JP2017006822A - 石炭焚ボイラ用排ガス処理装置と石炭焚ボイラ用排ガス処理方法 - Google Patents

石炭焚ボイラ用排ガス処理装置と石炭焚ボイラ用排ガス処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】脱硫装置の脱硫吸収液からの重金属の再放出や石膏への重金属の混入を防止して、外気へ排出される重金属量を低減し、効率良く重金属を除去できる石炭焚ボイラ用排ガス処理装置の提供である。【解決手段】ボイラ１からの排ガス流路に、脱硝装置２と、集塵機４と、脱硫装置５とを順次設けた排ガス処理装置において、集塵機４と脱硫装置５との間の流路に重金属成分除去装置１０を設ける。この装置は、排ガスに酸性吸収液を噴霧するノズル４７と重金属を吸収した液を溜めるタンク４９とタンク４９の液をノズル４７に供給する循環ポンプ５０とを備えた吸収塔４５と、吸収塔４５から抜き出した液を中和する中和槽５２と、中和した液から固液分離する分離器５３と、分離器５３で分離した液体分を吸収塔４５に戻す配管５６とを備える。吸収塔４５で微量重金属を除去することができるため、脱硫装置５での重金属の再放出や石膏中への重金属の混入を防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、石炭を燃料とする石炭焚ボイラの排ガスを浄化する排煙処理装置及び排煙処理方法に係わり、特に排ガス中に含まれる水銀などの重金属を除去する石炭焚ボイラ用排ガス処理装置と石炭焚ボイラ用排ガス処理方法に関する。
従来の発電用石炭焚きボイラ及びその排ガス処理装置の一例を図４に示す。
石炭供給ライン２１から供給される石炭を燃焼用空気供給ライン３６から供給される空気によりボイラ１で燃焼させ、燃焼により発生した高温の排ガスをボイラ１出口に設けた熱交換器１１により熱交換することで蒸気を発生させ、蒸気タービン１２により発電機１３を運転する。蒸気タービン１２を出た低圧蒸気は復水器１４により除冷された後、再びポンプ１５で加圧され、熱交換器１１に送られる。
燃焼排ガスは、以下のように処理される。まず、ボイラ１の排ガス流れ下流側に設置した脱硝装置２内の脱硝触媒によって排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと言う）を窒素に還元した後、エアヒーター（Ａ／Ｈ）３によりガス温度を低下させ、集塵機４で灰を除去し、脱硫装置５で硫黄酸化物（以下、ＳＯｘと言う）を除去した後、煙突１６から大気中に放出することで、排ガス中の煤塵、ＮＯｘ及びＳＯｘを除去する構成となっている。
脱硫装置５では，石灰石（炭酸カルシウム）又は石灰を含むスラリ等の吸収剤を含んだ脱硫吸収液が脱硫スプレノズル２７から微細な液滴として噴霧され、脱硫吸収液の液滴と排ガスとを接触させることで、排ガス中の煤塵や塩化水素(ＨＣｌ)、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスと共に、排ガス中のＳＯｘが脱硫スプレノズル２７の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
ＳＯｘ（主にＳＯ２）を吸収した吸収液は、一旦脱硫装置５の底部の循環タンク２８に溜まり、図示しない酸化用空気供給管から供給される空気により酸化され、硫酸カルシウム(石膏)を生成する。循環タンク２８から抜き出された吸収液のうち、一部はポンプ２６によって循環配管２５から脱硫スプレノズル２７に供給され、残りは石膏分離機２９で石膏と分離され、石膏３０は回収される。石膏３０と分離された吸収液は貯留タンク３１からポンプ３２により脱硫吸収液戻り配管３５から脱硫装置５内に戻されたり、一部は排水処理装置６７に送られたりする。また、炭酸カルシウム供給装置４４に戻されて石灰石スラリ等の吸収剤の調整に用いられることもある。排水処理装置６７では排水中に含まれる重金属等を含む有害物質を除去した後、排液は系外に放出される。
近年では、石炭中に含まれる水銀などに対する規制が強化されるようになり、排ガス中の重金属、主に水銀を除去するいくつかの方法が提案、実用化されている。
