JP6903028B2 - 水銀濃度測定装置、排ガス処理装置および排ガス処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、水銀濃度測定装置、排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。
都市ごみ等の一般廃棄物を焼却した場合に、水銀を含む排ガスが発生することがある。この場合、排ガス中の水銀を除去するため、排ガスに水銀吸着剤が供給される。一方、排ガスに含まれる水銀は、主に、０価である原子状水銀（以下、「０価水銀」という。）、および、塩化水銀等の水銀化合物を構成する２価の水銀（以下、「２価水銀」という。）として存在している。従来、排ガスに含まれる水銀濃度の測定では、取り込んだガス中の２価水銀を０価水銀に還元し、還元後のガスに含まれる０価水銀（以下、排ガスに元から含まれる０価水銀、および、２価水銀を還元して得られる０価水銀をまとめて「全水銀」という。）の濃度を水銀濃度として検出している。しかしながら、２価水銀を０価水銀に還元するにはある程度の時間を要するため、水銀吸着剤の供給量を応答性よく制御することが困難である。そこで、特許文献１では、２価水銀を０価水銀に還元しない状態で、排ガスに含まれる０価水銀の量を検知する検知装置が提案されている。
ところで、特許文献１の検知装置では、正確な水銀濃度を得ることができず、水銀吸着剤の供給量を適切に（過不足を少なく）制御することが困難である。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、迅速な水銀濃度の測定と、正確な水銀濃度の測定とを選択的に行うことを目的とし、水銀吸着剤の供給量を適切に制御することも目的としている。
請求項１に記載の発明は、ガスに含まれる水銀濃度を測定する水銀濃度測定装置であって、ガス流路に取り付けられる第１取込口と、前記第１取込口で取り込まれたガスに含まれる２価水銀を０価水銀に還元する還元部と、前記ガス流路に取り付けられる第２取込口と、０価水銀に基づいて水銀濃度の測定値を取得する濃度取得部と、前記還元部を通過したガス、または、前記第２取込口で取り込まれたガスの一方を選択的に前記濃度取得部に流入させる切替部とを備え、前記第１取込口で取り込まれたガスが前記還元部に常時流入し、前記切替部が、前記還元部を通過したガスの前記濃度取得部への流入と、所定の排出位置への排出とを切り替える。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水銀濃度測定装置であって、前記第１取込口が、前記第２取込口を兼ねており、前記切替部が、前記第１取込口から前記還元部を経由して前記濃度取得部に接続する第１流路と、前記還元部を迂回して前記第１取込口と前記濃度取得部とを接続する第２流路と、前記濃度取得部に流入するガスの経路を、前記第１流路と前記第２流路とで切り替える流路切替部とを備える。
請求項３に記載の発明は、排ガス処理装置であって、排ガスの発生源から外部への排出口に向かって前記排ガスが流れる煙道において、前記排ガスに水銀吸着剤を供給する吸着剤供給部と、前記煙道において前記水銀吸着剤を捕集する吸着剤捕集部と、前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中の０価水銀濃度を測定する０価水銀濃度測定部と、前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を全水銀濃度として測定する全水銀濃度測定部と、前記０価水銀濃度に基づいて前記吸着剤供給部による前記水銀吸着剤の供給量を制御するとともに、所定の場合において、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替える制御部とを備える。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の排ガス処理装置であって、前記０価水銀濃度測定部および前記全水銀濃度測定部を兼ねる、請求項１または２に記載の水銀濃度測定装置を備える。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の排ガス処理装置であって、前記制御部が、前記０価水銀濃度に基づく制御において、前記０価水銀濃度が所定の閾値以上となり、前記水銀吸着剤の供給量を増大した後に、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替える。
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれか１つに記載の排ガス処理装置であって、前記０価水銀濃度が所定の閾値よりも低い場合に、前記吸着剤捕集部により捕集された前記水銀吸着剤を回収吸着剤として貯留する回収吸着剤貯留部と、前記煙道において前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置に前記回収吸着剤を供給する回収吸着剤供給部とをさらに備え、前記制御部が、前記０価水銀濃度に基づいて前記回収吸着剤供給部による前記回収吸着剤の供給量を制御する。
請求項７に記載の発明は、請求項３ないし６のいずれか１つに記載の排ガス処理装置であって、前記煙道における前記吸着剤捕集部と前記排出口との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を下流側水銀濃度として測定する下流側水銀濃度測定部をさらに備え、前記下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に、前記制御部において、前記水銀吸着剤の供給量の制御が、前記０価水銀濃度または前記全水銀濃度に基づく制御から、少なくとも前記下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられる。
