(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、次いで燃焼排ガスの温度を１５０℃以下に冷却した後、集塵装置で排ガス中のばい塵を除去、回収することを特徴とする石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【請求項２】
前記石炭類に添加する塩素化合物の量を塩素として７００ｍｇ／ｋｇ−石炭以下とすることを特徴とする請求項１記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【請求項３】
前記集塵装置の前流にガスガスヒータの熱回収部を設置することを特徴とする請求項１または２記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【請求項４】
石炭類に塩素化合物を予め添加する方法として、塩素化合物の水溶液を粉砕前の石炭類に添加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【請求項５】
集塵装置出口ガス中の水銀濃度を測定し、その測定値に基づいて石炭類に添加する塩素化合物の量を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【請求項６】
燃焼装置に供給される石炭類に塩素化合物を添加する手段と、後記の集塵装置入口のガス温度を１５０℃以下にする手段と、該石炭類を燃焼装置で燃焼した際に発生する排ガス中の粒子を除去する集塵装置とを備えたことを特徴とする石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【請求項７】
集塵装置の前流にガスガスヒータの熱回収部を設置したことを特徴とする請求項６に記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【請求項８】
塩素化合物の水溶液を粉砕前の石炭類に添加する手段を有することを特徴とする請求項６または７に記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【請求項９】
集塵装置出口ガス中の水銀濃度を測定する手段と、その測定値に基づいて石炭類に添加する塩素化合物の量を調整する手段とをさらに有することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法および装置に関し、特にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を効率的に除去する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等において、石炭などの化石燃料の燃焼に伴って発生する排煙中の水銀（排煙中では主として金属水銀または塩化水銀として存在）は含有量は多くないが、その毒性の強さから処理技術の普及が望まれている。排ガス中の水銀を除去する方法としては、ごみ焼却炉から排出される排ガス中の水銀処理が盛んに検討されている（特公平６−６１４２４号および同６−１０４１８２号）。これはごみ焼却炉からの排ガス中により高濃度の水銀が含まれているためである。特公平６−６１４２４号および同６−１０４１８２号には、吸収液または固体吸収剤を排ガス中に噴霧し、排ガス中の水銀を剤に捕集し、排ガス中のばい塵などとともに水銀を捕集したものを後流のバグや電気集塵機などの集塵装置で回収する方法が開示されている。
図６は、石炭焚きの火力発電所にこのような固体吸収剤を排ガス中に噴霧して排ガス中の水銀を除去する排煙処理システムの一例を示したものである。
【０００３】
ボイラ２から排出される排ガスＤは、脱硝装置４、Ａ／Ｈ（エアヒータ、以下同様）５およびＧＧＨ（ガスガスヒータ、以下同様）の熱回収部６を経由して水銀除去装置１３に導かれ、そこでライン１４から供給された固体吸収剤Ｅが噴霧される。排ガス中の水銀を含んだ吸着剤はばい塵とともに後流のＥＰ（電気集塵装置、以下同様）７に導かれ、排ガス中のばい塵とともに水銀を含んだ吸収剤が除去される。ＥＰ７で除去されなかったばい塵を含む排ガスは脱硫装置８に導入され、排ガス中のＳＯ2 が除去され、さらに脱硫装置８から排出された排ガスはＧＧＨの再加熱部９で排ガス温度を高められた後、煙突１０から排出される。
【０００４】
しかし、このような従来技術では、吸収液または固体吸収剤を排ガス中に噴霧する装置および吸収液または固体吸収剤と排ガスをある程度の時間（通常、数秒）接触させるための反応器が必要になり、その設置スペースを確保する必要がある。また、比較的高価な吸収液または固体吸収剤を消費するのはいうまでもない。新たに発電所を建設する場合は、あらかじめ必要なスペースを確保しておけばよいが、既設の発電所にこのような吸収液または固体吸収剤を排ガス中に噴霧する装置および反応器を追設することとは実質的に不可能である。
【０００５】
