JP5279062B2 - 燃焼排ガス処理方法及び燃焼排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼炉や廃棄物焼却炉等より排出される燃焼排ガスを処理する燃焼排ガス処理方法、及び燃焼排ガス処理装置に関する。

従来、燃焼排ガスの処理装置としては、特許文献１に、燃焼排ガスが空気予熱器で熱回収された後、スプレー塔で消石灰の吹込みによる酸性ガス中和処理を行い、セラミックフィルターでダスト除去を行った後、アンモニアの吹き込みにより触媒脱硝塔でＮＯｘ分解を行い、白煙防止装置を通って煙突より排気する燃焼排ガス処理装置が提案されている。

しかし、この装置では、空気予熱器の後の４８０℃の雰囲気にスプレー塔にて中和剤を噴霧しているため（半乾式）、水の気化に伴う熱量が排ガスから奪われ、エネルギー効率が低下するという問題がある。また、この装置では、酸性ガスの中和反応に消石灰を使用しているため、スプレー塔設置位置を高温域にする必要がある。

また、特許文献２には、燃焼排ガスを高温フィルターで除塵した後、蒸気過熱器とボイラで熱回収した後、触媒脱硝塔でＮＯｘ分解を行い、エコノマイザーで熱回収した後、排ガス処理装置を通って煙突より排気する燃焼排ガス処理装置が提案されている。

しかし、この装置では、高温フィルターを燃焼室の直後（７５０〜８００℃の領域）に設けるため、酸性ガスによるケージング等の腐食が懸念され、また高温のため実ガス量が増加するため、ろ過面積を大きくする必要があり、溶融状態の灰による付着等の問題もあった。

特許文献３には、燃焼排ガスからボイラで熱回収した後、ダイオキシン再合成防止のために水を噴霧する減温塔で減温し、中和処理の後、触媒脱硝反応に適する温度まで加熱してから、処理触媒脱硝処理等を行う排ガス処理装置が開示されている。

しかし、この装置では、水の噴霧による気化熱のロスや水使用量の面で不利であり、また、処理触媒脱硝処理の前に加熱を行う必要があり、エネルギー効率が低下するという問題がある。

特開平７−９６１３４号公報 特開平９−３１３８８６号公報 特開２００２−２５７３２８号公報

そこで、本発明の目的は、ダスト除去の際に溶融状態の灰による付着や酸性ガスによる腐食等の問題が生じにくく、熱回収量の増加やボイラによる発電量の増加が可能となり、水使用量を低下させることができる燃焼排ガス処理方法、及び燃焼排ガス処理装置を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の燃焼排ガス処理方法は、燃焼排ガスからボイラで熱回収する工程と、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加して酸性ガスを中和処理する工程と、薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う工程と、ダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給し触媒脱硝塔でＮＯｘを分解する工程と、脱硝後の排ガスから熱回収器で熱回収する工程と、熱回収後の排ガスからダイオキシン類及び重金属を除去する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の燃焼排ガス処理方法によると、３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加して酸性ガスを中和処理し、ダストを除去するため、排ガスは温度も３００℃程度であり、ダストがなく酸性ガスも濃度も腐食を考慮しなくても良い程度まで下る。また、後の脱硝処理に先立って加熱を行う必要がなく、排ガスが低温になるまで熱吸収できるため、ボイラによる蒸発量を増加させることができる。また、熱回収後にダイオキシン類を除去するため、減温塔などを設ける必要がなく、水使用量を低下させることができる。更に、３５０℃以下でダスト除去を行うため、溶融状態の灰による付着や酸性ガスによる腐食等の問題も生じにくい。その結果、ダスト除去の際に溶融状態の灰による付着や酸性ガスによる腐食等の問題が生じにくく、ボイラ及び後続の熱回収器による熱回収量の増加が可能となり、脱硝装置前の排ガスを加熱するための蒸気を必要とすることがなく、その分を蒸気タービンに使用でき、水使用量を低下させることができる燃焼排ガス処理方法を提供できる。

