JP5144967B2

JP5144967B2 - 排ガス処理システム

Info

Publication number: JP5144967B2
Application number: JP2007154404A
Authority: JP
Inventors: 和樹小林; 浩石坂; 博武▲崎▼; 博文吉川; 浩之野坂
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP2008302345A

Description

本発明は、ボイラ等の燃焼装置から排出される排ガス中のフッ素及び水銀等の有害成分を除去する排ガス処理システムに関する。

火力発電所などで用いられるボイラなどの燃焼装置で、石炭などの化石燃料を燃焼して生じる排ガス中には、フッ素（Ｆ）及び水銀（Ｈｇ）等の有害物質が含まれている。

水銀は、排ガス中で金属水銀（Ｈｇ⁰）もしくは２価の酸化水銀（Ｈｇ^２＋）として存在していると考えられ、酸化水銀として存在している場合は、水に容易に吸収されるために除去することは比較的容易であるが、金属水銀として存在する場合は水にほとんど吸収されないため除去が困難である。

そのため、これまでの排ガス中の有害物質を処理する排ガス処理システムとして、燃焼装置から排出される排ガスの熱を回収し、熱回収した排ガスを脱硝処理し、脱硝処理した排ガスを湿式の脱硫装置で処理し、脱硫処理した排ガス中の水銀を水銀除去装置で除去して大気に放出することが提案されている（例えば、特許文献１）。上記の水銀除去装置では、排ガスに酸化剤を含む水銀吸収液を噴霧して排ガス中の水銀を水銀吸収液に吸収させることで、排ガス中の水銀を除去するようにしている。

一方、触媒を利用して排ガス中の水銀を除去する技術として、ガス化複合発電システムにおいて、ガスタービンから排出される排ガスを脱硫装置で処理し、脱硫処理した排ガス中の水銀を水銀酸化触媒により金属水銀から酸化水銀に酸化し、後流側に設けた除塵装置で除去することが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０００−３２５７４６特開２００５−１８０３８８

しかしながら、特許文献１及び２に記載の排ガス処理システムは、排ガス中の水銀の除去効率を高めることについては記載されているが、フッ素を除去することついては記載されていない。

本発明は、大気に放出される排ガス中のフッ素と水銀を除去することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理システムは、燃焼装置から排出されて熱回収された排ガスを脱硝処理する脱硝装置と、この脱硝装置により脱硝処理された排ガスと吸収剤スラリとを脱硫塔内で向流接触させて排ガス中のＳＯ _２、フッ素及び水銀を吸収し、これらを吸収して脱硫塔の下部に貯められた吸収剤スラリを酸化して石膏を生成する湿式の脱硫装置とを有し、この脱硫装置により脱硫処理された排ガスを大気に放出する排ガス処理システムにおいて、脱硫装置から排出された排ガスの流路に排ガス中の金属水銀を酸化水銀に酸化する水銀酸化触媒を配置して形成される酸化装置と、この酸化装置を通過した排ガスをスロート部へ注入したアルカリ液と接触させて排ガス中のフッ素と酸化水銀を吸収除去するベンチュリスクラバーとを備えることを特徴とする。

このように構成すれば、脱硫装置で除去されなかった排ガス中のＨＦを、ベンチュリスクラバーで除去することができるので、排ガス中のフッ素の除去効率を高めることができる。

また、ベンチュリスクラバーで用いる吸収液をアルカリ液としているから、排ガス中のＨＦ及びＦ_２ガスを除去することができ、排ガス中のフッ素の除去効率をより高めることができる。

また、湿式の脱硫装置とベンチュリスクラバーの間に排ガス中の金属水銀を酸化する酸化装置を配置しているから、排ガス中の水銀の除去効率を高めることができる。

また、酸化装置は排ガスの流路に水銀酸化触媒を配置して形成されるから、脱硫装置で除去されなかったＨｇ⁰を水銀酸化触媒でＨｇ^２＋に酸化し、後流側のベンチュリスクラバーでＨｇ^２＋を除去することができ、排ガス中の水銀の除去効率を高めることができる。

本発明によれば、大気に放出される排ガス中のフッ素と水銀を除去することができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の排ガス処理システムの一実施形態の系統構成を示す図である。図示のように、排ガス処理システムは、ボイラ１、脱硝装置２、エアヒータ（Ａ／Ｈ）３、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）熱回収部４、電気集塵装置（ＥＰ）５、脱硫装置６、ベンチュリスクラバー７、湿式電気集塵装置８、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）再加熱部９、煙突１０を備えて構成され、各装置は排ガスダクトなどで接続されている。