下記特許文献１によれば、脱硝触媒に水銀酸化機能を強化することで、水銀の除去特性を改善している。石炭中の水銀は燃焼場で、金属状水銀の形態として排ガス中に放出される。この金属状水銀は、灰などの固体に吸着されにくく、また、水にも溶けにくい性質があり、このままの形態では、従来の集塵機や脱硫装置などの排ガス処理装置を通過して大気中に放出されてしまう。そのため、特許文献１では、上記金属状水銀を酸化状水銀に変換する水銀酸化機能を脱硝触媒に付加している。酸化状水銀は、固体に吸着しやすく、また、水にも溶けやすいという性質があり、その一部は排ガス中の灰に付着して集塵機で灰と共に除去され、また、そのほとんどは脱硫装置の脱硫吸収液に吸収されることから、大気中への放出を防止できる。
また、下記特許文献２によれば、脱硝触媒の排ガス流れ上流側にハロゲン化合物を添加することで、水銀の除去特性の改善を図っている。水銀は排ガス中のハロゲン（塩素や臭素）と反応して酸化状水銀となる。石炭中にこれらのハロゲンが少ない場合は、酸化状水銀に変換される水銀割合が減少することになる。そのため、特許文献２では、脱硝触媒の排ガス流れ上流側にハロゲンを添加することで、排ガス中の酸化状水銀への変換割合を増加させて、排ガス中の水銀除去率を上げている。
また、下記特許文献３によれば、集塵機の排ガス流れ上流側のダクト部に活性炭等の水銀吸着剤を添加することで、排ガス中の水銀を吸着剤で吸着し、集塵機で灰と共に回収、除去している。
また、下記特許文献４によれば、集塵機と脱硫装置との間の排ガス流路にスクラバを設け、排ガスに活性炭を添加して水銀を吸着させてからスクラバで洗浄し、洗浄後の排液を固液分離装置で分離して液体分をスクラバに戻して再利用している。また、固体分の活性炭は水銀が脱着しない、９０℃を超えない温度で乾燥した後、再び排ガスに添加している。
特許第５１８６６９９号公報 特許第５４８４６８９号公報 特許第５１９８７８６号公報 特開２０１０−２３００４号公報
上記の方法により、排ガス中の水銀の一部を除去することができ、大気中への放散割合を低減することが可能となるが、これらの技術では、以下のような問題点がある。
特許文献１及び２では、変換された酸化状水銀のほとんどが脱硫装置の脱硫吸収液に吸収される。吸収された水銀の一部は、脱硫装置での副生物である石膏中に移行し、一部は排水液側に残存する。この残存する水銀の配分割合は、燃料である石炭の種類や、脱硫装置の方式或いは運転条件等により変化する。
副生物である石膏に水銀が多量に移行した場合は、石膏の再利用が制限されるという問題がある。また、吸収された水銀が排液側に多量に残存する場合は、脱硫装置内を循環する吸収液中の水銀濃度が高くなり、吸収された水銀が再び排ガス中に放出されてしまうという問題もある。
また、吸収液に吸収されたＳＯ２は酸化空気によって石膏に変換されるが、この時、条件によっては、液中の酸化状水銀が金属状水銀に還元される反応が生じてしまう場合がある。その場合は、一度吸収した水銀を再び排ガス側に放出することになり、結果として大気中に放散されてしまう。
また、特許文献３では、集塵機で回収した灰中に多量の活性炭が含まれることになり、灰の再利用ができなくなるという問題が生じる。
更に、特許文献４では、排ガス温度を粉末活性炭から水銀が脱落しない温度に冷却することで、水銀の脱落は防止できるものの、粉末活性炭を一部繰り返し使用するため、水銀の吸着性能についても同様に低下するものと推測される。従って、水銀の除去効率も良いとは言えず、また、粉末活性炭に吸着されなかった水銀が洗浄水に残存すると再放出を招いたり、濃縮されたりしてしまう。また、粉末活性炭の一部はスクラバで除去されずに、脱硫装置に供給されることとなり、石膏に活性炭及び水銀が混入することも考えられる。
現在の日本で主に使用している石炭では水銀などの含有重金属量が少ないが、海外では重金属を高濃度に含む石炭を使用する場合もある。また、海外から輸入する安価な低品質の石炭を使用する場合もあるため、このような場合は上記問題点が特に顕著となる。
本発明の課題は、脱硫装置の脱硫吸収液からの重金属の再放出や副生物である石膏への重金属の混入を防止して、外気へ排出される重金属量を低減すると共に、効率良く重金属を除去できる石炭焚ボイラ用排ガス処理装置と石炭焚ボイラ用排ガス処理方法を提供することである。
