JP5558042B2 - 排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法 - 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塩化アンモニウムを複数の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、前記噴霧ノズルが、ガス流速15m/s、液滴初速300m/s、液滴径40nm以上80μm以下、排ガス温度350℃、及び液滴温度20℃の条件下における液滴気化に要する距離L、及び噴射角度αに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離xが、下記式(1)を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理装置にある。
x>L×sinα・・・(1)
a≦b/5・・・(2)
但し、aは噴霧ノズル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。
x>L×sinα・・・(3)
a≦b/5・・・(4)
但し、aは噴霧ノズル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。
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(5)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(6)
但し、Bは設置位置における煙道の断面の一方の辺の長さであり、Hは煙道の断面の他方の辺の長さであり、MIN(B、H)は煙道の断面の一方の辺の長さB、煙道の断面の他方の辺の長さHのうちの何れか短辺側の長さの値である。
また、前記還元酸化助剤が気化する前に前記煙道の壁面に付着するのを防止することができるため、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
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る。
図1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を複数の噴霧ノズル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、排ガス12中のNOxを還元性ガスとしてアンモニア(NH3)ガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素(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)を酸化して塩素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2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2中、噴霧ノズル15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2に示すように、噴霧ノズル15は、噴霧ノズル15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(1)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・・・(1)
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・・・(2)
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。
図4は、脱硝装置の構成を具体的に示す図である。図4に示すように、還元脱硝装置18は、3つの脱硝触媒層38−1〜38−3で構成されている。また、排ガス12は還元脱硝装置18を通過する前に整流板39でガス流れを均一にする。NH4Clが分解して生じたNH3ガスは、還元脱硝装置18でNOxの還元脱硝用に用い、HClガスはHgの酸化用に用いてNOx及びHgを排ガス12から除去する。
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O・・・(3)
Hg+1/2O2+2HCl → HgCl2+H2O・・・(4)
CaCO3 + SO2 + 0.5H2O → CaSO3・0.5H2O + CO2 ・・・(5)
CaSO3・0.5H2O + 0.5O2 + 1.5H2O → CaSO4・2H2O ・・・(6)
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51が設けられている。流量計51により、排ガス12の流量が測定される。流量計51により測定された排ガス12の流量の値は制御装置52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5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・・・(7)
但し、aは噴霧ノズル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・・・(8)
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6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7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、噴霧ノズル15が煙道13内に24本設けられる場合、各々の噴霧ノズル15−11〜15−24からの噴霧量を変更可能としたものである。
図9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、噴霧ノズル15−2〜15−10、15−14〜15−22の噴霧量を1としたとき、噴霧ノズル15−1、15−11〜15−13、15−23、15−24の噴霧量は1.5とする。
図10は、本発明による実施例5に係る排ガス処理装置の構成を簡略に示す概念図である。
尚、本実施例に係る排ガス処理装置は、図1に示す実施例1に係る排ガス処理装置10の構成と同様であるため、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。
図10に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置70は、前記図1に示した実施例1に係る排ガス処理装置10の煙道13の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)71を有するものである。
尚、図11〜図14中、符号73については符号74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11に示すように、本実施例の混合器71は、排ガス12に旋回流を生じさせる旋回流誘起部材72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12〜図14に示すように、旋回流誘起部材72は、排ガス12の入口側に対向面73aを有する一対の第1の旋回流誘起板73と、排ガス12の排出側に対向面74aを有する一対の第2の旋回流誘起板74と、を有し、第1の旋回流誘起板73と第2の旋回流誘起板74とを連結する連結部として平板状の中間部材75において第1の旋回流誘起板73の対向面73aと第2の旋回流誘起板74の対向面74a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73の対向面73aと第2の旋回流誘起板74の対向面74aとが約90°異なるようにして配置されている。
なお、図15、16中には、図10同様、旋回流誘起部材72を煙道13の幅方向に6個設けている。
図15、16に示すように、排ガス12は、旋回流誘起部材72を通過する際、第1旋回流誘起板73及び第2旋回流誘起板74に衝突してガス流れが変化し、旋回しながら煙道13の下側から上側に向かって流れるため、第1の旋回流誘起板73、第2の旋回流誘起板74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)・・・(9)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(10)
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19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19に示すように、混合器の圧損が25mmAq以下であるためには、下記式(11)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(12)を満たす必要がある。
MIN(B、H)×D/L2≧2・・・(11)
MIN(B、H)×D/L2≦5・・・(12)
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(9)
MIN(B、H)/10≦D・・・(13)
2L2/MIN(B、H)≦D≦5L2/MIN(B、H)・・・(14)
MIN(B、H)/50≦D≦5×MIN(B、H)・・・(15)
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H) ・・・(10)
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、図10に示す本発明の実施例5に係る排ガス処理装置70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20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図であり、図21は、煙道の長辺方向から見た図である。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、図9に示す本発明の実施例5に係る排ガス処理装置70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22は、本発明の実施例7に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た図であり、図23は、煙道の長辺方向から見た図である。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。
