WO2011016585A1 - 排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法 - Google Patents

排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法 Download PDF

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mercury
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利久磨 四條
坂田 展康
串岡 清則
盛紀 村上
鵜飼 展行
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treatment apparatus for oxidizing mercury contained in exhaust gas discharged from a boiler or the like and a method for removing mercury from the exhaust gas.
  • the exhaust gas generated when burning coal-fired exhaust gas or heavy oil may contain metal mercury (Hg 0 ) in addition to soot, sulfur oxide (SOx), and nitrogen oxide (NOx).
  • Hg 0 metal mercury
  • SOx sulfur oxide
  • NOx nitrogen oxide
  • various devices have been devised for a method and apparatus for treating metallic mercury in combination with a denitration apparatus that reduces NOx and a wet desulfurization apparatus that uses an alkaline absorbent as an SOx absorbent.
  • an ammonium (NH 3 ) solution is sprayed on the upstream side of a high-temperature denitration device in the flue to reduce and denitrify, and an oxidizing aid such as a hydrochloric acid (HCl) solution is sprayed.
  • a system has been proposed in which mercury is oxidized (chlorinated) on a denitration catalyst to form water-soluble mercury chloride, and then mercury is removed by a wet desulfurization apparatus installed on the downstream side (for example, patent literature) 1).
  • a hydrochloric acid (HCl) solution is vaporized using a hydrogen chloride (HCl) vaporizer to form hydrogen chloride (HCl) gas, adjusted to a mixed gas containing HCl of a predetermined concentration, and then mixed gas Is dispersed in the flue and sprayed uniformly in an exhaust gas containing mercury (see, for example, Patent Document 2).
  • ammonium chloride (NH 4 Cl) is added in the form of powder into the flue on the upstream side of the denitration device, and NH 4 Cl is sublimated by the high-temperature ambient temperature of the exhaust gas, and HCl is added.
  • ammonia (NH 3 ) is vaporized and the vaporized HCl gas and NH 3 gas are mixed with the exhaust gas (see, for example, Patent Document 3).
  • FIG. 29 shows a schematic diagram of an exhaust gas treatment system for exhaust gas discharged from a boiler.
  • NH 4 exhaust gas treatment system 100 for spraying NOx discharged coal from the boiler 101 is supplied as a fuel, a solution of NH 4 Cl 103 to the exhaust gas 102 containing Hg 0 in the flue 104
  • a Cl spraying device 105, a reduction denitration device 106 including a denitration catalyst that oxidizes Hg 0 while reducing NOx, and a desulfurization device 107 that removes oxidized HgCl in the exhaust gas 102 are included.
  • the NH 4 Cl solution 103 is sprayed from the NH 4 Cl solution tank 108 into the exhaust gas 102 discharged from the boiler 101 by the spray nozzle 109, the NH 4 Cl solution 103 is vaporized, and the NH 3 gas and HCl gas are mixed with the exhaust gas 102. To do. Thereafter, the exhaust gas 102 is supplied to the reductive denitration device 106, and NOx is reduced by the denitration catalyst in the reductive denitration device 106 and Hg 0 is oxidized.
  • the exhaust gas 102 after removal of NOx is heat-exchanged with the air 111 by an air preheater (air heater) 110, and after heat recovery, it is supplied to the electrostatic precipitator 112 to remove dust in the exhaust gas 102 after heat recovery. Is done.
  • the exhaust gas 102 is supplied to the desulfurization device 107, brought into gas-liquid contact with the gypsum slurry 113 supplied to the desulfurization device 107, SOx and Hg are removed, and exhausted from the chimney 115 as the purified gas 114.
  • the NOx concentration in the exhaust gas 102 is measured by the NOx measuring meter 116 installed on the upstream side of the reducing denitration device 106 in the flue 104, and the Hg concentration meter 117 installed on the downstream side of the desulfurizing device 107.
  • the concentration of Hg is measured.
  • the operation unit 118 calculates the supply amount and concentration of the NH 4 Cl solution 103 supplied from the NH 4 Cl solution tank 108. Supply amount of the calculated solution of NH 4 Cl 103, based on the concentration, to control the supply amount of the solution of NH 4 Cl 103 to be supplied to the flue 104 by the control unit 119.
  • the oxidation-reduction potential measuring device 120 installed at the bottom of the desulfurization device 107 measures the oxidation-reduction potential, adjusts the supply amount of the air 121, and prevents mercury oxide from being reduced and released.
  • a plurality of spray nozzles 109 are provided along the wall surface of the flue 104, for example, and the number of spray nozzles reduces the installation cost and maintainability. Considering this, a smaller number is desirable, but if it is too small, the NH 4 Cl solution 103 cannot be uniformly sprayed into the flue 104. Therefore, NH 3 and HCl generated from the NH 4 Cl solution 103 cannot be uniformly supplied into the exhaust gas 102, and the NH 3 concentration and HCl concentration in the exhaust gas 102 become non-uniform, resulting in a decrease in denitration performance and mercury oxidation performance. There is a problem that.
  • the present invention provides an exhaust gas treatment apparatus capable of uniformly supplying a reducing agent and a mercury chlorinating agent into a flue without uneven concentration, and maintaining mercury removal performance and nitrogen oxide reduction performance. It aims at providing the mercury removal method of waste gas.
  • the first invention of the present invention is an exhaust gas treatment apparatus for removing nitrogen oxides and mercury contained in exhaust gas from a boiler, and an oxidizing gas when vaporized in a flue downstream of the boiler And a reduction oxidation auxiliary agent supplying means for spraying a reduction oxidation auxiliary for generating a reducing gas in a liquid state with a plurality of spray nozzles, and reducing the nitrogen oxide in the exhaust gas with the reducing gas, and the oxidation Reductive denitration means having a denitration catalyst that oxidizes mercury in the presence of a reactive gas, and wet desulfurization means for removing mercury oxidized in the reductive denitration means using an alkaline absorbent, the spray nozzle comprising: In the exhaust gas treatment apparatus, the reducing oxidation aid is supplied into the flue so as not to adhere to the inner wall of the flue.
  • the second invention is based on at least the gas flow velocity, the initial droplet velocity, the droplet diameter, the exhaust gas temperature, the distance required for droplet vaporization determined from the droplet temperature, and the injection angle ⁇ in the first invention.
  • the exhaust nozzle is arranged such that the shortest distance x from the inner wall of the flue to the nozzle hole of the spray nozzle satisfies the following formula. x> l ⁇ sin ⁇ (1)
  • a third invention is the exhaust gas treatment apparatus according to the first or second invention, wherein the reducing oxidation assistant is ammonium chloride.
  • the fourth invention is the exhaust gas according to any one of the first to third inventions, wherein the nozzle hole of the spray nozzle is provided at a position separated from the wall surface of the flue by 0.5 m or more. In the processing unit.
  • a fifth invention is an exhaust gas processing apparatus according to any one of the first to fourth inventions, wherein the plurality of spray nozzles are arranged so as to satisfy the following formula. a ⁇ b / 5 (2) However, a is the distance between the nozzle holes of the spray nozzle, and b is the length of the long side of the length of the cross section of the flue.
  • a sixth invention is the exhaust gas treatment apparatus according to any one of the first to fifth inventions, wherein the spray nozzle has a plurality of nozzle holes for spraying the reducing oxidation aid.
  • the seventh invention is the exhaust gas treatment apparatus according to the sixth invention, wherein the interval between the nozzle holes is 0.3 m or less.
  • the eighth invention is an exhaust gas treatment apparatus according to any one of the first to seventh inventions, wherein the spray amount from each of the spray nozzles can be changed.
  • the ninth invention is the ammonia gas according to any one of the first to eighth inventions, which is provided between the reducing oxidation aid supplying means and the reducing denitration means and supplies ammonia gas into the flue.
  • the exhaust gas treatment apparatus has one or both of a supply unit and a hydrogen chloride gas supply unit for supplying hydrogen chloride gas into the flue.
  • a tenth aspect of the invention is a mercury removal method for exhaust gas that removes nitrogen oxides and mercury contained in the exhaust gas from the boiler, wherein the oxidizing gas and the reducing gas are vaporized into the flue of the boiler.
  • a reduction oxidation auxiliary agent supplying step of spraying a reduction oxidation auxiliary agent in a liquid state with a plurality of spray nozzles, reducing nitrogen oxide in the exhaust gas with the reducing gas with a denitration catalyst, and the oxidizing property A reductive denitration process that oxidizes mercury in the presence of a gas; and a wet desulfurization process that removes mercury oxidized in the reductive denitration process using an alkali absorbent, and the spray nozzle includes the reductive oxidation process.
  • the auxiliary agent is supplied into the flue so as not to adhere to the inner wall of the flue.
  • the eleventh invention is based on at least the distance l required for droplet vaporization determined from the gas flow velocity, the initial droplet velocity, the droplet diameter, the exhaust gas temperature, and the droplet temperature and the injection angle ⁇ in the tenth invention.
  • the exhaust gas mercury removing method is characterized in that the spray nozzle is arranged such that the shortest distance x from the inner wall of the flue to the nozzle hole of the spray nozzle satisfies the following formula. x> l ⁇ sin ⁇ (3)
  • the twelfth invention is the mercury removal method for exhaust gas according to the tenth or eleventh invention, wherein the reducing oxidation assistant is ammonium chloride.
  • a thirteenth aspect of the invention is the exhaust gas mercury according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the nozzle hole of the spray nozzle is provided at a position separated from the wall surface of the flue by 0.5 m or more. In the removal method.
  • a fourteenth invention is an exhaust gas mercury removing method according to any one of the tenth to thirteenth invention, wherein a plurality of spray nozzles are arranged so as to satisfy the following formula. a ⁇ b / 5 (4) However, a is the distance between the nozzle holes of the spray nozzle, and b is the length of the long side of the length of the cross section of the flue.
  • the fifteenth invention according to any one of the tenth to fourteenth inventions, further comprising a flow rate measuring step for measuring a flow rate of the exhaust gas upstream of a supply position for supplying the reducing oxidation aid,
  • the mercury removal method for exhaust gas is characterized in that the spray amount, spray angle, and initial speed of the reducing oxidation aid are adjusted based on the measured flow rate of the exhaust gas.
  • a sixteenth aspect of the invention is the method according to any one of the tenth to fifteenth aspects, wherein a nitrogen oxide concentration measurement step for measuring a concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is provided on a pre-process side of the reduction denitration treatment step.
