(57)【要約】【課題】ボイラの燃焼効率を犠牲にすることなく、また燃焼残渣を増やすことなく、さらに除去処理のコストの低減化が可能な排ガス中の水銀除去システムおよび除去方法を提供する。【解決手段】ボイラと該ボイラからの排ガスの脱硫を行う脱硫装置を有してなる排ガス処理設備において、前記ボイラに塩素分を含有するバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記脱硫装置に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタと、前記脱硫装置からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタとを設け、前記脱硫装置における塩素分による水銀除去を可能にする塩素量に比例した前記バイオマスの供給量を、前記塩化水素モニタおよび水銀モニタの各測定値に基づいて、制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと該ボイラからの排ガスの脱硫を行う脱硫装置とを有してなる排ガス処理設備において処理される排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去システムであって、
前記ボイラにバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記脱硫装置に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタと、前記脱硫装置からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタと、前記塩化水素モニタおよび水銀モニタの各測定値に基づいて前記バイオマス供給手段に適切供給量を指示する供給量指示手段とを有することを特徴とする排ガス中の水銀除去システム。
【請求項２】
前記ボイラから排出された排ガスに塩化水素を注入する塩化水素注入手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス中の水銀除去システム。
【請求項３】
前記ボイラの出口と前記塩化水素モニタの取り付け位置との間の排ガス流路に少なくとも一つの水銀酸化用触媒槽が、さらに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス中の水銀除去システム。
【請求項４】
前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段が、さらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の排ガス中の水銀除去システム。
【請求項５】
ボイラと該ボイラからの排ガスの脱硫を行う脱硫装置を有してなる排ガス処理設備において処理される排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去方法であって、
前記ボイラに塩素分を含有するバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記脱硫装置に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタと、前記脱硫装置からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタとを設け、前記脱硫装置における塩素分による水銀除去を可能にする塩素量に比例した前記バイオマスの供給量を、前記塩化水素モニタおよび水銀モニタの各測定値に基づいて、制御することを特徴とする排ガス中の水銀除去方法。
【請求項６】
前記ボイラから排出された排ガスに塩化水素を注入する塩化水素注入手段をさらに設け、前記バイオマスにより供給される塩素量が不足した場合に、その不足分を前記塩化水素注入手段を用いて塩化水素を排ガスに注入することを特徴とする請求項５に記載の排ガス中の水銀除去方法。
【請求項７】
前記ボイラの出口と前記塩化水素モニタの取り付け位置との間の排ガス流路に少なくとも一つの水銀酸化用触媒槽をさらに設け、前記脱硫装置に供給される排ガス中の水銀の酸化を促進することを特徴とする請求項５または６に記載の排ガス中の水銀除去方法。
【請求項８】
前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段をさらに設け、この酸化還元電位測定制御手段によって前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液内に捕らえられている水銀の再放散を防止することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の排ガス中の水銀除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの排ガス中から水銀を除去する水銀除去システムおよび除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等の燃焼装置であるボイラから排出される排ガスには毒性の高い水銀が含まれるため、従来から排ガス中の水銀を除去するためのシステムが種々検討されてきた。
【０００３】
