JP2018171584A - 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができ、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる排ガス処理装置を提供する。【解決手段】本発明の排ガス処理装置は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路と、第１噴霧ノズルとを備え、第１噴霧ノズルは、前記排ガス流路中に冷却水を噴霧し第１ミストを形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔と、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口とを備え、少なくとも１つの噴霧孔は、前記オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又は前記オゾン噴出口を囲むように配置されたことを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。
ガラスびんなどのガラス製品は、珪砂、ソーダ灰、石灰などの原料と空き瓶などを砕いて作られるカレットを溶解炉においてバーナーなどで溶かし（約１５００℃）、溶かしたガラスを成形することにより製造される。ガラスを溶かす溶解炉からは、バーナーからの燃焼排ガスと溶解したガラスから発生する成分とを含む燃焼排ガスが排出される。溶解炉から排出される燃焼排ガスには、大気汚染物質であるＮＯｘやＳＯｘが含まれており、燃焼排ガスを大気中に放出する前にこれらの汚染物質を燃焼排ガス中から除去する必要がある。また、この燃焼排ガスにはガラス原料由来のＳＯｘ、粘着成分などの触媒被毒成分が含まれているため、従来のＮＯｘ処理技術である「選択触媒還元法」を使用することが困難である。
排ガスに冷却水を噴霧することにより形成したミストの局所冷却域を利用してＮＯをオゾンによりＮＯ2に酸化した後、還元剤によりＮＯ2を除去する排ガス処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この排ガス処理方法では、冷却水とオゾンガスを異なるノズルから排ガス中に供給する方法、二流体ノズルにより冷却水とオゾンガスと混合して排ガス中に噴霧する方法などが提案されている。
冷却水とオゾンガスを異なるノズルから排ガス中に供給する方法では、オゾンガスを供給するノズルが排ガスにより加熱され、オゾンガスを噴出する前にオゾンガスが熱分解する場合がある。また、二流体ノズルにより冷却水とオゾンガスと混合して排ガス中に噴霧する方法では、オゾンガスを圧縮することによりオゾンガスが酸素ガスへ分解する。従って、これらの方法では、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することが難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができ、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる排ガス処理装置を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができ、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる排ガス処理装置を提供する。
本発明は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路と、第１噴霧ノズルとを備え、第１噴霧ノズルは、前記排ガス流路中に冷却水を噴霧し第１ミストを形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔と、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口とを備え、少なくとも１つの噴霧孔は、前記オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又は前記オゾン噴出口を囲むように配置されたことを特徴とする排ガス処理装置を提供する。
本発明の排ガス処理装置は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路と、第１噴霧ノズルとを備え、第１噴霧ノズルは、前記排ガス流路中に冷却水を噴霧し第１ミストを形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔を備える。このため、排ガス中に第１ミストを形成することができ、第１ミストに含まれる水滴の気化熱により排ガスの温度が局所的に低下した局所冷却域を第１ミスト中に形成することができる。
第１噴霧ノズルは、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口を備える。このため、排ガスの温度が局所的に１５０℃以下に低下した局所冷却域にオゾンガスを供給することができ、排ガス中に供給したオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。また、１５０℃以下の局所冷却域において、オゾンガスにより水に溶けにくいＮＯガスを水や還元剤と反応しやすいＮＯ2ガスに酸化することができる。このため、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる。
第１噴霧ノズルは、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口を備える。このため、排ガスの温度が局所的に１５０℃以下に低下した局所冷却域にオゾンガスを供給することができ、排ガス中に供給したオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。また、１５０℃以下の局所冷却域において、オゾンガスにより水に溶けにくいＮＯガスを水や還元剤と反応しやすいＮＯ2ガスに酸化することができる。このため、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる。
