JP5187564B2 - 廃棄物焼却装置からの排ガスを浄化するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載されたような、循環流動床における吸着法により廃棄物焼却装置からの排ガスを浄化するための方法、及び、請求項９の前段に記載されたような排ガス浄化システムに関する。

廃棄物を焼却する際、その処理の間に発生する排ガスは、通常、排ガス浄化システムで排ガスに含まれる汚染物質を分離することにより浄化される。このような汚染物質には、ダストだけでなく、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳＯ₂、窒素酸化物、ダイオキシン等が含まれる。

ＨＣｌ、ＨＦ、ＳＯ₂、及びダイオキシンのような汚染物質を排ガスから分離するための方法として、吸着剤を用いた汚染物質の乾式吸着法を挙げることができる。

この方法を実施するには、通常、流動床炉に吸着剤を導入し、循環流動床中で排ガスに吸着剤を接触させる。これによって、汚染物質は吸着剤に吸着される。流動床炉の下流には、固体分離器があり、排ガスとともに運搬された固体物質、ひいては、汚染物質を吸着した吸着剤も、そこで分離される。分離された固体物質は、放出されるか、又は、流動床炉に戻される。

特許文献１に、対応する方法が開示されている。この方法では、吸着剤として機能する添加剤の第１の添加が、流動床、又は、流動床の後かつ分離器の前の箇所に対して実施され、第２の添加が、流動床の前の、流動床に通じる排ガスダクトに対して実施される。

また、供給される吸着剤の量を制御するために、次のような方法が提案されている。

特許文献２には、バグフィルターの逆流サイクルの測定により、追加される吸着剤粉末の量を制御するための方法が開示されている。

特許文献３には、排ガス流に導入される吸着剤の量を制御するための方法が開示されている。この方法では、ＨＣｌ値が基準変数として使用され、そこから、排ガスの測定量及び温度に依存する化学量論値を使用して、設定値が算出される。この方法には、追加の補正として、ＳＯ₂含量の判別を含めることもできる。但し、特許文献３には、ＨＣｌ濃度及びＳＯ₂濃度を、生ガス（raw gas）又は純ガス（pure gas）のいずれで測定するかについて、明確には記載されていない。

純ガス中のＨＣｌ濃度のみを測定する制御方法（「フィードバック」制御）には、放出される浄化後ガスの汚染物質含量の増大が検出されるまで、必要な吸着剤の供給が実施されないという欠点がある。この欠点に対処するために、このような純ガスの測定に加えて、生ガスの測定を実施する方法が提案されており、これによって、理論的に要求される吸着剤の量を判別することができる（「フィードフォワード／フィードバック」複合制御）。

欧州特許出願公開第１５３７９０５号明細書 特開２０００−１０７５６２号公報 欧州特許出願公開第０１７３４０３号明細書

しかしながら、ＨＣｌ及びＳＯ₂の濃度を測定するだけでは、実際に必要な吸着剤の量を十分には特定できないことが分かった。これは、循環する固体物質には、実際の吸着剤とフライアッシュ又は燃料粒子のような固体成分とが共に含まれるが、この固体物質が有する残留吸着容量が無視できないという事実に関連する。例えば、吸着前の汚染物質の含量が比較的低い場合でも、循環する固体物物質の残留吸着容量が低く、又、汚染物質のピークを処置するために必要な量の吸着剤を十分迅速にシステム内に供給できないことにより、大量の未反応吸着剤を供給したにも関わらず、汚染物質が完全に分離されない可能性がある。一方、循環する固体物質の残留吸着容量が高い場合には、吸着前の汚染物質の含量が比較的高くとも、未反応吸着剤の供給を全く要しないこともある。排ガスの組成が、燃焼される廃棄物の組成及び混入される固体の組成に強く依存して変動することの結果として、残留吸着容量を計算によって特定することはできない。また、吸着剤として消石灰を使用する場合、吸着容量は、更に、炭酸化反応の影響を受けるため、残留吸着容量を計算によって特定することは、完全に不可能になる。

