JP5656649B2 - 排ガス処理システム及び排ガス処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ボイラから排出される排ガスを浄化する排ガス処理システム及び方法に関する。
従来、火力発電設備等に設置されるボイラから排出される排ガスを処理するための排ガス処理システムが知られている。排ガス処理システムは、ボイラからの排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、脱硝装置を通過した排ガスの熱を回収するエアヒータと、熱回収後の排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去するための脱硫装置とを備えている。脱硫装置としては、石灰スラリー等の吸収液を排ガスと気液接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式の脱硫装置が一般的に用いられる。
ところで、ボイラから排出される排ガスには、上記の窒素酸化物や硫黄酸化物の他に水銀等の有害物質が微量に含まれることがある。そこで、上記の排ガス処理システムにおいては、排ガス中の水銀を除去する方法として、煙道中、高温の脱硝装置の前流工程で塩素化剤をガス噴霧し、脱硝触媒上で水銀を酸化（塩素化）させて水溶性の塩化水銀にしたのち、後流の湿式脱硫装置で吸収液に溶解させることにより除去する方法が行われている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００９−２６２０８１号公報
上記の水銀除去方法では、排ガス中の塩化水銀を吸収液に溶解させると、液中の水銀濃度が高くなり気液平衡により水銀が液相から気相に移り、脱硫装置内の排ガス中に飛散してしまうという問題があった。
このため、脱硫装置内において水銀が排ガス中に飛散するのを抑制することが切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、脱硫装置内において水銀の排ガスへの飛散を抑制することのできる排ガス処理システム及び方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る排ガス処理システムは、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝装置と、前記脱硝装置を通過した排ガス中の硫黄酸化物を吸収液に吸収させることにより、前記硫黄酸化物を前記排ガスから除去する脱硫装置とを備えた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る脱硫排水中の固体分と液体分とを分離する固液分離手段と前記脱硫排水中の水銀を除去する水銀除去手段とを有する排水処理装置と、前記排水処理装置で処理した処理排水の少なくとも一部を前記脱硫装置に戻す処理排水返送手段と、を備え、前記水銀除去手段は、前記固液分離手段で分離された分離液中に硫化物を添加することにより前記水銀を固形化する硫化物混和手段と、水銀固形物を濃縮分離する濃縮による固液分離手段と、水銀固形物が濃縮された濃縮物から水銀固形物を系外へ脱水分離する脱水による固液分離手段と、前記濃縮による固液分離手段及び脱水による固液分離手段からの分離液中に含まれる前記硫化物の酸化処理を行う硫化物酸化手段と、前記硫化物酸化手段の前流側に設けられ、前記分離液中に残存する水銀濃度が閾値を超える場合に、水銀固形物を分離する精密処理手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係る排ガス処理システムは、上記請求項１において、前記排水処理装置は、前記脱硫排水中のハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去手段を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る排ガス処理システムは、上記請求項１において、前記脱硝装置と脱硫装置との間に設けられ、前記排ガスの熱を回収するエアヒータと、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラ内部、又は、前記ボイラと前記エアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に設置され前記排水処理装置で処理した処理排水の一部を供給する排水供給手段と、をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係る排ガス処理システムは、上記請求項３において、前記脱硝装置と並列な位置、又は、前記エアヒータと並列な位置の少なくとも一方にバイパス管を設け、前記バイパス管に前記排水供給手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項５に係る排ガス処理方法は、燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を脱硝装置により分解する脱硝工程と、前記脱硝装置を通過した排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置の吸収液に吸収させることにより、前記硫黄酸化物を前記排ガスから除去する脱硫工程とを有する排ガス処理方法において、前記脱硫装置から排出される脱硫排水中の固体分と液体分とを分離する固液分離処理と、前記脱硫排水中の水銀を除去する水銀除去処理とを含む排水処理工程と、前記排水処理工程で処理した処理排水の少なくとも一部を前記脱硫装置に戻す処理排水返送工程と、を有し、前記排水処理工程の前記水銀除去処理は、前記固液分離手段で分離された分離液中に硫化物を添加することにより前記水銀を固形化する硫化物混和工程と、水銀固形物を濃縮分離する濃縮による固液分離工程と、水銀固形物が濃縮された濃縮物