JP2011196554A

JP2011196554A - 溶融炉における排ガス脱硝方法および溶融炉における排ガス脱硝装置

Info

Publication number: JP2011196554A
Application number: JP2010060308A
Authority: JP
Inventors: Koji Sunada; 浩志砂田; Hiroyuki Hosoda; 博之細田; Koji Minagawa; 公司皆川; Isamu Aoki; 勇青木
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】還元剤の量を少なく抑えつつＮＯｘおよび未燃ガスの二次燃焼部から外部への排出を抑制することのできる溶融炉における排ガス脱硝方法を提供する。
【解決手段】二次燃焼部２ｂの第１ガス供給部２１に第１ガスを供給して排ガスを燃焼させる第１燃焼工程と、二次燃焼部２ｂの還元剤供給部２２に還元剤を供給して排ガスを脱硝する脱硝工程と、二次燃焼部２ｂの第２ガス供給部２３に第２ガスを供給して第１燃焼工程での燃焼後の排ガスを酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる第２燃焼工程とを実施するとともに、溶融部２ａから第１ガス供給部２１に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して第１ガスに含まれる酸素の当量比が１以下となるように、かつ、第１燃焼工程での燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、第２燃焼工程においてＮＯｘが生成する濃度よりも低く第２燃焼工程においてＮＯｘが生成しない濃度となるように、第１ガスの量を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、廃棄物を燃焼処理する処理装置から排出された排ガスが燃焼処理される溶融炉において前記排ガスを脱硝処理するための方法およびこの排ガスを脱硝するための手段が設けられた排ガス脱硝装置に関する。

従来、廃棄物処理システム等では、被処理物である廃棄物をガス化炉等の処理装置において燃焼処理した後、その処理物を溶融部に導入して処理物中の灰分をスラグ化するとともに処理物中の排ガスを燃焼処理し、さらに溶融部から排出された排ガスの未燃ガスを二次燃焼部にて燃焼処理することが行われている。また、前記二次燃焼部内に還元剤を投入することで二次燃焼部内において排ガス中のＮＯｘを還元処理すなわち排ガスを脱硝処理して、二次燃焼部から外部に排出される排ガス中のＮＯｘを低減することが知られている。

例えば、特許文献１には、前記溶融部および二次燃焼部を有する溶融炉と、前記廃棄物を燃焼処理する処理装置の上流側に設けられてこの廃棄物を乾燥させるための乾燥機とを備えた廃棄物処理システムにおいて、還元剤を二次燃焼部の上流側に供給した後、二次燃焼部の下流側に空気を供給して二次燃焼部内の未燃ガスを完全燃焼させる方法が開示されている。この方法では、二次燃焼部内の温度を還元剤の反応に好ましい温度まで低下させるために、前記二次燃焼部の上流側に前記還元剤と同時に前記乾燥機から排出される乾燥排ガスを供給しており、この二次燃焼部内の温度に応じて前記乾燥排ガスの供給量が決定されている。

特開平１１−２７０８１４号公報

前記のように、二次燃焼部内で排ガス中の未燃ガスを完全燃焼させる方法では、この未燃ガスの燃焼によって二次燃焼部内で新たにサーマルＮＯｘが生成する場合がある。この場合には、前記溶融部から二次燃焼部に導入された排ガスに含まれるＮＯｘに加えてこのサーマルＮＯｘを還元処理するために二次燃焼部内により多くの還元剤を供給する必要がある。これに対して、前記特許文献１に開示されている方法では、前記乾燥排ガスの供給により二次燃焼部内の温度が還元剤の反応に好ましい温度まで低下されており、還元剤が効率よく反応することで還元剤の量をある程度少なく抑えることができる。しかしながら、この方法においても、溶融部から二次燃焼部に導入された排ガス中の未燃ガスの全量が二次燃焼部の下流側において完全燃焼すなわち酸素過剰の雰囲気下で燃焼されており、この多量の未燃ガスの燃焼によって多量のサーマルＮＯｘが生成するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑み、還元剤の量を少なく抑えつつＮＯｘおよび未燃ガスの二次燃焼部から外部への排出を抑制することのできる溶融炉における排ガス脱硝方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、被処理物を燃焼処理する処理装置から排出された被溶融物と排ガスとが導入されて内側で当該被溶融物が溶融するとともに前記排ガスが燃焼する溶融部と、当該溶融部の下流側に設けられるとともにこの溶融部から排出された排ガスが導入されて内側で当該排ガスが燃焼する二次燃焼部とを有する溶融炉において前記排ガスを脱硝処理するための溶融炉における排ガス脱硝方法であって、前記二次燃焼部に設けられた第１ガス供給部に酸素を含む第１ガスを供給して、前記溶融部から当該第１ガス供給部に導入された前記排ガスを燃焼させる第１燃焼工程と、前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に設けられた還元剤供給部に還元剤を供給して、前記第１ガス供給部よりも下流側において前記二次燃焼部内の排ガス中のＮＯｘを還元処理して当該排ガスを脱硝する脱硝工程と、前記二次燃焼部のうち前記還元剤供給部よりも下流側に設けられた第２ガス供給部に酸素を含む第２ガスを供給して、当該第２ガス供給部に導入される前記第１燃焼工程での燃焼後の排ガスを当該排ガスに含まれる未燃ガスが完全燃焼可能となる酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる第２燃焼工程と、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出工程と、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガスの流量を検出する流量検出工程と、前記第１ガス供給部に供給する第１ガスの量を決定する第１ガス量決定工程とを含み、前記第１ガス量決定工程では、前記一酸化炭素濃度検出工程で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度と前記流量検出工程で検出された前記排ガスの流量とに基づいて、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１以下となるように、かつ、前記第１ガスに含まれる酸素によって前記第１燃焼工程にて前記排ガスに含まれる一酸化炭素が燃焼することで、当該第１燃焼工程での燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、前記第２燃焼工程においてこの残存する一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２燃焼工程においてＮＯｘが生成しない濃度となるように、前記第１ガスの量が決定されることを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝方法を提供する。