第１噴霧ノズルは、少なくとも１つの噴霧孔とオゾン噴出口とを備えるため、少なくとも１つの噴霧孔に供給する冷却水により第１噴霧ノズルを冷却することができ、第１噴霧ノズル内においてオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
少なくとも１つの噴霧孔は、オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又はオゾン噴出口を囲むように配置される。このため、少なくとも１つの噴霧孔から冷却水を噴霧することにより形成された第１ミストの中心部にオゾンガスを供給することができ、第１ミストの外部にオゾンガスが供給されることを抑制することができる。このため、オゾンガスが熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。また、冷却水を噴霧する方向と、オゾンガスを噴出させる方向とを実質的に同じにすることができ、第１ミストの広範囲にオゾンガスを供給することができる。
また、オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路を、少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路の内側に配置することができ、オゾンガス流路が昇温することを抑制することができる。このため、オゾンガスが第１噴霧ノズル内において熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。
少なくとも１つの噴霧孔は、オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又はオゾン噴出口を囲むように配置される。このため、少なくとも１つの噴霧孔から冷却水を噴霧することにより形成された第１ミストの中心部にオゾンガスを供給することができ、第１ミストの外部にオゾンガスが供給されることを抑制することができる。このため、オゾンガスが熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。また、冷却水を噴霧する方向と、オゾンガスを噴出させる方向とを実質的に同じにすることができ、第１ミストの広範囲にオゾンガスを供給することができる。
また、オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路を、少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路の内側に配置することができ、オゾンガス流路が昇温することを抑制することができる。このため、オゾンガスが第１噴霧ノズル内において熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。
本発明の排ガス処理装置は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路と、第１噴霧ノズルとを備え、第１噴霧ノズルは、前記排ガス流路中に冷却水を噴霧し第１ミストを形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔と、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口とを備え、少なくとも１つの噴霧孔は、前記オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又は前記オゾン噴出口を囲むように配置されたことを特徴とする。
第１噴霧ノズルに含まれる少なくとも１つの噴霧孔は、曲線状又は円状のスリットであることが好ましい。この構成により、噴霧孔がオゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又はオゾン噴出口を囲むように噴霧孔を配置することができ、第１ミストの中心部にオゾンガスを供給することができる。
第１噴霧ノズルに含まれる少なくとも１つの噴霧孔は、円状に配列した複数の噴霧孔を含むことが好ましい。この構成により、噴霧孔がオゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又はオゾン噴出口を囲むように噴霧孔を配置することができ、第１ミストの中心部にオゾンガスを供給することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第１噴霧ノズルの少なくとも１つの噴霧孔は、冷却水と空気とを二流体方式で噴霧するように設けられることが好ましい。このことにより、微細な水滴を含む第１ミストを形成することができ、気液接触面積を広くすることができる。また、第１ミストにより排ガスを効率よく冷却することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第１噴霧ノズルは、少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔を有することが好ましい。このような空気放出孔から排ガス中に空気を放出することにより、第１噴霧ノズルの先端が排ガスにより加熱されることや第１噴霧ノズルの先端付近の排ガス温度が上昇することを抑制することができ、オゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
第１噴霧ノズルに含まれる少なくとも１つの噴霧孔は、円状に配列した複数の噴霧孔を含むことが好ましい。この構成により、噴霧孔がオゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又はオゾン噴出口を囲むように噴霧孔を配置することができ、第１ミストの中心部にオゾンガスを供給することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第１噴霧ノズルの少なくとも１つの噴霧孔は、冷却水と空気とを二流体方式で噴霧するように設けられることが好ましい。このことにより、微細な水滴を含む第１ミストを形成することができ、気液接触面積を広くすることができる。また、第１ミストにより排ガスを効率よく冷却することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第１噴霧ノズルは、少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔を有することが好ましい。このような空気放出孔から排ガス中に空気を放出することにより、第１噴霧ノズルの先端が排ガスにより加熱されることや第１噴霧ノズルの先端付近の排ガス温度が上昇することを抑制することができ、オゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
