JP2008086861A - 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中に含まれる水銀を効率良く低減する。
【解決手段】排ガス処理装置３０を、石炭を含む燃料を燃焼するボイラ１と、燃焼装置で発生する排ガスに水銀の吸着剤を添加する薬剤供給手段と、水銀の吸着剤が添加された排ガスから粉粒体を捕集するＥＰ２とを備えて構成する。そして、薬剤供給手段を、石炭灰１５に、消石灰１６及び生石灰１７の少なくとも一方と、水１８とを加え、加熱手段により加熱しながら攪拌してケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成する養生装置３と、養生装置３で生成されたケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を水銀の吸着剤として排ガスに添加するスラリ移送器４とで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に係り、特に、ボイラなどの燃焼装置から排出されるガス中の水銀（Ｈｇ）を除去する排ガス処理装置及び方法に関する。

火力発電所などで用いられるボイラなどの燃焼装置で、石炭などの化石燃料を燃焼して生じる排ガス中には水銀（以下、適宜Ｈｇという。）が含まれる。この場合のＨｇ濃度は低いものの、毒性の強さから高度な処理技術が望まれている。一方、ごみ焼却炉から排出される排ガス中には高濃度のＨｇが含まれていることから、その処理方法が盛んに検討されている。

例えば、特許文献１には、ボイラから排出された排ガス中に含まれる石炭灰を集塵装置によって捕集し、捕集した石炭灰をボイラに添加することが記載されている。これによれば、排ガス中の水銀は石炭灰に吸着され、石炭灰と共に集塵装置で捕集されるので排ガス中の水銀の含有量を低減することができるとされている。

米国特許第６８７８３５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、排ガスから捕集した石炭灰をそのままボイラに添加して水銀の吸着剤として用いているため、水銀を吸着するための比表面積が十分に確保されておらず、排ガス中の水銀の含有量を十分に低減できない場合がある。

本発明は、排ガス中の水銀の含有量を効率良く低減することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理装置は、石炭を含む燃料を燃焼する燃焼装置と、燃焼装置で発生する排ガスに水銀の吸着剤を添加する薬剤供給手段と、水銀の吸着剤が添加された排ガスから粉粒体を捕集する集塵装置とを備えて構成される。そして、薬剤供給手段を、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加え、加熱手段により加熱しながら攪拌してケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成する養生装置と、養生装置で生成されたケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を水銀の吸着剤として排ガスに添加する移送手段とで構成することを特徴とする。

すなわち、養生装置において、石炭灰に消石灰及び生石灰の少なくとも一方と水とを加えて、加熱しながら攪拌することで、石炭灰からＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などが溶出され、以下の化学式１のようにケイ酸カルシウム化合物のスラリ液が生成される。
（化学式１）
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ａ・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３ ＋ ＸＨ_２Ｏ
→Ｃａ（ＯＨ）_２・Ｓｉ・Ａｌ・Ａ・ＸＨ_２Ｏ
ここで、化学式１は、石炭灰に消石灰と水とを加えた場合を示しており、Ａは石炭灰の量、Ｘは結晶水の量を示している。

そして、このケイ酸カルシウム化合物のスラリ液は、ポンプなどの移送手段により排ガスに吹き込まれると、排ガスの熱によりスラリ中に含まれている水分が以下の化学式２で示すように蒸発して、高比表面積で、高活性な多孔質吸着剤となる。
（化学式２）
Ｃａ（ＯＨ）_２・Ｓｉ・Ａｌ・Ａ・ＸＨ_２Ｏ
→Ｃａ（ＯＨ）_２・Ｓｉ・Ａｌ・Ａ＋ＸＨ_２Ｏ
化学式２においても、同様にＡは石炭灰の量、Ｘは結晶水の量を示している。