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、図9に示す本発明の実施例5に係る排ガス処理装置70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26は、本発明の実施例8に係る排ガス処理装置の一部を示す図であり、図27は、図26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7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85は、複数のガイドベーン84同士を連結するリブ86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84同士を連結するリブ86に混合促進補助部材85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71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。
図26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51が設けられ、排ガス12の流量が測定される。流量計51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52は噴射ノズル95から噴射するNH3ガス91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、61 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)
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、47 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 吹込み管
35 噴射孔
37 隙間
38−1〜38−3 脱硝触媒層
39 整流板
41 装置本体
42 吸収液送給ライン
43 ノズル
44 浄化ガス
45 煙突
46 水
48 脱水器
49 石膏
51 流量計
52 制御装置
53 NOx濃度計
54−1、54−2 水銀(Hg)濃度計
55 塔底部
56 酸化還元電位測定制御装置(ORPコントローラ)
71 混合器(混合手段)
72 旋回流誘起部材
73 第1旋回流誘起板
74 第2旋回流誘起板
75 中間部材(連結部)
76 下部支持板
77 上部支持板
81 突状部材
82 くびれ部
83 くびれ部材
84 ガイドベーン
85 混合促進補助部材
86 リブ
91 アンモニア(NH3)ガス
92 アンモニア(NH3)ガス噴射手段
93 NH3ガス供給部
94 アンモニア(NH3)ガス送給通路
95 噴射ノズル
V1〜V4 バルブ
Claims (15)
- 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塩化アンモニウムを複数の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、
前記噴霧ノズルが、ガス流速15m/s、液滴初速300m/s、液滴径40nm以上80μm以下、排ガス温度350℃、及び液滴温度20℃の条件下における液滴気化に要する距離L、及び噴射角度αに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離xが、下記式(1)を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理装置。
x>L×sinα・・・(1) - 請求項1において、
前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側に、前記塩化アンモニウム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手段を有す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、
前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から0.5m以上離した位置に設けられる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、
複数の噴霧ノズルのノズル孔が、下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガス処理装置。
a≦b/5・・・(2)
但し、aは噴霧ノズル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。 - 請求項1乃至4の何れか一つにおいて、
前記噴霧ノズルが、前記塩化アンモニウムを噴霧するノズル孔を複数有することを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項5において、
前記ノズル孔同士の間隔が、0.3m以下であることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至6の何れか一つにおいて、
各々の前記噴霧ノズルからの噴霧量が変更可能であることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項1乃至7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。 - 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の水銀除去方法であって、
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塩化アンモニウムを複数の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と、
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と、
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と、を有し、
前記噴霧ノズルをガス流速15m/s、液滴初速300m/s、液滴径40nm以上80μm以下、排ガス温度350℃、及び液滴温度20℃の条件下における液滴気化に要する距離L、及び噴射角度αとに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離xが、下記式(3)を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
x>L×sinα・・・(3) - 請求項9において、
前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側において、混合手段で前記塩化アンモニウム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ことを特徴とする排ガスの水銀除去方法。 - 請求項9又は10において、
前記噴霧ノズルのノズル孔を前記煙道の壁面から0.5m以上離した位置に設けることを特徴とする排ガスの水銀除去方法。 - 請求項9乃至11の何れか一つにおいて、
複数の噴霧ノズルのノズル孔を下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
a≦b/5・・・(4)
但し、aは噴霧ノズル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。 - 請求項9乃至12の何れか一つにおいて、
前記塩化アンモニウムを供給する供給位置よりも上流側に、前記排ガスの流速を測定する流量測定工程を有し、
測定された前記排ガスの流速に基づいて前記塩化アンモニウムの噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。 - 請求項9乃至13の何れか一つにおいて、
前記還元脱硝処理工程の前工程側に、前記排ガス中の窒素酸化物の濃度を測定する窒素酸化物濃度測定工程と、
前記還元脱硝処理工程の後工程側に、前記排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定工程とを含み、
前記窒素酸化物濃度測定工程により得られた前記排ガス中の窒素酸化物の濃度と、前記水銀濃度測定工程により得られた前記排ガス中の水銀の濃度との何れか一方又は両方に基づいて、前記還元酸化助剤供給工程において供給する前記塩化アンモニウムの供給量を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。 - 請求項13又は14において、
前記還元酸化助剤供給工程と前記還元脱硝処理工程との間に、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工程、前記煙道中に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給工程の何れか一方又は両方を含み、
前記流量測定工程により測定された前記排ガスの流速に基づいて前記アンモニアガス供給工程より供給する前記アンモニアガス、前記塩化水素ガス供給工程より供給する前記塩化水素ガスの何れか一方又は両方の噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
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