既設のプラントに適用可能な方法として、ごみ焼却炉においては、供給するごみに塩素化合物を添加する方法（特公昭６２−４７５７２号）、また特公昭６２−４７５７２号には、ごみ焼却炉に供給するごみに塩素化合物を添加し、後流の洗浄装置で洗浄水により洗浄して排ガス中の水銀を捕集・回収する方法（特公昭６２−４７５７２号）が知られている。また、特公昭６２−４７５７２号に示された技術では、集塵装置では水銀は除去不可能であり、また洗浄水で効率よく除去するには、尿素やキレート剤などを添加する必要があるとしている。さらに、本発明者らが検討した結果、石炭焚きボイラ等からの排ガスのように亜硫酸ガス（以下、ＳＯ2 と呼ぶ）を多く含む場合、ＳＯ2 を除去するための脱硫装置（一般的に石灰石−石膏法）が設置されるが、脱硫装置内ではＳＯ2 を吸収した際には吸収液のｐＨが低下し、また吸収液温度が５０℃程度になるため、尿素が分解し易くなることがわかった。さらに、脱硫の吸収液中には排ガスなどから起因する多くの金属が溶解しているためキレート剤の効果が低くなり、脱硫装置内での水銀の除去は高い効率が期待できないことが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、高価な吸収液または固体吸収剤の消費量が多いばかりでなく、吸収液または固体吸収剤を排ガス中に噴霧する装置および反応器が必要になり、その設置スペースを確保する必要がある。さらに、設置スペースの点から既設の発電所では実質的に適用が不可能であるという問題点がある。また、既設の発電所に適用可能な技術では充分な水銀除去率が期待できない。
本発明の課題は、これらの課題を解決し、経済的に既設の発電所に適用可能で、高い水銀除去率を得る排ガス中の水銀除去方法および装置を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）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、次いで燃焼排ガスの温度を１５０℃以下に冷却した後、集塵装置で排ガス中のばい塵を除去、回収することを特徴とする石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
（２）前記石炭類に添加する塩素化合物の量を塩素として７００ｍｇ／ｋｇ−石炭以下とすることを特徴とする（１）記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
（３）前記集塵装置の前流にガスガスヒータの熱回収部を設置することを特徴とする（１）または（２）記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【０００８】
（４）石炭類に塩素化合物を予め添加する方法として、塩素化合物の水溶液を粉砕前の石炭類に添加することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
（５）集塵装置出口ガス中の水銀濃度を測定し、その測定値に基づいて石炭類に添加する塩素化合物の量を調整することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去方法。
【０００９】
（６）燃焼装置に供給される石炭類に塩素化合物を添加する手段と、後記の集塵装置入口のガス温度を１５０℃以下にする手段と、該石炭類を燃焼装置で燃焼した際に発生する排ガス中の粒子を除去する集塵装置とを備えたことを特徴とする石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
（７）集塵装置の前流にガスガスヒータの熱回収部を設置したことを特徴とする（６）に記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【００１０】
（８）塩素化合物の水溶液を粉砕前の石炭類に添加する手段を有することを特徴とする（６）または（７）に記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
（９）集塵装置出口ガス中の水銀濃度を測定する手段と、その測定値に基づいて石炭類に添加する塩素化合物の量を調整する手段とをさらに有することを特徴とする（６）ないし（８）のいずれかに記載の石炭類の燃焼排ガス中の水銀除去装置。
【００１２】
本発明で用いる塩素化合物としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等の塩化物が代表的なものとして挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を下記の実施例を示す図面によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例で制限されるものではない。
図１は、本発明の一実施例を示す排ガス中の水銀除去方法のフロー図である。石炭供給管１からボイラ２に供給される石炭Ａにライン３から塩素化合物として塩化カルシウムＢが添加され、ボイラ２で燃焼された後、灰粒子などのばい塵Ｃを含む排出される排ガスＤは、脱硝装置４、Ａ／Ｈ５およびＧＧＨの熱回収部６を経由してＥＰ７に導かれ、排ガス中のばい塵Ｃが除去される。その際に、排ガスの水銀の一部がばい塵表面に付着し、ＥＰ７によりばい塵Ｃとともに回収される。ＥＰ７で除去されなかったばい塵を含む排ガスは脱硫装置８に導入され、排ガス中のＳＯ2 が除去される。さらに、脱硫装置８から排出された排ガスはＧＧＨの再加熱部９では排ガス温度を高められ、煙突１０から排出される。石炭に添加する塩素カルシウムＢの量は、ＥＰ７出口ガス中の水銀濃度を水銀計測装置１１で測定し、その測定値に基づいて調整される。
【００１４】
