JP2019181361A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、白煙の放出を抑制しつつ、再加熱装置及び触媒反応塔を要せずに低コストで窒素酸化物を除去することが可能なガス処理装置を説明する。【解決手段】ガス処理装置は、廃棄物処理炉から導入され且つ窒素酸化物を含むガスに還元剤を供給して、ガス中の窒素酸化物を無触媒脱硝するように構成された反応室と、反応室から排出された反応後ガスに随伴する粉粒体を反応後ガスから分離するように構成された集塵機とを含む。集塵機は、入口及び出口を含む筐体と、筐体内に配置され且つ粉粒体を捕集するように構成された集塵フィルタと、筐体内に配置され且つ反応後ガス中の窒素酸化物を還元剤と反応させるように構成された脱硝触媒とを含む。脱硝触媒は、入口から筐体内に導入された反応後ガスが集塵フィルタを通過した後に脱硝触媒を通過するように、集塵フィルタよりも出口側に位置している。【選択図】図１

Description

本開示は、ガス処理装置に関する。

ごみなどの廃棄物の処理を行う廃棄物処理設備は、溶融炉や焼却炉などの廃棄物処理炉から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去して、ＮＯｘ濃度を規制値以下とするための脱硝装置を備える。脱硝装置による脱硝方法としては、触媒を用いない無触媒脱硝（ＳＮＣＲ）と、触媒を用いる触媒脱硝（ＳＣＲ）とが知られている。

無触媒脱硝は、排ガス中に還元剤（例えば、アンモニア、尿素等）を噴霧して窒素酸化物と化学反応させることにより、ＮＯｘを窒素と水とに分解して、窒素酸化物濃度を低減させる手法である。この場合、触媒を用いないので設備のコストを抑制できるが、窒素酸化物との反応効率が比較的低い。そのため、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアが煙突に向けてリークして、酸性ガスと反応し、設備の煙突から煤塵を含む白煙が放出されてしまう場合がある。

一方、触媒脱硝は、触媒上で還元剤とＮＯｘとの反応を生じさせることにより、窒素酸化物を窒素と水とに分解して、窒素酸化物濃度を低減させる手法である。この場合、脱硝効率は、反応温度に大きく依存するので、ボイラから排出され且つ触媒に供給される前の排ガスを予め加熱する必要がある。そのため、煙突からの白煙の放出を抑制できるが、再加熱機器の設置のためのコストが生ずる。特に、ボイラで回収された熱エネルギーの一部を排ガスの再加熱に用いる場合には、設備全体としての熱回収効率の低下に繋がりうる。

そこで、特許文献１は、無触媒脱硝と触媒脱硝とを組み合わせた排ガス処理装置を開示している。当該排ガス処理装置は、ごみ焼却炉から排出された排ガスに対して尿素水を供給するように構成されたボイラと、ボイラから排出された排ガスに含まれる煤塵を除去するように構成された集塵機と、集塵機から排出された排ガスを、ボイラからのリークアンモニアを利用して触媒上で脱硝するように構成された触媒反応塔とを備える。

特開平６−２６９６３４号公報

しかしながら、無触媒脱硝と触媒脱硝とを組み合わせた排ガス処理装置においても、依然として、触媒反応塔に導入される排ガスを再加熱していた。

そこで、本開示は、白煙の放出を抑制しつつ、再加熱装置及び触媒反応塔を要せずに低コストで窒素酸化物を除去することが可能なガス処理装置を説明する。

例１．本開示の一つの例に係るガス処理装置は、廃棄物処理炉から導入され且つ窒素酸化物を含むガスに還元剤を供給して、ガス中の窒素酸化物を無触媒脱硝するように構成された反応室と、反応室から排出された反応後ガスに随伴する粉粒体を反応後ガスから分離するように構成された集塵機とを含む。集塵機は、入口及び出口を含む筐体と、筐体内に配置され且つ粉粒体を捕集するように構成された集塵フィルタと、筐体内に配置され且つ反応後ガス中の窒素酸化物を還元剤と反応させるように構成された脱硝触媒とを含む。脱硝触媒は、入口から筐体内に導入された反応後ガスが集塵フィルタを通過した後に脱硝触媒を通過するように、集塵フィルタよりも出口側に位置している。

