JP2007144253A - 排ガス乾式処理装置及び乾式処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重曹の搬送用媒体に排ガスを用いずに重曹の多孔質化を実現して、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去する。
【解決手段】焼却炉２から排出される酸性ガスを含む排ガスに、ブロワ１６によって空気輸送管１５を介して重曹搬送用配管１２に供給され、搬送用空気加熱器１７で１４０℃以上に加熱された搬送用空気を搬送用媒体として重曹を添加し、排ガスとともに集塵器６へ搬送する。そして、集塵器６のろ布表面に形成された層状の重曹と、これを通過する排ガス中の酸性ガスとを中和反応させて捕集し、酸性ガスを除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガス乾式処理装置及び乾式処理方法に係り、特に廃棄物焼却炉から排出される排ガス中の酸性ガスを除去する乾式処理装置及び乾式処理方法に関する。

廃棄物焼却炉などから排出される排ガスには、有害である酸性ガス（例えば、塩化水素ガスや硫黄酸化物など）が含まれている。この酸性ガスを排ガスから除去する技術として、排ガスに脱塩剤を供給して、下流側に設置される集塵器（例えば、バグフィルタなど）のろ布表面に脱塩剤の層を形成し、これを通過する酸性ガスを中和反応によって捕集し、除去する乾式脱塩処理方法が広く知られている。また、一般に、脱塩剤は比表面積が大きいほど反応性は向上することが知られている。例えば重曹の場合は、１４０℃以上に加熱すると下式の分解反応により、重曹から炭酸ガスと水が放出され、炭酸ナトリウムとなる。その結果、表面に微細な細孔が形成され、比表面積が増加することが知られている。

２ＮａＨＣＯ_３→Ｎａ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
特許文献１には、空気を搬送用媒体として重曹を排ガスに添加して、排ガス中の酸性ガスを除去する方法が記載されている。ところが、この方法では、排ガスに添加された重曹は、排ガスとともにバグフィルタのろ布表面に搬送されて捕集され、多くは多孔質の炭酸ナトリウムになるものの、一部は加熱が不十分なために元の重曹のまま残り、酸性ガスとの反応性が低いという問題がある。

そこで、特許文献２には、集塵前、又は集塵後の排ガスの一部を循環させて、これを搬送用媒体として重曹を排ガスに添加することが記載されている。これによれば、重曹は、１４０℃以上の高温の排ガスに長時間晒されるので、十分に多孔質化され、排ガス中の酸性ガスとの反応性が高くなり、高効率で酸性ガスを除去できるとしている。

特開２００４−３２１９５８ 特開２００２−１３６８４０

しかし、上記の特許文献２に記載の技術では、水分を含んだ塩が重曹搬送用配管へ固着することや、低温腐食による弊害について配慮されていないという問題がある。すなわち、焼却処理される廃棄物中には元々水分が含まれているので、排出される排ガスも水分を含んでいる。また、排ガスを集塵器に通過させる前に冷却する過程で、水蒸気を排ガスに噴霧する場合もあり、集塵器前後の排ガス中には少なくても十数パーセント、多い場合は、五十パーセント以上の水蒸気が含まれている。この水蒸気を多く含んだ排ガスが、常温の重曹を搬送するので、重曹と排ガスが接触する箇所の周辺では、常温から１４０℃程度までの温度域が存在し、排ガスが１００℃以下に冷やされれば、当然排ガス中の水蒸気が凝縮して水となる。一方、重曹と排ガス中の酸性ガスとの反応によって潮解性のある塩が生じ、この塩が上記水分を吸収して、重曹搬送用配管への固着が生じ、閉塞に至ることも考えられる。

また、集塵器で排ガスを処理する前は、排ガス中に数百ｐｐｍの濃度で酸性ガスが存在し、たとえ排ガスの処理をした後でも、数ｐｐｍから数十ｐｐｍの濃度で酸性ガスが存在する。この排ガスが上記と同様に常温の重曹を搬送するので、排ガスの温度が、例えば、硫黄酸化物は１３０℃前後、塩化水素ガスは７０℃前後である酸露点温度以下になれば高濃度の硫酸や塩酸を発生し、低温腐食が生じる場合がある。