廃棄物の燃焼による排ガスを浄化するための既存の方法には、更に、動作信頼性に欠けるという欠点がある。これは、循環する固体物質中の塩化物の含量が大きく変動し、固体物質中の含量が特定の値であると、固体物質が固着（sticking）及び固結（caking）し、極端な場合には、排ガス浄化システムを詰まらせる要因となることによる。

本発明は、廃棄物焼却装置からの排ガスを、循環流動床における吸着法により浄化するための方法であって、吸着剤の使用量が最適化されるとともに、高い動作信頼性が確保される方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の方法によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に従う方法は、供給される未反応（fresh）吸着剤の質量流量が、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも一つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御されることを特徴とする。

このようにして、再循環される固体物質の残留吸着容量が考慮に入れられるため、未反応吸着剤の実際に必要な質量流量を、現行の方法よりも遥かに正確に判別することが可能になる。これによって、吸着剤の使用量が最適化され、その消費量を最小限に留めることができる。

加えて、本発明に係る方法によれば、排ガスの浄化処理の間の塩化物の比率が、固体粒子の固着が発生する閾値を下回る比率に永続的に維持されるように、供給される未反応吸着剤を制御することが可能となる。これは、本発明に係る方法の動作信頼性に大きく寄与するものである。

本発明に係る方法には、乾式吸着法だけでなく、半乾式吸着法も含まれる。

この方法では、吸着剤を、循環流動床の形で使用することができる。循環流動床は、排ガス中に含まれる固体粒子と供給された吸着剤とが、上向きの排ガス流によって流動化状態になることの結果として発生する。

本発明に係る方法における吸着剤として、好ましくは、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）が使用される。これは、通常、少なくとも９２％の純度、及び、少なくとも１５ｍ²／ｇの比表面積を有する。但し、例えば、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）、ラインカルク社（Rheinkalk）のＳｐｏｎｇｉａｃａｌ(登録商標)、又は、メルカー・ウムヴェルトテヒニーク・ゲーエムベーハー(Marker Umwelttechnik GmbH)のＳｏｒｂａｌｉｔ（登録商標）のような複数の他の吸着剤を使用することもできる。本発明では、単一の吸着剤又は異なる複数の吸着剤の混合物を使用することができる。

排ガスに含まれる汚染物質は、循環流動床における吸着剤との化学反応によって分離される。

消石灰を吸着剤として使用した場合、汚染物質であるＳＯ₂、ＨＣｌ、ＨＦは、次の化学反応式に従って反応し、対応する塩が形成される。
Ｃａ（ＯＨ）₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＳＯ₂−＞ＣａＳＯ₃(硫酸カルシウム)＋２ Ｈ₂Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）₂＋２ ＨＣｌ −＞ＣａＣｌ₂(塩化カルシウム)＋２ Ｈ₂Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）₂＋２ ＨＦ −＞ＣａＦ₂(フッ化カルシウム)＋２ Ｈ₂Ｏ
これらの反応において、汚染物質の分離のために好適な温度は、約１４５℃である。

循環流動床内には、通常、活性炭（平炉炭）も存在しており、汚染物質は、活性炭にも吸収されて分離される。

通常、再循環される固体物質には、吸着剤及び活性炭の他に、吸着剤及び活性炭に吸着された汚染物質と、廃棄物焼却装置の燃焼部から発生する燃料粒子及びフライアッシュが含まれている。本発明では、供給される未反応吸着剤の質量流量は、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御される。

本発明に従う方法の好適な実施形態では、再循環される固体物質中の各成分の濃度は、ほぼ連続して測定される。本発明では、未反応（unloaded）吸着剤、具体的には消石灰の濃度、及び／又は吸着された汚染物質、具体的には塩化物、硫化物、及び／又はフッ化物の濃度が、このようにして測定される。

再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は吸着された汚染物質の濃度をほぼ連続して測定することにより、システムの変化に対する可能な限り迅速な応答が確保される。

