(57)【要約】【課題】本発明は、温水や蒸気などの供給コストを低減することができる重油、廃食油、魚油、米ぬか油などを燃料とし、排気ガス中からＮＯxおよびＳＯxを除去することができるボイラシステムを提供する。【解決手段】本発明のボイラシステムは、燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラと、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部とを備え、前記排気ガス処理部は、前記ボイラから排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部と、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部とを備え、前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であり、前記排気ガス洗浄部は、前記洗浄液にＳＯxが吸収され生成するＳＯ32-によりＮＯ2を還元することにより排気ガス中のＮＯ2およびＳＯxを除去することを特徴とする。【選択図】図１
2014091080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラと、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部とを備え、
前記排気ガス処理部は、前記ボイラから排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部と、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部とを備え、
前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であり、
前記排気ガス洗浄部は、前記洗浄液にＳＯxが吸収され生成するＳＯ32-によりＮＯ2を還元することにより排気ガス中のＮＯ2およびＳＯxを除去することを特徴とするボイラシステム。
【請求項２】
前記排気ガス洗浄部は、充填部と、洗浄液循環部とを備え、
前記充填部は、筒状であり、内部に充填された充填材を有し、かつ、前記充填材の表面上を前記洗浄液が流れるように設けられ、かつ、前記排気ガスが前記充填材の間の空間を流れるように設けられ、
前記洗浄液循環部は、前記充填部を流れた後の洗浄液が再び前記充填部を流れるように設けられ、
前記洗浄液は、排気ガス中のＮＯ2を還元する還元剤を含むアルカリ性水溶液であり、
前記洗浄液中に前記還元剤を供給する還元剤供給部をさらに備える請求項１に記載のボイラシステム。
【請求項３】
前記還元剤供給部は、前記燃料の種類に応じて前記洗浄液中への前記還元剤の供給量を調節できるように設けられた請求項２に記載のボイラシステム。
【請求項４】
制御部をさらに備え、
前記還元剤供給部および前記制御部は、前記燃料の種類および前記ボイラに供給される前記燃料の流量に基づき、前記還元剤供給部による前記洗浄液中への前記還元剤の供給量を調節するように設けられた請求項２に記載のボイラシステム。
【請求項５】
前記燃料は、液体燃料であり、
前記制御部は、前記燃料の種類および前記ボイラに供給される前記燃料の流量に基づき排気ガス中のＮＯx濃度を計算するように設けられ、
前記還元剤供給部および前記制御部は、前記還元剤供給部による洗浄液中への還元剤の供給量をｙ（mol/h）、前記ボイラに供給される前記燃料の流量をｘ1（L/h）、前記オゾンガスが供給される前の排気ガス中のＮＯx濃度をｘ2（ppm）、前記排気ガス洗浄部により洗浄された排気ガス中のＮＯx濃度をｘ3（ppm）、前記燃料の発熱量をｘ4（J/g）とした場合、還元剤の供給量を（式）ｙ＝1.15531×108×ｘ10.7646×ｘ20.5660×ｘ3-0.0134×ｘ4-1.8802に適合するように調節するように設けられた請求項４に記載のボイラシステム。
【請求項６】
前記燃料は、重油、バイオマス燃料、廃ガス、廃油、石炭、木炭またはこれらの混合物である請求項１〜４のいずれか１つに記載のボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、ホテル、病院、学校などの施設に温水、蒸気、熱、電気などを供給するためにボイラが使用されている。ボイラでは、燃料を燃焼させて生じる熱により水を加熱するため、二酸化炭素、窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）などを含む排気ガスが排出される。