本発明の排ガス処理装置は第２噴霧ノズルを備えることが好ましく、排ガス流路は、ＮＯｘ及びＳＯｘを含む排ガスが流れるように設けられることが好ましく、第２噴霧ノズルは、排ガス流路の第１ミストよりも下流側の排ガス中に少なくともＮａＯＨが溶解した水溶液を噴霧し第２ミストを形成するように設けられることが好ましい。排ガス流路を流れる排ガスはＳＯ2を含み、第２ミストの含まれる微小水滴はＮａＯＨを含むため、第２ミストにおいてＳＯ2とＮａＯＨから還元剤であるＮａ2ＳＯ3を生成することができる。また、排ガス流路を流れる排ガスはＮＯがオゾンにより酸化され生成したＮＯ2を含むため、第２ミスト７中においてＮａ2ＳＯ3によりＮＯ2をＮ2に還元することができ、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第２噴霧ノズルは、ＮａＯＨと還元剤が溶解した水溶液を排ガス中に噴霧し第２ミストを形成するように設けられることが好ましい。このことにより、ＮＯがオゾンにより酸化され生成したＮＯ2を還元剤によりＮ2に還元することができ、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理装置に含まれる第２噴霧ノズルは、ＮａＯＨと還元剤が溶解した水溶液を排ガス中に噴霧し第２ミストを形成するように設けられることが好ましい。このことにより、ＮＯがオゾンにより酸化され生成したＮＯ2を還元剤によりＮ2に還元することができ、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明は、ＮＯｘを含む排ガス中に少なくとも１つの噴霧孔から冷却水を噴霧することにより第１ミストを形成し、少なくとも１つの噴霧孔に囲まれた部分からオゾンガスを第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域に供給する排ガス処理方法も提供する。
また、本発明の排ガス処理方法では、少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔から第１ミストの周りに空気を供給することが好ましい。
また、本発明の排ガス処理方法では、少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔から第１ミストの周りに空気を供給することが好ましい。
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
図１は、本実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。図２（ａ）は、本実施形態の排ガス処理装置に含まれる噴霧ノズルの概略断面図であり、図２（ｂ）は、前記噴霧ノズルの概略前面図である。また、図３は、本実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。図４（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ本実施形態の排ガス処理装置に含まれる噴霧ノズルの概略前面図である。
本実施形態の排ガス処理装置５０は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路５と、噴霧ノズル２３ａとを備え、噴霧ノズル２３ａは、排ガス流路５中に冷却水４１を噴霧し第１ミスト６を形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔１１と、第１ミスト６の１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口１３とを備え、少なくとも１つの噴霧孔１１は、オゾン噴出口１３にオゾンガスを供給するオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように配置されたことを特徴とする。
本実施形態の排ガス処理方法は、ＮＯｘを含む排ガス中に少なくとも１つの噴霧孔１１から冷却水を噴霧することにより第１ミスト６を形成し、少なくとも１つの噴霧孔１１に囲まれた部分からオゾンガスを第１ミスト６の１５０℃以下の局所冷却域に供給することを特徴とする。
以下、本実施形態の排ガス処理装置、排ガス処理方法について説明する。
本実施形態の排ガス処理装置５０は、ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路５と、噴霧ノズル２３ａとを備え、噴霧ノズル２３ａは、排ガス流路５中に冷却水４１を噴霧し第１ミスト６を形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔１１と、第１ミスト６の１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口１３とを備え、少なくとも１つの噴霧孔１１は、オゾン噴出口１３にオゾンガスを供給するオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように配置されたことを特徴とする。
本実施形態の排ガス処理方法は、ＮＯｘを含む排ガス中に少なくとも１つの噴霧孔１１から冷却水を噴霧することにより第１ミスト６を形成し、少なくとも１つの噴霧孔１１に囲まれた部分からオゾンガスを第１ミスト６の１５０℃以下の局所冷却域に供給することを特徴とする。
以下、本実施形態の排ガス処理装置、排ガス処理方法について説明する。
本実施形態の排ガス処理装置５０及び排ガス処理方法の処理対象となる排ガスは、ＮＯｘを含む排ガスであれば特に限定されないが、例えば、ガラス溶解炉１の排ガス、ボイラの排ガス、ごみ焼却炉の排ガスなどである。また、本実施形態の排ガス処理装置５０及び排ガス処理方法の処理対象となる排ガスは、ＮＯｘ及びＳＯｘを含む排ガスであってもよい。