請求項８に記載の発明は、排ガス処理装置における排ガス処理方法であって、前記排ガス処理装置が、排ガスの発生源から外部への排出口に向かって前記排ガスが流れる煙道において、前記排ガスに水銀吸着剤を供給する吸着剤供給部と、前記煙道において前記水銀吸着剤を捕集する吸着剤捕集部と、前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中の０価水銀濃度を測定する０価水銀濃度測定部と、前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を全水銀濃度として測定する全水銀濃度測定部とを備え、前記排ガス処理方法が、前記０価水銀濃度に基づいて前記吸着剤供給部による前記水銀吸着剤の供給量を制御する工程と、所定の場合において、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替える工程とを備える。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の排ガス処理方法であって、前記排ガス処理装置が、前記煙道における前記吸着剤捕集部と前記排出口との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を下流側水銀濃度として測定する下流側水銀濃度測定部をさらに備え、前記排ガス処理方法が、前記下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度または前記全水銀濃度に基づく制御から、少なくとも前記下流側水銀濃度に基づく制御に切り替える工程をさらに備える。
請求項１および２の発明では、迅速な水銀濃度の測定（０価水銀濃度の測定）と、正確な水銀濃度の測定（全水銀濃度の測定）とを選択的に行うことができる。
請求項３ないし９の発明では、迅速に得られる０価水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量を応答性よく制御するとともに、所定の場合において、全水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量を適切に制御することができる。
図１は、本発明の一の実施の形態に係る焼却設備１の構成を示す図である。焼却設備１は、都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する設備である。焼却設備１は、焼却炉２１と、煙道３と、排ガス処理装置４と、煙突２２とを備える。焼却炉２１では、廃棄物の燃焼と、廃棄物から発生した可燃性ガスの燃焼とが行われる。煙道３は、焼却炉２１と煙突２２とを接続するガス流路である。排ガス処理装置４は、煙道３に設けられる。煙道３には、図示省略の誘引通風機も設けられる。当該誘引通風機により、焼却炉２１にて発生する排ガス（燃焼ガス）が煙道３へと排出され、排ガス処理装置４を介して煙突２２へと導かれる。焼却設備１では、焼却炉２１を発生源とする排ガスが、焼却炉２１から煙突２２に向かって煙道３内を流れつつ、排ガス処理装置４により排ガスに対して所定の処理が行われる。煙突２２は、排ガスを大気（外部）に排出する排出口を含む。図１では、煙道３を太い実線にて示している。
排ガス処理装置４は、制御部４０と、吸着剤供給部４１と、アルカリ薬剤供給部４２と、バグフィルタ４３と、水銀濃度測定装置４５と、下流側水銀濃度測定部４６と、塩化水素濃度測定部４７とを備える。制御部４０は、排ガス処理装置４の全体制御を担う。制御部４０は、焼却設備１の制御部を兼ねてもよい。バグフィルタ４３は、煙道３に設けられる。煙道３では、バグフィルタ４３よりも上流側（焼却炉２１側）に、水銀濃度測定装置４５、吸着剤供給部４１およびアルカリ薬剤供給部４２が接続され、バグフィルタ４３よりも下流側（煙突２２側）に、下流側水銀濃度測定部４６および塩化水素濃度測定部４７が接続される。煙道３では、脱硝装置等も設けられてもよい。
水銀濃度測定装置４５は、煙道３を流れる排ガスに含まれる水銀濃度を測定する。水銀濃度測定装置４５の構成の詳細については後述する。吸着剤供給部４１は、煙道３を流れる排ガスに粉状の水銀吸着剤を供給する（吹き込む）。水銀吸着剤は、例えば活性炭である。水銀吸着剤として、活性炭の表面に例えばヨウ素や硫黄を添着した添着活性炭等が用いられてもよい。アルカリ薬剤供給部４２は、煙道３を流れる排ガスにアルカリ薬剤を供給する。アルカリ薬剤は、脱塩および脱硫用の薬剤であり、例えば粉状の消石灰（水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２））である。消石灰に代えて、または、消石灰と共に、水酸化ドロマイト［Ｃａ（ＯＨ）２・Ｍｇ（ＯＨ）２］等の他のカルシウム系薬剤（カルシウム含有薬剤）が、アルカリ薬剤として排ガスに供給されてもよい。重曹（ＮａＨＣＯ３）等のナトリウム系薬剤（ナトリウム含有薬剤）が、消石灰に代えて用いられてもよい。
バグフィルタ４３は、ろ過式であり、排ガスに含まれる飛灰をろ布により捕集する。また、吸着剤供給部４１により供給される水銀吸着剤、および、アルカリ薬剤供給部４２により供給される消石灰も、ろ布に捕集される。飛灰、水銀吸着剤および消石灰は、ろ布上に堆積する。バグフィルタ４３の内部では、排ガスがろ布を通過する際に、水銀吸着剤が排ガスに含まれる水銀を吸着する。また、排ガスに含まれる酸性ガス（塩化水素、硫黄酸化物等）と消石灰との反応が生じ、当該酸性ガスが除去される。水銀吸着剤における水銀の吸着、および、酸性ガスと消石灰との反応は、煙道３においても生じる。水銀吸着剤が、排ガスに含まれるダイオキシン等をさらに吸着してもよい。
