JP2002136837A - 無触媒脱硝方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、従来無触媒脱硝に適さないとさ
れてきた低温度域においても高い脱硝効果を得ることが
できる無触媒脱硝方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 ＮＯｘ還元剤をスプレーノズル１７によ
ってザウター平均粒子径で５０μｍ以下に微粒化しつつ
ロータリーキルン１内の燃焼排ガスの流れに対向するよ
うに噴霧する。ＮＯｘ還元剤の粒子径を小さくすること
でＮＯｘ還元剤と排ガス中のＮＯｘとの接触確率が上が
り、排ガス温度が従来の無触媒脱硝法に適さない低温度
域においても高い脱硝効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無触媒脱硝方法
に係り、特に還元剤粒子を微粒化することにより脱硝効
果を向上させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無触媒脱硝方法は、ＮＯｘを含む排ガス
に高温域でアンモニア等の還元剤を注入することにより
触媒を使用することなくＮＯｘを選択的に還元除去する
方法である。この無触媒脱硝方法において脱硝反応に影
響を及ぼす主な要因は、排ガス温度、有効温度域での反
応時間（滞留時間）、及び排ガスと還元剤との混合の効
率である。従来、好適な脱硝効果を得るための有効温度
域は８５０〜１０５０℃程度とされており、これ以下の
温度域ではアンモニア等の還元剤とＮＯｘとの反応速度
が小さく、脱硝効果は低くなる。一方、温度が高すぎる
と、還元剤の酸化反応が優勢となり、ＮＯｘを生成する
反応が促進されてしまう。また、有効温度域での滞留時
間は長いほど脱硝効果が増加し、排ガスと還元剤とが効
率よく混合されるほど脱硝効果は増加する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
無触媒脱硝方法が行われる設備においては、排ガスの有
効温度域に還元剤を注入することが不可能である場合が
多く、その場合には高い脱硝効果を期待することはでき
ない。この発明は、このような課題を解決するためにな
されたもので、従来無触媒脱硝に適さないとされてきた
低温度域においても高い脱硝効果を得ることができる無
触媒脱硝方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る無触媒脱
硝方法は、ＮＯｘ還元剤をザウター平均粒子径で５０μ
ｍ以下に微粒化し、微粒化されたＮＯｘ還元剤を燃焼排
ガスに対して噴霧することにより燃焼排ガス中に含まれ
るＮＯｘを還元除去する方法である。

【０００５】好ましくは、１０ｍ／ｓ以下の流速で流れ
る燃焼排ガスに対してＮＯｘ還元剤が噴霧される。ま
た、燃焼排ガスの流れに対して対向するようにＮＯｘ還
元剤を噴霧することが好ましい。ＮＯｘ還元剤として
は、尿素水溶液あるいはアンモニア水溶液を用いること
ができる。ＮＯｘ還元剤を噴霧する燃焼排ガスの温度
は、８５０℃以下でもよい。具体的には、２流体ノズル
を用い、この２流体ノズルにＮＯｘ還元剤と圧縮空気を
供給することによりＮＯｘ還元剤を噴霧することができ
る。廃棄物を原料としてセメントクリンカを焼成するロ
ータリーキルンで発生する排ガスにこの発明を適用する
ことができ、ロータリーキルンのインレットフッドある
いは窯尻を流れる排ガスにＮＯｘ還元剤が噴霧される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。ＮＯｘ還元剤をザウター平均粒子径で５
０μｍ以下に微粒化し、この微粒化されたＮＯｘ還元剤
を燃焼排ガスに噴霧する。排ガス温度が従来の無触媒脱
硝法に適さない低温度域においては、ＮＯｘ還元剤を微
粒化してその粒子径を小さくすることで排ガス中への分
散度を高め、ＮＯｘ還元剤と排ガス中のＮＯｘとの接触
確率を上げることにより、脱硝効果を向上させることが
できる。ＮＯｘ還元剤の粒子径が５０μｍを超えると、
排ガスとの混合が悪くなって低温度域で高い脱硝効果を
得ることができなくなるので、粒子径は５０μｍ以下、
好ましくは５〜３０μｍとする。

【０００７】ＮＯｘ還元剤としては、アンモニアあるい
は尿素の水溶液が使用されるが、尿素を用いた方が取り
扱いが容易である。このＮＯｘ還元剤は通常２〜１０％
濃度が好適であるが、ＮＯｘの発生量、排ガスの流量、
ＮＯｘ還元剤の散水量の上限等の条件を鑑みて最適な濃
度を求める。なお、アンモニアあるいは尿素の水への溶
解度を超えないように濃度を設定する必要がある。ＮＯ
ｘ還元剤は、スプレーノズルを用いて排ガス中に噴霧す
ることができる。スプレーノズルとしては１流体ノズル
あるいは２流体ノズルを用いることができる。ただし、
１流体ノズルがポンプでＮＯｘ還元剤を圧送するだけで
噴霧するのに対して、２流体ノズルではＮＯｘ還元剤に
圧縮空気を混合させることにより１流体ノズルよりも微
粒化が可能となる。

