(57)【要約】【課題】乾式集塵機で回収される回収灰に水銀が混入するのを防ぎつつ、排ガス中から水銀を除去すること。【解決手段】燃料を燃焼させるボイラ１から排出される排ガスの煙道２に乾式集塵機５を備える排ガス処理装置であって、乾式集塵機５の上流側の煙道２に配置して該煙道２を流れる排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化するＳＯ２酸化用触媒と、このＳＯ２酸化用触媒と接触する排ガスの流量を調整する流量調整手段とを備えること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスの煙道に乾式集塵機を備える排ガス処理装置であって、
前記乾式集塵機の上流側の前記煙道に配置して該煙道を流れる前記排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化するＳＯ２酸化用触媒と、該ＳＯ２酸化用触媒と接触する前記排ガスの流量を調整する流量調整手段とを備える排ガス処理装置。
【請求項２】
前記乾式集塵機の上流側の前記煙道に設けられ、該煙道を流れる前記排ガス中の水銀を二価の水銀に酸化する水銀酸化用触媒を収容する水銀酸化装置を備え、
前記ＳＯ２酸化用触媒は、前記水銀酸化装置の排ガス流路に設けられてなる請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記ＳＯ２酸化用触媒を両端が開口する枠体内に収容して触媒ユニットを形成し、該触媒ユニットの前記排ガスが流入する入口部分には、該入口部分を開閉するゲート弁が設けられ、
前記流量調整手段は前記ゲート弁の弁体をスライドさせて前記入口部分の開き量を調整する機構を有してなる請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記ＳＯ２酸化用触媒は前記水銀酸化用触媒の上流側の前記排ガス流路を分岐して該水銀酸化用触媒をバイパスするバイパス管路の途中に設けられ、
前記流量調整手段は前記バイパス管路を流れる前記排ガスの流量を調整する流路調整弁である請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記ＳＯ２酸化用触媒を両端が開口する枠体内に収容して触媒ユニットを形成し、該触媒ユニットは、前記水銀酸化用触媒の上流側又は下流側の少なくとも一方の排ガス流路に設けられるとともに、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの流れ方向に対して前記枠体の軸芯の角度が可変に支持されてなり、
前記流量調整手段は前記角度を調整する機構を有してなる請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記流量調整手段の作動を制御する制御手段が設けられ、
前記制御装置は、前記ボイラと前記水銀酸化装置との間の前記煙道を流れる前記排ガスのＳＯ２濃度と、前記水銀酸化装置と前記乾式集塵機との間の前記煙道を流れる前記排ガスのＳＯ２濃度との差に基づいて前記乾式集塵機に導入される前記排ガスのＳＯ３濃度を求め、この求めたＳＯ３濃度に基づいて前記流量調整手段の作動を制御するものである請求項２乃至５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記乾式集塵機の下流側の前記煙道に配設されて前記排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、前記乾式集塵機と前記湿式脱硫装置との間の前記煙道に配設されて前記排ガス中の煤塵を除去する湿式除塵装置とを備えてなる請求項２乃至６のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記乾式集塵機と前記湿式脱硫装置との間の前記煙道を流れる排ガス中に該排ガス中のＳＯ３をＳＯ２に還元する還元剤を添加する還元剤添加装置を設けてなる請求項２乃至７のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記湿式脱硫装置の下流側の前記煙道に、該煙道を流れる前記排ガス中のＳＯ３を除去する湿式集塵機を備えてなる請求項２乃至７のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項１０】
燃料を燃焼させるボイラから排出された排ガスを乾式集塵機に導いて除塵する排ガス処理方法であって、
前記乾式集塵機の上流側を流れる前記排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化させ、該排ガス中のＳＯ３濃度を２０ｐｐｍ以上に調整することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項１１】
