JP4806991B2

JP4806991B2 - プラズマ式灰溶融炉排ガスのＮＯｘ低減方法

Info

Publication number: JP4806991B2
Application number: JP2005220324A
Authority: JP
Inventors: 善利関口; 利雄濱; 康弘草野; 和範中村
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007029918A

Description

本発明は、ノントランスファ方式のプラズマトーチを加熱源に用いた灰溶融炉から排出されるガス中の高濃度ＮＯｘを、還元剤としてアンモニアを用いて選択的に還元し、後流に設置する排ガス処理システムヘの浄化負荷を低減することを企図したものである。

一般に、ノントランスファ方式のプラズマトーチの作動ガスには空気が用いられる。プラズマトーチ内では、作動ガスである空気が３０００℃を超える高温まで昇温されるため、空気中の窒素が酸素により酸化され、３００００ｐｐｍを越える高濃度のＮＯｘが生成される。この高濃度ＮＯｘを分解するために高度な排ガス処理技術が求められる。そのため、湿式の排ガス処理や、高濃度硝酸系窒素を処理できる排水処理装置や、多量の脱硝触媒を用いなくてはならなかった。
特開平８−２１５５３６号公報（ごみ焼却炉の舞敢課税硝）特開昭５２−３９８３４号公報（流動床炉の流動床上のフリーボード部に還元剤としてアンモニアガスを注入（排ガス中に０．１％以下）特開平７−３９７２０号公報（アンモニアの酸化反応によるＮＯｘ、ＣＯ生成抑制）

本発明は、上記の問題点に鑑み、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉から排出されるＮＯｘ含有排ガスを排ガス処理装置へ導入する前にＮＯｘ濃度を低減しておくことで、排ガス処理装置への浄化負荷を低減させ、一般的な燃焼排ガス処理装置にて上記排ガスを浄化するものである。

請求項１による発明は、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉から排出されるＮＯｘ濃度が１００００〜３００００ｐｐｍであるＮＯｘ含有排ガスを無触媒還元脱硝処理に付すに当たり、排ガスを無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器へ流入する前に空気希釈することでＮＯｘ濃度を低減するとともに、排ガスを冷却して排ガス温度を８００〜９００℃の範囲に調整すること、還元剤を希釈空気にて希釈し、得られた希釈還元剤を排ガスに添加し、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における還元剤濃度を還元剤の可燃範囲以下にすること、を特徴とする、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉排ガスの高濃度ＮＯｘ低減方法である。

なお、排ガスを無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器へ流入する前に空気希釈することで、脱硝処理前のＮＯｘ含有排ガス中の酸素濃度が１５〜３０ｖｏｌ％であることが好ましい。
請求項３による発明は、還元剤がアンモニアであり、希釈還元剤中のアンモニア濃度が１〜２５ｖｏｌ％であり、および／または、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における平均還元剤濃度が０．４〜１０ｖｏｌ％である請求項１または２記載の方法である。

請求項４による発明は、還元剤が尿素であり、尿素の分解で生じるアンモニアの希釈還元剤中のアンモニア濃度が１〜２５ｖｏｌ％であり、および／または、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における平均還元剤濃度が０．４〜１０ｖｏｌ％である請求項１または２記載の方法である。

本発明方法によれば、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉から排出されるＮＯｘ濃度が１００００〜３００００ｐｐｍであるＮＯｘ含有排ガスを無触媒還元脱硝処理に付すに当たり、排ガスを無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器へ流入する前に空気希釈することでＮＯｘ濃度を低減するとともに、排ガスを冷却して排ガス温度を８００〜９００℃の範囲に調整し、投入アンモニアを希釈空気により希釈して燃焼・酸化を抑え、脱硝反応を優先させてやることにより、発熱反応が緩やかになり、反応操作のコントロール可能になることで、ノントランスファ方式のプラズマトーチを加熱源に用いた灰溶融炉から排出されるガス中の高濃度ＮＯｘを高脱硝率で除去することができ、これにより後流に設置する排ガス処理システムヘの浄化負荷を低減することができる。

つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例をいくつか挙げる。

実施例１
空気を作動ガスに用いるノントランスファ式プラズマトーチからは、１００００〜３００００ｐｐｍのＮＯｘを含む高温の空気が排出される。この排ガスを３秒程度滞留させることができる無触媒脱硝反応器を設け、排ガスを反応器へ流入する前に空気希釈することでＮＯｘ濃度を低減するとともに、排ガスを冷却して排ガス温度を８００〜９００℃の範囲に調整し、反応器入ロから希釈していないアンモニアと、空気にて約１０倍に空気希釈したアンモニアを注入し、反応器出口ＮＯｘ濃度を計測する試験を行った。この結果、好条件では、９９％を超える脱硝効果を得た。この結果を図１に示す。

この試験結果より、下記のことが判明した。

○無触媒脱硝を高効率に進めるためには、アンモニアの可燃濃度範囲を下回る濃度に希釈する必要がある。

○反応時のガス温度が低いと、脱硝反応が進みにくい。

○反応時のガス温度が高いと、アンモニアの可燃範囲が広がり、燃焼反応が進むため、脱硝反応が進みにくい。

○ガス温度が高い場合、アンモニアの燃焼反応が進み、未反応残留アンモニアのリークがなくなる。

○空気希釈アンモニアを高速で注入し、撹拌が重要である。

つぎに、本発明による、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉排ガスのＮＯｘ低減方法を、従来技術と比較して示す。

