排ガス処理装置
【課題】塩化アンモニウムを液体状で噴霧する場合に、液滴が煙道等に衝突するのを防止しつつ、水銀の除去性能、窒素酸化物の還元性能を維持することが可能な排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】ボイラ１１の下流の煙道１３内に、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を含む塩化アンモニウム溶液１４を複数の噴霧ノズル１５により噴霧する塩化アンモニウム溶液供給手段１６と、排ガス中のＮＯｘを還元性ガスとしてアンモニアガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素ガス共存下でＨｇを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置１８と、脱硝された排ガス１２を熱交換する熱交換器１９と、排ガス１２中の煤塵を除去する集塵器２０と、還元脱硝装置１８において酸化されたＨｇをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いて除去する湿式脱硫装置２２と、噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れを与える混合器６０とを有する
【解決手段】ボイラ１１の下流の煙道１３内に、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を含む塩化アンモニウム溶液１４を複数の噴霧ノズル１５により噴霧する塩化アンモニウム溶液供給手段１６と、排ガス中のＮＯｘを還元性ガスとしてアンモニアガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素ガス共存下でＨｇを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置１８と、脱硝された排ガス１２を熱交換する熱交換器１９と、排ガス１２中の煤塵を除去する集塵器２０と、還元脱硝装置１８において酸化されたＨｇをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いて除去する湿式脱硫装置２２と、噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れを与える混合器６０とを有する
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなどから排出される排ガス中に含まれる水銀の酸化処理を行う排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き排ガスや重質油を燃焼した際に生じる排ガス中には、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のほか、金属水銀（Ｈｇ0）が含まれることがある。近年、ＮＯｘを還元する脱硝装置、および、アルカリ吸収液をＳＯｘ吸収剤とする湿式脱硫装置と組み合わせて、この金属水銀を処理する方法や装置について様々な考案がなされてきた。
【０００３】
排ガス中の金属水銀を処理する方法として、煙道中、高温の脱硝装置の前流側でアンモニウム（ＮＨ3）溶液を噴霧して還元脱硝すると共に、塩酸（ＨＣｌ）溶液等の酸化助剤を噴霧し、脱硝触媒上で水銀を酸化(塩素化)させ、水溶性の塩化水銀にした後、後流側に設置した湿式の脱硫装置で水銀を除去するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ＨＣｌを供給する方法として、塩化水素（ＨＣｌ）気化器を用いて塩酸（ＨＣｌ）溶液を気化させ塩化水素（ＨＣｌ）ガスとし、所定濃度のＨＣｌを含む混合ガスに調整した後、混合ガスを煙道内に分散させ、水銀を含有する排ガス中に均一に噴霧する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、他のＨＣｌを供給する方法として、脱硝装置の前流側の煙道内に塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を粉体状として添加し、排ガスの高温雰囲気温度によりＮＨ4Ｃｌを昇華させ、ＨＣｌ、アンモニア（ＮＨ3）をそれぞれ気化させ、気化されたＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを排ガスに混合する方法がある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
上記のような排ガス中の金属水銀を処理する方法では、塩酸溶液を用いる場合、塩酸は危険物であるため、輸送、取り扱いなど手間及びコストを要するという問題がある。また、ＨＣｌ気化器を用いた場合では、熱源としてスチーム等が必要となり、ＨＣｌ気化器など設備、運転、メンテナンスなどの費用を要するという問題がある。更に、ＮＨ4Ｃｌ粉末を用いた場合では、粒径を細かくして分散させる必要があるため、ハンドリングが困難であり、噴霧量の制御が容易ではないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３０１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７７４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、近年、Ｈｇ0を脱硝触媒にて酸化させるために、脱硝装置の前流側で塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）粉体状として供給する代わりに、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液を液体状で噴霧する方法が検討されている。従来のように、塩酸溶液を用いる方法に比べ、ＮＨ4Ｃｌ溶液は危険性が少ないため輸送、取り扱いが容易であり、なおかつ、液体を噴霧するため気化器などの設備が不要であり、コストが低減できる。
【０００９】
しかしながら、塩化アンモニウムを液体状で噴霧する場合には、この液滴がその噴霧直後に、煙道内壁または煙道内構造物に衝突し、瞬間的な熱収縮に起因する熱衝撃が発生し、ダクト壁が損傷するような場合がある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を液体状で噴霧する場合に、液滴が煙道等に衝突するのを防止しつつ、水銀の除去性能、窒素酸化物の還元性能を維持することが可能な排ガス処理装置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】
【００１１】
上述した課題を解決する本発明の第１の発明は、ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する液体状の還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、前記噴霧ノズルよりも上流側に設けられ、排ガスのガス流れに乱れを与える混合器とを有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウム溶液であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けられることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、格子状であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、煙道内に設置され、前記ガス流れの下流側に頂点を持った４角錐の対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前記頂点と頂点を接し、前記ガス流れの下流側に底面が位置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによって構成された格子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ずつ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１６】
第６の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第１の旋回流誘起板と、前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第２の旋回流誘起板とを有してなり、第１の旋回流誘起板と第２の旋回流誘起板とを連結する連結部において前記第１の旋回流誘起板の対向面と第２の旋回流誘起板の対向面とが異なるように各々連結されている旋回流誘起部材であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記噴霧ノズルの近傍に前記煙道の内壁に沿って保護壁を設けたことを特徴とする排ガス処理装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する還元酸化助剤を噴霧ノズルより液体状で噴霧する際に、この噴霧ノズルよりも上流側に混合器を設け、ガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズルから噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、混合器と噴霧ノズルとの配置の模式図である。
【図３】図３は、格子状混合器の概略図である。
【図４】図４は、本発明に係る混合器の要部構成図である。
【図５】図５は、混合器の全体構成に係る正面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ線矢視図である。
【図７】図７は、実施例２の格子要素と混合性能と圧力損失特性の実験データを示すものである。
【図８】図８は、実施例３に係る混合器の一例を示す平面図である。
【図９】図９は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図である。
【図１０】図１０は、旋回流誘起部材の正面図である。
【図１１】図１１は、旋回流誘起部材の斜視図である。
【図１２】図１２は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、図１２の部分拡大図である。
【図１４】図１４は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２１】
本発明による実施例１に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。図２は混合器と噴霧ノズルとの配置の模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１００は、ボイラ１１からの排ガス１２中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、水銀（Ｈｇ）を除去する排ガス処理装置であって、ボイラ１１の下流の煙道１３内に、液体状の還元酸化助剤として塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を含む塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液１４を複数の噴霧ノズル１５により液体状で噴霧する塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給手段（還元酸化助剤供給手段）１６と、排ガス１２中のＮＯｘを還元性ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス共存下でＨｇを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置（還元脱硝手段）１８と、脱硝された排ガス１２を熱交換する熱交換器（エアヒータ）１９と、脱硝された排ガス１２中の煤塵を除去する集塵器２０と、還元脱硝装置１８において酸化されたＨｇをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いて除去する湿式脱硫装置２２と、前記噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れを与える混合器６０とを有するものである。
【００２２】
なお、本実施例に係る排ガス処理装置１００においては、還元酸化助剤としてＮＨ4Ｃｌを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元酸化助剤は気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成するものであれば用いることができる。
また、本発明においては、還元酸化助剤とは、酸化性ガス共存下で水銀（Ｈｇ）を酸化して塩素化するのに用いられる酸化助剤と、還元性ガスによりＮＯｘを還元する還元剤として機能するものをいう。
本実施例では、酸化性ガスとしてＨＣｌガスが用いられ、還元性ガスとしてＮＨ3ガスが用いられている。
【００２３】
ボイラ１１から排出される排ガス１２には、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６よりＮＨ4Ｃｌ溶液１４が供給される。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を液体状で煙道１３内に供給する塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管２５と、煙道１３内にＮＨ4Ｃｌ溶液１４を圧縮して噴霧させる空気２６を煙道１３内に供給する空気供給管２７と、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管２５及び空気供給管２７の先端部に取り付けられ、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４及び空気２６を噴射する噴霧ノズル１５とを有している。
【００２４】
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液タンク２８内で所定濃度に調整される。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５から供給されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の流量はバルブＶ１により調整される。ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、ＮＨ4Ｃｌ溶液タンク２８からＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５内を通過して噴霧ノズル１５より煙道１３内に噴霧される。