排気ガスに含まれるＮＯxやＳＯxは、光化学スモッグや酸性雨などの原因となり、環境負荷を低減するために排気ガス中から除去することが望まれている。
【０００３】
排気ガスに含まれるＮＯxを低減させる方法として、燃焼方式、触媒方式、選択触媒還元方式（ＳＣＲ）、アンモニア噴射方式などが知られている。そのような方法の中で注目を集めているのが、プラズマ・ケミカルハイブリッド法である。この方法は、排気ガス中にオゾンガスを供給し、前記排気ガス中のＮＯをオゾンガスによりＮＯ2に酸化する。このＮＯ2を含む排気ガスをＮａ2ＳＯ3、Ｎａ2ＳおよびＮａ2Ｓ2Ｏ3などの化合物を含む還元剤水溶液と接触させることにより、ＮＯ2を窒素ガスに還元して排気ガス中からＮＯxを除去する（例えば、特許文献１〜４参照）。
排気ガスに含まれるＳＯxの量は、脱硫した燃料などの硫黄を含まない燃料を用いることにより低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０５／０６５８０５号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−０６８６８４号公報
【特許文献３】特開２０００−１１７０４９号公報
【特許文献４】特開２０００−０５１６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、脱硫燃料をボイラ燃料に用いるとコストが増加するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、温水や蒸気などの供給コストを低減することができる重油、廃食油、魚油、米ぬか油などを燃料として、排気ガス中からＮＯxおよびＳＯxを除去することができるボイラシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラと、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部とを備え、前記排気ガス処理部は、前記ボイラから排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部と、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部とを備え、前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であり、前記排気ガス洗浄部は、前記洗浄液にＳＯxが吸収され生成するＳＯ32-によりＮＯ2を還元させ、排気ガス中のＮＯ2およびＳＯxを除去することを特徴とするボイラシステムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラを備えるため、ボイラ燃料に重油、廃食油、魚油、米ぬか油などを使用して、温水や蒸気などの供給コストの低減を図る。
本発明によれば、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部を備え、前記排気ガス処理部は、前記ボイラから排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部を備えるため、排気ガスに含まれるＮＯをオゾンガスにより酸化し、水に溶解しやすいＮＯ2に変換することができる。
本発明によれば、前記排気ガス処理部は、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部を備え、前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であるため、排気ガスに含まれるＳＯxおよびＮＯ2を水又はアルカリ性水溶液に溶解させることができる。また、ＳＯxを水又はアルカリ性水溶液に溶解させることによりSO32-を水中又はアルカリ性水溶液中に生じさせることができる。このことにより、水中またはアルカリ性水溶液中においてＮＯ2をSO32-により還元し窒素ガスを生じさせることができ、排気ガス中からＮＯx及びＳＯxを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態のボイラシステムの概略構成図である。