排ガス源から排出された排ガスは、排ガス流路５を流れる間に本実施形態の排ガス処理装置５０又は排ガス処理方法により処理され、処理された後の排ガスが大気中に放出される。排ガス流路５は、排ガス源から大気中への放出までに排ガスが流れる流路である。排ガス流路５は、反応塔２、集塵器３などを含むことができる。また、排ガス流路５は、大気圧よりも低い気圧とすることができる。
排ガス源から排出された排ガスは、排ガス流路５を流れる間に本実施形態の排ガス処理装置５０又は排ガス処理方法により処理され、処理された後の排ガスが大気中に放出される。排ガス流路５は、排ガス源から大気中への放出までに排ガスが流れる流路である。排ガス流路５は、反応塔２、集塵器３などを含むことができる。また、排ガス流路５は、大気圧よりも低い気圧とすることができる。
噴霧ノズル２３ａは、ＮＯｘを含む排ガスが流れる排ガス流路５中に冷却水４１を噴霧し第１ミスト６を形成するように設けられた噴霧孔１１を備える。このため、ＮＯｘを含む排ガス中に第１ミスト６を形成することができ、第１ミスト６に含まれる水滴３１の気化熱により排ガスの温度が局所的に低下した局所冷却域を第１ミスト６中に形成することができる。
本実施形態において、噴霧ノズルとは、供給される液体を微細な液滴として噴出する噴霧孔を備えたノズルである。本実施形態において、ミストとは、多数の微小な水滴が排ガス中に浮遊し、多数の微小な水滴が排ガスの流れと共に流れているものをいう。また、ミストに含まれる水滴の８０％以上が５００μｍ以下の大きさであってもよい。
本実施形態において、噴霧ノズルとは、供給される液体を微細な液滴として噴出する噴霧孔を備えたノズルである。本実施形態において、ミストとは、多数の微小な水滴が排ガス中に浮遊し、多数の微小な水滴が排ガスの流れと共に流れているものをいう。また、ミストに含まれる水滴の８０％以上が５００μｍ以下の大きさであってもよい。
噴霧ノズル２３ａは、排ガス流路５の流路部材１０に設けられた開口中に噴霧ノズル２３ａの一部が配置され、噴霧ノズル２３ａの先端部が排ガス流路５の内部に配置されるように設けることができる。このことにより、噴霧ノズル２３ａの温度が上昇することを抑制することができ、噴霧ノズル２３ａ中でオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。
複数の噴霧ノズル２３ａが排ガス流路５の流路部材１０に設けられてもよい。また、複数の噴霧ノズル２３ａは、それぞれの噴霧ノズル２３ａが冷却水４１を噴霧して、一体となった第１ミスト６を形成するように設けることができる。また、複数の噴霧ノズル２３ａは、第１ミスト６を囲むように配置することができる。
複数の噴霧ノズル２３ａが排ガス流路５の流路部材１０に設けられてもよい。また、複数の噴霧ノズル２３ａは、それぞれの噴霧ノズル２３ａが冷却水４１を噴霧して、一体となった第１ミスト６を形成するように設けることができる。また、複数の噴霧ノズル２３ａは、第１ミスト６を囲むように配置することができる。
噴霧孔１１は、二流体方式で冷却水４１を噴霧するように設けることができる。噴霧ノズル２３ａは、例えば、噴霧ノズル２３ａの内部において冷却水と空気とを混合して冷却水の微細な水滴を噴霧孔１１から噴出するように設けることができる。また、噴霧ノズル２３ａは、噴霧孔１１から冷却水が噴出した後に冷却水と空気とを混合するように設けてもよい。噴霧ノズル２３ａは、例えば、ポンプ２２ａにより噴霧ノズル２３ａに供給された冷却水と、エアコンプレッサから噴霧ノズル２３ａに供給された空気とを混合して噴霧孔１１から冷却水の微小な水滴を噴出するように設けることができる。
また、噴霧孔１１から噴出させる冷却水が流れる冷却水流路３８を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。また、噴霧孔１１から噴出させる空気が流れる圧縮空気流路４０を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。
噴霧孔１１は、図４（ａ）〜（ｆ）のように丸い孔であってもよく、図２（ｂ）、図４（ｇ）のようにスリット状であってもよい。
また、噴霧孔１１から噴出させる冷却水が流れる冷却水流路３８を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。また、噴霧孔１１から噴出させる空気が流れる圧縮空気流路４０を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。
噴霧孔１１は、図４（ａ）〜（ｆ）のように丸い孔であってもよく、図２（ｂ）、図４（ｇ）のようにスリット状であってもよい。
噴霧ノズル２３ａは、少なくとも１つの噴霧孔１１を有する。また、噴霧ノズル２３ａは、複数の噴霧孔１１を有してもよい。それぞれの噴霧孔１１から冷却水を噴霧することにより、排ガス中に広く広がる第１ミスト６を形成することができる。また、複数の噴霧孔１１の間にオゾン噴出口１３を配置することが可能になる。
噴霧ノズル２３ａは、第１ミスト６の１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口１３を備える。このため、排ガスの温度が局所的に１５０℃以下に低下した局所冷却域にオゾンガスを供給することができ、排ガス中に供給したオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。また、１５０℃以下の局所冷却域において、オゾンガスにより水に溶けにくいＮＯガスを水や還元剤と反応しやすいＮＯ2ガスに酸化することができる。このため、排ガス処理の脱硝効率を向上させることができる。
噴霧ノズル２３ａは、例えば、オゾン発生装置３６（オゾナイザ）により生成したオゾン含有ガスをオゾン噴出口１３から噴出させるように設けることができる。また、オゾン噴出口１３から噴出させるオゾンガスが流れるオゾンガス流路３７を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。