この場合、集塵機の上流側の反応室内で無触媒脱硝が行われているので、ガスからある程度の窒素酸化物が除去される。そのため、下流側での触媒脱硝に際して反応後ガスから除去すべき窒素酸化物の量が少なくてすむので、脱硝触媒のサイズを小さくすることができる。これにより、集塵フィルタと同じ集塵機内に脱硝触媒を配置することが実現される。

加えて、集塵フィルタと同じ集塵機内で、集塵フィルタの下流側に脱硝触媒が位置している。そのため、集塵機に導入された反応後ガスは、集塵フィルタを通過した後に直ちに脱硝触媒を通過する。従って、集塵フィルタと脱硝触媒との間でガスの温度低下が生じ難い。上記のとおり、触媒脱硝における脱硝効率は反応温度に大きく依存するので、反応後ガスの再加熱のための他の機器を必要とすることなく、脱硝触媒における反応効率を高めることが可能となる。

例２．例２の装置は、反応室と集塵機との間の反応後ガスの流路に消石灰を供給するように構成された供給部をさらに含んでいてもよい。この場合、反応後ガスに含まれる酸性ガスが消石灰と反応するので、酸性ガスの濃度を低減することが可能となる。

例３．例２の装置において、集塵機の入口から導入される反応後ガスの温度が１８０℃〜１９０℃の範囲内に設定されていてもよい。消石灰による酸性ガスの除去効率は、温度が高いほど低下する傾向にある。一方、触媒脱硝における脱硝効率は、温度が高いほど高まる傾向にある。例３における温度範囲によれば、消石灰による酸性ガスの除去と、脱硝触媒における脱硝反応とを共に高効率で行うことが可能となる。

例３．例１〜例３のいずれかの装置は、反応後ガスの温度を調節可能に構成された温調部と、集塵機の入口から導入される反応後ガスの温度を測定するセンサと、センサで測定される温度が所定範囲内となるように温調部を制御する制御部とをさらに含んでいてもよい。この場合、集塵機に導入される反応後ガスの温度が、制御部により自動的に所定範囲内に制御される。そのため、ガス処理装置の稼働中、脱硝触媒による脱硝効率の変動を抑制することが可能となる。

本開示に係るガス処理装置及びガス処理方法によれば、白煙の放出を抑制しつつ、再加熱装置及び触媒反応塔を要せずに低コストで窒素酸化物を除去することが可能となる。

図１は、本実施形態に係る廃棄物処理設備の一例を示す模式図である。 図２は、集塵機を一部破断して示す斜視図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

以下に説明される本開示に係る実施形態は本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下の内容に限定されるべきではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［廃棄物処理設備の全体構成］
まず、図１を参照して、廃棄物処理設備１の全体構成について説明する。廃棄物処理設備１は、ガス化溶融炉１０（廃棄物処理炉）と、燃焼室１２（反応室；ガス処理装置）と、ボイラ１４（ガス処理装置）と、集塵機１６（ガス処理装置）と、誘引通風機１８と、煙突２０とを備える。

ガス化溶融炉１０は、高温還元雰囲気で廃棄物を処理して、資源化可能な溶融スラグを産出する機能を有する。ガス化溶融炉１０は、クレーン２２によって塔頂部から投入された廃棄物をコークスと共に乾燥及び熱分解し、熱分解された廃棄物の灰分等を高温で溶融する。熱分解により生じた可燃性ガスは、下流側の燃焼室１２に向けて排出される。

燃焼室１２は、ガス化溶融炉１０から排出された可燃性ガスを完全燃焼する機能を有する。これにより、可燃性ガスに含まれるダイオキシン類が分解される。燃焼室１２の下流側部分には、還元剤の噴霧装置２４が接続されている。噴霧装置２４は、還元剤（例えば、尿素、アンモニア水）を燃焼室１２内に噴霧するように構成されている。これにより、可燃性ガスに含まれる窒素酸化物が還元剤と化学反応して、窒素酸化物が分解される。すなわち、燃焼室１２は、窒素酸化物を無触媒脱硝する機能も有する。還元剤と反応したガス（反応後ガス）は、下流側のボイラ１４に向けて排出される。

