JP2014151239A - 排ガス処理装置およびこれを用いた処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼設備1から発生する排ガス中の酸性ガス成分を中和処理するための薬剤を排ガス中に導入する薬剤導入部41と、排ガス中の飛灰および/または反応生成物を処理する集塵装置5と、を備えた排ガス処理装置において、リンまたはリン化合物の供出を担うリン注入部11が燃焼設備1に設けられ、燃焼設備1内に該リンまたはリン化合物が導入されること。
【選択図】図1
Description
(i)排ガス中のダストを除去するのにろ過式集塵装置(バグフィルタ)を用いた場合、集塵性能は良いが、圧力損失が大きいため消費動力(送風機の消費電力)も大きい。これを解決するために、ろ布に付着したダストを払い落とす回数を増やすことが考えられるが、ろ布の劣化が早くなり、交換頻度が増え、経済的に損失となる。
(ii)また、ろ布に付着したダストを払い落とすために頻繁な圧縮空気による逆吹(ブローバックあるいはパルスジェット)は、圧縮空気の使用量が増えることになり、設備費がアップするとともに、バグフィルタにおける圧力損失を大きく(例えば1/2以下)低減するだけの効果はない。
といった課題が挙げられる。
(a)燃焼炉内にリンまたはリン化合物(以下纏めて「リン化合物」ということがある)が存在した場合、燃焼炉から排出された排ガス中の灰分(Si,Al,Ca等)を主成分とするダストについて、増大した平均粒径を有すること
(b)排ガス中のダストの平均粒径が大きな場合、バグフィルタ等ろ過式の集塵装置における圧力損失を大きく減少させることができること
(c)リン化合物の注入後の下流の排ガス流路において、ダスト等の流路表面への付着が少なく、固着物の発生や腐食性物質による腐食あるいは生成物の成長による流路の閉塞等を防止することができること
(d)さらなる検証において、燃焼炉の下流側に設けられた中和処理部あるいはさらに下流側のろ過式の集塵装置内にリン化合物を導入した場合においても同様に集塵装置における圧力損失を減少させることができること
を見出した。本発明は、こうした知見を基に、所定の排ガス処理過程において、該処理系にリン化合物を注入することによって、複雑で設備コストのかかる構成を要することなく、排ガス中のダストの除去処理における圧力損失の増大等を防止し、簡便かつ効果的な排ガスの清浄化処理を可能とし、省力化され、エネルギー効率の高い排ガス処理装置を提供することが可能となった。また、さらに、
(e)特に廃棄物の燃焼過程において課題となるダイオキシンの発生を抑制する効果があること
(f)排ガス処理過程において課題となる廃棄物中に含まれる重金属の溶出を抑制する効果があること
が見出され、従前非常に複雑で設備コストのかかる構成を要したこうした処理が、本発明に係る構成によって、より簡便かつ効果的に行うことが可能となった。
上記のように、本発明に係る排ガス処理系においては、リン化合物の注入によって非常に効果的に排ガス中のダストによる圧力損失の増大を防止することができる。このとき、後述するように、所定量のリン化合物の注入によって、その効果をより大きくすることができる可能性があるとともに、廃棄物の性状等燃焼対象物の性状によっても、その効果が変動する可能性があるとの知見も得られた。本発明は、実測の圧力損失量を基に、リン化合物の注入量を制御することによって、こうした変動要素のある排ガス処理効果をより効果的に機能させることを可能にした。
