JPWO2011104841A1 - 排ガス処理システム及び排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス処理システム及び排ガス処理方法 Download PDF

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Abstract

本発明の排ガス処理システム１０Ａは、燃料を燃焼させるボイラ１１と、ボイラ１１からの排ガス１７の熱を回収するエアヒータ１３と、熱回収後の排ガス１７中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する脱硫装置１５とを備え、ボイラ１１に燃料を供給する経路、ボイラ１１の炉内部、ボイラ１１とエアヒータ１３との間の煙道内部の少なくとも一箇所に、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８を供給する排水供給手段Ｐ０〜Ｐ５が設置される。上記構成とすることで、排ガス処理システム全体が大型化することなく、従来に比して単位時間当たりに煙道内に戻す脱硫排水の量を増やすことができる。

Description

本発明は、ボイラから排出される排ガスを処理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、石灰吸収液等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。
湿式の脱硫装置から排出される排水（以下、「脱硫排水」という。）には、塩素イオン、アンモニウムイオン等のイオンや水銀など様々な種類の有害物質が多量に含まれる。このため、脱硫排水をシステム外部に放流する前に脱硫排水からこれらの有害物質を除去する必要があるが、脱硫排水中に含まれるこれら多種類の有害物質の除去処理は複雑であり、処理コストが高いという問題がある。そこで、脱硫排水の処理コストを節減すべく、脱硫排水をシステム外部に放出することなくシステム内で再利用する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、脱硝装置、エアヒータ、集塵機、脱硫装置とが接続される主ラインの煙道から分岐して、脱硫排水を噴霧してガス化する設備を別途設置し、主ラインの煙道から排ガスの一部をこの設備内に導入し、設備内の排ガス中に脱硫排水を噴霧して蒸発させることにより有害物質を析出させた後、このガスを主ラインの煙道に戻すように構成された排ガス処理システムが開示されている。
特開平９−３１３８８１号公報
しかしながら、特許文献１の排ガス処理システムでは、主ラインの煙道から分岐して、脱硫排水を噴霧してガス化する設備を別途設置し、主ラインの煙道から排ガスの一部をこの設備内に導入し、設備内の排ガス中に脱硫排水を噴霧して蒸発させた後、このガスを主ラインの煙道内に戻す構成としているため、脱硫排水を蒸発させるための設備を別途設ける必要があり、排ガス処理システム全体が大型化するという問題がある。
また、一般的に、排ガスの処理量が増えると、それに比例して脱硫排水の量も増えるが、特許文献１の排ガス処理システムでは、脱硫排水を上記の噴霧設備の処理能力で煙道内に戻すことのできるガスの量が制限されるため、単位時間に大量の脱硫排水を処理することができず、結果として排ガスの処理量も抑えられてしまうという問題がある。
このため、排ガス処理システム全体が大型化することなく、従来に比して単位時間当たりに煙道内に戻す脱硫排水の量を増やす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って、排ガス処理システム全体が大型化することなく、従来に比して単位時間当たりに煙道内に戻す脱硫排水の量を増やすことのできる排ガス処理システム及び排ガス処理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、前記ボイラからの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に含まれる硫黄酸化物を吸収液で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、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記脱硫装置から排出される脱硫排水を供給する排水供給手段を備え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、前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方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３に係る排ガス処理システムは、上記請求項２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４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、前記ボイラからの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に含まれる硫黄酸化物を吸収液で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から有害物質を除去処理する排水処理手段と、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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手段で処理された処理排水を噴霧する排水供給手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項５に係る排ガス処理システムは、上記請求項４において、前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方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６に係る排ガス処理システムは、上記請求項５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７に係る排ガス処理システムは、上記請求項４において、前記排水処理手段は、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装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項８に係る排ガス処理システムは、上記請求項４において