通常、ボイラには排ガス中の硫黄分を除去するための湿式の脱硫装置が設けられている。このようなボイラに排ガス処理装置として脱硫装置が付設されてなる排煙処理設備においては、排ガス中の塩素（Ｃｌ）分が多くなると、水に可溶な２価水銀の割合が多くなり、前記脱硫装置で水銀が捕集しやすくなることが、広く知られている。従来、このような知見に基づいて、ボイラに供給する燃料にＣａＣｌ2などの塩素化合物を添加し、脱硫装置での水銀除去率の向上を試みる水銀除去システムが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２５７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の排ガス中の水銀除去システムでは、ＣａＣｌ2という燃焼に関係のない物質をボイラの炉内に添加することになり、燃焼効率の低下が懸念され、さらに余分な燃焼残渣が炉底に堆積するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、ボイラの燃焼効率を犠牲にすることなく、また燃焼残渣を増やすことなく、さらに除去処理のコストの低減化が可能な排ガス中の水銀除去システムおよび除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明者らは、鋭意、実験、検討を重ねたところ、次のような知見を得るに至った。
【０００８】
すなわち、通常、ボイラの燃料として主に使用している石炭や重油の塩素含有量は少ないが、燃料として使用可能なバイオマスには塩素分が比較的多く含有されていることが確認された。なお、バイオマスとは、生物由来の有機性エネルギーで、木材や農作物の残り滓、生ゴミ、糞尿などの種類がある。したがって、燃料の一部にバイオマス燃料を用いれば、脱硫装置における水銀除去を可能にする塩素分の必要量の少なくとも一部を自動的に供給することができ、それによって、脱硫装置における水銀除去を確実に向上できることが確認された。前記脱硫装置における水銀除去を十分なものにするために下水汚泥炭化物というＣｌ含有量が０．２ｗｔ％程度の高い値を示すバイオマスを用い、このバイオマスを石炭や重油などの主燃料の〜５ｃａｌ％相当量を混焼するのみで、賄えることが確認された。
【０００９】
本発明は前記知見に基づいてなされたもので、本発明の第１の発明は、ボイラと該ボイラからの排ガスの脱硫を行う脱硫装置を有してなる排ガス処理設備において処理される排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去システムであって、前記ボイラにバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記脱硫装置に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタと、前記脱硫装置からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタと、前記塩化水素モニタおよび水銀モニタの各測定値に基づいて前記バイオマス供給手段に適切供給量を指示する供給量指示手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の発明は、前記第１の発明の排ガス中の水銀除去システムにおいて、前記ボイラから排出された排ガスに塩化水素を注入する塩化水素注入手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の発明は、前記第１または２の発明の排ガス中の水銀除去システムにおいて、前記ボイラの出口と前記塩化水素モニタの取り付け位置との間の排ガス流路に少なくとも一つの水銀酸化用触媒槽が、さらに設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の発明は、前記第１〜第３のいずれか一つの発明の排ガス中の水銀除去システムにおいて、前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段が、さらに設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第５の発明は、ボイラと該ボイラからの排ガスの脱硫を行う脱硫装置を有してなる排ガス処理設備において処理される排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去方法であって、前記ボイラに塩素分を含有するバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記脱硫装置に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタと、前記脱硫装置からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタとを設け、前記脱硫装置における塩素分による水素除去を可能にする塩素量に比例した前記バイオマスの供給量を、前記塩化水素モニタおよび水銀モニタの各測定値に基づいて、制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の発明は、前記第５の発明の排ガス中の水銀除去方法において、前記ボイラから排出された排ガスに塩化水素を注入する塩化水素注入手段をさらに設け、前記バイオマスにより供給される塩素量が不足した場合に、その不足分を前記塩化水素注入手段を用いて塩化水素を排ガスに注入することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第７の発明は、前記第５または６の発明の排ガス中の水銀除去方法において、前記ボイラの出口と前記塩化水素モニタの取り付け位置との間の排ガス流路に少なくとも一つの水銀酸化用触媒槽をさらに設け、前記脱硫装置に供給される排ガス中の水銀の酸化を促進することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第８の発明は、前記第５〜第７のいずれか一つの発明の排ガス中の水銀除去方法において、前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段をさらに設け、この酸化還元電位測定制御手段によって前記脱硫装置の底部に貯留する吸収液内に捕らえられている水銀の再放散を防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムおよび除去方法は、ボイラの燃焼効率を犠牲にすることなく、また燃焼残渣を増やすことなく、効率的に排ガス中から水銀を除去することができ、さらに除去処理のコストの低減化を可能にするという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムおよび除去方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの実施例１の全体構成を示す図である。
