脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システム
【課題】安定して操業することができる無排水化を図る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システムを提供する。
【解決手段】噴霧乾燥装置本体５１内に、脱硫排水からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧ノズル５２と、噴霧乾燥装置本体５１に設けられ、噴霧液３３ａを乾燥する排ガス１８を導入する導入口５１ａと、噴霧乾燥装置本体５１内に設けられ、排ガス１８により脱水濾液３３を乾燥する乾燥領域５３と、乾燥に寄与した排ガス１８を排出する排出口５１ｂと、前記噴霧ノズル５２の付着物の付着状態を監視する付着物監視手段６０とを具備する。
【解決手段】噴霧乾燥装置本体５１内に、脱硫排水からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧ノズル５２と、噴霧乾燥装置本体５１に設けられ、噴霧液３３ａを乾燥する排ガス１８を導入する導入口５１ａと、噴霧乾燥装置本体５１内に設けられ、排ガス１８により脱水濾液３３を乾燥する乾燥領域５３と、乾燥に寄与した排ガス１８を排出する排出口５１ｂと、前記噴霧ノズル５２の付着物の付着状態を監視する付着物監視手段６０とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラから排出される排ガスを処理する排ガス処理の際に発生する脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電設備等に設置されるボイラから排出される排ガスを処理するための排ガス処理システムが知られている。排ガス処理システムは、ボイラからの排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置を通過した排ガスの熱を回収するエアヒータと、熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去するための脱硫装置とを備えている。脱硫装置としては、石灰吸収液等を排ガスと気液接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式の脱硫装置が一般的に用いられる。
【０００３】
湿式の脱硫装置から排出される排水（以下、「脱硫排水」という。）には、塩素イオン、アンモニウムイオン等のイオンや水銀など様々な種類の有害物質が多量に含まれる。このため、脱硫排水をシステム外部に放流する前に脱硫排水からこれらの有害物質を除去する必要があるが、脱硫排水中に含まれるこれら多種類の有害物質の除去処理は複雑であり、処理コストが高いという問題がある。そこで、脱硫排水の処理コストを節減すべく、脱硫排水をシステム外部に放出することなくシステム内で再利用する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、脱硝装置、エアヒータ、集塵機、脱硫装置とが接続される主ラインの煙道から分岐して、脱硫排水を噴霧してガス化する設備を別途設置し、主ラインの煙道から排ガスの一部をこの設備内に導入し、設備内の排ガス中に脱硫排水を噴霧して蒸発させることにより有害物質を析出させた後、このガスを主ラインの煙道に戻すように構成された排ガス処理装置が開示されている（特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２００８１８号公報
【特許文献２】特開平９−３１３８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の排ガス処理装置では、煙道から排ガスを一部分岐して、脱硫装置からの脱硫排水（又は排液）を噴霧してガス化する設備を設けて、脱硫排水を蒸発させているが、脱硫装置からの脱硫排水は、固形分が含有されているために、噴霧乾燥を良好に行うことができない、という問題がある。
【０００６】
さらに、近年、内陸部等における水資源に対する環境配慮のために、排ガス処理設備における無排水化が切望されており、安定して操業することができる無排水化を図る排ガス処理設備の出現が切望されている。
【０００７】
この無排水化を実施する設備として、脱硫排水を乾燥する噴霧乾燥機を用いることができるが、脱硫排水を噴霧乾燥する場合には、以下のような問題がある。
１）熱量バランスの乱れによる問題
噴霧液を蒸発させるには、噴霧液と温風との熱移動により乾燥が促進されるが、温風に対して噴霧液が過剰の場合には、蒸発不良が発生する。
２）灰付着による噴霧液の液滴径の粗大化による問題
噴霧ノズル先端部に灰が付着すると、ノズルから発生する噴霧液滴径が変化し、一般的には粗大化する。この粗大化した液滴は、温風と熱交換する比表面積が小さく、熱交換が遅いため、蒸発遅れが発生する。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、安定して操業することができる無排水化を図る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、噴霧乾燥装置本体内に、脱硫排水からの脱水濾液を噴霧する噴霧ノズルと、噴霧乾燥装置本体に設けられ、噴霧液を乾燥する排ガスを導入する導入口と、噴霧乾燥装置本体内に設けられ、排ガスにより脱水濾液を乾燥する乾燥領域と、乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口と、前記噴霧ノズルの付着物の付着状態を監視する付着物監視手段と、を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記付着物監視手段は、超音波又はレーザによる灰付着物の成長状態を監視することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、さらに、付着物を除去する付着物除去手段を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズルの外周に可動自在に設けたスクレーパであることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第３の発明において、前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズル洗浄手段であることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つに設けられ、乾燥領域内に複数設けられ、内部の温度を計測する温度計と、温度計の計測結果により、脱水濾液の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段と、判定手段の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１５】
第７の発明は、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラからの排ガスの熱を回収するエアヒータと、熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する脱硫装置と、前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去する脱水機と、前記脱水機からの脱水濾液を噴霧する噴霧手段を備えた請求項１乃至５のいずれか一つの噴霧乾燥機と、前記噴霧乾燥機に排ガスの一部を導入する排ガス導入ラインとを具備することを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、前記脱水機からの脱水濾液中の浮遊物質を除去する固液分離装置を有することを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１７】
第９の発明は、脱水濾液を噴霧乾燥装置本体の内に噴霧すると共に導入した排ガスにより噴霧液を乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、噴霧ノズルの噴霧状態を確認し、脱水濾液の噴霧が適切か否かを判断し、噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズルの洗浄、噴霧ノズル近傍に付着した灰付着物の除去を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法にある。
【００１８】
第１０の発明は、第９の発明において、噴霧乾燥装置本体の内部における温度分布を測定し、ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、脱水濾液の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法にある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明法によれば、ボイラからの排ガスを用いて、脱硫装置から分離された脱硫排水から石膏を除いた脱水濾液を用いて、噴霧乾燥機で噴霧する際、噴霧乾燥状態を把握して、噴霧不良が有る場合には除去することで、安定して噴霧することができる。これにより、脱硫装置からの脱硫排水の無排水化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例１に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１に係る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機の概略図である。
