JP4647960B2 - ガラス溶解炉排ガス処理方法および処理装置 - Google Patents

Description

本発明はガラス溶解炉排ガス処理方法および処理装置に係り、特にガラス溶解炉から発生する排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく除去するのに好適なガラス溶解炉排ガスの処理方法および処理装置に関する。

従来、ガラス溶解炉から発生する排ガスは、スタビライザーで苛性ソーダ等の注入により排ガス中の硫黄酸化物を硫酸塩として生成させ、該生成物を後流の電気集塵機等で除塵し、その後、誘引通風機を通して煙突から系外に排出するのが一般的であり、該排ガスの処理施設において排煙脱硝装置が設置される事例は少なく、従って、その効果的な運用についてはほとんど検討がされていなかった。
一方、近年、地球環境保護や環境負荷軽減という観点から、排ガス発生源に対する環境規制が強化されつつあり、ガラス溶解炉設備においても例外ではなく、該設備から排出される排ガス中の高濃度のＮＯｘを低減する検討が進められている。

例えば、特許文献１には、ガラス溶解炉から発生した排ガス中のＮＯｘをアンモニア接触還元法により除去する際に、排ガス発生量の少ない燃焼交換時から少なくとも１分間アンモニアを供給しないようにするガラス溶解炉排ガスの脱硝方法が提案されている。しかし、上記方法では未反応のアンモニアの系外への流出は抑制できるが、排ガス中に含まれるＳＯｘやダスト等による脱硝触媒の性能低下等を防止できず、長時間安定したガラス溶解炉排ガスの高効率での脱硝を実現することは困難であった。
特開平５−３０５２１７号公報

排ガスの処理には、公害防止の観点から高信頼性かつ高効率であることが要求される。しかし、ガラス溶解炉から発生する排ガスには、ガラス原料中に含まれる多量のアルカリ金属類や鉛化合物が含有し、これらが脱硝触媒層に飛来して触媒毒となり、また蓄積するため、経時的な触媒性能の低下を招き、効率的に排ガス中のＮＯｘを除去することが困難であった。また、ガラス溶解炉は非常に厳しい炉圧制御により運用されており、硫黄酸化物とアルカリ中和剤との反応で生成した硫酸塩化合物や上記触媒被毒成分が触媒層に付着、堆積して生じさせる圧力損失の増加は、ガラス溶解炉の運用に致命的な問題を発生させる場合があった。
このように、従来のガラス溶解炉の排ガス処理においては、高信頼性かつ高効率でＮＯｘ成分を除去することは困難であった。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、ガラス溶解炉から発生する排ガスを、高信頼性かつ高効率で処理することができるガラス溶解炉排ガスの処理方法および処理装置を提供することにある。

（１）ガラス溶解炉から発生する排ガスを冷却後、アルカリ中和剤を添加して該排ガス中の硫黄酸化物を硫酸塩化合物とし、次いでこれを除塵操作により取り除いた後、該排ガスを、複数の触媒層が直列に配列された排煙脱硝装置に供給して還元剤として尿素水の存在下に該排ガス中の窒素酸化物を除去するに際し、前記ガラス溶解炉の排ガスを前記排煙脱硝装置の前で分岐し、該分岐した排ガスの少なくとも一つを前記直列に配列された触媒層の間に導入すると共に、前記触媒層出口の排ガス温度が１３０℃以上になった時点で排ガス中に尿素水を注入することを特徴とするガラス溶解炉排ガス処理方法。
（２）ガラス溶解炉から発生する排ガスを冷却後、アルカリ中和剤を添加して該排ガス中の硫黄酸化物を硫酸塩化合物とし、次いでこれを除塵操作により取り除いた後、該排ガスを、複数の触媒層が直列に配列された排煙脱硝装置に供給して還元剤として尿素水の存在下に該排ガス中の窒素酸化物を除去するに際し、前記排煙脱硝装置を起動する前に、該排煙脱硝装置の触媒層の温度を１００℃以上に加熱すると共に、前記触媒層出口の排ガス温度が１３０℃以上になった時点で排ガス中に尿素水を注入することを特徴とするガラス溶解炉排ガス処理方法。
（３）前記排煙脱硝装置の運転時の排ガス流路入口と出口の圧力差を測定し、該圧力差が予め定めた値以上になった場合、前記排煙脱硝装置を再起動する際の触媒層に３５０℃以上に加熱した空気を循環させることを特徴とする（２）に記載の排ガス処理方法。
（４）前記ガラス溶解炉の停止時に、前記排煙脱硝装置に３５０℃以上の加熱空気を供給または循環させて該装置内の触媒層を加熱することを特徴とする（２）または（３）に記載の排ガス処理方法。