、前記排水処理手段は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水に含まれる水銀を除去する水銀除去装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項９に係る排ガス処理システムは、上記請求項４において、前記排水処理手段は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水中に含まれるハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項１０に係る排ガス処理方法は、燃料を燃焼させるボイラからの排ガスの熱をエアヒータにより回収した後、脱硫装置において、熱回収後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する排ガス処理方法において、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記脱硫装置から排出される脱硫排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１１に係る排ガス処理方法は、上記請求項１０において、前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を配置し、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記脱硫排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１２に係る排ガス処理方法は、上記請求項１１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、前記バイパス管の内部に前記脱硫排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１３に係る排ガス処理方法は、燃料を燃焼させるボイラからの排ガスの熱をエアヒータにより回収した後、脱硫装置において、熱回収後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去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から有害物質を除去する排水処理を行った後、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記排水処理で処理した処理排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１４に係る排ガス処理方法は、上記請求項１３において、前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を配置し、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記処理排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１５に係る排ガス処理方法は、上記請求項１４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、前記バイパス管の内部に前記処理排水を供給することを特徴とする。
また、本発明の請求項１６に係る排ガス処理方法は、上記請求項１３において、前記排水処理は、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を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項１７に係る排ガス処理方法は、上記請求項１３において、前記排水処理は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水に含まれる水銀を除去する水銀除去処理を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項１８に係る排ガス処理方法は、上記請求項１３において、前記排水処理は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水中に含まれる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。
本発明の排ガス処理システム及び排ガス処理方法によれば、ボイラに燃料を供給する経路、ボイラの炉内部、ボイラとエアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に脱硫排水を直接噴霧する構成としたので、従来のように脱硫排水を蒸発させてガス化する装置を別途設ける必要がない。その結果、排ガス処理システムを大型化することなく、脱硫装置からの脱硫排水のうちシステム外部に放出する量を低減することが可能となる。
また、ボイラ内部やボイラとエアヒータとの間の煙道内の排ガスは、エアヒータで熱回収される前の高温ガスであるから、ボイラ内部や煙道内に多量の脱硫排水を蒸発させることができる。このため、従来に比して単位時間当たりに煙道内に戻す排水の量を増やすことができる。その結果、従来に比して処理できる脱硫排水の量を増やすことができ、結果として、単位時間当たりの排ガスの処理量を増やすことができる。
また、本発明の排ガス処理システム及び排ガス処理方法によれば、脱硫装置から排出される脱硫排水から有害物質を除去処理する排水処理を行い、ボイラに燃料を供給する経路、ボイラの炉内部、ボイラとエアヒータとの間の煙道内部の少なくとも一箇所に、、排水処理で処理された処理排水を直接噴霧する構成としたので、煙道内部における排ガス中の有害物質濃度の増加を防止することができる。
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２に係る排ガス処理システムの概略構成図である。 図３は、実施例３に係る排ガス処理システムの概略構成図である。 図４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。 図５は、実施例５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１７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。