近年、有機リンを始め、リン化合物は多くの分野で利用され、その結果排出されるリン廃棄物の量が増加し、入手も容易となっている。また、燃焼処理が可能なリン化合物の種類や量も増加している。例えば肥料廃液や汚泥等を挙げることができる。本発明は、排ガス処理における圧力損失の低減に有用なリン化合物を、こうしたリン廃棄物をもって手当てすることによって、新たなリン化合物を準備する必要をなくすことができるとともに、別途中和処理等個別の廃液処理を行っていたリン廃棄物の有効利用を図り、その有用性を高めることができる。さらに、リン濃度が予め測定されたリン廃棄物の導入量を制御することによって、最適条件で、こうした排ガス処理を行うことができる。
(1)前記燃焼設備から供出された排ガスを、ボイラまたはボイラおよび節炭器に導入し廃熱を吸収する工程
(2)前記ボイラまたはボイラおよび節炭器から供出された排ガスを、減温塔に導入し急冷処理を行う工程
(3)前記減温塔から供出された排ガスに、中和剤を添加し、中和処理を行う工程
(4)前記中和処理された排ガスを、に導入し、除塵処理を行う工程
(5)前記燃焼設備,前記(1)〜(4)の工程,前記集塵装置のいずれかまたはいくつかに、リンまたはリン化合物を所定量導入する工程
(6)前記集塵装置から供出された排ガスを、脱硝装置に導入し脱硝処理を行う工程
(7)前記脱硝装置から供出された排ガスを、清浄化されたガスとして排出する工程
を有することを特徴とする。
燃焼設備から排出された排ガスの清浄化処理プロセスにおいては、ダストの分離・除去処理は重要な役割を果たすとともに、その処理系における負荷を低減することが、長期的に安定な排ガス処理を維持確保するために不可欠であるといえる。本発明は、上記(a)〜(f)のような優れた機能を有する排ガス処理装置を用いることによって、設置現場においても複雑で設備コストのかかる構成を要することなく、排ガス中のダストの除去処理における圧力損失の増大等を防止し、簡便かつ効果的な排ガスの清浄化処理を可能とし、省力化され、エネルギー効率の高い排ガス処理方法を提供することが可能となった。
(4a)集塵装置に導入され供出される所定量の排ガスの圧力損失を測定する工程
または/および、前記工程(5)において、
(5a)予め導入するリンまたはリン化合物中のリン濃度を測定する工程
を有するとともに、前記工程(1)において、
(5b)前記工程(4a)および/または工程(5a)によって得られた測定結果を用いて、前記リンまたはリン化合物の導入量を制御する工程
を有することを特徴とする。
こうした構成によって、廃棄物の性状等変動要素のある排ガス処理効果をより効果的に機能させ、最適条件で排ガス処理を行うことを可能にした。
本装置の1つの実施態様の概略を、図1に示す(第1構成例)。以下の本装置の説明においては、リン注入部11が燃焼設備1に設けられた構成を例として説明する。本装置は、廃棄物投入ホッパー7から廃棄物等燃焼対象物Mが導入されるとともに、リン注入部11を介してリン化合物Pが所定量導入される燃焼設備1と、燃焼設備1から供出された排ガスが導入され、廃熱が吸収されるボイラ2aおよび節炭器2bと、節炭器2bから供出された排ガスが導入され、急冷処理が行われる減温塔3と、減温塔3から供出された排ガスが導入され、薬剤導入部41から導入された中和剤によって中和処理が行われる中和処理部4と、中和処理された排ガスが導入され、除塵処理が行われる集塵装置5と、集塵装置5から供出された排ガスが清浄化されたガスとして排出される煙突部6と、を備える。ここでは、ボイラ2aと節炭器2bを直列に配設した構成を例示するが、ボイラのみを配設する場合等仕様に合った構成が可能である。
