排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法
【課題】 排ガス処理施設の劣化を低減させることができ、長期の信頼性を有すると共に、水銀除去効率が高い、排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法を提供する。
【解決手段】 塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段２と、前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段１６と、前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段３と、前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段６とを備え、前記塩化アンモニウム前処理手段２が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段２１を備える。
【解決手段】 塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段２と、前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段１６と、前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段３と、前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段６とを備え、前記塩化アンモニウム前処理手段２が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段２１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスの処理に関し、特に、燃焼排ガス中の水銀を除去するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭や重油等の化石燃料の燃焼によって生じる排ガス中には、微量の水銀が存在しており、環境中への放出を低減する方法の開発が必要とされてきた。燃焼排ガス中の水銀除去を目的として、これまでに様々な方法が試みられている。
【０００３】
燃焼排ガスに含まれる水銀を、ハロゲンを含有する添加剤によって、活性炭等に吸着されやすい塩化水銀等の酸化水銀に転換し、フライアッシュ中の活性炭に吸着させて除去することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、活性炭やセレンフィルター等の吸着剤による水銀除去方法は、ゴミ焼却排ガスに対し既に実用化されているが、特殊な吸着除去装置を必要とする。
【０００４】
一方、排ガス中において、水銀は、主として金属水銀、及び塩化水銀の形態で存在しており、塩化水銀等の酸化水銀は、金属水銀と比較して水への溶解度が高いことが知られている。このことから、排ガス中に塩素化剤を添加して、水銀を水溶性の形態に変えることによって、従来の還元脱硝装置、及び湿式脱硫装置を有する排ガス処理施設を変えることなく、ＮＯｘ、ＳＯｘの処理と同時に水銀を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、燃焼排ガス中に水銀塩素化剤が添加された後、脱硝触媒上で非水溶性の金属水銀が水溶性の塩化水銀に変換され、後段の湿式脱硫装置で吸収除去される。しかしながら、煙道中に添加される塩素化剤は腐食性が高い場合が多く、必要量を超える塩素化剤は、煙道や後流装置の腐食原因となり、プラント寿命の低下をもたらす問題があった。
【０００５】
そこで、煙道内の塩素化剤濃度や水銀濃度の計測値に基づいて塩素化剤の排ガスへの供給量を調節することが提案されている（例えば、特許文献３）。この方法によれば、過剰量の塩素化剤による装置等の腐食を防止することができる。しかしながら、システムの信頼性の向上や、水銀除去効率の向上など、さらなる改善が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３０８１０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３０１３７号公報
【特許文献３】特開２００７−１６７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、排ガス処理施設の劣化を低減させることができ、長期の信頼性を有すると共に、水銀除去効率が高い、排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、一実施形態によれば、塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段と、前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段と、前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段と、前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段とを備え、前記塩化アンモニウム前処理手段が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段を備えている。
【０００９】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、他の形態においては、前記塩化アンモニウム前処理手段が、固体状の塩化アンモニウムを昇華する別置の昇華手段をさらに備え、前記粗大物除去手段が集塵機である。前記供給手段は、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈するための希釈手段をさらに備えることが好ましい。本実施形態の水銀除去システムでは、塩化アンモニウムから脱硝触媒阻害物質が除去されるため、水銀の塩素化を効率的に行うことができる。
【００１０】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、他の形態においては、前記塩化アンモニウム供給手段が、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有し、前記粗大物除去手段が、重力沈澱槽、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上を備え、前記還元脱硝手段の前段に、塩化アンモニウムが供給された排ガスを攪拌する攪拌手段をさらに備える。塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、塩化アンモニウム供給手段が備える噴霧手段が、煙道内において、煙道内壁面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、噴霧される液滴が噴霧手段から煙道内壁面に到達する前に気化するのに十分な距離である。または、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、噴霧される液滴が到達しうる煙道内壁の内側に、内壁と二重管を構成するように設けられた隔壁を備える構造であってもよい。
【００１１】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、前記粗大物除去手段が重力沈澱槽と、前記重力沈澱槽の後段に設けられた液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上とを備えることが好ましい。
【００１２】
本発明は、別の側面で、排ガスの水銀除去方法であって、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、前記塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、前記脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液と接触させる工程とを含む。排ガスをアルカリ吸収液と接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物及び水銀を除去することができる。
【００１３】
上記実施形態による排ガスの水銀除去方法は、他の形態においては、前記塩化アンモニウムが固体状の塩化アンモニウムであり、前記固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程を、粗大物を除去する工程の前にさらに含み、前記排ガスに供給される塩化アンモニウムが塩化アンモニウムの昇華ガスである。上記実施形態による水銀除去方法は、塩化アンモニウムを昇華する工程の後に、前記昇華ガスに希釈用気体を供給する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
上記実施形態による排ガスの水銀除去方法は、他の形態においては、前記塩化アンモニウムが、塩化アンモニウム水溶液であり、前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程が、前記塩化アンモニウム水溶液を前記排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように噴霧する工程であり、前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程の後に、前記塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと前記排ガスとを煙道内で攪拌する工程をさらに含む。前記塩化アンモニウムの排ガスへの供給は、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道の内壁に付着しないように供給可能な構造を有する塩化アンモニウム供給手段により行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガス処理施設の劣化を低減させることができ、長期の信頼性を有すると共に、除去効率の優れた排ガスの水銀除去システム及び除去方法を提供することができる。また、本発明によれば、水銀塩素化剤である塩化アンモニウムから粗大物が除去されるため、水銀除去システムにおけるノズル等の閉塞・磨耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の水銀除去システムの一実施形態を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の水銀除去システムの第二実施形態を説明する図である。
【図３】図３は、ＮＨ３とＨＣｌの気固平衡を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の水銀除去システムの一部を構成する塩化アンモニウム前処理手段２を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の粗大物除去手段の一実施形態であるホットサイクロンを説明する図である。
【図６】図６は、本発明の水銀除去システムの第三実施形態を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の塩化アンモニウム供給手段１６の一実施形態の構成を拡大して説明する図である。
【図８】図８は、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道内において蒸発するまでにかかる時間を液滴径との関係で予測したグラフである。
【図９】図９は、本発明の塩化アンモニウム供給手段１６の一実施形態を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の水銀除去システムの第四実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る排ガスの水銀除去システム、及び水銀除去方法について、その実施形態を参照しながらさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１に、本発明の水銀除去システム１００の第一実施形態を備えてなる排ガス処理システムを示す。
図１に示す水銀除去システム１００は、主たる構成要素として、塩化アンモニウム前処理手段２、塩化アンモニウム供給手段１６、還元脱硝手段３、エアヒータ４、電気集塵機５、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。
【００１９】
本実施形態の水銀除去システム１００は、ボイラ１の後流に、煙道２６により連結される還元脱硝手段３を備えている。ボイラ１と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内には、塩化アンモニウム供給手段１６が設置されている。塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム前処理手段２と管路を介して連結されている。還元脱硝手段３の後流には、煙道により連結されるエアヒータ４が設けられている。エアヒータ４の後流には、電気集塵機５が設けられており、電気集塵器５はエアヒータ４と煙道により連結される。湿式脱硫手段６は、電気集塵機５の後流に設けられ、湿式脱硫手段６は、電気集塵機５と煙道により接続される。湿式脱硫手段６の後流には、煙道で連結される煙突７が設置される。湿式脱硫手段６の後段には、さらに、ベルトフィルター８が設置される。
【００２０】
ボイラ１は、水銀除去システム１００の前流に設けられ、重油、石炭等の化石燃料を燃焼させ、排ガスを排出する。排ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、水銀等の有害物質を含有している。
【００２１】
本実施形態の塩化アンモニウム前処理手段２は、煙道内の排ガス中に供給される前に、塩化アンモニウムを前処理するものである。塩化アンモニウム前処理手段２は、粗大物除去手段２１を備えている。粗大物除去手段２１は、塩化アンモニウムから粗大物を分離・除去するものである。粗大物除去手段２１としては、サイクロン、電気集塵機、重力沈澱槽、膜等を用いることができる。粗大物とは、原料としての塩化アンモニウムに混入している不純物をいう。不純物としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等が挙げられる。
【００２２】
塩化アンモニウム供給手段１６は、粗大物を除去した後の塩化アンモニウムを煙道２６内の排ガスに供給するものである。塩化アンモニウム供給手段１６は、粗大物除去手段２１の後流に設けられ、粗大物除去手段２１と管路により接続される。塩化アンモニウム供給手段１６としては、例えば複数の噴霧ノズルを備える噴霧グリッド、複数の噴射ノズルを備える噴射グリッドを用いることができる。
【００２３】
還元脱硝手段３は、脱硝触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元すると共に、塩化アンモニウムが分解して生じるＨＣｌと金属水銀とにより塩化水銀を生成させる装置である。還元脱硝手段３としては、還元脱硝触媒を備える一般的なものを使用することができる。還元脱硝手段３が備える脱硝触媒としては、特に限定されないが、例えば、Ｗ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属酸化物をゼオライト等の担体に担持させたものを用いることができる。還元脱硝手段３が備える還元脱硝触媒の量は、水銀酸化効率を高めるために通常の量より増加させることもできる。
【００２４】
湿式脱硫手段６は、排ガス中に存在する硫黄酸化物、及び塩化水銀等の水銀酸化物を吸収・除去する装置である。湿式脱硫手段６としては、アルカリ吸収液を備える従来のものを使用することができる。アルカリ吸収液としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アンモニア、水酸化マグネシウム等の水溶液を用いることができるが、これらに限定されない。湿式脱硫手段６は、水銀再飛散防止装置（図示せず）をさらに備えていることが好ましい。水銀再飛散防止装置とは、酸化剤又は空気をアルカリ吸収液に供給することにより、アルカリ吸収液の酸化還元電位を一定の範囲に保つ装置である。水銀再飛散防止装置は、下記式（１）のように、吸収液中の酸化水銀（Ｈｇ２＋）がＳＯ２等により金属水銀（Ｈｇ０）に還元されるのを阻止し、水銀が再飛散するのを防止する。
Ｈｇ２＋＋２ｅ− ⇔ Ｈｇ０ （１）
水銀再飛散防止装置は、好ましくは、吸収液の酸化還元電位を１５０〜６００ｍＶに調製することができる装置である。湿式脱硫手段６の後段には、ベルトフィルター８が設置されている。ベルトフィルター８は、湿式脱硫手段６の吸収塔で生成した石膏スラリーを脱水し、回収する装置であり、石膏９を排出する。
【００２５】
エアヒータ４は、排ガス温度を調整する装置である。電気集塵機５は、排ガス中の煤塵を除去する。煙突７は、排ガスをシステムの外へ排出する。エアヒータ４、電気集塵機５、煙突７等は、一般的なものとすることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る水銀除去システムにより排ガスから水銀を除去する方法の一形態を説明する。本実施形態の水銀除去方法は、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。
【００２７】
本実施の形態に係る水銀除去方法では、排ガス中の金属水銀を酸化するために、塩化アンモニウムを用いる。塩化アンモニウムは、通常、肥料に用いられる程度の純度のものを用いることができる。塩化アンモニウムは、固体であってもよく、又は水溶液であってもよい。原料としての塩化アンモニウムには粗大物が混入している。
【００２８】
石炭や重質油の燃焼により生じる排ガスは、通常、窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害物質の他に、水銀を含有する。排ガスは、ボイラ１から流出し、煙道２６内を流れる。
【００２９】
塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程では、粗大物除去手段２１により、塩化アンモニウムに混入する粗大物を分離・除去する。この工程により、肥料に用いられる程度に純度の低い塩化アンモニウムを原料として用いても、粗大物が除去された状態で塩化アンモニウム供給手段１６に提供することができる。
【００３０】
粗大物を除去する工程に次いで、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程を行う。塩化アンモニウムを供給する工程は、ボイラ１と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内において行われる。排ガス中に供給する塩化アンモニウムは、水溶液又は気体の形態である。塩化アンモニウムは、好ましくは、排ガス中に液滴として噴霧されるか、昇華した気体として導入される。塩化アンモニウムは、排ガス中における濃度が１０〜２００ｐｐｍの範囲になるように供給することが好ましい。
