JP2014213308A - 水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システム - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な水銀吸着剤の使用を避けることができるとともに、省動力化を図ることができる水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムを提供する。
【解決手段】水銀除去システム１は、水銀を含む排ガスが流通される煙道２の途中に集塵器３を設けてなる排ガス処理設備４に活性炭投入装置５を付設してなるものとし、活性炭投入装置５は、活性炭を貯留する活性炭タンク６と、活性炭タンク６に貯留されている活性炭を集塵器３の上流側の煙道２ａに投入するための活性炭投入路１６と、制御信号に応じて活性炭投入路１６を開閉する開閉手段１７と、煙道２に流通される排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀連続分析計２０と、水銀連続分析計２０により検出される水銀濃度が所定濃度を超えたときに、活性炭投入路１６を開く制御信号を開閉手段１７に向けて送信するコントローラ２１とを備えてなるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば廃棄物処理施設や石炭火力発電、石油・ガス生成施設等で発生する燃焼排ガスに含まれる水銀の除去に供する水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムに関するものである。

例えば廃棄物処理施設において、廃棄物を炉で焼却・ガス化・溶融等にて処理した際に発生する燃焼排ガスは、ろ過式の集塵器で集塵処理されるまでに熱回収設備や減温塔により２００℃程度にまで減温される。

従来、燃焼排ガスに含まれる水銀を除去する手段として、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるようなものが挙げられる。
図３（ａ）に示されるものは、炉１００から排出されて熱回収設備等１０１で減温された燃焼排ガスをろ過式の集塵器１０２で集塵処理した後に煙突１０３を介して系外に排出するようにした排ガス処理設備において、集塵器１０２の入口側に酸性ガス除去薬剤等に加えて水銀を除去するための水銀吸着剤として活性炭等を吹き込み、集塵器１０２におけるろ布上に活性炭を含むダストの層を形成して水銀を吸着するようにしたものである。なお、集塵器１０２の入口側に活性炭を吹き込むようにしたものは、例えば特許文献１にて提案されている。

特開２００５−１９９１９８号公報

また、図３（ｂ）に示されるものは、集塵器１０２の出口側に排ガス洗浄処理装置１０４を設置し、気液接触によって水中に移行した水銀をキレート剤等を用いて捕集するようにしたものであり、同図（ｃ）に示されるものは、集塵器１０２の出口側に活性炭等充填装置１０５を設置し、活性炭等に水銀を吸着させるようにしたものである。

近年、都市ごみを焼却処理した際に発生する水銀濃度は、自主規制値（国内では、排ガス規制値として定められていないが、自治体で独自に規制している。）である０．０５ｍｇ／ｍ^３Ｎ以下であるが、まれに数ｍｇ／ｍ^３Ｎの高濃度の水銀が発生する場合がある。

図３（ａ）に示される活性炭等吹込み式のものでは、急に高濃度の水銀が発生したときに活性炭等を供給し始めても、集塵器１０２のろ布上に十分な量の活性炭等が存在することができず、十分な水銀除去効果を得ることができないため、常時活性炭等の薬剤を吹き込むようにしている。
図３（ｂ）に示されるキレート剤等を用いたものでも、急に高濃度の水銀が発生したときにキレート剤等を供給し始めても、排ガス洗浄処理装置１０４の循環水中に十分な量のキレート剤等が存在することができず、やはり十分な水銀除去効果を得ることができないため、常時キレート剤等を注入するようにしている。
図３（ｃ）に示される活性炭等充填装置１０５を用いたものでは、高濃度の水銀を想定してそれに対応可能な量の活性炭等を充填した活性炭充填層を設置するようにしている。

