JP5198786B2 - 排ガス浄化方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は排ガス浄化方法と装置に係り、特に排ガス中の微量水銀成分を除去する方法と装置に関するものである。

石炭などの化石燃料の燃焼装置である火力発電所ボイラなどから排出する排ガスには窒素酸化物や硫黄酸化物の他に水銀などの水銀が含まれている。前記窒素酸化物は脱硝装置で除去され、硫黄酸化物は脱硫装置で除去されるが、水銀は前記脱硝装置や脱硫装置では除去できず、また排ガス中の煤塵除去用の集塵装置でも完全には捕集できない。前記水銀は毒性が強いので、最近はその排出規制が厳しくなっており、水銀の除去方法が検討されている。

従来の前記燃焼装置から排出する排ガスの浄化システムの全体系統図を図６に示す。ボイラ１から排出される排ガス２は脱硝装置３に導入されて排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去された後、空気予熱器４においてボイラ１の燃焼用空気５を熱交換によって加熱する。次に、乾式電気集塵器６で排ガス中のばいじんの大半が除去され、誘引ファン７により昇圧されて湿式脱硫装置８に導入される。湿式脱硫装置８に導入された排ガス２は、気液接触により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ₂）が除去される。湿式脱硫装置８において飽和ガス温度にまで冷却された排ガス２は湿式電気集塵機９により無水硫酸（ＳＯ₃）ミストが除去された後、煙突１０から大気中に排出される。

上記のように、石炭などを燃料として使用するボイラ１の排ガス中に含まれる環境汚染物質としては硫黄酸化物（ＳＯ₂、ＳＯ₃）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、ばいじん及び水銀（Ｈｇ）があり、その浄化設備としてＮＯｘは脱硝装置３、二酸化硫黄（ＳＯ₂）は脱硫装置８、ばいじんは乾式電気集塵機６と脱硫装置８、無水硫酸（ＳＯ₃）は湿式電気集塵機９がそれぞれ設置されている。

また、図７に示すように無水硫酸（ＳＯ₃）はナトリウム成分などを含む塩基性物質を脱硝装置３の前流側や空気予熱器４の前流側や乾式電気集塵機６などの前流側でかつ無水硫酸（ＳＯ₃）の露点より高い温度（約１３０℃以上）で塩基性物質噴霧装置１１より排ガス中に吹き込むとＳＯ₃がＳＯ₂に転化することが知られている。無水硫酸（ＳＯ₃）濃度が高くかつ環境規制値（法定値あるいは自主規制値）が高い場合は、効率よく無水硫酸（ＳＯ₃）を除去するため湿式電気集塵機９だけでなく、前記した手法も合わせて採用する場合も多い（たとえば特開２００６−３２６５７５号公報）。

一方、Ｈｇは図８に示すように活性炭噴霧装置１２から活性炭を噴霧し、その表面にＨｇを吸着させ、乾式電気集塵機６で活性炭ごと除去することが一般的である。
なお、図７と図８に示す排ガスの浄化システムの全体系統図は図６で説明した系統図にそれぞれ塩基性物質噴霧装置１１と活性炭噴霧装置１２を追加した構成から成る。
特開２００６−３２６５７５号公報

図４に無水硫酸（ＳＯ₃）濃度ごとの活性炭噴霧量と水銀（Ｈｇ）除去率の関係を示すが、水銀（Ｈｇ）と無水硫酸（ＳＯ₃）の共存下では、無水硫酸（ＳＯ₃）が活性炭に対して優先的に吸着することが、この図４から分かった。

しかし従来システム（たとえば特開２００６−３２６５７５号公報）では上記の無水硫酸（ＳＯ₃）による水銀（Ｈｇ）除去効率の低下が考慮されていない。すなわち無水硫酸（ＳＯ₃）がほとんどない場合に比べて無水硫酸（ＳＯ₃）の共存している状態では、活性炭を使用しても必要な水銀（Ｈｇ）除去率が得られない、特に高濃度無水硫酸（ＳＯ₃）を含む排ガスに対しては活性炭を噴霧しても全く除去できないという問題があった。