【図２】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図３】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図４】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図５】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図６】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図７】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図８】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【図９】排気ガス洗浄実験における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のボイラシステムは、燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラと、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部とを備え、前記排気ガス処理部は、前記ボイラから排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部と、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部とを備え、前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であり、前記排気ガス洗浄部は、前記洗浄液にＳＯxが吸収され生成するＳＯ32-によりＮＯ2を還元することにより排気ガス中のＮＯ2およびＳＯxを除去することを特徴とする。
【００１０】
本発明のボイラシステムにおいて、前記排気ガス洗浄部は、充填部と、洗浄液循環部とを備え、前記充填部は、筒状であり、内部に充填された充填材を有し、かつ、前記充填材の表面上を前記洗浄液が流れるように設けられ、かつ、前記排気ガスが前記充填材の間の空間を流れるように設けられ、前記洗浄液循環部は、前記充填部を流れた後の洗浄液が再び前記充填部を流れるように設けられ、前記洗浄液は、排気ガス中のＮＯ2を還元する還元剤を含むアルカリ性水溶液であり、前記洗浄液中に前記還元剤を供給する還元剤供給部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、充填部において排気ガスと洗浄液とを気液接触させることができ、洗浄液に含まれる還元剤と排気ガス中のＳＯxから発生させたSO32-との両方により排気ガスに含まれるＮＯ2を除去することができる。このことにより、洗浄液に供給する還元剤の量を少なくすることができる。また、還元剤供給部により還元剤を洗浄液に供給することができる。
【００１１】
本発明のボイラシステムにおいて、前記還元剤供給部は、前記燃料の種類に応じて前記洗浄液中への前記還元剤の供給量を調節できるように設けらるのが好ましい。
排気ガス中のＳＯxから生じるSO32-の量は燃料の種類により異なるため、含硫量が多い燃料を用いた場合には還元剤の供給量を少なくすることができ、含硫量が少ない燃料の場合には還元剤の供給量を多くする。このように還元剤の供給量を調節することにより、還元剤を洗浄液に効率的に供給することができる。
本発明のボイラシステムにおいて、制御部をさらに備え、前記還元剤供給部および前記制御部は、前記燃料の種類および前記ボイラに供給される前記燃料の流量に基づき、前記還元剤供給部による前記洗浄液中への前記還元剤の供給量を調節するように設けられるのが好ましい。
排気ガス中のＮＯx濃度およびＳＯx濃度はボイラに供給する燃料の種類および流量により変化するため、このような構成によれば、還元剤を洗浄液に効率的に供給することができる。
【００１２】
本発明のボイラシステムにおいて、前記燃料は、液体燃料であり、前記制御部は、前記燃料の種類および前記ボイラに供給される前記燃料の流量に基づき排気ガス中のＮＯx濃度を計算するように設けられ、前記還元剤供給部および前記制御部は、前記還元剤供給部による洗浄液中への還元剤の供給量をｙ（mol/h）、前記ボイラに供給される前記燃料の流量をｘ1（L/h）、前記オゾンガスが供給される前の排気ガス中のＮＯx濃度をｘ2（ppm）、前記排気ガス洗浄部により洗浄された排気ガス中のＮＯx濃度をｘ3（ppm）、前記燃料の発熱量をｘ4（J/g）とした場合、還元剤の供給量を（式）ｙ＝1.15531×108×ｘ10.7646×ｘ20.5660×ｘ3-0.0134×ｘ4-1.8802に適合するように調節するように設けられるのが好ましい。