【図３−１】図３−１は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図３−２】図３−２は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図３−３】図３−３は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例１に係る他の脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機の概略図である。
【図５−１】図５−１は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図５−２】図５−２は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図５−３】図５−３は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図６】図６は、実施例２に係る噴霧ノズルの概略図である。
【図７】図７は、実施例３に係る噴霧乾燥機の概略図である。
【図８−１】図８−１は、噴霧乾燥装置本体内の７箇所に設けた温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
【図８−２】図８−２は、噴霧乾燥装置本体内の７箇所に設けた温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
【図９】図９は、実施例４に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
【図１０】図１０は、実施例５に係る他の排ガス処理システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係る排ガス処理システムの概略構成図である。図１に例示される排ガス処理システム１０Ａは、石炭を燃料として使用する石炭焚きボイラや重油を燃料として使用する重油焚きボイラ等のボイラ１１からの排ガス１８から、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）等の有害物質を除去する装置である。
【００２３】
排ガス処理システム１０Ａは、燃料Ｆを燃焼させるボイラ１１と、前記ボイラ１１からの排ガス１８の熱を回収するエアヒータ１３と、熱回収後の排ガス１８中の煤塵を除去する集塵機１４と、除塵後の排ガス１８中に含まれる硫黄酸化物を吸収液である石灰スラリー２０で除去する脱硫装置１５と、前記脱硫装置１５から排出される脱硫排水３０から石膏３１を除去する脱水機３２と、前記脱水機３２からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧手段を備えた噴霧乾燥機５０と、前記噴霧乾燥機５０に排ガス１８の一部を導入する排ガス導入ラインＬ11とを具備するものである。これにより、石膏を除去した脱水濾液３３を用いて噴霧乾燥機５０で噴霧乾燥するので、安定した噴霧を行うことを可能としている。
これにより、噴霧乾燥機での目詰まりが発生せず、脱硫排水の水分の無排水化を安定して実施することができる。
【００２４】
脱硝装置１２は、ボイラ１１からガス供給ラインＬ1を介して供給される排ガス１８中の窒素酸化物を除去する装置であり、その内部に脱硝触媒層（図示せず）を有している。脱硝触媒層の前流には還元剤注入器（図示せず）が配置され、この還元剤注入器から排ガス１８に還元剤が注入される。ここで還元剤としては、例えばアンモニア、尿素、塩化アンモニウムなどが用いられる。脱硝装置１２に導入された排ガス１８中の窒素酸化物は、脱硝触媒層と接触することにより、排ガス１８中の窒素酸化物が窒素ガス（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解・除去される。また、排ガス１８中の水銀は、排ガス中の塩素（Ｃｌ）分が多くなると、水に可溶な２価の塩化水銀の割合が多くなり、後述する脱硫装置１５で水銀が捕集しやすくなる。
【００２５】
なお、上記の脱硝装置１２は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１８中の窒素酸化物濃度や水銀濃度が微量、あるいは、排ガス１８中にこれらの物質が含まれない場合には、脱硝装置１２を省略することも可能である。
【００２６】
エアヒータ１３は、脱硝装置１２で窒素酸化物が除去された後、ガス供給ラインＬ2を介して供給される排ガス１８中の熱を回収する熱交換器である。脱硝装置１２を通過した排ガス１８の温度は３５０℃〜４００℃程度と高温であるため、エアヒータ１３により高温の排ガス１８と常温の燃焼用空気との間で熱交換を行う。熱交換により高温となった燃焼用空気は、ボイラ１１に供給される。一方、常温の燃焼用空気との熱交換を行った排ガス１８は１５０℃程度まで冷却される。
【００２７】
集塵機１４は、熱回収後、ガス供給ラインＬ3介して供給される排ガス１８中の煤塵を除去するものである。集塵機１４としては慣性力集塵機、遠心力集塵機、濾過式集塵機、電気集塵機、洗浄集塵機等が挙げられるが、特に限定されない。
【００２８】
脱硫装置１５は、煤塵が除去された後、ガス供給ラインＬ4を介して供給される排ガス１８中の硫黄酸化物を湿式で除去する装置である。この脱硫装置１５では、アルカリ吸収液として石灰スラリー２０（水に石灰石粉末を溶解させた水溶液）が用いられ、装置内の温度は３０〜８０℃程度に調節されている。石灰スラリー２０は、石灰スラリー供給装置２１から脱硫装置１５の塔底部２２に供給される。脱硫装置１５の塔底部２２に供給された石灰スラリー２０は、図示しない吸収液送給ラインを介して脱硫装置１５内の複数のノズル２３に送られ、ノズル２３から塔頂部２４側に向かって噴出される。脱硫装置１５の塔底部２２側から上昇してくる排ガス１８がノズル２３から噴出する石灰スラリー２０と気液接触することにより、排ガス１８中の硫黄酸化物及び塩化水銀が石灰スラリー２０により吸収され、排ガス１８から分離、除去される。石灰スラリー２０により浄化された排ガス１８は、浄化ガス２６として脱硫装置１５の塔頂部２４側より排出され、煙突２７から系外に排出される。
【００２９】
脱硫装置１５の内部において、排ガス１８中の硫黄酸化物ＳＯｘは石灰スラリー２０と下記式（１）で表される反応を生じる。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋０．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ ＋ＣＯ２・・・（１）
【００３０】
さらに、排ガス１８中のＳＯｘを吸収した石灰スラリー２０は、脱硫装置１５の塔底部２２に供給される空気（図示せず）により酸化処理され、空気と下記式（２）で表される反応を生じる。
ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ＋０．５Ｏ２＋１．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ・・・（２）
このようにして、排ガス１８中のＳＯｘは、脱硫装置１５において石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの形で捕獲される。
【００３１】
また、上記のように、石灰スラリー２０は、脱硫装置１５の塔底部２２に貯留した液を揚水したものが用いられるが、この揚水される石灰スラリー２０には、脱硫装置１５の稼働に伴い、反応式（１）、（２）により石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏが混合される。以下では、この揚水される石灰石膏スラリー（石膏が混合された石灰スラリー）を吸収液とよぶ。
【００３２】
脱硫に用いた吸収液（石灰石膏スラリー）は、脱硫排水３０として脱硫装置１５の塔底部２２から外部に排出され、後述する排水ラインＬ20を介して脱水機３２に送られ、ここで脱水処理される。この脱硫排水３０には、石膏の他、水銀等の重金属やＣｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、Ｆ-等のハロゲンイオンが含まれている。
【００３３】
脱水機３２は、脱硫排水２８中の石膏３１を含む固体分と液体分の脱水濾液３３とを分離するものである。脱水機３２としては、例えばベルトフィルタ、遠心分離機、デカンタ型遠心沈降機等が用いられる。脱硫装置１５から排出された脱硫排水３０は、脱水機３２により石膏３１が分離される。その際、脱硫排水３０中の塩化水銀は石膏３１に吸着された状態で石膏３１とともに液体と分離される。分離した石膏３１は、システム外部（以下、「系外」という）に排出される。
