JP2009166012A - 石炭焚ボイラの排ガス処理システム及びその運転方法 - Google Patents

石炭焚ボイラの排ガス処理システム及びその運転方法 Download PDF

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Abstract

【課題】石炭焚きボイラからの排ガス中の水銀を効率的に除去することができる石炭焚ボイラの排ガス処理システム及びその運転方法を提供する。
【解決手段】燃料Fとして石炭を用いる石炭焚ボイラ11からの排ガスに塩化水素33を噴霧するHCl噴霧装置32と、塩化水素噴霧後の排ガス中にアンモニア12を添加してアンモニア脱硝により窒素酸化物を除去すると共に、水銀を酸化する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器14と、ガス中の煤塵を除去する電気集塵器15と、除塵後のガス中に活性炭を噴霧する活性炭噴霧装置23と、水銀を吸着した活性炭を捕集するバグフィルタ21と、活性炭除去後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置16と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突17と、脱硫装置16内のスラリ吸収液に空気を供給するために酸化還元電位を計測するORP計19とを具備する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ボイラの排ガス中から水銀を除去する石炭焚ボイラの排ガス処理システム及びその運転方法に関するものである。
火力発電所等の燃焼装置であるボイラから排出される排ガスには毒性の高い水銀が含まれるため、従来から排ガス中の水銀を除去するためのシステムが種々検討されてきた。
通常、ボイラには排ガス中の硫黄分を除去するための湿式の脱硫装置が設けられている。このようなボイラに排ガス処理装置として脱硫装置が付設されてなる排煙処理設備においては、排ガス中の塩素(Cl)分が多くなると、水に可溶な2価の金属水銀の割合が多くなり、前記脱硫装置で水銀が捕集しやすくなることが、広く知られている。
そこで、近年、NOxを還元する脱硝装置、および、アルカリ吸収液をSOx吸収剤とする湿式脱硫装置と組み合わせて、この金属水銀を処理する方法や装置について様々な考案がなされてきた。
排ガス中の金属水銀を処理する方法としては、活性炭やセレンフィルター等の吸着剤による除去方法が知られているが、特殊な吸着除去手段が必要であり、発電所排ガス等の大容量排ガスの処理には適していない(特許文献2)。
ここで、図7に石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略構成図を示す。
図7に示すように、従来の排ガス処理システムは、石炭焚ボイラ11からの排ガス中の窒素酸化物をアンモニア12の添加により除去する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機15と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置16と、脱硫・水銀除去後の浄化ガスを外部に排出する煙突17とを具備すると共に、電気集塵機15の後流側にバグフィルタ21を設置し、活性炭噴霧装置23から活性炭22をガス通路内に供給するようにして、ガス中の水銀を吸着除去するようにしている。なお、図中、符号18は空気である。該空気18を供給することで脱硫装置16内の酸化還元電位を調整するようにしている。
特開2007−7612号公報 特開2005−230810号公報
ところで、水銀除去のために活性炭吸着方法を用いる場合には、活性炭噴霧装置及びそれを捕集するバグフィルタの設備費が大きく、また噴霧する粉末活性炭の費用が大きい、という問題がある。
例えば、その水銀除去の活性炭噴霧装置の設置設備費と10年間の運転経費とを比較すると、別途水銀の排出権を購入するよりも高額となる場合がある。
これは、水銀を吸着した活性炭はバグフィルタで分離されるが、その廃棄費用が高額となるからである。
よって、活性炭吸着法による排ガス中の水銀除去対策として、運転費用の低廉化が切望されている。
本発明は、以上の課題に鑑み、石炭焚きボイラからの排ガス中の水銀を効率的に除去することができ、運転費用の低廉化を図ることができる石炭焚ボイラの排ガス処理システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、石炭焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する排ガス処理システムにおいて、脱硝装置の前流側で塩化水素を噴霧すると共に、前記集塵機の後流側で活性炭を噴霧して、ガス中の水銀を吸着することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムにある。
