JP2015020168A - 水銀の再排出を低下させるための亜硫酸塩制御 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式排煙脱硫（ＷＦＧＤ）システム内での亜硫酸塩濃度の制御を通じて、浄化された排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を低下させる方法。
【解決手段】亜硫酸塩濃度の制御を通じて水銀の排出及び／又は再排出を低下させる一つの方法は、ＷＦＧＤシステムにおいて使用される水性アルカリスラリーの亜硫酸塩濃度を測定し、かつ該濃度を予め決められた亜硫酸塩濃度の値と比較することである。該比較は、測定された亜硫酸塩濃度が予め決められた値を上回ることを明らかにする場合には、該システムに供給される酸化空気の量は増加される。該比較は、測定される亜硫酸塩濃度が、予め決められた値を下回ることを明らかにする場合には、該システムに供給される酸化空気の量は減少される。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示される内容は、一般的に、水銀又は水銀化合物を含有する燃料源の燃焼に付随して環境に放出される水銀の量を低下させること、及びより詳しくは、湿式スクラビング操作にかけられた燃焼排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を低下させることに関する。

燃料源、例えば石炭の燃焼は、環境、例えば大気中へ排出されうる、“排煙”と呼ばれる、廃ガスを生成する。該燃料源は典型的には、硫黄及び硫黄化合物を含有し、これらは該燃焼プロセスにおいて、硫黄酸化物を含め、ガス状種に変換され、これらは次いで生じる排煙中にそれ自体として存在する。該燃料源は典型的には、元素水銀又は水銀化合物も含有し、これらは該燃焼プロセスにおいて、ガス状元素水銀又はガス状イオン性水銀種に変換され、かつ該排煙中に、ガス状元素水銀又はガス状イオン性水銀種として存在する。

もちろん、排煙は、環境汚染物質とみなされる、粒子、有害物質及びその他の不純物を含有する。ばい煙煙突、以下“煙突”、を経て大気中へ排出する前に、該排煙は、浄化又は精製プロセスを受ける。石炭燃焼において、この精製プロセスの一態様は、通常、脱硫システム、例えば、湿式排煙脱硫（ＷＦＧＤ）システムとして一般に公知の湿式スクラビング操作である。

硫黄酸化物は、ＷＦＧＤシステムを用いて、水性アルカリスラリーを該ＷＦＧＤシステムのスクラバ塔に導入することにより、排煙から除去される。該水性アルカリスラリーは典型的に、汚染物質と相互作用して、該汚染物質を該排煙から除去する塩基性材料を含む。該水性アルカリスラリーにおいて有用である塩基性材料の例は、石灰、石灰石、マグネシウム、その組合せ等を含む。

最近、水銀の除去にますます焦点が当てられている。現在、水銀を排煙から除去する多様な方法がある。それらの方法は、該排煙排出制御システムの上流のボイラ中で酸化剤を添加し、次いで該酸化剤をスクラバで除去し、水銀を結合させる反応物を添加し、かつ該反応物を該排煙から除去し、かつ石炭又は燃料が燃える際に放出される水銀の量を最小限にするために特別な石炭又は燃料を利用することを含む。

一般的に公知の多数の水銀除去法は、湿式スクラビング操作において使用される水性アルカリスラリーにより溶解及び除去することができる水銀塩を生成するのに有効である。これらの方法の一部は、該湿式スクラビング操作の上流で該石炭又は該排煙にハロゲン又はハロゲン化合物、例えば臭素を添加して、元素水銀をイオン性水銀に酸化し、かつ水銀塩を形成することをもたらし、これらを次いで、該硫黄酸化物除去プロセスに付随して該水性アルカリスラリー中に溶解させることを含む。しかしながら、湿式スクラバの水性アルカリスラリー中の水銀の除去は、制御することが困難であることが判明しており、かつ排煙浄化システムを水銀除去に関して設計する際にたやすく予測されない。所望の排出保証レベルはしばしば、該湿式スクラバ中での極めて高い水銀除去効率に相当する、たった０．３μｇ／Ｎｍ³の水銀である。