一方、分離液である脱水濾液３３は脱水ラインＬ21を介して噴霧乾燥機５０に送られる。なお、脱水濾液３３は一時的に排水タンク（図示せず）に貯留するようにしてもよい。
【００３４】
噴霧乾燥機５０は、排ガスラインＬ2から分岐した分岐ラインＬ11を介して一部の排ガスが導入されるガス導入手段と、脱水濾液３３を散布又は噴霧する噴霧手段とを具備している。そして、導入される排ガス１８の熱により散布された脱水濾液３３を蒸発乾燥させている。
【００３５】
本発明では、脱硫排水から石膏３１を除去した脱水濾液３３を噴霧乾燥しているので、噴霧手段での目詰まりを防止することができる。
すなわち、脱硫排水そのものを噴霧するのではないので、脱硫排水が蒸発するのに伴い発生する乾燥粒子の量が大幅に低減させることができる。その結果、乾燥粒子の付着に起因する目詰まりを低減させることができる。また、脱硫排水３０を脱水処理することにより、石膏３１とともに塩化水銀も分離・除去されるため、排水噴霧時に排ガス１８中の水銀濃度が増加するのを防止することができる。
【００３６】
また、本実施例では、エアヒータ１３へ流入する排ガスの一部を排ガスラインＬ2から分岐ラインＬ11を介して分岐しているので、排ガスの温度が高く（３５０〜４００℃）、脱水濾液３３の噴霧乾燥を効率よく行うことができる。
【００３７】
図２は、実施例１に係る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機（噴霧乾燥機）の概略図である。図４は、実施例１に係る他の脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機（噴霧乾燥機）の概略図である。
図２に示すように、本実施例の噴霧乾燥機５０は、噴霧乾燥装置本体５１内に、脱硫排水からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧ノズル５２と、噴霧乾燥装置本体５１に設けられ、噴霧液３３ａを乾燥する排ガス１８を導入する導入口５１ａと、噴霧乾燥装置本体５１内に設けられ、排ガス１８により脱水濾液３３を乾燥する乾燥領域５３と、乾燥に寄与した排ガス１８を排出する排出口５１ｂと、前記噴霧ノズル５２の付着物の付着状態を監視する付着物監視手段６０とを具備するものである。なお、符号５６は分離された固形物、を図示する。
【００３８】
前記付着物監視手段６０は、超音波計測器（マイクロ波計測計）などを用いることができる。この超音波計測器としては、例えば「高温設備用マイクロ距離計マイクロレンジャー」（商品名：ＷＡＤＥＣＯ社製）のものを例示することができる。
【００３９】
図３−１〜図３−３は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
図３−１は、噴霧乾燥装置本体５１の側壁に、噴霧ノズル５２の先端部分に照準をあてて付着物の有無を監視する付着物監視手段６０が設けられている。
ここで、脱水濾液３３の付着物としては、ノズル先端部分に傘状のスケールが成長するもので、排ガス中の灰の付着物である。
脱水濾液３３を噴霧する際、噴霧液３３ａが傘状の付着物６１に当たり、噴霧液３３ａが粗大化することとなり、脱水濾液３３の蒸発性の悪化となる。
【００４０】
そこで、図３−２及び図３−３に示すように、付着物監視手段６０からマイクロ波６３を発生し、噴霧ノズル５２の先端先空間部分の付着物発生位置までの距離を測定する。
図３−２では、付着物の発生が無い場合であり、測定距離ｘとなり、これを正常（付着部無）である判断する。
これに対し、図３−３では、付着物６１の発生が有る場合であり、測定距離ｙとなり、これを異常（付着物有）である判断する。
この付着物監視手段６０の計測結果より、灰付着成長を検知した場合、付着物を除去する指示（※１０）を行うようにする。
なお、付着物監視手段６０を設置する以外に、作業員による目視による観察により、付着物６１の有無の確認を行うようにしてもよい。
ここで、作業員の目視による観察する場合には、噴霧乾燥装置本体５１に設けた監視用ののぞき窓（図示せず）を用いて行うようにしている。
【００４１】
ここで、付着物の除去には、１）脱水濾液の供給を停止し、工水での置換を実施し、ノズル及び配管内部の洗浄を噴霧ノズル洗浄手段により行う。２）灰除去手段により、強制的に付着物を除去する。
【００４２】
工水での置換は、図４に示すように、排ガス処理システム１０Ｂでは、バルブＶ11を閉じて脱水濾液３３の供給を停止し、工水７０を供給し、バルブＶ12を開いて工水７０を供給して、置換を行い、噴霧ノズル洗浄手段によりノズル及び配管内部の洗浄を行うようにしている。
この工水での置換の頻度は、付着物の付着の程度により、１回／１日〜１〜３回／１日と適宜変更するようにすればよい。また、工水７０の供給時間は例えば１時間／１回程度とすればよい。
この際、付着物を溶解する薬液を供給するようにしてもよい。
【００４３】
灰除去手段としては、槌打手段（図示せず）を噴霧ノズル５２に設けて、付着部を落下させるようにしている。なお、槌打手段は噴霧が届かない位置に設置するようにすればよい。
【００４４】
または、噴霧ノズルに設けた環状刃を有するスクレーパを稼動させ、先端に付着した付着物を切り取る。
【００４５】
図５−１〜図５−３は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
図５−１は、噴霧ノズルの正面図であり、噴霧ノズル５２の周囲に付着物６１が付着している様子である。図５−２は、噴霧ノズルの側面図であり、スクレーパ６５は待機している状態である。図５−３は、噴霧ノズルの側面図であり、スクレーパ６５を起動させ、先端の環状刃により付着物を破砕、脱落させている。点線は脱落する付着物部分である。
【００４６】
また、付着物６１が有る場合のみならず、このスクレーパ５２を所定頻度稼動させるにより、付着物６１の早期脱落を実施することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、実施例２に係る噴霧ノズルの概略図である。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図６に示すように、本実施例に係る噴霧ノズル５２は、ノズルの周囲に外筒６７を設け、バリアガス６８を供給口６７ａから供給して、ノズル先端部分からエアを供給して気膜を形成し、煤塵等による灰付着を抑制するようにしている。
このバリアガス６８の供給は、噴霧液３３ａを噴霧する噴霧噴出し速度と等速度で噴出することで、周辺渦の発生を防止するようにしている。
また、本実施例では、スクレーパ６５も設けているので、必要に応じてスクレーパを稼動して、付着物６１の除去を行うようにしている。
図５中、符号６６はスクレーパの稼動用ハンドルを図示する。
【００４８】
本実施例の噴霧ノズル５２によれば、バリアガス６８の導入により、付着物６１の成長が抑制され、噴霧ノズル５２において安定した噴霧が可能となる。
【実施例３】
【００４９】
図７は、実施例３に係る噴霧乾燥機の構成図である。
本実施例の噴霧乾燥機は、実施例１の噴霧乾燥機において、さらに、乾燥領域５３内に内部の温度を計測する温度計Ｔ1〜Ｔ7と、温度計の計測結果により、脱水濾液３３の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段５４と、判定手段５４の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段５５とを具備するものである。
【００５０】
本実施例では、７箇所に温度計（Ｔ1〜Ｔ7）を設けているが、本発明はこれに限定されず、乾燥領域５３の長さに応じて適宜変更するようにしている。
なお、温度計測は装置本体の鉛直軸線部分に設置しているが、本発明はこれに限定されず、蒸発状態を確認する位置に設置することができれば、いずれに設置してもよい。
【００５１】
図８−１及び図８−２は、７箇所に温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
ここで、液体の蒸発過程では、噴霧液３３ａの液滴の温度上昇や蒸発に対して熱が必要となる。この場合、排ガス１８の熱が液滴の温度上昇や蒸発に使用されるので、排ガス１８の温度が下がることとなる。この温度の低下を検知することで乾燥の良否を判断するようにしている。
図８−１は、乾燥が良好な場合の関係図であり、図８−２は、乾燥が不良の場合の関係図である。
図８−１では、温度減少がＴ4付近から止まり、温度が一定となっている。これは、噴霧液３３ａの液滴が無いことに起因する。
これに対して、図８−２では、温度減少がＴ7まで断続的に低下している。これは、噴霧液３３ａの液滴が多量の残存していることに起因する。
【００５２】
この結果を判定手段５４で判断する。
この判定手段５４での判断の結果、乾燥良好である場合には、そのまま脱水濾液３３の噴霧乾燥を継続する。
【００５３】
これに対し、判断手段５４での判断の結果、乾燥不良であると判断した場合には、排ガス１８又は脱水濾液３３の調整を制御手段５５により行うようにしている。
【００５４】
具体的には、脱水濾液３３の調整は、調整バルブＶ1を操作して脱水濾液３３の供給量の増減又は噴霧ノズル５２に供給するアトマイズエアの供給量の増減により、噴霧液の液滴径の調整をする。
また、脱水濾液３３を所定量備蓄するバッファタンクを設け、調整を行うようにしてもよい。