から水銀固形物を系外へ脱水分離する脱水による固液分離工程と、前記濃縮による固液分離工程及び脱水による固液分離工程からの分離液中に含まれる前記硫化物の酸化処理を行う硫化物酸化工程と、前記硫化物酸化工程の前流側に設けられ、前記分離液中に残存する水銀濃度が閾値を超える場合に、水銀固形物を分離する精密処理工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項６に係る排ガス処理方法は、上記請求項５において、前記排水処理工程は、前記脱硫排水中のハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去処理を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項７に係る排ガス処理方法は、上記請求項５において、前記脱硝装置と脱硫装置との間に、前記排ガスの熱を回収するエアヒータを設置し、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラ内部、又は、前記ボイラと前記エアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に、前記排水処理工程で処理した処理排水の一部を供給する処理排水供給工程をさらに有することを特徴とする。
また、本発明の請求項８に係る排ガス処理方法は、上記請求項７おいて、前記脱硝装置と並列な位置、又は、前記エアヒータと並列な位置の少なくとも一方にバイパス管を設け、前記バイパス管の内部に前記処理排水を供給することを特徴とする。
本発明の排ガス処理システムおよび排ガス処理方法によれば、脱硫装置から排出される脱硫排水中の水銀を除去処理した後の処理排水を脱硫装置に戻すように構成したので、脱硫装置内の吸収液の水銀濃度を低減させることができる。その結果、脱硫装置内において水銀が排ガス中に飛散するのを抑制することができる。
図１は、実施例１に係る排ガス処理システムの概略構成図である。 図２は、実施例１における排水処理装置の構成の一例を示す図である。 図３は、実施例２における排水処理装置の構成の一例を示す図である。 図４は、実施例３における排水処理装置の構成の一例を示す図である。 図５は、実施例４に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、実施例１に係る排ガス処理システム１０Ａの概略構成図である。図１に例示される排ガス処理システム１０Ａは、石炭を燃料として使用する石炭焚きボイラや重油を燃料として使用する重油焚きボイラ等のボイラ１１からの排ガス２５から、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）等の有害物質を除去する装置である。
図１に例示される排ガス処理システム１０Ａは、ボイラ１１からの排ガス２５中の窒素酸化物を除去する脱硝装置１２と、脱硝装置１２を通過した排ガス２５の熱を回収するエアヒータ１３と、熱回収後の排ガス２５中の煤塵を除去する集塵機１４と、煤塵が除去された後の排ガス２５中の硫黄酸化物を湿式で除去する脱硫装置１５と、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８から水銀等の有害物質を除去する排水処理装置１６と、排水処理装置１６で処理した処理排水４０の少なくとも一部を脱硫装置１５に戻す処理排水返送手段１７（以下、補給水ラインとよぶ）とを備えて構成されている。ボイラ１１、脱硝装置１２、エアヒータ１３、集塵機１４、脱硫装置１５は、一本の煙道Ｄにより接続され、ボイラ１１から排出される排ガス２５は各装置での工程を経て浄化された後、煙突２７から屋外に排出される。この排ガス処理システム１０Ａは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８に含まれる水銀等の有害物質を除去処理した後の処理排水４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を脱硫装置１５に戻し、脱硫装置１５と排水処理装置１６との間で処理排水４０を循環させるように構成したことを特徴とするものであり、上記構成とすることにより脱硫装置１５で用いる吸収液の水銀濃度を低減させている。
脱硝装置１２は、ボイラ１１からの排ガス２５中の窒素酸化物を除去する装置であり、その内部に脱硝触媒層（図示せず）を有している。脱硝工程において、脱硝装置１２に導入された排ガス２５は、脱硝触媒層と接触することにより、排ガス２５中の窒素酸化物が窒素ガス（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解・除去される。また、排ガス２５中の塩素（Ｃｌ）分が多くなると、水に可溶な２価の金属水銀の割合が多くなり、後述する脱硫装置１５で水銀が捕集しやすくなる。このため、図１に示すように脱硝装置１２の上流側にはＨＣｌ供給装置１８が設置され、このＨＣｌ供給装置１８から煙道Ｄ内の排ガス２５中に塩化水素（ＨＣｌ）１９が供給されるようになっている。これにより、排ガス２５に含まれる水銀は脱硝触媒上で酸化（塩素化）され、水溶性の塩化水銀（ＨｇＣｌ）に変換される。
エアヒータ１３は、脱硝装置１２で窒素酸化物が除去された後の排ガス２５中の熱を回収する熱交換器である。脱硝装置１２を通過した排ガス２５の温度は３５０℃〜４００℃程度と高温であるため、エアヒータ１３により高温の排ガス２５と常温の燃焼用空気との間で熱交換を行う。熱交換により高温となった燃焼用空気は、ボイラ１１に供給される。一方、常温の燃焼用空気との熱交換を行った排ガス２５は１５０℃程度まで冷却される。
集塵機１４は、熱回収後の排ガス２５中の煤塵を除去するものである。集塵機１４としては遠心力集塵器、濾過式集塵器、電気集塵器等が挙げられるが、特に限定されない。
