JP2019173992A - 排ガス処理装置ならびに排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】煙突５からの白煙を抑制または防止しながら、排ガス処理コストを低減可能とする排ガス処理装置の提供。【解決手段】排ガス処理装置は、廃棄物の焼却炉１から排出される高温の排ガスに冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置２と、排ガス冷却装置２を通過した排ガスを浄化するろ過式集塵装置３と、ろ過式集塵装置３を通過した排ガスを大気に放出する煙突５と、ろ過式集塵装置３に排ガスに含まれる酸性ガスを中和する中和薬剤を供給する薬剤供給装置７と、ろ過式集塵装置３の下流側の煙道６に設けられかつ当該煙道６を通過する排ガス中の水蒸気を分離する中空糸膜の水蒸気分離膜１０と、水蒸気分離膜１０で分離した水蒸気を水に戻す復水装置２０と、復水装置２０で復水した水を排ガス冷却装置２の冷却水として再利用する回収水再利用装置３０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば廃棄物等の焼却炉から排出される排ガスを水噴霧によって冷却する排ガス冷却装置を有する排ガス処理装置ならびに排ガス処理方法に関する。

例えば特許文献１には、燃焼設備の白煙防止装置が記載されている。前記燃焼設備は、ごみ焼却炉である燃焼装置と、この燃焼装置からの排ガスに冷却水を噴射して冷却するガス冷却装置と、このガス冷却装置からの排ガスに含まれている酸性ガスを除去する乾式排ガス処理装置と、これからの排ガスに含まれている煤塵を除去する濾過式集塵器と、この濾過式集塵器からの排ガスに含まれている窒素酸化物を除去する触媒脱硝装置と、この触媒脱硝装置からの排ガスを誘引する誘引通風機と、この誘引通風機からの排ガスを大気に放出する煙突と、を備えている。

前記白煙防止装置は、前記燃焼設備の前記ガス冷却装置から煙突までの排ガス経路に、水蒸気を選択的に除去する水蒸気分離装置を設けた構成になっている。

例えば特許文献２には、火力発電システムが記載されている。この火力発電システムは、発電システム、排ガス処理システム、水処理システム、排ガス中水蒸気回収システムを有している。

前記発電システムは、石炭を微粉状にして微粉炭燃焼ボイラーで燃焼させて高圧及び低圧蒸気を生成し、この蒸気によりタービンを回転させて電力を得る。

前記水処理システムは、前記微粉炭燃焼ボイラーにて生成した高圧及び低圧蒸気を復水したボイラー水の一部を抽出してボイラーブロー水貯留タンクに貯留し、この貯留したボイラーブロー水を発電所内のその他の用水として発電所に供給する。

前記排ガス処理システムは、前記微粉炭燃焼ボイラーにて微粉炭を燃焼させた排ガスに含まれる煤塵等の粒子状物質を電気集塵装置で除去するとともに、当該排ガスに含まれるＮＯｘ等の有害物質を脱硝装置で脱硝し、前記排ガスに含まれるＳＯｘ等の有害物質を脱硫装置内で脱硫用水と接触させることにより脱硫する。

前記排ガス中水蒸気回収システムは、脱硫した排ガス中の水蒸気の一部を分離し、冷却、凝縮させて、抽出した凝縮水を水蒸気回収水タンクに貯留し、前記微粉炭燃焼ボイラーに補給する。

特許第４０７４８２６号公報 特開２０１７−８９６１１号公報

上記特許文献１には、ごみ焼却炉でのごみの燃焼に伴い発生する排ガスに含まれる水蒸気を水蒸気分離膜を用いて分離することにより、煙突から白煙が生じることを防止するということが記載されているものの、前記排ガスから分離した水蒸気を何かに利用するという記載はない。

一方、上記特許文献２には、前記発電システムの前記微粉炭燃焼ボイラーにて微粉炭を燃焼させた排ガスを脱硫装置内で散水と接触させることにより脱硫した後で、この脱硫排ガス中の水蒸気を前記排ガス中水蒸気回収システムの水蒸気分離膜により分離するということが記載されており、さらに、前記排ガス中水蒸気回収システムの水蒸気分離膜で前記脱硫排ガスから分離した水蒸気を空冷式凝縮器で凝縮した凝縮水の一部と、前記発電システムの空冷式復水器から排出される凝縮水（ボイラー水）の一部とを、必要に応じて排ガス処理システムの脱硫装置に供給する他、残ったボイラーブロー水を発電所用水として利用するということが記載されている。