WO2013/050990 US 7,524,473

本発明の課題は従来技術の欠点を解消することである。

本明細書に開示される内容の一態様は、環境、例えば大気への水銀の排出及び／又は再排出を低下させるために、燃料源の燃焼により発生される排煙から水銀量を除去する方法に関する。該方法は、該排煙を湿式スクラビング操作にかけて、該排煙中に存在する硫黄酸化物の量を減少させることを含む。該湿式スクラビング操作は、該排煙を水性アルカリスラリーと接触させて、該硫黄酸化物を該排煙から吸収させること、該排煙中に存在するガス状イオン性水銀種の少なくとも一部分を該水性アルカリスラリー中に溶解させて、該ガス状イオン性水銀種を該排煙から除去して浄化された排煙を生成させること、該水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を制御して、浄化された排煙中への水銀の再排出を防止すること、及び浄化された排煙を環境に放出することを含んでなる。この方法により克服される課題は、該水性アルカリスラリーにより酸化されれば、該水銀が、ある条件下で元素水銀に還元することができることである。元素水銀は、高い蒸気圧を有し、ゆえに“浄化された”排煙中へ再排出しうる。当該方法は、該水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を制御して、浄化された排煙中への元素水銀の再排出を防止する。亜硫酸塩センサ、例えばWO2013/050990に開示され、かつ参照により全体として本明細書に組み込まれる亜硫酸塩センサを用いて、亜硫酸塩濃度測定値は、該水性アルカリスラリーから得られる。これらの亜硫酸塩濃度測定値は、該ＷＦＧＤシステムに供給される酸化空気の量を調節するための基礎として使用され、それにより該システムの酸化空気の化学量論を修正する。もちろん、該ＷＦＧＤシステムの亜硫酸塩濃度は、硫黄排出要件を脅かすことなく制御されて、最低のアルカリ化剤の添加コスト及び酸化空気の動力消費量で、必要とされる水銀排出レベルを達成する。参照により全体として本明細書に組み込まれるLindauのUS 7,524,473も、酸化還元電位、ひいては間接的に亜硫酸塩濃度を制御するために酸化空気を変更することにより、水銀排出の低下を得た。本明細書に開示されるような主題発明は、酸化還元電位を、その他のパラメータ、例えば溶解された塩濃度により変更することができるという、Lindauに対する改良であり、その際に、類似の亜硫酸塩濃度で異なる示度を与える。

本明細書に開示される内容を図示する目的のために、図面は、目下好ましい実施態様の形態を示す。しかしながら、開示される内容が、図面に示された正確な配置及び手段に限定されないことが理解されるべきである。

ＷＦＧＤシステムを用いて実施される、排煙中に排出されるガス状元素水銀の量を低下させるためのシステムを示す概略図。

本発明者らは、亜硫酸塩センサ、例えばWO2013/050990に開示され、参照により全体として本明細書に組み込まれる亜硫酸塩センサを用いて、該ＷＦＧＤシステムにおける水性アルカリスラリーの亜硫酸塩濃度を、浄化された排煙の水銀の排出及び／又は再排出を制御及び低下させる目的で、制御することができることを見出した。酸性ガスの吸収のために石灰石を用いるＷＦＧＤシステムにおいて、かつセッコウスラリーが循環される場合に、該スラリー中へ吹き込まれる酸化空気の量が制御されて、該スラリーのレドックス電位を制御し、それにより水銀の排出を制御する。水銀の排出レベルを増加させることが望ましい場合には、酸化空気の供給が、より少ない量をもたらすように制御されて、その際により低いレドックス電位及びより高い水銀排出となる。該酸化空気は次いで、より高く又はより低く調節することにより制御されて、硫酸塩への亜硫酸塩の１００％未満の酸化をもたらし、かつ水銀排出を最小限にする。

