| 【発明の名称】 |
ボイラ排ガス中の水銀除去方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高島 竜平
【住所又は居所】長崎市深堀町五丁目７１７番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内
【氏名】岡元 章泰
【住所又は居所】長崎市深堀町五丁目７１７番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内
【氏名】有賀 健
【住所又は居所】長崎市深堀町五丁目７１７番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内
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| 【要約】 |
【課題】火炉内伝熱面の腐蝕を防止しつつ、石炭含有の水銀に由来する石炭焚きボイラの排ガス中の水銀を、向上した除去率にて除去する方法及び装置の提供。
【解決手段】ボイラ排ガス中の水銀除去方法であって、少なくとも排ガスの脱硫工程若しくは排ガスの集塵工程を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する工程において、ボイラ下流側で、１００〜３５０℃の温度域を保つ排ガス処理経路中に、排ガス中の全塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えない範囲で、塩素化合物を投入することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも排ガスの脱硫工程若しくは排ガスの集塵工程を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する工程において、ボイラ下流側で、１００〜３５０℃の温度域を保つ排ガス処理経路中に、排ガス中の全塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えない範囲で、塩素化合物を投入することを特徴とするボイラ排ガス中の水銀除去方法。
【請求項２】
前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置入り口であることを特徴とする請求項１記載のボイラ排ガス中の水銀除去方法。
【請求項３】
前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置空間であって、前記塩素化合物を湿式脱硫装置の脱硫剤溶液中に溶解して投入することを特徴とする請求項１記載のボイラ排ガス中の水銀除去方法。
【請求項４】
前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの集塵装置入り口であることを特徴とする請求項１記載のボイラ排ガス中の水銀除去方法。
【請求項５】
少なくとも排ガスの脱硫装置若しくは排ガスの集塵装置を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する装置において、ボイラ下流側で、１００〜３００℃の温度域を保つ排ガス処理経路中に接続され、排ガス中の全塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えない範囲で、塩素化合物を投入する塩素化合物投入手段を有することを特徴とするボイラ排ガス中の水銀除去装置。
【請求項６】
前記塩素化合物投入手段が、排ガスの脱硫装置入り口に接続されていることを特徴とする請求項５記載のボイラ排ガス中の水銀除去装置。
【請求項７】
前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置空間であって、前記塩素化合物を湿式脱硫装置の脱硫剤溶液中に溶解して投入することを可能とする塩素化合物投入手段を有することを特徴とする請求項５記載のボイラ排ガス中の水銀除去方法。
【請求項８】
前記塩素化合物投入手段が、排ガスの集塵装置入り口に接続されていることを特徴とする請求項５記載のボイラ排ガス中の水銀除去方法。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚きボイラの排ガスに含まれる水銀を除去する方法及び装置に関する。更に詳しくは、少なくとも排ガスの脱硫工程若しくは排ガスの集塵工程を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する工程において、塩素化合物を用いて排ガス中の水銀を除去する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントなどで、微粉炭を燃焼する石炭焚きボイラに用いる石炭には、各種微量金属が含まれるので、これら金属若しくは金属化合物はボイラ排ガス中にも含まれて排出される。特に、水銀は着目物質の中のひとつで、その排ガス中含有量の０．０１〜０．００１ｐｐｍレベルの濃度が問題視される。
【０００３】
