JP2001108216A - 排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス処理方法

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JP2001108216A
JP2001108216A JP28845399A JP28845399A JP2001108216A JP 2001108216 A JP2001108216 A JP 2001108216A JP 28845399 A JP28845399 A JP 28845399A JP 28845399 A JP28845399 A JP 28845399A JP 2001108216 A JP2001108216 A JP 2001108216A
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filter
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dioxins
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JP28845399A
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Shinichi Yamaguchi
新一 山口
Yasuhiro Tanaka
泰宏 田中
Ryoji Samejima
良二 鮫島
Tomonobu Aso
知宣 麻生
Original Assignee
Kyocera Corp
京セラ株式会社
Takuma Co Ltd
株式会社タクマ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】廃棄物の燃焼等により発生する窒素酸化物を抑
制し高温排ガス中に含まれている未燃分、ダイオキシン
類を完全燃焼して低減し、大気や土壌への汚染物質の排
出を抑制する。 【解決手段】焼却炉出口の排ガス煙道内にセラミックス
フィルタを設け、700℃以上のフィルタに0.3秒以
上排ガスを通過させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却炉、焼
却残さの溶融炉もしくは焼却残さ溶融炉の二次燃焼室に
て窒素酸化物を発生させず燃焼すると共に発生する排ガ
スに含まれる未燃ガスを処理する排ガス処理方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、都市ゴミの処理方法としては、衛
生処理および減量・減容化のために焼却方式によるもの
が主流を占めている。しかし、この焼却方式において
は、焼却に伴って発生する排ガスが新たな二次公害とな
ることから、その対策技術がいろいろと提案され、また
実用化されてきている。
【0003】排ガスに含まれる有害物には、ダスト、塩
化水素・硫黄酸化物等の酸性ガス、窒素酸化物のほか、
最近大きな社会問題となっている微量有害物質のダイオ
キシン類等がある。このうち、ダストの処理には電気集
塵機やバグフィルタが用いられ、また酸性ガスの処理に
は乾式、半乾式の消石灰吹き込みもしくは湿式のスクラ
バが用いられる。さらに、窒素酸化物に対しては、炉内
での焼却抑制、無触媒脱硝装置もしくは触媒脱硝装置の
使用が挙げられ、ダイオキシン類に対しては、炉内での
積極的な酸化燃焼、バグフィルタによる捕集もしくは活
性炭による吸着等が挙げられる。
【0004】このように有害物の種別に応じてそれぞれ
異なった装置や方法が用いられている。なお、ダイオキ
シン類低減のためには、焼却炉内で完全燃焼するための
燃焼温度を上げたり、酸素濃度を上げる方法があるが、
これらの方法は窒素酸化物が増加傾向となるものであ
り、窒素酸化物の抑制とダイオキシン類の分解とは相反
する燃焼技術とされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば廃棄
物焼却炉においては、処理される廃棄物の組成が一定で
ないために燃焼を安定して行わせるのが困難であり、そ
