JP4151896B2 - 排ガス処理設備及び排ガス処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスを処理する排ガス処理設備に関し、特に排ガス中に含まれるダイオキシン及び窒素酸化物を高速で処理することができ、コンパクトな排ガス処理設備及び排ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ゴミ焼却場等から出る排ガス中に含まれるダイオキシン等が降雨などによって土壌に混ざり、食卓に上がる野菜等に政府が許容する規定値以上のダイオキシン等が検出されたことなどが社会問題化している。この種の問題を解決するため、近年、ゴミ焼却場等に排ガス中のダイオキシン等の濃度を減らすための装置が設置されつつある。
【０００３】
しかし、新設炉に対しては、各種の対策案が提案されているが、既設の焼却炉における排ガス処理は主に最終除塵設備として電気集塵器によるものが殆どであり、これが主な理由として有効な対策が遅れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、排ガスは、これに含まれるダイオキシン及び窒素酸化物を分解する分解触媒装置を通すことが有効であることが知見されている。
【０００５】
そこで、排ガスを最終除塵設備としての電気集塵器にて除塵し、さらに排ガスをダイオ キシン及び窒素酸化物を分解する分解触媒装置を通して大気への放散を図るフローが考えられる。
【０００６】
しかし、長時間の運転に伴って、分解触媒装置の圧力損失が上昇し、定常運転が困難になることが判った。この理由は、電気集塵器による除塵後においても、微量のダストが粒状触媒が充填された分解触媒装置に移行し、分解触媒装置の通過小孔や、粒状触媒表面部に付着・堆積し、排ガス流路を閉塞することによるものと知見された。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、電気集塵器を備えたたとえば既設フローに対しても、分解触媒装置により有効に排ガス処理が可能である排ガス処理設備を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
排ガスを電気集塵器にて除塵し、さらに排ガスをダイオキシン及び窒素酸化物を分解する粒状触媒が充填された分解触媒装置を通して大気への放散を図る排ガス処理系統であって、
前記電気集塵器と前記分解触媒装置との間に、前記電気集塵器から排出され、全ダスト量に対し、粒径が１μｍ未満の微細ダストを体積基準相対粒子量として２％以上含む排ガス中のダストを除塵するバグフィルタと、
前記電気集塵器から前記バグフィルタへの排ガス路に対して、平均粒径が５〜１００μｍの粒子を主体とするろ過助剤を添加するろ過助剤添加手段とを備え；
前記バグフィルタは、パルスジェット払い落とし式バグフィルタであり、ハウジング内の上方に、ダストを含有する排ガスが外部から内部に通過するように袋状濾布からなるフィルタが設けられ、前記ハウジング内の下方に、前記フィルタの外部に連通して落下ダストを捕集するダスト捕集部が設けられ、前記フィルタの内部に臨み、短時間で噴射される空気によりフィルタに付着したダストを払い落とすパルスジェット噴射手段が設けられ、前記フィルタの下方であって前記ダスト捕集部との間に、水平に対して４５〜６０°傾斜した傾斜板又は山形の傘部材が離間して配置されたダストの再飛散防止手段が設けられている、
ことを特徴とする排ガス処理設備。
【０００９】
＜作用効果＞
電気集塵器から排出される微量なダストは、バグフィルタを使用することで十分に除塵することができるために、粒状触媒が充填された分解触媒装置においてその圧力損失の上昇がなく、長時間安定した排ガス処理が可能である。
一方、電気集塵器を通過するダストは一般に粒径が小さく、たとえば粒径１μｍ未満のダストを２%以上含んでいる。粒径１μｍ未満のダストはバグフィルタの濾布内部に侵入してしまうため、パルスジェットによっても払い落とすことが困難であり、圧力損失を上昇させる原因となる。そこで、本発明に従って、バグフィルタ前段の排ガス路内に平均粒径５〜１００μｍのろ過助剤（たとえばパーライト、珪藻土、消石灰など、望ましくはパーライトや珪藻土のような排ガス中の酸性物質と反応しない不活性物質、あるいはこれらの混合物）を噴霧などの手段により添加すると、(1)フィルタ表面に堆積するダスト層の空隙を確保することによりバグフィルタの圧力損失を低減することができ、(2)ダストのろ布内部への侵入を防ぎ、ろ布からの剥離性を向上し、および(3)ろ過助剤にダストを付着させ凝集効果によりダスト重量及び／またはダスト粒径を増加させ、払い落としたダストの再飛散を防止することができる。
