JP2007000683A - 高温ガスの冷却方法、排ガス浄化方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的に、かつ、瞬間的で排ガス中のダイオキシンの再反応を抑制する一方、排ガス中の有害物質などを浄化する排ガス浄化方法。
【解決手段】排ガスG中の有害物質を浄化する排ガス浄化方法である。前記排ガスGを排出するダクト31に設けた外筒21内に、ドーム状の内筒22を挿入して2重環状とする一方、前記内筒22によって外筒21の出口を閉止して外筒21内の排ガスGを前記内筒22の壁面に設けた複数のガス流入口28から内筒22内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒21に設けたノズル23より微粒化した液体Wを噴霧して排ガスGと噴霧液とを接触させる。
【選択図】 図2
【解決手段】排ガスG中の有害物質を浄化する排ガス浄化方法である。前記排ガスGを排出するダクト31に設けた外筒21内に、ドーム状の内筒22を挿入して2重環状とする一方、前記内筒22によって外筒21の出口を閉止して外筒21内の排ガスGを前記内筒22の壁面に設けた複数のガス流入口28から内筒22内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒21に設けたノズル23より微粒化した液体Wを噴霧して排ガスGと噴霧液とを接触させる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、高温ガスの冷却方法、特に、排ガスの中に含まれているダイオキシンなどの有害物質を浄化する排ガス浄化方法及び装置に関するものである。
従来、一般家庭から出る生ゴミなどの一般ごみや、産業廃棄物などの廃棄物を焼却炉で燃焼させ、焼却炉から排出される排ガスを熱交換器に通して温度降下させ、この温度降下した排ガスを洗浄塔及び/又は除塵器で浄化し、浄化した排ガスを、再度、温度上昇させて触媒反応器に流通させ、この触媒反応器で排ガス中の窒素酸化物、含ハロゲン、含硫黄、含窒素系を含む有機化合物、シアン系化合物やダイオキシン等の有機塩素系化合物などの有害物質を分解処理することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−288353号公報
しかしながら、高温下(例えば、800℃以上)で分解したダイオキシン(DXN)の分解物を含んだ排ガスは、上記の如き、各種の処理装置を経由して大気中に排出される過程において、ダイオキシンが再合成されることが問題になっている。
従って、ダイオキシンが再合成する前に急速冷却(例えば、100℃以下に急速冷却)を行って低温化し、再反応を凍結することがダイオキシンの再発生を抑制する上で必須の要件となっている。
このため、高温(例えば、900〜1000℃)の排ガスに対して水噴霧冷却を行い、大量の排ガスを均質、かつ、瞬間的に低温化することが求められている。更に、この噴霧用の水溶液として、排ガス中の塩素イオンなどを取り込むための水性造膜性無機化合物を溶解させた水溶液を使用することが、単なる水冷却の場合に比べてダイオキシンの再発生を抑制する効果が格段に大きくなると言われている。
このため、排ガス中のダイオキシン分解物(例えば、塩素イオンなど)と、耐熱性の水性造膜性無機化合物との接触反応を高め、その反応を省スペースで、かつ、効率的に、しかも、短時間で行うための手だてが必要となる。
排ガスを急速冷却する従来の急速冷却装置は、可なり容積が大きく、装置全体として大規模なものであった。この急速冷却装置を排ガスダクト内にインライン(IN LINE)化し、ダクトの一部として装置の中に組み込むことができれば、装置の小型化が可能となり、コスト的にも有利となる。
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、省スペースで、かつ、効率的に、しかも、瞬間的に排ガス中のダイオキシン分解物の再反応を抑制する一方、排ガス中の窒素酸化物、含ハロゲン、含硫黄、含窒素系を含む有機化合物などの有害物質などを浄化することができる高温ガスの冷却方法、排ガス浄化方法及び装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
請求項1に記載の発明に係る高温ガスの冷却方法は、高温ガスを冷却する際に、前記高温ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の高温ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧し、前記高温ガスの保有する熱エネルギーで噴霧液を蒸発させることを特徴としている。
