JP4455349B2 - NOx treatment method and apparatus for waste treatment facility - Google Patents
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Description
本発明は、例えば産業廃棄物や都市ごみ等を処理する廃棄物処理設備で発生した排ガスに過剰空気を供給し、この排ガス中に含まれるＮＯｘを還元分解する還元剤を該排ガス中に注入することによりＮＯｘの処理を行う方法及び装置に関するものである。 The present invention supplies excess air to exhaust gas generated in a waste treatment facility that treats, for example, industrial waste and municipal waste, and injects a reducing agent that reduces and decomposes NOx contained in the exhaust gas into the exhaust gas. The present invention relates to a method and apparatus for performing NOx processing.
従来、廃棄物処理設備で発生した排ガス中に含まれるＮＯｘの排出量を制御する場合、その廃棄物処理設備の下流側に設けられた脱硝触媒装置のさらに下流側で排ガス中のＮＯｘ濃度（出口ＮＯｘ濃度）を測定し、この測定値に応じてアンモニアの注入量をフィードバック制御することが一般的である。 Conventionally, when controlling the emission amount of NOx contained in the exhaust gas generated in the waste treatment facility, the NOx concentration (exit) in the exhaust gas further downstream of the denitration catalyst device provided on the downstream side of the waste treatment facility. In general, the NOx concentration is measured, and the amount of ammonia injected is feedback-controlled according to the measured value.
ところが、このフィードバック制御に起因する遅れがあり、しかも通常ＮＯｘ濃度の測定には、排ガス中のＮＯｘをサンプリングして分析することが必要であるので、その分析時間等に起因する遅れも生じて、出口ＮＯｘ濃度を一定値以下に抑えることが困難となることがあった。 However, there is a delay due to this feedback control, and the NOx concentration is usually measured by sampling and analyzing NOx in the exhaust gas. It may be difficult to keep the outlet NOx concentration below a certain value.
そこで、例えば特許文献１では、脱硝触媒装置の出口ＮＯｘ濃度の測定値と、予め設定した出口ＮＯｘ濃度の設定値との偏差に基づいてアンモニアの注入量を算出し、この算出したアンモニアの注入量の範囲で、かつ、予め設定したアンモニアの注入量の上限値と下限値の範囲で、瞬時にパルス的にアンモニアの注入量を変化させて脱硝触媒装置の入口にアンモニアを注入し、これにより出口ＮＯｘ濃度を一定に維持するように制御している。 Therefore, for example, in Patent Document 1, an ammonia injection amount is calculated based on a deviation between a measured value of the outlet NOx concentration of the denitration catalyst device and a preset value of the outlet NOx concentration, and the calculated ammonia injection amount. In the range of the upper limit and lower limit of the ammonia injection amount set in advance, the ammonia injection amount is instantaneously changed in a pulsed manner to inject ammonia into the inlet of the denitration catalyst device, thereby Control is performed so as to maintain the NOx concentration constant.
また特許文献２では、脱硝触媒装置の入口ＮＯｘ濃度が、その脱硝触媒装置を通過する排ガス量に比例するものとみなして、この排ガス量に基づいて求めたＮＯｘの還元分解に必要なアンモニアを吹き込んで煙突出口でのＮＯｘ濃度を制御している。
しかしながら、特許文献１の技術では、脱硝触媒装置の出口ＮＯｘ濃度だけを使用しているので、その分析時間等に起因する遅れは依然としてある。また、特許文献２の技術では、脱硝触媒装置の入口ＮＯｘ濃度が排ガス流量に比例するものとみなしているので、この比例関係の成立する特定の形式の廃棄物処理設備にしか適用できず、他形式の廃棄物処理設備に適用すれば脱硝触媒装置の出口ＮＯｘ濃度が規定値を超えることがあり、改善の必要があった。その理由は以下のように考えられる。すなわちＮＯｘには、燃料中の窒素原子が燃焼して生成するフューエルＮＯｘと、空気中の窒素が高温において反応して生成するサーマルＮＯｘとがあるが、廃棄物処理設備のうち、焼却炉等では、発生する排ガスに含まれるＮＯｘはフューエルＮＯｘであり、その濃度は１００〜１２０ｐｐｍ程度と安定している。これに対し、高温二次燃焼を行うガス化溶融炉等では、排ガス温度が１４００℃にも達し、サーマルＮＯｘが発生しているため、その濃度は１００〜４００ｐｐｍの範囲で変動している。そして、上記特許文献１，２の技術は、かかるサーマルＮＯｘの生成反応に直接起因する因子について考慮していないために、上述したように脱硝触媒装置の出口ＮＯｘ濃度が規定値を超えることがあるものと考えられる。 However, since only the outlet NOx concentration of the denitration catalyst device is used in the technology of Patent Document 1, there is still a delay due to the analysis time and the like. Further, since the technique of Patent Document 2 assumes that the NOx concentration at the inlet of the denitration catalyst device is proportional to the exhaust gas flow rate, it can be applied only to a specific type of waste treatment facility in which this proportional relationship is established. When applied to a type of waste treatment facility, the NOx concentration at the outlet of the denitration catalyst device may exceed the specified value, and there is a need for improvement. The reason is considered as follows. In other words, NOx includes fuel NOx produced