上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１記載の発明は、石炭を燃料としたボイラ（１）から排出される排ガスの流路に、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を備えた脱硝装置（２）と、排ガス中の煤塵を除去する集塵機（４）と、排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により除去する脱硫装置（５）とを排ガス流れの上流側から下流側に順次配置した石炭焚ボイラ用排ガス処理装置において、前記集塵機（４）と脱硫装置（５）との間の排ガス流路に、排ガス中の重金属成分を除去する重金属成分除去装置（１０）を設け、該重金属成分除去装置（１０）は、排ガスに、重金属を吸収する酸性の吸収液を噴霧する重金属吸収部（４７）と、該重金属吸収部（４７）で重金属を吸収した重金属吸収液を溜める貯留部（４９）と、該貯留部（４９）の重金属吸収液を重金属吸収部（４７）に供給する循環部（５０，６９）とを備えた吸収塔（４５）と、該吸収塔（４５）から重金属吸収液を抜き出す抜き出し部（５１）と、抜き出し部（５１）より抜き出した重金属吸収液にｐＨ調整剤を供給して中和する中和部（５２，６０）と、中和部（５２，６０）で中和した重金属吸収液から固体分と液体分とを分離する固液分離部（５３）と、固液分離部（５３）で分離した液体分を吸収塔（４５）に供給する吸収塔供給部（５６）とを備えた石炭焚ボイラ用排ガス処理装置である。
請求項２記載の発明は、前記重金属吸収部（４７）で噴霧される酸性の吸収液のｐＨは１〜３であり、前記中和部（５２，６０）で重金属吸収液のｐＨが５〜７になるようにｐＨ調整剤の供給量を制御する制御部（１００）を設けた請求項１記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記固液分離部（５３）で分離した液体分の一部を、前記脱硝装置（２）と集塵機（４）との間の排ガス流路に供給する排液供給部（６２）を設けた請求項１又は請求項２に記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理装置である。
請求項４記載の発明は、石炭を燃料としたボイラ（１）から排出される排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒により除去し、窒素酸化物を除去後の排ガスから煤塵を除去し、煤塵を除去後の排ガスから硫黄酸化物を吸収液により除去する石炭焚ボイラ用排ガス処理方法において、前記煤塵の除去後で硫黄酸化物を除去前の排ガスに、重金属を吸収する酸性の吸収液を噴霧し、噴霧後の重金属吸収液を再び重金属の吸収に使用すると共に、噴霧後の重金属吸収液の一部にｐＨ調整剤を供給して中和した後、固体分と液体分とを分離し、分離した液体分を再び重金属の吸収に使用することにより、排ガス中の重金属成分を除去する石炭焚ボイラ用排ガス処理方法である。
請求項５記載の発明は、前記酸性の吸収液としてｐＨが１〜３の吸収液を使用すると共に、噴霧後の重金属吸収液のｐＨが５〜７になるように前記ｐＨ調整剤を供給する請求項４記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理方法である。
請求項６記載の発明は、前記窒素酸化物の除去後で煤塵を除去前の排ガスに、前記分離した液体分の一部を供給する請求項４又は請求項５に記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理方法である。
（作用）
排ガス中の酸化状水銀は水に溶けやすい性質があり、またその吸着性能は吸収液のｐＨにほとんど依存しないことから、重金属成分除去装置の吸収塔では水を主成分とした吸収液を排ガスに噴霧することで、排ガス中の酸化状水銀のほとんどは吸収液に吸収される。吸収液で排ガス中のＳＯ２を同時に吸収した場合、吸収液中のＳＯ２が酸化される過程で、液中の水銀を還元し、排ガス中に放出（水銀の再放出）することが懸念されるが、吸収液中のｐＨを酸性にすることで、ＳＯ２が吸収されにくくなる。例えば、吸収液中のｐＨを１〜３とすることでＳＯ２を吸収することはなく、水銀の再放出は抑制される。即ち、排ガス中のＳＯ２を吸収して吸収液のｐＨが１〜３になると、ＳＯ２の吸収平衡によりＳＯ２を吸収できなくなる。
