JP2010125377A - 湿式脱硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 湿式脱硫装置から排出される排ガス中の水銀を低減することにある。
【解決手段】 ボイラから排出された硫黄酸化物及び水銀を含む排ガスが導入され、脱硫剤を含む吸収液を排ガスに接触させて硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置１３において、吸収液に水銀に対する吸着能を有する固体粒子を混合し、排ガス中の２価の水銀を固体粒子に吸着させ、吸収液の固体側に水銀を固定化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湿式脱硫装置に係り、特に、硫黄酸化物及び水銀を含む排ガスに脱硫剤を含む吸収液を接触させて脱硫する湿式脱硫装置に関する。

石炭や石油などをボイラで燃焼させて発生した排ガスには、硫黄酸化物や微量の水銀などの有害物質が含まれることから、湿式脱硫装置を含む排ガス処理装置で排ガスを浄化して煙突などから放出することが知られている。

例えば、特許文献１には、石炭などの化石燃料を燃焼して発生した水銀及び硫黄酸化物を含む排ガスに石灰を含むスラリ状の吸収液を接触させ、吸収液に硫黄酸化物と水銀を吸収させて排ガスから除去する湿式脱硫装置が提案されている。特許文献１の湿式脱硫装置は、石灰と硫黄酸化物を反応させて生成した石膏や吸収した水銀を含むスラリの一部を抜き出し、キレート剤や酸化剤を添加して水銀を液体側に固定化した後、スラリを固液分離して石膏を回収している。これによれば、石膏の水銀含有量を低減できる。

一方、特許文献２には、流動層ボイラの流動層を、石炭灰及び石灰石などで形成し、流動層は、ボイラ内で硫黄酸化物を石灰石と反応させることが提案されている。また、流動層ボイラで発生した未反応の石灰石及び反応生成物を含む灰を回収してスラリ状の吸収液とし、この吸収液を湿式脱硫装置に導いて排ガスに接触させ、排ガス中に残存する硫黄酸化物を除去することが提案されている。これによれば、灰に含まれる未反応の石灰石及び石灰石が分解して生成した消石灰を、湿式脱硫装置の脱硫剤として利用できる。

特開２００７−１８５５５８号公報 特開２００３―２４５５１８号公報

しかしながら、特許文献１によれば、排ガス中の二酸化硫黄がスラリに溶解して亜硫酸などの還元性物質が生成されるため、スラリに溶解された２価の水銀イオンが難溶性の０価の金属水銀に還元され、排ガスに混じって湿式脱硫装置から金属水銀が放出されるという問題がある。

一方、特許文献２によれば、流動層ボイラから回収される消石灰をスラリに溶解すると、スラリのｐHが高くなり、スラリで吸収除去した２価の水銀イオンが０価の金属水銀に還元されやすくなるため、湿式脱硫装置から排ガスに混じって水銀が放出されるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、湿式脱硫装置から排出される排ガス中の水銀を低減することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、ボイラから排出された硫黄酸化物及び水銀を含む排ガスが導入され、脱硫剤を含む吸収液を排ガスに接触させて硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置において、吸収液に水銀に対する吸着能を有する固体粒子を混合することを特徴とする。

これによれば、吸収液に吸収した２価の水銀を固体粒子に吸着させて、吸収液の固体側に固定化できる。その結果、２価の水銀が溶解して生成する水銀イオンが０価の金属水銀に還元されることを低減でき、吸収液から排ガスに水銀が放出することを抑制できることから、湿式脱硫装置から排出される排ガス中の水銀を低減することができる。

また、固体粒子としては、炭素含有燃料を燃焼させて発生した未燃カーボンを含む灰を用いることができる。固体粒子として粉末活性炭を用いることも考えられるが、灰中の未燃カーボンは表面積が大きく水銀を吸着できることから、灰を用いることで固体粒子にかかるコストを低減できる。

この場合において、未燃カーボンを２〜２０質量％含む灰を吸収液に混合することができる。

また、吸収液中の灰の濃度が１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとなるように灰を吸収液に混合することできる。

