JP2020020503A

JP2020020503A - 廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法

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Publication number: JP2020020503A
Application number: JP2018143084A
Authority: JP
Inventors: 達之下川; Tatsuyuki Shimokawa
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-07-31
Also published as: JP6695391B2

Abstract

【課題】廃棄物焼却炉及びボイラを備える廃棄物焼却設備に対して、長期間にわたって安定して、窒素酸化物の排出量を低減させつつ（脱硝反応を生じさせつつ）、ボイラの伝熱管に生じる腐食を低減する方法を提供する。【解決手段】この廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法は、検出工程と、補正工程と、供給工程と、を含む。検出工程では、燃焼室２から排出されて伝熱管３１及び集じん器６を通過した排ガスに含まれる塩化水素濃度の変化傾向を検出する。補正工程では、検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて、脱硝及び伝熱管３１の腐食低減のために供給する硫酸アンモニウムの補正量を算出する。供給工程では、硫酸アンモニウムの基本供給量を補正量で補正した確定供給量の硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４へ供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、廃棄物焼却炉及びボイラを備える廃棄物焼却設備に対して、窒素酸化物の排出量を低減させつつ、ボイラの伝熱管に生じる腐食を低減する方法に関する。

従来から、廃棄物焼却炉で発生した排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するために、尿素等の薬剤を炉内に供給する方法が用いられている。また、廃棄物焼却炉の熱を回収するボイラの伝熱管の腐食を低減するために、硫黄化合物等の腐食低減剤を炉内に供給する方法が用いられている。

特許文献１には、窒素酸化物の排出量を低減するための薬剤として、尿素水溶液又はアンモニア水溶液を用いることが記載されている。

特許文献２には、ボイラの伝熱管の腐食を低減するために、硫酸アンモニウム等の硫黄含有化合物を用いることが記載されている。特許文献２には、硫酸アンモニウムを用いることで、更に、窒素酸化物の排出量を低減できることが記載されている。また、特許文献２には、燃焼室を通過してボイラの過熱器管（伝熱管）へ向かう排ガスに含まれるＮａＣｌガス濃度又はＫＣｌガス濃度を測定し、濃度の測定結果に基づいて硫黄含有化合物の供給量を調整することが記載されている。

特開２００２−１３６８３７号公報特開２０１６−１１８１３号公報

しかし、特許文献１の方法は、窒素酸化物の排出量を低減することしかできず、ボイラの伝熱管の腐食を低減することはできない。

特許文献２の方法は、窒素酸化物の排出量低減とボイラの伝熱管の腐食低減の両方を実現できる。しかし、特許文献２では、バグフィルタ等の集じん器で浄化される前の排ガスに含まれるＮａＣｌガス濃度等を測定するため、測定装置が汚染され易くなり、長期間にわたって安定して測定を行うことが困難となる。更に、特許文献２では、ＮａＣｌガス濃度又はＫＣｌガス濃度を測定することは記載されているが、他の塩素化合物を計測することについては記載されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、廃棄物焼却炉及びボイラを備える廃棄物焼却設備に対して、長期間にわたって安定して、窒素酸化物の排出量を低減させつつ（脱硝反応を生じさせつつ）、ボイラの伝熱管に生じる腐食を低減する方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法が提供される。この方法は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンを有する燃焼室と、当該燃焼室で発生した熱を回収する伝熱管を有するボイラと、前記燃焼室で発生した排ガスを浄化する集じん器と、を備える廃棄物焼却設備に対して行われる。この廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法は、検出工程と、補正工程と、供給工程と、を含む。前記検出工程では、前記燃焼室から排出されて前記伝熱管及び前記集じん器を通過した排ガスに含まれる塩化水素濃度の変化傾向を検出する。前記補正工程では、前記検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて、脱硝及び伝熱管の腐食低減のために供給する硫酸アンモニウムの補正量を算出する。前記供給工程では、硫酸アンモニウムの基本供給量を前記補正量で補正した確定供給量の硫酸アンモニウムを前記二次燃焼ゾーンへ供給する。