燃料を燃焼させるボイラから排出された排ガスを水銀酸化用触媒に接触させて該排ガス中の水銀を二価の水銀に酸化させた後、該排ガスを乾式集塵機に導いて除塵し、該乾式集塵機で除塵された前記排ガスを湿式脱硫装置に導いて脱硫処理する排ガス処理方法であって、
前記乾式集塵機の上流側を流れる前記排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化させて該排ガス中のＳＯ３濃度を２０ｐｐｍ以上に調整し、
前記乾式集塵機を通過して前記湿式脱硫装置に導入される前の前記排ガスに除塵用の液を噴霧することを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、空気を用いて化石燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスを処理する技術が開示されている。これによれば、ボイラから排出された排ガスは、脱硝装置に導入されて排ガス中の窒素酸化物が除去された後、乾式集塵機に導入されて排ガス中の煤塵が除去される。煤塵が除去された排ガスは、湿式脱硫装置に導入されて排ガス中の硫黄酸化物が除去される。
【０００３】
一方、化石燃料が燃焼して発生する排ガス中には、窒素酸化物や硫黄酸化物の他に水銀などの有害な物質が含まれている。この点、特許文献１では、排ガス温度が低下すると排ガス中の水銀などの重金属がボイラから排出される灰粒子の表面に付着しやすくなる性質を利用し、水銀を積極的に灰粒子に付着させることにより、乾式集塵機で灰粒子ごと水銀を除去し、続いて、乾式集塵機を通過した排ガス中に残留する水銀を湿式脱硫装置の吸収液に吸収させて除去する技術が開示されている。
【０００４】
ところで、特許文献２では、硫黄分を比較的多く含む化石燃料などをボイラで燃焼させると、排ガス中のＳＯ３濃度が高くなり、このような排ガスは、水銀などの重金属の除去率が悪くなることが指摘されている。これは、排ガス中でＳＯ３と水銀が共存する場合、排ガス中の灰粒子にＳＯ３が先行して付着し、この付着したＳＯ３が、灰粒子への水銀の付着を阻害するように作用するためと考えられている。
【０００５】
これに対し、特許文献２では、乾式集塵機の上流側の排ガス中にＳＯ３除去剤を添加し、排ガス中のＳＯ３濃度を低下させることにより、水銀の除去率を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００４／０２３０４０号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００８／０７８７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２のように水銀を付着させた灰粒子を乾式集塵機で除去する場合、乾式集塵機で回収された回収灰は水銀を含むことになるから、このままでは回収灰の再利用や埋め立て処理を行うことができず、回収灰から水銀を取り除く処理が必要になる。また、湿式脱硫装置では、吸収液（例えば、亜硫酸カルシウム）が酸化されて石膏が副生されるが、この石膏にも水銀が含まれるため、このままでは石膏の再利用を行うことができない。
【０００８】
本発明の課題は、乾式集塵機で回収される回収灰に水銀が混入するのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図３に、水銀を灰粒子に付着させて乾式集塵機で除去するときの乾式集塵機における水銀の除去率と乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度との関係を示す。図に示すように、水銀の除去率は排ガスのＳＯ３濃度の増加とともに減少し、ＳＯ３濃度が約２０ｐｐｍ以上になると水銀の除去率がゼロになる。これは、水銀よりも先行して灰粒子に付着したＳＯ３が水銀の灰粒子への付着を阻害することを示すものである。したがって、乾式集塵機の上流側を流れる排ガスのＳＯ３濃度を所定値、例えば２０ｐｐｍ以上に維持し、ＳＯ３を灰粒子に積極的に付着させるようにすれば、灰粒子への水銀の付着を抑制することができ、乾式集塵機の回収灰に水銀が混入するのを防ぐことが可能になる。
【００１０】
具体的に、上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理装置は、燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスの煙道に乾式集塵機を備える排ガス処理装置であって、乾式集塵機の上流側の煙道に配置してこの煙道を流れる排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化するＳＯ２酸化用触媒と、このＳＯ２酸化用触媒と接触する排ガスの流量を調整する流量調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