図３（Ａ）〜（Ｃ）には、吸収液のｐＨと、水銀吸収特性及びＳＯ２吸収特性の一例を示す。それぞれ縦軸は、図３（Ａ）ではＨｇ吸収率（％）を、図３（Ｂ）ではＳＯ２吸収率（％）を、図３（Ｃ）では液中のＨｇ濃度（μｇ／Ｌ）を示している。これらのデータは、重金属成分除去装置の吸収塔を模擬した反応器内に吸収液を入れ、吸収液中に排ガスを模擬したガスを供給して、Ｈｇ、ＳＯ２の吸収特性を測定したものである。吸収液は、工業用水であり、液温度を実機装置と同じ５０℃に、液中水銀濃度は１００μｇ／Ｌとし、ｐＨを１〜５まで変化させた。ガス中にはＳＯ２が存在するため、ｐＨ調整剤として、炭酸カルシウム（アルカリ）を用いた。
尚、本明細書中、工業用水とは、工業生産に使用する水で、通常、ｐＨは中性域（６〜８程度）であり、具体的には工業製品の製造過程で冷却、洗浄、製品処理などに使用する水であり、上水、地下水、河川水の他、下水の浄化水が用いられる。また、模擬排ガスの温度は５０℃とし、模擬排ガスの成分は、酸素濃度：８％、二酸化炭素濃度：１３％、ＳＯ２濃度：２０００ｐｐｍ、Ｈｇ濃度：１０μｇ／ｍ３Ｎ、残りを窒素とした。ガス中のＨｇ、ＳＯ２濃度は、各モニタを使用して測定した。液中の水銀濃度は還元気化−原子吸光法で測定した。
図３（Ｂ）によれば、吸収液のｐＨが３以下になると、排ガス中のＳＯ２はほとんど吸収されなくなる。一方、図３（Ａ）から、排ガス中の水銀吸収特性は、ｐＨが３以上になると、液中の水銀が排ガス中に再放出するため水銀吸着性能が低下することが分かる。ｐＨが３以上で再放出する理由は、図３（Ｂ）より、ＳＯ２を吸収する際にＳＯ２が酸化され、水銀が還元されるからであると言える。また、液中のｐＨが１以下と低すぎる場合においても、わずかではあるが水銀の再放出が生じることが分かっている。従って、吸収液のｐＨは１〜３に制御することが望ましい。
また、図３（Ｃ）に示すように、吸収液中の水銀の一部は、中和部でｐＨを５以上とすることで、液中に含まれる煤塵に移行する。その後、固液分離部で固体分と液体分とを分離することにより、吸収液中の水銀等の微量重金属は固体分と共に系外に排出される。
液中の水銀等の微量重金属及び煤塵が除去された吸収液は、吸収塔に戻されて再利用される。重金属吸収液は排ガス中のＳＯ２を吸収することでｐＨは１以下にまで低下するため、中和部でｐＨを５〜７とした重金属吸収液を吸収塔に戻すことで、吸収液のｐＨは１〜３程度になる。
従って、請求項１又は請求項４記載の発明によれば、集塵機と脱硫装置との間の排ガス流路に重金属成分除去装置を設けることで、灰が除去された後に、効率よく水銀等の微量重金属を除去することができる。従って、脱硫装置で排ガス中に含まれるＳＯｘを除去する際の副生物である石膏中に重金属が混入することを大幅に低減でき、回収した石膏を有効に再利用することが可能となる。
更に、脱硫装置内の吸収液中の重金属濃度も大幅に低減できるため、排ガス中のＳＯｘを吸収処理する際に、吸収した重金属が再放出することも防止でき、大気中への重金属の放散を大幅に低減できる。
そして、重金属成分除去装置の吸収塔では酸性の吸収液を用いることで水銀等の微量重金属を効率よく除去でき、その後吸収液を中和することで、微量重金属を効果的に固形分に移行させて、重金属成分を系外に排出できる。
また、請求項２又は請求項５記載の発明によれば、上記請求項１又は上記請求項４に記載の発明の作用に加えて、重金属成分除去装置の吸収塔で噴霧する吸収液のｐＨを排ガス中のＳＯ２が吸収されにくく、且つ水銀の排ガス中への再放出がされにくい範囲にすることで、より一層吸収塔における重金属の吸収率が高まり、効率よく除去される。また、中和部で重金属を吸収した液のｐＨを５〜７にすることで、重金属の固体側への移行を促進し、固液分離部で重金属が効率良く回収されると共に、液体分を吸収塔に戻すことで、重金属吸収液のｐＨは１〜３程度に調整される。
更に、請求項３又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は２、上記請求項４又は５に記載の発明の作用に加えて、重金属成分除去装置から発生する排水を集塵機の排ガス流路の上流側に供給することで、排水を系外に排出する必要がなくなる。また、排水中に含まれる塩素は、高温の排ガスと接触することで水が蒸発して固体となるため、灰と共に集塵機で除去される。
請求項１又は請求項４記載の発明によれば、効率よく吸収塔で水銀等の微量重金属を除去、回収することができるため、脱硫装置での副生物である石膏中への重金属の混入を大幅に低減でき、回収した石膏を有効に再利用することが可能となる。
更に、脱硫装置内の吸収液中の重金属濃度も大幅に低減できるため、吸収液中の重金属の再放出も防止でき、大気中への重金属の放散を大幅に低減できる。
