JP5945093B2

JP5945093B2 - 水銀除去装置

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Publication number: JP5945093B2
Application number: JP2010198951A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　直樹; 直樹佐藤; 克明松澤; 鎌田　博之; 博之鎌田; 俊之内藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012055797A

Description

本発明は、水銀除去装置に関するものであり、詳しくは石炭燃焼時に排ガス中に混入する金属水銀（Ｈｇ^０）を良好に除去することを可能とする水銀除去装置に関するものである。

火力発電所のボイラー（燃焼炉）等で石炭を燃焼させた際に生じる排ガスには、石炭が含有する微量の水銀が含まれている。このような排ガス中の水銀には、非水溶性の金属（０価）の水銀と、水溶性の２価水銀（Ｈｇ^２＋）とが存在している。金属水銀は、気体として存在している水銀（Ｈｇ^０）と、燃焼灰に付着した粒子状水銀（Ｈｇ^Ｐ）との形態で存在している。また２価水銀は、他の陰イオンとイオン化合物（例えば塩化水銀ＨｇＣｌ_２）を形成している。

ボイラーは、付帯設備として排ガス処理系を備えており、粒子状水銀（Ｈｇ^Ｐ）の大部分は、排ガス処理系が有する電気集塵機（Electrostatic Precipitator、ＥＰ）やバグフィルタなどの集塵装置にて除去される。また、水溶性のＨｇ^２＋は、排ガス処理系が有する湿式の排ガス脱硫装置（Fuel Gas Desulfurization、ＦＧＤ）において硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）を除去する際に、同時に高効率に除去される。

しかしながら、非水溶性のＨｇ^０は、ＥＰやＦＧＤで除去されにくいため、ハロゲン化物を石炭と混合燃焼させることで、排ガス中にハロゲンを供給し、系中でＨｇ^０を塩化水銀（ＨｇＣｌ_２）、すなわちＨｇ^２＋とした後、湿式脱硫装置内で塩化水銀を吸収除去する方法が提案されている。

また、排ガスに塩化水素を添加することにより、同様にＨｇ^０をＨｇ^２＋とした後、湿式脱硫装置内で塩化水銀を吸収除去する方法が提案されている。例えば、塩化アンモニウムや塩化水素水溶液を加熱して塩化水素を発生させる塩化水素気化器を脱硝装置の前段に設け、煙道中の排ガス中に塩化水素を供給して、Ｈｇ^０を塩化水銀とした後、除去する方法および装置構成が記載されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００７−１６７７４３号公報特開２００８−１４２６０２号公報

上記特許文献１，２で示された装置構成では、排ガス処理系の煙道に塩化水素を供給する設備を取り付け、更に煙道内に均一において排ガスと塩化水素とを均一に混合させるための分散器を設けることとしている。

しかし、このような構成を採用する場合、煙道内に塩化水素を供給するためには、煙道自体に大がかりな改修が必要となり、設置コストが増加する。また、上記特許文献１，２の構成により、現在稼働中の火力発電所について排ガスからのＨｇ^０除去を試みる場合、煙道自体に改修が必要であるためにボイラーの燃焼を停止したのちに改修工事を行う必要がある。そのため、技術を導入しにくくＨｇ^０対策として採用しにくいものであった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、既存の設備にも導入しやすく且つ効果的に排ガスからＨｇ^０を除去することができる水銀除去装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の水銀除去装置は、煙道内を流動する排ガスに含まれる０価水銀を除去する水銀除去装置であって、還元性ガスが流動する第１配管と、前記第１配管に接続し前記煙道内に前記還元性ガスを供給するノズルと、を有し、前記排ガス中の窒素酸化物と前記還元性ガスとを反応させて前記窒素酸化物を還元する脱硝装置と、前記ノズルを介して前記煙道内に前記０価水銀を酸化する酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給装置と、前記煙道内の前記ノズルの下流側に設けられ、前記排ガスに洗浄水を接触させる除去部と、を備え、前記酸化性ガス供給装置は、加熱により前記酸化性ガスを生じる原料液を加熱する加熱部と、前記加熱部に前記原料液を供給する供給部と、前記加熱部と前記第１配管とを接続する第２配管と、を有し、前記加熱部が、前記煙道の外部に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、腐食性の高い酸化性ガスを貯留する必要がなくなるとともに、原料液の濃度や加熱部への供給量を制御することにより、酸化性ガスの発生量の制御も容易となる。そのため、排ガス中の０価水銀の濃度が変動しても、素早く酸化性ガスの供給量を変動させて制御することができる。また、加熱部が煙道の外に設けられているため、既存の設備に対して付設が容易である。したがって、付設が容易であり既存の設備に導入しやすく、且つ効果的に排ガスから０価水銀を除去することができる水銀除去装置とすることができる。