本発明は、重曹の搬送用媒体に排ガスを用いずに重曹の多孔質化を実現して、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の排ガス乾式処理装置は、廃棄物を焼却する焼却炉と、焼却炉から排出される排ガスに重曹の粉末を空気輸送で添加する薬剤供給手段と、重曹が添加された排ガスを処理する集塵器とを備え、薬剤供給手段は、搬送用空気を加熱する加熱手段を有してなることを特徴とする。すなわち、重曹を空気輸送する搬送用空気を加熱することにより、重曹が加熱されるので、重曹から水と炭酸ガスが放出され、表面に微細な細孔が形成されて多孔質化を実現できる。また、空気中には、もともとが常温で飽和以下の水蒸気しか含まれていないので、搬送用空気が常温の重曹と接触して一時的に冷却されたとしても、水蒸気が凝縮することはない。さらに、空気中には、塩化水素ガスや硫黄酸化物などの酸性ガスは含まれていないので、搬送用空気が常温の重曹と接触して一時的に冷却されたとしても、塩が生成されることもないし、同様に、低温腐食することもない。よって、重曹の搬送用媒体に排ガスを用いずに重曹の多孔質化を実現して、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することができる。

この場合において、加熱手段は、搬送用空気を集塵器の入口の排ガス温度以上に加熱することが好ましい。これによれば、重曹は十分多孔質化されるので、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することができ、さらに、排ガスに重曹を添加しても排ガス温度は低下しないので、低温腐食の問題も発生しない。

また、薬剤供給手段は、重曹が貯留されたホッパと、ホッパから切り出される重曹が搬送用空気により搬送される空気輸送管と、空気輸送管に搬送用空気を供給するブロワとを備え、加熱手段は、搬送用空気を加熱する空気加熱器であることが好ましい。

また、空気加熱器は、ブロワとホッパとの間の空気輸送管に設けられてなることが好ましい。これによれば、重曹は、ホッパから切り出されて空気輸送管に供給された時から加熱され始めるので、より多くの加熱時間を確保することができ、一層確実に多孔質化を実現して、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することができる。

さらに、ホッパと重曹が添加された排ガスが搬送される集塵器入口煙道との間の空気輸送管と、集塵器入口煙道と、集塵器の入口のいずれか１箇所に、重曹から炭酸ナトリウムへの変化率を検出する変化率検出器を設け、空気加熱器は、変化率検出器により検出された変化率により加熱温度を制御する加熱温度制御手段を備えてなることが好ましい。これによれば、重曹から炭酸ナトリウムへの変化率に応じて空気加熱器の加熱温度を調整するので、重曹の使用量を低減しつつ、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することができる。

本発明によれば、重曹の搬送用媒体に排ガスを用いずに重曹の多孔質化を実現して、排ガス中の酸性ガスを高効率で除去することができる。

以下、本発明を適用してなる排ガス乾式処理装置の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の排ガス乾式処理装置の構成図である。図１に示すように、本実施形態の排ガス乾式処理装置は、廃棄物が投入される受入ホッパ１と、受入ホッパ１から供給された廃棄物を焼却する焼却炉２と、焼却炉２と排ガス煙道３を介して連結され、焼却炉２から排出される有害な酸性ガスを含む高温の排ガスを冷却する排ガス冷却設備４と、排ガス冷却設備４と集塵器入口煙道５を介して連結され、排ガス中に含まれる酸性ガスや塵、埃などの飛灰を捕集する集塵器６と、集塵器６で捕集された酸性ガス及び飛灰を蓄える飛灰貯留槽７と、集塵器６と集塵器出口煙道８を介して連結され、集塵器６で酸性ガス及び飛灰を除去された排ガスを誘引する誘引通風機９と、誘引通風機９で誘引された排ガスを排出する煙突１０などで構成されており、さらに、次のような本発明の特徴部の構成を有する。

集塵器入口煙道５には、重曹が搬送される空気輸送管（以下、重曹搬送用配管１２という）の一端が連結され、重曹搬送用配管１２の他端は、重曹供給装置１３に連結されている。重曹供給装置１３には、重曹貯留設備１４が連結されており、さらに、重曹供給装置１３は、空気輸送管１５を介してブロワ１６に連結されている。空気輸送管１５には、搬送用空気加熱器１７が設けられており、搬送用空気加熱器１７と重曹供給装置１３との間には温度計１８が設けられている。また、重曹搬送用配管１２の集塵器入口煙道５との連結部付近には変化率検出器１９が設けられている。