  • a mercury concentration measurement step for measuring the concentration of mercury in the exhaust gas on the downstream side of the reduction denitration treatment step, and the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas obtained by the nitrogen oxide concentration measurement step And the supply amount of the reduction oxidation aid supplied in the reduction oxidation aid supply step based on one or both of the mercury concentration in the exhaust gas obtained by the mercury concentration measurement step
  • the seventeenth invention is the ammonia gas supply step of supplying ammonia gas into the flue between the reduction oxidation aid supply step and the reduction denitration treatment step in the fifteenth or sixteenth invention, the smoke
  • the ammonia gas supplied from the ammonia gas supply step based on the flow rate of the exhaust gas measured by the flow rate measurement step, including either or both of the hydrogen chloride gas supply step of supplying hydrogen chloride gas in the road,
  • the exhaust gas mercury removing method is characterized in that the spray amount, spray angle, and initial velocity of any one or both of the hydrogen chloride gas supplied from the hydrogen chloride gas supply step are adjusted.
  • the oxidizing gas and the reducing gas that are generated when the reducing oxidation aid is vaporized are mixed with the exhaust gas at the downstream side of the region where the reducing oxidation aid is vaporized. You may make it provide the mixing means to promote.
  • the mixing unit may be formed of a plurality of swirl flow inducing members that generate a swirl flow in the exhaust gas so as to be orthogonal to the flow direction of the exhaust gas.
  • the mixing means may be configured such that the unit is provided in a plurality of stages in the flow direction of the exhaust gas.
  • the swirl flow inducing member includes a pair of first swirl flow induction plates having opposing surfaces on the exhaust gas inlet side, and a pair of second swirl flow induction plates having opposing surfaces on the exhaust gas discharge side; In the connecting portion that connects the first swirl flow induction plate and the second swirl flow induction plate, both opposing surfaces may be connected to each other.
  • the width L and height D of the swirl flow inducing member may be within the range of the following formula.
  • B is the length of one side of the cross section of the flue at the installation position
  • H is the length of the other side of the cross section of the flue
  • MIN (B, H) is one of the cross sections of the flue. Of the side of the flue and the length H of the other side of the cross section of the flue.
  • a projecting member may be provided on the inner wall of the flue downstream from the supply position where the flue supplies the reducing oxidation aid into the flue.
  • a constriction for narrowing the passage in the flue may be provided on the downstream side of the supply position where the flue supplies the reducing oxidation aid into the flue.
  • the spray nozzle may be a two-fluid nozzle that injects the reduction oxidation aid and air for spraying the reduction oxidation aid.
  • a flow rate measuring device for measuring the flow rate of the exhaust gas may be provided upstream of the supply position for supplying the reducing oxidation aid.
  • the spray nozzle 15 has the following formula (1) according to the spray angle ⁇ of the droplet of the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the nozzle hole 15 a of the spray nozzle 15 with respect to the wall surface of the flue 13.
  • the droplet sprayed from the spray nozzle 15 can be made not to collide with the wall surface of the flue 13.
  • l represents the moving distance until the droplet of the NH 4 Cl solution evaporates.
  • the nozzle hole 15a of the spray nozzle 15 is provided at a position separated from the wall surface of the flue 13 by 0.5 m or more, for example.
  • the position of the nozzle hole 15a of the spray nozzle 15 is determined based on the gas flow rate of the exhaust gas 12, the initial droplet velocity of the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the nozzle hole 15a of the spray nozzle 15, the droplet diameter, and the spray from the spray nozzle 15.
  • the droplets of the NH 4 Cl solution 14 to be sprayed are spray nozzles 15.
  • the lime gypsum slurry 21 used for the desulfurization stored in the tower bottom 55 of the wet desulfurization apparatus 22 is oxidized and then extracted from the tower bottom 55 and fed to the dehydrator 48. It is discharged out of the system as a dehydrated cake (gypsum) 49 containing HgCl).
  • a dehydrated cake (gypsum) 49 containing HgCl) As the dehydrator 48, for example, a belt filter or the like is used. Further, the dehydrated filtrate (dehydrated filtrate) is subjected to wastewater treatment such as removal of suspensions in the dehydrated filtrate, heavy metals, and pH adjustment of the dehydrated filtrate. A part of this drained filtrate is returned to the wet desulfurization device 22, and the other part of the dehydrated filtrate is treated as waste water.
  • the lime gypsum slurry 21 is used as the alkali absorbing liquid
  • other solutions can be used as the alkali absorbing liquid as long as it can absorb HgCl in the exhaust gas 12.
  • the flue 13 is provided with mercury (Hg) concentration meters 54-1 and 54-2 for measuring the Hg content in the exhaust gas 12 discharged from the boiler 11.
  • the Hg concentration meter 54-1 is provided in the flue 13 between the boiler 11 and the spray nozzle 15, and the Hg concentration meter 54-2 is provided between the reducing denitration device 18 and the heat exchanger 19.
  • the value of the Hg concentration in the exhaust gas 12 measured by the Hg concentration meters 54-1 and 54-2 is transmitted to the control device 52.
  • the control device 52 can confirm the content of Hg contained in the exhaust gas 12 from the value of the Hg concentration in the exhaust gas 12 measured by the Hg concentration meters 54-1 and 54-2.
  • the oxidation-reduction potential of the lime gypsum slurry 21 in the wet desulfurization apparatus 22 is preferably in the range of 150 mV to 600 mV, for example, in order to prevent re-scattering of Hg from the lime gypsum slurry 21. This is because, if the oxidation-reduction potential is within the above range, Hg collected as HgCl 2 in the lime-gypsum slurry 21 is a stable region, and re-scattering into the atmosphere can be prevented.
  • NH 4 Cl is used as a reduction oxidation aid, but ammonium bromide (NH 4 Br) other than NH 4 Cl, ammonium iodide (NH 4 I). ) Or the like may be used as a reduction oxidation aid, and a solution dissolved in water may be used.
  • the NH 3 gas and the HCl gas into the exhaust gas 12 are arranged by arranging the plurality of spray nozzles 15 in the flue 13 so as to satisfy the above formula (7). And the variation in the concentration of HCl gas and NH 3 gas in the flue 13 can be reduced, so that the oxidation performance of Hg in the reductive denitration device 18 can be further improved, and NOx The reduction performance can be further improved.
  • the spray nozzle 61 is provided with four nozzle holes 15 a for spraying the NH 3 Cl solution 14.
  • the amount of the NH 3 Cl solution 14 sprayed from the single spray nozzle 61 into the flue 13 can be increased.
  • the mixing of the three gases can be further promoted. For this reason, the reduction performance of Hg and the reduction performance of NOx can be further improved in the reduction denitration apparatus 18.
  • the interval c between the nozzle holes 15a is preferably 0.3 m or less.
  • the horizontal movement distance of the droplet that is, the shortest distance x from the inner wall 13a of the flue 13 to the nozzle hole 15a of the spray nozzle 15
  • the droplets flow in the gas flow direction after evaporation and sublimation, it is desirable that the droplets sprayed from the two nozzle holes 15a overlap before the evaporation and sublimation in order to make the concentration distribution uniform.
  • a partial enlarged view of the spray nozzle 61 is shown in FIG. As shown in FIG.
  • the droplets ejected from the two nozzle holes 15a can be overlapped by setting the interval c between the nozzle holes 15a to 0.3 m or less.
  • the droplet diameter that is actually used is often 40 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less because of the controllability and apparatus dimensions.
  • the nozzle By setting the distance c between the holes 15a to 0.3 m or less, the droplets sprayed from the two nozzle holes 15a can overlap each other.
  • each spray nozzle 61 is provided with four nozzle holes 15a.
  • the present invention is not limited to this, and 2, 3, or 5 is provided. Two or more may be provided.
  • FIG. 9 is a view showing a cross section when the flue of the exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention is viewed from the flow direction of the exhaust gas.
  • symbol is attached
  • the spray nozzles 15-1, 15-11 to 15-13, 15-23, and 15-24 provided on the short side of the flue 13.
  • the amount is larger than the spray amount of spray nozzles 15-2 to 15-10 and 15-14 to 15-22 provided on the long side of the flue 13.
  • the spray amount of the spray nozzles 15-2 to 15-10 and 15-14 to 15-22 is 1, the spray nozzles 15-1, 15-11 to 15-13, 15-23, and 15-24
  • the spray amount is 1.5.
  • 24 spray nozzles 15-11 to 15-24 are provided in the flue 13, but the present invention is not limited to this, and the flue 13 A plurality of spray nozzles may be provided according to the installation area.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment is the same as the configuration of the exhaust gas treatment apparatus 10 according to Embodiment 1 shown in FIG. .
  • the exhaust gas treatment device 70 according to the present embodiment is on the downstream side of the region where NH 4 Cl in the flue 13 of the exhaust gas treatment device 10 according to the first embodiment shown in FIG.
  • a mixer (mixing) that promotes mixing hydrogen chloride (HCl) gas as an oxidizing gas and ammonia (NH 3 ) gas as a reducing gas with the exhaust gas 12 when NH 4 Cl is vaporized.
  • Means 71.
  • the mixer 71 of the present embodiment is provided on the downstream side of the region where the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the spray nozzle 15 is vaporized.
  • the mixer 71 is preferably provided on the downstream side by 1 m or more from the supply position for supplying the NH 4 Cl solution 14. This is because in the practical plant operating conditions, mixer 71 is in contact with 1m smaller than the supply position of solution of NH 4 Cl 14, a mixer 71 before the droplets of the solution of NH 4 Cl 14 vaporizes This is because there are many cases. Therefore, by providing the mixer 71 on the downstream side of 1 m or more from the supply position for supplying the NH 4 Cl solution 14, mixing of HCl gas and NH 3 gas into the exhaust gas 12 can be further promoted. Further, the mixer 17 is set to about 10 m from the supply position of the NH 4 Cl solution 14 from the viewpoint of practical equipment arrangement.
  • the first swirl flow inducing plate 73 and the second swirl flow inducing plate 74 are each formed in a substantially triangular shape.
  • the swirl flow induction member 72 is viewed from the front.
  • the first swirl flow induction plate 73 is positioned below the second swirl flow induction plate 74.
  • the intermediate member 75 is a flat plate, and functions as a key for connecting the first swirl flow induction plate 73 and the second swirl flow induction plate 74.
  • the mixer 71 is a unit in which six swirl flow inducing members 72 are arranged so as to be orthogonal to the flow direction of the exhaust gas 12, as shown in FIG.
  • the number of the swirl flow inducing members 72 to be installed is appropriately changed according to the area of the flue 13 or the like.
  • the mixer 71 is configured as a single unit in which six swirl flow inducing members 72 are arranged in the flow direction of the exhaust gas 12, but the present invention is not limited to this. Instead, a plurality of units in which a plurality of swirl flow inducing members 72 are arranged in the flow direction of the exhaust gas 12 may be installed. Further, the mixer 71 of this embodiment is provided with a unit in which a plurality of swirl flow inducing members 72 are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas 12, and a plurality of swirl flow inducing members 72 are arranged in the flow direction of the exhaust gas 12. A plurality of such units may be provided.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing the gas flow of the exhaust gas when the mixer is installed in the flue
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of FIG. 15 and 16
  • six swirl flow inducing members 72 are provided in the width direction of the flue 13 as in FIG.