ここで、ろ過助剤として、平均粒径が５〜１００μｍの粒子を主体とするものを使用するが、平均粒径が５μｍ未満ではろ過助剤自体が細かすぎるため、却って圧力損失を上昇させてしまう危険性があり、また１００μｍを超えるとダストに比べてろ過助剤の粒径が大きすぎて、その結果、空隙も大きくなり、ダストがろ布に到達してしまうため、この範囲にしたものである。
さらに、本発明においては、パルスジェット払い落とし式バグフィルタを使用することで、微細かつ微量なダストについても必要十分な除塵が可能であり、かつ、パルスジェット払い落とし逆洗により十分な圧力損失の回復が行われる。特に、微細なダストをろ過助剤と共に払い落とすことができる。
他方、電気集塵器を通過するダストは一般に粒径が小さいため、バグフィルタのダスト捕集部（たとえばホッパー部）に落下してもパルスジェットによるバグフィルタ内部のガス流れの変化により再飛散して排出できず、結果としてバグフィルタの圧力損失を上昇させてしまうことが多い。そこで、フィルタとダスト捕集部との間にダストの再飛散防止手段を設けることにより、ダストの再飛散を防止して、バグフィルタの圧力損失の上昇を防止できる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
＜請求項２項記載の発明＞
分解触媒装置が、多数の通過小孔を有する壁内に、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒が充填されたものであり、バグフィルタを通った排ガスがラテラルフローにより通過する構成である請求項１記載の排ガス処理設備。
【００１３】
＜作用効果＞
分解触媒装置が、多数の通過小孔を有する壁内に、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒（本発明において「粒状」の意義は「粉状」も含む）が充填されたものであり、バグフィルタを通った排ガスがラテラルフローにより通過する構成であると、後記実施例に記載のように、ダイオキシン及び窒素酸化物の分解能力が高いものとなる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
＜請求項３項記載の発明＞
請求項１または２記載の排ガス処理設備を使用し、バグフィルタのろ過速度を１.５〜５.０ｍ/ｍｉｎとすることを特徴とする排ガス処理方法。
【００１７】
＜作用効果＞
ろ過速度を大きくすることにより、バグフィルタ装置を小型化できる。
【００１８】
＜請求項４項記載の発明＞
請求項１または２記載の排ガス処理設備を使用し、前記ろ過助剤を、前記ダスト量に対し重量比で２〜１０倍量をもって添加することを特徴とする排ガス処理方法。
【００１９】
＜作用効果＞
請求項１記載の発明の作用効果に加えて、次記の作用効果を奏する。すなわち、ろ過助剤はダスト量の重量比で２倍未満では十分な効果が得られず、１０倍を超えるとろ過助剤が多すぎることにより圧力損失上昇が早まる上、かつろ過助剤添加に伴うコストが嵩む上、ダスト増量による灰処理費用の増大により経済性が低下するからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながらさらに詳説する。
図１は全体のフローを示したもので、たとえばゴミ焼却炉などの排ガスは、電気集塵器１に通され、その含有ダストが除塵される。
【００２１】
電気集塵器１を通過後の排ガスには、バグフィルタ２に連なる排ガス路（煙道）６内に、ろ過助剤添加手段７によりろ過助剤が噴霧などにより添加され、その後、パルスジェット払い落とし式バグフィルタ２に通された後、分解触媒装置３に導かれ、誘引ファン４により煙突５から大気に放出される。
【００２２】