請求項2に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、排ガス中の有害物質を浄化する排ガス浄化方法において、前記排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の排ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧して排ガスと噴霧液とを接触させることを特徴としている。
請求項3に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、前記噴霧液として耐熱性の無機質造膜剤を溶解させた水溶液を使用し、該水溶液の噴霧時に発生した膜状物によって排ガス中の有害物質を捕捉することを特徴とする請求項2記載の排ガス浄化方法である。
請求項4に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、排ガス中の有害物質を浄化する排ガス浄化装置において、前記排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、先端が閉止され、かつ、壁面に複数のガス流入口を有するドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって前記外筒の出口を閉止させ、更に、前記外筒に前記各ガス流入口に対峙する噴霧ノズルを設けたことを特徴とする排ガス浄化装置である。
請求項5に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、前記内筒の側面にガス流入口を多段に設け、かつ、各段毎に偶数箇のガス流入口を内筒の周方向に等間隔に設けたことを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置である。
請求項6に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、前記ガス流入口の形状を漏斗状に形成することを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置である。
請求項7に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、前記外筒に設けた複数の支持金具によって前記内筒を前記外筒と同心状に支持することを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置である。
上記のように、請求項1に記載の発明に係る高温ガスの冷却方法は、高温ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の高温ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧し、前記高温ガスの保有する熱エネルギーで噴霧液を蒸発させるので、攪乱している高温ガスによって噴霧液が攪乱され、高温ガスと噴霧液とが瞬間的に均質に混合する。その結果、噴霧液が瞬時に蒸発して高温ガスが急速冷却される。
従って、高温ガス中にダイオキシン分解物が含まれている場合、ダイオキシンの再反応又は再合成を未然に防止することができる。
請求項2に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の排ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧して排ガスと噴霧液とを接触させるので、攪乱している高温ガスによって噴霧液が攪乱され、高温ガスと噴霧液とが瞬間的に均質に混合する。その結果、噴霧液が瞬時に蒸発して高温ガスが急速冷却される。
従って、排ガス中に含まれているダイオキシンの再反応又は再合成を未然に防止することができる。
請求項3に記載の発明に係る排ガス浄化方法は、噴霧液として耐熱性の無機質造膜剤を溶解させた水溶液を使用し、該水溶液の噴霧時に発生した膜状物によって排ガス中の有害物質を捕捉するようにしたので、排ガス中の窒素酸化物、含ハロゲン、含硫黄、含窒素系を含む有機化合物、ダイオキシン分解物などの有害物質を固定化することができる。
他方、請求項4に記載の発明に係る排ガス浄化装置は、排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、先端が閉止され、かつ、壁面に複数のガス流入口を有するドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって前記外筒の出口を閉止させ、更に、前記外筒に前記各ガス流入口に対峙する噴霧ノズルを設けたので、前記排ガスは、外筒から内筒内に流入するが、内筒の側面に設けた複数のガス流入口から内筒内に流入した排ガスは、内筒の内部で衝突して攪乱される。
この攪乱によって生じた高速乱流の中に外筒に設けたノズルから液体を噴霧すると、ノズルから噴霧された噴霧液は、排ガスの激しい渦流によって攪拌され、高温の排ガスと瞬間的に、かつ、均質に混合する。
