JP4063449B2 - Waste incineration gas reforming method, incineration gas reforming device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物焼却炉の焼却ガスを改質してその中に含まれる有害成分を除去するための焼却ガスの改質方法と、装置とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
産業廃棄物や生活廃棄物(家庭ゴミ)などを焼却することにより処理することが広く行われている。これらの廃棄物を焼却する際に種々の有害ガスが発生することがあるために、焼却炉に要求される運転条件や立地場所に厳しい制約が加えられている。
【0003】
そこで従来の焼却炉では、燃焼温度を厳しく管理して有害ガスの発生を抑制したり、燃焼する廃棄物の種類に制限を加えたりしている。また焼却ガスを電気集塵機や特殊な有害ガス除去装置に通すことにより、排ガスを清浄化している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように排ガスの清浄化に対する要求が近年益々厳しくなるのに伴い、既存の焼却炉の中には、この要求に応えることが困難になったものもある。この場合は運転を停止したり、焼却炉を壊して最新式のものに建て直すことが必要になる。特に焼却炉の建て直しには大規模な工事が必要であり、予算も莫大なものになる。
【0005】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、設備が比較的簡単であり、既存の焼却炉をそのまま生かして有害ガスの発生を防ぎ排ガスを浄化することができる廃棄物焼却ガスの改質方法を提供することを第1の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する改質装置を提供することを第2の目的とする。
【0006】
【発明の構成】
この発明によれば第1の目的は、廃棄物焼却炉の燃焼室から出る高温の焼却ガスを、この焼却ガスの通路内に向かってプラズマジェットを射出することにより加熱しガス成分を改質し、触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質方法、により達成される。すなわちプラズマジェットは約4,000〜7,000°Cの高温になるため、このプラズマジェットで焼却ガスを加熱することにより焼却ガス中の種々の成分をプラズマ状態に分解し、全く別なガスに改質することができる。またプラズマジェットにより改質されたガスが再結合により再び有害ガスに変化するのを防止するために、プラズマジェットで加熱した後、触媒により無害なガスや粒子に代えて安定化させる。
【0007】
ここにプラズマジェットは焼却ガス通路内へ射出することによってこの通路内を通る焼却ガスを加熱する。すなわち焼却炉から出たばかりの高温の焼却ガスにプラズマジェットを当てることにより、焼却ガス自身が持つ焼却熱を有効利用することができるからである。
【0008】
第2の目的は、廃棄物焼却炉から排出される前記燃焼室から出る高温の焼却ガスを導くガス通路内へプラズマジェットを射出するプラズマトーチと、前記プラズマトーチの下流側に設けた触媒とを備え、前記プラズマトーチによって焼却ガスを加熱し改質した後前記触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質装置、により達成される。
【0009】
ここに用いるプラズマトーチは、焼却炉とその下流側の排気処理装置との間に設けるので、焼却炉を出た直後に排気自身が持つ熱エネルギーを有効利用することができる。ここに排気処理装置としては、触媒を持つ有害ガス除去装置が用いられる。プラズマトーチはガス流路の下流方向を斜めに指向してプラズマジェットを射出するようにすれば、プラズマトーチから噴出されるシールドガスの流れと焼却ガスとの流れ方向が合致して、焼却ガスの流動が円滑に行われる。
【0010】
プラズマトーチはガス通路に複数個設けておいてもよい。ここで用いるプラズマトーチは、中心電極とノズル電極との間に直流電圧を印加し、両電極間にプラズマ作動ガスを送ってプラズマガスにしてノズル電極から噴出させる一方、ノズル電極の周囲からこのプラズマガスを囲むようにシールドガスを供給してプラズマジェット流を噴出するものが適する。
【0011】
【実施態様】
図1はこの発明の一実施態様を用いた焼却装置の全体図、図2はその要部を断面した拡大斜視図、図3はプラズマトーチの制御系統図である。図1において符号10はゴミピット、12はゴミ投入口である。ゴミ収集車14はこのゴミ投入口12からゴミを投入し、このゴミはゴミピット10に収容される。
【0012】
16は焼却炉であり、乾燥火格子18、燃焼火格子20、後燃焼火格子22、助燃バーナ24などを有する。ゴミはゴミピット10からゴミ供給クレーン26によって投入ホッパ28に投入され、この投入ホッパ28に投入されたゴミは各火格子18,20,22に順次送られて燃焼される。必要に応じて助燃バーナ24が作動してゴミの焼却を助ける。
【0013】
30は灰出し装置、32は灰ピットである。各火格子18,20,22で焼却されたゴミは灰となって灰出し装置30に落下する。灰出し装置30は灰出しコンベアを備え、各火格子18,20,22から落下した灰を灰ピット32に送る。この灰ピット32に貯まった灰は灰クレーン34によって外へ運び出される。
【0014】
36は焼却ガス通路であり、焼却炉16から焼却ガスを電気集塵機38に導く。焼却ガスはこの電気集塵機38を介して吸出し送風機40に吸引され、さらに触媒を持つ有害ガス除去装置42を通って煙突44に導かれる。電気集塵機38および有害ガス除去装置42は排気処理装置を形成する。