ここで、分解触媒装置３の望ましい具体的構成としては、図３に示すように、多数の通過小孔を有する壁３Ａ内に、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒３Ｂが充填されたものであり、バグフィルタを通った排ガスＧがラテラルフローにより通過するものである。粒状触媒３Ｂの充填層は図３に概念的に示すように、モジュール化され、その触媒量、層厚さなどの諸元は、要求される分解率及び圧力損失値などにより選択される。粒状触媒３Ｂの充填層は、たとえば排ガスＧ流通方向の入口端及び出口端が閉塞され、かつ入口端及び出口端においてそれぞれ隣接する充填層が１つおきに仕切り部材３Ｃ、３Ｄにより閉塞されることで、隣接する充填層間に入り込んだ排ガスＧは、それぞれ裏面側に抜けた後に、開口する出口から排気されるラテラルフローのものである。壁３Ａはたとえばパンチングメタルにより形成され、多数の通過小孔（たとえば０．８〜１．５ｍｍ）を有する。
【００２３】
この排ガスＧの流通過程において、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒３Ｂが、ダイオキシン及び窒素酸化物の分解を行う。他の触媒に比較して、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒３Ｂは分解効率が高いことを知見している。
【００２４】
本発明においては、電気集塵器１と分解触媒装置３との間に、パルスジェット払い落とし式バグフィルタ２が設けられる。
【００２５】
パルスジェット払い落とし式バグフィルタ２は、たとえば図２に示す構造のもので、ハウジング２Ａの上面の入口２Ｂからダスト含有排ガス（含塵気流）が内部に投入される。ハウジング２Ａ内の上部には、図２の紙面を貫く方向に整列された多数の平板状フィルタ２Ｄ群が、上下に一列または高さ方向に複数列配設され、濾過室２Ｅが構成されている。
【００２６】
フィルタ２Ｄは図２の左方が開口している袋体であり、その外表面に濾過捕集されたダストは、開口側に対向して配設されたパルスジェット噴射手段を構成する圧縮空気導管２Ｆから、ごく短時間で強力に袋体内部に噴射される空気により、袋体自体に作用する衝撃波をもって、いわゆるジェットパルス逆洗により完全に払い落され、フィルタ２Ｄの圧力損失は常に安定して維持される。濾過された清浄空気は、フィルタ２Ｄ内を通り、清浄空気室より機外へ排出される。
【００２７】
ハウジング２Ａ内の下部には、フィルタ２Ｄの外部に連通して落下ダストを捕集する下窄まりのホッパー形状などからなるダスト捕集部２Ｃが設けられ、さらに、フィルタ２Ｄとダスト捕集部２Ｃとの間にダストの再飛散防止手段２Ｇａが設けられている。
【００２８】
ところで、電気集塵器１を通過するダストは一般に粒径が小さいため（例えば粒径１μｍ未満のダストを体積基準相対粒子量として２％以上含んでいる。）、ダスト捕集部２Ｃに落下してもパルスジェットによるバグフィルタ２内部のガス流れの変化により再飛散して排出できず、結果としてフィルタ２Ｄの圧力損失を上昇させてしまうことが多い。そこで、ダスト捕集部２Ｃに図２に図示するように再飛散防止手段を設ける。望ましくは水平に対して４５〜６０°で高さ１００〜３００ｍｍの傾斜板２Ｇａ，２Ｇａ…を複数設置し、ダストの再飛散を防止する。傾斜板２Ｇａに積もったダストが落下するためには４５°以上必要であり、６０°以上にすると傾斜板２Ｇａ上部と下部の気流の遮断ができ難い。また傾斜板２Ｇａの高さは１００ｍｍ未満では必要枚数が増えるため構造が複雑となり不経済であり、５００ｍｍ以上にするとダスト捕集部２Ｃが大型化してしまう。再飛散防止手段としては、図２にハウジング２Ａ外部に図示するように、山形の再飛散防止傘２Ｇｂ，２Ｇｂ…などによって形成することもできる。
【００２９】
このバグフィルタ２のろ過速度は、１.５〜５.０ｍ/ｍｉｎが望ましく、特に２．５〜３.０ｍ/ｍｉｎが望ましい。通常、ごみ焼却排ガスのバグフィルタは、ろ過速度が０．８ｍ/ｍｉｎ程度で運転されているため、実施の形態に従ってろ過速度を１.５ｍ/ｍｉｎ以上とすることで、大幅なコンパクト化が可能となる。ろ過速度が５.０ｍ/ｍｉｎを超えると、圧力損失が２．０ｋＰａ未満とする設計基準を超えてしまい運転が困難となる。
【００３０】