このように、スラリ状のケイ酸カルシウム化合物を排ガスに添加して水分を蒸発させることにより、高比表面積な吸着剤であるケイ酸カルシウム化合物となり、排ガス中に含まれるＨｇは、高効率でケイ酸カルシウム化合物に吸着される。そして、Ｈｇを吸着したケイ酸カルシウム化合物は、後流の集塵装置によって捕集されるので、排ガス中の水銀の含有量を効率良く低減することができる。なお、ケイ酸カルシウムの原料となる石炭灰は、集塵装置で捕集された石炭灰を用いるのが好ましい。

この場合において、養生装置は、上述したように、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加えるのみならず、さらに、塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方とを加え、加熱手段により加熱しながら攪拌してハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成し、移送手段は、このハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を水銀の吸着剤として排ガスに添加するのが好ましい。

これによれば、養生装置において、ケイ酸カルシウム化合物の細孔部分に塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方のハロゲンが浸透し、細孔部分にハロゲンが担持されたハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液が生成される。そして、このスラリ液が排ガス中に噴霧されると、排ガスの熱により乾燥する際にハロゲンが排ガス中に放出され、放出されたハロゲンは排ガス中のＨｇと反応し、ＨｇＣｌ_２あるいはＨｇＢｒとなる。ハロゲン化物に酸化されたＨｇは、集塵装置によって除去され易く、また、高比表面積のケイ酸カルシウム化合物に吸着されて集塵装置で捕集される。したがって、排ガス中の水銀の含有量を効率良く低減することができる。

また、例えば、排ガス中に塩素系化合物や臭素系化合物などのハロゲンを直接添加する場合には、排ガス中にハロゲンを均一に分散させることに困難が伴うが、スラリ状のハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物を排ガスに添加すれば、上述のようにハロゲンは排ガスの熱により除々に放出されて、排ガス中に均一に分散されるので、高効率にＨｇを酸化させることができる。

ここで、上述した養生装置における加熱手段は、ヒータ及び水蒸気のいずれか一方であり、養生装置内を９０℃以上に保持することが好ましい。養生装置は、スラリ液の濃度が５重量％から６５重量％の範囲内になるように水の添加量を制御することが好ましい。

また、上述の排ガス処理装置に、水銀の吸着剤を加熱乾燥又は固液分離して固形分のみを抽出する分離装置を設け、分離装置により抽出された固形の水銀の吸着剤を移送手段によって排ガスに添加してもよい。さらに、燃焼装置に、石炭と共に塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方を供給してもよい。

また、本発明の排ガス処理方法は、水銀の吸着剤を集塵装置上流の石炭燃料燃焼排ガスに添加し、排ガス中の水銀を吸着して除去する場合において、水銀の吸着剤として、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加え、加熱しながら攪拌して生成されたケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を添加することを特徴とする。

すなわち、上述したのと同様に、スラリ状のケイ酸カルシウム化合物を排ガスに添加すると、排ガスの熱で水分が蒸発して、多孔質で高比表面積の吸着剤となるので、Ｈｇを高効率で吸着でき、その結果、排ガス中の水銀の含有量を高効率で低減することができる。

この場合においても、水銀の吸着剤として、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加えるのみならず、塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方を加え、加熱しながら攪拌して生成されたハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を添加するのが好ましい。

本発明によれば、排ガス中に含まれる水銀を効率良く低減することができる。

以下、本発明を適用してなる排ガス処理装置の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、排ガス処理装置３０は、主に、石炭などの化石燃料を燃焼するボイラ１と、ボイラ１から排出される排ガス中に含まれる粉粒体を捕集する電気集塵装置（ＥＰ）２と、ＥＰ２で捕集された石炭灰を原料として、ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成する養生装置３と、このスラリ液をＥＰ２の上流側の排ガス中に添加するスラリ移送器４などで構成されている。

また、ボイラ１とＥＰ２との間には、排ガスの上流側から順に、脱硝装置６、エアヒータ（Ａ／Ｈ）７、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）熱回収部８が設けられており、各装置は、排ガスダクトなどで接続されている。また、ＥＰ２の排ガスの下流側には、順に脱硫装置９、ＧＧＨ再加熱部１０、煙突１１が設けられ、各装置は排ガスダクトなどで接続されている。