【００２０】
本発明の水銀除去システムは、湿式脱硫装置を備えた既設の排煙処理設備に設置することによって、その水銀除去機能を発揮するシステムである。既設の排煙処理設備としては、最も基本的な構成としては、ボイラ１と、このボイラ１からの排ガスを受けて排ガス中の硫黄成分を除去する脱硫装置２とを有する。通常、この他に、前記ボイラ１と脱硫装置２との間に、脱硝装置（ＳＣＲ）３、エアヒータ４、集塵機５が上流から順次に設置されており、前記脱硫装置２からの排ガスは煙突６から排気される。
【００２１】
本実施例１の排ガス中の水銀除去システムは、前記ボイラ１にバイオマスを供給するバイオマス供給手段１１と、前記脱硫装置２に供給される排ガス（すなわち、前記集塵機５から排出された排ガス）中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタ１２と、前記脱硫装置２からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタ１３と、前記塩化水素モニタ１２および水銀モニタ１３の各測定値に基づいて前記バイオマス供給手段１１に適切供給量を指示する判定機（供給量指示手段）１４とを有することを特徴とする。
【００２２】
本実施例１の排ガス中の水銀除去方法は、前記ボイラ１に塩素分を含有するバイオマスを供給するバイオマス供給手段１１と、前記脱硫装置２に供給される排ガス中の塩化水素含有量を測定する塩化水素モニタ１２と、前記脱硫装置２からの排出される処理ガス中の水銀含有量を測定する水銀モニタ１３とを設け、前記脱硫装置２における塩素分による水素除去を可能にする塩素量に比例した前記バイオマスの供給量を、前記塩化水素モニタ１２および水銀モニタ１３の各測定値を前記判定機１４により判定し、その判定に基づいて、前記バイオマス供給手段１１に制御信号を送ることにより制御する。
【００２３】
本実施例１では、排ガス中の塩化水素濃度と水銀濃度とをモニタリングして、投入するバイオマス量を制御することを特徴としている。排ガス中の塩化水素濃度が下がったり、煙突６入口の水銀濃度の上昇を検知した場合には、バイオマスの混焼率を増やして、排ガス中の塩化水素を増加させ、排ガス中の水銀酸化を促進させて、脱硫装置２での水銀捕集効率を上げることができる。
【００２４】
前記判定機１４では、水銀モニタ１３にて少量でも水銀の含有が確認された場合を優先的に判別して、バイオマス供給手段１１にバイオマスの供給量を増加させる制御信号を送る。また、水銀モニタ１３にて水銀が検出されなかった場合でも、排ガス中の塩素含有量が脱硫装置２内での水銀除去に必要な塩素量を下回っていた場合には、前記判定機１４からバイオマス供給手段１１に供給量を増量する制御信号を送る。
【００２５】
前記脱硫装置２内での水銀除去に必要な塩素量について以下に説明する。
脱硫装置で水銀除去するためには、水銀の存在形態が水に可溶な２価水銀である必要があるが、 排ガス中の塩化水素濃度が多くなると、この２価水銀の割合が多くなり、前記脱硫装置で水銀が捕集しやすくなることが、広く知られている。図２に排ガス中の塩化水素濃度と、ある脱硝触媒量での脱硝装置後流における水銀酸化率の関係を示す。ここで、(水銀酸化率)(％)＝(２価水銀濃度)×１００／(２価水銀濃度＋０価水銀濃度)で表わすものとする。
【００２６】
前記脱硫装置２内での水銀除去に必要な塩素量をバイオマスの混焼によってのみ賄うには、例えば、図２に示した塩化水素濃度と水銀酸化率の関係で、目標とする水銀酸化率を９０％とすると、無水無灰状態において塩素含有量０．１ｗｔ％以上のバイオマスが必要である（バイオマス混焼率５ｃａｌ％、下水汚泥炭化物の発熱量を仮定した場合)。
【実施例２】
【００２７】
前記実施例１の構成が本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの基本構成であり、図３に示す本発明の実施例２では、さらに塩化水素を排ガス中に注入する塩化水素注入手段２０を、ボイラ１と脱硝装置３との間に、設けていることを特徴とする。
【００２８】
本実施例２の装置による排ガス中の水銀除去方法は、ボイラ１から排出された排ガスに塩化水素を注入する塩化水素注入手段２０をさらに設け、前記バイオマスにより供給される塩素量が不足した場合に、その不足分を前記塩化水素注入手段２０を用いて塩化水素を排ガスに注入することを特徴とする。
【００２９】
本実施例２では、排ガス中の塩化水素と水銀濃度とをモニタリングして、バイオマスによる塩素添加量では不足であることを判定機１４により判定し、不足分を塩化水素ガスとして排ガス中に注入することを特徴としている。すなわち、バイオマスやその他燃料起因の塩化物のみでは十分に水銀酸化しない場合に、塩化水素注入手段２０を設けて、不足する塩化分を補う。ガス中の塩化水素濃度を高くすることで、水銀の酸化を促進し、脱硫装置２での捕集効率を向上させる。
【実施例３】
【００３０】
図４は、本発明の実施例３を示すもので、この実施例３は、前記実施例１に示した基本構成に対して、ボイラ１の出口後流にある脱硝装置３の後流側と、前記集塵機５の後流側の少なくとも一方に水銀酸化用触媒槽を設ける点に特徴がある。脱硝装置３の後流に水銀酸化用触媒槽３１を設けても、集塵機５の後流に水銀酸化用触媒槽３２を設けても、効果の点では大差がない。効果的には両方を設けることが望ましいが、一方のみでも効果の上では不足は生じない。
【００３１】
本実施例３の装置による排ガス中の水銀除去方法は、ボイラ１の出口と塩化水素モニタ１２の取り付け位置との間の排ガス流路に少なくとも一つの水銀酸化用触媒槽３１（３２）をさらに設け、前記脱硫装置２に供給される排ガス中の水銀の酸化を促進することを特徴としている。