排気ガス中のＮＯx濃度およびＳＯx濃度はボイラに供給される燃料の種類および流量により変化するため、このような構成によれば、還元剤を洗浄液に効率的に供給することができる。
本発明のボイラシステムにおいて、前記燃料は、重油、バイオマス燃料、廃ガス、廃油、石炭、木炭またはこれらの混合物であることが好ましい。
このような構成によれば、ボイラシステムの燃料コストを低減することができる。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１４】
ボイラシステムの構成
図１は本実施形態のボイラシステムの概略構成図である。
本実施形態のボイラシステム４０は、燃料を燃焼させＮＯxおよびＳＯxを含む排気ガスを排出するボイラ１と、前記排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを除去する排気ガス処理部３とを備え、排気ガス処理部３は、ボイラ１から排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給するオゾンガス供給部５と、前記オゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する排気ガス洗浄部７とを備え、前記洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液であり、排気ガス洗浄部７は、前記洗浄液にＳＯxが吸収され生成するＳＯ32-によりＮＯ2を還元することにより排気ガス中のＮＯ2およびＳＯxを除去することを特徴とする。
以下、本実施形態のボイラシステム４０について説明する。
【００１５】
１．ボイラ
ボイラ１は、燃料を燃焼させて発生する熱により水蒸気を製造するものであれば特に限定されないが、例えば、炉筒煙管ボイラまたは貫流ボイラである。ボイラ１に含まれるバーナ３０は、燃料を燃焼させることができれば、特に限定されないが、例えば、二相流バーナ、ロータリーバーナである。
ボイラ１の燃料は、特に限定されないが、例えば、重油、バイオマス燃料、廃ガス、廃油、石炭、木炭またはこれらの混合物などである。バイオマス燃料は、生物由来の燃料であり、例えば、廃食油、米糠油、魚油などである。また、ボイラ１の燃料は含硫燃料とすることもできる。また、燃料に硫黄または硫黄化合物を添加することもできる。
これらの燃料は比較的安価に入手可能であるため、ボイラ１による蒸気の発生コストを低減することができる。
また、ボイラ１の燃料は、気体燃料であってもよく、液体燃料であってもよく、粉体燃料であってもよく、固体燃料であってもよい。
【００１６】
ボイラ１の燃料が液体燃料の場合、図１のように燃料タンク２８に溜めた燃料をポンプ２９によりバーナ３０に供給する。
バーナ３０を用いて燃料を燃焼させると、発熱反応により二酸化炭素（ＣＯ2）、ＮＯx、ＳＯx、微粒子状物質（ＰＭ）を含む排気ガスが生じる。なお、ＮＯxには、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ3、Ｎ2Ｏ4、Ｎ2Ｏ5などが含まれるが大部分を占めるのがＮＯとＮＯ2であるため、本明細書ではＮＯとＮＯ2の和をＮＯxとして定義する。また、ＳＯxには、ＳＯ、ＳＯ2、ＳＯ3などが含まれる。また、排気ガス中の酸素ガス濃度は、約２〜６％である。
燃焼による発熱は、ボイラ１内の水を加熱し水蒸気を発生させる。発生させた水蒸気は、ボイラ１が設置された施設に温水、水蒸気、熱などとして供給される。また発生させた水蒸気は発電に用いられてもよい。
燃焼により生じた排気ガスは、廃熱回収部３１を流通した後、排気ガス流路３３に流入する。廃熱回収部３１では、排気ガスが有する熱によりボイラへの給水を加熱する。
【００１７】
２．排気ガス処理部
排気ガス処理部３は、ボイラ１から排出された排気ガスに含まれるＮＯxおよびＳＯxを除去する部分であり、オゾンガス供給部５、排気ガス洗浄部７、排気ガス流路３３などを含む。
【００１８】
３．オゾンガス供給部
オゾンガス供給部５は、ボイラ１から排出された排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ2へと酸化するオゾンガスを排気ガス中に供給する。オゾンガス供給部５は、例えば、ボイラ１から排出された排気ガスが流通する排気ガス流路３３中にオゾンガスを供給するように設けられる。このことにより、排気ガス流路３３を流れる間に排気ガス中のＮＯをオゾンガスにより酸化しＮＯ2へと化学変化させる。ＮＯよりもＮＯ2のほうが水またはアルカリ性水溶液に溶解しやすいため、後述する排気ガス洗浄部７における排気ガス中のＮＯxの除去率を高くできる。
