JP2012011316A - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボイラ11の下流の煙道13内に、塩化アンモニウム(NH4Cl)を含む塩化アンモニウム溶液14を複数の噴霧ノズル15により噴霧する塩化アンモニウム溶液供給手段16と、排ガス中のNOxを還元性ガスとしてアンモニアガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素ガス共存下でHgを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置18と、脱硝された排ガス12を熱交換する熱交換器19と、排ガス12中の煤塵を除去する集塵器20と、還元脱硝装置18において酸化されたHgをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー21を用いて除去する湿式脱硫装置22と、噴霧ノズル15よりも上流側に設けられ、排ガス12のガス流れに乱れを与える混合器60とを有する
【選択図】図1
Description
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
図1は、本発明の実施例1に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。図2は混合器と噴霧ノズルとの配置の模式図である。
図1に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置100は、ボイラ11からの排ガス12中に含まれる窒素酸化物(NOx)、水銀(Hg)を除去する排ガス処理装置であって、ボイラ11の下流の煙道13内に、液体状の還元酸化助剤として塩化アンモニウム(NH4Cl)を含む塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液14を複数の噴霧ノズル15により液体状で噴霧する塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給手段(還元酸化助剤供給手段)16と、排ガス12中のNOxを還元性ガスとしてアンモニア(NH3)ガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素(HCl)ガス共存下でHgを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置(還元脱硝手段)18と、脱硝された排ガス12を熱交換する熱交換器(エアヒータ)19と、脱硝された排ガス12中の煤塵を除去する集塵器20と、還元脱硝装置18において酸化されたHgをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー21を用いて除去する湿式脱硫装置22と、前記噴霧ノズル15よりも上流側に設けられ、排ガス12のガス流れに乱れを与える混合器60とを有するものである。
また、本発明においては、還元酸化助剤とは、酸化性ガス共存下で水銀(Hg)を酸化して塩素化するのに用いられる酸化助剤と、還元性ガスによりNOxを還元する還元剤として機能するものをいう。
本実施例では、酸化性ガスとしてHClガスが用いられ、還元性ガスとしてNH3ガスが用いられている。
図3は格子状混合器の概略図である。
図3に示すように、本実施例に係る混合器60Aは、円柱61、62を格子状に組み付けたものである。
また、この格子状の混合器60Aを設置することにより、図2に示すように、円柱61、62からなる混合器60Aの排ガス12のガス流れの後流に発生する渦により乱れを生成することとなる。
これに対して、混合器60Aを設けて、排ガス12を混合させることによりガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を液滴に与えることとなり、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進させることとなる。すわなち、液滴に対して、様々な方向からガスが衝突され、干渉されるので、液滴の蒸発がし易くなる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、ダクト壁や内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
また、混合器60Aは現実的機器配置の観点からNH4Cl溶液14の供給位置より10m程度までとするのが望ましい。
また、NH4Cl溶液14の液滴径が60μm程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間tは0.068s程度であり、NH4Cl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離Lは、噴霧ノズル15から排ガス12の流れと平行の向きに1.6m程度であるとされている。
また、NH4Cl溶液14の液滴径が80μm程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間tは0.119s程度であり、NH4Cl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離Lは、噴霧ノズル15から噴霧方向に2.7m程度であるとされている。
NH4Cl溶液14を排ガス12が流通する煙道13の内壁に付着しないように供給する配置としては、噴霧ノズル15が煙道13内において、煙道13の内壁から一定以上の距離を置いて配置される構造であることが好ましい。一定以上の距離とは、噴霧されるNH4Cl溶液14の液滴が噴霧ノズル15から煙道13の内壁に到達する前に気化するのに十分な距離である。
実際の煙道寸法、実際の処理条件を考慮すると、噴霧ノズル15のノズル孔は、例えば煙道13の壁面から0.5m以上離した位置に設けるのが好ましい。
NH4Cl → NH3+HCl・・・(1)
また、NH4Cl溶液14が気化する前に煙道13の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道13の腐食等に起因して発生する煙道13の破損を防止することができる。
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O・・・(2)
Hg+1/2O2+2HCl → HgCl2+H2O・・・(3)
CaCO3 + SO2 + 0.5H2O → CaSO3・0.5H2O + CO2 ・・・(4)
CaSO3・0.5H2O + 0.5O2 + 1.5H2O → CaSO4・2H2O ・・・(5)
噴霧ノズル15の上流側には、排ガス12の流量を計測する流量計51が設けられている。流量計51により、排ガス12の流量が測定される。流量計51により測定された排ガス12の流量の値は制御装置52に送られ、排ガス12の流量の値に基づいて噴霧ノズル15から噴射するNH4Cl溶液14の流量、角度、初速度などを調整することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。さらに、噴霧ノズル15からNH4Cl溶液14を排ガス12の流通する煙道13の内壁に付着しないように供給しているため、煙道13内に噴霧されるNH4Cl溶液14の液滴が気化して生成されるHCl、NH3を排ガス12と混合させることができる。このため、HCl、NH3を濃度ムラ無く均一に煙道13内に安定して供給することができるので、還元脱硝装置18におけるHgの酸化性能を向上させることができると共に、NOxの還元性能を向上することができる。また、NH4Cl溶液14が気化する前に煙道13の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道13の腐食等に起因して発生する煙道13の破損なども防止することができる。
図7は、実施例2の格子要素と混合性能と圧力損失特性の実験データを示すものであり、(a)は3角板の(4角錐)格子要素の寸法比率図、(b)は混合性能(均一効果指標)と圧力損失係数の実験データを示す図である。
図4に示すように、本実施例の混合器60Bは、3角板(4角錐)格子の整流器の構成要素を示すもので、上流側に2枚の3角板63で4角錐の2対向面を形成し、さらに下流側には上流の4角錐と頂点を接し、かつ90度方向をずらして2枚の3角板64で4角錐の2対向面を形成しており、格子の幅と長さの比(L/B)は1.5〜2.0の範囲とされている(図7参照)。
K=Lmax−Lmin/Gmax−Gmin ・・・(6)
ここで、K :流速・温度・濃度の均一効果の指標
