JP4719171B2 - 排ガス処理装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス処理装置及び方法に関する。
図５に石炭焚きボイラの排ガス処理装置の概略図を示す。図５に示すように、石炭ボイラ１０中で燃焼ガス１１は、火炉１２内の蒸発管で蒸気を発生させ（発生した蒸気は蒸気ドラム１３で気液分離され、蒸気はスーパーヒータ１４に導かれ、過熱水蒸気となり、蒸気タービンの駆動に使用された後、凝縮した水は火炉１２内の水管に還流し再蒸発される）、スーパーヒータ１４により蒸気を過熱した後、エコノマイザ１５で石炭ボイラ１０への供給水を加熱し、エコノマイザ１５出口から排ガス１６として排出される。前記エコノマイザ１５からの排ガス１６は、脱硝装置１７に供給され、その後エアヒータ１８で熱交換により空気１９を加熱した後、集塵装置２０に供給され、更に、脱硫装置２１に供給された後、浄化ガス２２として大気に排出される。
前記脱硝装置１７としては、石炭ボイラ１０からの排ガス１６に対し、前記脱硝装置（触媒部）の前流側において、アンモニウム（ＮＨ3）を噴霧して還元脱硝するものが提案されている。
また、排ガス中に含有する水銀を除去するために、脱硝装置１７前流でＨＣｌ等の塩素化剤を噴霧し、触媒上での水銀を酸化(塩素化)させ、後流側に設置した湿式の脱硫装置で水銀を除去するシステムを提案している(特許文献１)。
特開１０−２３０１３７号公報
ところで、ボイラ設備が設置される発電所においては、アンモニアやＨＣｌは危険物として厳重に保管する必要があり、またＨＣｌは腐食性が高いので、その管理や腐食対策に費用が嵩むという問題がある。
また、ＮＨ3、ＨＣｌを煙道内に供給するにはその供給効率を向上させるために、それぞれに気化装置及び噴霧グリッドが必要となる。
また、ＨＣｌを気化させるのに高温の熱源、蒸気等も必要となる。
そこで、排ガス対策として簡易な保管ができ、しかも窒素酸化物及び水銀の除去効率が低下することのない排ガス処理装置の出現が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、排ガス対策として簡易な保管ができ、しかも窒素酸化物及び水銀の除去効率が低下することのない排ガス処理装置及び方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ボイラからの排ガス中の窒素酸化物及び水銀をアンモニア脱硝触媒で除去する排ガス処理装置であって、ボイラの燃焼ガス煙道に設けられたエコノマイザバイパス部に、塩化アンモニウムを粉体状で供給する塩化アンモニウム供給部を設けてなり、該供給された粉体状塩化アンモニウムを前記エコノマイザバイパス部を通過する高温燃焼ガスにより昇華させ、塩化水素及びアンモニウムを煙道内に供給してなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記粉体状の塩化アンモニウムの粒径が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第３の発明は、第１の発明において、前記エコノマイザ下流側にＨＣｌ供給部、ＮＨ3供給部のいずれか一方又は両方が設けられてなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第４の発明は、第１の発明において、前記塩化アンモニウム供給部が固形状塩化アンモニウムの粉砕部を有してなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第５の発明は、第１の発明において、前記塩化アンモニウム供給部から供給された塩化アンモニウムを加熱・気化する気化部を有してなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第６の発明は、第５の発明において、前記粉体状の塩化アンモニウムの粒径が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第７の発明は、ボイラからの排ガス中の窒素酸化物及び水銀をアンモニア脱硝触媒で除去する排ガス処理方法であって、ボイラ設備の燃焼ガス煙道に設けられたエコノマイザバイパス部に、塩化アンモニウムを粉体状で供給すると共に、該供給場の燃焼ガスの雰囲気温度により前記塩化アンモニウムを昇華させて、塩化水素及びアンモニウムを煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理方法にある。
本発明によれば、高温の燃焼ガスが通過するボイラ設備のエコノマイザバイパス部において、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）を粉体状で添加することで、前記高温（５５０〜６５０℃）の燃焼ガスにより、ＨＣｌ、ＮＨ３とそれぞれ気化がなされる。これにより、従来のような気化装置と噴霧グリッド及び液体状でＨＣｌ、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵タンクを省略することができる。
