JP3640111B2 - Apparatus and method for removing dioxin from ash melting furnace exhaust gas - Google Patents

Apparatus and method for removing dioxin from ash melting furnace exhaust gas Download PDF

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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみや産業廃棄物を焼却したときに発生する飛灰や焼却灰を溶融固化する灰溶融炉の排ガスを処理する装置および方法に係り、特に排ガス中のダイオキシンを効果的に除去する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥等の各種廃棄物は焼却施設で焼却処理され、生じた焼却灰やばいじんは、従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地枯渇の問題や有害重金属類の溶出による地下水汚染の問題があるため溶融による減量・減容化と無害化の必要性が高まってきている。
【0003】
このような背景で灰中の残留灰素、コークス、灯油、または電力を熱源とした溶融処理方法が提案され、一部で実処理が行われている。このうち電力を熱源とした灰溶融炉としてプラズマアーク加熱方式と抵抗加熱方式がある。これらは共に、黒鉛電極を使用しており、排ガス中に一酸化炭素ガスが含まれるので、それを燃焼してから大気に放出している。図2はかかる排ガス処理装置のフローシートである。図において1は灰溶融炉である。2は燃焼器であり、灯油やガスバーナを使用して加熱し、燃焼空気を導入して一酸化炭素を燃焼させる。3は冷却器であり、下流側で使用されるバックフィルタなどの集塵機4が耐えられる温度まで排ガスを冷却する。排ガスは集塵機4でダストが補集され煙突5を通して大気中に放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
灰溶融炉1から排出される排ガス中には塩類、酸化物、水酸化物を含む多量のダストの他、塩化水素、微量のダイオキシンが含まれている。ダイオキシンはジオキシン系のテトラクロロジベンゾジオキシンやフラン系のペンタクロロジベンゾフランなどの化学物質の総称であり、これらの化学物質は、2個のベンゼン環が酸素を介して結合し、ベンゼン環のまわりに4ないし5個の塩素が結びついたものである。ダイオキシンは800〜900°Cに加熱すると分解するので、上記燃焼器2内で分解する。燃焼器2内で完全燃焼し、炭酸ガスにまでなれば問題ないが、1部のダイオキシンの分解が不完全であり、ベンゼン環を含む化合物として残る。
【0005】
そして冷却器3や集塵機4の内部温度が250°〜600°Cになっており、多量のダストと共に塩化水素などの塩素が共存すると再びダイオキシンとして再合成されてしまう。
【0006】
排ガス中に含まれるダイオキシンの許容値は、厚生省のだした指針として0.5ng/Nm3 (ng=10-9g)であり、近い将来0.1ng/Nm3 まで引下げられる予定である。しかし以上述べた従来の排ガス処理装置では、良い状態で操業していても2.0ng/Nm3 程度までしか低下させることはできない。また、集塵機4では多量のダストと共に酸化物や水酸化物と塩化水素が反応した生成物が集塵機のフィルタを詰らせるという問題もある。
【0007】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、排ガス処理中にダイオキシンが再合成されないようにして、灰溶融炉から大気中に放出される排ガス中のダイオキシンのレベルを十分低くすることのできる灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置および方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願第1発明の灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置は、灰溶融炉から排出される排ガスを導入して排ガス中のダストや塩化水素を水に吸収させて除去する湿式洗煙装置と、湿式洗煙装置から排出される排ガスを導入して加熱・燃焼し、排ガス中のダイオキシンを分解する燃焼器と、燃焼器から排出される排ガスを導入して冷却する排ガス冷却器とを有してなる。
