供給する第２の浄化剤供給部３８’、４８’を設ける。第２の浄化剤供給部３８’、４８’は、ガス流入ダクト３２、４２の途上に設けられ、排煙ガスに対して浄化剤２を分散供給する。分散供給された追加の浄化剤は、主として移動層３１Ｂ、４１Ｂの下半分に貫入し、固気反応に寄与する。こうして、移動層３１Ｂ、４１Ｂの下部における浄化能力不足が補償される。
【００５２】
なお、円環状移動層による固気反応装置においては、上述の図２Ａのように移動層上端から排煙ガスを流入させた場合、円柱状空間であるガス流入路の水平断面積（πＤ２/4）により、移動層の高さＨが規定されるため、ガス処理量が制約される。これに対し、図４Ａに示すように、移動層の鉛直方向中間位置において、ガス流入路に排煙ガスを流入することにより、排煙ガスが移動層の上半分と下半分に同時に供給されるため、図２Ａの装置に比べてガス処理量を２倍とすることができる。
【実施例】
【００５３】
図４Ａに示した円環形移動層による固気反応装置４０を用いて、浄化剤(脱硫剤)を集中供給し、排煙ガスの乾式脱硫を行った実施例を示す。運転条件は、次の通りである。
・排煙ガス処理量：37,500 Nm３/h
・排煙ガス温度 ：150℃
・排煙ガス水分 ：10 ％
・SOx濃度 ：500 ppm
・脱硫剤 ：粉状高反応消石灰
・固気反応装置 ：円環形移動層（内筒直径1.9m、外筒直径3.8m、高さ6.52m）
・空間速度（SV）：1150ｈ-1
【００５４】
以上の運転条件において、Ca/S＝2.0での脱硫効率は、93.9％であった。
バグフィルターによる固気反応装置において、Ca/S=2での脱硫効率は、54.4％であった(図６参照)。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明により、効率的な乾式排煙脱硫装置を実現できる。乾式排煙脱硫は、湿式排煙脱硫と比較して排煙温度を低下させない、用水を多量に使用しない、などの長所を有しているが、湿式排煙脱硫よりコスト高のため普及していないのが現状である。本発明により湿式排煙脱硫装置に競争し得るコストで乾式排煙脱硫装置を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】（ａ）は、本発明による分散供給方式の平板形移動層固気反応装置の一実施例の鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’水平断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの固気反応装置の要部拡大図であり、本発明の作用を示す図である。
【図２Ａ】（ａ）は、本発明による分散供給方式の円環形移動層固気反応装置の別の実施例の鉛直断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’水平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＺ−Ｚ’水平断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの固気反応装置の要部拡大図であり、本発明の作用を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明による集中供給方式の平板形移動層固気反応装置の一実施例の鉛直断面図であり、(ｂ)は、（ａ）のＳ−Ｓ’水平断面図である。
【図４Ａ】（ａ）は、本発明による集中供給方式の円環形移動層固気反応装置の別の実施例の鉛直断面図であり、(ｂ)は、（ａ）のT−Ｔ’水平断面図である。
【図４Ｂ】（ａ）は、図４Ａ（ａ）のＵ−Ｕ’水平断面図であり、（ｂ）は、図４Ａ（ａ）のＶ−Ｖ’水平断面図である。
【図５】浄化剤としてカルシウム(Ca)系脱硫剤を用いたバグフィルターにおいて、逆洗間隔を変えた場合(Ca/S=2)の、脱硫効率とカルシウム利用率のシミュレーション結果を模式的に示した図である。
【図６】図５のCa/S=2の場合を含めて、Ca/S=3、4、5と変えた場合の、脱硫効率及びカルシウム利用率のシミュレーション結果をまとめた表である。
【図７】円環形移動層固気反応装置において、（ａ）は、分散供給方式を適用した場合の脱硫性能のシミュレーション結果を示すグラフである。（ｂ）は、集中供給方式を適用した場合の脱硫性能のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１：移動層粒子
２：浄化剤
１０、２０、３０、４０：移動層固気反応装置
１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ：ガス流入路
１１Ａ１、２１Ａ１、３１Ａ１、４１Ａ１：ガス流入口
１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂ：移動層
１１Ｃ、２１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ、４１Ｄ：ガス流出路
１２、２２、３２、４２：ガス流入ダクト
１２Ａ：ダクト狭窄部
２２Ａ１、４２Ａ１：環状ダクト
２２Ａ２、４２Ａ２：貫通ダクト
２２Ｂ：円錐状部材
１３、２３、３３、４３：流入側面部材
１４、２４、３４、４４：流出側面部材
１５、２５、３５、４５Ａ、４５Ｂ：ガス流出ダクト
１６、２６、３６、４６：移動層粒子供給口
１７、２７、３７、４７：移動層粒子排出口
１８、２８、３８、４８：浄化剤供給部
４８Ａ：浄化剤供給円筒部
３８’、４８’：第２浄化剤供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する平板状の移動層(11B)と、該移動層に隣接する平板状空間であるガス流入路(11A)と、該ガス流入路(11A)の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段(18)とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(10)であって、
前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって水平方向に加速するべく、前記ガス流入路(11A)の上端近傍に位置する入口に形成したダクト狭窄部(12A)を備え、
前記ダクト狭窄部(12A)により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路(11A)を通過して前記移動層(11B)へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層(11B)の上端に近い位置にて該移動層(11B)へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層(11B)の下端に近い位置にて該移動層(11B)へと貫入していくことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項２】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する円環状の移動層(21B)と、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路(21A)と、前記ガス流入路(21A)の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段(28)とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(20)であって、
前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって斜め下方向に加速するべく、前記ガス流入路(21A)の上端近傍に位置する入口の中心に、頂点を上方に向けて配置した円錐状部材(22B)を備え、
