JP2017023901A - 排ガスの脱硝装置及び脱硝方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物の燃焼で発生する可燃ガスの発生量が一時的に増大する等の変動があっても、これに対応できる排ガスの脱硝装置及び脱硝方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物焼却炉１０の燃焼室１２に連設された二次燃焼室１３もしくは廃棄物ガス化溶融炉に連設された二次燃焼室から排出する排ガスから熱回収するボイラ１６が配設され、ボイラ１６内部へ向け脱硝剤を吹き込むノズルが設けられている排ガスの脱硝装置において、ノズルはボイラ１６の上流部に位置する第一ノズル１８Ａと該第一ノズル１８Ａから下流側に離間して位置する第二ノズル１８Ｂとを有し、上記上流部には、排ガスの温度を計測する温度計１９が設けられ、上記温度計１９で計測された排ガス温度が所定範囲以下のときには、第一ノズル１８Ａから脱硝剤を吹き込み、上記所定範囲を超えるときには、第二ノズル１８Ｂから脱硝剤を吹き込む。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスの脱硝装置及び脱硝方法に関する。

廃棄物焼却炉の燃焼室又は廃棄物溶融炉には二次燃焼室が連設されていて、炉内で発生する未燃の可燃ガスがこの二次燃焼室で二次燃焼され、通常、その排ガスが保有する熱を、二次燃焼室の下流側に設けられたボイラにより熱回収している。熱回収された後の排ガスは排ガス処理装置にて、酸性ガスやダイオキシン類、ダストの除去後に、無害化された状態で大気へ放出される。二次燃焼直後、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、脱硝剤（アンモニアガス、尿素溶液等）の吹込みにより還元反応され分解される。

特許文献１では、都市ごみ溶融炉に燃焼室を接続し、温度が８５０〜９５０℃となる燃焼室上部に尿素供給管を設けて尿素溶液（脱硝剤）を吹き込み、該尿素溶液と排ガス中のＮＯｘとを反応させて無触媒脱硝が行われている。すなわち、特許文献１では、溶融炉下部で燃焼した後に上昇した溶融炉上部で上記反応に適した温度となった排ガスに尿素溶液を吹き込んでいる。

特開平０５−２２０３３９

廃棄物焼却炉の燃焼室又は廃棄物溶融炉から排出される排ガスに含まれる可燃ガスの量は、炉へ供給される廃棄物の種類、量により変動する。したがって、二次燃焼室へ流入する可燃ガスの量も変動することになる。この可燃ガスの量の変動は、炉内へ一定発熱量の廃棄物が連続して供給されるのではなく、一時的に高発熱量のものが多量に供給されることもあるということに起因している。このように、可燃ガスの発生量が一時的に多くなると、可燃ガスは二次燃焼室で燃焼しきれずに、その下流にまで達してしまう。下流には通常ボイラが設けられているので、このボイラの領域で可燃ガスが燃焼するようになる。

このような状況下で、従来のように、二次燃焼直後の排ガス、あるいは特許文献１のように燃焼直後の溶融炉上部での定位置で排ガスに脱硝剤を吹き込む装置によると、可燃ガスの発生量が一時的に増大しているときには、脱硝剤吹込み位置で可燃ガスが燃焼しきれずに盛んに燃焼している状況にあり、還元脱硝反応を生じさせるには高温過ぎて、分解脱硝できずに高濃度のＮＯｘを含んだ排ガスを排出してしまうという問題が生じる。

本発明は、かかる事情に鑑み、廃棄物の燃焼で発生する可燃ガスの発生量が一時的に増大する等の変動があっても、これに対応できる排ガスの脱硝装置及び脱硝方法を提供することを課題とする。

上述の課題は、次のように構成される排ガスの脱硝装置そして脱硝方法によって解決される。

＜排ガスの脱硝装置＞
本発明に係る排ガスの脱硝装置は、廃棄物焼却炉の燃焼室に連設された二次燃焼室もしくは廃棄物ガス化溶融炉に連設された二次燃焼室から排出する排ガスから熱回収するボイラが配設され、ボイラ内部へ向け脱硝剤を吹き込むノズルが設けられている。

かかる排ガスの脱硝装置において、本発明では、ノズルはボイラの上流部に位置する第一ノズルと該第一ノズルから下流側に離間して位置する第二ノズルとを有し、上記上流部には、排ガスの温度を計測する温度計が設けられ、上記温度計で計測された排ガス温度が所定範囲以下のときには、第一ノズルから脱硝剤を吹き込み、上記所定範囲を超えるときには、第二ノズルから脱硝剤を吹き込むことを特徴としている。

本発明において、ボイラは、排ガスの流通方向を変える変向部により、複数の領域に区分され、第一ノズルが最上流の第一領域に、そして第二ノズルがその下流側の第二領域に設けられているようにすることができる。

＜排ガスの脱硝方法＞
本発明に係る排ガスの脱硝方法は、廃棄物焼却炉の燃焼室に連設された二次燃焼室もしくは廃棄物ガス化溶融炉に連設された二次燃焼室から排出する排ガスから熱回収するボイラが配設され、ボイラ内部へ向けノズルから脱硝剤を吹き込む。