上記において、前記ダイオキシン類及び重金属の除去を、排ガスに活性炭を吹き込んでバグフィルタでろ過して行うことが好ましい。この構成によると、ダイオキシン類を活性炭で吸着して、これをバグフィルタで捕捉することにより、ダイオキシン類の除去を効率良く行うことができる。

また、前記ダスト除去をセラミック製ろ布のバグフィルタで行うことが好ましい。この構成によると、バグフィルタの構成材料としてセラミック製ろ布を用いるため、耐熱性が十分得られる。
一方、本発明の燃焼排ガス処理装置は、燃焼排ガスから熱回収するボイラと、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加する中和処理手段と、薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う集塵器と、ダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給するアンモニア供給部と、ＮＯｘを触媒にて分解する触媒脱硝塔と、脱硝後の排ガスから熱回収する熱回収器と、熱回収後の排ガスからダイオキシン類を除去するダイオキシン類除去手段とを含むことを特徴とする。

本発明の燃焼排ガス処理装置によると、中和処理手段により３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加して酸性ガスを中和処理するため、後の脱硝処理に先立って加熱を行う必要がなく、ボイラで発生する蒸気の排ガス加熱用に使用する量を無くし、その分蒸気タービンに送り発電量を増加させることができる。また、ダイオキシン類除去手段で熱回収およびダスト除去後にダイオキシン類を除去するため、ダイオキシン再合成防止のための減温塔などを設ける必要がなく、水使用量を低下させ、熱回収量を増加させることができる。更に、集塵器にて３５０℃以下でダスト除去を行うため、溶融状態の灰による付着や酸性ガスによる腐食等の問題も生じにくい。その結果、ダスト除去の際に溶融状態の灰による付着や酸性ガスによる腐食等の問題が生じにくく、ボイラ及び熱回収器による熱回収量の増加が可能となり、水使用量を低下させることができる燃焼排ガス処理装置を提供できる。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の燃焼排ガス処理方法の一例を示す工程流れ図であり、図２は、本発明の燃焼排ガス処理装置の一例を示す概略構成図である。

本実施形態では、図２に示すように、家庭ゴミ等の一般廃棄物やカーシュレッダーダスト・電化製品等の産業廃棄物の処理プラントである熱分解ガス化溶融プラントに、本発明の燃焼排ガス処理装置を適用する場合の例を示す。処理プラントとしては、ストーカ式焼却炉でも良い。この熱分解ガス化溶融プラントは、前処理設備１、熱分解設備２、熱分解残渣選別設備３、高温燃焼溶融設備４、ボイラ発電設備５、排ガス処理設備６から成る。

まず、本発明の排ガス処理の対象となる燃焼排ガスを生成するまでの工程及び装置について説明する。

前処理設備１では、廃棄物ピット７に貯留された廃棄物を破砕機で破砕し、破砕廃棄物を搬送装置等で熱分解設備２に送る。熱分解設備２では、廃棄物ピット７からの廃棄物を熱分解ドラム１２に搬送供給し、熱風炉１０２から熱分解ドラム１２に加熱ガスを供給する。

この加熱ガスで廃棄物を間接的に加熱しながら、廃棄物を無酸素あるいは低酸素雰囲気で約４５０°Ｃの熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解し、熱分解ガスを後述の高温燃焼溶融炉１３に送り、熱分解残渣を熱分解残渣選別設備３に送る。

熱分解残渣選別設備３では、前記熱分解ドラム１２からの熱分解残渣を冷却振動コンベア１４等を介してスクリーン５５側に送り、磁選機やアルミ選別機５３を介して選別した鉄・アルミ・ガラス等を回収する。鉄やアルミ等が選別された後の熱分解残渣を粉砕機５６で粉砕する（粉砕したものを、以下「カーボン残渣」と呼ぶ）。カーボン残渣はカーボン残渣サイロ６１に送り、カーボン残渣サイロ６１内のカーボン残渣を高温燃焼溶融炉１３にその炉頂側から吹き込む。