ボイラ１４は、燃焼室から排出された反応後ガスの熱エネルギーを回収する機能を有する。ボイラ１４には、蒸気発電システム２６が設けられている。蒸気発電システム２６は、例えば、ボイラ１４と、タービン２６ａと、復水器２６ｂと、発電機２６ｃと、給水源２６ｄ（温調部）とを含み、これらが配管で接続されることにより構成されている。当該配管は、一部がボイラ１４内を通過し、残部がボイラ１４外に位置している。

給水源２６ｄから配管に供給された水は、配管を通じてボイラ１４内を流通し、ボイラ１４内の反応後ガスと熱交換して蒸気となる。蒸気は、配管を通じてタービン２６ａに導入され、タービン２６ａを回転させる。これにより、タービン２６ａに接続された発電機２６ｃにおいて発電が行われる。タービン２６ａを通過した蒸気は、配管を通じて復水器２６ｂに導入されて水に戻され、再び配管を通じてボイラ１４内に導入される。ボイラ１４における熱交換により冷却された反応後ガスは、下流側の集塵機１６に向けて排出される。

集塵機１６は、ボイラ１４から排出された反応後ガスに随伴する粉粒体を捕集する機能を有する。集塵機１６の詳細な構成については、後述する。

ボイラ１４と集塵機１６とを接続するガスの流路Ｄには、温度センサ２８（センサ）が設置されている。温度センサ２８は、流路Ｄを流通するガスの温度を測定するように構成されている。温度センサ２８において測定された温度データは、コントローラ３０（制御部）に送信される。コントローラ３０は、当該温度データが所定の範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいてバルブ３２（温調部）の開度を制御する。

バルブ３２の開度に応じて、蒸気発電システム２６を循環する水の量が増加又は減少すると、それに伴い、ボイラ１４における反応後ガスの冷却量が減少又は増加する。すなわち、集塵機１６に導入される反応後ガスの温度が調節される。集塵機１６に導入される反応後ガスの温度は、コントローラ３０によるバルブ３２の開度制御により、例えば、１８０℃〜１９０℃の範囲内となるように調節されてもよいし、１８０℃〜１８５℃の範囲内となるように調節されてもよい。

ボイラ１４と集塵機１６とを接続するガスの流路Ｄには、消石灰の供給装置３４（供給部）が接続されている。供給装置３４は、流路Ｄに消石灰を供給するように構成されている。この消石灰は、反応後ガスに随伴する酸性ガス（例えば、ＨＣｌガス及びＳＯｘガス）の除去に供される。

誘引通風機１８は、集塵機１６において除塵された反応後ガスを煙突２０に向けて送気し、煙突２０から排ガスとして外部に放出する。

［集塵機の構成］
続いて、図２及び図３を参照して、集塵機１６の詳細な構成について説明する。集塵機１６は、筐体３６と、ホッパ３８と、集塵フィルタ４０と、脱硝触媒４２とを含む。

筐体３６は、略直方体形状を呈しており、底壁３６ａと、天壁３６ｂと、前壁３６ｃと、後壁３６ｄと、側壁３６ｅ，３６ｆとを含む。筐体３６内には、仕切壁Ｗ１〜Ｗ５が配置されており、これらの仕切壁Ｗ１〜Ｗ５により前室Ｒ１と、集塵室Ｒ２と、中間室Ｒ３と、脱硝室Ｒ４とが区画されて設けられている。

前室Ｒ１は、底壁３６ａと、前壁３６ｃと、側壁３６ｅと、仕切壁Ｗ１，Ｗ２とで画定されている。仕切壁Ｗ１は、底壁３６ａから上方に向けて、側壁３６ｅ，３６ｆと略平行に延びている。仕切壁Ｗ２は、側壁３６ｅから仕切壁Ｗ１の上端に向けて、底壁３６ａ及び天壁３６ｂと略平行に延びており、仕切壁Ｗ１の上端と接続されている。前室Ｒ１を構成する側壁３６ｅには、流路Ｄが接続されている。そのため、ボイラ１４から排出された反応後ガスは、集塵機１６に送気されると、まず前室Ｒ１に入る（図２の矢印Ａｒ１参照）。