それとは異なり、該ＷＦＧＤシステムにおける水性アルカリスラリーのレドックス電位を制御する必要なく、当該方法は、浄化された排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を、亜硫酸塩濃度制御を通じて低下させる。浄化された排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を、亜硫酸塩濃度制御を通じて低下させる、当該方法及びシステムは、以下に詳細に記載される。

目下、図１に関連して、本システム１０の一実施態様が図示される。システム１０は、炭素質燃料１４の、例えば石炭であるが、しかしこれに限定されない、燃焼のためのボイラ１２を含んでなる。炭素質燃料１４の燃焼は、酸性ガス、ガス状重金属、粒状物質等、以下に集合的に汚染物質と呼ぶ、を含んでなる排煙“ＦＧ”を生成させる。排煙ＦＧは、ボイラ１２の出口２０から、流体接続されたダクト１６を通じて、かつ流体接続されたＷＦＧＤシステム１８の入口２２中へ流動する。任意に、当業者に公知の追加の装置システムが、ボイラ１２と、ＷＦＧＤシステム１８との間に配置してよいが、しかし、明確さのために、本明細書に記載されない。

ＷＦＧＤシステム１８の内部で一度、排煙ＦＧは、汚染物質を排煙ＦＧから除去するために、水性アルカリスラリー２４と直接接触している。ＷＦＧＤシステム１８が、明確さのためにスプレー塔として本明細書に記載される一方で、当業者に公知のその他のタイプのＷＦＧＤシステムが同様に適している。ＷＦＧＤシステム１８内で、水性アルカリスラリー２４は、ＷＦＧＤシステム１８中へ、１個以上のノズル２６を通じて、スクラバ塔３０の上部２８に導入される。上記で注目したように、水性アルカリスラリー２４は、汚染物質、例えば硫黄酸化物を排煙ＦＧから除去する。水銀塩の除去は、この硫黄酸化物除去プロセスに付随している。排煙ＦＧからのそのような汚染物質の除去は、浄化された排煙“ＣＦＧ”を生成させる。浄化された排煙ＣＦＧは、ＷＦＧＤシステム１８から、出口３２を通じて流出する。出口３２から、浄化された排煙ＣＦＧは、流体接続された煙突（示されていない）又はその他の排出制御装置（示されていない）に流動してよい。

水性アルカリスラリー２４は、流体接続された捕集槽３４から、１個以上のポンプ３６及び流体接続された配管３６ａを経て、ノズル２６に輸送される。ノズル２６に輸送される水性アルカリスラリー２４の量は、幾つかの因子、例えば、スクラバ塔３０中に存在する排煙ＦＧの量、排煙ＦＧ中の汚染物質の量及び／又はＷＦＧＤシステム１８の設計に依存するが、しかしこれらに限定されない。水性アルカリスラリー２４が直接、排煙ＦＧと接触し、かつ汚染物質をそれから除去した後に、水性アルカリスラリー２４は、ポンプ３６により配管３６ａを経てノズル２６に再循環するために捕集槽３４中に捕集される。

スクラバ塔３０からの水銀の排出及び／又は再排出を低下させるために、１個以上の亜硫酸塩センサ３８が、捕集槽３４中の水性アルカリスラリー２４中に配置される。亜硫酸塩センサ３８は、捕集槽３４中の水性アルカリスラリー２４の亜硫酸塩濃度を測定する。亜硫酸塩センサ３８は、亜硫酸塩濃度を、連続的に又は予め決められた間隔でのいずれかで、測定してよい。例えば、亜硫酸塩濃度測定のための予め決められた間隔は、該亜硫酸塩センサ３８と通信している制御装置４０により自動的に又はユーザにより手動で、決定してよい。

亜硫酸塩センサ３８により測定される亜硫酸塩濃度測定値は、測定された亜硫酸塩濃度を示す信号４２として、制御装置４０に送られる。制御装置４０は、例えば、コンピュータ、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、回路系、又は多様な源から電気信号を送受信することができる、そのような信号４２により示されるデータを少なくとも一時的に格納することができる、及びそのような信号４２により示されるデータに関して数学的演算及び／又は論理演算を実施することができる、その他のあらゆる装置を含んでよいが、しかしこれらに限定されない。制御装置４０は、モニタ、キーボード又はその他のユーザインターフェースを含んでよいか又はこれらに接続されてよく、かつ関連メモリ装置４４を含む。