また、従来技術において噴霧された塩基性物質に含まれるナトリウム（Ｎａ）成分やカリウム（Ｋ）成分などは乾式電気集塵機６において、ばい塵と共に回収される。したがって、回収灰の価値低下という問題があった。

本発明の課題は無水硫酸（ＳＯ₃）を含む排ガスにおいて、無水硫酸（ＳＯ₃）による先行吸着により活性炭のＨｇ吸着が阻害されないようにするシステムを提供することにある。また、本発明の課題は排ガス中の無水硫酸（ＳＯ₃）含有量を考慮しつつ、水銀（Ｈｇ）を効率よく除去できるシステムを提供することにある。

本発明の課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出する排ガス中のばいじんを乾式集塵機で除き、ばいじんを除去した排ガスに塩基性物質を噴霧して排ガス中に含まれる無水硫酸（ＳＯ₃）を除去し、次いで排ガスに活性炭を噴霧して排ガス中に含まれる水銀を除去し、その後、排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ₂）を脱硫装置で除去し、さらに湿式集塵機で排ガス中に残留する無水硫酸（ＳＯ₃）とばいじんを除去し、浄化された排ガスを大気中に排出することを特徴とする排ガス浄化方法である。

請求項２記載の発明は、燃焼装置の運転負荷と燃焼装置で用いる燃料の組成から排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度を予測し、該無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度の予測値に応じて塩基性物質の噴霧量を算出して塩基性物質の排ガス中への噴霧量を設定し、同時に運転負荷と排ガス中の水銀濃度と、排ガス浄化処理後の排ガス中の水銀濃度規制値とから必要水銀除去率を計算し、予め求めてある無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度ごとの活性炭噴霧量と水銀除去率の関係から必要な排ガス中への活性炭噴霧量を設定する請求項１記載の排ガス浄化方法である。

請求項３記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出する排ガスの流路内に、上流側から順次、排ガス中のばいじんを除くための乾式集塵機と、排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）を除去するための塩基性物質を噴霧する塩基性物質噴霧装置と、排ガス中に含まれる水銀を除去するための活性炭噴霧装置と、排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ ₂ ）を除去する脱硫装置と、排ガス中に残留する無水硫酸（ＳＯ ₃ ）とばいじんを除去するための湿式集塵機と、脱硫後の排ガスを大気中に排出する煙突を設置したことを特徴とする排ガス浄化装置である。

請求項４記載の発明は、燃焼装置の運転負荷と、燃焼装置で用いる燃料の組成に基づき排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度を予測する無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測手段と、該無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測手段による無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度の予測値に応じて塩基性物質の噴霧量を設定する塩基性物質噴霧量設定手段と、燃焼装置出口排ガス中の水銀濃度計測手段と、該水銀濃度計測手段と前記負荷計測手段による燃焼装置の負荷と予め決められた排ガス浄化処理後の排ガス中の水銀濃度規制値から必要水銀濃度除去率を計算する必要水銀濃度除去率計算手段と、前記算出した排ガス入口の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測値と前記必要重金属濃度除去率計算手段で計算した必要重金属濃度除去率から、予め求めてある無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度ごとの活性炭噴霧量と水銀除去率の関係を用いて、活性炭噴霧量を算出して、活性炭噴霧量を設定する排ガス中に噴霧する噴霧量設定手段とを有する制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の排ガス浄化装置である。

（作用）
本発明によれば、水銀（Ｈｇ）は活性炭の表面細孔に吸着することより排ガスから除去される。一方、無水硫酸（ＳＯ₃）も吸着するが、ＳＯ₃はＨｇよりも先行的に吸着することが分かった。