【００１９】
オゾンガス供給部５は、例えば、図１に示したようにオゾン発生器６を有し、オゾン発生器６で発生させたオゾンガスを排気ガス流路３３に供給するように設けることができる。また、オゾンガス供給部５は、排気ガス流路３３を流れる排気ガス中においてプラズマを発生させ、排気ガスに含まれる酸素ガスからオゾンガスを発生させるように設けてもよい。
オゾンガス供給部５により供給されたオゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスは、排気ガス洗浄部７に流入する。
【００２０】
４．排気ガス洗浄部、充填部、洗浄液循環部
排気ガス洗浄部７は、オゾンガス供給部５により供給されたオゾンガスにより酸化されたＮＯ2を含む排気ガスを洗浄液により洗浄する。排気ガス洗浄部７は、例えば、排気ガス洗浄装置（スクラバー）とすることができる。
排気ガス洗浄部７は、充填部８と洗浄液循環部１２とを有することができる。
充填部８は、筒状であり、かつ、内部に充填材を有する。
充填部８は、上部および下部が開口となるように設けられる。また、排気ガス洗浄部７を流れる排気ガスは、充填部８の下部から上部に向かって充填材９の間の空間を流れる。
【００２１】
充填部８の内部の充填材９は、充填部８を流れる排気ガスと洗浄液とを気液接触させることができるものであれば特に限定されないが、例えば、ラシヒリングなどを用いることができる。充填材９の材料は、洗浄液および排気ガスにより腐食されない材料であれば特に限定されないが、例えば、金属、プラスチック、樹脂などである。
【００２２】
洗浄液循環部１２は、充填部８を流れた後の洗浄液が再び充填部８を流れるように設けられる。洗浄液循環部１２は、例えば、充填部８の下側に設けられた洗浄液槽１３、洗浄液槽１３に貯留した洗浄液を揚液する循環ポンプ１４、循環ポンプ１４により揚液された洗浄液を充填部８の上側から充填材９に噴霧する洗浄液スプレー１５を有することができる。このような構成によると、洗浄液スプレー１５が充填材９に噴霧した洗浄液は、充填材９の表面上などを下に向かって流れる。充填材９の間の空間には上に向かって排気ガスが流れるため、充填部８において、洗浄液と排気ガスとを気液接触させることができる。
【００２３】
充填部８を流れた後の洗浄液は、充填部８の下側に設けられた洗浄液槽１３に貯留される。洗浄液槽１３に貯留された洗浄液は、循環ポンプ１４により揚液され充填部８の上側の洗浄液スプレー１５に供給される。なお、洗浄液槽１３には排出管３９が設けられており、必要に応じて洗浄液を排出管３９から排出させる。
また、排気ガス流路３３を流れた排気ガスは、充填部８と洗浄液槽１３との間の排気ガス洗浄部７に流入する。
さらに、洗浄液循環部１２は、循環させる洗浄液の酸化還元電位を測定するＯＲＰセンサ３８と、循環させる洗浄液のｐＨを測定するｐＨセンサ３７を有することができる。
【００２４】
洗浄液循環部１２により循環させる洗浄液は、水またはアルカリ性水溶液である。また、この洗浄液は、還元剤を溶質として含むことができる。
洗浄液が水である場合、排気ガス洗浄部７において排気ガスに含まれるＮＯ2およびＳＯ2が水に溶解する。この場合、以下の化学式（１）、（２）のような反応が進行すると考えられ、ＮＯ2から生じたＨＮＯ3またはＨＮＯ2はＨ2ＳＯ3により還元される。
ＳＯ2 ＋  Ｈ2Ｏ  →  Ｈ2ＳＯ3  ・・・（１）
２ＮＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＨＮＯ3  ＋  ＨＮＯ2  ・・・（２）
洗浄液がアルカリ性水溶液でありＮａＯＨを含む場合、排気ガス洗浄部７において排気ガスに含まれるＮＯ2およびＳＯ2がアルカリ性水溶液に溶解する。この場合、化学式（１）（２）および以下の化学式（３）、（４）、（５）のような反応が進行すると考えられ、ＮＯ2はＮ2へと還元される。
ＳＯ2 ＋  ２ＮａＯＨ  →  Ｎａ2ＳＯ3  ＋  Ｈ2Ｏ  ・・・（３）
２ＮＯ2  ＋  ４Ｎａ2ＳＯ3  →  Ｎ2  ＋  ４Ｎａ2ＳＯ4  ・・・（４）
Ｈ2ＳＯ4  ＋  ２ＮａＯＨ  →  Ｎａ2ＳＯ4  ＋  ２Ｈ2Ｏ  ・・・（５）
ＮＯ2が還元され発生したＮ2は、排気ガスと共に排気ガス洗浄部７から排出される。ＳＯ2から生成されたＨ2ＳＯ4またはＮａ2ＳＯ4は、排出管３９から洗浄液と共に排出される。
このように、排気ガス洗浄部７において排気ガスに含まれるＮＯxおよびＳＯ2をＮ2およびＳＯ42-として排気ガスから除去することができる。なお、ボイラ１の燃料に比較的多量の硫黄を含む燃料を用いることにより、排気ガス中のＳＯ2濃度を高めて、排気ガス中からＮＯxを効率よく除去することができる。また、ボイラ１の燃料に硫黄または硫黄化合物を添加して排気ガス中のＳＯ2濃度を高くしてもよい。