このように、乾式集塵機の上流側の煙道にＳＯ２酸化用触媒を設けることにより、乾式集塵機に流入する排ガスのＳＯ３濃度を高めることができる。ここで、排ガスのＳＯ２濃度は燃料の性状などで変動するため、流量調整手段により、ＳＯ２酸化用触媒と接触する排ガスの流量を調整し、排ガスのＳＯ３濃度を設定濃度以上に維持することにより、灰粒子に水銀が付着するのを継続的に防ぐことができる。その結果、乾式集塵機で回収される回収灰に水銀が混入するのを防ぐことができるため、回収灰の再利用が容易になるだけでなく、回収灰を埋め立てする際の処理が不要になる。
【００１２】
ここで、ＳＯ２酸化用触媒とは、例えば、貴金属成分を含んで構成され、当該触媒が担持された触媒層を３５０℃以上の排ガスが通過したときに、排ガス中のＳＯ２の８０％以上をＳＯ３に酸化する機能を有するものとする。
【００１３】
この場合において、乾式集塵機の上流側の煙道に設けられ、この煙道を流れる排ガス中の水銀を二価の水銀に酸化する水銀酸化用触媒を収容する水銀酸化装置を備え、この水銀酸化装置の排ガス流路にＳＯ２酸化用触媒が設けられてなるものとする。
【００１４】
すなわち、ボイラから排出された排ガスに含まれる水銀は、金属水銀の形態をなしているが、この金属水銀を水銀酸化用触媒によって酸化させることにより、金属水銀よりも蒸気圧が低く、水溶性の高い二価の酸化水銀に変換することができる。これにより、排ガス中に含まれる水銀の除去を乾式集塵機の後流側に委ね、例えば、周知の吸収液に接触させるなどして排ガス中から容易に除去することができる。なお、二価の水銀は金属水銀よりも排ガス中の灰粒子に付着しやすい性質をもつが、乾式集塵機の上流側を流れる排ガスのＳＯ３濃度を適切な濃度に調整することで、灰粒子への水銀の付着を防ぐことができる。また、ＳＯ２酸化用触媒は、水銀酸化装置内の排ガス流路に設けることで装置の構成を簡単かつコンパクトに収めることができる。
【００１５】
ここで、水銀酸化用触媒とは、例えば、チタンを含んで構成され、当該触媒が担持された触媒層を３５０℃以上４００℃以下の排ガスが通流したときに、排ガス中の金属水銀の９０％以上を二価の水銀に酸化しながらＳＯ２の酸化を１％以下に抑える機能を有するものとする。
【００１６】
また、ＳＯ２酸化用触媒を両端が開口する枠体内に収容して触媒ユニットを形成し、この触媒ユニットの排ガスが流入する入口部分には、この入口部分を開閉するゲート弁を設け、流量調整手段はゲート弁の弁体をスライドさせて入口部分の開き量を調整する機構を有してなるものとする。
【００１７】
また、これに代えて、ＳＯ２酸化用触媒は水銀酸化用触媒の上流側の排ガス流路を分岐して水銀酸化用触媒をバイパスするバイパス管路の途中に設けられ、流量調整手段は、バイパス管路を流れる排ガスの流量を調整する流路調整弁をなすものとしてもよい。
【００１８】
さらに、これらに代えて、ＳＯ２酸化用触媒を両端が開口する枠体内に収容して触媒ユニットを形成し、この触媒ユニットは、水銀酸化用触媒の上流側又は下流側の少なくとも一方の排ガス流路に設けられるとともに、排ガス流路を流れる排ガスの流れ方向に対して枠体の軸芯の角度が可変に支持され、流量調整手段は、排ガスの流れ方向に対する枠体の軸芯の角度を調整する機構を有してなるものとしてもよい。
【００１９】
このように流量調整手段をゲート弁や流量調整弁或いは角度調整機構として構成することにより、触媒ユニットを流れる排ガスの流量を簡単な構成で調整できるようになり、排ガスのＳＯ３濃度の調整が可能になる。
【００２０】
ここで、流量調整手段の作動は、制御手段により制御されるものとし、この制御装置は、ボイラと水銀酸化装置との間の煙道を流れる排ガスのＳＯ２濃度と、水銀酸化装置と乾式集塵機との間の煙道を流れる排ガスのＳＯ２濃度との差に基づいて乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度を求め、この求めたＳＯ３濃度に基づいて流量調整手段の作動を制御するものとする。
【００２１】
すなわち、水銀酸化用触媒は、排ガス中のＳＯ２をＳＯ３に転換する反応も促進することから、水銀酸化装置の上流側と下流側を流れる排ガスのＳＯ２濃度をそれぞれ求めることにより、水銀酸化装置を通過した後の排ガスのＳＯ３濃度を求めることができる。そして、このようにして求めたＳＯ３濃度に基づいて流量調整手段を制御することにより、排ガス性状の変化などにかかわらず、ＳＯ３濃度を安定化することができる。
【００２２】
また、乾式集塵機の下流側の煙道に配設されて排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、乾式集塵機と湿式脱硫装置との間の煙道に配設されて排ガス中の煤塵を除去する湿式除塵装置とを備えてなるものとする。
【００２３】
