JP4150736B2 - 溶融炉排ガスの減温方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物の焼却残さを溶融炉で溶融処理するさいに発生する高温の溶融炉排ガスを、大気中に放出する前段階で冷却して減温する方法に関する。

都市ごみや産業廃棄物の焼却残さを溶融炉で溶融処理するさいに発生する１０００℃以上もの高温の排ガスは、ダイオキシン類の再合成を阻止するために、２００℃以下に減温して放出しなければならない。減温のために水あるいは空気を噴射する方法が実用化されているが、未蒸発水による塩類の壁面、ノズルなどへの固着が発生する場合がある。下記特許文献１は、上記の問題点を解決するために、水噴射の方法を工夫しているが、高温の排ガスに対する所要の水量は膨大なばかりか、排ガス中に含まれる塩類が機器に固着するのを十分に防止するのも容易でない。

下記特許文献２は、空気のみによる高温排ガスの減温方法を開示するが、減温後の排ガス量が５倍にも達し、下流工程の所要装置が過大になる点が問題である。その他下記特許文献３は、高温排ガスをベーンで旋回させつつ液噴射して減温する方法を開示するが、高温少量の排ガスをベーン旋回させるのは容易でなく、ベーンへの塩類付着が不可避である。

このような問題点を解決するために、下記特許文献４は、高温排ガスを冷却空気の導入により減温するとともに、発生する最終の溶融炉排ガスを焼却炉へ戻す方法を提案するが、この方法にもなお問題を残している。すなわち、空気の吹き込みは排ガスをそれだけ増量して環境負荷を必然的に圧迫する一方、処理後の溶融炉排ガス中の酸素濃度を上昇させる。周知のとおり、排ガス中の有害物質であるＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＨＣｌの監視、規制値は、有害物質の実質濃度ではなく、下式Ａによる排ガス中の酸素を１２％に換算した値を対象としている。

Ｃ＝（２１−１２）Ｃｓ／（２１−Ｏｓ）・・・・・・・（Ａ）
Ｃ：１２％換算した有害物質量
Ｃｓ：排ガス中の有害酸素濃度物質の実質濃度
Ｏｓ：排ガス中の酸素濃度
この式１を採用すると、排ガス中の酸素濃度Ｏｓが上述のようにして上昇した場合、同式の分母が小さくなって、酸素１２％換算した有害物質量Ｃが増大する。とくにプラズマ溶融炉において、酸素含有ガスを作動ガスとして供給し、焼却残さを溶融する方式の場合、溶融排ガス減温塔出口における溶融排ガス中の酸素濃度が１７％以上（通常１７〜２０％）にもなる。そのため排ガス中の有害酸素濃度物質の実質濃度Ｃｓが低いにもかかわらず、酸素１２％換算濃度による規制値を満足するために、過大な設備や薬剤を必要とすることになって不経済である。
特許第３２５７４６６号公報 特許第３２０２４５３号公報 特開平１０―２６７２５６号公報 特開２００４―６１００９号公報

本発明は、環境負荷を必然的に圧迫する溶融炉排ガス量の不必要な増大をもたらすことがなく、しかも酸素１２％換算濃度による規制値を満足するために、過大な設備や薬剤を必要とすることのない実用的な溶融炉排ガスの減温方法の提供を課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、
（１）都市ごみや産業廃棄物を焼却炉において焼却処理した焼却残さを溶融炉で溶融処理する方法において、溶融炉から排出される溶融炉排ガスを、空気を使用せずに、焼却炉から排出され、焼却炉の集塵機を経た後に３０〜１２０℃に冷却された焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温する溶融炉排ガスの減温方法、
（２）プラズマ溶融炉からの溶融炉排ガスを減温塔において、前記焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温する上記１に記載の溶融炉排ガスの減温方法、
（３）溶融炉排ガスを前記焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温し、溶融集塵機後の同排ガスをそのまま専用の煙突より放出する上記１または２に記載の溶融炉排ガスの減温方法、
である。

本発明は、都市ごみや産業廃棄物の溶融炉に併設された焼却炉から出る排ガスの一部を分岐し、これを溶融減温塔に導入することにより、空気を使用しないで溶融炉排ガスを冷却減温するため、総排ガス量を抑制して環境負荷を軽減し、また溶融減温塔出口の低酸素濃度により、酸素１２％換算濃度ベースの有害物質濃度の上昇が抑制され、設備および使用薬剤面の経済性が改善できる顕著な効果がある。

図１に本発明を実施するための基本的な流れを示す。都市ごみや産業廃棄物を焼却し、その残さを溶融処理するためには、通常焼却炉およびこれに併設された溶融炉を使用し、高温の焼却炉排ガスをボイラー、減温塔および集塵機等を経て煙突から放出される。一方、溶融炉排ガスは、専用の減温塔および集塵機を経て焼却炉の集塵機の手前に供給され、焼却炉排ガスに合流する。

焼却炉はストーカー式、流動式あるいは回転炉等を使用し、ここから出る８００〜１０００℃の焼却炉排ガスはボイラーにて３００〜４００℃に降温して減温塔に供給される。この減温塔は頂部のノズルから下向きにスプレー水を噴射できる構造を有するなどの排ガス冷却手段を備え、これにより、焼却炉排ガスを１５０〜２００℃に減温してから、消石灰や活性炭等の薬品類とともにバグフイルターなどの集塵機に供給され、ここで脱塩、脱硫および除塵され、１５０〜２００℃の排ガスとなって煙突から放出される。