次に、排ガス処理装置３０の基本的な動作について説明する。ボイラ１で石炭を含む化石燃料が燃焼されると燃焼ガスが排出され、排ガスは、脱硝装置６でＮＯｘが除去される。その後、Ａ／Ｈ７、ＧＧＨ熱回収部８でそれぞれ熱交換処理されて、石炭灰などのばい塵とともにＥＰ２に導入される。ＥＰ２で石炭灰などは捕集されて養生装置３へ供給される。一方、石炭灰などのばい塵が捕集された排ガスは、湿式の脱硫装置９に導入され、ＳＯｘが除去される。その後、脱硫装置９から排出された排ガスはＧＧＨ再加熱部１０で排ガス温度を高められた後、煙突１１から排出される。

ここで、排ガス中には、上述した石炭灰などのばい塵と共に、毒性を有する水銀が含まれており、本発明は、この水銀を効率良く低減することを課題としている。以下、この課題を解決するための、本発明の特徴部であるケイ酸カルシウム化合物のスラリ液の生成と添加について説明する。

排ガス中の水銀の吸着剤となるケイ酸カルシウム化合物のスラリ液は、ＥＰ２で捕集された石炭灰１５と、消石灰１６（Ｃａ（ＯＨ）_２）及び生石灰原料１７（ＣａＯ）の少なくとも一方と、水１８とを計量して適正な混合割合で養生装置３に供給して攪拌することにより生成される。

また、養生装置３には水蒸気１９が供給され、養生装置３内は高温に保たれて攪拌される。ここで、養生装置３内の加熱温度及び水１８の供給量は、以下の図２〜４に示す実験結果に基づいた、最適な条件が適用される。

まず、図２は、養生装置３における養生温度と生成したケイ酸カルシウム化合物の比表面積との関係を示す図であり、同図は、養生装置３に供給する石炭灰１５と消石灰１６は当量で、スラリ濃度は２５％でテストを実施した結果を示している。図２に示すように、養生温度を約９０℃以上に設定すれば養生時間が５〜１０時間程度で高比表面積：４０〜６０ｍ^２／ｇのケイ酸カルシウム化合物が生成される。

また、図３は、養生時間と生成したケイ酸カルシウム化合物の比表面積との関係を示す図である。図３に示すように、養生温度を約９０℃以上に設定すれば、１０時間以内の養生時間で養生が完了する。したがって、養生装置３内の温度が９０℃以上となるように水蒸気１９を制御するのが望ましい。なお、養生装置３内を加熱する手段として水蒸気１９ではなく、ヒータなど公知の加熱手段を用いることも可能である。

また、図４は、スラリ濃度と生成した酸化剤中のＣａ・ＳｉＯ_２／灰中ＳｉＯ_２比の関係を示しており、同図は、適正な温度、養生時間の条件下でテストを実施した結果を示している。

図４に示すように、スラリ濃度により、生成した吸着剤中のＣａ／Ｓｉ比（高比表面積にするための条件）が変化するが、高比表面積の吸着剤を得るためには、スラリ濃度を５重量％以上とすればよい。ただし、６５重量％以上になるとスラリ化せずに固化した塊状物が生成される。したがって、水１８の供給量は、スラリ液の濃度が５重量％から６５重量％の範囲になるように制御されるのが望ましい。さらに望ましくは、Ｃａ／Ｓｉ比が０．２以上、つまりスラリ濃度が約１５重量％以上となるように水１８の供給量を制御するのが良い。

このような条件下で、石炭灰１５と、消石灰１６及び生石灰１７の少なくとも一方と、水１８が攪拌されて、上述の化学式１の結晶化反応が促進され、ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液が生成される。そして、このスラリ液はスラリ移送器４によって、ボイラ１の排ガス出口付近、Ａ／Ｈ７の上流側、ＧＧＨ熱回収部８の上流側のいずれか、又は並列して添加される。ただし、スラリ液の添加箇所は、上述の箇所に限られず、ＥＰ２の上流側のいずれかの箇所に適宜添加することができる。