【００３１】
排ガス中に供給された塩化アンモニウムの大部分は、式（２）のように、ＮＨ３とＨＣｌとに解離した状態で存在する。煙道２６内の排ガスは、通常３５０〜３８０℃の高温であるためである。
ＮＨ４Ｃｌ ⇒ ＮＨ３＋ＨＣｌ （２）
【００３２】
本実施の形態による方法は、さらに、ＨＣｌを排ガスに添加する工程を含んでいてもよい。塩化アンモニウムが解離して生じるＨＣｌのみでは金属水銀を酸化するのに不十分である場合があるためである。ＨＣｌの添加は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道内において、塩化アンモニウムを供給する工程の後に行われることが好ましい。
【００３３】
塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程では、排ガスと塩化アンモニウムとの混合物を、煙道２６を経て還元脱硝手段３に流入させ、還元脱硝手段３が備える脱硝触媒と接触させる。脱硝触媒下では、塩化アンモニウムが分解して生じたＮＨ３と排ガス中の窒素酸化物とが反応し、式（３）のように窒素酸化物が窒素に還元される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ ⇒ ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （３）
これと同時に、脱硝触媒下では、式（４）のように、排ガス中の金属水銀が、塩化アンモニウムの分解によって生じるＨＣｌにより塩化水銀に酸化される。
Ｈｇ０＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ２ ⇒ ＨｇＣｌ２＋Ｈ２Ｏ （４）
その結果、脱硝触媒に接触させる工程を経た排ガスには、主としてＳＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、ＨｇＣｌ２、Ｎ２、Ｏ２、水蒸気が含まれ、未反応のＮＨ３、ＨＣｌ、ＮＯも残存する。
【００３４】
また、本実施の形態による方法は、排ガス中に活性炭を添加する工程をさらに含んでもよい。活性炭を添加する工程は、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程の後に行われることが好ましい。この工程により、排ガス中の塩化水銀を活性炭に吸着させることができ、湿式脱硫手段６への水銀流入量を低減するという有利な効果がある。
【００３５】
還元脱硝手段３から流出した排ガスの温度を、エアヒータ４により調整する。次いで、排ガスを電気集塵機５において、排ガス中に含まれる煤塵等を除去する。次いで、煤塵等を除去した排ガスを湿式脱硫手段６に流入させる。排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程では、脱硝触媒と接触させた後の排ガスをアルカリ吸収液に接触させる。この工程により排ガス中のＳＯｘをアルカリ吸収液に吸収させて、石膏９の沈澱として除去すると共に、水溶性の塩化水銀もアルカリ吸収液に吸収させて除去する。アルカリ吸収液中に沈澱する石膏スラリーは、ベルトフィルター８により脱水し、石膏９として回収する。湿式脱硫手段６から流出した排ガスは煙突７から排出する。図示する実施形態において、排ガスをアルカリ吸収液と接触させる工程は、アルカリ吸収液に空気を供給している。アルカリ吸収液中のＨｇＣｌ２が金属水銀Ｈｇ０に還元しない安定な範囲に酸化還元電位を保ち、水銀の再飛散を防止するためである。アルカリ吸収液には、空気以外に酸化剤を添加してもよい。
【００３６】
本実施の形態による水銀除去方法は、好ましくは９０％以上の水銀除去率で排ガス中の水銀を除去することができる。水銀除去率は、より好ましくは９５％以上である。
【００３７】
第一実施形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウムが粗大物を除去した後に排ガス中に供給されることから、粗大物が粗大物除去手段２１より先の塩化アンモニウム供給手段１６及び煙道２６内に入り込むことがない。従って、噴霧ノズル等の塩化アンモニウム供給手段１６が粗大物により閉塞することを防止することができ、排ガス処理施設の寿命を向上することができるという効果を奏する。
【００３８】
図２は、本発明の水銀除去システムの第二実施形態の主要部を示す図である。本発明の第二実施形態によるシステムは、エコノマイザー１０、原料供給手段２３、昇華手段２２、粗大物除去手段２１、塩化アンモニウム供給手段１６、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。図２では、エアヒータ４より後流側の湿式脱硫手段６、及び煙突７は省略されている。なお、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施の形態では、塩化アンモニウム前処理手段２は、粗大物除去手段２１に加え、原料供給手段２３、昇華手段２２を備えている。
【００３９】
原料供給手段２３は、昇華手段２２に原料としての塩化アンモニウム１０１を供給する装置である。原料供給手段２３は、昇華手段２２の前段に、昇華手段２２に塩化アンモニウムを供給可能なように設置されている。原料供給手段２３としては、サイロとスクリューフィーダーとの組み合わせ等を用いることができるが、これらには限定されない。
【００４０】
昇華手段２２は、固体状の塩化アンモニウムを加熱し、昇華する装置である。昇華手段２２は、管路により連結される粗大物除去手段２１の前段に設置される。昇華手段２２は、水銀除去システムにおける原料供給手段２３、煙道２６等の他の装置と兼用の装置としてではなく、昇華の用途に用いられる独立した装置として煙道２６の外部に設置される。昇華手段２２では、昇華に必要な熱は、外部から供給され、煙道内を流れる排ガスの熱のみに依存するものではない。本実施の形態によるシステムは、昇華手段２２を独立に設けることにより、煙道ガスのみでは不可能な程度に塩化アンモニウムを高温に加熱することが可能となり、例えば４００℃以上、又は５００℃以上に加熱することができる。このように高温にすることにより、塩化アンモニウムをほぼ完全に昇華することができ、気体として排ガス中に供給することができる。本実施の形態によるシステムによれば、塩化アンモニウムを気体として煙道内に供給することができるため、煙道を流れる排ガスの熱で塩化アンモニウムを昇華する方法と異なり、噴霧ノズル等の噴霧手段の閉塞・磨耗を防止することができる。
【００４１】
昇華手段２２では、塩化アンモニウムを、好ましくは４００℃以上に加熱して昇華させる。塩化アンモニウムは、昇華すると、分解してＮＨ３とＨＣｌを生ずる。よって、塩化アンモニウムの昇華ガスとは、等モルのＮＨ３とＨＣｌとを含有するガスである。
【００４２】
昇華手段２２としては、固体状の塩化アンモニウムを大容量で昇華可能な気化器を使用することができる。好ましくは、キルン炉、流動床炉といった気化器が挙げられる。昇華手段２２としてキルン炉を用いる場合、Ｌ（筒長）／Ｆ（筒径）が３以上であるものが好ましい。また、キルン炉に供給される固体状の塩化アンモニウムは、キルン炉の筒内における充填量を１５％以下の容積比とすることが好ましい。昇華せずに残った不揮発性物質の大部分は、粗大物１０２として昇華手段２２に残存する。従って、本実施形態の昇華手段２２は、塩化アンモニウムを昇華する機能に加え、排ガスから不揮発性物質等の粗大物１０２を除去する機能も有している。
【００４３】
粗大物除去手段２１は、塩化アンモニウムの昇華ガス中に含まれる粗大物を除去することができる装置である。本実施の形態の粗大物除去手段２１で除去される粗大物とは、不揮発性物質である。ここで、不揮発性物質とは、昇華手段２２で加熱してもガス化しない物質を主にいう。塩化アンモニウムに混入している不揮発性物質としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等、並びに、ナトリウム化合物、燐酸化合物、及びカルシウム化合物等の脱硝触媒の阻害物質が挙げられる。脱硝触媒の阻害物質としては、具体的には、ＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等が挙げられる。粗大物除去手段２１は、完全に昇華されないまま昇華手段２２から流出した粒子径１０μｍ以上の微細な塩化アンモニウム粒子をも除去することができる。粗大物除去手段２１は、管路により連結される昇華手段２２の後段に設置される。粗大物除去手段２１の後段には、管路により連結される塩化アンモニウム供給手段１６が設けられる。粗大物除去手段２１は、好ましくは、サイクロン、電気集塵機、及びバグフィルタ等の集塵機である。粗大物除去手段２１は、好ましくは、粒子径２０μｍ以上、より好ましくは粒子径１０μｍ以上までの大きさの微細な粗大物を除去することができる。塩化アンモニウム前処理手段２は、全体として、塩化アンモニウムを昇華し、粗大物を除去する。
【００４４】
塩化アンモニウム供給手段１６は、昇華手段２２によって昇華された塩化アンモニウムの昇華ガスを、煙道２６内を流れる排ガス中に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、エコノマイザー１０と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内において設置される。塩化アンモニウム供給手段１６は、排ガスが直線的に流れる煙道２６の直線領域において設置されることが好ましい。塩化アンモニウム供給手段１６は、昇華ガスを排ガスに混合することができるものであれば、特に限定されない。塩化アンモニウム供給手段１６は、好ましくは、複数のノズルを備える噴射グリッド等を用いることができる。昇華手段２２と塩化アンモニウム供給手段１６とを連結する管路、及び塩化アンモニウム供給手段１６が備えるノズル等の内部は、定期的に水洗浄し、乾燥後に昇華された塩化アンモニウムの昇華ガスを通すことが好ましい。
【００４５】
エコノマイザー１０は、排ガスから熱エネルギーを回収してボイラ１への給水を予熱する装置である。エコノマイザー１０は、ボイラ１の後段に設けられており、エコノマイザー１０の後流側には、煙道２６により連結される塩化アンモニウム供給手段１６が設置される。
【００４６】
ＮＨ３供給手段１１は、ＮＨ３タンクからＮＨ３を排ガスに注入する。ＮＨ３供給手段１１は、煙道に接続される。ＮＨ３供給手段１１としては、アンモニア注入グリッドを使用することができる。ＮＨ３供給手段１１は、好ましくは、ＮＨ３ガスを煙道内に噴霧する。ＮＨ３供給手段１１は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝手段３とを連結する煙道に接続されている。ＮＨ３供給手段１１は、エコノマイザー１０と塩化アンモニウム供給手段１６とを連結する煙道に接続されていてもよい。
【００４７】
エコノマイザー１０と塩化アンモニウム供給手段１６とを結ぶ煙道２６内、及び、ＮＨ３供給手段１１と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道内には、整流装置１２が設けられている。整流装置１２は、排ガスの流れを整流し、流速分布を平準化する装置である。整流装置１２は、煙道の屈曲する領域に設置される場合は、屈曲により排ガスの流速が損なわれるのを防ぐことができる。整流装置１２としては、ガイドベーン、管群等を用いることができる。これにより、排ガスの流速分布が平準化され、濃度分布のばらつきをなくすことができるため、より高効率で塩化アンモニウムと水銀と反応させることができるとともに、反応に用いられない塩化アンモニウムが生じるのを防止することができる。
【００４８】
本実施の形態による塩化アンモニウム前処理手段２は、別の例において、希釈手段（図２には示さず）をさらに備えていてもよい。希釈手段は、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈するため、高温の空気等の気体を昇華ガスに混合し、昇華ガスの濃度を減少させるものである。希釈手段は、好ましくは、管路を介して昇華手段２２と接続される。希釈手段は、希釈用気体を昇華手段２２に送り、昇華手段２２内の昇華ガスと混合する。希釈用の気体としては、空気以外に、水蒸気を使用することができ、又は煙道内を流れる排ガスを再利用してもよい。再利用の排ガスを希釈用気体として使用する場合は、予めホットサイクロン等により、排ガス中の塵を除去しておくことが好ましい。希釈手段は、好ましくは、昇華ガスの濃度を、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｐｐｍに希釈することができる。ここで、昇華ガスとは、塩化アンモニウムが昇華して生成するガスであり、ＮＨ４Ｃｌが解離して生じた等モルのＮＨ３とＨＣｌを含有するガスである。よって、昇華ガスの濃度は、ＮＨ３とＨＣｌの各々の濃度と等しくなる。希釈手段としては、例えば、ブロア、排ガスのバイパス配管等を用いることができる。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムを用いた水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程と、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、 脱硝触媒と接触させた排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。本実施形態の水銀除去システムによれば、塩化アンモニウムの昇華ガスが煙道内の排ガスに供給される。
【００５０】
本実施の形態においては、固体状の塩化アンモニウム１０１を原料供給手段２３により昇華手段２２（気化器）に供給する。昇華手段２２（気化器）に供給される固体状の塩化アンモニウムは、好ましくは塩化アンモニウムの粒子である。粒子の大きさは特に限定されないが、好ましくは、粒径が０．１〜３ｍｍであり、より好ましくは、０．１〜１ｍｍである。粒径が小さい程、昇華に要する時間を短縮することができる。固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程では、独立の気化器により、固体状の塩化アンモニウムを加熱し、昇華する。加熱温度は、好ましくは４００℃以上である。かかる工程によって塩化アンモニウムは昇華し、昇華ガスを生じる。
【００５１】
昇華せずに残った不揮発性物質の大部分は、昇華手段２２の内部に粗大物として残存する。塩化アンモニウムに混入している不揮発性物質の例としては、粗塵、土砂等の他に、ＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等の化合物がある。これらの化合物は、脱硝触媒における水銀酸化を阻害する特性をもつことから、煙道内に供給する前に除去することが好ましい。本実施の形態では、これらの化合物を不揮発性物質として昇華手段２２の内部に残留させることによっても除去することができる。昇華手段２２に蓄積する不揮発性物質等の粗大物１０２は、定期的に、昇華手段２２より引き抜き、除去する。
【００５２】
本実施形態の方法は、昇華する工程の後に、又は昇華する工程と同時であって、粗大物を除去する工程の前に、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈する工程を含んでいてもよい。昇華手段２２で昇華した昇華ガスの濃度を低下させると、温度低下に伴う塩化アンモニウムの析出を防止できるという点で有利だからである。昇華ガスを希釈する工程では、昇華ガスに希釈用気体を混合する。昇華ガスの希釈は、好ましくは、昇華ガスの濃度が１０，０００ｐｐｍを超える場合に行われる。
【００５３】
希釈用気体は、昇華ガスに混合する前に、好ましくは２４０℃以上、さらに好ましくは３６５℃以上に予め昇温しておく。昇華ガスの温度が低下して塩化アンモニウムが析出するのを防止するためである。図３に、塩化アンモニウムが分解して生じたＮＨ３とＨＣｌの気固平衡を表すグラフを示す。グラフでは、昇華ガスを希釈用気体により希釈しない場合の昇華ガスの濃度が、１，０００，０００ｐｐｍとして示されており、ガスの温度が３６５℃より低下すると、塩化アンモニウムの固体が析出することがわかる。昇華ガスを希釈用気体により希釈し、昇華ガス濃度を２０，０００ｐｐｍとした場合、昇華ガスと希釈用気体の混合ガスの温度が２４０℃より低下すると塩化アンモニウム固体が析出する。このように、ガス温度が低下して固体状の塩化アンモニウムが析出すると、ノズル等の塩化アンモニウム供給手段１６の詰まりの原因となるとともに、塩化アンモニウムが反応に用いられずに残る原因となる。
【００５４】
希釈後の昇華ガスの濃度は、好ましくは、１０，０００〜１００，０００ｐｐｍである。排ガスに供給される昇華ガスの濃度が１００，０００ｐｐｍを超えると、高濃度による塩化アンモニウムの析出や、煙道への昇華ガス供給量が少なくなるため濃度分布を平準化し難い場合があり、１０，０００ｐｐｍ未満であると煙道への昇華ガス供給量が多くなるため排ガス量が増加する場合があるからである。
【００５５】
昇華ガスを、任意に希釈した後、管路を介して粗大物除去手段２１に流入させる。塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程では、昇華ガスに混入している粗大物を粗大物除去手段２１により除去する。除去される粗大物としては、昇華工程で除去されなかった不揮発性物質であって、粗塵、土砂等、及びＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等の化合物が挙げられる。好ましくは、２０μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上までの大きさの粗大物を除去することができる。この工程により、塩化アンモニウムに混入する粗大物が、粗大物除去手段２１より後流側の、塩化アンモニウム供給手段１６、煙道２６等に流入するのを阻止することができ、粗大物による閉塞・磨耗を防止できる。さらに、脱硝触媒の阻害物質を除去することによって、脱硝触媒における水銀酸化を効率的に行わせることができる。
【００５６】
塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程では、粗大物除去後の昇華ガスを、塩化アンモニウム供給手段１６により煙道２６内に供給し、排ガスと混合する。塩化アンモニウムの供給は、好ましくは、煙道２６内に昇華ガスを噴射することにより行う。昇華ガスの供給後における昇華ガスの濃度は、排ガス中において１０〜１０００ｐｐｍとなることが好ましい。より好ましくは、１０〜２００ｐｐｍである。排ガス中の昇華ガスの濃度が過剰であると、未反応の塩化アンモニウムが増加する場合があり、不足していると還元脱硝手段３での水銀の酸化と窒素酸化物の還元脱硝が減少する場合があるためである。
【００５７】