しかしながら、上記従来の技術では、以下のような問題点がある。
（１）活性炭等吹込み式のもの、キレート剤等を用いたものおよび活性炭等充填装置１０５を用いたもの全てにおいて、活性炭やキレート剤等の水銀吸着剤を常時あるいは運転時間に応じた量を必要とするため、使用する薬剤量が多い。このため、薬剤の維持管理費が高くなり、また飛灰処理・水処理量が増加することから、環境負荷が高いものになる。
（２）活性炭等吹込み式のものやキレート剤等を用いたものでは、常時運転する必要があるため、定量供給装置やポンプ等の動力を常時必要とする。また、活性炭あるいはキレート剤の吸着能力を１００％使いきれずに、飛灰処理・排水処理してしまうことになる。
（３）活性炭等充填装置１０５を用いたものでは、高濃度の水銀を想定してそれに対応可能な量の活性炭等を充填した活性炭充填層に燃焼排ガスを通過させるため、圧力抵抗が大きく、誘引通風気等の動力が増加する。また、水銀以外の重金属やＳＯｘ等を吸着するため、活性炭充填層に充填する活性炭等の充填量が多くなる、あるいは活性炭充填層の交換頻度が多くなる。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、無駄な水銀吸着剤の使用を避けることができるとともに、省動力化を図ることができる水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による水銀吸着剤投入装置は、
水銀を含む排ガスが流通される煙道の途中にその排ガス中のダストを集塵処理する集塵器を設けてなる排ガス処理設備に付設される水銀吸着剤投入装置であって、
水銀吸着剤を貯留する水銀吸着剤タンクと、
前記水銀吸着剤タンクに貯留されている水銀吸着剤を前記集塵器の上流側の煙道に投入するための水銀吸着剤投入路と、
制御信号に応じて前記水銀吸着剤投入路を開閉する開閉手段と、
前記煙道に流通される排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段と、
前記水銀濃度検出手段により検出される水銀濃度が所定濃度を超えたときに、前記水銀吸着剤投入路を開く制御信号を前記開閉手段に向けて送信する制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。

次に、第２発明による水銀除去システムは、
水銀を含む排ガスが流通される煙道の途中にその排ガス中のダストを集塵処理する集塵器を設けてなる排ガス処理設備に水銀吸着剤投入装置を付設して排ガス中の水銀を除去するようにした水銀除去システムであって、
前記水銀吸着剤投入装置は、
水銀吸着剤を貯留する水銀吸着剤タンクと、
前記水銀吸着剤タンクに貯留されている水銀吸着剤を前記集塵器の上流側の煙道に投入するための水銀吸着剤投入路と、
制御信号に応じて前記水銀吸着剤投入路を開閉する開閉手段と、
前記煙道に流通される排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段と、
前記水銀濃度検出手段により検出される水銀濃度が所定濃度を超えたときに、前記水銀吸着剤投入路を開く制御信号を前記開閉手段に向けて送信する制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。

本発明の水銀吸着剤投入装置においては、排ガス中の水銀濃度が所定濃度を超えたときに水銀吸着剤投入路が開かれて水銀吸着剤タンクに貯留されている水銀吸着剤が集塵器の上流側の煙道に投入される。煙道に投入された水銀吸着剤は、集塵器内に取り込まれ、水銀を含む排ガスが集塵器で集塵処理される際に、排ガス中の水銀が水銀吸着剤に吸着され、除去される。
本発明の水銀吸着剤投入装置によれば、排ガス中の水銀濃度が所定濃度を超えたときのみ当該水銀吸着剤投入装置が稼働されるので、無駄な動力を削減することができ、省動力化を図ることができる。
また、排ガス中の水銀濃度が所定濃度を超えたときのみ水銀吸着剤タンク内の水銀吸着剤が集塵器の上流側の煙道に投入されるので、無駄な水銀吸着剤の使用を避けることができる。このため、薬剤の維持管理費を抑えることができ、また飛灰処理・水処理量を低減することができることから、環境負荷を軽減することができる。

また、本発明の水銀除去システムによれば、上記の水銀吸着剤投入装置が装備されて排ガス中の水銀を除去するように構成されているので、無駄な水銀吸着剤の使用を避けつつ排ガス中の水銀を除去することができるとともに、システムの省動力化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る水銀吸着剤投入装置が装備された水銀除去システムのフロー図である。 本実施形態の変形例に係る水銀除去システムのフロー図である。 従来の水銀除去システムのフロー図である。