【0015】
焼却ガス通路36には、プラズマトーチ46、冷却装置48、冷水シャワー装置50が、焼却炉16側から電気集塵機38に向って順次設けられている。プラズマトーチ46は、後記するようにプラズマジェット52をガス通路36内に向って噴射することにより、焼却ガスを加熱する。すなわちプラズマジェット52は極めて高温(4,000〜7,000°C)のプラズマガス流であり、焼却ガスを極めて高温に加熱してその成分を改質する。
【0016】
冷却装置48はガス流路36の外側に水管を密着させたものであり、水管内に冷却水を循環させることによりガス通路36の内壁を冷却し、内壁を熱から保護すると共に焼却ガスを冷却する。冷水シャワー装置50はガス通路36内に冷却水をシャワー状に噴霧することにより、焼却ガスに冷却水を直接接触させる。そして冷却水の気化熱により焼却ガスを直接冷却する。気化しない冷却水は浄化水槽(図示せず)に送られて浄化され、再度循環されて使用される。
【0017】
プラズマトーチ46は例えば図3に示すように構成することができる。図3において54は中心電極、56はこの中心電極54を囲むノズル電極である。58はシールドキャップでありノズル電極56を囲む。電極54,56には冷却水ポンプ60から冷却水が供給されて常に冷却される。この冷却水は熱交換機62を通って冷却されて循環する。
【0018】
中心電極54とノズル電極56との間には、プラズマ作動ガス供給手段64からプラズマ作動ガスが供給される。このプラズマ作動ガスとしてはアルゴンガス、ネオンガス、酸素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、空気、これらの混合ガスなどが用いられる。ここでは経済性の点から空気または空気を主体とする混合ガスが用いられる。ノズル電極56とシールドキャップ58との間にはシールドガスが供給される。このシールドガスとしては経済性の点からここでは空気が用いられる。シールドガスはシールドガス供給手段66から供給される。
【0019】
中心電極54とノズル電極56との間には、コントローラ68から供給される直流高電圧が印加される。ここに中心電極54が負極(−極)に、ノズル電極56が陽極(+極)に接続される。このコントローラ68には焼却炉16の排熱を利用して発電された電力が供給される。
【0020】
前記焼却炉16には炉壁や焼却ガスで加熱される冷却管(図示せず)が取付けられ、これら冷却管を循環する冷却液の熱を熱交換器70を介してタービン作動液体に伝える。タービン作動流体はタービン72に送られてタービン72を駆動する。熱交換機70を介さずに冷却管の冷却液を直接タービン72に循環させてもよい。また冷却装置48の排熱を利用してタービン72を駆動してもよい。タービン72の回転出力により発電機74を駆動する。発電機74の電気出力はトランスフォーマ(変圧器)76に送られ、ここで所定電圧に変換された後コントローラ68に送られる。
【0021】
このプラズマトーチ46を用いれば、プラズマ作動ガスが中心電極54とノズル電極56の間隙を通過する際にプラズマアークが発生する。このプラズマアークはノズル電極56のノズルから噴出し、このプラズマアークの外側をシールドガスが冷却することによるピンチ効果のためにプラズマアークの直径は小さく絞られ、アークの内部は異常な高温(4,000〜20,000°C)となってプラズマ化(電離化)の度合が強まる。このため超高温のプラズマジェット52となって噴射される。このプラズマジェット52はその励起した内部で約7,000°Cになり、先端付近では約4,000°Cになる。
【0022】
焼却炉16から排出される焼却ガスが、ガス通路36内でこのプラズマジェット52により加熱されることにより、焼却ガスの成分が変化する。例えば窒素酸化物(NOX)は窒素ガス(N2)と酸素ガス(O2)に分解されるものと考えられる。炭素酸化物(CO,CO2など)も同様に炭素(C)と酸素ガス(O2)などに改質されると考えられる。アンモニアガス(NH3)やダイオキシンなども同様に分解され無公害化されると考えられる。
【0023】
これら改質された物質(ガス)は再結合してもとの物質(ガス)になるのを防ぐために、急冷したり触媒を用いる。図1,2に示したものでは、ガス通路36を冷却装置38で急冷すると共に、水冷シャワー50を用いて生成粒子(炭素など)や水溶性物質を捕獲する。この結果電気集塵機38や触媒を持つ有害ガス除去装置44に入るガスの成分が変化し、これらを通って煙突44から大気中へ放出されるガス成分を清浄化することが可能になる。
【0024】
この実施態様ではガス通路36に、プラズマトーチ46をプラズマジェット52がガス流下方向に向って斜めになるように取付けたから、プラズマジェット52の流動方向がガスの流動方向に沿うようになり、ガスの流動が円滑になる。この実施態様ではプラズマトーチ46はガス通路36に1個取付けているが、複数個取付けてもよい。
【0025】
図4は2個のプラズマトーチ46A,46Aを取付けた実施態様を示す。図4(A)はその側断面図、図4(B)はそのB−B線断面図である。ここではトーチ46A,46Aをガス通路36Aの上・下壁からガス流下方向を斜めに指向するように取付けたものである。このように複数のプラズマトーチ46,46を設けることによりガスの加熱が一層確実に行われることになり、本発明の効果はさらに大きくなる。なお複数のプラズマトーチを設ける場合に、それぞれをガスの流れ方向に沿って離して設けてもよい。
【0026】
【発明の効果】
請求項1の発明は以上のように、燃焼ガスをプラズマジェットによって加熱し、ガス成分を改質するものであるから、有害成分を減らし排ガスを浄化することができる。この場合に焼却炉にプラズマトーチを取付けることにより実施可能であるから、設備が簡単になり、既存の焼却炉をそのまま生かして使うことができるので都合がよい。