また、請求項２又は請求項５記載の発明によれば、上記請求項１又は上記請求項４に記載の発明の効果に加えて、より一層吸収塔における重金属の吸収率が高まり、効率よく除去することが可能となる。また、中和部で重金属の固体側への移行が促進されることで、固液分離部で重金属を効率良く回収できると共に、吸収塔における重金属吸収液も適正なｐＨにできる。
更に、請求項３又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は２，上記請求項４又は５に記載の発明の効果に加えて、吸収塔から発生する排水を系外に排出する必要がなくなることから、排ガス処理装置全体の排水処理設備を小さくすることができ、簡素な構成となる。また、排ガス中の塩素も集塵機で効率よく除去できる。
本発明の一実施例（実施例１）である排ガス処理装置の構成を示した図である。 本発明の他の実施例（実施例２）である排ガス処理装置の構成を示した図である。 重金属吸収液のｐＨと、水銀吸収特性及びＳＯ２吸収特性の一例を示した図である。 従来技術の排ガス処理装置の構成を示した図である。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１には、本発明の一実施例である排ガス処理装置の構成を示す。尚、図１の排ガス処理装置において、図４の排ガス処理装置と同じ符号の部材の説明は一部省略している。
石炭供給ライン２１から供給される石炭を燃焼用空気供給ライン３６から供給される空気によりボイラ１で燃焼させ、発生した高温の排ガスをボイラ１出口の熱交換器１１により熱交換することで蒸気を発生させ、蒸気タービン１２により発電機１３を運転する。蒸気タービン１２を出た低圧蒸気は復水器１４により除冷された後、再びポンプ１５で加圧され、熱交換器１１に送られる。
燃焼排ガスは、以下のように処理される。まず、ボイラ１の排ガス流れ下流側に設置した脱硝装置２内の脱硝触媒によって排ガス中のＮＯｘを窒素に還元した後、Ａ／Ｈ３によりガス温度を低下させ、集塵機４で灰を除去し、脱硫装置５でＳＯｘを除去した後、煙突１６から大気中に放出することで、排ガス中の煤塵、ＮＯｘ及びＳＯｘを除去する構成となっている。
脱硫装置５では，石灰石又は石灰を含むスラリ等の吸収剤を含んだ脱硫吸収液が脱硫スプレノズル２７から微細な液滴として噴霧され、脱硫吸収液の液滴と排ガスとを接触させることで、排ガス中の煤塵やＨＣｌ、ＨＦ等の酸性ガスと共に、排ガス中のＳＯｘが脱硫スプレノズル２７の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
ＳＯｘ（主にＳＯ２）を吸収した吸収液は、一旦脱硫装置５の底部の循環タンク２８に溜まり、図示しない酸化用空気供給管から供給される空気により酸化され、石膏を生成する。循環タンク２８から抜き出された吸収液のうち、一部はポンプ２６によって循環配管２５から脱硫スプレノズル２７に供給され、残りは石膏分離機２９で石膏と分離され、石膏３０は回収される。石膏３０と分離された吸収液は貯留タンク３１からポンプ３２により脱硫吸収液戻り配管３５から脱硫装置５内に戻されたり、一部は排水処理装置６７に送られたりする。また、炭酸カルシウム供給装置４４に戻されて石灰石スラリ等の吸収剤の調整に用いられることもある。排水処理装置６７では排水中に含まれる重金属等を含む有害物質を除去した後、排液は系外に放出される。
本実施例では、集塵機４と脱硫装置５との間の排ガス流路に、重金属吸収塔４５を設置し、重金属成分除去装置１０を構成したことを特徴としている。重金属吸収塔４５は、上方から下方に向かって順に、排ガス入口４６、重金属吸収液を噴霧する重金属吸収液スプレノズル４７、排ガス出口４８、重金属吸収液循環タンク４９を設けた構成であり、また、循環タンク４９の重金属吸収液はポンプ５０により昇圧し、循環配管６９から重金属吸収液スプレノズル４７に供給される。更に、循環配管６９には抜出配管５１が接続し、重金属吸収液の一部は抜出配管５１から中和槽５２、固液分離器５３、貯留タンク５４及びポンプ５５に送られる構成となっている。重金属吸収液としては、工業用水を用いた。
本構成により、集塵機４で灰が除去された後に、重金属吸収塔４５で水銀等の微量重金属を除去することができるため、脱硫装置５での副生物である石膏中への重金属の混入を大幅に低減でき、回収した石膏を有効に再利用することが可能となる。更に、脱硫装置５内の吸収液中の重金属濃度も大幅に低減できるため、吸収液中の重金属の再放出も防止でき、大気中への重金属の放散を大幅に低減できる。