本装置において、リン化合物Pの注入は、例えば肥料廃液等液状リン化合物や五酸化リン等の粉粒リン化合物あるいは汚泥等のリン廃棄物が、燃焼設備1あるいは燃焼設備1から集塵装置5に移送されるまでの間で排ガスが処理される各処理部2〜5およびその排ガス流路のいずれかまたはいくつかに導入されることが好ましい。特に、検証過程の知見として、燃焼設備1内に導入され、燃焼対象物Mの燃焼により発生した排ガスに散布されるように注入されることが好ましい。具体的には、リン注入部11を燃焼設備1の上部燃焼対象物Mの上部から直接添加可能な位置に設けることによって、燃焼対象物M全体に散布することができるとともに、燃焼により発生し上昇流を形成する排ガスにも添加することができ排ガス中の高温ダストの凝集に作用させることができる。また、燃焼している燃焼対象物Mからの火炎上部に添加可能な位置に設けることによって、高温燃焼状態でのダストの凝集に作用させることができるとともに、ダイオキシンの発生抑制機能や重金属の溶出抑制機能が期待できる。
本装置の他の実施態様を、図2に示す(第2構成例という)。集塵装置5に圧力測定器Aを設け、集塵装置5に導入され供出される所定量の排ガスの圧力損失を測定する。リン化合物Pの注入による本装置における排ガス中のダストによる圧力損失の低減効果増大を確認することができる。また、こうした測定結果を用いて、リン化合物Pの燃焼設備1への導入量を制御することが好ましい。実測の圧力損失量を基に、リン化合物Pの注入量を制御することによって、廃棄物の性状等燃焼対象物Mの性状によって変動する排ガス処理効果をより効果的に機能させることができる。
次に、本装置を用いた排ガスの処理プロセスを詳述する。燃焼設備1および排ガス処理装置の稼働時において、以下の処理プロセスを有することを特徴とする。
(1)燃焼設備から供出された排ガスを、ボイラまたはボイラおよび節炭器に導入し廃熱を吸収する工程
(2)ボイラまたはボイラおよび節炭器から供出された排ガスを、減温塔に導入し急冷処理を行う工程
(3)減温塔から供出された排ガスに、中和剤を添加し、中和処理を行う工程
(4)中和処理された排ガスを、に導入し、除塵処理を行う工程
(5)燃焼設備,上記(1)〜(4)の工程,集塵装置のいずれかまたはいくつかに、リンまたはリン化合物を所定量導入する工程
(6)集塵装置から供出された排ガスを、脱硝装置に導入し脱硝処理を行う工程
(7)脱硝装置から供出された排ガスを、清浄化されたガスとして排出する工程
以下、第1構成例に基づいて説明する。
燃焼設備1から排出された排ガスが、ボイラ2aおよび節炭器2bに導入される。ボイラ2aおよび節炭器2bにおいて、内部に熱媒体が流通する複数の水管等によって、排ガスの温度が約150〜300℃になるように熱回収される。回収された熱は、発電などに利用され、減温された排ガスは、減温塔3に導入され、さらに冷却処理が行われる。
節炭器2bから排出された約150〜300℃の排ガスが、減温塔3に導入される。減温塔3において、例えば噴射冷却水等によって200℃以下に急速冷却される。排ガスの冷却処理によって、以降の中和処理および除塵処理の効率化を図ることができる。冷却された排ガスは、中和処理部4に導入され、中和処理が行われる。
減温塔3から排出された200℃以下の排ガスが、中和処理部4に導入される。中和処理部4において、例えば消石灰等の中和剤Nが薬剤導入部41から添加され、中和処理が行われる。中和処理された排ガスは、微細ダストや中性の反応生成物および未反応の中和剤Nを含め除塵装置5に導入され、さらに除塵処理が行われる。
中和処理部4から排出された排ガスが、除塵装置5に導入される。除塵装置5として、例えばバグフィルタが用いられ、濾布等による除塵処理が行われる。濾布等によって収集された微細ダストや中性の反応生成物および未反応の中和剤N等は、所定時間経過後に濾布等に対する逆洗処理され、排出される。除塵処理された排ガスは、清浄化された排ガスとして煙突部6に導入されて排出される、あるいは必要な場合には、排ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去すべく脱硝装置に導入される。