特に好適な実施形態では、この測定は、フーリエ変換型近赤外（ＦＴ−ＮＩＲ）分光計
によって実施される。これによって、再循環される固体物質を連続して定量分析することができる。この分析は、排ガス浄化システム内に配置されたプローブを用いて、その場で（in-situ）実施される。

あるいは、その場で分析する代わりに、小型のサイクロンにより循環経路から抽出した固体物質のサンプルを用いて、各成分の濃度の測定を実施することもできる。この場合、測定は、バッチ処理となる。サンプルの抽出を短い時間間隔で実行すれば、この実施形態において、準連続測定を実施することが可能である。

上記サイクロンとして、従来周知のサイクロン（例えば、ルエガー（Lueger）、“技術辞典（Lexikon der Technik）”、シュトゥットガルト(Stuttgart)、１９７０年、第１６巻、ｐ．６０１及び同頁以下参照）を使用することができる。好ましくは、固体サンプルは、内容物を自動的に排出可能な収集容器に収集される。本発明に従う測定の後、固体サンプルは、自動的に循環経路に戻される。

更に好適な実施形態では、供給される未反応吸着剤の質量流量に加えて、循環経路から放出される固体物質の質量流量も、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御される。これによって、吸着容量が低下した固体物質が循環し続けることを回避することができる。一般に、固体物質の循環経路からの放出は、この目的のために設けられた放出装置によって実行される。

更に好ましくは、供給される未反応吸着剤の質量流量、及び、任意選択により、循環経路から放出される固体物質の質量流量は、生ガス又は純ガス中のＨＣｌ及び／又はＳＯ₂の濃度の関数としても制御される。この実施形態は、生ガス及び純ガスの汚染物質含量に関する情報が直接的に得られる点で有利なものである。この追加情報によって、供給される未反応吸着剤の質量流量の制御、及び、その使用を選択した場合には、循環経路から放出される固体物質の質量流量の制御を、更に精細に調整することが可能となる。

加えて、次のような追加の制御回路を備えるものであってもよい。

第１の追加制御回路では、炉内の流動床に亘る圧力損失が監視され、又、流動床炉内の流動床形成材料の残留量を一定に維持するために、流動床炉に再循環される固体物質の質量流量が連続制御される。

第２の追加制御回路では、流動床炉内の排ガス温度が、注水により制御される。

上述した方法に加えて、本発明は、請求項９に記載したような、循環流動床における吸着法により廃棄物燃焼装置からの排ガスを浄化するための排ガス浄化システムに関する。

本発明に係る排ガス浄化システムには、乾式吸着型排ガス浄化システムと、半乾式吸着型排ガス浄化システムの両方が含まれる。半乾式吸着型排ガス浄化システムの例として、オーストリアン・エナジー・アンド・エンバイロメント／フォンロール・ウムヴェルトテヒニーク・アーゲー（Austrian Energy & Environment/Von Roll Umwelttechnik AG）のＴｕｒｂｏｓｏｒｐ炉を挙げることができる。

本発明に従う排ガス浄化システムは、流動床炉と、固体物質を流動床炉に戻す手段とを有している。固体物質を流動床炉に戻す手段は、通常、従来周知の固体分離器である。

上記排ガス浄化システムは、供給される未反応吸着剤の質量流量を、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御する手段を含むことを特徴とする。

このため、上記排ガス浄化システムは、通常、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度を測定するための分析装置を含んでいる。特に好ましくは、この分析装置は、ＦＴ−ＮＩＲ分光計である。

更に、本発明に係る排ガス浄化システムは、未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度を測定するために、再循環される固体物質のサンプルを抽出するサイクロンを含むものであってもよい。この実施形態において、サイクロンは、好ましくは、流動床炉から固体分離器に通じる連結ダクトに配置される。連結ダクトでは、固体物質の固結は生じないため、均一な固体サンプルを確実に抽出することができる。この実施形態において、分析装置は、好ましくは、サイクロンに結合しているものである。