制御装置４０は、測定された亜硫酸塩濃度を、メモリ装置４４中に格納してよい、設定値としての１個以上の予め決められた亜硫酸塩濃度の値と比較する。１個以上の予め決められた亜硫酸塩濃度の潜在的値が、単一の値又は値の範囲を含んでよいことが考えられる。予め決められた値は、ユーザインプットのパラメータであってよい。例えば、予め決められた亜硫酸塩濃度の値は、約３００ｍｇ／ｌから約５００ｍｇ／ｌまで又は約２５ｍｇ／ｌ及び約１５０ｍｇ／ｌからであってよい。“予め決められた”とは、該値が、亜硫酸塩センサ３８により測定されるような実際の測定された亜硫酸塩濃度との比較がなされる前に、決定されることを単純に意味する。

任意に、水銀測定装置４８は、本システムにおいて、水銀の排出／再排出レベルを測定するために使用してよい。水銀測定装置４８は、スクラバ塔３０から排出される元素水銀を測定するのに適したあらゆる装置である。例は、連続排出モニタ（ＣＥＭｓ）、例えば冷蒸気原子吸光分析法（ＣＶＡＡＳ）、冷蒸気原子蛍光分析法（ＣＶＡＦＳ）、その場での紫外差分光吸収法（ＵＶＤＯＡＳ）及び原子発光分析法（ＡＥＳ）を含むが、しかしこれらに限定されない。

１個以上の予め決められた亜硫酸塩濃度の値との測定された亜硫酸塩濃度の比較は、制御装置４０に、ブロワ５２への制御信号５０を与えさせる。ブロワ５２は、酸化空気５４、例えば酸素含有ガスの量を調節し、このガスは、流体接続された配管５２ａを経て、流体接続された酸化空気源５６から、流体接続された捕集槽３４中に捕集される水性アルカリスラリー２４中へ、制御信号５０に応じて導入される。酸化空気５４は、あらゆる量の酸素を含有するあらゆるガスであってよく、例えば空気は、酸素含有ガスとして使用することができるが、しかしこれに限定されない。流体接続された捕集槽３４に導入される酸化空気５４の量の調節は、捕集槽３４中に存在する水性アルカリスラリー２４の亜硫酸塩濃度を調節する。

例えば、測定された亜硫酸塩濃度と、予め決められた亜硫酸塩濃度の値との比較が、測定された亜硫酸塩濃度が、予め決められた亜硫酸塩濃度の値よりも大きいことを明らかにする場合には、制御装置４０は、ブロワ５２への制御信号５０を与えて、ブロワ５２に、捕集槽３４中にインプット５８を通じて導入される酸化空気５４の量を増加させることができる。逆に、該比較が、測定された亜硫酸塩濃度が、予め決められた亜硫酸塩濃度の値よりも低いことを明らかにする場合には、制御装置４０は、ブロワ５２への制御信号５０を与えて、ブロワ５２に、捕集槽３４中へインプット５８を通じて導入される酸化空気５４の量を減少させることができる。もちろん、酸化空気５４の消費量を最小限にしつつ、出口３２での水銀の排出及び／又は再排出のレベルを制限することが可能である。制御装置４０は、測定された亜硫酸塩濃度と、予め決められた亜硫酸塩濃度の値との比較に応じて制御信号５０を調節するために、公知の制御アルゴリズム、例えば、比例、積分及び／又は微分の制御アルゴリズムを使用してよいことが考えられる。