本実施形態による方法は、ＮＨ３をＮＨ３供給手段１１により排ガス中に供給する工程を含んでいてもよい。この工程により、塩化アンモニウムの分解によって生じるＮＨ３のみでは、排ガス中の窒素酸化物を還元するのに不十分である場合に、ＮＨ３を補充することができる。ＮＨ３の供給は、煙道内におけるＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９より低いときに行われることが好ましい。煙道内におけるＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９より低いと、窒素酸化物の還元が十分に行われず、還元されずに残った窒素酸化物が煙道７より排出される場合があるためである。ＮＨ３の供給は、エコノマイザー１０と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道２６内において行う。ＮＨ３は塩化アンモニウムを排ガス中に供給した後に供給することが好ましい。あるいは、ＮＨ３は塩化アンモニウムを排ガス中に供給する前に供給してもよい。ＮＨ３を供給後の煙道２６内の排ガス中では、好ましくは、ＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９〜１．０である。
【００５８】
その後に続く、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程は、第一の実施形態と同様にして行うことができる。
【００５９】
次に図４に、第二の実施形態の具体例として、昇華手段２２としてキルン炉２２１を使用する場合の塩化アンモニウム前処理手段２を説明する。図４に示される塩化アンモニウム前処理手段２は、サイロ１３、スクリューフィーダー１４、キルン炉２２１、バーナー２２２、燃料タンク２２３、ブロア２４、ホットサイクロン２１１を備える。
【００６０】
図４において、サイロ１３、及びスクリューフィーダー１４は、原料供給手段１６を構成する。サイロ１３は、塩化アンモニウム１０１を蓄積し、スクリューフィーダー１４はサイロ１３からキルン炉２２１に塩化アンモニウム１０１を供給する。原料供給手段２３の後段には、キルン炉２２１が設けられている。キルン炉２２１の内部には、燃料タンク２２３と管路により連結されるバーナー２２２が設置される。粗大物１０２は、キルン炉２２１から排出されるものである。キルン炉２２１は、回転しながら、炉内の塩化アンモニウム１０１を攪拌及び移送しながら、加熱し昇華させる。
【００６１】
キルン炉２２１には、さらに、ブロア２４が連結される。ブロア２４は、希釈手段を構成し、昇華ガスを空気により希釈する。
【００６２】
ホットサイクロン２１１は、キルン炉２２１の後段に設けられており、キルン炉２２１と管路により連結される。ホットサイクロン２１１は、粗大物除去手段２１を構成し、塩化アンモニウムの昇華ガスと空気との混合物から粗大物を除去する。ホットサイクロン２１１の後段には、塩化アンモニウム供給手段１６（図示せず）が接続されている。
【００６３】
図４の塩化アンモニウム前処理手段２による塩化アンモニウムを前処理する工程は、固体状の塩化アンモニウム１０１をキルン炉２２１で昇華する工程と、塩化アンモニウムの昇華ガスを空気により希釈する工程と、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程とを順に含む。
【００６４】
サイロ１３から投入する塩化アンモニウム１０１をスクリューフィーダー１４によりキルン炉２２１に供給する。塩化アンモニウムをキルン炉２２１で昇華する工程では、固体状の塩化アンモニウム１０１を、燃料タンク２２３から燃料を供給されるバーナー２２２が放出する熱により、キルン炉２２１内部で加熱し昇華する。キルン炉２２１の炉内は、好ましくは４００℃以上とする。塩化アンモニウムの昇華ガスを空気により希釈する工程では、ブロア２４によりキルン炉２２１の炉内に空気１０６を供給し、昇華ガスと混合する。好ましくは、空気１０６は、バーナー２２２により４００℃以上に加熱してキルン炉２２１の炉内に供給する。粗大物を除去する工程では、昇華ガスを空気により希釈された昇華ガス１０４に含まれる粗大物をホットサイクロン２１１により、分離・除去する。これにより、キルン炉２２１でガス化しなかった不揮発性物質を粗大物として除去することができる。好ましくは、１０μｍまでの大きさの粗大物をホットサイクロン２１１により除去することができる。粗大物を除去した後、希釈昇華ガス１０４は、塩化アンモニウム供給手段１６に送り、煙道内の排ガスに供給する。
【００６５】
次に、図５に、粗大物除去手段２１の具体例として、ホットサイクロン２１１の拡大図を示す。図５は、一般的なホットサイクロン２１１の側面図である。ホットサイクロン２１１は、重力と遠心力により希釈された昇華ガス１０４から粗大物を分離・除去することができる。粗大物を含む希釈昇華ガス１０４をホットサイクロン２１１に流入させると、サイクロン内部において、希釈昇華ガス１０４は旋回流Ｂとなって下降する。これと共に、希釈昇華ガス１０４に混入する粗大物Ｅは遠心力により外壁に向かい、下降流Ｃによりサイクロン下部に送られ排出される。希釈昇華ガス１０４はサイクロン２２１下部において反転し、サイクロン２１１内部を円柱状の反転流Ｄとなって上昇する。サイクロン２１１内部を上昇した希釈昇華ガス１０４は、サイクロン２１１上部より排出される。サイクロン２１１上部では、二次流れの渦Ａが生じる。サイクロン２１１から排出されたガスは、例えば粒径１０μｍ以上の微細な粗大物Ｅが除去された希釈昇華ガス１０４となっている。
【００６６】
図４及び図５に説明する塩化アンモニウム前処理手段２によれば、塩化アンモニウムの昇華ガスから粒径１０μｍ以上までの微細な不揮発性物質等の粗大物が除去される。また、昇華ガスは空気により希釈されているため、塩化アンモニウムが固体として析出しにくくなっている。従って、粗大物や析出した塩化アンモニウムといった固体状の物質が塩化アンモニウム前処理手段２から流出しないため、塩化アンモニウム供給手段１６が備えるノズル、及び煙道２６等の装置が閉塞・磨耗するのを防止することができる。
【００６７】
第二の実施の形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウムの昇華ガスから粗大物が予め除去されていることにより、ノズル等を備える塩化アンモニウム供給手段１６において閉塞・磨耗の問題が生じない。また、塩化アンモニウムの昇華ガスから水銀酸化を阻害するＮａＣｌ等の不揮発性物質が除去され、煙道内に供給されないため、脱硝触媒における水銀酸化をより高効率で行うことができ、水銀除去率を高めるという効果も奏する。さらに、従来技術のように塩化アンモニウム水溶液を蒸発させて用いる場合は、水溶液の大部分を占める水の昇温と蒸発潜熱が必要熱量の３分の２にのぼり、蒸発に大きなエネルギーを費やす必要があったが、本実施の形態では固体状の塩化アンモニウムを昇華して用いるため、必要なエネルギーを低減させることができる。また、塩化アンモニウムが固体または水溶液として排ガスに供給されると、煙道内で濃度分布にむらができるという問題があったが、本実施の形態では昇華ガスとして排ガスに供給されるため、煙道内で濃度分布が容易に均一になり、より効率的な水銀除去を行うことができるという効果を奏する。
【００６８】
図６は本発明に係る水銀除去システムの第三の実施形態の主要部を示す。本発明の第三実施形態によるシステムは、エコノマイザー１０、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、塩化アンモニウム供給手段１６、空気圧縮機２５、攪拌手段１５、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。図６では、エアヒータ４より後流側に設けられる湿式脱硫手段６、煙突７は省略されている。なお、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施の形態では、粗大物除去手段として、重力沈澱槽２１２を備えている。また、塩化アンモニウム供給手段１６は、煙道２６内に供給された塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道の内壁に付着しない構造を有する。さらに、本実施の形態の水銀除去システムは、供給された塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと、排ガスとを攪拌する攪拌手段１５を備えている。
【００６９】
重力沈澱槽２１２は、塩化アンモニウム水溶液１０７から水不溶性の粗大物を重力沈降による固液分離により除去可能な装置である。本実施形態の粗大物除去手段である重力沈澱槽２１２により除去される粗大物１０２とは、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等の水不溶性物質である。重力沈澱槽２１２は、好ましくは、１００μｍ以上、より好ましくは１０μｍまでの大きさの微細な粗大物を除去することができる。重力沈澱槽２１２は、管路により連結される塩化アンモニウム供給手段１６の前段に設けられる。重力沈澱槽２１２の前段には、管路により接続される溶解槽又は希釈槽（図示を省略）が設けられていてもよい。溶解槽は、固体状の塩化アンモニウムを水に溶解して塩化アンモニウム水溶液１０７を調製するために用いられるものであり、希釈槽は、塩化アンモニウム水溶液１０７を希釈するために用いられるものである。
【００７０】
本実施形態の水銀除去システムは、重力沈澱槽２１２の代わりに、又は重力沈澱槽２１２に加え、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群から選択される１つ以上を備えていてもよい。液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンは、一般に１０〜１００μｍ以上の大きさの粗大物を除去できることが知られており、重力沈澱槽２１２と同等に用いることができる。本実施形態の水銀除去システムがこれらの装置の全てを備える場合は、重力沈澱槽２１２→スクリーン→液体サイクロン→膜分離装置の順、又はスクリーン→重力沈澱槽２１２→液体サイクロン→膜分離装置の順に、前段側から管路を介して設置されることが好ましい。
【００７１】
水タンク２７は、塩化アンモニウム供給手段１６と、水タンク２７から塩化アンモニウム供給手段１６に至る管路を洗浄する水洗浄機構である。水タンク２７は、塩化アンモニウム供給手段１６に備わる噴霧ノズル等の噴霧手段を洗浄し、詰りを防止する。水タンク２７は、重力沈澱槽２１２と塩化アンモニウム供給手段１６とを結ぶ管路の途中に接続されている。水タンク２７には、水タンク２７と重力沈澱槽２１２とを接続する希釈ライン２９が設けられている。水タンク２７は、希釈ライン２９を通して重力沈澱槽２１２に水を供給し、塩化アンモニウム水溶液を希釈するためにも用いることができる。希釈ライン２９は、水銀除去システムの運転上支障がない限り設けられていなくてもよい。また、塩化アンモニウム供給手段１６に送られる塩化アンモニウム水溶液の濃度を監視する濃度監視装置等を溶解槽又は希釈槽に設けることが好ましい。
【００７２】
塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム水溶液を排ガス中に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、好ましくは、複数の噴霧手段を備えている。塩化アンモニウム供給手段１６は、エコノマイザー１０の後流側であって、攪拌手段１５の前流側の煙道２６内に設けられている。塩化アンモニウム供給手段１６は、排ガスが直線的に流れる煙道２６の直線領域において設置されることが好ましい。煙道の屈曲部分では、排ガスの流速分布が均一でないため、かかる部分に塩化アンモニウム供給手段１６を設置すると塩化アンモニウムの濃度分布も均一でなくなるためである。塩化アンモニウム濃度が不均一である場合、濃度が高い部分では、過剰な分が水銀の酸化反応に用いられることがなく、濃度が低い部分では塩化アンモニウムが不足し、十分に水銀を酸化することができない。塩化アンモニウム供給手段１６としては、例えば、複数の噴霧ノズル等の噴霧手段を備える噴霧グリッドを使用することができる。塩化アンモニウム供給手段１６に備わる噴霧手段としては、好ましくは、二流体ノズル、ネブライザ等を用いることができる。噴霧手段は、噴霧される液滴の径を、８０μｍ以下とすることができるものが好ましく、さらに好ましくは、４０μｍ以下の液滴径で噴霧可能なものである。噴霧ノズル等のヘッダ管の端部は、バルブ、ゲートにより開閉可能な構造とすることが好ましい。ヘッダ管内に堆積する堆積物を除去可能とし、ノズル等の閉塞を防止するためである。
【００７３】
塩化アンモニウム供給手段１６には、空気圧縮機２５が接続されている。空気圧縮機２５は、空気１０８を圧縮し、圧縮空気を塩化アンモニウム供給手段１６に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、空気圧縮機２５より供給された圧縮空気によって塩化アンモニウム水溶液を液滴として排ガス中に噴霧する。
【００７４】
本実施形態による塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有する。塩化アンモニウム水溶液は、排ガス中に噴霧されると、排ガスの熱によって蒸発して気化ガスとなる。塩化アンモニウム水溶液は、蒸発後、さらにＮＨ３とＨＣｌに解離するが、このＨＣｌ成分が排ガス中の水分と共に煙道内壁に付着すると腐食を起こすためである。塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６が備える噴霧ノズル等の噴霧手段が、煙道２６内において、煙道内壁面から一定以上の距離を置いて配置される構造である。一定以上の距離とは、噴霧される液滴が噴霧手段から煙道内壁面に到達する前に気化するのに十分な距離である。あるいは、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造は、噴霧される液滴が到達しうる煙道内壁面の内側に内壁と二重管を構成するように設けられた隔壁を備える構造であってもよい。以下に、塩化アンモニウム供給手段１６の構造の具体例を説明する。
【００７５】
図７に、塩化アンモニウム供給手段１６の構成の一例を示す。図７を参照すると、塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２、及び複数の噴霧手段１６１により構成される。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、重力沈澱槽２１２からの塩化アンモニウム水溶液を噴霧手段１６１に供給する管状の装置である。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、煙道壁２６３を貫通して設置され、排ガス流１０９の方向と略直角を成すように配置される。また、噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２上に、噴霧手段１６１の噴出口を排ガス流１０９の後流側に向けて設置される。噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム導入管１６２上に複数設けられている。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、好ましくは、煙道内において、格子を形成し、塩化アンモニウム溶液導入管１６２上に備わる複数の噴霧手段１６１と共に、噴霧グリッドを形成する。
【００７６】
噴霧手段１６１である噴霧ノズルは、煙道内壁面２６２から一定以上の距離を置いて配置される。噴霧手段１６１によって噴霧された液滴は、噴霧角度αを持って中実円錐状に広がる。液滴は、排ガスの流れに伴って後流側に移動し、その後蒸発する。また、一部の液滴、例えば噴霧角が大きく、径が大きい液滴は、ガス流れにのらず、煙道内壁面２６２に衝突する。噴霧液滴が煙道内壁面２６２に付着するのを防止するため、各噴霧手段１６１の設置位置は、排ガス流速が約１５ｍ／ｓの場合において、煙道内の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．５〜２．０ｍの距離とすることが好ましい。より好ましくは、噴霧手段１６１は、煙道内の全ての内壁面２６２から排ガス流１０９に垂直な方向に０．５〜１．５ｍの距離を離して設置される。但し、噴霧される液滴径、排ガスの流速、渦流、噴霧角度などのばらつきを考慮すると、噴霧手段１６１は煙道内壁２６２からより大きな距離、例えば１．０〜１．５ｍを離して設置されることが好ましい。
【００７７】
煙道の断面積が大きく、噴霧手段１６１と煙道内壁面２６２との距離を大きくできる場合は、噴霧角度αの大きいノズルを選定することができる。煙道の断面積が小さく、噴霧手段１６１と煙道内壁面２６２との距離が短い場合は、噴霧角度αの小さいノズルを選定することが好ましい。しかし、噴霧角度αは、ノズル仕様や噴霧条件により変化するものであり、また脈動によってばらつくので特定の噴霧角度αに限定されるものではない。噴霧角度αが大き過ぎる場合は、径が大きい噴霧液滴がガス流れに乗らず、蒸発する前に煙道内壁面２６２に衝突する場合があるが、噴霧角度αが小さいと、噴霧液滴が排ガスと効率的に混合されない場合がある。
【００７８】
ここで、図８に、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道内において蒸発するまでにかかる時間を液滴径との関係で予測したグラフを示す。液滴蒸発のシミュレーション計算は、排ガス温度が３５０℃、塩化アンモニウム導入時の初期液滴温度が２０℃の条件で行った。図８を参照すると、液滴径が４０μｍである場合、煙道内で蒸発するまでに０．０３２秒の時間を要する。従って、塩化アンモニウムの液滴が噴霧ノズル等の噴霧手段から噴霧された後、煙道内壁面２６２に至るまでに、少なくとも０．０３２秒以上の時間を要するように噴霧手段１６１を配置する必要がある。噴霧液滴は、互いに接触して合体する場合もあり、実際には蒸発するまでにこれより長い時間がかかる場合がある。このため、０．０３２秒の約３倍の時間として、少なくとも０．１秒の時間をかけて噴霧液滴が煙道内壁面２６２に至るような位置に噴霧手段１６１を設置するとして計算することができる。
【００７９】
噴霧手段１６１の設置位置は、一例として、具体的には以下のように決定できる。煙道内排ガス流速が１５ｍ／ｓである場合、噴霧から蒸発にかかる時間である０．１秒の間に噴霧液滴が飛行する距離は、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と平行の向きに１．５ｍであると計算される。噴霧角度αが排ガス流１０９の方向に対し１２．５°である場合、噴霧液滴は、噴霧の０．１秒後には、噴霧手段１６１から排ガス流１０９に垂直な方向に最大で０．３３５ｍ離れた位置まで到達する。この値は１．５×ｔａｎ１２．５という計算式により算出される。従って、この場合は、噴霧手段１６１を、煙道の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．３３５ｍより大きい距離をおいて設置することができる。また、噴霧角度αが排ガス流１０９の方向に対し２７．５°である場合、噴霧液滴は、噴霧の０．１秒後には、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と垂直な方向に最大で０．７８ｍ離れた位置まで到達する。この値は、１．５×ｔａｎ２７．５の計算式により算出される。かかる場合は、噴霧手段１６１を、煙道内の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．７８ｍより大きい距離を置いて設置することができる。排ガス流速や温度条件が異なる場合があっても、上述のようにして噴霧手段１６１の設置位置を決定することができる。