【０００８】また、ＮＯｘ還元剤と排ガスとの混合拡散
を促進するために、ＮＯｘ還元剤が排ガスの流れに対し
て対向して、あるいは任意の角度をもって噴霧されるよ
うにスプレーノズルを設置することが望ましい。ＮＯｘ
還元剤の噴霧のパターン形状については特に限定される
ものではなく、中実の円錐形状、中空の円錐面形状、直
線形状等のいずれでもよい。噴霧位置、排ガスの流れ等
の条件に応じて、ＮＯｘ還元剤と排ガスとの接触面積が
最も大きくなるようなパターン形状を選定すればよい。

【０００９】ＮＯｘ還元剤の噴霧領域における排ガスの
流速は１０ｍ／ｓ以下であることが望ましい。排ガスの
流速が大きくなると、微粒の還元剤粒子が排ガスの流れ
に巻き込まれて排ガスとの接触面積が小さくなるために
分散性が悪化し、その結果脱硝効果が低下する怖れがあ
る。また、ＮＯｘ還元剤の噴霧領域における排ガスの温
度は５００〜８５０℃であることが好ましい。８５０℃
を超える温度域では、従来の無触媒脱硝法が有効とな
り、還元剤粒子を微粒化しなくてもある程度の脱硝効果
を得ることができる。この発明は、従来の無触媒脱硝法
に適さない低温度域での脱硝効果の改善を図るものであ
る。なお、この発明は、ごみ焼却炉、ボイラー、溶融
炉、セメント焼成炉等、ＮＯｘが生成されるすべての燃
焼設備からの排ガスに適用することができる。

【００１０】

【実施例】図１にこの発明の実施例に係る無触媒脱硝方
法が適用されたセメント製造設備の構成を示す。ロータ
リーキルン１の窯尻に原料送入用スクリューコンベヤ２
を介して調合原料タンク３が接続されている。一方、ロ
ータリーキルン１の窯前には、生成されたセメントクリ
ンカを冷却するクリンカクーラー４が連結されると共に
燃焼バーナー５が設けられている。この燃焼バーナー５
には、ポンプ６を介して重油タンク７が接続されると共
に燃焼用空気を送入するための送風ファン８及び９が接
続されている。

【００１１】ロータリーキルン１の窯尻にはインレット
フッド１０を介して冷却塔１１が接続され、冷却塔１１
にサイクロン１２、バグフィルタ１３及び誘引ファン１
４を介して煙突１５が接続されている。誘引ファン１４
から煙突１５に至るダクトにはガス分析計１６が接続さ
れている。ロータリーキルン１の窯尻にはＮＯｘ還元剤
を噴霧するためのスプレーノズル１７が配設されてい
る。このスプレーノズル１７は内管及び外管を有する２
流体ノズルから構成され、内管にはポンプ１８を介して
還元剤タンク１９が接続され、外管には圧縮空気を供給
するためのコンプレッサ２０が接続されている。

【００１２】次に、このセメント製造設備の動作につい
て説明する。まず、都市ごみ等の廃棄物に乾燥、粉砕、
金属類の分別等の前処理を施し、さらに調整成分により
調合混合されて原料として調合原料タンク３に収容され
る。また、ロータリーキルン１の窯前に設置された燃焼
バーナー５に重油タンク７から燃料として重油がポンプ
６により供給されると共に送風ファン８及び９から燃焼
用空気が供給されて点火される。この状態で、調合原料
タンク３から原料がスクリューコンベヤ２によりロータ
リーキルン１内に投入される。原料はロータリーキルン
１内で焼成されてセメントクリンカとなり、クリンカク
ーラー４で冷却された後、石膏及び必要に応じて凝結調
整材と共に混合粉砕され、環境調和型セメント（以下、
エコセメントと称す）が製造される。

【００１３】ロータリーキルン１内で発生した排ガス
は、誘引ファン１４によりロータリーキルン１の窯尻か
らインレットフッド１０へと流れ、冷却塔１１で冷却さ
れた後にサイクロン１２で排ガス中に含まれる粗粒が回
収されてロータリーキルン１に戻される。微粒を含む排
ガスはサイクロン１２からバグフィルタ１３に送られて
微粒が回収され、残りの排ガスが煙突１５から放出され
る。

【００１４】この排ガスに含まれるＮＯｘを除去するた
めに、ロータリーキルン１の窯尻に設けられたスプレー
ノズル１７の内管に還元剤タンク１９からポンプ１８に
よってＮＯｘ還元剤が供給されると共にコンプレッサ２
０によって外管に圧縮空気が供給される。ＮＯｘ還元剤
はスプレーノズル１７からロータリーキルン１内に噴霧
されるが、コンプレッサ２０からの圧縮空気の圧力を調
整することにより、噴霧されるＮＯｘ還元剤の粒子径を
変えることができる。