通常このようなボイラ設備では、排ガスの処理装置として、脱硫装置や集塵装置をそなえているので、それにより排ガス中の５〜７割の水銀は除去されるが、３〜５割は排ガス中に含まれて排出してしまう。よって対策が必要である。排ガス中の水銀は遊離の金属水銀として存在するか、一部石炭に本来的に含まれる塩素と化合して水銀塩（塩化水銀）の形で存在するが、前記脱硫装置での水への溶解性や集塵装置でのアッシュへの吸着性は、水銀塩（塩化水銀）の形の方が、格段に大きい。従って、遊離の水銀を塩化水銀へ変化させることが、水銀除去率を高める有効な手段である。
【０００４】
特許文献１では、石炭類をボイラのような燃焼装置で燃焼する際、該石炭類に予め塩素化合物を添加して燃焼させ、次いで該燃焼装置の後流に設置された集塵装置で排ガス中のばい塵を除去、回収する方法を開示している。
【０００５】
この方法は、ボイラ火炉に直接塩素化合物を投入することになるので、一つには、ボイラ火炉壁、過熱器、節炭器など火炉内電熱面の極力腐蝕から防護すべき部位に、高濃度の塩素化合物を触れさせる事になり、ボイラ保守の寿命を短縮する。更に、火炉内における、１４００℃近辺の高温の条件下では、例えば、有利水銀と塩酸とから塩化水銀が生成する平衡反応で、その平衡が生成系の方へほとんど移動せず、有利水銀のほうが、安定な熱的条件となるので、水銀塩の生成条件としては適していない。
【０００６】
【特許文献１】特開平２０００−３２５７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、火炉内伝熱面の腐蝕を防止しつつ、石炭含有の水銀に由来する石炭焚きボイラの排ガス中の水銀を、向上した除去率にて除去する方法及び装置の提供を目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のボイラ排ガス中の水銀除去方法は、少なくとも排ガスの脱硫工程若しくは排ガスの集塵工程を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する工程において、ボイラ下流側で、１００〜３５０℃の温度域を保つ排ガス処理経路中に、排ガス中の全塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えない範囲で、塩素化合物を投入することを特徴とする。
【０００９】
前記したように、高温域で塩素化合物を投入することは、ボイラシステムにおける高度な保守性を必要とする部位に塩素化合物を触れさせることになること、高温域では成果物としたい塩化水銀が、むしろ解離して、遊離の水銀となることから、中温域の１００〜３５０℃の温度域に保たれており、一定の反応時間を保つことができて、生成した塩化水銀が、経路中の排ガスの処理手段で除去可能な場所に投入することとした。
【００１０】
温度域の選択についての下限域の１００℃は、これに満たない低温では、経路中の滞留時間内で、完全な塩素化が進行せず、上限域の３５０℃をこえると、前記したように、反応平衡が不利な方向へ移動すること、しかも腐蝕性が高くなることによる。しかし、好ましくは１００〜３００℃の範囲がよい。
【００１１】
排ガス中の全塩素濃度については、３５０ｐｐｍを越えると、特に腐蝕性が目立ち、装置の保守上からこのましくない。また下限については、特に限定しないが、１０ｐｐｍ未満では、系内の全水銀に対する塩素化反応の反応率が低く満足な除去効果が得られない。ここで全塩素濃度とは、燃料石炭中に含まれて、入る塩素量と系内に添加する塩素量との総和から求められる塩素濃度である。
【００１２】
用いる塩素化合物は、前記温度範囲で水銀と反応性を示すものなら特に限定はないが、塩酸、塩素などの揮発性物質、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、などの金属塩、塩化アンモニュウムなどのアンモニュウム塩、有機アミンの塩酸塩、塩化メチル、クロルベンゼンなどの有機塩化物が例として揚げることができる。
【００１３】
投入する時の形態は、ガス状、水溶液状、微粉状などを、物質によって選択することができる。
【００１４】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去方法は、前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置入り口であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、脱硫装置内で塩化水銀が反応生成するとともに、該塩化水銀は脱硫装置に加えられる脱硫剤中に溶解して、除去される。
【００１６】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去方法は、前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置空間であって、前記塩素化合物を湿式脱硫装置の脱硫剤溶液中に溶解して投入することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去方法は、前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの集塵装置入り口であることを特徴とする。
