(57)【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塩化アンモニウムを複数の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、を有し、
前記噴霧ノズルが、ガス流速１５ｍ／ｓ、液滴初速３００ｍ／ｓ、液滴径４０ｎｍ以上８０μｍ以下、排ガス温度３５０℃、及び液滴温度２０℃の条件下における液滴気化に要する距離Ｌ、及び噴射角度αに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離ｘが、下記式（１）を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理装置。
ｘ＞Ｌ×ｓｉｎα・・・（１）
【請求項２】
請求項１において、
前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側に、前記塩化アンモニウムが気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記排ガスと混合させるのを促進する混合手段を有す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の何れか一つにおいて、
複数の噴霧ノズルのノズル孔が、下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガス処理装置。
ａ≦ｂ／５・・・（２）
但し、ａは噴霧ノズルのノズル間距離であり、ｂは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つにおいて、
前記噴霧ノズルが、前記塩化アンモニウムを噴霧するノズル孔を複数有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ノズル孔同士の間隔が、０．３ｍ以下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の何れか一つにおいて、
各々の前記噴霧ノズルからの噴霧量が変更可能であることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つにおいて、
前記還元酸化助剤供給手段と前記還元脱硝手段との間に設けられ、前記煙道中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部、前記煙道内に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給部の何れか一方又は両方を有することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項９】
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の水銀除去方法であって、
前記ボイラ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塩化アンモニウムを複数の噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給工程と、
脱硝触媒で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還元脱硝処理工程と、
該還元脱硝処理工程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工程と、を有し、
前記噴霧ノズルをガス流速１５ｍ／ｓ、液滴初速３００ｍ／ｓ、液滴径４０ｎｍ以上８０μｍ以下、排ガス温度３５０℃、及び液滴温度２０℃の条件下における液滴気化に要する距離Ｌ、及び噴射角度αとに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離ｘが、下記式（３）を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
ｘ＞Ｌ×ｓｉｎα・・・（３）
【請求項１０】
請求項９において、
前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側において、混合手段で前記塩化アンモニウムが気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスと前記排ガスとの混合を促進することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、
前記噴霧ノズルのノズル孔を前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けることを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１の何れか一つにおいて、
複数の噴霧ノズルのノズル孔を下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
ａ≦ｂ／５・・・（４）
但し、ａは噴霧ノズルのノズル間距離であり、ｂは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
【請求項１３】
請求項９乃至１２の何れか一つにおいて、
前記塩化アンモニウムを供給する供給位置よりも上流側に、前記排ガスの流速を測定する流量測定工程を有し、
測定された前記排ガスの流速に基づいて前記塩化アンモニウムの噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３の何れか一つにおいて、
前記還元脱硝処理工程の前工程側に、前記排ガス中の窒素酸化物の濃度を測定する窒素酸化物濃度測定工程と、
前記還元脱硝処理工程の後工程側に、前記排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定工程とを含み、
前記窒素酸化物濃度測定工程により得られた前記排ガス中の窒素酸化物の濃度と、前記水銀濃度測定工程により得られた前記排ガス中の水銀の濃度との何れか一方又は両方に基づいて、前記還元酸化助剤供給工程において供給する前記塩化アンモニウムの供給量を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４において、
前記還元酸化助剤供給工程と前記還元脱硝処理工程との間に、前記煙道中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給工程、前記煙道中に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給工程の何れか一方又は両方を含み、
前記流量測定工程により測定された前記排ガスの流速に基づいて前記アンモニアガス供給工程より供給する前記アンモニアガス、前記塩化水素ガス供給工程より供給する前記塩化水素ガスの何れか一方又は両方の噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
【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及び排ガスの水銀除去方法に関する。
【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）溶液を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】
ボイラから排出される排ガスの排ガス処理システムの概略図を図２９に示す。図２９に示すように、排ガス処理システム１００は、燃料として石炭を供給するボイラ１０１から排出されたＮＯｘ、Ｈｇ0を含有する排ガス１０２にＮＨ4Ｃｌ溶液１０３を煙道１０４内に噴霧するＮＨ4Ｃｌ噴霧装置１０５と、ＮＯｘを還元すると共に、Ｈｇ0を酸化する脱硝触媒を備える還元脱硝装置１０６と、排ガス１０２中の酸化されたＨｇＣｌを除去する脱硫装置１０７とを有する。ボイラ１０１から排出された排ガス１０２中にＮＨ4Ｃｌ溶液タンク１０８よりＮＨ4Ｃｌ溶液１０３を噴霧ノズル１０９により噴霧し、ＮＨ4Ｃｌ溶液１０３が気化し、ＮＨ3ガス、ＨＣｌガスを排ガス１０２に混合する。その後、排ガス１０２は還元脱硝装置１０６に供給され、還元脱硝装置１０６内の脱硝触媒によりＮＯｘの還元を行なうと共に、Ｈｇ0を酸化する。その後、ＮＯｘ除去後の排ガス１０２は空気予熱器（エアヒータ）１１０で空気１１１と熱交換され、熱回収された後、電気集塵器１１２に供給され、熱回収後の排ガス１０２中の煤塵が除去される。排ガス１０２は脱硫装置１０７に供給され、脱硫装置１０７に供給される石膏石スラリー１１３と気液接触させ、ＳＯｘ、Ｈｇが除去され、浄化ガス１１４として煙突１１５より外部に排出される。
【００１０】
また、煙道１０４内の還元脱硝装置１０６の前流側に設置されたＮＯｘ測定計１１６により排ガス１０２中のＮＯｘ濃度を測定し、脱硫装置１０７の後流側に設置されたＨｇ濃度計１１７によりＨｇの濃度を測定する。測定されたＮＯｘ濃度、Ｈｇ濃度の測定値に基づいて、ＮＨ4Ｃｌ溶液タンク１０８より供給するＮＨ4Ｃｌ溶液１０３の供給量、濃度を演算部１１８により算出する。算出されたＮＨ4Ｃｌ溶液１０３の供給量、濃度に基づいて、制御手段１１９により煙道１０４内に供給されるＮＨ4Ｃｌ溶液１０３の供給量を制御する。
【００１１】
また、脱硫装置１０７の塔底部に設置された酸化還元電位測定装置１２０により酸化還元電位を測定し、空気１２１の供給量を調整し、酸化水銀の還元防止と、放散防止を行なっている。
【００１２】
このように、排ガス１０２中にＮＨ4Ｃｌ溶液１０３を供給することで、排ガス１０２中のＮＯｘを除去すると共に、Ｈｇを酸化することができる。
【００１３】
ここで、図２９に示す排ガス処理システム１００では、図３０に示すように、噴霧ノズル１０９が例えば煙道１０４の壁面に沿って複数設けられており、噴霧ノズル本数は設置コストやメンテナンス性を考慮すると少ない方が望ましいが、少なすぎると煙道１０４内にＮＨ4Ｃｌ溶液１０３を均一に噴霧することはできない。そのため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１０３から生じるＮＨ3、ＨＣｌが排ガス１０２中に均一に供給することはできず、排ガス１０２中のＮＨ3濃度、ＨＣｌ濃度が不均一となり、脱硝性能および水銀酸化性能が低下する、という問題がある。
