JP2000167350A - 水銀制御のためのアルカリ収着剤注入 - Google Patents
水銀制御のためのアルカリ収着剤注入Info
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Abstract
の、現存する発電プラントシステムに容易に後付けされ
る費用効率のよい解決策を提供すること。 【解決手段】 燃焼煙道ガスから水銀含有率の少なくと
も約40〜60%を除去するために、発電プラントシス
テム中に1つ以上の位置において、1.0より小さい一
般的にきわめて低いアルカリ土類又はアルカリ金属対硫
黄の計算量モル比でアルカリ収着剤を注入する、燃焼煙
道ガスから水銀を除去するための水銀除去装置が提供さ
れる。煙道ガス流中に少量のアルカリ収着剤が比較的低
い速度で注入される。発電プラントシステム中に用いら
れる各注入点の下流で水銀含有粒状物質を除去するため
に、粒状物質フィルターが用いられる。
Description
及び煙道ガス浄化方法及び装置に関し、特定的には燃焼
によって発生する煙道ガスからアルカリ収着剤を用いる
ことによって水銀を除去するための新規の有用な装置及
び方法に関する。
米国環境保護局(EPA)は、石炭燃焼公益事業(util
ity)ボイラー及びゴミ焼却発電(waste-to-energy)プ
ラントからの有害空気汚染物質(HAP)の排出を測定
し且つ制御するための研究を支援するようになった。い
くつかの研究プロジェクトの初期結果は、重金属及び揮
発性有機炭素(VOC)の排出は水銀(Hg)を除けば
非常に低いということを示した。殆どのその他の金属と
は違って、水銀は比較的低温においても気相中に残り、
フライアッシュ粒子上に凝縮しない。従って、その他の
金属のようにフライアッシュと共に集めて処分すること
ができない。問題を複雑化させることに、水銀はその酸
化された形態(Hg++)又は元素形態(Hg0)で存在
することができ、それぞれが続いての下流の汚染制御装
置によって異なる態様で作用を受ける。
スから水銀を捕捉して除去するための近年の努力の殆ど
は、活性炭のような導入された試薬を用いた気相反応に
集中している。
排出の問題は、DOE及びEPAの両方によって研究さ
れている新しい分野である。
は、湿性煙道ガス脱硫(WFGD)システムを備えてい
ない。これらのシステムは殆どの場合静電集塵器(ES
P)及びバッグハウスによって粒状物質の排出を制御す
る。電力産業に対しての可能性としての水銀排出規制は
ペンディングになっているが、WFGDシステムのない
発電プラントに対して利用可能な費用効率のよい水銀捕
捉技術を見出すことが緊急課題となっている。
イラーの炉の上方空隙中で煙道ガス中に乾燥粉末形態の
石灰石を注入することが知られている。このプロセスを
用いたシステムの議論は、Maddenらの米国特許第579
5548号及び同第5814288号の両明細書に見出
すことができる。これらのシステム及びプロセスはま
た、強化型石灰石注入乾式スクラビングプロセス/シス
テム又はE−LIDSシステム(商標)(The Babcock
& Wilcox Companyの商標)とも称される。図1を参照さ
れたい。
ては、ボイラーから出てくる煙道ガスから粒状物質を除
去するために空気加熱器の下流に粒状物質収集装置(図
1中では制御装置と言う)が配置される。この目的のた
めには、慣性衝撃分離器、織物フィルター(バッグハウ
ス)及びESPを含むいくつかの既知のタイプの粒状物
質分離技術の内の任意のものを採用することができる。
粒状物質収集(制御)装置から出てくる煙道ガスは次い
で乾式スクラバーを通り、そこで水酸化カルシウム含有
スラリーと接触させられる。カルシウムは、1.0より
はるかに大きい、通常は約2.0モル/モルのカルシウ
ム対硫黄の計算量モル比で導入される。この高いモル比
は、煙道ガス中に存在する硫黄とカルシウムとの間の良
好な反応を達成するために必要である。