脱硫装置１５は、煤塵が除去された後の排ガス２５中の硫黄酸化物を湿式で除去する装置である。この脱硫装置１５では、アルカリ吸収液として石灰スラリー２０（水に石灰石粉末を溶解させた水溶液）が用いられ、装置内の温度は３０〜５０℃程度に調節されている。脱流工程において、石灰スラリー２０は、石灰スラリー供給装置２１から脱硫装置１５の塔底部２２に供給される。脱硫装置１５の塔底部２２に供給された石灰スラリー２０は、図示しない吸収液送給ラインを介して脱硫装置１５内の複数のノズル２３に送られ、ノズル２３から塔頂部２４側に向かって噴出される。脱硫装置１５の塔底部２２側から上昇してくる排ガス２５がノズル２３から噴出する石灰スラリー２０と気液接触することにより、排ガス２５中の硫黄酸化物及び塩化水銀が石灰スラリー２０により吸収され、排ガス２５から分離、除去される。石灰スラリー２０により浄化された排ガス２５は、浄化ガス２６として脱硫装置１５の塔頂部２４側より排出され、煙突２７から系外に排出される。
脱硫装置１５の内部において、排ガス２５中の硫黄酸化物ＳＯｘは石灰スラリー２０と下記式（１）で表される反応を生じる。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋０．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ ＋ＣＯ２・・・（１）
さらに、排ガス２５中のＳＯｘを吸収した石灰スラリー２０は、脱硫装置１５の塔底部２２に供給される空気（図示せず）により酸化処理され、空気と下記式（２）で表される反応を生じる。
ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ＋０．５Ｏ２＋１．５Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ・・・（２）
このようにして、排ガス２５中のＳＯｘは、脱硫装置１５において石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの形で捕獲される。
また、上記のように、石灰スラリー２０は、湿式脱硫装置１５の塔底部２２に貯留した液を揚水したものが用いられるが、この揚水される石灰スラリー２０には、脱硫装置１５の稼働に伴い、反応式（１）、（２）により石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏが混合される。以下では、この揚水される石灰石膏スラリー（石膏が混合された石灰スラリー）を吸収液とよぶ。
脱硫に用いた吸収液（石灰石膏スラリー）は、脱硫排水２８として脱硫装置１５の塔底部２２から外部に排出され、脱硫排水ライン２９を介して排水処理装置１６に送られる。この脱硫排水２８には、石膏の他、水銀等の重金属やＣｌ−、Ｂｒ−，Ｉ−，Ｆ−等のハロゲンイオンが含まれている。
上述した脱硫装置１５においては、生成する石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ結晶に水銀Ｈｇが吸着されることにより水銀が除去される。ここで、石膏の生成量に対する水銀除去量の比率は、石灰石の性質、ハロゲンイオン濃度、脱硫装置の運転条件等によりばらつきがあるが、およそ２ｍｇ／ｋｇ（Ｈｇ除去量／ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ生成量）程度である。そして、重量比が２ｍｇ／ｋｇ以上の水銀含有比率の高い（又は硫黄含有比率の低い）石炭では、水銀を石膏粒子中に吸着しきれないことがある。この場合、脱硫装置１５の内部において、石灰石膏スラリーの上澄み水中の水銀濃度が増加し、この一部が気液平衡により上澄み水から気相（排ガス）へ飛散する現象が生じる。このため、水銀の飛散を防ぐには上澄み水中の水銀濃度を低減させることが必要である。そこで、以下に説明するように、脱硫排水２８を排水処理装置１６に送り、固液分離処理と水銀除去処理からなる排水処理工程を行った後、その処理排水４０を再度脱硫装置１５に戻すように構成し、脱硫装置１５と排水処理装置１６との間で処理排水４０を循環させるようにしたことで、吸収液の水銀濃度を低減させている。
図２は、図１に示した排水処理装置１６の構成例を示す図である。図２に例示される排水処理装置１６は、脱硫排水２８中の石膏を含む固体分と液体分とを分離する固液分離手段３１と、脱硫排水２８中に残存する水銀、ホウ素、セレン等の物質を除去する手段３２（以下では、「水銀除去手段３２」とよぶ）とを有している。
固液分離手段３１としては、例えばベルトフィルタ、遠心分離機、デカンタ型遠心沈降機等が用いられる。脱硫装置１５から排出された脱硫排水２８は固液分離手段３１により石膏３４が分離される。その際、脱硫排水２８中の塩化水銀は石膏に吸着された状態で石膏３４とともに液体と分離される。分離した石膏３４は、排ガス処理システムの外部（以下、「系外」という）に排出される。一方、分離液３５中には、石膏３４に吸着しきれなかった微量の水銀やホウ素、セレン等の物質（以下では、水銀に限定して説明する）が含まれる。これらの物質は、次の水銀除去手段３２により除去される。
水銀除去手段３２では、分離液３５に含まれる水銀を固形化し、水銀固形物３６等を分離液３５から分離する。水銀除去を高精度に行うため、図２に示される例では水銀除去処理を多段階からなる手段で構成してある。水銀除去手段３２は、助剤混和手段３２ａと、固液分離手段（濃縮手段）３２ｂと、固液分離手段（脱水手段）３２ｃと、精密処理手段３２ｄとからなる。まず、助剤混和手段３２ａにおいて、分離液３５に凝集助剤を混和することにより水銀を固形化した後、固液分離手段（濃縮手段）３２ｂにおいて、水銀固形物３６や粒子状物質を濃縮する。濃縮手段としては、重力式沈降、砂濾過等が用いられる。次いで、固液分離手段（脱水手段）３２ｃにおいて、濃縮された水銀固形物３６や粒子状物質等の脱水を行う。脱水手段としては、遠心分離やベルトフィルタ等が用いられる。脱水後の水銀固形物３６等は系外に排出される。固液分離手段（脱水手段）３２ｃで生じた分離液３８は、固液分離手段（濃縮手段３２ｂ）で分離した分離液３７と混合されて精密処理手段３２ｄに送られ、分離液３７中に残存する微量の水銀固形物３９や粒子状物質が除去される。精密処理としては、サイクロンや膜分離等の方法が用いられる。精密処理手段３２で除去された水銀固形物３９等は系外に排出される。