なお、吸収液に混合する灰は、湿式脱硫装置の上流側に設けられたボイラ、脱硝装置、熱交換器、集塵装置の少なくともいずれか１つで回収された灰を、吸収液に混合することができる。

本発明によれば、湿式脱硫装置から排出される排ガス中の水銀を低減できる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１に本実施形態の湿式脱硫装置を含むボイラプラントの概念図を示す。本実施形態のボイラプラント１は、例えば、火力発電所などに設けられている。ボイラ３には炭素含有燃料、例えば、微粉砕した石炭を図示していない燃焼炉で燃焼するようになっている。石炭は空気などにより気流搬送され、燃焼炉に設けられた図示していないバーナに供給するようになっている。燃焼炉で発生した硫黄酸化物と水銀を含む排ガスは、ボイラ３の上方に設けられた熱回収手段により熱回収された後に、ボイラ３から排出されるようになっている。なお、ボイラ３の燃焼炉は、ストーカ炉や石炭ガス化炉などを使用することができる。

ボイラ３から排出された排ガスは脱硝装置５に導入される。脱硝装置５は、例えば、排ガスにアンモニアなどの脱硝剤を注入する注入管と、注入管の排ガス流れ方向の後流側に設けられた脱硝触媒層を備えている。脱硝装置５を通過した排ガスは、エアヒータ７及びガスガスヒータ９で熱回収される。熱回収された排ガスは電気集塵機１１に導かれ、排ガス中の煤塵を電気集塵機１１で捕集して排ガスから煤塵を除去するようになっている。電気集塵機１１で脱塵された排ガスは、湿式脱硫装置１３に導入される。

湿式脱硫装置１３は、導入される排ガスに脱硫剤、例えば、石灰石を含むスラリ状の吸収液を接触させるようになっている。湿式脱硫装置１３には、吸収液を排ガスに散布する図示していない散布手段が設けられている。排ガスに接触させた後の吸収液は回収され、図示していない循環手段により散布手段に供給されて、吸収液を循環使用するようになっている。なお、湿式脱硫装置１３は排ガスに吸収液を散布できればよく、本実施形態に限定されるものではない。

湿式脱硫装置１３で脱硫された排ガスは、湿式電気集塵機１５に導入され、排ガス中に残存する煤塵などの粒子を捕集するようになっている。湿式電気集塵機１５を通過した排ガスは、再加熱器１７に導入される。再加熱器１７は、例えば、ガスガスヒータ９で排ガスの熱により加熱された熱媒体が供給され、図示していない伝熱管内を通流して、熱媒体により排ガスを加熱するようになっている。再加熱器１７で加熱された排ガスは煙突１９に導かれる。

次に、本実施形態の特徴構成を説明する。湿式脱硫装置１３には、水銀に対する吸着能を有する固体粒子を、湿式脱硫装置１３に供給する供給手段２１が設けられている。供給手段２１は、湿式脱硫装置１３で散布されるスラリ状の吸収液に固体粒子を添加して、吸収液に固体粒子を混合できるようになっている。固体粒子としては、例えば、石炭や石油などの炭素含有燃料を燃焼させて発生した未燃カーボンを含む灰や粉末状の活性炭など多孔質の炭素を含む固体粒子を使用できる。なお、固体粒子として灰を使用する場合は、未燃カーボンが多い燃焼灰、例えば、未燃カーボンを２〜２０質量％含む灰を吸収液に混合することができる。