下流でしかし最終粒状物質収集装置(ここで石炭フライ
アッシュ、消費した収着剤及び未反応の収着剤粒子が集
められる)の手前に配置された乾式スクラバー中で行う
ことができる。最終粒状物質制御装置としては、バッグ
ハウスが好ましい。何故ならば、煙道ガスがフィルター
バッグ上のフィルターケークを通る時に追加のSO2の
除去がもたらされるからである。従って、E−LIDS
プロセス又はシステムは、収着剤注入、乾式スクラビン
グ及び織物濾過を併用する。
総量の95%を除去する効果をも有するということが見
出されていた。驚くべきことに、収着剤注入及び最初の
粒状物質収集装置のみを用いて82%の水銀除去が行わ
れるということが見出された。
を減少させるための、現存する発電プラントシステムに
容易に後付けされる費用効率のよい解決策を提供するこ
とにある。
局面は、ボイラー及びスタック(排煙管)を有する公益
事業及びゴミ焼却発電燃焼システム中で発生する煙道ガ
スから水銀を除去するための水銀除去システムであっ
て、 ・煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するた
めの、ボイラーとスタックとの間に配置された粒状物質
除去手段並びに ・発電プラント中の前記粒状物質除去手段の上流の少な
くとも1つの場所に粉末化された形態及びスラリー形態
の内の1つの形態にあるアルカリ収着剤を供給するため
の収着剤注入手段を含み、前記アルカリ収着剤が硫黄1
モル当たりにアルカリ土類又はアルカリ金属約0.00
1〜1.0モルの範囲のアルカリ土類又はアルカリ金属
対硫黄の計算量モル比で供給される、前記水銀除去シス
テムにある。発電プラント排出物質からの水銀含有率の
少なくとも約40%〜60%を除去するためには、この
アルカリ収着剤が1つ以上の場所において1.0より小
さいアルカリ土類又はアルカリ金属対硫黄の計算量モル
比で発電プラントシステム中に注入される。かくして、
比較的低い速度で煙道ガス流中に少量のアルカリ収着剤
が注入される。発電プラントシステム中に用いられる各
注入点の下流において、水銀含有粒状物質を除去するた
めに、粒状物質フィルターが用いられる。
水銀除去を達成するためにアルカリ土類収着剤及びアル
カリ金属収着剤の両方の組み合わせを用いるのが望まし
いことがある。
特に特許請求の範囲によって指摘される。本発明、その
作業上の利点及びその利用によって得られる特異的な利
益を最もよく理解するためには、本発明の好ましい具体
例が例示された図面及び説明を参照されたい。
かの図面を通じて、同じ参照番号は同じ又は機能上同様
の要素を示すものとする。図2は発電プラント施設又は
システム10を示したものであり、この図2において1
2はアルカリ収着剤14を調製するためのアルカリ収着
剤調製手段であり、このアルカリ収着剤14はライン1
5、16、18、20及び(又は)22を経由してシス
テム10の様々な場所に運ばれる。発電プラントシステ
ム10には、炉の下方領域26、炉の上方領域28及び
対流通路30を有するボイラー24、空気加熱器32、
排出制御装置34並びにスタック36が組み込まれる。
ボイラー24中に燃焼のための燃料38(典型的には石
炭)及び空気40が供給されて、燃焼によって熱を発生
する。
ー24の炉内で水銀のような汚染物質を含有する熱い煙
道ガス42が発生し、炉の上方領域28を通って上昇す
る。煙道ガス42は次いでボイラー24の対流通路区画
30を通った後に空気加熱器32に入る。空気加熱器3
2の後に、冷却された煙道ガス44を1つ以上の排出制
御装置(一般的に示された34)によって処理すること
ができる。脱硫されて浄化された(粒状)煙道ガス46
が装置34から出てきて、大気中に放出されるためにス
タック36に運ばれる。
電集塵器(ESP)、湿性煙道ガス脱硫(WFGD)シ
ステム、湿式スクラバー、乾式スクラバー、選択的接触
還元(SCR)、選択的非接触還元(SNCR)及び衝
突タイプの粒子分離器が包含され得る。しかしながら、
