JP5523807B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Description
1) 本発明の第1の発明は、ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、前記還元酸化助剤が気化する領域よりも後流側に設けられ、前記還元酸化助剤が気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスと前記排ガスとの混合を促進する混合手段と、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、を有し、前記混合手段が、前記煙道内に配設され、前記煙道内の前記排ガスのガス流れの上流側では平板状に形成されると共に、前記排ガスのガス流れの下流側に向かうに従って波形に形成される拡散旋回板であり、前記波形は、前記排ガスのガス流れ方向に対して略直交する方向に形成され、前記排ガスのガス流れの下流側に向かうに従って振幅が大きくなるように形成されてなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
x>L×sinα・・・(3)
a≦b/5・・・(4)
但し、aは吹込み管のノズル間距離であり、bは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
前記ボイラの煙道内に気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給工程、
前記還元酸化助剤が気化する領域よりも後流側に、前記還元酸化助剤が気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記排ガスと混合させるのを促進する混合工程、
脱硝触媒で前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する還元脱硝処理工程、
該還元脱硝処理工程において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫工程。
図1は、本発明の実施例1に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図であり、図2は、排ガス処理装置の構成の一部を示す図である。
図1、2に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置10は、ボイラ11からの排ガス12中に含まれる窒素酸化物(NOx)、水銀(Hg)を除去する排ガス処理装置であって、ボイラ11の下流の煙道13内に、還元酸化助剤として塩化アンモニウム(NH4Cl)を含む塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液14を噴霧ノズル15により液体状で噴霧する塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給手段(還元酸化助剤供給手段)16と、NH4Clが気化する領域よりも後流側に設けられ、NH4Clが気化した際に生成される酸化性ガスとして塩化水素(HCl)ガス及び還元性ガスとしてアンモニア(NH3)ガスを排ガス12と混合させるのを促進する混合器(混合手段)17と、排ガス12中のNOxをNH3ガスで還元すると共に、HClガス共存下でHgを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置(還元脱硝手段)18と、脱硝された排ガス12を熱交換する熱交換器(エアヒータ)19と、脱硝された排ガス12中の煤塵を除去する集塵器20と、還元脱硝装置18において酸化されたHgをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー21を用いて除去する湿式脱硫装置22と、を有するものである。
また、本発明においては、還元酸化助剤とは、酸化性ガス共存下で水銀(Hg)を酸化するのに用いられる酸化助剤と、還元性ガスによりNOxを還元する還元剤として機能するものをいう。
本実施例では、酸化性ガスとしてHClガスが用いられ、還元性ガスとしてNH3ガスが用いられている。
実際の煙道寸法、実際の処理条件を考慮すると、噴霧ノズル15のノズル孔は、例えば煙道13の壁面から0.5m以上離した位置に設けるのが好ましい。
NH4Cl溶液14の液滴径と、液滴が噴霧から蒸発するまでの時間と、液滴が蒸発するまでの移動距離との関係の一例を表1に示す。表1中、tはNH4Cl溶液14の液滴が噴霧から蒸発するまでの時間を表し、Lは液滴が蒸発するまでの移動距離を表す。
図3は、噴霧ノズルから噴霧されるNH4Cl溶液の煙道に対する噴射角度を説明する図である。図3中、噴霧ノズル15のノズル孔から噴霧されるNH4Cl溶液14の液滴の煙道13の壁面に対する噴射角度をαとし、煙道13から噴霧ノズル15のノズル孔までの距離をxとする。
図3に示すように、噴霧ノズル15は、噴霧ノズル15のノズル孔から噴霧されるNH4Cl溶液14の液滴の煙道13の壁面に対する噴射角度αに応じて、下記式(i)を満たすように設置することで、NH4Cl溶液14から噴霧される液滴が煙道13の壁面に衝突しないようにすることができる。
L×sinα < x・・・(i)
但し、Lは、NH4Cl溶液の液滴が蒸発するまでの移動距離を表す。
NH4Cl → NH3+HCl・・・(1)
また、NH4Cl溶液14が気化する前に煙道13の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道13の腐食等に起因して発生する煙道13の破損を防止することができる。
尚、図7〜図10中、符号42については符号46の部材との違いを明確にするためハッチングを加えて示している。
図7に示すように、本実施例の混合器17は、排ガス12に旋回流を生じさせる旋回流誘起部材41を排ガス12の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットで形成されるものである。図8〜図10に示すように、旋回流誘起部材41は、排ガス12の入口側に対向面42aを有する一対の第1の旋回流誘起板42と、排ガス12の排出側に対向面43aを有する一対の第2の旋回流誘起板43と、を有し、第1の旋回流誘起板42と第2の旋回流誘起板43とを連結する連結部として平板状の中間部材44において第1の旋回流誘起板42の対向面42aと第2の旋回流誘起板43の対向面43aとが異なるように各々連結されている。本実施例においては、第1の旋回流誘起板42の対向面42aと第2の旋回流誘起板43の対向面43aとが約90°異なるようにして配置されている。