このように構成される本実施形態の湿式脱硫装置１３を含むボイラプラント１の動作を説明する。ボイラ３から排出された排ガスは、排ガスダクトなどを通流し脱硝装置５に導かれる。脱硝装置５では、排ガスに脱硝剤を添加して触媒存在下で脱硝剤と窒素酸化物を反応させ、窒素酸化物を分解して排ガスを脱硝する。脱硝装置５で脱硝した排ガスは、エアーヒータ７及びガスガスヒータ９で排ガスの熱が回収される。温度を下げた排ガスは、電気集塵機１１に導かれて排ガス中の煤塵を電気集塵機１１で捕集して排ガスから煤塵を除去する。煤塵が除去された排ガスは、湿式脱硫装置１３に導かれる。湿式脱硫装置１３は、排ガスに吸収液を散布して、排ガスと吸収液を気液接触させて排ガス中の二酸化硫黄などの硫黄酸化物を吸収して脱硫する。湿式脱硫装置１３で脱硫した排ガスは、湿式電気集塵機１５に導入され、残存する煤塵などを捕集して排ガスから除去する。湿式電気集塵機１５から排出された排ガスは、再加熱器１７で加熱されて、煙突１９から外気に排出される。

次に、本実施形態の特徴動作を説明する。湿式脱硫装置１３で散布する脱硫剤を含む吸収液には、供給手段２１から水銀に対する吸着能を有する固体粒子が添加されて吸収液中に分散させる。この吸収液を排ガスに散布し、吸収液に二酸化硫黄などの硫黄酸化物と２価の水銀を吸収させる。吸収液に吸収した硫黄酸化物は、吸収液中の脱硫剤と反応させて固体の反応物を生成する。この反応物が重力により湿式脱硫装置１３の底部に落下することで、排ガスから硫黄酸化物を除去できる。底部に落下した反応物を含む吸収液は回収され、適宜固液分離して固体の反応物と未反応の脱硫剤を含む液体に分離し、液体分を湿式脱硫装置１３内に循環させて吸収液として利用する。なお、脱硫剤として、カルシウム系の脱硫剤を使用すると反応物として石膏が生成されることから、この反応物を含む吸収液を固液分離することで石膏を回収できる。

一方、吸収液で吸収した２価の水銀は、固体粒子の水銀吸着能により固体粒子に吸着して、吸収液中の固体側に固定化する。これにより、吸収液の液側の２価の水銀イオン濃度を低減でき、吸収液中での水銀の還元、排ガス中への金属水銀の放出が抑制できる。図２に吸収液に固体粒子を添加した場合の、吸収液の液体中の水銀濃度の関係を示す。図２の横軸の初期濃度は、水銀を亜硫酸を含む水に溶解させて１００μｇ／Ｌになるように調整したものであり、無添加とは、初期濃度の溶液に脱硫剤を添加したものであり、燃焼灰添加とは、無添加の溶液に、未燃カーボンを７．３質量％含む灰を灰濃度が１０００ｐｐｍとなるよう混合したものである。これらの溶液中の亜硫酸を酸化させた後、ろ過して得られたろ液中の水銀濃度を比較した。図２によれば、燃焼灰添加のろ液は、液中の水銀が約９９％除去されている。これは、脱硫剤と亜硫酸の反応により生成した反応物及び灰に含まれる未燃カーボンに水銀が吸着し、吸収液の固体側に２価の水銀を固定化したことによる。これに対し、無添加のろ液は、脱硫剤と亜硫酸の反応物に水銀が吸着して、ろ液中の水銀濃度を約６６％低減しているが、燃焼灰添加よりもろ液中の水銀濃度が著しく高いことがわかる。なお、吸収液中の灰濃度は、湿式脱硫装置１３に導入される排ガス中の水銀濃度や、湿式脱硫装置１３内での排ガスの滞留時間により選択でき、例えば、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍにすることができる。

これによれば、吸収液に吸収した２価の水銀を固体粒子に吸着させて吸収液の固体側に固定化できることから、２価の水銀が溶解して生成する２価の水銀イオンを低減できる。その結果、吸収液中の還元性物質により２価の水銀イオンが０価の金属水銀に還元することを軽減でき、吸収した水銀が吸収液から排ガスに放出することを抑制できることから、湿式脱硫装置１３から排出される排ガス中の水銀を低減することができる。特に、本実施形態のように、湿式脱硫装置１３で吸収液を循環供給すると、吸収液中の水銀と還元性物質が蓄積し２価の水銀イオンが還元しやすくなることから、固体粒子で水銀を固定化することが好ましい。