高温燃焼溶融設備４では、熱分解ガス・カーボン残渣・集塵ダストを高温燃焼溶融炉１３に炉頂側から吹き込み、これらを旋回燃焼する。焼却灰・集塵ダストは溶融し、炉底から連続排出する。排出したスラグはスラグ容器５０に収容され、道路舗装材として再利用される。燃焼によって生じた燃焼排ガスは、本発明の排ガス処理に供される。

本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、燃焼排ガスからボイラ１８で熱回収する工程を含むものである。この工程は、図２に示すようなボイラ発電設備５を用いて行うことができる。つまり、本発明の燃焼排ガス処理装置は、燃焼排ガスから熱回収するボイラ１８を備えている。

ボイラ発電設備５では、排ガスをボイラ輻射ゾーンで冷却し、蒸発管群で均一な温度にした後、過熱蒸気管群に送る。ボイラ１８で蒸気を熱回収し、タービン・発電機で電気として回収する。

この熱回収では、ボイラ１８からの排ガスの温度が３００〜３５０℃になるように設定する。

本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加して酸性ガスを中和処理する工程を含むものである。この工程は、図２に示すような排ガス処理設備６を用いて行うことができる。つまり、本発明の燃焼排ガス処理装置は、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加する中和処理手段４５を備えている。

この構成によれば、中和薬剤としてのナトリウム系薬剤が、従来技術で使用していた消石灰と異なり、３００℃以上でも中和効率が高いため、ボイラ１８から排出される排ガス（例えば、３００〜３５０℃程度となっている）を、中和処理して、排ガス中のＨＣｌ，ＳＯｘなどの酸性ガスを効率よく除去することができる。このため、後の工程の脱硝設備の脱硝触媒に対する被毒の影響を低減できて、脱硝設備に送給される排ガスを再加熱する必要がない。

使用するナトリウム系薬剤としては、炭酸水素ナトリウム（重曹）以外に、炭酸ナトリウム、苛性ソーダ等あるいはこれらの複合剤などが挙げられる。

本発明では、前記ナトリウム系薬剤の導入の直前に、その平均粒径が１０〜５０μｍになるよう粒度調整を行いつつ粉砕することが好ましい。ナトリウム系薬剤の平均粒径がこの範囲であると、反応性が高く、排ガス中の酸性成分の除去効率を一層高くできて都合がよい。ナトリウム系薬剤の平均粒径が１０μｍ未満であると、反応性を高めることはできるが、後工程の集塵手段にバグフィルター等を使用すると、詰まりを生じる可能性があり、又、ナトリウム系薬剤の平均粒径が５０μｍを越えると、酸性成分の除去効率が低
下する。ナトリウム系薬剤の平均粒径は、１０〜３０μｍがより好ましく、１０〜２０μｍが更に好ましい。

中和薬剤である炭酸水素ナトリウムは、固体で供給することが好ましく、例えば、薬剤貯槽から所定量だけ供給されるべく、薬剤供給手段の１種の定量供給機を介して、配管途中に設けられた吸引ファンあるいはブロワ（図示略）により、空気と共に集塵器１７の上流側の排ガス経路であるダクトに吹き込むのが好ましい。このような定量供給機の次に、炭酸水素ナトリウムを微粉砕する粉砕手段が配置されていることがより好ましい。更に、粉砕手段には、供給する薬剤の粒度を調整する調整手段が設けられていてもよい。

本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う工程を含むものである。この工程は、図２に示すような排ガス処理設備６及び集塵器１７を用いて行うことができる。つまり、本発明の燃焼排ガス処理装置は、薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う集塵器１７を備えている。

本発明では、ダスト除去をセラミック製ろ布のバグフィルタで行うことが好ましく、集塵器１７として、セラミック製ろ布のバグフィルタを備えることが好ましい。このようなバグフィルタを用いると、酸性ガスとＮａ系薬剤の反応を起こさせながら、反応生成物とダストを除去することができる。その結果、バグフィルタの出口ガスは酸性ガスが数ｐｐｍ、ダスト濃度０．０１ｍｇ／Ｎｍ^３以下とすることができる。

