JP2006105578A - 排ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉（特にガス化溶融炉）、廃棄物発電施設の排ガスライン、特に、これらの排ガスの熱交換部（廃熱ボイラ、スーパーヒーター、空気予熱器）等における排ガス中成分の付着を効果的に防止する。
【解決手段】マグネシウム、鉄、及びケイ素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含む排ガス処理剤を、廃棄物焼却炉及び／又は廃棄物溶融炉の、煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位に注入する。

Description

本発明は排ガスの処理方法に係り、特に廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉（特にガス化溶融炉）、廃棄物発電施設の排ガスライン、とりわけ、熱交換部（廃熱ボイラ、スーパーヒーター、空気予熱器）等における付着物を低減して、当該熱交換部等における腐食や閉塞、伝熱阻害を抑制するための排ガスの処理方法に関するものである。

廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉（特にガス化溶融炉）、廃棄物発電施設（廃プラスチック、シュレッダー、廃タイヤ等の廃棄物、ＲＤＦ／ＲＰＦ等のゴミ固形燃料又はバイオマス発電等の廃棄物由来の燃料による発電施設）の排ガスライン、特に、これらの熱交換部（廃熱ボイラ、スーパーヒーター、空気予熱器）においては、排ガス中の成分に由来する付着物が付着、成長して堆積することにより、様々な障害をもたらす。

この付着現象は、廃棄物由来の成分と燃焼助剤の成分などが反応して周辺温度よりも融点の低い化合物が生成し、この化合物が溶融してボイラや配管の内壁に溶着し、これが成長することによるものであり、この付着物により、熱交換部の伝熱阻害（熱交換効率低下）、配管腐食、配管閉塞といった、安定運転を阻害する種々の障害を引き起こす。このうち、熱交換部の付着物は、主に排ガス中のＳＯ_ｘ、特にＳＯ_２が酸化されてＳＯ_３、ＳＯ_４になることにより、融点３００〜５００℃付着の硫酸系化合物（芒硝、石膏など）が熱交換部で溶融して溶着することによるものと考えられる。

この問題に対して、従来、廃棄物焼却施設などでは、定期的に運転を停止して、ボイラ内などに作業員が入って付着物を剥離除去する清掃作業を行っている。しかし、この作業には多大な労力と時間を要する上に、運転を停止することによる熱回収効率の低下の問題もあり、また、このような清掃を行っても、経時による配管腐食を防止し得ない場合もあった。

また、特開平５−１１８５２３号公報等には排ガス成分の溶融、溶着を防止するために、水噴霧、空冷壁、水冷壁などにより周辺温度を下げる方法が開示されているが、このような冷却処理は、特に廃熱ボイラなどの熱交換部においては熱回収率の低下を招き、好ましくない。

また、特開２００３−１０６５０７号公報には、薬剤をゴミに添加することでクリンカの発生を抑制することが開示されているが、廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉の燃焼原料である廃棄物は、その性状が大きく変動するものであるために、石炭燃焼炉のように、ある程度燃焼原料の性状が安定している設備とは異なり、発生する排ガス中の成分や濃度も大きく変動することから、十分な付着抑制効果が達成されていないのが現状である。
特開平５−１１８５２３号公報 特開２００３−１０６５０７号公報

本発明は、上記従来の問題点を解決し、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉（特にガス化溶融炉）、廃棄物発電施設の排ガスライン、特に、これらの熱交換部（廃熱ボイラ、スーパーヒーター、空気予熱器）等における排ガス中成分の付着を効果的に防止する方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の排ガスの処理方法は、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉又は廃棄物発電施設からの排ガスの処理方法であって、マグネシウム、鉄、及びケイ素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含む排ガス処理剤を、煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位に注入することを特徴とする。

請求項２の排ガスの処理方法は、請求項１において、該排ガス処理剤が、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする。

請求項３の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃以上、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする。

請求項４の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃以上、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする。

請求項５の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度４００℃以上６００℃未満、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化第一鉄及び酸化第二鉄よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする。

請求項６の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度４００℃以上６００℃未満、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムを含むことを特徴とする。

請求項７の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃未満、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が酢酸マグネシウム、酸化第一鉄及び酸化第二鉄よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする。

請求項８の排ガスの処理方法は、請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃未満、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が酢酸マグネシウムを含むことを特徴とする。

請求項９の排ガスの処理方法は、請求項１ないし８のいずれか１項において、マグネシウム及び／又はシリカを含む排ガス処理剤を、前記排ガスに対して１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で間欠注入することを特徴とする。

請求項１０の排ガスの処理方法は、請求項１ないし８のいずれか１項において、鉄を含む排ガス処理剤を、前記排ガスに対して１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で連続注入することを特徴とする。