これにより、硫酸アンモニウムは二次燃焼ゾーンで熱分解することでアンモニアが発生するため、このアンモニアにより窒素酸化物を還元することができる。また、硫酸アンモニウムから硫黄酸化物が生じるため、ボイラの伝熱管の近傍において、金属と酸基が結合した様々な種類の塩類の混合物である腐食性物質内の硫黄酸化物の塩類の割合が多くなる（反対に、塩素の塩類の割合が少なくなる）。その結果、腐食性物質の融点が上昇するため、腐食性物質が溶融塩として存在しにくくなるので、ボイラの伝熱管の腐食の進行を低減できる。特に、塩化水素濃度に基づいて硫酸アンモニウムの供給量を補正することで、塩素を含む塩類の発生量を考慮した妥当な量（即ち、腐食低減のために必要な量）の硫酸アンモニウムを供給できる。更に、集じん器を通過した排ガス中の塩化水素濃度を計測するため検出装置が汚染されにくいので、塩化水素濃度の検出を長期間にわたって安定して行うことができる。

本発明によれば、廃棄物焼却炉及びボイラを備える廃棄物焼却設備に対して、長期間にわたって安定して、窒素酸化物の排出量を低減させつつ（脱硝反応を生じさせつつ）、ボイラの伝熱管に生じる腐食を低減することができる。

本発明の方法を行う対象の焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。廃棄物焼却設備の機能ブロック図。硫酸アンモニウムの供給量を決定する処理を示すフローチャート。別の実施形態に係る廃棄物焼却設備の概略構成図。硫酸アンモニウムの供給量、硫酸／アンモニアの供給の有無及び供給量を決定する処理を示すフローチャート。

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、燃焼用気体、排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉（廃棄物焼却炉）１と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１の詳細な構成は後述する。

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の伝熱管３１（具体的には水管３１ａ及び過熱器管３１ｂ）で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１ａ及び過熱器管３１ｂで生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１ａ及び過熱器管３１ｂから供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

＜焼却炉の構成＞焼却炉１は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、燃焼室２に供給される。燃焼室２は、一次燃焼ゾーン１０と、二次燃焼ゾーン１４と、を含んでいる。一次燃焼ゾーン１０は、一次燃焼のための空間である。一次燃焼とは、投入された廃棄物を一次燃焼用気体（ｇａｓｆｏｒｐｒｉｍａｒｙｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）と反応させて燃焼させることである。一次燃焼用気体とは、一次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。また、一次燃焼により、ＣＯ等の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガス（ｆｌｕｅｇａｓａｆｔｅｒｐｒｉｍａｒｙｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が発生する。

一次燃焼ゾーン１０は、乾燥部１１と、燃焼部１２と、後燃焼部１３と、から構成されている。廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。

乾燥部１１は、焼却炉１に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した一次燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、一次燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

以上で説明したように、本実施形態の焼却炉１の一次燃焼ゾーン１０では、投入された廃棄物に対して、乾燥、燃焼、及び後燃焼が行われる。本実施形態の焼却炉１では、各構成段が明確に分かれているため、上記の３つの処理が段階的に行われる。なお、本発明は、様々な構成の焼却炉に適用可能である。例えば、本発明は、各構成段が明確に区分されていない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、乾燥段及び後燃焼段の少なくとも一方が存在しない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、火格子を備えない焼却炉、例えば、流動床式焼却炉又は固定床式焼却炉等にも適用可能である。

二次燃焼ゾーン１４は、二次燃焼のための空間である。二次燃焼とは、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼用気体と反応させて燃焼させることである。二次燃焼用気体とは、二次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。二次燃焼を行うことにより、燃焼完結性を進めることができる。二次燃焼ゾーン１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、一次燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、一次燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼ゾーン１４で燃焼される。

二次燃焼ゾーン１４には、硫酸アンモニウム供給装置５７によって硫酸アンモニウムが供給される。硫酸アンモニウム供給装置５７は、硫酸アンモニウムを貯留する貯留部と、硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４に向けて供給する供給経路と、を備える。硫酸アンモニウムは、窒素酸化物の排出量低減（脱硝）の機能と、ボイラ３０の伝熱管３１の腐食低減の機能と、を有する。以下、具体的に説明する。

