JPH0462765B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、イオウを含有する有機質燃料の燃
焼により生成される燃焼ガスのイオウ酸化物を低
減させる方法と装置に関するものである。更に詳
しくは、燃焼ガスに曝される熱交換器の管の汚れ
をも少なくさせるような条件下で二酸化イオウ含
有量を低減させるためのものである。

＜従来の技術＞ イオウを含有する燃料を燃焼させると二酸化イ
オウと若干の三酸化イオウを生成するが、これら
は大気中の水分と結合していわゆる酸性雨を生ず
る。かような環境汚染は多大の関心をもたれてお
り、米国の連邦規則によつて放出基準が設定され
ている。現在、二酸化イオウの放出を制御するた
めの方法がいくつか存在するが、その多くのもの
は高価なプロセス装置を使用しなければならず、
そのため処理コストが高いものとなつてしまう。

従来からあるガス脱硫方法の１つに、石灰／石
灰岩スクラバを使用してイオウ酸化物から
CaSO₃／CaSO₄を生成する方法がある。この方法
では、石灰スラリーを燃焼ガスにスプレーする
が、これによつてガスの温度が低下する。そのた
め通常は、ガスが煙突へ入る前に、ガスを再加熱
しなければならない。スクラバー装置コスト、そ
の運転コスト、および燃焼ガスの再加熱コストに
よつて、全体の処理コストは増加してしまう。二
酸化イオウを除去するために水性アルカリ性反応
物を使用する方法は、米国特許第4197278号、同
第4198380号、同第4410500号、同第4385039号、
同第4325713号、同第4208381号に開示されてい
る。

もう１つの方法においては、水性亜硫酸ナトリ
ウムまたは硫酸ナトリウムとの混合物を、二酸化
イオウと接触させるための吸収液として使用す
る。米国特許第4079119号おび同第4206187号はか
ような方法を開示している。

燃焼プロセスがガラス製造工程の一部である場
合には、水酸化ナトリウムまたはその他のナトリ
ウム化合物を燃焼ガスと接触せしめて亜硫酸ナト
リウムまたは硫酸ナトリウムを生成させる方法が
知られている。米国特許第3944650号、同第
4001384号および同第4176163号参照のこと。

米国特許第3369504号に記載されている別な方
法は、微粉砕またはガス状NaClをボイラーに添
加して、二酸化イオウおよび／または三酸化イオ
ウと反応させる。塩化水素を除去するためにスク
ラビングを用いることもでき、また硫酸ナトリウ
ムはボイラー灰分として除去される。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 硫酸ナトリウムは、それが炉内または炉近傍で
生成される場合に、別な問題をしばしば提起す
る。従来の燃焼プロセスにおいては、高温の燃焼
ガスからの熱は炉内のボイラー管に伝達され、次
いで、この炉の下流にある多数の予備熱交換器へ
伝達される。これらの熱交換器より上流で比較的
高温の硫酸塩生成温度においてNa₂SO₄が生成す
る場合には、このNa₂SO₄は比較的高温で通常液
体であり、灰分の粒子とともに熱交換器表面に沈
着する傾向がある。これによつて、熱伝達操作の
効果が減少してしまう。

そこでこの発明の１つの目的は、イオウ含有燃
料の燃焼により生成するガスのイオウ酸化物含有
量を低減させるための方法と装置を提供すること
である。第２の目的は、炉またはそれより下流の
部分での比較的高温条件でイオウ酸化物を硫酸塩
生成物に転化させることである。第３の目的は、
既存設備を実質的に改善させずに燃焼ガス内の
Na₂SO₄の有害作用を低減させることである。こ
の発明のさらに別な目的は、煙道ガスが煙突へ入
る前に加熱する必要をなくすことである。さらに
別な目的は、イオウ酸化物含量を低下させるため
のいくつかの従来システムでみられたような熱交
換器の汚れを減少させることである。さらに別の
目的は、上記の目的のいくつかを組合せることで
ある。これらの目的およびその他の目的は以下の
詳細な説明から明らかになるであろう。

＜問題点を解決するための手段＞ 簡単に述べるならば、この発明は、イオウ酸化
物を含有する燃焼ガスを一連の熱交換器を通して
煙突へ導き、また約1400K以上の温度域でこの燃
焼ガスにナトリウム化合物を添加してNa₂SO₄を
生成させるような燃焼プロセスが含まれる。好ま
しくは、この温度の約1800Kとし、ナトリウム化
合物を蒸気として存在させて気−気反応を起さ
せ、Na₂SO₄を液体として生成させる。液体
Na₂SO₄は燃焼域より下流の熱交換器表面の汚れ
の原因ともなるので、この発明方法では、ナトリ
ウム化合物を添加した個所より下流でかつ１個ま
たは数個の熱交換器の上流において冷却ガスを注
入する工程を設け、燃焼ガスを約1150K以下に冷
却して固体Na₂SO₄を生成させる。冷却ガスは好
ましくは、燃焼ガスの下流の一部とし、これを冷
却用として再循環させる。また、熱交換器下流で
静電気集塵器を用いて、Na₂SO₄を回収すること
が好ましい。さらに、この静電集塵器内で清浄化
された燃焼ガスの一部を抜出し、上流へ再循環さ
せて冷却ガスとして用いることが有利である。