本発明によれば、排ガス処理剤を、その添加効果を有効に発揮し得る、煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位に添加することにより、灰分等の排ガス中成分を改質することによる化学的付着防止効果や、排ガス処理剤の脱ガス作用などによる物理的剥離効果、特に、硫黄酸化物系成分の改質による付着性の低減、融点上昇による溶着性低減、付着層の気孔率増加による脆性（剥離性）の向上等の複合的な効果で、燃焼原料である廃棄物の性状が変動する廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉や廃棄物発電施設の排ガスライン、特に熱交換部（廃熱ボイラ、スーパーヒーター、空気予熱器）等における排ガス中成分に由来する付着物を効果的に低減することが可能となる。この結果、熱交換器伝熱面における伝熱阻害や基材腐食の抑制、及び灰分の付着によるプラント内の閉塞防止を図ることができ、長期に亘り、安定した運転を維持することが可能となる。

後述の比較例２〜６に示すように、本発明に係る排ガス処理剤を燃焼原料である廃棄物に添加しても、十分な効果は得られないが、本発明では、特定の排ガス処理剤を煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位に注入するため、その添加効果を有効に発揮させることができる。

本発明に係る排ガス処理剤の有効成分としては、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）、酢酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３）、及びシリカ（ＳｉＯ_２）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上が好ましい。

本発明においては、排ガス処理剤を添加する排ガスの温度及び酸素濃度に応じて、用いる排ガス処理剤の有効成分を適当に選定して使用することが好ましく、例えば、次のような条件で薬剤を選択することが好ましい。

また、排ガスへの注入方法についても、薬剤の種類に応じて適当な方法を採用することが好ましく、マグネシウム及び／又はシリカを含む排ガス処理剤であれば、排ガスに対して有効成分として１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で間欠注入することが、また、鉄を含む排ガス処理剤であれば、排ガスに対して有効成分として１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で連続注入することが好ましい。

以下に本発明の排ガスの処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明で用いる排ガス処理剤は、マグネシウム、鉄及びケイ素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むものであり、このうち、マグネシウム系薬剤としては、ＭｇＣＯ_３、Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ等が、また、鉄系薬剤としてはＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３等が、ケイ素系薬剤としてはＳｉＯ_２等が挙げられる。

これらの有効成分の付着物抑制効果は次の通りである。

ＭｇＣＯ_３、Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２は物理的な剥離作用で付着物を抑制する。即ち、ＭｇＣＯ_３、Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２は各々５００℃付近、３００℃付近、４００℃付近で熱により分解し、ＭｇＣＯ_３、Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２においては、徐々にＣＯ_２ガスを放出し、Ｍｇ（ＯＨ）_２においては、徐々にＣＯ_２ガス及び水分を放出して融点の高いＭｇＯを生成する。その際の脱ガスエネルギーにより付着物を剥離させることができる。また、間欠多量注入することで、付着物をこれらの薬剤が覆った状態で脱ガス反応することにより、気孔率が高く、非溶着性の脆弱な層が形成され、この脆弱な層が、更にこの上に形成された付着物と共に、剥離されることで、付着物の抑制効果が得られる。また、ＭｇＯやＳｉＯ_２は、元来融点が高く、溶着しないものであるため、これらの薬剤により剥離し易い脆弱な層を形成することにより、上記と同様な剥離作用が得られる。

ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３は、これを連続注入することで排ガス内を還元雰囲気にして、ＳＯ_２からＳＯ_３、ＳＯ_４への酸化を防止することで腐食を防止する。

これらの薬剤は１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して、或いは混合せずに別々に用いても良い。用いる薬剤は、排ガスの性状（温度、酸素濃度、硫黄濃度等）に応じて適宜選択することが、その添加効果を有効に得る上で、特に、前述の表１に示す条件で選択することが好ましい。

排ガス処理剤の形態としては特に制限はなく、固体、例えば粒径５〜１００００ｎｍ程度の粉末であっても良く、また、水等の媒体に５〜６０重量％程度の濃度に溶解又は分散させた水溶液、又は分散液であっても良い。Ｍｇ系化合物、Ｆｅ系化合物であれば、これを粉末の状態で添加することが好ましい。またＳｉＯ_２系化合物であればコロイダルシリカのような分散液として添加することが好ましい。

排ガス処理剤の注入方法にも特に制限はなく、例えば、粉末状の排ガス処理剤は、コンプレッサー、ブロアなどで圧送するか、或いは既設の冷却用空気、助燃用空気を用いる場合においてもコンプレッサー、ブロアなどで冷却用空気、助燃用空気配管やスートブローのラインにライン注入する方法を採用することができる。例えば、廃熱ボイラの水管への付着物の抑制の場合、１〜４０ｋｇ／ｈｒの切り出し能力を持つ粉末添加用の定量フィーダーなどを使用して排ガス流の下流側に向けてノズル先端を固定して注入することができる。

また、液状の排ガス処理剤の場合、注入ノズルを用いてこれを噴霧すれば良い。この場合、用いるノズルは、液状の排ガス処理剤を均一に噴霧して注入することができるものであれば良く、特に制限はないが、好ましくは、噴霧液滴２〜５００μｍ、噴霧流量１００〜１０００Ｌ／ｈｒ、噴霧圧力１．０〜５．０ＭＰａ程度の仕様のノズルが用いられる。