集塵器１７で除去・分離された中和剤を含む固体（粉体・粒体）は、薬剤等を用いて後続するバグフィルタからの反応物と共に重金属溶出防止処理するのが好ましい。

本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、ダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給し触媒脱硝塔５８でＮＯｘを分解する工程を含むものである。このため、本発明の燃焼排ガス処理装置は、図２に示すように、ダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給するアンモニア供給部５７と、ＮＯｘを触媒にて分解する触媒脱硝塔５８とを備えている。

アンモニアの吹き込みによる触媒脱硝塔５８でのＮＯｘ分解は、高温ほど分解率が優れており、従来の方式である２１０℃の温度域での効率と較べ、３００〜４００℃の温度域では１．７倍程度となり、排ガスのＮＯｘ濃度をより低くできアンモニア消費量を削減できる。

アンモニア供給は、アンモニアボンベ、アンモニア蒸発器、輸送設備（空気輸送）などを用いて行うことができる。アンモニア供給する部分での排ガスの温度は、３００〜３５０℃の温度域が好ましい。
本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、脱硝後の排ガスから熱回収器で熱回収する工程を含むものである。このため、本発明の燃焼排ガス処理装置は、図２に示すように、脱硝後の排ガスから熱回収する熱回収器５９を備えている。

本発明では、熱回収器５９として、ボイラ１８のエコノマイザー（節炭器）を採用するのが好ましい。

清浄となった排ガス中に設置される熱回収器５９は、ダストや酸性ガスが数ｐｐｍと微量であるので、フィン付き管の採用や管ピッチを狭くできることにより、コンパクトな熱回収器５９となる。また、酸性ガスによる腐食の心配がないため、熱回収器への給水温度を６０℃程度にできるので、排ガス温度は１６０℃程度となる。また、３００℃から２００℃温度域でのダイオキシン再合成は、再合成の原因因子である塩化水素、ダスト中の触媒成分である銅などの金属成分や未燃炭素がないため起こりにくい。

本発明の燃焼排ガス処理方法は、図１に示すように、熱回収後の排ガスから残存するダイオキシン類及び重金属を除去する工程を含むものである。このため、本発明の燃焼排ガス処理装置は、図２に示すように、熱回収後の排ガスからダイオキシン類及び重金属を除去するダイオキシン類除去手段を備えている。熱回収後の排ガスの温度は、１３０〜１６０℃に設定されるのが好ましい。

本発明では、ダイオキシン類の除去を、排ガスに活性炭を吹き込んでバグフィルタでろ過して行うことが好ましい。本実施形態では、ダイオキシン類除去手段が、活性炭供給手段２１と集塵器２２とを備える例を示す。熱回収後の排ガス中には、燃焼時に発生したダイオキシン類及び重金属が含まれているため、活性炭吹き込みとバグフィルタでダイオキシン類及び重金属を除去するのが好ましい。

本実施形態の燃焼排ガス処理装置は、図２に示すように、集塵器２２の下流側に吸引ファン２３を備え、排ガスが煙突２５に供給される。更に、白煙防止装置２４を設けることで、排ガスの白煙化を防止することができる。冬場に使用される白煙防止装置は、従来技術のように水噴霧急冷塔がないため、燃焼ガスに含まれる水分が２０％程度となるので小型化でき、加熱源である蒸気消費量が低減する。