また、噴霧ノズル２３ａは、冷却水４１とオゾン含有ガスとを別々に噴出させるように設けることができる。噴霧ノズル２３ａは、噴出孔１１に冷却水を供給する冷却水流路３８を流れる冷却水と、オゾン噴出口１３にオゾン含有ガスを供給するオゾンガス流路３７を流れるオゾン含有ガスとが噴霧ノズル２３ａ内において混合されないように設けることができる。
噴霧ノズル２３ａは、例えば、オゾン発生装置３６（オゾナイザ）により生成したオゾン含有ガスをオゾン噴出口１３から噴出させるように設けることができる。また、オゾン噴出口１３から噴出させるオゾンガスが流れるオゾンガス流路３７を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。
また、噴霧ノズル２３ａは、冷却水４１とオゾン含有ガスとを別々に噴出させるように設けることができる。噴霧ノズル２３ａは、噴出孔１１に冷却水を供給する冷却水流路３８を流れる冷却水と、オゾン噴出口１３にオゾン含有ガスを供給するオゾンガス流路３７を流れるオゾン含有ガスとが噴霧ノズル２３ａ内において混合されないように設けることができる。
少なくとも１つの噴霧孔１１は、オゾン噴出口１３にオゾンガスを供給するオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように配置される。このため、少なくとも１つの噴霧孔１１から冷却水を噴霧することにより形成された第１ミスト６の中心部にオゾンガスを供給することができ、第１ミスト６の外部にオゾンガスが供給されることを抑制することができる。このため、オゾンガスが熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。また、冷却水を噴霧する方向と、オゾンガスを噴出させる方向とを実質的に同じにすることができ、第１ミスト６の広範囲にオゾンガスを供給することができる。例えば、図１に示した排ガス処理装置５０のように、噴霧孔１１から冷却水を噴霧することにより形成された第１ミスト６中に、噴霧孔１１に囲まれたオゾン噴出口１３からオゾンガス１４を噴出させることにより、第１ミスト６の中心部にオゾンガス１４を供給することができる。
噴霧ノズル２３ａは、例えば、図４（ａ）〜（ｆ）のように、円状に配置された２つ〜８つの噴霧孔１１がオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように設けることができる。また、噴霧ノズル２３ａは、例えば、図２（ｂ）、図４（ｇ）のようにスリット状の噴霧孔１１がオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように設けることができる。また、スリット状の噴霧孔１１は、曲線状であってもよく、環状のスリットであってもよく、円状のスリットであってもよい。
噴霧ノズル２３ａは、例えば、図４（ａ）〜（ｆ）のように、円状に配置された２つ〜８つの噴霧孔１１がオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように設けることができる。また、噴霧ノズル２３ａは、例えば、図２（ｂ）、図４（ｇ）のようにスリット状の噴霧孔１１がオゾンガス流路３７又はオゾン噴出口１３を囲むように設けることができる。また、スリット状の噴霧孔１１は、曲線状であってもよく、環状のスリットであってもよく、円状のスリットであってもよい。
少なくとも１つの噴霧孔１１に冷却水を供給する冷却水流路３８がオゾンガス流路３７を囲むように噴霧ノズル２３ａを設けることができる。このことにより、オゾンガス流路３７が昇温することを抑制することができる。このため、オゾンガスが噴霧ノズル２３ａ内において熱分解されることを抑制することができ、オゾンガスをＮＯガス酸化反応に効率よく利用することができる。
噴霧ノズル２３ａは、オゾン噴出口１３が少なくとも１つの噴霧孔１１よりも先端側に配置されるように設けることができる。このことにより、オゾン噴出口１３から第１ミスト６中に直接オゾンガスを供給することができ、オゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。
噴霧ノズル２３ａは、オゾン噴出口１３が少なくとも１つの噴霧孔１１よりも先端側に配置されるように設けることができる。このことにより、オゾン噴出口１３から第１ミスト６中に直接オゾンガスを供給することができ、オゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。
噴霧ノズル２３ａは、少なくとも１つの噴霧孔１１又は少なくとも１つの噴霧孔１１に冷却水を供給する冷却水流路３８を囲むように設けられた空気放出孔１２を有してもよい。このような空気放出孔１２から排ガス中に空気を放出することにより、噴霧ノズル２３ａの先端が排ガスにより加熱されることや噴霧ノズル２３ａの先端近傍の排ガス温度が上昇することを抑制することができ、オゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
空気放出孔１２は、図２（ｂ）、図４に示した噴霧ノズル２３ａのように環状であってもよい。また、空気放出孔１２は、少なくとも１つの噴霧孔１１又は冷却水流路３８を囲むように配置された複数の孔であってもよい。
空気放出孔１２は、図２（ｂ）、図４に示した噴霧ノズル２３ａのように環状であってもよい。また、空気放出孔１２は、少なくとも１つの噴霧孔１１又は冷却水流路３８を囲むように配置された複数の孔であってもよい。
噴霧ノズル２３ａは、排ガス流路５の内部の気圧と、排ガス流路５の外部の大気圧との差により大気中の空気が空気放出孔１２から排ガス流路５に流入するように設けることができる。また、噴霧ノズル２３ａは、エアコンプレッサから供給される空気が空気放出孔１２から放出されるように設けてもよい。
空気放出孔１２から放出される空気が流れる空気流路３９を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。また、空気流路３９は、オゾンガス流路３７及び冷却水流路３８を囲むように設けることができる。この空気流路３９に空気を流すことにより、オゾンガス流路３７の温度が上昇することを抑制することができ、噴霧ノズル２３ａ中でオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。