本発明においては、前記加熱部は、前記原料液が供給される加熱部本体と、該加熱部本体を加熱する加熱手段と、を有し、前記加熱手段は、前記煙道から前記排ガスが導入されて熱源として用いることが望ましい。
この構成によれば、排ガスの熱エネルギーを利用することで、加熱部を加熱するためのエネルギーが不要となり、運転コストの低廉化に寄与することができる。

本発明においては、前記煙道内に前記排ガスに含まれる前記酸化性ガスまたは前記０価水銀の少なくともいずれか一方の濃度を計測するセンサーを有し、前記酸化性ガス供給装置は、前記センサーの測定結果に基づいて、前記０価水銀を酸化するために必要な量の前記酸化性ガスを供給することが望ましい。
この構成によれば、測定結果を用いたフィードバック制御またはフィードフォワード制御により、無駄なく必要な量の酸化性ガスを供給することができる。したがって、例えば原料液の濃度が変動したとしても、酸化性ガスの供給量を好適に制御することができ、確実にＨｇ^０の除去を行うことができる。

本発明においては、前記原料液は、ハロゲン化アンモニウム水溶液であることが望ましい。
ハロゲン化アンモニウムを加熱すると、酸化性ガスであるハロゲン化水素と同時にアンモニアが生じる。アンモニアは脱硝装置にて供給し、排ガス中の窒素酸化物を還元するために用いることができるため、生成物を無駄なく利用することができる。また、ハロゲン化アンモニウムの分解によって生じるアンモニアの分だけ、脱硝装置から排ガス中に供給するアンモニアを減量することができるため、コストを低廉化することができ好適である。

本発明において、前記原料液がハロゲン化アンモニウム水溶液である場合、前記煙道内に前記排ガスに含まれる前記還元性ガスまたは前記窒素酸化物の少なくともいずれか一方の濃度を計測する第２センサーを有し、前記脱硝装置は、前記第２センサーの測定結果に基づいて、前記窒素酸化物を還元するために必要な量の前記還元性ガスを供給することが望ましい。
この構成によれば、ハロゲン化アンモニウムから生成するアンモニアを用いて窒素酸化物を還元し、不足分の還元性ガスを必要分だけ供給することで、過不足なく還元性ガスを供給し、０価水銀を除去しつつ効果的に窒素酸化物も除去することができる。

本発明において、前記第１配管内には、該第１配管内に乱流を発生させる乱流発生手段を有することが望ましい。
この構成によれば、第２配管から第１配管へ供給される酸化性ガスが第１配管内で生じる乱流により攪拌され濃度分布が均一になる。そのため、煙道内に酸化性ガスを均一に散布することが容易となり、効果的に排ガスから０価水銀を除去することができる水銀除去装置とすることができる。

この場合、前記接続部において、前記第１配管の内部に侵入して接続された前記第２配管の端部を、前記乱流発生手段として用いることができる。
この構成によれば、第１配管に別途加工を加えることなく第１配管内に乱流を発生させることができる。

本発明においては、前記除去部は、前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を前記洗浄水に溶解して除去する脱硫装置であることが望ましい。
この構成によれば、通常備える設備を利用して水銀を除去することができる。