排ガス処理システム１０Ａは、ボイラ１１からの排ガス１７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１７の熱を回収するエアヒータ１３と、熱回収後の排ガス１７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１７中の硫黄酸化物を湿式で除去する脱硫装置１５、及び、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８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からエアヒータ１３に至る煙道内部の少なくとも一箇所に供給する排水噴霧装置１６とを備えて構成されている。これにより、従来に比して単位時間当たりにボイラ１１、煙道Ｄ内に戻す脱硫排水の量を増やすことを可能としている。
脱硝装置１２は、ボイラ１１からの排ガス１７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。脱硝触媒層の前流には還元剤注入器（図示せず）が配置され、この還元剤注入器から排ガス１７に還元剤が注入される。ここで還元剤としては、例えばアンモニア、尿素、塩化アンモニウムなどが用いられる。脱硝装置１２に導入された排ガス１７は、脱硝触媒層と接触することにより、排ガス１７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、排ガス中の塩素（Ｃｌ）分が多くなると、水に可溶な２価の塩化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。
なお、上記の脱硝装置１２は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１７中の窒素酸化物濃度や水銀濃度が微量、あるいは、排ガス１７中にこれらの物質が含まれない場合には、脱硝装置１２を省略することも可能である。
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１７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１７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１７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１７は１５０℃程度まで冷却される。
集塵機１４は、熱回収後の排ガス１７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１７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。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１７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１７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１７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１７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１７中の硫黄酸化物ＳＯｘは石灰スラリー１９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１７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１７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、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、後述する排水ライン２９を介して排水タンク３１に貯留される。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３２が設けられている。同様にして、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３３が設けられている。上記構成とすることで、各バイパス管３２,３３の内部を流通する排ガス１７中にも脱硫排水２８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３２、３３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。
排水噴霧装置１６は、脱硫装置１５から排出される脱硫排水（石膏スラリー）２８を排水タンク３１に送液する排水ライン２９と、脱硫排水２８を貯留する排水タンク３１と、排水タンク３１に接続され、排水タンク３１に貯留された脱硫排水２８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の内部及びバイパス管３２，３３の内部に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、脱硫排水２８を噴霧するノズルＮ１〜Ｎ５が取り付けられている。
排水供給管Ｐ１〜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１７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１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の出口と脱硝装置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Ｄと下流側の煙道Ｄを接続するバイパス管３２に接続され、ノズルＮ３はバイパス管３２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Ｄと下流側の煙道Ｄを接続するバイパス管３３に接続され、ノズルＮ５はバイパス管３３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１７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の炉内のガス温度は１４００℃〜１６００℃程度と最も高温であるため、最も多くの脱硫排水２８を蒸発させることが可能である。また、ノズルＮ２が設置されるボイラ１１の出口と脱硝装置１２との間の煙道Ｄ内部の排ガス温度は５００℃程度、ノズルＮ４が設置される脱硝装置１２とエアヒータ１３との間の煙道Ｄ内部、及び、ノズルＮ３、Ｎ５が設置されるバイパス管３２,３３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、脱硫排水２８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１７の温度は１５０℃程度まで低下し、脱硫排水２８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に供給された脱硫排水２８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に供給される脱硫排水２８の流量が調整される。そして、排水タンク３１に貯留される脱硫排水２８は、排水供給管Ｐ１〜Ｐ５を通過して各ノズルＮ１〜Ｎ５からボイラ１１の炉内部、煙道Ｄ内部、バイパス管３２，３３内部の高温の排ガス１７中にそれぞれ噴霧されるとともに、排水供給管Ｐ０を通過してボイラ１１に燃料Ｆを供給する経路に供給される。