この方法によつていくつかの利点がもたらされ
る。気−気反応においては、比較的多量のナトリ
ウム化合物が反応に利用できる。１個または数個
の熱交換器の上流で燃焼ガスを冷却して固体
Na₂SO₄を生成させることによつて、熱交換器の
管の汚れが生ずる可能性を低減させる。Na₂SO₄
生成は、石灰／石灰石スクラバーの必要性および
その熱効率に及ぼす悪影響をなくす。さらに
Na₂SO₄は下流で静電集塵器により回収でき、ま
たこのNa₂SO₄は商業的価値と工業的利用性を有
するものである。

石炭のごときイオウ含有燃料を用いる従来の燃
焼プロセスは、1900〜2200Kのオーダーの温度で
高温燃焼ガスを発生する。かような温度で、この
燃焼ガスは出口管路において１個または数個の熱
交換器を通して導かれて熱を抽出し、次いで煙突
へ導かれる。燃焼ガス中のイオウ酸化物類は、除
去されるか、あるいは煙道ガスとともに放出され
る。亜炭燃料を用いる多くの例においては、燃料
中のナトリウム化合物類からいくらかのNa₂SO₄
が燃焼域中において生成される。液体の状態で
は、このNa₂SO₄は熱交換器表面を被覆する傾向
があり、これによつて伝熱率が低下する。

この発明においては、約1400K以上の温度で燃
焼ガス中にナトリウム化合物を添加してイオウ酸
化物と反応させてNa₂SO₄を生成させることによ
つて、ガス中のイオウ酸化物含量を効果的に低減
させている。好ましくは、約1800K以上の温度が
よく、この温度ではナトリウム化合物は蒸気また
はガスとして存在し、気−気反応においてイオウ
酸化物と反応してNa₂SO₄を生成する。これらの
条件下ではこのNa₂SO₄は液体として生成され、
燃焼ガスの適切な冷却がなされなければ、液体
Na₂SO₄はこの反応域よりも下流の熱交換器露出
表面を被覆する可能性がある。従つてこの発明方
法は、ガス冷却工程を有し、この工程において、
燃焼ガス中のNa₂SO₄は添加されて、１個または
数個の熱交換器の上流で固体のNa₂SO₄を生成
し、液体Na₂SO₄による汚れの問題を低減させ
る。

それ故この発明は、イオウ含有燃料の燃焼によ
り発生する燃焼ガス中のNa₂SO₄の害作用を低減
させるための方法と装置を提供するのである。こ
の発明の装置は、ナトリウム化合物とイオウ酸化
物との間の反応で生成されたNa₂SO₄を含有しか
つ約1400K以上の温度で燃焼ガスを発生させる炉
またはその他の装置と、この燃焼ガスから熱を伝
達しあるいは抽出するための複数の熱交換器と、
所望の熱伝達のために少なくとも１個の熱交換器
を通して燃焼ガスを導くための管路またはその他
の装置と、熱交換器の１個より上流でこの燃焼ガ
ス中に冷却ガスを導入して燃焼ガス温度を約
1150K以下に低下させてNa₂SO₄の粒子を生成さ
せるための管路またはその他の装置とを有してい
る。

この発明の方法は、Na₂SO₄を含有しかつ約
1400K以上の温度で燃焼ガスを発生させる工程
と、この燃焼ガス中に冷却ガスを導入して燃焼ガ
スの温度を約1150K以上に低下させてNa₂SO₄の
粒子を生成させる工程と、冷却した燃焼ガスを前
記熱交換器の少なくとも１個を通して導く工程と
によつて行なわれる。

好ましくは、冷却工程で約1150K以下のガス温
度まで冷却するのが有効である。加えて、熱交換
器の下流で静電集塵器を利用して固体の硫酸ナト
リウムを除去する。この集塵工程を多段的に行な
い、フライアツシユ除去の次にNa₂SO₄を除去す
るというように順次的に行なうことによつて、
Na₂SO₄が灰分により汚染されないようにできる
ため有利である。