すなわち、排ガス中の水銀は、水溶性の二価の水銀に酸化されているため、この酸化された水銀が湿式脱硫装置に導入されると、排ガス中の硫黄酸化物とともに水銀が湿式脱硫装置の吸収液に吸収されてしまい、硫黄酸化物が吸収液に吸収されることで生成される生成物、例えば、石膏に水銀が混入し、石膏の再利用が困難になる。そこで、本発明のように、乾式集塵機と湿式脱硫装置との間の煙道に湿式除塵装置を配置することにより、排ガス中の水銀が湿式除塵装置において噴霧される除塵用の液に吸収されるため、湿式脱硫装置に水銀が流入するのを防ぐことができ、湿式脱硫装置で回収される石膏への水銀の混入を防ぐことができる。これにより、石膏の再利用が容易になる。なお、排ガス中に含まれる水銀の量は極微量であり、少量の液で除去することができるため、煤塵を処理する設備と比べて簡易な設備で使用後の排液を処理することができる。
【００２４】
また、乾式集塵機と湿式脱硫装置との間の煙道を流れる排ガス中に該排ガス中のＳＯ３をＳＯ２に還元する還元剤を添加する還元剤添加装置を設けてなるものとしてもよい。
【００２５】
すなわち、排ガス中のＳＯ３はＳＯ２と比べて湿式脱硫装置の吸収液に吸収され難いため、排ガス中のＳＯ３濃度が高くなると、湿式脱硫装置でＳＯ３を除去しきれなくなるおそれがある。そのため、湿式脱硫装置の上流側の煙道を流れる排ガス中にＳＯ３をＳＯ２に還元する還元剤を添加し、ＳＯ３を湿式脱硫装置で除去し易いＳＯ２に転換させることにより、硫黄酸化物の除去率を高めることができる。
【００２６】
またこれに代えて、湿式脱硫装置の下流側の煙道に、該煙道を流れる排ガス中のＳＯ３を除去する湿式集塵機を備えるようにしてもよい。これによれば、湿式脱硫装置を通過した排ガス中のＳＯ３を除去することができる。
【００２７】
また、上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理方法は、燃料を燃焼させるボイラから排出された排ガスを乾式集塵機に導いて除塵する排ガス処理方法であって、乾式集塵機の上流側を流れる排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化させ、該排ガス中のＳＯ３濃度を２０ｐｐｍ以上に調整することを特徴とする。
【００２８】
すなわち、図３に示したように、乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度を水銀除去率がゼロになるＳＯ３濃度、つまり、２０ｐｐｍ以上に調整することにより、水銀を含まない乾式集塵機の回収灰を得ることができる。なお、排ガス中のＳＯ３濃度が高くなると、酸露点が上昇し、排ガス流路で機器材料の酸腐食の問題が発生するおそれがあるため、乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度は、２０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下、好ましくは、２５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下の範囲とするのがよい。
【００２９】
また、本発明の排ガス処理方法は、燃料を燃焼させるボイラから排出された排ガスを水銀酸化用触媒に接触させて排ガス中の水銀を二価の水銀に酸化させた後、この排ガスを乾式集塵機に導いて除塵し、乾式集塵機で除塵された排ガスを湿式脱硫装置に導いて脱硫処理する排ガス処理方法であって、乾式集塵機の上流側を流れる排ガス中のＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化させて排ガス中のＳＯ３濃度を２０ｐｐｍ以上に調整し、乾式集塵機を通過して湿式脱硫装置に導入される前の排ガスに除塵用の液を噴霧することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、集塵機で回収される回収灰に水銀が混入するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用してなる排ガス処理装置の第１の実施形態の系統図である。
【図２】本発明を適用してなる排ガス処理装置の第１の実施形態における水素酸化装置の構成図である。
【図３】乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度（ｐｐｍ）と乾式集塵機における水銀の除去率（％）との関係を示す図である。
【図４】石炭の燃焼性のＳ含有量（％）と、灰粒子への水銀吸着を防ぐのに必要なＳＯ３を得るため、排ガス中のＳＯ２の酸化に必要な循環排ガス量との関係を示した図であり、点線と実線は、乾式集塵機に導入される排ガスのＳＯ３濃度を表している。
【図５】本発明を適用してなる排ガス処理装置の第２の実施形態における水素酸化装置の構成図である。
【図６】本発明を適用してなる排ガス処理装置の第３の実施形態における水素酸化装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる排ガス処理装置の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ボイラに供給する燃料として石炭を粉砕した微粉炭を用いる例を説明するが、この例に限られるものではなく、他の化石燃料などを用いることもできる。