【００５５】
このため、制御手段には図示しない脱水濾液３３の流量を計測した流量情報（※１）が入力され、この情報をもとに、バルブ開度の調整又は図示しないポンプ流量の調整を行うようにしている。
【００５６】
また、排ガス１８の調整は、排ガスの導入量の制御により行うようにしている。
導入量の調整は、排ガス導入ラインＬ11との圧損調整によるバルブＶ2又はダンパ等の開度の制御により調整を行うようにしている。
【００５７】
また、排ガス導入ラインＬ11とを複数系列として、噴霧乾燥機５０を２台以上設置し、排ガスの供給量を調整するようにしてもよい。
【００５８】
また、温度計測により、瞬間的な判断だけではなく、経時的に温度プロファイルを計測し乾燥良好な状態から乾燥不良の状態に過渡的に変化することを確認できた時点で、乾燥不良の要因を改善する前述した操作を行うようにしてもよい。
【００５９】
本実施例によれば、前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去した脱水濾液を、排ガスの一部により噴霧乾燥する際、脱水濾液の噴霧乾燥状態を乾燥領域における温度状態を監視しつつ行うことしているので、安定して噴霧乾燥状態を保持でき、脱硫排水の無排水化を実施することができる。また、噴霧ノズル５２において、付着物の成長を付着物監視手段６０で監視するので、噴霧異常となる前に付着物を除去する措置を講じて、安定した操業が可能となる。
【００６０】
また、脱水濾液３３を噴霧乾燥装置本体５１の内に噴霧すると共に導入した排ガス１８により噴霧液３３ａを乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、噴霧ノズル５２の噴霧状態を確認し、脱水濾液３３の噴霧が適切か否かを判断し、噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズル５２の洗浄、噴霧ノズル５２近傍に付着した付着物６１の除去を行うようにすることで安定した脱水濾液３３の噴霧乾燥を行うことができる。
【００６１】
さらに、噴霧乾燥装置本体５１の内部の乾燥領域５３における温度分布を測定し、ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、脱水濾液３３の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことで、さらに安定した脱水濾液の噴霧乾燥を行うことができる。
【００６２】
このように、本発明によれば、噴霧状態の良否を監視する手法として、（１）温度により蒸発状況を把握すると共に（２）例えば超音波等による付着物６１の成長を把握するようにし、(ａ)蒸発不良である場合には、排ガスや脱硫濾液の導入量を調整し、（ｂ）噴霧液３３ａの滴径変化が原因である場合には、噴霧ノズル５２の洗浄や、除灰装置を稼動することで、適切な噴霧状態に復帰させて、安定した脱水濾液３３の噴霧乾燥を行うことができる。
【実施例４】
【００６３】
次に、実施例４に係る排ガス処理システムについて説明する。
図９は、実施例４に係る排ガス処理システムの概略構成図である。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に例示される排ガス処理システム１０Ｃは、実施例１に係る排ガス処理システム１０Ａにおいて、脱硫濾液３３中の浮遊物質（ＳＳ：suspended solids）又は懸濁物質（suspended substance）を除去する固液分離装置４１を脱水ラインＬ21に介装したものである。
固液分離装置４１としては、例えば液体サイクロン、ベルトフィルタ、分級器、膜分離装置等を挙げることができる。
【００６４】
この固液分離装置４１は、脱水濾液３３中の浮遊物質（ＳＳ）を除去し、分離液４２中のＳＳ濃度を１重量％以下、より好ましくは０．１〜０．５重量％としている。
これにより、ＳＳ濃度が低減し、噴霧乾燥機５０でのノズルや配管等の詰まりをさらに抑制することができる。
すなわち、ＳＳ濃度を１重量％以下、より好ましくは０．１〜０．５重量％とすることで、噴霧乾燥の際の噴霧ノズル先端部での噴霧乾燥物の付着や、煤塵の付着成長により、噴霧不良となることが抑制される。この結果、閉塞による運転停止、噴霧液滴径の粗大化による必要乾燥時間の長期化に起因する乾燥不足等が解消される。また、噴霧範囲の騙りよりに起因する乾燥状況の乾燥ムラ、乾燥不足等が解消される。
【００６５】
固液分離装置で分離した分離残渣４３は、集塵灰１６に合流させ、脱水濾液３３により水分を含ませるようにしてもよい。
なお、集塵灰１６単独で別途利用するような場合には、集塵灰１６と残渣とを別々の場所において脱水濾液３３の噴霧処理を行うようにすればよい。
【００６６】
また、排ガス導入ラインＬ11に設けた噴霧乾燥機５０の前段側又は後段側のいずれか一方又は両方に小型の集塵機を設け、排ガス中の煤塵を排ガス導入ラインＬ11にて除去するようにしてもよい。
【００６７】
なお、排ガス１８の導入は、排ガスラインと排ガス導入ラインＬ11との圧力損失の相違により、排ガス１８を噴霧乾燥機５０内へ導入するようにしたり、必要に応じて誘引ファン等を用いて排ガス１８を導入したりしている。
【実施例５】
【００６８】
次に、実施例５に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０は、実施例５に係る排ガス処理システムの概略構成図である。本実施例に係る排ガス処理システム１０Ｄでは、図１０に示すように、排ガス１８の分岐をエアヒータ１３の排ガスラインＬ3から行っており、噴霧乾燥機５０で噴霧乾燥に寄与した排ガスを再び同じ箇所の排ガスラインＬ3に戻している。
これにより、実施例１のようなバイパスラインを設けることが不要となる。
【符号の説明】
【００６９】
１０Ａ〜１０Ｄ 排ガス処理システム
１１ ボイラ
１２ 脱硝装置
１３ エアヒータ
１４ 集塵機
１５ 脱硫装置
１６ 集塵灰
１８ 排ガス
２０ 石灰スラリー
２１ 石灰スラリー供給装置
２２ 塔底部
２３ ノズル
２４ 塔頂部
２６ 浄化ガス
２７ 煙突
３０ 脱硫排水
３２ 脱水機
３３ 脱水濾液
５０ 噴霧乾燥機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラから排出される排ガスを処理する排ガス処理の際に発生する脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電設備等に設置されるボイラから排出される排ガスを処理するための排ガス処理システムが知られている。排ガス処理システムは、ボイラからの排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置を通過した排ガスの熱を回収するエアヒータと、熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去するための脱硫装置とを備えている。脱硫装置としては、石灰吸収液等を排ガスと気液接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式の脱硫装置が一般的に用いられる。
【０００３】
湿式の脱硫装置から排出される排水（以下、「脱硫排水」という。）には、塩素イオン、アンモニウムイオン等のイオンや水銀など様々な種類の有害物質が多量に含まれる。このため、脱硫排水をシステム外部に放流する前に脱硫排水からこれらの有害物質を除去する必要があるが、脱硫排水中に含まれるこれら多種類の有害物質の除去処理は複雑であり、処理コストが高いという問題がある。そこで、脱硫排水の処理コストを節減すべく、脱硫排水をシステム外部に放出することなくシステム内で再利用する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、脱硝装置、エアヒータ、集塵機、脱硫装置とが接続される主ラインの煙道から分岐して、脱硫排水を噴霧してガス化する設備を別途設置し、主ラインの煙道から排ガスの一部をこの設備内に導入し、設備内の排ガス中に脱硫排水を噴霧して蒸発させることにより有害物質を析出させた後、このガスを主ラインの煙道に戻すように構成された排ガス処理装置が開示されている（特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２００８１８号公報
【特許文献２】特開平９−３１３８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の排ガス処理装置では、煙道から排ガスを一部分岐して、脱硫装置からの脱硫排水（又は排液）を噴霧してガス化する設備を設けて、脱硫排水を蒸発させているが、脱硫装置からの脱硫排水は、固形分が含有されているために、噴霧乾燥を良好に行うことができない、という問題がある。
【０００６】
さらに、近年、内陸部等における水資源に対する環境配慮のために、排ガス処理設備における無排水化が切望されており、安定して操業することができる無排水化を図る排ガス処理設備の出現が切望されている。
【０００７】
この無排水化を実施する設備として、脱硫排水を乾燥する噴霧乾燥機を用いることができるが、脱硫排水を噴霧乾燥する場合には、以下のような問題がある。
１）熱量バランスの乱れによる問題