【００２５】
本実施例では、図１及び図２に示すように、混合器６０を噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れ（例えばカルマン渦）を与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された噴霧液滴に与えるようにしている。
【００２６】
排ガス１２は、先ず、混合器６０により、攪拌される。その後、攪拌された排ガス１２は、非定常性の乱れとなり、煙道１３の噴霧ゾーンに供給される。
【００２７】
ここで、混合器６０の形状は特に限定されるものではないが、一例として図面を参照して説明する。
図３は格子状混合器の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る混合器６０Ａは、円柱６１、６２を格子状に組み付けたものである。
また、この格子状の混合器６０Ａを設置することにより、図２に示すように、円柱６１、６２からなる混合器６０Ａの排ガス１２のガス流れの後流に発生する渦により乱れを生成することとなる。
【００２８】
そして、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６より噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４に対して、ガス流れに乱れを与える結果、軸流以外の速度を噴霧液滴に与えることとなり、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進する。
【００２９】
煙道１３内でガスの軸流成分しかないようなガス流れでは、噴霧された液滴がそのまま流れに乗り、ガスとの相対層度が小さくなると考えられる。すなわち、液滴の蒸発がしにくくなる。
これに対して、混合器６０Ａを設けて、排ガス１２を混合させることによりガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を液滴に与えることとなり、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進させることとなる。すわなち、液滴に対して、様々な方向からガスが衝突され、干渉されるので、液滴の蒸発がし易くなる。
【００３０】
よって、混合器６０Ａで排ガス１２を予め攪拌することで、排ガス１２にＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの蒸発・混合を促進することができ、排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度分布を均一にすることができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、ダクト壁や内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【００３１】
また、混合器６０Ａと噴霧ノズル１５の設置距離を適宜調整することにより、液滴に与える乱れ場の強さをある程度調整できる。
【００３２】
一般的なプラント運転条件においては、混合器６０Ａは、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも１ｍ以上上流側に設けるのが好ましい。
また、混合器６０Ａは現実的機器配置の観点からＮＨ4Ｃｌ溶液１４の供給位置より１０ｍ程度までとするのが望ましい。
【００３３】
一般に、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が４０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．０３２ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から排ガス１２の流れと平行の向きに０．７６ｍ程度であるとされている。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が６０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．０６８ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から排ガス１２の流れと平行の向きに１．６ｍ程度であるとされている。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が８０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．１１９ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から噴霧方向に２．７ｍ程度であるとされている。
【００３４】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴出し位置周辺の煙道１３の壁面を熱衝撃から護るため、煙道の壁面を例えばカーボンスチール等により二重化するような場合においても、上流に混合器６０を設置することで、その二重化領域を小さくすることが可能となる。
【００３５】
さらに、本実施例におけるＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６では、噴霧ノズル１５がＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給するように配置している。
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２が流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給する配置としては、噴霧ノズル１５が煙道１３内において、煙道１３の内壁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ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が噴霧ノズル１５から煙道１３の内壁に到達する前に気化するのに十分な距離である。
実際の煙道寸法、実際の処理条件を考慮すると、噴霧ノズル１５のノズル孔は、例えば煙道１３の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けるのが好ましい。
【００３６】
噴霧ノズル１５のノズル孔の位置が、煙道１３の壁面から０．５ｍ以上離した位置とするのは、排ガス１２のガス流速、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴初速、液滴径、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の煙道１３に対する噴射角度、排ガス１２の排ガス温度、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴温度などを考慮する必要があるためである。
【００３７】
また、噴霧ノズル１５は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４と圧縮用の空気２６とを同時に噴射する二流体ノズルで構成されている。空気２６は、空気供給部３１から空気供給管２７を介して噴霧ノズル１５に送給され、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧する際の圧縮用の空気として用いられる。これにより、噴霧ノズル１５から噴射されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４を空気２６により煙道１３内に微細な液滴として噴霧することができる。
【００３８】
また、空気供給管２７から供給される空気２６の流量はバルブＶ２により調整される。空気供給管２７から供給される空気２６の流量により、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の大きさを調整することができる。
【００３９】
また、噴霧ノズル１５から噴射される空気２６の流量は、例えば気水比１００以上１００００以下（体積比）とするのが好ましい。これは、噴霧ノズル１５から噴射されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４を微細な液滴として煙道１３内に噴霧させるようにするためである。
【００４０】
また、噴霧ノズル１５より煙道１３内に噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴は、排ガス１２の高温雰囲気温度により蒸発することで微細なＮＨ4Ｃｌの固体粒子を生成し、下記式（１）のように、ＨＣｌとＮＨ3とに分解し、昇華する。よって、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧ノズル１５から噴霧することにより、噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から、ＨＣｌ、ＮＨ3を生じ、ＮＨ3ガス、ＨＣｌガスを煙道１３内に供給することができる。
ＮＨ4Ｃｌ → ＮＨ3＋ＨＣｌ・・・（１）
【００４１】
また、煙道１３内の排ガス１２の温度は、例えば３２０℃以上４２０℃以下であり、高温である。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５の周囲を二重管とし、空気供給部３６から空気供給管３４を介して冷却用の空気が噴霧ノズル１５に送給され、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の冷却を図っている。このため、噴霧ノズル１５より噴射される直前までＮＨ4Ｃｌ溶液１４は液体状態を維持し、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を液滴状で噴霧することで、排ガス１２の高温雰囲気温度により噴霧したＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴を気化させることができる。
【００４２】
また、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径は、平均して１ｎｍ以上１００μｍ以下の微細な液滴とするのが好ましい。平均して１ｎｍ以上１００μｍ以下の微細な液滴を生成することで、噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から生じるＮＨ4Ｃｌの固体粒子を排ガス１２中に短い滞留時間でＮＨ3、ＨＣｌに分解し、昇華させることができる。これにより、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を予め加熱しておく必要がないため、煙道１３、噴霧ノズル１５の低級化、腐食を防止することができる。
【００４３】
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）粉末を水に溶解させて生成することができる。ＮＨ4Ｃｌ粉末、水の各々の供給量を調整することで所定濃度のＮＨ4Ｃｌ溶液１４を調整することができる。ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、ＨＣｌ溶液とＮＨ3溶液とを所定濃度の割合で混合させて生成するようにしてもよい。
【００４４】
また、煙道１３内の排ガス１２の温度は、ボイラ１１の燃焼条件にもよるが、例えば３２０℃以上４２０℃以下が好ましく、３２０℃以上３８０℃以下がより好ましく、３５０℃以上３８０℃以下が更に好ましい。これはこれらの温度帯において脱硝触媒上でＮＯｘの脱硝反応と、Ｈｇの酸化反応を同時に効率的に生じさせることができるためである。
【００４５】
よって、噴霧ノズル１５より液体状態のＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３の内壁に付着しないように煙道１３内に供給することで、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の高温雰囲気温度により分解したＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを濃度ムラ無く均一に煙道１３内に供給することができるため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度分布を均一にすることができる。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する前に煙道１３の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道１３の腐食等に起因して発生する煙道１３の破損を防止することができる。
【００４６】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から生じたＨＣｌガス、ＮＨ3ガスは、図１に示すように、排ガス１２に同伴して還元脱硝装置１８に送給される。また、排ガス１２は還元脱硝装置１８を通過する前に図示しない整流板等でガス流れを均一にする。ＮＨ4Ｃｌが分解して生じたＮＨ3ガスは、還元脱硝装置１８でＮＯｘの還元脱硝用に用い、ＨＣｌガスはＨｇの酸化用に用いてＮＯｘ及びＨｇを排ガス１２から除去する。
【００４７】
即ち、還元脱硝装置１８に充填されている脱硝触媒層の脱硝触媒上でＮＨ3は下記式（２）のようにＮＯｘを還元脱硝し、ＨＣｌは下記式（３）のようにＨｇを水銀酸化する。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2 → ４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈｇ＋１／２Ｏ2＋２ＨＣｌ → ＨｇＣｌ2＋Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００４８】
また、還元脱硝装置１８は、３つの脱硝触媒層は複数の層から形成されるのが好ましく、脱硝性能に応じて脱硝触媒層の数を適宜変更することができる。
【００４９】
また、図１に示すように、排ガス１２は、還元脱硝装置１８において排ガス１２中のＮＯｘの還元とＨｇの酸化がされた後、エアヒータ１９、集塵器２０を通過して湿式脱硫装置２２に送給される。また、エアヒータ１９と集塵器２０との間には熱回収器を設けるようにしてもよい。