この方法によれば、二次燃焼部でのＮＯｘの生成が抑えられるとともに還元剤の酸化が抑制されることで、より少ない還元剤の量でＮＯｘを還元処理しつつ溶融部から二次燃焼部に導入された未燃ガスを完全燃焼させることができ、二次燃焼部から外部へのＮＯｘおよび未燃ガスの排出をより確実に抑えることができる。

すなわち、この方法では、第１燃焼工程において排ガスに第１ガスが供給されて排ガスが燃焼する。この第１燃焼工程において、排ガス中に供給される酸素の量はこの排ガス中の一酸化炭素に対する当量比が１以下となる量である。そのため、この第１燃焼工程では、還元雰囲気下すなわち排ガスおよび第１ガスに含まれる窒素と酸素との反応が抑制された状態で燃焼が行われ、生成するＮＯｘがより確実に少なく抑えられつつ排ガスが燃焼する。ここで、この第１燃焼工程では、還元雰囲気下すなわち酸素が不足の雰囲気下で燃焼が行われることで、未燃ガスのうち一部のみが完全燃焼して未燃ガスの一部は排ガス中に残存する。

前記第１燃焼工程で生成したＮＯｘおよび溶融部から導入されたＮＯｘは、脱硝工程において還元処理される。前述のように前記第１燃焼工程で生成されるＮＯｘ量は少なく抑えられている。従って、この脱硝工程では少ない量の還元剤でＮＯｘが還元処理される。しかも、この還元剤が供給される還元剤供給部は、第１ガス供給部と第２ガス供給部との間の部分であり、還元剤は酸素不足の状態にある排ガス中に供給されるため、還元剤の酸化がより確実に抑制され、少ない還元剤で効率よくＮＯｘが還元処理される。すなわち、第２ガス供給部の上流側に還元剤が供給されて、第２ガスとの接触によって無駄に還元剤が酸化されることが抑制されており、この酸化される還元剤量分過剰に還元剤を供給する場合に比べて還元剤の量が少なく抑えられる。

前記第１燃焼工程で排ガス中に残存する未燃ガスは、前記第２燃焼工程において完全燃焼する。ここで、第１燃焼工程では、この第１燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が第２燃焼工程においてこの残存する一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２燃焼工程においてＮＯｘが生成しない濃度となるような量の第１ガスが供給されており、第２燃焼工程ではＮＯｘの生成が抑制されつつ一酸化炭素に代表される未燃ガスが完全燃焼する。

ここで、前記一酸化炭素濃度検出工程で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度が、前記第２燃焼工程においてこの排ガス中の一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低い場合は、第２燃焼工程においてＮＯｘを生成させることなく排ガス中の未燃ガスをすべて完全燃焼させることができる。そのため、本発明において、前記一酸化炭素濃度検出工程で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度が、前記第２燃焼工程においてこの排ガス中の一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低い場合は、前記第１ガス供給部への前記第１ガスの供給を停止して第１燃焼工程での燃焼を省略するのが好ましい（請求項２）。

また、本発明において、前記第１ガスとしては前記二次燃焼部から排出された排ガスあるいは空気を用いる方法が挙げられ、前記第２ガスとしては空気を用いる方法が挙げられる（請求項３）。

また、本発明において、前記第１ガス量決定工程では、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１となるように前記第１ガスの量が決定されるのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、第１燃焼工程において、ＮＯｘの生成を抑制しつつより多くの未燃ガスを完全燃焼させることができ、第２燃焼工程において未燃ガスの燃焼に伴うＮＯｘの生成がより確実に抑制される。