次に水銀等の重金属成分の挙動について述べる。
ボイラ１で石炭中の水銀は、金属状水銀として排ガス中に放出され、脱硝装置２内の脱硝触媒でその一部が酸化状水銀に変換される。
本実施例では、脱硝触媒として水銀酸化機能を強化した触媒を採用しており、ＮＯｘの除去率はガス温度３８０℃において、約９５％であった。尚、脱硝触媒は水銀酸化機能を強化した触媒に限定されず、また水銀酸化機能を強化した触媒においても、特に限定はないが、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ゼオライト等の少なくとも１種類の担体に、例えば、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ等の金属酸化物若しくは硫酸塩又はＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ等の貴金属、又はこれらの混合物、を担持した触媒がある。
次に、排ガスはＡ／Ｈ３で燃焼用空気供給ライン３６を流れる燃焼用空気と熱交換され、ガス温度は約１８０℃まで低下し、集塵機４に供給される。集塵機４では、排ガス中の酸化状水銀の一部が灰に付着して、灰と共に系外に排出される。本実施例では、集塵機４で回収した灰中の水銀濃度を還元気化−原子吸光法により測定したところ、排ガス中の約１０％の水銀が灰に付着して除去された。
その後、排ガスは重金属吸収塔４５に供給され、排ガス中の酸化状水銀のほとんどが重金属吸収液スプレノズル４７から噴霧される重金属吸収液に吸収される。この重金属吸収液は、そのｐＨが１〜３となるように調整した。
具体的には、以下の方法による。
重金属吸収液のｐＨが高い、運転開始時に排ガス中のＳＯ２を吸収させることでｐＨは１以下にまで低下する。
一方、重金属吸収液の一部を抜出配管５１より抜き出して中和槽５２でｐＨを５〜７とした後、再び重金属吸収塔４５に戻すことで、液のｐＨは１よりも増加して１〜３程度となる。図３（Ｃ）からも分かるように、中和槽５２でｐＨを５以上にすることで、液中の水銀を固体側に移行させることが出来る。尚、ｐＨが７以上では固体側への移行割合に差がなくなり、ｐＨ調整剤の消費量だけが増えることになるので７を上限とする。より厳密に制御する場合は、以下のように行うと良い。
中和槽５２内の重金属吸収液のｐＨと重金属吸収塔４５の循環タンク４９内の重金属吸収液のｐＨを、それぞれｐＨ計（ｐＨメータ）７０，７１で測定し、中和槽５２内の重金属吸収液のｐＨが５〜７となるように制御装置１００によりｐＨ調整剤供給装置６０からのＮａＯＨ溶液の供給量を制御すると共に、循環タンク４９内の重金属吸収液のｐＨが１〜３となるように制御装置１００によりｐＨ調整剤供給装置６３からのｐＨ調整剤の供給量を制御した。尚、各ｐＨ調整剤供給装置６０，６３で使用するｐＨ調整剤としては、アルカリ剤（ＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、炭酸カルシウム、消石灰など）や酸（塩酸や硫酸など）を用いると良い。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）からも、吸収液のｐＨを１〜３にすることで、水銀の再放出を抑制できることが分かっている。特に、重金属吸収液のｐＨは３を境に変動するため、３近傍に制御することが望ましい。
重金属吸収液は、排ガス中の水銀などの微量重金属を吸収すると同時に、排ガス中の煤塵の一部も除去する。吸収した酸化状水銀を含む吸収液の一部は、抜出配管５１より中和槽５２に送られ、ｐＨが５〜７程度に調整される。吸収液中の水銀はｐＨが５〜７に調整されることで、液中に含まれる煤塵に移行し、灰に吸着される。従って、水銀を効率よく除去することが可能となる。
また、重金属吸収液中に含まれるＣｒ（クロム）やＡｌ（アルミニウム）などの成分が析出して固体となる。更に、固体状のキレート状の重金属捕集剤（例えば、ユニセレック、ＵＲ−１２０Ｈ（アカタメンテナンス株式会社製）、エポラス Ｚ−７（ミヨシ油脂株式会社製）などがある）を重金属捕集剤供給装置６１から排ガス中のＨｇ濃度に合わせて供給することで、重金属吸収液中の水銀等が重金属捕集剤に吸着される。