【００５０】
湿式脱硫装置２２では、排ガス１２を装置本体４１内の底部の壁面側から送給し、アルカリ吸収液として用いられる石灰石膏スラリー２１を吸収液送給ライン４２により装置本体４１内に供給し、ノズル４３より塔頂部側に向かって噴流させる。装置本体４１内の底部側から上昇してくる排ガス１２と、ノズル４３から噴流して流下する石灰石膏スラリー２１とを対向して気液接触させ、排ガス１２中のＨｇＣｌ、硫黄酸化物（ＳＯｘ）は石灰石膏スラリー２１中に吸収され、排ガス１２から分離、除去され、排ガス１２は浄化される。石灰石膏スラリー２１により浄化された排ガス１２は、浄化ガス４４として塔頂部側より排出され、煙突４５から系外に排出される。
【００５１】
排ガス１２の脱硫に用いられる石灰石膏スラリー２１は、水に石灰石粉末を溶解させた石灰スラリーＣａＣＯ3と、石灰と排ガス１２中のＳＯｘが反応し更に酸化させた石膏スラリーＣａＳＯ4と、水とを混合させて生成される。石灰石膏スラリー２１は、例えば湿式脱硫装置２２の装置本体４１の塔底部５５に貯留した液を揚水したものが用いられる。装置本体４１内で排ガス１２中のＳＯｘは石灰石膏スラリー２１と下記式（４）のような反応を生じる。
ＣａＣＯ3 ＋ ＳＯ2 ＋ ０．５Ｈ2Ｏ → ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ ＋ ＣＯ2 ・・・（４）
【００５２】
一方、排ガス１２中のＳＯｘを吸収した石灰石膏スラリー２１は、装置本体４１内に供給される水４６と混合され、装置本体４１の塔底部５５に供給される空気４７により酸化処理される。このとき、装置本体４１内を流下した石灰石膏スラリー２１は、水４６、空気４７と下記式（５）のような反応を生じる。
ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ ＋ ０．５Ｏ2 ＋ １．５Ｈ2Ｏ → ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ ・・・（５）
【００５３】
また、湿式脱硫装置２２の塔底部５５に貯留される脱硫に用いた石灰石膏スラリー２１は酸化処理された後、塔底部５５より抜き出され、脱水器４８に送給された後、塩化水銀（ＨｇＣｌ）を含んだ脱水ケーキ（石膏）４９として系外に排出される。脱水器４８として、例えばベルトフィルターなどが用いられる。また、脱水したろ液（脱水ろ液）は、例えば脱水ろ液中の懸濁物、重金属の除去、脱水ろ液のｐＨ調整などの排水処理が行われる。この排水処理された脱水ろ液の一部は湿式脱硫装置２２に返送され、脱水ろ液の他の一部は排水として処理される。
【００５４】
また、アルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いているが、排ガス１２中のＨｇＣｌを吸収できるものであれば他の溶液をアルカリ吸収液として用いることができる。
【００５５】
石灰石膏スラリー２１はノズル４３より塔頂部側に向かって噴流させる方法に限定されるものではなく、例えばノズル４３から排ガス１２と対向するように流下させてもよい。
【００５６】
＜ＮＨ4Ｃｌ溶液の噴霧量の制御＞
噴霧ノズル１５の上流側には、排ガス１２の流量を計測する流量計５１が設けられている。流量計５１により、排ガス１２の流量が測定される。流量計５１により測定された排ガス１２の流量の値は制御装置５２に送られ、排ガス１２の流量の値に基づいて噴霧ノズル１５から噴射するＮＨ4Ｃｌ溶液１４の流量、角度、初速度などを調整することができる。
【００５７】
また、湿式脱硫装置２２の出口側には、ＮＯｘ濃度計５３が設けられている。ＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値は、制御装置５２に伝達される。制御装置５２はＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値から還元脱硝装置１８におけるＮＯｘの還元割合を確認することができる。よって、ＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値からＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量などを制御することで、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度を所定の脱硝性能を満足するようにすることができる。
【００５８】
また、煙道１３にはボイラ１１から排出される排ガス１２中のＨｇ含有量を測定する水銀（Ｈｇ）濃度計５４−１、５４−２が設けられている。Ｈｇ濃度計５４−１は、ボイラ１１と噴霧ノズル１５との間の煙道１３に設けられ、Ｈｇ濃度計５４−２は、還元脱硝装置１８と熱交換器１９との間に設けられる。Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨＣｌ濃度の値は、制御装置５２に伝達される。制御装置５２は、Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨＣｌ濃度の値から排ガス１２中に含まれるＨｇの含有量を確認することができる。Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨｇ濃度の値からＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量を制御することで、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量を所定の脱硝性能を満足すると共に、Ｈｇの酸化性能を維持するようにすることができる。
【００５９】
また、湿式脱硫装置２２の塔底部５５には、石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定制御装置（ＯＲＰコントローラ）５６が設けられている。このＯＲＰコントローラ５６により石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位の値を測定する。測定された酸化還元電位の値に基づいて湿式脱硫装置２２の塔底部５５に供給される空気４７の供給量を調整する。塔底部５５に供給される空気４７の供給量を調整することで、湿式脱硫装置２２の塔底部５５に貯留する石灰石膏スラリー２１内に捕集されている酸化されたＨｇが還元されるのを防止し、煙突４５より放散されるのを防止することができる。
【００６０】
湿式脱硫装置２２内の石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位は、石灰石膏スラリー２１からのＨｇの再飛散を防止するためには、例えば１５０ｍＶ以上６００ｍＶ以下の範囲内にあることが好ましい。これは酸化還元電位が上記範囲内であれば石灰石膏スラリー２１中にＨｇＣｌ2として捕集されたＨｇが安定な領域であり、大気中への再飛散を防ぐことができるためである。
【００６１】
また、本実施例に係る排ガス処理装置１００においては、還元酸化助剤として、ＮＨ4Ｃｌを用いているが、ＮＨ4Ｃｌ以外の臭化アンモニウム（ＮＨ4Ｂｒ）、ヨウ化アンモニウム（ＮＨ4Ｉ）などのハロゲン化アンモニウムを還元酸化助剤として用い、水に溶解した溶液を用いてもよい。
【００６２】
このように、本実施例に係る排ガス処理装置１００によれば、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６の上流側において混合器６０（６０Ａ）を設けているので、排ガス１２のガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。さらに、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給しているため、煙道１３内に噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化して生成されるＨＣｌ、ＮＨ3を排ガス１２と混合させることができる。このため、ＨＣｌ、ＮＨ3を濃度ムラ無く均一に煙道１３内に安定して供給することができるので、還元脱硝装置１８におけるＨｇの酸化性能を向上させることができると共に、ＮＯｘの還元性能を向上することができる。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する前に煙道１３の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道１３の腐食等に起因して発生する煙道１３の破損なども防止することができる。
【実施例２】
【００６３】
本発明による実施例２に係る排ガス処理装置の混合器の構成を図４〜図７に示す。図４は本発明に係る混合器の要部構成図である。図５は、混合器の全体構成に係る正面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線矢視図である。
図７は、実施例２の格子要素と混合性能と圧力損失特性の実験データを示すものであり、（ａ）は３角板の（４角錐）格子要素の寸法比率図、（ｂ）は混合性能（均一効果指標）と圧力損失係数の実験データを示す図である。
図４に示すように、本実施例の混合器６０Ｂは、３角板（４角錐）格子の整流器の構成要素を示すもので、上流側に２枚の３角板６３で４角錐の２対向面を形成し、さらに下流側には上流の４角錐と頂点を接し、かつ９０度方向をずらして２枚の３角板６４で４角錐の２対向面を形成しており、格子の幅と長さの比（Ｌ／Ｂ）は１．５〜２．０の範囲とされている（図７参照）。
【００６４】
図５は図４の格子構成要素を、隣接する格子構成要素の向きを９０度ずつ変えて並設して、１６個組み合わせた混合器の１例であり、このように構成要素を組み合わせてゆくことにより、任意の断面積を有した混合器を形成することができる。
【００６５】
３角板を組み合わせた混合器の場合、上流からの流れは整流器内部を通過する際に、４角錐の開口面方向に斜めに曲げられ、かつ開口面が９０度ずつ方向が異なっていることから流れと直角方向の旋回成分が与えられ、斜めに配置された３角板の後流側に渦が発生し、結果として大きな乱れを得ることができる。
【００６６】
このような、流れを旋回させることによって発生する渦流は、３角板が構成する４角錐の流れ方向への高さが低い場合には強い乱れとなって混合効果は大きいが、４角錐の高さが高い場合には渦流は弱く混合効果も小さい。
【００６７】
但し、圧力損失も発生する渦の強さに比例するため、低い圧力損失で大きな混合効果を得ようとするには、格子構成要素の流れに直角方向の幅（Ｂ）と３角板格子の場合には構成する２個の４角錐の流れ方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）をある特定の範囲内に設定する必要がある。
【００６８】
ここで、流速の整流効果及び温度や濃度の混合効果を式（６）のように定義する。
Ｋ＝Ｌmax−Ｌmin／Ｇmax−Ｇmin ・・・（６）
ここで、Ｋ ：流速・温度・濃度の均一効果の指標
Ｇmax ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Ｇmin ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最小値
Ｌmax ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Ｌmin ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最小値
【００６９】
３角板（４角錐）格子について、Ｌ／Ｂを種々変化させ、均一効果指標Ｋを実験により求めた結果を図７に示す。図７に示すように、３角板（４角錐）格子のＬ／Ｂが１．５以下では圧力損失係数ＣＤが大きく、またＬ／Ｂが２．０以上では混合性能（均一効果の指標の逆数１／Ｋ）が急激に低下するため、低い圧力損失と高い混合性能を満足する範囲はＬ／Ｂ＝１．５〜２．０の範囲である。この範囲での圧力損失係数は、３角板（４角錐）格子では１．１と、従来の多孔板などに比べて極めて小さい値であり、低圧力損失と高い混合性能の両者が同時に満足されることがわかる。
【００７０】
よって、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧する領域よりも上流側に混合器６０Ｂを設け、ガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道１３の内壁や煙道１３の内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【実施例３】
【００７１】
本発明による実施例３に係る排ガス処理装置の混合器の構成を図８〜図１１に示す。図８は、本実施例に係る混合器の一例を示す平面図であり、図９は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図であり、図１０は、旋回流誘起部材の正面図であり、図１１は、旋回流誘起部材の斜視図である。
尚、図８〜図１１に示す符号７３については符号７４の部材との違いを明確にするためハッチングを加えて示している。
図８に示すように、本実施例の混合器６０Ｃは、排ガス１２に旋回流を生じさせる旋回流誘起部材７２を排ガス１２の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットで形成されるものである。図８〜図１１に示すように、旋回流誘起部材７２は、排ガス１２の入口側に対向面７３ａを有する一対の第１の旋回流誘起板７３と、排ガス１２の排出側に対向面７４ａを有する一対の第２の旋回流誘起板７４と、を有し、第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とを連結する連結部として平板状の中間部材７５において第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとが異なるように各々連結されている。本実施例においては、第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとが約９０°異なるようにして配置されている。
【００７２】
第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とは、各々、略三角形状に形成されている。また、第１の旋回流誘起板７３は排ガス１２の入口側に設けられ、第２の旋回流誘起板７４は排ガス１２の排出側に設けられるため、旋回流誘起部材７２を正面から見たとき、第１の旋回流誘起板７３は第２の旋回流誘起板７４より下側に位置している。また、中間部材７５は平板であり、第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とを連結するかなめとして機能している。また、第１の旋回流誘起板７３には下部支持板７６が設けられ、第２の旋回流誘起板７４には上部支持板７７が設けられている。下部支持板７６、上部支持板７７により隣接する旋回流誘起部材７２同士を連結するようにしている。