また、本発明は、被処理物を燃焼処理する処理装置から排出された被溶融物と排ガスとが導入されて内側で当該被溶融物が溶融するとともに前記排ガスが燃焼する溶融部と、前記溶融部の下流側に設けられるとともにこの溶融部から排出された排ガスが導入されて内側で当該排ガスが燃焼する二次燃焼部とを備えた溶融炉における排ガス脱硝装置であって、前記二次燃焼部に設けられた第１ガス供給部に、前記溶融部から当該第１ガス供給部に導入された前記排ガスを燃焼可能な酸素を含む第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に設けられた還元剤供給部に、前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に存在するＮＯｘを還元処理して当該排ガスを脱硝可能な還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記二次燃焼部のうち前記還元剤供給部よりも下流側に設けられた第２ガス供給部に、当該第２ガス供給部に導入される排ガスを燃焼可能な酸素を含む第２ガスを、当該第２ガスに含まれる酸素によって前記第２供給部に導入される排ガスに含まれる未燃ガスが完全燃焼可能となるように供給する第２ガス供給手段と、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出可能な一酸化炭素濃度検出手段と、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガスの流量を検出可能な流量検出手段と、前記第１ガス供給部に供給する第１ガスの量を決定する第１ガス量決定手段とを備え、前記第１ガス量決定手段は、前記一酸化炭素濃度検出手段で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度と前記流量検出手段で検出された前記排ガスの流量とに基づいて、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１以下となるように、かつ、前記第１ガス供給部で供給された第１ガスによる燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、前記第２ガス供給部で供給された第２ガスによってこの残存する一酸化炭素が燃焼するのに伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２ガスによる一酸化炭素の燃焼によってＮＯｘが生成しない濃度となるように、前記第１ガスの量を決定することを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝装置を提供する（請求項５）。

この装置によれば、二次燃焼部でのＮＯｘの生成が抑えられるとともに還元剤の酸化が抑制されることで、より少ない還元剤の量でＮＯｘを還元処理しつつ溶融部から二次燃焼部に導入された未燃ガスを完全燃焼させることができ、二次燃焼部から外部へのＮＯｘおよび未燃ガスの排出をより確実に抑えることができる。

すなわち、この装置では、第１ガス供給手段により排ガス中の一酸化炭素に対する当量比が１以下となる量の酸素を含む第１ガスが排ガス中に供給されており、排ガスは還元雰囲気下でこの第１ガス中の酸素と燃焼反応する。そのため、この第１ガスとの反応時にはＮＯｘの生成量が抑制されつつ排ガス中の未燃ガスが燃焼する。ここで、還元雰囲気下すなわち酸素不足の雰囲気下で燃焼が行われることで、この第１ガスによって排ガス中の未燃ガスのうち一部のみが完全燃焼して未燃ガスの一部は残存する。

この第１ガスとの反応により生成したＮＯｘおよび溶融部から導入されたＮＯｘは、還元剤供給手段により供給された還元剤で還元処理される。前述のように前記第１ガスとの反応に伴い生成されるＮＯｘ量は少なく抑えられている。従って、この装置では、より少ない量の還元剤でＮＯｘが還元処理される。しかも、この還元剤が供給される還元剤供給部は、前記第１ガス供給部と第２ガス供給部との間の部分であり、還元剤は酸素不足の状態にある排ガス中に供給される。そのため、還元剤の酸化は抑制され、少ない還元剤で効率よくＮＯｘが還元処理される。すなわち、第２ガス供給部の上流側に還元剤が供給されて、第２ガスとの接触によって無駄に還元剤が酸化されることが抑制されており、この酸化される還元剤量分過剰に還元剤を供給する場合に比べて還元剤の量が少なく抑えられる。

そして、前記第１ガスとの反応で燃焼されずに排ガス中に残った未燃ガスは、前記第２ガス供給手段により供給された第２ガスに含まれる酸素によって完全燃焼する。ここで、前記第１ガスは、この第１ガスとの燃焼反応後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が第２ガスによってこの残存する一酸化炭素が燃焼するのに伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２ガスによる一酸化炭素の燃焼によってＮＯｘが生成しない濃度となるような量に設定されており、この第２ガスとの反応時にはＮＯｘの生成が抑えられつつ一酸化炭素に代表される未燃ガスが完全燃焼する。

以上のように、本発明によれば、還元剤の量を少なく抑えつつ二次燃焼部から外部へのＮＯｘおよび未燃ガスの排出を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る排ガス脱硝方法が適用される廃棄物処理システムの全体構成を示した図である。図１に示す溶融炉付近の構成図である。二次燃焼前の排ガス中のＣＯ濃度と酸素過剰雰囲気下での二次燃焼後に発生するＮＯｘの濃度との関係を示す図である。本発明の実施形態に係る排ガス脱硝方法において還元剤の量を算出する手順を説明するためのフローチャートである。本発明の他の実施形態に係る排ガス脱硝処理装置の概略構成図である。

本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る溶融炉２およびこの溶融炉２における排ガス脱硝装置を備える廃棄物処理システム１０の全体構成を示した概略図である。ここでは、廃棄物処理システム１０が、廃棄物を燃焼処理する処理装置として流動床式ガス化炉１を備え、前記溶融炉２がこの流動床式ガス化炉１の下流に設けられている場合について説明する。