【００２５】
洗浄液が還元剤を溶質として含む水溶液またはアルカリ性水溶液である場合、排気ガス洗浄部７において排気ガスに含まれるＮＯxおよびＳＯ2が水溶液またはアルカリ性水溶液に溶解する。水に溶解したＳＯ2および洗浄液が含む還元剤は、ＮＯxを還元しＮ2を発生させる。洗浄液が含む還元剤は、例えば、Ｎａ2ＳＯ3、Ｎａ2Ｓ、Ｎａ2Ｓ2Ｏ3などである。発生させたＮ2は、排気ガスと共に排気ガス洗浄部７から排出される。排気ガス中のＳＯ2から生成したＳＯ42-は、Ｎａ2ＳＯ4などとして排出管３９から洗浄液と共に排出される。
このように、排気ガスに含まれるＮＯxをＳＯ2と還元剤の両方により還元することにより、効率的に排気ガス中のＮＯxを除去することができる。また、洗浄液に添加する還元剤の量を減らすことができ、ボイラシステム４０による蒸気などの発生コストを低減することができる。
なお、還元剤は、還元剤供給部１８により洗浄液に添加することができる。
また、排気ガスに含まれる微粒子状物質（ＰＭ）は、排気ガス洗浄部７において洗浄液に捕捉され洗浄液と共に排出管３９から排出される。
【００２６】
５．還元剤供給部、センサ部、制御部
還元剤供給部１８は、洗浄液循環部１２により循環される洗浄液に還元剤を供給できるように設けられる。還元剤供給部１８は、固体または粉体の還元剤を洗浄液に供給できるように設けられてもよく、還元剤の水溶液を洗浄液に供給できるように設けられてもよい。このことにより、洗浄液の還元剤濃度が低下することを抑制することができ、排気ガス中のＮＯxの除去率が低下することを抑制することができる。
例えば、還元剤供給部１８が還元剤の水溶液を洗浄液に供給する場合、還元剤水溶液槽２０に貯留した還元剤水溶液を送液ポンプ１９により排気ガス洗浄部７へと供給することができる。洗浄液へ供給する還元剤の量は、送液ポンプ１９の吐出量を調節することにより調節することができる。送液ポンプ１９の吐出量の調節は、例えば、制御部２５が備えるコンピューターにより制御することができる。
また、還元剤供給部１８は、水酸化ナトリウムなどの水溶液がアルカリ性を示す物質を還元剤と共に洗浄液に供給することができる。このことにより、ＳＯxやＣＯ2などが溶解して洗浄液が酸性となることを抑制することができる。
【００２７】
還元剤供給部１８は、洗浄液に供給する還元剤の量をボイラ１の燃料の種類に応じて調節できるように設けることができる。また、還元剤の供給量の調節は制御部２５により制御する。ボイラ１の燃料は、その種類により硫黄を含む量が異なっている。硫黄を比較的多い燃料を用いた場合、排気ガス洗浄部７においてＳＯ32-となるＳＯ2の量が増すため、洗浄液に供給する還元剤の量を少なくすることができる。硫黄を比較的少ない燃料を用いた場合、排気ガス洗浄部７においてＳＯ32-となるＳＯ2の量が少ないため、洗浄液に供給する還元剤の量を多く必要とする。
【００２８】
センサ部２４は、排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定できるように設けられる。ＮＯx濃度を測定するセンサ部２４は、ＮＯx濃度を測定できれば特に限定されないが、例えば、化学発光法によりＮＯx濃度を測定するセンサがある。ＳＯx濃度を測定するセンサ部２４は、ＳＯx濃度を測定できれば特に限定されないが、例えば、紫外線蛍光法によりＳＯx濃度を測定するセンサがある。
センサ部２４は、例えば、測定点２２ａにおいてボイラ１から排出された直後の排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定し、測定点２２ｂにおいてオゾンガスが供給された後の排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定する。また、測定点２２ｃにおいて排気ガス洗浄部７により洗浄された後の排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定する。
【００２９】
センサ部２４は、測定点２２においてガスをサンプリングしてＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定するものであってもよく、測定点２２にセンサを有し連続的にＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定できるものであってもよい。