【００８０】
塩化アンモニウム供給手段１６は、他の例において、噴霧手段１６１と塩化アンモニウム溶液導入管１６２と隔壁１６３とから構成される。図９は、塩化アンモニウム供給手段１６と、その近傍の煙道２６の拡大図を示す。噴霧手段１６１と塩化アンモニウム溶液導入管１６２は図８で説明したものと同様のものが用いられる。
【００８１】
隔壁１６３は、塩化アンモニウムの液滴が煙道内壁面２６２に付着するのを防ぐものである。隔壁１６３は、煙道内壁面２６２と部分的に二重管を形成するように設置される。複数の噴霧手段１６１は全て、二重管部分の内部に位置する。図示する形態において、隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２の位置から、液滴蒸発位置２６４まで設置される。ここで、噴霧液滴が全て蒸発し気化ガスとなる位置を、液滴蒸発位置２６４と設定する。塩化アンモニウム溶液導入管１６２から液滴蒸発位置２６４までの煙道内では、大部分の液滴が蒸発しない状態で存在し、液滴蒸発位置２６４より後流の煙道内ではほぼ全ての液滴が蒸発したガスとして存在する。液滴蒸発位置２６４は、噴霧液滴の液滴径が約４０μｍ、排ガス流速が約１５ｍ／ｓである場合、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と平行な向きに１．５ｍの位置と計算される。但し、液滴蒸発位置２６４は、噴霧される液滴径、排ガスの流速、渦流、噴霧角度などに依存して変化することを考慮すると、液滴蒸発位置は、例えば１．０〜４．０ｍと予測される。従って、具体的には、隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２の位置から後流に１．０〜４．０ｍ、より好ましくは２．０〜２．５ｍの位置まで設置される。隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６１に固定されていてもよい。隔壁１６３は、耐腐食性材料で形成されていることが好ましい。耐腐食性の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等が挙げられる。
【００８２】
隔壁１６３は、腐食により劣化する場合があり、定期的に交換することができる。塩化アンモニウム供給手段１６が隔壁１６３を有していることにより、低温度の液滴が３２０〜３８０℃という高温度の煙道内壁面２６２に付着することを防止することができ、熱収縮による煙道壁の割れや腐食を防止することができる。
【００８３】
ここでは一例として、塩化アンモニウム供給手段１６が噴霧手段１６１の設置位置を特定の位置にした形態、隔壁１６３を備える形態を説明したが、塩化アンモニウム供給手段１６がこれらの両方を備える形態であってもよい。
【００８４】
図６を参照すると、攪拌手段１５は、塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを攪拌する装置である。攪拌手段１５は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝装置３を結ぶ煙道内に設けられる。攪拌手段１５は、煙道の直線部分に設置されることが好ましい。屈曲部分と比較して，施工及び保守が容易なためである。攪拌手段１５の設置位置は、好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６により供給された塩化アンモニウム水溶液の液滴が蒸発する位置よりも後流側である。噴霧液滴が蒸発して生じるガスと排ガスとを攪拌することにより、液滴の状態のまま排ガスと攪拌するよりもより効果的に濃度分布を均一にすることができるためである。攪拌手段１５としては、好ましくは、ミキサーが用いられる。ミキサーはガスの攪拌に通常使用されるものとすることができる。また、攪拌手段１５は、複数のミキサーを備えていてもよい。攪拌手段１５により、排ガス中における塩化アンモニウム水溶液の気化ガスの濃度分布を均一化することができ、水銀の塩素化効率を上昇させることができる。
【００８５】
ボイラ１、エコノマイザー１０、整流装置１２、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７は、第二の実施形態で説明したものと同様のものとすることができる。
【００８６】
次に、本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムによる水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、塩化アンモニウム水溶液から重力沈降により粗大物を除去する工程と、煙道内の排ガスに粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を、煙道の内壁に付着しないように供給する工程と、塩化アンモニウム水溶液を供給する工程の後に、塩化アンモニウム水溶液が蒸発したガスと排ガスとを煙道内で攪拌する工程と、塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。
【００８７】
塩化アンモニウム水溶液１０７は、固体状の塩化アンモニウムを水に溶解して調製することができる。塩化アンモニウム水溶液１０７は、予め濃度調整したものをタンクローリ等により搬入し、重力沈澱槽２１２に供給してもよい。または、塩化アンモニウム水溶液１０７を、希釈槽（図示を省略）に供給した後に、必要に応じて希釈し、重力沈澱槽２１２に送ってもよい。この場合、重力沈澱槽２１２を希釈槽と兼用に用いてもよい。あるいは、塩化アンモニウムの粉体を溶解槽に供給し、溶解槽に水を投入して調製した塩化アンモニウム水溶液１０７を、重力沈澱槽２１２に送ってもよい。塩化アンモニウム粉体を溶解槽に供給するためには、第二実施形態で説明したサイロ及び供給フィーダー等の原料供給手段を用いることができる。塩化アンモニウム水溶液１０７の濃度は、０．０１〜４５質量％とすることが好ましく、０．０１〜２３質量％がより好ましい。
【００８８】
塩化アンモニウム水溶液から粗大物を除去する工程では、重力沈澱槽２１２において、塩化アンモニウム水溶液１０７から、重力沈降により粗大物を除去する。重力沈降は、１秒〜２４時間行うことが好ましい。本実施形態の方法において除去される粗大物としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等の水不溶性の不純物が挙げられる。粗大物除去工程では、できるだけ微細な粗大物まで除去できることが好ましく、１００μｍ以上の大きさの粗大物を除去することが好ましい。この工程により、水に溶解しない固体状物を除去することができ、塩化アンモニウム供給手段１６や煙道２６等の装置の閉塞・磨耗を防止することができる。
【００８９】
本実施形態による方法は、粗大物を除去する工程の前に、塩化アンモニウム水溶液を希釈する工程を任意に含んでいてもよい。塩化アンモニウム水溶液を希釈する工程では、水タンク２７から重力沈澱槽２１２中の塩化アンモニウム水溶液に、希釈ライン２９を通して水を供給することによって塩化アンモニウムの濃度を低減させる。好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６に送られる塩化アンモニウム水溶液の濃度が０．０１〜４５質量％となるように、水を供給し、希釈する。これにより、煙道２６内に供給される塩化アンモニウム水溶液の濃度を調節することができる。
【００９０】
粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を、煙道内の排ガスに供給する工程では、粗大物が除去された塩化アンモニウム水溶液を、塩化アンモニウム供給手段１６が備える噴霧手段により排ガス中に霧状に噴霧する。好ましくは、塩化アンモニウム水溶液は、空気圧縮機２５で圧縮した圧縮空気と共に排ガス中に噴霧する。噴霧された液滴の好ましい液滴径は、１００μｍ以下であり、さらに好ましくは、４０μｍ以下である。
【００９１】
各噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム水溶液を、噴霧手段１６１を頂点とする中実円錐の形状に噴霧する。このとき、塩化アンモニウム水溶液は、塩化アンモニウム水溶液が煙道の内壁面２６２に付着しないように供給する。煙道が腐食するのを防止するためである。塩化アンモニウム水溶液の供給は、図８及び図９を用いて説明した形態において行うことができる。
【００９２】
塩化アンモニウム水溶液は、煙道２６内における塩化アンモニウムの濃度が、排ガスに対し０．０１〜２００ｐｐｍとなるように、排ガス中に供給することが好ましい。
【００９３】
塩化アンモニウム水溶液の液滴は、煙道２６内の熱により昇温し、蒸発してガスを生成する。このガスを気化ガスという。気化ガスには、気体としてＮＨ３とＨＣｌが存在する。塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを煙道内で攪拌する工程では、煙道２６内に供給された塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを、攪拌手段１５により攪拌する。好ましくは、蒸発した塩化アンモニウムが解離して生じるＮＨ３とＨＣｌと排ガスとを攪拌手段１５により攪拌する。この工程により、煙道内における塩化アンモニウム水溶液の気化ガス、及び塩化アンモニウムがさらに解離して生じるＮＨ３とＨＣｌの濃度分布を均一にすることができる。排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、排ガスをアルカリ吸収液と接触させる工程は、第二の実施形態と同様とすることができる。
【００９４】
本実施の形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウム水溶液から予め粗大物を除去する。このため、噴霧ノズル等が、閉塞・磨耗するのを防止することができる。塩化アンモニウム水溶液は、煙道内の排ガスにより気化されるため、外部から熱を供給する必要がなく、排ガスの処理に必要なエネルギー量を削減することができる。また、塩化アンモニウムと排ガスは、煙道内で攪拌し、濃度分布を均一化することにより高効率に排ガス中の水銀を酸化することができるという効果を有する。さらに、煙道内壁に塩化アンモニウムの液滴が付着しないため、腐食を防止し、排ガス処理施設の耐久性を高め、寿命を向上させることができる。
【００９５】
次に、図１０は本発明に係る排ガスの水銀除去システムの第四の実施形態の主要部を示す。本実施の形態の水銀除去システムは、エコノマイザー１０、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、分離手段２１３、塩化アンモニウム水溶液タンク２８、塩化アンモニウム供給手段１６、空気圧縮機２５、攪拌手段１５、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫装置６、煙突７を備えている。図１０では、エアヒータ４より後流側の湿式脱硫手段６、煙突７は省略されている。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態の水銀除去システムは、第三実施形態のシステムに加えて、分離手段２１３と塩化アンモニウム水溶液タンク２８とをさらに備えている。
【００９６】
分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２により粗大物を除去した塩化アンモニウム水溶液から、さらに重力沈澱槽２１２では除去されなかった粗大物を除去する装置である。分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２よりもさらに微細な粒子を分離・除去することができる。分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２と塩化アンモニウム供給手段１６を結ぶ管路の途中に設置される。分離手段２１３としては、液体サイクロン、膜分離装置、スクリーン等から選択される一以上の組み合わせを用いることができる。分離手段２１３として、これら全ての装置の組み合わせを用いる場合、重力沈澱槽２１２→スクリーン→液体サイクロン→膜分離装置の順に、前段側から管路を介して設置されることが好ましい。分離手段２１３は、１００〜１μｍまでの大きさの粗大物を除去できることが好ましい。
【００９７】
塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、分離手段２１３により粗大物と共に分離された塩化アンモニウム水溶液を回収・貯留し、分離手段２１３に再流入させるための装置である。塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、分離手段２１３と管路により連結されている。さらに、塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、重力沈澱槽２１２と分離手段２１３とを結ぶ管路の途中に管路により連結されている。
【００９８】
ボイラ１、エコノマイザー１０、整流装置１２、ＮＨ３供給手段１１、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、空気圧縮機２５、塩化アンモニウム供給手段１６、攪拌手段１５、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７は、第三の実施形態で説明したものと同様のものとすることができる。
【００９９】
本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムによる水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、塩化アンモニウム水溶液１０７から重力沈降により粗大物を除去する工程の後に、塩化アンモニウム水溶液から分離手段２１３により粗大物を除去する工程を含む点で第三の実施形態と異なる。
【０１００】
塩化アンモニウムから分離手段２１３により粗大物を除去する工程では、重力沈降により粗大物が除去された塩化アンモニウムから、さらに粗大物を分離・除去する。粗大物の除去には、液体サイクロン、膜分離装置、スクリーン等の装置から選択される一以上の組み合わせを用いることができる。これにより、重力沈降よりさらに微細な粒子も除去することができる。分離手段２１３により粗大物と共に分離された塩化アンモニウム水溶液は、塩化アンモニウム水溶液タンク２８に回収・貯留し、分離手段２１３に再流入させてもよい。粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を煙道内の排ガスに供給する工程と、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程は、第三の実施形態と同様とすることができる。
【０１０１】
本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法において、塩化アンモニウム水溶液は、重力沈澱槽２１２により粗大物を除去した後に、さらに、分離手段２１３により粗大物を除去する。重力沈澱槽２１２でも、大半の粗大物を除去可能だが、重力沈降させる時間が十分でない場合や、重力沈降では分離除去できない粒径が小さく密度の低い微粒子等が存在する場合に効果的である。本実施の形態の水銀除去システムによれば、塩化アンモニウム水溶液から粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑のような粗大物まで除去されるため、噴霧ノズルが閉塞し難いという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の水銀除去システム及び水銀除去方法は、石炭や重油等の化石燃料の燃焼によって生じる排ガスの水銀除去処理に採用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ボイラ
２ 塩化アンモニウム前処理手段
３ 還元脱硝手段
４ エアヒータ
５ 電気集塵機
６ 湿式脱硫手段
７ 煙突
８ ベルトフィルター
９ 石膏
１０ エコノマイザー
１１ ＮＨ３供給手段
１２ 整流装置
１３ サイロ
１４ スクリューフィーダー
１５ 攪拌手段
１６ 塩化アンモニウム供給手段
２１ 粗大物除去手段
２２ 昇華手段
２３ 原料供給手段
２４ ブロア
２５ 空気圧縮機
２６ 煙道
２７ 水タンク
２８ 塩化アンモニウム水溶液タンク
２９ 希釈ライン
１００ 水銀除去システム
１０１ 塩化アンモニウム
１０２ 粗大物
１０３ 昇華ガス
１０４ 希釈昇華ガス
１０５ 燃料
１０６ 空気
１０７ 塩化アンモニウム水溶液
１０８ 空気
１０９ 排ガス流
１１０ 塩化ナトリウム溶液
１６１ 噴霧手段
１６２ 塩化アンモニウム溶液導入管
１６３ 隔壁
２１１ ホットサイクロン
２１２ 重力沈澱槽
２１３ 分離手段
２２１ キルン炉
２２２ バーナー
２２３ 燃料タンク
２６２ 煙道内壁面
２６３ 煙道壁
２６４ 液滴蒸発位置
Ａ 二次流れの渦
Ｂ 旋回流
Ｃ 下降流
Ｄ 反転流
Ｅ 粗大物
α 噴霧角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスの処理に関し、特に、燃焼排ガス中の水銀を除去するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭や重油等の化石燃料の燃焼によって生じる排ガス中には、微量の水銀が存在しており、環境中への放出を低減する方法の開発が必要とされてきた。燃焼排ガス中の水銀除去を目的として、これまでに様々な方法が試みられている。
【０００３】
燃焼排ガスに含まれる水銀を、ハロゲンを含有する添加剤によって、活性炭等に吸着されやすい塩化水銀等の酸化水銀に転換し、フライアッシュ中の活性炭に吸着させて除去することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、活性炭やセレンフィルター等の吸着剤による水銀除去方法は、ゴミ焼却排ガスに対し既に実用化されているが、特殊な吸着除去装置を必要とする。
【０００４】
一方、排ガス中において、水銀は、主として金属水銀、及び塩化水銀の形態で存在しており、塩化水銀等の酸化水銀は、金属水銀と比較して水への溶解度が高いことが知られている。このことから、排ガス中に塩素化剤を添加して、水銀を水溶性の形態に変えることによって、従来の還元脱硝装置、及び湿式脱硫装置を有する排ガス処理施設を変えることなく、ＮＯｘ、ＳＯｘの処理と同時に水銀を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、燃焼排ガス中に水銀塩素化剤が添加された後、脱硝触媒上で非水溶性の金属水銀が水溶性の塩化水銀に変換され、後段の湿式脱硫装置で吸収除去される。しかしながら、煙道中に添加される塩素化剤は腐食性が高い場合が多く、必要量を超える塩素化剤は、煙道や後流装置の腐食原因となり、プラント寿命の低下をもたらす問題があった。