まず、この廃棄物処理システム１０における廃棄物の処理要領について説明する。

この廃棄物処理システム１０は、前記流動床式ガス化炉１と、溶融炉２と、溶融炉２からの排ガス中の熱を回収する廃熱ボイラー３と、排ガス減温塔４と、集じん器５と、煙突７とを有している。

産業廃棄物や都市ごみ等の廃棄物は、まず流動床式ガス化炉１に投入される。この流動床式ガス化炉１では、例えば空気比が０．２〜０．４の条件で前記廃棄物の部分燃焼が行われ、砂層等からなる流動層の温度を４５０℃〜６５０℃に維持した熱分解すなわちガス化が行われる。この流動床式ガス化炉１で発生した熱分解ガスは、前記溶融炉２に導かれる。一方、前記廃棄物のうち不燃物は炉床下部より抜き出され、非鉄金属、鉄分等にそれぞれ分離されて、再利用されるべくこの廃棄物処理システム１０の外部に搬送される。

前記溶融炉２では前記熱分解ガスがさらに燃焼される。この溶融炉２は、図２に示すように、溶融部２ａと、二次燃焼室（二次燃焼部）２ｂとを有している。前記溶融部２ａは、前記流動床式ガス化炉１につながっている。前記二次燃焼室２ｂは、前記溶融部２ａの下流に設けられており、前記廃熱ボイラー３につながっている。

前記溶融部２ａ内には、旋回流が形成されているとともに、一次空気が供給されている。この溶融部２ａ内では、前記一次空気との接触により前記熱分解ガスが燃焼する。この溶融部２ａでは、例えば、約１３００℃の高温燃焼が行われる。

前記溶融部２ａでの燃焼過程において、前記熱分解ガス中の灰分は溶融され、溶融部２内にはスラグが生成する。この生成したスラグは、前記溶融部２ａの下部に形成されたシュート２ｃ内に導出されて、このシュート２ｃ内を流下してスラグ冷却装置に案内される。

前記灰分が分離された溶融排ガスは前記二次燃焼室２ｂに導入される。この二次燃焼室２ｂ内には、空気が供給されており、この二次燃焼室２ｂ内では、この空気との接触により前記溶融排ガスが二次燃焼して、この溶融排ガス中の未燃ガスの完全燃焼が行われる。

このようにして溶融炉２では溶融排ガスの燃焼処理が行われ、この溶融炉２からは高温のガスが排出される。この高温ガスは、前記廃熱ボイラー３に導入されて、この廃熱ボイラー３にてその廃熱が回収される。廃熱ボイラー３から排出されたガスは前記排ガス減温塔４にて冷却された後、集じん器５で除塵されて煙突７から排出される。

ここで、前記流動床式ガス化炉１および溶融炉２での燃焼時には、ＮＯｘが生成される。そのため、この廃棄物処理システム１０では、溶融炉２内に還元剤を供給してＮＯｘを還元処理する、すなわち、排ガスを脱硝処理することが行われている。

次に、この脱硝処理を行うための構成について説明する。

廃棄物処理システム１０は、前記排ガスを脱硝するための排ガス脱硝処理装置として、第１空気供給装置（第１ガス供給手段）１１と、還元剤供給装置（還元剤供給手段）１２と、第２空気供給装置（第２ガス供給手段）１３と、ＣＯ濃度計（一酸化炭素濃度検出手段）１４と、流量計（流量検出手段）１８と、演算装置（第１ガス量決定手段）２０とを有している。

前記第１空気供給装置１１は、前記二次燃焼室２ｂに、前記溶融部２ａから二次燃焼室２ｂに導入された溶融排ガスを二次燃焼させるための空気（第１ガス）を供給するものである。この第１空気供給装置１１は、前記二次燃焼室２ｂの上流側の部分に設けられた第１空気供給部（第１ガス供給部）２１に制御弁１１ａを介して接続されており、この二次燃焼室２ｂの上流側の部分に空気を供給する。この空気の供給を受けて第１空気供給部２１付近では、前記溶融排ガスが燃焼する。

前記還元剤供給装置１２は、前記二次燃焼室２ｂに前記還元剤としてのアンモニアあるいは尿素を供給するためのものである。この還元剤供給装置１２は、前記第１空気供給部２１よりも下流側に設けられた還元剤供給部２２おいて二次燃焼室２ｂに接続されており、前記第１空気供給装置１１によって二次燃焼室２ｂ内に空気が供給される部分よりも下流側において二次燃焼室２ｂ内に還元剤を供給する。この還元剤の供給を受けて還元剤供給部２２付近では、排ガス中のＮＯｘが還元処理される。

前記第２空気供給装置１３は、前記第１空気供給部２１での燃焼後の排ガスをさらに二次燃焼させるための空気（第２ガス）を前記二次燃焼室２ｂに供給するものである。この空気供給装置１３は、前記還元剤供給部２２よりも下流側に設けられた空気供給部（第２ガス供給部）２３において二次燃焼室２ｂに接続されており、前記還元剤供給装置１２によって二次燃焼室２ｂ内に還元剤が供給される部分よりも下流側において二次燃焼室２ｂ内に空気を供給する。この空気の供給を受けて第２空気供給部２３付近では、前記排ガスが燃焼する。