集塵室Ｒ２は、後壁３６ｄと、側壁３６ｅ，３６ｆと、仕切壁Ｗ３，Ｗ４とで画定されている。仕切壁Ｗ３は、仕切壁Ｗ２と略同等の高さ位置において、天壁３６ｂと略平行に延びている。仕切壁Ｗ３の周縁は、後壁３６ｄ、側壁３６ｅ，３６ｆ、仕切壁Ｗ１の上端及び仕切壁Ｗ２の後端と接続されている。仕切壁Ｗ４は、側壁３６ｆから仕切壁Ｗ１の後端に向けて、前壁３６ｃ及び後壁３６ｄと略平行に延びており、仕切壁Ｗ１の後端と接続されている。

一方、集塵室Ｒ２と前室Ｒ１との間には、これらを閉塞する壁が設けられていない。そのため、前室Ｒ１から集塵室Ｒ２へと反応後ガスが流通可能である（図３の矢印Ａｒ２参照）。集塵室Ｒ２の下端には、当該下端を閉塞する壁に代えて、ホッパ３８が設けられている。そのため、集塵室Ｒ２はホッパ３８と連通している。ホッパ３８は、集塵フィルタ４０から払い落とされた煤塵を貯留する機能を有する。

中間室Ｒ３は、天壁３６ｂと、後壁３６ｄと、側壁３６ｅ，３６ｆと、仕切壁Ｗ３，Ｗ５とで画定されている。仕切壁Ｗ５は、仕切壁Ｗ３の前縁から天壁３６ｂへと、前壁３６ｃ及び後壁３６ｄと略平行に延びている。仕切壁Ｗ５の一部には、開口部Ｗ５ａが設けられている（図３参照）。開口部Ｗ５ａは、仕切壁Ｗ５に対応する領域に位置している。そのため、反応後ガスは、開口部Ｗ５ａを通じて中間室Ｒ３から脱硝室Ｒ４へと流通可能である（図２及び図３の矢印Ａｒ３参照）。

脱硝室Ｒ４は、天壁３６ｂと、側壁３６ｅ，３６ｆと、仕切壁Ｗ１，Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５とで画定されている。すなわち、脱硝室Ｒ４は、正面から見て略Ｌ字状を呈している。脱硝室Ｒ４の下端は、下方に向けて開放された出口であり、誘引通風機１８を介して煙突２０に接続されている。そのため、反応後ガスは、脱硝室Ｒ４の出口から集塵機１６の外部に排出され、煙突２０へと流通可能である（図２の矢印Ａｒ４，Ａｒ５）。

集塵フィルタ４０は、集塵室Ｒ２を流通する反応後ガスに随伴する粉粒体を捕集するが、反応後ガス自体は流通するように構成されている。集塵フィルタ４０は、例えば、バグフィルタであってもよいし、セラミックフィルタであってもよい。図２及び図３は、集塵フィルタ４０がバグフィルタである形態を例示している。この場合、有底円筒状の多数のバグフィルタの上部が、仕切壁Ｗ３に設けられている多数の貫通孔に一つずつ固定される。すなわち、多数のバグフィルタが、仕切壁Ｗ３から吊り下げられるように仕切壁Ｗ３に取り付けられる。

脱硝触媒４２は、反応後ガス中の窒素酸化物を還元剤との反応により脱硝する機能を有する。脱硝触媒４２では、燃焼室１２からのリークアンモニアが還元剤として利用される。脱硝触媒４２は、脱硝室Ｒ４内において、開口部Ｗ５ａを閉塞するように設けられている。

［作用］
上記の本実施形態では、集塵機１６の上流側の燃焼室１２内で無触媒脱硝が行われているので、ガスからある程度の窒素酸化物が除去される。そのため、下流側での触媒脱硝に際して反応後ガスから除去すべき窒素酸化物の量が少なくてすむので、脱硝触媒４２のサイズを小さくすることができる。これにより、集塵フィルタ４０と同じ集塵機１６内に脱硝触媒４２を配置することが可能となる。