空気放出孔１２から放出される空気が流れる空気流路３９を噴霧ノズル２３ａ中に設けることができる。また、空気流路３９は、オゾンガス流路３７及び冷却水流路３８を囲むように設けることができる。この空気流路３９に空気を流すことにより、オゾンガス流路３７の温度が上昇することを抑制することができ、噴霧ノズル２３ａ中でオゾンガスが熱分解されることを抑制することができる。
噴霧ノズル２３ａは、オゾン噴出口１３及び少なくとも１つの噴霧孔１１が空気放出孔１２よりも先端側に配置されるように設けることができる。このことにより、空気放出孔１２から放出される空気により、噴霧ノズル２３ａの先端部の温度が高くなることを抑制することができる。また、空気放出孔１２から放出される空気により、噴霧ノズル２３ａの先端部にダストが付着することを抑制することができる。
排ガス処理装置５０は、排ガス流路５の第１ミスト６よりも下流側の排ガス中に少なくともＮａＯＨが溶解した水溶液４２を噴霧し第２ミスト７を形成するように設けられた噴霧ノズル２３ｂを備えることができる。また、排ガス流路５を流れる排ガスは、ＳＯｘを含んでもよい。この噴霧ノズル２３ｂを用いて、第１ミスト６よりも下流側のＳＯｘ及びＮＯ2を含む排ガス中にＮａＯＨ水溶液４２を噴霧することにより第２ミスト７を形成することができる。
排ガス中にＮａＯＨ水溶液４２を噴霧すると多くの微小水滴が排ガス中に形成され、排ガス中に第２ミスト７が形成される。第２ミスト７に含まれる微小水滴は、排ガスの熱により徐々に蒸発し消失する。従って、排ガス流路５の排ガスは、第２ミスト７が形成されて消失するまでの領域において、第２ミスト７中を流れることになる。
排ガス中にＮａＯＨ水溶液４２を噴霧すると多くの微小水滴が排ガス中に形成され、排ガス中に第２ミスト７が形成される。第２ミスト７に含まれる微小水滴は、排ガスの熱により徐々に蒸発し消失する。従って、排ガス流路５の排ガスは、第２ミスト７が形成されて消失するまでの領域において、第２ミスト７中を流れることになる。
排ガス流路５を流れる排ガスはＳＯ2を含み、第２ミスト７の含まれる微小水滴はＮａＯＨを含むため、第２ミスト７において次の式（１）のような化学反応を進行させることができる。このため、排ガスに含まれるＳＯ2を除去できる（排ガスを脱硫できる）と共に第２ミスト７の微小液滴中に還元剤であるＮａ2ＳＯ3を生成することができる。
ＳＯ2＋２ＮａＯＨ → Ｎａ2ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ・・・（１）
また、排ガス流路５を流れる排ガスはＮＯがオゾンにより酸化され生成したＮＯ2を含むため、次の式（２）のような気液反応を進行させることができる。
２ＮＯ2＋４Ｎａ2ＳＯ3 → Ｎ2＋４Ｎａ2ＳＯ4・・・（２）
従って、第２ミスト７中においてＮＯ2をＮ2に還元することができ、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。式（１）、（２）の化学反応は、第２ミスト７の微小水滴中又は微小水滴と排ガスとの気液界面において進行すると考えられるため、微小水滴の存続期間を、これらの化学反応が進行するために必要な時間（約１秒間必要と考えられる）以上とすることができる。
式（２）の化学反応が進行すると、還元剤であるＮａ2ＳＯ3からＮａ2ＳＯ4が生成し、Ｎａ2ＳＯ4のダストが排ガス中に生じる。
ＳＯ2＋２ＮａＯＨ → Ｎａ2ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ・・・（１）
また、排ガス流路５を流れる排ガスはＮＯがオゾンにより酸化され生成したＮＯ2を含むため、次の式（２）のような気液反応を進行させることができる。
２ＮＯ2＋４Ｎａ2ＳＯ3 → Ｎ2＋４Ｎａ2ＳＯ4・・・（２）
従って、第２ミスト７中においてＮＯ2をＮ2に還元することができ、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。式（１）、（２）の化学反応は、第２ミスト７の微小水滴中又は微小水滴と排ガスとの気液界面において進行すると考えられるため、微小水滴の存続期間を、これらの化学反応が進行するために必要な時間（約１秒間必要と考えられる）以上とすることができる。
式（２）の化学反応が進行すると、還元剤であるＮａ2ＳＯ3からＮａ2ＳＯ4が生成し、Ｎａ2ＳＯ4のダストが排ガス中に生じる。
噴霧ノズル２３ｂは、ＮａＯＨと還元剤（例えば、Ｎａ2ＳＯ3）が溶解した混合水溶液４２を排ガス中に噴霧するように設けてもよい。この場合、排ガス中のＮＯ2を還元剤によりＮ2に還元することができるため、ＳＯｘを含まない排ガス又はＳＯｘ濃度が十分に低い排ガスが排ガス流路５を流れていてもよい。また、排ガス中のＳＯｘから生成されるＮａ2ＳＯ3だけではＮＯ2を十分にＮ2に還元できない場合に、ＮａＯＨと還元剤が溶解した混合水溶液４２を噴霧するように噴霧ノズル２３ｂを設けることができる。
噴霧ノズル２３ｂは、第１ミスト６が消失した後の排ガス中にＮａＯＨ水溶液４２を噴霧して第２ミスト７を形成するように設けることができる。このことにより、第１ミスト６と第２ミスト７とを分離して形成することができ、第２ミスト７中の還元剤と、第１ミスト６中のオゾンガスとが反応することを抑制することができる。
複数の噴霧ノズル２３ｂが排ガス流路５の流路壁に設けられてもよい。また、複数の噴霧ノズル２３ｂは、それぞれの噴霧ノズル２３ｂがＮａＯＨ水溶液を噴霧して、一体となった第２ミスト７を形成するように設けることができる。また、複数の噴霧ノズル２３ｂは、第２ミスト７を囲むように配置することができる。
噴霧ノズル２３ｂは、例えば、ポンプ２２ｂにより送液されたＮａＯＨ水溶液４２を排ガス中に噴霧するように設けることができる。噴霧ノズル２３ｂは、例えば、ＮａＯＨ水溶液４２と圧縮空気とを混合して噴出させる二流体スプレーノズルとすることができる。
図３に示した排ガス処理装置５０のように、噴霧ノズル２３ａが反応塔２の内部に第１ミスト６を形成するように設けられ、噴霧ノズル２３ｂが反応塔２の内部に第２ミスト７を形成するように設けられている場合、排ガス処理装置５０は、反応塔２を流れる排ガス中に冷却水３４（封水３４）を噴霧して第３ミスト８を形成するように設けられた噴霧ノズル２３ｃを有することができる。噴霧ノズル２３ｃを設けることにより、第１〜第３ミストにより排ガスを冷却することができ、高温の排ガス（例えば、反応塔２の流入口における温度が４５０℃以上）であっても、集塵器３に流入する排ガスの温度を３５０℃以下又は２３０℃以下とすることができる。