上述した水銀除去手段３２により水銀固形物３６、３９が除去された処理排水４０Ａは、補給水ライン１７を介して脱硫装置１５の補給水として脱硫装置１５に戻される。脱硫装置１５に戻された処理排水４０Ａは、吸収液として用いられた後、再び排水処理装置１６で排水処理されることを繰り返す。すなわち、処理排水４０Ａは脱硫装置１５と排水処理装置１６との間を循環する。ここで、排水処理装置１６を通して循環させる処理排水４０Ａの量（処理排水４０Ａの戻し量）は、脱硫装置１５内の吸収液の水銀濃度やハロゲンイオン濃度をどの程度に設定するかで決まる。例えば、吸収液の水銀濃度を低くする場合には、処理排水４０Ａの戻し量を多くする。
なお、図２では、排水処理装置１６で処理した処理排水４０Ａの一部を後述する噴霧水ライン４４に供給しているが、これは後述する実施例４に対応するものであり、本実施例１では、処理排水４０Ａは噴霧水ライン４４には供給されない。
すなわち、実施例１では、排水処理装置１６で処理された処理排水４０Ａが、予め設定した補給水量の設定値と同じかあるいはそれを下回る場合には、処理排水４０Ａをすべて補給水として脱硫装置１５に戻す。一方、予め設定した補給水量の設定値よりも処理排水４０Ａの量が多い場合には、余剰分の処理排水４０Ａを系外に排出する。
以上説明したように、実施例１の排ガス処理システム１０Ａは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８中の固体分と液体分とを分離する固液分離手段３１と脱硫排水２８中の水銀を除去する水銀除去手段３２とを有する排水処理装置１６と、この排水処理装置１６で処理した処理排水４０の少なくとも一部を脱硫装置１５に戻す補給水ライン１７とを備えた構成としている。このように、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８を排水処理装置１６に送って水銀を除去処理し、水銀を除去した後の処理排水４０Ａの少なくとも一部を脱硫装置１５に戻し、脱硫装置１５と排水処理装置１６との間で処理排水４０Ａを循環させるようにしたことで、脱硫装置１５内の吸収液の水銀濃度を低減させることができる。その結果、脱硫装置１５内部で吸収液中の水銀が液相から気相に移り、水銀が排ガス２５中に飛散するといった事態を抑制することが可能となる。
次に、実施例２に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、実施例２の排ガス処理システムは、図１に示した排ガス処理システム１０Ａと同じ構成であるため、図１を兼用するものとする。図３は、実施例２における排水処理装置１６の構成例を示す図である。図３に示される排水処理装置１６は、上記実施例１で説明した排水処理装置１６の構成に加えて、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−），ヨウ素イオン（Ｉ−），フッ素イオン（Ｆ−）等のハロゲンイオンを除去する手段５０（以下では、「ハロゲンイオン除去手段５０」とよぶ）を備えている。
上記の塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−），ヨウ素イオン（Ｉ−），フッ素イオン（Ｆ−）等のハロゲンイオンは、脱硫装置１５での脱硫工程の際に水銀が石膏に吸着されるのを抑制する性質を持つ。このため、脱硫装置１５に返送する処理排水中のハロゲンイオン濃度が高いと、吸収液の上澄み水中の水銀濃度が増加し、この一部が気相（排ガス）へ飛散する現象が生じる。そのため、ハロゲンイオン除去手段５０によって、水銀除去手段３２で分離した分離液４１からハロゲンイオンを除去し、ハロゲンイオン濃度を低減させるのが好ましい。ハロゲンイオン除去手段５０としては、逆浸透膜を用いた濃縮手段、イオン交換膜を用いた濃縮手段、電気透析法を用いた濃縮手段、蒸留、晶析等の手段が挙げられる。
上記のハロゲンイオン除去手段５０での処理は、水銀除去手段３２から分離液４１が供給される都度、毎回行ってもよいが、分離液４１のハロゲンイオン濃度を測定し、当該ハロゲンイオン濃度が設定値を上回る場合にのみハロゲンイオンの除去処理を行い、ハロゲンイオン濃度が設定値未満である場合にはハロゲンイオン除去手段５０による処理を省略するように構成してもよい。
ハロゲンイオン除去手段５０によりハロゲンイオンが濃縮・除去された処理排水４０Ｂは、補給水ライン１７を介して、脱硫装置１５の補給水として脱硫装置１５に戻される。実施例１と同様に、排水処理装置１６を通して循環される処理排水４０Ｂの量は、脱硫装置１５内の吸収液の水銀濃度やハロゲンイオン濃度をどの程度に設定するかで決まる。
なお、図３では、排水処理装置１６で処理した処理排水４０Ｂの一部を後述する噴霧水ライン４４に供給しているが、これは後述する実施例４に対応するものであり、本実施例２では、処理排水４０Ｂは噴霧水ライン４４には供給されない。また、図３では、ハロゲンイオン除去処理手段５０で生成した濃縮液４２を後述する噴霧水ライン４４に混合しているが、これも実施例４に対応するものであり、本実施例２では、濃縮液４２は系外に排出される。
また、実施例１と同様に、排水処理装置１６で処理された処理排水４０Ｂは、予め設定した補給水量の設定値と同じかあるいはそれを下回る場合には、処理排水４０Ｂをすべて補給水として脱硫装置１５に戻す。一方、予め設定した補給水量の設定値よりも処理排水４０Ｂの量が多い場合には、余剰分の処理排水４０Ｂを系外に排出する。