バグフィルタ４３では、ろ布に堆積した飛灰等（水銀吸着剤、消石灰、消石灰と酸性ガスとの反応物を含む。）が、圧縮ガスを利用した逆洗動作により、払い落とされる。逆洗動作では、排ガスの流れ方向における下流側から上流側に向かって、ろ布に対して圧縮ガス（パルスジェット）が供給される。圧縮ガスは、例えば圧縮空気である。ろ布から払い落とされた飛灰等、すなわち、バグフィルタ４３による捕集物は、図示省略の排出処理部に排出される。排出処理部では、捕集物に対してキレート処理等が必要に応じて施される。既述のように、捕集物は水銀吸着剤を含むため、バグフィルタ４３は、水銀吸着剤を捕集する吸着剤捕集部と捉えることが可能である。
図２は、水銀濃度測定装置４５の構成を示す図である。水銀濃度測定装置４５は、第１取込口５１と、第２取込口５２と、還元部５３と、濃度取得部５４と、切替部５５とを備える。切替部５５は、第１流路５５１と、第２流路５５２と、３個の三方弁５５３〜５５５と、第１補助流路５５６と、第２補助流路５５７とを備える。第１取込口５１および第２取込口５２は、煙道３に取り付けられる。第１取込口５１は、第１流路５５１により濃度取得部５４に接続される。第２取込口５２は、第２流路５５２により濃度取得部５４に接続される。詳細には、濃度取得部５４の近傍において、第１流路５５１および第２流路５５２は三方弁５５５を介して合流し、１つの流路となる。濃度取得部５４は、紫外線吸収法等により、０価水銀（金属水銀）に基づいて水銀濃度の測定値を取得する。水銀濃度の測定値は、制御部４０に出力される。
第１流路５５１では、第１取込口５１から三方弁５５５に向かって順に、フィルタ５９１、還元部５３および三方弁５５３が設けられる。フィルタ５９１は、第１取込口５１から取り込まれた排ガス（サンプリングガス）に含まれる飛灰を除去する。還元部５３は、２価水銀を０価水銀に還元する還元触媒を含む。還元部５３は、加熱部５３１により所定の温度（例えば３５０〜４００℃）に常時加熱される。還元部５３には、塩化水素等を除去するスクラバが設けられてもよい。三方弁５５３には、第１補助流路５５６の一端が接続される。第１補助流路５５６の他端は、第１取込口５１よりも下流側において煙道３に接続される。三方弁５５３では、第１流路５５１を流れるガスの経路が、三方弁５５５に向かう流路と、第１補助流路５５６とで切り替えられる。
第２流路５５２では、第２取込口５２から三方弁５５５に向かって順に、フィルタ５９２および三方弁５５４が設けられる。フィルタ５９２は、第２取込口５２から取り込まれた排ガスに含まれる飛灰を除去する。三方弁５５４には、第２補助流路５５７の一端が接続される。第２補助流路５５７の他端は、第２取込口５２よりも下流側において煙道３に接続される。三方弁５５４では、第２流路５５２を流れるガスの経路が、三方弁５５５に向かう流路と、第２補助流路５５７とで切り替えられる。
水銀濃度測定装置４５では、煙道３を流れる排ガスに含まれる０価水銀の濃度（以下、「０価水銀濃度」という。）の測定と、当該排ガスに含まれる０価水銀および２価水銀の総濃度（以下、「全水銀濃度」という。）の測定とを選択的に行うことが可能である。図３は、０価水銀濃度の測定時における水銀濃度測定装置４５を示す図であり、図４は、全水銀濃度の測定時における水銀濃度測定装置４５を示す図である。図３および図４では、各三方弁５５３〜５５５を示す３個の三角のうち、２個の三角を塗りつぶすことにより、当該三方弁５５３〜５５５により接続される流路を示している。
０価水銀濃度の測定では、図３に示すように、第１取込口５１から取り込まれて第１流路５５１を流れる排ガスが、三方弁５５３により第１補助流路５５６に導かれ、煙道３へと戻される。また、第２取込口５２から取り込まれて第２流路５５２を流れる排ガスが、三方弁５５４により三方弁５５５側へと導かれ、さらに三方弁５５５により濃度取得部５４に導かれる。これにより、濃度取得部５４では、排ガスに含まれる２価水銀を０価水銀に還元しない状態で、排ガスに元から含まれる０価水銀の量に基づいて水銀濃度の測定値（すなわち、０価水銀濃度）が取得される。このように、０価水銀濃度の測定では、０価水銀は検出するが、２価水銀は検出しない。したがって、２価水銀を０価水銀に還元するために要する時間を省略して、水銀濃度の測定値を迅速に取得することが可能となる。
全水銀濃度の測定では、図４に示すように、第２流路５５２を流れる排ガスが、三方弁５５４により第２補助流路５５７に導かれ、煙道３へと戻される。また、第１流路５５１を流れる排ガスが、三方弁５５３により三方弁５５５側へと導かれ、さらに三方弁５５５により濃度取得部５４に導かれる。これにより、濃度取得部５４では、排ガス中に元から含まれる０価水銀と、排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀との総量に基づいて水銀濃度の測定値（すなわち、全水銀濃度）が取得される。このように、全水銀濃度の測定では、０価水銀および２価水銀の双方を検出するため、水銀濃度の測定値を正確に取得することが可能となる。
既述のように、第１取込口５１で取り込まれた排ガスは、全水銀濃度の測定時のみならず、０価水銀濃度の測定時においても還元部５３に流入する。すなわち、排ガスが煙道３を流れる間、常時、排ガスが還元部５３に流入する。したがって、０価水銀濃度の測定から全水銀濃度の測定に切り替えた直後に、濃度取得部５４では、全水銀濃度の測定値を安定して取得することが可能である。同様に、第２取込口５２で取り込まれた排ガスは、０価水銀濃度の測定時のみならず、全水銀濃度の測定時においても第２流路５５２に流入する。したがって、排ガスにより第２流路５５２を常時暖めることができ、全水銀濃度の測定から０価水銀濃度の測定に切り替えた直後に、０価水銀濃度の測定値が不安定となることが防止または抑制される。