【００７３】
図１１に示すように、排ガス１２が旋回流誘起部材７２に流入すると、排ガス１２は第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａの裏面側に衝突してガス流れが変化し、第２の旋回流誘起板７４の方向に流れる。その後、排ガス１２は第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａの裏面側に衝突して更にガス流れが変化する。このため、排ガス１２は、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４によりガス流れが変化し、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４を迂回するようにして流れ、旋回流誘起部材７２の排ガス１２の流入方向から排ガス１２の排出方向に向かって旋回しながら流れる。
【００７４】
また、本実施例においては、第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとを約９０°異なる向きとなるように配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとの向きは、旋回流誘起部材７２に流入した排ガス１２を旋回流誘起部材７２の排ガス１２の流入方向から排ガス１２の排出方向に向かって旋回させながら流すことができる角度であればよい。
【００７５】
また、本実施例においては、混合器６０Ｃは、図８に示すように、旋回流誘起部材７２を排ガス１２の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、煙道１３の面積等に応じて旋回流誘起部材７２を設置する数は適宜変更する。
【００７６】
また、本実施例においては、混合器６０Ｃは排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が六個配置されたユニットを１段として構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを複数段設置するようにしてもよい。また、本実施例の混合器６０Ｃは、排ガス１２の流れ方向と直交する方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを設けると共に、排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを複数設けるようにしてもよい。
【００７７】
図１２は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図であり、図１３は、図１２の部分拡大図である。
なお、図１２、１３中には、図８に示すのと同様に、旋回流誘起部材７２を煙道１３の幅方向に６個設けている。
図１２、１３に示すように、排ガス１２は、旋回流誘起部材７２を通過する際、第１旋回流誘起板７３及び第２旋回流誘起板７４に衝突してガス流れが変化し、旋回しながら煙道１３の下側から上側に向かって流れるため、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４を迂回するようにして流れることで、排ガス１２を旋回しながら煙道１３の下側から上側に向かって流すことができるため、噴霧ノズル１５によってＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧される際において、排ガス１２とＨＣｌガス、ＮＨ3ガスとの混合を促進することができる。
【００７８】
また、混合器６０Ｃは、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する領域よりも上流側に設けられているため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の蒸発が促進され、気化する前に混合器６０Ｃと接触するのを防止できるため、ヒートショックによる煙道１３の破損、煙道１３の腐食、排ガス１２中の灰の堆積などを防止することができる。
【００７９】
よって、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧する領域よりも上流側に混合器６０Ｃを設けて、排ガス１２のガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【００８０】
煙道１３内における排ガス１２にＮＨ3ガスの混合を促進させることができるため、排ガス１２中のＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、ＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきは例えば５％程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置１８において脱硝触媒でのＮＯｘの還元効率を向上させることができる。
【００８１】
また、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する領域よりも上流側に混合器６０を設けることで、煙道１３内における排ガス１２にＮＨ3ガスの他にＨＣｌガスの混合も促進することができる。このため、排ガス１２中のＨＣｌガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、ＨＣｌガスの濃度分布のばらつきについても例えば５％程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置１８において脱硝触媒でのＨｇの酸化性能を向上させることができる。
【００８２】
また、図８〜図１１に示すように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、下記式（７）、（８）の範囲内であることが好ましい。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（７）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ) ・・・（８）
但し、Ｂは設置位置における煙道の断面の長辺であり、Ｈは煙道の断面の短辺であり、ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)は煙道の断面の長辺Ｂ、煙道の断面の短辺Ｈのうちの何れか短い方の辺である。煙道の断面の長辺Ｂ、短辺Ｈが同じ長さである場合にはどちらでもよい。
【００８３】
旋回流誘起部材７２を上記式（７）、（８）の範囲内とするのは、以下に示すように、混合器の圧損の条件、排ガス１２中のＮＨ3の濃度のバラツキ、製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点などを考慮して定める必要があるためである。
図１４は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。図１４に示すように、混合器の圧損が２５ｍｍＡｑ以下であるためには、下記式（９）を満たす必要がある。また、排ガス１２中のＮＨ3の濃度の濃度バラツキを５％以下とするためには、下記式（１０）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≧２・・・（９）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≦５・・・（１０）
【００８４】
即ち、圧損の条件として、混合器の圧損が２５ｍｍＡｑ以下であるためには、上記式（９）を満たす必要がある。また、混合器の効果として排ガス１２中のＮＨ3の濃度の濃度バラツキを５％以下とするためには、上記式（１０）を満たす必要がある。
【００８５】
また、混合器は製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点から上記式（７）、下記式（１１）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（７）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ・・・（１１）
【００８６】
上記式（９）、（１０）より、Ｄは下記式（１２）のように表せる。
２Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)≦Ｄ≦５Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１２）
【００８７】
上記式（１２）に上記式（７）を代入すると、Ｄは下記式（１３）のように表せる。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／５０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１３）
【００８８】
そして、上記式（１３）に上記式（１１）を考慮すると、Ｄは上記式（８）のように表される。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ) ・・・（８）
【００８９】
このように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、上記式（７）、（８）の範囲内にあることで、複数の旋回流誘起部材７２を煙道１３内に設置することができるため、排ガス１２に対して、ＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進させることができる。
【００９０】
また、第１旋回流誘起板７３および第２旋回流誘起板７４の形状は、上部支持板７７及び下部支持板７６から中間部材７５にかけて形成される三角形状に限定されるものではなく、排ガス１２に旋回流を発生させ、排ガス１２のＨＣｌ、ＮＨ３との混合を促進させることができる形状であればよい。例えば第１旋回流誘起板７３および第２旋回流誘起板７４の形状は、第２旋回流誘起板７４及び第１旋回流誘起板７３の一端側から他端側にかけて曲線型、波型などとしてもよい。
【００９１】
従って、本実施例に係る排ガス処理装置１００によれば、混合器６０（６０Ａ〜６０Ｃ）を設けることで、排ガス１２中にＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進させることができるため、噴霧ノズル１５より噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化して生じるＮＨ3及びＨＣｌの濃度の分布の均一化を図ることができる。
これにより、還元脱硝装置１８において脱硝触媒によりＨｇの酸化性能およびＮＯｘの還元性能を向上させることができると共に、ヒートショックによる煙道１３の破損、煙道１３の腐食、排ガス１１中の灰の堆積などを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明に係る排ガス処理装置は、煙道内に噴霧したＮＨ4Ｃｌ溶液を煙道の内壁に付着しないように供給し、ＮＨ4Ｃｌ溶液の液滴から生じるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスと排ガスとの混合の促進を図ることができるので、排ガス中のＨｇ、ＮＯｘを除去する排ガス処理装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 排ガス処理装置
１１ ボイラ
１２ 排ガス
１３ 煙道
１４ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液
１５、６１ 噴霧ノズル
１６ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給手段（還元酸化助剤供給手段）
１８ 還元脱硝装置（還元脱硝手段）
１９ 熱交換器（エアヒータ）
２０ 集塵器
２１ 石灰石膏スラリー
２２ 湿式脱硫装置
２５ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管
２６、３３、４７ 空気
２７、３４ 空気供給管
２８ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液タンク
４１ 装置本体
４２ 吸収液送給ライン
４３ ノズル
４４ 浄化ガス
４５ 煙突
４６ 水
４８ 脱水器
４９ 石膏
５１ 流量計
５２ 制御装置
５３ ＮＯｘ濃度計
５４−１、５４−２ 水銀（Ｈｇ）濃度計
５５ 塔底部
５６ 酸化還元電位測定制御装置（ＯＲＰコントローラ）
６０（６０Ａ〜６０Ｃ） 混合器（混合手段）
７２ 旋回流誘起部材
７３ 第１旋回流誘起板
７４ 第２旋回流誘起板
７５ 中間部材（連結部）
７６ 下部支持板
７７ 上部支持板
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなどから排出される排ガス中に含まれる水銀の酸化処理を行う排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き排ガスや重質油を燃焼した際に生じる排ガス中には、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のほか、金属水銀（Ｈｇ0）が含まれることがある。近年、ＮＯｘを還元する脱硝装置、および、アルカリ吸収液をＳＯｘ吸収剤とする湿式脱硫装置と組み合わせて、この金属水銀を処理する方法や装置について様々な考案がなされてきた。
【０００３】
排ガス中の金属水銀を処理する方法として、煙道中、高温の脱硝装置の前流側でアンモニウム（ＮＨ3）溶液を噴霧して還元脱硝すると共に、塩酸（ＨＣｌ）溶液等の酸化助剤を噴霧し、脱硝触媒上で水銀を酸化(塩素化)させ、水溶性の塩化水銀にした後、後流側に設置した湿式の脱硫装置で水銀を除去するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ＨＣｌを供給する方法として、塩化水素（ＨＣｌ）気化器を用いて塩酸（ＨＣｌ）溶液を気化させ塩化水素（ＨＣｌ）ガスとし、所定濃度のＨＣｌを含む混合ガスに調整した後、混合ガスを煙道内に分散させ、水銀を含有する排ガス中に均一に噴霧する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、他のＨＣｌを供給する方法として、脱硝装置の前流側の煙道内に塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を粉体状として添加し、排ガスの高温雰囲気温度によりＮＨ4Ｃｌを昇華させ、ＨＣｌ、アンモニア（ＮＨ3）をそれぞれ気化させ、気化されたＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを排ガスに混合する方法がある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