本発明方法および従来法における脱硝性能データと性能比較データを図１〜図３に示す。なお、それぞれのテスト条件は表ｌの通りである。

ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉を用いる選択的無触媒還元では、従来法に比べて、１００℃程度低い温度で高い脱硝性能が得られる。その理由として、排ガス中のＮＯｘ濃度の違いが考えられる。ノントランスファ方式のプラズマ溶融法では１００００〜３００００ｐｐｍのＮＯｘが発生する。これに比べてボイラー排ガスやごみ焼却排ガスではＮＯｘ濃度は１００〜２００ｐｐｍであり、当然選択的無触媒還元法のために投入するＮＨ_３も多く必要で、ＮＯｘとＮＨ_３の接触効率が高くなることが考えられる。

ボイラー排ガスやごみ焼却排ガスにおいて、従来行われていた選択的無触媒還元法は、そのほとんどが焼却炉内へのアンモニアや尿素の吹込みからなり、炉内温度８００〜９００℃程度でアンモニア比１〜１．５で脱硝率は４０〜５０％であった。脱硝率を高めようとすると高アンモニア比での反応が必要になり、リークアンモニアが急激に増加する。特に炉内吹込みの場合には、偏流や高温火炎等の影響で高い脱硝性能が得られない。

ノントランスファ方式のプラズマ灰溶融炉排ガス処理では、炉内温度が１４００〜１５００℃程度で、炉内吹込みによる選択的無触媒還元は不可能である（アンモニアの燃焼が早くて脱硝効率が低い）。幸い、ノントランスファ方式プラズマ灰溶融炉排ガス処理では排ガス量がボイラーやごみ焼却の排ガス量に比べて少ないことから、脱硝反応室を炉と分離した形で設け、脱硝反応室前流で空気吹込みによる排ガス温度調整を行うとともに、還元剤であるアンモニアを吹込み、これを空気で希釈し、ＮＯｘとアンモニアの混合性を高めた。

ボイラー炉やごみ焼却炉では炉内幅および高さが数ｍもあるので混合性を高めるのは困難であるが、ノントランスファ式プラズマ灰溶融炉排ガス処理装置では、脱硝反応室は炉内と分離しているので排ガス自身の偏流も少なく、脱硝反応室の幅および高さは１ｍ未満であり、希釈空気による混合性がよい。また、ノントランスファ式プラズマ灰溶融炉排ガス処理の場合には、ＮＯｘ濃度が高い分、投入するアンモニア量も多く、このアンモニアが脱硝反応前に燃焼・酸化されると計算上２００〜３００℃程度の排ガス温度の上昇を招き、反応操作のコントロールができない。投入アンモニアを希釈空気により希釈して燃焼・酸化を抑え、脱硝反応を優先させてやることにより、発熱反応が緩やかになり、反応操作のコントロール可能になる。

実施例２
空気希釈されたアンモニアを還元剤として用い、無触媒反応ゾーン（反応器）内におけるアンモニア濃度（空気希釈）１０ｖｏｌ％、モル比（ＮＨ _３／ＮＯｘ）０．９〜１．０、反応温度８５０℃、反応時間約１．５秒で、無触媒脱硝反応を行った。この場合の還元剤濃度と脱硝率の関係を図４のグラフに示す。

実施例３
還元剤として尿素を用い、尿素の分解により生じたアンモニアの、無触媒反応ゾーン（反応器）内における濃度（空気希釈）１０ｖｏｌ％、モル比（ＮＨ _３／ＮＯｘ）０．９〜１．０、反応温度８５０℃、反応時間約１．５秒で、無触媒脱硝反応を行った。この場合の還元剤（アンモニア）濃度と脱硝率の関係を図４のグラフに示す。

実施例４
空気希釈されたアンモニア（濃度：８ｖｏｌ％）を還元剤として用い、反応温度８５０℃で無触媒脱硝反応を行った。この場合の無触媒反応ゾーン（反応器）内におけるＮＯｘ含有排ガス滞留時間と脱硝率の関係を図５のグラフに示す。

本発明方法によるモル比（ＮＨ _３／ＮＯｘ）と脱硝率およびリークアンモニアとの関係を示すグラフである。従来技術によるモル比（ＮＨ _３／ＮＯｘ）と脱硝率およびリークアンモニアとの関係を示すグラフである。本発明方法と従来技術の比較を示す、モル比（ＮＨ_３／ＮＯｘ）と脱硝率およびリークアンモニアとの関係を示すグラフである。還元剤濃度と脱硝率の関係を示すグラフである。滞留時間と脱硝率の関係を示すグラフである。

Claims

ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉から排出されるＮＯｘ濃度が１００００〜３００００ｐｐｍであるＮＯｘ含有排ガスを無触媒還元脱硝処理に付すに当たり、排ガスを無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器へ流入する前に空気希釈することでＮＯｘ濃度を低減するとともに、排ガスを冷却して排ガス温度を８００〜９００℃の範囲に調整すること、還元剤を希釈空気にて希釈し、得られた希釈還元剤を排ガスに添加し、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における還元剤濃度を還元剤の可燃範囲以下にすること、を特徴とする、ノントランスファ方式のプラズマ溶融炉排ガスの高濃度ＮＯｘ低減方法。
処理前のＮＯｘ含有排ガス中の酸素濃度が１５〜３０ｖｏｌ％である請求項１記載の方法。
還元剤がアンモニアであり、希釈還元剤中のアンモニア濃度が１〜２５ｖｏｌ％であり、および／または、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における平均還元剤濃度が０．４〜１０ｖｏｌ％である請求項１または２記載の方法。
還元剤が尿素であり、尿素の分解で生じるアンモニアの希釈還元剤中のアンモニア濃度が１〜２５ｖｏｌ％であり、および／または、無触媒反応ゾーンまたは無触媒反応器内における平均還元剤濃度が０．４〜１０ｖｏｌ％である請求項１または２記載の方法。