第2の発明は、石炭焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する排ガス処理システムにおいて、脱硝装置の前流側で塩化水素を噴霧すると共に、前記集塵機の後流側で活性炭を噴霧して、ガス中の水銀を吸着させ、脱硫装置内の吸収液の酸化還元電位を150mV以上とすることを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムにある。
第3の発明は、第1又は2の発明において、水銀を含有するスラリ吸収液を外部に抜き出し、石膏を分離する前に凝集剤を添加し、水銀を凝集除去することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムにある。
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、石膏を分離した分離液と、活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂、又は硫化物担持担体の少なくとも一つと接触させ、水銀を吸着除去することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムにある。
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つの石炭焚ボイラの排ガス処理システムを用いて、石炭の水銀(Hg)/硫黄(S)のモル比が1.3×10-6以上である場合に、脱硫装置の後流側で水銀濃度を監視し、その結果に応じて活性炭を噴霧することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムの運転方法にある。
本発明によれば、活性炭を噴霧する場合においても運転費用の低廉化を図ることができ、長期間にわたって、安定して水銀の吸着・固定化を行うことができる。
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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。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。
本発明による実施例1に係る石炭焚ボイラの排ガス処理システムについて、図面を参照して説明する。
図1は本発明の石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。
燃料Fとして石炭を用いる石炭焚ボイラ11からの排ガスに塩化水素33を噴霧するHCl噴霧装置32と、塩化水素噴霧後の排ガス中にアンモニア12を添加してアンモニア脱硝により窒素酸化物を除去すると共に、水銀を酸化する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する電気集塵器15と、除塵後のガス中に活性炭を噴霧する活性炭噴霧装置23と、水銀を吸着した活性炭を捕集するバグフィルタ21と、活性炭除去後の排ガス中の硫黄酸化物を気液接触による石灰−石膏法により除去する脱硫装置16と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突17と、脱硫装置16内のスラリ吸収液に空気を供給するために酸化還元電位を計測するORP計19とを具備するものである。
本実施例の石炭焚ボイラの排ガス処理システムは、前記脱硝装置13の前流側で塩化水素33を噴霧する噴霧装置32を有しており、煙道内に塩化水素33を噴霧して、脱硝装置13内の脱硝触媒上での水銀の酸化(Hg0→Hg2+)を促進するようにしている。
これは、酸化水銀(Hg2)は0価水銀(Hg0)よりも活性炭に吸着し易く、水銀吸着量(kgHg/kg活性炭)を増加させ、活性炭使用量(kg活性炭)を減少させることができるからである。
水銀を吸着した活性炭はバグフィルタ21により回収され、別途廃棄処理される。
また、脱硫装置16における吸収液の酸化還元電位(ORP)をORP計19で計測し、その酸化還元電位の計測値を150mV以上とするようにしている。
これは、酸化水銀(Hg2+)は、脱硫装置16内において気液接触によりガス吸収液(石灰石、石膏スラリ)に吸収されるが、その際に、ORP値を150mV以上、好適には200〜300mVに調整することで、吸収された酸化水銀(Hg2+)の還元(Hg2+→Hg0)を抑制することができるからである。
これによって、ガス吸収液から水銀がガスに再度放出されることを防止することができる。
また、既存の活性炭噴霧設備を備えた排ガス処理システムにおいても、活性炭の使用量の低減を図るために、脱硝装置の前流側で塩化水素を供給する塩化水素供給装置と、脱硫装置のガス吸収液のORP計を設置することにより、水銀の吸着効率を向上させることとなり、簡易な設備変更により長期的な活性炭噴霧量の低減を図り、その結果、廃棄活性炭量の低減となり、排ガス処理システムの運転費用の大幅な低廉化を促進することができる。
また、本実施例ではバグフィルタ21を設置しているが、バグフィルタ21を設置せずに、そのまま脱硫装置16内に導入し、石灰石膏法による吸収液から石膏を除去する際に、同時に排出するようにしてもよい。