ブロワ５２は、可変の量の酸化空気５４を捕集槽３４中の水性アルカリスラリー２４に導入することができる、適したあらゆるタイプのものであってよい。図１に図示されるように、強制酸化システム６０は、吸込ベーン６２を含み、この吸込ベーンは、酸化空気源５６から、制御装置４０からの制御信号５０に応じて、ブロワ５２に入る酸化空気５４の量を調整するために操作する。吸込ベーン６２が、捕集槽３４に供給される酸化空気５４の量を調整するのに適した装置である一方で、その他の装置及び方法が使用されてよく、例えば、ブロワ５２の下流の弁６４が、一部の空気を大気に放出するか、又はブロワ５２の速さを制御することにより使用されてよい。選択的に、スパージャ、エアランス撹拌機及び／又はアスピレーター（示されていない）は、ブロワ５２の代わりに又はブロワ５２に加えて使用してよい。付加的に、強制酸化システム６０が、捕集槽３４中の撹拌機（示されていない）に接続されて、酸化空気５４が水性アルカリスラリー２４全体に分配されてよい。

図１に図示されるシステム１０を用いる一つの方法は、排煙からの汚染物質の除去のための水性アルカリスラリーとの直接接触のために、燃焼排煙をＷＦＧＤシステムに供給することである。この方法は、予め決められた亜硫酸塩濃度の値との比較のための該ＷＦＧＤシステム中の亜硫酸塩濃度を測定すること、及び該システムに供給されるＷＦＧＤ酸化空気の量を調節して、亜硫酸塩濃度を増加又は減少させて、生成された浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出の低下のための設定値を維持することを含んでなる。

図１に図示されるシステム１０を用いる他の方法は、排煙からの汚染物質の除去のための水性アルカリスラリーとの直接接触のために燃焼排煙をＷＦＧＤシステムに供給することであり、その際に、予め決められた亜硫酸塩濃度の値との比較のために該ＷＦＧＤシステムの水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を測定し、かつ１個以上のＷＦＧＤシステムパラメータを調節して、亜硫酸塩濃度を増加又は減少させて、生成された浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を低下させる。

図１に図示されたシステム１０を用いる他の方法は、排煙からの汚染物質の除去のための水性アルカリスラリーとの直接接触のために燃焼排煙をＷＦＧＤシステムに供給することであり、その際に、予め決められた水銀濃度の値との比較のために該ＷＦＧＤシステム中の水銀濃度を測定し、かつ１個以上のＷＦＧＤ亜硫酸塩濃度の設定値に調節して、生成された浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を低下させる。

本内容は、例示的なその実施態様に関連して記載され、かつ図示されているけれども、開示された方法及びシステムの精神及び範囲から逸脱することなく、それらの前記の及びその他の多様な変更、省略及び付加がなされることができることが当業者により理解される。それに応じて、その他の実施態様は、以下に添付の請求の範囲の範囲内である。

１０ システム、 １２ ボイラ、 １４ 炭素質燃料、 １６ ダクト、 １８ ＷＦＧＤシステム、 ２０ 出口、 ２２ 入口、 ２４ 水性アルカリスラリー、 ２６ ノズル、 ２８ 上部、 ３０ スクラバ塔、 ３２ 出口、 ３４ 捕集槽、 ３６ ポンプ、 ３６ａ 配管、 ３８ 亜硫酸塩センサ、 ４０ 制御装置、 ４２ 信号、 ４４ メモリ装置、 ４８ 水銀測定装置、 ５０ 制御信号、 ５２ ブロワ、 ５２ａ 配管、 ５４ 酸化空気、 ５６ 酸化空気源、 ５８ インプット、 ６０ 強制酸化システム、 ６２ 吸込ベーン、 ６４ 弁、 ＦＧ 排煙、 ＣＦＧ 浄化された排煙

Claims (12)