by combustion of nitrogen atoms in fuel and thermal NOx produced by reaction of nitrogen in air at a high temperature. NOx contained in the generated exhaust gas is fuel NOx, and its concentration is stable at about 100 to 120 ppm. On the other hand, in a gasification melting furnace or the like that performs high-temperature secondary combustion, the exhaust gas temperature reaches 1400 ° C. and thermal NOx is generated, so the concentration varies in the range of 100 to 400 ppm. And since the technique of the said patent documents 1 and 2 does not consider the factor directly resulting from the production | generation reaction of such thermal NOx, as above-mentioned, the exit NOx density | concentration of a denitration catalyst apparatus may exceed a regulation value. It is considered a thing.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サーマルＮＯｘの発生をＮＯｘ以外の測定値から予測することにより、煙突出口でのＮＯｘ濃度を一定以下に維持できる廃棄物処理設備のＮＯｘ処理方法及び装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to predict the generation of thermal NOx from measured values other than NOx, thereby maintaining the NOx concentration at the smoke outlet at a certain level or less. It is to provide a NOx treatment method and apparatus for a waste treatment facility.
請求項１記載の発明は、廃棄物処理設備で発生した排ガスに過剰空気を供給し、この排ガス中に含まれるＮＯｘを還元分解する還元剤を該排ガス中に注入し、この還元剤が注入される領域の下流側のＮＯｘ濃度に基づいて上記還元剤の注入量をフィードバック制御することによりＮＯｘの処理を行う方法であって、上記過剰空気が供給される領域内の酸素濃度及び温度をそれぞれ酸素濃度計および温度計により計測し、これらの酸素濃度計および温度計による計測値に基づいて上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度を予測し、少なくともこの予測値に基づいて上記還元剤の注入量をさらにフィードフォワード制御することを特徴とするものである。 According to the first aspect of the present invention, excess air is supplied to the exhaust gas generated in the waste treatment facility, a reducing agent that reduces and decomposes NOx contained in the exhaust gas is injected into the exhaust gas, and the reducing agent is injected. NOx treatment by feedback controlling the injection amount of the reducing agent based on the NOx concentration downstream of the region where the excess air is supplied, and the oxygen concentration and temperature in the region where the excess air is supplied respectively The concentration of thermal NOx generated in the exhaust gas is predicted based on the measured values of the oxygen concentration meter and the thermometer, and the amount of the reducing agent injected based on at least the predicted value. Is further feed-forward controlled.
請求項２記載の発明のように、上記還元剤が注入される領域の下流側で排ガスの流量を計測し、この計測値とサーマルＮＯｘの濃度の予測値とに基づいて上記還元剤の注入量をフィードフォワード制御することが好ましい。 As in the second aspect of the invention, the flow rate of the exhaust gas is measured on the downstream side of the region where the reducing agent is injected, and the injection amount of the reducing agent is based on the measured value and the predicted value of the concentration of thermal NOx. Is preferably feedforward controlled.
請求項３記載の発明のように、上記還元剤が注入される領域の下流側でＮＯｘの濃度を計測し、この計測値に基づいて上記フィードフォワード制御される還元剤の注入量を補正することが好ましい。 According to a third aspect of the invention, the concentration of NOx is measured downstream of the region where the reducing agent is injected, and the injection amount of the reducing agent subjected to the feedforward control is corrected based on the measured value. Is preferred.
請求項４記載の発明のように、上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘを、還元剤としてのアンモニアを用いて触媒の存在下で還元分解することが好ましい。 As in the fourth aspect of the invention, it is preferable that thermal NOx generated in the exhaust gas is reductively decomposed in the presence of a catalyst using ammonia as a reducing agent.
或いは、請求項５記載の発明のように、上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘを、還元剤としての尿素を用いて還元分解することが好ましい。 Alternatively, as in the invention described in claim 5, it is preferable that thermal NOx generated in the exhaust gas is reductively decomposed using urea as a reducing agent.