次に、本発明による水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜水銀除去システムの概略説明＞
図１に示される水銀除去システム１は、例えば廃棄物処理施設や石炭火力発電、石油・ガス生成施設等で発生する燃焼排ガスに含まれる水銀を除去するためのものであって、図示されない熱回収設備等により２００℃程度まで減温された燃焼排ガスが流通される煙道２の途中にその排ガス中のダストを集塵処理する集塵器３を設けてなる排ガス処理設備４を備えている。

＜集塵器の説明＞
集塵器３は、織布や不織布よりなるろ布３ａを用いて燃焼排ガス中のダストを集塵処理するろ過式集塵器であって、上流側（入口側）の煙道２ａから内部に導入した燃焼排ガスに含まれるダストをろ布３ａ上に付着堆積したダスト層でろ過捕集し、ろ布３ａを通過した燃焼排ガスを下流側（出口側）の煙道２ｂへと導出するように構成されている。

＜水銀吸着剤投入装置の構成説明＞
排ガス処理設備４には、集塵器３の上流側の煙道２ａに水銀吸着剤として例えば活性炭を投入する活性炭投入装置５（本発明の「水銀吸着剤投入装置」に相当する。）が付設されている。
本実施形態においては、水銀吸着剤として活性炭を用いる例を示したが、その他の例としては例えば活性炭担体にヨウ化カリウムを担持させたものなど、水銀を吸着し得る機能を持った粉体状物であれば特に限定されるものではない。

活性炭投入装置５は、活性炭を貯留する活性炭タンク６（本発明の「水銀吸着剤タンク」に相当する。）を備えている。
活性炭タンク６の上面には、活性炭タンク６内に活性炭を補給するための活性炭補給口７が形成されている。この活性炭補給口７は、活性炭の補給時以外は通常、蓋体８によって気密状態に閉じられている。

活性炭タンク６の上部には、活性炭タンク６内に大気圧の空気を導入するための大気導入口９が形成されている。この大気導入口９には、制御信号に応じて当該大気導入口９を開閉する第１開閉弁１０が装着されている。
第１開閉弁１０は、活性炭タンク６内の活性炭の煙道２ａへの投入時に活性炭タンク６内を大気でプラス圧に保ったり、活性炭補給口７から活性炭タンク６内に活性炭を補給する際に、活性炭タンク６内の空気を外部に排出したりする役目をする。

活性炭タンク６の側面には、付着粉体払い落し装置１１（以下、「ノッカー１１」と称する。）が装着されている。このノッカー１１は、駆動信号に応じて駆動されると、活性炭タンク６に衝撃を与えて活性炭タンク６の内面に付着した活性炭を払い落すことができるように構成されており、ブリッジ防止や活性炭投入を促進する役目をする。

活性炭タンク６の下部には、活性炭タンク６内の活性炭を下方に落下させるための活性炭落下口１２が形成されている。この活性炭落下口１２には、制御信号に応じて当該活性炭落下口１２を開閉する第２開閉弁１３が装着されている。この第２開閉弁１３は、活性炭タンク６内の活性炭を後述する活性炭投入管１４を通して煙道２ａに瞬間的に大量投入するための弁機能を有している。
第２開閉弁１３と煙道２ａとは、活性炭投入管１４によって接続され、この活性炭投入管１４の途中には、制御信号に応じて当該活性炭投入管１４を開閉する第３開閉弁１５が設けられている。この第３開閉弁１５は、煙道２ａからの燃焼排ガスをシールするための弁機能を有している。
こうして、活性炭落下口１２から活性炭投入管１４を介して煙道２ａに至る管路により、活性炭タンク６に貯留されている活性炭を煙道２ａに投入するための活性炭投入路１６（本発明の「水銀吸着剤投入路」に相当する。）が構成されている。また、第２開閉弁１３と第３開閉弁１５とにより、制御信号に応じて活性炭投入路１６を開閉する開閉手段１７が構成されている。