燃焼設備1を含む本装置の稼働時において、燃焼設備1,上記(1)〜(4)の工程,集塵装置5のいずれかまたはいくつかに導入される燃焼対象物Mの導入量に対応したリン化合物Pがリン注入部11から導入される。燃焼設備1内において、燃焼対象物Mの燃焼によって発生する反応生成物あるいは未反応成分とリン化合物Pが反応あるいは物理的な結合によって凝集物が形成されると解される。反応等によって、約1000〜1500℃程度の排ガスが生成される。
集塵装置5から排出された排ガスは、第1構成例のように、直ちに煙突部6に導入されて排出されることがあるが、本処理プロセスでは、脱硝装置(図示せず)に導入される場合についても触れる。脱硝装置に導入された排ガス中の窒素酸化物(NOx)は、脱硝装置内に充填された脱硝触媒の存在下において、脱硝装置に供給されたアンモニアと反応し、脱硝処理される。脱硝触媒としては、V2O5−TiO2触媒などのような遷移金属の酸化物系触媒、白金族系酸化触媒、これらを組み合わせた触媒などからなる既存の坦持触媒あるいは混合触媒などが使用され、脱硝処理が行われる。触媒の形状は、粒状、ペレット状、ハニカム状などを使用できるが、圧力損失や、導入される排ガスの流量や流速、触媒反応の効率の良さなどから、ハニカム形状やペレット形状などを選択することが好ましい。また、脱硝反応の温度は、200〜300℃となるように制御することが好ましい。
集塵装置5あるいは脱硝装置から排出された排ガスは、煙突部6に導入される。上記の各工程(1)〜(6)によって清浄化されたガスとして、給送ファンFによって煙突部6を介して排出される。なお、こうした排ガスは、清浄化されていることから、集塵装置5におけるブローバック用ガスや各処理部のパージ処理用ガスとして、再利用することができる。
本装置におけるリン化合物の注入効果を、第1構成例と同等の実動プラントを用いて実験した。
(i)実験条件
下表1に示す運転条件で稼働中の焼却炉に、以下のリン化合物を注入し、バグフィルタの圧力損失等の効果を確認した。
(i−1)トリエチルアミン(強アルカリ)をリン酸75%水溶液(H3P04:強酸)で中和処理したリン酸廃液をリン化合物として用いた。
(i−2)リン酸75%水溶液を準備し、水での希釈液を含め、下表2のような4条件のリン化合物として用いた。
通常運転からリン酸廃液噴霧処理に切り替えたときの差圧の変化を、図3に例示する。また、以下のような効果があることを確認した。
(ii−1)リン酸廃液噴霧開始後、バグフィルタの差圧が徐々に下がり始め、下表3に示すように、約1時間後には噴霧開始前に比べ約2/5に低減した。
(ii−2)バグフィルタ入口ダスト濃度が、通常運転時0.8g/m3N−dryに対して、リン酸廃液噴霧時2.0g/m3N−dryとなり、リン酸廃液噴霧時の方がダスト濃度の高い運転状態であった。
(ii−3)バグフィルタに採取されたダストを検査したところ、通常運転時に比べてリン酸廃液噴霧時の方が、下表4に示すように、凝集度が高く(分散度が低い)、下表5に示す粒径分布のように、粒子径が大きい結果となった。
(ii−4)バグフィルタの差圧の変動を、下表6に示す。条件1では、急激にバグフィルタ差圧が低下し、条件2では、バグフィルタ差圧が緩やかに低下し、条件3では、バグフィルタ差圧が上昇しはじめたが、通常運転時に比べ、差圧レベルは低下していた。この結果を、リン化合物の注入量によるバグフィルタの差圧の変動として、図4に例示する。リン酸濃度に対しては、0.2%付近から差圧(圧力損失)の低減効果が増大する結果を得た。図5は、バグフィルタへの排ガス導入量による差圧の変動を例示する。リン化合物の注入による効果は、排ガス導入量の増大に伴い、大きな効果を得ることができる。
(ii−5)長時間(2日〜1週間)のリン酸廃液噴霧処理を行った後,節炭器2b以降の各処理部内部の排ガス流路内表面を確認したところ、ダストや腐食物の付着等が殆どなく、非常にクリアな状態であった。