このため、外筒に設けたノズルから噴霧された微粒化した液体によって高温の排ガスが急冷され、ダイオキシンの再反応又は再合成が防止される。
請求項5に記載の発明に係る排ガス浄化装置は、前記内筒の側面にガス流入口を多段に設け、かつ、各段毎に偶数箇のガス流入口を内筒の周方向に等間隔に設けたので、内筒の側面に設けたガス流入口から内筒内に流入した排ガスが内筒内で激しい乱流となり、外筒に設けたノズルから噴霧された微粒化した液体と瞬間的に、かつ、均質に混合する。
請求項6に記載の発明に係る排ガス浄化装置は、前記ガス流入口の形状を漏斗状に形成したので、排ガスが外筒から内筒内に流入し易くなる。
請求項7に記載の発明に係る排ガス浄化装置は、前記外筒に設けた複数の支持金具によって前記内筒を前記外筒と同心状に支持するので、内筒の振動などを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明に係る排ガス浄化装置を含む廃棄物焼却設備の構成図であり、この廃棄物焼却設備1は、焼却炉2、排ガス浄化装置(ハロゲンキャッチャー)3、排ガス冷却塔(1次気水分離器)4、デミスタ(2次気水分離器)5、1次濾過器6、2次濾過器7(図4参照。)、バーナ8およびプラズマ反応装置9(図4参照。)により構成されている。
焼却炉1は、ロータリーキルン式の焼却炉であり、駆動手段として歯車式の駆動装置を使用している。すなわち、円筒形の焼却炉本体11の外側に設けた大径の歯車12と、駆動モータ13の回転軸(図示せず)に設けた小径の歯車14とを噛合させて円筒形の焼却炉本体11を所定の速度(例えば、3〜8rpm)で回転させるようにしている。また、焼却炉本体11は、その外側に前後2本のタイヤ15,15を有し、各タイヤ15,15を図示しない複数のローラによって回転自在に支持するようになっている。
更に、この焼却炉2は、その入口に廃棄物投入ダクト16を有し、この廃棄物投入ダクト16を経てホッパ17内の廃棄物Aを焼却炉本体11内に供給するようになっている。また、この焼却炉2は、その入口に燃焼バーナ18を有し、焼却炉本体11内に供給された廃棄物(図示せず)を燃焼するようになっている。更に、この焼却炉2は、その出口に焼却灰排出部19を設け、焼却炉本体11内で焼却された廃棄物の焼却灰Bを炉外に排出するようになっている。
上記焼却炉本体11は、所定の傾斜度(例えば、2/100程度の傾斜度)を有し、入口から出口に向けて廃棄物(図示せず)の移動を容易にしている。また、焼却炉本体11の内壁には、かき上げフィン(図示せず)を設け、焼却炉本体11の回転によって焼却炉本体11内の廃棄物(図示せず)を、適宜、かき上げるようになっている。
上記排ガス浄化装置3は、図1に示すように、外筒21と、先端(自由端)が閉止された内筒22と、複数の2流体ノズル23により構成されている。また、外筒21と内筒22とは、2重環状に形成されている。
具体的に説明すると、図2に示すように、外筒21は、円筒状の胴部26と、その上端に設けた逆漏斗状のヘッド部27と、胴部26の下端に設けた逆円錐台状のボトム部24により構成され、ヘッド部27が排ガスダクト31に接続している(図1参照。)。
他方、先端(自由端)が閉止された内筒22は、外筒21のボトム部24を貫通し、その基部(出口部)は、下部チャンバ25に接続している(図1参照。)。更に、この内筒22は、その側面に複数のガス流入口28を有している。これらのガス流入口28は、内筒22の側面にランダムに設けてもよいが、規則的に設けることが望ましい。
ガス流入口28は、図2に示すように、円筒状の内筒22の側面に多段(図2では、2段)設けられている。その上、このガス流入口28は、各段毎に偶数箇(図2では、4箇)ずつ設けられている。更に、ガス流入口28は、周方向に等間隔で設けられている。
ガス流入口28を、上記のように配置すると、ガス流入口28から内筒22内に流入した排ガスGが内筒22内で衝突し、激しい乱流となる。
具体的に説明すると、排ガスダクト31から供給された排ガスGは、外筒21から内筒22内に流入するが、上記のように、ガス流入口28から内筒22内に流入した貫通流aは、内筒22の略中央で衝突し、激しい乱流となる。
すなわち、ガス流入口28から内筒22内に流入した貫通流aは、内筒22の略中央で衝突し、衝突点bを中心にして四方に拡散し、貫通流aに引き込まれるような循環流cとなる。この時、内筒22の上部に向う逆流dも生じる。
なお、上記ガス流入口28は、図3に示すように、漏斗状に形成することにより、貫通流aの吸い込み力が向上するようになる。
図2に戻って説明すると、外筒21は、内筒22の側面に設けたガス流入口28に対峙する位置にそれぞれ2流体ノズル23を設けている。更に、外筒21に設けた複数の支持金具29によって内筒22を支持し、内筒22が振動しないようにしている。