【００１４】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１０３が気化する前に煙道１０４の壁面に付着した場合、煙道１０４の腐食、灰の堆積、ヒートショックによる破損などを生じる虞がある、という問題がある。
【００１５】
本発明は、前記問題に鑑み、還元剤、水銀塩素化剤を濃度ムラ無く均一に煙道内に供給し、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及び排ガスの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】
【００１６】
上述した課題を解決するため、下記構成とすることができる。
１）  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塩化アンモニウムを複数の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、を有し、前記噴霧ノズルが、ガス流速１５ｍ／ｓ、液滴初速３００ｍ／ｓ、液滴径４０ｎｍ以上８０μｍ以下、排ガス温度３５０℃、及び液滴温度２０℃の条件下における液滴気化に要する距離Ｌ、及び噴射角度αに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離ｘが、下記式（１）を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガス処理装置にある。
ｘ＞Ｌ×ｓｉｎα・・・（１）
【００１７】
２）  第２の発明は、第１の発明において、前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側に、前記塩化アンモニウムが気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記排ガスと混合させるのを促進する混合手段を有することを特徴とする排ガス処理装置。
【００１９】
３）  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。
【００２０】
４）  第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、複数の噴霧ノズルのノズル孔が、下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガス処理装置にある。
ａ≦ｂ／５・・・（２）
但し、ａは噴霧ノズルのノズル間距離であり、ｂは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
【００２１】
５）  第５の発明は、第１乃至４の何れか一つの発明において、前記噴霧ノズルが、前記塩化アンモニウムを噴霧するノズル孔を複数有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００２２】
６）  第６の発明は、第５の発明において、前記ノズル孔同士の間隔が、０．３ｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００２３】
７）  第７の発明は、第１乃至６の何れか一つの発明において、各々の前記噴霧ノズルからの噴霧量が変更可能であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００２４】
８）  第８の発明は、第１乃至７の何れか一つの発明において、前記還元酸化助剤供給手段と前記還元脱硝手段との間に設けられ、前記煙道中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部、前記煙道内に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給部の何れか一方又は両方を有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【００２５】
９）  第９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の水銀除去方法であって、前記ボイラ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塩化アンモニウムを複数の噴霧ノズルにより液体状で噴霧する還元酸化助剤供給工程と、脱硝触媒で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還元脱硝処理工程と、該還元脱硝処理工程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工程と、を有し、前記噴霧ノズルをガス流速１５ｍ／ｓ、液滴初速３００ｍ／ｓ、液滴径４０ｎｍ以上８０μｍ以下、排ガス温度３５０℃、及び液滴温度２０℃の条件下における液滴気化に要する距離Ｌ、及び噴射角度αとに基づいて求められる前記噴霧ノズルのノズル孔と前記煙道の内壁との最短距離ｘが、下記式（３）を満たすように配置され、前記塩化アンモニウムを前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することを特徴とする排ガスの水銀除去方法。
ｘ＞Ｌ×ｓｉｎα・・・（３）
【００２６】
１０）  第１０の発明は、第９の発明において、前記塩化アンモニウムが気化する領域よりも後流側において、混合手段で前記塩化アンモニウムが気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスと前記排ガスとの混合を促進することを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
【００２８】
１１）  第１１の発明は、第９又は１０の発明において、前記噴霧ノズルのノズル孔を前記煙道の壁面から０．５ｍ以上離した位置に設けることを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
【００２９】
１２）  第１２の発明は、第９乃至１１の何れか一つの発明において、複数の噴霧ノズルのノズル孔を下記式を満たすように配置することを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
ａ≦ｂ／５・・・（４）
但し、ａは噴霧ノズルのノズル間距離であり、ｂは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
【００３０】
１３）  第１３の発明は、第９乃至１２の何れか一つの発明において、前記塩化アンモニウムを供給する供給位置よりも上流側に、前記排ガスの流速を測定する流量測定工程を有し、測定された前記排ガスの流速に基づいて前記塩化アンモニウムの噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
【００３１】
１４）  第１４の発明は、第９乃至１３の何れか一つの発明において、前記還元脱硝処理工程の前工程側に、前記排ガス中の窒素酸化物の濃度を測定する窒素酸化物濃度測定工程と、前記還元脱硝処理工程の後工程側に、前記排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定工程とを含み、前記窒素酸化物濃度測定工程により得られた前記排ガス中の窒素酸化物の濃度と、前記水銀濃度測定工程により得られた前記排ガス中の水銀の濃度との何れか一方又は両方に基づいて、前記還元酸化助剤供給工程において供給する前記塩化アンモニウムの供給量を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
【００３２】
１５）  第１５の発明は、第１３又は１４の発明において、前記還元酸化助剤供給工程と前記還元脱硝処理工程との間に、前記煙道中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給工程、前記煙道中に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給工程の何れか一方又は両方を含み、前記流量測定工程により測定された前記排ガスの流速に基づいて前記アンモニアガス供給工程より供給する前記アンモニアガス、前記塩化水素ガス供給工程より供給する前記塩化水素ガスの何れか一方又は両方の噴霧量、噴霧角度、及び初速度を調整することを特徴とする排ガスの水銀除去方法にある。
【００３３】
更に上述の課題を解決するため、更に下記構成を採用することもできる。
【００３４】
１８）  即ち、前記還元酸化助剤が気化する領域よりも後流側に、前記還元酸化助剤が気化した際に生成される前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記排ガスと混合させるのを促進する混合手段を設けるようにしてもよい。
【００３５】
１９）  前記混合手段を前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも前記煙道内の１ｍ以上１０ｍ以下後流側に設けるようにしてもよい。
【００３６】
２０）  前記混合手段が、前記排ガスに旋回流を生じさせる旋回流誘起部材を前記排ガスの流れ方向と直交するように複数配置されたユニットで形成するようにしてもよい。
【００３７】
２１）  前記混合手段が、前記ユニットを前記排ガスの流れ方向に複数段設けられてなるようにしてもよい。
【００３８】
２２）  前記旋回流誘起部材が、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、前記第１の旋回流誘起板と前記第２の旋回流誘起板とを連結する連結部において両方の対向面が異なるように各々連結されるようにしてもよい。
【００３９】
２３）  前記旋回流誘起部材の幅Ｌ、高さＤが、下記式の範囲内となるようにしてもよい。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（５）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)  ・・・（６）