ボイラ１から排出された石炭の燃焼排ガスは、脱硝装置２に導入されＮＯ_Ｘが除去される。ＮＯ_Ｘが除去された排ガスは、エアヒータ３を経て、ＧＧＨ熱回収部４で排ガスの熱エネルギーを回収し、ＥＰ５にて煤塵が除去された後、湿式の脱硫装置６に導入され、排ガス中のＳＯ_２が除去される。脱硫装置６を出た排ガスはベンチュリスクラバー７に導入され、ベンチュリスクラバー７で排ガス中のフッ素がアルカリ液で除去される。フッ素が除去された排ガスは湿式電気集塵装置８に導入され湿式電気集塵装置８で煤塵が除去され、煤塵が除去された排ガスはＧＧＨ再加熱部９によりＧＧＨ熱回収部４で回収した熱エネルギーを利用して再加熱され、煙突１０より大気に放出される。

ここで、ボイラ１から排出される排ガス中には、数十ｐｐｍのフッ素が含まれている。フッ素は、飛灰に吸着され、アルカリ液に吸収されるので、排ガスから除去しやすいという特徴を持つ。排ガス中のフッ素の多くは、脱硝装置２、Ａ／Ｈ３、ＧＧＨ熱回収部４を通過する間において、飛灰に吸着され、ＥＰ５において飛灰とともに除去される。

さらに、残りのフッ素は脱硫装置６において除去されるが、脱硫装置６におけるフッ素の除去性能は９５％程度であり、除去効率を高めることが望まれる。そこで、本実施の形態では、脱硫装置６で除去しきれなかったフッ素をベンチュリスクラバー７で除去するようにしている。

図２は、本発明の排ガス処理システムの脱硫装置とベンチュリスクラバーの構成図である。図示のように、脱硫装置６は、脱硫塔１１、導入口１２、攪拌機１３、空気供給管１４、循環ポンプ１５、スプレノズル１６、吸収剤スラリ供給管１７を備えて構成されている。

ＥＰ５にて煤塵が除去された排ガスは、脱硫装置６の導入口１２より導入され、スプレノズル１６から噴霧された吸収剤スラリ（例えば、石灰石又は消石灰スラリなど）と向流接触して排ガス中のＳＯ_２、フッ素及び水銀が吸収されながら脱硫塔１１内を落下する。その後、ＳＯ_２、フッ素及び水銀を吸収した吸収剤は脱硫塔１１の下部に貯められる。

脱硫塔１１の下部に設けられている攪拌機１３は、モータ１８と攪拌翼１９から構成され、空気供給管１４から供給された空気は、攪拌翼１９の近傍から排出されるようにしている。モータ１８を回転して攪拌翼１９を駆動し、空気供給管１４へ空気を供給して吸収剤スラリを攪拌することで、スラリの沈降を防止するとともに、攪拌翼１９のせん断力により微細気泡とし、吸収剤スラリ中のＣａＳＯ_３（亜硫酸石灰）を酸化し石膏とする。

また、脱硫塔１１の下部に設置した吸収剤スラリ供給管１７よりフレッシュな吸収剤スラリを供給することで脱硫効率を高めている。さらに、脱硫塔１１の下部に貯められた吸収剤スラリは、循環ポンプ１５を駆動することにより管２０を介してスプレノズル１６に導かれ、循環使用される。

脱硫装置６から排出される排ガスは、導管２１を介してベンチュリスクラバー７へ導かれる。ベンチュリスクラバー７は、ベンチュリ塔２２、スロート部２３、アルカリ液供給口２４、排気口２５、循環ポンプ２６を備えて構成されている。

ベンチュリスクラバー７へ導入された排ガスは、ベンチュリ塔２２に形成された管の細くなったスロート部２３において高速気流となり、スロート部２３に設けられたアルカリ液供給口２４から注入したアルカリ液が微粒化し、排ガス中のフッ素は広がった管の部分で液滴と接触して取り込まれる。

フッ素を吸収したアルカリ液はベンチュリ塔２２内を落下し、ベンチュリ塔２２の下部に貯められる。ベンチュリ塔２２の下部に貯められたアルカリ液は、循環ポンプ２６を駆動することにより管２７を介してアルカリ液供給口２４に導かれ、循環使用される。また、アルカリ液供給口２８からフレッシュなアルカリ液を供給することにより、フッ素の除去率を高めている。

本実施の形態では高液密度条件が可能なベンチュリスクラバー７を用いている。ここで、ベンチュリスクラバー７に用いる吸収液は水溶液であればよいが、アルカリ性にすることで、脱硫装置６で除去されなかったＨＦ及びＦ_２ガスが吸収液に吸収される。これにより、フッ素の除去効率を高めることができる。また、目標性能によっては、ベンチュリスクラバー７の液ガス比（Ｌ／Ｇ）を落とすことで動力を低減することができる。