  • the exhaust gas 12 passes through the swirl flow induction member 72
  • the exhaust gas 12 collides with the first swirl flow induction plate 73 and the second swirl flow induction plate 74 and the gas flow changes, Since it flows from the lower side to the upper side of the flue 13 while turning, the exhaust gas 12 is swirled by flowing so as to bypass the first swirl flow induction plate 73 and the second swirl flow induction plate 74. Since the flue 13 can flow from the lower side toward the upper side, the mixing of the exhaust gas 12 with the HCl gas and NH 3 gas can be promoted.
  • the mixer 71 is provided on the downstream side of the region where the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the spray nozzle 15 is vaporized, the mixer 71 is used before the droplets of the NH 4 Cl solution 14 are vaporized. Since contact with 71 can be prevented, damage to the flue 13 due to heat shock, corrosion of the flue 13, accumulation of ash in the exhaust gas 12, and the like can be prevented.
  • the mixer 71 on the downstream side of the region where the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the spray nozzle 15 vaporizes, the mixing of the NH 3 gas in the exhaust gas 12 in the flue 13 can be promoted. Therefore, the variation in the concentration distribution of the NH 3 gas in the exhaust gas 12 can be suppressed, and the variation in the concentration distribution of the NH 3 gas can be within a range of about 5%, for example, and can be made substantially uniform. For this reason, the reduction efficiency of NOx by the denitration catalyst in the reduction denitration apparatus 18 can be improved.
  • the exhaust gas 12 in the flue 13 is mixed with HCl gas in addition to NH 3 gas. Can also promote. For this reason, the variation in the concentration distribution of the HCl gas in the exhaust gas 12 can be suppressed, and the variation in the concentration distribution of the HCl gas can be made substantially uniform, for example, within a range of about 5%. For this reason, in the reduction denitration apparatus 18, the oxidation performance of Hg in the denitration catalyst can be improved.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the pressure loss of the mixer and the dimensions of the mixer. As shown in FIG. 19, in order for the pressure loss of the mixer to be 25 mmAq or less, it is necessary to satisfy the following formula (11).
  • the above formula (11) needs to be satisfied. Further, as an effect of the mixer 71, in order to make the concentration variation of the concentration of NH 3 in the exhaust gas 12 5% or less, the above formula (12) needs to be satisfied.
  • the mixer 71 needs to satisfy
  • D can be expressed as the following formula (14). 2L 2 / MIN (B, H) ⁇ D ⁇ 5 L 2 / MIN (B, H) (14)
  • D can be expressed as the following equation (15). MIN (B, H) / 50 ⁇ D ⁇ 5 ⁇ MIN (B, H) (15)
  • D is expressed as the above equation (10).
  • the swirl flow inducing member 72 is installed in the flue 13 by having the width L and height D of the swirl flow inducing member 72 within the ranges of the above formulas (9) and (10). Therefore, it is possible to promote the mixing of HCl and NH 3 in the exhaust gas 12.
  • the shapes of the first swirl flow inducing plate 73 and the second swirl flow inducing plate 74 are not limited to the triangular shape formed from the upper support plate 77 and the lower support plate 76 to the intermediate member 75, Any shape that can generate a swirling flow in the exhaust gas 12 and promote mixing of the exhaust gas 12 with HCl and NH 3 may be used.
  • the shapes of the first swirl flow induction plate 73 and the second swirl flow induction plate 74 are curved, wave-shaped, etc. from one end side to the other end side of the second swirl flow induction plate 74 and the first swirl flow induction plate 73. Also good.
  • the mixing of HCl and NH 3 in the exhaust gas 12 is promoted by providing a plurality of swirl flow inducing members 72 in the cross-sectional direction of the flue 13 as the mixer 71. Therefore, it is possible to make uniform the distribution of the concentration of NH 3 and HCl generated by the vaporization of the NH 4 Cl solution 14 sprayed from the spray nozzle 15. As a result, the reduction performance of Hg and the reduction performance of NOx can be improved by the denitration catalyst in the reductive denitration apparatus 18, the flue 13 is damaged by the heat shock, the flue 13 is corroded, and the ash is deposited in the exhaust gas 12. Etc. can be prevented.
  • FIG. 20 is a diagram when viewed from the short side direction of the flue of the exhaust gas treatment apparatus according to Example 6 of the present invention
  • FIG. 21 is a diagram when viewed from the long side direction of the flue.
  • symbol is attached
  • the flue 13 is on the downstream side of the supply position where the NH 4 Cl solution 14 is supplied into the flue 13, and the NH 4 Cl solution.
  • a projecting member 81 is provided on the inner wall 13a of the flue 13 in the area where 14 droplets are vaporized.
  • the shape of the protruding member 81 is a plate shape, but the present invention is not limited to this, and may be another shape such as a box shape or a triangular shape. .
  • FIG. 7 is a diagram when viewed from the short side direction of the flue of the exhaust gas treatment apparatus according to Example 7 of the present invention
  • FIG. 23 is a diagram when viewed from the long side direction of the flue.
  • symbol is attached
  • the exhaust gas treatment apparatus narrows the passage in the flue 13 downstream from the supply position for supplying the NH 4 Cl solution 14 into the flue 13.
  • a portion 82 is provided.
  • a vortex due to the gas flow of the exhaust gas 12 can be generated in the vicinity of the wall surface of the flue 13.
  • Mixing of HCl gas and NH 3 gas in the exhaust gas 12 flowing in the vicinity can be promoted. For this reason, the concentration unevenness of HCl gas and NH 3 gas in the exhaust gas 12 can be suppressed, and the Hg oxidation performance and the NOx reduction performance can be improved in the reductive denitration device 18.
  • the narrow passage 82 is formed by narrowing the passage of the flue 13, but the present invention is not limited to this.
  • a constricted member 83 having the same shape as the constricted portion 82 may be provided on the wall surface of the flue 13.
  • FIG. 8 is a view showing a part of the exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 8 of the present invention
  • FIG. 27 is a partially enlarged perspective view showing a reference sign Z in FIG.
  • symbol is attached
  • the exhaust gas treatment apparatus is mixed with the guide vane 84 provided on the upstream side of the reduction denitration apparatus 18 to promote the mixing of HCl gas and NH 3 gas into the exhaust gas 12.
  • a promotion auxiliary member 85 is provided.
  • the mixing promotion auxiliary member 85 is a plurality of plate-like members extending in a direction orthogonal to the ribs 86 that connect the plurality of guide vanes 84 to each other.
  • the mixing of HCl gas and NH 3 gas in the exhaust gas 12 can be promoted upstream of the reductive denitration device 18. For this reason, the concentration unevenness of HCl gas and NH 3 gas in the exhaust gas 12 can be suppressed, and the Hg oxidation performance and the NOx reduction performance can be improved in the reductive denitration device 18.
  • FIG. 28 is a diagram simply showing the configuration of an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment is the same as the configuration of the exhaust gas treatment apparatus according to Embodiments 1 to 8, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the exhaust gas treatment apparatus 90 is provided between the NH 4 Cl solution supply means 16 and the reductive denitration apparatus 18, and ammonia (NH 3 ) as a reducing agent in the flue 13.
  • An ammonia (NH 3 ) gas injection means 92 for supplying the gas 91 is provided.
  • the nozzle 13 is configured to inject NH 3 gas 91 into the road 13. Further, the injection amount of the NH 3 gas 91 injected from the injection nozzle 95 is adjusted by the valve V4.
  • the position supplied into the flue 13 from the injection nozzle 95 is 1 m or more downstream from the spray position of the NH 4 Cl solution 14. This is to prevent the droplet of the NH 4 Cl solution 14 from colliding with the injection nozzle 95.
  • the exhaust gas treatment apparatus 90 after the NH 4 Cl solution 14 is sprayed into the flue 13, the NH 3 gas 91 is injected into the flue 13 from the NH 3 gas injection means 92.
  • the NH 3 concentration in the low concentration region near the wall of the flue 13 can be increased, it is possible to cope with the concentration unevenness of the HCl gas and the NH 3 gas in the exhaust gas 12, while oxidizing the Hg in the reductive denitration device 18. While maintaining performance, the reduction performance of NOx can be improved.
  • the balance between the NOx concentration and the Hg concentration in the exhaust gas 12 discharged from the combustion equipment such as the boiler 11 is different from the usual, and the NOx concentration is high, and it is necessary only by spraying the NH 4 Cl solution 14 into the flue 13.
  • the NH 3 gas 91 is injected from the injection nozzle 95 into the flue 13, whereby the HCl gas supplied into the exhaust gas 12 in the flue 13, NH 3
  • the amount of NH 3 gas necessary to reduce NOx can be supplied to the exhaust gas 12 while reducing the variation in the gas concentration distribution. Therefore, it is possible to cope with uneven concentration of HCl gas and NH 3 in the exhaust gas 12 and to improve the Hg oxidation performance and the NOx reduction performance in the reductive denitration device 18.
  • the supply amount of the NH 3 gas 91 supplied from the NH 3 gas supply unit 93 may be controlled using the value of the NOx concentration meter 53.
  • the NH 3 gas supply section 93 may be provided both between the NH 3 gas supply section 93 the HCl gas supply unit. Based on the flow velocity of the exhaust gas 12 measured by the flow meter 51, the spray amount, spray angle, and initial velocity of the NH 3 gas 91 and HCl gas supplied from the NH 3 gas supply unit 93 and the HCl gas supply unit can be adjusted. it can. As a result, NH 3 gas and HCl gas are separately supplied to the exhaust gas 12, so that appropriate measures can be taken even when the concentration of NOx or Hg in the exhaust gas 12 varies.
  • the oxidation aid used for the oxidizing gas is not limited to HCl, and hydrogen halides such as hydrogen bromide (HBr) and hydrogen iodide (HI) other than HCl may be used as the oxidizing gas. Good.
  • the exhaust gas treatment apparatus supplies to not adhere the solution of NH 4 Cl was sprayed flue to the inner wall of the flue, HCl gas, NH 3 generated from the droplets of solution of NH 4 Cl Since the mixing of the gas and the exhaust gas can be promoted, it is suitable for use in an exhaust gas treatment apparatus that removes Hg and NOx in the exhaust gas.