具体的には、集塵機４の出口ダクトに設置した水銀モニタ７２により、排ガス中のＨｇ濃度を測定し、その信号（Ｈｇ濃度測定信号）が制御装置１００に入力されることで、制御装置１００から重金属捕集剤供給装置６１に出力信号が送られて、供給量が制御される。或いは、石炭中の水銀量をあらかじめ測定し、その値に基づき、重金属捕集剤供給装置６１からの供給量を制御する方法もある。尚、重金属捕集剤としては、グルカミン基、イミノジ酢酸基、ポリアミノ基、ジチオカルバミン酸基等を持つキレート剤がある。
これにより、重金属吸収液中の水銀（Ｈｇ）の他、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｄ（カドミウム）及びＳｅ（セレン）の一部が重金属捕集剤に付着し、その後、固液分離器５３としてシックナー及び脱水機を使用することにより吸収液中の重金属は固体側に移行し、固形分６５が分離除去され、同時に重金属捕集剤に付着したＨｇ等の重金属が系外に放出されて管理型廃棄物として処理される。また、中和槽５２で重金属の固体側への移行が促進されることで、固液分離器５３で重金属を効率良く回収できる。回収した固形分６５を還元気化−原子吸光法で測定したところ、固形分６５での水銀除去率は、全体の８０〜８５％であった。
尚、本実施例では、重金属捕集剤として上記のキレート剤を使用したが、無機系凝集剤や高分子凝集剤等でも同様の効果が得られる。
無機系凝集剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸ばん土（硫酸アルミニウム）や塩化鉄（塩化第二鉄）などがあり、高分子凝集剤としては、陽イオン性ポリマー（水溶性アニリン樹脂、ポリチオ尿素、ポリエチレンイミンなど）、陰イオン性ポリマー（アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウムなど）、非イオン性ポリマー（ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレンなど）等があり、重金属吸収液の性状に応じて使い分ければ良い。
また、本実施例では、固液分離器５３として、シックナー及び脱水機を使用したが、固体を分離、除去できる装置や設備であれば、他の方法でも構わない。例えば、液体サイクロン、フィルタ類、遠心分離機等がある。
固液分離器５３で分離され、水銀等の重金属が除去された吸収液は貯留タンク５４に送られ、ポンプ５５によって吸収液戻り配管５６から重金属吸収塔４５に戻されることで、再利用される。従って、重金属成分除去装置１０での使用水を節約できる。
尚、この時、重金属吸収液を全て重金属吸収塔４５に戻すと、重金属吸収液中の塩素濃度が増加し、材料の腐食を促進させるという問題がある。吸収液中の塩素は、重金属捕集剤では除去されないため、そのほとんどが吸収液中に残存することとなり、再利用を繰り返すことにより、濃縮されてしまう。
従って、その一部を抜き出し、排水処理装置６７に送り、処理した後で系外に放出することで重金属吸収液中の塩素濃度を所定値（例えば、３０００ｐｐｍ）に収まるようにした。
本発明の他の実施例を図２に示す。本実施例では、重金属吸収塔４５の重金属吸収液中から固形分６５を固液分離器５３で取り除いた後の吸収液の一部を、排水戻り配管６２により、集塵機４の排ガス流路の上流側に供給する構成としている点で、実施例１の構成とは異なるが、その他の点は実施例１と同様である。
固液分離器５３で固形分６５を分離した後の吸収液中には、水銀などの重金属成分はほとんど除去されており、重金属捕集剤で除去できない成分、主に塩素が含まれている。この重金属吸収液を集塵機４の上流側のダクトに添加することで、高温の排ガスによって水分が蒸気となり、塩素は排ガス中の成分と塩を形成し、固体となって灰と共に下流側の集塵機４で除去されることになる。従って、排ガス中の塩素も効率よく除去される。
本構成により、排ガス中に含まれる重金属成分は、固液分離器５３で分離される固形分６５中にまとめて捕集、回収できることになる。また、重金属成分除去装置１０からの排水が発生しなくなることから、排ガス処理装置全体の排水処理設備が簡素な構成となり、設備のコストを低減できる。
尚、吸収液戻り配管５６又は排水戻り配管６２から吸収液の一部を抜き出して、排水処理装置６７に送り、排水中に含まれる重金属等を処理する構成を付加しても良い。また、本実施例によっても、実施例１と同様の効果が奏せられることは言うまでもない。