かかる排ガスの脱硝方法において、本発明では、ノズルはボイラの上流部に位置する第一ノズルと該第一ノズルから下流側に離間して位置する第二ノズルとを有し、上記上流部で排ガスの温度を計測し、上記温度計で計測された排ガス温度が所定範囲以下のときには、第一ノズルから脱硝剤を吹き込み、上記所定範囲を超えるときには、第二ノズルから脱硝剤を吹き込むことを特徴としている。

本発明において、ボイラは、排ガスの流通方向を変える変向部により、複数の領域に区分され、第一ノズルが最上流の第一領域に、そして第二ノズルがその下流側の第二領域に設けられているようにすることができる。

このような本発明による排ガスの脱硝装置そして脱硝方法によると、二次燃焼室へ流入する可燃ガスが通常の量となっていて、二次燃焼室の直下流に位置するボイラの上流部における排ガス温度が還元脱硝反応に適した所定範囲以下であるときには、二次燃焼室で可燃ガスが完全燃焼している状態であり、脱硝剤は上記上流部に位置する第一ノズルから吹き込まれる。排ガス温度が所定範囲より超えているときには、可燃ガスが二次燃焼室で完全燃焼せずに、未燃の可燃ガスが上記上流部にまで流入して燃焼している状態であるので、第一ノズルからの脱硝剤の吹込みを停止して、第二ノズルから吹き込むこととする。この場合、可燃ガスは上記上流部で燃焼しきっているので、第二ノズルが位置する領域では、排ガスは還元脱硝反応に適した温度となっている。

また、本発明では、ボイラは、その流通長さを大きくするとともに、装置としては小型化することが求められるので、多くの場合、流通方向を変向するように変向部が設けられていて、最上流を第一領域、変向部で区分された第二そして第三領域というように区分されている。かかる場合、二次燃焼室の直下流となる第一領域に第一ノズルを、そして次の領域である第二領域に第二ノズルを設ける。

本発明は、以上のように、二次燃焼室から排出する排ガスの保有熱を回収するボイラへ脱硝剤を吹き込むノズルを、排ガスの流通方向で、ボイラの上流部に第一ノズルとしてそしてその下流側に第二ノズルとして設けることとし、上記上流部における排ガス温度が還元脱硝反応に適した所定範囲以下であるときには第一ノズルから、そして所定範囲を超えるときには第二ノズルから脱硝剤を吹き込むこととしたので、廃棄物の燃焼時に発生する可燃ガスの発生量が一時的に変動しても、いずれかのノズルで還元脱硝反応に適した排ガス温度のもとで、脱硝を確実に行うことができる。

本発明の一実施形態としての排ガスの脱硝装置を備えた廃棄物焼却炉及び関連装置を示す概要構成図である。

図１は本発明の一実施形態としての廃棄物焼却炉及び関連装置を示す概要構成図である。

図１において、廃棄物焼却炉１０は、例えば火格子式焼却炉（火格子の図示は省略されている）であり、投入口１１から炉内へ投入された廃棄物が燃焼室１２で燃焼し、燃焼ガスが該燃焼室１２に連設された二次燃焼室１３へ流入し、燃焼後の灰分、金属等の不燃固形分が排出部１４から排出されるようになっている。

上記燃焼室１２からは、二次燃焼室１３を経て、ボイラ１６が延びている。該ボイラ１６は、燃焼後の排ガスを後続の諸排ガス処理装置へ導く際に、排ガスの保有熱をボイラ１６で効果的に回収するように、排ガスの流通路長が大きく、しかもコンパクトとなるように、流通路を屈曲せしめる二つの変向部１７Ａ，１７Ｂを設け、ボイラ１６内の流通路を上流側から順に第一領域１６Ａ、第二領域１６Ｂそして第三領域１６Ｃに区分している。

すなわち、第一領域１６Ａは二次燃焼室１３の直上に、すなわち直下流に位置していて上記変向部１７Ａまで上方に延び、変向部１７Ａから次の変向部１７Ｂまで第二領域１６Ｂが下方に延び、上記変向部１７Ｂから排気部１６Ｄまで第三領域１６Ｃが上方へ延びている。かくして、第一領域１６Ａ、第二領域１６Ｂそして第三領域１６Ｃは変向部１７Ａ，１７Ｂで変向されて一つの連続する流通路を形成する。

二次燃焼室１３の直上方、すなわち排ガスの流通方向で二次燃焼室１３の直下流に位置する上記ボイラ１６の第一領域１６Ａと、その下流側に位置する第二領域１６Ｂには、アンモニアガス等の脱硝剤を吹き込む第一ノズル１８Ａそして第二ノズル１８Ｂがそれぞれ設けられている。さらに、第一領域１６Ａには、該第一領域１６Ａにおける排ガスの温度を計測する温度計１９が設けられている。

