JP4667577B2

JP4667577B2 - 排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法、供給量制御装置、及び廃棄物処理システム

Info

Publication number: JP4667577B2
Application number: JP2000310024A
Authority: JP
Inventors: 満宮川; 富男杉本; 健宮地
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2002113327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物焼却排ガスの脱塩処理方法に係り、特に、ごみなどの廃棄物を焼却炉等で焼却したときに生成する排ガスの脱塩装置に好適な、脱塩剤の供給量の制御に関する。
【０００２】
ここで、上記排ガスは、塩化水素を含む排ガス、特に廃棄物を処理する際に発生する塩化水素ガスを多量に含む排ガスを対象とする。また、廃棄物は、家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オフィス機器、電子機器、化成品等の産業廃棄物など、可燃物を含むものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、塩化水素ガスを含む排ガスの乾式脱塩装置では、脱塩剤を吹き込み濾布表面に粉体層を形成させ、塩化水素、硫黄酸化物等の有害ガスと中和反応させることにより、酸性有害ガスを除去していた。脱塩剤としては、反応性の低い消石灰が用いられ、保証値を満足させるためには、常に過剰に脱塩剤を投入する必要があった。
【０００４】
脱塩剤の投入量の制御としては、常に過剰に投入しているため、ＰＩＤ制御、すなわち、単純な比例操作（Ｐ操作）に積分操作（Ｉ操作）とさらに微分操作（Ｄ操作）を加えた制御方式により、安定した出口ＨＣｌ濃度が得られた。また、発生する残渣は埋立処分が必要であり、最終処分場の逼迫が社会問題になっている。
【０００５】
このような塩化水素を含む排ガスを処理する例としては、廃棄物処理装置の燃焼炉から排出される排ガスを処理するものが知られている（たとえば、特開平１−４９８１６号公報（特公平６−５６２５３号）参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最終処分場の逼迫という大きな社会問題を背景に埋立処分する残渣の発生量抑制が緊急の課題となっており、最近の動向としては、脱塩剤として、高反応で反応速度の速い微粉重曹や高反応消石灰などの高反応脱塩剤を用いるケースが多くなってきた。
【０００７】
この場合、１当量近くで運転を行なっているため、当量比の変動によって出口ＨＣｌ濃度の変動が大きく現われる。通常のＰＩＤ制御による投入量制御では、この出口ＨＣｌ濃度の変動、特にＨＣｌ濃度が急上昇する変動を抑え、常時、低濃度レベルで安定した制御は困難である。
【０００８】
また、廃棄物焼却炉における排ガス中の酸性ガスの濃度は、その処理する廃棄物の性質や、焼却炉の運転状況により変化しており、その変化に対応するため、脱塩装置（以下、バグフィルタともいう）に吹き込む脱塩剤を常に過剰に供給して運転を行っているのが実情であり、不経済であった。
【０００９】
本発明の課題は、ごみなどの廃棄物を焼却したときに生成する塩化水素ガスを含む焼却排ガスの脱塩装置において、前記の高反応脱塩剤を用いて脱塩処理する場合、脱塩剤供給量の制御応答を速くし、脱塩装置出口の排ガス中の塩化水素濃度を低レベルに安定化させ、また、脱塩剤の過剰供給量を適正化してランニングコストを低減させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは、塩化水素ガスを多量に含む廃棄物などの焼却排ガスの脱塩剤の供給処理に、ＰＩＤ制御（単純な比例操作（Ｐ操作）を基本とし、その欠点であるオフセットを消すために、積分操作（Ｉ操作）を加え、さらにＰＩ操作に共通な調整遅れを修正するために微分操作（Ｄ操作）を加えた制御方式。）に、さらにＰ制御を組み合わせる方式を創案した。
【００１１】
すなわち、微粉重曹（炭酸水素ナトリウム）や高反応消石灰などの高反応脱塩剤を使用し、バグフィルタ出口のＨＣｌ濃度に基づいて、ＰＩＤ制御により脱塩剤供給量を増減させて、バグフィルタ出口ＨＣｌ濃度を任意の設定値に制御するとともに、別の任意の設定値を設定し、その設定値を超えたときにＰ制御を採用して脱塩剤供給量を急増させることにより、バグフィルタ出口ＨＣｌ濃度の上昇を速やかに抑制し、安定したフィードバック制御が実施できることを知見した。