前記ＣＯ濃度計１４は、前記溶融部２ａから二次燃焼室２ｂに導入される排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を検出するためのものである。このＣＯ濃度計１４は、前記第１空気供給部２１すなわち前記第１空気供給装置１１により二次燃焼室２ｂ内に空気が供給される部分よりも上流側に設けられており、前記溶融部２ａから第１空気供給部２１に導入される排ガスすなわち二次燃焼前の排ガス中のＣＯ濃度を検出する。以下、この溶融部２ａから第１空気供給部２１に導入される排ガスであって二次燃焼前の排ガスを二次燃焼前排ガスと言う。このＣＯ濃度計１４で計測された値は、前記演算装置２０に送信される。このＣＯ濃度計１４は、前記二次燃焼前排ガス中のＣＯ濃度を計測できるものであればどのようなものであってもよいが、応答性が高く高温のガス中のＣＯ濃度を精度良く計測できるものとして、半導体レーザーを光源としてＣＯの吸収スペクトルを測定する計測計が挙げられる。

前記流量計１８は、前記二次燃焼室２ｂから排出された排ガスすなわち二次燃焼室２ｂ内の排ガスの流量を計測するためのものである。この流量計１８は、前記二次燃焼室２ｂよりも下流側に設けられており、二次燃焼室２ｂの下流側を通過する排ガスの流量を計測する。この流量計１８で計測された値は、前記演算装置２０に送信される。前記流量計１８の位置は特に限定されないが、例えば、集じん器５の下流に設けられている。

前記演算装置２０は、前記第１空気供給装置１１により二次燃焼室２ｂ内に供給する空気（以下第１空気という）の量を算出する部分である。この演算装置２０は、前記ＣＯ濃度計１４で計測された前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度と、前記流量計１８で計測された前記排ガスの流量とに基づいて、前記第１空気の量を算出する。この演算装置２０は、前記第１空気の量として、二次燃焼前排ガス中のＣＯに対する第１空気中の酸素の当量比が１以下となり、かつ、この第１空気によって前記第１空気供給部２１付近で二次燃焼前排ガスが燃焼した際に、燃焼後の排ガスに残存するＣＯの濃度が後述するＮＯｘ生成開始濃度Ｒよりも低くなるような量を算出する。

前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒについて説明する。図３に、二次燃焼室２ｂ内において前記溶融排ガスを二次燃焼させた際の二次燃焼前の溶融排ガスのＣＯ濃度に対する二次燃焼後の排ガス中のＮＯｘ濃度すなわち二次燃焼時に生成するＮＯｘ濃度の変化を示す。この図３において、ＣＯ濃度に対してＮＯｘの濃度は領域Ａの範囲内で変化する。この図３に示されるように、二次燃焼前の溶融排ガス中のＣＯ濃度が高くなるほど二次燃焼時に生成するＮＯｘ濃度は増加していく。特に、ＣＯ濃度が所定値を越えるとＮＯｘ濃度は急激に高くなり、ＣＯ濃度がこの所定値以上ではＮＯｘ濃度は許容値Ｙ以上になる。前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒは、このＮＯｘ濃度が急増を開始する濃度すなわち許容値Ｙとなるときの濃度であり、二次燃焼前の溶融排ガスのＣＯ濃度がこのＮＯｘ生成開始濃度Ｒ以下では二次燃焼時に生成するＮＯｘの濃度は前記許容値Ｙ以下となりＮＯｘは実質的に生成しない。ここで、前記許容値Ｙの具体的な値およびＮＯｘ生成限界濃度Ｒの具体的な値は、廃棄物処理システムに対して求められる排ガス規制値に応じて適宜設定可能であるが、例えば、許容値Ｙを５０ｐｐｍとし、ＮＯｘ生成開始濃度Ｒを１％とする場合が挙げられる。

なお、図３に示したグラフは、酸素過剰の雰囲気下で溶融排ガスが二次燃焼したときの結果である。また、図３に示すようにＣＯ濃度が高くなるほど生成されるＮＯｘが増加するのは、二次燃焼時において溶融排ガス中のＣＯ量が増加してこのＣＯの燃焼に伴って燃焼温度が高くなることでサーマルＮＯｘの生成量が増加するためと考えられる。

次に、演算装置２０における、第１空気の量の具体的な算出手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、第１空気に含まれる酸素の量が前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度を、０から前記ＮＯｘ生成限界濃度Ｒの範囲内の予め設定された基準濃度Ｘに低下させるのに必要な量となるように、第１空気の量を算出する。