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に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る排ガス処理装置を示す概略図である。なお、今回の図１においては、図５のボイラシステムと本発明のボイラシステムは同一であり、ボイラ部分から脱硝装置部分のみを示し、同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１００Ａは、ボイラから排出される排ガス１６中の窒素酸化物及び水銀をアンモニア脱硝触媒で除去する排ガス処理装置であって、ボイラ（図示せず）の燃焼ガス１１のガス煙道１０ａに設けられたエコノマイザ１５をバイパスして高温の燃焼ガス１１を後流側に迂回させるエコノマイザバイパス部１５ａに、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を粉体状で供給する塩化アンモニウム供給部１０１を設けてなり、前記塩化アンモニウムを燃焼ガス１１の高温雰囲気温度により昇華させて、塩化水素及びアンモニウムを排ガス煙道１０２内に供給してなるものである。
なお、１０３は排ガス１６中に供給された塩化水素（ＨＣｌ）及びアンモニウム（ＮＨ3）を混合する混合器である。
これにより、エコノマイザバイパス部１５ａにＮＨ4Ｃｌを粉体状で噴霧し、そこを通過する高温の燃焼ガス１１ａ（５５０〜６５０℃）で昇華させ、ＨＣｌ、ＮＨ3としてバイパス部が連通する排ガス１６の排ガス煙道１０２に供給することとなる。
また、ボイラ設備においては、窒素酸化物濃度変動があるのでそのような場合には、塩化アンモニウムと共に尿素((Ｈ2Ｎ)2Ｃ＝Ｏ)を噴霧し、アンモニアの供給量を増大させるようにしてもよい。
また、本実施例では、前記塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）をエコノマイザバイパス部１５ａ内に供給する前記供給部１０１は、粉体状の塩化アンモニウムを一時的に貯留するサイロ１０１ａ、貯留された塩化アンモニウムを粉砕機１０１ｃ側に所定量ごとに供給するフィーダ１０１ｂ及び供給された塩化アンモニウムを所定粒径に粉砕する粉砕機１０１ｃから構成されている。
また、ＮＨ4Ｃｌの昇華は吸熱反応であるため、高温であるほど好適である。よって、本実施例では、ＮＨ4Ｃｌ粉末をサイロ１０１ａよりフィーダ１０１ｂで供給すると同時に、粉砕機１０１ｃを接続して微粒化し、昇華させやすくしている。なお、供給量はフィーダ１０１ｂで調整し、出口ＮＯｘモニタ又はＨｇモニタで供給量を制御するようにすればよい。なお、粉体状の塩化アンモニウムが所定粒径以下のものであれば、前記粉砕機１０１ｃを設置することは不要である。
ここで、前記塩化アンモニウムの所定粒径とは、燃焼ガス１１のガス流速と関係するので、流速に応じて決定すること必要ができるが、例えばエコノマイザバイパス部１５ａを通過する燃焼ガス１１ａの滞留時間が５秒以下の場合においては、塩化アンモニウムの粒径を例えば０．２５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下とするのが好ましい。
ここで、前記塩化アンモニウムにより分解されたＮＨ3は、脱硝装置１７でＮＯxの還元脱硝用に用い、ＨＣｌは水銀酸化用に用いて窒素酸化物及び水銀を排ガスから除去するようにしている。なお、より高温なボイラ側へ塩化アンモニウムを投入することも考えられるが、ＮＨ3の自然発火温度６５１℃以上ではＮＨ3が分解する可能性があるため、６５０℃以下とする必要がある。
また、図２の排ガス処理装置１００Ｂに示すように、粉体状の塩化アンモニウムをエコノマイザ１５の入口近傍に供給するようにしてもよい。
この供給はエコノマイザ１５の入口近傍又はエコノマイザバイパス部１５ａのいずれか一方又は両方に供給するように切替え部１０４を有して適宜設定できるようにしている。
また、例えばエコノマイザ１５を通過する燃焼ガス１１の滞留時間が２秒以下の場合においては、塩化アンモニウムの粒径を例えば０．１５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下とするのが好ましい。
また前記排ガス１６の排ガス煙道１０２内のＮＨ3、ＨＣｌ濃度は、ボイラ排ガス１６のＮＯｘ濃度に対し、ＮＨ3／ＮＯｘモル比が要求脱硝性能に応じて１以下の値となるように設定し、数十〜数百ｐｐｍ、好ましくは数十〜２００ｐｐｍとなるよう噴霧するようにすればよい。
また、エコノマイザバイパス部１５ａを通過する燃焼ガス１１は通常全燃焼ガス１１の数％程度であることから、エコノマイザバイパス部１５ａ内のＮＨ3、ＨＣｌ濃度として０．１〜数％程度とするのが好ましい。これはあまり多いとコスト増加となり、経済性が失われるからである。なお、ボイラ燃焼排ガスのＨｇ濃度は０．１〜数十μｇ／ｍ3Ｎと、排ガス中ＨＣｌ濃度に対してモル比で１／１０００以下とするのが好ましい。
このように、アンモニア脱硝触媒を有する脱硝装置１７の前流側の高温の燃焼ガス１１が通過するボイラ設備のエコノマイザバイパス部１５ａにおいて、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を粉体状で添加することで、前記エコノマイザバイパス部１５ａを通過する高温（５５０〜６５０℃）の燃焼ガス１１により、ＨＣｌ、ＮＨ3とそれぞれ気化がなされるので、従来のような気化装置と噴霧グリッド及び液体状でＨＣｌ、ＮＨ3を貯蔵する貯蔵タンクを省略することができる。