1. 浄化された燃焼排煙中の水銀の排出又は再排出レベルを低下させる方法であって、
   燃焼排煙を湿式排煙脱硫（ＷＦＧＤ）システムに供給して、水性アルカリスラリーと直接接触させて該排煙から汚染物質を除去することで、浄化排煙を生成させ、
   該ＷＦＧＤシステム中の亜硫酸塩濃度を測定して、予め決められた亜硫酸塩濃度の値と比較し、かつ
   ＷＦＧＤシステムパラメータを調節して、亜硫酸塩濃度を増加又は減少させて、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出のレベルを低下させる
   ことを含んでなる、浄化された燃焼排煙中の水銀の排出又は再排出レベルを低下させる方法。
2. 該亜硫酸塩濃度を、該ＷＦＧＤシステムの水性アルカリスラリー中で測定する、請求項１記載の方法。
3. 該亜硫酸塩濃度を、スプレー塔型のＷＦＧＤシステムの水性アルカリスラリー中で測定する、請求項１記載の方法。
4. 該ＷＦＧＤシステム中の水銀濃度を測定して、予め決められた水銀濃度の値と比較し、その後で、
   該水銀濃度に基づいて、ＷＦＧＤシステムパラメータを調節して、亜硫酸塩濃度を増加又は減少させて、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出を低下させる
   ことを更に含んでなる、請求項１記載の方法。
5. 酸化空気量を該水性アルカリスラリーに供給して、ＷＦＧＤシステムを調節して、その亜硫酸塩濃度を減少させて、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出のレベルを低下させる
   ことを更に含んでなる、請求項１記載の方法。
6. 浄化された燃焼排煙中の水銀の排出又は再排出のレベルを低下させるためのシステムであって、
   湿式排煙脱硫（ＷＦＧＤ）システム、該システムは、該システムを流動する燃焼排煙と直接接触するための水性アルカリスラリーを有する、
   捕集槽、該捕集槽は、該燃焼排煙と直接接触した後の該水性アルカリスラリーを捕集し、該捕集槽中に配置された１個以上の亜硫酸塩センサを有し、該亜硫酸塩センサは、捕集された水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を測定することで、測定された亜硫酸塩濃度を得る、
   制御装置、該制御装置は、測定された亜硫酸塩濃度を、予め決められた亜硫酸塩濃度と比較し、かつその比較に基づいて装置を制御する、及び
   制御装置により制御される装置、該装置は、ＷＦＧＤシステムパラメータを調節して、亜硫酸塩濃度を増加又は減少させることで、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出のレベルを低下させる、
   を含んでなる、浄化された燃焼排煙中の水銀の排出又は再排出のレベルを低下させるためのシステム。
7. 該ＷＦＧＤシステムの出口中の１個以上の水銀センサを更に含んでなり、該水銀センサは、該システムを流動する浄化排煙中の水銀濃度を測定することで、測定された水銀濃度を得る、請求項６記載のシステム。
8. 該ＷＦＧＤシステムの出口中の１個以上の水銀センサ、該水銀センサは、該システムを流動する浄化排煙中の水銀濃度を測定することで、測定された水銀濃度を得る、
   制御装置、該制御装置は、測定された水銀濃度を、予め決められた水銀濃度と比較し、かつその比較に基づいて装置を制御する、及び
   該制御装置により制御される装置、該装置は、ＷＦＧＤシステムパラメータを調節して、該水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を増加又は減少させることで、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出のレベルを低下させる、
   を更に含んでなる、請求項６記載のシステム。
9. 調節される該ＷＦＧＤシステムパラメータが、該ＷＦＧＤシステムに供給される酸化空気の量である、請求項６記載のシステム。
10. 該制御装置により制御されるブロワを更に含んでなり、該ブロワは、酸化空気量を該ＷＦＧＤシステムに輸送する、請求項６記載のシステム。
11. 該制御装置により制御されるブロワを更に含んでなり、該ブロワは、酸化空気量を該ＷＦＧＤシステムの水性アルカリスラリーに輸送する、請求項６記載のシステム。
12. 酸化空気量を該水性アルカリスラリーに輸送するブロワを更に含んでなり、該ブロワは、該水性アルカリスラリー中の亜硫酸塩濃度を減少させて、生成した浄化排煙中の水銀の排出及び／又は再排出レベルを低下させる、請求項６記載のシステム。

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