【０００５】
そこで、煙道内の塩素化剤濃度や水銀濃度の計測値に基づいて塩素化剤の排ガスへの供給量を調節することが提案されている（例えば、特許文献３）。この方法によれば、過剰量の塩素化剤による装置等の腐食を防止することができる。しかしながら、システムの信頼性の向上や、水銀除去効率の向上など、さらなる改善が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３０８１０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３０１３７号公報
【特許文献３】特開２００７−１６７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、排ガス処理施設の劣化を低減させることができ、長期の信頼性を有すると共に、水銀除去効率が高い、排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、一実施形態によれば、塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段と、前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段と、前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段と、前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段とを備え、前記塩化アンモニウム前処理手段が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段を備えている。
【０００９】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、他の形態においては、前記塩化アンモニウム前処理手段が、固体状の塩化アンモニウムを昇華する別置の昇華手段をさらに備え、前記粗大物除去手段が集塵機である。前記供給手段は、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈するための希釈手段をさらに備えることが好ましい。本実施形態の水銀除去システムでは、塩化アンモニウムから脱硝触媒阻害物質が除去されるため、水銀の塩素化を効率的に行うことができる。
【００１０】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、他の形態においては、前記塩化アンモニウム供給手段が、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有し、前記粗大物除去手段が、重力沈澱槽、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上を備え、前記還元脱硝手段の前段に、塩化アンモニウムが供給された排ガスを攪拌する攪拌手段をさらに備える。塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、塩化アンモニウム供給手段が備える噴霧手段が、煙道内において、煙道内壁面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、噴霧される液滴が噴霧手段から煙道内壁面に到達する前に気化するのに十分な距離である。または、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、噴霧される液滴が到達しうる煙道内壁の内側に、内壁と二重管を構成するように設けられた隔壁を備える構造であってもよい。
【００１１】
上記実施形態による排ガスの水銀除去システムは、前記粗大物除去手段が重力沈澱槽と、前記重力沈澱槽の後段に設けられた液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上とを備えることが好ましい。
【００１２】
本発明は、別の側面で、排ガスの水銀除去方法であって、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、前記塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、前記脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液と接触させる工程とを含む。排ガスをアルカリ吸収液と接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物及び水銀を除去することができる。
【００１３】
上記実施形態による排ガスの水銀除去方法は、他の形態においては、前記塩化アンモニウムが固体状の塩化アンモニウムであり、前記固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程を、粗大物を除去する工程の前にさらに含み、前記排ガスに供給される塩化アンモニウムが塩化アンモニウムの昇華ガスである。上記実施形態による水銀除去方法は、塩化アンモニウムを昇華する工程の後に、前記昇華ガスに希釈用気体を供給する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
上記実施形態による排ガスの水銀除去方法は、他の形態においては、前記塩化アンモニウムが、塩化アンモニウム水溶液であり、前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程が、前記塩化アンモニウム水溶液を前記排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように噴霧する工程であり、前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程の後に、前記塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと前記排ガスとを煙道内で攪拌する工程をさらに含む。前記塩化アンモニウムの排ガスへの供給は、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道の内壁に付着しないように供給可能な構造を有する塩化アンモニウム供給手段により行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガス処理施設の劣化を低減させることができ、長期の信頼性を有すると共に、除去効率の優れた排ガスの水銀除去システム及び除去方法を提供することができる。また、本発明によれば、水銀塩素化剤である塩化アンモニウムから粗大物が除去されるため、水銀除去システムにおけるノズル等の閉塞・磨耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の水銀除去システムの一実施形態を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の水銀除去システムの第二実施形態を説明する図である。
【図３】図３は、ＮＨ３とＨＣｌの気固平衡を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の水銀除去システムの一部を構成する塩化アンモニウム前処理手段２を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の粗大物除去手段の一実施形態であるホットサイクロンを説明する図である。
【図６】図６は、本発明の水銀除去システムの第三実施形態を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の塩化アンモニウム供給手段１６の一実施形態の構成を拡大して説明する図である。
【図８】図８は、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道内において蒸発するまでにかかる時間を液滴径との関係で予測したグラフである。
【図９】図９は、本発明の塩化アンモニウム供給手段１６の一実施形態を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の水銀除去システムの第四実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る排ガスの水銀除去システム、及び水銀除去方法について、その実施形態を参照しながらさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１に、本発明の水銀除去システム１００の第一実施形態を備えてなる排ガス処理システムを示す。
図１に示す水銀除去システム１００は、主たる構成要素として、塩化アンモニウム前処理手段２、塩化アンモニウム供給手段１６、還元脱硝手段３、エアヒータ４、電気集塵機５、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。
【００１９】
本実施形態の水銀除去システム１００は、ボイラ１の後流に、煙道２６により連結される還元脱硝手段３を備えている。ボイラ１と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内には、塩化アンモニウム供給手段１６が設置されている。塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム前処理手段２と管路を介して連結されている。還元脱硝手段３の後流には、煙道により連結されるエアヒータ４が設けられている。エアヒータ４の後流には、電気集塵機５が設けられており、電気集塵器５はエアヒータ４と煙道により連結される。湿式脱硫手段６は、電気集塵機５の後流に設けられ、湿式脱硫手段６は、電気集塵機５と煙道により接続される。湿式脱硫手段６の後流には、煙道で連結される煙突７が設置される。湿式脱硫手段６の後段には、さらに、ベルトフィルター８が設置される。
【００２０】
ボイラ１は、水銀除去システム１００の前流に設けられ、重油、石炭等の化石燃料を燃焼させ、排ガスを排出する。排ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、水銀等の有害物質を含有している。
【００２１】
本実施形態の塩化アンモニウム前処理手段２は、煙道内の排ガス中に供給される前に、塩化アンモニウムを前処理するものである。塩化アンモニウム前処理手段２は、粗大物除去手段２１を備えている。粗大物除去手段２１は、塩化アンモニウムから粗大物を分離・除去するものである。粗大物除去手段２１としては、サイクロン、電気集塵機、重力沈澱槽、膜等を用いることができる。粗大物とは、原料としての塩化アンモニウムに混入している不純物をいう。不純物としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等が挙げられる。
【００２２】
塩化アンモニウム供給手段１６は、粗大物を除去した後の塩化アンモニウムを煙道２６内の排ガスに供給するものである。塩化アンモニウム供給手段１６は、粗大物除去手段２１の後流に設けられ、粗大物除去手段２１と管路により接続される。塩化アンモニウム供給手段１６としては、例えば複数の噴霧ノズルを備える噴霧グリッド、複数の噴射ノズルを備える噴射グリッドを用いることができる。
【００２３】
還元脱硝手段３は、脱硝触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元すると共に、塩化アンモニウムが分解して生じるＨＣｌと金属水銀とにより塩化水銀を生成させる装置である。還元脱硝手段３としては、還元脱硝触媒を備える一般的なものを使用することができる。還元脱硝手段３が備える脱硝触媒としては、特に限定されないが、例えば、Ｗ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属酸化物をゼオライト等の担体に担持させたものを用いることができる。還元脱硝手段３が備える還元脱硝触媒の量は、水銀酸化効率を高めるために通常の量より増加させることもできる。
【００２４】
湿式脱硫手段６は、排ガス中に存在する硫黄酸化物、及び塩化水銀等の水銀酸化物を吸収・除去する装置である。湿式脱硫手段６としては、アルカリ吸収液を備える従来のものを使用することができる。アルカリ吸収液としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アンモニア、水酸化マグネシウム等の水溶液を用いることができるが、これらに限定されない。湿式脱硫手段６は、水銀再飛散防止装置（図示せず）をさらに備えていることが好ましい。水銀再飛散防止装置とは、酸化剤又は空気をアルカリ吸収液に供給することにより、アルカリ吸収液の酸化還元電位を一定の範囲に保つ装置である。水銀再飛散防止装置は、下記式（１）のように、吸収液中の酸化水銀（Ｈｇ２＋）がＳＯ２等により金属水銀（Ｈｇ０）に還元されるのを阻止し、水銀が再飛散するのを防止する。
Ｈｇ２＋＋２ｅ− ⇔ Ｈｇ０ （１）
水銀再飛散防止装置は、好ましくは、吸収液の酸化還元電位を１５０〜６００ｍＶに調製することができる装置である。湿式脱硫手段６の後段には、ベルトフィルター８が設置されている。ベルトフィルター８は、湿式脱硫手段６の吸収塔で生成した石膏スラリーを脱水し、回収する装置であり、石膏９を排出する。
【００２５】
エアヒータ４は、排ガス温度を調整する装置である。電気集塵機５は、排ガス中の煤塵を除去する。煙突７は、排ガスをシステムの外へ排出する。エアヒータ４、電気集塵機５、煙突７等は、一般的なものとすることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る水銀除去システムにより排ガスから水銀を除去する方法の一形態を説明する。本実施形態の水銀除去方法は、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。
【００２７】
本実施の形態に係る水銀除去方法では、排ガス中の金属水銀を酸化するために、塩化アンモニウムを用いる。塩化アンモニウムは、通常、肥料に用いられる程度の純度のものを用いることができる。塩化アンモニウムは、固体であってもよく、又は水溶液であってもよい。原料としての塩化アンモニウムには粗大物が混入している。
【００２８】
石炭や重質油の燃焼により生じる排ガスは、通常、窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害物質の他に、水銀を含有する。排ガスは、ボイラ１から流出し、煙道２６内を流れる。
【００２９】
塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程では、粗大物除去手段２１により、塩化アンモニウムに混入する粗大物を分離・除去する。この工程により、肥料に用いられる程度に純度の低い塩化アンモニウムを原料として用いても、粗大物が除去された状態で塩化アンモニウム供給手段１６に提供することができる。
【００３０】
粗大物を除去する工程に次いで、粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程を行う。塩化アンモニウムを供給する工程は、ボイラ１と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内において行われる。排ガス中に供給する塩化アンモニウムは、水溶液又は気体の形態である。塩化アンモニウムは、好ましくは、排ガス中に液滴として噴霧されるか、昇華した気体として導入される。塩化アンモニウムは、排ガス中における濃度が１０〜２００ｐｐｍの範囲になるように供給することが好ましい。
【００３１】
排ガス中に供給された塩化アンモニウムの大部分は、式（２）のように、ＮＨ３とＨＣｌとに解離した状態で存在する。煙道２６内の排ガスは、通常３５０〜３８０℃の高温であるためである。
ＮＨ４Ｃｌ ⇒ ＮＨ３＋ＨＣｌ （２）
【００３２】
本実施の形態による方法は、さらに、ＨＣｌを排ガスに添加する工程を含んでいてもよい。塩化アンモニウムが解離して生じるＨＣｌのみでは金属水銀を酸化するのに不十分である場合があるためである。ＨＣｌの添加は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道内において、塩化アンモニウムを供給する工程の後に行われることが好ましい。
【００３３】
塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程では、排ガスと塩化アンモニウムとの混合物を、煙道２６を経て還元脱硝手段３に流入させ、還元脱硝手段３が備える脱硝触媒と接触させる。脱硝触媒下では、塩化アンモニウムが分解して生じたＮＨ３と排ガス中の窒素酸化物とが反応し、式（３）のように窒素酸化物が窒素に還元される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ ⇒ ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （３）
これと同時に、脱硝触媒下では、式（４）のように、排ガス中の金属水銀が、塩化アンモニウムの分解によって生じるＨＣｌにより塩化水銀に酸化される。
Ｈｇ０＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ２ ⇒ ＨｇＣｌ２＋Ｈ２Ｏ （４）
その結果、脱硝触媒に接触させる工程を経た排ガスには、主としてＳＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、ＨｇＣｌ２、Ｎ２、Ｏ２、水蒸気が含まれ、未反応のＮＨ３、ＨＣｌ、ＮＯも残存する。
【００３４】
また、本実施の形態による方法は、排ガス中に活性炭を添加する工程をさらに含んでもよい。活性炭を添加する工程は、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程の後に行われることが好ましい。この工程により、排ガス中の塩化水銀を活性炭に吸着させることができ、湿式脱硫手段６への水銀流入量を低減するという有利な効果がある。
【００３５】
還元脱硝手段３から流出した排ガスの温度を、エアヒータ４により調整する。次いで、排ガスを電気集塵機５において、排ガス中に含まれる煤塵等を除去する。次いで、煤塵等を除去した排ガスを湿式脱硫手段６に流入させる。排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程では、脱硝触媒と接触させた後の排ガスをアルカリ吸収液に接触させる。この工程により排ガス中のＳＯｘをアルカリ吸収液に吸収させて、石膏９の沈澱として除去すると共に、水溶性の塩化水銀もアルカリ吸収液に吸収させて除去する。アルカリ吸収液中に沈澱する石膏スラリーは、ベルトフィルター８により脱水し、石膏９として回収する。湿式脱硫手段６から流出した排ガスは煙突７から排出する。図示する実施形態において、排ガスをアルカリ吸収液と接触させる工程は、アルカリ吸収液に空気を供給している。アルカリ吸収液中のＨｇＣｌ２が金属水銀Ｈｇ０に還元しない安定な範囲に酸化還元電位を保ち、水銀の再飛散を防止するためである。アルカリ吸収液には、空気以外に酸化剤を添加してもよい。