また、ボイラプラント１から発生した灰には、多孔質の未燃カーボンが含まれ、この未燃カーボンは、水銀に対する吸着能を有することから、固体粒子としてこのような灰を使用することができる。これにより、固体粒子にかかる費用を低減でき、低コストで吸収除去した水銀を固定化できる。

また、固体粒子として灰を使用する場合は、図３に示すように湿式脱硫装置１３の上流側に設けられたボイラ３、脱硝装置５、ガスガスヒータ９、電気集塵機１１で回収された燃焼灰２３を吸収液に添加することができる。なお、図３は、ボイラ３、脱硝装置５、ガスガスヒータ９、電気集塵機１１で回収した全ての灰を、吸収液に添加しているが、少なくともいずれか１つで回収された灰を吸収液に添加することができる。また、図３は図示をわかりやすくするため、供給手段２１を記載していない。

また、石灰石膏法により脱硫して石膏を回収する場合、吸収液中の水銀を固体粒子に吸着させることで、石膏に含有する水銀濃度を低減でき、高純度の石膏を得ることができ、石膏から水銀が溶出することを抑制できる。なお、石膏と固体粒子の分離は、石膏と固体粒子の粒径の違いを利用して行う。この場合、固体粒子として燃焼灰を使用する場合は、湿式脱硫装置１３の上流側で回収した粒径の大きなものを多く含む灰を用いることが好ましい。

また、湿式脱硫装置１３を含むボイラプラント１は、本実施形態に限定されないが、本実施形態のように構成することで、脱硝装置５、ガスガスヒータ９、電気集塵機１１などで、排ガス中の水銀濃度を低減できる。詳述すると、ボイラ３から排出された排ガスには、水銀がμｇ／ｍ３Ｎオーダーの水銀蒸気として含まれる。排ガス中の水銀の形態は０価の金属水銀と２価の酸化された水銀が大半である。０価の金属水銀は、脱硝触媒の作用により２価の水銀に酸化される。２価の酸化された水銀は、煤塵への吸着性や水への吸収性が高く、脱硝装置５やガスガスヒータ９を通過する間に一部は煤塵に吸着する。そして、電気集塵機１１で脱塵することで、水銀が吸着している煤塵を排ガスから除去できる。さらに、２価の酸化された水銀は湿式脱硫装置１３において吸収液中に吸収除去して、排ガスから水銀を除去できることから、外気に放出される排ガス中の水銀濃度を低減できる。

本発明の実施形態の湿式脱硫装置を含むボイラプラントの概念図である。 吸収液に灰を添加した場合の水銀濃度の変化を示す図である。 吸収液に添加する灰の回収位置を示す図である。

符号の説明

１ ボイラプラント
３ ボイラ
５ 脱硝装置
１１ 電気集塵機
１３ 湿式脱硫装置
２１ 供給手段
２３ 燃焼灰

Claims (5)

1. ボイラから排出された硫黄酸化物及び水銀を含む排ガスが導入され、脱硫剤を含む吸収液を前記排ガスに接触させて硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置において、
   前記吸収液に前記水銀に対する吸着能を有する固体粒子を混合することを特徴とする湿式脱硫装置。
2. 請求項１に記載の湿式脱硫装置において、
   前記固体粒子は、炭素含有燃料を燃焼させて発生した未燃カーボンを含む灰であることを特徴とする湿式脱硫装置
3. 請求項２に記載の湿式脱硫装置において、
   前記灰は、前記未燃カーボンを２〜２０質量％含んでなることを特徴とする湿式脱硫装置。
4. 請求項２に記載の湿式脱硫装置において、
   前記吸収液中の前記灰の濃度は、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする。
5. 請求項２に記載の湿式脱硫装置において、
   前記灰は、前記湿式脱硫装置の上流側に設けられたボイラ、脱硝装置、熱交換器、集塵装置の少なくともいずれか１つで回収された灰であることを特徴とする湿式脱硫装置。

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