前記のように、多くの現存の発電プラントシステム10
はWFGDシステムを持たず、排出を制御するためには
ESP又はバッグハウスのみを用いる。WFGDシステ
ムが設置されたシステムにおいては、煙道ガスがWFG
Dシステムに入る前に粒状物質を除去するためにESP
を上流に配置させるのが典型的であろう。
てシステム10を出る前の炉の上方領域28、対流通路
30、排出制御装置34の内の1つ以上の位置の煙道ガ
ス42、44、46中にアルカリ収着剤を加えることが
でき、また、燃料38と共にアルカリ収着剤を加えるこ
ともできる。好適なアルカリ収着剤14には、ナトリウ
ムのようなアルカリ金属(周期表第1a族)又はアルカ
リ土類(周期表第2a族)から選択される元素を含有す
る収着剤が含まれ、これには石灰石及び生石灰のような
カルシウムを基とする収着剤が包含される。アルカリ収
着剤14は、スラリーの形にあっても粉末の形にあって
もよく、もちろん、収着剤搬送手段15、16、18、
20及び22は、スラリー形態であるか粉末形態である
かに拘らず収着剤14がどのような形で供給されても、
この収着剤14を所望の場所に運ぶように設計される。
は、ボイラー24からスタック36の出口までの任意の
場所で水銀捕捉のために煙道ガス42、44、46中に
任意のアルカリ収着剤14を非常に少量(1.0モル/
モルより小さいCa/S計算量)注入することを包含す
る。収着剤14は、煙道ガス42、44、46流に乾式
で又はスラリーとして注入することができる。注入され
た収着剤14は、粒子相中に水銀を吸収又は吸着し、下
流の排出制御装置34中において煙道ガス中の固体と共
に水銀を収集することを可能にする。収着剤の注入温度
は、ボイラーへの石炭投入において典型的なもの{約1
650℃(3000F)}及び炉の上方部分28におい
て典型的なもの{1260℃(2300F)}から湿式
スクラバーの出口における温度{約66℃(150
F)}のような非常に低温まで変化する。収着剤のタイ
プ並びに注入すべき場所及び温度は、各施設の煙道ガス
の成分及び装置に応じて変わる。図2において、収着剤
調製システム12からの実線の矢印は、試験されてうま
く働くことがわかった本発明の適用例である。これは炉
の上方領域28への注入である。収着剤調製システム1
2からの波線の矢印は、うまく働くことが予測される本
発明の原理に従う水銀捕捉のための収着剤14注入のた
めのその他の注入点である(これらは例えば石炭供給3
8と一緒での導入、対流通路30における導入、煙道ガ
ス脱硫及び粒状物質制御装置区画34中並びにスタック
36前の任意の場所での導入を包含する)。これらの適
用例はいずれは試験する予定である。
た試験によって、驚くべきことに、ライン16を経てボ
イラー24の炉の上方領域28中に石灰石収着剤14を
ごく少量(即ちS1モル当たりにCa0.04〜0.3
5モルの範囲のカルシウム計算量)注入するだけで煙道
ガス42からの適度の水銀除去を達成することができる
ということが示された。このことは、アルカリ収着剤注
入についての新規の独特な適用である。以前には、この
ようなアルカリ収着剤の注入は煙道ガスからのSO2の
除去のために用いられていたものであり、またこれはは
るかに高い流量(即ちS1モル当たりにCa1.4〜
2.0モルの範囲のカルシウム計算量)で注入されてい
た。下記の表1に試験した1つの特定適用例についての
収着剤注入操作条件をまとめると共に、図3に得られた
試験データをグラフとして示す。ここでは、ボイラー2
4の炉の上方領域28中にアルカリ収着剤(石灰石)1
4を注入した。
示したものは、試験発電プラントシステム10からの未
制御排出を表わし、ここでは、水銀の約70%が酸化さ
れた水銀であり、約20%が粒状相水銀であり、残りが
元素状水銀である。この未制御排出においては、約23
μg/dscm(23マイクログラム/乾性標準m3)
の合計水銀が観察された。
塵器のみを用いた場合の水銀除去に対する効果を示す。