以上説明したように、実施例２の排ガス処理システム１０Ａにおける排水処理装置１６は、上記実施例１で説明した排水処理装置１６の構成に加えて、水銀の石膏への吸着を抑制する塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−），ヨウ素イオン（Ｉ−），フッ素イオン（Ｆ−）等のハロゲンイオン除去手段５０を備えた構成としている。上記のように構成される実施例２の排ガス処理システム１０Ａによれば、実施例１の効果に加えて、処理排水４０中のハロゲンイオン濃度を低減させることができるため、石膏中への水銀の移行（固形化）を推進するとともに、気相への飛散を抑止することができる。
次に、実施例３に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、実施例３の排ガス処理システムは、図１に示した排ガス処理システム１０Ａと同じ構成であるため、図１を兼用するものとする。図４は、実施例３における排水処理装置１６の構成例を示す図である。図４に示される排水処理装置１６は、上記実施例２で説明した排水処理装置１６の構成に加えて、助剤酸化手段５３を設けた構成としている。水銀除去手段３２の助剤混和工程において、凝集助剤として硫化水素Ｈ２Ｓ、硫化ナトリウムＮａ２Ｓ、硫化水素ナトリウムＮａＨＳ，金属硫化物ＭｘＳy（Ｍは金属元素でＭｎ，Ｆｅなど、ｘ、ｙは数）等の硫化物を用いた場合、処理排水４０を脱硫装置１５に戻した際に処理排水４０中に含まれる凝集助剤が還元剤となり酸化が阻害される可能性がある。このため、凝集助剤として硫化物を用いる場合には、助剤酸化手段５３により、精密処理手段３２ｄで分離した分離液４１に含まれる凝集助剤を酸化処理するのが好ましい。酸化処理としては、具体的には、酸化剤を添加し、硫化物と酸化剤とを反応させる処理を行う。酸化剤としては、空気、酸素Ｏ２、過酸化水素Ｈ２Ｏ２、オゾンＯ３、塩素酸化合物、マンガン化合物、鉄化合物などを挙げることができる。
上記の助剤酸化手段５３での処理を終えた分離液４１は、ハロゲンイオン除去手段５０でハロゲンイオンが濃縮・除去される。ハロゲンイオンが除去された処理排水４０Ｃは、補給水ライン１７を介して、脱硫装置１５の補給水として脱硫装置１５に戻される。実施例１と同様に、排水処理装置１６を通して循環される処理排水４０Ｃの量は、脱硫装置１５内の吸収液の水銀濃度やハロゲンイオン濃度をどの程度に設定するかで決まる。
なお、図４では、排水処理装置１６で処理した処理排水４０Ｃの一部を後述する噴霧水ライン４４に供給しているが、これは後述する実施例４に対応するものであり、本実施例３では、処理排水４０Ｃは噴霧水ライン４４には供給されない。また、図４では、ハロゲンイオン除去処理手段５０で生成した濃縮液４２を後述する噴霧水ライン４４に混合しているが、これも実施例４に対応するものであり、本実施例３では、濃縮液４２は系外に排出される。
また、実施例１と同様に、排水処理装置１６で処理された処理排水４０Ｃは、予め設定した補給水量の設定値と同じかあるいはそれを下回る場合には、処理排水４０Ｃをすべて補給水として脱硫装置１５に戻す。一方、予め設定した補給水量の設定値よりも処理排水４０Ｃの量が多い場合には、余剰分の処理排水４０Ｃを系外に排出する。
以上説明したように、実施例３の排ガス処理システム１０Ａにおける排水処理装置１６は、上記実施例２で説明した排水処理装置１６の構成に加えて、凝集助剤を酸化処理する助剤酸化手段５３を備えた構成としている。上記のように構成したことで、実施例１、２の効果に加えて、処理排水４０を脱硫装置１５に戻した際に処理排水４０中に含まれる凝集助剤が還元剤となり酸化が阻害されるといった事態を防止することができる。
なお、図２〜図４に例示した排水処理装置１６の構成は一例であり、脱硫排水２８の性状等に応じて適宜変更可能である。例えば、図２〜図４に示した例では、水銀除去手段３２を濃縮工程、脱水工程、精密処理工程の多段階で構成することにより高精度に水銀を除去したが、必ずしも多段階とする必要はなく、これらの工程のうちのいずれかを選択して行ってもよい。例えば、分離液３７中の水銀濃度を測定し、当該水銀濃度が閾値未満である場合には精密処理手段３２ｄを省略するように構成してもよい。また、硫化物以外の凝集助剤を用いた場合には、凝集助剤の酸化処理（無害化処理）を省略してもよいのはもちろんである。
また、固液分離手段３１での処理、水銀除去手段３２での処理、ハロゲンイオン除去手段５０での処理の順番は、図２に示した例に限定されない。例えば、水銀除去手段３２での処理を行った後に固液分離手段３１を行ってもよく、また、ハロゲンイオン除去手段５０での処理を行った後に水銀除去手段３２での処理を行ってもよい。
次に、実施例４に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、上述した実施例１〜３と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５は、実施例４に係る排ガス処理システム１０Ｂの概略構成図である。上述した実施例１〜３では、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８を排水処理した後、処理排水４０を補給水として脱硫装置１５へ戻す場合について説明したが、実施例４の排ガス処理システム１０Ｂでは、実施例１〜３の構成に加えて、処理排水４０の一部を、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部、ボイラ１１とエアヒータ１３との間の煙道Ｄの内部、バイパス管４６、４７の内部の少なくとも一箇所に噴霧する構成としている。