図１の下流側水銀濃度測定部４６は、バグフィルタ４３よりも下流側において、排ガス中の０価水銀および２価水銀の総濃度、すなわち全水銀濃度を測定する。下流側水銀濃度測定部４６は、例えば、図２の水銀濃度測定装置４５において、第２流路５５２、第１補助流路５５６および第２補助流路５５７を省略した構成を有する。下流側水銀濃度測定部４６による測定値は、制御部４０に出力される。下流側水銀濃度測定部４６の取込口は、例えば煙突２２に設けられる。煙道３において、バグフィルタ４３と煙突２２との間の複数の位置に下流側水銀濃度測定部４６の取込口が設けられ、各位置における全水銀濃度が測定されてもよい。以下の説明では、下流側水銀濃度測定部４６により測定される全水銀濃度を「下流側水銀濃度」といい、単に「全水銀濃度」という場合は、上流側に配置される水銀濃度測定装置４５により測定される全水銀濃度を意味するものとする。
塩化水素濃度測定部４７は、バグフィルタ４３よりも下流側において、排ガス中の塩化水素濃度を測定する。塩化水素濃度の測定では、例えばレーザ光等が利用される。塩化水素濃度の測定値は、制御部４０に出力される。ここで、排ガス中の塩化水素は活性炭による水銀吸着を促すことが知られている。したがって、水銀吸着剤として活性炭を用いる場合には、活性炭による水銀吸着を適切に行うため、排ガス中の塩化水素濃度が所定値よりも低下しない範囲にて、消石灰の供給量が塩化水素濃度に基づいて制御（増減）されることが好ましい。
図５は、排ガス処理装置４における排ガス処理の流れを示す図である。以下の説明における排ガス処理は、吸着剤供給部４１による水銀吸着剤の供給量を制御して、排ガスに含まれる水銀濃度を低下する処理である。実際の排ガス処理装置４では、アルカリ薬剤供給部４２による消石灰の供給量の制御も、水銀吸着剤の供給量の制御に並行して行われる。排ガス処理では、原則として、水銀濃度測定装置４５による水銀濃度（０価水銀濃度または全水銀濃度）の測定、下流側水銀濃度測定部４６による下流側水銀濃度の測定、および、塩化水素濃度測定部４７による塩化水素濃度の測定が継続的に行われる。
排ガス処理装置４における通常の状態では、水銀濃度測定装置４５において０価水銀濃度が測定されており、制御部４０では、０価水銀濃度（の測定値）に基づいて吸着剤供給部４１による水銀吸着剤の供給量が制御される。例えば、０価水銀濃度が比較的高い場合に、水銀吸着剤の供給量が増大され、０価水銀濃度が比較的低い場合に、水銀吸着剤の供給量が減少される。なお、水銀吸着剤が活性炭である場合、活性炭はダイオキシンも吸着するため、排ガスが煙道３を流れる間、所定量以上の水銀吸着剤が煙道３に常時供給されることが好ましい。
ここで、水銀吸着剤による水銀の吸着は、主としてバグフィルタ４３において生じる。また、０価水銀濃度に基づく制御では、バグフィルタ４３よりも下流側で得られる下流側水銀濃度は用いられず、バグフィルタ４３よりも上流側で得られる０価水銀濃度が用いられる。したがって、０価水銀濃度に基づく制御は、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）であるといえる。後述する全水銀濃度に基づく制御において同様である。
既述のように、０価水銀濃度の測定では、２価水銀の還元に起因するタイムラグが生じない。これにより、０価水銀濃度に基づく制御では、第２取込口５２の近傍を流れる排ガスにおける、０価水銀濃度の変化に迅速に対応して、すなわち、応答性よく水銀吸着剤の供給量を制御することが可能となる。制御部４０において、制御に用いられる０価水銀濃度は、一定時間における移動平均であってもよい（全水銀濃度および下流側水銀濃度において同様）。
水銀を多く含む廃棄物の焼却等により、０価水銀濃度が所定の第１閾値以上となると、制御部４０では、０価水銀濃度の測定から全水銀濃度の測定への切替条件が満たされたと判定され（ステップＳ１１）、水銀濃度測定装置４５において全水銀濃度の測定に切り替えられる。これにより、制御部４０において、水銀吸着剤の供給量の制御が、０価水銀濃度に基づく制御から、全水銀濃度に基づく制御に切り替えられる（ステップＳ１２）。このとき、０価水銀濃度の上昇に伴って、水銀吸着剤の供給量がある程度増大されている。したがって、０価水銀濃度に基づく制御から全水銀濃度に基づく制御への切替は、０価水銀濃度に基づく制御において、水銀吸着剤の供給量を増大した後に行われる。
０価水銀濃度の測定から全水銀濃度の測定への切替は、他の切替条件に基づいて行われてもよい。例えば、０価水銀濃度が第１閾値以上となった後、現在の０価水銀濃度と直前の０価水銀濃度（それぞれ移動平均であってもよい。以下同様。）とが比較される。そして、現在の０価水銀濃度が直前の０価水銀濃度よりも低い、すなわち、０価水銀濃度が下降している場合に、切替条件が満たされたと判定される。さらに、０価水銀濃度が第１閾値以上となり、水銀吸着剤の供給量がある程度増大された後、０価水銀濃度が下降し、所定の閾値以下となった場合に、切替条件が満たされたと判定されてもよい。
全水銀濃度に基づく制御では、全水銀濃度が比較的高い場合に、水銀吸着剤の供給量が増大され、全水銀濃度が比較的低い場合に、水銀吸着剤の供給量が減少される。既述のように、全水銀濃度の測定では、正確な水銀濃度が得られるため、全水銀濃度に基づく制御では、水銀吸着剤の供給量を適切に（過不足を少なく）制御することが可能となる。全水銀濃度の測定時には、排ガス中の水銀濃度が高くなっており、比較的多くの水銀吸着剤が必要となる。全水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量を適正な量に設定することにより、水銀吸着剤を効率よく利用することができる。
制御部４０では、現在の全水銀濃度と直前の全水銀濃度とが比較される。既述のように、現在の全水銀濃度および直前の全水銀濃度のそれぞれは、移動平均として求められてもよい。現在の全水銀濃度が直前の全水銀濃度以上である場合には（ステップＳ１３）、全水銀濃度に基づく制御が継続される。現在の全水銀濃度が直前の全水銀濃度よりも低い場合には、全水銀濃度が下降していると判定される（ステップＳ１３）。現在の全水銀濃度が直前の全水銀濃度よりも一定時間継続して低い場合に、全水銀濃度が下降していると判定されてもよい。