【００３６】
本実施の形態による水銀除去方法は、好ましくは９０％以上の水銀除去率で排ガス中の水銀を除去することができる。水銀除去率は、より好ましくは９５％以上である。
【００３７】
第一実施形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウムが粗大物を除去した後に排ガス中に供給されることから、粗大物が粗大物除去手段２１より先の塩化アンモニウム供給手段１６及び煙道２６内に入り込むことがない。従って、噴霧ノズル等の塩化アンモニウム供給手段１６が粗大物により閉塞することを防止することができ、排ガス処理施設の寿命を向上することができるという効果を奏する。
【００３８】
図２は、本発明の水銀除去システムの第二実施形態の主要部を示す図である。本発明の第二実施形態によるシステムは、エコノマイザー１０、原料供給手段２３、昇華手段２２、粗大物除去手段２１、塩化アンモニウム供給手段１６、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。図２では、エアヒータ４より後流側の湿式脱硫手段６、及び煙突７は省略されている。なお、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施の形態では、塩化アンモニウム前処理手段２は、粗大物除去手段２１に加え、原料供給手段２３、昇華手段２２を備えている。
【００３９】
原料供給手段２３は、昇華手段２２に原料としての塩化アンモニウム１０１を供給する装置である。原料供給手段２３は、昇華手段２２の前段に、昇華手段２２に塩化アンモニウムを供給可能なように設置されている。原料供給手段２３としては、サイロとスクリューフィーダーとの組み合わせ等を用いることができるが、これらには限定されない。
【００４０】
昇華手段２２は、固体状の塩化アンモニウムを加熱し、昇華する装置である。昇華手段２２は、管路により連結される粗大物除去手段２１の前段に設置される。昇華手段２２は、水銀除去システムにおける原料供給手段２３、煙道２６等の他の装置と兼用の装置としてではなく、昇華の用途に用いられる独立した装置として煙道２６の外部に設置される。昇華手段２２では、昇華に必要な熱は、外部から供給され、煙道内を流れる排ガスの熱のみに依存するものではない。本実施の形態によるシステムは、昇華手段２２を独立に設けることにより、煙道ガスのみでは不可能な程度に塩化アンモニウムを高温に加熱することが可能となり、例えば４００℃以上、又は５００℃以上に加熱することができる。このように高温にすることにより、塩化アンモニウムをほぼ完全に昇華することができ、気体として排ガス中に供給することができる。本実施の形態によるシステムによれば、塩化アンモニウムを気体として煙道内に供給することができるため、煙道を流れる排ガスの熱で塩化アンモニウムを昇華する方法と異なり、噴霧ノズル等の噴霧手段の閉塞・磨耗を防止することができる。
【００４１】
昇華手段２２では、塩化アンモニウムを、好ましくは４００℃以上に加熱して昇華させる。塩化アンモニウムは、昇華すると、分解してＮＨ３とＨＣｌを生ずる。よって、塩化アンモニウムの昇華ガスとは、等モルのＮＨ３とＨＣｌとを含有するガスである。
【００４２】
昇華手段２２としては、固体状の塩化アンモニウムを大容量で昇華可能な気化器を使用することができる。好ましくは、キルン炉、流動床炉といった気化器が挙げられる。昇華手段２２としてキルン炉を用いる場合、Ｌ（筒長）／Ｆ（筒径）が３以上であるものが好ましい。また、キルン炉に供給される固体状の塩化アンモニウムは、キルン炉の筒内における充填量を１５％以下の容積比とすることが好ましい。昇華せずに残った不揮発性物質の大部分は、粗大物１０２として昇華手段２２に残存する。従って、本実施形態の昇華手段２２は、塩化アンモニウムを昇華する機能に加え、排ガスから不揮発性物質等の粗大物１０２を除去する機能も有している。
【００４３】
粗大物除去手段２１は、塩化アンモニウムの昇華ガス中に含まれる粗大物を除去することができる装置である。本実施の形態の粗大物除去手段２１で除去される粗大物とは、不揮発性物質である。ここで、不揮発性物質とは、昇華手段２２で加熱してもガス化しない物質を主にいう。塩化アンモニウムに混入している不揮発性物質としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等、並びに、ナトリウム化合物、燐酸化合物、及びカルシウム化合物等の脱硝触媒の阻害物質が挙げられる。脱硝触媒の阻害物質としては、具体的には、ＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等が挙げられる。粗大物除去手段２１は、完全に昇華されないまま昇華手段２２から流出した粒子径１０μｍ以上の微細な塩化アンモニウム粒子をも除去することができる。粗大物除去手段２１は、管路により連結される昇華手段２２の後段に設置される。粗大物除去手段２１の後段には、管路により連結される塩化アンモニウム供給手段１６が設けられる。粗大物除去手段２１は、好ましくは、サイクロン、電気集塵機、及びバグフィルタ等の集塵機である。粗大物除去手段２１は、好ましくは、粒子径２０μｍ以上、より好ましくは粒子径１０μｍ以上までの大きさの微細な粗大物を除去することができる。塩化アンモニウム前処理手段２は、全体として、塩化アンモニウムを昇華し、粗大物を除去する。
【００４４】
塩化アンモニウム供給手段１６は、昇華手段２２によって昇華された塩化アンモニウムの昇華ガスを、煙道２６内を流れる排ガス中に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、エコノマイザー１０と還元脱硝手段３とを連結する煙道２６内において設置される。塩化アンモニウム供給手段１６は、排ガスが直線的に流れる煙道２６の直線領域において設置されることが好ましい。塩化アンモニウム供給手段１６は、昇華ガスを排ガスに混合することができるものであれば、特に限定されない。塩化アンモニウム供給手段１６は、好ましくは、複数のノズルを備える噴射グリッド等を用いることができる。昇華手段２２と塩化アンモニウム供給手段１６とを連結する管路、及び塩化アンモニウム供給手段１６が備えるノズル等の内部は、定期的に水洗浄し、乾燥後に昇華された塩化アンモニウムの昇華ガスを通すことが好ましい。
【００４５】
エコノマイザー１０は、排ガスから熱エネルギーを回収してボイラ１への給水を予熱する装置である。エコノマイザー１０は、ボイラ１の後段に設けられており、エコノマイザー１０の後流側には、煙道２６により連結される塩化アンモニウム供給手段１６が設置される。
【００４６】
ＮＨ３供給手段１１は、ＮＨ３タンクからＮＨ３を排ガスに注入する。ＮＨ３供給手段１１は、煙道に接続される。ＮＨ３供給手段１１としては、アンモニア注入グリッドを使用することができる。ＮＨ３供給手段１１は、好ましくは、ＮＨ３ガスを煙道内に噴霧する。ＮＨ３供給手段１１は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝手段３とを連結する煙道に接続されている。ＮＨ３供給手段１１は、エコノマイザー１０と塩化アンモニウム供給手段１６とを連結する煙道に接続されていてもよい。
【００４７】
エコノマイザー１０と塩化アンモニウム供給手段１６とを結ぶ煙道２６内、及び、ＮＨ３供給手段１１と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道内には、整流装置１２が設けられている。整流装置１２は、排ガスの流れを整流し、流速分布を平準化する装置である。整流装置１２は、煙道の屈曲する領域に設置される場合は、屈曲により排ガスの流速が損なわれるのを防ぐことができる。整流装置１２としては、ガイドベーン、管群等を用いることができる。これにより、排ガスの流速分布が平準化され、濃度分布のばらつきをなくすことができるため、より高効率で塩化アンモニウムと水銀と反応させることができるとともに、反応に用いられない塩化アンモニウムが生じるのを防止することができる。
【００４８】
本実施の形態による塩化アンモニウム前処理手段２は、別の例において、希釈手段（図２には示さず）をさらに備えていてもよい。希釈手段は、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈するため、高温の空気等の気体を昇華ガスに混合し、昇華ガスの濃度を減少させるものである。希釈手段は、好ましくは、管路を介して昇華手段２２と接続される。希釈手段は、希釈用気体を昇華手段２２に送り、昇華手段２２内の昇華ガスと混合する。希釈用の気体としては、空気以外に、水蒸気を使用することができ、又は煙道内を流れる排ガスを再利用してもよい。再利用の排ガスを希釈用気体として使用する場合は、予めホットサイクロン等により、排ガス中の塵を除去しておくことが好ましい。希釈手段は、好ましくは、昇華ガスの濃度を、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｐｐｍに希釈することができる。ここで、昇華ガスとは、塩化アンモニウムが昇華して生成するガスであり、ＮＨ４Ｃｌが解離して生じた等モルのＮＨ３とＨＣｌを含有するガスである。よって、昇華ガスの濃度は、ＮＨ３とＨＣｌの各々の濃度と等しくなる。希釈手段としては、例えば、ブロア、排ガスのバイパス配管等を用いることができる。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムを用いた水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程と、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、塩化アンモニウムが供給された排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、 脱硝触媒と接触させた排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。本実施形態の水銀除去システムによれば、塩化アンモニウムの昇華ガスが煙道内の排ガスに供給される。
【００５０】
本実施の形態においては、固体状の塩化アンモニウム１０１を原料供給手段２３により昇華手段２２（気化器）に供給する。昇華手段２２（気化器）に供給される固体状の塩化アンモニウムは、好ましくは塩化アンモニウムの粒子である。粒子の大きさは特に限定されないが、好ましくは、粒径が０．１〜３ｍｍであり、より好ましくは、０．１〜１ｍｍである。粒径が小さい程、昇華に要する時間を短縮することができる。固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程では、独立の気化器により、固体状の塩化アンモニウムを加熱し、昇華する。加熱温度は、好ましくは４００℃以上である。かかる工程によって塩化アンモニウムは昇華し、昇華ガスを生じる。
【００５１】
昇華せずに残った不揮発性物質の大部分は、昇華手段２２の内部に粗大物として残存する。塩化アンモニウムに混入している不揮発性物質の例としては、粗塵、土砂等の他に、ＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等の化合物がある。これらの化合物は、脱硝触媒における水銀酸化を阻害する特性をもつことから、煙道内に供給する前に除去することが好ましい。本実施の形態では、これらの化合物を不揮発性物質として昇華手段２２の内部に残留させることによっても除去することができる。昇華手段２２に蓄積する不揮発性物質等の粗大物１０２は、定期的に、昇華手段２２より引き抜き、除去する。
【００５２】
本実施形態の方法は、昇華する工程の後に、又は昇華する工程と同時であって、粗大物を除去する工程の前に、塩化アンモニウムの昇華ガスを希釈する工程を含んでいてもよい。昇華手段２２で昇華した昇華ガスの濃度を低下させると、温度低下に伴う塩化アンモニウムの析出を防止できるという点で有利だからである。昇華ガスを希釈する工程では、昇華ガスに希釈用気体を混合する。昇華ガスの希釈は、好ましくは、昇華ガスの濃度が１０，０００ｐｐｍを超える場合に行われる。
【００５３】
希釈用気体は、昇華ガスに混合する前に、好ましくは２４０℃以上、さらに好ましくは３６５℃以上に予め昇温しておく。昇華ガスの温度が低下して塩化アンモニウムが析出するのを防止するためである。図３に、塩化アンモニウムが分解して生じたＮＨ３とＨＣｌの気固平衡を表すグラフを示す。グラフでは、昇華ガスを希釈用気体により希釈しない場合の昇華ガスの濃度が、１，０００，０００ｐｐｍとして示されており、ガスの温度が３６５℃より低下すると、塩化アンモニウムの固体が析出することがわかる。昇華ガスを希釈用気体により希釈し、昇華ガス濃度を２０，０００ｐｐｍとした場合、昇華ガスと希釈用気体の混合ガスの温度が２４０℃より低下すると塩化アンモニウム固体が析出する。このように、ガス温度が低下して固体状の塩化アンモニウムが析出すると、ノズル等の塩化アンモニウム供給手段１６の詰まりの原因となるとともに、塩化アンモニウムが反応に用いられずに残る原因となる。
【００５４】
希釈後の昇華ガスの濃度は、好ましくは、１０，０００〜１００，０００ｐｐｍである。排ガスに供給される昇華ガスの濃度が１００，０００ｐｐｍを超えると、高濃度による塩化アンモニウムの析出や、煙道への昇華ガス供給量が少なくなるため濃度分布を平準化し難い場合があり、１０，０００ｐｐｍ未満であると煙道への昇華ガス供給量が多くなるため排ガス量が増加する場合があるからである。
【００５５】
昇華ガスを、任意に希釈した後、管路を介して粗大物除去手段２１に流入させる。塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程では、昇華ガスに混入している粗大物を粗大物除去手段２１により除去する。除去される粗大物としては、昇華工程で除去されなかった不揮発性物質であって、粗塵、土砂等、及びＮａＣｌ、ＰｂＳＯ４、Ｃａ３（ＰＯ４）２等の化合物が挙げられる。好ましくは、２０μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上までの大きさの粗大物を除去することができる。この工程により、塩化アンモニウムに混入する粗大物が、粗大物除去手段２１より後流側の、塩化アンモニウム供給手段１６、煙道２６等に流入するのを阻止することができ、粗大物による閉塞・磨耗を防止できる。さらに、脱硝触媒の阻害物質を除去することによって、脱硝触媒における水銀酸化を効率的に行わせることができる。
【００５６】
塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程では、粗大物除去後の昇華ガスを、塩化アンモニウム供給手段１６により煙道２６内に供給し、排ガスと混合する。塩化アンモニウムの供給は、好ましくは、煙道２６内に昇華ガスを噴射することにより行う。昇華ガスの供給後における昇華ガスの濃度は、排ガス中において１０〜１０００ｐｐｍとなることが好ましい。より好ましくは、１０〜２００ｐｐｍである。排ガス中の昇華ガスの濃度が過剰であると、未反応の塩化アンモニウムが増加する場合があり、不足していると還元脱硝手段３での水銀の酸化と窒素酸化物の還元脱硝が減少する場合があるためである。
【００５７】
本実施形態による方法は、ＮＨ３をＮＨ３供給手段１１により排ガス中に供給する工程を含んでいてもよい。この工程により、塩化アンモニウムの分解によって生じるＮＨ３のみでは、排ガス中の窒素酸化物を還元するのに不十分である場合に、ＮＨ３を補充することができる。ＮＨ３の供給は、煙道内におけるＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９より低いときに行われることが好ましい。煙道内におけるＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９より低いと、窒素酸化物の還元が十分に行われず、還元されずに残った窒素酸化物が煙道７より排出される場合があるためである。ＮＨ３の供給は、エコノマイザー１０と還元脱硝手段３とを結ぶ煙道２６内において行う。ＮＨ３は塩化アンモニウムを排ガス中に供給した後に供給することが好ましい。あるいは、ＮＨ３は塩化アンモニウムを排ガス中に供給する前に供給してもよい。ＮＨ３を供給後の煙道２６内の排ガス中では、好ましくは、ＮＨ３／ＮＯｘモル比が０．９〜１．０である。
【００５８】
その後に続く、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程は、第一の実施形態と同様にして行うことができる。
【００５９】
次に図４に、第二の実施形態の具体例として、昇華手段２２としてキルン炉２２１を使用する場合の塩化アンモニウム前処理手段２を説明する。図４に示される塩化アンモニウム前処理手段２は、サイロ１３、スクリューフィーダー１４、キルン炉２２１、バーナー２２２、燃料タンク２２３、ブロア２４、ホットサイクロン２１１を備える。
【００６０】
図４において、サイロ１３、及びスクリューフィーダー１４は、原料供給手段１６を構成する。サイロ１３は、塩化アンモニウム１０１を蓄積し、スクリューフィーダー１４はサイロ１３からキルン炉２２１に塩化アンモニウム１０１を供給する。原料供給手段２３の後段には、キルン炉２２１が設けられている。キルン炉２２１の内部には、燃料タンク２２３と管路により連結されるバーナー２２２が設置される。粗大物１０２は、キルン炉２２１から排出されるものである。キルン炉２２１は、回転しながら、炉内の塩化アンモニウム１０１を攪拌及び移送しながら、加熱し昇華させる。
【００６１】
キルン炉２２１には、さらに、ブロア２４が連結される。ブロア２４は、希釈手段を構成し、昇華ガスを空気により希釈する。
【００６２】
ホットサイクロン２１１は、キルン炉２２１の後段に設けられており、キルン炉２２１と管路により連結される。ホットサイクロン２１１は、粗大物除去手段２１を構成し、塩化アンモニウムの昇華ガスと空気との混合物から粗大物を除去する。ホットサイクロン２１１の後段には、塩化アンモニウム供給手段１６（図示せず）が接続されている。
【００６３】
図４の塩化アンモニウム前処理手段２による塩化アンモニウムを前処理する工程は、固体状の塩化アンモニウム１０１をキルン炉２２１で昇華する工程と、塩化アンモニウムの昇華ガスを空気により希釈する工程と、塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程とを順に含む。
【００６４】
サイロ１３から投入する塩化アンモニウム１０１をスクリューフィーダー１４によりキルン炉２２１に供給する。塩化アンモニウムをキルン炉２２１で昇華する工程では、固体状の塩化アンモニウム１０１を、燃料タンク２２３から燃料を供給されるバーナー２２２が放出する熱により、キルン炉２２１内部で加熱し昇華する。キルン炉２２１の炉内は、好ましくは４００℃以上とする。塩化アンモニウムの昇華ガスを空気により希釈する工程では、ブロア２４によりキルン炉２２１の炉内に空気１０６を供給し、昇華ガスと混合する。好ましくは、空気１０６は、バーナー２２２により４００℃以上に加熱してキルン炉２２１の炉内に供給する。粗大物を除去する工程では、昇華ガスを空気により希釈された昇華ガス１０４に含まれる粗大物をホットサイクロン２１１により、分離・除去する。これにより、キルン炉２２１でガス化しなかった不揮発性物質を粗大物として除去することができる。好ましくは、１０μｍまでの大きさの粗大物をホットサイクロン２１１により除去することができる。粗大物を除去した後、希釈昇華ガス１０４は、塩化アンモニウム供給手段１６に送り、煙道内の排ガスに供給する。