そして、排ガス中に添加されたスラリは上述の化学式２に示すように、高温排ガスにより水分が蒸発され、高比表面積のケイ酸カルシウム化合物となるので、排ガス中に含まれる水銀は、この高活性で高比表面積な水銀吸着剤に吸着され、後流のＥＰ２で捕集される。

このように、スラリ状のケイ酸カルシウム化合物を排ガスに添加して水分を蒸発させることにより、高比表面積な吸着剤であるケイ酸カルシウム化合物となり、排ガス中に含まれるＨｇは、高効率でケイ酸カルシウム化合物に吸着される。そして、Ｈｇを吸着したケイ酸カルシウム化合物は、後流の集塵装置によって捕集されるので、排ガス中の水銀の含有量を効率良く低減することができる。

図５は、本発明の第２実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。本実施例は、第１実施例の養生装置３に、さらに塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方（以下、ハロゲン添加剤という。）を加える点のみ異なっている。それ以外の部分は実施例１と同様であるので、説明を省略する。

図５に示すように、養生装置３には、石炭灰１５と、消石灰１６及び生石灰１７の少なくとも一方と、水１８に加えてさらに、ハロゲン添加剤２０が添加される。そして、これらは第１実施例と同様に水蒸気１９により加熱されながら攪拌され、ケイ酸カルシウム化合物の細孔部分にハロゲン添加剤２０が浸透し、細孔部分にハロゲン添加剤２０が担持されたハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液が生成される。ここで、ハロゲン添加剤２０としては、例えば臭化水素（ＨＢｒ）あるいは臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）などが特に好ましい。

そして、生成されたスラリ液が、スラリ移送器４によって、ボイラ１の排ガス出口付近、Ａ／Ｈ７の上流側、ＧＧＨ熱回収部８の上流側のいずれか、又は並列して添加される。こうして、スラリ液が排ガス中に噴霧されると、排ガスの熱により乾燥する際にハロゲンが排ガス中に放出され、放出されたハロゲンは排ガス中のＨｇと反応し、ＨｇＣｌ_２あるいはＨｇＢｒとなる。ハロゲン化物に酸化されたＨｇは、集塵装置によって除去され易く、また、ダクト内を気流搬送されている間に高比表面積のケイ酸カルシウム化合物に吸着されて集塵装置で捕集される。したがって、排ガス中の水銀の含有量を効率良く低減することができる。

また、例えば、排ガス中に塩素系化合物や臭素系化合物などのハロゲンを排ガスダクトなどから直接添加する場合には、排ガス中にハロゲンを均一に分散させることに困難が伴うが、本実施例のように、スラリ状のハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物を排ガスに添加すれば、上述のようにハロゲンは排ガスの熱により除々に放出されて、排ガス中に均一に分散されるので、高効率にＨｇを酸化させることができる。

図６は、本発明の第３実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。本実施例は、第２実施例に加えて、さらに、ボイラ１のバーナ部から石炭などの化石燃料と共にハロゲン添加剤２０を供給する点のみ異なる。その他の部分は、第２実施例と同様であるので説明を省略する。

図６に示すように、バーナ部からハロゲン添加剤２０を供給すると、ハロゲンはボイラ１内で均一に分散され、ボイラ１出口の６００℃付近からＨｇと反応してハロゲン化物となる酸化反応が始まる。このようにしてハロゲン化物となったＨｇは高比表面積のケイ酸カルシウム化合物に吸着され、後流のＥＰ２において捕集、除去される。また、排ガスダクト内で吸着反応が完了しない場合は、後続のＥＰ２において吸着反応がなされて除去される。