初めに、窒素酸化物の排出量低減について説明する。硫酸アンモニウムは、高温である二次燃焼ゾーン１４に供給されることで熱分解し、アンモニア、硫黄酸化物（例えば二酸化硫黄）、窒素、及び水等が生成する。このアンモニアは、還元剤として作用するため、窒素酸化物を窒素に還元することができる。この方法は、脱硝触媒を用いずに脱硝を行うため、無触媒脱硝と称されている。

次に、ボイラ３０の伝熱管３１の腐食低減について説明する。伝熱管３１の腐食は、焼却炉１で発生した燃焼ガスによって生じる。具体的には、廃棄物には様々な金属、塩素化合物、及び硫黄化合物等が含まれるため、これらが反応して様々な種類の塩類が発生する。この様々な種類の塩類の混合物は、伝熱管３１を腐食させるため、以下では腐食性物質と称する。腐食性物質は、高温である二次燃焼ゾーン１４では融点を超えるので溶融状態となり、焼却炉１での燃焼で発生した燃焼ガスとともに下流側に流れる。その後、燃焼ガスが伝熱管３１との熱交換によって冷却されるに伴い、凝固点を下回った腐食性物質は凝固する。なお、腐食性物質が溶融状態で伝熱管３１に付着することで、この伝熱管３１の腐食が進行し易くなる。上述したように、硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４に供給することで、硫黄酸化物が発生する。その結果、燃焼ガスに含まれる硫黄酸化物の割合が高くなるため、腐食性物質内の硫黄酸化物の塩類の割合が高くなり、その結果、腐食性物質内の塩素の塩類の割合が低くなる。そして、硫黄酸化物の塩類は塩素の塩類の融点よりも高いため、塩素の塩類の割合が低い腐食性物質は混合物全体として見たときの融点が高くなる。そのため、塩素の塩類の割合が低い腐食性物質は、同じ温度条件でも溶融状態になりにくい。従って、溶融状態で伝熱管３１に付着する腐食性物質を減らすことができるので、伝熱管３１の腐食を低減できる。

なお、本実施形態の焼却炉１では二次燃焼ゾーン１４の下流端と、伝熱管３１が配置される領域の上流端と、が接続されている。そのため、腐食性物質が伝熱管３１に到達するまでの間に硫黄酸化物の塩類を増やすために、硫酸アンモニウムは、二次燃焼ゾーン１４の比較的上流側（例えば燃焼ガスの流れ方向の中央よりも上流側、又は、一次燃焼ゾーン１０で発生した火炎が二次燃焼ゾーン１４に到達している領域）に供給することが好ましい。

また、硫酸アンモニウムは、粉体、粒体、及び水溶液の何れの形態で供給してもよい。何れの形態で供給するかは、反応速度、取扱い性、金額、及び重量等を考慮して決定される。例えば反応速度に関しては、早い順に水溶液、粉体、粒体である。水溶液はイオン化しているため短時間で反応が生じる。一方で、粒体は表面積が粉体と比較して相対的に小さいため、反応が生じるまでの時間が長くなる。

以上により、硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４に供給することで、窒素酸化物の排出量低減と、ボイラ３０の伝熱管３１の腐食低減と、を実現できる。なお、硫酸アンモニウムの供給量を決定する処理については後述する。

二次燃焼で排出される高温の二次燃焼ガスは、上述したようにボイラ３０を通過した後に、排ガスとして排出される。焼却炉１から排出された排ガスは、下流側に配置されたろ過式の集じん器６で浄化される。また、排ガスが集じん器６に到達するまでの経路（煙道）には、排ガスに含まれる気体の有害物質（塩化水素、硫黄酸化物、及びダイオキシン類等）の濃度を低減するための薬剤が投入される。