第２開閉弁１３と第３開閉弁１５との間における活性炭投入管１４には、大気に開放された大気開放管１８が接続され、この大気開放管１８の途中には、制御信号に応じて当該大気開放管１８を開閉する第４開閉弁１９が設けられている。この第４開閉弁１９は、第２開閉弁１３と第３開閉弁１５との間における活性炭投入管１４を大気パージするための弁機能を有している。

＜水銀連続分析計の説明＞
集塵器３の下流側の煙道２ｂには、燃焼排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段としての水銀連続分析計２０が付設されている。この水銀連続分析計２０は、燃焼排ガス中の原子状水銀、可溶性水銀塩などの各種水銀化合物を原子状水銀に還元し、燃焼排ガス中の水銀濃度を連続的に測定して監視するもので、この水銀連続分析計２０によって検出された水銀濃度の検出データは、コントローラ２１（本発明の「制御手段」に相当する。）に与えられる。

＜コントローラの説明＞
コントローラ２１は、マイクロコンピュータを主体に構成されるもので、所定プログラムに従って、各開閉弁１０，１３，１５，１９に制御信号を送信したり、ノッカー１１に駆動信号を送信したりする機能を有している。

＜水銀吸着剤投入装置の動作説明＞
以上に述べたように構成される活性炭投入装置５の動作について以下に説明する。
通常時、活性炭タンク６内には、活性炭が充填されており、第２開閉弁１３および第３開閉弁１５はそれぞれ閉じられ、第４開閉弁１９は開かれ、第２開閉弁１３と第３開閉弁１５との間における活性炭投入管１４は大気圧に保たれている。

水銀連続分析計２０により検出される水銀濃度が設定した所定濃度を超えたとき、コントローラ２１は、まず、第４開閉弁１９を閉じる制御信号をその第４開閉弁１９に向けて送信し、その後、第３開閉弁１５および第２開閉弁１３をそれぞれ開く制御信号をそれら開閉弁１５，１３に向けて送信し、次いで第１開閉弁１０を開く制御信号をその第１開閉弁１０に向けて送信する。

第４開閉弁１９が閉じられることにより、活性炭投入管１４が大気から遮断され、その後、第３開閉弁１５および第２開閉弁１３がそれぞれ開かれて活性炭タンク６と煙道２ａとが活性炭投入管１４によって連通状態とされ、次いで第１開閉弁１０が開かれることで活性炭タンク６が大気でプラス圧に保たれて活性炭タンク６内の活性炭が活性炭投入管１４を通じて煙道２ａに一気に投入される。煙道２ａに投入された多量の活性炭は、集塵器３内のろ布３ａ上に堆積し、水銀を含む排ガスが通過する際に、活性炭に吸着され、除去される。

上記の活性炭投入動作時に、ノッカー１１の駆動にて活性炭タンク６に衝撃を与える、あるいは図示されないエアレーション装置で活性炭タンク６内に圧縮空気を送ることにより、更に活性炭の投入速度を速めることができる。
また、第１開閉弁１０に対し例えば図示されないエアコンプレッサユニットを所要のエア配管で接続し、予め活性炭タンク６内を第１開閉弁１０を通じて、計装用の圧縮空気あるいは除湿した圧縮空気にて加圧することにより、投入速度を速めることもできる。

活性炭投入完了後、第２開閉弁１３を閉じ、第４開閉弁１９を開いた後に、第３開閉弁１５および第１開閉弁１０をそれぞれ閉じて、活性炭投入活動が完了する。

本実施形態では、活性炭タンク６内への活性炭の補給は、高濃度の水銀が発生する頻度が年数回程度であることを想定して、手動投入としているが、自動化も可能である。
手動の場合は、第１開閉弁１０を開き、蓋体８を取り外して活性炭補給口７を開放し、活性炭補給口７から図示されないフレキシブルコンテナバック等で活性炭を活性炭タンク６内に供給する。なお、第１開閉弁１０には、活性炭補給時等に活性炭タンク６の外部に活性炭が漏れないように、フィルタ類を設置することが望ましい。また、負圧を維持できる様、煙道２に接続あるいは図示されない真空掃除配管等に接続することで、確実に活性炭を漏れなくすることができる。
活性炭タンク６の容量は、数十Ｌ〜数百Ｌ程度で、プラントの処理ガス量や処理する水銀濃度、集塵器３の温度によって適宜に容量が設定される。