ここで、重曹供給装置１３は、例えばホッパ形状を有するものがある。また、搬送用空気加熱器１７は、電気加熱器、蒸気加熱器、集塵器６手前の排ガス保有熱を利用する排ガス加熱、又は、これらの組み合わせを用いることができる。

次に、本発明の特徴部の動作について説明する。排ガス中の酸性ガスを除去するのに必要な重曹は、重曹貯留設備１４に蓄えられ、所定量の重曹だけが重曹供給装置１３によって重曹搬送用配管１２へ切り出される。切り出された重曹は、ブロワ１６によって空気輸送管１５を介して重曹搬送用配管１２に供給され、搬送用空気加熱器１７で１４０℃以上に加熱された搬送用空気に搬送され、重曹搬送用配管１２を通って集塵器入口煙道５に供給される。ここで、重曹搬送用配管１２は数十メートルの長さがあり、重曹は、重曹貯留設備１４から集塵器入口煙道５に搬送されるまでに２秒から５秒程度の十分な加熱時間を確保することができる。このため、重曹は、炭酸ガスと水分が放出され反応性の高い多孔質の炭酸ナトリウムに変化する。(集塵器入口煙道５に重曹が供給されてから集塵器ろ布表面に搬送されるまでの時間は１秒以内) そして、集塵器入口煙道５に供給された重曹は、排ガスとともに集塵器６へ搬送され、集塵器６のろ布表面に層を形成し、これを通過する排ガス中の酸性ガスを中和反応によって捕集する。

また、変化率検出器１９は、サンプリングした重曹を加熱し、それより発生する炭酸ガス量を測り、重曹と炭酸ナトリウムの存在比を推定し、重曹から炭酸ナトリウムへの変化率を算出する。例えば、重曹から炭酸ナトリウムへの変化率が所望値に達していない場合は、空気加熱器の加熱温度を上げることにより重曹から炭酸ナトリウムへの変化率を所望値に調整する。また、重曹から炭酸ナトリウムへの変化率が所望値を満たしている場合は、変化率が所望値になるまで空気加熱器の加熱温度を下げる。

本実施形態の排ガス乾式処理装置によれば、昨今、ごみ処理問題の住民意識の高まりによって、国の規制値よりも非常に厳しい排ガス規制値が求められているが、従来の湿式の排ガス処理ではなく、プラント排水の無放流化が可能な排ガス乾式処理で対応することができる。また、従来は、排ガス乾式処理で脱塩剤として消石灰を用いていたが、反応性の低さから規制値を厳守することは難しく、また、厳守出来たとしても多量の消石灰を排ガスに供給する必要があった。そのため、消石灰費用はもとより、捕集される飛灰(未反応消石灰含む)の処理費用や埋立費用も増加し、加えて、ガス処理系・灰処理系の設備容量も大きくなり、設備費が嵩んでいた。これに対し、重曹は反応効率が非常に良いという特徴を持つが、重曹そのものは粒径が小さいと凝集して固結したり、流動性が悪くなるなどの問題があるため、通常は固結防止剤などを含む重曹を購入することになる。しかしながら、これらの重曹は単価が非常に高いので、使用量が少なくても、消石灰費用とほぼ同程度又はそれ以上となってしまう。これらの問題に対し、本発明を適用した排ガス乾式処理装置は、脱塩剤として使用する重曹を、排ガスに添加する前に反応性の高い多孔質の炭酸ナトリウムに変化させることができるので、重曹の酸性ガスに対する当量比をほぼ１近くまで低減できる。このことにより、重曹費用のみならず、捕集される飛灰の量も低減されるので、これら捕集飛灰を薬剤で安定化させるための処理費用やそれら設備の機器容量、ひいては最終処分(埋立など)に要する費用についても低減することができる。

また、従来技術のように、搬送用空気を常温とした場合は、重曹搬送用配管と集塵器入口煙道との連結部の温度が低下し、露点腐食温度域となるが、本発明のように１４０℃以上の加熱空気を搬送用空気とすることで、連結部の腐食を防止することが可能である。また、搬送用空気を加熱することで、空気のボリュームが１．５倍程度に増えるため、その分実搬送用空気量を低減できる。