【００３３】
本実施形態において、ＳＯ２酸化用触媒とは、例えば、貴金属成分を含んで構成され、当該触媒が担持された触媒層を３５０℃以上の排ガスが通過したときに、排ガス中のＳＯ２の８０％以上をＳ０２に酸化させる機能を有するものとし、水銀酸化用触媒とは、例えば、チタンを含んで構成され、当該触媒が担持された触媒層を３５０℃以上４００℃以下の排ガスが通流したときに、排ガス中の金属水銀の９０％以上を二価の水銀に酸化しながら、ＳＯ２の酸化を１％以下に抑える機能を有するものであるが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
図１に示すように、ボイラ１の排ガス出口には、排ガスが通流する煙道２が接続されている。この煙道２の途中には、上流側から、水銀酸化装置３、空気予熱器４、乾式集塵機５、湿式除塵装置６、湿式脱硫装置７が順に設けられ、湿式脱硫装置７の下流側の煙道２は煙突８に接続されている。
【００３５】
ボイラ１は、火炉に図示しないバーナが取り付けられており、バーナには、燃料の微粉炭が供給される燃料流路と燃焼用空気が供給される燃焼用ガス流路が接続されている。
【００３６】
図２に示すように、水銀酸化装置３は、容器９内の排ガスの流れ方向に複数段（図２では２段）の触媒充填層１０が所定の間隔を開けて設けられている。各触媒充填層１０は、例えば、触媒が担持された板状又はハニカム状の触媒エレメントを枠体内に積層させてパラレルフロー型の触媒ユニット１１を形成し、この触媒ユニット１１を排ガスの流れ方向と交差する方向に並べて形成される。
【００３７】
触媒ユニット１１の大半は、水銀酸化用触媒が担持された触媒エレメントによって構成されるが、例えば、下段の触媒充填層１０の一角には、ＳＯ２酸化用触媒が担持された触媒エレメントで構成される触媒ユニット１１ａが設けられている。触媒ユニット１１ａは、排ガスが流入する入口部分に排ガスの通流量を調整する流量調整手段となるゲート弁１２が設けられている。ゲート弁１２は、容器９の外側から容器９の壁を貫いて板状の弁体１３が排ガスの流れ方向と交差する方向にスライド移動し、触媒ユニット１１ａの入口部分を開閉するようになっている。弁体１３は、図示しない駆動装置によって駆動され、駆動装置の作動は、制御装置１４（図１）から出力された信号によって制御されるようになっている。
【００３８】
次に、ゲート弁１２の作動を制御するＳＯ３濃度制御装置１５について説明する。ＳＯ３濃度制御装置１５は、制御装置１４、ＳＯ２濃度計１６、連続水銀モニター１７などを備えて構成される。ＳＯ２濃度計１６と連続水銀モニター１７は、それぞれ制御装置１４と電気的に接続されている。ボイラ１と水銀酸化装置３とを接続する煙道２には、第１サンプリング配管１８が接続され、空気予熱器４と乾式集塵機５とを接続する煙道２には、第２サンプリング配管１９が接続されている。第１サンプリング配管１８と第２サンプリング配管１９はそれぞれＳＯ２濃度計１６に接続され、煙道２から抜き出された排ガスは各サンプリング配管を介してＳＯ２濃度計１６に導入され、ＳＯ２濃度が計測されるようになっている。ＳＯ２濃度計１６で計測された排ガスのＳＯ２濃度は、ＳＯ２濃度計１６により電気信号に変換されて出力され、制御装置１４に入力されるようになっている。
【００３９】
乾式集塵機５と湿式除塵装置６を接続する煙道２には、第３サンプリング配管２０が接続されている。第３サンプリング配管２０は連続水銀モニター１７に接続され、煙道２から抜き出された排ガスは、第３サンプリング配管２０を介して連続水銀モニター１７に導入され、排ガスの水銀濃度が連続的に計測されて監視するようになっている。連続水銀モニター１７で計測された排ガスの水銀濃度は、連続水銀モニター１７により電気信号に変換されて出力され、制御装置１４に入力されるようになっている。
【００４０】
制御装置１４は、ＳＯ２濃度計１６及び連続水銀モニター１７からそれぞれ出力された信号を入力し、これらの入力信号に基づいてゲート弁１２の弁体１３の作動を制御するようになっている。
【００４１】
一方、乾式集塵機５と湿式除塵装置６とを接続する煙道２には、還元剤添加装置２１により排ガス中のＳＯ３をＳＯ２に還元する還元剤が添加されるようになっている。
【００４２】
次に、このようにして構成される排ガス処理装置の動作を説明する。なお、以下の説明において、水銀酸化装置３の触媒ユニット１１ａは、ゲート弁１２が所定の開度で開放されているものとする。
【００４３】