したがって、まず塩基性物質の添加により排ガス中のＳＯ₃を除去する。図５に塩基性物質の噴霧量とＳＯ₃除去率の関係を示すが、ＳＯ₃に対し塩基性物質の当量比を２程度として塩基性物質を排ガス中に投入することにより大半のＳＯ₃（８０％以上）が除去可能である。それによって塩基性物質の添加部位の後流側の排ガス中に噴霧する活性炭にはＳＯ₃の吸着量が減少するため、Ｈｇの吸着による活性炭の活性が劣化しない。

すなわち、請求項１、３記載の発明によれば、請求項１、４記載の発明の作用に加えて、塩基性噴霧装置１１および活性炭噴霧装置１２を乾式電気集塵機６より排ガス流路の後流側に配置することで、乾式電気集塵機６での回収灰にＮａやＫなどを含んだ塩基性物質ならびに反応生成物が混入することがなくなるため、灰の再利用に対する問題がない。

また、請求項２、４記載の発明によれば、請求項１、３記載の発明の作用に加えて、先行投入する塩基性物質量により除去された後の排ガス中の無水硫酸（ＳＯ₃）濃度と活性炭噴霧量の関係から、ある水銀除去率を達成するために必要な活性炭噴霧量を決定できるので、必要以上に活性炭を使用することがない。

請求項１、３記載の発明によれば、無水硫酸（ＳＯ₃）による水銀に関する活性炭吸着阻害を防止することが出来るため、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、無水硫酸（ＳＯ₃）、塩化水素（ＨＣｌ）などの除去が可能な排ガス処理システムにおいて、無水硫酸（ＳＯ₃）の影響をあまり受けずに水銀の除去が可能となる。

すなわち、請求項１、３記載の発明によれば、請求項１、４記載の発明の効果に加えて、塩基性噴霧装置１１および活性炭噴霧装置１２を乾式電気集塵機６より排ガス流路の後流側に配置することで、乾式電気集塵機６での回収灰にＮａやＫなどを含んだ塩基性物質ならびに反応生成物が混入することがなくなるため、灰の再利用に対する問題がない。

また、請求項２、４記載の発明によれば、請求項１、２記載の発明の効果に加えて燃焼装置出口排ガス中の無水硫酸（ＳＯ₃）濃度と必要水銀除去率から必要活性炭投入量を計算、制御することにより活性炭使用量削減の効果がある。

本発明の実施例を図面と共に以下説明する。

本実施例による排ガス処理システムの系統を図１に示す。ボイラ１から排出される排ガス２は脱硝装置３に導入されて排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去された後、空気予熱器４においてボイラ１の燃焼用空気５を熱交換によって加熱する。次に、乾式電気集塵器６で排ガス中のばいじんの大半が除去され、誘引ファン７により昇圧されて湿式脱硫装置８に導入される。湿式脱硫装置８に導入された排ガス２は、気液接触により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ₂）が除去される。湿式脱硫装置８において飽和ガス温度にまで冷却された排ガス２は湿式電気集塵機９により亜硫酸（ＳＯ₃）ミストが除去された後、煙突１０から大気中に排出される。

図１において、図６〜図８の従来例と異なる点は、塩基性物質（例えば、硫酸水素ナトリウム）の噴霧装置１１が脱硝装置３の前流側と後流側及び空気予熱器４と乾式電気集塵器６の間の排ガス流路に設置され、活性炭噴霧装置１２が空気予熱器４と乾式電気集塵器６の間の排ガス流路に設置されることであり、また、全ての塩基性物質噴霧装置１１は活性炭噴霧装置１２の上流側の排ガス流路に設置され、塩基性物質噴霧装置１１から燃焼装置出口排ガス中のＨｇ濃度（Ｈｇ濃度計１３で測定する）に応じて塩基性物質が噴霧されることである。

塩基性物質噴霧装置１１より硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）などの塩基性物質が排ガス中に噴霧されると、次式（１）、（２）で示すように無水硫酸（ＳＯ₃）は二酸化硫黄（ＳＯ₂）に還元される。
ＳＯ₃＋ＮａＨＳＯ₃→ＮａＨＳＯ₄＋ＳＯ₂ （１）
ＳＯ₃＋２ＮａＨＳＯ₃→Ｎａ₂ＳＯ₄＋２ＳＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ （２）