本発明に係る排ガス浄化システムは、流動床炉内の温度を特定の値で一定に維持するために、更に、注水手段を備えるものであってもよい。使用する吸着剤及び汚染物質の組成に応じて、吸着が最適化されるように温度を変更することができる。好ましくは、排ガス浄化システム内の温度は、約１４５℃に維持される。

本発明に従う排ガス浄化システムでは、最大で２００，０００ｍ_n ³／ｈ（含水（feucht））の体積流量が使用可能である（但し、ｍ_n ³＝標準立方メートル。この場合の標準状態は、温度２７３．１５Ｋ（０℃）及び圧力１０１．３ｋＰａである）。この排ガス浄化システムは、通常、１７０℃から３００℃、特に１８０℃から２５０℃の吸気口温度を有する排ガスに適するように設計されている。調節手段として、通常、プロセス水が使用される。排ガス浄化システムの流動床炉内における平均流速は、通常、約４ｍ／ｓである。排ガス浄化システム内の圧力降下は、通常、２〜２．５ｋＰａ（２０〜２５ｍｂａｒ）である。

又、この排ガス浄化システムは、通常、前段の燃焼システムの６０〜１１０％の負荷で操業するように設計されている。

生ガスの一例における汚染物質含量を表１に示す。この生ガスを、排ガス浄化システムにより浄化することができる。表１には、汚染物質含量が、日平均の公称値、及び、３０分平均の最大値として示されている。表１に例示した生ガスのＯ₂含量は、１１体積パーセント、含水量（Ｈ₂０含量）は、３０体積パーセントである。

＊ＴＥＱは、毒性等量（Toxicity Equivalent）である。

本発明に従う排ガス浄化システムで生ガスを浄化することにより、純ガスの汚染物質含量を、表２に示す値に低減することができる。

但し、最適操業の場合、ＨＣｌ含量を１０ｍｇ／ｍ_n ³よりも大幅に低減し、又、ダスト含量を２〜３ｍｇ／ｍ_n ³とすることができる。

消石灰の平均消費量は、生ガスの汚染負荷量及び要求される制限値に依存する。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。但し、各図面は、模式的なものである。

図１に示す排ガス浄化システム２は、生ガス吸気口４及び純ガス排気口６を含み、廃棄物の燃焼の間に発生した排ガスは、生ガス吸気口４を通じて導入され、浄化された排ガスは、純ガス排気口６を通じて排ガス浄化システム２から放出される。生ガス吸気口４は、吸気ソケット１０及びその吸気ソケットに結合された下流の吸気ダクト１２を含み、吸気ダクトは、流動床炉１４に連通する。流動床炉１４は、基本的には、中空の円筒形を有しており、この円筒は、吸気口側が円錐状に先細りになっている。円錐状の先細領域１６には、吸着剤を射出するための吸着剤供給ライン１８が配置される。吸着剤は、流動床炉１４内に流れ込む排ガスに混入され、廃棄物の燃焼による排ガス流に伴って運搬されるフライアッシュ及び燃料粒子とともに、循環流動床（図示は省略する）を形成する。流動床炉１４は、その上側の領域で、固体分離器２０に通じる連結ダクト２２に連通する。固体分離器２０は、その上側の領域に、排ガス流に伴って運搬される固体粒子を分離するためのフィルターシステム２４を有している。フィルターシステム２４には、複数のバグフィルター２４’が含まれる。フィルターシステム２４を通過した後、それによって得られた純ガスは、純ガス排気口６を通じて放出される。分離された固体粒子は、固体分離器２０の下向きに傾斜したベース部２６に沈降し、ベース部２６に沿って固体再循環通路２８に流れ込む。固体再循環通路２８は、計量部材２９を有しており、これによって、流動床炉１４内に戻される固体物質の体積流量を調整することができる。移送装置３２を含む放出ダクト３０は、固体物質を放出するために、リターン用のダクト２８から分岐している。固体分離器２０には、再循環される固体物質中の少なくとも１つの成分の濃度を測定するための分析装置３４が配置されている。吸着剤の単位時間当たりの供給量は、この測定で得られた値に応じて、増大、低減、又は、一定に維持される。