全水銀濃度が下降している場合、下流側水銀濃度が所定の第２閾値と比較される。ここで、０価水銀濃度に基づく制御、および、全水銀濃度に基づく制御では、水銀吸着剤の供給により、通常、下流側水銀濃度は低い状態が保たれる。下流側水銀濃度が第２閾値よりも低い、すなわち、下流側水銀濃度が低い状態が保たれている場合には（ステップＳ１４）、水銀濃度測定装置４５において、全水銀濃度の測定から０価水銀濃度の測定に切り替えられる。これにより、水銀吸着剤の供給量の制御が、全水銀濃度に基づく制御から、０価水銀濃度に基づく制御に切り替えられ、通常の状態の制御に戻される（ステップＳ１７）。この場合、後述のフィードバック制御への切替が行われず、フィードフォワード制御が維持される。
一方、バグフィルタ４３のろ布上等、煙道３に存在する水銀吸着剤が多くの水銀を含み、当該水銀吸着剤から水銀が脱離している（水銀吸着剤が破過している）場合等には、下流側水銀濃度と第２閾値との比較において、下流側水銀濃度が第２閾値以上となる（ステップＳ１４）。この場合、制御部４０において、水銀吸着剤の供給量の制御が、全水銀濃度に基づく制御から、下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられる（ステップＳ１５）。下流側水銀濃度に基づく制御では、下流側水銀濃度が比較的高い場合に、水銀吸着剤の供給量が増大され、下流側水銀濃度が比較的低い場合に、水銀吸着剤の供給量が減少される。
下流側水銀濃度に基づく制御では、バグフィルタ４３よりも上流側で得られる０価水銀濃度または全水銀濃度は用いられず、バグフィルタ４３よりも下流側で得られる下流側水銀濃度が用いられる。したがって、下流側水銀濃度に基づく制御は、フィードバック制御（ＦＢ制御）であるといえる。下流側水銀濃度に基づく制御により、大気に排出される排ガスの水銀濃度を、より確実に低くすることが可能となる。なお、下流側水銀濃度に基づく制御への切替に伴って、水銀濃度測定装置４５では、全水銀濃度の測定から０価水銀濃度の測定に切り替えられてもよい。
バグフィルタ４３の上流側の水銀濃度（０価水銀濃度または全水銀濃度）を用いたフィードフォワード制御から、下流側の水銀濃度（下流側水銀濃度）を用いたフィードバック制御への切替は、操作者により手動で行われてもよい。例えば、全水銀濃度に基づく制御の際に、全水銀濃度が下降し、かつ、下流側水銀濃度が第２閾値以上である場合に（ステップＳ１３，Ｓ１４）、制御部４０により、フィードバック制御への切替を促す報知が操作者に対して行われる。切替を促す報知は、例えばディスプレイへの表示、音声の出力等により行われる。排ガス処理装置４では、フィードフォワード制御からフィードバック制御への切替を指示する切替スイッチが設けられており、操作者が、切替を促す報知に応じて切替スイッチを操作することにより、フィードフォワード制御からフィードバック制御への切替が行われる（ステップＳ１５）。
下流側水銀濃度に基づく制御において、水銀濃度測定装置４５により得られる水銀濃度（０価水銀濃度または全水銀濃度）が用いられてもよい。すなわち、ステップＳ１５では、フィードフォワード制御から、フィードフォワード制御およびフィードバック制御を併用した制御に切り替えられてもよい。両者を併用した制御への切替も、手動により行われてよい。
制御部４０では、下流側水銀濃度が所定の第３閾値と比較される。第３閾値は、第２閾値と同じであってもよい。下流側水銀濃度が第３閾値以上である場合には（ステップＳ１６）、下流側水銀濃度に基づく水銀吸着剤の供給量の制御が継続される。下流側水銀濃度が第３閾値よりも低くなった場合には（ステップＳ１６）、水銀吸着剤からの水銀の脱離が抑制されていると考えられる。この場合、水銀吸着剤の供給量の制御が、下流側水銀濃度に基づく制御から、０価水銀濃度に基づく制御に切り替えられる（ステップＳ１７）。すなわち、排ガス処理装置４における通常の状態の制御に戻される。なお、現在の下流側水銀濃度と直前の下流側水銀濃度とを比較して、下流側水銀濃度が下降している場合に、水銀吸着剤の供給量の制御が、０価水銀濃度に基づく制御に戻されてもよい。排ガス処理装置４では、排ガスが煙道３を流れている間、図５の処理が継続して行われる。
以上に説明したように、水銀濃度測定装置４５では、第１取込口５１および第２取込口５２が煙道３に取り付けられる。また、第１取込口５１で取り込まれた排ガスに含まれる２価水銀が還元部５３により０価水銀に還元される。そして、還元部５３を通過した排ガス、または、第２取込口５２で取り込まれた排ガスの一方が、切替部５５により選択的に濃度取得部５４に流入される。これにより、迅速な水銀濃度の測定（０価水銀濃度の測定）と、正確な水銀濃度の測定（全水銀濃度の測定）とを選択的に行うことができる。また、第１取込口５１で取り込まれた排ガスが還元部５３に常時流入し、切替部５５により、還元部５３を通過した排ガスの濃度取得部５４への流入と、排出位置である煙道３への排出とが切り替えられる。これにより、０価水銀濃度の測定から全水銀濃度の測定への切り替え後、直ぐに全水銀濃度の測定値を取得することができる。
排ガス処理装置４の制御部４０では、０価水銀濃度に基づいて吸着剤供給部４１による水銀吸着剤の供給量が制御されるとともに、所定の場合において、水銀吸着剤の供給量の制御が、０価水銀濃度に基づく制御から、全水銀濃度に基づく制御に切り替えられる。その結果、迅速に得られる０価水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量を応答性よく制御するとともに、所定の場合において、全水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量を適切に（過不足を少なく）制御することができる。また、下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に、制御部４０において、水銀吸着剤の供給量の制御が、全水銀濃度に基づく制御から、下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられる。これにより、大気に排出される排ガスの水銀濃度を、より確実に低くすることができる。