また、この薬剤を投入するための構成として、廃棄物焼却設備１００は、薬剤タンク７と、バルブ８と、を備える。薬剤タンク７には、これらの有害物質を低減するための各種薬剤が貯留されている。バルブ８は、煙道へ供給される薬剤の量を調整する機構を有している。制御装置９０は、排ガスの性状の検出結果及び目標値等に基づいて、使用する薬剤の種類及び供給量を決定し、それに応じてバルブ８の開度を変更する制御を行う。

＜一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給＞気体供給装置５０は、燃焼室２内に気体（一次燃焼用気体、二次燃焼用気体）を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

一次空気供給部５１は、一次供給経路７１を介して燃焼室２に一次空気を供給する。一次供給経路７１は、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６、及び後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７にそれぞれ一次空気を供給するための経路である。一次供給経路７１には、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整する第１ダンパ８１と、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整する第２ダンパ８２と、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整する第３ダンパ８３と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第１ダンパ８１、第２ダンパ８２、及び第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

また、一次供給経路７１にヒータを設け、燃焼室２に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。また、上述のように、一次燃焼用気体には、循環排ガス及び混合ガスも含まれるため、それらが燃焼室２に供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、一次燃焼用気体は、一次燃焼ゾーン１０に下方から供給されるが、一次燃焼ゾーン１０の側方等から供給されてもよい。また、一次燃焼用気体は、一次燃焼に用いられるのであれば、一次燃焼ゾーン１０よりも上流側に供給されてもよい。

二次空気供給部５２は、二次供給経路７２を介して、二次空気を燃焼室２に供給する。具体的には、二次空気供給部５２は、焼却炉１の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給することで、二次燃焼ゾーン１４に二次空気を供給する。二次供給経路７２には、空気ガス保有空間１６及び絞り部１７の近傍に供給する二次空気の供給量を調整する第５ダンパ８５が設けられている。図２に示すように、第５ダンパ８５は制御装置９０によって制御されている。

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出されて集じん器６で浄化された排ガスの一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１に供給することで、焼却炉１内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、窒素酸化物の発生を抑えることができる。また、循環排ガス供給経路７３には、循環排ガスの供給量を調整する第４ダンパ８４が設けられている。図２に示すように、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。

＜各種センサ及び制御装置＞焼却炉１には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉１には、焼却炉内ガス温度センサ９１と、焼却炉出口ガス温度センサ９２と、ＣＯ濃度センサ９３と、窒素酸化物濃度センサ９４と、塩化水素濃度センサ９５と、硫黄酸化物濃度センサ９６と、が設けられている。

焼却炉内ガス温度センサ９１は、焼却炉１内（例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流）に配置されており、焼却炉内ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。焼却炉出口ガス温度センサ９２は、焼却炉１出口近傍（例えば二次燃焼ゾーン１４よりも下流かつボイラ３０よりも上流）に配置されており、焼却炉出口ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯ濃度センサ９３、窒素酸化物濃度センサ９４、塩化水素濃度センサ９５、及び硫黄酸化物濃度センサ９６は何れも集じん器６の下流に配置されており、それぞれ、ＣＯ濃度、窒素酸化物濃度、塩化水素濃度、及び硫黄酸化物濃度を検出して制御装置９０へ出力する。

なお、ＣＯ濃度センサ９３〜硫黄酸化物濃度センサ９６を、伝熱管３１が配置されている領域に設けることも不可能ではないが、この領域を流れる燃焼ガスは、集じん器６による浄化前であって、かつ、各種薬剤による有害物質の除去前であるため、各センサが汚染され易い。従って、これらのセンサをこの領域に設けた場合、長期間にわたって安定してデータを検出することが困難である。

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、焼却炉１全体を制御する。詳細には、制御装置９０は、上記のセンサで取得されたデータ、焼却炉１の仕様、各種データの目標値、及び予め設定された他のパラメータ等に基づいて、焼却炉１を制御する。例えば、制御装置９０は、第１ダンパ８１〜第５ダンパ８５を制御することで、各部に供給される気体の供給量を調整する。また、図２には示していないが、制御装置９０は、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３を制御することで、廃棄物の搬送速度を調整する。また、制御装置９０は、バルブ８を制御することで、有害物質を除去する薬剤の種類及び供給量を調整する。また、制御装置９０は、硫酸アンモニウム供給装置５７を制御することで、硫酸アンモニウムの供給量を調整する。