噴霧液を蒸発させるには、噴霧液と温風との熱移動により乾燥が促進されるが、温風に対して噴霧液が過剰の場合には、蒸発不良が発生する。
２）灰付着による噴霧液の液滴径の粗大化による問題
噴霧ノズル先端部に灰が付着すると、ノズルから発生する噴霧液滴径が変化し、一般的には粗大化する。この粗大化した液滴は、温風と熱交換する比表面積が小さく、熱交換が遅いため、蒸発遅れが発生する。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、安定して操業することができる無排水化を図る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥装置、脱水濾液の噴霧乾燥方法及び排ガス処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、噴霧乾燥装置本体内に、脱硫排水からの脱水濾液を噴霧する噴霧ノズルと、噴霧乾燥装置本体に設けられ、噴霧液を乾燥する排ガスを導入する導入口と、噴霧乾燥装置本体内に設けられ、排ガスにより脱水濾液を乾燥する乾燥領域と、乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口と、前記噴霧ノズルの付着物の付着状態を監視する付着物監視手段と、を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記付着物監視手段は、超音波又はレーザによる灰付着物の成長状態を監視することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、さらに、付着物を除去する付着物除去手段を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズルの外周に可動自在に設けたスクレーパであることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第３の発明において、前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズル洗浄手段であることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つに設けられ、乾燥領域内に複数設けられ、内部の温度を計測する温度計と、温度計の計測結果により、脱水濾液の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段と、判定手段の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置にある。
【００１５】
第７の発明は、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラからの排ガスの熱を回収するエアヒータと、熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する脱硫装置と、前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去する脱水機と、前記脱水機からの脱水濾液を噴霧する噴霧手段を備えた請求項１乃至５のいずれか一つの噴霧乾燥機と、前記噴霧乾燥機に排ガスの一部を導入する排ガス導入ラインとを具備することを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、前記脱水機からの脱水濾液中の浮遊物質を除去する固液分離装置を有することを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１７】
第９の発明は、脱水濾液を噴霧乾燥装置本体の内に噴霧すると共に導入した排ガスにより噴霧液を乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、噴霧ノズルの噴霧状態を確認し、脱水濾液の噴霧が適切か否かを判断し、噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズルの洗浄、噴霧ノズル近傍に付着した灰付着物の除去を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法にある。
【００１８】
第１０の発明は、第９の発明において、噴霧乾燥装置本体の内部における温度分布を測定し、ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、脱水濾液の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法にある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明法によれば、ボイラからの排ガスを用いて、脱硫装置から分離された脱硫排水から石膏を除いた脱水濾液を用いて、噴霧乾燥機で噴霧する際、噴霧乾燥状態を把握して、噴霧不良が有る場合には除去することで、安定して噴霧することができる。これにより、脱硫装置からの脱硫排水の無排水化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例１に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１に係る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機の概略図である。
【図３−１】図３−１は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図３−２】図３−２は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図３−３】図３−３は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例１に係る他の脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機の概略図である。
【図５−１】図５−１は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図５−２】図５−２は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図５−３】図５−３は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
【図６】図６は、実施例２に係る噴霧ノズルの概略図である。
【図７】図７は、実施例３に係る噴霧乾燥機の概略図である。
【図８−１】図８−１は、噴霧乾燥装置本体内の７箇所に設けた温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
【図８−２】図８−２は、噴霧乾燥装置本体内の７箇所に設けた温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
【図９】図９は、実施例４に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
【図１０】図１０は、実施例５に係る他の排ガス処理システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係る排ガス処理システムの概略構成図である。図１に例示される排ガス処理システム１０Ａは、石炭を燃料として使用する石炭焚きボイラや重油を燃料として使用する重油焚きボイラ等のボイラ１１からの排ガス１８から、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）等の有害物質を除去する装置である。
【００２３】
排ガス処理システム１０Ａは、燃料Ｆを燃焼させるボイラ１１と、前記ボイラ１１からの排ガス１８の熱を回収するエアヒータ１３と、熱回収後の排ガス１８中の煤塵を除去する集塵機１４と、除塵後の排ガス１８中に含まれる硫黄酸化物を吸収液である石灰スラリー２０で除去する脱硫装置１５と、前記脱硫装置１５から排出される脱硫排水３０から石膏３１を除去する脱水機３２と、前記脱水機３２からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧手段を備えた噴霧乾燥機５０と、前記噴霧乾燥機５０に排ガス１８の一部を導入する排ガス導入ラインＬ11とを具備するものである。これにより、石膏を除去した脱水濾液３３を用いて噴霧乾燥機５０で噴霧乾燥するので、安定した噴霧を行うことを可能としている。
これにより、噴霧乾燥機での目詰まりが発生せず、脱硫排水の水分の無排水化を安定して実施することができる。
【００２４】
脱硝装置１２は、ボイラ１１からガス供給ラインＬ1を介して供給される排ガス１８中の窒素酸化物を除去する装置であり、その内部に脱硝触媒層（図示せず）を有している。脱硝触媒層の前流には還元剤注入器（図示せず）が配置され、この還元剤注入器から排ガス１８に還元剤が注入される。ここで還元剤としては、例えばアンモニア、尿素、塩化アンモニウムなどが用いられる。脱硝装置１２に導入された排ガス１８中の窒素酸化物は、脱硝触媒層と接触することにより、排ガス１８中の窒素酸化物が窒素ガス（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解・除去される。また、排ガス１８中の水銀は、排ガス中の塩素（Ｃｌ）分が多くなると、水に可溶な２価の塩化水銀の割合が多くなり、後述する脱硫装置１５で水銀が捕集しやすくなる。