ボイラ１には、燃焼用空気と微粉炭が供給されて微粉炭の燃焼が行われる。ボイラ１から排出された排ガスは、煙道２を流れて水銀酸化装置３に導かれ、触媒ユニット１１に流入する。触媒ユニット１１を流れる排ガス中の水銀は、水銀酸化用触媒と接触して金属水銀から二価の水銀に酸化される。一方、開放されたゲート弁１２を通過して触媒ユニット１１ａに流入した排ガスは、排ガス中のＳＯ２がＳＯ２酸化用触媒と接触してＳＯ２の一部がＳＯ３に酸化される。その結果、水銀酸化装置３を通過した排ガスのＳＯ３濃度は、所定の濃度（例えば、２０ｐｐｍ以上）まで高められる。なお、水銀酸化装置３を流れる排ガスの温度は、例えば３８０℃であり、水銀酸化触媒とＳＯ２酸化用触媒がそれぞれ触媒機能を発揮するのに好適な温度となっている。
【００４４】
水銀酸化装置３を通過して空気予熱器４に導かれた排ガスは、ボイラ１へ供給される燃焼用空気と熱交換され、所定温度まで冷却される。空気予熱器４を通過した排ガスは、乾式集塵機５に導かれ、排ガス中の煤塵（灰粒子）の大半が捕集される。ここで、排ガス中の二価の水銀は、排ガス中の灰粒子にＳＯ３が先行して付着することにより、灰粒子への付着が阻害されるため、灰粒子に付着することなく、乾式集塵機５をそのまま通り抜ける。
【００４５】
乾式集塵機５を通過した排ガスは、煙道２を流れる途中で、還元剤添加装置２１によってナトリウム成分などを含む塩基性物質であるＳＯ３の還元剤が噴霧されることにより、排ガス中のＳＯ３がＳＯ２に還元される。
【００４６】
続いて、湿式除塵装置６に導かれた排ガスは、ノズルから噴霧された除塵用のスプレー液と接触する。ここで、湿式除塵装置６に導入された排ガス中の水銀は水溶性の高い二価の水銀に酸化されているため、スプレー液と接触した水銀はスプレー液に吸収されて排ガス中から容易に除去される。また、排ガス中に残存する煤塵もスプレー液と接触することで排ガス中から除去される。このようにして水銀や煤塵が吸収された排液は、湿式除塵装置６の容器の底部に溜められた後、例えば、排水口から容器の外に排水された後、図示しない排液処理装置などにより水銀や煤塵が液から分離、除去される。
【００４７】
湿式除塵装置６で水銀が除去された排ガスは、湿式脱硫装置７に導かれ、ノズルから噴霧された吸収液と接触することにより、排ガス中の硫黄酸化物（主としてＳＯ２）が吸収液に吸収されて排ガス中から除去される。湿式除塵装置６で硫黄酸化物が除去された排ガスは、煙突８から大気中に放出される。
【００４８】
次に、本実施形態の特徴構成となるＳＯ３濃度制御装置１５の動作を説明する。水銀酸化装置３の上流側の煙道２を流れる排ガスが第１サンプリング配管１８によって抜き出される一方、水銀酸化装置３の下流側の煙道２を流れる排ガスが第２サンプリング配管１９によって抜き出され、各サンプリング配管によって抜き出された排ガスは、ＳＯ２濃度計１６においてそれぞれＳＯ２濃度が計測される。
【００４９】
ＳＯ２濃度計１６で計測されたＳＯ２濃度はそれぞれ電気信号に変換されて制御装置１４に入力され、ここにおいてＳＯ２濃度の差、つまり、ボイラ１を出た排ガスが水銀酸化装置３を経由して乾式集塵機５に至るまでに排ガス中のＳＯ２がＳＯ３に酸化されるＳＯ３の酸化率が求められる。制御装置１４は、こうして求めたＳＯ３の酸化率、望ましくは、このＳＯ３の酸化率と、微粉炭燃料の性状及びボイラ１の燃焼状態などに基づくボイラ１出口での排ガスのＳＯ３濃度の予測値とに基づいて、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度を決定し、図３の乾式集塵機５に導入される排ガスのＳＯ３濃度と乾式集塵機５における水銀の除去率との関係により、乾式集塵機５での水銀の除去率がゼロになるＳＯ３濃度を維持するように、水銀酸化装置３のゲート弁１２の作動を制御する。
【００５０】
より具体的に、制御装置１４は、例えば、図３における関係、ボイラ１出口における排ガス中のＳＯ３濃度の予測誤差、水銀酸化装置３の前後において排ガス中のＳＯ２がＳＯ３に酸化されるＳＯ３の酸化率の測定誤差、及び、排ガス中のＳＯ２が酸化されてＳＯ３に転換する際の応答遅れなどを考慮して、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度が、例えば２５ｐｐｍ以上に維持されるように、ゲート弁１２の作動を制御する。ここで、排ガス中のＳＯ３濃度が高くなり過ぎると酸露点が上昇し、排ガス流路で機器材料の酸腐食の問題が発生するおそれがある。例えば、ＳＯ３濃度が５０ｐｐｍを超えると、大量のＳＯ３の除去剤（還元剤など）が必要になり、また余剰のＳＯ３が後段へスリップするおそれがある。したがって、ＳＯ３濃度は５０ｐｐｍ以下、好ましくは２５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下の範囲に制御するのがよい。
【００５１】
水銀酸化装置３は、ゲート弁１２の弁体１３の開度が大きくなると、触媒ユニット１１ａに流入する排ガスの流量が増加して排ガスのＳＯ３濃度が増加し、ゲート弁１２の弁体１３の開度が小さくなると、触媒ユニット１１ａに流入する排ガスの流量が減少して排ガスのＳＯ３濃度が減少する。したがって、例えば、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度が減少し、２５ｐｐｍに近づいてきたときには、弁体１３の開度を大きくするように制御し、排ガスのＳＯ３濃度が増加して３０ｐｐｍに近づいてきたときには、弁体１３の開度を小さくするように制御する。