請求項６記載の発明は、廃棄物処理設備と、この廃棄物処理設備で発生した排ガスに過剰空気を供給する過剰空気供給手段と、この排ガス中に含まれるＮＯｘを還元分解する還元剤を該排ガス中に注入する脱硝手段と、この脱硝手段の下流側のＮＯｘ濃度に基づいて上記還元剤の注入量をフィードバック制御することによりＮＯｘの排出量を制御する第１制御手段とを備えた廃棄物処理設備のＮＯｘ処理装置であって、上記過剰空気が供給される領域内の酸素濃度及び温度をそれぞれ計測する酸素濃度計および温度計と、これらの酸素濃度計および温度計による計測値に基づいて上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度を予測する予測手段と、少なくともこの予測値に基づいて上記還元剤の注入量をさらにフィードフォワード制御する第２制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
The invention described in
請求項１，６記載の発明によれば、廃棄物処理設備で発生した排ガスに過剰空気が供給され、この排ガス中に含まれるＮＯｘを還元分解する還元剤が該排ガス中に注入され、この還元剤が注入される領域の下流側のＮＯｘ濃度に基づいて上記還元剤の注入量がフィードバック制御される際に、上記過剰空気が供給される領域内の酸素濃度及び温度がそれぞれ酸素濃度計および温度計により計測され、これらの酸素濃度計および温度計による計測値に基づいて上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度が予測され、少なくともこの予測値に基づいて上記排ガス中への還元剤の注入量がさらにフィードフォワード制御されるので、排ガス中において、もともと含まれているフューエルＮＯｘに加えて、サーマルＮＯｘが大量に発生したとしても、そのサーマルＮＯｘの発生が間接的に予測されることとなる。そして、排ガス中のＮＯｘ全体（フューエルＮＯｘ＋サーマルＮＯｘ）に見合った適正量の還元剤の注入により、そのＮＯｘ全体が従来例に比べてより迅速かつ確実に還元分解されるようになる。その結果、廃棄物処理設備の形式のいかんにかかわらず、煙突出口でのＮＯｘ濃度が一定以下に維持される。 According to the first and sixth aspects of the invention, excess air is supplied to the exhaust gas generated in the waste treatment facility, and a reducing agent that reduces and decomposes NOx contained in the exhaust gas is injected into the exhaust gas. When the injection amount of the reducing agent is feedback controlled based on the NOx concentration on the downstream side of the region where the agent is injected, the oxygen concentration and temperature in the region where the excess air is supplied are the oxygen concentration meter and the temperature, respectively. measured by the meter, it is expected concentration of thermal NOx generated in the exhaust gas based on the measurement values of these oximeter and a thermometer, at least the injection amount of the reducing agent into the exhaust gas on the basis of the predicted value Is further feedforward controlled, so that in addition to the fuel NOx originally contained in the exhaust gas, a large amount of thermal NOx is generated. , So that the occurrence of the thermal NOx is indirectly predicted. Then, by introducing an appropriate amount of reducing agent commensurate with the entire NOx in the exhaust gas (fuel NOx + thermal NOx), the entire NOx is reduced and decomposed more quickly and reliably than in the conventional example. As a result, the NOx concentration at the smoke outlet is maintained below a certain level regardless of the type of waste treatment facility.
ところで、排ガス中への還元剤の注入量は、厳密にいえば、その排ガス中のＮＯｘ濃度と排ガスの流量との積算値に応じて演算される。ここで、燃焼対象の量や種類等が一定の場合には排ガスの流量は設定値（一定）であってもよいが、処理対象となる産業廃棄物や都市ごみ等の量や種類等が大きく変動する場合には、その排ガスの流量が設定値から大きく外れることがある。そこで、請求項２記載の発明のように、上記還元剤が注入される領域の下流側で排ガスの流量が計測され、この計測値と上記サーマルＮＯｘの濃度の予測値とに基づいて上記還元剤の注入量がフィードフォワード制御されることとすれば、処理対象の量や種類等の変動にかかわらず、排ガス中のＮＯｘ全体が迅速かつ確実に還元分解され、煙突出口でのＮＯｘ濃度が一定以下に維持される。 By the way, strictly speaking, the amount of the reducing agent injected into the exhaust gas is calculated according to the integrated value of the NOx concentration in the exhaust gas and the flow rate of the exhaust gas. Here, when the amount and type of combustion target are constant, the flow rate of exhaust gas may be a set value (constant), but the amount and type of industrial waste and municipal waste to be treated are large. When it fluctuates, the flow rate of the exhaust gas may greatly deviate from the set value. Therefore, as in the second aspect of the invention, the flow rate of the exhaust gas is measured downstream of the region where the reducing agent is injected, and the reducing agent is based on the measured value and the predicted value of the thermal NOx concentration. If the injection amount of feed is controlled by feedforward control, the entire NOx in the exhaust gas is rapidly and reliably reduced and decomposed regardless of fluctuations in the amount and type of the object to be processed, and the NOx concentration at the smoke outlet is below a certain level. Maintained.