【００１５】このセメント製造設備を使用し、ＮＯｘ還
元剤の粒子径等の条件を変えながらセメントを製造し
て、以下の表１に示す実施例１〜３及び比較例１、２の
実験を行った。なお、ロータリーキルン１として全長２
７ｍ、内径１．５ｍでプレヒータ設備がないレポールキ
ルンを用い、スプレーノズル１７の材質としてＳＵＳ３
１６Ｌを用いた。いずれの実験においても、ＮＯｘ生成
量は燃焼バーナー５の重油使用量の調整により概ね４０
０ｐｐｍ程度になるようにし、ＮＯｘ還元剤として５％
濃度のアンモニア水溶液をポンプ１８による供給量の増
減によりＮＯｘ生成量に対し等量比１（ＮＨ₃／ＮＯｘ
＝１）で排ガスの流れに対向するように噴霧した。大気
中に放出される排ガス中のＮＯｘ濃度は、誘引ファン１
４により煙突１５へと導かれる排ガスの一部をガス分析
計１６に吸引して連続測定した。

【００１６】 表１ 実施例１ 実施例２ 実施例３ 比較例１ 比較例２ 還元剤粒子径（μｍ） ２０ ３０ ５０ １００ ２００ 排ガス温度（℃） ７５０ ８００ ８５０ ８５０ ８５０ 排ガス流速（ｍ／ｓ） ３ ６ １０ １０ １０ 噴霧前ＮＯｘ濃度(ppm) ４１０ ３９０ ４０５ ４１５ ３９０ 噴霧後ＮＯｘ濃度(ppm) ２００ ２２０ ２２５ ３１５ ３２０ 脱硝率（％） ５１ ４４ ４４ ２４ １８

【００１７】表１から分かるように、ＮＯｘ還元剤の粒
子径が５０μｍ以下であれば、排ガス温度や排ガス流速
が同様であっても高い脱硝率を得ることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＮＯｘ還元剤をザウター平均粒子径で５０μｍ以下
に微粒化し、微粒化されたＮＯｘ還元剤を燃焼排ガスに
噴霧するので、排ガス温度が従来の無触媒脱硝法に適さ
ない低温度域にあっても、ＮＯｘ還元剤と排ガス中のＮ
Ｏｘとの接触確率を上げることにより脱硝効果を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例に係る無触媒脱硝方法が適
用されたセメント製造設備の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ ロータリーキルン、２ 原料送入用スクリューコン
ベヤ、３ 調合原料タンク、４ クリンカクーラー、５
燃焼バーナー、６，１８ ポンプ、７ 重油タンク、
８，９ 送風ファン、１０ インレットフッド、１１
冷却塔、１２サイクロン、１３ バグフィルタ、１４
誘引ファン、１５ 煙突、１６ ガス分析計、１７ ス
プレーノズル、１９ 還元剤タンク、２０ コンプレッ
サ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 宏一郎 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4D002 AA12 AC05 BA06 CA01 DA07 DA57 GA01 GB03 GB12 GB20

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮＯｘ還元剤をザウター平均粒子径で５
   ０μｍ以下に微粒化し、 微粒化されたＮＯｘ還元剤を燃焼排ガスに対して噴霧す
   ることにより燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘを還元除去
   することを特徴とする無触媒脱硝方法。
2. 【請求項２】 １０ｍ／ｓ以下の流速で流れる燃焼排ガ
   スに対してＮＯｘ還元剤を噴霧する請求項１に記載の無
   触媒脱硝方法。
3. 【請求項３】 燃焼排ガスの流れに対して対向するよう
   に、または任意の角度をもってＮＯｘ還元剤を噴霧する
   請求項２に記載の無触媒脱硝方法。
4. 【請求項４】 ＮＯｘ還元剤として尿素水溶液あるいは
   アンモニア水溶液を用いる請求項１〜３のいずれか一項
   に記載の無触媒脱硝方法。
5. 【請求項５】 ８５０℃以下の温度の燃焼排ガスに対し
   てＮＯｘ還元剤を噴霧する請求項１〜４のいずれか一項
   に記載の無触媒脱硝方法。
6. 【請求項６】 ２流体ノズルにＮＯｘ還元剤と圧縮空気
   を供給することによりＮＯｘ還元剤を噴霧する請求項１
   〜５のいずれか一項に記載の無触媒脱硝方法。
7. 【請求項７】 廃棄物を原料としてセメントクリンカを
   焼成するロータリーキルンのインレットフッドあるいは
   窯尻を流れる排ガスにＮＯｘ還元剤を噴霧する請求項１
   〜６のいずれか一項に記載の無触媒脱硝方法。