の排ガス中に一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、
更にはダイオキシン類等の微量有害物質等、不完全燃焼
物が含まれることとなる。また、焼却炉内の燃焼温度は
1000℃程度に管理されるが、炉内に温度分布が存在
し、水冷壁近傍を通過した排ガスは低温となり、CO、
HCなどの未燃ガスが十分に燃焼せず、壁面付着ダスト
と接触しダイオキシン類も再合成する。
【0006】焼却炉内で完全燃焼し、未燃ガスやダイオ
キシン類を低減するためには、高温中で排ガスを充分に
攪拌・混合する必要があるが、上記の理由で完全には実
現できていない。さらに、排ガスがボイラを通過する過
程の300〜400℃の温度域で、その排ガス中の未燃
分を核としてダイオキシン類の合成が大きいと言われて
いる。
【0007】以上の様に、従来方法ではダイオキシン類
発生は不可避であるという問題があった。
【0008】また、排ガス温度を150℃程度まで冷却
して活性炭を吹き込みダイオキシン類を吸着させればバ
グフィルタで高精度に除去でき、煙突から排出するガス
中のダイオキシン類濃度は低レベルに抑止できるが、バ
グフィルタで集塵したダスト中には高濃度のダイオキシ
ン類が含まれることになる。このためバグフィルタ集塵
ダストを重金属類の安定化処理するだけで焼却炉外へ排
出し埋立処分する場合には、埋立地やその周辺土壌が汚
染されることになる。
【0009】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、廃棄物の燃焼等により発生する窒素酸化物を
抑制すると共に高温排ガス中に含まれているダストをボ
イラ通過前に効率良く除去することができ、しかもダス
ト中に付着している未燃分や排ガス中の未燃分を完全に
燃焼分解して大気や土壌への汚染物質の排出を抑制する
ことのできる排ガス処理方法を提供することを目的とす
るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、廃棄物焼却炉もしくは焼却残さの溶融炉
で残存酸素濃度が4%以下となるよう燃焼し、炉出口の
排ガス煙道内にセラミックスフィルタを設置し、該セラ
ミックスフィルタを700℃以上に保持するとともに、
排ガスを0.3秒以上通過させることを特徴とする。
【0011】また、上記セラミックスフィルタに排ガス
を通過させて集塵を行うと同時に、有機化合物、有機塩
素化合物および一酸化炭素未燃ガス分の燃焼分解を行う
ことを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明によれば、廃棄物焼却炉もしくは焼却残
さの溶融炉で残存酸素濃度を4%以下とすることで窒素
酸化物の発生を抑制でき、さらに排ガス煙道内に配され
たセラミックスフィルタにより、高温排ガス中に含まれ
るダストが700℃以上の高温状態のまま除去されると
ともに、0.3秒以上の保持時間を確保して700℃の
温度域を確実に通過させることにより、ダスト中の未燃
分や排ガスに随伴してくる未燃分が高温で充分に攪拌・
混合され完全燃焼される。こうして、セラミックスフィ
ルタを通過後の排ガスおよび捕集されたダスト中のダイ
オキシン類等の未燃分は完全分解され、大気および土壌
に対する汚染物質の排出を抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による排ガス処理方法の実
施形態を以下に説明する。
【0014】図1に、本発明の一実施例に係わる処理装
置の全体構成図を示す。本実施例は都市ゴミを焼却する
廃棄物焼却炉1に適用されるものである。
【0015】この都市ゴミの中には種々の形で塩素化合
物が含まれている。この塩素化合物の代表的なものとし
て、ポリ塩化ビニル(PVC)等のプラスチック類に含
まれる有機塩素化合物と、厨芥等に含まれている(Na
Cl)に代表される無機塩素化合物とがある。
【0016】このような都市ゴミを廃棄物焼却炉1で焼
却すると、窒素酸化物(NOX)が発生すると共に有機
塩素化合物のほぼ全量と、無機塩素化合物の一部とが、
塩化水素ガス(HCl)の形で燃焼ガス中に放散する。
この塩化水素ガスの濃度は、ゴミ発生源によって異なる