上記のような排ガス中の金属水銀を処理する方法では、塩酸溶液を用いる場合、塩酸は危険物であるため、輸送、取り扱いなど手間及びコストを要するという問題がある。また、ＨＣｌ気化器を用いた場合では、熱源としてスチーム等が必要となり、ＨＣｌ気化器など設備、運転、メンテナンスなどの費用を要するという問題がある。更に、ＮＨ4Ｃｌ粉末を用いた場合では、粒径を細かくして分散させる必要があるため、ハンドリングが困難であり、噴霧量の制御が容易ではないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３０１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７７４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、近年、Ｈｇ0を脱硝触媒にて酸化させるために、脱硝装置の前流側で塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）粉体状として供給する代わりに、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液を液体状で噴霧する方法が検討されている。従来のように、塩酸溶液を用いる方法に比べ、ＮＨ4Ｃｌ溶液は危険性が少ないため輸送、取り扱いが容易であり、なおかつ、液体を噴霧するため気化器などの設備が不要であり、コストが低減できる。
【０００９】
しかしながら、塩化アンモニウムを液体状で噴霧する場合には、この液滴がその噴霧直後に、煙道内壁または煙道内構造物に衝突し、瞬間的な熱収縮に起因する熱衝撃が発生し、ダクト壁が損傷するような場合がある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を液体状で噴霧する場合に、液滴が煙道等に衝突するのを防止しつつ、水銀の除去性能、窒素酸化物の還元性能を維持することが可能な排ガス処理装置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】
【００１１】
上述した課題を解決する本発明の第１の発明は、ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する液体状の還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、前記噴霧ノズルよりも上流側に設けられ、排ガスのガス流れに乱れを与える混合器とを有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウム溶液であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けられることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、格子状であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、煙道内に設置され、前記ガス流れの下流側に頂点を持った４角錐の対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前記頂点と頂点を接し、前記ガス流れの下流側に底面が位置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによって構成された格子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ずつ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１６】
第６の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合器が、前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第１の旋回流誘起板と、前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第２の旋回流誘起板とを有してなり、第１の旋回流誘起板と第２の旋回流誘起板とを連結する連結部において前記第１の旋回流誘起板の対向面と第２の旋回流誘起板の対向面とが異なるように各々連結されている旋回流誘起部材であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記噴霧ノズルの近傍に前記煙道の内壁に沿って保護壁を設けたことを特徴とする排ガス処理装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する還元酸化助剤を噴霧ノズルより液体状で噴霧する際に、この噴霧ノズルよりも上流側に混合器を設け、ガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズルから噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、混合器と噴霧ノズルとの配置の模式図である。
【図３】図３は、格子状混合器の概略図である。
【図４】図４は、本発明に係る混合器の要部構成図である。
【図５】図５は、混合器の全体構成に係る正面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ線矢視図である。
【図７】図７は、実施例２の格子要素と混合性能と圧力損失特性の実験データを示すものである。
【図８】図８は、実施例３に係る混合器の一例を示す平面図である。
【図９】図９は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図である。
【図１０】図１０は、旋回流誘起部材の正面図である。
【図１１】図１１は、旋回流誘起部材の斜視図である。
【図１２】図１２は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、図１２の部分拡大図である。
【図１４】図１４は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２１】
本発明による実施例１に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。図２は混合器と噴霧ノズルとの配置の模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１００は、ボイラ１１からの排ガス１２中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、水銀（Ｈｇ）を除去する排ガス処理装置であって、ボイラ１１の下流の煙道１３内に、液体状の還元酸化助剤として塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を含む塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液１４を複数の噴霧ノズル１５により液体状で噴霧する塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給手段（還元酸化助剤供給手段）１６と、排ガス１２中のＮＯｘを還元性ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスで還元すると共に、酸化性ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス共存下でＨｇを酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝装置（還元脱硝手段）１８と、脱硝された排ガス１２を熱交換する熱交換器（エアヒータ）１９と、脱硝された排ガス１２中の煤塵を除去する集塵器２０と、還元脱硝装置１８において酸化されたＨｇをアルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いて除去する湿式脱硫装置２２と、前記噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れを与える混合器６０とを有するものである。
【００２２】
なお、本実施例に係る排ガス処理装置１００においては、還元酸化助剤としてＮＨ4Ｃｌを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元酸化助剤は気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成するものであれば用いることができる。
また、本発明においては、還元酸化助剤とは、酸化性ガス共存下で水銀（Ｈｇ）を酸化して塩素化するのに用いられる酸化助剤と、還元性ガスによりＮＯｘを還元する還元剤として機能するものをいう。
本実施例では、酸化性ガスとしてＨＣｌガスが用いられ、還元性ガスとしてＮＨ3ガスが用いられている。
【００２３】
ボイラ１１から排出される排ガス１２には、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６よりＮＨ4Ｃｌ溶液１４が供給される。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を液体状で煙道１３内に供給する塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管２５と、煙道１３内にＮＨ4Ｃｌ溶液１４を圧縮して噴霧させる空気２６を煙道１３内に供給する空気供給管２７と、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管２５及び空気供給管２７の先端部に取り付けられ、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４及び空気２６を噴射する噴霧ノズル１５とを有している。
【００２４】
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液タンク２８内で所定濃度に調整される。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５から供給されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の流量はバルブＶ１により調整される。ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、ＮＨ4Ｃｌ溶液タンク２８からＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５内を通過して噴霧ノズル１５より煙道１３内に噴霧される。
【００２５】
本実施例では、図１及び図２に示すように、混合器６０を噴霧ノズル１５よりも上流側に設けられ、排ガス１２のガス流れに乱れ（例えばカルマン渦）を与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された噴霧液滴に与えるようにしている。
【００２６】
排ガス１２は、先ず、混合器６０により、攪拌される。その後、攪拌された排ガス１２は、非定常性の乱れとなり、煙道１３の噴霧ゾーンに供給される。
【００２７】
ここで、混合器６０の形状は特に限定されるものではないが、一例として図面を参照して説明する。
図３は格子状混合器の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る混合器６０Ａは、円柱６１、６２を格子状に組み付けたものである。
また、この格子状の混合器６０Ａを設置することにより、図２に示すように、円柱６１、６２からなる混合器６０Ａの排ガス１２のガス流れの後流に発生する渦により乱れを生成することとなる。
【００２８】
そして、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６より噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４に対して、ガス流れに乱れを与える結果、軸流以外の速度を噴霧液滴に与えることとなり、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進する。
【００２９】
煙道１３内でガスの軸流成分しかないようなガス流れでは、噴霧された液滴がそのまま流れに乗り、ガスとの相対層度が小さくなると考えられる。すなわち、液滴の蒸発がしにくくなる。
これに対して、混合器６０Ａを設けて、排ガス１２を混合させることによりガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を液滴に与えることとなり、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進させることとなる。すわなち、液滴に対して、様々な方向からガスが衝突され、干渉されるので、液滴の蒸発がし易くなる。
【００３０】
よって、混合器６０Ａで排ガス１２を予め攪拌することで、排ガス１２にＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの蒸発・混合を促進することができ、排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度分布を均一にすることができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、ダクト壁や内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【００３１】
また、混合器６０Ａと噴霧ノズル１５の設置距離を適宜調整することにより、液滴に与える乱れ場の強さをある程度調整できる。
【００３２】
一般的なプラント運転条件においては、混合器６０Ａは、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも１ｍ以上上流側に設けるのが好ましい。
また、混合器６０Ａは現実的機器配置の観点からＮＨ4Ｃｌ溶液１４の供給位置より１０ｍ程度までとするのが望ましい。
【００３３】