ノズルＮ１〜Ｎ５から高温の排ガス１７中に噴霧された脱硫排水２８は、蒸発して水蒸気となり、その後、排ガス１７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。
このように、エアヒータ１３により熱が回収される前の高温の排ガス１７中に脱硫排水２８を直接噴霧するようにしたことで、脱硫排水２８の噴霧量が多くても確実に脱硫排水２８を蒸発させることが可能となるため、従来に比して単位時間当たりに煙道Ｄ内に戻す脱硫排水２８の量を増やすことができるようになる。その結果、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８の全量を煙道Ｄ内に戻し、系外に排出しない完全無排水化を実現することが可能となる。
また、排ガス１７の処理量に比例して脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８の量も増えるから、単位時間当たりに煙道Ｄ内に戻す脱硫排水２８の量を増大させた結果、単位時間に処理できる排水の量が増加し、結果として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、本実施例では、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３２を設けるとともに、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３３を設け、これらのバイパス管３２、３３の内部の排ガス１７中に脱硫排水２８を噴霧し、蒸発させている。このため、脱硫排水２８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３２、３３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。
また、上記のように、煙道Ｄの場所により排ガス１７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１７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。
なお、図１に示した排水噴霧装置１６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、脱硫排水２８の量や排ガス１７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３２，３３のうち、少なくとも一箇所に設置されればよい。
また、脱硫排水２８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内に脱硫排水２８を噴霧しても、脱硝装置１２やエアヒータ１３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３２，３３を設ける必要はない。また、必ずしもバイパス管３２，３３の両方を設ける必要はなく、どちらか一方を設けた構成としてもよい。
さらに、図１に示した排水噴霧装置１６では、脱硫排水２８を排水タンク３１に一旦貯留し、排水タンク３１から脱硫排水２８を排水供給管Ｐ０〜Ｐ５に供給する構成としたが、脱硫装置１５から排出された脱硫排水２８を直接、排水供給管Ｐ０〜Ｐ５に供給する構成としてもよい。
以上説明したように、実施例１の排ガス処理システム１０Ａでは、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からエアヒータ１３に至る煙道内部の少なくとも一箇所に、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８を供給する排水供給管Ｐ０〜Ｐ５を設置し、当該排水供給管Ｐ０〜Ｐ５により脱硫排水２８を直接供給する構成としている。上記構成としたことで、従来のように脱硫排水をガス化するための設備を別途設ける必要がないため、排ガス処理システム全体が大型化することなく、系外に排出する脱硫排水２８の量を低減させることができる。
さらに、エアヒータ１３により熱が回収される前の高温の排ガス１７中に脱硫排水２８を直接噴霧する構成としているため、脱硫排水２８の噴霧量が多くても確実に脱硫排水２８を蒸発させることが可能となり、従来に比して単位時間当たりに煙道Ｄ内に戻す脱硫排水２８の量を増やすことができるようになる。その結果、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８の全量を煙道Ｄ内に戻し、系外に排出しない完全無排水化を実現することが可能となる。また、従来に比して単位時間当たりに煙道Ｄ内に戻す脱硫排水２８の量を増大させた結果、処理できる脱硫排水２８の量も増えることとなり、結果として、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できる。
また、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３２を設け、このバイパス管３２内部の排ガス１７中に脱硫排水２８を噴霧し、蒸発させるようにしたので、脱硫排水２８の蒸発に伴い発生する灰等の乾燥粒子を、バイパス管３２を介して効率的に脱硝装置１２の下流側に搬送ことができる。同様に、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３３を設け、このバイパス管３３内部の排ガス１７中に脱硫排水２８を噴霧し、蒸発させるようにしたので、脱硫排水２８の蒸発に伴い発生する乾燥粒子を、バイパス管３３を介して効率的にエアヒータ１３の下流側に搬送することができる。