なお、図11、12中には、図7同様、旋回流誘起部材41を煙道13の幅方向に六個設けている。
図11、12に示すように、排ガス12は、旋回流誘起部材41を通過する際、第1の旋回流誘起板42及び第2の旋回流誘起板43に衝突してガス流れが変化し、第1の旋回流誘起板42、第2の旋回流誘起板43を迂回するようにして流れることで、排ガス12を旋回しながら煙道13の下側から上側に向かって流すことができるため、排ガス12とHClガス、NH3ガスとの混合を促進することができる。
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(2)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H)・・・(3)
但し、Bは設置位置における煙道の断面の長辺であり、Hは煙道の断面の短辺であり、MIN(B、H)は煙道の断面の長辺B、煙道の断面の短辺Hのうちの何れか短い方の辺である。煙道の断面の長辺B、短辺Hが同じ長さである場合にはどちらでもよい。
図15は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。図15に示すように、混合器17の圧損が25mmAq以下であるためには、下記式(4)を満たす必要がある。また、排ガス12中のNH3の濃度の濃度バラツキを5%以下とするためには、下記式(5)を満たす必要がある。
MIN(B、H)×D/L2≧2・・・(4)
MIN(B、H)×D/L2≦5・・・(5)
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(2)
MIN(B、H)/10≦D・・・(6)
2L2/MIN(B、H)≦D≦5L2/MIN(B、H)・・・(7)
MIN(B、H)/50≦D≦5×MIN(B、H)・・・(8)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(3)
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O・・・(9)
Hg+1/2O2+2HCl → HgCl2+H2O・・・(10)
CaCO3 + SO2 + 0.5H2O → CaSO3・0.5H2O + CO2 ・・・(11)
CaSO3・0.5H2O + 0.5O2 + 1.5H2O → CaSO4・2H2O ・・・(12)
噴霧ノズル15の上流側には、排ガス12の流量を計測する流量計61が設けられている。流量計61により排ガス12の流量が測定される。流量計61により測定された排ガス12の流量の値は制御装置62に送られ、排ガス12の流量の値に基づいて噴霧ノズル15から噴射するNH4Cl溶液14の流量、角度、初速度などを調整することができる。
本発明の実施例2に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
図16は、本発明の実施例2に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。なお、実施例1に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
a≦b/5・・・(13)
但し、aは吹込み管のノズル間距離であり、bは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
a≦b/10・・・(14)
本発明の実施例3に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
図17は、本発明の実施例3に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図であり、図18は、噴霧ノズルの構成を簡略に示す図である。なお、実施例1、2に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本発明の実施例4に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
本発明の実施例4に係る排ガス処理装置は、吹込み管70が煙道13内に24本設けられる場合、各々の吹込み管70−11〜70−24からの噴霧量を変更可能としたものである。
図20は、本発明の実施例4に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。なお、実施例1乃至3に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
例えば、吹込み管70−2〜70−10、70−14〜70−22の噴霧量を1としたとき、吹込み管70−1、70−11〜70−13、70−23、70−24の噴霧量は1.5とする。
本発明の実施例5に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図21は、本発明の実施例5に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た時の図であり、図22は、煙道の長辺方向から見た時の図である。なお、実施例1乃至4に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本発明の実施例6に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図23は、本発明の実施例6に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た時の図であり、図24は、煙道の長辺方向から見た時の図である。なお、実施例1乃至5に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本発明の実施例7に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図27は、本発明の実施例7に係る排ガス処理装置の一部を示す図であり、図28は、図27中の符号Zを示す部分拡大斜視図である。なお、実施例1乃至6に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
混合促進補助部材76は、複数のガイドベーン75同士を連結するリブ77と直交する方向に伸びる複数の板状部材である。ガイドベーン75同士を連結するリブ77に混合促進補助部材76を設けることで、排ガス12のガス流れを乱すことができるため、混合器17において排ガス12におけるHClガス、NH3ガスの混合が十分でない場合でも、還元脱硝装置18の上流側で排ガス12におけるHClガス、NH3ガスの混合を促進することができる。このため、排ガス12中のHClガス、NH3ガスの濃度ムラを抑制することができ、還元脱硝装置18においてHgの酸化性能、NOxの還元性能を向上させることができる。