ボイラではなく他の燃焼炉においても、排ガス中のＨｇ除去技術として利用可能性がある。
１ ボイラ ２ 脱硝装置
３ Ａ／Ｈ ４ 集塵機
５ 脱硫装置 １０ 重金属成分除去装置
１１ 熱交換器 １２ タービン
１３ 発電機 １４ 復水器
１５，２６，３２，５０，５５ ポンプ
１６ 煙突 ２１ 石炭供給ライン
２５、６９ 循環配管 ２７ 脱硫スプレノズル
２８ 脱硫吸収液循環タンク ２９ 石膏分離機
３０ 石膏 ３１，５４ 貯留タンク
３５ 脱硫吸収液戻り配管 ３６ 燃焼用空気供給ライン
４４ 炭酸カルシウム供給装置
４５ 重金属吸収塔 ４６ 吸収塔入り口
４７ 重金属吸収液スプレノズル
４８ 吸収塔出口 ４９ 重金属吸収液循環タンク
５１ 吸収液抜出配管 ５２ 中和槽
５３ 固液分離器 ５６ 吸収液戻り配管
６０，６３ ｐＨ調整剤供給装置
６１ 重金属捕集剤供給装置 ６２ 排水戻り配管
６５ 固形分 ６７ 排水処理装置
７０，７１ ｐＨ計 ７２ 水銀モニタ
１００ 制御装置

Claims (6)

  1. 石炭を燃料としたボイラから排出される排ガスの流路に、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を備えた脱硝装置と、排ガス中の煤塵を除去する集塵機と、排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により除去する脱硫装置とを排ガス流れの上流側から下流側に順次配置した石炭焚ボイラ用排ガス処理装置において、
    前記集塵機と脱硫装置との間の排ガス流路に、排ガス中の重金属成分を除去する重金属成分除去装置を設け、
    該重金属成分除去装置は、排ガスに、重金属を吸収する酸性の吸収液を噴霧する重金属吸収部と、該重金属吸収部で重金属を吸収した重金属吸収液を溜める貯留部と、該貯留部の重金属吸収液を重金属吸収部に供給する循環部とを備えた吸収塔と、該吸収塔から重金属吸収液を抜き出す抜き出し部と、抜き出し部より抜き出した重金属吸収液にｐＨ調整剤を供給して中和する中和部と、中和部で中和した重金属吸収液から固体分と液体分とを分離する固液分離部と、固液分離部で分離した液体分を吸収塔に供給する吸収塔供給部と
    を備えたことを特徴とする石炭焚ボイラ用排ガス処理装置。
  2. 前記重金属吸収部で噴霧される酸性の吸収液のｐＨは１〜３であり、前記中和部で重金属吸収液のｐＨが５〜７になるようにｐＨ調整剤の供給量を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理装置。
  3. 前記固液分離部で分離した液体分の一部を、前記脱硝装置と集塵機との間の排ガス流路に供給する排液供給部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理装置。
  4. 石炭を燃料としたボイラから排出される排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒により除去し、窒素酸化物を除去後の排ガスから煤塵を除去し、煤塵を除去後の排ガスから硫黄酸化物を吸収液により除去する石炭焚ボイラ用排ガス処理方法において、
    前記煤塵の除去後で硫黄酸化物を除去前の排ガスに、重金属を吸収する酸性の吸収液を噴霧し、噴霧後の重金属吸収液を再び重金属の吸収に使用すると共に、噴霧後の重金属吸収液の一部にｐＨ調整剤を供給して中和した後、固体分と液体分とを分離し、分離した液体分を再び重金属の吸収に使用することにより、排ガス中の重金属成分を除去することを特徴とする石炭焚ボイラ用排ガス処理方法。
  5. 前記酸性の吸収液としてｐＨが１〜３の吸収液を使用すると共に、噴霧後の重金属吸収液のｐＨが５〜７になるように前記ｐＨ調整剤を供給することを特徴とする請求項４記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理方法。
  6. 前記窒素酸化物の除去後で煤塵を除去前の排ガスに、前記分離した液体分の一部を供給することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の石炭焚ボイラ用排ガス処理方法。
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