【0009】
また、本願第2発明の灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去方法は、灰溶融炉から排出される排ガスを導入して排ガス中のダストや塩化水素を水に吸収させて除去する第1の工程と、第1の工程で処理された排ガスを導入してバーナにより800〜900℃に加熱して2秒間以上保持し、排ガス中のダイオキシンを分解する第2の工程と、第2の工程で処理された排ガスを導入し、冷却水を散水して150〜200℃に急冷する第3の工程とを有してなる。
【0010】
次に本発明の作用を説明する。灰溶融炉から排出される排ガスは湿式洗煙装置内で水と接触し、塩類、酸化物、水酸化物を含むダストや塩化水素などが水に吸収されて除去される。ダイオキシンや一酸化炭素は水に不溶性なので、排ガス中に含まれたまま湿式洗煙装置から排出される。燃焼器内で排ガスは灯油やガスのバーナにより800〜900℃に加熱されると共に略2秒間その温度で保持される。バーナには過剰の燃焼空気が導入されているので一酸化炭素とダイオキシンの1部は燃焼して炭酸ガスになる。ダイオキシンの残部は塩化ベンゼンなどのベンゼン環を有する化学物質に分解される。その後排ガスは排ガス冷却器内で散水により150〜200°Cに急冷される。ダイオキシンの分解物質がダイオキシンに再合成されるのに適した温度は250〜600°Cと考えられており、排ガスはその領域を急速に通過して急冷される。また、排ガス冷却器中の排ガスにはダイオキシンの再合成に必要な塩素や、再合成の触媒作用をするダストが含まれていない。従ってダイオキシンの分解物質がダイオキシンに再合成されることはないので、排ガス冷却器から排出される排ガス中のダイオキシンのレベルは十分低く、0.05ng/Nm3 程度になり、厚生省が予定している目標値0.1ng/Nm3 を十分クリヤできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置のフローシートである。図において1は灰溶融炉である。灰溶融炉の形式は電気炉形式でもよいが、灰中の残留炭素を利用したもの、コークスや灯油などを燃料としたものなど、どのような形式のものでもよい。
【0012】
6は灰溶融炉1からの排ガスを導入する湿式洗煙装置である。湿式洗煙装置6は散水吸収塔式でもよいし、吸収液中に排ガスを潜らせるバブル式でもよい。散水吸収塔式の湿式洗煙装置6は、吸収塔の下方から排ガスを導入して上方から排出し、上方に設けた散水ノズルから水を噴出させるもので、吸収液は細かい水滴となって塔内を下降するのに対し、排ガスは塔内を上昇し、水とガスが互に接触して、排ガス中の塩類、酸化物、水酸化物を含むダストや塩化水素などを水に吸収させて除去する。
【0013】
吸収液中に排ガスを潜らせるバブル式の湿式洗煙装置は、例えば、本願出願人が先に出願した特願平8−146124号「灰溶融炉の排ガス吸収装置」(未公開)の図1に開示されている。すなわち、吸収液を収容すると共に排ガスを吸収液内部に潜らせて発泡を起こさせるバブリングタンクと、円筒又は逆円錐状の胴部を有すると共に下方に縮径部を有しており、頂部から灰溶融炉の排ガスが流入すると共に胴部上端にバブリングタンクからポンプを介して接線方向に流入する循環吸収液により胴部内壁が洗浄されており、かつ下端がバブリングタンク内の吸収液に没入しているバッファタンクとを有してなるものである。
【0014】
2は湿式洗煙装置6から排ガスを導入する燃焼器である。燃焼器2には灯油または天然ガスを燃料とする図示しないバーナを備えている。バーナは過剰空気の下で燃料を燃焼させて燃焼器2内で排ガスの加熱を行うことによって、排ガス中に含まれる一酸化炭素などの可燃物を燃焼させるとともにダイオキシンを分解する。
【0015】
7は排ガス冷却器である。筒状の胴体を有し、上方に散水ノズルが設けられている。燃焼器2からの排ガスは胴体の下方から導入され上方から排出される。散水ノズルからの細かい水滴は下降するのに対し、排ガスは上昇し、互に接触して排ガスを急冷させる。排ガス冷却器7から排出された排ガスは煙突5を通って外部に排出される。
【0016】