しかしながら、この特許文献２には、ごみ焼却炉でのごみの燃焼に伴い発生する排ガスを冷却装置で冷却水と接触させることにより減温することによって当該排ガスに含まれる水蒸気が原因で煙突から白煙が生じるという現象を防止するという技術思想、ならびに前記排ガスに含まれる水蒸気を水蒸気分離膜で分離した水蒸気を前記冷却装置の冷却水として再利用するという技術思想を窺い知ることはできない。

このような事情に鑑み、本発明は、煙突からの白煙を抑制または防止しながら、排ガス処理コストを低減可能とする排ガス処理装置ならびに排ガス処理方法の提供を目的としている。

本発明は、廃棄物の焼却炉から排出される高温の排ガスに冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、この排ガス冷却装置を通過した排ガスを浄化するろ過式集塵装置と、このろ過式集塵装置を通過した排ガスを大気に放出する煙突と、前記ろ過式集塵装置に排ガスに含まれる酸性ガスを中和する中和薬剤を供給する薬剤供給装置と、を備える排ガス処理装置であって、前記ろ過式集塵装置の下流側の煙道に設けられかつ当該煙道を通過する排ガス中の水蒸気を分離する中空糸膜の水蒸気分離膜と、この水蒸気分離膜で分離した水蒸気を水に戻す復水装置と、この復水装置で復水した水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用する回収水再利用装置と、を備えていることを特徴としている。

この構成では、高温の排ガスに前記排ガス冷却装置により冷却水を噴射することにより減温し、前記ろ過式集塵装置を通過した排ガス中の水蒸気を分離し、この分離した水蒸気を水に戻して、この水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用するようにしている。

これにより、煙突から白煙が放出されることがなくなるだけでなく、前記冷却水として水道水あるいは井水等の使用量を削減できるようになるので、購入する費用を低減できるようになる等、冷却コストの低減に貢献できるようになる。その結果として排ガス処理コストを低減することが可能になるとともに、渇水期にも燃焼に伴い発生する水蒸気で冷却水をまかなえるため、焼却炉の運転を停止することなく継続できる。

ところで、上記排ガス処理装置は、前記煙道に前記水蒸気分離膜をバイパスするように設けられるバイパス通路と、このバイパス通路に設けられて排ガスの通過量を制御するバイパスダンパと、このバイパスダンパを制御する制御装置と、をさらに備えていることが好ましい。

この構成では、必要に応じて排ガス中の水蒸気を水に戻す量を調整することができるから、余剰水の発生を回避できるようになる。

また、上記排ガス処理装置は、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気の潜熱を回収する熱交換器と、この熱交換器で回収した熱を利用して発電するバイナリー発電機をさらに備えていることが好ましい。

この構成では、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気の潜熱を前記バイナリー発電機で電力に変換するようにしているから、例えば本発明に係る排ガス処理装置や当該排ガス処理装置を備えるプラント内で使用する電力を電力会社から購入する費用を削減できるようになる等、排ガス処理コストの低減に貢献できるようになる。

さらに、本発明は、廃棄物の焼却炉から排出される高温の排ガスに排ガス冷却装置で冷却水を噴射することにより減温し、この減温した排ガス中の酸性ガスを薬剤供給装置から供給される中和薬剤により除去するとともに当該排ガス中の煤塵をろ過式集塵装置により除去し、この排ガスを煙突から大気に放出する排ガス処理方法であって、前記ろ過式集塵装置を通過した排ガス中の水蒸気を中空糸膜の水蒸気分離膜で分離する水蒸気分離処理と、この分離した水蒸気を復水装置により水に戻す復水処理と、この復水した水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用する回収水再利用処理と、を実行することを特徴としている。

この構成では、高温の排ガスに前記排ガス冷却装置により冷却水を噴射することにより減温し、前記ろ過式集塵装置を通過した排ガス中の水蒸気を分離し、この分離した水蒸気を水に戻して、この水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用するようにしている。

これにより、煙突から白煙が放出されることがなくなるだけでなく、前記冷却水として水道水あるいは井水等の使用量を削減できるようになるので、購入する費用を低減できるようになる等、冷却コストの低減に貢献できるようになる。その結果として排ガス処理コストを低減することが可能になる。

また、上記排ガス処理方法において、前記水蒸気分離処理では、必要に応じて前記水蒸気分離膜に導入される排ガス量を制御することにより水蒸気の分離（回収）量が調整可能とされる、ことが好ましい。