【００３０】
還元剤供給部１８および制御部２５は、センサ部２４の測定結果に基づき洗浄液中への還元剤の供給量を調節できるように設ける。このことにより、排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度に基づき洗浄液中への還元剤の供給量を調節することができ、還元剤を効率よく洗浄液に供給することができる。
また、還元剤供給部１８および制御部２５は、ボイラ１の燃料の種類およびボイラ１に供給される燃料の流量に基づき、還元剤供給部１８による洗浄液中への還元剤の供給量を調節するように設けることができる。この場合、ボイラシステム４０にＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定するセンサ部２４を設ける必要はない。
例えば、予め、ＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定するセンサ部２４を有するボイラシステム４０において、還元剤供給部１８による洗浄液中への還元剤の供給量、ボイラ１の燃料の種類、ボイラ１に供給される燃料の流量、排気ガス中のＮＯx濃度またはＳＯx濃度を様々な条件で測定しておき、排気ガス中のＮＯxおよびＳＯxを効率的に除去することができる還元剤の供給量と、ボイラ１の燃料の種類およびボイラ１に供給される燃料の流量との関係を調べておく。ＮＯx濃度またはＳＯx濃度を測定するセンサ部２４を有さないボイラシステム４０において、この関係に基づき制御部２５により還元剤供給部１８による還元剤の供給量を調節することにより、還元剤を効率よく洗浄液に供給することができる。
【００３１】
また、制御部２５は、ボイラ１の燃料の種類およびボイラ１に供給される燃料の流量に基づき排気ガス中のＮＯx濃度を計算するように設けられ、還元剤供給部１８および制御部２５は、還元剤供給部１８による洗浄液中への還元剤の供給量をｙ（mol/h）、ボイラ１に供給される燃料の流量をｘ1（L/h）、前記オゾンガスが供給される前（第１測定点２２ａ）の排気ガス中のＮＯx濃度をｘ2（ppm）、排気ガス洗浄部７により洗浄された排気ガス中（第３測定点２２ｃ）のＮＯx濃度をｘ3（ppm）、燃料の発熱量をｘ4（J/g）とした場合、還元剤の供給量を（式）ｙ＝1.15531×108×ｘ10.7646×ｘ20.5660×ｘ3-0.0134×ｘ4-1.8802に適合するように調節するように設けることができる。
なお、排気ガス中の酸素ガス濃度は約２〜６％であるが、ここに記載のＮＯx濃度は酸素ガス濃度４％換算の濃度としている。
【００３２】
排気ガス洗浄実験
図１に示したようなボイラシステム４０に含まれるボイラ１から排出される排気ガスをスクラバにより洗浄する排気ガス洗浄実験を行った。ボイラ１には炉筒煙管ボイラ（株式会社高尾鉄工所製FTE-25EC）を使用し、バーナ３０は、ロータリーバーナを使用した。
なお、バーナ３０の燃料には、重油（１００％重油）、８０％廃食油（８０％廃食油、２０％重油、いずれも容積比）、３０％米糠油（３０％米糠油、７０％重油、いずれも容積比）または魚油（１００％魚油）を用いた。
なお、重油の硫黄含有量は0.06%であり、廃食油、米糠油、魚油の硫黄含有量は、0.01%以下である。
オゾン発生器６には、荏原実業株式会社製EW-90Zを使用し、発生させたオゾンガスを排気ガス流路３３に供給した。
排気ガスの洗浄には、３．７ｍのスクラバー（洗浄液槽１３の直径：約０．９ｍ、充填部８の直径約０．７ｍ）を使用した。充填部８内には充填材９（No.1-type Raschig Super-RingとS-II-Type Tellerette packing）を充填した。
【００３３】
洗浄液には、Na2SO3とNaOHを溶質とする水溶液を用いた。また、洗浄液槽１３の洗浄液を循環ポンプ１４により揚液し充填部８の上部の洗浄液スプレー１５に供給し洗浄液を循環させた。なお、実験開始時における洗浄液のNa2SO3濃度は、0.13mol/Lとした。また、洗浄液は、３〜５ｍ3／ｈで循環させた。
洗浄液のｐＨおよびＯＲＰを測定するためにｐＨセンサ３７およびＯＲＰセンサ３８を使用した。
【００３４】
還元剤水溶液槽２０には、1.0 mol/LのNa2SO3と0.15 mol/LのNaOHを含む還元剤水溶液を貯留し、この還元剤水溶液を送液ポンプ１９により、洗浄液槽１３内の洗浄液に供給した。洗浄液に還元剤水溶液を供給する量は、送液ポンプ１９のオン・オフにより制御した。なお、還元剤水溶液の供給量は、洗浄液のORPが-50mVより高くなると送液ポンプ１９をオンとし、洗浄液のORPが-50mVより低くなると送液ポンプ１９をオフとすることにより制御した。なお、送液ポンプ１９の制御は、制御部２５により行った。