噴霧ノズル２３ｃは、水封槽９に溜めた封水３４を汲み上げて噴霧するように設けることができる。この場合、汲み上げた水の量だけ水封槽９に水を新たに供給する。このため、反応塔２の内部で生成した比較的大きなダストの溶け込みにより水封槽９に溜めた封水３４が濃縮することを防止することができる。また、封水３４の溶質濃度が高くなることを防止することができるため、封水３４の排水処理を省略することができる。
排ガス処理装置５０は、排ガス流路５の第１ミスト６及び第２ミスト７よりも下流側に集塵器３を備えることができる。集塵器３を設けることにより、排ガス流路５で生じたＮａ2ＳＯ4のダストを排ガスから除去することができる。集塵器３は、電気集塵器であってもよく、バグフィルタであってもよい。電気集塵器の耐熱温度は約３５０℃であり、バグフィルタの耐熱温度は約２３０℃である。
集塵器３に流入する排ガスの温度が１５０℃、１８０℃、２００℃、２２０℃又は２５０℃以上となるように噴霧ノズル２３ａ、噴霧ノズル２３ｂ、又は噴霧ノズル２３ｃの噴霧量を調節することができる。このように噴霧量を調節することにより、集塵器３を流れる排ガスの温度が酸露点（例えば硫酸露点）以下の温度になることを防止することができ、集塵器３に酸性溶液が付着することを抑制することができる。このため、集塵器３に含まれる金属部材が酸性溶液により腐食されることを抑制することができる。また、酸性溶液をバインダとしてダストが集塵器３の内部に付着することを抑制することができ、集塵器３に含まれるフィルタが閉塞することを抑制することができる。
また、集塵器３に流入する排ガスの温度が集塵器３の耐熱温度以下となるように噴霧ノズル２３ａ、噴霧ノズル２３ｂ、又は噴霧ノズル２３ｃの噴霧量を調節することができる。
また、集塵器３に流入する排ガスの温度が集塵器３の耐熱温度以下となるように噴霧ノズル２３ａ、噴霧ノズル２３ｂ、又は噴霧ノズル２３ｃの噴霧量を調節することができる。
排ガス処理実験
（実施例）
図３に示したような排ガス処理装置によりガラス溶解炉から排出される排ガスを処理した。また、噴霧ノズル２３ａには、図２に示したような噴霧ノズルを用いた。反応塔のダクト径は３．５ｍである。
噴霧ノズル２３ａのスリット状の噴霧孔により冷却水を反応塔を流れる排ガス中に二流体方式で噴霧し第１ミストを形成し、噴霧ノズル２３ａのオゾン噴出口から第１ミスト中に、オゾナイザで生成したオゾン含有ガスを供給した。また、噴霧ノズル２３ａの空気放出孔から大気中の空気を反応塔中に流入させた。また、噴霧ノズル２３ｂによりＮａＯＨ水溶液（還元剤を含んでいない）を反応塔を流れる排ガス中に噴霧し第２ミストを形成した。また、噴霧ノズル２３ｃによる噴霧は行っていない。また、集塵器には電気集塵器を用いた。
排ガス量、噴霧量などを表１に示す。また、反応塔入口及び反応塔出口における排ガス温度の計測値、ガス濃度測定結果を表２に示す。また、反応塔の噴霧ノズル２３ａを設置した高さにおける排ガス温度の計測値、反応塔の噴霧ノズル２３ａよりも１．５ｍ高い高さにおける排ガス温度の計測値、反応塔の噴霧ノズル２３ａよりも３．０ｍ高い高さにおける排ガス温度の計測値を表３に示す。なお、表３に示した計測値は、反応塔内の複数点の計測値の平均値である。
（実施例）
図３に示したような排ガス処理装置によりガラス溶解炉から排出される排ガスを処理した。また、噴霧ノズル２３ａには、図２に示したような噴霧ノズルを用いた。反応塔のダクト径は３．５ｍである。
噴霧ノズル２３ａのスリット状の噴霧孔により冷却水を反応塔を流れる排ガス中に二流体方式で噴霧し第１ミストを形成し、噴霧ノズル２３ａのオゾン噴出口から第１ミスト中に、オゾナイザで生成したオゾン含有ガスを供給した。また、噴霧ノズル２３ａの空気放出孔から大気中の空気を反応塔中に流入させた。また、噴霧ノズル２３ｂによりＮａＯＨ水溶液（還元剤を含んでいない）を反応塔を流れる排ガス中に噴霧し第２ミストを形成した。また、噴霧ノズル２３ｃによる噴霧は行っていない。また、集塵器には電気集塵器を用いた。
排ガス量、噴霧量などを表１に示す。また、反応塔入口及び反応塔出口における排ガス温度の計測値、ガス濃度測定結果を表２に示す。また、反応塔の噴霧ノズル２３ａを設置した高さにおける排ガス温度の計測値、反応塔の噴霧ノズル２３ａよりも１．５ｍ高い高さにおける排ガス温度の計測値、反応塔の噴霧ノズル２３ａよりも３．０ｍ高い高さにおける排ガス温度の計測値を表３に示す。なお、表３に示した計測値は、反応塔内の複数点の計測値の平均値である。
表１に示したような条件で噴霧ノズル２３ａの噴霧孔から冷却水を噴霧し、噴霧ノズル２３ａのオゾン噴出口からオゾンガスを第１ミスト中に供給し、噴霧ノズル２３ｂからＮａＯＨ水溶液を噴霧することにより、脱硫効率５７．３％、脱硝効率１９％を達成することができた。また、オゾンガスによるＮＯの酸化効率（ΔＮＯ／Ｏ3）を８５％とするこ
とができた。
また、電気集塵器に流入する排ガス温度を２４４℃とすることができた。このことにより、電気集塵器が腐食されることを防止することができた。
さらに、噴霧ノズル２３ａよりも１．５ｍ高い高さの排ガス温度を９４℃とすることができた。反応塔内の排ガスの流速は約０．７ｍ／secであるため、噴霧ノズル２３ａにより冷却水を噴霧することにより形成される第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域を排ガスが２．１秒以上かけて流れるように局所冷却域を形成することができた。このことにより、局所冷却域においてオゾンが熱分解されることを抑制することができ、排ガスに含まれるＮＯガスがオゾンガスにより酸化される反応時間を確保することができたと考えられる。
とができた。
また、電気集塵器に流入する排ガス温度を２４４℃とすることができた。このことにより、電気集塵器が腐食されることを防止することができた。