Gmax :整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Gmin :整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最小値
Lmax :整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Lmin :整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最小値
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道13の内壁や煙道13の内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
尚、図8〜図11に示す符号73については符号74の部材との違いを明確にするためハッチングを加えて示している。
図8に示すように、本実施例の混合器60Cは、排ガス12に旋回流を生じさせる旋回流誘起部材72を排ガス12の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットで形成されるものである。図8〜図11に示すように、旋回流誘起部材72は、排ガス12の入口側に対向面73aを有する一対の第1の旋回流誘起板73と、排ガス12の排出側に対向面74aを有する一対の第2の旋回流誘起板74と、を有し、第1の旋回流誘起板73と第2の旋回流誘起板74とを連結する連結部として平板状の中間部材75において第1の旋回流誘起板73の対向面73aと第2の旋回流誘起板74の対向面74aとが異なるように各々連結されている。本実施例においては、第1の旋回流誘起板73の対向面73aと第2の旋回流誘起板74の対向面74aとが約90°異なるようにして配置されている。
なお、図12、13中には、図8に示すのと同様に、旋回流誘起部材72を煙道13の幅方向に6個設けている。
図12、13に示すように、排ガス12は、旋回流誘起部材72を通過する際、第1旋回流誘起板73及び第2旋回流誘起板74に衝突してガス流れが変化し、旋回しながら煙道13の下側から上側に向かって流れるため、第1の旋回流誘起板73、第2の旋回流誘起板74を迂回するようにして流れることで、排ガス12を旋回しながら煙道13の下側から上側に向かって流すことができるため、噴霧ノズル15によってNH4Cl溶液14が噴霧される際において、排ガス12とHClガス、NH3ガスとの混合を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(7)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(8)
但し、Bは設置位置における煙道の断面の長辺であり、Hは煙道の断面の短辺であり、MIN(B、H)は煙道の断面の長辺B、煙道の断面の短辺Hのうちの何れか短い方の辺である。煙道の断面の長辺B、短辺Hが同じ長さである場合にはどちらでもよい。
図14は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。図14に示すように、混合器の圧損が25mmAq以下であるためには、下記式(9)を満たす必要がある。また、排ガス12中のNH3の濃度の濃度バラツキを5%以下とするためには、下記式(10)を満たす必要がある。
MIN(B、H)×D/L2≧2・・・(9)
MIN(B、H)×D/L2≦5・・・(10)
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(7)
MIN(B、H)/10≦D・・・(11)
2L2/MIN(B、H)≦D≦5L2/MIN(B、H)・・・(12)
MIN(B、H)/50≦D≦5×MIN(B、H)・・・(13)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(8)
これにより、還元脱硝装置18において脱硝触媒によりHgの酸化性能およびNOxの還元性能を向上させることができると共に、ヒートショックによる煙道13の破損、煙道13の腐食、排ガス11中の灰の堆積などを防止することができる。
11 ボイラ
12 排ガス
13 煙道
14 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液
15、61 噴霧ノズル
16 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給手段(還元酸化助剤供給手段)
18 還元脱硝装置(還元脱硝手段)
19 熱交換器(エアヒータ)
20 集塵器
21 石灰石膏スラリー
22 湿式脱硫装置
25 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給管
26、33、47 空気
27、34 空気供給管
28 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液タンク
41 装置本体
42 吸収液送給ライン
43 ノズル
44 浄化ガス
45 煙突
46 水
48 脱水器
49 石膏
51 流量計
52 制御装置
53 NOx濃度計
54−1、54−2 水銀(Hg)濃度計
55 塔底部
56 酸化還元電位測定制御装置(ORPコントローラ)
60(60A〜60C) 混合器(混合手段)
72 旋回流誘起部材
73 第1旋回流誘起板
74 第2旋回流誘起板
75 中間部材(連結部)
76 下部支持板
77 上部支持板
V1〜V3 バルブ
Claims (7)
- ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、
前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する液体状の還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、
該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、
前記噴霧ノズルよりも上流側に設けられ、排ガスのガス流れに乱れを与える混合器とを有することを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1において、
前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウム溶液であることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1又は2において、
前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から0.5m以上離した位置に設けられることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、格子状であることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
煙道内に設置され、前記ガス流れの下流側に頂点を持った4角錐の対向2面を形成するよう配置された2枚の3角板と、前記頂点と頂点を接し、前記ガス流れの下流側に底面が位置する4角錐の対向2面で、前記上流側の対向2面と90度向きが捩られた対向2面を形成する3角板とによって構成された格子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素において隣接する格子要素の向きを90度ずつ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記4角錐の底面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直角方向の幅(B)と流体流れに平行方向の長さ(L)の比(L/B)が1.5〜2.0の範囲にあることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第1の旋回流誘起板と、
前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第2の旋回流誘起板とを有してなり、
第1の旋回流誘起板と第2の旋回流誘起板とを連結する連結部において前記第1の旋回流誘起板の対向面と第2の旋回流誘起板の対向面とが異なるように各々連結されている旋回流誘起部材であることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
前記噴霧ノズルの近傍に前記煙道の内壁に沿って保護壁を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
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