なお、図１に示した例では、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８の全量を、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３２，３３内部の少なくとも一箇所に戻す場合について説明したが、排ガス１７の処理量が多いために脱硫排水２８の量が増え、全量を戻せない場合には、脱硫排水２８から有害物質を除去し、ｐＨを調整した後、その一部を系外に排出してもよい。
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、上述した実施例１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２は、実施例２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では、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８の排水処理を行わずに、脱硫排水２８をそのままボイラ１１や煙道Ｄ内部の排ガス１７中に噴霧する構成としたが、実施例２の排水処理システム１０Ｂでは、排水ライン２９の途中に固液分離装置３５を設け、脱硫装置１５からの脱硫排水２８を固液分離装置３５で固液分離し、その分離液（処理排水）をボイラ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３２，３３内部に供給する構成とした点が、実施例１と異なっている。それ以外の構成は実施例１と同じである。
固液分離装置３５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ものである。固液分離装置３５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、固液分離装置３５により石膏３７が分離される。その際、脱硫排水２８中の塩化水銀は石膏３７に吸着された状態で石膏３７とともに液体と分離される。分離した石膏３７は、システム外部（以下、「系外」という）に排出される。一方、分離液（処理排水）３６は排水ライン２９を介して排水タンク３１に送られる。排水タンク３１に貯留された分離液（処理排水）３６は、排水供給管Ｐ０〜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３２，３３内部に供給され、蒸発する。
このように、実施例２の排ガス処理システム１０Ｂでは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８から石膏３７を分離し、その分離液３６をボイラ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３２，３３内部に供給する構成としている。上記のように構成したことで、実施例１の効果に加えて、煙道Ｄ内で排水が蒸発するのに伴い発生する乾燥粒子の量を実施例１と比べて低減させることができる。その結果、乾燥粒子の付着に起因する脱硝装置１２での反応阻害や、脱硝装置１２及びエアヒータ１３の目詰まりを低減させることができるため、ノズルＮ１〜Ｎ５の設置位置の自由度が向上する。また、脱硫排水２８を固液分離することにより、石膏３７とともに塩化水銀も分離・除去されるため、排水噴霧時に煙道Ｄ内部の排ガス１７中の水銀濃度が増加するのを防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、上述した実施例１，２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３は、実施例３に係る排ガス処理システム１０Ｃの概略構成図である。上述した実施例２では、排水ライン２９の途中に固液分離装置３５を設け、脱硫装置１５からの脱硫排水２８を固液分離装置３５で固液分離し、その分離液３６をボイラ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３２，３３内部に供給する構成としたが、実施例３の排ガス処理システム１０Ｃでは、固液分離装置３５の下流側にさらに排水処理装置３８を設け、この排水処理装置３８により分離液３６中の有害物質や懸濁物等を除去した後、この処理排水３９を排ガス１７中に噴霧する構成とした点が、実施例２と異なっている。それ以外の構成は実施例２と同じである。
排水処理装置３８は、分離液３６中に残存する水銀（石膏３７に吸着しきれなかったもの）、ホウ素、セレン等の物質を除去する手段（以下では、「水銀除去手段」とよぶ）と、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（以下では、「ハロゲンイオン除去手段」とよぶ）とを備えている。
水銀、ホウ素、セレン等の物質は水に溶けやすく、排ガス１７中に噴霧した場合に揮発するため、集塵機１４で除去することが困難である。これらの物質を除去する手段としては、硫化物系の凝集助剤添加による凝集により沈殿除去する手段、活性炭により吸着（浮遊床）除去する手段、キレート剤添加により沈殿除去する手段、晶析手段等が挙げられる。上記で例示される水銀除去手段により上記有害物質が固形化され、固形物は系外に排出される。
また、上記のハロゲンイオンは、脱硫装置１５の脱硫工程の際に水銀の石膏３７への吸着を抑制する性質を持つため、脱硫排水２８から除去するのが好ましい。上記のハロゲンイオンを除去する手段としては、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。上記で例示されるハロゲンイオン除去手段によりハロゲンイオンが濃縮され、濃縮物は系外に排出される。
脱硫装置１５から排出された脱硫排水２８は、まず、固液分離装置３５により塩化水銀を吸着した石膏３７が分離され、石膏３７は系外に排出される。次いで、石膏３７が除去された分離液３６は、排水ライン２９を介して排水処理装置３８に送られ、水銀除去手段により分離液３６中に残存する水銀、ホウ素、セレン等の有害物質が除去される。水銀を除去した後の処理排水はハロゲンイオン除去手段に送られ、ハロゲンイオンが除去される。ハロゲンイオンが除去された後の処理排水３９は排水タンク３１に送られる。排水タンク３１に貯留された処理排水３９は、排水供給管Ｐ０〜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３２，３３内部に供給され、蒸発する。
なお、排水処理装置３８は、必ずしも上記の水銀除去手段とハロゲンイオン除去手段の両方を備える必要はなく、脱硫排水２８の性状に応じて選択して設置する。例えば、脱硝装置１２で水銀を酸化して塩化水銀に変換する処理を行う場合、Ｃｌ−は有用に用いられるため、ハロゲンイオン除去手段による処理を省略し、ハロゲンイオンを含有した状態の処理排水３９を排ガス１７中に噴霧してもよい。また、排水処理装置３８の前段の固液分離装置３５において水銀が十分に除去され、分離液３６中の水銀含有量が極めて低いか、あるいは、水銀が含まれない場合には、水銀除去手段による処理を省略してもよい。