また、第１測定点２２ａ、第２測定点２２ｂ、第３測定点２２ｃにおける排気ガスをサンプリングし、ガス分析器（株式会社堀場製作所製、PG-240）を用いて、O2, CO2, CO, NOx, NOの濃度を測定した。
【００３５】
まず、洗浄液に還元剤を供給する量を予測する式の導出を行った。
洗浄液に還元剤を供給する量ｙ（mol/h）を決定する主なファクターは、バーナ３０に供給する燃料の流量x1（L/h）、第１測定点２２ａにおけるＮＯx濃度x2（ppm）、第３測定点２２ｃにおけるＮＯx濃度x3（ppm）、燃料の発熱量x4（J/g）であるため、種々の条件で排気ガス洗浄実験をすることにより、ｙ、x1、x2、x3、x4を測定した。これらの測定結果に基づき重回帰分析法により、還元剤の供給量ｙを予測する以下の式（６）を導出した。なお、排気ガス中の酸素ガス濃度は約２〜６％であるが、ここに記載のＮＯx濃度は酸素ガス濃度４％換算の濃度としている。
ｙ＝1.15531×108×ｘ10.7646×ｘ20.5660×ｘ3-0.0134×ｘ4-1.8802・・・（６）
【００３６】
次に、バーナ３０の燃料に、重油（１００％重油）、８０％廃食油（８０％廃食油、２０％重油、いずれも容積比）、３０％米糠油（３０％米糠油、７０％重油、いずれも容積比）または魚油（１００％魚油）を用い、排気ガス洗浄実験を行い、還元剤の供給量の実測値と、式（６）から予測される還元剤の供給量の予測値との比較を行った。
なお、これらの実験においてバーナ３０の出力は一定であるためｘ1も一定であり、ｘ4は燃料の種類により定まる値であるため、一定である。従って、式（６）から予測される還元剤の供給量の予測値は、ＮＯx濃度ｘ2、ｘ3により変動する。
【００３７】
図２は、バーナ３０の燃料を重油として排気ガス洗浄実験を行ったときの供給量ｙの実測値と予測値の経過時間による変化を示したグラフである。また、図３は、供給量ｙの実測値と予測値との比率の経過時間による変化を示したグラフである。これらのグラフから供給量ｙの実測値と予測値は、ほぼ一致していることがわかった。
【００３８】
図４は、バーナ３０の燃料を８０％廃食油として排気ガス洗浄実験を行ったときの供給量ｙの実測値と予測値の経過時間による変化を示したグラフである。また、図５は、供給量ｙの実測値と予測値との比率の経過時間による変化を示したグラフである。これらのグラフから供給量ｙの実測値と予測値は、ほぼ一致していることがわかった。
【００３９】
図６は、バーナ３０の燃料を３０％米糠油として排気ガス洗浄実験を行ったときの供給量ｙの実測値と予測値の経過時間による変化を示したグラフである。また、図７は、供給量ｙの実測値と予測値との比率の経過時間による変化を示したグラフである。これらのグラフから供給量ｙの実測値と予測値は、ほぼ一致していることがわかった。
【００４０】
図８は、バーナ３０の燃料を魚油として排気ガス洗浄実験を行ったときの供給量ｙの実測値と予測値の経過時間による変化を示したグラフである。また、図９は、供給量ｙの実測値と予測値との比率の経過時間による変化を示したグラフである。これらのグラフから供給量ｙの実測値は、予測値に対し少し低い値であることがわかった。
以上の実験から式（６）に基づき還元剤の供給量ｙを調節することにより、供給量ｙを効率的に洗浄液に供給できることがわかった。
【符号の説明】
【００４１】
１： ボイラ    ３：排気ガス処理部    ５：オゾンガス供給部    ６：オゾン発生器    ７：排気ガス洗浄部    ８：充填部    ９：充填材    １２：洗浄液循環部    １３：洗浄液槽    １４：循環ポンプ    １５：洗浄液スプレー    １８：還元剤供給部    １９：送液ポンプ    ２０：還元剤水溶液槽    ２２：測定点    ２２ａ：第１測定点    ２２ｂ：第２測定点    ２２ｃ：第３測定点    ２４：センサ部    ２５：制御部    ２８：燃料タンク    ２９：ポンプ    ３０：バーナ    ３１：廃熱回収部    ３３：排気ガス流路    ３５：デミスター    ３７：ｐＨセンサ    ３８：ＯＲＰセンサ    ３９：排出管    ４０：ボイラシステム
【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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