図５に例示される排ガス処理システム１０Ｂは、上述したボイラ１１、脱硝装置１２、エアヒータ１３、集塵機１４、脱硫装置１５、排水処理装置１６、補給水ライン１７に加えて、噴霧水ライン４４及び排水噴霧装置４５を備えている。また、脱硝装置１２と並列な位置には、脱硝装置１２の上流側と下流側の煙道Ｄを接続するバイパス管４６が設けられている。同様に、エアヒータ１３と並列な位置には、エアヒータ１３の上流側と下流側の煙道Ｄを接続するバイパス管４７が設けられている。上記構成とすることで、各バイパス管４６,４７の内部を流通する排ガス２５中にも処理排水４０を噴霧することができるようになっている。各バイパス管４６，４７は、その内部を流通する排ガス量が煙道Ｄを流通する排ガス量の数％程度となるように構成されている。
排水処理装置１６で処理される処理排水４０のうち、所定量は補給水ライン１７を介して脱硫装置１５に戻されるが、処理排水４０を脱硫装置１５に戻してもなお余剰の処理排水４０がある場合には、残りの処理排水４０を噴霧水ライン４４に供給し、排水噴霧装置４５によってボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部、煙道Ｄの内部、バイパス管４６、４７内に供給する。
例えば、排水処理装置１６で処理された処理排水４０の量が、予め設定した補給水量の設定値と同じかあるいはそれを下回る場合には、処理排水４０をすべて補給水として脱硫装置１５に戻す。一方、予め設定した補給水量の設定値よりも処理排水４０の量が多い場合には、余剰分の処理排水４０を噴霧水ライン４４に供給し、排水噴霧装置４５によってボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１、煙道Ｄ、バイパス管４６、４７内に供給する。さらに、予め設定した補給水量の設定値と予め設定した噴霧水量の設定値との和よりも、排水処理装置１６で処理される処理排水４０の量が多い場合には、余剰分の処理排水４０を系外に排出する。
ここで、実施例１〜３と同様に、脱硫装置１５に戻す処理排水（補給水）４０の量は、脱硫装置１５内の吸収液の水銀濃度やハロゲンイオン濃度をどの程度に設定するかで決まる。一方、ボイラ１１の炉内部、煙道Ｄの内部、バイパス管４６，４７の内部に噴霧する処理排水（噴霧水）４０の量は、処理する排ガス２５の量に比例して発生する処理排水４０の量と、系外に排出できる処理排水４０の限度量とで決まる。
排水処理装置１６は、上述した実施例１（図２）〜実施例３（図４）で説明したいずれかの構成を適用する。例えば、排水処理装置１６を図２に示すように固液分離手段３１と水銀除去装置３２とで構成する場合には、水銀除去手段３２で処理した処理排水４０Ａの一部を噴霧水ライン４４に供給する。
また、排水処理装置１６を図３に示すように固液分離手段３１と水銀除去装置３２とハロゲンイオン除去手段５０とで構成する場合には、水銀除去手段３２で処理した分離液４１、あるいは、この分離液４１にハロゲンイオンの濃縮液４２を混合した液を処理排水４０Ｂとして噴霧水ライン４４に供給する。例えば、処理排水４０を脱硝装置１２よりも上流側の煙道Ｄ内に噴霧する場合には、図３に示すようにハロゲンイオンの濃縮液４２と分離液４１との混合液を処理排水４０Ｂとして噴霧水ライン４４に供給し、これを煙道Ｄ内に噴霧する。これにより、排ガス２５中の塩素イオン濃度を増加させることができるため、脱硝装置１２における塩化水銀の変換効率を上げることができる。一方、処理排水４０Ｂを脱硝装置１２よりも下流側の煙道Ｄ内やバイパス管４６、４７に噴霧する場合には、ハロゲンイオンの濃縮液４２を混合せず、分離液４１のみを処理排水４０Ｂとして噴霧水ライン４４に供給し、これを煙道Ｄ内及びバイパス管４６、４７に噴霧する。排水処理装置１６を図４に示すように固液分離手段３１と水銀除去装置３２と助剤酸化手段５３とハロゲンイオン除去手段５０とで構成した場合も同様である。
排水噴霧装置４５は、噴霧水ライン４４を介して排水処理装置１６と接続され、処理排水（噴霧水）４０を貯留する排水タンク４８と、排水タンク４８に接続され排水タンク４８に貯留された処理排水４０をボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路と、ボイラ１１の炉内部と、煙道Ｄの内部と、バイパス管４６，４７の内部にそれぞれ供給する複数の排水供給管（排水供給手段）Ｐ０〜Ｐ５とを備えている。排水供給管Ｐ１〜Ｐ５の先端には、処理排水４０を噴霧するノズルＮ１〜Ｎ５が設けられている。
排水供給管Ｐ０〜Ｐ５は、エアヒータ１３により熱が回収される前の高温の排ガス２５が流通する位置、すなわち、エアヒータ１３よりも上流側に設置される。図５に示す例では、排水供給管Ｐ１はボイラ１１に接続され、ノズルＮ１はボイラ１１の炉内部に設置されている。具体的には、ノズルＮ１は、炉の側面や炉の上部の炉壁に設置され、当該ノズルＮ１から炉の中央部の火炎部分又は火炎の上方に向かって脱硫排水２８が噴射される。また、排水供給管Ｐ２はボイラ１１と脱硝装置１２の間の煙道Ｄに接続され、ノズルＮ２は煙道Ｄの内部に設置されている。また、排水供給管Ｐ３は、脱硝装置１２の上流側の煙道と下流側の煙道Ｄを接続するバイパス管４６に接続され、ノズルＮ３はバイパス管４６の内部に設置されている。また、排水供給管Ｐ４は、脱硝装置１２とエアヒータ１３との間の煙道Ｄに接続され、ノズルＮ４は煙道Ｄの内部に設置されている。また、排水供給管Ｐ５は、エアヒータ１３の上流側の煙道と下流側の煙道を接続するバイパス管４７に接続され、ノズルＮ５はバイパス管４７の内部に設置されている。
ノズルＮ１〜Ｎ５としては、例えば二流体ノズル、ロータリアトマイザ等が用いられる。また、ノズルＮ１〜Ｎ５のミスト径は、最大粒径が２００μｍ以下、平均粒径が３０〜７０μｍとするのが好ましい。これにより、排ガス２５との接触効率が向上し、蒸発効率の向上を図ることができる。
ノズルＮ１が設置されるボイラ１１の炉内の排ガス温度は８００℃〜１２００℃程度と最も高温であるため、最も多くの処理排水４０を蒸発させることが可能である。また、ノズルＮ２が設置される煙道Ｄ内部の排ガス温度は５００℃程度、ノズルＮ４が設置される煙道Ｄ内部、及び、ノズルＮ３、Ｎ５が設置されるバイパス管４６，４７の排ガス温度はいずれも３５０℃〜４００℃程度であり、ボイラ１１の炉内部よりも温度は低下するものの、処理排水４０を確実に蒸発させることができる。一方、エアヒータ１３を通過した排ガス２５の温度は１５０℃程度まで低下し、処理排水４０を十分に蒸発させることができない。