また、排水処理装置３８での水銀除去処理とハロゲンイオン除去処理の順番は特に限定されない。すなわち、水銀除去処理の後にハロゲンイオン除去処理を行ってもよく、ハロゲンイオン除去処理の後に水銀除去処理を行ってもよい。
以上のように、実施例３の排ガス処理システム１０Ｃでは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８から、まず、粗大物である石膏３７を分離した後、水銀、ホウ素、セレン、ハロゲンイオン等の微細な物質を除去処理し、その処理排水３９をボイラ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３２，３３内部に供給する構成としている。上記のように構成したことで、実施例２と同様に、煙道Ｄ内で排水が蒸発するのに伴い発生する乾燥粒子の量を低減させることができるのに加えて、排水噴霧時に煙道Ｄ内部の排ガス１７中の水銀濃度が増加するのを防止することができる。
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４は、実施例４に係る排ガス処理システム１０Ｄの概略構成図である。上述した実施例３では、固液分離装置３５の下流側に排水処理装置３８を設けた構成としたが、実施例４では、排水処理装置３８を固液分離装置３５よりも上流側に設けた点が、実施例３と異なっている。それ以外の構成は実施例３と同じである。
脱硫装置１５から排出された脱硫排水２８は、まず、排水処理装置３８に送られ、脱硫排水２８中に含まれる水銀、ホウ素、セレン等の微細な物質が、上述したように凝集、活性炭吸着、キレート、晶析等の手段によって固形化される。また、脱硫排水２８中のＣｌ−、Ｂｒ−，Ｉ−，Ｆ−等のハロゲンイオンは、上述したように逆浸透膜、イオン交換膜、電気透析、蒸留等の濃縮手段により濃縮され、濃縮物が分離される。この後、水銀等の固形物を含んだ状態の処理排水４１は、排水ライン２９を介して固液分離装置３５に送られ、塩化水銀を含んだ石膏３７とともに、上記固形物が分離除去される。固液分離装置３５で固形分と分離された分離液４２は排水タンク３１に送られる。排水タンク３１に貯留された分離液（処理排水）４２は、排水供給管Ｐ０〜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３２，３３内部に供給され、蒸発する。
このように、実施例４の排ガス処理システム１０Ｄでは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８から、まず、排水処理装置３８で水銀、ホウ素、セレン、ハロゲンイオン等の微細な物質を固形化した後、固液分離装置３５で石膏３７とともに上記の固形物を分離し、その分離液４２をボイラ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３２，３３内部に供給する構成としている。上記のように構成したことで、実施例２と同様に、排水の蒸発に伴い発生する乾燥粒子の量を低減させることができるのに加えて、排水噴霧時に煙道Ｄ内部の排ガス１７中の水銀濃度が増加するのを防止することができる。また、排水処理装置３８で生成した固形物及び濃縮物は、後段の固液分離装置３５で石膏３７とともに分離・除去されるため、排水処理装置３８での濾過工程を省略することができる。
次に、実施例５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１〜４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５に係る排ガス処理システム１０Ｅの概略構成図である。この実施例５では、上述した実施例４の構成に加えて、固液分離装置３５の下流側にさらに第２の排水処理装置３８Ｂを設けた構成としている。第２の排水処理装置３８Ｂの構成は、固液分離装置３５の上流側に設置される第１の排水処理装置３８Ａの構成と同様である。
脱硫装置１５から排出された脱硫排水２８は、まず、第１の排水処理装置３８Ａに送られ、脱硫排水２８中に含まれる水銀、ホウ素、セレン等の微細な物質が、上述した凝集、活性炭吸着、キレート、晶析等の手段を用いて固形化される。また、脱硫排水２８中のＣｌ−、Ｂｒ−，Ｉ−，Ｆ−等のハロゲンイオンは、上述した逆浸透膜、イオン交換膜、電気透析、蒸留等の手段により濃縮される。水銀等の固形物及びハロゲンイオンの濃縮物を含んだ状態の処理排水４１は、排水ライン２９を介して固液分離装置３５に送られ、塩化水銀を含んだ石膏３７とともに、上記固形物及び濃縮物が分離・除去される。固液分離装置３５で分離された分離液４２は、第２の排水処理装置３８Ｂに送られ、分離液４２に残存する微量の水銀やハロゲンイオンが除去される。第２の排水処理装置３８Ｂで処理された処理排水４３は、排水タンク３１に送られる。排水タンク３１に貯留された処理排水４３は、排水供給管Ｐ０〜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３２，３３内部に供給され、蒸発する。
このように、実施例５の排ガス処理システム１０Ｅでは、脱硫装置１５から排出される脱硫排水２８から、まず、第１の排水処理装置３８Ａで水銀、ホウ素、セレン、ハロゲンイオン等の微細な物質を固形化した後、固液分離装置３５で石膏３７とともに上記の固形物を分離し、さらに、第２の排水処理装置３８Ｂで分離液４２に残存する微量の水銀やハロゲンイオンを除去した後の処理排水４３をボイラ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３２，３３内部に供給する構成としている。このように排水処理をより高精度に行うことで、排ガス１７中に処理排水４３を噴霧し蒸発させた場合に乾燥粒子がほとんど発生せず、また、排水噴霧時に煙道Ｄ内部の排ガス１７中の水銀濃度が増加するのを確実に防止することができる。
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は、脱硫装置から排出される脱硫排水の低減あるいは無排水化に有用である。
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 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 排水噴霧装置
１７ 排ガス
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 排水ライン