次に本実施形態の作用を説明する。灰溶融炉1から排出された排ガスは湿式洗煙装置6内で吸収液(水)と接触し、塩類、酸化物、水酸化物を含むダストや塩化水素などが吸収液に吸収されて除去される。吸収液は図示しない吸収液処理装置に送られる。ダイオキシンや一酸化炭素は水に不溶性なので、排ガス中に含まれたまま湿式洗煙装置6から排出される。湿式洗煙装置6から排出された排ガスは、燃焼器2に導入され、燃焼器2内で灯油や天然ガスのバーナにより800〜900°Cに加熱されると共に2秒間以上その温度で保持される。バーナでは過剰空気の下で燃料を燃焼させているので、排ガス中の一炭化炭素とダイオキシンの一部は燃焼して炭酸ガスになる。ダイオキシンの残部はベンゼン環を有する化合物などに分解される。ダイオキシンの分解物質がダイオキシンに再合成されるのに適した温度領域は250〜600°Cと考えられている。ダイオキシン分解物質を含む排ガスは燃焼器2から排ガス冷却器7に導入され、その内部で散水により150〜200°Cに急冷される。排ガス冷却器7内では、排ガスがダイオキシンの再合成に適した温度領域を急速に通過してしまうこと、排ガス中にダイオキシンの再合成に必要な塩化水素や塩素が残つていないこと、ダイオキシンの再合成の際に触媒作用をするダストが残っていないこと、などの理由でダイオキシンの再合成が起こらない。従って排ガス冷却器7から排出されるダイオキシンのレベルは十分低く、0.05ng/Nm3 程度になり、厚生省が予定している目標値0.1ng/Nm3 を十分クリヤできる。
【0017】
排ガス冷却器7からの排ガスは煙突5を通って大気中に放出される。なお、ダイオキシン分解物質の毒性はダイオキシンに比べて極端に低いので、排ガス中に微量に含まれていても問題ない。
【0018】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、排ガス冷却器7は散水方式に替えて空冷または水冷の間接熱交換器であってもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置および方法は、灰溶融炉からの排ガスを洗煙して塩化水素やダストを除去した後、燃焼器でダイオキシン分解物質を含む排ガスを散水により急冷却しているので次のような優れた効果を有する。
(1)燃焼器でダイオキシンが分解された後再合成されることがないので排ガス中のダイオキシンのレベルを十分低くすることができる。
(2)灰溶融炉からの排ガスを直ちに洗煙し、ダストを吸収除去するので、バグフィルタなどの集塵機が不要となり、従って集塵機の目詰まりの問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置のフローシートである。
【図2】従来の灰溶融炉の排ガス処理装置のフローシートである。
【符号の説明】
1 灰溶融炉
2 燃焼器
6 湿式洗煙装置
7 排ガス冷却器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for treating exhaust gas from an ash melting furnace that melts and solidifies fly ash generated when municipal waste or industrial waste is incinerated, and in particular, effectively removes dioxins in the exhaust gas. The present invention relates to an apparatus and a method.
[0002]
[Prior art]
Various types of waste such as municipal waste and sewage sludge were incinerated at incineration facilities, and the resulting incinerated ash and dust were conventionally disposed of in landfills. However, there is a problem of depletion of landfill sites and groundwater contamination due to the elution of toxic heavy metals, so the need for weight reduction / volume reduction and detoxification by melting is increasing.
