JP5299601B2 - 排ガス処理方法及び排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、石炭などの化石燃料をボイラなどの燃焼装置によって燃焼させる際に、この燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去するのに用いられる排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関するものである。

上記した化石燃料の燃焼装置、例えば、石炭焚きボイラから排出される石炭の燃焼排ガスには、石炭に起因する水銀が含まれている。この水銀は、難溶性の金属水銀Ｈｇ^０と、水溶性の２価水銀Ｈｇ^２＋（ＨｇＣｌ_２）と、燃焼灰に付着した粒子状水銀Ｈｇ^Ｐとの三つの形態に分かれて排ガス中に存在する。
この水銀を排ガスから除去する排ガス処理装置としては、例えば、石炭焚きボイラから煙突に至るまでの煙道に、脱硝部、脱塵部及び脱硫部を順次配置して成るものがある。

排ガス中に含まれる水銀のうちの粒子状水銀Ｈｇ^Ｐは、その大半がこの排ガス処理装置の電気集じん器やバグフィルタなどの脱塵部で除去され、２価水銀Ｈｇ^２＋は、湿式の脱硫部で高効率に除去されるが、排ガス中に含まれる金属水銀Ｈｇ^０は、脱塵部や脱硫部でほとんど除去されずに大部分が大気に放出されているのが現状である。
大気中に放出された金属水銀Ｈｇ^０は、環境中でより有害な有機水銀（メチル水銀）に変換されるので、この有機水銀が魚貝類などの食用生物に蓄積されて、これが食物連鎖を経て人体内へ入り込むことが懸念されている。

この現状を踏まえて、米国環境保護局では、石炭焚き火力発電所からの水銀排出量を規制することを決定していて、水銀排出量を２０１０年までに現行の３０％削減し、さらに、２０１８年までに現行の７０％削減することを義務付けており、これと同様に、カナダでも石炭焚き火力発電所からの水銀排出量の規制を決定している。
排ガス中に含まれる金属水銀Ｈｇ^０は、水銀と同じく石炭に含まれる塩素に起因する塩化水素（ＨＣｌ）によって、反応式（１）に示すように、脱硝触媒や石炭灰や未燃焼分炭素の表面上で酸化される。

Ｈｇ^０＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ_２ → ＨｇＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ 反応式（１）
但し、２価水銀Ｈｇ^２＋はＨｇＣｌ_２である。
脱硝触媒上での水銀酸化効率は、ＨＣｌ濃度が高い程高くなる。つまり、塩化水素濃度が高い程ＨｇＣｌ_２の生成割合が増加することとなり、その結果、脱塵部や脱硫部で捕集される水銀の割合も増加する。

従来において、燃焼装置から排出される排ガス中の水銀を除去する技術として、煤塵を除去する電気集じん器やバグフィルタなどの脱塵部の上流に、活性炭などの水銀吸着剤を吹き込み、この吸着剤表面に水銀を吸着させて除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この吸着剤を用いた除去技術では、吸着剤を常時吹き込む必要があるため、ランニングコストが高くつくうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状により効率が変化するといった欠点がある。

この排ガス中のＨＣｌ濃度に関して言えば、元来、石炭中に含まれる塩素の量が、数ppmから数１００ppmと少ないのに加えて、石炭の種類によって含有量に大きなバラツキがあり、これを燃焼排ガス中のＨＣｌ濃度に換算すると、１ppm未満から数１０ppmとなってしまい、このように排ガス中のＨＣｌ濃度が低い場合には、排ガスの性状にもよるが、脱硝触媒や未燃分炭素や灰上での水銀酸化効率が低下し、これに伴って脱塵部及び脱硫部での水銀捕集効率も低下する。

これに対応するべく、石炭焚きボイラからの煙道中にハロゲンを含む物質を注入する方法（例えば、特許文献２参照）や、塩素化合物を石炭とともに燃焼装置に供給して燃焼させた後、電気集じん器などの脱塵部の前で排ガス温度を１５０℃以下に冷却して、脱塵部において水銀の除去を行う方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
米国特許第6521021号 特開平10-230137号公報 特開2000-325747号公報