ここで、前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度を０に低下させるのに必要な酸素量とは、すなわち、二次燃焼前排ガスに含まれるＣＯに対して酸素の当量比が１となる量である。従って、二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度を０以上に設定された基準濃度Ｘに低下させるのに必要な酸素量は、この酸素の二次燃焼前排ガスに含まれるＣＯに対する当量比が１以下となる量である。

前記演算装置２０は、まず、ステップＳ１にて、前記ＣＯ計測計１４で計測された二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度を読込むとともに、ステップＳ２にて、前記流量計１８で計測された前記排ガスの流量を読込む。

次に、ステップＳ３にて、前記ＣＯ計測計１４で計測された二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度と前記基準濃度Ｘの差を算出するとともに、この濃度差と前記排ガス流量とを積算して、前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度を基準濃度Ｘに低下させるために燃焼処理されねばならないＣＯの量を算出する。なお、より正確に前記二次燃焼前排ガスに含まれるＣＯの量を算出するためには、第１空気供給装置１１により二次燃焼室２ｂ内に供給される第１空気および第２空気供給装置１３により二次燃焼室２ｂ内に供給される空気の供給量を別途設けた流量計で測定し、この測定された供給空気量と前記流量計１８で計測された排ガス流量とに基づいて、二次燃焼前排ガスの排ガス量を算出し、この算出値と前記ＣＯ濃度とに基づいてＣＯの量を算出するのが好ましい。さらに、前記二次燃焼室２ｂから前記流量計１８までの間、例えば、前記集じん器５において、空気や水等が二次燃焼室２ｂから排出された排ガス中に供給される場合には、流量計１８で計測された値からこれら供給された空気や水等を減算する補正を行い、この補正後の値に基づいてＣＯの量を算出するのが好ましい。具体的には、流量計１８で計測された値に対して一定の補正係数を乗じて流量計１８の値を補正する方法が挙げられる。

次に、ステップＳ４にて、前記ステップＳ３で算出された量のＣＯを完全燃焼させるのに必要な酸素量を算出する。ＣＯを完全燃焼させるためには、ＣＯ＋１／２Ｏ_２→２ＣＯで示されるようにＣＯ量の半分の量の酸素が必要である。従って、前記必要な酸素量として前記ステップＳ１で算出されたＣＯの量の１／２の値を算出する。

その後、ステップＳ５にて、空気の酸素濃度（約２０．９％）を用いて、前記ステップＳ４にて算出された酸素量を含む第１空気の量を算出する。

この演算装置２０で算出された値は前記制御弁１１ａを駆動するための制御弁駆動装置４０に送信される。この制御弁駆動装置４０は、前記第１空気供給装置１１から二次燃焼室２ｂに供給される空気の量が前記算出値となるように前記制御弁１１ａの開度を変更する。

次に、以上のように構成された本廃棄物処理システム１０における排ガスの脱硝処理の手順を説明する。

本廃棄物処理システム１０では、まず、前記演算装置２０が、前述のように、前記ＣＯ濃度計１４で計測された前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度と、前記流量計１８で計測された前記排ガスの流量とに基づいて、前記第１空気の量を算出する。

次に、前記第１空気供給装置１１が、前記溶融部２ａから二次燃焼室２ｂ内に導入された前記二次燃焼前排ガス中に、前記演算装置２０で算出された量の第１空気を供給する。この第１空気により、前記第１空気供給部２１付近では、前記二次燃焼前排ガス中のＣＯに代表される未燃ガスが燃焼する（第１燃焼工程）。

ここで、前述のように、この第１燃焼工程で供給される第１空気の量は前記二次燃焼前排ガス中のＣＯに対して酸素の当量比が１以下となる量である。従って、この第１燃焼工程では、酸素不足すなわち還元雰囲気下で燃焼が行われる。これにより、二次燃焼前排ガス中の窒素あるいは空気中の窒素と酸素との接触機会は少なく抑えられ、この第１燃焼工程ではＮＯｘの生成が抑えられつつ未燃ガスの一部が燃焼する。

また、前述のように、この第１燃焼工程で供給される第１空気の量は、この第１空気に含まれる酸素による燃焼後の排ガスに残存するＣＯの濃度が前記基準濃度Ｘとなるような量である。従って、この第１燃焼工程後の排ガスのＣＯ濃度は、およそこの基準濃度Ｘとなる。

次に、前記還元剤供給装置１２が前記第１燃焼工程後の排ガスに還元剤を供給する。そして、前記還元剤供給部２２付近において、前記排ガス中のＮＯｘが還元処理される（脱硝工程）。具体的には、前記第１燃焼工程で生成したサーマルＮＯｘおよび溶融部２ａから二次燃焼室２ｂに導入された前記二次燃焼前排ガス中のＮＯｘが還元処理される。前述のように、前記第１燃焼工程ではＮＯｘの生成が抑制されており、このＮＯｘを還元するための還元剤の量は少なく抑えられる。ここで、この還元剤が供給される還元剤供給部２２は前記第２空気供給部２３の上流側であり、第２空気供給部２３において第２空気供給装置１３により供給される空気との接触によって無駄に還元剤が酸化されることが抑制されており、この酸化される還元剤量分過剰に還元剤を供給する場合に比べて供給する還元剤の量は少なくなる。