本実施例によれば、バーナ部からハロゲン添加剤２０を供給しているので、ボイラ１内でハロゲン添加剤２０は均一に分散されて、効率よくＨｇと反応する。そして、ハロゲン化物となったＨｇは、ＥＰ２において捕集、除去されやすくなるので、排ガス中に含まれるＨｇを効率良く低減することができる。

以上、本発明の排ガス処理装置の各実施例について説明してきたが、本発明で重要なのは、養生装置３において上述したような各条件で水銀を高効率に吸着する吸着剤を生成し、排ガスに添加することであり、それ以外の装置の構成は、実施例の構成に限られない。例えば、脱硝装置、脱硫装置及び熱交換装置などの構成は、排ガス処理の形態に合わせて適宜選択することができるし、石炭灰や吸着剤を捕集する集塵装置は、実施例のようにＥＰに限定されず、公知のバグフィルタなどを適宜使用することができる。

本発明の第１実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。 養生装置の温度と生成したケイ酸カルシウム化合物の比表面積との関係を示す図である。 養生時間と生成したケイ酸カルシウム化合物の比表面積との関係を示す図である。 スラリ濃度と生成した酸化剤中のＣａ・ＳｉＯ_２／灰中ＳｉＯ_２比の関係を示す図である。 本発明の第２実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。 本発明の第３実施例の排ガス処理装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１ ボイラ
２ 電気集塵装置（ＥＰ）
３ 養生装置
４ スラリ移送器
６ 脱硝装置
７ エアヒータ（Ａ／Ｈ）
８ ガスガスヒータ（ＧＧＨ）熱回収部
９ 脱硫装置
１０ ガスガスヒータ（ＧＧＨ）再加熱部
１１ 煙突
１５ 石炭灰
１６ 消石灰
１７ 生石灰
１８ 水
１９ 水蒸気
２０ ハロゲン添加剤
３０ 排ガス処理装置

Claims (8)

1. 石炭を含む燃料を燃焼する燃焼装置と、該燃焼装置で発生する排ガスに水銀の吸着剤を添加する薬剤供給手段と、該水銀の吸着剤が添加された排ガスから粉粒体を捕集する集塵装置とを備え、
   前記薬剤供給手段は、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加え、加熱手段により加熱しながら攪拌してケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成する養生装置と、該養生装置で生成されたケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を前記水銀の吸着剤として前記排ガスに添加する移送手段とを有してなることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 前記薬剤供給手段は、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水と、塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方とを加え、加熱手段により加熱しながら攪拌してハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を生成する養生装置と、該養生装置で生成されたハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を前記水銀の吸着剤として前記排ガスに添加する移送手段と有してなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記加熱手段は、ヒータ及び水蒸気のいずれか一方であり、前記養生装置内を９０℃以上に保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記養生装置は、前記スラリ液の濃度が５重量％から６５重量％の範囲内になるように前記水の添加量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
5. 前記水銀の吸着剤を、加熱乾燥又は固液分離して固形分のみを抽出する分離装置を有し、該分離装置により抽出された固形の水銀の吸着剤を前記移送手段によって前記排ガスに添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
6. 前記燃焼装置に、前記石炭と共に塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
7. 水銀の吸着剤を集塵装置上流の石炭燃料燃焼排ガスに添加し、前記排ガス中の水銀を吸着して除去する排ガス処理方法において、
   前記水銀の吸着剤として、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水とを加え、加熱しながら攪拌して生成されたケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を添加することを特徴とする排ガス処理方法。
8. 水銀の吸着剤を集塵装置上流の石炭燃料燃焼排ガスに添加し、前記排ガス中の水銀を吸着して除去する排ガス処理方法において、
   前記水銀の吸着剤として、石炭灰に、消石灰及び生石灰の少なくとも一方と、水と、塩素系化合物及び臭素系化合物の少なくとも一方とを加え、加熱しながら攪拌して生成されたハロゲン・ケイ酸カルシウム化合物のスラリ液を添加することを特徴とする排ガス処理方法。
   
   

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