また、サーマルＮＯｘの濃度の予測値は実測値とずれることがある。そこで、請求項３記載の発明によれば、上記還元剤が注入される領域の下流側でＮＯｘの濃度が計測され、この計測値に基づいて上記フィードフォワード制御される還元剤の注入量が補正されるので、実測値とのずれが少なくなり、排ガス中のＮＯｘ全体が迅速かつ確実に還元分解され、煙突出口でのＮＯｘ濃度が一定以下に維持される。 Further, the predicted value of the thermal NOx concentration may deviate from the actually measured value. Therefore, according to the third aspect of the present invention, the concentration of NOx is measured downstream of the region where the reducing agent is injected, and the injection amount of the reducing agent that is feedforward controlled is corrected based on the measured value. Therefore, the deviation from the actual measurement value is reduced, the entire NOx in the exhaust gas is reduced and decomposed quickly and reliably, and the NOx concentration at the smoke outlet is maintained below a certain level.
請求項４記載の発明によれば、上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘが、還元剤としてのアンモニアを用いて触媒の存在下で還元分解されるので、排ガス中のＮＯｘ全体が確実に還元分解される。 According to the invention described in claim 4, since the thermal NOx generated in the exhaust gas is reduced and decomposed in the presence of a catalyst using ammonia as a reducing agent, the entire NOx in the exhaust gas is reliably reduced and decomposed. The
或いは、請求項５記載の発明によれば、上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘが、還元剤としての尿素を用いて還元分解されるので、無触媒で排ガス中のＮＯｘ全体が確実に還元分解される。 Alternatively, since the thermal NOx generated in the exhaust gas is reduced and decomposed using urea as a reducing agent, the entire NOx in the exhaust gas is reliably reduced and decomposed without a catalyst. The
図１は、本発明の廃棄物処理設備の一形式であるガス化溶融炉の全体構成を示したものであり、図２はそのＮＯｘ処理方法を適用しうる装置構成を示している。なお、図１及び図２中の白抜き矢印の向く方向に排ガスが流れるようになっている。 FIG. 1 shows an overall configuration of a gasification melting furnace which is one type of waste treatment facility of the present invention, and FIG. 2 shows an apparatus configuration to which the NOx treatment method can be applied. In addition, exhaust gas flows in the direction of the white arrow in FIGS. 1 and 2.
図１及び図２に示すように、この廃棄物処理設備は、例えばガス化炉１と、溶融炉２と、廃熱ボイラ３と、排ガス減温塔４と、集じん器５と、脱硝触媒装置６と、煙突７とからなっている。このガス炉１と溶融炉２とで廃棄物処理設備を構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, this waste treatment facility includes, for example, a gasification furnace 1, a melting furnace 2, a waste heat boiler 3, an exhaust gas temperature reducing tower 4, a dust collector 5, and a denitration catalyst. It consists of a
処理対象である産業廃棄物や都市ごみ等のゴミは、まずガス化炉１に投入される。このガス化炉１では、炉内温度を４００〜６００℃に維持した低温熱分解ガス化が行われる。 Garbage such as industrial waste and municipal waste to be treated is first put into the gasifier 1. In the gasification furnace 1, low temperature pyrolysis gasification is performed with the furnace temperature maintained at 400 to 600 ° C.
ガス化炉１で発生した灰分を含む熱分解ガスは溶融炉２に導かれ、所定の空気比の条件下で燃焼される。この溶融炉２では約１３００℃の高温燃焼が行われ、灰分を溶融してスラグとして分離して溶融炉下部２ａから排出するとともにダイオキシン等のガス中の有害物質が分解される。また溶融炉２には、一次空気が供給されるとともに、二次空気（過剰空気）が供給される。溶融炉２の二次空気が供給される領域が二次燃焼室（その二次空気供給ノズル等が過剰空気供給手段に相当する。）２ｃを形成している。二次燃焼室２ｃ内の酸素濃度は酸素濃度計Ｏ１により計測され、同二次燃焼室２ｃ内の温度は温度計Ｔ１により計測される。
The pyrolysis gas containing ash generated in the gasification furnace 1 is guided to the melting furnace 2 and burned under the condition of a predetermined air ratio. In this melting furnace 2, high-temperature combustion at about 1300 ° C. is performed, ash is melted and separated as slag and discharged from the
なお、酸素濃度計Ｏ１としては、例えばジルコニア式の酸素濃度計を用いる。このジルコニア式の酸素濃度計Ｏ１は、主成分がジルコニア（酸化ジルコニウム）であるプローブを二次燃焼室２ｃに直接挿入することにより、そのプローブの内外における酸素濃度差に応じて発生する起電力を検出するものであり、応答性が非常によいことが知られている。温度計Ｔ１としては、例えば熱線式の温度計を用いる。これらは計測手段に相当するが、二次燃焼室２ｃに燃焼状態の監視用としてもともと備わっているものを兼用できる。 As the oxygen concentration meter O1, for example, a zirconia oxygen concentration meter is used. This zirconia type oxygen concentration meter O1 inserts a probe whose main component is zirconia (zirconium oxide) directly into the secondary combustion chamber 2c, thereby generating an electromotive force generated in accordance with the difference in oxygen concentration inside and outside the probe. It is known that the response is very good. For example, a hot-wire thermometer is used as the thermometer T1. Although these correspond to measuring means, the one originally provided for monitoring the combustion state in the secondary combustion chamber 2c can also be used.