但し、Ｂは設置位置における煙道の断面の一方の辺の長さであり、Ｈは煙道の断面の他方の辺の長さであり、ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)は煙道の断面の一方の辺の長さＢ、煙道の断面の他方の辺の長さＨのうちの何れか短辺側の長さの値である。
【００４０】
２４）  前記煙道が前記煙道内に前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも後流側の前記煙道の内壁に突状部材を設けるようにしてもよい。
【００４１】
２５）  前記煙道が前記煙道内に前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも後流側に前記煙道内の通路を狭くするくびれ部を設けるようにしてもよい。
【００４２】
２６）  前記還元脱硝手段の上流側に設けられるガイドベーンに、気化した前記還元性ガス、前記酸化性ガスの前記排ガスへの混合を促進する混合促進補助部材を設けるようにしてもよい。
【００４３】
２７）  前記噴霧ノズルが、前記還元酸化助剤と、前記還元酸化助剤の噴霧用の空気とを噴射させる二流体ノズルとしてもよい。
【００４４】
２８）  前記還元酸化助剤を供給する供給位置よりも上流側に、前記排ガスの流速を測定する流量測定装置を設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４５】
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複数の噴霧ノズルより液体状で噴霧し、前記噴霧ノズルが前記還元酸化助剤を前記煙道の内壁に付着しないように前記煙道内に供給することで、還元酸化助剤が気化した際に発生する酸化性ガス及び還元性ガスを濃度ムラ無く均一に煙道内に供給することができる。このため、還元脱硝装置における水銀の酸化性能を向上させることができると共に、窒素酸化物の還元性能を向上することができる。
また、前記還元酸化助剤が気化する前に前記煙道の壁面に付着するのを防止することができるため、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】
【００４６】
【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、噴霧ノズルから噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液の煙道に対する噴射角度を説明する図である。
【図３】図３は、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、脱硝装置の構成を具体的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。
【図７】図７は、噴霧ノズルの構成を簡略に示す図である。
【図８】図８は、噴霧ノズルの部分拡大図である。
【図９】図９は、本発明の実施例４に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明による実施例５に係る第五の排ガス処理装置の構成を簡略に示す概念図である。
【図１１】図１１は、混合器の一例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図である。
【図１３】図１３は、旋回流誘起部材の正面図である。
【図１４】図１４は、旋回流誘起部材の斜視図である。
【図１５】図１５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１６】図１６は、図１４の部分拡大図である。
【図１７】図１７は、混合器を煙道内に設置していない場合の排ガス中のＮＨ3の濃度分布の一例を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、混合器を煙道内に設置した場合の排ガス中のＮＨ3の濃度分布の一例を模式的に示す図である。
【図１９】図１９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２０】図２０は、本発明の実施例６に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た時の図である。
【図２１】図２１は、煙道の長辺方向から見た時の図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例７に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た時の図である。
【図２３】図２３は、煙道の長辺方向から見た図である。
【図２４】図２４は、煙道の短辺方向から見た時の図である。
【図２５】図２５は、煙道の長辺方向から見た時の図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施例８に係る排ガス処理装置の一部を示す図である。
【図２７】図２７は、図２４中の一部の部分拡大斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例９に係る排ガス処理装置の構成を簡略に示す図である。
【図２９】図２９は、ボイラの排ガス処理システムの概略図を示す図である。
【図３０】図３０は、煙道の排ガスの流れ方向から見た時の噴霧ノズルの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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】
【００４８】
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１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０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、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、を有するものである。
【００４９】
なお、本実施例に係る排ガス処理装置１０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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６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１３ａ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１３ａ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１３ａ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１３ａ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。
【００５３】
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。その一例として、具体的に以下のように決定できる。
【００５４】
即ち、煙道１３内の排ガス１２のガス流速が１５ｍ／ｓ程度、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴初速が３００ｍ／ｓ程度、排ガス１２のガス温度が３５０℃程度、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴温度が２０℃程度である場合、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径に応じて、推定されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が噴霧から蒸発するまでの時間と、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が蒸発するまでの移動距離とは異なる。
ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径と、液滴が噴霧から蒸発するまでの時間と、液滴が蒸発するまでの移動距離との関係の一例を表１に示す。表１中、ｔはＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が噴霧から蒸発するまでの時間を表し、Ｌは液滴が蒸発するまでの移動距離を表す。
【００５５】
【表１】
0005558042.tif 000002
【００５６】
表１に示すように、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程度であると計算される。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程度であると計算される。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程度であると計算される。
【００５７】
次に、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の煙道１３に対する噴射角度を検討する。
図２は、噴霧ノズルから噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液の煙道に対する噴射角度を説明する図である。図２中、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の煙道１３の壁面に対する噴射角度をαとし、煙道１３から噴霧ノズル１５のノズル孔までの距離をｘとする。
図２に示すように、噴霧ノズル１５は、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の煙道１３の壁面に対する噴射角度αに応じて、下記式（１）を満たすように設置することで、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４から噴霧される液滴が煙道１３の壁面に衝突しないようにすることができる。