ところが、上記した煙道中にハロゲンを含む物質を注入して水銀を除去する方法や、塩素化合物を石炭とともに燃焼装置に供給して燃焼させて脱塵部において水銀の除去を行う方法では、脱硝触媒や未燃分炭素や灰上での水銀酸化効率を上げるために、排ガス中の塩化水素濃度を高くする必要がある。
つまり、塩素化合物のような薬剤類を新たに添加する必要があり、石炭を燃焼させる場合には、膨大な量を燃焼させるので、それに見合うだけの大量の塩素が必要になって、その分だけコストの上昇を招いてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、化石燃料、例えば、石炭をボイラなどの燃焼装置によって燃焼させる際に、石炭の種類や燃焼装置から排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高い効率で除去することができ、加えて、より一層の低コスト化を実現することが可能である排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、貯炭場から運ばれて粉砕した化石燃料を燃焼装置に供給して燃焼させるに際して、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、前記貯炭場から前記燃焼装置までの間の何処かに塩素を含む廃棄物そのままのもの又は加工して成る塩素含有添加物を供給する添加物供給部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記水銀を液相で吸収して捕集する脱硫部を備え、前記添加物供給部が、前記塩素含有添加物が固体状を成す場合に該塩素含有添加物を前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの貯炭場側送給路に供給する貯炭場側供給路及び前記ミルの燃焼装置側送給路に供給する燃焼装置側供給路を有する一方の添加物供給部と、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合に該塩素含有添加物を前記燃焼装置に直接供給する供給管及び前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を有する他方の添加物供給部を具備している排ガス処理装置により、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理方法であって、前記塩素含有添加物が固体状を成す場合には、該塩素含有添加物を前記一方の添加物供給部から前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの前記貯炭場側送給路に供給すると共にミルの前記燃焼装置側送給路に供給し、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合には、該塩素含有添加物を前記他方の添加物供給部から前記供給管に供給すると共に前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する前記送給管に供給して、前記化石燃料とともに前記燃焼装置で燃焼させることで、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くし、次いで、前記脱塵部で前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集すると共に、前記脱硫部で前記水銀を液相で吸収して捕集する構成としたことを特徴としており、この排ガス処理方法の構成を前述した課題を解決するための手段としている。

この場合、供給する塩素含有添加物の量は、水銀の酸化・除去に必要な塩素量に基づいて決定する。
一方、本発明の請求項２に係る発明は、化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理装置であって、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、貯炭場から前記燃焼装置までの間の何処かに塩素を含む廃棄物そのままのもの又は加工して成る塩素含有添加物を供給する添加物供給部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記水銀を液相で吸収して捕集する脱硫部を備え、前記添加物供給部は、前記塩素含有添加物が固体状を成す場合に該塩素含有添加物を前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの貯炭場側送給路に供給する貯炭場側供給路及び前記ミルの燃焼装置側送給路に供給する燃焼装置側供給路を有する一方の添加物供給部と、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合に該塩素含有添加物を前記燃焼装置に直接供給する供給管及び前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を有する他方の添加物供給部を具備している構成としている。

本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置において、燃焼装置からの煙道には、通常、脱硝部が配置され、この脱硝部内の脱硝触媒上や、煙道中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、Ｈｇ⁰とＨＣｌとを反応させてＨｇＣｌ₂に酸化させる。

本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項２に係る排ガス処理装置では、上記した構成としているので、燃焼装置から排出される排ガス中の塩化水素の濃度が高くなることで、燃焼装置からの煙道に配置される脱硝部などにおける水銀酸化効率が上昇して水溶性の２価水銀の生成割合が増加することから、燃焼装置からの煙道に配置される脱塵部や脱硫部における水銀捕集量が増加する。

そして、この水銀除去には、吸着剤を用いていないので、その分だけランニングコストを少なく抑え得るうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状によって水銀捕集効率が低下しない。
つまり、石炭の種類や燃焼装置から排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高効率且つ低コストで除去することが可能であり、加えて、貯炭場から燃焼装置までの間の何処かに供給する塩素含有添加物として、塩素を含む廃棄物をそのまま用いたり、塩素を含む廃棄物に加工を施したものを用いたりしているので、塩素化合物などの塩素含有添加物を別途揃える必要がない分だけ、より一層の低コスト化を実現することが可能である。

また、水銀の酸化・除去に必要な塩素量に見合うだけの塩素含有添加物を供給するようになせば、有機塩素化合物を処分する際に多量の塩化水素が発生することで生じる不具合を回避できる。
実際には、膨大な量の石炭を燃焼させるので、それに見合うだけの塩素量が必要になり、したがって、膨大な量の石炭を燃焼させるのと同時に多量の廃棄物を処理することができる。