が、ほぼ300〜1500ppmであることが知られて
いる。このHClガスの塩素(Cl)と、不完全燃焼の
炭化水素とが焼却炉内で反応し、前駆物質のクロロベン
ゼン(CBs)、クロロフェノール(CPs)およびダ
イオキシン類が発生する。こうして、ダストとそれら未
燃ガスを含んだ排ガスは煙道2に入る。この煙道2の最
上部にはセラミックスフィルタ3が設置されており、上
記ダストと未燃ガスはこのセラミックスフィルタ3を通
過する際に捕集あるいは分解することで取り除かれる。
【0017】このようにしてセラミックスフィルタ3を
通過して清浄になった排ガスは、炭化水素等のダイオキ
シン類前駆物質となる未燃分が完全燃焼されているの
で、後段のガス処理、ダスト処理にてダイオキシン類の
処理を最小限に抑えることができる。また、この排ガス
は高温を保持し、ダスト量が50mg/m3 N以下とな
っているので、もはやHClガスとCl化合物を含むダ
ストとの複合腐食も激しいものではない。したがって、
このセラミックスフィルタ3の後流側にボイラ5の過熱
器(スーパーヒータ)4、節炭器(エコノマイザー)7
を配置することにより500℃レベルの高温高圧の過熱
蒸気を発生させることができる。
【0018】こうして、タービンおよび発電機よりなる
発電設備10による高効率発電(発電効率20〜40%
レベル)を実現することができる。なお、セラミックス
フィルタ3の後流側に送られた排ガスには(50ppm
以下のNOX)が含まれているが、規制値がこれ以下の
場合、脱硝装置6、排ガス処理装置8にて取り除かれ、
煙突9から排出される排ガス9は完全に無害化されてい
る。
【0019】次に、セラミックスフィルタについて図
2、3で具体的に説明する。
【0020】図2はセラミックスフィルタ3のアッセン
ブリの模式図である。このセラミックスフィルタ3は、
耐熱材で内面を覆った円筒形もしくは角柱型容器で構成
されるシェル31内の上部に、隔壁32が設置され、多
数本のフィルタ管33が吊持されている。また、下部に
ガス入口34、上部にガス出口35がそれぞれ設置され
る。なお、ガス入口34、ガス出口35付近にはガス整
流のために邪魔板が設けられている。また、前記フィル
タ管33の配置は縦型、横型のどちらでも良く、ガス出
口35はフィルタ管33の両側に設置し、どちらかを開
放すれば良い。更に、フィルタ管33の断面形状は、
円、角、多角形形状のいずれでも良い。
【0021】また、図3(a)はフィルタ管33の部分
拡大図、(b)は(a)の断面部分拡大図であるが、前
記フィルタ管33は、通常円筒形状とされるとともに、
多孔性のセラミックスで構成される。なお、このフィル
タ管33には触媒を担持することもできる。
【0022】また、上記フィルタ管33の一例として
は、寸法が外径100mm、厚さ10mmのものが挙げ
られる。また、高温排ガス温度が通常700〜1000
℃であることから、上記フィルタ管33に用いられるセ
ラミックスの耐熱性としては1000℃以上あれば良
い。更に、気孔径はダストの粒径からみて20μm程度
であれば良く、通常濾過速度0.5〜2.0m/分とす
ることによって、集塵前ダストを3〜6g/Nm3から
集塵後10mg〜50mg/Nm3以下に低減すること
ができる。なお、本発明では、高温排ガスはフィルタ管
33の外面から内面に通過させるものであるが、必ずし
もこの限りではない。
【0023】更にフィルタ管33の形状は、製作と強度
の許す範囲において、外径や肉厚を増減させても良い
が、排ガス中のダイオキシン類を燃焼分解させる為に
は、少なくとも700℃以上の温度で、0.3秒以上の
排ガス通過時間が必要であるため、それらを確保できる
ようにろ過速度の選定と肉厚設計を行う必要がある。
【0024】具体的には、焼却炉内の排ガス流速が2m
/分の場合、フィルタ管33の肉厚を10mm以上に、
排ガス流速が3m/分の場合、フィルタ管33の肉厚は
15mm以上にすれば良く、最短でも0.3秒以上を確
保できる様に流速から逆算して決めれば良い。つまり、
0.3秒を確保するための肉厚は次式で求めれば良いの
である。
【0025】0.3秒を確保するための肉厚(mm)=