この発明によれば、既存の設備にも導入しやすく且つ効果的に排ガスからＨｇ^０を除去することができる水銀除去装置を提供することが可能となる。

第１実施形態の水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。第１実施形態の水銀除去装置が付設されたアンモニア供給装置の説明図である。水銀除去装置とアンモニア供給装置との接続部を示す説明図である。水銀除去装置とアンモニア供給装置との接続部の変形例を示す説明図である。第２実施形態の水銀除去装置が付設されたアンモニア供給装置の説明図である。実施例に用いる実験装置を示す模式図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る水銀除去装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態の水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。この図に示すように、この排ガス処理装置は、ボイラー１、脱硝装置２、電気集じん器３、一塔式の脱硫装置（除去部）４及び煙突５から構成されている。

ボイラー１は、例えば火力発電所にて発電用水蒸気を発生させるためのものであり、石油、天然ガスあるいは石炭等を燃料として水蒸気を発生させる。このような燃料をボイラー１で燃焼させたことによって発生した排ガスは、ボイラー１から脱硝装置２に供給される。

脱硝装置２は、上記排ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯ_ｘを除去するものである。この脱硝装置２では、触媒の存在下で排ガスにアンモニア（ＮＨ_３）を作用させることにより窒素酸化物ＮＯ_ｘを窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解する。また、本発明の水銀除去装置１０としての機能も併せ持つものである。

電気集じん器３は、対向電極間の電場によって排ガス中に含まれる粉塵を吸着して除去するものである。

脱硫装置４は、排ガス中に含まれる硫黄酸化物ＳＯ_ｘを除去する湿式の脱硫装置であり、塔内に導入される排ガスに対して塔上方から循環水を散水することにより、排ガス中の硫黄酸化物ＳＯ_ｘを循環水中に溶解させて除去するものである。また、本発明の水銀除去装置１０としての機能も併せ持つものである。

煙突５は、脱硫装置４から排出された排ガスを高所の外気に放出するものである。

その他、排ガス処理装置の煙道には、排ガスの温度を制御するとともに排ガスが有する熱エネルギーを回収し、回収した熱エネルギーを設備の加熱に用いるための熱交換器が随所に設けられていることとしても良い。

このように構成された排ガス処理装置においては、ボイラー１において燃料が燃焼されることによって発生した排ガスが脱硝装置２に供給される。排ガスは、脱硝装置２において窒素酸化物ＮＯ_ｘが除去され、電気集じん器３において粉塵が除去され、脱硫装置４において硫黄酸化物ＳＯ_ｘ、微細な塵及び水銀が除去された後に、煙突５を介して外部に排出される。

また、排ガス中には、非水溶性の金属水銀（０価水銀、Ｈｇ^０）、水溶性の２価水銀（Ｈｇ^２＋）、燃焼灰に付着した粒子状水銀（Ｈｇ^Ｐ）が存在するが、Ｈｇ^２＋については脱硫装置４における散水によって除去され、Ｈｇ^Ｐについては電気集じん器３によって除去される。

さらに、本実施形態の水銀除去装置を有するため、窒素酸化物ＮＯ_ｘや硫黄酸化物ＳＯ_ｘの除去と同時に、排ガスに含まれるＨｇ^０についても回収可能となっている。以下、説明する。

図２は、脱硝装置２の一部構成であるアンモニア供給装置（還元性ガス供給装置）２０を説明する説明図である。本実施形態の水銀除去装置は、構成の一部である酸化性ガス供給装置６がアンモニア供給装置２０に接続する形で付設されている。

アンモニア供給装置２０は、排ガスが流動する煙道Ｘ内にアンモニア（還元性ガス）を供給するための設備であり、供給されるアンモニアは、煙道Ｘの下流側に設けられている不図示の触媒において、排ガスに作用させて窒素酸化物ＮＯ_ｘを分解するために用いられる。