３１ 排水タンク
３２ バイパス管
３３ バイパス管
３５ 固液分離装置
３６，４２ 分離液
３７ 石膏
３８ 排水処理装置
３９，４１，４３ 処理排水
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 (18)

  1. 燃料を燃焼させるボイラと、
    前記ボイラからの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に含まれる硫黄酸化物を吸収液で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、
    前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記脱硫装置から排出される脱硫排水を供給する排水供給手段を備えることを特徴とする排ガス処理システム。
  2. 前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記排水供給手段を設けた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２に記載の排ガス処理システム。
  4. 燃料を燃焼させるボイラと、
    前記ボイラからの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に含まれる硫黄酸化物を吸収液で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から有害物質を除去処理する排水処理手段と、
    前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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手段で処理された処理排水を噴霧する排水供給手段と、
    を備えることを特徴とする排ガス処理システム。
  5. 前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を備え、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記排水供給手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理システム。
  6. 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５に記載の排ガス処理システム。
  7. 前記排水処理手段は、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装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理システム。
  8. 前記排水処理手段は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水に含まれる水銀を除去する水銀除去装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理システム。
  9. 前記排水処理手段は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水中に含まれるハロゲンイオンを除去するハロゲンイオン除去装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理システム。
  10. 燃料を燃焼させるボイラからの排ガスの熱をエアヒータにより回収した後、
    脱硫装置において、熱回収後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去する排ガス処理方法において、
    前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記脱硫装置から排出される脱硫排水を供給することを特徴とする排ガス処理方法。
  11. 前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を配置し、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記脱硫排水を供給することを特徴とする請求項１０に記載の排ガス処理方法。
  12. 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脱硫排水を供給することを特徴とする請求項１１に記載の排ガス処理方法。
  13. 燃料を燃焼させるボイラからの排ガスの熱をエアヒータにより回収した後、
    脱硫装置において、熱回収後の排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液で除去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から有害物質を除去する排水処理を行った後、前記ボイラに燃料を供給する経路、前記ボイラの炉内部、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、前記排水処理で処理した処理排水を供給することを特徴とする排ガス処理方法。
  14. 前記エアヒータの上流側に、前記ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を配置し、前記ボイラと前記脱硝装置との間、又は、前記脱硝装置と前記エアヒータとの間の少なくとも一方に前記処理排水を供給することを特徴とする請求項１３に記載の排ガス処理方法。
  15. 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１４に記載の排ガス処理方法。
  16. 前記排水処理は、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を含むことを特徴とする請求項１３に記載の排ガス処理方法。
  17. 前記排水処理は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水に含まれる水銀を除去する水銀除去処理を含むことを特徴とする請求項１３に記載の排ガス処理方法。
  18. 前記排水処理は、前記脱硫装置から排出される脱硫排水中に含まれる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１３に記載の排ガス処理方法。
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