【００１２】
また、別の制御方式として、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量とを用いたＦＦ制御（フィードフォワード制御）により、脱塩剤の供給量を増減させ、任意の設定値に制御するようにした。バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤供給量を増減させることにより、制御の応答性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、ごみ焼却炉や廃棄物燃焼溶融炉から排出される、塩化水素ガスを多量に含む廃棄物焼却排ガスの乾式脱塩処理に、〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御によって脱塩剤を供給する方式の一例を示す構成図である。
【００１４】
本実施形態は、排ガス処理システムにおいて、バグフィルタ３０、ＨＣｌ分析計３１、調節計３２、３３、加算器３４、脱塩剤制御装置３５などから構成される。
【００１５】
バグフィルタ３０は処理前排ガス３６を脱塩処理する乾式脱塩装置である。ＨＣｌ分析計３１は、バグフィルタ３０で脱塩処理した処理後排ガス３７をサンプリングして塩化水素（ＨＣｌ）濃度を分析する。
【００１６】
調節計３２は、分析したＨＣｌ濃度ＰＶと任意の設定値ＳＶ1に基づいて、ＰＩＤ制御による操作信号ＭＶ1を演算して出力する。調節計３３は、同様にＨＣｌ濃度ＰＶと任意の設定値ＳＶ2に基づいて、Ｐ制御による操作信号ＭＶ2を演算して出力する。なお、Ｐ制御の設定値ＳＶ2は、ＰＩＤ制御の設定値ＳＶ1より高く設定するものとする。
【００１７】
これら二つの操作信号ＭＶ1、ＭＶ2は、加算器３４で加算され、制御出力（ＭＶ1＋ＭＶ2）として脱塩剤供給装置３５に出力される。このとき、操作信号ＭＶ2が負の場合はＭＶ2をゼロとする。
【００１８】
脱塩剤供給装置３５は、制御出力（ＭＶ1＋ＭＶ2）に基づいて、所定量の脱塩剤をバグフィルタ入口側の処理前排ガス３６に供給する。脱塩剤としては、微粉重曹、高反応消石灰などの高反応脱塩剤が好ましい。
【００１９】
ここで、本発明に好適な高反応脱塩剤について説明する。Ｎａ系脱塩剤としては、微粉重曹（ＮａＨＣＯ₃）が好ましい。また、Ｃａ系脱塩剤としては、粉体表面に細孔を形成した高反応な消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）がある。本発明は乾式の脱塩処理であるため、脱塩剤粉末の粒径は２０μｍ以下が好ましい。
【００２０】
つぎに、図２を参照して、本発明における脱塩剤供給量の別の制御方式であるフィードフォワード（ＦＦ）制御方式を採用した例について説明する。本例は、バグフィルタ入口ＨＣｌ濃度と排ガス流量とに基づいて、ＦＦ制御方式により、供給脱塩剤流量を増減させて、バグフィルタ出口ＨＣｌ濃度を任意の設定値に制御するものである。
【００２１】
▲１▼ 図２に示すように、バグフィルタ４０入口側の処理前排ガスのＨＣｌ濃度をＨＣｌ分析計４１で分析し、バグフィルタ４０出口側の処理後排ガスの流量を流量計４２で検出する。
▲２▼ バグフィルタ入口側ＨＣｌ濃度と、バグフィルタ出口側排ガス流量とをＦＦ調節計４３に入力し、脱塩剤供給量の適正値を演算する。
▲３▼ この演算した指令値（ＭＶ値）に基づいて、脱塩剤供給装置４４から脱塩剤をバグフィルタ入口側の処理前排ガスに供給する。
【００２２】
本例によれば、バグフィルタ入口側ＨＣｌ濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤の供給量を増減させるので、応答性が向上し、脱塩剤の効率的な供給制御ができる。本例においても、脱塩剤は、微粉重曹等の高反応脱塩剤を用いることが好ましい。
【００２３】
また、図１で説明した〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御方式と、図２で説明したＦＦ制御方式とを組み合わせて実施すると、さらにきめの細かい、安定した制御が可能になる。
【００２４】
次に、廃棄物処理システムにおける廃棄物焼却排ガスの処理系について説明する。図３は、本発明に係る廃棄物処理システムの一実施形態を説明する系統図である。
【００２５】
この廃棄物処理システムにおいて、たとえば１５０ｍｍ角以下に破砕された都市ごみなどの廃棄物Ａは、スクリューフィーダなどの供給手段により熱分解反応器２に供給される。