この二次燃焼室２ｃで二次燃焼した排ガスは、廃熱ボイラ３で熱回収された後、排ガス減温塔４で温度が下げられ、集じん器５で除塵される。浄化された排ガスは、アンモニア供給装置６０から制御弁６ａを介してアンモニア（還元剤の一種である。）が供給され、脱硝触媒装置（脱硝手段に相当する。）６で例えば選択接触還元法を用いて脱硝された後、図示しない誘引送風機を経て、煙突７から排出される。
The exhaust gas secondary-combusted in the secondary combustion chamber 2 c is recovered by the waste heat boiler 3, then the temperature is lowered by the exhaust gas temperature-decreasing tower 4, and dust is removed by the dust collector 5. The purified exhaust gas is supplied with ammonia (a kind of reducing agent) from the
排ガスの流量は、脱硝触媒装置６の下流側の流量計Ｆ１により計測され、その排ガス中のＮＯｘの濃度は、ＮＯｘ濃度計Ｎ１により計測される。また、煙突７から排出される排ガス中の酸素濃度は、酸素濃度計Ｏ２により計測される。流量計Ｆ１としては、例えばピトー管を用いる。ＮＯｘ濃度計Ｎ１及び酸素濃度計Ｏ２としては、例えば赤外線ガス分析計を用いる。この赤外線ガス分析計は、サンプリングガスと参照ガスとの赤外線吸収差を電気信号に変換するものであるが、従来例で述べたような分析遅れがあり応答が遅い。８は演算器（予測手段に相当する）、９は制御器（第１，２制御手段に相当する。）、１０は設定器であり、これらと上記酸素濃度計Ｏ１，Ｏ２、温度計Ｔ１、流量計Ｆ１，Ｆ２（後述）及びＮＯｘ濃度計Ｎ１とで本発明のＮＯｘ処理装置が構成される。
The flow rate of the exhaust gas is measured by the flow meter F1 on the downstream side of the
アンモニアの流量は、制御弁６ａの上流側の流量計Ｆ２により計測される。流量計Ｆ２としては、例えば渦流量計を用いる。
The flow rate of ammonia is measured by the flow meter F2 upstream of the
以下、本発明の特徴をなす演算器８及び制御器９について詳述する。
Hereinafter, the
制御器９は、ＮＯｘ濃度計Ｎ１で計測された脱硝触媒装置６出口のＮＯｘ濃度に基づいて、脱硝触媒装置６入口でのアンモニアの注入量をフィードバック制御する。具体的には、設定器１０により予め設定しておいた設定値と、出口ＮＯｘ濃度との偏差に応じて、制御弁６ａの開度制御を行う（第１の制御手段としての機能である）。なお、設定器１０は、上記設定値の他、上下限を規制する規制値をも設定することができる。
The
演算器８は、酸素濃度計Ｏ１で計測された二次燃焼室２ｃ内の酸素濃度と、温度計Ｔ１で計測された同二次燃焼室２ｃ内の温度とに基づいて、その二次燃焼室２ｃ内で二次空気が供給された排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度を予測する。ここでは、応答の遅いＮＯｘ濃度計を用いて直接サーマルＮＯｘ濃度を計測するのではなく、応答の速い酸素濃度計Ｏ１と温度計Ｔ１とを用いてサーマルＮＯｘ濃度の予測を行うことにより、サーマルＮＯｘの発生を間接的に予測している。サーマルＮＯｘ濃度の予測の基本原理は以下の通りである。すなわち、
Ｎ２＋Ｏ２⇔２ＮＯ
の反応平衡式において、平衡定数をＫｐとすると、標準自由エネルギーの変化ΔＧ°は次のように表すことができる。ただし、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度である。
The
N2 + O2⇔2NO
In the reaction equilibrium formula, where the equilibrium constant is Kp, the change in standard free energy ΔG ° can be expressed as follows. However, R is a gas constant and T is an absolute temperature.