一般に、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が４０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．０３２ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から排ガス１２の流れと平行の向きに０．７６ｍ程度であるとされている。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が６０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．０６８ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から排ガス１２の流れと平行の向きに１．６ｍ程度であるとされている。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が８０μｍ程度の時、この液滴が噴霧から蒸発するまでの時間ｔは０．１１９ｓ程度であり、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離Ｌは、噴霧ノズル１５から噴霧方向に２．７ｍ程度であるとされている。
【００３４】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴出し位置周辺の煙道１３の壁面を熱衝撃から護るため、煙道の壁面を例えばカーボンスチール等により二重化するような場合においても、上流に混合器６０を設置することで、その二重化領域を小さくすることが可能となる。
【００３５】
さらに、本実施例におけるＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６では、噴霧ノズル１５がＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給するように配置している。
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２が流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給する配置としては、噴霧ノズル１５が煙道１３内において、煙道１３の内壁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ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が噴霧ノズル１５から煙道１３の内壁に到達する前に気化するのに十分な距離である。
実際の煙道寸法、実際の処理条件を考慮すると、噴霧ノズル１５のノズル孔は、例えば煙道１３の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けるのが好ましい。
【００３６】
噴霧ノズル１５のノズル孔の位置が、煙道１３の壁面から０．５ｍ以上離した位置とするのは、排ガス１２のガス流速、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴初速、液滴径、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の煙道１３に対する噴射角度、排ガス１２の排ガス温度、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴温度などを考慮する必要があるためである。
【００３７】
また、噴霧ノズル１５は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４と圧縮用の空気２６とを同時に噴射する二流体ノズルで構成されている。空気２６は、空気供給部３１から空気供給管２７を介して噴霧ノズル１５に送給され、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧する際の圧縮用の空気として用いられる。これにより、噴霧ノズル１５から噴射されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４を空気２６により煙道１３内に微細な液滴として噴霧することができる。
【００３８】
また、空気供給管２７から供給される空気２６の流量はバルブＶ２により調整される。空気供給管２７から供給される空気２６の流量により、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の大きさを調整することができる。
【００３９】
また、噴霧ノズル１５から噴射される空気２６の流量は、例えば気水比１００以上１００００以下（体積比）とするのが好ましい。これは、噴霧ノズル１５から噴射されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４を微細な液滴として煙道１３内に噴霧させるようにするためである。
【００４０】
また、噴霧ノズル１５より煙道１３内に噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴は、排ガス１２の高温雰囲気温度により蒸発することで微細なＮＨ4Ｃｌの固体粒子を生成し、下記式（１）のように、ＨＣｌとＮＨ3とに分解し、昇華する。よって、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧ノズル１５から噴霧することにより、噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から、ＨＣｌ、ＮＨ3を生じ、ＮＨ3ガス、ＨＣｌガスを煙道１３内に供給することができる。
ＮＨ4Ｃｌ → ＮＨ3＋ＨＣｌ・・・（１）
【００４１】
また、煙道１３内の排ガス１２の温度は、例えば３２０℃以上４２０℃以下であり、高温である。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５の周囲を二重管とし、空気供給部３６から空気供給管３４を介して冷却用の空気が噴霧ノズル１５に送給され、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の冷却を図っている。このため、噴霧ノズル１５より噴射される直前までＮＨ4Ｃｌ溶液１４は液体状態を維持し、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を液滴状で噴霧することで、排ガス１２の高温雰囲気温度により噴霧したＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴を気化させることができる。
【００４２】
また、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径は、平均して１ｎｍ以上１００μｍ以下の微細な液滴とするのが好ましい。平均して１ｎｍ以上１００μｍ以下の微細な液滴を生成することで、噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から生じるＮＨ4Ｃｌの固体粒子を排ガス１２中に短い滞留時間でＮＨ3、ＨＣｌに分解し、昇華させることができる。これにより、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を予め加熱しておく必要がないため、煙道１３、噴霧ノズル１５の低級化、腐食を防止することができる。
【００４３】
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）粉末を水に溶解させて生成することができる。ＮＨ4Ｃｌ粉末、水の各々の供給量を調整することで所定濃度のＮＨ4Ｃｌ溶液１４を調整することができる。ＮＨ4Ｃｌ溶液１４は、ＨＣｌ溶液とＮＨ3溶液とを所定濃度の割合で混合させて生成するようにしてもよい。
【００４４】
また、煙道１３内の排ガス１２の温度は、ボイラ１１の燃焼条件にもよるが、例えば３２０℃以上４２０℃以下が好ましく、３２０℃以上３８０℃以下がより好ましく、３５０℃以上３８０℃以下が更に好ましい。これはこれらの温度帯において脱硝触媒上でＮＯｘの脱硝反応と、Ｈｇの酸化反応を同時に効率的に生じさせることができるためである。
【００４５】
よって、噴霧ノズル１５より液体状態のＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３の内壁に付着しないように煙道１３内に供給することで、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の高温雰囲気温度により分解したＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを濃度ムラ無く均一に煙道１３内に供給することができるため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度分布を均一にすることができる。
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する前に煙道１３の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道１３の腐食等に起因して発生する煙道１３の破損を防止することができる。
【００４６】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から生じたＨＣｌガス、ＮＨ3ガスは、図１に示すように、排ガス１２に同伴して還元脱硝装置１８に送給される。また、排ガス１２は還元脱硝装置１８を通過する前に図示しない整流板等でガス流れを均一にする。ＮＨ4Ｃｌが分解して生じたＮＨ3ガスは、還元脱硝装置１８でＮＯｘの還元脱硝用に用い、ＨＣｌガスはＨｇの酸化用に用いてＮＯｘ及びＨｇを排ガス１２から除去する。
【００４７】
即ち、還元脱硝装置１８に充填されている脱硝触媒層の脱硝触媒上でＮＨ3は下記式（２）のようにＮＯｘを還元脱硝し、ＨＣｌは下記式（３）のようにＨｇを水銀酸化する。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2 → ４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈｇ＋１／２Ｏ2＋２ＨＣｌ → ＨｇＣｌ2＋Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００４８】
また、還元脱硝装置１８は、３つの脱硝触媒層は複数の層から形成されるのが好ましく、脱硝性能に応じて脱硝触媒層の数を適宜変更することができる。
【００４９】
また、図１に示すように、排ガス１２は、還元脱硝装置１８において排ガス１２中のＮＯｘの還元とＨｇの酸化がされた後、エアヒータ１９、集塵器２０を通過して湿式脱硫装置２２に送給される。また、エアヒータ１９と集塵器２０との間には熱回収器を設けるようにしてもよい。
【００５０】
湿式脱硫装置２２では、排ガス１２を装置本体４１内の底部の壁面側から送給し、アルカリ吸収液として用いられる石灰石膏スラリー２１を吸収液送給ライン４２により装置本体４１内に供給し、ノズル４３より塔頂部側に向かって噴流させる。装置本体４１内の底部側から上昇してくる排ガス１２と、ノズル４３から噴流して流下する石灰石膏スラリー２１とを対向して気液接触させ、排ガス１２中のＨｇＣｌ、硫黄酸化物（ＳＯｘ）は石灰石膏スラリー２１中に吸収され、排ガス１２から分離、除去され、排ガス１２は浄化される。石灰石膏スラリー２１により浄化された排ガス１２は、浄化ガス４４として塔頂部側より排出され、煙突４５から系外に排出される。
【００５１】
排ガス１２の脱硫に用いられる石灰石膏スラリー２１は、水に石灰石粉末を溶解させた石灰スラリーＣａＣＯ3と、石灰と排ガス１２中のＳＯｘが反応し更に酸化させた石膏スラリーＣａＳＯ4と、水とを混合させて生成される。石灰石膏スラリー２１は、例えば湿式脱硫装置２２の装置本体４１の塔底部５５に貯留した液を揚水したものが用いられる。装置本体４１内で排ガス１２中のＳＯｘは石灰石膏スラリー２１と下記式（４）のような反応を生じる。
ＣａＣＯ3 ＋ ＳＯ2 ＋ ０．５Ｈ2Ｏ → ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ ＋ ＣＯ2 ・・・（４）
【００５２】
一方、排ガス１２中のＳＯｘを吸収した石灰石膏スラリー２１は、装置本体４１内に供給される水４６と混合され、装置本体４１の塔底部５５に供給される空気４７により酸化処理される。このとき、装置本体４１内を流下した石灰石膏スラリー２１は、水４６、空気４７と下記式（５）のような反応を生じる。
ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ ＋ ０．５Ｏ2 ＋ １．５Ｈ2Ｏ → ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ ・・・（５）
【００５３】
また、湿式脱硫装置２２の塔底部５５に貯留される脱硫に用いた石灰石膏スラリー２１は酸化処理された後、塔底部５５より抜き出され、脱水器４８に送給された後、塩化水銀（ＨｇＣｌ）を含んだ脱水ケーキ（石膏）４９として系外に排出される。脱水器４８として、例えばベルトフィルターなどが用いられる。また、脱水したろ液（脱水ろ液）は、例えば脱水ろ液中の懸濁物、重金属の除去、脱水ろ液のｐＨ調整などの排水処理が行われる。この排水処理された脱水ろ液の一部は湿式脱硫装置２２に返送され、脱水ろ液の他の一部は排水として処理される。
【００５４】
また、アルカリ吸収液として石灰石膏スラリー２１を用いているが、排ガス１２中のＨｇＣｌを吸収できるものであれば他の溶液をアルカリ吸収液として用いることができる。
【００５５】
石灰石膏スラリー２１はノズル４３より塔頂部側に向かって噴流させる方法に限定されるものではなく、例えばノズル４３から排ガス１２と対向するように流下させてもよい。
【００５６】
＜ＮＨ4Ｃｌ溶液の噴霧量の制御＞
噴霧ノズル１５の上流側には、排ガス１２の流量を計測する流量計５１が設けられている。流量計５１により、排ガス１２の流量が測定される。流量計５１により測定された排ガス１２の流量の値は制御装置５２に送られ、排ガス１２の流量の値に基づいて噴霧ノズル１５から噴射するＮＨ4Ｃｌ溶液１４の流量、角度、初速度などを調整することができる。
【００５７】