2流体ノズル23は、耐熱性の無機質造膜剤(例えば、シロキサンとシラノール塩からなる水性造膜性無機化合物(以下、リキッドセラミックと称する。)を溶解させた水溶液Wを内筒22内に噴霧する役目を担っている。
この水溶液Wを噴霧する噴霧ノズルとしては、空気などの高圧ガスによって水などの液を噴霧する機能を有している2流体ノズルのほか、例えば、高圧を生ずるエジェクターなどでも支障がない。要は、上記水溶液Wを微粒化して噴霧できるものであれば差し支えがない。
ここで、リキッドセラミックは、メタシリコンと硼砂や沸化ソーダ、亜鉱酸かその塩、及び濃厚アルカリ金属(Na,K,Li)を用いて、固体と濃厚アルカリ溶液反応から製造されたものである。
また、リキッドセラミックは、有害物質を捕捉する性質を有し、例えば、排ガスによりバブル化し、塗膜化してコロイドフィルターとなり、次いで、残渣物(排ガス中の残渣物)の温度低下で、発泡が鎮静化し、常温に戻ると、排ガス残渣物を塗膜内に内包すると言われている(例えば、特開平11−267625号公報)。
また、水溶液中のリキッドセラミックの割合は、排ガス中の有害物質の濃度にもよるが、2〜5wt%の範囲が好ましい。2wt%未満では、有害物質の捕捉が十分に行われ難い。これとは逆に、5wt%を超えると、リキッドセラミックの量が過多となり、不経済となる。
上記の排ガス浄化装置3は、省スペースの観点から、通常、竪型のものを使用しているが、横型にしても性能的に変わりがない。
図1に戻って説明すると、焼却炉2の焼却灰排出部19と、排ガス浄化装置3の外筒21のヘッド部27は、略逆U状のダクト31によって連通され、焼却炉2から排出された高温(例えば、900℃〜1000℃)の排ガスGを排ガス浄化装置3に供給するようになっている。
上記排ガス冷却塔(1次気水分離器)4は、塔本体32内に水冷式のラジエータ33を有し、排ガスG中に含まれている水蒸気を除去するようになっている。この排ガス冷却塔4は、ダクト34を介して排ガス浄化装置3の下部チャンバー25に接続している。このダクト35の先端は、水の進入を防止するため、下方に彎曲している。
上記デミスタ(2次気水分離器)5は、デミスター本体35内に金網36を積層し、排ガス冷却塔4で除去されなかった排ガスG中の水蒸気を除去するようになっている。
このデミスタ5は、排ガス冷却塔4の上部と、1次濾過器6の上部とを連通するU字状の配管37の途中に設けられている。1次濾過器6は、排ガスG中の飛散物を捕捉するためのものであり、濾過器本体38内にバグフィルタ(図示せず)を有している。
図4はプラズマ反応装置の側面図、図5はプラズマ反応装置の一部断面を含む正面図であり、プラズマ反応装置9の上流側には、2次濾過器7を設けている。この2次濾過器7は、1次濾過器6と同様に、濾過器本体39内にバグフィルタ(図示せず)を内蔵している。
プラズマ反応装置9は、プラズマ発生による高エネルギー電子の衝突により、各種有害物質の反応基を破砕し、無害の物質に変化させるものであり、排ガス導入ボックス41の上に複数本の円筒状のチューブ42を立設している。これらのチューブ42上方には、フード43を設け、フード43の上端に立設した排気筒44から浄化された排ガスG”を放出するようになっている。
図6に示すように、金属製のチューブ42の中には、電極45が設けられ、両者間でプラズマを発生するようになっている。また、各チューブ42は、図6に示すように、その内壁に沿って水wが流下しており、プラズマによって無害化した物質が水wと共に排ガス導入ボックス41内に流下するようになっている。排ガス導入ボックス41内の水は、ポンプ(図示せず)によって汲み上げられ、チューブ42の上部に戻されるようになっている。
プラズマ反応装置9の排ガス導入ボックス41と、2次濾過器7の下部とは、図4に示すように、ダクト47を介して連通し、その屈曲部に排ガスの温度を所定の温度に上げるバーナ8を設けている。また、2次濾過器7の上部には、ターボブロア48によって誘引された排ガスGがダクト49を経て供給されるようになっている。また、図1に示すように、1次濾過器6の下部とターボブロア48とは、ダクト50を介して連通している。
次に、焼却炉2から排出される排ガスGの中に含まれているダイオキシンなどの有害物質を除去する方法について説明する。
ロータリーキルン式の焼却炉1内に投入された廃棄物Aは、焼却炉11の入口に設けた燃焼バーナ18によって焼却される。廃棄物Aの焼却によって生じた焼却灰Bは、焼却炉11の出口に焼却灰排出部19より炉外に排出される。
他方、廃棄物Aの焼却によって生じた高温(例えば、900〜1000℃)の排ガスGは、ダクト31を通って排ガス浄化装置3に供給される。
排ガス浄化装置3に供給された排ガスGは、図2に示すように、外筒21から内筒22内に流入するが、ガス流入口28から内筒22内に流入した貫通流aは、内筒22の略中央で衝突し、激しい乱流となる。