Abstract

本発明の第1の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NOx、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、NH4Cl溶液14を複数の噴霧ノズル15により噴霧するNH4Cl溶液供給手段16と、排ガス12中のNOxをNH3で還元すると共に、HCl共存下でHgを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置18と、還元脱硝装置18において酸化されたHgを石灰石膏スラリー21を用いて除去する湿式脱硫装置22とを有する。NH4Cl溶液供給手段16は、噴霧ノズル15からNH4Cl溶液14を排ガス12の流通する煙道13の内壁に付着しないように供給する。

Description

排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法
 本発明は、ボイラなどから排出される排ガス中に含まれる水銀の酸化処理を行う排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法に関する。
 石炭焚き排ガスや重質油を燃焼した際に生じる排ガス中には、煤塵、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)のほか、金属水銀(Hg)が含まれることがある。近年、NOxを還元する脱硝装置、および、アルカリ吸収液をSOx吸収剤とする湿式脱硫装置と組み合わせて、この金属水銀を処理する方法や装置について様々な考案がなされてきた。
 排ガス中の金属水銀を処理する方法として、煙道中、高温の脱硝装置の前流側でアンモニウム(NH)溶液を噴霧して還元脱硝すると共に、塩酸(HCl)溶液等の酸化助剤を噴霧し、脱硝触媒上で水銀を酸化(塩素化)させ、水溶性の塩化水銀にした後、後流側に設置した湿式の脱硫装置で水銀を除去するシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
 また、HClを供給する方法として、塩化水素(HCl)気化器を用いて塩酸(HCl)溶液を気化させ塩化水素(HCl)ガスとし、所定濃度のHClを含む混合ガスに調整した後、混合ガスを煙道内に分散させ、水銀を含有する排ガス中に均一に噴霧する方法がある(例えば、特許文献2参照。)。
 また、他のHClを供給する方法として、脱硝装置の前流側の煙道内に塩化アンモニウム(NHCl)を粉体状として添加し、排ガスの高温雰囲気温度によりNHClを昇華させ、HCl、アンモニア(NH)をそれぞれ気化させ、気化されたHClガス、NHガスを排ガスに混合する方法がある(例えば、特許文献3参照。)。
 上記のような排ガス中の金属水銀を処理する方法では、塩酸溶液を用いる場合、塩酸は危険物であるため、輸送、取り扱いなど手間及びコストを要するという問題がある。また、HCl気化器を用いた場合では、熱源としてスチーム等が必要となり、HCl気化器など設備、運転、メンテナンスなどの費用を要するという問題がある。更に、NHCl粉末を用いた場合では、粒径を細かくして分散させる必要があるため、ハンドリングが困難であり、噴霧量の制御が容易ではないという問題がある。
特開平10−230137号公報 特開2007−167743号公報 特開2008−221087号公報
 そこで、近年、Hgを脱硝触媒にて酸化させるために、脱硝装置の前流側で塩化アンモニウム(NHCl)溶液を噴霧する方法が検討されている。従来のように、塩酸溶液を用いる方法に比べ、NHCl溶液は危険性が少ないため輸送、取り扱いが容易であり、なおかつ、液を噴霧するための気化器などの設備が不要であり、コストが低減できる。
 ボイラから排出される排ガスの排ガス処理システムの概略図を図29に示す。図29に示すように、排ガス処理システム100は、燃料として石炭を供給するボイラ101から排出されたNOx、Hgを含有する排ガス102にNHCl溶液103を煙道104内に噴霧するNHCl噴霧装置105と、NOxを還元すると共に、Hgを酸化する脱硝触媒を備える還元脱硝装置106と、排ガス102中の酸化されたHgClを除去する脱硫装置107とを有する。ボイラ101から排出された排ガス102中にNHCl溶液タンク108よりNHCl溶液103を噴霧ノズル109により噴霧し、NHCl溶液103が気化し、NHガス、HClガスを排ガス102に混合する。その後、排ガス102は還元脱硝装置106に供給され、還元脱硝装置106内の脱硝触媒によりNOxの還元を行なうと共に、Hgを酸化する。その後、NOx除去後の排ガス102は空気予熱器(エアヒータ)110で空気111と熱交換され、熱回収された後、電気集塵器112に供給され、熱回収後の排ガス102中の煤塵が除去される。排ガス102は脱硫装置107に供給され、脱硫装置107に供給される石膏石スラリー113と気液接触させ、SOx、Hgが除去され、浄化ガス114として煙突115より外部に排出される。
 また、煙道104内の還元脱硝装置106の前流側に設置されたNOx測定計116により排ガス102中のNOx濃度を測定し、脱硫装置107の後流側に設置されたHg濃度計117によりHgの濃度を測定する。測定されたNOx濃度、Hg濃度の測定値に基づいて、NHCl溶液タンク108より供給するNHCl溶液103の供給量、濃度を演算部118により算出する。算出されたNHCl溶液103の供給量、濃度に基づいて、制御手段119により煙道104内に供給されるNHCl溶液103の供給量を制御する。
 また、脱硫装置107の塔底部に設置された酸化還元電位測定装置120により酸化還元電位を測定し、空気121の供給量を調整し、酸化水銀の還元防止と、放散防止を行なっている。
 このように、排ガス102中にNHCl溶液103を供給することで、排ガス102中のNOxを除去すると共に、Hgを酸化することができる。
 ここで、図29に示す排ガス処理システム100では、図30に示すように、噴霧ノズル109が例えば煙道104の壁面に沿って複数設けられており、噴霧ノズルの本数は設置コストやメンテナンス性を考慮すると少ない方が望ましいが、少なすぎると煙道104内にNHCl溶液103を均一に噴霧することはできない。そのため、NHCl溶液103から生じるNH、HClが排ガス102中に均一に供給することはできず、排ガス102中のNH濃度、HCl濃度が不均一となり、脱硝性能および水銀酸化性能が低下する、という問題がある。
 また、NHCl溶液103が気化する前に煙道104の壁面に付着した場合、煙道104の腐食、灰の堆積、ヒートショックによる破損などを生じる虞がある、という問題がある。
 本発明は、前記問題に鑑み、還元剤、水銀塩素化剤を濃度ムラ無く均一に煙道内に供給し、水銀の除去性能、窒素酸化物の還元性能を維持することが可能な排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決するため、下記構成とすることができる。
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、前記還元酸化助剤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。
2) 第2の発明は、第1の発明において、少なくともガス流速、液滴初速、液滴径、排ガス温度、液滴温度から求められる液滴気化に要する距離lと、噴射角度αに基づいて、前記煙道の内壁から前記噴霧ノズルのノズル孔までの最短距離xが、下記式を満たすように前記噴霧ノズルが配置されていることを特徴とする排ガス処理装置にある。
x>l×sinα・・・(1)
3) 第3の発明は、第1又は2の発明において、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にある。
4) 第4の発明は、第1乃至3の何れか一つの発明において、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にある。
5) 第5の発明は、第1乃至4の何れか一つの発明において、複数の噴霧ノズルが、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にある。
a≦b/5・・・(2)
 但し、aは噴霧ノズルのノズル孔のノズル孔間距離であり、bは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
6) 第6の発明は、第1乃至5の何れか一つの発明において、前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤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にある。
7) 第7の発明は、第6の発明において、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にある。
8) 第8の発明は、第1乃至7の何れか一つの発明において、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にある。
9) 第9の発明は、第1乃至8の何れか一つの発明において、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にある。
10) 第10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還元酸化助剤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、前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤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にある。
11) 第11の発明は、第10の発明において、少なくともガス流速、液滴初速、液滴径、排ガス温度、液滴温度から求められる液滴気化に要する距離lと、噴射角度αに基づいて、前記煙道の内壁から前記噴霧ノズルのノズル孔までの最短距離xが、下記式を満たすように前記噴霧ノズルが配置されていることを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
x>l×sinα・・・(3)
12) 第12の発明は、第10又は11の発明において、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の水銀除去方法にある。
13) 第13の発明は、第10乃至12の何れか一つの発明において、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にある。
14) 第14の発明は、第10乃至13の何れか一つの発明において、複数の噴霧ノズル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にある。
a≦b/5・・・(4)
 但し、aは噴霧ノズルのノズル孔のノズル孔間距離であり、bは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
15) 第15の発明は、第10乃至14の何れか一つの発明において、前記還元酸化助剤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還元酸化助剤の噴霧量、噴霧角度、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にある。
16) 第16の発明は、第10乃至15の何れか一つの発明において、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還元酸化助剤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にある。
17) 第17の発明は、第15又は16の発明において、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、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にある。
 更に上述の課題を解決するため、更に下記構成を採用することもできる。
18) 即ち、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手段を設けるようにしてもよい。
19) 前記混合手段を前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも前記煙道内の1m以上10m以下後流側に設けるようにしてもよい。
20) 前記混合手段が、前記排ガスに旋回流を生じさせる旋回流誘起部材を前記排ガスの流れ方向と直交するように複数配置されたユニットで形成するようにしてもよい。
21) 前記混合手段が、前記ユニットを前記排ガスの流れ方向に複数段設けられてなるようにしてもよい。
22) 前記旋回流誘起部材が、前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第1の旋回流誘起板と、前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第2の旋回流誘起板と、を有し、前記第1の旋回流誘起板と前記第2の旋回流誘起板とを連結する連結部において両方の対向面が異なるように各々連結されるようにしてもよい。
23) 前記旋回流誘起部材の幅L、高さDが、下記式の範囲内となるようにしてもよい。
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のうちの何れかの短辺側の長さの値である。
24) 前記煙道が前記煙道内に前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも後流側の前記煙道の内壁に突状部材を設けるようにしてもよい。
25) 前記煙道が前記煙道内に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内の通路を狭くするくびれ部を設けるようにしてもよい。
26) 前記還元脱硝手段の上流側に設けられるガイドベーンに、気化した前記還元性ガス、前記酸化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を設けるようにしてもよい。
27) 前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤と、前記還元酸化助剤の噴霧用の空気とを噴射させる二流体ノズルとしてもよい。
28) 前記還元酸化助剤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装置を設けるようにしてもよい。
 本発明によれば、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複数の噴霧ノズルより液体状で噴霧し、前記噴霧ノズルが前記還元酸化助剤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で、還元酸化助剤が気化した際に発生する酸化性ガス及び還元性ガスを濃度ムラ無く均一に煙道内に供給することができる。このため、還元脱硝装置における水銀の酸化性能を向上させることができると共に、窒素酸化物の還元性能を向上することができる。