また、湿式脱硫装置２２の出口側には、ＮＯｘ濃度計５３が設けられている。ＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値は、制御装置５２に伝達される。制御装置５２はＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値から還元脱硝装置１８におけるＮＯｘの還元割合を確認することができる。よって、ＮＯｘ濃度計５３で測定された浄化ガス４４中のＮＯｘ濃度の値からＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量などを制御することで、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度を所定の脱硝性能を満足するようにすることができる。
【００５８】
また、煙道１３にはボイラ１１から排出される排ガス１２中のＨｇ含有量を測定する水銀（Ｈｇ）濃度計５４−１、５４−２が設けられている。Ｈｇ濃度計５４−１は、ボイラ１１と噴霧ノズル１５との間の煙道１３に設けられ、Ｈｇ濃度計５４−２は、還元脱硝装置１８と熱交換器１９との間に設けられる。Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨＣｌ濃度の値は、制御装置５２に伝達される。制御装置５２は、Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨＣｌ濃度の値から排ガス１２中に含まれるＨｇの含有量を確認することができる。Ｈｇ濃度計５４−１、５４−２で測定された排ガス１２中のＨｇ濃度の値からＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量を制御することで、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌ濃度、供給流量を所定の脱硝性能を満足すると共に、Ｈｇの酸化性能を維持するようにすることができる。
【００５９】
また、湿式脱硫装置２２の塔底部５５には、石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定制御装置（ＯＲＰコントローラ）５６が設けられている。このＯＲＰコントローラ５６により石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位の値を測定する。測定された酸化還元電位の値に基づいて湿式脱硫装置２２の塔底部５５に供給される空気４７の供給量を調整する。塔底部５５に供給される空気４７の供給量を調整することで、湿式脱硫装置２２の塔底部５５に貯留する石灰石膏スラリー２１内に捕集されている酸化されたＨｇが還元されるのを防止し、煙突４５より放散されるのを防止することができる。
【００６０】
湿式脱硫装置２２内の石灰石膏スラリー２１の酸化還元電位は、石灰石膏スラリー２１からのＨｇの再飛散を防止するためには、例えば１５０ｍＶ以上６００ｍＶ以下の範囲内にあることが好ましい。これは酸化還元電位が上記範囲内であれば石灰石膏スラリー２１中にＨｇＣｌ2として捕集されたＨｇが安定な領域であり、大気中への再飛散を防ぐことができるためである。
【００６１】
また、本実施例に係る排ガス処理装置１００においては、還元酸化助剤として、ＮＨ4Ｃｌを用いているが、ＮＨ4Ｃｌ以外の臭化アンモニウム（ＮＨ4Ｂｒ）、ヨウ化アンモニウム（ＮＨ4Ｉ）などのハロゲン化アンモニウムを還元酸化助剤として用い、水に溶解した溶液を用いてもよい。
【００６２】
このように、本実施例に係る排ガス処理装置１００によれば、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６の上流側において混合器６０（６０Ａ）を設けているので、排ガス１２のガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。さらに、噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を排ガス１２の流通する煙道１３の内壁に付着しないように供給しているため、煙道１３内に噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化して生成されるＨＣｌ、ＮＨ3を排ガス１２と混合させることができる。このため、ＨＣｌ、ＮＨ3を濃度ムラ無く均一に煙道１３内に安定して供給することができるので、還元脱硝装置１８におけるＨｇの酸化性能を向上させることができると共に、ＮＯｘの還元性能を向上することができる。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する前に煙道１３の壁面に付着するのを防止することができるため、煙道１３の腐食等に起因して発生する煙道１３の破損なども防止することができる。
【実施例２】
【００６３】
本発明による実施例２に係る排ガス処理装置の混合器の構成を図４〜図７に示す。図４は本発明に係る混合器の要部構成図である。図５は、混合器の全体構成に係る正面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線矢視図である。
図７は、実施例２の格子要素と混合性能と圧力損失特性の実験データを示すものであり、（ａ）は３角板の（４角錐）格子要素の寸法比率図、（ｂ）は混合性能（均一効果指標）と圧力損失係数の実験データを示す図である。
図４に示すように、本実施例の混合器６０Ｂは、３角板（４角錐）格子の整流器の構成要素を示すもので、上流側に２枚の３角板６３で４角錐の２対向面を形成し、さらに下流側には上流の４角錐と頂点を接し、かつ９０度方向をずらして２枚の３角板６４で４角錐の２対向面を形成しており、格子の幅と長さの比（Ｌ／Ｂ）は１．５〜２．０の範囲とされている（図７参照）。
【００６４】
図５は図４の格子構成要素を、隣接する格子構成要素の向きを９０度ずつ変えて並設して、１６個組み合わせた混合器の１例であり、このように構成要素を組み合わせてゆくことにより、任意の断面積を有した混合器を形成することができる。
【００６５】
３角板を組み合わせた混合器の場合、上流からの流れは整流器内部を通過する際に、４角錐の開口面方向に斜めに曲げられ、かつ開口面が９０度ずつ方向が異なっていることから流れと直角方向の旋回成分が与えられ、斜めに配置された３角板の後流側に渦が発生し、結果として大きな乱れを得ることができる。
【００６６】
このような、流れを旋回させることによって発生する渦流は、３角板が構成する４角錐の流れ方向への高さが低い場合には強い乱れとなって混合効果は大きいが、４角錐の高さが高い場合には渦流は弱く混合効果も小さい。
【００６７】
但し、圧力損失も発生する渦の強さに比例するため、低い圧力損失で大きな混合効果を得ようとするには、格子構成要素の流れに直角方向の幅（Ｂ）と３角板格子の場合には構成する２個の４角錐の流れ方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）をある特定の範囲内に設定する必要がある。
【００６８】
ここで、流速の整流効果及び温度や濃度の混合効果を式（６）のように定義する。
Ｋ＝Ｌmax−Ｌmin／Ｇmax−Ｇmin ・・・（６）
ここで、Ｋ ：流速・温度・濃度の均一効果の指標
Ｇmax ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Ｇmin ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度の最小値
Ｌmax ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最大値
Ｌmin ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最小値
【００６９】
３角板（４角錐）格子について、Ｌ／Ｂを種々変化させ、均一効果指標Ｋを実験により求めた結果を図７に示す。図７に示すように、３角板（４角錐）格子のＬ／Ｂが１．５以下では圧力損失係数ＣＤが大きく、またＬ／Ｂが２．０以上では混合性能（均一効果の指標の逆数１／Ｋ）が急激に低下するため、低い圧力損失と高い混合性能を満足する範囲はＬ／Ｂ＝１．５〜２．０の範囲である。この範囲での圧力損失係数は、３角板（４角錐）格子では１．１と、従来の多孔板などに比べて極めて小さい値であり、低圧力損失と高い混合性能の両者が同時に満足されることがわかる。
【００７０】
よって、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧する領域よりも上流側に混合器６０Ｂを設け、ガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道１３の内壁や煙道１３の内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【実施例３】
【００７１】
本発明による実施例３に係る排ガス処理装置の混合器の構成を図８〜図１１に示す。図８は、本実施例に係る混合器の一例を示す平面図であり、図９は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図であり、図１０は、旋回流誘起部材の正面図であり、図１１は、旋回流誘起部材の斜視図である。
尚、図８〜図１１に示す符号７３については符号７４の部材との違いを明確にするためハッチングを加えて示している。
図８に示すように、本実施例の混合器６０Ｃは、排ガス１２に旋回流を生じさせる旋回流誘起部材７２を排ガス１２の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットで形成されるものである。図８〜図１１に示すように、旋回流誘起部材７２は、排ガス１２の入口側に対向面７３ａを有する一対の第１の旋回流誘起板７３と、排ガス１２の排出側に対向面７４ａを有する一対の第２の旋回流誘起板７４と、を有し、第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とを連結する連結部として平板状の中間部材７５において第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとが異なるように各々連結されている。本実施例においては、第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとが約９０°異なるようにして配置されている。
【００７２】
第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とは、各々、略三角形状に形成されている。また、第１の旋回流誘起板７３は排ガス１２の入口側に設けられ、第２の旋回流誘起板７４は排ガス１２の排出側に設けられるため、旋回流誘起部材７２を正面から見たとき、第１の旋回流誘起板７３は第２の旋回流誘起板７４より下側に位置している。また、中間部材７５は平板であり、第１の旋回流誘起板７３と第２の旋回流誘起板７４とを連結するかなめとして機能している。また、第１の旋回流誘起板７３には下部支持板７６が設けられ、第２の旋回流誘起板７４には上部支持板７７が設けられている。下部支持板７６、上部支持板７７により隣接する旋回流誘起部材７２同士を連結するようにしている。
【００７３】
図１１に示すように、排ガス１２が旋回流誘起部材７２に流入すると、排ガス１２は第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａの裏面側に衝突してガス流れが変化し、第２の旋回流誘起板７４の方向に流れる。その後、排ガス１２は第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａの裏面側に衝突して更にガス流れが変化する。このため、排ガス１２は、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４によりガス流れが変化し、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４を迂回するようにして流れ、旋回流誘起部材７２の排ガス１２の流入方向から排ガス１２の排出方向に向かって旋回しながら流れる。
【００７４】
また、本実施例においては、第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとを約９０°異なる向きとなるように配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１の旋回流誘起板７３の対向面７３ａと第２の旋回流誘起板７４の対向面７４ａとの向きは、旋回流誘起部材７２に流入した排ガス１２を旋回流誘起部材７２の排ガス１２の流入方向から排ガス１２の排出方向に向かって旋回させながら流すことができる角度であればよい。
【００７５】
また、本実施例においては、混合器６０Ｃは、図８に示すように、旋回流誘起部材７２を排ガス１２の流れ方向と直交するように六個配置されたユニットとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、煙道１３の面積等に応じて旋回流誘起部材７２を設置する数は適宜変更する。
【００７６】
また、本実施例においては、混合器６０Ｃは排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が六個配置されたユニットを１段として構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを複数段設置するようにしてもよい。また、本実施例の混合器６０Ｃは、排ガス１２の流れ方向と直交する方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを設けると共に、排ガス１２の流れ方向に旋回流誘起部材７２が複数配置されたユニットを複数設けるようにしてもよい。
【００７７】
図１２は、混合器を煙道内に設置した時の排ガスのガス流れを模式的に示す図であり、図１３は、図１２の部分拡大図である。
なお、図１２、１３中には、図８に示すのと同様に、旋回流誘起部材７２を煙道１３の幅方向に６個設けている。
図１２、１３に示すように、排ガス１２は、旋回流誘起部材７２を通過する際、第１旋回流誘起板７３及び第２旋回流誘起板７４に衝突してガス流れが変化し、旋回しながら煙道１３の下側から上側に向かって流れるため、第１の旋回流誘起板７３、第２の旋回流誘起板７４を迂回するようにして流れることで、排ガス１２を旋回しながら煙道１３の下側から上側に向かって流すことができるため、噴霧ノズル１５によってＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧される際において、排ガス１２とＨＣｌガス、ＮＨ3ガスとの混合を促進することができる。
【００７８】
また、混合器６０Ｃは、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する領域よりも上流側に設けられているため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の蒸発が促進され、気化する前に混合器６０Ｃと接触するのを防止できるため、ヒートショックによる煙道１３の破損、煙道１３の腐食、排ガス１２中の灰の堆積などを防止することができる。