図６は、排ガス処理装置の他の例を示す図である。図６の排ガス処理装置４ａでは、図１の排ガス処理装置４に対して、捕集物分配部４４１、回収灰貯留部４４２、回収灰供給部４４３および排出処理部４４４が追加される。他の構成は、図１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、図６では、制御部４０の図示を省略している。
既述のように、バグフィルタ４３では、ろ布に堆積した捕集物が逆洗動作により、払い落とされる。捕集物分配部４４１は、バグフィルタ４３から払い落とされた捕集物を、回収灰貯留部４４２と排出処理部４４４とに分配する。排出処理部４４４では、捕集物に対してキレート処理等が必要に応じて施され、その後、捕集物が廃棄される。回収灰貯留部４４２は、捕集物分配部４４１により供給された捕集物を回収灰として貯留する。回収灰供給部４４３は、煙道３においてバグフィルタ４３よりも上流側の位置に回収灰を供給する。回収灰には、水銀吸着剤が含まれているため、回収灰は、回収吸着剤と捉えることができる。また、回収灰貯留部４４２および回収灰供給部４４３は、それぞれ回収吸着剤貯留部および回収吸着剤供給部である。
図６の排ガス処理装置４ａでは、０価水銀濃度が所定の閾値よりも低い場合に、バグフィルタ４３により捕集された捕集物が回収灰として貯留される。例えば、当該閾値が既述の第１閾値と同じである場合には、０価水銀濃度が第１閾値よりも低く、制御部４０により０価水銀濃度に基づく制御が行われている際に、捕集物分配部４４１により、バグフィルタ４３からの捕集物が、回収灰貯留部４４２に供給される。したがって、水銀の吸着量が比較的少ない水銀吸着剤が、回収灰貯留部４４２において回収灰として貯留される。一方、０価水銀濃度が第１閾値以上である場合には、捕集物分配部４４１により、バグフィルタ４３からの捕集物が、排出処理部４４４に供給される。したがって、水銀の吸着量が比較的多い水銀吸着剤が、回収灰に含められることはない。
捕集物分配部４４１における捕集物の分配では、下流側水銀濃度が参照されてもよい。既述のように、下流側水銀濃度が高い状態では、バグフィルタ４３のろ布上等に存在する水銀吸着剤が多くの水銀を含み、当該水銀吸着剤から水銀が脱離していると考えられる。したがって、０価水銀濃度が所定の閾値よりも低い場合であっても、下流側水銀濃度が例えば第２閾値以上である場合には、バグフィルタ４３からの捕集物が、排出処理部４４４に供給されることが好ましい。
排ガス処理装置４ａにおける通常の状態の制御では、吸着剤供給部４１による水銀吸着剤の供給量と同様に、回収灰供給部４４３による回収灰の供給量が、０価水銀濃度に基づいて制御されてもよい。したがって、０価水銀濃度が比較的高い場合に、回収灰の供給量が増大され、０価水銀濃度が比較的低い場合に、回収灰の供給量が減少されてもよい。また、所定の場合には、吸着剤供給部４１から新たな水銀吸着剤を優先的に供給するために、回収灰の供給量が減少されてもよい。全水銀濃度に基づく制御、および、下流側水銀濃度に基づく制御では、回収灰の供給量が、水銀吸着剤の供給量と同様にして増減されてもよく、また、吸着剤供給部４１から新たな水銀吸着剤を優先的に供給するために、回収灰の供給量が減少されてもよい。
以上のように、図６の排ガス処理装置４ａでは、０価水銀濃度が所定の閾値よりも低い場合に、バグフィルタ４３により捕集された、水銀吸着剤を含む捕集物が回収灰として貯留される。そして、回収灰供給部４４３による回収灰の煙道３への供給量が、０価水銀濃度に基づいて制御されてもよい。これにより、吸着剤供給部４１における水銀吸着剤の消費量を削減しつつ、排ガス中の水銀を除去することができる。
排ガス処理装置４ａでは、図６の焼却炉２１と吸着剤供給部４１との間に、他のバグフィルタが配置されてもよい。この場合、当該他のバグフィルタにより、排ガスに含まれる飛灰が捕集され、バグフィルタ４３では、吸着剤供給部４１により煙道３に供給された水銀吸着剤が主として捕集される。また、図６の排ガス処理装置４ａにおいて、バグフィルタ４３、吸着剤供給部４１、捕集物分配部４４１、回収灰貯留部４４２および回収灰供給部４４３と同様の組合せが、煙道３におけるバグフィルタ４３と煙突２２との間に追加されてもよい。
図７は、水銀濃度測定装置の他の例を示す図である。図７の水銀濃度測定装置４５ａでは、図２の水銀濃度測定装置４５における第２取込口５２が省略されるとともに、切替部５６の構成が相違する。他の構成は、図２の水銀濃度測定装置４５と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
切替部５６は、第１流路５６１と、第２流路５６２と、２個の三方弁５６３，５６４ととを備える。第１流路５６１は、第１取込口５１と濃度取得部５４とを接続する。第１流路５６１では、第１取込口５１から濃度取得部５４に向かって順に、フィルタ５９１、三方弁５６３、還元部５３および三方弁５６４が設けられる。フィルタ５９１および還元部５３の構成は、上記と同様である。
第２流路５６２は、還元部５３を経由することなく、三方弁５６３と三方弁５６４とを接続する。ここで、第１取込口５１と三方弁５６３との間の流路、および、三方弁５６４と濃度取得部５４との間の流路は、第１流路５６１および第２流路５６２により共有されていると捉えられる。したがって、第１流路５６１は、第１取込口５１から還元部５３を経由して濃度取得部５４に接続し、第２流路５６２は、還元部５３を迂回（バイパス）して第１取込口５１と濃度取得部５４とを接続する。また、三方弁５６３，５６４が、濃度取得部５４に流入するガスの経路を、第１流路５６１と第２流路５６２とで切り替える流路切替部として動作する。