【００２６】
この熱分解反応器２は、たとえば横型回転ドラムが用いられ、図示しないシール機構によりその内部は低酸素雰囲気に保持されると共に、下流の燃焼溶融炉６の後流側に配置される熱交換器８により加熱される加熱空気がラインＬ１から供給される。
【００２７】
この加熱空気により熱分解反応器２に供給される廃棄物Ａは、３００〜６００℃に、通常は４５０℃程度に加熱される。これによって、この廃棄物Ａは熱分解され、熱分解ガスＧ１と、主として不揮発性の熱分解残留物Ｂとを生成する。
【００２８】
そして、この熱分解反応器２で生成される熱分解ガスＧ１と熱分解残留物Ｂとは図示していない排出装置により分離され、熱分解ガスＧ１は、熱分解ガス配管であるラインＬ２を経て燃焼溶融炉６のバーナに供給される。
【００２９】
熱分解残留物Ｂは、廃棄物Ａの種類によって種々異なるが、日本国内の都市ごみの場合、本発明者等の知見によれば、
大部分が比較的細粒の可燃分１０〜６０％
比較的細粒の灰分５〜４０％
粗粒金属成分７〜５０％
粗粒瓦礫、陶器、コンクリート等１０〜６０％
より構成されていることが判明した。
【００３０】
このような成分を有する熱分解残留物Ｂは、４５０℃程度の比較的高温で排出されるため、図示していない冷却装置により８０℃程度に冷却され、分離手段としての分別装置４に導かれ、ここで燃焼性成分である熱分解カーボンＣと不燃焼性成分である有価物Ｄ1とガレキＤ2に分離される。分別装置４は、例えば、振動篩い、磁選機、アルミ選別機などの公知の分別機器が使用される。
【００３１】
このように不燃焼性成分が分離、除去された熱分解カーボンＣは、ロール式、チューブミル式、ロッドミル式、ボールミル式などの粉砕機５で粉砕され、燃焼溶融炉６に供給される。粉砕機５は、廃棄物の種類、性状により適宜選択されるが、この粉砕機５において熱分解カーボンＣとガレキＤ2は、好ましくは全て１ｍｍ以下に粉砕され、ラインＬ３を経て燃焼溶融炉６のバーナに供給される。
【００３２】
一方、図示していない送風機により供給される燃焼用空気および熱分解ガスＧ１と熱分解カーボンＣとは、燃焼溶融炉６で１３００℃程度の高温域で燃焼され、この燃焼により熱分解カーボンＣとガレキＤ2の比較的細粒の灰分より発生する燃焼灰は溶融され溶融スラグＥを生成する。
【００３３】
溶融スラグＥは、燃焼溶融炉４のスラグ排出口から図示していない水槽に落下させ水砕スラグとされる。水砕スラグは図示していない装置により所定の形状にブロック化されるかまたは粒状に形成され、建材または舗装材などとして再利用される。
【００３４】
廃棄物処理システムの燃焼溶融炉６で発生した焼却排ガスＧ２は、熱交換器８で熱回収されて排ガスＧ３となり廃熱ボイラ１０に供給され熱回収されて排ガスＧ４となり、さらに減温塔１２に送られ温度が下げられる。減温塔１２で温度が下げられた排ガスＧ５は、第１バグフィルタ１４に送られて、ダストＦ１を濾過する。
【００３５】
なお、第１バグフィルタ１４の入口温度は、１５０〜２００℃が好ましい。１５０℃未満だと結露等による装置腐食の問題が生じ、２００℃を超えると排ガス中のダイオキシン類の除去率が悪くなるという問題がある。
【００３６】
廃熱ボイラ１０、減温塔１２および第１バグフィルタ１４では、それぞれダストＦ２、Ｆ３、Ｆ１が回収され、分別設備４で分離される熱分解カーボンＣおよびガレキＤ2の粉砕物とともに、ラインＬ４、Ｌ３を介して燃焼溶融炉６のバーナに戻され、燃焼溶融炉６内で燃焼・溶融してスラグ化される。
【００３７】
次に、第１バグフィルタ１４でダストを除去された排ガスに、脱塩剤Ｈを加えて、第２バグフィルタ１６によって排ガス中の塩化水素を脱塩残渣Ｊとして除去する。
【００３８】
本発明の廃棄物処理システムでは、第２バグフィルタ１６の入口側に投入する脱塩剤に高反応脱塩剤を使用し、その供給量を、図１で説明した〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御方式で実施するようにした。
【００３９】
すなわち、第２バグフィルタ１６出口の排ガス中のＨＣｌ濃度を分析計３１で分析し、調節計３２、３３で〔Ｐ＋ＰＩＤ〕操作した制御出力により、脱塩剤供給装置３５から微粉重曹などの高反応脱塩剤を第２バグフィルタ入口側の焼却排ガスに供給するようにした。
【００４０】
そのため、脱塩剤の過剰投入が是正され、適正で効率的な供給が可能となり、ランニングコストが低減した。また、高反応脱塩剤を使用しても、脱塩剤供給量の制御応答、特に、増方向の制御応答が速いため、第２バグフィルタ出口のＨＣｌ濃度を、常に低いレベルで安定して維持できた。