アンモニア供給装置２０は、アンモニアを貯留するタンク２１と、タンク２１から払い出されたアンモニアを煙道Ｘ内に導入する配管（第１配管）２２と、煙道Ｘ内でアンモニアを散布するためのノズル２３と、を有している。

アンモニアは、液化アンモニアとしてタンク２１に貯留され、ポンプ２４を介して払い出されて気化器２５において気化する。ノズル２３からは気化したアンモニアが散布される。

酸化性ガス供給装置６は、アンモニア供給装置２０において気化器２５とノズル２３との間に接続され、ノズル２３を介して煙道Ｘ内に酸化性ガスを供給するために設けられている。

ここで「酸化性ガス」とは、Ｈｇ^０を酸化することができるガスであり、具体的にはハロゲン化水素である。例えば、酸化性ガスとして塩化水素を用いた場合、下記の式１に示す反応式により、Ｈｇ^０がＨｇ^２＋に酸化される。

［化１］
Ｈｇ^０＋２ＨＣｌ＋１／４Ｏ_２ → ＨｇＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ

本実施形態の酸化性ガス供給装置６は、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）を加熱分解することによって生じるアンモニアと塩化水素とを煙道Ｘ内に供給する構成となっている。生じるアンモニアは、煙道Ｘ内に導入されることにより、窒素酸化物の還元に用いることが可能であるため、加熱分解によって生じるアンモニア量に応じて、アンモニア供給装置２０からのアンモニア供給量を低減させることが可能となる。

具体的には、酸化性ガス供給装置６は、塩化アンモニウム水溶液を貯留する原液タンク６１と、原液タンク（供給部）６１からポンプ（供給部）６２１を用いて払い出した塩化アンモニウム水溶液が流動する配管６２と、配管６２を介して供給される塩化アンモニウム水溶液を加熱し、蒸発させる蒸発部６３と、蒸発した塩化アンモニウムを分解しアンモニアと塩化水素とを生成させる分解部（加熱部）６４と、アンモニア供給装置２０の配管２２と一端が接続し、分解部６４にて生成したアンモニアおよび塩化水素（以下、アンモニアと塩化水素とをあわせて、生成ガスと称する）を配管２２内に供給する配管（第２配管）６５と、を有している。

その他、酸化性ガス供給装置６は、洗浄水を貯留する洗浄水タンク６６と、洗浄水タンク６６と配管６２とを接続する配管６６１と、洗浄水タンク６６から洗浄水を払い出すポンプ６６２と、を有し、配管６２内を洗浄する洗浄設備を有している。洗浄設備は、通常は配管６６１に設けられたバルブ６６３を閉じておくとともに、必要に応じて配管６２内に洗浄水を供給し、配管６２内に塩化アンモニウムが析出し管が閉塞する不具合を抑制するためのものである。

蒸発部６３と分解部６４の内部には、蒸発部６３側から分解部６４側にキャリアガスが流動しており、塩化アンモニウム及び生成するアンモニアと塩化水素とを配管２２に向けて流動させる構成となっている。キャリアガスとしては、設備維持費用の低廉化の観点から空気を用いることが好ましい。

蒸発部６３は、塩化アンモニウム水溶液が供給される中空筒状の本体６３１と、本体６３１を囲んで設けられ本体６３１の内部空間を加熱するヒーター６３２とを有している。同様に分解部６４も、蒸発部６３で蒸発した塩化アンモニウムが接続配管６３３を介して供給される本体６４１と、本体６４１を囲んで設けられ本体６４１の内部空間を加熱するヒーター６４２と、を有している。

塩化アンモニウムは、３３７℃で昇華し、分解してアンモニアと塩化水素と生じることが知られ、また５００℃以上に加熱するとアンモニアが分解することが知られている。そこで、蒸発部６３および分解部６４においては、本体６３１，６４１内の温度を例えば３５０℃から５００℃に保ち、塩化アンモニウムの昇華と分解とを行う。