前記円錐状部材(22B)により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路(21A)を通過して前記移動層(21B)へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層(21B)の上端に近い位置にて該移動層(21B)へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層(21B)の下端に近い位置にて該移動層(21B)へと貫入していくことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項３】
前記加速された排煙ガスの速度は、該排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動層固気反応装置。
【請求項４】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が混入されることにより固気反応器を形成する移動層(31B,41B)を備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(30,40)であって、
前記移動層(31B,41B)の上端または上端近傍でありかつ排煙ガスの流出側面よりも流入側面に近い位置に設けられ、前記移動層粒子に対し前記浄化剤を混入させるべく該移動層(31B,41B)に該浄化剤を供給する浄化剤供給手段(38,48)を備えたことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項５】
前記移動層(41B)が円環状であり、該移動層(41B)の内筒側の円柱状空間であるガス流入路(41A)を備え、該ガス流入路(41A)への入口が該移動層(41B)の外筒側から内筒側へ貫通して該ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けられ、かつ該移動層(41B)の高さＨと該ガス流入路(41A)の直径ＤとがＨ＞５Ｄの関係であることを特徴とする請求項４に記載の移動層固気反応装置。
【請求項６】
前記移動層(31B,41B)に隣接する空間であるガス流入路(31A,41A)を備え、該ガス流入路(31A,41A)の前段にて、排煙ガスに対し追加の浄化剤を分散させるべく供給する第２の浄化剤供給手段(38',48')をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の移動層固気反応装置。
【請求項１】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する平板状の移動層(11B)と、該移動層に隣接する平板状空間であるガス流入路(11A)と、該ガス流入路(11A)の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段(18)とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(10)であって、
前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって水平方向に加速するべく、前記ガス流入路(11A)の上端近傍に位置する入口に形成したダクト狭窄部(12A)を備え、
前記ダクト狭窄部(12A)により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路(11A)を通過して前記移動層(11B)へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層(11B)の上端に近い位置にて該移動層(11B)へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層(11B)の下端に近い位置にて該移動層(11B)へと貫入していくことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項２】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が排煙ガスに随伴して貫入されることにより固気反応器を形成する円環状の移動層(21B)と、該移動層の内筒側の円柱状空間であるガス流入路(21A)と、前記ガス流入路(21A)の前段にて排煙ガスに対し前記浄化剤を分散させるべく供給する浄化剤供給手段(28)とを備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(20)であって、
前記浄化剤を分散させた排煙ガスを前記移動層に向かって斜め下方向に加速するべく、前記ガス流入路(21A)の上端近傍に位置する入口の中心に、頂点を上方に向けて配置した円錐状部材(22B)を備え、
前記円錐状部材(22B)により加速された排煙ガスに含まれる浄化剤が、前記ガス流入路(21A)を通過して前記移動層(21B)へ到達するとき、該浄化剤を構成する粉体粒子のうち、質量の大きい粒子ほど該移動層(21B)の上端に近い位置にて該移動層(21B)へと貫入し、質量の小さい粒子ほど該移動層(21B)の下端に近い位置にて該移動層(21B)へと貫入していくことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項３】
前記加速された排煙ガスの速度は、該排煙ガスの移動層への流入速度の１５倍またはそれ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動層固気反応装置。
【請求項４】
上から下へ移動する移動層粒子(1)が充填されかつ該移動層粒子の間に粉体状の浄化剤(2)が混入されることにより固気反応器を形成する移動層(31B,41B)を備え、該移動層粒子の移動方向に直交する方向に排煙ガスを通気させて該浄化剤との固気反応により該排煙ガスの乾式浄化を行う移動層固気反応装置(30,40)であって、
前記移動層(31B,41B)の上端または上端近傍でありかつ排煙ガスの流出側面よりも流入側面に近い位置に設けられ、前記移動層粒子に対し前記浄化剤を混入させるべく該移動層(31B,41B)に該浄化剤を供給する浄化剤供給手段(38,48)を備えたことを特徴とする移動層固気反応装置。
【請求項５】
前記移動層(41B)が円環状であり、該移動層(41B)の内筒側の円柱状空間であるガス流入路(41A)を備え、該ガス流入路(41A)への入口が該移動層(41B)の外筒側から内筒側へ貫通して該ガス流入路の鉛直方向中間位置に設けられ、かつ該移動層(41B)の高さＨと該ガス流入路(41A)の直径ＤとがＨ＞５Ｄの関係であることを特徴とする請求項４に記載の移動層固気反応装置。
【請求項６】
前記移動層(31B,41B)に隣接する空間であるガス流入路(31A,41A)を備え、該ガス流入路(31A,41A)の前段にて、排煙ガスに対し追加の浄化剤を分散させるべく供給する第２の浄化剤供給手段(38',48')をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の移動層固気反応装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１１９９３２（Ｐ２０１０−１１９９３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９４２４３（Ｐ２００８−２９４２４３）
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（５９７１１８０６１）株式会社 セテック (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（５９７１１８０６１）株式会社 セテック (5)
【Ｆターム（参考）】
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