全水銀濃度の測定では、第１取込口５１で取り込まれた排ガスが三方弁５６３により還元部５３に導かれ、さらに三方弁５６４により濃度取得部５４に導かれる。これにより、濃度取得部５４では、全水銀濃度が取得される。０価水銀濃度の測定では、第１取込口５１で取り込まれた排ガスが三方弁５６３により第２流路５６２に導かれ、さらに三方弁５６４により濃度取得部５４に導かれる。これにより、第１取込口５１で取り込まれた排ガスが、還元部５３を通過することなく濃度取得部５４に導かれ、濃度取得部５４により０価水銀濃度が取得される。
既述のように、図２の水銀濃度測定装置４５では、０価水銀濃度の測定の際に、第２取込口５２で取り込まれた排ガスが、還元部５３を通過することなく濃度取得部５４に導かれる。したがって、図７の水銀濃度測定装置４５ａでは、第１取込口５１が、上記第２取込口５２を兼ねているといえる。１つの取込口５１のみを用いる水銀濃度測定装置４５ａでは、煙道３において複数の取込口の設置が困難である場合でも、０価水銀濃度の測定と全水銀濃度の測定とを選択的に行うことができる。なお、水銀濃度測定装置４５ａにおいて、第１取込口５１で取り込まれたガスが還元部５３に常時流入する構成が採用されてもよい。
上記水銀濃度測定装置４５，４５ａおよび排ガス処理装置４，４ａでは様々な変形が可能である。
排ガス処理装置４，４ａにおいて、排ガス中の０価水銀濃度を測定する０価水銀濃度測定部と、排ガス中の全水銀濃度を測定する全水銀濃度測定部とが個別に設けられてもよい。この場合、これらの２つの測定部は、煙道３における焼却炉２１とバグフィルタ４３との間に配置され、０価水銀濃度および全水銀濃度の双方が常時測定される。制御部４０では、通常の状態において、０価水銀濃度に基づいて吸着剤供給部４１による水銀吸着剤の供給量が応答性よく制御され、所定の場合において、全水銀濃度に基づいて水銀吸着剤の供給量が適切に制御される。一方、０価水銀濃度測定部および全水銀濃度測定部を兼ねる、図２および図７の水銀濃度測定装置４５，４５ａを用いる場合には、排ガス処理装置４，４ａの構成を簡素化することができる。排ガス処理装置４，４ａの設計によっては、下流側水銀濃度測定部４６において、水銀濃度測定装置４５，４５ａが用いられてもよい。
上記実施の形態では、全水銀濃度に基づく制御から下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられるが、０価水銀濃度に基づく制御中に下流側水銀濃度が第２閾値以上となった場合に、水銀吸着剤の供給量の制御が、下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられてもよい。また、既述のように、下流側水銀濃度に基づく制御において０価水銀濃度または全水銀濃度が参照されてもよい。以上のように、排ガス処理装置４，４ａでは、下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に（好ましくは、０価水銀濃度および全水銀濃度が所定の閾値以下であり、かつ、下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に）、水銀吸着剤の供給量の制御が、０価水銀濃度または全水銀濃度に基づく制御から、少なくとも下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられればよい。これにより、大気に排出される排ガスの水銀濃度をより確実に低くすることが可能となる。
吸着剤供給部４１は、煙道３において、吸着剤捕集部（バグフィルタ４３）よりも上流側、すなわち、焼却炉２１と吸着剤捕集部との間のいずれの位置に設けられてもよい。回収吸着剤供給部（回収灰供給部４４３）、並びに、０価水銀濃度測定部および全水銀濃度測定部（水銀濃度測定装置４５，４５ａ）も同様である。また、下流側水銀濃度測定部４６は、煙道３における吸着剤捕集部と煙突２２の排出口との間のいずれの位置に設けられてもよい。
排ガス処理装置４，４ａは、焼却設備１以外の設備において用いられてもよく、排ガス処理装置４，４ａが設けられる設備等によっては、消石灰の供給や下流側水銀濃度に基づく制御が省略されてもよい。また、水銀濃度測定装置４５，４５ａが、排ガス処理装置４，４ａ以外に用いられてもよく、この場合に、排ガス以外のガスに含まれる水銀濃度が測定されてよい。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
３ 煙道
４，４ａ 排ガス処理装置
２１ 焼却炉
２２ 煙突
４０ 制御部
４１ 吸着剤供給部
４３ バグフィルタ
４５，４５ａ 水銀濃度測定装置
４６ 下流側水銀濃度測定部
５１ 第１取込口
５２ 第２取込口
５３ 還元部
５４ 濃度取得部
５５，５６ 切替部
４４２ 回収灰貯留部
４４３ 回収灰供給部
５５１，５６１ 第１流路
５５２，５６２ 第２流路
５５３〜５５５，５６３，５６４ 三方弁
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ
４，４ａ 排ガス処理装置
２１ 焼却炉
２２ 煙突
４０ 制御部
４１ 吸着剤供給部
４３ バグフィルタ
４５，４５ａ 水銀濃度測定装置
４６ 下流側水銀濃度測定部
５１ 第１取込口
５２ 第２取込口
５３ 還元部
５４ 濃度取得部
５５，５６ 切替部
４４２ 回収灰貯留部
４４３ 回収灰供給部
５５１，５６１ 第１流路
５５２，５６２ 第２流路
５５３〜５５５，５６３，５６４ 三方弁
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ
Claims (9)