本発明の実施例8に係る排ガス処理装置は、図1に示す本発明の実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図29は、本発明の実施例8に係る排ガス処理装置の煙道内の拡散旋回板を示す模式図であり、図30は、図29中のA−A断面を簡略に示す図であり、図31は、旋回拡散板の斜視概略図である。
尚、本実施例に係る排ガス処理装置は、実施例1乃至7に係る排ガス処理装置の構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
即ち、拡散旋回板78は、煙道13内の排ガス12のガス流れの上流側に平板で形成される平板部78aと、排ガス12のガス流れの下流側に向かうに従って波形に形成される波板部78bとで構成されている。
図33は、本発明の実施例9に係る排ガス処理装置の構成を簡略に示す図である。
尚、本実施例に係る排ガス処理装置は、実施例1乃至8に係る排ガス処理装置の構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
噴霧ノズル15の上流側には、排ガス12の流量を計測する流量計61が設けられ、排ガス12の流量が測定される。流量計61により測定された排ガス12の流量の値に基づいて制御装置62は噴射ノズル85から噴射するNH3ガス81の流量、角度、初速度などを調整することができる。
11 ボイラ
12 排ガス
13 煙道
14 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液
15 噴霧ノズル
16 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給手段(還元酸化助剤供給手段)
17 混合器(混合手段)
18 還元脱硝装置(還元脱硝手段)
19 熱交換器(エアヒータ)
20 集塵器
21 石灰石膏スラリー
22 湿式脱硫装置
25 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液供給管
26、33、55 空気
27、34 空気供給管
28 塩化アンモニウム(NH4Cl)溶液タンク
31、36 空気供給部
32、70、71 吹込み管
35 噴射孔
37 隙間
41 旋回流誘起部材
42 第1の旋回流誘起板
43 第2の旋回流誘起板
44 中間部材(連結部)
45 下部支持板
46 上部支持板
47−1〜47−3 脱硝触媒層
48 整流板
49 装置本体
50 吸収液送給ライン
51 ノズル
52 浄化ガス
53 煙突
54 水
56 脱水器
57 石膏
61 流量計
62 制御装置
63 NOx濃度計
64−1、64−2 水銀(Hg)濃度計
65 塔底部
66 酸化還元電位測定制御装置(ORPコントローラ)
72 突状部材
73 くびれ部
74 くびれ部材
75 ガイドベーン
76 混合促進補助部材
77 リブ
78 拡散旋回板
78a 平板部
78b 波板部
79 支持部材
81 アンモニア(NH3)ガス
82 アンモニア(NH3)ガス噴射手段
83 NH3ガス供給部
84 アンモニア(NH3)ガス送給通路
85 噴射ノズル
V1〜V4 バルブ
Claims (6)
- ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、
前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、
前記還元酸化助剤が気化する領域よりも後流側に設けられ、前記還元酸化助剤が気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスと前記排ガスとの混合を促進する混合手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、
該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、を有し、
前記混合手段が、前記煙道内に配設され、前記煙道内の前記排ガスのガス流れの上流側では平板状に形成されると共に、前記排ガスのガス流れの下流側に向かうに従って波形に形成される拡散旋回板であり、
前記波形は、前記排ガスのガス流れ方向に対して略直交する方向に形成され、
前記排ガスのガス流れの下流側に向かうに従って振幅が大きくなるように形成されてなることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1において
前記噴霧ノズルは、液体状の前記酸化還元助剤を供給する酸化還元助剤供給管と、前記酸化還元助剤供給管を囲うように設けられ、空気を供給する空気供給管と、を備えることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1又は2において
前記煙道内の前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも後流側に、前記煙道の開口幅を小さくする突状部材、又は前記煙道内の通路を狭くするくびれ部が設けられたことを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至3の何れか一つにおいて
前記還元脱硝装置の上流側に設けられ、前記酸化性ガス及び前記還元性ガスの前記排ガスへの混合を促進する混合促進補助部材が設けられたガイドベーンを有することを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至4の何れか一つにおいて、
前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウムであることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至5の何れか一つにおいて、
前記還元酸化助剤供給手段と前記還元脱硝手段との間に設けられ、前記煙道中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部、前記煙道内に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給部の何れか一方又は両方を有することを特徴とする排ガス処理装置。
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