【００５２】
なお、併せて、連続水銀モニター１７の計測値より、乾式集塵機５の下流側を流れる排ガスの水銀濃度を監視し、その結果をゲート弁１２の作動に反映させる制御も可能である。
【００５３】
本実施形態は、乾式集塵機５の上流側を流れる排ガス中のＳＯ３を積極的に低減して灰粒子への水銀吸着を促進させる従来技術と異なり、排ガス中の水銀の除去を乾式集塵機５の後流側に委ね、乾式集塵機５へ流入する排ガスのＳＯ３濃度を乾式集塵機５における水銀の除去率がゼロになる濃度範囲に調整し維持することにより、灰粒子へ水銀を付着させないようにしている。さらに、排ガスのＳＯ２濃度が燃料の性状などで変動したとしても、触媒ユニット１１ａを通過する排ガスの流量を調整することで、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度の変動を抑制することができる。これにより、乾式集塵機５で回収される煤塵に水銀が混入するのを防ぐことができ、その結果、煤塵の再利用が容易になるだけでなく、埋め立てする際の煤塵の処理を省くことができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、湿式脱硫装置７の上流側に湿式除塵装置６を設置し、この湿式除塵装置６で排ガス中の水銀を除去するようにしている。これにより、湿式脱硫装置７に水銀が流入するのを防ぎ、副生物である石膏への水銀混入を防ぐことができるため、石膏をそのまま再利用することが可能になる。さらに、本実施形態によれば、煙突８から大気中に放出される排ガスは、煤塵、ＳＯ２、ＳＯ３、水銀のいずれも高い除去率で除去されるため、高性能の排ガス浄化装置を構築することができる。
【００５５】
図４は、排ガスの一部をボイラ１に戻して循環させる場合を想定し、燃料となる石炭の燃焼性のＳ含有量（％）と、排ガス中の灰粒子への水銀付着を防ぐのに必要なＳＯ３を得るため、排ガス中のＳＯ２の酸化に必要な循環排ガス量との関係を示した図であり、２０ｐｐｍの点線と３０ｐｐｍの実線は、いずれも乾式集塵機５に導入される排ガスのＳＯ３濃度を表している。排ガス中のＳ分は燃焼することでＳＯ２となり、その一部の約２％程度がＳＯ３に酸化される。例えば、燃焼性のＳ濃度０.５％の石炭を燃焼させると、排ガス中には約４００ｐｐｍ程度のＳＯ２が含まれ、このうち、ＳＯ３が約８ｐｐｍ程度発生する。この場合、排ガス中の水銀は一定量煤塵に付着し、乾式集塵機５で回収されることになる。これに対し、ＳＯ３濃度を２０−３０ｐｐｍに調整するべく、排ガスの一部を抜き出して循環させ、ＳＯ２酸化触媒によってＳＯ２をＳＯ３に酸化させる場合、膨大な量の排ガス（例えば、全排ガス量の３.１％〜５.７％）を循環させなければならず、また、ボイラ１の燃焼温度を昇温させなければならなくなる。
【００５６】
この点、本実施形態のように、ＳＯ２酸化触媒を設けてＳＯ２の一部をＳＯ３に酸化させる構成とすれば、排ガスの循環に必要なファンの動力及び昇温のためのエネルギが不要になるため、システム全体のエネルギ効率を高めることができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用してなる排ガス処理装置の第２の実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図５に示すように、本実施形態の水銀酸化装置２３は、図２の触媒ユニット１１ａの入口部分を開閉するゲート弁１２に代えて、触媒充填層１０をバイパス管路２４によってバイパスするとともに、ＳＯ２酸化用触媒が充填された触媒ユニット１１ａとバイパス管路２４を流れる排ガスの流量を調整する流量調整手段である流量調整弁２５とを、それぞれバイパス管路２４の途中に設けている点で第１の実施形態と構成が相違する。
【００５９】
バイパス管路２４は、容器９内の触媒充填層１０の上流側の排ガス流路に一端が接続され、容器９の出口に接続される煙道２に他端が接続されている。触媒ユニット１１ａは、例えば、板状又はハニカム状のＳＯ２酸化用触媒が担持された触媒エレメントを枠体内に積層させてパラレルフロー型にして構成される。触媒ユニット１１ａは、その入口部分と出口部分がそれぞれバイパス管路２４と気密に接続され、バイパス管路２４の一部をなしている。触媒ユニット１１ａの上流側のバイパス管路２４には流量調整弁２５が設けられ、流量調整弁２５の開度は制御装置１４から出力された指令によって制御されるようになっている。
【００６０】