一方、上記溶融炉は燃料燃焼式あるいはプラズマ式等を使用し、この排ガスは１２００〜１３００℃の高温で専用の減温塔（溶融減温塔）に供給されるが、この減温塔は既述した特許文献４に記載されている溶融炉排ガス冷却装置つまり減温装置を使用するのが最適で、ただし本発明では、この溶融減温塔に上記焼却炉排ガスの一部を分岐して導入させる。この焼却炉排ガスは、図１に示すように、焼却炉の集塵機を出た１５０〜２００℃のものを水冷ダクトにとりこんで３０〜１２０℃まで冷却したガスである。なお、図６は上記溶融炉排ガス冷却装置つまり減温装置の機能図を示し、減温用空気は旋回流で塔内に導入して冷却効率を高めているが、図５のように本発明では、この空気にかえて焼却炉排ガスの分岐流を空気と同様に旋回流で塔内に吹き込むことにより、冷却効率を高めて減温することができる。

この溶融減温塔に吹き込まれる焼却炉排ガスは前記のように焼却炉の集塵機を出た（経由した）脱塩、脱硫および除塵後のものを適用することが好ましい。これ以前の排ガスを取り出して適用すると、水冷ダクトなどの配管、機器類の磨耗や詰まりさらに腐食を発生させる問題がある。

また、前記の通り、溶融減温塔に吹き込むに当り、事前に焼却炉排ガスを冷却する場合は、３０〜１２０℃の温度とするのが良い。これは、３０℃度未満では、冷却装置などが大掛かりになり、コストアップになり、一方、１２０℃を越える高温側では予め冷却する意味があまりなくなり、溶融炉排ガスの減温効果をより一層高めるには不十分となる。

ところで、この種設備の焼却炉排ガスの量はたとえば６万Ｎｍ^３／ｈであるのに対して、溶融炉排ガスは５０００Ｎｍ^３／ｈと大差があり、焼却炉集塵機を出た焼却炉排ガスを分岐して溶融炉排ガスの減温塔に供給する配分量は、２〜１０％もあれば十分である。溶融炉排ガスは焼却炉排ガスにより冷却されて１５０〜２００℃まで減温し、バグフィルターなどの集塵機（溶融集塵機）を経由して焼却炉集塵機の手前で焼却炉排ガスに合流する。

以上の操作によって、溶融炉排ガス減温塔の出口の酸素濃度は１７％以上から１２％程度に希釈減少し、溶融炉排ガス中の酸素１２％換算有害物質は実質濃度とほぼ同じ濃度に調整できる。そして、焼却炉排ガス中の酸素濃度は５〜１２％となり、焼却炉集塵機に供給すべき脱塩脱硫用消石灰、ダイオキシン除去用活性炭あるいは触媒反応塔（図示しない）に供給すべきＮＯｘ除去用アンモニア等の薬品類の所要量が過大になるのを阻止できる。同時に外部空気を系に導入しないから、最終排ガス量が大幅に抑制でき、それだけ環境負荷が低減できる。この最終排ガス量の抑制量は実際に２〜１０％程度に達することが計算できる。

以下は本発明の実施形態の拡張になる。図２は、焼却炉排ガスの分岐流を溶融炉排ガス減温塔に導入するのに先立って、図１の水冷ダクトのかわりに水冷式の冷却装置をダクトに設置し、ここを通る焼却炉排ガスの分岐流を冷却水の噴霧にて３０〜１２０℃まで冷却する方法である。この方法は、焼却炉排ガスの冷却効率を向上することができる点で実用的である。

図３は、上記水冷式の冷却装置にかえて、苛性ソーダの水溶液をガスに噴霧する方式の洗浄装置を使用し、焼却炉排ガスの冷却と同時に、脱塩および脱硫をおこない、ガス中のＨＣｌおよびＳＯｘを除去する。この方法は、低温ガス中のこれらの腐食性成分が配管等を腐食するのを防止する点で有効である。

図４は上記溶融集塵機後の溶融炉排ガスを焼却炉排ガスに合流するのにかえて溶融集塵機後の同排ガスをそのまま専用の煙突より放出する。この方法は特に既設の焼却炉に溶融炉を増設する際に適用される。

本発明の基本的実施形態を示す流れ図。 本発明の他の実施形態を示す流れ図。 本発明のさらに他の実施形態を示す流れ図。 本発明のさらに他の実施形態を示す流れ図。 本発明のさらに他の実施形態における溶融炉排ガス減温塔の機能図。 特許文献４の溶融炉排ガス減温塔の機能図。

Claims (3)

1. 都市ごみや産業廃棄物を焼却炉において焼却処理した焼却残さを溶融炉で溶融処理する方法において、溶融炉から排出される溶融炉排ガスを、空気を使用せずに、焼却炉から排出され、焼却炉の集塵機を経た後に３０〜１２０℃に冷却された焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温することを特徴とする溶融炉排ガスの減温方法。
2. プラズマ溶融炉からの溶融炉排ガスを減温塔において、前記焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温することを特徴とする請求項１に記載の溶融炉排ガスの減温方法。
3. 溶融炉排ガスを前記焼却炉排ガスの一部導入により冷却して減温し、溶融集塵機後の同排ガスをそのまま専用の煙突より放出することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融炉排ガスの減温方法。

Images