5×排ガス流速(m/分) 排ガス流速(m/分)は、フィルタ管33通過直後のガ
ス流速を示しており、市販のガス流量計で流量(m3
min)を測定し、フィルタ集塵面積(m2)で除すれ
ば計算できる。
【0026】また、フィルタ管33をなすセラミックス
の気孔率は25%以上で、平均細孔径は1μm以上あれ
ば良く、初期圧力損失は50mmH2O以上300mm
2O以下にすることが好ましい。
【0027】更に、前記フィルタ管33は使用中にダス
トが外壁に滞留して目詰まりを起こすことがあるので、
清浄な排ガスもしくは空気で逆洗することが必要であ
る。また、この逆洗作業の為に、フィルタアッセンブリ
は2個もしくはそれ以上を並列設置し、1個の逆洗中に
他を運転するようにするのが良い。
【0028】このように構成されるセラミックスフィル
タ3において、未燃分、ダイオキシン類及びダストを含
む高温燃焼排ガスは、ガス入口34よりシェル31内に
入り、高温排ガス中の気体成分(N2、O2、CO2、H2
O及びその他少量・微量成分ガス体)はフィルタ管33
を経て、ガス出口35から出る。この時ダストはフィル
タ管33を通過することができず、このフィルタ管33
の外部に付着するか、あるいは下方に落下する。また、
未燃分(CO、HC、炭素、ダイオキシン類等)はフィ
ルタ管33の外面から内面へと通過する際に燃焼分解さ
れCO2、H2Oとなる。
【0029】但し、高温集塵後の排ガスは温度が高く腐
食性の高いHClガスも残存している為、この排ガスと
接触する煙道内面は、腐食が起こらないように工夫する
必要がある。例えば鋼製煙道の場合、腐食によりFeC
lが生成し、このFeClはダイオキシン類再合成時の
触媒物質となる可能性がある為、金属露出部は耐熱上の
問題からもキャスタブル等での被覆を施さねばならな
い。
【0030】また、高温集塵後の排ガスにはCl、Z
n、Pb成分が多く含まれているが、これらの成分はシ
ステム後段(後流側)の低温バグフィルタやスクラバ等
で確実に除去可能であり問題はない。
【0031】更に、通常焼却炉内排ガス温度は900〜
1000℃程度あり、セラミックスフィルタ3は温度7
00℃を確保できる領域に設置すれば良く、700℃を
確保できない場合は、セラミックスフィルタ3を設置す
る近辺にヒータ等の加熱装置を設けて、排ガスを加熱す
れば良い。
【0032】また、本発明において、廃棄物焼却炉1
は、ストーカ式、流動床式、ロータリーキルン式、ある
いは焼却残さ溶融炉のいずれでも良い。また、廃棄物は
都市ゴミに限らず、塩素化合物、特に有機塩素化合物を
含有する各種産業廃棄物(固体、液体)であっても良
い。
【0033】
【実施例】実施例1 本発明実施例として、図2に示すセラミックスフィルタ
3の温度を変化させ、排ガスの通過時間は0.3秒に固
定して、排ガス中のダイオキシン類濃度を測定した。セ
ラミックスフィルタ3をなすフィルタ管33は図3に示
す形状とし、材質はコージェライトで、気孔率は32
%、平均細孔径は25μmとした。
【0034】表1は、セラミックスフィルタ3で集塵を
行う直前を入口濃度として表示し、セラミックスフィル
タ3集塵後を出口として示した。なお、表示方法は、ダ
イオキシンの低減効果を明確にする為、入口濃度を10
0%とした時の百分率表示として示した。さらに、ダイ
オキシン類の分析方法は、「廃棄物処理におけるダイオ
キシン類標準測定分析マニュアル(厚生省 生活衛生局
水道環境部環境整備課;平成9年2月)」を参考にし
た。
【0035】これにより、温度700℃以上で高温集塵
する事によって、ダイオキシン類は1/10以下に低減
可能であることが確認された。
【0036】
【表1】
【0037】実施例2 本発明実施例として、図2に示すセラミックスフィルタ
3の温度を790℃とし、排ガスのフィルタ通過時間を
変化させ、排ガス中のダイオキシン類濃度を測定した。
フィルタ管33は、実施例1と同様に図3に示す形状と
し、材質はコージェラトで、気孔率は32%、平均細孔
径は25μmとした。
【0038】表2は、セラミックスフィルタ3で集塵を
行う直前を入口濃度として表示し、セラミックスフィル
タ3集塵後を出口として示した。なお、表示方法は、低