Ｌ×ｓｉｎα  ＜  ｘ・・・（１）
但し、Ｌは、ＮＨ4Ｃｌ溶液の液滴が蒸発するまでの移動距離を表す。
【００５８】
噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の煙道１３の壁面に対する噴射角度αが、排ガス１２のガス流れ方向に対して１０°程度とした時の煙道１３から噴霧ノズル１５までの距離ｘの一例を表２に示す。
【００５９】
【表２】
0005558042.tif 000003
【００６０】
表２に示すように、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が４０μｍ程度の時、煙道１３から噴霧ノズル１５までの距離ｘは０．１３ｍ程度である。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が６０μｍ程度の時、煙道１３から噴霧ノズル１５までの距離ｘは０．２８ｍ程度である。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が８０μｍ程度の時、煙道１３から噴霧ノズル１５までの距離ｘは０．４７ｍ程度である。
【００６１】
よって、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の煙道１３の壁面に対する噴射角度αが、排ガス１２のガス流れ方向に対して１０°程度である時、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が４０μｍ程度の場合には、噴霧ノズル１５は煙道１３から０．１３ｍ以上離して設置する必要がある。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が６０μｍ程度の場合には、噴霧ノズル１５は煙道１３から０．２８ｍ以上離して設置する必要がある。また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴径が８０μｍ程度の場合には、噴霧ノズル１５は煙道１３から０．４７ｍ以上離して設置する必要がある。
【００６２】
従って、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ようにする。これにより、噴霧ノズル１５の設置位置は、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の液滴温度などに応じて、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１３ａに到達する前に気化するのに十分な距離とすることができる。この結果、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１３ａに付着しないように煙道１３内に供給することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
図３は、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段の構成の一例を示す図である。図３に示すように、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６は、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５を内管とし、空気供給管２７を外管とした二重管構造とし、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５及び空気供給管２７の先端部に噴霧ノズル１５が連結されている。空気供給管２７がＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５を囲うように煙道１３内に挿入することで、空気２６はＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５と空気供給管２７との間を流れるため、煙道１３内の排ガス１２の熱が空気２６によりＮＨ4Ｃｌ溶液１４に伝達されるのを防ぐことができる。よって、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が排ガス１２の熱により加熱されるのを防ぐことができるため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴射される直前まで液体状態を維持することができる。
【００６７】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６は、煙道１３内にＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５及び空気供給管２７を囲うように煙道１３内に挿入された吹込み管３２と、吹込み管３２内に空気３３を供給する空気供給管３４とを有している。また、噴霧ノズル１５は、吹込み管３２の壁面の噴射孔３５に設けられている。
【００６８】
空気３３は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴を更に煙道１３内に分散させるために用いられる。空気３３は空気供給部３６から空気供給管３４を介して吹込み管３２に送給され、吹込み管３２の噴射孔３５と噴霧ノズル１５との隙間３７から噴射される。隙間３７から空気３３を噴射することで、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴を煙道１３内に分散させることができる。また、図１に示すように、空気供給部３６から供給される空気３３の流量はバルブＶ３により調整される。
【００６９】
また、空気３３は、噴霧ノズル１５から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４のＮＨ4Ｃｌが吹込み管３２に付着するのを防止するためと、吹込み管３２内の温度上昇を抑制しＮＨ4Ｃｌ溶液１４の沸騰及び塩化アンモニウム粒子の析出を防止するために用いられる。図３に示すように、吹込み管３２がＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５及び空気供給管２７を囲うように煙道１３内に挿入され、空気３３は吹込み管３２とＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５との間を流れるため、空気３３はＮＨ4Ｃｌ溶液１４の冷却用の空気として働く。このため、煙道１３内の排ガス１２の熱が吹込み管３２の外側からＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５内に伝達されるのを防ぐことができる。よって、吹込み管３２内の温度上昇を防止し、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が加熱されるのを防ぐことで、吹込み管３２内でＮＨ4Ｃｌ溶液１４が沸騰するのを防止することができ、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が噴射される直前まで液体状態を維持することができる。また、噴霧ノズル１５の腐食も防止することができる。
【００７０】
また、吹込み管３２内の温度上昇を防止できるため、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５、空気供給管２７を構成する材料として金属材料を用いることができる。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５、空気供給管２７を構成する材料として、例えば、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５には耐食金属例えばハステロイＣなどのニッケル基耐熱・耐食合金、樹脂ライニング鋼管（低温度部）を例示できる。空気供給管２７には炭素鋼、ステンレス等を例示することができる。
【００７１】
また、噴霧ノズル１５は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴霧用として二流体ノズルを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、通常の液体噴霧用の一流体ノズルを用いてもよい。
【００７２】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５、空気供給管２７は吹込み管３２内に設け、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧ノズル１５から煙道１３内に噴霧するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５内のＮＨ4Ｃｌ溶液１４は空気供給管２７により囲まれているため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４が排ガス１２の熱により加熱されるのを防ぐことができるため、吹込み管３２を用いずに噴霧ノズル１５からＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３内に噴霧するようにしてもよい。
【００７３】
ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５は空気供給管２７内に設けられているが、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給管２５は空気供給管２７内に設けず、空気供給管２７の外側に設けるようにしてもよい。
【００７４】
また、空気２６は空気供給部３１から供給され、空気３３は空気供給部３６から供給され、各々別々の供給源から空気を供給するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、同一の供給源から空気を供給するようにしてもよい。即ち、空気３３は空気供給部３１から供給される空気を用いてもよい。また、空気２６は空気供給部３６から供給される空気を用いてもよい。