−ΔＧ°＝ＲＴ・ｌｎ（Ｋｐ）・・・（１）
また、ファントホッフ方程式より、標準エンタルピーの変化ΔＨ°を一定として上記（１）式を積分すると、
ｌｎ（Ｋｐ）＝−ΔＨ°／（ＲＴ）＋ｃｏｎｓｔ・・・（２）
上記（１）（２）式より
ｃｏｎｔ＝−Δ（Ｇ°−Ｈ°）／（ＲＴ）・・・（３）
上記（２）（３）式中の標準エンタルピーの変化ΔＨ°、標準自由エネルギーの変化ΔＧ°に既知の熱力学的データを代入することにより、絶対温度Ｔにおける平衡定数Ｋｐが算出できる。
-ΔG ° = RT · ln (Kp) (1)
Further, from the Van Hof equation, when the above formula (1) is integrated with the standard enthalpy change ΔH ° constant,
ln (Kp) = − ΔH ° / (RT) + const (2)
From the above formulas (1) and (2): cont = −Δ (G ° −H °) / (RT) (3)
By substituting known thermodynamic data into the standard enthalpy change ΔH ° and the standard free energy change ΔG ° in the equations (2) and (3), the equilibrium constant Kp at the absolute temperature T can be calculated.
一方、大気圧条件下で平衡定数Ｋｐは、窒素（Ｎ２），酸素（Ｏ２），酸化窒素（ＮＯ）の各分圧ＰN2、ＰO2、ＰNOで以下のように表すことができる。 On the other hand, under atmospheric pressure conditions, the equilibrium constant Kp can be expressed as follows by partial pressures P N2 , P O2 , and P NO of nitrogen (N2), oxygen (O2), and nitric oxide (NO).
Ｋｐ＝ＰN2・ＰO2／ＰNO 2
よって、
ＰNO＝（ＰN2・ＰO2／Ｋｐ）1/2・・・（４）
実際の排ガス中には、Ｏ２，Ｎ２以外の成分もあるが、ＰO2＝測定値（％）／１００、ＰN2＝１−ＰO2で近似して上記（４）式に代入することにより、ＰNOを算出することができる。
Kp = P N2 · P O2 / P NO 2
Therefore,
P NO = (P N2 · P O2 / Kp) 1/2 (4)
In actual exhaust gas, there are components other than O2 and N2, but by approximating P O2 = measured value (%) / 100 and P N2 = 1-P O2 and substituting it into the above equation (4), PNO can be calculated.
この算出値は、触媒入口ＮＯｘの予測値を、ここでは第２の制御手段として機能する制御器９に対するフィードフォワード制御信号として与えるものであり、上記平衡状態からのずれや近似等に起因する誤差を含むものであるが、多少の絶対値の誤差は同制御器９における上記フィードバック制御の中で補正することができる。
This calculated value gives the predicted value of the catalyst inlet NOx as a feed-forward control signal to the
すなわち、実際のフィードフォワード制御における触媒入口ＮＯｘ濃度ＸNO（ｐｐｍ）としては、酸素濃度計Ｏ１によるＯ2濃度計測値を用いた次式が使用される。 That is, as the catalyst inlet NOx concentration X NO (ppm) in the actual feedforward control, the following equation using the O 2 concentration measured value by the oxygen concentration meter O1 is used.
ＸNO（ｐｐｍ）＝Ｋ・ＰNO×１０6
＝Ｋ・[１−Ｏ2濃度計測値]・[Ｏ2濃度計測値]／Ｋｐ×１０10
ここで、Ｋは補正係数であり、実測値との比較により設定される。
X NO (ppm) = K · P NO × 10 6
= K · [1-O 2 concentration measurement value] · [O 2 concentration measurement value] / Kp × 10 10
Here, K is a correction coefficient, and is set by comparison with an actual measurement value.
触媒入口ＮＯｘ量は、触媒入口ＮＯｘ濃度ＸNOと排ガス流量Ｑとの積で算出でき、この算出値に応じた必要なアンモニア量が注入される。 The catalyst inlet NOx amount can be calculated by the product of the catalyst inlet NOx concentration XNO and the exhaust gas flow rate Q, and a necessary ammonia amount corresponding to this calculated value is injected.