本発明のガラス溶解炉排ガス処理方法および処理装置によれば、ガラス溶解炉から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく除去することが可能になり、厳しい排出規制にも対応可能となる。

以下、本発明を図面により説明する。
図１は本発明の一実施例を示すガラス溶解炉排ガス処理装置の説明図である。
図１において、この装置は、ガラス原料を溶解するガラス溶解炉１と、ガラス溶解炉１で発生した排ガスを冷却するガス冷却装置２と、排ガス中にアルカリ中和剤を添加してＳＯｘとの反応により硫酸塩化合物を生成させるスタビライザー３と、該生成した硫酸塩化合物および排ガス中のダストを捕集する電気集塵装置４と、除塵された排ガス中のＮＯｘを尿素水の存在下に還元、除去する触媒層を備えた排煙脱硝装置７と、処理ガスを系外に排出する煙突８とを有する。

また、この装置には、排煙脱硝装置７の出口排ガスの温度、ＮＯｘ濃度およびＳＯｘ濃度をそれぞれ測定する温度計１０、ＮＯｘ計１１およびＳＯｘ計１２と、ガラス溶解炉１の出口排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ計１４と、排煙脱硝装置７の入口および出口の排ガス流路の圧力差を測定する差圧計１５および排煙脱硝装置７に加熱空気を循環させる循環ライン１６と、入力された信号に基づいてスタビライザー３に供給するアルカリ中和剤の添加量を制御する制御装置１８および排煙脱硝装置７の入口に供給する尿素水の注入とその注入量を制御する制御装置１７が設けられている。

このような構成において、ガラス溶解炉１で発生した排ガスは、ガス冷却装置２により約２５０℃まで急冷された後、スタビライザー３に導かれ、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）などのアルカリ中和剤の添加により芒硝や石膏などの硫酸塩化合物を生成する。スタビライザー３に添加するアルカリ中和剤の量は、ＳＯｘ計１２で計測された排煙脱硝装置の出口排ガスのＳＯｘ濃度信号と、差圧計１５により計測された排煙脱硝装置の入口および出口の排ガス流路の差圧信号とに基づいて制御装置１８により算出され、制御される。その後、排ガスは電気集塵装置４に導入され、排ガス中の硫酸塩化合物やダストが除去される。ホッパより捕集された芒硝などの硫酸塩化合物は、飛灰処理装置６に導かれ、再度ガラス原料としてガラス溶解炉１に戻されて有効活用される。
一方、脱硫および除塵された排ガスは、排煙脱硝装置７に供給され、アンモニア（ＮＨ₃ ）や尿素水の存在下に排ガス中のＮＯｘが還元、除去された後、処理ガスとして誘引通風機で昇圧されて煙突８から系外に排出される。

本発明において、上記還元剤の注入は、排煙脱硝装置７の出口排ガス温度が１３０℃以上、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２００〜３００℃の範囲になった時点で行われる。排煙脱硝装置の起動時の還元剤注入は、温度計１０により測定された信号にもとづいて制御装置１７により制御され、その注入量は、排煙脱硝装置出口の排ガス温度、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘ計１１により計測）およびガラス溶解炉出口のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ計１４により計測）に基づいてフィードバック制御される。

ガラス溶解炉から排出される排ガスには、約１０００ｐｐｍ程度の高濃度のＮＯｘが含有されているため、排煙脱硝装置７での高効率脱硝の点から多量の触媒が使用され、通常は多層の触媒層が配置されるため、脱硝用還元剤の注入量も多くなる。また、還元剤としては、主に安全性の点から尿素水が使用されるが、排煙脱硝装置の起動時等の排ガス温度が低いと、融点が１３２℃である尿素の気化・分解が不十分となり、未気化・未分解の尿素が水溶液状態で触媒層に飛来し易くなる。また脱硝触媒は大きな熱容量を有しているため、多層に設けられた触媒層の後流ほど温度の上昇が遅れるという特性を有する。図３には、排煙脱硝装置に直列に設置した４層の各触媒層における温度上昇パターンを示したが、各触媒層の昇温速度に違いがあり、第１層の触媒層温度が２５０℃に到達した場合でも、第４層の触媒層の温度は僅か１００℃程度である。
従って、触媒層の出口排ガスの温度、すなわち、多層の触媒層では最後の触媒層の出口排ガス温度が、少なくとも１３０℃に昇温した時点で、尿素水を排煙脱硝装置の入口に注入すれば、該装置入口の排ガス温度が尿素の気化、分解に十分な温度に昇温しているため、未気化・未分解の尿素が水溶液の状態で触媒層に付着、堆積するのを防ぐことができ、これにより触媒層の性能低下を効果的に防ぐことができ、安定した排ガス処理を行うことが可能となる。