 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2は、噴霧ノズルから噴霧されるNHCl溶液の煙道に対する噴射角度を説明する図である。 図3は、NHCl溶液供給手段の構成の一例を示す図である。 図4は、脱硝装置の構成を具体的に示す図である。 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。 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る。 図7は、噴霧ノズルの構成を簡略に示す図である。 図8は、噴霧ノズルの部分拡大図である。 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。 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。 図11は、混合器の一例を示す平面図である。 図12は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図である。 図13は、旋回流誘起部材の正面図である。 図14は、旋回流誘起部材の斜視図である。 図15は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図である。 図16は、図15の部分拡大図である。 図17は、混合器を煙道内に設置していない場合の排ガス中のNHの濃度分布の一例を模式的に示す図である。 図18は、混合器を煙道内に設置した場合の排ガス中のNHの濃度分布の一例を模式的に示す図である。 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時の図である。 図21は、煙道の長辺方向から見た時の図である。 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時の図である。 図23は、煙道の長辺方向から見た時の図である。 図24は、煙道の短辺方向から見た時の図である。 図25は、煙道の長辺方向から見た時の図である。 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る。 図27は、図26中の一部の部分拡大斜視図である。 図28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。 図29は、ボイラから排出される排ガスの排ガス処理システムの概略図を示す図である。 図30は、煙道の排ガスの流れ方向から見た時の噴霧ノズルの配置を示す図である。
 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。
 本発明による実施例1に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
 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(NHCl)を含む塩化アンモニウム(NHCl)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(NHCl)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(NH)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。
 なお、本実施例に係る排ガス処理装置10においては、還元酸化助剤としてNHClを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元酸化助剤は気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成するものであれば用いることができる。
 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NHガスが用いられている。
 ボイラ11から排出される排ガス12には、NHCl溶液供給手段16よりNHCl溶液14が供給される。NHCl溶液供給手段16は、噴霧ノズル15を含んでいる。噴霧ノズル15は、NHCl溶液14を液体状で煙道13内に供給する塩化アンモニウム(NHCl)溶液供給管25と、煙道13内にNHCl溶液14を圧縮して噴霧させる空気26を煙道13内に供給する空気供給管27とを有し、二流体ノズルで構成されている。噴霧ノズル15は、塩化アンモニウム(NHCl)溶液供給管25及び空気供給管27の先端部にNHCl溶液14及び空気26を同時に噴射するためのノズル孔15aを有している。
 NHCl溶液14は塩化アンモニウム(NHCl)溶液タンク28内で所定濃度に調整される。また、NHCl溶液供給管25から供給されるNHCl溶液14の流量はバルブV1により調整される。NHCl溶液14は、NHCl溶液タンク28からNHCl溶液供給管25内を通過して噴霧ノズル15より煙道13内に噴霧される。
 NHCl溶液供給手段16は、噴霧ノズル15をNHCl溶液14が排ガス12の流通する煙道13の内壁13a(図2参照)に付着しないように供給するように配置している。NHCl溶液14を排ガス12が流通する煙道13の内壁13aに付着しないように供給する配置としては、噴霧ノズル15が煙道13内において、煙道13の内壁13aから一定以上の距離を置いて配置される構造であることが好ましい。一定以上の距離とは、噴霧されるNHCl溶液14の液滴が噴霧ノズル15のノズル孔から煙道13の内壁13aに到達する前に気化するのに十分な距離である。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。
 噴霧ノズル15のノズル孔の位置が、煙道13の壁面から0.5m以上離した位置とするのは、排ガス12のガス流速、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の液滴初速、液滴径、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の煙道13に対する噴射角度、排ガス12の排ガス温度、NHCl溶液14の液滴温度などを考慮する必要があるためである。その一例として、具体的に以下のように決定できる。
 即ち、煙道13内の排ガス12のガス流速が15m/s程度、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の液滴初速が300m/s程度、排ガス12のガス温度が350℃程度、NHCl溶液14の液滴温度が20℃程度である場合、NHCl溶液14の液滴径に応じて、推定されるNHCl溶液14の液滴が噴霧から蒸発するまでの時間と、NHCl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離とは異なる。
 NHCl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NHCl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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、NHCl溶液14の液滴径が40μm程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間tは0.032s程度であり、NHCl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離lは、噴霧ノズル15から排ガス12の流れと平行の向きに0.76m程度であると計算される。また、NHCl溶液14の液滴径が60μm程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間tは0.068s程度であり、NHCl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離lは、噴霧ノズル15から排ガス12の流れと平行の向きに1.6m程度であると計算される。また、NHCl溶液14の液滴径が80μm程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間tは0.119s程度であり、NHCl溶液14の液滴が蒸発するまでの移動距離lは、噴霧ノズル15から噴霧方向に2.7m程度であると計算される。
 次に、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の煙道13に対する噴射角度を検討する。図2は、噴霧ノズルから噴霧されるNHCl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のノズル孔15aから噴霧されるNHCl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の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離を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のノズル孔15aから噴霧されるNHCl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、噴霧ノズル15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、NHCl溶液の液滴が蒸発するまでの移動距離を表す。
 噴霧ノズル15のノズル孔15aから噴霧されるNHCl溶液14の液滴の煙道13の壁面に対する噴射角度αが、排ガス12のガス流れ方向に対して10°程度とした時の煙道13の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離xの一例を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、NHCl溶液14の液滴径が40μm程度の時、煙道13の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離xは0.13m程度である。また、NHCl溶液14の液滴径が60μm程度の時、煙道13の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離xは0.28m程度である。また、NHCl溶液14の液滴径が80μm程度の時、煙道13の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離xは0.47m程度である。
 よって、噴霧ノズル15のノズル孔15aから噴霧されるNHCl溶液14の液滴の煙道13の壁面に対する噴射角度αが、排ガス12のガス流れ方向に対して10°程度である時、NHCl溶液14の液滴径が40μm程度の場合には、噴霧ノズル15のノズル孔15aは煙道13から0.13m以上離して設ける必要がある。また、NHCl溶液14の液滴径が60μm程度の場合には、噴霧ノズル15のノズル孔15aは煙道13から0.28m以上離して設ける必要がある。また、NHCl溶液14の液滴径が80μm程度の場合には、噴霧ノズル15のノズル孔15aは煙道13から0.47m以上離して設ける必要がある。
 従って、噴霧ノズル15のノズル孔15a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ようにする。これにより、噴霧ノズル15のノズル孔15aの位置は、排ガス12のガス流速、噴霧ノズル15のノズル孔15aから噴霧されるNHCl溶液14の液滴初速、液滴径、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の煙道13に対する噴射角度、排ガス12の排ガス温度、NHCl溶液14の液滴温度などに応じて、噴霧されるNHCl溶液14の液滴が噴霧ノズル15から煙道13の内壁13aに到達する前に気化するのに十分な距離とすることができる。この結果、噴霧ノズル15はNHCl溶液14を排ガス12の流通する煙道13の内壁13aに付着しないように煙道13内に供給することができる。
 噴霧ノズル15は、上記のように、NHCl溶液14と圧縮用の空気26とを同時に噴射する二流体ノズルで構成されている。空気26は、空気供給部31から空気供給管27を介して噴霧ノズル15に送給され、噴霧ノズル15からNHCl溶液14を噴霧する際の圧縮用の空気として用いられる。これにより、噴霧ノズル15から噴射されるNHCl溶液14を空気26により煙道13内に微細な液滴として噴霧することができる。
 また、空気供給管27から供給される空気26の流量はバルブV2により調整される。空気供給管27から供給される空気26の流量により、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の液滴の大きさを調整することができる。
 また、噴霧ノズル15から噴射される空気26の流量は、例えば気水比100以上10000以下(体積比)とするのが好ましい。これは、噴霧ノズル15から噴射されるNHCl溶液14を微細な液滴として煙道13内に噴霧させるようにするためである。
 NHCl溶液供給手段16は、噴霧ノズル15を用いて噴霧ノズル15からNHCl溶液14を煙道13内に噴霧するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。NHCl溶液供給手段16は、NHCl溶液14を安定して煙道13内に噴霧できるものであればよい。図3は、NHCl溶液供給手段の構成の一例を示す図である。図3に示すように、NHCl溶液供給手段16は、噴霧ノズル15をNHCl溶液供給管25を内管とし、空気供給管27を外管とした二重管構造とし、ノズル孔15aの先端部にノズル孔15aが設けられている。噴霧ノズル15を、空気供給管27がNHCl溶液供給管25を囲うように構成し、噴霧ノズル15を煙道13内に挿入することで、空気26はNHCl溶液供給管25と空気供給管27との間を流れるため、煙道13内の排ガス12の熱が空気26によりNHCl溶液14に伝達されるのを防ぐことができる。よって、NHCl溶液14が排ガス12の熱により加熱されるのを防ぐことができるため、NHCl溶液14が噴射される直前まで液体状態を維持することができる。
 また、NHCl溶液供給手段16は、煙道13内に噴霧ノズル15を囲うように煙道13内に挿入された吹込み管32と、吹込み管32内に空気33を供給する空気供給管34とを有している。また、噴霧ノズル15のノズル孔15aは、吹込み管32の壁面の噴射孔35に設けられている。
 空気33は、NHCl溶液14の液滴を更に煙道13内に分散させるために用いられる。空気33は空気供給部36から空気供給管34を介して吹込み管32に送給され、吹込み管32の噴射孔35と噴霧ノズル15のノズル孔15aとの隙間37から噴射される。隙間37から空気33を噴射することで、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の液滴を煙道13内に分散させることができる。また、図1に示すように、空気供給部36から供給される空気33の流量はバルブV3により調整される。
 また、空気33は、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14のNHClが吹込み管32に付着するのを防止するためと、噴霧ノズル15内の温度上昇を抑制しNHCl溶液14の沸騰及び塩化アンモニウム粒子の析出を防止するために用いられる。図3に示すように、吹込み管32が噴霧ノズル15を囲うように煙道13内に挿入され、空気33は吹込み管32と噴霧ノズル15のNHCl溶液供給管25との間を流れるため、空気33はNHCl溶液14の冷却用の空気として働く。このため、煙道13内の排ガス12の熱が吹込み管32の外側から噴霧ノズル15のNHCl溶液供給管25内に伝達されるのを防ぐことができる。よって、噴霧ノズル15内の温度上昇を防止し、NHCl溶液14が加熱されるのを防ぐことで、噴霧ノズル15内でNHCl溶液14が沸騰するのを防止することができ、NHCl溶液14が噴射される直前まで液体状態を維持することができる。また、噴霧ノズル15の腐食も防止することができる。