[0003]
Against this background, a melting method using residual ash in ash, coke, kerosene, or electric power as a heat source has been proposed, and some actual processing has been performed. Among these, there are a plasma arc heating method and a resistance heating method as an ash melting furnace using electric power as a heat source. Both of these use graphite electrodes, and since carbon monoxide gas is contained in the exhaust gas, it is burned before being released into the atmosphere. FIG. 2 is a flow sheet of such an exhaust gas treatment apparatus. In the figure, 1 is an ash melting furnace. A combustor 2 is heated using kerosene or a gas burner, and introduces combustion air to burn carbon monoxide. A cooler 3 cools the exhaust gas to a temperature that can be withstood by a dust collector 4 such as a back filter used on the downstream side. The exhaust gas is collected by the dust collector 4 and discharged into the atmosphere through the chimney 5.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The exhaust gas discharged from the ash melting furnace 1 contains hydrogen chloride and a small amount of dioxin in addition to a large amount of dust containing salts, oxides and hydroxides. Dioxin is a collective term for chemical substances such as dioxin-based tetrachlorodibenzodioxin and furan-based pentachlorodibenzofuran. These chemical substances have two benzene rings bonded via oxygen, and 4 around the benzene ring. Or five chlorines combined. Dioxins are decomposed when heated to 800 to 900 ° C., and therefore decompose in the combustor 2. There is no problem if it completely burns in the combustor 2 and reaches carbon dioxide gas, but the decomposition of a part of dioxin is incomplete and remains as a compound containing a benzene ring.
[0005]
The internal temperature of the cooler 3 and the dust collector 4 is 250 to 600 ° C. When chlorine such as hydrogen chloride coexists with a large amount of dust, it is re-synthesized as dioxin.
[0006]
The allowable value of dioxin contained in the exhaust gas is 0.5 ng / Nm 3 (ng = 10 −9 g) as a guideline issued by the Ministry of Health and Welfare, and it is scheduled to be reduced to 0.1 ng / Nm 3 in the near future. However, with the conventional exhaust gas treatment apparatus described above, even when operating in good condition, it can be reduced only to about 2.0 ng / Nm 3 . In addition, the dust collector 4 has a problem that a large amount of dust and a product obtained by reaction of oxide, hydroxide, and hydrogen chloride clog the filter of the dust collector.
[0007]
The present invention has been devised in view of such problems of the prior art, and prevents dioxins from being re-synthesized during exhaust gas treatment so that the level of dioxins in the exhaust gas released from the ash melting furnace into the atmosphere is sufficiently low. An object of the present invention is to provide a dioxin removal apparatus and method for ash melting furnace exhaust gas that can be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the dioxin removal apparatus for ash melting furnace exhaust gas of the first invention of the present application introduces exhaust gas discharged from the ash melting furnace and absorbs and removes dust and hydrogen chloride in the exhaust gas by water. A smoke device, a combustor that introduces and heats and burns exhaust gas discharged from a wet smoke cleaner, decomposes dioxins in the exhaust gas, and an exhaust gas cooler that introduces and cools exhaust gas discharged from the combustor It has.
[0009]
Further, the dioxin removal method of the ash melting furnace exhaust gas of the second invention of the present application is a first step of introducing the exhaust gas discharged from the ash melting furnace and removing the dust and hydrogen chloride in the exhaust gas by absorbing the water, The exhaust gas treated in the first step was introduced, heated to 800 to 900 ° C. with a burner and held for 2 seconds or longer, and the second step of decomposing dioxin in the exhaust gas was treated in the second step. A third step of introducing exhaust gas, sprinkling cooling water and rapidly cooling to 150 to 200 ° C.