【００７９】
よって、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴霧する領域よりも上流側に混合器６０Ｃを設けて、排ガス１２のガス流れに乱れを与え、軸流以外の速度を噴霧ノズル１５から噴霧された液滴に与えることにより、熱伝達率の向上を図り、蒸発を促進することができる。
この塩化アンモニア液滴の蒸発の促進により、煙道内壁や煙道内部構造物への衝突を防ぐこととなり、前記煙道の腐食等に起因して発生する前記煙道の破損を防止することができる。
【００８０】
煙道１３内における排ガス１２にＮＨ3ガスの混合を促進させることができるため、排ガス１２中のＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、ＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきは例えば５％程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置１８において脱硝触媒でのＮＯｘの還元効率を向上させることができる。
【００８１】
また、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化する領域よりも上流側に混合器６０を設けることで、煙道１３内における排ガス１２にＮＨ3ガスの他にＨＣｌガスの混合も促進することができる。このため、排ガス１２中のＨＣｌガスの濃度分布のばらつきは抑えられ、ＨＣｌガスの濃度分布のばらつきについても例えば５％程度の範囲内とし、ほぼ均一とすることができる。このため、還元脱硝装置１８において脱硝触媒でのＨｇの酸化性能を向上させることができる。
【００８２】
また、図８〜図１１に示すように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、下記式（７）、（８）の範囲内であることが好ましい。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（７）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ) ・・・（８）
但し、Ｂは設置位置における煙道の断面の長辺であり、Ｈは煙道の断面の短辺であり、ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)は煙道の断面の長辺Ｂ、煙道の断面の短辺Ｈのうちの何れか短い方の辺である。煙道の断面の長辺Ｂ、短辺Ｈが同じ長さである場合にはどちらでもよい。
【００８３】
旋回流誘起部材７２を上記式（７）、（８）の範囲内とするのは、以下に示すように、混合器の圧損の条件、排ガス１２中のＮＨ3の濃度のバラツキ、製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点などを考慮して定める必要があるためである。
図１４は、混合器の圧損と混合器の寸法の関係を示す図である。図１４に示すように、混合器の圧損が２５ｍｍＡｑ以下であるためには、下記式（９）を満たす必要がある。また、排ガス１２中のＮＨ3の濃度の濃度バラツキを５％以下とするためには、下記式（１０）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≧２・・・（９）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≦５・・・（１０）
【００８４】
即ち、圧損の条件として、混合器の圧損が２５ｍｍＡｑ以下であるためには、上記式（９）を満たす必要がある。また、混合器の効果として排ガス１２中のＮＨ3の濃度の濃度バラツキを５％以下とするためには、上記式（１０）を満たす必要がある。
【００８５】
また、混合器は製造する際の加工性の観点、現実の運転条件の観点、メンテナンス性の観点から上記式（７）、下記式（１１）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（７）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ・・・（１１）
【００８６】
上記式（９）、（１０）より、Ｄは下記式（１２）のように表せる。
２Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)≦Ｄ≦５Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１２）
【００８７】
上記式（１２）に上記式（７）を代入すると、Ｄは下記式（１３）のように表せる。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／５０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１３）
【００８８】
そして、上記式（１３）に上記式（１１）を考慮すると、Ｄは上記式（８）のように表される。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ) ・・・（８）
【００８９】
このように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、上記式（７）、（８）の範囲内にあることで、複数の旋回流誘起部材７２を煙道１３内に設置することができるため、排ガス１２に対して、ＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進させることができる。
【００９０】
また、第１旋回流誘起板７３および第２旋回流誘起板７４の形状は、上部支持板７７及び下部支持板７６から中間部材７５にかけて形成される三角形状に限定されるものではなく、排ガス１２に旋回流を発生させ、排ガス１２のＨＣｌ、ＮＨ３との混合を促進させることができる形状であればよい。例えば第１旋回流誘起板７３および第２旋回流誘起板７４の形状は、第２旋回流誘起板７４及び第１旋回流誘起板７３の一端側から他端側にかけて曲線型、波型などとしてもよい。
【００９１】
従って、本実施例に係る排ガス処理装置１００によれば、混合器６０（６０Ａ〜６０Ｃ）を設けることで、排ガス１２中にＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進させることができるため、噴霧ノズル１５より噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４が気化して生じるＮＨ3及びＨＣｌの濃度の分布の均一化を図ることができる。
これにより、還元脱硝装置１８において脱硝触媒によりＨｇの酸化性能およびＮＯｘの還元性能を向上させることができると共に、ヒートショックによる煙道１３の破損、煙道１３の腐食、排ガス１１中の灰の堆積などを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明に係る排ガス処理装置は、煙道内に噴霧したＮＨ4Ｃｌ溶液を煙道の内壁に付着しないように供給し、ＮＨ4Ｃｌ溶液の液滴から生じるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスと排ガスとの混合の促進を図ることができるので、排ガス中のＨｇ、ＮＯｘを除去する排ガス処理装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 排ガス処理装置
１１ ボイラ
１２ 排ガス
１３ 煙道
１４ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液
１５、６１ 噴霧ノズル
１６ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給手段（還元酸化助剤供給手段）
１８ 還元脱硝装置（還元脱硝手段）
１９ 熱交換器（エアヒータ）
２０ 集塵器
２１ 石灰石膏スラリー
２２ 湿式脱硫装置
２５ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液供給管
２６、３３、４７ 空気
２７、３４ 空気供給管
２８ 塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）溶液タンク
４１ 装置本体
４２ 吸収液送給ライン
４３ ノズル
４４ 浄化ガス
４５ 煙突
４６ 水
４８ 脱水器
４９ 石膏
５１ 流量計
５２ 制御装置
５３ ＮＯｘ濃度計
５４−１、５４−２ 水銀（Ｈｇ）濃度計
５５ 塔底部
５６ 酸化還元電位測定制御装置（ＯＲＰコントローラ）
６０（６０Ａ〜６０Ｃ） 混合器（混合手段）
７２ 旋回流誘起部材
７３ 第１旋回流誘起板
７４ 第２旋回流誘起板
７５ 中間部材（連結部）
７６ 下部支持板
７７ 上部支持板
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、
前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する液体状の還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、
該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、
前記噴霧ノズルよりも上流側に設けられ、排ガスのガス流れに乱れを与える混合器とを有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウム溶液であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けられることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、格子状であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
煙道内に設置され、前記ガス流れの下流側に頂点を持った４角錐の対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前記頂点と頂点を接し、前記ガス流れの下流側に底面が位置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによって構成された格子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ずつ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第１の旋回流誘起板と、
前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第２の旋回流誘起板とを有してなり、
第１の旋回流誘起板と第２の旋回流誘起板とを連結する連結部において前記第１の旋回流誘起板の対向面と第２の旋回流誘起板の対向面とが異なるように各々連結されている旋回流誘起部材であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記噴霧ノズルの近傍に前記煙道の内壁に沿って保護壁を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項１】
ボイラからの排ガス中に含まれる窒素酸化物、水銀を除去する排ガス処理装置であって、
前記ボイラの下流の煙道内に、気化した際に酸化性ガスと還元性ガスとを生成する液体状の還元酸化助剤を噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給手段と、
前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元性ガスで還元すると共に、前記酸化性ガス共存下で水銀を酸化する脱硝触媒を有する還元脱硝手段と、
該還元脱硝手段において酸化された水銀をアルカリ吸収液を用いて除去する湿式脱硫手段と、
前記噴霧ノズルよりも上流側に設けられ、排ガスのガス流れに乱れを与える混合器とを有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記還元酸化助剤が、塩化アンモニウム溶液であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記噴霧ノズルのノズル孔が、前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けられることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、格子状であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
煙道内に設置され、前記ガス流れの下流側に頂点を持った４角錐の対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前記頂点と頂点を接し、前記ガス流れの下流側に底面が位置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによって構成された格子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ずつ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記混合器が、
前記排ガスの入口側に対向面を有する一対の第１の旋回流誘起板と、
前記排ガスの排出側に対向面を有する一対の第２の旋回流誘起板とを有してなり、
第１の旋回流誘起板と第２の旋回流誘起板とを連結する連結部において前記第１の旋回流誘起板の対向面と第２の旋回流誘起板の対向面とが異なるように各々連結されている旋回流誘起部材であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記噴霧ノズルの近傍に前記煙道の内壁に沿って保護壁を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１３１６（Ｐ２０１２−１１３１６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５０５１２（Ｐ２０１０−１５０５１２）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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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