また、塩基性物質噴霧装置１１より排ガス中に炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）のような塩基性物質を噴霧すると、無水硫酸（ＳＯ₃）は次式（３）、（４）のように、中和される。
ＳＯ₃＋Ｎａ₂ＣＯ₃→Ｎａ₂ＳＯ₄＋ＣＯ₂ （３）
２ＳＯ₃＋Ｎａ₂ＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ →２ＮａＨＳＯ₃＋ＣＯ₂ （４）

本実施例で用いる前記塩基性物質噴霧装置１１から排ガス中に噴霧される塩基性物質は、アルカリ性の炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウムなどである。

塩基性物質噴霧装置１１において、排ガス中の無水硫酸（ＳＯ₃）に対して塩基性物質の当量比２倍程度を投入して、排ガス中の無水硫酸（ＳＯ₃）を事前に除去した後に、活性炭などの水銀吸着剤を使用すると排ガス中のＨｇは効果的に活性炭に吸着される。その結果、活性炭噴霧装置１２に排ガスが到達するときには無水硫酸（ＳＯ₃）濃度が減少しているため、無水硫酸（ＳＯ₃）による活性炭の水銀吸着阻害能力が減少することで、活性炭への水銀吸着ならびに除去が可能になる。

また、本実施例による排ガス処理システムの制御フローシートを図３に示す。石炭の燃料組成と運転負荷から制御装置１５により無水硫酸（ＳＯ₃）濃度を予測し、該無水硫酸（ＳＯ₃）濃度の予測値に応じて塩基性物質の噴霧量を算出して、該算出した塩基性物質の噴霧量を設定し、同時に運転負荷と燃焼装置出口排ガス中のＨｇ濃度（Ｈｇ濃度計１３で測定する）、予め決められた排ガス浄化処理後の排ガス中のＨｇ濃度規制値から必要Ｈｇ除去率を計算する。前記算出した排ガス入口の無水硫酸（ＳＯ₃）濃度予測値と必要Ｈｇ除去率から、図４に示す無水硫酸（ＳＯ₃）濃度ごとの活性炭噴霧量とＨｇ除去率の関係を用いて、活性炭噴霧量を算出し、投入量を制御装置１５により算出し、必要量の活性炭を噴霧する制御を行う。

本実施例による排ガス処理システムの全体系統図を図２に示す。図２において、図６〜図８に示す従来例と同一の機能または構成を有する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

図２において図１と異なる点は、塩基性物質（例えば硫酸水素ナトリウム）の噴霧装置１１）が乾式電気集塵器６の後流側の排ガス流路に設置され、また活性炭噴霧装置１２が誘引ファン７と湿式脱硫装置８の間の排ガス流路に設置されることであり、従って塩基性物質噴霧装置１１が活性炭噴霧装置１２の上流側の排ガス流路に設置されることである。

実施例１の場合と同様に塩基性物質噴霧装置１１による無水硫酸（ＳＯ₃）の先行除去により、Ｈｇの活性炭噴霧装置１２による吸着が可能になる。さらに、このシステムでは塩基性物質噴霧装置１１および活性炭噴霧装置１２が乾式電気集塵機６の後流側でかつ湿式脱硫装置８の前流側の排ガス流路にある。そのため、図１に示すシステムとは異なり、乾式電気集塵機６でナトリウム（Ｎａ）成分やカリウム（Ｋ）成分を含んだ塩基性物質ならびに反応生成物を含まない灰を回収できる。