ナトリウム化合物は約1660Kで蒸発させてもよ
く、好ましいものはNa₂CO₃、NaHCO₃、NaCl、
NaOH等であり、NaClに伴う酸性問題を避ける
ためにはNa₂CO₃、NaHCO₃またはNaOHが有利
である。この化合物は、NaOHを与える化合物
が好ましい。また、乾燥粉末、あるいはこれを水
と混合したもの、あるいは粉砕炭等との乾燥混合
物として注入することができる。

＜実施例＞ この発明の方法においては、一連の熱交換器の
管が熱相ガスに曝される。これらの熱交換器は、
二次および一次の複数の過熱器と、１個の再熱器
と、１個のエコノマイザーを含んでいる。第１図
の実施例では、石炭あるいはその他のイオウ含有
燃料が炉１０内で燃焼されて燃焼ガスが発生す
る。慣用的に、炉の周囲に間隔を置いて設置され
たバーナー入口１２，１３，１４および１５を介
して石炭が供給され、燃焼空気は出口配管２５内
の空気予熱器２４で予熱されたのち炉１０へ供給
される（図示せず）。炉１０の燃焼域１１におい
ては、燃焼ガスが約2000〜2200Kのオーダーの温
度に加熱され、複数の熱交換器１６，１８，２０
および２２を通過して導かれて、蒸気発生用また
はその他の用途のための熱を抽出する。空気予熱
器２４は熱交換器１６，１８，２０および２２の
下流にあり、燃焼空気を予熱する。予熱器２４の
後に、このガス静電集塵器２６〜２８へ導かれ
る。この発明の方法においては、燃焼温度および
炉出口温度は通常、特定の石炭またはその他の燃
料の選択に基づいて制御される。

燃焼ガスが下流に移動するに伴い、配管または
管路２５内の複数の熱交換器１６，１８，２０お
よび２２によつてその熱が一部抽出される。図示
のように、熱交換器１６，１８，２０および２２
は順次配置されていて、二次過熱器１６、再熱器
１８、一次過熱器２０およびエコノマイザー２２
のようになつている。これらの熱交換器を通過し
て燃焼ガスが流れるにつれて、熱は熱交換器内の
流体へ伝達される。次に、この燃焼ガスは予熱器
２４を通して導かれ、この予熱器２４内で燃焼ガ
スは予熱されたのち炉１０へと送られる。燃焼ガ
スは次に１個または数個の静電集塵器段２６，２
８へ送られ、ここで灰分粒子と固体Na₂SO₄が除
去される。次に出口ガスは煙突（図示せず）へ送
られる。

この発明においては、気化させたナトリウム化
合物を燃焼ガスと接触させて気−気反応を行なわ
せて硫酸ナトリウムを生成させることによつて、
燃焼ガス中のイオウ酸化物、主として二酸化イオ
ウ含量を効果的に低減する。ナトリウム化合物は
ポイント２９で注入し、その量はイオウ酸化物と
反応しこれを硫酸ナトリウムへ転化するのに充分
な量とする。通常は、この量は化学量論量または
それに近い量である。ナトリウム化合物の炉１０
内への注入は、乾燥状態、スラリー状体または溶
液状態でなされ、その後気化してガス状反応物と
なる。反応においては、1700〜2000Kの温度で硫
酸ナトリウムが生成し、冷却されると粒径でミク
ロンのオーダーの液滴となる。次に、熱交換器１
６，１８，２０，２２の上流で、入口２３から炉
１０内に注入される冷却ガスと混合されて、燃焼
ガスを約1150K（Na₂SO₄の融点）以下まで冷却し
て硫酸ナトリウム粒子を凝固させる。固体硫酸ナ
トリウムの生成によつて、熱交換器の汚れを防止
または軽減することができる。硫酸ナトリウムを
固定にしないと、液体硫酸ナトリウムの沈着が起
つて熱交換器１６，１８，２０，２２上で粒状化
することになろう。好ましくは、静電集塵器２８
の下流のポイント３０から燃焼ガスの一部を再循
環することによつて冷却ガスを供給する。集塵器
２８から出てくるガスは比較的清浄にされている
ため、これを冷却ガスとして使用すれば上流での
注入用の比較的清浄なガスとすることができる。
集塵器２６，２８においては、フライアツシユは
第１段目で除去することができ、Na₂SO₄粒子
（フライアツシユ粒子よりも通常小さい）は第２
段目で除去される。一般に、これらの物質は廃棄
されるが、Na₂SO₄をNa₂SO₃へ転化してこの発
明法において再利用する試みもなされている。