次に、前記第２空気供給装置１３が、前記脱硝工程後の排ガスに空気を供給する。これにより、前記第２空気供給部２３付近において、前記脱硝工程後の排ガスが燃焼する（第２燃焼工程）。この第２燃焼工程では、前記第１燃焼工程で完全燃焼しなかった残りの未燃ガスが完全燃焼する（第２燃焼工程）。ここで、この未燃ガスの燃焼に伴ってこの第２燃焼工程ではサーマルＮＯｘが生成されるおそれがある。しかしながら、前述のように、前記第１燃焼工程後の排ガスのＣＯ濃度は、前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒよりも低く設定された基準濃度Ｘであり、この第２燃焼工程ではＮＯｘが実質的に生成することなく未燃ガスが完全燃焼する。

このようにして、本方法では、第１燃焼工程において還元雰囲気下での燃焼が行なわれることでＮＯｘの生成が抑制されて、より少ない還元剤でＮＯｘの還元処理を行うことができる。また、還元剤が還元雰囲気下の排ガス中に供給されて還元剤の酸化が抑制されており、より多くの還元剤を有効にＮＯｘの還元処理に使用することができる。しかも、前記第１燃焼工程では燃焼後の排ガス中のＣＯ濃度が前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒよりも低くなるように第１空気が供給されており、第２燃焼工程において、ＮＯｘを生成させることなく未燃ガスを完全燃焼することができる。

ここで、前記基準濃度Ｘの具体的な値は、０以上かつＮＯｘ生成開始濃度Ｒ以下の値であればよいが、例えば、基準濃度Ｘを０として、前記第１空気の量を、この第１空気中の酸素の前記二次燃焼前排ガス中のＣＯに対する当量比が１となる量とすれば、第１燃焼工程後に排ガス中に残存する未燃ガスの量が少なく抑えられて、第２燃焼工程における未燃ガスの燃焼時にＮＯｘが生成するのをより確実に回避することができる。

また、前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度が前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒよりも低い場合は、この二次燃焼前排ガスを第２燃焼工程において全て燃焼させたとしてもＮＯｘは生成されない。そのため、前記ＣＯ濃度計１４で計測された前記二次燃焼前排ガスのＣＯ濃度が前記ＮＯｘ生成開始濃度Ｒよりも低い場合は、前記第１空気の供給を停止して第１燃焼工程を省略してもよい。

また、前記第１空気供給部２１に供給する酸素を含むガスは空気に限らない。例えば、前記二次燃焼室２ｂから外部に排出された排ガスを前記第１空気供給部２１に供給してもよい。例えば、図５に示すように、第１空気供給装置１１１を、前記集じん器５の下流部分と前記第１空気供給部２１とを連通する排ガス通路１１１ｂに設けて、前記二次燃焼室２ｂから排出されて集じん器５で処理された排ガスの一部を、前記第１空気供給部２１に供給してもよい。この場合には、前記排ガス通路１１１ｂ等に、集じん器５側から第１空気供給部２１に供給される排ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計１１１ａを設けておき、前記演算装置２０において第１空気の量を算出する前記ステップＳ５において、前記ステップＳ４で算出された酸素量とこの酸素濃度計１１１ａで計測された値を用いて第１空気供給部２１に供給する排ガスの量を算出すればよい。この構成では、二次燃焼室２ｂから外部にＮＯｘが排出された場合であっても、再びこのＮＯｘを二次燃焼室２ｂ内で処理することができ、廃棄物処理システム１０全体から排出されるＮＯｘをより少なく抑えることができる。また、二次燃焼室２ｃから外部に排出された排ガスは空気に比べて酸素含有量が少ないため、第１空気供給装置１１から供給されるガス量は、空気を利用する場合に比べてこの排ガスを利用する場合の方が多くなる。そのため、ガス供給による撹拌効果が高まり、二次燃焼室２ｃの第１空気供給装置１１近傍で酸素濃度をより均一な濃度として、局所的に酸素濃度が高い箇所でＮＯｘが生成するのを抑えることが可能となる。

また、前記溶融炉２の上流に設けられる処理装置は、前記流動床式ガス化炉１に限らず、溶融炉２に所定の溶融排ガスを供給する燃焼設備であればよい。

なお、本実施形態では無触媒脱硝を利用した排ガス脱硝方法について説明したが、必要に応じて集塵器５の下流側に脱硝用の触媒を設け、別途触媒脱硝を行うようにしても良い。

１流動床式ガス化炉（処理装置）
２溶融炉
２ａ溶融部
２ｂ二次燃焼室（二次燃焼部）
１０廃棄物処理システム
１１第１空気供給装置（第１ガス供給手段）
１２還元剤供給装置（還元剤供給手段）
１３第２空気供給装置（第２ガス供給手段）
１４ＣＯ濃度計（一酸化炭素濃度検出手段）
１８流量計
２０演算装置（第１ガス量決定手段）
２１第１空気供給部（第１ガス供給部）
２２還元剤供給部（還元剤供給部）
２３第２空気供給部（第２ガス供給部）