この構成では、必要に応じて排ガス中の水蒸気を水に戻す量を調整することができるから、余剰水の発生を回避できるようになる。

さらに、上記排ガス処理方法においては、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気の潜熱を回収し、この回収した熱を利用してバイナリー発電機により発電させる発電処理を、さらに実行することが好ましい。

この構成では、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気の潜熱を前記バイナリー発電機で電力に変換するようにしているから、例えば本発明に係る排ガス処理装置や当該排ガス処理装置を備えるプラント内で使用する電力を電力会社から購入する費用を削減できるようになる等、排ガス処理コストの低減に貢献できるようになる。

本発明に係る排ガス処理装置ならびに排ガス処理方法は、煙突からの白煙を抑制または防止しながら、排ガス処理コストを低減することが可能になる。

本発明に係る排ガス処理装置の一実施形態の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に本発明の一実施形態を示している。図中、１は廃棄物等の焼却炉、２は排ガス冷却装置、３はろ過式集塵装置、４は誘引通風機、５は煙突である。

焼却炉１は、例えば図示しない一般廃棄物、産業廃棄物や所定梱包に入れられた感染性医療廃棄物などのごみを燃焼するものであり、焼却炉の型式は問わない。

排ガス冷却装置２は、詳細に図示していないが、焼却炉１から排出される高温の排ガスが導入され、この排ガスに冷却水を噴霧することにより減温する。

ろ過式集塵装置３は、いわゆるバグフィルタと呼ばれるものであって、排ガス冷却装置２で減温された排ガス中の煤塵などの粒子状物質を捕集する。このろ過式集塵装置３の内部には図示していないが多数のろ布が装備されている。

誘引通風機４は、ろ過式集塵装置３内の排ガスを吸引して、煙突５から大気中に放出させるものである。

この実施形態では、ろ過式集塵装置３の上流側の煙道において排ガス導入口寄りの位置に中和薬剤を吹き込む薬剤供給装置７が設けられている。

薬剤供給装置７は、ろ過式集塵装置３の出口における排ガス中の酸性ガスの濃度を計測し、前記焼却炉の焼却運転を所定時間行うことに伴い発生する排ガス中の酸性ガスを中和処理するために必要な中和薬剤の量を算出し、この算出した量の前記中和薬剤をろ過式集塵装置３の入口側の煙道に所定時間内に一定量まとめて吹き込むことにより、ろ過式集塵装置３のろ布に前記排ガスに含まれる酸性ガスの中和薬剤からなるプレコート層を形成する。前記中和薬剤としては、消石灰あるいは重曹等が挙げられる。

なお、前記プレコート層を形成する前に、ろ過式集塵装置３内に圧縮空気をパルス的にジェット噴射して、ろ過式集塵装置３内のろ布表面の付着物を払い落とす払落し処理を行うようにすることが好ましい。

この実施形態では、さらに、排ガス中に含まれる水蒸気を分離して再利用するために、中空糸膜の水蒸気分離膜１０、復水装置２０、回収水再利用装置３０、バイナリー発電機４０などを備えている。

水蒸気分離膜１０は、ろ過式集塵装置３の下流側の煙道６、具体的には誘引通風機４から煙突５までの煙道６に設けられていて、当該煙道６を通過する排ガス中の水蒸気を選択的に分離するものである。

この煙道６には、水蒸気分離膜１０をバイパスするようにバイパス通路１１が設けられている。このバイパス通路１１には、当該バイパス通路１１を通過する排ガスの通過量を制御するバイパスダンパ１２が設けられている。

復水装置２０は、水蒸気を冷却して水に戻すものであって、水蒸気回収路２１、熱交換器２２、温水タンク２３、循環ポンプ２４、熱交換通路２５等を備えている。

水蒸気回収路２１は、水蒸気分離膜１０と下記回収水再利用装置３０の復水タンク３１とを連通するように設けられている。熱交換器２２は、水蒸気回収路２１に近接配置されていて、水蒸気回収路２１を通過する水蒸気から熱交換する。循環ポンプ２４は、温水タンク２３内の温水を当該温水タンク２３と熱交換器２２との間で循環させるものである。循環ポンプ２４は、熱交換通路２５において温水タンク２３の吐出側に配置されている。

回収水再利用装置３０は、復水装置２０で復水した水を排ガス冷却装置２の冷却水として再利用するものであって、復水タンク３１、第１給水路３２、第２給水路３３、第１ポンプ３４、第２ポンプ３５等を備えている。