また、フィルタ２Ｄの払い落とし時のパルスジェットの圧力は０.４〜１.０ＭＰａが望ましく、特に０.４〜０．６ＭＰａが望ましい。０.４ＭＰａ未満では十分な払い落としができ難く、１.０ＭＰａを超えると設備上不経済であり、また濾布の強度を劣化させる原因ともなる。フィルタ２Ｄ自体の材質としては、ダストの剥離性を考慮しフエルトや織布にテフロンメンブレン加工を施した重層構造のものが適している。
【００３１】
他方、ろ過助剤添加手段７としては、ろ過助剤ホッパー７Ａ内に投入したろ過助剤をスクリュウコンベア７Ｂ及び切り出し弁により切り出すとともに、吹込みコンプレッサー７Ｃなどからの気流に乗せて排ガス路６内に吹込むものである。
【００３２】
このろ過助剤の添加がない場合には、図４の上部に示すように、フィルタ２Ｄの表面に細かいダストＳが付着・堆積が進行すると、ダストＳ，Ｓ間の間隙が閉塞化傾向となり圧力損失の上昇をきたすとともに、フィルタ２Ｄ内に細かいダストＳが侵入するが、ろ過助剤を添加した場合には、図４の下部に示すように、フィルタ２Ｄの表面に粒径の大きいろ過助剤Ｐ，Ｐ…が付着・堆積するとともに、細かいダストＳはそのろ過助剤Ｐ表面に付着・堆積する傾向となり、これが進行したとしても、粒子間の間隙は確保される。また、払い落とし時には、粒径の大きいろ過助剤Ｐはフィルタ２Ｄの表面から容易に剥離するが、その際に細かいダストＳも同伴して落下するようになる。
【００３３】
図５はろ過助剤を添加しない場合における払い落とし後の捕集ダストの顕微鏡写真であり、図６はろ過助剤を添加した場合における払い落とし後の捕集ダストの顕微鏡写真である。現実に、図６の大きい粒子がパーライトであり、その周面に細かいダストが存在していることから、図４に基づき説明した上記現象が確認できる。
【００３４】
（その他）
本発明は、上記例のほか、種々の排ガスの処理に適用できる。たとえば、図７に示すように、セメントキルンからの排ガスを多段サイクロン型熱交換器を通した後に、バグフィルタにて最終的に除塵処理し、誘引ファンにより排ガスとして放散される際に、バグフィルタの前段にろ過助剤を添加する例を挙げることができる。
【００３５】
また、図８に示すように、灰溶融炉からの微細ダストである溶融飛灰を含む排ガスを、ガス冷却塔を通した後に、バグフィルタにて除塵し、次にスクラバーにて最終的に除塵処理し、誘引ファンにより排ガスとして放散される際に、バグフィルタの前段にろ過助剤を添加する例を挙げることができる。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
排ガス中の全ダスト量に対する、微細ダスト（以下「微細ダスト」は粒径１μｍ未満のダストを示す。）の割合と、圧力損失上昇速度比の関係を調べたところ、図９に示す結果が得られた。
同図は、微細ダストを体積基準相対粒子量（以下「相対粒子量」と言う。）として０.５％含む場合における圧力損失上昇速度を「１」とし、微細ダストの割合の変化に対する圧力損失上昇速度比の変化を示すものである。また、相対粒子量は、電気集塵器通過ダストをバグフィルタで捕集したものを使用して調整したものである。
この結果から、微細ダストの相対粒子量が２％未満の場合には、圧力損失上昇の問題は小さいが、２％以上含むときには、大きな影響を及ぼすことが判る。
【００３７】
（実施例２）
実施例１における知見に基づいて、さらに、ろ過助剤を添加することの意義について、次記の実験により効果を確認した。上記の実施の形態で述べた設備のモデル実験用装置により、バグフィルタのろ過性及びダイオキシンの除去性などを調べた。実験には、ろ過助剤として平均粒径２８μｍのパーライトを使用し、微細ダストの相対粒子量は約１２％であった。粒状触媒としてはチタン酸化物及びバナジウム酸化物を有するものである。結果を表１に示す。
この結果からして、バグフィルタは優れたろ過性を示し、また、分解触媒装置によるダイオキシンの除去性は良好であることを確認した。
【００３８】
【表１】

【００３９】
（実施例３）
先に述べたように、ろ過助剤としては、平均粒径が５〜１００μｍの粒子を主体とするものを使用するのが望ましい。また、ダスト量に対し重量比で２〜１０倍量をもってろ過助剤を添加するのが望ましい。
ろ過助剤の噴霧による添加により圧力損失の変化を調べた。
（１）ろ過助剤の平均粒径と圧力損失上昇速度比