また、排水供給管Ｐ０は、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路に設置されている。ここで、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路とは、具体的には、燃料供給装置（図示せず）の内部や、燃料供給装置とボイラ１１とを接続する配管等である。排水供給管Ｐ０から燃料Ｆに供給された処理排水４０は燃料Ｆと混合され、燃料Ｆとともにボイラ１１に投入された後、ボイラ内で蒸発する。
上記の排水供給管Ｐ０〜Ｐ５にはそれぞれ開閉バルブＶ０〜Ｖ５が設置され、これらの開閉バルブＶ０〜Ｖ５の開閉量を制御することにより、排水供給管Ｐ０〜Ｐ５に供給される処理排水４０の流量が調整される。そして、排水タンク４８に貯留される処理排水４０は、排水供給管Ｐ１〜Ｐ５を介して、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部、煙道Ｄ内部、バイパス管４６，４７内部にそれぞれ噴霧される。
ノズルＮ１〜Ｎ５から高温の排ガス２５中に噴霧された処理排水４０は、蒸発して水蒸気となり、その後、排ガス２５とともに脱硫装置１５内に送られる。脱硫装置１５内の温度は３０℃〜５０℃程度であるため、脱硫装置１５内に導入された水蒸気のほとんどは液化し、塔底部２２の石灰スラリー２０と混合される。一方、液化しなかった水蒸気は、浄化ガス２６とともに煙突２７から排出される。
上記のように、煙道Ｄの場所により排ガス２５の温度が異なり、脱硫排水２８の蒸発効率も異なる。そこで、乾燥粒子の搬送効率や排ガス２５の蒸発効率等を考慮した上で、バルブＶ０〜Ｖ５の開閉量を最適化する。
以上説明したように、実施例４の排ガス処理システム１０Ｂでは、実施例１〜３の構成に加えて、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部、煙道Ｄの内部、バイパス管４６，４７の内部の少なくとも１箇所に、処理排水４０を供給する排水供給管Ｐ０〜Ｐ５を設置した構成としている。そして、排水処理装置１６で処理した処理排水４０の少なくとも一部を、補給水として脱硫装置１５に戻す一方、処理排水４０の一部を、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部及び煙道Ｄ等に供給する構成としている。すなわち、本実施例では、処理排水４０を補給水として脱硫装置１５に戻すことに加えて、処理排水４０の一部をボイラ１１や煙道Ｄ等にも供給するようにしたので、上記実施例１〜３の効果に加えて、排水処理装置１６で処理した処理排水４０を最大限に再利用することが可能であり、処理排水４０のすべてを排ガス処理システム１０Ｂ内で再利用することが可能となる。その結果、系外への排水の放出量を著しく低減もしくは完全無排水化を実現することが可能となる。
また、エアヒータ１３により熱が回収される前の高温の排ガス２５中に処理排水４０を直接噴霧する構成としているため、ノズルＮ１〜Ｎ５からの処理排水４０の噴霧量が多くても確実に処理排水４０を蒸発させることができ、単位時間当たりに煙道Ｄ内に戻す処理排水４０の量を増大させることができる。その結果、単位時間当たりの脱硫排水２８の量を増やすことができるため、従来に比して単位時間当たりの排ガスの処理量を増やすことが可能となる。
また、脱硝装置１２と並列な位置とエアヒータ１３と並列な位置にそれぞれバイパス管４６、４７を設け、これらのバイパス管４６、４７内部の排ガス２５中に処理排水４０を噴霧し、蒸発させるようにしたので、処理排水４０の蒸発に伴い発生する灰等の乾燥粒子が脱硝装置１２やエアヒータ１３の中を通過することにより、これらの装置の働きを低下させるおそれがある場合に、各バイパス管４６、４７を介して、乾燥粒子を効率よく脱硝装置１２及びエアヒータ１３の下流側に搬送することができる。
なお、図５に示した排水噴霧装置４５の構成は一例であり、排水供給管Ｐ０〜Ｐ５の設置本数及び設置位置はこれに限定されるものではなく、処理排水４０の量や排ガス２５の種類等に応じて適宜変更することができる。すなわち、ボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路、ボイラ１１の炉内部、ボイラ１１の出口からエアヒータ１３の入口までの煙道Ｄ、バイパス管４６，４７のうち、少なくとも一箇所に設置されればよい。
また、処理排水４０に含まれる有害物質・固形分が微量であり、脱硝装置１２やエアヒータ１３の上流側の煙道Ｄ内に処理排水４０を噴霧しても、これらの装置の働きを低下させるおそれがない場合には、必ずしもバイパス管４６，４７を設ける必要はない。さらに、図５に示した排水噴霧装置４５では、排水処理装置１６からの処理排水４０を排水タンク４８に一旦貯留し、排水タンク４８から処理排水４０を排水供給管Ｐ０〜Ｐ５に供給する構成としたが、排水処理装置１６から噴霧水ライン４４を介して供給される処理排水４０を直接、排水供給管Ｐ０〜Ｐ５に供給する構成としてもよい。
以上のように、本発明に係る排ガス処理システム及び排ガス処理方法によれば、脱硫装置で用いる吸収液中の水銀濃度を低減させることができるため、脱硫装置内において水銀が排ガス中に飛散するのを抑制することができる。
１０Ａ，１０Ｂ 排ガス処理システム
１１ ボイラ
１２ 脱硝装置
１３ エアヒータ
１４ 集塵機
１５ 脱硫装置
１６ 排水処理装置
１７ 補給水ライン（処理排水返送手段）
１８ ＨＣｌ供給装置
１９ 塩化水素
２０ 石灰スラリー
２１ 石灰スラリー供給装置
２２ 塔底部
２３ ノズル
２４ 塔頂部
２６ 浄化ガス
２７ 煙突
２８ 脱硫排水
２９ 脱硫排水ライン