【００１８】
これにより、集塵装置内で塩化水銀が反応生成するとともに、該塩化水銀は集塵装置内に滞留するフライアッシュに吸着されて、除去される。
【００１９】
更に、本発明の他の側面であるボイラ排ガス中の水銀除去装置は、少なくとも排ガスの脱硫装置若しくは排ガスの集塵装置を有する、石炭焚きボイラの排ガスを処理する装置において、ボイラ下流側で、１００〜３００℃の温度域を保つ排ガス処理経路中に接続され、排ガス中の全塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えない範囲で、塩素化合物を投入する塩素化合物投入手段を有することを特徴とする。
【００２０】
塩素化合物投入手段は投入物質の形態によるが、例えば水溶液として添加する場合、予め調整した塩化物水溶液を保留する塩化物タンク、該タンクより前記経路に定量的に圧入可能なポンプを備え、その圧入口を投入箇所に配管で接続された塩素化合物投入手段であることができる。また、ガス状の場合は、投入物質の装填されたガスボンベ、流量を調節できる弁を備え、その圧入口を投入箇所に配管で接続された塩素化合物投入手段であることができる。更に、系内の全塩素濃度を検出して、その値により、流量を制御可能な制御装置を備えても良い。
【００２１】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去装置は、前記塩素化合物投入手段が、排ガスの脱硫装置入り口に接続されていることを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去装置は、前記塩素化合物を投入する排ガス処理経路が、排ガスの脱硫装置空間であって、前記塩素化合物を湿式脱硫装置の脱硫剤溶液中に溶解して投入することを可能とする塩素化合物投入手段を有することを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明のボイラ排ガス中の水銀除去装置は、前記塩素化合物投入手段が、排ガスの集塵装置入り口に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の効果は、以下のようにまとめることができる。
（１）適切な温度域を選んで塩素化合物を投入するようにしたため、遊離水銀から塩化銀の生成の平衡反応において、塩化水銀の生成系の側へ平衡が移動し、遊離水銀として残存しない。生成反応率が高い。加えて火炉中の伝熱面の腐蝕問題をさけることができる。
（２）更に、塩素化合物の濃度範囲を適切に選んだため、塩化銀の生成反応率が高く、同時に腐蝕トラブルを低く押さえることができる。
（３）前記構成と合わせて、脱塵工程（装置）、脱硫工程（装置）が塩化水銀の除去工程を果たし、全体として水銀除去率の向上した方法及び装置を提供している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の水銀除去工程の第一の実施例を示すプロセスフローシートである。
【００２７】
図１において、ボイラ１は石炭を例えば微粉状で供給して、燃焼させるボイラであり燃焼ガスは、不図示の火炉水管、過熱器、節炭器などの伝熱面を過熱したあと排ガスとなって、排ガス処理経路に排出され、脱硫装置４で硫黄分が脱硫剤５によって除去され、エアヒータ７でボイラ１用の燃焼用空気をおよそ余熱し、集塵装置８で排ガス中のフライアッシュが除去された後、煙突９によって大気中に放出される。
【００２８】
実施例１の装置では、本発明に関わる塩素化合物投入手段２が、脱硫装置４の上流側入口付近に配管にて接続されている。塩素化合物投入手段２は、不図示の塩酸水溶液タンクと定量圧送ポンプを備え、該ポンプのサクション側は塩酸水溶液タンクの塩酸水溶液出口へ、デリベリ側は脱硫装置４の上流側入口付近に配管接続されている。実施例１の場合、塩素化合物３は塩酸（水溶液）である。塩酸水溶液は予め既定濃度に調整されてタンクに仕込まれ、塩酸水溶液は前記構成の塩素化合物投入手段２によって、脱硫装置内に定量供給される。脱硫装置内の平均排ガス温度は３００〜３５０℃である。本例の場合、脱硫装置の出口にて、適時にサンプリングし、全塩素濃度を検出し、その値によって、供給量を調節し、１５０ｐｐｍ前後とする。
【００２９】
塩化水銀はほとんどが、脱硫装置内で脱硫剤中の水に溶解して、除去されるが、その後の排ガス中に残存する塩化水銀は集塵装置のフライアッシュに吸着されて除去され、煙突から排出する排出ガス中の水銀濃度は検出限界以下である。また排ガス処理装置内での顕著な腐蝕現象は見出せなかった。
【実施例２】
【００３０】
図２は本発明の水銀除去工程の第二の実施例を示すプロセスフローシートである。
【００３１】
図２において、ボイラ１は石炭を例えば微粉状で供給して、燃焼させるボイラであり燃焼ガスは、不図示の火炉水管、過熱器、節炭器などの伝熱面を過熱したあと排ガスとなって、排ガス処理経路に排出され、脱硫装置４で硫黄分が脱硫剤５によって除去され、エアヒータ７でボイラ１用の燃焼用空気をおよそ余熱し、集塵装置８で排ガス中のフライアッシュが除去された後、煙突９によって大気中に放出される。
【００３２】