【００７５】
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（２）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・・・（２）
【００７６】
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は、吹込み管３２内に設けられ、空気３３がＮＨ4Ｃｌ溶液１４の冷却用として用いられている。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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
また、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の濃度は、例えば液滴の温度が２０℃の場合、２０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下とするのが好ましい。表３は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴の温度と、溶解度、温度との関係を示す。表３に示すように、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の溶解度は液滴の温度に応じておおよそ決まっているためである。
【００８０】
【表３】
0005558042.tif 000004
【００８１】
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。
【００８２】
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１３ａ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。
【００８３】
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。
図４は、脱硝装置の構成を具体的に示す図である。図４に示すように、還元脱硝装置１８は、３つの脱硝触媒層３８−１〜３８−３で構成されている。また、排ガス１２は還元脱硝装置１８を通過する前に整流板３９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。
【００８４】
即ち、還元脱硝装置１８に充填されている脱硝触媒層３８−１〜３８−３の脱硝触媒上でＮＨ3は下記式（３）のようにＮＯｘを還元脱硝し、ＨＣｌは下記式（４）のようにＨｇを水銀酸化する。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2  →  ４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ・・・（３）
Ｈｇ＋１／２Ｏ2＋２ＨＣｌ  →  ＨｇＣｌ2＋Ｈ2Ｏ・・・（４）
【００８５】
また、還元脱硝装置１８は、３つの脱硝触媒層３８−１〜３８−３で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元脱硝装置１８は、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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（５）のような反応を生じる。
ＣａＣＯ3  ＋  ＳＯ2  ＋  ０．５Ｈ2Ｏ  →  ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ  ＋  ＣＯ2  ・・・（５）
【００８９】
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（６）のような反応を生じる。
ＣａＳＯ3・０．５Ｈ2Ｏ  ＋  ０．５Ｏ2  ＋  １．５Ｈ2Ｏ  →  ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ  ・・・（６）
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
＜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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、本実施例に係る排ガス処理装置１０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。
【００９９】
このように、本実施例に係る排ガス処理装置１０によれば、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６が、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１３ａ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】
【０１００】
本発明による実施例２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。
本発明の実施例２に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
図５は、本発明の実施例２に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。なお、実施例１に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１０１】
図５に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、複数の噴霧ノズル１５のノズル孔が、下記式（７）を満たすように煙道１３内に配置してなるものである。
ａ≦ｂ／５・・・（７）
但し、ａは噴霧ノズルのノズル間距離であり、ｂは煙道の断面の長さのうちの長辺側の長さである。
【０１０２】
上記式（７）を満たすように複数の噴霧ノズル１５を煙道１３内に配置することで、噴霧ノズル１５よりＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３の内壁１３ａに付着しないように煙道１３内に供給しつつ、煙道１３内に設置する噴霧ノズル１５の数を従来よりも多くすることができるため、煙道１３内に噴霧ノズル１５を適切に配置することができる。このため、排ガス１２中に噴霧されるＮＨ3、ＨＣｌ量を更に多くすることができるため、排ガス１２中へのＮＨ3ガス、ＨＣｌガスの混合を促進することができる。
【０１０３】
また、複数の噴霧ノズル１５のノズル孔は、好ましくは、下記式（８）を満たすように煙道１３内に配置する。
ａ≦ｂ／１０・・・（８）
【０１０４】
よって、本実施例に係る排ガス処理装置によれば、上記式（７）を満たすように複数の噴霧ノズル１５を煙道１３内に配置することで、排ガス１２中へのＮＨ3ガス、ＨＣｌガスの供給量を増大させると共に、煙道１３内におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度のばらつきを低減することができるため、還元脱硝装置１８におけるＨｇの酸化性能を更に向上させることができると共に、ＮＯｘの還元性能を更に向上することができる。
【実施例３】
【０１０５】
本発明による実施例３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。
本発明の実施例３に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
図６は、本発明の実施例３に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図であり、図７は、噴霧ノズルの構成を簡略に示す図である。なお、実施例１、２に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１０６】
図６、７に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、噴霧ノズル６１が、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧するノズル孔１５ａを四つ設けるようにしたものである。噴霧ノズル６１のノズル孔１５ａを増加させることで、１本の噴霧ノズル６１から煙道１３内に噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の量を増加させることができるため、排ガス１２にＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合を更に促進することができる。このため、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を更に向上させることができる。
【０１０７】
また、ノズル孔１５ａ同士の間隔ｃは、０．３ｍ以下であるのが好ましい。液滴が４０μｍ程度と仮定した場合、表２より液滴の水平方向の移動距離は０．１３ｍとなる。液滴は蒸発、昇華した後はガス流れ方向に流れるため、濃度分布の均一化のためには、蒸発・昇華までに２つのノズル孔１５ａから噴霧された液滴が重なるのが望ましい。噴霧ノズル６１の部分拡大図を図８に示す。図８に示すように、２つのノズル孔１５ａから出る液滴が蒸発までに水平方向に進む間隔の和が、０．２６ｍ（＝０．１３×２）である。そのため、ノズル孔１５ａ同士の間隔ｃは０．３ｍ以下とすることで２つのノズル孔１５ａから噴出される液滴を重ねることができるためである。また、現実的に用いられる液滴径は、制御性、装置寸法の関係から液滴が４０μｍ以上８０μｍ以下のものを採用する場合が多く、その液滴径の下限値として４０μｍ程度の場合、ノズル孔１５ａ同士の間隔ｃは０．３ｍ以下とすることで２つのノズル孔１５ａから噴霧された液滴同士を重ねることができる。
【０１０８】