【００２５】
なお、上記の脱硝装置１２は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１８中の窒素酸化物濃度や水銀濃度が微量、あるいは、排ガス１８中にこれらの物質が含まれない場合には、脱硝装置１２を省略することも可能である。
【００２６】
エアヒータ１３は、脱硝装置１２で窒素酸化物が除去された後、ガス供給ラインＬ2を介して供給される排ガス１８中の熱を回収する熱交換器である。脱硝装置１２を通過した排ガス１８の温度は３５０℃〜４００℃程度と高温であるため、エアヒータ１３により高温の排ガス１８と常温の燃焼用空気との間で熱交換を行う。熱交換により高温となった燃焼用空気は、ボイラ１１に供給される。一方、常温の燃焼用空気との熱交換を行った排ガス１８は１５０℃程度まで冷却される。
【００２７】
集塵機１４は、熱回収後、ガス供給ラインＬ3介して供給される排ガス１８中の煤塵を除去するものである。集塵機１４としては慣性力集塵機、遠心力集塵機、濾過式集塵機、電気集塵機、洗浄集塵機等が挙げられるが、特に限定されない。
【００２８】
脱硫装置１５は、煤塵が除去された後、ガス供給ラインＬ4を介して供給される排ガス１８中の硫黄酸化物を湿式で除去する装置である。この脱硫装置１５では、アルカリ吸収液として石灰スラリー２０（水に石灰石粉末を溶解させた水溶液）が用いられ、装置内の温度は３０〜８０℃程度に調節されている。石灰スラリー２０は、石灰スラリー供給装置２１から脱硫装置１５の塔底部２２に供給される。脱硫装置１５の塔底部２２に供給された石灰スラリー２０は、図示しない吸収液送給ラインを介して脱硫装置１５内の複数のノズル２３に送られ、ノズル２３から塔頂部２４側に向かって噴出される。脱硫装置１５の塔底部２２側から上昇してくる排ガス１８がノズル２３から噴出する石灰スラリー２０と気液接触することにより、排ガス１８中の硫黄酸化物及び塩化水銀が石灰スラリー２０により吸収され、排ガス１８から分離、除去される。石灰スラリー２０により浄化された排ガス１８は、浄化ガス２６として脱硫装置１５の塔頂部２４側より排出され、煙突２７から系外に排出される。
【００２９】
脱硫装置１５の内部において、排ガス１８中の硫黄酸化物ＳＯｘは石灰スラリー２０と下記式（１）で表される反応を生じる。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋０．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ ＋ＣＯ２・・・（１）
【００３０】
さらに、排ガス１８中のＳＯｘを吸収した石灰スラリー２０は、脱硫装置１５の塔底部２２に供給される空気（図示せず）により酸化処理され、空気と下記式（２）で表される反応を生じる。
ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ＋０．５Ｏ２＋１．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ・・・（２）
このようにして、排ガス１８中のＳＯｘは、脱硫装置１５において石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの形で捕獲される。
【００３１】
また、上記のように、石灰スラリー２０は、脱硫装置１５の塔底部２２に貯留した液を揚水したものが用いられるが、この揚水される石灰スラリー２０には、脱硫装置１５の稼働に伴い、反応式（１）、（２）により石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏが混合される。以下では、この揚水される石灰石膏スラリー（石膏が混合された石灰スラリー）を吸収液とよぶ。
【００３２】
脱硫に用いた吸収液（石灰石膏スラリー）は、脱硫排水３０として脱硫装置１５の塔底部２２から外部に排出され、後述する排水ラインＬ20を介して脱水機３２に送られ、ここで脱水処理される。この脱硫排水３０には、石膏の他、水銀等の重金属やＣｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、Ｆ-等のハロゲンイオンが含まれている。
【００３３】
脱水機３２は、脱硫排水２８中の石膏３１を含む固体分と液体分の脱水濾液３３とを分離するものである。脱水機３２としては、例えばベルトフィルタ、遠心分離機、デカンタ型遠心沈降機等が用いられる。脱硫装置１５から排出された脱硫排水３０は、脱水機３２により石膏３１が分離される。その際、脱硫排水３０中の塩化水銀は石膏３１に吸着された状態で石膏３１とともに液体と分離される。分離した石膏３１は、システム外部（以下、「系外」という）に排出される。
一方、分離液である脱水濾液３３は脱水ラインＬ21を介して噴霧乾燥機５０に送られる。なお、脱水濾液３３は一時的に排水タンク（図示せず）に貯留するようにしてもよい。
【００３４】
噴霧乾燥機５０は、排ガスラインＬ2から分岐した分岐ラインＬ11を介して一部の排ガスが導入されるガス導入手段と、脱水濾液３３を散布又は噴霧する噴霧手段とを具備している。そして、導入される排ガス１８の熱により散布された脱水濾液３３を蒸発乾燥させている。
【００３５】
本発明では、脱硫排水から石膏３１を除去した脱水濾液３３を噴霧乾燥しているので、噴霧手段での目詰まりを防止することができる。
すなわち、脱硫排水そのものを噴霧するのではないので、脱硫排水が蒸発するのに伴い発生する乾燥粒子の量が大幅に低減させることができる。その結果、乾燥粒子の付着に起因する目詰まりを低減させることができる。また、脱硫排水３０を脱水処理することにより、石膏３１とともに塩化水銀も分離・除去されるため、排水噴霧時に排ガス１８中の水銀濃度が増加するのを防止することができる。
【００３６】
また、本実施例では、エアヒータ１３へ流入する排ガスの一部を排ガスラインＬ2から分岐ラインＬ11を介して分岐しているので、排ガスの温度が高く（３５０〜４００℃）、脱水濾液３３の噴霧乾燥を効率よく行うことができる。
【００３７】
図２は、実施例１に係る脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機（噴霧乾燥機）の概略図である。図４は、実施例１に係る他の脱硫排液からの脱水濾液の噴霧乾燥機（噴霧乾燥機）の概略図である。
図２に示すように、本実施例の噴霧乾燥機５０は、噴霧乾燥装置本体５１内に、脱硫排水からの脱水濾液３３を噴霧する噴霧ノズル５２と、噴霧乾燥装置本体５１に設けられ、噴霧液３３ａを乾燥する排ガス１８を導入する導入口５１ａと、噴霧乾燥装置本体５１内に設けられ、排ガス１８により脱水濾液３３を乾燥する乾燥領域５３と、乾燥に寄与した排ガス１８を排出する排出口５１ｂと、前記噴霧ノズル５２の付着物の付着状態を監視する付着物監視手段６０とを具備するものである。なお、符号５６は分離された固形物、を図示する。
【００３８】
前記付着物監視手段６０は、超音波計測器（マイクロ波計測計）などを用いることができる。この超音波計測器としては、例えば「高温設備用マイクロ距離計マイクロレンジャー」（商品名：ＷＡＤＥＣＯ社製）のものを例示することができる。
【００３９】
図３−１〜図３−３は、付着物監視手段による付着物の監視状態を示す概略図である。
図３−１は、噴霧乾燥装置本体５１の側壁に、噴霧ノズル５２の先端部分に照準をあてて付着物の有無を監視する付着物監視手段６０が設けられている。
ここで、脱水濾液３３の付着物としては、ノズル先端部分に傘状のスケールが成長するもので、排ガス中の灰の付着物である。
脱水濾液３３を噴霧する際、噴霧液３３ａが傘状の付着物６１に当たり、噴霧液３３ａが粗大化することとなり、脱水濾液３３の蒸発性の悪化となる。
【００４０】
そこで、図３−２及び図３−３に示すように、付着物監視手段６０からマイクロ波６３を発生し、噴霧ノズル５２の先端先空間部分の付着物発生位置までの距離を測定する。
図３−２では、付着物の発生が無い場合であり、測定距離ｘとなり、これを正常（付着部無）である判断する。
これに対し、図３−３では、付着物６１の発生が有る場合であり、測定距離ｙとなり、これを異常（付着物有）である判断する。
この付着物監視手段６０の計測結果より、灰付着成長を検知した場合、付着物を除去する指示（※１０）を行うようにする。
なお、付着物監視手段６０を設置する以外に、作業員による目視による観察により、付着物６１の有無の確認を行うようにしてもよい。
ここで、作業員の目視による観察する場合には、噴霧乾燥装置本体５１に設けた監視用ののぞき窓（図示せず）を用いて行うようにしている。
【００４１】
ここで、付着物の除去には、１）脱水濾液の供給を停止し、工水での置換を実施し、ノズル及び配管内部の洗浄を噴霧ノズル洗浄手段により行う。２）灰除去手段により、強制的に付着物を除去する。
【００４２】
工水での置換は、図４に示すように、排ガス処理システム１０Ｂでは、バルブＶ11を閉じて脱水濾液３３の供給を停止し、工水７０を供給し、バルブＶ12を開いて工水７０を供給して、置換を行い、噴霧ノズル洗浄手段によりノズル及び配管内部の洗浄を行うようにしている。