また、石炭の炭の種類により、水銀(Hg)/硫黄(S)のモル比が1.3×10-6以上である場合において、脱硫装置の後流側で水銀濃度を監視し、その結果に応じて活性炭22を強制的に噴霧する石炭焚ボイラの排ガス処理システムの運転方法をとるようにしてもよい。
これは、通常、水銀の含有量が小さい石炭では、その「水銀(Hg)/硫黄(S)のモル比(Hg/Sモル比という)」が1.3×10-6以下である場合に、塩化水素33の供給とORP計の制御だけで、排ガス中の水銀を除去することができるが、石炭の炭の種類が変化してHg/Sモル比が1.3×10-6以上に急激に変化したような場合には、ORP計19による制御では、迅速に水銀を除去することに対応ができない。
このような場合において、ORP計19による制御が安定する間は、排ガス中の水銀濃度が上昇するので、活性炭を強制的に噴霧することで、一時的に外部への水銀の飛散を防止することができる。
これは、石炭中の水銀(Hg)/硫黄(S)モル比が1.3×10-6以上(molHg/molS)の場合には、水銀(Hg)の除去速度に対して石膏(CaSO4)の生成速度が不足することとなるからである。
次に、Hg/Sモル比が1.3×10-6と規定した理由を説明する。
先ず、ΔHg/ΔCaSO4=Δ水銀除去量/Δ石膏生成量の関係から、脱硫装置16である気液接触塔におけるΔHg/ΔCaSO4と水銀除去性能(気液接触塔出口でのガス中水銀濃度)の関係を図2に示す。
このグラフよりΔHg/ΔCaSO4が2mgHg/kgCaSO4以下で、水銀除去性能を維持できることが判明する。
水銀(Hg)と石膏(CaSO4)に含まれる硫黄(S)は、最上流の石炭に起因する。
ここで、ΔHg/ΔCaSO4=2mgHg/kgCaSO4を換算すると、以下のようになる。
Hgmol/Smol=2mgHg/kgCaSO4 × 〔(1/200.59)×10-3 molHg/mgHg〕/(1/136.144)×103molS/kgCaSO4
=1.357×10-6 molHg/molS
なお、水銀(Hg)の分子量を200.59、硫黄(S)の分子量を32.066、石膏(CaSO4)の分子量を136.144とする。
よって、ΔHg/ΔCaSO4 2mgHg/kgCaSO4は、1.36×10-6molHg/molSに相当することとなる。
この結果、Hg/Sモル比の閾値として1.3×10-6と規定し、これを上回る場合には、水銀除去が低下することになるので、水銀除去対策を講じる必要があることとなる。
さらに、瀝青炭とPRB炭とにおける石炭の含有量比(Hg/S)と頻度との関係図を図3及び図4に示す。
図3及び図4は、米国石炭の瀝青炭及びPRB炭の各30検体のHg/S比を集計したものであり、1.36×10-6 molHg/molS以下の比率は、瀝青炭では約70%であり、PRB炭では約27%であった。
このような、瀝青炭を単独で又は混合して用いるような場合においても、塩化水素の供給とORPの制御で水銀の除去を効率よく行うことができる。また、炭の種類が変化する場合においても、活性炭を噴霧することで急激な水銀濃度の上昇があっても対応が可能となる。
図5は本発明の他の石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。
本実施例の排ガス処理システムは、石炭焚ボイラ11からの排ガス中の窒素酸化物をアンモニア12の添加により除去する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機15と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置16と、脱硫・水銀除去後の浄化ガスを外部に排出する煙突17とを具備する排ガス処理システムにおいて、脱硫装置16からの水銀を含有するスラリ吸収液を外部に抜き出し、石膏を分離する前に凝集剤を添加し、水銀を凝集除去するものである。
すなわち、図5に示すように、脱硫装置16から抜き出した水銀を含有するスラリ吸収液に凝集剤を添加し、該凝集剤に水銀を凝集させ、固液分離装置41で石膏24を分離除去する際に、石膏24と共に、凝集剤も分離して、分離水中の水銀濃度を低下するようにしている。
凝集剤の添加は脱硫装置16の内部又は固液分離装置41の前流側において行えばよい。
この結果、脱硫装置16に戻される分離水中の0価の水銀(Hg0)の濃度を減少することができ、脱硫装置16内での水銀の再飛散を防止することができる。
図6は本発明の他の石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。
本実施例の排ガス処理システムは、石炭焚ボイラ11からの排ガス中の窒素酸化物をアンモニア12の添加により除去する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機15と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置16と、脱硫・水銀除去後の浄化ガスを外部に排出する煙突17とを具備する排ガス処理システムにおいて、脱硫装置16からの水銀を含有するスラリ吸収液を外部に抜き出し、固液分離装置41で石膏24を分離し、石膏24を分離した上澄水23に対し、水銀吸着除去装置42内で活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂、又は硫化物担持担体等の水銀吸着材と接触させ、水銀を吸着除去するようにしている。