また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、各々の噴霧ノズル６１はノズル孔１５ａを四つ設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２、３、又は５つ以上設けるようにしてもよい。
【実施例４】
【０１０９】
本発明による実施例４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。
本発明の実施例４に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道における噴射ノズルの構成を示す図のみを用いて説明する。
本発明の実施例４に係る排ガス処理装置は、噴霧ノズル１５が煙道１３内に２４本設けられる場合、各々の噴霧ノズル１５−１１〜１５−２４からの噴霧量を変更可能としたものである。
図９は、本発明の実施例４に係る排ガス処理装置の煙道を排ガスの流れ方向から見た時の断面を示す図である。なお、実施例１乃至３に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１１０】
図９に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置では、煙道１３の短辺側に設けられる噴霧ノズル１５−１、１５−１１〜１５−１３、１５−２３、１５−２４の噴霧量が、煙道１３の長辺側に設けられる噴霧ノズル１５−２〜１５−１０、１５−１４〜１５−２２の噴霧量より多くしたものである。
例えば、噴霧ノズル１５−２〜１５−１０、１５−１４〜１５−２２の噴霧量を１としたとき、噴霧ノズル１５−１、１５−１１〜１５−１３、１５−２３、１５−２４の噴霧量は１．５とする。
【０１１１】
煙道１３の短辺側に設けられる噴霧ノズル１５−１、１５−１１〜１５−１３、１５−２３、１５−２４から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴霧量を煙道１３の長辺側に設けられる噴霧ノズル１５−２〜１５−１０、１５−１４〜１５−２２から噴霧されるＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴霧量よりも多くすることで、煙道１３の端部にまで効率良くＮＨ4Ｃｌ溶液１４を噴霧することができる。このため、煙道１３の端部近傍を流れる排ガス１２にまでＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを供給することができ、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を更に向上させることができる。
【０１１２】
また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道１３の長辺側に設けられる噴霧ノズル１５−２〜１５−１０、１５−１４〜１５−２２の噴霧量を１とした時、煙道１３の短辺側に設けられる噴霧ノズル１５−１、１５−１１〜１５−１３、１５−２３、１５−２４の噴霧量は１．５としたが、本発明はこれに限定されるものではない。煙道１３の短辺側に設けられる噴霧ノズルと、煙道１３の長辺側に設けられる噴霧ノズルとの比は、排ガス１２中のＮＯｘ濃度、Ｈｇ濃度、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴霧量などに応じて適宜調整する。
【０１１３】
本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道１３内に２４本の噴霧ノズル１５−１１〜１５−２４を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、煙道１３内の設置面積等に応じて噴霧ノズルを複数本設けるようにしてもよい。
【実施例５】
【０１１４】
本発明による実施例５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１０は、本発明による実施例５に係る排ガス処理装置の構成を簡略に示す概念図である。
尚、本実施例に係る排ガス処理装置は、図１に示す実施例１に係る排ガス処理装置１０の構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図１０に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置７０は、前記図１に示した実施例１に係る排ガス処理装置１０の煙道１３のＮＨ4Ｃｌが気化する領域よりも後流側に設けられ、ＮＨ4Ｃｌが気化した際に生成される酸化性ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス及び還元性ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスを排ガス１２と混合させるのを促進する混合器（混合手段）７１を有するものである。
【０１１５】
排ガス１２は、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６より噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴から生じたＨＣｌガス、ＮＨ3ガスを含んだ後、混合器７１に送給される。混合器７１で排ガス１２を攪拌することで、排ガス１２にＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの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。
【０１１６】
本実施例の混合器７１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後流側に設けられる。一般的なプラント運転条件においては、混合器７１は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも１ｍ以上後流側に設けるのが好ましい。これは、現実的なプラント運転条件においては、混合器７１がＮＨ4Ｃｌ溶液１４の供給位置より１ｍより小さいと、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化する前に混合器７１と接触してしまうケースが多いためである。よって、混合器７１をＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも１ｍ以上後流側に設けることで、排ガス１２へのＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合を更に促進させることができる。また、混合器１７は現実的な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。
【０１１７】
また、混合器７１の構成を図１１〜図１４に示す。図１１は、混合器の一例を示す平面図であり、図１２は、混合器を構成する旋回流誘起部材の平面図であり、図１３は、旋回流誘起部材の正面図であり、図１４は、旋回流誘起部材の斜視図である。
尚、図１１〜図１４中、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１１に示すように、本実施例の混合器７１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１２〜図１４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。
【０１１８】
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４５が設けられ、第２の旋回流誘起板７４には上部支持板４６が設けられている。下部支持板４５、上部支持板４６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。
【０１１９】
図１４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４２ａ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４３ａ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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、本実施例においては、混合器７１は、図１１に示すように、旋回流誘起部材４１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。
【０１２２】
また、本実施例においては、混合器７１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７１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。
【０１２３】
図１５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１６は、図１５の部分拡大図である。
なお、図１５、１６中には、図１０同様、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１５、１６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、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。
【０１２４】
また、混合器７１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後流側に設けられているため、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化する前に混合器７１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１１中の灰の堆積などを防止することができる。
【０１２５】