排ガス浄化システム２内の温度が予め定められた値を超えないように、流動床炉内に冷却水を射出することができる。このため、流動床炉１４は、吸着剤供給ライン１８の下方に、流動床炉１４内に通じるノズルヘッド３８を備えた注水ライン３６を有している。

図２に示す排ガス浄化システム２では、流動床炉１４と固体分離器２０との間の連結ダクト２０に、再循環される固体物質のサンプルを抽出するためのサイクロン４０が配置されている。抽出の間に、サンプルは、抽出ダクト４２及びそれに接続する接線方向吸気ノズル４４を通じて、サイクロン４０の中空円筒の上側部分４６に射出される。固体粒子は、その質量のため、遠心力の結果として、螺旋状の経路をたどって円錐状に先細りになる下側部分４８に案内され、この下側部分は、収集容器５０に連通している。収集容器４０内に得られた固体サンプル５１から、対応する分析装置（図示は省略する）を使用して、少なくとも１つの成分の濃度が測定される。図２に示す実施形態では、この分析装置は、通常、サイクロン４０の収集容器５０に結合されている。収集容器５０は、ベース部５２を有しており、このベース部を、収集容器５０と連結ダクト２２との間に通路が形成されるようにずらすことができる。収集容器５０内の固体物質は、この通路を通じて連結ダクト２２内に戻され、その結果、再び循環経路に戻される。サイクロン４０で固体から解離したガス成分は、中央部の上昇流に捕捉され、挿入管５６を通過してサイクロン放出ダクト５８に入り、弁６０によって調節され、この放出ダクトを通じて連結ダクト２２に戻される。

本発明に従う方法を実施するための排ガス浄化システムを示す図である。図示された排ガス浄化システムには、流動床炉及び流動床炉の下流に配置された固体分離器が含まれる。 図１に示す排ガス浄化システムを、固体サンプルを抽出するためのサイクロンを差込図内に拡大して示した図である。サイクロンは、流動床炉と固体分離器の間に配置される。

符号の説明

２：排ガス浄化システム、１４：流動床炉、２０：固体分離器、３４：分析装置

Claims (12)

1. 循環流動床における吸着法により廃棄物焼却装置からの排ガスを浄化するための方法であって、供給される未反応吸着剤の質量流量が、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御されることを特徴とする方法。
2. 前記再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度は、連続して測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定は、フーリエ変換型近赤外分光計によって実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の測定は、サイクロンによって循環経路から抽出された固体物質のサンプルを使用して実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記再循環される固体物質中の、塩化物の濃度、又は、塩化物及び未反応吸着剤の濃度が測定されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 循環経路から放出される固体物質の質量流量も、前記再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 吸着剤として消石灰が使用されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記供給される未反応吸着剤の質量流量、又は、前記供給される未反応吸着剤及び循環経路から放出される固体物質の質量流量は、生ガス又は純ガス中のＨＣｌ及び／又はＳＯ₂の濃度の関数としても制御されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 流動床炉(14)を使用した循環流動床における吸着法、及び、前記流動床炉に固体物質を戻すための手段(20)により、廃棄物燃焼装置からの排ガスを浄化するための排ガス浄化システムであって、更に、供給される未反応吸着剤の質量流量を、再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度の関数として制御する手段を含むことを特徴とする排ガス浄化システム。
10. 前記再循環される固体物質中の未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度を測定するための分析装置(34)を含むことを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化システム。
11. 分析装置(34)は、フーリエ変換型近赤外分光計であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の排ガス浄化システム。
12. 前記未反応吸着剤の濃度及び／又は少なくとも１つの吸着された汚染物質の濃度を測定するために、前記再循環される固体物質のサンプルを抽出するサイクロン(40)を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の排ガス浄化システム。

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