蒸発部６３と分解部６４との内部温度は、同じ温度であっても良く、異なる温度であっても良い。たとえば、分解を促進することを目的として蒸発部６３の内部温度を分解部６４よりも高くすることとしても良く、逆に塩化アンモニウムの分解反応を十分に行うために分解部６４の内部温度を蒸発部６３よりも高くすることとしても良い。

図では、蒸発部６３と分解部６４とを、接続配管６３３で接続された別体の構成として図示しているが、一体に設けることとしても良い。すなわち、本体６３１，６４１を連通した一体の筒状部材として設け、周囲に複数のヒーターを配置して筒状部材内において温度環境が異なる複数の領域を形成するように構成することとしても構わない。

蒸発部６３と分解部６４とは、塩化アンモニウムが十分に分解する時間だけ内部を流動することが可能な長さを有しており、内部に導入される塩化アンモニウムは、蒸発部６３および分解部６４の内部を連続的に流動する間に分解する。

上述のようにして蒸発部６３および分解部６４で生成する生成ガスは、配管６５内を流動し、図において符号Ａで示す配管２２と配管６５との接続部から配管２２内に供給される。

図３は接続部Ａを示す説明図である。図３に示すように、接続部Ａにおいては、配管２２におけるアンモニアの流れ方向に交差する方向に配管６５が接続され、配管６５から生成ガスが供給される。配管２２内のアンモニアと、配管６５内の生成ガスが合流する箇所では、相対的な流速の違いから乱流が発生し、下流側へ流動ながら均一に混合され、混合ガスＧを生じる。

図４は、接続部Ａの構成の変形例である。まず、図４（ａ）に示すように、接続部Ａにおいては元の配管６５から分岐した複数の配管（図では配管６５ａ，６５ｂの２つ）を対向させて接続することとしても良い。図３の構成では、配管６５から供給される生成ガスは、配管２２において配管６５が接続する側（符号２２ａ）から混合されながら対向側（符号２２ｂ）に拡散することとなるが、図４（ａ）の構成では配管２２の両側から生成ガスの混合および拡散が起こるため、配管２２内のアンモニアに対して素早く均一に塩化水素を混合して混合ガスＧとすることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、配管６５の端部（乱流発生手段）６５１を配管２２の内部にまで導入し、たとえば配管２２の幅方向における中央付近から生成ガスを放出する構成としても良い。図では端部６５１を配管２２における下流側に向け、配管２２内のアンモニアの流れ方向に、生成ガスを放出している。端部６５１が配管２２における上流側に向く構成であっても良い。このような構成でも、配管２２内のアンモニアに対して素早く均一に塩化水素を混合して混合ガスＧとすることができる。

図２に戻って、接続部Ａにおいて混合され生じる混合ガスは、ノズル２３を介して煙道Ｘ内に供給される。通常、脱硝装置２のアンモニア供給装置２０が有するノズル２３は、煙道Ｘ内の排ガスに対してできるだけ均一にアンモニアを供給することが可能なように作り上げられている。

また、煙道Ｘの上流には、排ガス中のＨｇ^０、窒素酸化物の濃度を測定するセンサー（第１センサー、第２センサー）７が設けられている。例えば、煙道Ｘの上流に設けられたエコノマイザー（節炭器）の出口付近に設けられる。

センサー７による測定結果は制御装置８に送られ、制御装置８は、アンモニア供給装置２０によるアンモニアの供給量や、酸化性ガス供給装置６による塩化水素およびアンモニアの供給量を制御（フィードフォワード制御）する。制御は、例えば、配管２２に設けられたバルブ２９や配管６５に設けられたバルブ６９の開度調節、アンモニア供給装置２０のポンプ２４や酸化性ガス供給装置６のポンプ６２１の運転制御によって行う。

具体的には、センサー７によってＨｇ^０の濃度を測定することにより、酸化性ガス供給装置６から供給する塩化水素の量の必要量を知ることができ、必要十分な量の塩化水素を供給するようにバルブ２９やポンプ２４の運転を制御する。