高濃度の硫黄を含む石炭焚排ガスを高脱硫率で処理すると共に、水銀を排出させない排ガス処理システムとして産業上の利用可能性が高い。

本発明の実施例１の排ガス浄化システム全体系統図である。 本発明の実施例２の排ガス浄化システム全体系統図である。 本発明の実施例１，２の排ガス浄化システムの塩基性物質噴霧量と活性炭噴霧量の制御フローチャートである。 本発明の排ガス浄化システムの無水硫酸（ＳＯ₃）濃度ごとの活性炭噴霧量とＨｇ除去率の関係の一例である。 本発明の排ガス浄化システム添加剤噴霧量と無水硫酸（ＳＯ₃）除去率の関係の一例である。 従来技術の排ガス処理システムの一例の系統図である。 塩基性物質噴霧装置を設置した従来の排ガス処理システムの一例の系統図である。 活性炭噴霧装置を設置した従来技術の排ガス処理システムの一例の系統図である。

符号の説明

１ ボイラ ２ 排ガス
３ 脱硝装置 ４ 空気予熱器
５ 燃焼用空気 ６ 乾式電気集塵器
７ 誘引ファン ８ 湿式脱硫装置
９ 湿式電気集塵器 １０ 煙突
１１ 塩基性物質噴霧装置
１２ 活性炭噴霧装置
１３ 水銀（Hg）濃度計
１５ 制御装置

Claims (4)

1. ボイラを含む燃焼装置から排出する排ガス中のばいじんを乾式集塵機で除き、ばいじんを除去した排ガスに塩基性物質を噴霧して排ガス中に含まれる無水硫酸（ＳＯ₃）を除去し、次いで排ガスに活性炭を噴霧して排ガス中に含まれる水銀を除去し、その後、排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ₂）を脱硫装置で除去し、さらに湿式集塵機で排ガス中に残留する無水硫酸（ＳＯ₃）とばいじんを除去し、浄化された排ガスを大気中に排出することを特徴とする排ガス浄化方法。
2. 燃焼装置の運転負荷と燃焼装置で用いる燃料の組成から排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度を予測し、該無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度の予測値に応じて塩基性物質の噴霧量を算出して塩基性物質の排ガス中への噴霧量を設定し、同時に運転負荷と排ガス中の水銀濃度と、排ガス浄化処理後の排ガス中の水銀濃度規制値とから必要水銀除去率を計算し、予め求めてある無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度ごとの活性炭噴霧量と水銀除去率の関係から必要な排ガス中への活性炭噴霧量を設定することを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化方法。
3. ボイラを含む燃焼装置から排出する排ガスの流路内に、上流側から順次、排ガス中のばいじんを除くための乾式集塵機と、排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）を除去するための塩基性物質を噴霧する塩基性物質噴霧装置と、排ガス中に含まれる水銀を除去するための活性炭噴霧装置と、排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ ₂ ）を除去する脱硫装置と、排ガス中に残留する無水硫酸（ＳＯ ₃ ）とばいじんを除去するための湿式集塵機と、脱硫後の排ガスを大気中に排出する煙突を設置したことを特徴とする排ガス浄化装置。
4. 燃焼装置の運転負荷と、燃焼装置で用いる燃料の組成に基づき排ガス中の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度を予測する無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測手段と、
   該無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測手段による無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度の予測値に応じて塩基性物質の噴霧量を設定する塩基性物質噴霧量設定手段と、
   燃焼装置出口排ガス中の水銀濃度計測手段と、
   該水銀濃度計測手段と前記負荷計測手段による燃焼装置の負荷と予め決められた排ガス浄化処理後の排ガス中の水銀濃度規制値から必要水銀濃度除去率を計算する必要水銀濃度除去率計算手段と、
   前記算出した排ガス入口の無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度予測値と前記必要重金属濃度除去率計算手段で計算した必要重金属濃度除去率から、予め求めてある無水硫酸（ＳＯ ₃ ）濃度ごとの活性炭噴霧量と水銀除去率の関係を用いて、活性炭噴霧量を算出して、活性炭噴霧量を設定する排ガス中に噴霧する噴霧量設定手段と
   を有する制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の排ガス浄化装置。

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