本実施形態によれば、制御装置１４により流量調整弁２５の開度を制御することにより、触媒ユニット１１ａを流れる排ガス流量、つまりＳＯ２酸化用触媒と接触する排ガスの流量を調整することができる。これにより、水銀酸化装置３を通過した排ガスのＳＯ３濃度を設定濃度範囲に保持し、灰粒子に水銀が付着するのを継続的に防ぐことができる。その結果、第１の実施形態と同様、乾式集塵機５で回収される煤塵に水銀が混入するのを防ぐことができ、煤塵の再利用が容易になるだけでなく、埋め立てする際の煤塵の処理が不要になる。したがって、本実施形態の水銀酸化装置２３を第１の実施形態の水銀酸化装置３と置き換えても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、本発明を適用してなる排ガス処理装置の第３の実施形態について図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の水銀酸化装置２７は、図２の触媒ユニット１１ａの入口部分を開閉するゲート弁１２や図５のバイパス管路２４に設けた流量調整弁２５に代えて、容器９の排ガス流路内、つまり触媒充填層１０の下流側の空間内に触媒ユニット１１ａを配設し、流量調整手段として、排ガス流路を流れる排ガスの流れ方向に対し、触媒ユニット１１ａの枠体の軸芯の角度を可変に支持することで、触媒ユニット１１ａに流入する排ガスの流量を調整可能にしている点で他の実施形態と構成が相違する。
【００６３】
触媒ユニット１１ａは、例えば、枠体の開口する両端のうち一端側が容器９の内壁などに軸支される一方、他端側には、容器９の壁を貫いて容器９内に延在する棒状又は板状の角度調整部材２８が連結されており、角度調整部材２８の動きに連動して一端側を支持する軸を中心に他端側が周方向に回動するようになっている。なお、本実施形態の触媒ユニット１１ａは、触媒充填層１０の下流側に設けられているが、触媒充填層１０の上流側又は下流側の少なくとも一方に設けられていればよい。角度調整部材２８は、図示しない駆動装置によって長手方向の前後（図６の矢印）にスライド可能に支持されており、角度調整部材２８の動作は、制御装置１４から出力された指令によって制御されるようになっている。
【００６４】
本実施形態によれば、制御装置１４が角度調整部材２８のスライド量を制御することにより、排ガスの流れ方向と直交する面に投影される触媒ユニット１１ａの入口部分の投影面積が調整されるため、触媒ユニット１１ａに流入する排ガス流量、つまりＳＯ２酸化用触媒と接触する排ガスの流量の調整が可能になる。これにより、水銀酸化装置３を通過した排ガスのＳＯ３濃度が設定濃度範囲に保持されるため、灰粒子に水銀が付着するのを継続的に防ぐことができる。その結果、第１の実施形態と同様、乾式集塵機５で回収される煤塵に水銀が混入するのを防ぐことができるため、煤塵の再利用が容易になるだけでなく、埋め立てする際の煤塵の処理が不要になる。したがって、本実施形態の水銀酸化装置２３を第１の実施形態の水銀酸化装置３と置き換えても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【００６６】
例えば、上記の実施形態において、ＳＯ３濃度制御装置１５は、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度をＳＯ３の酸化率とボイラ１出口のＳＯ３濃度の予測値とに基づいて決定しているが、乾式集塵機５に流入する排ガスのＳＯ３濃度の実測値を用いるようにしてもよい。
【００６７】
また、上記の実施形態では、図１に示すように還元剤添加装置２１を配置し、湿式脱硫装置７の上流側の煙道２を流れる排ガス中にＳＯ３の還元剤を添加するようにしているが、この還元剤添加装置２１に代えて、湿式脱硫装置７と煙突８との間の煙道２に湿式集塵装置を配置し、湿式脱硫装置７で吸収されなかった排ガス中のＳＯ３を湿式集塵装置で除去するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、排ガス中のＳＯ３を除去する方法として、ＳＯ３をＳＯ２に還元する方法を説明したが、これに代えて、ＳＯ３を中和させて除去する方法を採用することも可能である。いずれの方法を採用する場合も反応によって生成される生成物を除去するために、湿式除塵装置６の上流側の煙道２に還元剤や中和剤を添加するのが望ましい。
【符号の説明】
【００６９】
１    ボイラ
２    煙道
３，２３，２７    水銀酸化装置
５    乾式集塵機
７    湿式脱硫装置
１１，１１ａ    触媒ユニット
１２    ゲート弁
１３    弁体
１４    制御装置
１５    ＳＯ３濃度制御装置
２１    還元剤添加装置
２４    バイパス管路
２５    流量調整弁
２８    角度調整部材
【図１】
2013142501.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013142501.tif 000005
【図４】
2013142501.tif 000006
【図５】
2013142501.tif 000007
【図６】
2013142501.tif 000008