以下、硫酸アンモニウムの供給量を調整する処理について、図３を参照して説明する。図３は、硫酸アンモニウムの供給量を決定する処理を示すフローチャートである。

初めに、制御装置９０は、窒素酸化物濃度センサ９４及び塩化水素濃度センサ９５の検出結果に基づいて、それぞれ、窒素酸化物濃度及び塩化水素濃度の変化傾向を検出する（Ｓ１０１）。変化傾向とは、検出値が定常値と比較してどの程度大きいかを示す値である。

次に、制御装置９０は、塩化水素濃度の変化傾向に基づいて、硫酸アンモニウムの供給の補正量を算出し（Ｓ１０２）、硫酸アンモニウムの基本供給量に補正量を加えることで確定供給量を算出する（Ｓ１０３）。上述したように硫酸アンモニウムは窒素酸化物の排出量を低減する機能を有しているため、窒素酸化物を低減すべき量等に基づいて（例えば窒素酸化物濃度センサ９４の検出結果と目標値との差異等に基づいて）、供給すべき硫酸アンモニウムの量である基本供給量が定められている。なお、基本供給量は、窒素酸化物濃度センサ９４の検出値に加えて、焼却炉１に投入される廃棄物の性状に応じて定められていてもよい。あるいは、窒素酸化物濃度センサ９４の検出結果を考慮せずに基本供給量を定めてもよい。この場合、基本供給量は一定値であってもよい。

この基本供給量を補正量に応じて補正した値が確定供給量であり、この確定供給量の硫酸アンモニウムが二次燃焼ゾーン１４へ供給される。また、本実施形態では、塩化水素濃度の変化傾向に基づいて補正量が算出される。ここで、煙道を通過する排ガス中の塩化水素濃度は、時間遅れ及び薬剤による低減等の影響はあるが、二次燃焼ゾーン１４及び伝熱管３１の周囲等を通過する燃焼ガス中の塩化水素濃度と相関性がある。そして、燃焼ガス中の塩化水素濃度が高い場合、腐食性物質内の塩素の塩類の割合が高くなるため、腐食性物質の融点が低くなって溶融状態の腐食性物質が伝熱管３１に付着し易くなる。従って、燃焼ガス中の塩化水素濃度が高いほど、多量の硫酸アンモニウム（それに起因して発生する硫黄酸化物）を二次燃焼ゾーン１４に供給することが好ましい。従って、塩化水素濃度が大きくなるに連れて、制御装置９０によって算出される補正量が大きくなる。

次に、制御装置９０は、硫酸アンモニウム供給装置５７を制御して、ステップＳ１０３で算出した確定供給量の硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４へ供給する（Ｓ１０４）。また、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は所定の時間間隔で繰返し行われるため、塩化水素濃度の大きさに応じて補正された量の硫酸アンモニウムが二次燃焼ゾーン１４へ供給される。これにより、硫酸アンモニウムを供給するだけで、窒素酸化物の排出量を低減させつつ、ボイラ３０の伝熱管３１に生じる腐食を低減できる。また、硫酸アンモニウムを過剰に供給した場合は、アンモニア及び硫黄酸化物の少なくとも一方の発生量が増加する。しかし、本実施形態のように窒素酸化物濃度及び塩化水素濃度の両方を考慮して硫酸アンモニウムの確定供給量を決定することで、アンモニア及び硫黄酸化物の発生量を抑えつつ、上記の２つの効果を発揮できる。

また、本実施形態では、塩化水素濃度の変化傾向のみに基づいて補正量を算出したが、これに加えて、有害物質を除去する薬剤の供給量に更に基づいて補正量を算出してもよい。この薬剤の供給量が増加するに従って、塩化水素濃度センサ９５が検出する塩化水素濃度が低下するからである。また、薬剤の供給量に加えて又は代えて、更に硫黄酸化物濃度センサ９６が検出した硫黄酸化物濃度の変化傾向に基づいて補正量を算出してもよい。排ガス中の硫黄酸化物濃度が高くなるに連れて、腐食性物質内の硫黄酸化物の塩類の割合が高くなる傾向があるからである。そのため、排ガス中の硫黄酸化物濃度が高くなるに連れて、制御装置９０によって算出される補正量が小さくなる。従って、塩化水素濃度の変化傾向と硫黄酸化物濃度の変化傾向とを比較した結果に基づいて補正量が算出される。