図３はテスト結果を示すもので、同図中の横軸は時間経過（時分）、左縦軸は脱硝触媒装置６の出口でのＮＯｘ濃度のピーク（瞬時値；ｐｐｍ）及び同トレンド（１時間での平均値；ｐｐｍ）、右縦軸はアンモニア注入量（ｍ3／ｈ）及びアンモニア必要量（ｍ3／ｈ）、同図中でのそれらの変化を記号ａ〜ｄで示している。なお、出口ＮＯｘ濃度の設定値は５０ｐｐｍ、その規制値は６０ｐｐｍとしている。
FIG. 3 shows the test results. In the figure, the horizontal axis represents time (hours and minutes), and the left vertical axis represents the NOx concentration peak (instantaneous value; ppm) at the outlet of the
まず、溶融炉２の二次燃焼室２ｃ内の酸素濃度計Ｏ１及び温度計Ｔ１によって実測した酸素濃度及び温度からＮＯｘの平衡濃度を計算し、脱硝触媒装置６の出口のＮＯｘ濃度計Ｎ１によって実測したＮＯｘ濃度のトレンドｂ及びピークａと比較した。平衡濃度は、図示はしていないが、１００〜３００ｐｐｍの範囲で変化し、ピークの形状も出口ＮＯｘ濃度の実測値ａと一致していることから、この平衡濃度を用いてフィードフォワード制御できることがわかった。
First, the NOx equilibrium concentration is calculated from the oxygen concentration and temperature measured by the oxygen concentration meter O1 and the thermometer T1 in the secondary combustion chamber 2c of the melting furnace 2, and measured by the NOx concentration meter N1 at the outlet of the
また図３において、アンモニア必要量ｄと、アンモニア注入量ｃのそれぞれのピークは、上記出口ＮＯｘ濃度のピークａとよく一致し、アンモニア量の変化を全自動で制御できることがわかった。 Further, in FIG. 3, the peaks of the required ammonia amount d and the ammonia injection amount c are in good agreement with the peak a of the outlet NOx concentration, and it has been found that the change in the ammonia amount can be controlled fully automatically.
以上説明したように、本実施形態によれば、溶融炉２で発生した排ガスは、二次燃焼室２ｃ内で二次空気が供給され、二次燃焼室２ｃの下流側に設けられた脱硝触媒装置６入口で、この排ガス中に含まれるＮＯｘを還元分解するアンモニアが注入され、脱硝触媒装置６出口のＮＯｘ濃度に基づいて上記アンモニアの注入量がフィードバック制御される。その際、二次燃焼室２ｃ内の酸素濃度及び温度が計測され、この計測値に基づいて上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度が予測され、少なくともこの予測値に基づいてアンモニアの注入量がさらにフィードフォワード制御されるので、排ガス中において、もともと含まれているフューエルＮＯｘに加えて、サーマルＮＯｘが大量に発生したとしても、そのサーマルＮＯｘの発生を間接的に予測することができる。そして、排ガス中のＮＯｘ全体（フューエルＮＯｘ＋サーマルＮＯｘ）に見合った適正量の還元剤の注入により、そのＮＯｘ全体が従来例に比べてより迅速かつ確実に還元分解されるようになる。その結果、廃棄物処理設備の形式のいかんにかかわらず、煙突出口でのＮＯｘ濃度が一定以下に維持される。
As described above, according to the present embodiment, the exhaust gas generated in the melting furnace 2 is supplied with secondary air in the secondary combustion chamber 2c, and the denitration catalyst provided on the downstream side of the secondary combustion chamber 2c. Ammonia for reducing and decomposing NOx contained in the exhaust gas is injected at the inlet of the
なお、上記実施形態では、脱硝触媒装置６入口のＮＯｘ濃度の計算値（予測値）の補正係数Ｋを実測値との比較により設定しているが、出口ＮＯｘ濃度を計測して、この計測値に基づいて上記フィードフォワード制御されるアンモニアの注入量を補正することとしてもよい。その場合には、実測値とのずれがさらに少なくなり、排ガス中のＮＯｘがより迅速にかつより確実に還元分解されるようになる。
In the above embodiment, the correction coefficient K of the calculated value (predicted value) of the NOx concentration at the inlet of the
また、上記実施形態では、還元剤としてアンモニアを用い、触媒の存在下でサーマルＮＯｘを還元分解しているが、還元剤として尿素（Ｈ2ＮＣＯＮＨ2）を用い、無触媒でサーマルＮＯｘを還元分解することとしてもよい。尿素の注入領域は、排ガス温度が例えば８００℃〜１１５０℃となる廃熱ボイラ３の入口側または同ボイラ内とするのが好ましく、この場合には、脱硝触媒装置６を省略してシステムの簡単化を図ることができる。
In the above embodiment, ammonia is used as a reducing agent and thermal NOx is reduced and decomposed in the presence of a catalyst. However, urea (H 2 NCONH 2 ) is used as a reducing agent and thermal NOx is reduced and decomposed without a catalyst. It is good to do. The urea injection region is preferably on the inlet side of the waste heat boiler 3 where the exhaust gas temperature becomes, for example, 800 ° C. to 1150 ° C. or in the same boiler. In this case, the
また、上記実施形態では、溶融炉２の二次燃焼室２ｃに二次空気を供給しているが、二次燃焼室２ｃを設けずに溶融炉２内に直接過剰空気を供給してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although secondary air is supplied to the secondary combustion chamber 2c of the melting furnace 2, you may supply excess air directly in the melting furnace 2 without providing the secondary combustion chamber 2c. .