【0027】
プラズマジェットは焼却炉を出た直後の高温の焼却ガスに当てるようにするから、焼却ガス自身が持つ熱を有効利用することができ、経済的である。焼却ガスはプラズマジェットで改質した後に触媒に通すことによって、一度改質したガスが再び結合して元の有害な物質や他の有害物質に変化するのを防ぐことができる。
【0028】
請求項2の発明によれば、この方法の実施に直接使用する装置が得られる。プラズマトーチは焼却炉と触媒との間のガス通路に設けたから焼却ガス自身が持つ熱を有効利用できる。プラズマトーチはガスの流下方向を斜めに指向してプラズマジェットを噴射するようにすれば、プラズマジェットの流れとガスの流れとが揃うことになり、これらの流動が円滑になる(請求項3)。
【0029】
プラズマトーチはガス通路に1個だけ設けてもよいが、複数個設けてもよい。複数個設けることにより、焼却ガスの改質は一層確実に行われることになる(請求項4)。プラズマトーチは請求項5に示す構造のものが使用可能である。プラズマトーチの駆動電力は、焼却炉の排熱を利用して発電した電力を利用するようにすれば、エネルギーの有効利用が図れる(請求項6)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を用いた焼却装置の全体図
【図2】その要部を断面した拡大斜視図
【図3】プラズマトーチの制御系統図
【図4】プラズマトーチの他の取付け例を示す図
【符号の説明】
16 焼却炉
36 ガス通路
38 排気処理装置としての電気集塵機
42 排気処理装置としての有害ガス除去装置
46、46A プラズマトーチ
48 冷却装置
50 冷却シャワー
52 プラズマジェット
54 中心電極
56 ノズル電極
58 シールドキャップ
68 コントローラ
74 発電機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an incineration gas reforming method and apparatus for reforming an incineration gas of a waste incinerator and removing harmful components contained therein.
[0002]
[Prior art]
It is widely practiced to incinerate industrial waste and domestic waste (household waste). Since various harmful gases may be generated when these wastes are incinerated, severe restrictions are imposed on the operating conditions and location required for the incinerator.
[0003]
Therefore, in the conventional incinerator, the combustion temperature is strictly controlled to suppress the generation of harmful gas, or the kind of waste to be burned is limited. In addition, exhaust gas is purified by passing the incineration gas through an electric dust collector and a special harmful gas removal device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As the demand for exhaust gas purification has become increasingly severe in recent years, some existing incinerators have become difficult to meet this demand. In this case, it is necessary to stop the operation or to destroy the incinerator and rebuild it to the latest model. In particular, rebuilding an incinerator requires large-scale construction and a huge budget.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of such circumstances, and the facilities are relatively simple, and it is possible to improve waste incineration gas that can utilize existing incinerators as they are to prevent generation of harmful gases and purify exhaust gases. The first object is to provide a quality method. A second object is to provide a reforming apparatus that is directly used for carrying out this method.