同様に、センサー７によって窒素酸化物の濃度を測定することにより、アンモニア供給装置２０から供給するアンモニアの必要量を知ることができる。酸化性ガス供給装置６からは、塩化水素と同時にアンモニアも供給されるため、不足分のアンモニアを供給するようにバルブ６９やポンプ６２１の運転を制御することができる。

また、煙道Ｘの下流にセンサーを設け、アンモニア供給装置２０や酸化性ガス供給装置６をフィードバック制御することとしても良い。

例えば、センサーによってＨｇ^０や塩化水素の濃度を測定することにより、酸化性ガス供給装置６から供給する塩化水素の量の過不足を知ることができる。塩化水素の供給量が不足していればＨｇ^０が高濃度に検出され、塩化水素の供給量が過剰であれば塩化水素が高濃度に検出されるためである。制御装置は、測定結果に基づいて必要十分な量の塩化水素を供給するようにバルブ２９やポンプ２４の運転を制御する。

同様に、センサーによって窒素酸化物やアンモニアの濃度を測定することにより、アンモニア供給装置２０から供給するアンモニアの量の過不足を知ることができる。アンモニアの供給量が不足していれば窒素酸化物が高濃度に検出され、アンモニアの供給量が過剰であればアンモニアが高濃度に検出されるためである。制御装置は、測定結果に基づいて必要十分な量のアンモニアを供給するようにバルブ６９やポンプ６２１の運転を制御することができる。

本実施形態の水銀除去装置では、酸化性ガス供給装置６から供給する塩化水素を、脱硝装置２のアンモニア供給装置２０が有するノズル２３を利用して煙道Ｘ内に供給することによって、煙道Ｘ内の排ガスに均一に塩化水素を供給することが可能となっている。これにより、排ガスに含まれるＨｇ^０は、上述の式１に従って効果的にＨｇ^２＋に酸化され、図１に示す脱硫装置４において除去することが可能となる。

以上のような構成の水銀除去装置によれば、脱硝装置２が有するアンモニア供給装置２０に酸化性ガス供給装置６を付設することで、ノズル２３を介して煙道Ｘ内に塩化水素を供給することができるため、付設が容易であるとともに、煙道Ｘ内に塩化水素を均一に散布することが容易となる。したがって、既存の設備に導入しやすく、且つ効果的に排ガスからＨｇ^０を除去することができる水銀除去装置とすることができる。

なお、本実施形態においては、塩化アンモニウム水溶液を原料液とし、塩化アンモニウム水溶液を加熱して塩化水素を得ることとしたが、これに限らず、Ｈｇ^０を酸化することができる酸化性ガスが得られるならば、他の原料液を用いることとしても構わない。

例えば、塩化アンモニウムの他のハロゲン化アンモニウムを用いることもでき、また、塩化ナトリウム水溶液や塩化カルシウム水溶液などの金属塩水溶液を用いることもできる。加えて、金属塩水溶液として海水を用いることも可能である。

更には、酸化性ガスとしてハロゲン化水素を用いず、ハロゲンガスそのものを用いても良い。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る水銀除去装置の説明図であり、図２に対応する図である。

本実施形態の水銀除去装置は、第１実施形態の水銀除去装置と一部共通している。異なるのは、第１実施形態の酸化性ガス供給装置６においては、塩化アンモニウムを分解する蒸発部６３，分解部６４をそれぞれが有するヒーター６３２，６４２を用いて加熱していたところ、本実施形態では、煙道Ｘ内を流動する排ガスの熱を利用して加熱することである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

原液タンク６１から供給される塩化アンモニウム水溶液は、蒸発分解部６７内に導入される。蒸発分解部６７には煙道Ｘ内から高温の排ガスを分収し蒸発分解部６７を加熱する分収配管６８が接続されている。分収配管６８は、煙道Ｘから排ガスを分収し蒸発分解部６７に供給する第１分収配管６８１と、蒸発分解部６７を加熱するために用いた排ガスを再び煙道Ｘに戻すために、蒸発分解部６７と煙道Ｘとを接続する第２分収配管６８２とを有する。