このように、本発明ではＨＣｌ、ＮＨ3気化装置、噴霧グリッド及び貯蔵タンク等が省略できると共に、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）粉末は中性塩であり、その取り扱いも容易であるので、共に危険物であるＨＣｌ、ＮＨ3の法規上の許認可費用や安全管理対策にかかる設備費用を大幅に低減することができる。
また、エコノマイザバイパス部１５ａを通過する燃焼ガス１１ａを熱源として昇華させることに用いることより、別途の熱源が不要となり、従来のような脱硝触媒装置の前流近傍での脱硝触媒温度(３５０〜４２０℃)に比べて、高温（５５０℃）であるため、昇華速度が大きく、必要な滞留時間も短くできるため、新たな昇華設備も不要となる。
また、必要に応じて粉砕機１０１ｃを用いて塩化アンモニウム粉末を粉砕することにより、さらに昇華速度を大きくすることができ、未昇華の塩化アンモニウムの残留防止や蓄積防止も可能となる。
また、従来のようなＨＣｌとＮＨ3とを別々に供給する場合の薬剤費用に比べ、塩化アンモニウム単体を供給する方が安価となり、長期間に亙っての運転費用の低減を図ることができる。
本発明による実施例に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例に係る排ガス処理装置を示す概略図である。なお、図１の排ガス処理装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１００Ｃは、排ガス１６の排ガス煙道１０２にＨＣｌを供給するＨＣｌ供給部１１１と、ＮＨ3を供給するＮＨ3供給部１１２とを設けなるものである。
ボイラ等の燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物及び水銀の濃度のバランスが通常よりも異なるような場合には、これに対応するように、排ガス煙道１０２中に塩酸又はアンモニウムを必要量供給することにより対応することができる。
例えば、必要なＨＣｌよりも必要ＮＨ3が多いような場合には、ＨＣｌ供給部１１１からのＨＣｌ噴霧と塩化アンモニウムの噴霧を行うようにすればよい。
一方、必要なＨＣｌよりも必要ＮＨ3が少ないような場合には、ＮＨ3供給部１１２からのＮＨ3噴霧と塩化アンモニウムの噴霧を行うようにすればよい。
また、この際、アンモニアを供給する代わりに尿素((Ｈ2Ｎ)2Ｃ＝Ｏ)を噴霧するようにしてもよい。
これにより、本実施例では、別途アンモニア及び塩化水素の供給を行なうようにしているので、排ガス１６中の窒素酸化物又は水銀濃度の変動が生じるような場合においても適切な対応が可能となる。
本発明による実施例に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
図４は、実施例に係る排ガス処理装置を示す概略図である。なお、図１及び図３の排ガス処理装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１００Ｄは、例えばフィーダ１０１ｂにより供給される塩化アンモニウムを加熱・気化する気化部として例えばロータリードライヤー（又はロータリーキルン）１２０を設けてなるものである。
前記ロータリードライヤー１２０を設けることにより、ＮＨ4Ｃｌの加熱気化が促進され確実に昇華してＨＣｌ及びＮＨ3を煙道内に供給することができる。
このように、前記ロータリードライヤー１２０を用いることにより昇華ステップを二段にすることとなり、より確実に塩化アンモニウムを気化させることができ、粉体の残留等を確実に防止することができる。
［試験例１〜４］
以下、図３の排ガス浄化装置１００Ｃを用いて試験を行なった。
ボイラ火炉からの燃焼ガス１１のガス量は２４０万Ｎｍ3／ｈであり、エコノマイザ入口の燃焼ガス１１の温度は６００℃であり、燃焼ガス１１の１％相当の２０００Ｎｍ3／ｈがエコノマイザバイパス部１５ａに迂回することとした。
＜試験例１＞
先ず、試験例１においては、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＯｘ濃度が１６７ｐｐｍとした、水銀濃度（Ｈｇ0）が８μｇ／ｍ3Ｎとした。
塩化アンモニウムを粉体状で８７５ｋｇ／ｈ供給することで、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＨ3供給濃度が１５０ｐｐｍ、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＨＣｌ供給濃度が１５０ｐｐｍであり、脱硝率が９０％、水銀酸化率が９７％であった。
これらの結果を表１に示す。
Figure 0004719171
＜試験例２＞
ここで、試験例２においては、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＯｘ濃度が３５０ｐｐｍと多くした。なお、水銀濃度（Ｈｇ0）は８μｇ／ｍ3Ｎと同じとした。
塩化アンモニウムを粉体状で８７５ｋｇ／ｈ供給すると共に、排ガス煙道１０２中にアンモニアを３１９ｋｇ／ｈ供給することで、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＨ3供給濃度が３１５ｐｐｍ、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＨＣｌ供給濃度が１５０ｐｐｍとなり、脱硝率が９０％、水銀酸化率が９５％であった。