次に、別の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。図４は、別の実施形態に係る廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。図５は、硫酸アンモニウムの供給量、硫酸／アンモニアの供給の有無及び供給量を決定する処理を示すフローチャートである。

上記実施形態では、窒素酸化物の排出量低減、及び、ボイラ３０の腐食低減のために、硫酸アンモニウムのみが供給される。これに代えて、本実施形態では、更に、硫酸（硫酸水溶液）又はアンモニア水（アンモニア水溶液）が供給されることがある。従って、本実施形態の焼却炉１は、図４に示すように、硫酸供給装置５８と、アンモニア水供給装置５９と、を更に備える。硫酸供給装置５８及びアンモニア水供給装置５９は、硫酸アンモニウム供給装置５７の近傍に配置されており、それぞれ硫酸及びアンモニア水を二次燃焼ゾーン１４へ供給する。また、硫酸供給装置５８は、硫酸を貯留する貯留部と、硫酸を供給する供給経路と、を備える。アンモニア水供給装置５９は、アンモニア水を貯留する貯留部と、アンモニア水を供給する供給経路と、を備える。

ここで、硫酸アンモニウムは、窒素酸化物の排出量低減とボイラ３０の腐食低減の両方の機能を有するが、例えば窒素酸化物の排出量低減のために供給量を増やせば、硫黄酸化物が過剰に供給されることになる（逆のパターンも起こり得る）。本実施形態では、それらを考慮して、硫酸及びアンモニア水を供給する。

具体的には、制御装置９０は、窒素酸化物濃度センサ９４、塩化水素濃度センサ９５、及び硫黄酸化物濃度センサ９６の検出結果に基づいて、それぞれ、窒素酸化物濃度、塩化水素濃度、及び硫黄酸化物濃度の変化傾向を検出する（Ｓ２０１）。次に、制御装置９０は、上記実施形態と同様に、塩化水素濃度の変化傾向に基づいて（あるいは硫黄酸化物濃度の変化傾向を更に用いて）硫酸アンモニウムの補正量及び確定供給量を算出する（Ｓ２０２，Ｓ２０３）。

次に、制御装置９０は、ステップＳ２０１での検出結果に基づいて、硫酸及びアンモニア水の供給の有無及び供給量を決定する（Ｓ２０４）。即ち、窒素酸化物の排出量低減のために供給すべきアンモニア量は、窒素酸化物濃度の変化傾向及び他のデータ等から算出できる。そして、ボイラ３０の腐食低減のために供給すべき硫黄酸化物量は、塩化水素濃度の変化傾向に基づいて（あるいは硫黄酸化物濃度の変化傾向を更に用いて）算出できる。そして、供給すべきアンモニア量と硫黄酸化物量のバランスが取れており、硫酸アンモニウムのみを供給するだけで大きな過不足が生じない場合は、硫酸アンモニウムのみが供給される。一方、供給すべき硫黄酸化物量がアンモニア量と比較して相対的に多い場合は硫酸アンモニウムに加えて硫酸が供給され、供給すべきアンモニア量が硫黄酸化物量と比較して相対的に多い場合は硫酸アンモニウムに加えてアンモニア水が供給される。硫酸／アンモニア水の供給量は、供給すべき硫黄酸化物量／アンモニア量から、硫酸アンモニウムによって供給される硫黄酸化物量／アンモニア量を減算した値である。

なお、アンモニア水の供給量は、窒素酸化物濃度の変化傾向と、硫酸アンモニウムの供給量と、に基づいて決定される。また、硫酸アンモニウムの供給量は、塩化水素濃度の変化傾向に基づいて決定される。従って、アンモニア水の供給量は、塩化水素濃度の変化傾向にも基づいて決定されることとなる。また、硫酸及びアンモニア水の供給量は、硫酸アンモニウムの補正量に基づいて決定されると把握することもできる。