減効果を明確にする為入口濃度を100%とした時の百
分率表示として示した。さらに、ダイオキシン類の分析
方法は、「廃棄物処理におけるダイオキシン類標準測定
分析マニュアル(厚生省生活衛生局水道環境部環境整備
課;平成9年2月)」を参考にした。
【0039】これにより、保持時間を0.3秒以上とす
ることで排ガス中ダイオキシン類濃度が大幅に低減する
ことが確認された。
【0040】
【表2】
【0041】実施例3 図2に示すセラミックスフィルタ3の温度を790℃又
は930℃とし、排ガスのフィルタ通過時間を0.3秒
に固定し、セラミックスフィルタ3の入口と出口の排ガ
ス中のCO濃度を測定した。フィルタ管33は、実施例
1と同様に図3に示す形状とし、材質はコージェラト
で、気孔率は32%、平均細孔径は25μmとした。
【0042】表3は、セラミックフィルタ3で集塵を行
う直前を入口濃度として表示し、セラミックスフィルタ
3集塵後を出口として示した。なお、表示方法は低減効
果を明確にする為、入口濃度を100%とした時の百分
率として示した。
【0043】これにより、温度700℃以上、保持時間
0.3秒以上で高温集塵すれば、未燃ガス成分は完全燃
焼する為、排ガス中CO濃度は0となることが確認され
た。
【0044】
【表3】
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、廃棄物焼却炉もしくは
焼却残さの溶融炉で残存酸素濃度4%以下となるよう燃
焼することで、NOXの発生を抑制し、さらに排ガス煙
道内にセラミックスフィルタを設置し、該セラミックス
フィルタを700℃以上に保持するとともにに、排ガス
を0.3秒以上通過させることによって、焼却炉内で発
生する微量有害物質のダイオキシン類等の生成を抑制で
きる。
【0046】また、高温集塵でダスト集塵した後の排ガ
スをボイラに導き熱回収するので、熱回収効率が向上
し、ボイラをコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス処理方法を用いる排ガス処理装
置を示す概略図である。
【図2】図1の排ガス処理装置に用いるセラミックスフ
ィルタのアッセンブリの模式図である。
【図3】(a)は図2に示すフィルタ管の拡大図、
(b)はフィルタ管の拡大断面図である。
【符号の説明】
1:焼却炉 2:煙道 3:セラミックスフィルタ 4:過熱器(ス−パ−ヒ−タ) 5:ボイラ 6:脱硝装置 7:節炭器(エコノマイザ−) 8:排ガス処理装置 9:煙突 10:発電設備 31:シェル 32:隔壁 33:フィルタ管 34:ガス入口 35:ガス出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 良二 兵庫県尼崎市金楽寺町2丁目2番33号 株 式会社タクマ内 (72)発明者 麻生 知宣 兵庫県尼崎市金楽寺町2丁目2番33号 株 式会社タクマ内 Fターム(参考) 3K065 AA07 AB01 AC19 BA05 BA07 HA03 3K070 DA03 DA05 DA06 DA07 DA09 DA32 3K078 AA05 AA08 BA03 CA02 CA08 CA09 CA24 4D058 JA02 JB06 MA41 NA10 TA02 TA06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】廃棄物焼却炉出口もしくは焼却残さの溶融
    炉出口の排ガス煙道内にセラミックスフィルタを設置し
    た炉を用い、燃焼排ガス中の酸素濃度が4%以下となる
    ように燃焼し、上記セラミックスフィルタを700℃以
    上に保持して排ガスを0.3秒以上通過させることを特
    徴とする排ガス処理方法。
  2. 【請求項2】上記セラミックスフィルタに、排ガスを通
    過させて集塵を行うと同時に、窒素酸化物を増加させる
    ことなく、有機化合物、有機塩素化合物および一酸化炭
    素等未燃ガス分の燃焼分解を行うことを特徴とする請求
    項1記載の排ガス処理方法。
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