試験例２では、窒素酸化物濃度が多いので水銀酸化率が少し低下した。
＜試験例３＞
ここで、試験例３においては、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＯｘ濃度が３５０ｐｐｍと多くした。なお、水銀濃度（Ｈｇ0）は８μｇ／ｍ3Ｎと同じとした。
塩化アンモニウムを粉体状で８７５ｋｇ／ｈ供給すると共に、排ガス煙道１０２中に尿素を５３０ｋｇ／ｈ供給することで、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＨ3供給濃度が３１５ｐｐｍ、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＨＣｌ供給濃度が１５０ｐｐｍとなり、脱硝率が９０％、水銀酸化率が９５％であった。
アンモニアを別途供給する代わりに尿素を供給することでも脱硝率の低下は無かった。なお、試験例３でも、窒素酸化物濃度が多いので水銀酸化率が少し低下した。
＜試験例４＞
ここで、試験例４においては、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＯｘ濃度が８０ｐｐｍと少なくした。なお、水銀濃度（Ｈｇ0）は８μｇ／ｍ3Ｎと同じとした。
塩化アンモニウムを粉体状で４２０ｋｇ／ｈ供給すると共に、ＨＣｌを３４０ｋｇ／ｈ供給することで、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＮＨ3供給濃度が７２ｐｐｍ、脱硝装置（ＳＣＲ）１７の入口ＨＣｌ供給濃度が１５０ｐｐｍとなり、脱硝率が９０％、水銀酸化率が９８％であった。
試験例４では、窒素酸化物濃度が少ないので水銀酸化率が向上した。
以上のように、本発明に係る、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）を粉体状で添加することで、前記エコノマイザバイパス部を通過する高温（５５０〜６５０℃）の燃焼ガスにより、ＨＣｌ、ＮＨ３とそれぞれ気化することで排ガス処理設備の省略化を図ることができる。
実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。 実施例１に係る他の排ガス処理装置の概略図である。 実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。 実施例３に係る排ガス処理装置の概略図である。 石炭焚きボイラの排ガス処理装置の概略図である。
符号の説明
１０ 石炭ボイラ
１１、１１ａ 燃焼ガス
１２ 火炉
１３ 蒸気ドラム
１４ スーパーヒータ
１５ エコノマイザ
１５ａ エコノマイザバイパス部
１６ 排ガス
１７ 脱硝装置
１８ エアヒータ
１９ 空気
２０ 集塵装置
２１ 脱硫装置
２２ 浄化ガス
１００Ａ〜１００Ｄ 排ガス処理装置
１０１ 供給部
１０２ 排ガス煙道
１０３ 混合器
１０４ 切替え部
１１１ ＨＣｌ供給部
１１２ ＮＨ3供給部
１２０ ロータリードライヤー

Claims (7)

  1. ボイラからの排ガス中の窒素酸化物及び水銀をアンモニア脱硝触媒で除去する排ガス処理装置であって、
    ボイラの燃焼ガス煙道に設けられたエコノマイザバイパス部に、塩化アンモニウムを粉体状で供給する塩化アンモニウム供給部を設けてなり、
    該供給された粉体状塩化アンモニウムを前記エコノマイザバイパス部を通過する高温燃焼ガスにより昇華させ、塩化水素及びアンモニウムを煙道内に供給してなることを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 請求項１において、
    前記粉体状の塩化アンモニウムの粒径が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置。
  3. 請求項１において、
    前記エコノマイザ下流側にＨＣｌ供給部、ＮＨ３供給部のいずれか一方又は両方が設けられてなることを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 請求項１において、
    前記塩化アンモニウム供給部が固形状塩化アンモニウムの粉砕部を有してなることを特徴とする排ガス処理装置。
  5. 請求項１において、
    前記塩化アンモニウム供給部から供給された塩化アンモニウムを加熱・気化する気化部を有してなることを特徴とする排ガス処理装置。
  6. 請求項５において、
    前記粉体状の塩化アンモニウムの粒径が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置。
  7. ボイラからの排ガス中の窒素酸化物及び水銀をアンモニア脱硝触媒で除去する排ガス処理方法であって、
    ボイラ設備の燃焼ガス煙道に設けられたエコノマイザバイパス部に、塩化アンモニウムを粉体状で供給すると共に、該供給場の燃焼ガスの雰囲気温度により前記塩化アンモニウムを昇華させて、塩化水素及びアンモニウムを煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理方法。
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