（実施形態２）
図３本発明の他の一実施形態である脱硫装置とベンチュリスクラバーの間に酸化装置を配置した関係を示す図である。図示のように、本実施の形態が実施形態１と異なる点は、脱硫装置６とベンチュリスクラバー７の間に酸化装置２９を配置したことにある。その他の構成は実施形態１と同一であることから、同一部品に同一の符号を付して説明を省略する。

排ガス中にはμｇ／ｍ^３ＮオーダのＨｇ蒸気が含まれる。排ガス中のＨｇの形態は、金属水銀（Ｈｇ⁰）と２価の酸化水銀（Ｈｇ^２＋）が大半である。Ｈｇ^２＋は、Ｈｇ⁰よりもＨｇ^２＋の方が蒸気圧は低く、フッ素と同様に飛灰に吸着され、吸収液に吸収されるので、排ガスから除去しやすいという特徴を持つ。

したがって、排ガス中のＨｇは、脱硝装置２、Ａ／Ｈ３、ＧＧＨ熱回収部４を通過する間に飛灰に吸着され、捕集された飛灰をＥＰ５で連続的に系外に排出している。このとき、飛灰とともにＨｇも系外に排出される。

さらに、残りのＨｇは脱硫装置６において、一旦吸収液スラリのろ液に溶解し、さらに吸収液スラリ中の石膏粒子に吸着され、石膏粒子とともに系外に排出される。このとき、吸収される排ガス中のＨｇのほとんどはＨｇ^２＋の形態であり、Ｈｇ⁰は吸収されにくい。排ガス中のＨｇ^２＋は吸収液に吸収されると、ろ液中では同じくＨｇ^２＋イオンとして溶解している。

ろ液中のＨｇ^２＋イオン濃度は、ろ液中のＨｇ量と、石膏に吸着して系外に排出されるＨｇ量とが平衡になるまで増加し続ける。このとき、脱硫装置６の運転状況によっては、スラリ中の還元性物質が増加し、ろ液中に溶解したＨｇ^２＋が還元されて０価の水銀（Ｈｇ⁰）となる。溶解性の極めて低いＨｇ⁰は、ろ液中からガス中に再び放出してしまい、煙突１０から大気中に放出される排ガス中のＨｇ濃度が高くなる。

このとき、脱硫装置６の後流側に、水銀酸化触媒を有する酸化装置２９（例えば、特開２００５−１２５２１１を参照）を配置したことで、脱硫装置６で除去しきれなかった排ガス中のＨｇ⁰をＨｇ^２＋に酸化し、ベンチュリスクラバー７で排ガス中のＨｇ^２＋を吸収するようにしたことから、排ガス中の水銀の除去効率をより高めることができる。

また、本実施の形態では酸化装置２９として水銀酸化触媒を充填したものを用いたが、オゾン発生装置及びプラズマ発生装置などの酸化装置を用いることができ、排ガス中の有害物質の除去効率を高めることができる。

本実施の形態に代えて、脱硫装置６から再放出されるＨｇ除去を目的とする場合には、酸化装置を配置する代わりにベンチュリスクラバー７の吸収液として酸化剤を添加することで、Ｈｇ⁰の酸化と吸収を同時に行い、吸収除去することで水銀の除去効率を高めることができる。

本発明の排ガス処理システムの一実施形態の系統構成を示す図である。本発明の排ガス処理システムの脱硫装置とベンチュリスクラバーの構成図である。本発明の他の一実施形態である脱硫装置とベンチュリスクラバーの間に酸化装置を配置した関係を示す図である。

符号の説明

１ボイラ
２脱硝装置
３エアヒータ（Ａ／Ｈ）
４ガスガスヒータ（ＧＧＨ）熱回収部
５電気集塵装置
６脱硫装置
７ベンチュリスクラバー
８湿式電気集塵装置
９ガスガスヒータ（ＧＧＨ）再加熱部
１０煙突

Claims

燃焼装置から排出されて熱回収された排ガスを脱硝処理する脱硝装置と、この脱硝装置により脱硝処理された排ガスと吸収剤スラリとを脱硫塔内で向流接触させて排ガス中のＳＯ _２、フッ素及び水銀を吸収し、これらを吸収して脱硫塔の下部に貯められた吸収剤スラリを酸化して石膏を生成する湿式の脱硫装置とを有し、この脱硫装置により脱硫処理された排ガスを大気に放出する排ガス処理システムにおいて、
前記脱硫装置から排出された排ガスの流路に排ガス中の金属水銀を酸化水銀に酸化する水銀酸化触媒を配置して形成される酸化装置と、この酸化装置を通過した排ガスをスロート部へ注入したアルカリ液と接触させて排ガス中のフッ素と酸化水銀を吸収除去するベンチュリスクラバーとを備えることを特徴とする排ガス処理システム。