【００６５】
次に、図５に、粗大物除去手段２１の具体例として、ホットサイクロン２１１の拡大図を示す。図５は、一般的なホットサイクロン２１１の側面図である。ホットサイクロン２１１は、重力と遠心力により希釈された昇華ガス１０４から粗大物を分離・除去することができる。粗大物を含む希釈昇華ガス１０４をホットサイクロン２１１に流入させると、サイクロン内部において、希釈昇華ガス１０４は旋回流Ｂとなって下降する。これと共に、希釈昇華ガス１０４に混入する粗大物Ｅは遠心力により外壁に向かい、下降流Ｃによりサイクロン下部に送られ排出される。希釈昇華ガス１０４はサイクロン２２１下部において反転し、サイクロン２１１内部を円柱状の反転流Ｄとなって上昇する。サイクロン２１１内部を上昇した希釈昇華ガス１０４は、サイクロン２１１上部より排出される。サイクロン２１１上部では、二次流れの渦Ａが生じる。サイクロン２１１から排出されたガスは、例えば粒径１０μｍ以上の微細な粗大物Ｅが除去された希釈昇華ガス１０４となっている。
【００６６】
図４及び図５に説明する塩化アンモニウム前処理手段２によれば、塩化アンモニウムの昇華ガスから粒径１０μｍ以上までの微細な不揮発性物質等の粗大物が除去される。また、昇華ガスは空気により希釈されているため、塩化アンモニウムが固体として析出しにくくなっている。従って、粗大物や析出した塩化アンモニウムといった固体状の物質が塩化アンモニウム前処理手段２から流出しないため、塩化アンモニウム供給手段１６が備えるノズル、及び煙道２６等の装置が閉塞・磨耗するのを防止することができる。
【００６７】
第二の実施の形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウムの昇華ガスから粗大物が予め除去されていることにより、ノズル等を備える塩化アンモニウム供給手段１６において閉塞・磨耗の問題が生じない。また、塩化アンモニウムの昇華ガスから水銀酸化を阻害するＮａＣｌ等の不揮発性物質が除去され、煙道内に供給されないため、脱硝触媒における水銀酸化をより高効率で行うことができ、水銀除去率を高めるという効果も奏する。さらに、従来技術のように塩化アンモニウム水溶液を蒸発させて用いる場合は、水溶液の大部分を占める水の昇温と蒸発潜熱が必要熱量の３分の２にのぼり、蒸発に大きなエネルギーを費やす必要があったが、本実施の形態では固体状の塩化アンモニウムを昇華して用いるため、必要なエネルギーを低減させることができる。また、塩化アンモニウムが固体または水溶液として排ガスに供給されると、煙道内で濃度分布にむらができるという問題があったが、本実施の形態では昇華ガスとして排ガスに供給されるため、煙道内で濃度分布が容易に均一になり、より効率的な水銀除去を行うことができるという効果を奏する。
【００６８】
図６は本発明に係る水銀除去システムの第三の実施形態の主要部を示す。本発明の第三実施形態によるシステムは、エコノマイザー１０、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、塩化アンモニウム供給手段１６、空気圧縮機２５、攪拌手段１５、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７を備えている。図６では、エアヒータ４より後流側に設けられる湿式脱硫手段６、煙突７は省略されている。なお、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施の形態では、粗大物除去手段として、重力沈澱槽２１２を備えている。また、塩化アンモニウム供給手段１６は、煙道２６内に供給された塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道の内壁に付着しない構造を有する。さらに、本実施の形態の水銀除去システムは、供給された塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと、排ガスとを攪拌する攪拌手段１５を備えている。
【００６９】
重力沈澱槽２１２は、塩化アンモニウム水溶液１０７から水不溶性の粗大物を重力沈降による固液分離により除去可能な装置である。本実施形態の粗大物除去手段である重力沈澱槽２１２により除去される粗大物１０２とは、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等の水不溶性物質である。重力沈澱槽２１２は、好ましくは、１００μｍ以上、より好ましくは１０μｍまでの大きさの微細な粗大物を除去することができる。重力沈澱槽２１２は、管路により連結される塩化アンモニウム供給手段１６の前段に設けられる。重力沈澱槽２１２の前段には、管路により接続される溶解槽又は希釈槽（図示を省略）が設けられていてもよい。溶解槽は、固体状の塩化アンモニウムを水に溶解して塩化アンモニウム水溶液１０７を調製するために用いられるものであり、希釈槽は、塩化アンモニウム水溶液１０７を希釈するために用いられるものである。
【００７０】
本実施形態の水銀除去システムは、重力沈澱槽２１２の代わりに、又は重力沈澱槽２１２に加え、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群から選択される１つ以上を備えていてもよい。液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンは、一般に１０〜１００μｍ以上の大きさの粗大物を除去できることが知られており、重力沈澱槽２１２と同等に用いることができる。本実施形態の水銀除去システムがこれらの装置の全てを備える場合は、重力沈澱槽２１２→スクリーン→液体サイクロン→膜分離装置の順、又はスクリーン→重力沈澱槽２１２→液体サイクロン→膜分離装置の順に、前段側から管路を介して設置されることが好ましい。
【００７１】
水タンク２７は、塩化アンモニウム供給手段１６と、水タンク２７から塩化アンモニウム供給手段１６に至る管路を洗浄する水洗浄機構である。水タンク２７は、塩化アンモニウム供給手段１６に備わる噴霧ノズル等の噴霧手段を洗浄し、詰りを防止する。水タンク２７は、重力沈澱槽２１２と塩化アンモニウム供給手段１６とを結ぶ管路の途中に接続されている。水タンク２７には、水タンク２７と重力沈澱槽２１２とを接続する希釈ライン２９が設けられている。水タンク２７は、希釈ライン２９を通して重力沈澱槽２１２に水を供給し、塩化アンモニウム水溶液を希釈するためにも用いることができる。希釈ライン２９は、水銀除去システムの運転上支障がない限り設けられていなくてもよい。また、塩化アンモニウム供給手段１６に送られる塩化アンモニウム水溶液の濃度を監視する濃度監視装置等を溶解槽又は希釈槽に設けることが好ましい。
【００７２】
塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム水溶液を排ガス中に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、好ましくは、複数の噴霧手段を備えている。塩化アンモニウム供給手段１６は、エコノマイザー１０の後流側であって、攪拌手段１５の前流側の煙道２６内に設けられている。塩化アンモニウム供給手段１６は、排ガスが直線的に流れる煙道２６の直線領域において設置されることが好ましい。煙道の屈曲部分では、排ガスの流速分布が均一でないため、かかる部分に塩化アンモニウム供給手段１６を設置すると塩化アンモニウムの濃度分布も均一でなくなるためである。塩化アンモニウム濃度が不均一である場合、濃度が高い部分では、過剰な分が水銀の酸化反応に用いられることがなく、濃度が低い部分では塩化アンモニウムが不足し、十分に水銀を酸化することができない。塩化アンモニウム供給手段１６としては、例えば、複数の噴霧ノズル等の噴霧手段を備える噴霧グリッドを使用することができる。塩化アンモニウム供給手段１６に備わる噴霧手段としては、好ましくは、二流体ノズル、ネブライザ等を用いることができる。噴霧手段は、噴霧される液滴の径を、８０μｍ以下とすることができるものが好ましく、さらに好ましくは、４０μｍ以下の液滴径で噴霧可能なものである。噴霧ノズル等のヘッダ管の端部は、バルブ、ゲートにより開閉可能な構造とすることが好ましい。ヘッダ管内に堆積する堆積物を除去可能とし、ノズル等の閉塞を防止するためである。
【００７３】
塩化アンモニウム供給手段１６には、空気圧縮機２５が接続されている。空気圧縮機２５は、空気１０８を圧縮し、圧縮空気を塩化アンモニウム供給手段１６に供給する装置である。塩化アンモニウム供給手段１６は、空気圧縮機２５より供給された圧縮空気によって塩化アンモニウム水溶液を液滴として排ガス中に噴霧する。
【００７４】
本実施形態による塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有する。塩化アンモニウム水溶液は、排ガス中に噴霧されると、排ガスの熱によって蒸発して気化ガスとなる。塩化アンモニウム水溶液は、蒸発後、さらにＮＨ３とＨＣｌに解離するが、このＨＣｌ成分が排ガス中の水分と共に煙道内壁に付着すると腐食を起こすためである。塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造とは、好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６が備える噴霧ノズル等の噴霧手段が、煙道２６内において、煙道内壁面から一定以上の距離を置いて配置される構造である。一定以上の距離とは、噴霧される液滴が噴霧手段から煙道内壁面に到達する前に気化するのに十分な距離である。あるいは、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造は、噴霧される液滴が到達しうる煙道内壁面の内側に内壁と二重管を構成するように設けられた隔壁を備える構造であってもよい。以下に、塩化アンモニウム供給手段１６の構造の具体例を説明する。
【００７５】
図７に、塩化アンモニウム供給手段１６の構成の一例を示す。図７を参照すると、塩化アンモニウム供給手段１６は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２、及び複数の噴霧手段１６１により構成される。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、重力沈澱槽２１２からの塩化アンモニウム水溶液を噴霧手段１６１に供給する管状の装置である。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、煙道壁２６３を貫通して設置され、排ガス流１０９の方向と略直角を成すように配置される。また、噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２上に、噴霧手段１６１の噴出口を排ガス流１０９の後流側に向けて設置される。噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム導入管１６２上に複数設けられている。塩化アンモニウム溶液導入管１６２は、好ましくは、煙道内において、格子を形成し、塩化アンモニウム溶液導入管１６２上に備わる複数の噴霧手段１６１と共に、噴霧グリッドを形成する。
【００７６】
噴霧手段１６１である噴霧ノズルは、煙道内壁面２６２から一定以上の距離を置いて配置される。噴霧手段１６１によって噴霧された液滴は、噴霧角度αを持って中実円錐状に広がる。液滴は、排ガスの流れに伴って後流側に移動し、その後蒸発する。また、一部の液滴、例えば噴霧角が大きく、径が大きい液滴は、ガス流れにのらず、煙道内壁面２６２に衝突する。噴霧液滴が煙道内壁面２６２に付着するのを防止するため、各噴霧手段１６１の設置位置は、排ガス流速が約１５ｍ／ｓの場合において、煙道内の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．５〜２．０ｍの距離とすることが好ましい。より好ましくは、噴霧手段１６１は、煙道内の全ての内壁面２６２から排ガス流１０９に垂直な方向に０．５〜１．５ｍの距離を離して設置される。但し、噴霧される液滴径、排ガスの流速、渦流、噴霧角度などのばらつきを考慮すると、噴霧手段１６１は煙道内壁２６２からより大きな距離、例えば１．０〜１．５ｍを離して設置されることが好ましい。
【００７７】
煙道の断面積が大きく、噴霧手段１６１と煙道内壁面２６２との距離を大きくできる場合は、噴霧角度αの大きいノズルを選定することができる。煙道の断面積が小さく、噴霧手段１６１と煙道内壁面２６２との距離が短い場合は、噴霧角度αの小さいノズルを選定することが好ましい。しかし、噴霧角度αは、ノズル仕様や噴霧条件により変化するものであり、また脈動によってばらつくので特定の噴霧角度αに限定されるものではない。噴霧角度αが大き過ぎる場合は、径が大きい噴霧液滴がガス流れに乗らず、蒸発する前に煙道内壁面２６２に衝突する場合があるが、噴霧角度αが小さいと、噴霧液滴が排ガスと効率的に混合されない場合がある。
【００７８】
ここで、図８に、塩化アンモニウム水溶液の液滴が煙道内において蒸発するまでにかかる時間を液滴径との関係で予測したグラフを示す。液滴蒸発のシミュレーション計算は、排ガス温度が３５０℃、塩化アンモニウム導入時の初期液滴温度が２０℃の条件で行った。図８を参照すると、液滴径が４０μｍである場合、煙道内で蒸発するまでに０．０３２秒の時間を要する。従って、塩化アンモニウムの液滴が噴霧ノズル等の噴霧手段から噴霧された後、煙道内壁面２６２に至るまでに、少なくとも０．０３２秒以上の時間を要するように噴霧手段１６１を配置する必要がある。噴霧液滴は、互いに接触して合体する場合もあり、実際には蒸発するまでにこれより長い時間がかかる場合がある。このため、０．０３２秒の約３倍の時間として、少なくとも０．１秒の時間をかけて噴霧液滴が煙道内壁面２６２に至るような位置に噴霧手段１６１を設置するとして計算することができる。
【００７９】
噴霧手段１６１の設置位置は、一例として、具体的には以下のように決定できる。煙道内排ガス流速が１５ｍ／ｓである場合、噴霧から蒸発にかかる時間である０．１秒の間に噴霧液滴が飛行する距離は、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と平行の向きに１．５ｍであると計算される。噴霧角度αが排ガス流１０９の方向に対し１２．５°である場合、噴霧液滴は、噴霧の０．１秒後には、噴霧手段１６１から排ガス流１０９に垂直な方向に最大で０．３３５ｍ離れた位置まで到達する。この値は１．５×ｔａｎ１２．５という計算式により算出される。従って、この場合は、噴霧手段１６１を、煙道の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．３３５ｍより大きい距離をおいて設置することができる。また、噴霧角度αが排ガス流１０９の方向に対し２７．５°である場合、噴霧液滴は、噴霧の０．１秒後には、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と垂直な方向に最大で０．７８ｍ離れた位置まで到達する。この値は、１．５×ｔａｎ２７．５の計算式により算出される。かかる場合は、噴霧手段１６１を、煙道内の全ての内壁面２６２から、排ガス流１０９に垂直な方向に０．７８ｍより大きい距離を置いて設置することができる。排ガス流速や温度条件が異なる場合があっても、上述のようにして噴霧手段１６１の設置位置を決定することができる。
【００８０】
塩化アンモニウム供給手段１６は、他の例において、噴霧手段１６１と塩化アンモニウム溶液導入管１６２と隔壁１６３とから構成される。図９は、塩化アンモニウム供給手段１６と、その近傍の煙道２６の拡大図を示す。噴霧手段１６１と塩化アンモニウム溶液導入管１６２は図８で説明したものと同様のものが用いられる。
【００８１】
隔壁１６３は、塩化アンモニウムの液滴が煙道内壁面２６２に付着するのを防ぐものである。隔壁１６３は、煙道内壁面２６２と部分的に二重管を形成するように設置される。複数の噴霧手段１６１は全て、二重管部分の内部に位置する。図示する形態において、隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２の位置から、液滴蒸発位置２６４まで設置される。ここで、噴霧液滴が全て蒸発し気化ガスとなる位置を、液滴蒸発位置２６４と設定する。塩化アンモニウム溶液導入管１６２から液滴蒸発位置２６４までの煙道内では、大部分の液滴が蒸発しない状態で存在し、液滴蒸発位置２６４より後流の煙道内ではほぼ全ての液滴が蒸発したガスとして存在する。液滴蒸発位置２６４は、噴霧液滴の液滴径が約４０μｍ、排ガス流速が約１５ｍ／ｓである場合、噴霧手段１６１から排ガス流１０９と平行な向きに１．５ｍの位置と計算される。但し、液滴蒸発位置２６４は、噴霧される液滴径、排ガスの流速、渦流、噴霧角度などに依存して変化することを考慮すると、液滴蒸発位置は、例えば１．０〜４．０ｍと予測される。従って、具体的には、隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６２の位置から後流に１．０〜４．０ｍ、より好ましくは２．０〜２．５ｍの位置まで設置される。隔壁１６３は、塩化アンモニウム溶液導入管１６１に固定されていてもよい。隔壁１６３は、耐腐食性材料で形成されていることが好ましい。耐腐食性の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等が挙げられる。
【００８２】
隔壁１６３は、腐食により劣化する場合があり、定期的に交換することができる。塩化アンモニウム供給手段１６が隔壁１６３を有していることにより、低温度の液滴が３２０〜３８０℃という高温度の煙道内壁面２６２に付着することを防止することができ、熱収縮による煙道壁の割れや腐食を防止することができる。
【００８３】
ここでは一例として、塩化アンモニウム供給手段１６が噴霧手段１６１の設置位置を特定の位置にした形態、隔壁１６３を備える形態を説明したが、塩化アンモニウム供給手段１６がこれらの両方を備える形態であってもよい。
【００８４】
図６を参照すると、攪拌手段１５は、塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを攪拌する装置である。攪拌手段１５は、塩化アンモニウム供給手段１６と還元脱硝装置３を結ぶ煙道内に設けられる。攪拌手段１５は、煙道の直線部分に設置されることが好ましい。屈曲部分と比較して，施工及び保守が容易なためである。攪拌手段１５の設置位置は、好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６により供給された塩化アンモニウム水溶液の液滴が蒸発する位置よりも後流側である。噴霧液滴が蒸発して生じるガスと排ガスとを攪拌することにより、液滴の状態のまま排ガスと攪拌するよりもより効果的に濃度分布を均一にすることができるためである。攪拌手段１５としては、好ましくは、ミキサーが用いられる。ミキサーはガスの攪拌に通常使用されるものとすることができる。また、攪拌手段１５は、複数のミキサーを備えていてもよい。攪拌手段１５により、排ガス中における塩化アンモニウム水溶液の気化ガスの濃度分布を均一化することができ、水銀の塩素化効率を上昇させることができる。