＜作用効果の説明＞
本実施形態においては、高濃度の水銀が発生したときのみ活性炭投入装置５が稼働されて活性炭が煙道２ａに投入されるので、無駄な動力を削減することができるとともに、無駄な活性炭の使用を避けることができる。これにより、従来よりも活性炭を有効に使用できて薬剤の維持管理費を抑えることができ、また飛灰処理・水処理量を低減することができることから、環境負荷を軽減することができる。また、従来のように活性炭を煙道２ａに常時吹き込む必要がなくなり、装置の運営費を削減することができる。また、常時水銀が発生するプラントでも、ピークカットが可能になり、安定した水銀除去が可能になる。

以上、本発明の水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、上記実施形態では、燃焼排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段としての水銀連続分析計２０を集塵器３の下流側の煙道２ｂに付設する態様を示したが、これに限定されるものではなく、図２に示されるように、水銀連続分析計２０を集塵器３の上流側の煙道２ａに付設してもよく、これによっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の水銀吸着剤投入装置およびそれを用いた水銀除去システムは、無駄な水銀吸着剤の使用を避けることができるとともに、省動力化を図ることができるという特性を有していることから、例えば廃棄物処理施設や石炭火力発電、石油・ガス生成施設等で発生する燃焼排ガスに含まれる水銀の除去の用途に好適に用いることができる。

１ 水銀除去システム
２ａ 煙道
３ 集塵器
４ 排ガス処理設備
５ 活性炭投入装置（水銀吸着剤投入装置）
６ 活性炭タンク（水銀吸着剤タンク）
１３ 第２開閉弁
１５ 第３開閉弁
１４ 活性炭投入管
１６ 活性炭投入路（水銀吸着剤投入路）
１７ 開閉手段
２０ 水銀連続分析計（水銀濃度検出手段）
２１ コントローラ（制御手段）

Claims (2)

1. 水銀を含む排ガスが流通される煙道の途中にその排ガス中のダストを集塵処理する集塵器を設けてなる排ガス処理設備に付設される水銀吸着剤投入装置であって、
   水銀吸着剤を貯留する水銀吸着剤タンクと、
   前記水銀吸着剤タンクに貯留されている水銀吸着剤を前記集塵器の上流側の煙道に投入するための水銀吸着剤投入路と、
   制御信号に応じて前記水銀吸着剤投入路を開閉する開閉手段と、
   前記煙道に流通される排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段と、
   前記水銀濃度検出手段により検出される水銀濃度が所定濃度を超えたときに、前記水銀吸着剤投入路を開く制御信号を前記開閉手段に向けて送信する制御手段と、
   を備えることを特徴とする水銀吸着剤投入装置。
2. 水銀を含む排ガスが流通される煙道の途中にその排ガス中のダストを集塵処理する集塵器を設けてなる排ガス処理設備に水銀吸着剤投入装置を付設して排ガス中の水銀を除去するようにした水銀除去システムであって、
   前記水銀吸着剤投入装置は、
   水銀吸着剤を貯留する水銀吸着剤タンクと、
   前記水銀吸着剤タンクに貯留されている水銀吸着剤を前記集塵器の上流側の煙道に投入するための水銀吸着剤投入路と、
   制御信号に応じて前記水銀吸着剤投入路を開閉する開閉手段と、
   前記煙道に流通される排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する水銀濃度検出手段と、
   前記水銀濃度検出手段により検出される水銀濃度が所定濃度を超えたときに、前記水銀吸着剤投入路を開く制御信号を前記開閉手段に向けて送信する制御手段と、
   を備えることを特徴とする水銀除去システム。

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