第一ノズル１８Ａと第二ノズル１８Ｂとは、いずれか一方から脱硝剤を吹き込むようにその開閉が切り換えられるようになっている。温度計１９で計測された第一領域１６Ａにおける排ガス温度が、還元脱硝反応に適した所定範囲以下であれば、脱硝剤は第一ノズル１８Ａから吹き込まれ、上記所定範囲を超えているときには第二ノズル１８Ｂから吹き込まれる。第一領域１６Ａにおける排ガス温度が上記所定範囲以下であるということは、二次燃焼室１３に流入した可燃ガスが二次燃焼室１３内で完全燃焼したことを意味し、排ガスは二次燃焼室１３の直下流の第一領域１６Ａでは、上記所定範囲以下の温度に降温しており、還元脱硝反応に好適な温度となっていると言える。これに対し、第一領域１６Ａでの排ガス温度が上記所定範囲を超えているときには、可燃ガスが二次燃焼室１３では完全燃焼されずに、未燃の可燃ガスが第一領域１６Ａにまで達して、この第一領域１６Ａでも燃焼していることを意味している。つまり、第一領域１６Ａでは排ガスは、還元脱硝反応には不適な温度にまで昇温している。この第一領域１６Ａにまで流入した未燃の可燃ガスは、第一領域１６Ａで完全燃焼される。したがって、排ガスは第一領域１６Ａの下流側に位置する第二領域１６Ｂでは、還元脱硝反応に適した温度にまで降温している。

このように、温度計１９の計測温度にもとづいての第一ノズル１８Ａと第二ノズル１８Ｂとの吹込みの切換えは、表示される計測温度を見て手動操作により行ってもよいが、計測温度が所定範囲以下かあるいはそれを超えているかの判定と、その判定にもとづく切換えを制御装置を用いて自動的に行うことが望ましい。

上記ボイラ１６から延びる煙道には、下流側に向け、順次、エコノマイザ２０、減温塔２１、バグフィルタ２２が配されており、バグフィルタ２２は煙突２３に接続されている。

上記ボイラ１６内で脱硝された排ガスは、ボイラ１６で熱回収された後、ボイラ１６からエコノマイザ２０へ導かれてボイラ１６への給水を熱交換のもとで加熱して自らは降温した後に、減温塔２１でさらにバグフィルタ２２での除塵に適した温度でまで降温され、バグフィルタ２２で除塵されてから無害化排ガスとして煙突２３から大気に放出されている。

本発明は、図１に示された廃棄物焼却炉に連設された二次燃焼室から排ガスを受ける形式でなくとも、廃棄物溶融炉に連設された二次燃焼室から排ガスを受ける形式であってもよい。その場合、二次燃焼室は、溶融炉本体の下部で廃棄物がガス化・溶融されて生じて炉内を上昇する排ガスを受けるように、溶融炉本体の上部に接続される。二次燃焼室から下流側のボイラの構成は、図１の例と全く同じでよい。

１０ 廃棄物焼却炉
１２ 燃焼室
１３ 二次燃焼室
１６ ボイラ
１６Ａ 第一領域
１６Ｂ 第二領域
１８Ａ 第一ノズル
１８Ｂ 第二ノズル

Claims (4)

1. 廃棄物焼却炉の燃焼室に連設された二次燃焼室もしくは廃棄物ガス化溶融炉に連設された二次燃焼室から排出する排ガスから熱回収するボイラが配設され、ボイラ内部へ向け脱硝剤を吹き込むノズルが設けられている排ガスの脱硝装置において、
   ノズルはボイラの上流部に位置する第一ノズルと該第一ノズルから下流側に離間して位置する第二ノズルとを有し、
   上記上流部には、排ガスの温度を計測する温度計が設けられ、
   上記温度計で計測された排ガス温度が所定範囲以下のときには、第一ノズルから脱硝剤を吹き込み、上記所定範囲を超えるときには、第二ノズルから脱硝剤を吹き込むことを特徴とする排ガスの脱硝装置。
2. ボイラは、排ガスの流通方向を変える変向部により、複数の領域に区分され、第一ノズルが最上流の第一領域に、そして第二ノズルがその下流側の第二領域に設けられていることとする請求項１に記載の排ガスの脱硝装置。
3. 廃棄物焼却炉の燃焼室に連設された二次燃焼室もしくは廃棄物ガス化溶融炉に連設された二次燃焼室から排出する排ガスから熱回収するボイラが配設され、ボイラ内部へ向けノズルから脱硝剤を吹き込むこととする排ガスの脱硝方法において、
   ノズルはボイラの上流部に位置する第一ノズルと該第一ノズルから下流側に離間して位置する第二ノズルとを有し、
   上記上流部で排ガスの温度を計測し、
   上記温度計で計測された排ガス温度が所定範囲以下のときには、第一ノズルから脱硝剤を吹き込み、上記所定範囲を超えるときには、第二ノズルから脱硝剤を吹き込むことを特徴とする排ガスの脱硝方法。
4. ボイラは、排ガスの流通方向を変える変向部により、複数の領域に区分され、第一ノズルが最上流の第一領域に、そして第二ノズルがその下流側の第二領域に設けられていることとする請求項３に記載の排ガスの脱硝方法。

Images