Claims

被処理物を燃焼処理する処理装置から排出された被溶融物と排ガスとが導入されて内側で当該被溶融物が溶融するとともに前記排ガスが燃焼する溶融部と、当該溶融部の下流側に設けられるとともにこの溶融部から排出された排ガスが導入されて内側で当該排ガスが燃焼する二次燃焼部とを有する溶融炉において前記排ガスを脱硝処理するための溶融炉における排ガス脱硝方法であって、
前記二次燃焼部に設けられた第１ガス供給部に酸素を含む第１ガスを供給して、前記溶融部から当該第１ガス供給部に導入された前記排ガスを燃焼させる第１燃焼工程と、
前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に設けられた還元剤供給部に還元剤を供給して、前記第１ガス供給部よりも下流側において前記二次燃焼部内の排ガス中のＮＯｘを還元処理して当該排ガスを脱硝する脱硝工程と、
前記二次燃焼部のうち前記還元剤供給部よりも下流側に設けられた第２ガス供給部に酸素を含む第２ガスを供給して、当該第２ガス供給部に導入される前記第１燃焼工程での燃焼後の排ガスを当該排ガスに含まれる未燃ガスが完全燃焼可能となる酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる第２燃焼工程と、
前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出工程と、
前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガスの流量を検出する流量検出工程と、
前記第１ガス供給部に供給する第１ガスの量を決定する第１ガス量決定工程とを含み、
前記第１ガス量決定工程では、前記一酸化炭素濃度検出工程で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度と前記流量検出工程で検出された前記排ガスの流量とに基づいて、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１以下となるように、かつ、前記第１ガスに含まれる酸素によって前記第１燃焼工程にて前記排ガスに含まれる一酸化炭素が燃焼することで、当該第１燃焼工程での燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、前記第２燃焼工程においてこの残存する一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２燃焼工程においてＮＯｘが生成しない濃度となるように、前記第１ガスの量が決定されることを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝方法。
請求項１に記載の溶融炉における排ガス脱硝方法であって、
前記一酸化炭素濃度検出工程で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度が、前記第２燃焼工程においてこの排ガス中の一酸化炭素の燃焼に伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低い場合は、前記第１ガス供給部への前記第１ガスの供給を停止することを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝方法。
請求項１または２に記載の溶融炉における排ガス脱硝方法であって、
前記第１ガスが前記二次燃焼部から排出された排ガス又は空気である一方、前記第２ガスが空気であることを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の溶融炉における排ガス脱硝方法であって、
前記第１ガス量決定工程では、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１となるように前記第１ガスの量が決定されることを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝方法。
被処理物を燃焼処理する処理装置から排出された被溶融物と排ガスとが導入されて内側で当該被溶融物が溶融するとともに前記排ガスが燃焼する溶融部と、前記溶融部の下流側に設けられるとともにこの溶融部から排出された排ガスが導入されて内側で当該排ガスが燃焼する二次燃焼部とを備えた溶融炉における排ガス脱硝装置であって、
前記二次燃焼部に設けられた第１ガス供給部に、前記溶融部から当該第１ガス供給部に導入された前記排ガスを燃焼可能な酸素を含む第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、
前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に設けられた還元剤供給部に、前記二次燃焼部のうち前記第１ガス供給部よりも下流側に存在するＮＯｘを還元処理して当該排ガスを脱硝可能な還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記二次燃焼部のうち前記還元剤供給部よりも下流側に設けられた第２ガス供給部に、当該第２ガス供給部に導入される排ガスを燃焼可能な酸素を含む第２ガスを、当該第２ガスに含まれる酸素によって前記第２供給部に導入される排ガスに含まれる未燃ガスが完全燃焼可能となるように供給する第２ガス供給手段と、
前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出可能な一酸化炭素濃度検出手段と、
前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガスの流量を検出可能な流量検出手段と、
前記第１ガス供給部に供給する第１ガスの量を決定する第１ガス量決定手段とを備え、
前記第１ガス量決定手段は、前記一酸化炭素濃度検出手段で検出された前記排ガス中の一酸化炭素の濃度と前記流量検出手段で検出された前記排ガスの流量とに基づいて、前記溶融部から前記第１ガス供給部に導入される排ガス中の一酸化炭素に対して前記第１ガスに含まれる酸素の当量比が１以下となるように、かつ、前記第１ガス供給部で供給された第１ガスによる燃焼後の排ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、前記第２ガス供給部で供給された第２ガスによってこの残存する一酸化炭素が燃焼するのに伴いＮＯｘが生成する濃度よりも低く当該第２ガスによる一酸化炭素の燃焼によってＮＯｘが生成しない濃度となるように、前記第１ガスの量を決定することを特徴とする溶融炉における排ガス脱硝装置。