バイナリー発電機４０は、水蒸気分離膜１０で分離される水蒸気の熱を利用して発電するものであって、循環路４１、供給ポンプ４２等を備えている。

具体的に、バイナリー発電機４０は、温水タンク２３内の温水によりバイナリー発電機４０間の媒体を加熱、蒸発させて、その蒸気で不図示のタービンを回すことにより、前記水蒸気と前記温水との間の熱サイクルを利用して発電するバイナリーサイクル発電と呼ばれるものである。供給ポンプ４２は、循環路４１において温水タンク２３の吐出側に配置されている。

なお、バイパスダンパ１２、循環ポンプ２４、第１ポンプ３４、第２ポンプ３５ならびに供給ポンプ４２は不図示の制御装置により制御される。

次に、この実施形態に係る排ガス処理装置による排ガス処理方法を説明する。

ごみ焼却運転では、焼却炉１内に一次燃焼空気を供給することにより廃棄物を焼却し、さらにこの焼却に伴い上昇する燃焼ガスに二次燃焼空気を供給することにより、前記燃焼ガスを再燃焼させるようにしている。

この焼却炉１から排出される高温の排ガスは、排ガス冷却装置２において冷却水と接触させることにより例えば２００℃以下に減温されてから、ろ過式集塵装置３に導入される排ガス中の酸性ガスや煤塵等が除去され、煙突５から大気へ放出される。

このような排ガス処理過程において、ろ過式集塵装置３の下流側の煙道６を通過する排ガスを、必要に応じた量だけ水蒸気分離膜１０に導入させることにより、当該排ガス中の水蒸気を分離する（水蒸気分離処理）。これにより、煙突５から白煙が放出されることが抑制または防止されることになる。

なお、前記水蒸気分離処理では、必要に応じて水蒸気分離膜１０に導入される排ガス量をバイパスダンパ１２により制御することにより、水蒸気の分離（回収）量を調整することが可能になっている。

そして、水蒸気分離膜１０で分離された水蒸気は、復水装置２０により凝縮されることにより水に戻される（復水処理）。

この復水処理では、水蒸気分離膜１０で分離された水蒸気が水蒸気回収路２１を経て復水タンク３１へ搬送されるが、この過程で水蒸気回収路２１内を通過する水蒸気の熱が熱交換器２２および熱交換通路２５内を循環する温水に伝達されることになり、当該温水が加熱される。

このような復水過程において例えば１６０℃〜１８０℃の水蒸気が例えば８０℃以下に減温された水（温水）となるので、この水が復水タンク３１内に搬送されて貯留されることになる。その一方で、前記加熱された温水の熱がバイナリー発電機４０で電力に変換されることになる。

この復水タンク３１内に貯留される水は、必要に応じて排ガス冷却装置２の冷却水ならびに排ガス処理装置を備えるプラント用水として再利用される（回収水再利用処理）。

この回収水再利用処理では、必要に応じて第１ポンプ３４を作動させることにより第１給水路３２を経て排ガス冷却装置２に冷却水として供給することができる他、必要に応じて第２ポンプ３５を作動させることにより第２給水路３３を経て前記プラント用水として供給することができる。なお、第１給水路３２の途中には分岐路３６が設けられており、この分岐路３６から焼却炉１に前記復水タンク３１内の冷却水を供給可能としている。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、高温の排ガスに排ガス冷却装置２により冷却水を噴射することにより減温し、ろ過式集塵装置３を通過した排ガス中の水蒸気を分離し、この分離した水蒸気を水に戻して、この水を排ガス冷却装置２の冷却水として再利用するようにしている。

これにより、煙突５から白煙が放出されることがなくなるだけでなく、前記冷却水として水道水あるいは井水等の使用量を削減できるようになるので、購入する費用を低減できるようになる等、冷却コストの低減に貢献できるようになる。その結果として排ガス処理コストを低減することが可能になるとともに、渇水期にも燃焼に伴い発生する水蒸気で冷却水をまかなえるため、焼却炉の運転を停止することなく継続できる。

また、上記実施形態では、必要に応じて排ガス中の水蒸気を水に戻す量を調整することができるから、余剰水の発生を回避できるようになる。

さらに、上記実施形態では、復水装置２０で復水した水の熱（潜熱＋顕熱）をバイナリー発電機４０で電力に変換するようにしているから、例えば本発明に係る排ガス処理装置や当該排ガス処理装置を備えるプラント内で使用する電力を電力会社から購入する費用を削減できるようになる等、排ガス処理コストの低減に貢献できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、水蒸気分離膜１０で分離した水蒸気の熱を利用してバイナリー発電機４０で発電させるようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばバイナリー発電機４０を無くした構成とすることも可能である。