未制御排出(棒グラフ200)において存在した合計水
銀の約18%が取り除かれた。
0(これらは発電プラントシステム10中にアルカリ収
着剤14を注入した場合の排出を示す)との比較は、炉
の燃焼プロセスによって大気中に排出される水銀の有益
な減少をはっきりと示している。
0.35のカルシウム対硫黄の計算量モル比で又は煙道
ガス1ポンド当たりに石灰石0.002ポンドの割合で
石灰石を注入した後に観察された水銀の合計量を示す。
合計水銀排出は実質的に減少した。アルカリ収着剤14
を注入することによって、未制御排出の場合の水銀の5
6%が取り除かれた。
の試験においては、炉の上方領域28中に石灰石を約
0.04のカルシウム対硫黄の計算量モル比で又は煙道
ガス1ポンド当たりに石灰石0.00025ポンドの割
合で注入した。モル比が小さくなるにつれて水銀制御が
低くなり、即ち未制御排出の場合の合計水銀の45%が
取り除かれた。
中の様々な位置のそれぞれにアルカリ収着剤14を供給
するために用いられる注入システムは、ポンプ又は空気
輸送システムのような粉末状又はスラリー状物質を配送
するための任意の既知のタイプのものであってよい。
電プラントに、完全WFGDシステムと比較して相対的
に小さい設置占有面積を有する後付け構成要素からアル
カリ収着剤14を供給することができるということであ
る。かかる注入システムを設置するための経費は、WF
GDシステムについてのものと比較してかなり低いもの
となる。
アルカリ収着剤14の量は相対的に見て少量なので、ア
ルカリ収着剤14の供給費用は相対的に安い。さらに、
より一層小さい貯蔵サイロを用いることができ、後付け
注入装置のための設置占有面積が小さくなる。
GDシステムがない後付けされるプラントに、硫黄酸化
物排出に対する追加の制御をも提供する。発電プラント
システム10中に注入されるアルカリ収着剤14は、追
加の除去効果を有し、それによって、水銀含有率を減ら
しながら煙道ガスからのSO3、HCl及びその他の酸
性ガスの量をも減らす。
の低下という利益をもたらし、さらに、苛性及び腐食性
の凝縮物を発生することなく温度をさらに低くすること
ができるので、煙道ガスからの熱の除去を可能にする。
粒状物質収集装置における煙道ガスについての熱レベル
が低くなると、取り除くことができる水銀の潜在的な量
が増え、ボイラーの効率が高くなる。
水銀除去を達成するために、アルカリ土類収着剤とアル
カリ金属収着剤との組み合わせを用いることが望ましい
ことがある。
カリ収着剤14の注入によって薄めることができる。発
電プラントにおいてフライアッシュ中に見出される未燃
焼炭素の量がこのアッシュの利用方法における有用性に
影響を及ぼすことがしばしばある。フライアッシュが希
釈されることによって、未燃焼炭素の割合が低くなり、
かくしてアッシュは商業的販売のためにより一層望まし
いものとなる。また、このアッシュの高いアルカリ性
は、農業及びコンクリート産業におけるようないくつか
の用途についてのアッシュの価値を高めることができ
る。
めに本発明の特定的な具体例を示して説明してきたが、
かかる原理から逸脱することなく本発明を別の態様で具
体化することができるということを理解されたい。
んだ発電プラント設備の概略図である。
中乳システムを組み込んだ発電プラント設備の概略図で
ある。
って測定された水銀の捕捉量を、未濾過煙道ガスと比較
して示した棒グラフである。
7)
Claims (32)
- 【請求項1】 ボイラー及びスタックを有する燃焼シス
テム中で発生する煙道ガスから水銀を除去するための水
銀除去装置であって、 煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するため
の、ボイラーとスタックとの間に配置された粒状物質除
去手段並びにスタックの上流の少なくとも1つの位置に
粉末及びスラリーの内の1つの形のアルカリ収着剤を供