【００４１】
図４は、本発明における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の動作例を示す図である。通常はバグフィルタの出口ＨＣｌ濃度（ＰＶ）とＰＩＤ制御の設定値ＳＶ1とを比較して、ＰＩＤ制御のみで脱塩剤供給量を調整し、前記出口ＨＣｌ濃度が設定値ＳＶ1になるように制御が行なわれているが、前記出口ＨＣｌ濃度がＰ制御の設定値ＳＶ2を超えると、Ｐ制御の制御出力を急増し、脱塩剤供給量を急激に増やして出口ＨＣｌ濃度を速やかに下げる様子を示している。
【００４２】
図５は、図１の制御装置における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の一実施例を示す図である。上図（ａ）にバグフィルタ入口ＨＣｌ濃度と脱塩剤当量比、下図（ｂ）にバグフィルタ出口ＨＣｌ濃度と制御出力を示す。
【００４３】
本例では、高反応脱塩剤には微粉重曹を使用し、二つの調節計のそれぞれの設定値を、ＳＶ1＝５ppm（ＰＩＤ制御）、ＳＶ2＝１５ppm（Ｐ制御）に設定して、〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御を実施している。
【００４４】
本図から、通常は、出口ＨＣｌ濃度はＰＩＤ制御の設定値ＳＶ1＝５ppmになるように、ＰＩＤ制御のみによって脱塩剤供給量が制御されているが、出口ＨＣｌ濃度がＰ制御の設定値ＳＶ2＝１５ppmを超えたときにＰ制御が作動し、制御出力を急増して出口ＨＣｌ濃度を速やかに５ppmまで下げていることがわかる。その結果、脱塩剤供給量はほぼ１当量で確実に制御されている。
【００４５】
図６は、図１の制御装置における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の他の実施例を示す図である。上図（ａ）にバグフィルタ入口ＨＣｌ濃度と脱塩剤当量比、下図（ｂ）にバグフィルタ出口ＨＣｌ濃度と制御出力を示す。
【００４６】
高反応脱塩剤には微粉重曹を使用している。二つの調節計のそれぞれの設定値は、ＳＶ1＝２ppm（ＰＩＤ制御）、ＳＶ2＝３ppm（Ｐ制御）に設定して、〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御を実施している。本例は、二つの調節計のそれぞれの設定値を２ppmと３ppmの非常に低い値に設定し、かつ、二つの調節計のそれぞれの設定値の差を１ppmと極端に小さくした場合であるが、出口ＨＣｌ濃度（ＰＶ値）が、ＰＩＤの設定値ＳＶ1＝２ppm以下になると、ＰＩＤ制御のみによって制御出力ＭＶ1を下げ、脱塩剤供給量を減らして余剰な脱塩剤をなくすように制御が行なわれている。
【００４７】
一方、脱塩剤供給量が不足し、出口ＨＣｌ濃度がＰ制御の設定値ＳＶ2＝３ppmを超えると、Ｐ制御の制御出力ＭＶ2を急増して脱塩剤供給量を瞬時に増加し、出口ＨＣｌ濃度を速やかに低下させている。このようなＰ制御の作動による制御出力の急増が頻繁に行なわれており、その結果、出口ＨＣｌ濃度は瞬時にも１０ppmを超えることなく、非常に低い濃度に制御が行なわれている。
【００４８】
図７に参考例を示す。本例は、焼却排ガスの脱塩剤に消石灰を使用し、ＰＩＤ制御のみにより投入量制御を行った場合の例である。上図（ａ）にバグフィルタ入口ＨＣｌ濃度と脱塩剤当量比、下図（ｂ）にバグフィルタ出口ＨＣｌ濃度と制御出力を示す。
【００４９】
通常の消石灰では反応性が低く、反応速度も遅いため、ＰＩＤ制御のみで出口ＨＣｌ濃度の安定制御は可能であるが、当量比が２当量付近での運転であり、脱塩剤を過剰投入していることがわかる。
【００５０】
図８は、各種脱塩剤の当量比によるＨＣｌ除去率を示している。高反応で反応速度の速い微粉重曹は、１当量で約９０％と非常に高い除去率であるが、少しの当量比の変化で、ＨＣｌ除去率は大きく変化する。高反応消石灰もほぼ同様で、ほぼ１当量で７０％の除去率を示している。一方、通常のＪＩＳ特号消石灰は、７０〜８０％を除去するのに、１.５〜２当量を必要としており、当量比の変化によるＨＣｌ除去率の変化もゆるやかである。
【００５１】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、廃棄物を燃焼して生じる焼却排ガスに、高反応な脱塩剤を用いて脱塩処理する場合において、〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御方式を採用することにより、過剰な脱塩剤供給量を低減して供給量を適切化し、ランニングコストを下げるとともに、脱塩剤供給量を瞬時に急増して脱塩装置出口の塩化水素ガス濃度を速やかに下げ、脱塩装置出口の塩化水素ガス濃度を常時１０ppm以下の低い濃度まで下げて安定して維持することができる。