【００８５】
ボイラ１、エコノマイザー１０、整流装置１２、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７は、第二の実施形態で説明したものと同様のものとすることができる。
【００８６】
次に、本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムによる水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、塩化アンモニウム水溶液から重力沈降により粗大物を除去する工程と、煙道内の排ガスに粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を、煙道の内壁に付着しないように供給する工程と、塩化アンモニウム水溶液を供給する工程の後に、塩化アンモニウム水溶液が蒸発したガスと排ガスとを煙道内で攪拌する工程と、塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程とを含む。
【００８７】
塩化アンモニウム水溶液１０７は、固体状の塩化アンモニウムを水に溶解して調製することができる。塩化アンモニウム水溶液１０７は、予め濃度調整したものをタンクローリ等により搬入し、重力沈澱槽２１２に供給してもよい。または、塩化アンモニウム水溶液１０７を、希釈槽（図示を省略）に供給した後に、必要に応じて希釈し、重力沈澱槽２１２に送ってもよい。この場合、重力沈澱槽２１２を希釈槽と兼用に用いてもよい。あるいは、塩化アンモニウムの粉体を溶解槽に供給し、溶解槽に水を投入して調製した塩化アンモニウム水溶液１０７を、重力沈澱槽２１２に送ってもよい。塩化アンモニウム粉体を溶解槽に供給するためには、第二実施形態で説明したサイロ及び供給フィーダー等の原料供給手段を用いることができる。塩化アンモニウム水溶液１０７の濃度は、０．０１〜４５質量％とすることが好ましく、０．０１〜２３質量％がより好ましい。
【００８８】
塩化アンモニウム水溶液から粗大物を除去する工程では、重力沈澱槽２１２において、塩化アンモニウム水溶液１０７から、重力沈降により粗大物を除去する。重力沈降は、１秒〜２４時間行うことが好ましい。本実施形態の方法において除去される粗大物としては、粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑等の水不溶性の不純物が挙げられる。粗大物除去工程では、できるだけ微細な粗大物まで除去できることが好ましく、１００μｍ以上の大きさの粗大物を除去することが好ましい。この工程により、水に溶解しない固体状物を除去することができ、塩化アンモニウム供給手段１６や煙道２６等の装置の閉塞・磨耗を防止することができる。
【００８９】
本実施形態による方法は、粗大物を除去する工程の前に、塩化アンモニウム水溶液を希釈する工程を任意に含んでいてもよい。塩化アンモニウム水溶液を希釈する工程では、水タンク２７から重力沈澱槽２１２中の塩化アンモニウム水溶液に、希釈ライン２９を通して水を供給することによって塩化アンモニウムの濃度を低減させる。好ましくは、塩化アンモニウム供給手段１６に送られる塩化アンモニウム水溶液の濃度が０．０１〜４５質量％となるように、水を供給し、希釈する。これにより、煙道２６内に供給される塩化アンモニウム水溶液の濃度を調節することができる。
【００９０】
粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を、煙道内の排ガスに供給する工程では、粗大物が除去された塩化アンモニウム水溶液を、塩化アンモニウム供給手段１６が備える噴霧手段により排ガス中に霧状に噴霧する。好ましくは、塩化アンモニウム水溶液は、空気圧縮機２５で圧縮した圧縮空気と共に排ガス中に噴霧する。噴霧された液滴の好ましい液滴径は、１００μｍ以下であり、さらに好ましくは、４０μｍ以下である。
【００９１】
各噴霧手段１６１は、塩化アンモニウム水溶液を、噴霧手段１６１を頂点とする中実円錐の形状に噴霧する。このとき、塩化アンモニウム水溶液は、塩化アンモニウム水溶液が煙道の内壁面２６２に付着しないように供給する。煙道が腐食するのを防止するためである。塩化アンモニウム水溶液の供給は、図８及び図９を用いて説明した形態において行うことができる。
【００９２】
塩化アンモニウム水溶液は、煙道２６内における塩化アンモニウムの濃度が、排ガスに対し０．０１〜２００ｐｐｍとなるように、排ガス中に供給することが好ましい。
【００９３】
塩化アンモニウム水溶液の液滴は、煙道２６内の熱により昇温し、蒸発してガスを生成する。このガスを気化ガスという。気化ガスには、気体としてＮＨ３とＨＣｌが存在する。塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを煙道内で攪拌する工程では、煙道２６内に供給された塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと排ガスとを、攪拌手段１５により攪拌する。好ましくは、蒸発した塩化アンモニウムが解離して生じるＮＨ３とＨＣｌと排ガスとを攪拌手段１５により攪拌する。この工程により、煙道内における塩化アンモニウム水溶液の気化ガス、及び塩化アンモニウムがさらに解離して生じるＮＨ３とＨＣｌの濃度分布を均一にすることができる。排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、排ガスをアルカリ吸収液と接触させる工程は、第二の実施形態と同様とすることができる。
【００９４】
本実施の形態の水銀除去システム及び水銀除去方法によれば、塩化アンモニウム水溶液から予め粗大物を除去する。このため、噴霧ノズル等が、閉塞・磨耗するのを防止することができる。塩化アンモニウム水溶液は、煙道内の排ガスにより気化されるため、外部から熱を供給する必要がなく、排ガスの処理に必要なエネルギー量を削減することができる。また、塩化アンモニウムと排ガスは、煙道内で攪拌し、濃度分布を均一化することにより高効率に排ガス中の水銀を酸化することができるという効果を有する。さらに、煙道内壁に塩化アンモニウムの液滴が付着しないため、腐食を防止し、排ガス処理施設の耐久性を高め、寿命を向上させることができる。
【００９５】
次に、図１０は本発明に係る排ガスの水銀除去システムの第四の実施形態の主要部を示す。本実施の形態の水銀除去システムは、エコノマイザー１０、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、分離手段２１３、塩化アンモニウム水溶液タンク２８、塩化アンモニウム供給手段１６、空気圧縮機２５、攪拌手段１５、ＮＨ３供給手段１１、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫装置６、煙突７を備えている。図１０では、エアヒータ４より後流側の湿式脱硫手段６、煙突７は省略されている。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態の水銀除去システムは、第三実施形態のシステムに加えて、分離手段２１３と塩化アンモニウム水溶液タンク２８とをさらに備えている。
【００９６】
分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２により粗大物を除去した塩化アンモニウム水溶液から、さらに重力沈澱槽２１２では除去されなかった粗大物を除去する装置である。分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２よりもさらに微細な粒子を分離・除去することができる。分離手段２１３は、重力沈澱槽２１２と塩化アンモニウム供給手段１６を結ぶ管路の途中に設置される。分離手段２１３としては、液体サイクロン、膜分離装置、スクリーン等から選択される一以上の組み合わせを用いることができる。分離手段２１３として、これら全ての装置の組み合わせを用いる場合、重力沈澱槽２１２→スクリーン→液体サイクロン→膜分離装置の順に、前段側から管路を介して設置されることが好ましい。分離手段２１３は、１００〜１μｍまでの大きさの粗大物を除去できることが好ましい。
【００９７】
塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、分離手段２１３により粗大物と共に分離された塩化アンモニウム水溶液を回収・貯留し、分離手段２１３に再流入させるための装置である。塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、分離手段２１３と管路により連結されている。さらに、塩化アンモニウム水溶液タンク２８は、重力沈澱槽２１２と分離手段２１３とを結ぶ管路の途中に管路により連結されている。
【００９８】
ボイラ１、エコノマイザー１０、整流装置１２、ＮＨ３供給手段１１、重力沈澱槽２１２、水タンク２７、空気圧縮機２５、塩化アンモニウム供給手段１６、攪拌手段１５、還元脱硝手段３、エアヒータ４、湿式脱硫手段６、煙突７は、第三の実施形態で説明したものと同様のものとすることができる。
【００９９】
本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システムによる水銀除去方法の一形態を説明する。本実施形態による方法は、塩化アンモニウム水溶液１０７から重力沈降により粗大物を除去する工程の後に、塩化アンモニウム水溶液から分離手段２１３により粗大物を除去する工程を含む点で第三の実施形態と異なる。
【０１００】
塩化アンモニウムから分離手段２１３により粗大物を除去する工程では、重力沈降により粗大物が除去された塩化アンモニウムから、さらに粗大物を分離・除去する。粗大物の除去には、液体サイクロン、膜分離装置、スクリーン等の装置から選択される一以上の組み合わせを用いることができる。これにより、重力沈降よりさらに微細な粒子も除去することができる。分離手段２１３により粗大物と共に分離された塩化アンモニウム水溶液は、塩化アンモニウム水溶液タンク２８に回収・貯留し、分離手段２１３に再流入させてもよい。粗大物除去後の塩化アンモニウム水溶液を煙道内の排ガスに供給する工程と、排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、排ガスをアルカリ吸収液に接触させる工程は、第三の実施形態と同様とすることができる。
【０１０１】
本実施の形態に係る排ガスの水銀除去システム及び水銀除去方法において、塩化アンモニウム水溶液は、重力沈澱槽２１２により粗大物を除去した後に、さらに、分離手段２１３により粗大物を除去する。重力沈澱槽２１２でも、大半の粗大物を除去可能だが、重力沈降させる時間が十分でない場合や、重力沈降では分離除去できない粒径が小さく密度の低い微粒子等が存在する場合に効果的である。本実施の形態の水銀除去システムによれば、塩化アンモニウム水溶液から粗塵、虫、鉱物、土砂、草木、ガラ、金属屑のような粗大物まで除去されるため、噴霧ノズルが閉塞し難いという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の水銀除去システム及び水銀除去方法は、石炭や重油等の化石燃料の燃焼によって生じる排ガスの水銀除去処理に採用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ボイラ
２ 塩化アンモニウム前処理手段
３ 還元脱硝手段
４ エアヒータ
５ 電気集塵機
６ 湿式脱硫手段
７ 煙突
８ ベルトフィルター
９ 石膏
１０ エコノマイザー
１１ ＮＨ３供給手段
１２ 整流装置
１３ サイロ
１４ スクリューフィーダー
１５ 攪拌手段
１６ 塩化アンモニウム供給手段
２１ 粗大物除去手段
２２ 昇華手段
２３ 原料供給手段
２４ ブロア
２５ 空気圧縮機
２６ 煙道
２７ 水タンク
２８ 塩化アンモニウム水溶液タンク
２９ 希釈ライン
１００ 水銀除去システム
１０１ 塩化アンモニウム
１０２ 粗大物
１０３ 昇華ガス
１０４ 希釈昇華ガス
１０５ 燃料
１０６ 空気
１０７ 塩化アンモニウム水溶液
１０８ 空気
１０９ 排ガス流
１１０ 塩化ナトリウム溶液
１６１ 噴霧手段
１６２ 塩化アンモニウム溶液導入管
１６３ 隔壁
２１１ ホットサイクロン
２１２ 重力沈澱槽
２１３ 分離手段
２２１ キルン炉
２２２ バーナー
２２３ 燃料タンク
２６２ 煙道内壁面
２６３ 煙道壁
２６４ 液滴蒸発位置
Ａ 二次流れの渦
Ｂ 旋回流
Ｃ 下降流
Ｄ 反転流
Ｅ 粗大物
α 噴霧角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段と、
前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段と、
前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段と
を備え、前記塩化アンモニウム前処理手段が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段を備える排ガスの水銀除去システム。
【請求項２】
前記塩化アンモニウム前処理手段が、固体状の塩化アンモニウムを昇華する別置の昇華手段をさらに備え、
前記粗大物除去手段が集塵機である、請求項１に記載の水銀除去システム。
【請求項３】
前記塩化アンモニウム供給手段が、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有し、
前記粗大物除去手段が、重力沈澱槽、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上を備え、
前記還元脱硝手段の前段に、塩化アンモニウムが供給された排ガスを攪拌する攪拌手段をさらに備える、請求項１に記載の水銀除去システム。
【請求項４】
前記粗大物除去手段が重力沈澱槽と、前記重力沈澱槽の後段に設けられた液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上とを備える、請求項３に記載の水銀除去システム。
【請求項５】
塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、
粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、
前記塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、
前記脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程と
を含む排ガスの水銀除去方法。
【請求項６】
前記塩化アンモニウムが固体状の塩化アンモニウムであり、
前記固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程を、粗大物を除去する工程の前にさらに含み、
前記排ガスに供給される塩化アンモニウムが塩化アンモニウムの昇華ガスである、請求項５に記載の水銀除去方法。
【請求項７】
前記塩化アンモニウムが、塩化アンモニウム水溶液であり、
前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程が、前記塩化アンモニウム水溶液を前記排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように噴霧する工程であり、
前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程の後に、前記塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと前記排ガスとを煙道内で攪拌する工程をさらに含む、請求項５に記載の水銀除去方法。
【請求項１】
塩化アンモニウムの前処理を行う塩化アンモニウム前処理手段と、
前処理された塩化アンモニウムを排ガスに供給する塩化アンモニウム供給手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物の還元と、水銀の塩素化とを行う還元脱硝手段と、
前記排ガス中の硫黄酸化物と前記塩素化された水銀とをアルカリ吸収液により除去する湿式脱硫手段と
を備え、前記塩化アンモニウム前処理手段が、前記塩化アンモニウムから粗大物を除去する粗大物除去手段を備える排ガスの水銀除去システム。
【請求項２】
前記塩化アンモニウム前処理手段が、固体状の塩化アンモニウムを昇華する別置の昇華手段をさらに備え、
前記粗大物除去手段が集塵機である、請求項１に記載の水銀除去システム。
【請求項３】
前記塩化アンモニウム供給手段が、塩化アンモニウム水溶液を排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように供給する構造を有し、
前記粗大物除去手段が、重力沈澱槽、液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上を備え、
前記還元脱硝手段の前段に、塩化アンモニウムが供給された排ガスを攪拌する攪拌手段をさらに備える、請求項１に記載の水銀除去システム。
【請求項４】
前記粗大物除去手段が重力沈澱槽と、前記重力沈澱槽の後段に設けられた液体サイクロン、膜分離装置、及びスクリーンからなる群より選択される１つ以上とを備える、請求項３に記載の水銀除去システム。
【請求項５】
塩化アンモニウムから粗大物を除去する工程と、
粗大物が除去された塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程と、
前記塩化アンモニウムが供給された前記排ガスを脱硝触媒に接触させる工程と、
前記脱硝触媒と接触させた排ガスを、アルカリ吸収液に接触させる工程と
を含む排ガスの水銀除去方法。
【請求項６】
前記塩化アンモニウムが固体状の塩化アンモニウムであり、
前記固体状の塩化アンモニウムを別置の気化器で昇華する工程を、粗大物を除去する工程の前にさらに含み、
前記排ガスに供給される塩化アンモニウムが塩化アンモニウムの昇華ガスである、請求項５に記載の水銀除去方法。
【請求項７】
前記塩化アンモニウムが、塩化アンモニウム水溶液であり、
前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程が、前記塩化アンモニウム水溶液を前記排ガスが流通する煙道の内壁に付着しないように噴霧する工程であり、
前記塩化アンモニウムを排ガスに供給する工程の後に、前記塩化アンモニウム水溶液の気化ガスと前記排ガスとを煙道内で攪拌する工程をさらに含む、請求項５に記載の水銀除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−３１２１２（Ｐ２０１１−３１２１２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２２００（Ｐ２００９−１８２２００）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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