白煙防止装置２４は、例えば空気ブロア２４ａと加熱器２４ｂとで構成することが可能である。

以上のような本発明の燃焼排ガス処理方法及び燃焼排ガス処理装置によると、次の効果が得られる。

１）熱回収量の増加
従来のボイラ・エコノマイザ出口温度を２３０℃、本発明でボイラ・エコノマイザ出口温度１６０℃とした場合、７．５％の熱回収率のアップとなる。

２）発電量の増加
上記熱回収量のアップと従来の触媒脱硝塔用排ガス加熱器の削除により、発電量は１４％アップとなる。

３）水使用量の低下
従来のボイラ・エコノマイザ出口温度を２２０℃、急冷塔出口１６０℃とした場合の１５０ｋｇ／処理ごみトンが不要になる。

〔別実施の形態〕
（１）前述の実施形態では、ダイオキシン類の除去を、排ガスに活性炭を吹き込んでバグフィルタでろ過して行う例を示したが、触媒脱硝塔でのダイオキシン類分解が起こるため、排出ガス規制値によっては活性炭吹込み及びバグフィルタを除くことができる。

（２）前述の実施形態では、中和処理後の排ガスの集塵器としてバグフィルタを用いる例を示したが、３００℃以上で集塵が可能であれば、何れの集塵方法でもよい。例えば、固定床フィルタなどを使用することも可能である。

（３）前述の実施形態では、熱分解ガス化溶融プラントに、本発明の燃焼排ガス処理装置を適用する場合の例を示したが、本発明の燃焼排ガス処理装置は、ストーカ焼却炉からの排ガス処理等にも適用することができる。

本発明の燃焼排ガス処理方法の一例を示す工程流れ図 本発明の燃焼排ガス処理装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

１７ 集塵器
１８ ボイラ
２１ 活性炭供給手段（ダイオキシン類除去手段）
２２ 集塵器（ダイオキシン類除去手段）
４５ 中和処理手段
５７ アンモニア供給部
５８ 触媒脱硝塔

Claims (8)

1. 燃焼排ガスが３００〜３５０℃の温度になるように燃焼排ガスからボイラで熱回収する工程と、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加して酸性ガスを中和処理する工程と、３００〜３５０℃の温度領域で薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う工程と、３００〜３５０℃の温度領域でダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給し触媒脱硝塔でＮＯｘを分解する工程と、脱硝後の排ガスから熱回収器で熱回収する工程と、１３０〜１６０℃の温度領域で熱回収後の排ガスからダイオキシン類及び重金属を除去する工程とを含む燃焼排ガス処理方法。
2. 前記Ｎａ系薬剤が、平均粒径１０〜５０μｍの固体のナトリウム系薬剤である請求項１記載の燃焼排ガス処理方法。
3. 前記ダイオキシン類及び重金属の除去を、排ガスに活性炭を吹き込んでバグフィルタでろ過して行う請求項１又は２記載の燃焼排ガス処理方法。
4. 前記ダスト除去をセラミック製ろ布のバグフィルタで行う請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼排ガス処理方法。
5. 燃焼排ガスが３００〜３５０℃の温度になるように燃焼排ガスから熱回収するボイラと、熱回収後の３００〜３５０℃の温度領域でＮａ系薬剤を添加する中和処理手段と、３００〜３５０℃の温度領域で薬剤添加後の排ガスからダスト除去を行う集塵器と、ダスト除去後の排ガスにアンモニアを供給するアンモニア供給部と、３００〜３５０℃の温度領域でＮＯｘを触媒にて分解する触媒脱硝塔と、脱硝後の排ガスから熱回収する熱回収器と、１３０〜１６０℃の温度領域で熱回収後の排ガスからダイオキシン類を除去するダイオキシン類除去手段とを含む燃焼排ガス処理装置。
6. 前記Ｎａ系薬剤が、平均粒径１０〜５０μｍの固体のナトリウム系薬剤である請求項５記載の燃焼排ガス処理装置。
7. 前記ダイオキシン類及び重金属の除去を、排ガスに活性炭を吹き込んでバグフィルタでろ過して行う請求項５又は６記載の燃焼排ガス処理装置。
8. 前記ダスト除去をセラミック製ろ布のバグフィルタで行う請求項５〜７のいずれかに記載の燃焼排ガス処理装置。
   

Images