この工水での置換の頻度は、付着物の付着の程度により、１回／１日〜１〜３回／１日と適宜変更するようにすればよい。また、工水７０の供給時間は例えば１時間／１回程度とすればよい。
この際、付着物を溶解する薬液を供給するようにしてもよい。
【００４３】
灰除去手段としては、槌打手段（図示せず）を噴霧ノズル５２に設けて、付着部を落下させるようにしている。なお、槌打手段は噴霧が届かない位置に設置するようにすればよい。
【００４４】
または、噴霧ノズルに設けた環状刃を有するスクレーパを稼動させ、先端に付着した付着物を切り取る。
【００４５】
図５−１〜図５−３は、噴霧ノズル周囲に設けたスクレーパによる付着部除去の様子を示す図である。
図５−１は、噴霧ノズルの正面図であり、噴霧ノズル５２の周囲に付着物６１が付着している様子である。図５−２は、噴霧ノズルの側面図であり、スクレーパ６５は待機している状態である。図５−３は、噴霧ノズルの側面図であり、スクレーパ６５を起動させ、先端の環状刃により付着物を破砕、脱落させている。点線は脱落する付着物部分である。
【００４６】
また、付着物６１が有る場合のみならず、このスクレーパ５２を所定頻度稼動させるにより、付着物６１の早期脱落を実施することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、実施例２に係る噴霧ノズルの概略図である。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図６に示すように、本実施例に係る噴霧ノズル５２は、ノズルの周囲に外筒６７を設け、バリアガス６８を供給口６７ａから供給して、ノズル先端部分からエアを供給して気膜を形成し、煤塵等による灰付着を抑制するようにしている。
このバリアガス６８の供給は、噴霧液３３ａを噴霧する噴霧噴出し速度と等速度で噴出することで、周辺渦の発生を防止するようにしている。
また、本実施例では、スクレーパ６５も設けているので、必要に応じてスクレーパを稼動して、付着物６１の除去を行うようにしている。
図５中、符号６６はスクレーパの稼動用ハンドルを図示する。
【００４８】
本実施例の噴霧ノズル５２によれば、バリアガス６８の導入により、付着物６１の成長が抑制され、噴霧ノズル５２において安定した噴霧が可能となる。
【実施例３】
【００４９】
図７は、実施例３に係る噴霧乾燥機の構成図である。
本実施例の噴霧乾燥機は、実施例１の噴霧乾燥機において、さらに、乾燥領域５３内に内部の温度を計測する温度計Ｔ1〜Ｔ7と、温度計の計測結果により、脱水濾液３３の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段５４と、判定手段５４の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段５５とを具備するものである。
【００５０】
本実施例では、７箇所に温度計（Ｔ1〜Ｔ7）を設けているが、本発明はこれに限定されず、乾燥領域５３の長さに応じて適宜変更するようにしている。
なお、温度計測は装置本体の鉛直軸線部分に設置しているが、本発明はこれに限定されず、蒸発状態を確認する位置に設置することができれば、いずれに設置してもよい。
【００５１】
図８−１及び図８−２は、７箇所に温度計（Ｔ1〜Ｔ7）に対するノズルからの距離と、計測温度との関係図である。
ここで、液体の蒸発過程では、噴霧液３３ａの液滴の温度上昇や蒸発に対して熱が必要となる。この場合、排ガス１８の熱が液滴の温度上昇や蒸発に使用されるので、排ガス１８の温度が下がることとなる。この温度の低下を検知することで乾燥の良否を判断するようにしている。
図８−１は、乾燥が良好な場合の関係図であり、図８−２は、乾燥が不良の場合の関係図である。
図８−１では、温度減少がＴ4付近から止まり、温度が一定となっている。これは、噴霧液３３ａの液滴が無いことに起因する。
これに対して、図８−２では、温度減少がＴ7まで断続的に低下している。これは、噴霧液３３ａの液滴が多量の残存していることに起因する。
【００５２】
この結果を判定手段５４で判断する。
この判定手段５４での判断の結果、乾燥良好である場合には、そのまま脱水濾液３３の噴霧乾燥を継続する。
【００５３】
これに対し、判断手段５４での判断の結果、乾燥不良であると判断した場合には、排ガス１８又は脱水濾液３３の調整を制御手段５５により行うようにしている。
【００５４】
具体的には、脱水濾液３３の調整は、調整バルブＶ1を操作して脱水濾液３３の供給量の増減又は噴霧ノズル５２に供給するアトマイズエアの供給量の増減により、噴霧液の液滴径の調整をする。
また、脱水濾液３３を所定量備蓄するバッファタンクを設け、調整を行うようにしてもよい。
【００５５】
このため、制御手段には図示しない脱水濾液３３の流量を計測した流量情報（※１）が入力され、この情報をもとに、バルブ開度の調整又は図示しないポンプ流量の調整を行うようにしている。
【００５６】
また、排ガス１８の調整は、排ガスの導入量の制御により行うようにしている。
導入量の調整は、排ガス導入ラインＬ11との圧損調整によるバルブＶ2又はダンパ等の開度の制御により調整を行うようにしている。
【００５７】
また、排ガス導入ラインＬ11とを複数系列として、噴霧乾燥機５０を２台以上設置し、排ガスの供給量を調整するようにしてもよい。
【００５８】
また、温度計測により、瞬間的な判断だけではなく、経時的に温度プロファイルを計測し乾燥良好な状態から乾燥不良の状態に過渡的に変化することを確認できた時点で、乾燥不良の要因を改善する前述した操作を行うようにしてもよい。
【００５９】
本実施例によれば、前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去した脱水濾液を、排ガスの一部により噴霧乾燥する際、脱水濾液の噴霧乾燥状態を乾燥領域における温度状態を監視しつつ行うことしているので、安定して噴霧乾燥状態を保持でき、脱硫排水の無排水化を実施することができる。また、噴霧ノズル５２において、付着物の成長を付着物監視手段６０で監視するので、噴霧異常となる前に付着物を除去する措置を講じて、安定した操業が可能となる。
【００６０】
また、脱水濾液３３を噴霧乾燥装置本体５１の内に噴霧すると共に導入した排ガス１８により噴霧液３３ａを乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、噴霧ノズル５２の噴霧状態を確認し、脱水濾液３３の噴霧が適切か否かを判断し、噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズル５２の洗浄、噴霧ノズル５２近傍に付着した付着物６１の除去を行うようにすることで安定した脱水濾液３３の噴霧乾燥を行うことができる。
【００６１】
さらに、噴霧乾燥装置本体５１の内部の乾燥領域５３における温度分布を測定し、ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、脱水濾液３３の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことで、さらに安定した脱水濾液の噴霧乾燥を行うことができる。
【００６２】
このように、本発明によれば、噴霧状態の良否を監視する手法として、（１）温度により蒸発状況を把握すると共に（２）例えば超音波等による付着物６１の成長を把握するようにし、(ａ)蒸発不良である場合には、排ガスや脱硫濾液の導入量を調整し、（ｂ）噴霧液３３ａの滴径変化が原因である場合には、噴霧ノズル５２の洗浄や、除灰装置を稼動することで、適切な噴霧状態に復帰させて、安定した脱水濾液３３の噴霧乾燥を行うことができる。
【実施例４】
【００６３】
次に、実施例４に係る排ガス処理システムについて説明する。
図９は、実施例４に係る排ガス処理システムの概略構成図である。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に例示される排ガス処理システム１０Ｃは、実施例１に係る排ガス処理システム１０Ａにおいて、脱硫濾液３３中の浮遊物質（ＳＳ：suspended solids）又は懸濁物質（suspended substance）を除去する固液分離装置４１を脱水ラインＬ21に介装したものである。
固液分離装置４１としては、例えば液体サイクロン、ベルトフィルタ、分級器、膜分離装置等を挙げることができる。
【００６４】
この固液分離装置４１は、脱水濾液３３中の浮遊物質（ＳＳ）を除去し、分離液４２中のＳＳ濃度を１重量％以下、より好ましくは０．１〜０．５重量％としている。
これにより、ＳＳ濃度が低減し、噴霧乾燥機５０でのノズルや配管等の詰まりをさらに抑制することができる。
すなわち、ＳＳ濃度を１重量％以下、より好ましくは０．１〜０．５重量％とすることで、噴霧乾燥の際の噴霧ノズル先端部での噴霧乾燥物の付着や、煤塵の付着成長により、噴霧不良となることが抑制される。この結果、閉塞による運転停止、噴霧液滴径の粗大化による必要乾燥時間の長期化に起因する乾燥不足等が解消される。また、噴霧範囲の騙りよりに起因する乾燥状況の乾燥ムラ、乾燥不足等が解消される。
【００６５】
固液分離装置で分離した分離残渣４３は、集塵灰１６に合流させ、脱水濾液３３により水分を含ませるようにしてもよい。