次に、制御装置９０は、ステップＳ２０３で算出した確定供給量の硫酸アンモニウムを水溶液の形態で二次燃焼ゾーン１４に供給するとともに、ステップＳ２０４で決定した供給量の硫酸又はアンモニア水を二次燃焼ゾーン１４に供給する（Ｓ２０５）。

以上の処理を行うことで、窒素酸化物の排出量低減、ボイラ３０の腐食低減、アンモニアの排出量低減、及び硫黄酸化物の排出量低減の全てを同時に達成することができる。

なお、本実施形態の廃棄物焼却設備１００は、硫酸供給装置５８及びアンモニア水供給装置５９の両方を備える。これに代えて、廃棄物焼却設備１００は、硫酸供給装置５８及びアンモニア水供給装置５９の何れか一方のみを備える構成であってもよい。

また、本実施形態の廃棄物焼却設備１００では、硫酸アンモニウム供給装置５７、硫酸供給装置５８、及びアンモニア水供給装置５９が並べて配置されているが、二次燃焼ゾーン１４へ各物質を供給するのであれば、それぞれが離れた位置に配置されていてもよい。

以上に説明したように、本発明の観点によれば、以下の廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法が提供される。この方法は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン１０、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーン１４を有する燃焼室２と、当該燃焼室２で発生した熱を回収する伝熱管３１を有するボイラ３０と、燃焼室２で発生した排ガスを浄化する集じん器６と、を備える廃棄物焼却設備１００に対して行われる。この廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法は、検出工程と、補正工程と、供給工程と、を含む。検出工程では、燃焼室２から排出されて伝熱管３１及び集じん器６を通過した排ガスに含まれる塩化水素濃度の変化傾向を検出する。補正工程では、検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて、脱硝及び伝熱管の腐食低減のために供給する硫酸アンモニウムの補正量を算出する。供給工程では、硫酸アンモニウムの基本供給量を補正量で補正した確定供給量の硫酸アンモニウムを二次燃焼ゾーン１４へ供給する。

これにより、硫酸アンモニウムは二次燃焼ゾーン１４で熱分解することでアンモニアが発生するため、このアンモニアにより窒素酸化物を還元することができる。また、硫酸アンモニウムから硫黄酸化物が生じるため、ボイラ３０の伝熱管３１の近傍において、金属と酸基が結合した様々な種類の塩類の混合物である腐食性物質内の硫黄酸化物の塩類の割合が多くなる（反対に、塩素の塩類の割合が少なくなる）。その結果、腐食性物質の融点が上昇するため、腐食性物質が溶融塩として存在しにくくなるので、ボイラ３０の伝熱管３１の腐食の進行を低減できる。特に、塩化水素濃度に基づいて硫酸アンモニウムの供給量を補正することで、塩素を含む塩類の発生量を考慮した妥当な量（即ち、腐食低減のために必要な量）の硫酸アンモニウムを供給できる。更に、集じん器６を通過した排ガス中の塩化水素濃度を計測するため検出装置である塩化水素濃度センサ９５が汚染されにくいので、塩化水素濃度の検出を長期間にわたって安定して行うことができる。

また、上記実施形態の廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法において、供給工程では、確定供給量の硫酸アンモニウムを水溶液の形態で二次燃焼ゾーン１４へ供給するとともに、検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて決定された供給量の硫酸を二次燃焼ゾーン１４へ供給する。

これにより、硫酸を供給することで、アンモニアの発生量を増加させることなく、腐食を低減する効果を高めることができる。また、硫酸アンモニウム及び硫酸を水溶液で供給することで、脱硝及び腐食低減に寄与するまでの時間を短くすることができる。

また、上記実施形態の廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法において、供給工程では、確定供給量の硫酸アンモニウムを水溶液の形態で二次燃焼ゾーン１４へ供給するとともに、検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて決定された供給量のアンモニア水を二次燃焼ゾーン１４へ供給する。