３１ 固液分離手段
３２ 水銀除去手段
４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ） 処理排水
４４ 噴霧水ライン
４５ 排水噴霧装置
４６，４７ バイパス管
４８ 排水タンク
５０ ハロゲンイオン除去手段
５３ 助剤酸化手段
Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 排水供給管（排水供給手段）
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５ ノズル
Ｆ 燃料

Claims (8)

  1. 燃料を燃焼させるボイラと、
    前記ボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝装置と、
    前記脱硝装置を通過した排ガス中の硫黄酸化物を吸収液に吸収させることにより、前記硫黄酸化物を前記排ガスから除去する脱硫装置とを備えた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る脱硫排水中の固体分と液体分とを分離する固液分離手段と前記脱硫排水中の水銀を除去する水銀除去手段とを有する排水処理装置と、
    前記排水処理装置で処理した処理排水の少なくとも一部を前記脱硫装置に戻す処理排水返送手段と、
    を備え、
    前記水銀除去手段は、前記固液分離手段で分離された分離液中に硫化物を添加することにより前記水銀を固形化する硫化物混和手段と、
    水銀固形物を濃縮分離する濃縮による固液分離手段と、
    水銀固形物が濃縮された濃縮物から水銀固形物を系外へ脱水分離する脱水による固液分離手段と、
    前記濃縮による固液分離手段及び脱水による固液分離手段からの分離液中に含まれる前記硫化物の酸化処理を行う硫化物酸化手段と、
    前記硫化物酸化手段の前流側に設けられ、前記分離液中に残存する水銀濃度が閾値を超える場合に、水銀固形物を分離する精密処理手段と、を有することを特徴とする排ガス処理システム。
  2. 前記排水処理装置は、
    前記脱硫排水中のハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去手段を有することを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理システム。
  3. 前記脱硝装置と脱硫装置との間に設けられ、前記排ガスの熱を回収するエアヒータと、
    前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラ内部、前記ボイラと前記エアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に設置され前記排水処理装置で処理した処理排水の一部を供給する排水供給手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理システム。
  4. 前記脱硝装置と並列な位置、又は、前記エアヒータと並列な位置の少なくとも一方にバイパス管を設け、前記バイパス管に前記排水供給手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理システム。
  5. 燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を脱硝装置により分解する脱硝工程と、前記脱硝装置を通過した排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置の吸収液に吸収させることにより、前記硫黄酸化物を前記排ガスから除去する脱硫工程とを有する排ガス処理方法において、
    前記脱硫装置から排出される脱硫排水中の固体分と液体分とを分離する固液分離処理と、前記脱硫排水中の水銀を除去する水銀除去処理とを含む排水処理工程と、
    前記排水処理工程で処理した処理排水の少なくとも一部を前記脱硫装置に戻す処理排水返送工程と、を有し、
    前記排水処理工程の前記水銀除去処理は、前記固液分離手段で分離された分離液中に硫化物を添加することにより前記水銀を固形化する硫化物混和工程と、
    水銀固形物を濃縮分離する濃縮による固液分離工程と、
    水銀固形物が濃縮された濃縮物から水銀固形物を系外へ脱水分離する脱水による固液分離工程と、
    前記濃縮による固液分離工程及び脱水による固液分離工程からの分離液中に含まれる前記硫化物の酸化処理を行う硫化物酸化工程と、
    前記硫化物酸化工程の前流側に設けられ、前記分離液中に残存する水銀濃度が閾値を超える場合に、水銀固形物を分離する精密処理工程と、を含むことを特徴とする排ガス処理方法。
  6. 前記排水処理工程は、前記脱硫排水中のハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理方法。
  7. 前記脱硝装置と脱硫装置との間に、前記排ガスの熱を回収するエアヒータを設置し、
    前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラ内部、又は、前記ボイラと前記エアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に、前記排水処理工程で処理した処理排水の一部を供給する処理排水供給工程をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理方法。
  8. 前記脱硝装置と並列な位置、又は、前記エアヒータと並列な位置の少なくとも一方にバイパス管を設け、前記バイパス管の内部に前記処理排水を供給することを特徴とする請求項７に記載の排ガス処理方法。
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