上記の実施形態では、集塵フィルタ４０と同じ集塵機１６内で、集塵フィルタ４０の下流側に脱硝触媒４２が位置している。そのため、集塵機１６に導入された反応後ガスは、集塵フィルタ４０を通過した後に直ちに脱硝触媒４２を通過する。従って、集塵フィルタ４０と脱硝触媒４２との間でガスの温度低下が生じ難い。この場合、触媒脱硝における脱硝効率は反応温度に大きく依存するので、反応後ガスの再加熱のための他の機器を必要とすることなく、脱硝触媒４２における反応効率を高めることが可能となる。

上記の実施形態では、集塵フィルタ４０と同じ集塵機１６内で、集塵フィルタ４０の下流側に脱硝触媒４２が位置している。そのため、集塵フィルタ４０を通過することで流速が遅くなった状態の反応後ガスが脱硝触媒４２に到達する。従って、反応後ガスが脱硝触媒４２に接触する時間が十分に確保されるので、脱硝触媒４２における反応効率をさらに高めることが可能となる。

上記の実施形態では、供給装置３４が、燃焼室１２と集塵機１６との間の反応後ガスの流路Ｄに消石灰を供給するように構成されている。そのため、反応後ガスに含まれる酸性ガスが消石灰と反応するので、触媒の被毒原因となる酸性ガスの濃度を低減することが可能となる。

上記の実施形態では、コントローラ３０によるバルブ３２の開度制御により、集塵機１６の入口から導入される反応後ガスの温度が所定範囲内となるよう調節している。すなわち、反応後ガスの温度調節が自動化される。そのため、廃棄物処理設備１の稼働中、脱硝触媒４２による脱硝効率の変動を抑制することが可能となる。

ところで、消石灰による酸性ガスの除去効率は、温度が高いほど低下する傾向にある。一方、脱硝触媒４２における脱硝効率は、温度が高いほど高まる傾向にある。そのため、集塵機１６の入口から導入される反応後ガスの温度が例えば１８０℃〜１９０℃の範囲内に設定されてもよい。この場合、消石灰による酸性ガスの除去と、脱硝触媒４２における脱硝反応とを共に高効率で行うことが可能となる。

［変形例］
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、集塵機１６内において、脱硝触媒４２は集塵フィルタ４０の下流側に配置されていればよい。すなわち、集塵フィルタ４０を通過した反応後ガスが全て脱硝触媒４２に導かれるのであれば、集塵フィルタ４０、脱硝触媒４２、各仕切壁及び筐体３６内の各室の位置関係は上記の実施形態に限られない。

１…廃棄物処理設備、１０…ガス化溶融炉（廃棄物処理炉）、１２…燃焼室（反応室；ガス処理装置）、１４…ボイラ（ガス処理装置）、１６…集塵機（ガス処理装置）、２６…蒸気発電システム、２６ｄ…給水源（温調部）、２８…温度センサ（センサ）、３０…コントローラ（制御部）、３２…バルブ（温調部）、３４…供給装置（供給部）、３６…筐体、４０…集塵フィルタ、４２…脱硝触媒、Ｄ…流路。

Claims (4)

1. 廃棄物処理炉から導入され且つ窒素酸化物を含むガスに還元剤を供給して、前記ガス中の窒素酸化物を無触媒脱硝するように構成された反応室と、
   前記反応室から排出された反応後ガスに随伴する粉粒体を前記反応後ガスから分離するように構成された集塵機とを含み、
   前記集塵機は、
   入口及び出口を含む筐体と、
   前記筐体内に配置され且つ前記粉粒体を捕集するように構成された集塵フィルタと、
   前記筐体内に配置され且つ前記反応後ガス中の窒素酸化物を還元剤と反応させるように構成された脱硝触媒とを含み、
   前記脱硝触媒は、前記入口から前記筐体内に導入された前記反応後ガスが前記集塵フィルタを通過した後に前記脱硝触媒を通過するように、前記集塵フィルタよりも前記出口側に位置している、ガス処理装置。
2. 前記反応室と前記集塵機との間の前記反応後ガスの流路に消石灰を供給するように構成された供給部をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記集塵機の前記入口から導入される前記反応後ガスの温度が１８０℃〜１９０℃の範囲内に設定されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記反応後ガスの温度を調節可能に構成された温調部と、
   前記集塵機の前記入口から導入される前記反応後ガスの温度を測定するセンサと、
   前記センサで測定される温度が所定範囲内となるように前記温調部を制御する制御部とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。

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