また、上記実施形態では、二次燃焼室２ｃ内の酸素濃度及び温度の各計測値に基づいてサーマルＮＯｘの濃度を予測し、さらに脱硝触媒装置６の下流側での排ガス流量を測定して、両者を積算してサーマルＮＯｘの発生量を算出しているが、処理対象の量や種類等の変動が少ない場合には、排ガス流量の設定値を用いてその計測を省略してもよい。その場合には、流量計をなくしてシステムの簡略化を図ることができる。
Moreover, in the said embodiment, the density | concentration of thermal NOx is estimated based on each measured value of the oxygen concentration in the secondary combustion chamber 2c, and temperature, Furthermore, the exhaust gas flow rate in the downstream of the
また、上記実施形態では、ガス化炉１と溶融炉２とからなるガス化溶融炉について説明したが、排ガス中にサーマルＮＯｘが発生するような、あらゆる種類の廃棄物処理設備（ボイラを含む。）に本発明を適用できるのはいうまでもない。 Moreover, in the said embodiment, although the gasification melting furnace which consists of the gasification furnace 1 and the melting furnace 2 was demonstrated, all kinds of waste processing facilities (a boiler is included) in which thermal NOx generate | occur | produces in waste gas. Needless to say, the present invention can be applied.
１ ガス化炉（廃棄物処理設備に相当する。）
２ 溶融炉（廃棄物処理設備に相当する。）
２ｃ 二次燃焼室（その二次空気供給ノズル等が過剰空気供給手段に相当する。）
３ 廃熱ボイラ
４ 排ガス減温塔
５ 集じん器
６ 脱硝触媒装置（脱硝手段に相当する。）
６ａ 制御弁
６０ アンモニア供給装置
７ 煙突
８ 演算器（予測手段に相当する。）
９ 制御器（第１，２制御手段に相当する。）
Ｏ１ 酸素濃度計（計測手段に相当する。）
Ｏ２ 酸素濃度計
Ｔ２ 温度計（計測手段に相当する。）
Ｆ１，Ｆ２ 流量計
Ｎ１ ＮＯｘ濃度計
1 Gasifier (corresponds to waste treatment facility)
2 Melting furnace (corresponding to waste treatment equipment)
2c Secondary combustion chamber (the secondary air supply nozzle or the like corresponds to excess air supply means)
3 Waste heat boiler 4 Exhaust gas temperature reducing tower 5
9 Controller (corresponding to first and second control means)
O1 oxygen concentration meter (corresponds to measuring means)
O2 oxygen concentration meter T2 thermometer (corresponding to measuring means)
F1, F2 flow meter N1 NOx concentration meter
Claims (6)
上記過剰空気が供給される領域内の酸素濃度及び温度をそれぞれ酸素濃度計および温度計により計測し、これらの酸素濃度計および温度計による計測値に基づいて排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度を予測し、少なくともこの予測値に基づいて上記還元剤の注入量をさらにフィードフォワード制御することを特徴とする廃棄物処理設備のＮＯｘ処理方法。 Excess air is supplied to the exhaust gas generated in the waste treatment facility, a reducing agent for reducing and decomposing NOx contained in the exhaust gas is injected into the exhaust gas, and the NOx concentration downstream of the region where the reducing agent is injected A method of performing NOx treatment by feedback control of the amount of reducing agent injected based on
The oxygen concentration and temperature in the region where the excess air is supplied are measured by an oxygen concentration meter and a thermometer, respectively , and the concentration of thermal NOx generated in the exhaust gas is measured based on the measured values by the oxygen concentration meter and the thermometer. A NOx treatment method for a waste treatment facility characterized by predicting and further feedforward controlling the injection amount of the reducing agent based on at least the predicted value.
上記過剰空気が供給される領域内の酸素濃度及び温度をそれぞれ計測する酸素濃度計および温度計と、これらの酸素濃度計および温度計による計測値に基づいて上記排ガス中に発生するサーマルＮＯｘの濃度を予測する予測手段と、少なくともこの予測値に基づいて上記還元剤の注入量をさらにフィードフォワード制御する第２制御手段とを備えたことを特徴とする廃棄物処理設備のＮＯｘ処理装置。 A waste treatment facility, excess air supply means for supplying excess air to the exhaust gas generated in the waste treatment facility, and denitration means for injecting a reducing agent for reducing and decomposing NOx contained in the exhaust gas into the exhaust gas. And a NOx treatment apparatus for a waste treatment facility comprising a first control means for controlling the NOx emission amount by feedback controlling the injection amount of the reducing agent based on the NOx concentration downstream of the denitration means. And
An oxygen concentration meter and a thermometer for measuring the oxygen concentration and temperature in the region where the excess air is supplied, respectively, and the concentration of thermal NOx generated in the exhaust gas based on the measured values by the oxygen concentration meter and the thermometer A NOx treatment apparatus for waste treatment equipment, comprising: a predicting means for predicting the amount of the reducing agent; and a second control means for further feedforward controlling the injection amount of the reducing agent based on at least the predicted value.
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