噴霧ノズルは、排ガス処理剤注入箇所にノズル設置口を加工して取り付けられる。ただし、ノズル設置口に代用可能な部材、点検用のフランジが設けられている場合には、特に加工の必要はない。本発明においては、このような排ガス処理剤を、煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位、好ましくは、付着物を抑制したい箇所の直前の煙道に注入する。なお、排ガス処理剤は、これらの部位のうちの１箇所にのみ注入しても良く、２箇所以上に注入しても良い。

排ガス処理剤は、通常、廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉を立ち上げた後、炉内の運転が安定した段階で必要な部位への注入が開始される。

本発明においては、排ガス処理剤の有効成分による上記作用効果に応じて、その注入方法についても最適な方法を採用することが好ましく、Ｍｇ系化合物、ＳｉＯ_２系化合物は比較的多い量を間欠的に注入することが有効であり、また、Ｆｅ系化合物は連続注入とするのが好ましく、注入方法に応じて、薬注ポンプ、電磁弁、電動弁などをタイマー又は流量にて注入制御することが好ましい。

具体的には、Ｍｇ系化合物及び／又はＳｉＯ_２系化合物を含む排ガス処理剤であれば、排ガスに対して有効成分量として１０〜３５００ｍｇ−薬剤／Ｎｍ^３−排ガス／ｈｒの割合で、或いは付着物に対して０．０１〜０．１重量％の割合で１日に１回以上、例えば１〜１０回の頻度で１回に数分〜数時間、例えば５分〜２時間注入する間欠注入を行うことが好ましく、Ｆｅ系化合物を含む排ガス処理剤であれば、排ガスに対して有効成分量として１０〜３５００ｍｇ−薬剤／Ｎｍ^３−排ガス／ｈｒの割合で、或いは付着物に対して０．０１〜０．１重量％の割合で連続注入することが好ましい。

本発明によれば、排ガス処理剤を適当な箇所に注入することにより、付着物の剥離で回収される煤塵量の増加や、煤塵成分の変化が認められ、また、熱交換部等にあっては熱交換効率が向上することにより排ガス温度が変化するなどの現象が認められることにより、その効果を確認することができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１〜５、比較例１
処理能力１００ｔｏｎ／日の廃棄物焼却炉の空気予熱器における付着物（主成分：硫酸ナトリウム）を防止するために、空気予熱器導入側の煙道（温度帯：５００〜７００℃）で排ガス（酸素濃度１０％，流量３０，０００ｍ^３／ｈｒ）に、表２に示す薬剤を表２に示す条件で５日間噴霧した（ただし、比較例１では薬剤噴霧せず。）。

５日後の空気加熱器入口の排ガス温度及び出口の排ガス温度とその温度差を調べ、結果を表２に示した。

表２より明らかなように、本発明により空気予熱器入口に薬剤を添加した実施例１〜５では、薬剤を添加していない比較例１に比べて、空気予熱器の入口排ガス温度と出口排ガス温度との温度差が大きい。これは、実施例１〜５では付着物が低減されたことにより、熱交換効率が上ったためであり、本発明によれば、排ガスに起因する付着物を低減することができることが分かる。

比較例２〜６
実施例１〜５において、薬剤を空気予熱器入口ではなく、焼却炉に供給されるゴミに添加したこと以外は各々同様に薬剤の噴霧を行い、同様に、５日後の空気予熱器入口の排ガス温度及び出口の排ガス温度とその温度差を調べ、結果を比較例１の結果と共に表３に示した。

表３より明らかなように、ゴミに薬剤を添加した比較例２〜６では、空気予熱器の入口排ガス温度と出口排ガス温度との温度差が小さく、薬剤を添加しない比較例１と同等で、比較例２〜６では付着物が低減されず、熱交換効率の改善が図れないことが分かる。これは、ゴミに薬剤を添加したために、空気予熱器に到達するまでに薬剤が消耗し、空気加熱器に有効量の薬剤が供給されないことによるものと推定される。

Claims (10)

1. 廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉又は廃棄物発電施設からの排ガスの処理方法であって、
   マグネシウム、鉄、及びケイ素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含む排ガス処理剤を、煙道、ボイラ、空気予熱器、減温塔、及び空気加熱器のいずれかの部位に注入することを特徴とする排ガスの処理方法。
2. 請求項１において、該排ガス処理剤が、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
3. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃以上、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
4. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃以上、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム及びシリカよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
5. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度４００℃以上６００℃未満、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化第一鉄及び酸化第二鉄よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
6. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度４００℃以上６００℃未満、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムを含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
7. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃未満、酸素濃度２体積％以上であり、該排ガス処理剤が酢酸マグネシウム、酸化第一鉄及び酸化第二鉄よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
8. 請求項２において、該排ガス処理剤の注入部位の排ガスが温度５００℃未満、酸素濃度２体積％未満であり、該排ガス処理剤が酢酸マグネシウムを含むことを特徴とする排ガスの処理方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、マグネシウム及び／又はシリカを含む排ガス処理剤を、前記排ガスに対して１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で間欠注入することを特徴とする排ガスの処理方法。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項において、鉄を含む排ガス処理剤を、前記排ガスに対して１０〜３５００ｍｇ／Ｎｍ^３／ｈｒの割合で連続注入することを特徴とする排ガスの処理方法。