これにより、アンモニア水を供給することで、硫黄酸化物の発生量を増加させることなく、脱硝効果を高めることができる。また、硫酸アンモニウム及びアンモニアを水溶液で供給することで、脱硝及び腐食低減に寄与するまでの時間を短くすることができる。

また、上記実施形態の廃棄物焼却設備１００の脱硝及び腐食低減方法において、検出工程では、更に、集じん器６を通過した排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度の変化傾向を検出し、補正工程では、塩化水素濃度の変化傾向と硫黄酸化物濃度の変化傾向の比較結果に基づいた補正量を算出する。

これにより、塩化水素濃度だけでなく硫黄酸化物濃度も考慮した更に妥当な量の硫酸アンモニウムを供給できる。

１焼却炉
１０一次燃焼ゾーン
１４二次燃焼ゾーン
３０ボイラ
３１伝熱管
５７硫酸アンモニウム供給装置
９４窒素酸化物濃度センサ
９５塩化水素濃度センサ
９６硫黄酸化物濃度センサ

本発明の観点によれば、以下の廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法が提供される。この方法は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンを有する燃焼室と、当該燃焼室で発生した熱を回収する伝熱管を有するボイラと、前記燃焼室で発生した排ガスを浄化する集じん器と、を備える廃棄物焼却設備に対して行われる。この廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法は、薬剤供給工程と、検出工程と、補正工程と、供給工程と、を含む。前記薬剤供給工程では、前記ボイラよりも排ガス流れ方向の下流側かつ前記集じん器よりも前記排ガス流れ方向の上流側に、少なくとも塩化水素濃度を低減するための薬剤を供給する。前記検出工程では、前記燃焼室から排出されて前記伝熱管、前記薬剤の供給箇所、及び前記集じん器を通過した排ガスに含まれる塩化水素濃度の検出値が定常値と比較してどの程度大きいかを示す値である変化傾向を検出する。前記補正工程では、前記検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向及び前記薬剤の供給量に基づいて、脱硝及び伝熱管の腐食低減のために供給する硫酸アンモニウムの補正量を算出する。前記供給工程では、硫酸アンモニウムの基本供給量を前記補正量で補正した確定供給量の硫酸アンモニウムを前記二次燃焼ゾーンへ供給する。

Claims

一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンを有する燃焼室と、当該燃焼室で発生した熱を回収する伝熱管を有するボイラと、前記燃焼室で発生した排ガスを浄化する集じん器と、を備える廃棄物焼却設備に対して、
前記燃焼室から排出されて前記伝熱管及び前記集じん器を通過した排ガスに含まれる塩化水素濃度の変化傾向を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて、脱硝及び伝熱管の腐食低減のために供給する硫酸アンモニウムの補正量を算出する補正工程と、
硫酸アンモニウムの基本供給量を前記補正量で補正した確定供給量の硫酸アンモニウムを前記二次燃焼ゾーンへ供給する供給工程と、
を含むことを特徴とする廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法。
請求項１に記載の廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法であって、
前記供給工程では、前記確定供給量の硫酸アンモニウムを水溶液の形態で前記二次燃焼ゾーンへ供給するとともに、前記検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて決定された供給量の硫酸を前記二次燃焼ゾーンへ供給することを特徴とする廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法。
請求項１又は２に記載の廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法であって、
前記供給工程では、前記確定供給量の硫酸アンモニウムを水溶液の形態で前記二次燃焼ゾーンへ供給するとともに、前記検出工程で検出した塩化水素濃度の変化傾向に基づいて決定された供給量のアンモニア水を前記二次燃焼ゾーンへ供給することを特徴とする廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法。
請求項１に記載の廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法であって、
前記検出工程では、更に、前記集じん器を通過した排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度の変化傾向を検出し、
前記補正工程では、塩化水素濃度の変化傾向と前記硫黄酸化物濃度の変化傾向の比較結果に基づいた前記補正量を算出することを特徴とする廃棄物焼却設備の脱硝及び腐食低減方法。