給するための収着剤注入手段を含み、 前記アルカリ収着剤がアルカリ土類元素から選択される
少なくとも1種の元素を含有し、さらにこの収着剤が硫
黄1モル当たりにアルカリ土類約0.001モル〜硫黄
1モル当たりにアルカリ土類約1.0モルの範囲のアル
カリ土類対硫黄の計算量モル比で供給される、前記水銀
除去装置。 - 【請求項2】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たりに
アルカリ土類約0.001モル〜硫黄1モル当たりにア
ルカリ土類約0.5モルの範囲である、請求項1記載の
水銀除去装置。 - 【請求項3】 前記アルカリ収着剤が石灰石、生石灰、
カルシウムを基とする収着剤及びそれらの組み合わせの
内の1種から成る、請求項2記載の水銀除去装置。 - 【請求項4】 前記アルカリ収着剤が石灰石から成る、
請求項3記載の水銀除去装置。 - 【請求項5】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たりに
アルカリ土類約0.35モルである、請求項1記載の水
銀除去装置。 - 【請求項6】 前記アルカリ収着剤が石灰石、生石灰、
カルシウムを基とする収着剤及びそれらの組み合わせの
内の1種から成る、請求項5記載の水銀除去装置。 - 【請求項7】 ボイラーにアルカリ収着剤を供給するた
めの手段を含む、請求項1記載の水銀除去装置。 - 【請求項8】 前記アルカリ収着剤がボイラーの炉の上
方領域及び対流通路の内の少なくとも1つに供給され
る、請求項7記載の水銀除去装置。 - 【請求項9】 前記アルカリ収着剤が石灰石、生石灰、
カルシウムを基とする収着剤及びそれらの組み合わせの
内の1種である、請求項7記載の水銀除去装置。 - 【請求項10】 前記粒状物質除去手段が静電集塵器か
ら成る、請求項7記載の水銀除去装置。 - 【請求項11】 前記粒状物質除去手段が静電集塵器か
ら成る、請求項1記載の水銀除去装置。 - 【請求項12】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たり
にアルカリ土類約0.001モル〜硫黄1モル当たりに
アルカリ土類約0.5モルの範囲である、請求項11記
載の水銀除去装置。 - 【請求項13】 ボイラーにアルカリ収着剤を供給する
ための手段を含む、請求項11記載の水銀除去装置。 - 【請求項14】 前記アルカリ収着剤がボイラーの炉の
上方領域及び対流通路の内の少なくとも1つに供給され
る、請求項13記載の水銀除去装置。 - 【請求項15】 前記静電集塵器に隣接した上流及びス
タックに隣接した上流の内の少なくとも1つに前記アル
カリ収着剤を供給するための手段を含み、前記スタック
が煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するた
めの分離器手段をさらに含む、請求項14記載の水銀除
去装置。 - 【請求項16】 前記静電集塵器に隣接した上流及びス
タックに隣接した上流の内の少なくとも1つに前記アル
カリ収着剤を供給するための手段を含み、前記スタック
が煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するた
めの分離器手段をさらに含む、請求項11記載の水銀除
去装置。 - 【請求項17】 ボイラー及びスタックを有する燃焼シ
ステム中で発生する煙道ガスから水銀を除去するための
水銀除去装置であって、 煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するため
の、ボイラーとスタックとの間に配置された粒状物質除
去手段並びにスタックの上流の少なくとも1つの位置に
粉末及びスラリーの内の1つの形のアルカリ収着剤を供
給するための収着剤注入手段を含み、 前記アルカリ収着剤がアルカリ金属から選択される少な
くとも1種の元素を含有し、さらにこの収着剤が硫黄1
モル当たりにアルカリ金属約0.001モル〜硫黄1モ