[0006]
[Structure of the invention]
The first object according to the invention, waste hot incineration gases leaving the combustion chamber of the incinerator, reforming said heated gas component by injecting the plasma jet towards the path of the incinerated gases This is achieved by a method for reforming waste incineration gas, which is characterized by preventing generation of harmful gas through a catalyst . That is, since the plasma jet becomes a high temperature of about 4,000 to 7,000 ° C, by heating the incineration gas with this plasma jet, various components in the incineration gas are decomposed into a plasma state and reformed into a completely different gas. Can do. In order to gas reformed by the plasma jet is prevented from changing again noxious gas by recombination, after heating at the plasma jet, Ru stabilized instead of harmless gases and particles by the catalyst.
[0007]
Here the plasma jet heat the incineration gases through the passage by injection into the incineration gas passage. That is, by applying a plasma jet to the hot incineration gases just leaving the incinerator is because it is possible to effectively utilize the incineration heat with incineration gas itself.
[0008]
The second object is achieved by a plasma torch which emits the plasma jet into the gas passage for guiding the incineration gases of high temperature exiting from the combustion chamber is discharged from the waste incinerator, and a catalyst provided downstream of the plasma torch The waste incineration gas reforming apparatus is characterized in that the incineration gas is heated and reformed by the plasma torch and then passed through the catalyst to prevent generation of harmful gas .
[0009]
Plasma torch used here, because provided between the incinerator and downstream of the exhaust treatment device, Ru can be used effectively heat energy of the exhaust itself immediately after leaving the incinerator. The exhaust treatment device where harmful gas removal equipment with catalyst is used. If the plasma torch is designed to inject the plasma jet obliquely in the downstream direction of the gas flow path, the flow direction of the shield gas and the incineration gas ejected from the plasma torch will match, and the incineration gas The flow is smooth.
[0010]
A plurality of plasma torches may be provided in the gas passage. The plasma torch used here applies a DC voltage between the center electrode and the nozzle electrode, sends a plasma working gas between the two electrodes to form a plasma gas, and ejects it from the nozzle electrode. A shield gas is supplied so as to surround the gas to eject a plasma jet flow.
[0011]
Embodiment
FIG. 1 is an overall view of an incinerator using one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of a cross section of the essential part, and FIG. 3 is a control system diagram of a plasma torch. In FIG. 1,
[0012]
An
[0013]
30 is an ash removal device, and 32 is an ash pit. Garbage incinerated in each
[0014]
An
[0015]
In the
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
A plasma working gas is supplied from the plasma working gas supply means 64 between the
[0019]
A DC high voltage supplied from the
[0020]
The
[0021]
When this
[0022]
The incinerator gas discharged from the
[0023]
These modified substances (gas) to prevent the underlying material (gas) recombine, Ru using quenched Ri catalyst. 1 and 2, the
[0024]
In this embodiment, since the
[0025]
FIG. 4 shows an embodiment in which two
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the invention of claim 1 heats the combustion gas with the plasma jet and reforms the gas component. Therefore, the harmful component can be reduced and the exhaust gas can be purified. In this case, since it can be carried out by attaching a plasma torch to the incinerator, the facility becomes simple and it is convenient because the existing incinerator can be used as it is.
[0027]
Since the plasma jet you to hit the incineration gases in the hot immediately after leaving the incinerator, we are possible to effectively utilize the heat of incineration gas itself, Ru economical der. Incineration gases can be prevented by passing the catalyze after modified with plasma jet, from changing the original harmful substances and other toxic substances bound once reformed gas again.
[0028]
According to invention of Claim 2 , the apparatus used directly for implementation of this method is obtained. Plasma torch Ru can effectively utilizing the heat held by the treasure incineration gases themselves provided in the gas passage between the incinerator and the catalyst. If the plasma torch injects the plasma jet obliquely in the gas flow direction, the flow of the plasma jet and the flow of the gas are aligned, and the flow of these becomes smooth (Claim 3 ). .
[0029]
Only one plasma torch may be provided in the gas passage, or a plurality of plasma torches may be provided. By providing a plurality, the incineration gas can be more reliably reformed (Claim 4 ). A plasma torch having the structure shown in claim 5 can be used. As the driving power of the plasma torch, the energy can be effectively used by using the power generated by using the exhaust heat of the incinerator (claim 6 ).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a general view of an incinerator using one embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged perspective view of a cross section of the main part. FIG. 3 is a control system diagram of a plasma torch. Illustration showing installation example [Explanation of symbols]
16
Claims (6)
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