冷却ガスの量は温度を所望レベルまで低下させ
るに充分な量とし、この量は燃焼ガスの温度に依
存する。通常、この量は燃焼ガスの45〜60％のオ
ーダーである。冷却ガスの添加によりその比較的
低い温度に起因して輻射伝熱が低減するが、速度
の増加により対流伝熱係数の向上が期待できる。
従つて、二次過熱器１６用の表面積を約15〜30％
だけ大きくする必要があり、一方、対流伝熱係数
の増加のために、その他の熱交換器１８，２０，
２２の表面積は約15％だけ少なくすることができ
る。静電集塵器２６，２８においては、Na₂SO₄
の存在によつてプロセスが向上することが期待さ
れる。なぜならば、粒子の導電性が集塵プロセス
の効率とともに向上されるためである。

第２図はこの発明の第２の実施例を示してい
る。図示のように、ナトリウム化合物はポイント
３６で炉３４内に注入され、冷却ガスは二次過熱
器４０のすぐ下流のポイント３８で注入される。
この実施例においては、炉３４の出口ガスは高温
になる（約1500Kおよびそれ以上）。硫酸ナトリ
ウムの露点（約1700K）以上の温度になると、硫
酸ナトリウムは二次過熱器４０の管に易流動性液
体を生成し、こうしないと管に沈着することにな
るフライアツシユの粒子をこの液体とともに運
ぶ。温度が露点以下でかつ1500K以上になると、
硫酸ナトリウムの液滴が管に沈着する。これらの
条件のもとでは、管４０上に液体硫酸ナトリウム
のフイルム形成を促進させるに充分なガス速度と
することが重要である。約1500K以下でかつ約
1150K以上の温度では、硫酸ナトリウムが粘稠あ
るいは粘着性となる傾向があり、管４１〜４３の
汚れをもたらすことができる。従つて、この汚れ
の問題を解消するために、残りの熱交換器管４１
〜４３に達する前に燃焼ガスを約1150K以下に冷
却するように冷却ガスを燃焼ガス中に注入され
る。空気予熱器４４のあとで、燃焼ガスは２段集
塵器４６，４８へ導かれて、フライアツシユと硫
酸ナトリウムを選択的に除去する。

第３図では、別個の炉５６または炉５８からの
バイパスとすることができる小さな別なチヤンバ
ー５４内でナトリウム化合物が気化される。気化
したナトリウム化合物は、二次過熱器６２の下流
のポイント６０で約1650〜1750Kの温度で注入さ
れ、イオウ酸化物と反応させる。燃焼ガスの温度
は約1200Kである。同じ域６４において、冷却ガ
スがポイント６６で注入され、温度を約1150K以
下まで下げる。燃焼ガスは1150Kに近いので、冷
却ガスの量は第１〜２図の実施例で用いられた量
よりも少なくできることが予想される。

＜発明の効果＞ 第１〜３図に図示したように、この発明は燃焼
ガスのイオウ酸化物含量を低減するためのシステ
ムを提供するものである。加えて、このシステム
は、このガスに曝される熱交換器管の汚れを少な
くするように温度を制御することができる。第１
〜３図の３つの実施例においては、炉出口温度あ
るいは二次過熱器上での流体硫酸ナトリウムの易
流動性フイルムの保持の要求に従つて、ナトリウ
ム化合物の注入および冷却ガスの注入を選択する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、それぞれこの
発明の異なる実施例を示すフローダイヤフラムで
ある。 １０，３４，５８……炉、１１……燃焼域、１
２，１３，１４，１５……バーナー、１６，１
８，２０，２２，４０，４１，４２，４３，６２
……熱交換器、２４，４４……空気予熱器、２
６，２８，４６，４８……集塵器、２３，３８，
６６……冷却ガス注入ポイント、２９，３６，６
０……ナトリウム化合物注入ポイント。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオウ酸化物を含有しかつ約1400K以上の温
   度で燃焼ガスを発生する装置と、イオウ酸化物と
   反応させるために前記燃焼ガスにナトリウム化合
   物を添加する装置と、前記燃焼ガス発生個所より
   下流に設けた少なくとも１個の熱交換器を有する
   熱交換装置であつて熱を伝達するためおよび該１
   個の熱交換器の下流で冷却された燃焼ガスを生成
   するための熱交換装置とからなるイオウ含有燃料
   を燃焼しかつ得られる熱を伝達するための装置に
   おいて、前記イオウ酸化物と気−気反応して
   Na₂SO₄−含有燃焼ガスを生成するに充分な高温
   で前記１個の熱交換器の上流にて前記燃焼ガス中
   に前記ナトリウム化合物を導入する装置を設けた
   こと、および、前記燃焼ガスの温度を低下させか
   つ前記１個の熱交換器の汚れを少なくするために
   前記１個の熱交換器の上流にて前記Na₂SO₄−含
   有燃焼ガス中に前記冷却された燃焼ガスの一部を
   再循環する装置を設けたことを特徴とするイオウ
   含有燃料の燃焼・熱伝達装置。