[0010]
Next, the operation of the present invention will be described. The exhaust gas discharged from the ash melting furnace comes into contact with water in the wet smoke cleaning device, and dust, hydrogen chloride, and the like containing salts, oxides and hydroxides are absorbed and removed by the water. Dioxins and carbon monoxide are insoluble in water, so they are discharged from the wet smoke scrubber while contained in the exhaust gas. In the combustor, the exhaust gas is heated to 800 to 900 ° C. by kerosene or a gas burner and held at that temperature for about 2 seconds. Excess combustion air is introduced into the burner, so that one part of carbon monoxide and dioxin is burned into carbon dioxide. The remainder of the dioxin is decomposed into chemical substances having a benzene ring such as benzene chloride. Thereafter, the exhaust gas is rapidly cooled to 150 to 200 ° C. by watering in the exhaust gas cooler. The temperature suitable for recombining the dioxin decomposition product into dioxin is considered to be 250-600 ° C., and the exhaust gas is rapidly cooled through the region. Further, the exhaust gas in the exhaust gas cooler does not contain chlorine necessary for the resynthesis of dioxin and dust that acts as a catalyst for the resynthesis. Therefore, since dioxin decomposition substances are not re-synthesized into dioxins, the level of dioxins in the exhaust gas discharged from the exhaust gas cooler is sufficiently low, about 0.05 ng / Nm 3 , which is planned by the Ministry of Health and Welfare. The target value of 0.1 ng / Nm 3 can be sufficiently cleared.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow sheet of a dioxin removal apparatus for ash melting furnace exhaust gas according to the present invention. In the figure, 1 is an ash melting furnace. The type of the ash melting furnace may be an electric furnace type, but may be of any type such as one using residual carbon in ash or one using fuel such as coke or kerosene.
[0012]
Reference numeral 6 denotes a wet smoke cleaning device for introducing exhaust gas from the ash melting furnace 1. The wet smoke cleaning device 6 may be a sprinkling absorption tower type or a bubble type in which exhaust gas is submerged in the absorbing liquid. The sprinkling absorption tower type wet smoke cleaning device 6 introduces exhaust gas from the lower side of the absorption tower, discharges it from the upper side, and ejects water from the watering nozzle provided on the upper side. The exhaust gas rises inside the tower, while water and gas come into contact with each other, absorbing water such as salt, oxides, hydroxide-containing dust and hydrogen chloride in the exhaust gas. Remove.
[0013]
For example, a bubble-type wet smoke cleaning device that allows exhaust gas to be immersed in an absorbing solution is shown in FIG. Is disclosed. That is, it has a bubbling tank that accommodates the absorbing liquid and causes the exhaust gas to be submerged in the absorbing liquid to cause foaming, and has a cylindrical or inverted conical barrel portion and a reduced diameter portion on the lower side. As the exhaust gas from the melting furnace flows in, the inner wall of the barrel is washed with circulating absorption liquid that flows tangentially from the bubbling tank to the upper end of the barrel, and the lower end is immersed in the absorption liquid in the bubbling tank. And a buffer tank.
[0014]
A combustor 2 introduces exhaust gas from the wet smoke cleaning device 6. The combustor 2 includes a burner (not shown) that uses kerosene or natural gas as fuel. The burner burns fuel under excess air and heats the exhaust gas in the combustor 2, thereby burning combustibles such as carbon monoxide contained in the exhaust gas and decomposing dioxins.
[0015]
7 is an exhaust gas cooler. It has a cylindrical body and a watering nozzle is provided above it. The exhaust gas from the combustor 2 is introduced from below the fuselage and discharged from above. While the fine water droplets from the watering nozzle descend, the exhaust gas rises and comes into contact with each other to quench the exhaust gas. The exhaust gas discharged from the exhaust gas cooler 7 is discharged outside through the chimney 5.
[0016]
Next, the operation of this embodiment will be described. The exhaust gas discharged from the ash melting furnace 1 comes into contact with the absorbing liquid (water) in the wet smoke cleaning device 6, and dust, hydrogen chloride, and the like containing salts, oxides and hydroxides are absorbed and removed by the absorbing liquid. The The absorption liquid is sent to an absorption liquid processing apparatus (not shown). Since dioxin and carbon monoxide are insoluble in water, they are discharged from the wet smoke cleaning device 6 while being contained in the exhaust gas. The exhaust gas discharged from the wet smoke cleaning device 6 is introduced into the combustor 2, heated to 800 to 900 ° C. by a kerosene or natural gas burner in the combustor 2, and held at that temperature for 2 seconds or more. . Since the burner burns fuel under excess air, some carbon monoxide and some dioxins in the exhaust gas burn to carbon dioxide. The remainder of dioxin is decomposed into a compound having a benzene ring. A temperature range suitable for recombining dioxin decomposition products into dioxins is considered to be 250-600 ° C. The exhaust gas containing the dioxin decomposition substance is introduced from the combustor 2 into the exhaust gas cooler 7, and is rapidly cooled to 150 to 200 ° C. by watering therein. In the exhaust gas cooler 7, exhaust gas rapidly passes through a temperature range suitable for dioxin resynthesis, hydrogen chloride and chlorine necessary for dioxin resynthesis are not left in the exhaust gas, Dioxin is not re-synthesized due to the fact that no dust remains that acts as a catalyst during re-synthesis. Thus the level of dioxin discharged from the exhaust gas cooler 7 is sufficiently low, becomes approximately 0.05 ng / Nm 3, the target value 0.1 ng / Nm 3 to MHW is planned sufficiently cleared.