 また、噴霧ノズル15内の温度上昇を防止できるため、NHCl溶液供給管25、空気供給管27を構成する材料として金属材料を用いることができる。NHCl溶液供給管25、空気供給管27を構成する材料として、例えば、NHCl溶液供給管25には耐食金属例えばハステロイCなどのニッケル基耐熱・耐食合金、樹脂ライニング鋼管(低温度部)を例示できる。空気供給管27には炭素鋼、ステンレス等を例示することができる。
 また、噴霧ノズル15は、NHCl溶液14の噴霧用として二流体ノズルを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、通常の液体噴霧用の一流体ノズルを用いてもよい。
 また、噴霧ノズル15は、NHCl溶液供給管25と空気供給管27との二重管構造とし、NHCl溶液供給管25の周囲を空気供給管27で囲んでいるため、NHCl溶液14が排ガス12の熱により加熱されるのを防ぐことができるが、噴霧ノズル15の周囲に吹込み管32を設けることで、より安定してNHCl溶液14が排ガス12の熱により加熱されるのを防ぐことが可能となる。
 NHCl溶液供給管25は空気供給管27内に設けられているが、NHCl溶液供給管25は空気供給管27内に設けず、空気供給管27の外側に設けるようにしてもよい。
 また、空気26は空気供給部31から供給され、空気33は空気供給部36から供給され、各々別々の供給源から空気を供給するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、同一の供給源から空気を供給するようにしてもよい。即ち、空気33は空気供給部31から供給される空気を用いてもよい。また、空気26は空気供給部36から供給される空気を用いてもよい。
 また、噴霧ノズル15より煙道13内に噴霧されたNHCl溶液14の液滴は、排ガス12の高温雰囲気温度により蒸発することで微細なNHClの固体粒子を生成し、下記式(2)のように、HClとNHとに分解し、昇華する。よって、NHCl溶液14を噴霧ノズル15から噴霧することにより、噴霧されたNHCl溶液14の液滴から、HCl、NHを生じ、NHガス、HClガスを煙道13内に供給することができる。
NHCl→NH+HCl・・・(2)
 また、煙道13内の排ガス12の温度は、例えば320℃以上420℃以下であり、高温である。噴霧ノズル15のNHCl溶液供給管25は、吹込み管32内に設けられ、空気33がNHCl溶液14の冷却用として用いられている。このため、噴霧ノズル15より噴射される直前までNHCl溶液14は液体状態を維持し、噴霧ノズル15からNHCl溶液14を液滴状で噴霧することで、排ガス12の高温雰囲気温度により噴霧したNHCl溶液14の液滴を気化させることができる。
 また、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14の液滴径は、平均して1nm以上100μm以下の微細な液滴とするのが好ましい。平均して1nm以上100μm以下の微細な液滴を生成することで、噴霧されたNHCl溶液14の液滴から生じるNHClの固体粒子を排ガス12中に短い滞留時間でNH、HClに分解し、昇華させることができる。これにより、NHCl溶液14を予め加熱しておく必要がないため、煙道13、噴霧ノズル15の低級化、腐食を防止することができる。
 NHCl溶液14は、塩化アンモニウム(NHCl)粉末を水に溶解させて生成することができる。NHCl粉末、水の各々の供給量を調整することで所定濃度のNHCl溶液14を調整することができる。NHCl溶液14は、HCl溶液とNH溶液とを所定濃度の割合で混合させて生成するようにしてもよい。
 また、NHCl溶液14の濃度は、例えば液滴の温度が20℃の場合、20wt%以上30wt%以下とするのが好ましい。表3は、NHCl溶液14の液滴の温度と、溶解度と、濃度との関係を示す。表3に示すように、NHCl溶液14の溶解度は液滴の温度に応じておおよそ決まっているためである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 また、煙道13内の排ガス12の温度は、ボイラ11の燃焼条件にもよるが、例えば320℃以上420℃以下が好ましく、320℃以上380℃以下がより好ましく、350℃以上380℃以下が更に好ましい。これはこれらの温度帯において脱硝触媒上でNOxの脱硝反応と、Hgの酸化反応を同時に効率的に生じさせることができるためである。
 よって、噴霧ノズル15より液体状態のNHCl溶液14を煙道13の内壁13aに付着しないように煙道13内に供給することで、NHCl溶液14を排ガス12の高温雰囲気温度により分解したHClガス、NHガスを濃度ムラ無く均一に煙道13内に供給することができるため、排ガス12中のHClガス、NHガスの濃度分布を均一にすることができる。また、NHCl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。
 また、NHCl溶液14の液滴から生じたHClガス、NHガスは、図1に示すように、排ガス12に同伴して還元脱硝装置18に送給される。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。NHClが分解して生じたNH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。
 即ち、還元脱硝装置18に充填されている脱硝触媒層38−1~38−3の脱硝触媒上でNHは下記式(3)のようにNOxを還元脱硝し、HClは下記式(4)のようにHgを水銀酸化する。
4NO+4NH+O→4N+6HO・・・(3)
Hg+1/2O+2HCl→HgCl+HO・・・(4)
 また、還元脱硝装置18は、3つの脱硝触媒層38−1~38−3で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元脱硝装置18は、脱硝性能に応じて脱硝触媒層の数を適宜変更することができる。
 また、図1に示すように、排ガス12は、還元脱硝装置18において排ガス12中のNOxの還元とHgの酸化がされた後、エアヒータ19、集塵器20を通過して湿式脱硫装置22に送給される。また、エアヒータ19と集塵器20との間には熱回収器を設けるようにしてもよい。
 湿式脱硫装置22では、排ガス12を装置本体41内の底部の壁面側から送給し、アルカリ吸収液として用いられる石灰石膏スラリー21を吸収液送給ライン42により装置本体41内に供給し、ノズル43より塔頂部側に向かって噴流させる。装置本体41内の底部側から上昇してくる排ガス12と、ノズル43から噴流して流下する石灰石膏スラリー21とを対向して気液接触させ、排ガス12中のHgCl、硫黄酸化物(SOx)は石灰石膏スラリー21中に吸収され、排ガス12から分離、除去され、排ガス12は浄化される。石灰石膏スラリー21により浄化された排ガス12は、浄化ガス44として塔頂部側より排出され、煙突45から系外に排出される。
 排ガス12の脱硫に用いられる石灰石膏スラリー21は、水に石灰石粉末を溶解させた石灰スラリCaCOと、石灰と排ガス12中のSOxが反応し更に酸化させた石膏スラリCaSOと、水とを混合させて生成される。石灰石膏スラリー21は、例えば湿式脱硫装置22の装置本体41の塔底部55に貯留した液を揚水したものが用いられる。装置本体41内で排ガス12中のSOxは石灰石膏スラリー21と下記式(5)のような反応を生じる。
CaCO+SO+0.5HO→CaSO・0.5HO+CO・・・(5)
 一方、排ガス12中のSOxを吸収した石灰石膏スラリー21は、装置本体41内に供給される水46と混合され、装置本体41の塔底部55に供給される空気47により酸化処理される。このとき、装置本体41内を流下した石灰石膏スラリー21は、水46、空気47と下記式(6)のような反応を生じる。
CaSO・0.5HO+0.5O+1.5HO→CaSO・2HO・・・(6)
 また、湿式脱硫装置22の塔底部55に貯留される脱硫に用いた石灰石膏スラリー21は酸化処理された後、塔底部55より抜き出され、脱水器48に送給された後、塩化水銀(HgCl)を含んだ脱水ケーキ(石膏)49として系外に排出される。脱水器48として、例えばベルトフィルターなどが用いられる。また、脱水したろ液(脱水ろ液)は、例えば脱水ろ液中の懸濁物、重金属の除去、脱水ろ液のpH調整などの排水処理が行われる。この排水処理された脱水ろ液の一部は湿式脱硫装置22に返送され、脱水ろ液の他の一部は排水として処理される。
 また、アルカリ吸収液として石灰石膏スラリー21を用いているが、排ガス12中のHgClを吸収できるものであれば他の溶液をアルカリ吸収液として用いることができる。
 石灰石膏スラリー21はノズル43より塔頂部側に向かって噴流させる方法に限定されるものではなく、例えばノズル43から排ガス12と対向するように流下させてもよい。
<NHCl溶液の噴霧量の制御>
 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NHCl溶液14の流量、角度、初速度などを調整することができる。
 また、湿式脱硫装置22の出口側には、NOx濃度計53が設けられている。NOx濃度計53で測定された浄化ガス44中のNOx濃度の値は、制御装置52に伝達される。制御装置52はNOx濃度計53で測定された浄化ガス44中のNOx濃度の値から還元脱硝装置18におけるNOxの還元割合を確認することができる。よって、NOx濃度計53で測定された浄化ガス44中のNOx濃度の値からNHCl溶液14のNHCl濃度、供給流量などを制御することで、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14のNHCl濃度を所定の脱硝性能を満足するようにすることができる。
 また、煙道13にはボイラ11から排出される排ガス12中のHg含有量を測定する水銀(Hg)濃度計54−1、54−2が設けられている。Hg濃度計54−1は、ボイラ11と噴霧ノズル15との間の煙道13に設けられ、Hg濃度計54−2は、還元脱硝装置18と熱交換器19との間に設けられる。Hg濃度計54−1、54−2で測定された排ガス12中のHg濃度の値は、制御装置52に伝達される。制御装置52は、Hg濃度計54−1、54−2で測定された排ガス12中のHg濃度の値から排ガス12中に含まれるHgの含有量を確認することができる。Hg濃度計54−1、54−2で測定された排ガス12中のHg濃度の値からNHCl溶液14のNHCl濃度、供給流量を制御することで、噴霧ノズル15から噴霧されるNHCl溶液14のNHCl濃度、供給流量を所定の脱硝性能を満足すると共に、Hgの酸化性能を維持するようにすることができる。
 また、湿式脱硫装置22の塔底部55には、石灰石膏スラリー21の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定制御装置(ORPコントローラ)56が設けられている。このORPコントローラ56により石灰石膏スラリー21の酸化還元電位の値を測定する。測定された酸化還元電位の値に基づいて湿式脱硫装置22の塔底部55に供給される空気47の供給量を調整する。塔底部55に供給される空気47の供給量を調整することで、湿式脱硫装置22の塔底部55に貯留する石灰石膏スラリー21内に捕集されている酸化されたHgが還元されるのを防止し、煙突45より放散されるのを防止することができる。
 湿式脱硫装置22内の石灰石膏スラリー21の酸化還元電位は、石灰石膏スラリー21からのHgの再飛散を防止するためには、例えば150mV以上600mV以下の範囲内にあることが好ましい。これは酸化還元電位が上記範囲内であれば石灰石膏スラリー21中にHgClとして捕集されたHgが安定な領域であり、大気中への再飛散を防ぐことができるためである。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置10においては、還元酸化助剤として、NHClを用いているが、NHCl以外の臭化アンモニウム(NHBr)、ヨウ化アンモニウム(NHI)などのハロゲン化アンモニウムを還元酸化助剤として用い、水に溶解した溶液を用いてもよい。
 このように、本実施例に係る排ガス処理装置10によれば、NHCl溶液供給手段16が、噴霧ノズル15からNHCl溶液14を排ガス12の流通する煙道13の内壁13aに付着しないように供給しているため、煙道13内に噴霧されるNHCl溶液14の液滴が気化して生成されるHCl、NHを排ガス12と混合させることができる。このため、HCl、NHを濃度ムラ無く均一に煙道13内に安定して供給することができるので、還元脱硝装置18におけるHgの酸化性能を向上させることができると共に、NOxの還元性能を向上することができる。また、NHCl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の破損なども防止することができる。
 本発明による実施例2に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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。
 図5に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、複数の噴霧ノズル15が、下記式(7)を満たすように煙道13内に配置してなるものである。
a≦b/5・・・(7)
 但し、aは噴霧ノズルのノズル孔のノズル孔間距離であり、bは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
 上記式(7)を満たすように複数の噴霧ノズル15を煙道13内に配置することで、噴霧ノズル15よりNHCl溶液14を煙道13の内壁13aに付着しないように煙道13内に供給しつつ、煙道13内に設置する噴霧ノズル15の数を従来よりも多くすることができるため、煙道13内に噴霧ノズル15を適切に配置することができる。このため、排ガス12中に噴霧されるNH、HCl量を更に多くすることができるため、排ガス12中へのNHガス、HClガスの混合を促進することができる。
 また、複数の噴霧ノズル15は、好ましくは、下記式(8)を満たすように煙道13内に配置する。
a≦b/10・・・(8)
 よって、本実施例に係る排ガス処理装置によれば、上記式(7)を満たすように複数の噴霧ノズル15を煙道13内に配置することで、排ガス12中へのNHガス、HClガスの供給量を増大させると共に、煙道13内におけるHClガス、NHガスの濃度のばらつきを低減することができるため、還元脱硝装置18におけるHgの酸化性能を更に向上させることができると共に、NOxの還元性能を更に向上することができる。
 本発明による実施例3に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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。
 図6、7に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、噴霧ノズル61が、NHCl溶液14を噴霧するノズル孔15aを四つ設けるようにしたものである。噴霧ノズル61のノズル孔15aを増加させることで、1本の噴霧ノズル61から煙道13内に噴霧されるNHCl溶液14の量を増加させることができるため、排ガス12にHClガス、NHガスの混合を更に促進することができる。このため、還元脱硝装置18においてHgの酸化性能、NOxの還元性能を更に向上させることができる。