蒸発分解部６７は、中空筒状の蒸発部６７１と、蒸発部６７１と連通する分解部６７２と、蒸発部６７１および分解部６７２の周囲を覆い、分収配管６８が接続されて高温の排ガスが流動する加熱装置（加熱手段）６７３が設けられている。蒸発部６７１および分解部６７２と、加熱装置６７３と、は熱交換器を形成している。

脱硝装置２が有する脱硝触媒は、３５０℃〜４００℃付近で最も反応効率が高くなるため、通常、排ガスは熱交換器（エコノマイザー、節炭器）により除熱され、脱硝触媒に導入される前には排ガスの温度が３５０℃〜４００℃程度となるように設計されている。蒸発分解部６７では、この熱を利用して加熱している。

このような構成の酸化性ガス供給装置６を有する水銀除去装置では、塩化アンモニウムの分解に必要な加熱のためのエネルギーを排ガスから得ることができるため、設備のランニングコストを低減し、省エネルギー化を実現することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。本実施例は、本発明の効果を検証するために行ったものであり、この実施例によって本発明が限定されるものではない。

図６は、実施例にて用いた試験装置１００を説明する説明図である。試験装置１００は、電気加熱式のいわゆる落下管炉（Drop Tube Furnace）であり、管状反応炉１１０と、管状反応炉１１０の一端側から内部に塩化アンモニウムとＨｇ^０と一酸化窒素（ＮＯ）を供給する供給装置１２０と、管状反応炉１１０内に設けられた脱硝触媒１３０と、管状反応炉１１０内の他端側に接続され内部の気体を排気するブロア１４０と、管状反応炉１１０内の気体を取り出し分析する分析装置１５０と、を有している。

管状反応炉１１０は、電気炉１１１とマントルヒーター１１２とによって構成され、それぞれの内部には、互いに筒状に連通した反応炉１１０Ａが形成されている。反応炉１１０Ａは、一端側に加熱されていない領域ＡＲ１が設定され、他端側に加熱されている領域ＡＲ２が設定されている。領域ＡＲ２には、脱硝触媒１３０が配置されている。

供給装置１２０は、タンク１２１からポンプ１２３によって吸い上げた塩化アンモニウム水溶液をマスフローコントローラー１２２で流速を制御した空気によって第１噴霧ノズル１２４を介して反応炉１１０Ａ内の領域ＡＲ１に噴霧する構成となっている。また、第１噴霧ノズル１２４とは別体に設けられた第２噴霧ノズル１２５を介して、反応炉１１０Ａ内の領域ＡＲ１にＨｇ^０および一酸化窒素を供給する。

分析装置１５０は、反応炉１１０Ａ内の気体をサンプリングし、反応炉１１０Ａ内に供給する塩化アンモニウムとＨｇ^０と一酸化窒素により反応を分析する。領域ＡＲ２に配置される脱硝触媒１３０の上流側の気体は、排出口１５１ａ、フィルタ１５１ｂ、バルブ１５１ｃを有する第１サンプリング部１５１からサンプリングされ、脱硝触媒１３０の下流側の気体は、排出口１５２ａ、フィルタ１５２ｂ、バルブ１５２ｃを有する第２サンプリング部１５２からサンプリングされる。サンプリングした気体は、水銀分析計１５３にてＨｇ^０濃度が検出される。同様に、冷却器１５４およびダイヤフラムポンプ１５５を介してガス分析計１５６に導入され、一酸化窒素濃度が検出される。

このような試験装置１００を用い、脱硝反応とＨｇ^０の酸化反応とが同時に生じることを確かめた。試験条件は、反応炉温度：３５０℃、ガス流量：３．３ＮＬ／ｍｉｎ、塩化アンモニウム供給量：１００ｐｐｍ、Ｈｇ^０供給量：１０μｇ／ｍ^３、一酸化窒素供給量：１７６ｐｐｍであった。