【００５２】
また、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量とを用いたＦＦ制御により、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤供給量を増減させ、制御の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排ガス処理脱塩剤の供給量制御方式において、〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御方式の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示し、ＦＦ制御方式による供給量制御方式を示す構成図である。
【図３】本発明に係る脱塩剤供給制御方式を採用した廃棄物処理システムの一実施形態を示す系統図である。
【図４】本発明における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の動作例を示す図である。
【図５】本発明における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の一実施形態を示す図である。
【図６】本発明における〔Ｐ＋ＰＩＤ〕制御の他の実施形態を示す図である。
【図７】ＰＩＤ制御による一参考例を示す図である。
【図８】各種脱塩剤のＨＣｌ除去率を示す図である。
【符号の説明】
２熱分解反応器
６燃焼溶融炉
１４第１バグフィルタ
１６第２バグフィルタ
３０バグフィルタ
３１ＨＣｌ分析計
３２、３３調節計
３４加算器
３５脱塩剤供給装置
３６処理前排ガス
３７処理後排ガス
４０バグフィルタ
４１ＨＣｌ分析計
４２排ガス流量計
４３ＦＦ調節計
４４脱塩剤供給装置

Claims

廃棄物焼却排ガス脱塩装置の出口側排ガス中の塩化水素濃度を検出し、前記塩化水素濃度の検出値をそれぞれ入力とするＰＩＤ操作とＰ操作の処理を実行し、
前記ＰＩＤ操作の処理は、前記塩化水素濃度の検出値と第１の設定値とに基づいて第１の操作信号を生成し、前記Ｐ操作の処理は、前記塩化水素濃度の検出値が前記第１の設定値よりも大きい第２の設定値を超えたときに第２の操作信号を生成し、
前記第１の操作信号と前記第２の操作信号とを加算した値に基づいて前記脱塩装置の入口側排ガスに供給する脱塩剤供給量を演算し、該演算値に基づいて脱塩剤供給量を制御する排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法。
廃棄物焼却排ガス脱塩手段の、出口側排ガス中の塩化水素濃度を分析する分析手段と、入口側排ガス中に脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、前記塩化水素濃度の検出値をそれぞれ入力とするＰＩＤ操作調節計とＰ操作調節計とを備え、
前記ＰＩＤ操作調節計は、前記塩化水素濃度の検出値と第１の設定値とに基づいて第１の操作信号を出力し、前記Ｐ操作調節計は、前記塩化水素濃度の検出値が前記第１の設定値よりも大きい第２の設定値を超えたときに第２の操作信号を出力し、
前記第１の操作信号と前記第２の操作信号とを加算した値に基づいて前記脱塩装置の入口側排ガスに供給する脱塩剤供給量を演算して前記脱塩剤供給手段に出力する調節手段を有してなる排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。
前記脱塩剤に、重曹又は消石灰からなる脱塩剤を用いてなる請求項２に記載の排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。
廃棄物を熱分解して熱分解ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物のうちの燃焼性成分と前記熱分解ガスとを燃焼して溶融スラグおよび排ガスを排出する燃焼溶融炉と、前記排ガスに脱塩剤を供給して脱塩処理する排ガス処理手段とを備え、前記排ガス処理手段は、請求項２または３に記載の排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置を備えてなる廃棄物処理システム。