【００３２】
本実施例３では、水銀酸化用触媒槽３１または／および水銀酸化用触媒槽３２を設けることにより、排ガス中の水銀酸化をさらに促進する。触媒には、担体としてＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3の少なくとも一種類および／またはゼオライトを使用し、該担体上にＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎのうち少なくとも１種類を担持したものを用いる。
【実施例４】
【００３３】
図５は、本発明の実施例４を示すもので、この実施例４は、前記実施例１に示した基本構成に対して、脱硫装置２の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置２底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段４１が、さらに設けられていることを特徴とする。
【００３４】
本実施例４の装置による排ガス中の水銀除去方法は、脱硫装置２の底部に貯留する吸収液の酸化還元電位を測定し、測定した酸化還元電位に基づいて前記脱硫装置２底部への酸化剤の供給量を制御する酸化還元電位測定制御手段４１をさらに設け、この酸化還元電位測定制御手段４１によって前記脱硫装置２の底部に貯留する吸収液内に捕らえられている水銀の再放散を防止することを特徴とする。
【００３５】
本実施例４では、脱硫装置２に酸化還元電位測定制御手段４１を設置して、酸化空気量または酸化剤の供給量を制御する点に特徴がある。脱硫装置２に供給する空気または酸化剤を制御し、吸収液を酸化雰囲気にして、それによって、吸収液からの水銀再飛散を最大限抑制できる。
【００３６】
前記脱硫装置２内の吸収液の酸化還元電位は、吸収液からの水銀の再飛散を防止するためには、１５０〜６００ｍＶの範囲内にあることが必要である。これは酸化還元電位が本範囲内であれば吸収液中にＨｇＣｌ2として捕集された水銀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。この酸化還元電位による水銀の再飛散防止については特開２００４−３１３８３３号公報に記述されているが、その後の検討により上記範囲がより好ましいことを確認した。
【００３７】
（評価例）
図４に示した前記実施例３のシステムにおいて、集塵機５の後流の水銀酸化用触媒槽３２のみを設けた場合について、水銀除去効率を測定した。評価のためにガスサンプリングを行ったが、サンプリング位置としては、集塵機５と水銀酸化用触媒槽３２との間（Ｓ１）、水銀酸化用触媒３２と脱硫装置２との間（Ｓ２）、脱硫装置２の直後（Ｓ３）の３箇所に設定した。
【００３８】
混焼バイオマスとしては、下水汚泥炭化物を用いた。その塩素含有率は、無水無灰状態で０．２ｗｔ％であった。このバイオマスの混焼率は５ｃａｌ％に固定した。
【００３９】
また、水銀酸化触媒としては、Ｖ2Ｏ5／ＴｉＯ2−ＳｉＯ2を主成分とする触媒を用いた。触媒温度は３５０℃、触媒ＳＶは６０００ｈ-1に設定した。
【００４０】
ボイラ１の出口から採取した排ガスのガス組成をバイオマスを混焼した場合と、混焼しない場合とについて測定した。その結果を下記表１に示す。
【００４１】
【表１】
2006263700.tif 000003
【００４２】
本発明に従ってバイオマスを混焼させた場合と、バイオマスの混焼を行わない場合とについて、前記サンプリング位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３でのサンプリングガスを分析した。その結果を下記表２に示す。
【００４３】
【表２】
2006263700.tif 000004
【００４４】
表１にて確認されるように、バイオマスを混焼した場合でもしない場合でも、ボイラ１からの排気ガス中の水銀含有量は同じであり、３０μｇ／ｍ3Ｎであった。そして、表２から明らかなように、脱硫装置２から排出されたガス中の水銀含有量は、バイオマスを混焼しない場合では９．３μｇ／ｍ3Ｎであるのに対して、本発明に従ってバイオマスを混焼した場合では４．８μｇ／ｍ3Ｎにも低減されている。この４．８μｇ／ｍ3Ｎという残存量も図３に示す前記実施例２にて設けた塩化水素注入手段２０を設けることによりさらに低減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムおよび除去方法は、ボイラの燃焼効率を犠牲にすることなく、また燃焼残渣を増やすことなく、効率的に排ガス中から水銀を除去することができ、さらに除去処理のコストの低減化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの実施例１の概略構成を示す図である。
【図２】排ガス中の塩化水素濃度と水銀酸化率の関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの実施例２の概略構成を示す図である。
【図４】本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの実施例３の概略構成を示す図である。
【図５】本発明にかかる排ガス中の水銀除去システムの実施例４の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ボイラ
２  脱硫装置
３  脱硝装置
４  エアヒータ
５  集塵機
６  煙突
１１  バイオマス供給手段
１２  塩化水素モニタ
１３  水銀モニタ
１４  判定機（供給量指示手段）
２０  塩化水素注入手段
３１，３２  水銀酸化用触媒槽
４１  酸化還元電位測定制御手段
【図１】
2006263700.tif 000005
【図２】
2006263700.tif 000006
【図３】
2006263700.tif 000007
【図４】
2006263700.tif 000008
【図５】
2006263700.tif 000009