図２は、図１に示した実施例での塩化カルシウム添加装置の詳細を示す。タンク２１に蓄えれらた塩化カルシウムＢ溶液はライン２２を通じてポンプ２３により、バンカ２４から石炭定量供給機２５により粗粉砕機２６に送られる途中の石炭Ａに添加される。粗粉砕機２６から石炭供給管２７を通じてバンカ２８に送られた石炭Ａは、石炭定量供給機２９により微粉砕機３０に送られて所定の粒度に微粉砕された後、石炭供給管３１からボイラ２のバーナ（図示せず）に送られて燃焼される。塩化カルシウムの添加量は、水銀計測装置１１で測定されたＥＰ７出口ガス中の水銀濃度測定値およびその設定濃度に基づいて、演算器３２によりその最適添加量が計算され、ポンプ２３から供給される塩化カルシウムＢ溶液の流量が調整される。
【００１５】
図３には、石炭の性状やＥＰ入口での排ガス温度など他の条件が一定で、石炭中の塩素濃度がＥＰでの水銀の除去率（ＥＰ入口排ガスＤ中に含まれていた水銀のうち、ばい塵Ｃとともに回収された水銀の割合、以下同様）に及ぼす影響を示す。石炭中の塩素濃度が高くなるほど水銀の除去率が高まり、塩素として７００mg／kg−石炭以上でほぼ一定となった。
【００１６】
また、石炭中の塩素濃度が一定で、ＥＰ入口での排ガス温度がＥＰでの水銀の除去率に及ぼす影響を図４に示す。石炭中の塩素濃度が高くても、ＥＰ入口での排ガス温度が１５０℃以上になると水銀の除去率はきわめて低くなるので、ＥＰ入口での排ガス温度としては１５０℃以下（好ましくは１００℃以下）にする必要がある。ＥＰ入口での排ガス温度を調整する具体的な手段の一例としては、図１に示した実施例のようにＥＰ前にＧＧＨの熱回収部を設置し、その運転条件を適切にすることにより達成できる。
【００１７】
塩素化合物添加の効果が飽和になる塩素化合物添加量は石炭の性状や水銀含有量、排ガス温度などによっても影響されるので、ＥＰ７出口ガス中の水銀濃度を水銀計測装置１１で測定し、その測定値に基づいて石炭に添加する塩化カルシウムＢの量を調整することが好ましい。具体的には、ＥＰ７出口ガス中の水銀濃度が目標とする濃度より高い場合には塩化カルシウムＢの添加量を増加させるが、必要以上に塩化カルシウムを添加することは経済的でないばかりでなく、ＥＰや脱硫装置などの金属材料の腐食の原因となるので注意する必要がある。このためＥＰ７出口ガス中の水銀濃度を測定し、塩化カルシウムＢの添加量を調整することは有効である。
【００１８】
図５は、図２に示した実施例で石炭中に塩素化合物を添加する代わりに、排ガス中に塩素化合物を水溶液の状態で添加する方法の装置構成を示す図である。石炭供給管１からボイラ２に供給される石炭Ａとは別に、ライン１２から塩化カルシウムＢが水溶液としてボイラ内に噴霧され、灰粒子などのばい塵Ｃを含む排出される排ガスＤは、脱硝装置４、Ａ／Ｈ５およびＧＧＨの熱回収部６を経由してＥＰ７に導かれ、排ガス中のばい塵Ｃが除去される。その際に、排ガス中の水銀の一分がばい塵表面に付着し、ＥＰ７によりばい塵Ｃとともに回収される。ＥＰ７で除去されなかったばい塵を含む排ガスは脱硫装置８に導入され、排ガス中のＳＯ2 が除去される。さらに、脱硫装置８から排出された排ガスは、ＧＧＨの再加熱部９で排ガス温度を高められた後、煙突１０から排出される。本実施例ではボイラ内に塩化カルシウム水溶液を噴霧するため、噴霧用のノズルがあればよく、従来技術のような吸収液または固体吸収剤と排ガスとをある程度の時間接触させるための反応器は必要としないという利点がある。
【００１９】
上記の実施例では塩素化合物として塩化カルシウムを用いているが、塩化ナトリウムなど他の塩化物でもかまわない。また、上記実施例では塩化カルシウムの水溶液を用いているが、粉体で石炭に添加したり、ボイラ以外の排ガスライン等で排ガス中に添加することも可能である。しかし、塩化カルシウムは潮解性で空気中の水分を吸収し易いので、水溶液として使用したほうが取扱いが容易である。
上記の実施例で用いている水銀計測装置は、ガス中の水銀濃度を測定できるものであれば、どのような原理の測定装置でも使用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、既設のボイラ等の燃焼装置にも適用可能で、設置スペースが少なくてすむ、高効率の排ガス中の水銀除去方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の排煙処理システムのフローを示す図。
【図２】本実施例の装置の詳細フローを示す図。
【図３】本発明法に関する実験データを示す図。
【図４】本発明法に関する実験データを示す図。
【図５】本発明による実施例の排煙処理システムのフローを示す図。
【図６】従来技術に基づく排煙処理システムのフローを示す図。
【符号の説明】
１…石炭供給管、２…ボイラ、３…ライン、４…脱硝装置、５…Ａ／Ｈ（エアヒータ）、６…ＧＧＨ（ガスガスヒータ）熱回収部、７…ＥＰ（電気集塵装置）、８…脱硫装置、９…ＧＧＨ再加熱部、１０…煙突、１１…水銀計測装置、１２…ライン、１３…水銀除去装置、１４…ライン、２１…タンク、２２…ライン、２３…ポンプ、２４…バンカ、２５…石炭定量供給機、２６…粗粉砕機、２７…石炭供給管、２８…バンカ、２９…石炭定量供給機、３０…微粉砕機、３１…石炭供給管、３２…演算器。
Ａ…石炭、Ｂ…塩化カルシウム、Ｃ…ばい塵、Ｄ…排ガス、Ｅ…吸収剤。
【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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