また、ガラス溶解炉の原料中には製品ガラスの用途に応じた多量のアルカリ金属や鉛化合物等が含まれ、これらの成分は、当該溶解炉の排ガス中にも含まれ、脱硝触媒の被毒の原因となるが、これらの成分が付着した触媒層に、さらに未気化・未分解状態の尿素水が付着すると、付着した上記被毒成分が湿潤状態で触媒層内部に取り込まれ易くなるが、本発明のように十分に昇温した状態の触媒層に尿素水を供給することにより、このような被毒成分の触媒層内部への浸透を効果的に防ぐことができる。
また本発明においては、排煙脱硝装置を起動する前に、触媒層の温度が１００℃以上（好ましくは１３０℃以上）になるように加熱することが好ましい。複数の触媒層が設置されている場合には、各触媒層のそれぞれの上流に加熱媒体を吹き付けて各触媒層の温度を１００℃以上（好ましくは１３０℃以上）に昇温させた後、該排煙脱硝装置を起動させるのが好ましい。このような触媒層の加熱は、電気集塵機４と排煙脱硝装置７の間の排ガス煙道と、排煙脱硝装置７の出口排ガス煙道に設けた循環ライン１６により、ヒーター等で加熱した加熱空気等を一定時間循環させることにより行うことができる。

さらに、触媒層に硫酸塩化合物等のダストが付着、堆積すると、排ガス流路の閉塞や、触媒層の差圧上昇が生じさせるが、ガラス溶解炉排ガスの場合は、通常のダストを含有する排ガス処理とは異なり、後流に設置した触媒層ほど閉塞し易く、差圧上昇が生じ易くなるという特性を有する。また排ガス中に存在するＳＯｘは、低温域では脱硝用還元剤の注入により酸性硫安や硫酸アンモニウムなどの塩類を析出させるが、これらの塩類は、脱硝触媒の細孔容積を低下して脱硝性能の低下を招く。本発明では、これらの塩類は、塩類が分解する温度条件、すなわち触媒層の出口ガス温度を１３０℃以上に操作することにより除去され、触媒性能の回復が可能になる。

本発明においては、排煙脱硝装置７の運転時の排ガス流路入口と出口の圧力差を測定し、その変化に応じて該排煙脱硝装置を再起動する際の触媒層の昇温・加熱量を制御することが好ましい。この制御は、排ガス流路の触媒層の詰まりなどによる圧力損失の程度に応じ、触媒層を加熱する際の熱媒体や排ガス温度の調整によって行われる。またガラス溶解炉の停止時に、起動時の昇温用の電気ヒータ等の加熱手段により３５０℃以上に加熱した加熱空気を循環ライン１６により触媒層に供給または循環させて該触媒層に付着、堆積した塩類を分解除去することが好ましい。この加熱により触媒層のクリーニングが可能となり、長時間安定した触媒性能の維持が可能になる。

また図４に示すように、排煙脱硝装置７に複数（例えば４層）の触媒層２１が直列に設置されている場合、該排煙脱硝装置を起動させる際には該装置に供給する排ガスの一部を、弁２２を備えた配管２３によりそれぞれの触媒層２１の前流に直接供給するのが好ましい。図３に示したように、排煙脱硝装置７の入口から排ガスを供給した場合に４層目の触媒層の出口排ガス温度が１３０℃以上になるにはおおよそ１００分程度の時間がかかるが、上記操作により、起動時における各触媒層の温度を１３０℃以上に昇温する時間が大幅に短縮できるため、排煙脱硝装置での迅速な脱硝処理が可能となる。各触媒層２１への排ガス分岐量は、各触媒層２１の差圧により各弁２２の開度を調整することで可能となる。これにより起動時の触媒層低温部への尿素水の注入を回避でき、触媒表面に付着した被毒成分の触媒内部への浸漬を防止でき、触媒劣化を効果的に防止することができる。