ろ過助剤を排ガス中のダスト量に対し重量比で５倍量で添加する条件の下で、ろ過助剤の平均粒径の相違によって、圧力損失上昇速度比がどのように変化するかを調べた。結果を、図１０に示した。なお、圧力損失上昇速度比とは、ろ過助剤を添加しない場合における圧力損失上昇速度を「１」とする圧力損失上昇速度の比で表すものである。
この結果からして、ろ過助剤として平均粒径が５〜１００μｍの粒子を主体とするものが望ましいことが判る。
（２）ろ過助剤の添加量と圧力損失上昇速度比
ろ過助剤として、平均粒径が２８μｍのパーライトを使用して添加する条件の下で、ろ過助剤の添加量を図１１に示した。なお、ろ過助剤の添加量は、排ガス中のダスト量に対する倍数で表している。
この結果からして、ろ過助剤の添加量としては、排ガス中のダスト量に対し重量比で２〜１０倍量であるのが望ましいことが判る。
【００４０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ろ過式集塵設備以外の除塵設備、たとえば電気集塵器を備えた既設フローに対しても、分解触媒装置による有効な排ガス処理が可能であり、また圧力損失の上昇がない排ガス処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は排ガス処理設備の全体のフローを示した概要図である。
【図２】 バグフィルタの概要図である。
【図３】 分解触媒装置の充填層のモジュールの概念図である。
【図４】 フィルタへの粒子堆積状況の説明図である。
【図５】 ろ過助剤を添加しない場合における払い落とし後の捕集ダストの顕微鏡写真である。
【図６】 ろ過助剤を添加した場合における払い落とし後の捕集ダストの顕微鏡写真である。
【図７】 他の排ガス処理フローの概要図である。
【図８】 別の排ガス処理フローの概要図である。
【図９】 基礎実験の結果を示すグラフである。
【図１０】 ろ過助剤の平均粒径と圧力損失上昇速度比の関係グラフである。
【図１１】 ろ過助剤の添加量と圧力損失上昇速度比の関係グラフである。
【符号の説明】
１…電気集塵器、２…パルスジェット払い落とし式バグフィルタ、２Ａ…ハウジング、２Ｂ…入口、２Ｃ…ダスト捕集部、２Ｄ…フィルタ、２Ｅ…濾過室、２Ｆ…圧縮空気導管、３…分解触媒装置、３Ａ…壁、３Ｂ…粒状触媒、６…排ガス路（煙道）。

Claims (4)

1. 排ガスを電気集塵器にて除塵し、さらに排ガスをダイオキシン及び窒素酸化物を分解する粒状触媒が充填された分解触媒装置を通して大気への放散を図る排ガス処理系統であって、
   前記電気集塵器と前記分解触媒装置との間に、前記電気集塵器から排出され、全ダスト量に対し、粒径が１μｍ未満の微細ダストを体積基準相対粒子量として２％以上含む排ガス中のダストを除塵するバグフィルタと、
   前記電気集塵器から前記バグフィルタへの排ガス路に対して、平均粒径が５〜１００μｍの粒子を主体とするろ過助剤を添加するろ過助剤添加手段とを備え；
   前記バグフィルタは、パルスジェット払い落とし式バグフィルタであり、ハウジング内の上方に、ダストを含有する排ガスが外部から内部に通過するように袋状濾布からなるフィルタが設けられ、前記ハウジング内の下方に、前記フィルタの外部に連通して落下ダストを捕集するダスト捕集部が設けられ、前記フィルタの内部に臨み、短時間で噴射される空気によりフィルタに付着したダストを払い落とすパルスジェット噴射手段が設けられ、前記フィルタの下方であって前記ダスト捕集部との間に、水平に対して４５〜６０°傾斜した傾斜板又は山形の傘部材が離間して配置されたダストの再飛散防止手段が設けられている、
   ことを特徴とする排ガス処理設備。
2. 分解触媒装置が、多数の通過小孔を有する壁内に、チタン酸化物及びバナジウム酸化物を有する粒状触媒が充填されたものであり、バグフィルタを通った排ガスがラテラルフローにより通過する構成である請求項１記載の排ガス処理設備。
3. 請求項１または２記載の排ガス処理設備を使用し、バグフィルタのろ過速度を１.５〜５.０ｍ/ｍｉｎとすることを特徴とする排ガス処理方法。
4. 請求項１または２記載の排ガス処理設備を使用し、前記ろ過助剤を、前記ダスト量に対し重量比で２〜１０倍量をもって添加することを特徴とする排ガス処理方法。

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