この結果、脱硫装置16に戻される分離水中の0価の水銀(Hg0)の濃度を減少することができ、脱硫装置16内での水銀の再飛散を防止することができる。
なお、本実施例は、図5の実施例2の凝集剤の添加と組み合わせて、さらに水銀除去効果を向上させるようにしてもよい。
以上のように、本発明に係る排ガス処理システム及び方法によれば、水銀の再飛散が軽減されるので、水銀除去効率を向上することができ、排ガス中の水銀排出量が規制される場合の排ガス処理に用いて適している。
実施例1に係る石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。 気液接触塔におけるΔHg/ΔCaSO4と水銀除去性能(気液接触塔出口でのガス中水銀濃度)の関係図である。 米国石炭の瀝青炭の各30検体のHg/S比の集計図である。 米国石炭のPRB炭の各30検体のHg/S比の集計図である。 実施例2に係る石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。 実施例3に係る石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。 従来の石炭焚ボイラの排ガス処理システムの概略図である。
符号の説明
10 排ガス処理システム
11 石炭焚ボイラ
12 アンモニア
13 脱硝装置
14 空気予熱器
15 電気集塵器
16 脱硫装置
17 煙突
21 バグフィルタ
22 固液分離器
23 上澄水
24 石膏

Claims (5)

  1. 石炭焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
    窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、
    熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、
    除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置と、
    脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する排ガス処理システムにおいて、
    脱硝装置の前流側で塩化水素を噴霧すると共に、
    前記集塵機の後流側で活性炭を噴霧して、ガス中の水銀を吸着することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システム。
  2. 石炭焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
    窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収する空気予熱器と、
    熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、
    除塵後のガス中の硫黄酸化物を石灰・石膏法により除去すると共に、酸化水銀を除去する気液接触式の脱硫装置と、
    脱硫後のガスを外部に排出する煙突とを具備する排ガス処理システムにおいて、
    脱硝装置の前流側で塩化水素を噴霧すると共に、
    前記集塵機の後流側で活性炭を噴霧して、ガス中の水銀を吸着させ、
    脱硫装置内の吸収液の酸化還元電位を150mV以上とすることを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システム。
  3. 請求項1又は2において、
    水銀を含有するスラリ吸収液を外部に抜き出し、石膏を分離する前に凝集剤を添加し、水銀を凝集除去することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
    石膏を分離した分離液と、活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂、又は硫化物担持担体の少なくとも一つと接触させ、水銀を吸着除去することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システム。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一つの石炭焚ボイラの排ガス処理システムを用いて、
    石炭の水銀(Hg)/硫黄(S)のモル比が1.3×10-6以上である場合に、脱硫装置の後流側で水銀濃度を監視し、その結果に応じて活性炭を噴霧することを特徴とする石炭焚ボイラの排ガス処理システムの運転方法。
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