すなわち、ガス流入口28から内筒22内に流入した貫通流aは、内筒22の略中央で衝突し、衝突点bを中心にして四方に拡散し、貫通流aに引き込まれるような循環流cとなる。この時、内筒22の上方に向う逆流dも生じる。
このような複雑で、かつ、高速度の排ガス流a〜dの中に外筒21に設けた2流体ノズル23からリキッドセラミックを溶解させた水溶液Wを微粒化して噴霧すると、噴霧水溶液Wは、複雑で、かつ、高速の排ガス流a〜dによって攪拌され、排ガスGと瞬間的に、かつ、均質に混合する。
従って、2流体ノズル23から噴霧された微粒化した水溶液Wによって排ガスGが瞬間的に急冷(例えば、900℃から90℃に急冷)され、ダイオキシン分解物の再反応又は再合成が防止されると同時に、リキッドセラミックを溶解させた水溶液Wが発泡することから、ダイオキシン分解物などの有害物質が発泡体の表面に付着し、捕捉される。
ダイオキシン分解物などの有害物質を捕捉した発泡体は、排ガス浄化装置3の下部にある下部チャンバー25内に堆積する。ほぼ90℃程度に急冷された排ガスGは、ダクト34を通って排ガス冷却塔(1次気水分離器)4に供給される。排ガス冷却塔4に供給された排ガスGは、排ガス冷却塔本体32の水冷式のラジエータ33によって冷却され、排ガス中の余分な水蒸気が除去される。
排ガス冷却塔4によって余分な水蒸気が除去された排ガスGは、デミスタ(2次気水分離器)5に供給され、最終的に排ガスG中の水蒸気が除去される。デミスタ5によって除湿された排ガスGは、1次濾過器6及び2次濾過器7に供給され、排ガスGの中に含まれている飛散物が捕捉される。
1次濾過器6および2次濾過器7によって濾過された排ガスGは、バーナ8によって所定温度(例えば、70〜95℃程度)に再加熱された後、プラズマ反応装置9に供給される。
プラズマ反応装置9は、プラズマ発生による高エネルギー電子の衝突により、各種有害物質の反応基を破砕し、無害の物質に変化させるものであり、プラズマ反応装置9の下部にある排ガス導入ボックス41内に供給された排ガスGは、排ガス導入ボックス41に立設した複数本のチューブ42内を上昇する間に各チューブ42に設けた一対の電極45,46間に発生するプラズマによって各種有害物質の反応基を破砕され、無害化される。
各種有害物質が浄化された排ガスG”は、プラズマ反応装置9の上部のフード43に設けた排気筒44から大気中に放出される。
G 排ガス
W 液体
21 外筒
22 内筒
23 ノズル
28 ガス流入口
31 ダクト
W 液体
21 外筒
22 内筒
23 ノズル
28 ガス流入口
31 ダクト
Claims (7)
- 高温ガスを冷却する際に、前記高温ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の高温ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧し、前記高温ガスの保有する熱エネルギーで噴霧液を蒸発させることを特徴とする高温ガスの冷却方法。
- 排ガス中の有害物質を浄化する排ガス浄化方法において、前記排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、ドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって外筒の出口を閉止して外筒内の排ガスを前記内筒の壁面に設けた複数のガス流入口から内筒内に導入して攪乱させ、この攪乱によって生じた高速乱流中に前記外筒に設けたノズルより微粒化した液体を噴霧して排ガスと噴霧液とを接触させることを特徴とする排ガス浄化方法。
- 前記噴霧液として耐熱性の無機質造膜剤を溶解させた水溶液を使用し、該水溶液の噴霧時に発生した膜状物によって排ガス中の有害物質を捕捉することを特徴とする請求項2記載の排ガス浄化方法。
- 排ガス中の有害物質を浄化する排ガス浄化装置において、前記排ガスを排出するダクトに設けた外筒内に、先端が閉止され、かつ、壁面に複数のガス流入口を有するドーム状の内筒を挿入して2重環状とする一方、前記内筒によって前記外筒の出口を閉止させ、更に、前記外筒に前記各ガス流入口に対峙する噴霧ノズルを設けたことを特徴とする排ガス浄化装置。
- 前記内筒の側面にガス流入口を多段に設け、かつ、各段毎に偶数箇のガス流入口を内筒の周方向に等間隔に設けたことを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置。
- 前記ガス流入口の形状を漏斗状に形成することを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置。
- 前記外筒に設けた複数の支持金具によって前記内筒を前記外筒と同心状に支持することを特徴とする請求項4記載の排ガス浄化装置。
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