ル当たりにアルカリ金属約1.0モルの範囲のアルカリ
金属対硫黄の計算量モル比で供給される、前記水銀除去
装置。 - 【請求項18】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たり
にアルカリ金属約0.001モル〜硫黄1モル当たりに
アルカリ金属約0.5モルの範囲である、請求項17記
載の水銀除去装置。 - 【請求項19】 前記アルカリ収着剤がナトリウムを基
とする収着剤から成る、請求項18記載の水銀除去装
置。 - 【請求項20】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たり
にアルカリ金属約0.35モルである、請求項17記載
の水銀除去装置。 - 【請求項21】 前記アルカリ収着剤がナトリウムを基
とする収着剤から成る、請求項20記載の水銀除去装
置。 - 【請求項22】 ボイラーにアルカリ収着剤を供給する
ための手段を含む、請求項17記載の水銀除去装置。 - 【請求項23】 前記アルカリ収着剤がボイラーの炉の
上方領域及び対流通路の内の少なくとも1つに供給され
る、請求項22記載の水銀除去装置。 - 【請求項24】 前記アルカリ収着剤がナトリウムを基
とする収着剤である、請求項22記載の水銀除去装置。 - 【請求項25】 前記粒状物質除去手段が静電集塵器か
ら成る、請求項22記載の水銀除去装置。 - 【請求項26】 前記粒状物質除去手段が静電集塵器か
ら成る、請求項17記載の水銀除去装置。 - 【請求項27】 前記計算量モル比が硫黄1モル当たり
にアルカリ金属約0.001モル〜硫黄1モル当たりに
アルカリ金属約0.5モルの範囲である、請求項26記
載の水銀除去装置。 - 【請求項28】 ボイラーにアルカリ収着剤を供給する
ための手段を含む、請求項26記載の水銀除去装置。 - 【請求項29】 前記アルカリ収着剤がボイラーの炉の
上方領域及び対流通路の内の少なくとも1つに供給され
る、請求項28記載の水銀除去装置。 - 【請求項30】 前記静電集塵器に隣接した上流及びス
タックに隣接した上流の内の少なくとも1つに前記アル
カリ収着剤を供給するための手段を含み、前記スタック
が煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するた
めの分離器手段をさらに含む、請求項29記載の水銀除
去装置。 - 【請求項31】 前記静電集塵器に隣接した上流及びス
タックに隣接した上流の内の少なくとも1つに前記アル
カリ収着剤を供給するための手段を含み、前記スタック
が煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するた
めの分離器手段をさらに含む、請求項26記載の水銀除
去装置。 - 【請求項32】 ボイラー及びスタックを有する燃焼シ
ステム中で発生する煙道ガスから水銀を除去するための
水銀除去装置であって、 煙道ガスから水銀含有粒状物質を分離して除去するため
の、ボイラーとスタックとの間に配置された粒状物質除
去手段並びにスタックの上流の少なくとも1つの位置に
粉末及びスラリーの内の1つの形のアルカリ収着剤を供
給するための収着剤注入手段を含み、 前記アルカリ収着剤がアルカリ土類元素から選択される
少なくとも1種の元素とアルカリ金属から選択される少
なくとも1種の元素との組み合わせを含有し、さらにこ
の収着剤が硫黄1モル当たりにアルカリ土類及びアルカ
リ金属約0.001モル〜硫黄1モル当たりにアルカリ
土類及びアルカリ金属約1.0モルの範囲のアルカリ土
類及びアルカリ金属対硫黄の計算量モル比で供給され
る、前記水銀除去装置。
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US09/206465 | 1998-12-07 | ||
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