なお、集塵灰１６単独で別途利用するような場合には、集塵灰１６と残渣とを別々の場所において脱水濾液３３の噴霧処理を行うようにすればよい。
【００６６】
また、排ガス導入ラインＬ11に設けた噴霧乾燥機５０の前段側又は後段側のいずれか一方又は両方に小型の集塵機を設け、排ガス中の煤塵を排ガス導入ラインＬ11にて除去するようにしてもよい。
【００６７】
なお、排ガス１８の導入は、排ガスラインと排ガス導入ラインＬ11との圧力損失の相違により、排ガス１８を噴霧乾燥機５０内へ導入するようにしたり、必要に応じて誘引ファン等を用いて排ガス１８を導入したりしている。
【実施例５】
【００６８】
次に、実施例５に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０は、実施例５に係る排ガス処理システムの概略構成図である。本実施例に係る排ガス処理システム１０Ｄでは、図１０に示すように、排ガス１８の分岐をエアヒータ１３の排ガスラインＬ3から行っており、噴霧乾燥機５０で噴霧乾燥に寄与した排ガスを再び同じ箇所の排ガスラインＬ3に戻している。
これにより、実施例１のようなバイパスラインを設けることが不要となる。
【符号の説明】
【００６９】
１０Ａ〜１０Ｄ 排ガス処理システム
１１ ボイラ
１２ 脱硝装置
１３ エアヒータ
１４ 集塵機
１５ 脱硫装置
１６ 集塵灰
１８ 排ガス
２０ 石灰スラリー
２１ 石灰スラリー供給装置
２２ 塔底部
２３ ノズル
２４ 塔頂部
２６ 浄化ガス
２７ 煙突
３０ 脱硫排水
３２ 脱水機
３３ 脱水濾液
５０ 噴霧乾燥機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴霧乾燥装置本体内に、脱硫排水からの脱水濾液を噴霧する噴霧ノズルと、
噴霧乾燥装置本体に設けられ、噴霧液を乾燥する排ガスを導入する導入口と、
噴霧乾燥装置本体内に設けられ、排ガスにより脱水濾液を乾燥する乾燥領域と、
乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口と、
前記噴霧ノズルの付着物の付着状態を監視する付着物監視手段と、を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記付着物監視手段は、超音波又はレーザによる灰付着物の成長状態を監視することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
さらに、付着物を除去する付着物除去手段を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズルの外周に可動自在に設けたスクレーパであることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズル洗浄手段であることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに設けられ、
乾燥領域内に複数設けられ、内部の温度を計測する温度計と、
温度計の計測結果により、脱水濾液の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段と、
判定手段の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項７】
燃料を燃焼させるボイラと、
前記ボイラからの排ガスの熱を回収するエアヒータと、
熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、
除塵後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する脱硫装置と、
前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去する脱水機と、
前記脱水機からの脱水濾液を噴霧する噴霧手段を備えた請求項１乃至５のいずれか一つの噴霧乾燥装置と、
前記噴霧乾燥装置に排ガスの一部を導入する排ガス導入ラインとを具備することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記脱水機からの脱水濾液中の浮遊物質を除去する固液分離装置を有することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項９】
脱水濾液を噴霧乾燥装置本体の内に噴霧すると共に導入した排ガスにより噴霧液を乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、
噴霧ノズルの噴霧状態を確認し、脱水濾液の噴霧が適切か否かを判断し、
噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズルの洗浄、噴霧ノズル近傍に付着した灰付着物の除去を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法。
【請求項１０】
請求項９において、
噴霧乾燥装置本体の内部における温度分布を測定し、
ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、
脱水濾液の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法。
【請求項１】
噴霧乾燥装置本体内に、脱硫排水からの脱水濾液を噴霧する噴霧ノズルと、
噴霧乾燥装置本体に設けられ、噴霧液を乾燥する排ガスを導入する導入口と、
噴霧乾燥装置本体内に設けられ、排ガスにより脱水濾液を乾燥する乾燥領域と、
乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口と、
前記噴霧ノズルの付着物の付着状態を監視する付着物監視手段と、を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記付着物監視手段は、超音波又はレーザによる灰付着物の成長状態を監視することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
さらに、付着物を除去する付着物除去手段を具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズルの外周に可動自在に設けたスクレーパであることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記灰付着物除去手段が、噴霧ノズル洗浄手段であることを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに設けられ、
乾燥領域内に複数設けられ、内部の温度を計測する温度計と、
温度計の計測結果により、脱水濾液の噴霧・乾燥状態の良否の判断を行う判定手段と、
判定手段の判断の結果、噴霧乾燥不良であると判断した場合に、排ガス又は脱水濾液の調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする脱硫排水からの脱水濾液の噴霧乾燥装置。
【請求項７】
燃料を燃焼させるボイラと、
前記ボイラからの排ガスの熱を回収するエアヒータと、
熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、
除塵後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する脱硫装置と、
前記脱硫装置から排出される脱硫排水から石膏を除去する脱水機と、
前記脱水機からの脱水濾液を噴霧する噴霧手段を備えた請求項１乃至５のいずれか一つの噴霧乾燥装置と、
前記噴霧乾燥装置に排ガスの一部を導入する排ガス導入ラインとを具備することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記脱水機からの脱水濾液中の浮遊物質を除去する固液分離装置を有することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項９】
脱水濾液を噴霧乾燥装置本体の内に噴霧すると共に導入した排ガスにより噴霧液を乾燥する脱水濾液の噴霧乾燥方法において、
噴霧ノズルの噴霧状態を確認し、脱水濾液の噴霧が適切か否かを判断し、
噴霧が不適切な場合には、噴霧ノズルの洗浄、噴霧ノズル近傍に付着した灰付着物の除去を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法。
【請求項１０】
請求項９において、
噴霧乾燥装置本体の内部における温度分布を測定し、
ガス流れ方向の温度分布により乾燥状態を監視し、
脱水濾液の乾燥が不足の場合には、排ガス量、脱水濾液の供給量の調整を行うことを特徴とする脱水濾液の噴霧乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２００７２１（Ｐ２０１２−２００７２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１００５（Ｐ２０１１−７１００５）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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