（２）上記実施形態では、復水タンク３１内に貯留する水を排ガス処理施設用水として再利用するようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではない。例えば復水タンク３１内に貯留する水を排ガス処理施設用水として再利用せずに排ガス冷却装置２の冷却水としてのみ再利用する構成とすることも可能であり、また、災害時にはできる限りの水蒸気を分離することで生活用水として利用することが可能である。

（３）上記実施形態では、排ガスから水蒸気を分離する量を調整可能とするようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばバイパス通路１１およびバイパスダンパ１２を無くした構成とすることも可能である。

（４）上記実施形態では、第１給水路３２の途中に分岐路３６を設けた例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば分岐路３６を無くした構成とすることも可能である。

本発明は、排ガス処理装置ならびに排ガス処理方法に好適に利用することが可能である。

１ 焼却炉
２ 排ガス冷却装置
３ ろ過式集塵装置
４ 誘引通風機
５ 煙突
６ 煙道
７ 薬剤供給装置
１０ 水蒸気分離膜
１１ バイパス通路
１２ バイパスダンパ
２０ 復水装置
２１ 水蒸気回収路
２２ 熱交換器
２３ 温水タンク
２４ 循環ポンプ
２５ 熱交換通路
３０ 回収水再利用装置
３１ 復水タンク
３２ 第１給水路
３３ 第２給水路
３４ 第１ポンプ
３５ 第２ポンプ
３６ 分岐路
４０ バイナリー発電機
４１ 循環路
４２ 供給ポンプ

Claims (6)

1. 廃棄物の焼却炉から排出される高温の排ガスに冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、
   この排ガス冷却装置を通過した排ガスを浄化するろ過式集塵装置と、
   このろ過式集塵装置を通過した排ガスを大気に放出する煙突と、
   前記ろ過式集塵装置に排ガスに含まれる酸性ガスを中和する中和薬剤を供給する薬剤供給装置と、を備える排ガス処理装置であって、
   前記ろ過式集塵装置の下流側の煙道に設けられかつ当該煙道を通過する排ガス中の水蒸気を分離する中空糸膜の水蒸気分離膜と、
   この水蒸気分離膜で分離した水蒸気を水に戻す復水装置と、
   この復水装置で復水した水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用する回収水再利用装置と、
   を備えていることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 請求項１に記載の排ガス処理装置において、
   前記煙道に前記水蒸気分離膜をバイパスするように設けられるバイパス通路と、
   このバイパス通路に設けられて排ガスの通過量を制御するバイパスダンパと、
   このバイパスダンパを制御する制御装置と、をさらに備えていることを特徴とする排ガス処理装置。
3. 請求項１または２に記載の排ガス処理装置において、
   前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気の潜熱を回収する熱交換器と、この熱交換器で回収した熱を利用して発電するバイナリー発電機をさらに備えている、ことを特徴とする排ガス処理装置。
4. 廃棄物の焼却炉から排出される高温の排ガスに排ガス冷却装置で冷却水を噴射することにより減温し、この減温した排ガス中の酸性ガスを薬剤供給装置から供給される中和薬剤により除去するとともに当該排ガス中の煤塵をろ過式集塵装置により除去し、この排ガスを煙突から大気に放出する排ガス処理方法であって、
   前記ろ過式集塵装置を通過した排ガス中の水蒸気を中空糸膜の水蒸気分離膜で分離する水蒸気分離処理と、
   この分離した水蒸気を復水装置により水に戻す復水処理と、
   この復水した水を前記排ガス冷却装置の冷却水として再利用する回収水再利用処理と、を実行することを特徴とする排ガス処理方法。
5. 請求項４に記載の排ガス処理方法において、
   前記水蒸気分離処理では、必要に応じて前記水蒸気分離膜に導入される排ガス量を制御することにより水蒸気の分離（回収）量が調整可能とされる、ことを特徴とする排ガス処理方法。
6. 請求項４または５に記載の排ガス処理方法において、
   前記水蒸気分離処理で分離した水蒸気の潜熱を回収し、この回収した熱を利用してバイナリー発電機により発電させる発電処理を、さらに実行することを特徴とする排ガス処理方法。

Images