［実施例１、比較例１］
図１のガラス溶解炉排ガス処理装置を用い、温度計１０で計測した排煙脱硝装置出口排ガス温度が１３０℃になった時点で還元剤（尿素水）の注入が開始されるように制御して運転を行った。このときの経時的な脱硝性能と圧力損失の変化を調べ、その結果を図５の３０および３１に示した。
また比較のために、図２に示すガラス溶解炉排ガス処理装置を用い、温度計１３で測定した排ガス温度が２５０℃以上になった時点で排煙脱硝装置の入口に還元剤の注入を開始するように制御をして上記と同様に運転を行った。その時の経時的な脱硝性能と圧力損失を測定し、その結果を図５の３２および３３に示した。
なお、図２の装置は、排煙脱硝装置出口に設置した温度計１０の代わりに排煙脱硝装置入口に温度計１３を設置し、加熱空気の循環ライン１６および差圧計１５を設置していない点を除けば基本的には図１の装置と同一である。
図５から明らかなように、排煙脱硝装置出口の排ガス温度により還元剤の注入を制御し、また起動時に触媒層を加温することにより、経時的な脱硝性能の低下が少なく、かつ圧力損失の経時的な増加を抑制できることがわかった。

［実施例２］
実施例１において、差圧計１５により排煙脱硝装置７の入口と出口の圧力差を測定し、その上昇傾向を常時監視し、該差圧値が予め定めた値以上になった場合、該排煙脱硝装置の再起動時にヒーター等の加熱手段により３５０℃以上に加熱した加熱空気を循環ライン１６により排煙脱硝装置７の触媒層に循環させるようにした以外は、実施例１と同様にしてガラス溶融炉排ガスの処理を行った。この操作により、触媒層に堆積した酸性硫安などの塩類を分解クリーニングすることができたため、経時的な脱硝性能の低下および圧力損失の増加をさらに抑制することができた。

本発明のガラス溶解炉排ガス処理方法および処理装置によれば、ガラス溶解炉から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく除去することが可能になり、厳しい排出規制にも対応可能となる。

本発明の一実施例を示すガラス溶解炉排ガス処理装置の説明図。 比較例で用いたガラス溶解炉排ガス処理装置の説明図。 ガラス溶解炉排ガス処理における多層触媒層の起動時の昇温パターンを示す図。 本発明に用いられる排煙脱硝装置の一例の説明図。 ガラス溶解炉排ガス処理装置の排煙脱硝装置の脱硝性能と圧力損失の経時的変化を示す図。

符号の説明

１…ガラス溶解炉、２…ガス冷却装置、３…スタビライザー、４…電気集塵装置、６…飛灰処理装置、７…排煙脱硝装置、８…煙突、１０、１３…温度計、１１、１４…ＮＯｘ計、１２…ＳＯｘ計、１５…差圧計、１６…循環ライン、１７、１８…制御装置、２１…触媒層、２２…弁、２３…配管。

Claims (4)

1. ガラス溶解炉から発生する排ガスを冷却後、アルカリ中和剤を添加して該排ガス中の硫黄酸化物を硫酸塩化合物とし、次いでこれを除塵操作により取り除いた後、該排ガスを、複数の触媒層が直列に配列された排煙脱硝装置に供給して還元剤として尿素水の存在下に該排ガス中の窒素酸化物を除去するに際し、前記ガラス溶解炉の排ガスを前記排煙脱硝装置の前で分岐し、該分岐した排ガスの少なくとも一つを前記直列に配列された触媒層の間に導入すると共に、前記触媒層出口の排ガス温度が１３０℃以上になった時点で排ガス中に尿素水を注入することを特徴とするガラス溶解炉排ガス処理方法。
2. ガラス溶解炉から発生する排ガスを冷却後、アルカリ中和剤を添加して該排ガス中の硫黄酸化物を硫酸塩化合物とし、次いでこれを除塵操作により取り除いた後、該排ガスを、複数の触媒層が直列に配列された排煙脱硝装置に供給して還元剤として尿素水の存在下に該排ガス中の窒素酸化物を除去するに際し、前記排煙脱硝装置を起動する前に、該排煙脱硝装置の触媒層の温度を１００℃以上に加熱すると共に、前記触媒層出口の排ガス温度が１３０℃以上になった時点で排ガス中に尿素水を注入することを特徴とするガラス溶解炉排ガス処理方法。
3. 前記排煙脱硝装置の運転時の排ガス流路入口と出口の圧力差を測定し、該圧力差が予め定めた値以上になった場合、前記排煙脱硝装置を再起動する際の触媒層に３５０℃以上に加熱した空気を循環させることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理方法。
4. 前記ガラス溶解炉の停止時に、前記排煙脱硝装置に３５０℃以上の加熱空気を供給または循環させて該装置内の触媒層を加熱することを特徴とする請求項２または３に記載の排ガス処理方法。

Images