- ガスに含まれる水銀濃度を測定する水銀濃度測定装置であって、
ガス流路に取り付けられる第１取込口と、
前記第１取込口で取り込まれたガスに含まれる２価水銀を０価水銀に還元する還元部と、
前記ガス流路に取り付けられる第２取込口と、
０価水銀に基づいて水銀濃度の測定値を取得する濃度取得部と、
前記還元部を通過したガス、または、前記第２取込口で取り込まれたガスの一方を選択的に前記濃度取得部に流入させる切替部と、
を備え、
前記第１取込口で取り込まれたガスが前記還元部に常時流入し、
前記切替部が、前記還元部を通過したガスの前記濃度取得部への流入と、所定の排出位置への排出とを切り替えることを特徴とする水銀濃度測定装置。 - 請求項１に記載の水銀濃度測定装置であって、
前記第１取込口が、前記第２取込口を兼ねており、
前記切替部が、
前記第１取込口から前記還元部を経由して前記濃度取得部に接続する第１流路と、
前記還元部を迂回して前記第１取込口と前記濃度取得部とを接続する第２流路と、
前記濃度取得部に流入するガスの経路を、前記第１流路と前記第２流路とで切り替える流路切替部と、
を備えることを特徴とする水銀濃度測定装置。 - 排ガス処理装置であって、
排ガスの発生源から外部への排出口に向かって前記排ガスが流れる煙道において、前記排ガスに水銀吸着剤を供給する吸着剤供給部と、
前記煙道において前記水銀吸着剤を捕集する吸着剤捕集部と、
前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中の０価水銀濃度を測定する０価水銀濃度測定部と、
前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を全水銀濃度として測定する全水銀濃度測定部と、
前記０価水銀濃度に基づいて前記吸着剤供給部による前記水銀吸着剤の供給量を制御するとともに、所定の場合において、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項３に記載の排ガス処理装置であって、
前記０価水銀濃度測定部および前記全水銀濃度測定部を兼ねる、請求項１または２に記載の水銀濃度測定装置を備えることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項３または４に記載の排ガス処理装置であって、
前記制御部が、前記０価水銀濃度に基づく制御において、前記０価水銀濃度が所定の閾値以上となり、前記水銀吸着剤の供給量を増大した後に、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替えることを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項３ないし５のいずれか１つに記載の排ガス処理装置であって、
前記０価水銀濃度が所定の閾値よりも低い場合に、前記吸着剤捕集部により捕集された前記水銀吸着剤を回収吸着剤として貯留する回収吸着剤貯留部と、
前記煙道において前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置に前記回収吸着剤を供給する回収吸着剤供給部と、
をさらに備え、
前記制御部が、前記０価水銀濃度に基づいて前記回収吸着剤供給部による前記回収吸着剤の供給量を制御することを特徴とする排ガス処理装置。 - 請求項３ないし６のいずれか１つに記載の排ガス処理装置であって、
前記煙道における前記吸着剤捕集部と前記排出口との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を下流側水銀濃度として測定する下流側水銀濃度測定部をさらに備え、
前記下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に、前記制御部において、前記水銀吸着剤の供給量の制御が、前記０価水銀濃度または前記全水銀濃度に基づく制御から、少なくとも前記下流側水銀濃度に基づく制御に切り替えられることを特徴とする排ガス処理装置。 - 排ガス処理装置における排ガス処理方法であって、
前記排ガス処理装置が、
排ガスの発生源から外部への排出口に向かって前記排ガスが流れる煙道において、前記排ガスに水銀吸着剤を供給する吸着剤供給部と、
前記煙道において前記水銀吸着剤を捕集する吸着剤捕集部と、
前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中の０価水銀濃度を測定する０価水銀濃度測定部と、
前記煙道における前記発生源と前記吸着剤捕集部との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を全水銀濃度として測定する全水銀濃度測定部と、
を備え、
前記排ガス処理方法が、
前記０価水銀濃度に基づいて前記吸着剤供給部による前記水銀吸着剤の供給量を制御する工程と、
所定の場合において、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度に基づく制御から、前記全水銀濃度に基づく制御に切り替える工程と、
を備えることを特徴とする排ガス処理方法。 - 請求項８に記載の排ガス処理方法であって、
前記排ガス処理装置が、
前記煙道における前記吸着剤捕集部と前記排出口との間の位置において、前記排ガス中に元から含まれる０価水銀、および、前記排ガス中の２価水銀が還元された０価水銀の総濃度を下流側水銀濃度として測定する下流側水銀濃度測定部をさらに備え、
前記排ガス処理方法が、
前記下流側水銀濃度が所定の閾値以上である場合に、前記水銀吸着剤の供給量の制御を、前記０価水銀濃度または前記全水銀濃度に基づく制御から、少なくとも前記下流側水銀濃度に基づく制御に切り替える工程をさらに備えることを特徴とする排ガス処理方法。
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