また、本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項２に係る排ガス処理装置において、塩素含有添加物が液体状又は燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成している場合には、塩素含有添加物を添加物供給部から燃焼装置に直接供給すると共に燃焼装置への二次燃焼用空気に混入させて燃焼装置に供給して、化石燃料とともに燃焼させるので、高温下で一気に気化分解させることができ、その結果、ガス状の塩化水素を効率よく生成させることが可能である。
さらに、本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項２に係る排ガス処理装置において、塩素含有添加物が固体状を成している場合には、塩素含有添加物を添加物供給部から貯炭場と燃焼装置との間に配置されるミルの貯炭場側送給路に供給すると共にミルの燃焼装置側送給路に供給することから、供給時の取り扱いが容易なものとなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による排ガス処理装置を示しており、この実施形態では、本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置を石炭焚きボイラ（燃焼装置）から排出される排ガスの処理に適用した場合を例に挙げて説明する。
図１に示すように、この排ガス処理装置１は、石炭焚きボイラＢから煙突２に至るまでの煙道Ｒに順次配置した脱硝部３、エアヒータ４、脱塵部５、熱交換器６、脱硫部７及び熱交換器８を備えているほか、化石燃料としての石炭を粉砕して燃焼装置側送給路１２を介して石炭焚きボイラＢに供給するミル９を備えている。

このミル９の石炭焚きボイラＢとは反対側には貯炭場１０が位置していると共に、貯炭場１０に続く貯炭場側送給路１１が位置している。
また、この排ガス処理装置１は、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、貯炭場１０から石炭焚きボイラＢまでの間の何処かに塩素含有添加物を供給する添加物供給部１５を備えており、この場合、塩素含有添加物は、塩素を含む廃棄物（塩化ビニル、農薬、溶剤などの塩素化合物）そのままのもの又は加工して成るものとしている。

この実施形態において、塩素含有添加物が固体状を成す場合には、貯炭場側送給路１１に塩素含有添加物を供給する貯炭場側供給路１６及び燃焼装置側送給路１２に供給する燃焼装置側供給路１７を具備した添加物供給部１５Ａを使用し、塩素含有添加物が液体状又は粉状を成す場合には、石炭焚きボイラＢに塩素含有添加物を直接供給する供給管１８及び石炭焚きボイラＢへの二次燃焼用空気導入路１３に連通する送給管１９を具備した添加物供給部１５Ｂを使用するようにしている。

なお、ここで言う粉状を成す塩素含有添加物とは、石炭焚きボイラＢに直接供給した場合において、石炭焚きボイラＢでの燃焼に支障をきたさない、固体状塩素含有添加物のことである。
この場合、煙道Ｒにおける脱硝部３の上流側にアンモニアを添加して、排ガスに含まれるＮＯ_Ｘを還元して窒素と水に変換するようにしている。

さらに、脱硝部３内の脱硝触媒上や、脱硝部３内及び煙道Ｒ中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、金属水銀Ｈｇ^０とＨＣｌとを反応させて水溶性の２価水銀Ｈｇ^２＋（ＨｇＣｌ_２）に酸化させるようにしている。
そして、湿式脱硫部７において、脱塵部５を通過した２価水銀Ｈｇ^２＋（ＨｇＣｌ_２）を液相吸収し、汚泥中に取り込んで捕集するようにしており、脱塵部５には灰処理系設備２０が接続してあると共に、湿式脱硫部７には、排水処理系設備２１及び汚泥処理系設備２２がそれぞれ接続してある。

この排ガス処理装置１では、貯炭場１０から貯炭場側送給路１１を介して送られた石炭をミル９によって粉砕し、これを石炭焚きボイラＢに供給して燃焼を開始させる。そして、石炭焚きボイラＢから排出される排ガスの処理を行う場合には、まず、煙道Ｒにおける脱硝部３の上流側にアンモニアを添加して、排ガスに含まれるＮＯ_Ｘを還元して窒素と水に変換する。

上記石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる水銀のうち、金属水銀Ｈｇ^０は、脱硝部３内の脱硝触媒上や、脱硝部３内及び煙道Ｒ中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、ＨＣｌと反応して水溶性の２価水銀Ｈｇ^２＋（ＨｇＣｌ_２）に変換される。
ここで、添加物供給部１５から、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、貯炭場１０から石炭焚きボイラＢまでの間の何処かに塩素含有添加物を供給する。

この際、塩素含有添加物が固体状を成す場合には添加物供給部１５Ａを使用し、貯炭場側供給路１６及び燃焼装置側供給路１７を介して貯炭場側送給路１１及び燃焼装置側送給路１２に塩素含有添加物を供給する。
一方、塩素含有添加物が液体状又は粉状を成す場合には添加物供給部１５Ｂを使用し、供給管１８及び送給管１９を介して石炭焚きボイラＢ及び二次燃焼用空気導入路１３に塩素含有添加物を直接供給する。