図１７、１８は、図４におけるＡ−Ａ断面図であり、図１７は、混合器を煙道内に設置していない場合の排ガス中のＮＨ3ガスの濃度分布の一例を模式的に示す図である。図１８は、混合器を煙道内に設置した場合の排ガス中のＮＨ3ガスの濃度分布の一例を模式的に示す図である。
【０１２６】
図１７、１８に示すように、混合器７１を設置していない場合の方が還元脱硝装置１８に流入する直前の排ガス１２中のＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきは、煙道１３内に混合器７１を設置している場合に比べ還元脱硝装置１８に流入する直前の排ガス１２中のＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきよりも大きくなっている。
【０１２７】
よって、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後流側に混合器７１を設けることで、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。
【０１２８】
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後流側に混合器７１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。
【０１２９】
また、図１１〜図１４に示すように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、下記式（９）、（１０）の範囲内であることが好ましい。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（９）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)  ・・・（１０）
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。
【０１３０】
旋回流誘起部材７２を上記式（９）、（１０）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１９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１９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（１１）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（１２）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≧２・・・（１１）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)×Ｄ/Ｌ2≦５・・・（１２）
【０１３１】
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（１１）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（１２）を満たす必要がある。
【０１３２】
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（９）、下記式（１３）を満たす必要がある。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｌ≦ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（９）
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ・・・（１３）
【０１３３】
上記式（１１）、（１２）より、Ｄは下記式（１４）のように表せる。
２Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)≦Ｄ≦５Ｌ2／ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１４）
【０１３４】
上記式（１４）に上記式（９）を代入すると、Ｄは下記式（１５）のように表せる。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／５０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)・・・（１５）
【０１３５】
そして、上記式（１５）に上記式（１３）を考慮すると、Ｄは上記式（１０）のように表される。
ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)／１０≦Ｄ≦５×ＭＩＮ(Ｂ、Ｈ)  ・・・（１０）
【０１３６】
このように、旋回流誘起部材７２の幅Ｌ、高さＤが、上記式（９）、（１０）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ＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進させることができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
従って、本実施例に係る排ガス処理装置７０によれば、混合器７１として煙道１３の断面方向に旋回流誘起部材７２を複数設けることで、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。
【実施例６】
【０１３９】
本発明による実施例６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。
本発明の実施例６に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０、図１０に示す本発明の実施例５に係る排ガス処理装置７０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図２０は、本発明の実施例６に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た図であり、図２１は、煙道の長辺方向から見た図である。なお、実施例１乃至５に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１４０】
図２０、２１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、煙道１３が煙道１３内にＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも後流側で、かつＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化している領域の煙道１３の内壁１３ａに突状部材８１を設けてなるものである。突状部材８１を煙道１３の内壁１３ａに設けることで、排ガス１２が流通可能な煙道１３の開口幅が小さくなるため、煙道１３の壁面近傍に排ガス１２のガス流れによる渦を生成することができる。このため、煙道１３の壁面近傍を流れる排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合を促進することができ、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を向上させることができる。
【０１４１】
また、突状部材８１の設置位置は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が突状部材８１と衝突しないようするため、噴霧ノズル１５から噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化した後の領域に設けるようにするのが好ましく、特に噴霧ノズル１５から１ｍ以上後流側の離れた位置に設置するのが好ましい。
【０１４２】
また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、突状部材８１の形状を板状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、箱型、三角形状など他の形状としてもよい。
【実施例７】
【０１４３】
本発明による実施例７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。
本発明の実施例７に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０、図９に示す本発明の実施例５に係る排ガス処理装置７０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図２２は、本発明の実施例７に係る排ガス処理装置の煙道の短辺方向から見た図であり、図２３は、煙道の長辺方向から見た図である。なお、実施例１乃至６に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１４４】
図２２、２３に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、煙道１３内にＮＨ4Ｃｌ溶液１４を供給する供給位置よりも後流側に煙道内１３の通路を狭くするくびれ部８２を設けてなるものである。煙道１３の壁面に煙道内１３の通路を狭くするくびれ部８２を設けることで、煙道１３の壁面近傍に排ガス１２のガス流れによる渦を生成することができるため、煙道１３の壁面近傍を流れる排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合を促進することができる。このため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度ムラを抑制することができ、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を向上させることができる。
【０１４５】