 また、ノズル孔15a同士の間隔cは、0.3m以下であるのが好ましい。液滴が40μm程度と仮定した場合、表2より液滴の水平方向の移動距離(即ち、煙道13の内壁13aから噴霧ノズル15のノズル孔15aまでの最短距離x)は0.13mとなる。液滴は蒸発、昇華した後はガス流れ方向に流れるため、濃度分布の均一化のためには、蒸発・昇華までに2つのノズル孔15aから噴霧された液滴が重なるのが望ましい。噴霧ノズル61の部分拡大図を図8に示す。図8に示すように、2つのノズル孔15aから出る液滴が蒸発までに水平方向に進む間隔の和が、0.26m(=0.13×2)である。そのため、ノズル孔15a同士の間隔cは0.3m以下とすることで2つのノズル孔15aから噴出される液滴を重ねることができる。また、現実的に用いられる液滴径は、制御性、装置寸法の関係から液滴が40μm以上80μm以下のものを採用する場合が多く、その液滴径の下限値として40μm程度の場合、ノズル孔15a同士の間隔cは0.3m以下とすることで2つのノズル孔15aから噴霧された液滴同士を重ねることができる。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、各々の噴霧ノズル61はノズル孔15aを四つ設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、2、3、又は5つ以上設けるようにしてもよい。
 本発明による実施例4に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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。
 図9に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置では、煙道13の短辺側に設けられる噴霧ノズル15−1、15−11~15−13、15−23、15−24の噴霧量を、煙道13の長辺側に設けられる噴霧ノズル15−2~15−10、15−14~15−22の噴霧量より多くしたものである。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。
 煙道13の短辺側に設けられる噴霧ノズル15−1、15−11~15−13、15−23、15−24から噴霧されるNHCl溶液14の噴霧量を煙道13の長辺側に設けられる噴霧ノズル15−2~15−10、15−14~15−22から噴霧されるNHCl溶液14の噴霧量よりも多くすることで、煙道13の端部にまで効率良くNHCl溶液14を噴霧することができる。このため、煙道13の端部近傍を流れる排ガス12にまでHClガス、NHガスを供給することができ、還元脱硝装置18においてHgの酸化性能、NOxの還元性能を更に向上させることができる。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道13の長辺側に設けられる噴霧ノズル15−2~15−10、15−14~15−22の噴霧量を1とした時、煙道13の短辺側に設けられる噴霧ノズル15−1、15−11~15−13、15−23、15−24の噴霧量は1.5としたが、本発明はこれに限定されるものではない。煙道13の短辺側に設けられる噴霧ノズルと、煙道13の長辺側に設けられる噴霧ノズルとの比は、排ガス12中のNOx濃度、Hg濃度、NHCl溶液14の噴霧量などに応じて適宜調整する。
 本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道13内に24本の噴霧ノズル15−11~15−24を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、煙道13内の設置面積等に応じて噴霧ノズルを複数本設けるようにしてもよい。
 本発明による実施例5に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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NHClが気化する領域よりも後流側に設けられ、NHCl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(NH)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。
 排ガス12は、NHCl溶液供給手段16より噴霧されたNHCl溶液14の液滴から生じたHClガス、NHガスを含んだ後、混合器71に送給される。混合器71で排ガス12を攪拌することで、排ガス12にHClガス、NHガスの混合を促進することができ、排ガス12におけるHClガス、NHガスの濃度分布を均一にすることができる。
 本実施例の混合器71は、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14が気化する領域よりも後流側に設けられる。一般的なプラント運転条件においては、混合器71は、NHCl溶液14を供給する供給位置よりも1m以上後流側に設けるのが好ましい。これは、現実的なプラント運転条件においては、混合器71がNHCl溶液14の供給位置より1mより小さいと、NHCl溶液14の液滴が気化する前に混合器71と接触してしまうケースが多いためである。よって、混合器71をNHCl溶液14を供給する供給位置よりも1m以上後流側に設けることで、排ガス12へのHClガス、NHガスの混合を更に促進させることができる。また、混合器17は現実的な機器配置の観点からNHCl溶液14の供給位置より10m程度までとする。
 また、混合器71の構成を図11~図14に示す。図11は、混合器の一例を示す平面図であり、図12は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図であり、図13は、旋回流誘起部材の正面図であり、図14は、旋回流誘起部材の斜視図である。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6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。
 第1の旋回流誘起板73と第2の旋回流誘起板74とは、各々、略三角形状に形成されている。また、第1の旋回流誘起板73は排ガス12の入口側に設けられ、第2の旋回流誘起板74は排ガス12の排出側に設けられるため、旋回流誘起部材72を正面から見たとき、第1の旋回流誘起板73は第2の旋回流誘起板74より下側に位置している。また、中間部材75は平板であり、第1の旋回流誘起板73と第2の旋回流誘起板74とを連結するかなめとして機能している。また、第1の旋回流誘起板73には下部支持板76が設けられ、第2の旋回流誘起板74には上部支持板77が設けられている。下部支持板76、上部支持板77により隣接する旋回流誘起部材72同士を連結するようにしている。
 図14に示すように、排ガス12が旋回流誘起部材72に流入すると、排ガス12は第1の旋回流誘起板73の対向面73aの裏面側に衝突してガス流れが変化し、第2の旋回流誘起板74の方向に流れる。その後、排ガス12は第2の旋回流誘起板74の対向面74aの裏面側に衝突して更にガス流れが変化する。このため、排ガス12は、第1の旋回流誘起板73、第2の旋回流誘起板74によりガス流れが変化し、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、旋回流誘起部材72の排ガス12の流入方向から排ガス12の排出方向に向かって旋回しながら流れる。
 また、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とを約90°異なる向きとなるように配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。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との向きは、旋回流誘起部材72に流入した排ガス12を旋回流誘起部材72の排ガス12の流入方向から排ガス12の排出方向に向かって旋回させながら流すことができる角度であればよい。
 また、本実施例においては、混合器71は、図11に示すように、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としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、煙道13の面積等に応じて旋回流誘起部材72を設置する数は適宜変更する。
 また、本実施例においては、混合器71は排ガス12の流れ方向に旋回流誘起部材72が6個配置されたユニットを1段として構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス12の流れ方向に旋回流誘起部材72が複数配置されたユニットを複数段設置するようにしてもよい。また、本実施例の混合器71は、排ガス12の流れ方向と直交する方向に旋回流誘起部材72が複数配置されたユニットを設けると共に、排ガス12の流れ方向に旋回流誘起部材72が複数配置されたユニットを複数設けるようにしてもよい。
 図15は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図であり、図16は、図15の部分拡大図である。なお、図15、16中には、図11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の旋回流誘起板73及び第2の旋回流誘起板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、NHガスとの混合を促進することができる。
 また、混合器71は、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14が気化する領域よりも後流側に設けられているため、NHCl溶液14の液滴が気化する前に混合器71と接触するのを防止できるため、ヒートショックによる煙道13の破損、煙道13の腐食、排ガス12中の灰の堆積などを防止することができる。
 図17、18は、図4におけるA−A断面図であり、図17は、混合器を煙道内に設置していない場合の排ガス中のNHガスの濃度分布の一例を模式的に示す図である。図18は、混合器を煙道内に設置した場合の排ガス中のNHガスの濃度分布の一例を模式的に示す図である。なお、図17中、符号104は、図29に示す従来の排ガス処理システムの煙道を示す。
 図17、18に示すように、混合器71を設置していない場合の方が還元脱硝装置18に流入する直前の排ガス12中のNHガスの濃度分布のばらつきは、煙道13内に混合器71を設置している場合に比べ還元脱硝装置18に流入する直前の排ガス12中のNHガスの濃度分布のばらつきよりも大きくなっている。
 よって、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14が気化する領域よりも後流側に混合器71を設けることで、煙道13内における排ガス12にNHガスの混合を促進させることができるため、排ガス12中のNHガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、NHガスの濃度分布のばらつきは例えば5%程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置18において脱硝触媒でのNOxの還元効率を向上させることができる。
 また、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14が気化する領域よりも後流側に混合器71を設けることで、煙道13内における排ガス12にNHガスの他にHClガスの混合も促進することができる。このため、排ガス12中のHClガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、HClガスの濃度分布のばらつきについても例えば5%程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置18において脱硝触媒でのHgの酸化性能を向上させることができる。
 また、図11~図14に示すように、旋回流誘起部材72の幅L、高さDが、下記式(9)、(10)の範囲内であることが好ましい。
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。
 旋回流誘起部材72を上記式(9)、(10)の範囲内とするのは、以下に示すように、混合器71の圧損の条件、排ガス12中のNHの濃度のバラツキ、製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点などを考慮して定める必要があるためである。
 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NH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/L≧2・・・(11)
MIN(B、H)×D/L≦5・・・(12)
 即ち、圧損の条件として、混合器71の圧損が25mmAq以下であるためには、上記式(11)を満たす必要がある。また、混合器71の効果として排ガス12中のNHの濃度の濃度バラツキを5%以下とするためには、上記式(12)を満たす必要がある。
 また、混合器71は製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点から上記式(9)、下記式(13)を満たす必要がある。
MIN(B、H)/10≦L≦MIN(B、H)・・・(9)
MIN(B、H)/10≦D・・・(13)
 上記式(11)、(12)より、Dは下記式(14)のように表せる。
2L/MIN(B、H)≦D≦5L/MIN(B、H)・・・(14)
 上記式(14)に上記式(9)を代入すると、Dは下記式(15)のように表せる。
MIN(B、H)/50≦D≦5×MIN(B、H)・・・(15)
 そして、上記式(15)に上記式(13)を考慮すると、Dは上記式(10)のように表される。
MIN(B、H)/10≦D≦5×MIN(B、H)・・・(10)
 このように、旋回流誘起部材72の幅L、高さDが、上記式(9)、(10)の範囲内にあることで、複数の旋回流誘起部材72を煙道13内に設置することができるため、排ガス12にHCl、NHの混合を促進させることができる。
 また、第1の旋回流誘起板73および第2の旋回流誘起板74の形状は、上部支持板77及び下部支持板76から中間部材75にかけて形成される三角形状に限定されるものではなく、排ガス12に旋回流を発生させ、排ガス12のHCl、NHとの混合を促進させることができる形状であればよい。例えば第1旋回流誘起板73および第2旋回流誘起板74の形状は、第2旋回流誘起板74及び第1旋回流誘起板73の一端側から他端側にかけて曲線型、波型などとしてもよい。
 従って、本実施例に係る排ガス処理装置70によれば、混合器71として煙道13の断面方向に旋回流誘起部材72を複数設けることで、排ガス12中にHCl、NHの混合を促進させることができるため、噴霧ノズル15より噴霧されたNHCl溶液14が気化して生じるNH及びHClの濃度の分布の均一化を図ることができる。これにより、還元脱硝装置18において脱硝触媒によりHgの酸化性能およびNOxの還元性能を向上させることができると共に、ヒートショックによる煙道13の破損、煙道13の腐食、排ガス12中の灰の堆積などを防止することができる。