(ii−6)バグフィルタに採取されたダスト(飛灰)中のダイオキシンおよび重金属である鉛の溶出量を検査したところ、下表7に示すように、通常運転時に比べてリン酸廃液噴霧時の方が、ダイオキシンについて約2/3にまで減少させ、鉛の溶出について不検出との結果が得られた。ここで、ダイオキシンの含量は、環境省告示第80号(2004年)にて(GC/MSによって)検出され、鉛の溶出量は、環境庁告示13号(1973年)にて検出された。
以上のように、本装置におけるリン化合物の注入によって、排ガス中の清浄化における圧力損失の増大等を防止し、簡便かつ効果的な排ガスの清浄化処理が可能であることを実証することができた。
11 リン注入部
2a ボイラ
2b 節炭器
3 減温塔
4 中和処理部
41 薬剤導入部
5 集塵装置
6 煙突部
7 廃棄物投入ホッパー
D ダスト
E 清浄化されたガス
F 給送ファン
M 燃焼対象物
N 中和剤
P リン化合物(リンまたはリン化合物)
S 焼却残渣等
Claims (5)
- 燃焼設備から発生する排ガス中の酸性ガス成分を中和処理するための薬剤を排ガス中に導入する薬剤導入部と、前記排ガス中の飛灰および/または反応生成物を処理する集塵装置と、を備えた排ガス処理装置において、
リンまたはリン化合物の供出を担うリン注入部が、前記燃焼設備を含め、該燃焼設備から前記集塵装置に移送されるまでの間で排ガスが処理される各処理部およびその排ガス流路のいずれかまたはいくつかに設けられ、該リンまたはリン化合物が導入されることを特徴とする排ガス処理装置。 - 前記集塵装置に圧力測定器を設け、集塵装置に導入され供出される所定量の排ガスの圧力損失を測定するとともに、該測定結果を用いて、前記リンまたはリン化合物の導入量を制御することを特徴とする請求項1記載の排ガス処理装置。
- 前記リンまたはリン化合物として、リンまたはリン化合物を含む廃棄物(以下「リン廃棄物」という)を用いるとともに、該リン廃棄物中のリン濃度を予め測定し、リン廃棄物の導入量を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス処理装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の排ガス処理装置を用いた燃焼設備からの排ガスを処理方法であって、該燃焼設備の稼働時において、
(1)前記燃焼設備から供出された排ガスを、ボイラまたはボイラおよび節炭器に導入し廃熱を吸収する工程
(2)前記ボイラまたはボイラおよび節炭器から供出された排ガスを、減温塔に導入し急冷処理を行う工程
(3)前記減温塔から供出された排ガスに、中和剤を添加し、中和処理を行う工程
(4)前記中和処理された排ガスを、に導入し、除塵処理を行う工程
(5)前記燃焼設備,前記(1)〜(4)の工程,前記集塵装置のいずれかまたはいくつかに、リンまたはリン化合物を所定量導入する工程
(6)前記集塵装置から供出された排ガスを、脱硝装置に導入し脱硝処理を行う工程
(7)前記脱硝装置から供出された排ガスを、清浄化されたガスとして排出する工程
を有することを特徴とする排ガス処理方法。 - 前記工程(4)において、
(4a)集塵装置に導入され供出される所定量の排ガスの圧力損失を測定する工程
または/および、前記工程(5)において、
(5a)予め導入するリンまたはリン化合物中のリン濃度を測定する工程
を有するとともに、前記工程(1)において、
(5b)前記工程(4a)および/または工程(5a)によって得られた測定結果を用いて、前記リンまたはリン化合物の導入量を制御する工程
を有することを特徴とする請求項4に記載の排ガス処理方法。
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