また、本実施例に係る排ガス処理装置においては、煙道１３の通路を狭くしてくびれ部８２を形成するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではい。例えば、図２４、２５に示すように、くびれ部８２と同じ形状のくびれ部材８３を煙道１３の壁面に設けるようにしてもよい。これにより、くびれ部材８３の近傍に排ガス１２のガス流れによる渦を生成することができるため、煙道１３の壁面近傍を流れる排ガス１２におけるＨＣｌ、ＮＨ3の混合を促進することができる。
【０１４６】
また、くびれ部８２の設置位置は、実施例６における突状部材８１の場合と同様に、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴がくびれ部８２と衝突しないようするため、噴霧ノズル１５か噴霧されたＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が気化した後の領域に設けるようにするのが好ましく、特に噴霧ノズル１５から１ｍ以上後流側の離れた位置に設置するのが好ましい。
【実施例８】
【０１４７】
本発明による実施例８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。
本発明の実施例８に係る排ガス処理装置は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス処理装置１０、図９に示す本発明の実施例５に係る排ガス処理装置７０の構成と同様であるため、本実施例においては、煙道の構成を示す図のみを用いて説明する。
図２６は、本発明の実施例８に係る排ガス処理装置の一部を示す図であり、図２７は、図２６中の符号Ｚを示す部分拡大斜視図である。なお、実施例１乃至７に係る排ガス処理装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１４８】
図２６、２７に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置は、還元脱硝装置１８の上流側に設けられるガイドベーン８４に、ＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの排ガス１２への混合を促進する混合促進補助部材８５が設けられてなるものである。
混合促進補助部材８５は、複数のガイドベーン８４同士を連結するリブ８６と直交する方向に伸びる複数の板状部材である。ガイドベーン８４同士を連結するリブ８６に混合促進補助部材８５を設けることで、排ガス１２のガス流れを乱すことができるため、混合器７１において排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合が十分でない場合でも、還元脱硝装置１８の上流側で排ガス１２におけるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの混合を促進することができる。このため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度ムラを抑制することができ、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を向上させることができる。
【実施例９】
【０１４９】
本発明による実施例９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２６は、本発明の実施例９に係る排ガス処理装置の構成を簡略に示す図である。
尚、本実施例に係る排ガス処理装置は、実施例１乃至８に係る排ガス処理装置の構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【０１５０】
図２６に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置９０は、ＮＨ4Ｃｌ溶液供給手段１６と還元脱硝装置１８との間に設けられ、煙道１３中に還元剤としてアンモニア（ＮＨ3）ガス９１を供給するアンモニア（ＮＨ3）ガス噴射手段９２を有するものである。ＮＨ3ガス噴射手段９２は、ＮＨ3ガス９１を貯蔵しているＮＨ3ガス供給部９３と、ＮＨ3ガス９１を煙道１３に送給するアンモニア（ＮＨ3）ガス送給通路９４と、煙道１３内にＮＨ3ガス９１を噴射する噴射ノズル９５とで構成されている。また、噴射ノズル９５から噴射されるＮＨ3ガス９１の噴射量はバルブＶ４により調整される。ＮＨ3ガス９１はＮＨ4Ｃｌ溶液１４のような液滴と異なり煙道１３に衝突しても煙道１３を損傷するなどの被害がないため、煙道１３の壁面領域にもＮＨ3ガス９１を噴射することができる。このため、煙道１３の壁際の低濃領域でのＮＨ3濃度を上げることができ、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度ムラを抑制することができる。
【０１５１】
また、噴射ノズル９５より煙道１３内に供給する位置は、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４の噴霧位置より１ｍ以上後流側とするのが好ましい。これは、噴射ノズル９５にＮＨ4Ｃｌ溶液１４の液滴が衝突するのを防ぐためである。
【０１５２】
よって、本実施例に係る排ガス処理装置９０によれば、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３内に噴霧した後、ＮＨ3ガス噴射手段９２より煙道１３内にＮＨ3ガス９１を噴射することで、煙道１３の壁際の低濃領域でのＮＨ3濃度を上げることができるため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度ムラに対応可能としつつ、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能を維持すると共に、ＮＯｘの還元性能を向上させることができる。
【０１５３】
＜ＮＨ3ガスの噴射量の制御＞
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、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の流量の値に基づいて制御装置５２は噴射ノズル９５から噴射するＮＨ3ガス９１の流量、角度、初速度などを調整することができる。
【０１５４】
よって、ボイラ１１等の燃焼設備から排出される排ガス１２中のＮＯｘ濃度とＨｇ濃度とのバランスが通常と異なりＮＯｘ濃度が高く、ＮＨ4Ｃｌ溶液１４を煙道１３内に噴霧するだけでは、必要量のＮＨ3を供給することができない場合には、噴射ノズル９５からＮＨ3ガス９１を煙道１３内に噴射することで、煙道１３内における排ガス１２中に供給されるＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度分布のばらつきを低減しつつ、排ガス１２にＮＯｘを還元するのに必要な分のＮＨ3ガスを供給することができる。このため、排ガス１２中のＨＣｌガス、ＮＨ3ガスの濃度ムラへの対応を図ることができると共に、還元脱硝装置１８においてＨｇの酸化性能、ＮＯｘの還元性能を向上させることができる。
【０１５５】
また、ＮＨ3ガス供給部９３より供給されるＮＨ3ガス９１の供給量は、ＮＯｘ濃度計５３の値を用いて制御するようにしてもよい。
【０１５６】
また、本実施例に係る排ガス処理装置９０においては、ＮＨ3ガス供給部９３のみを設け、ＮＨ3ガス９１を煙道１３内に供給できるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。ＮＨ3ガス供給部９３に代えて煙道１３内に酸化性ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給する塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給部を設け、煙道１３内にＨＣｌガスを供給するようにしてもよい。これにより排ガス１２にＨｇを酸化するのに必要量のＨＣｌガスを供給することができる。また、流量計５１により測定された排ガス１２の流速に基づいて前記ＨＣｌガス供給部より供給するＨＣｌガスの噴霧量、噴霧角度、初速度を調整することができる。
【０１５７】
更に、ＮＨ3ガス供給部９３と前記ＨＣｌガス供給部の両方を設けるようにしてもよい。流量計５１により測定された排ガス１２の流速に基づいてＮＨ3ガス供給部９３および前記ＨＣｌガス供給部より供給するＮＨ3ガス９１およびＨＣｌガスの噴霧量、噴霧角度、初速度を調整することができる。これにより、排ガス１２に別途ＮＨ3ガス及びＨＣｌガスの供給を行なうようにしているので、排ガス１２中のＮＯｘ又はＨｇ濃度の変動が生じるような場合においても適切な対応が可能となる。
【０１５８】
酸化性ガスに用いられる酸化助剤としては、ＨＣｌに限定されるものではなく、ＨＣｌ以外の臭化水素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）などのハロゲン化水素を酸化性ガスとして用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
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】
【０１６０】
１０、７０、９０  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
３１、３６  空気供給部
３２  吹込み管
３５  噴射孔
３７  隙間
３８−１〜３８−３  脱硝触媒層
３９  整流板
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）
７１  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
８１  突状部材
８２  くびれ部
８３  くびれ部材
８４  ガイドベーン
８５  混合促進補助部材
８６  リブ
９１  アンモニア（ＮＨ3）ガス
９２  アンモニア（ＮＨ3）ガス噴射手段
９３  ＮＨ3ガス供給部
９４  アンモニア（ＮＨ3）ガス送給通路
９５  噴射ノズル
Ｖ１〜Ｖ４  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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