加えて、１４０℃以上の空気を搬送用媒体として用いることで、重曹中に含まれる微量の水分は搬送中に蒸発し粉体の流動性が良くなる。よって数十メートルに及ぶ重曹搬送用配管での粉体固着・つまりなどを防止できる。

さらに、重曹が加熱されて炭酸ナトリウムに分解する開始温度は１４０℃以上と言われているが、完全な熱分解には更なる高温が必要である(岩波／理化学辞典第３版：３００℃以上で分解)。しかしながら、集塵前、又は集塵後の排ガスの一部を循環させて、これを搬送用媒体として重曹を排ガスに添加する方法では、排ガス処理システムの制限により２００℃程度までの加熱が上限となる。しかし、空気を搬送用媒体として加熱する本発明によれば、搬送用空気加熱器の温度設定は比較的自由であり、電気式の空気加熱器等を使用することで３００℃以上の温度にも対応可能となる。

以上、本発明を適用してなる排ガス乾式処理装置の実施形態について説明してきたが、本発明は、この実施形態に限られるものではない。例えば、重曹の搬送用媒体として空気を使用しているが、窒素ガスなどの不活性ガスで代用することも可能である。

本発明を適用した排ガス処理装置の構成図である。

符号の説明

１ 受入ホッパ
２ 焼却炉
３ 排ガス煙道
４ 排ガス冷却設備
５ 集塵器入口煙道
６ 集塵器
７ 飛灰貯留槽
８ 集塵器出口煙道
９ 誘引通風機
１０ 煙突
１２ 重曹搬送用配管
１３ 重曹供給装置
１４ 重曹貯留設備
１５ 空気輸送管
１６ ブロワ
１７ 搬送用空気加熱器
１８ 温度計
１９ 変化率検出器

Claims (8)

1. 廃棄物を焼却する焼却炉と、該焼却炉から排出される排ガスに重曹の粉末を空気輸送で添加する薬剤供給手段と、該重曹が添加された排ガスを処理する集塵器とを備え、前記薬剤供給手段は、搬送用空気を加熱する加熱手段を有してなる排ガス乾式処理装置。
2. 前記加熱手段は、前記搬送用空気を前記集塵器の入口の前記排ガス温度以上に加熱することを特徴とする請求項１に記載の排ガス乾式処理装置。
3. 前記薬剤供給手段は、前記重曹が貯留されたホッパと、該ホッパから切り出される前記重曹が前記搬送用空気により搬送される空気輸送管と、該空気輸送管に前記搬送用空気を供給するブロワとを備え、前記加熱手段は、前記搬送用空気を加熱する空気加熱器であることを特徴とする請求項２に記載の排ガス乾式処理装置。
4. 前記空気加熱器は、前記ブロワと前記ホッパとの間の前記空気輸送管に設けられてなることを特徴とする請求項３に記載の排ガス乾式処理装置。
5. 前記ホッパと前記重曹が添加された排ガスが搬送される集塵器入口煙道との間の前記空気輸送管と、前記集塵器入口煙道と、前記集塵器の入口のいずれか１箇所に、前記重曹から炭酸ナトリウムへの変化率を検出する変化率検出器を設け、前記空気加熱器は、前記変化率検出器により検出された変化率により加熱温度を制御する加熱温度制御手段を備えてなることを特徴とする請求項４に記載の排ガス乾式処理装置。
6. 空気輸送により重曹を集塵器上流の廃棄物焼却排ガスに添加し、前記廃棄物焼却排ガス中の酸性ガスを除去する排ガス乾式処理を行う方法において、重曹を搬送する搬送用空気を加熱することを特徴とする排ガス乾式処理方法。
7. 前記搬送用空気を前記集塵器の入口の排ガス温度以上に加熱することを特徴とする請求項６に記載の排ガス乾式処理方法。
8. 前記搬送用空気の加熱により前記重曹が炭酸ナトリウムに変る変化率を検出し、前記変化率により前記搬送用空気の温度を制御することを特徴とする請求項７に記載の排ガス乾式処理方法。

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