試験結果として、下記式１，２に従い水銀酸化率および脱硝率をそれぞれ求めた。試験結果を表１に示す。

以上の結果より、塩化アンモニウムの分解によって生じた塩化水素によって水銀が酸化されていることが確かめられた。また、アンモニアを別途供給しなくても塩化アンモニウムの分解によって生じたアンモニアによって脱硝反応が進行していることが確かめられ、本発明の方法により脱硝装置に用いるアンモニアの使用量を低減させることが可能であることも確かめられた。これらのことより、本発明の有用性が確かめられた。

２…脱硝装置、４…脱硫装置（除去部）、６…酸化性ガス供給装置、７…センサー（第１センサー、第２センサー）、１０…水銀除去装置、２２…配管（第１配管）、２３…ノズル、６１…原液タンク（供給部）、６４…分解部（加熱部）、６５…配管（第２配管）、６２１…ポンプ（供給部）、６５１…端部（乱流発生手段）、６７２…分解部（加熱部本体）、６７３…加熱装置（加熱手段）、Ａ…接続部、Ｘ…煙道、

Claims

煙道内を流動する排ガスに含まれる０価水銀を除去する水銀除去装置であって、
還元性ガスが流動する第１配管と、前記第１配管に接続し前記煙道内に前記還元性ガスを供給するノズルと、を有し、前記排ガス中の窒素酸化物と前記還元性ガスとを反応させて前記窒素酸化物を還元する脱硝装置と、
前記第１配管に接続され、当該第１配管及び前記ノズルを介して前記煙道内に前記０価水銀を酸化する酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給装置と、
前記煙道内の前記ノズルの下流側に設けられ、前記排ガスに洗浄水を接触させる除去部と、を備え、
前記酸化性ガス供給装置は、加熱により前記酸化性ガスを生じるハロゲン化アンモニウム水溶液を加熱する加熱部と、
前記加熱部に前記ハロゲン化アンモニウム水溶液を供給する供給部と、
前記加熱部と前記第１配管とを接続する第２配管と、を有し、
前記加熱部が、前記煙道の外部に設けられ、
前記加熱部は、前記ハロゲン化アンモニウム水溶液が供給される加熱部本体と、該加熱部本体の周囲を取り囲むように設けられて前記加熱部本体を加熱する加熱手段と、を有し、
前記加熱部本体は、前記ハロゲン化アンモニウム水溶液に含まれる水を蒸発させる蒸発部と、該蒸発部に連通し、前記ハロゲン化アンモニウム水溶液に含まれるハロゲン化アンモニウムを分解する分解部と、を有し、
前記加熱手段は、前記煙道から前記排ガスが導入されて熱源として用いることを特徴とする水銀除去装置。
前記煙道内の前記ノズルの下流において、前記排ガスに含まれる前記酸化性ガスまたは前記０価水銀の少なくともいずれか一方の濃度を計測する第１センサーを有し、
前記酸化性ガス供給装置は、前記第１センサーの測定結果に基づいて、前記０価水銀を酸化するために必要な量の前記酸化性ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の水銀除去装置。
前記煙道内の前記ノズルの下流において、前記排ガスに含まれる前記還元性ガスまたは前記窒素酸化物の少なくともいずれか一方の濃度を計測する第２センサーを有し、
前記脱硝装置は、前記第２センサーの測定結果に基づいて、前記窒素酸化物を還元するために必要な量の前記還元性ガスを供給することを特徴とする請求項１または２に記載の水銀除去装置。
前記第１配管内には、該第１配管内に乱流を発生させる乱流発生手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水銀除去装置。
前記第１配管と前記第２配管との接続部において、前記第１配管の内部に侵入して接続された前記第２配管の端部を、前記乱流発生手段として用いることを特徴とする請求項４に記載の水銀除去装置。
前記除去部は、前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を前記洗浄水に溶解して除去する脱硫装置であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水銀除去装置。