[0017]
The exhaust gas from the exhaust gas cooler 7 is discharged into the atmosphere through the chimney 5. In addition, since the toxicity of a dioxin decomposition substance is extremely low compared with a dioxin, even if it is contained in trace amount in exhaust gas, there is no problem.
[0018]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the exhaust gas cooler 7 may be an air-cooled or water-cooled indirect heat exchanger instead of the watering method.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, the dioxin removal apparatus and method of the ash melting furnace exhaust gas of the present invention is configured to wash the exhaust gas from the ash melting furnace to remove hydrogen chloride and dust, and then to remove the exhaust gas containing dioxin decomposing substances in the combustor. Since it is rapidly cooled by watering, it has the following excellent effects.
(1) Since dioxins are not recombined after being decomposed in the combustor, the level of dioxins in the exhaust gas can be made sufficiently low.
(2) Since the exhaust gas from the ash melting furnace is immediately washed and the dust is absorbed and removed, a dust collector such as a bag filter is not required, and therefore the problem of clogging of the dust collector does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow sheet of a dioxin removal apparatus for ash melting furnace exhaust gas according to the present invention.
FIG. 2 is a flow sheet of an exhaust gas treatment apparatus for a conventional ash melting furnace.
[Explanation of symbols]
1 Ash melting furnace 2 Combustor 6 Wet smoke cleaning device 7 Exhaust gas cooler

Claims (2)

灰溶融炉から排出される排ガスを導入して排ガス中のダストや塩化水素を水に吸収させて除去する湿式洗煙装置と、湿式洗煙装置から排出される排ガスを導入して加熱・燃焼し、排ガス中のダイオキシンを分解する燃焼器と、燃焼器から排出される排ガスを導入して冷却する排ガス冷却器とを有してなる灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去装置。Introducing the exhaust gas discharged from the ash melting furnace to absorb and remove dust and hydrogen chloride in the exhaust gas by water, and introducing the exhaust gas discharged from the wet smoke cleaning apparatus to heat and burn An apparatus for removing dioxin from an ash melting furnace exhaust gas, comprising a combustor that decomposes dioxins in the exhaust gas, and an exhaust gas cooler that introduces and cools the exhaust gas discharged from the combustor. 灰溶融炉から排出される排ガスを導入して排ガス中のダストや塩化水素を水に吸収させて除去する第1の工程と、第1の工程で処理された排ガスを導入してバーナにより800〜900℃に加熱して2秒間以上保持し、排ガス中のダイオキシンを分解する第2の工程と、第2の工程で処理された排ガスを導入し、150〜200℃に急冷する第3の工程とを有してなる灰溶融炉排ガスのダイオキシン除去方法。A first step of introducing exhaust gas discharged from the ash melting furnace and absorbing and removing dust and hydrogen chloride in the exhaust gas with water, and introducing the exhaust gas treated in the first step into a 800- A second step of heating to 900 ° C. and holding for 2 seconds or more to decompose dioxins in the exhaust gas; a third step of introducing the exhaust gas treated in the second step and rapidly cooling to 150 to 200 ° C .; A method for removing dioxin from ash melting furnace exhaust gas.
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