実施例２の装置では、本発明に関わる塩素化合物投入手段２が、脱硫装置４に接続されている不図示の攪拌器を備えた脱硫剤タンクに配管にて接続されている。塩素化合物投入手段２は、不図示の塩化アンモニュウム水溶液タンクと定量圧送ポンプを備え、該ポンプのサクション側は塩化アンモニュウム水溶液タンクの塩化アンモニュウム水溶液タンク出口へ、デリベリ側は脱硫タンク上部に配管接続されている。実施例２の場合、塩素化合物３は塩化アンモニュウム水溶液である。塩化アンモニュウム水溶液は予め既定濃度に調整されてタンクに仕込まれ、塩化アンモニュウム水溶液は前記構成の塩素化合物投入手段２によって、脱硫剤タンク内に定量供給される。そこで攪拌機によって脱硫剤に均一に混合される。混合された塩化アンモニュウムは脱硫剤とともに脱硫装置４内に導入されて、水銀を塩素化する。脱硫装置内の平均排ガス温度は３００〜３５０℃である。本例の場合、脱硫装置の出口にて、適時にサンプリングし、全塩素濃度を検出し、その値によって、塩化アンモニュウムの供給量を調節し、２００ｐｐｍ前後とする。
【００３３】
塩化水銀はほとんどが、脱硫装置内で脱硫剤中の水に溶解して、除去されるが、その後の排ガス中に残存する塩化水銀は集塵装置のフライアッシュに吸着されて除去され、煙突から排出する排出ガス中の水銀濃度は検出限界以下である。また排ガス処理装置内での顕著な腐蝕現象は見出せなかった。
【実施例３】
【００３４】
図３は本発明の水銀除去工程の第三の実施例を示すプロセスフローシートである。
【００３５】
図３において、ボイラ１は石炭を例えば微粉状で供給して、燃焼させるボイラであり燃焼ガスは、不図示の火炉水管、過熱器、節炭器などの伝熱面を過熱したあと排ガスとなって、排ガス処理経路に排出され、脱硫装置４で硫黄分が脱硫剤５によって除去され、エアヒータ７でボイラ１用の燃焼用空気をおよそ余熱し、集塵装置８で排ガス中のフライアッシュが除去された後、煙突９によって大気中に放出される。
【００３６】
実施例３の装置では、本発明に関わる塩素化合物投入手段２が、集塵装置８の上流側入口付近に配管にて接続されている。塩素化合物投入手段２は、不図示の空気で希釈された希塩酸ガスボンベと流量を調節できる弁を備え、該弁を経由してボンベが集塵器上流側入口に接続された構成となっている。実施例３の場合、塩素化合物３は希釈された塩酸ガスである。塩酸ガスは予め既定濃度に希釈されボンベに充填され、希塩酸ガスは前記構成の塩素化合物投入手段２によって、集塵装置８内に定量供給される。集塵装置内の平均排ガス温度は１７０〜１５０℃である。本例の場合、集塵装置の出口にて、適時にサンプリングし、全塩素濃度を検出し、その値によって、供給量を調節し、１００ｐｐｍ前後とする。
【００３７】
塩化水銀は集塵装置のフライアッシュに吸着されて除去され、煙突から排出する排出ガス中の水銀濃度は検出限界以下である。また排ガス処理装置内での顕著な腐蝕現象は見出せなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により火炉内伝熱面の腐蝕を防止しつつ、石炭含有の水銀に由来する石炭焚きボイラの排ガス中の水銀を、向上した除去率にて除去することが可能となり、大気汚染を防止して、発電などを行うことができ、埋蔵エネルギ源の有効な利用と電気エネルギなどを、環境を害することなく供給することを可能とし、産業上の寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の水銀除去工程の第一の実施例を示すプロセスフローシートである。
【図２】本発明の水銀除去工程の第二の実施例を示すプロセスフローシートである。
【図３】本発明の水銀除去工程の第三の実施例を示すプロセスフローシートである。
【符号の説明】
【００４０】
１ ボイラ
２ 塩素化合物投入手段
３ 塩素化合物
４ 脱硫装置
５ 脱硫剤
７ エアヒータ
８ 集塵装置
９ 煙突
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都港区港南二丁目１６番５号
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| 【出願日】 |
平成１５年１０月２４日（２００３．１０．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３０２４
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 昌久
【識別番号】１００１０３９８６
【弁理士】
【氏名又は名称】花田 久丸
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| 【公開番号】 |
特開２００５−１２５２６１（Ｐ２００５−１２５２６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年５月１９日（２００５．５．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２００３−３６５３２４（Ｐ２００３−３６５３２４） |
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