さらに、噴霧ノズル２３ａよりも１．５ｍ高い高さの排ガス温度を９４℃とすることができた。反応塔内の排ガスの流速は約０．７ｍ／secであるため、噴霧ノズル２３ａにより冷却水を噴霧することにより形成される第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域を排ガスが２．１秒以上かけて流れるように局所冷却域を形成することができた。このことにより、局所冷却域においてオゾンが熱分解されることを抑制することができ、排ガスに含まれるＮＯガスがオゾンガスにより酸化される反応時間を確保することができたと考えられる。
（比較例）
比較例では、第２ミスト中に直接オゾンガスを供給し、第２ミスト中においてオゾンによりＮＯをＮＯ2に酸化した。また、第２ミスト中において上記の式（１）（２）の反応を進行させ、排ガス中のＮＯｘを除去した。具体的には、比較例では、噴霧ノズル２３ａによる冷却水の噴霧及びオゾンの噴出は行っていない。また、噴霧ノズル２３ｂによりＮａＯＨ水溶液（還元剤を含んでいない）を反応塔を流れる排ガス中に噴霧し第２ミストを形成した。また、反応塔の中心部から第２ミスト中にオゾン含有ガスを噴出させるオゾン噴出口を有するオゾン供給ノズルを設置した。また、噴霧ノズル２３ｃによる噴霧は行っていない。他の構成は、実施例と同じ構成の排ガス処理装置を用いて排ガスを処理した。比較例での排ガス量、噴霧量などを表４に示す。また、噴霧ノズル２３ｂを設置した高さの排ガス温度は７５℃であり、第２ミスト中に局所冷却域を形成することができた。
比較例では、第２ミスト中に直接オゾンガスを供給し、第２ミスト中においてオゾンによりＮＯをＮＯ2に酸化した。また、第２ミスト中において上記の式（１）（２）の反応を進行させ、排ガス中のＮＯｘを除去した。具体的には、比較例では、噴霧ノズル２３ａによる冷却水の噴霧及びオゾンの噴出は行っていない。また、噴霧ノズル２３ｂによりＮａＯＨ水溶液（還元剤を含んでいない）を反応塔を流れる排ガス中に噴霧し第２ミストを形成した。また、反応塔の中心部から第２ミスト中にオゾン含有ガスを噴出させるオゾン噴出口を有するオゾン供給ノズルを設置した。また、噴霧ノズル２３ｃによる噴霧は行っていない。他の構成は、実施例と同じ構成の排ガス処理装置を用いて排ガスを処理した。比較例での排ガス量、噴霧量などを表４に示す。また、噴霧ノズル２３ｂを設置した高さの排ガス温度は７５℃であり、第２ミスト中に局所冷却域を形成することができた。
比較例では、オゾンガスによるＮＯの酸化効率（ΔＮＯ／Ｏ3）は、７５％であった。これに対し、実施例では、オゾンガスによるＮＯの酸化効率（ΔＮＯ／Ｏ3）を８５％であった。従って、実施例のように、図２に示したような噴霧ノズル２３ａを用いることにより、オゾンガスの熱分解を抑制することができ、オゾンガスによるＮＯの酸化効率（ΔＮＯ／Ｏ3）を向上させることができることがわかった。
１： ガラス溶解炉 ２：反応塔 ３：集塵器 ４：煙突 ５：排ガス流路 ６：第１ミスト ７：第２ミスト ８：第３ミスト ９：水封槽 １０：流路部材 １１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ：噴霧孔 １２：空気放出孔 １３：オゾン噴出口 １４：オゾンガス ２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ：ポンプ ２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ：噴霧ノズル ２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：排ガス温度計 ２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ：ガス濃度測定装置 ２８：ＯＲＰ計 ２９：ｐＨ測定装置 ３１：水滴 ３２：ダスト ３４：封水（冷却水） ３６：オゾン発生装置 ３７：オゾンガス流路 ３８：冷却水流路 ３９：空気流路 ４０：圧縮空気流路 ４１：冷却水 ４２：ＮａＯＨ水溶液（ＮａＯＨとＮａ2ＳＯ3の混合水溶液） ４３：高濃度ＮａＯＨ水溶液（ＮａＯＨとＮａ2ＳＯ3の高濃度混合水溶液） ５０：排ガス処理装置
Claims (9)
- ＮＯｘを含む排ガスが流れるように設けられた排ガス流路と、第１噴霧ノズルとを備え、
第１噴霧ノズルは、前記排ガス流路中に冷却水を噴霧し第１ミストを形成するように設けられた少なくとも１つの噴霧孔と、第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域にオゾンガスを供給するように設けられたオゾン噴出口とを備え、
少なくとも１つの噴霧孔は、前記オゾン噴出口にオゾンガスを供給するオゾンガス流路又は前記オゾン噴出口を囲むように配置されたことを特徴とする排ガス処理装置。 - 少なくとも１つの噴霧孔は、曲線状又は円状のスリットである請求項１に記載の排ガス処理装置。
- 少なくとも１つの噴霧孔は、円状に配列した複数の噴霧孔を含む請求項１に記載の排ガス処理装置。
- 少なくとも１つの噴霧孔は、冷却水と空気とを二流体方式で噴霧するように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の排ガス処理装置。
- 第１噴霧ノズルは、少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の排ガス処理装置。
- 第２噴霧ノズルをさらに備え、
前記排ガス流路は、ＮＯｘ及びＳＯｘを含む排ガスが流れるように設けられ、
第２噴霧ノズルは、前記排ガス流路の第１ミストよりも下流側の排ガス中に少なくともＮａＯＨが溶解した水溶液を噴霧し第２ミストを形成するように設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の排ガス処理装置。 - 第２噴霧ノズルは、ＮａＯＨと還元剤が溶解した水溶液を排ガス中に噴霧し第２ミストを形成するように設けられた請求項６に記載の排ガス処理装置。
- ＮＯｘを含む排ガス中に少なくとも１つの噴霧孔から冷却水を噴霧することにより第１ミストを形成し、少なくとも１つの噴霧孔に囲まれた部分からオゾンガスを第１ミストの１５０℃以下の局所冷却域に供給する排ガス処理方法。
- 少なくとも１つの噴霧孔又は少なくとも１つの噴霧孔に冷却水を供給する冷却水流路を囲むように設けられた空気放出孔から第１ミストの周りに空気を供給する請求項８に記載の排ガス処理方法。
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