 本発明による実施例6に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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、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時の図であり、図21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。
 図20、21に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、煙道13が煙道13内にNHCl溶液14を供給する供給位置よりも後流側で、かつNHCl溶液14の液滴が気化している領域の煙道13の内壁13aに突状部材81を設けてなるものである。突状部材81を煙道13の内壁13aに設けることで、排ガス12が流通可能な煙道13の開口幅が小さくなるため、煙道13の壁面近傍に排ガス12のガス流れによる渦を生成することができる。このため、煙道13の壁面近傍を流れる排ガス12におけるHClガス、NHガスの混合を促進することができ、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。
 また、突状部材81の設置位置は、NHCl溶液14の液滴が突状部材81と衝突しないようにするため、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14の液滴が気化した後の領域に設けるようにするのが好ましく、特に噴霧ノズル15から1m以上後流側の離れた位置に設置するのが好ましい。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、突状部材81の形状を板状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、箱型、三角形状など他の形状としてもよい。
 本発明による実施例7に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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時の図であり、図23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。
 図22、23に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、煙道13内にNHCl溶液14を供給する供給位置よりも後流側に煙道13内の通路を狭くするくびれ部82を設けてなるものである。煙道13の壁面に煙道13内の通路を狭くするくびれ部82を設けることで、煙道13の壁面近傍に排ガス12のガス流れによる渦を生成することができるため、煙道13の壁面近傍を流れる排ガス12におけるHClガス、NH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、NH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。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道13の通路を狭くしてくびれ部82を形成するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図24、25に示すように、くびれ部82と同じ形状のくびれ部材83を煙道13の壁面に設けるようにしてもよい。これにより、くびれ部材83の近傍に排ガス12のガス流れによる渦を生成することができるため、煙道13の壁面近傍を流れる排ガス12におけるHCl、NHの混合を促進することができる。
 また、くびれ部82の設置位置は、実施例6における突状部材81の場合と同様に、NHCl溶液14の液滴がくびれ部82と衝突しないようするため、噴霧ノズル15から噴霧されたNHCl溶液14の液滴が気化した後の領域に設けるようにするのが好ましく、特に噴霧ノズル15から1m以上後流側の離れた位置に設置するのが好ましい。
 本発明による実施例8に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。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。
 図26、27に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、還元脱硝装置18の上流側に設けられるガイドベーン84に、HClガス、NHガスの排ガス12への混合を促進する混合促進補助部材85が設けられてなるものである。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、NH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、NH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、NH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。
 本発明による実施例9に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。図28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。
 図28に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置90は、NHCl溶液供給手段16と還元脱硝装置18との間に設けられ、煙道13中に還元剤としてアンモニア(NH)ガス91を供給するアンモニア(NH)ガス噴射手段92を有するものである。NHガス噴射手段92は、NHガス91を貯蔵しているNHガス供給部93と、NHガス91を煙道13に送給するアンモニア(NH)ガス送給通路94と、煙道13内にNHガス91を噴射する噴射ノズル95とで構成されている。また、噴射ノズル95から噴射されるNHガス91の噴射量はバルブV4により調整される。NHガス91はNHCl溶液14のような液滴と異なり煙道13に衝突しても煙道13を損傷するなどの被害がないため、煙道13の壁面領域にもNHガス91を噴射することができる。このため、煙道13の壁際の低濃領域でのNH濃度を上げることができ、排ガス12中のHClガス、NHガスの濃度ムラを抑制することができる。
 また、噴射ノズル95より煙道13内に供給する位置は、NHCl溶液14の噴霧位置より1m以上後流側とするのが好ましい。これは、噴射ノズル95にNHCl溶液14の液滴が衝突するのを防ぐためである。
 よって、本実施例に係る排ガス処理装置90によれば、NHCl溶液14を煙道13内に噴霧した後、NHガス噴射手段92より煙道13内にNHガス91を噴射することで、煙道13の壁際の低濃領域でのNH濃度を上げることができるため、排ガス12中のHClガス、NHガスの濃度ムラに対応可能としつつ、還元脱硝装置18においてHgの酸化性能を維持すると共に、NOxの還元性能を向上させることができる。
<NHガスの噴射量の制御>
 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NHガス91の流量、角度、初速度などを調整することができる。
 よって、ボイラ11等の燃焼設備から排出される排ガス12中のNOx濃度とHg濃度とのバランスが通常と異なりNOx濃度が高く、NHCl溶液14を煙道13内に噴霧するだけでは、必要量のNHを供給することができない場合には、噴射ノズル95からNHガス91を煙道13内に噴射することで、煙道13内における排ガス12中に供給されるHClガス、NHガスの濃度分布のばらつきを低減しつつ、排ガス12にNOxを還元するのに必要な分のNHガスを供給することができる。このため、排ガス12中のHClガス、NHスの濃度ムラへの対応を図ることができると共に、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。
 また、NHガス供給部93より供給されるNHガス91の供給量は、NOx濃度計53の値を用いて制御するようにしてもよい。
 また、本実施例に係る排ガス処理装置90においては、NHガス供給部93のみを設け、NHガス91を煙道13内に供給できるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。NHガス供給部93に代えて煙道13内に酸化性ガスとして塩化水素(HCl)ガスを供給する塩化水素(HCl)ガス供給部を設け、煙道13内にHClガスを供給するようにしてもよい。これにより排ガス12にHgを酸化するのに必要量のHClガスを供給することができる。また、流量計51により測定された排ガス12の流速に基づいて前記HClガス供給部より供給するHClガスの噴霧量、噴霧角度、初速度を調整することができる。
 更に、NHガス供給部93と前記HClガス供給部の両方を設けるようにしてもよい。流量計51により測定された排ガス12の流速に基づいてNHガス供給部93および前記HClガス供給部より供給するNHガス91およびHClガスの噴霧量、噴霧角度、初速度を調整することができる。これにより、排ガス12に別途NHガス及びHClガスの供給を行なうようにしているので、排ガス12中のNOx又はHg濃度の変動が生じるような場合においても適切な対応が可能となる。
 酸化性ガスに用いられる酸化助剤としては、HClに限定されるものではなく、HCl以外の臭化水素(HBr)、ヨウ化水素(HI)などのハロゲン化水素を酸化性ガスとして用いてもよい。
 以上のように、本発明に係る排ガス処理装置は、煙道内に噴霧したNHCl溶液を煙道の内壁に付着しないように供給し、NHCl溶液の液滴から生じるHClガス、NHガスと排ガスとの混合の促進を図ることができるので、排ガス中のHg、NOxを除去する排ガス処理装置に用いるのに適している。
 10、70、90 排ガス処理装置
 11 ボイラ
 12 排ガス
 13 煙道
 14 塩化アンモニウム(NHCl)溶液
 15、61 噴霧ノズル
 16 塩化アンモニウム(NHCl)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(NHCl)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(NHCl)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の旋回流誘起板
 74 第2の旋回流誘起板
 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(NH)ガス
 92 アンモニア(NH)ガス噴射手段
 93 NHガス供給部
 94 アンモニア(NH)ガス送給通路
 95 噴射ノズル
 V1~V4 バルブ

Claims (17)

  1.  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、前記還元酸化助剤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。
  2.  請求項1において、
     少なくともガス流速、液滴初速、液滴径、排ガス温度、液滴温度から求められる液滴気化に要する距離lと、噴射角度αに基づいて、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、下記式を満たすように前記噴霧ノズルが配置されていることを特徴とする排ガス処理装置。
    x>l×sinα・・・(1)
  3.  請求項1又は2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。
  4.  請求項1乃至3の何れか一つにおいて、
     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。
  5.  請求項1乃至4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。
  6.  請求項1乃至5の何れか一つにおいて、
     前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤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。
  7.  請求項6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。
  8.  請求項1乃至7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。
  9.  請求項1乃至8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。
  10.  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還元酸化助剤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、
     前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤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。
  11.  請求項10において、
     少なくともガス流速、液滴初速、液滴径、排ガス温度、液滴温度から求められる液滴気化に要する距離lと、噴射角度αに基づいて、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、下記式を満たすように前記噴霧ノズルのノズル孔が配置されていることを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
    x>l×sinα・・・(3)
  12.  請求項10又は11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の水銀除去方法。
  13.  請求項10乃至12の何れか一つにおいて、
     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。
  14.  請求項10乃至13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。
  15.  請求項10乃至14の何れか一つにおいて、
     前記還元酸化助剤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還元酸化助剤の噴霧量、噴霧角度、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。
  16.  請求項10乃至15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還元酸化助剤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。
  17.  請求項15又は16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、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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