次いで、脱塵部５では、２価水銀Ｈｇ^２＋を煤塵とともに捕集し、湿式脱硫部７では、上記脱塵部５を通過した２価水銀Ｈｇ^２＋（ＨｇＣｌ_２）を液相で吸収して汚泥中に取り込んで捕集し、この後、水銀を含んだ汚泥を産業廃棄物として廃棄処理するようにしている。
上記したように、この実施形態の排ガス処理方法及び排ガス処理装置１では、石炭を石炭焚きボイラＢによって燃焼させる際に、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中の塩化水素の濃度が高くなることで、石炭焚きボイラＢからの煙道Ｒに配置される脱硝触部３などにおける水銀酸化効率が上昇して水溶性の２価水銀の生成割合が増加することから、石炭焚きボイラＢからの煙道Ｒに配置される脱塵部５や脱硫部７における水銀捕集量が増加する。

そして、この水銀除去には、吸着剤を用いていないので、その分だけランニングコストを少なく抑え得るうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状によって水銀捕集効率が低下しない。
つまり、石炭の種類や石炭焚きボイラＢから排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高効率且つ低コストで除去することが可能であり、加えて、貯炭場１０から石炭焚きボイラＢまでの間の何処かに供給する塩素含有添加物として、塩素を含む廃棄物をそのまま用いたり、塩素を含む廃棄物に加工を施したものを用いたりしているので、塩素化合物などの塩素含有添加物を別途揃える必要がない分だけ、より一層の低コスト化を実現することが可能である。

また、廃棄物燃焼ボイラでの燃焼に適さない塩化ビニル、農薬、溶剤などの廃棄物をも処理することが可能である。

本発明の一実施形態による排ガス処理装置を示す概略構成説明図である。

符号の説明

１ 排ガス処理装置
９ ミル
１０ 貯炭場
１１ 貯炭場側送給路
１２ 燃焼装置側送給路
１３ 二段燃焼用空気導入路
１５Ａ（１５） 一方の添加物供給部（添加物供給部）
１５Ｂ（１５） 他方の添加物供給部（添加物供給部）
１６ 貯炭場側供給路
１７ 燃焼装置側供給路
１８ 供給管
１９ 送給管
Ｂ 石炭焚きボイラ（燃焼装置）
Ｒ 煙道

Claims (2)

1. 貯炭場から運ばれて粉砕した化石燃料を燃焼装置に供給して燃焼させるに際して、
   前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、前記貯炭場から前記燃焼装置までの間の何処かに塩素を含む廃棄物そのままのもの又は加工して成る塩素含有添加物を供給する添加物供給部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記水銀を液相で吸収して捕集する脱硫部を備え、前記添加物供給部が、前記塩素含有添加物が固体状を成す場合に該塩素含有添加物を前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの貯炭場側送給路に供給する貯炭場側供給路及び前記ミルの燃焼装置側送給路に供給する燃焼装置側供給路を有する一方の添加物供給部と、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合に該塩素含有添加物を前記燃焼装置に直接供給する供給管及び前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を有する他方の添加物供給部を具備している排ガス処理装置により、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理方法であって、
   前記塩素含有添加物が固体状を成す場合には、該塩素含有添加物を前記一方の添加物供給部から前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの前記貯炭場側送給路に供給すると共にミルの前記燃焼装置側送給路に供給し、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合には、該塩素含有添加物を前記他方の添加物供給部から前記供給管に供給すると共に前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する前記送給管に供給して、前記化石燃料とともに前記燃焼装置で燃焼させることで、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くし、
   次いで、前記脱塵部で前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集すると共に、前記脱硫部で前記水銀を液相で吸収して捕集する
   ことを特徴とする排ガス処理方法。
2. 化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理装置であって、
   前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、貯炭場から前記燃焼装置までの間の何処かに塩素を含む廃棄物そのままのもの又は加工して成る塩素含有添加物を供給する添加物供給部と、
   前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記排ガス中に含まれる水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、
   前記燃焼装置の排ガス流れ下流側に位置して、前記水銀を液相で吸収して捕集する脱硫部を備え、
   前記添加物供給部は、前記塩素含有添加物が固体状を成す場合に該塩素含有添加物を前記貯炭場と前記燃焼装置との間に配置されるミルの貯炭場側送給路に供給する貯炭場側供給路及び前記ミルの燃焼装置側送給路に供給する燃焼装置側供給路を有する一方の添加物供給部と、前記塩素含有添加物が液体状又は前記燃焼装置に供給した際に燃焼を阻害しない固体粉状を成す場合に該塩素含有添加物を前記燃焼装置に直接供給する供給管及び前記燃焼装置への二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を有する他方の添加物供給部を具備している
   ことを特徴とする排ガス処理装置。

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