JP5190336B2 - 処理対象物燃焼処理システム及び排ガス中の水銀除去方法 - Google Patents

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本発明は、システムの一部に水銀を除去するための装置を有する処理対象物(たとえば可燃性廃棄物や熱分解ガス等)燃焼処理システムおよび排ガス中の水銀除去方法に関するものである。
従来、排ガス中の水銀を除去する方法として、熱分解ガス等を燃焼させる燃焼処理装置で発生した排ガスに、粉末活性炭をバグフィルタの入り口において噴霧して、排ガス中の水銀を活性炭に吸着させてバグフィルタによって捕集して除去する、いわゆる乾式法(特許文献1)が知られている。特許文献1に記載された乾式法では、排ガス中に含まれる金属水銀を塩化第二水銀に変換(活性炭によって物理吸着されやすい形態に変換)した上で前記活性炭を添加して該活性炭に吸着させて、当該活性炭による水銀除去率を向上させている。
ここで、バグフィルタによる捕集物は、飛灰、該飛灰に含まれるダイオキシン類等の有機塩素化合物や重金属、前記有機塩素化合物や前記水銀を吸着した活性炭等の混合物である。特許文献1に記載された乾式法では、前記捕集物は重金属固定剤やセメントによって無害化処理して廃棄処分にする処理方法が説明されているが、バグフィルタによる捕集物を戻しラインを介して燃焼溶融炉に戻して前記飛灰や重金属を溶融スラグ化し、前記有機塩素化合物は分解する処理方法が知られている(特許文献2)。
特開2006−263513 特開2004−298777
特許文献1による前記捕集物の無害化処理では、重金属固定剤やセメント等が必要になると共に発生する飛灰の量が増えるので後処理コストが嵩む問題がある。
一方、特許文献2の前記溶融スラグ化処理を利用すれば、前記捕集物中の飛灰や重金属は溶融スラグとなるので飛灰の発生量を低減することができる。しかし、水銀は、融点が−39℃であるため、燃焼溶融炉において水銀蒸気になってしまい溶融スラグとして除去することができない。そのため、前記捕集物中の水銀は燃焼溶融炉内に戻された後、再び排ガス流路に戻ることになる。そして、排ガス流路に戻った水銀は前記バグフィルタによって再び排ガス中から捕集され、前記燃焼溶融炉に戻され、再び排ガス流路に戻る循環をすることになる。この運転状態を継続すると水銀は次第に濃縮される。
即ち、前記バグフィルタによる捕集物を燃焼溶融炉に戻す排ガス処理を継続すると、バグフィルタより上流側の排ガス流路中における水銀濃度が濃縮される形で次第に上昇する。その結果、バグフィルタを通過する排ガス中の水銀濃度も次第に増加し、該ガスに混じって煙突から排出される水銀量が多くなる問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、可燃性廃棄物等の処理対象物を燃焼処理した際に発生する飛灰等の処理量を減らすとともに、排ガス中に含まれて排出される水銀の量を低減することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る処理対象物燃焼処理システムは、処理対象物を加熱処理して発生する熱分解ガスとチャーを燃焼させる燃焼溶融処理装置と、前記燃焼溶融処理装置で発生する排ガスを通過させる第1バグフィルタと、前記第1バグフィルタを通過した排ガスを通過させる第2バグフィルタと、前記第2バグフィルタの下流の排ガス流路に設けられた水銀濃度検出部と、前記第1バグフィルタによる捕集物を前記燃焼溶融処理装置に戻す戻しラインと、前記戻しラインに設けられ、該戻しライン外に前記捕集物を排出するための切替え部と、前記第1バグフィルタ内に又は上流に水銀除去材を加える水銀除去材第1添加手段と、前記第2バグフィルタ内に又は上流に水銀除去材を加える水銀除去材第2添加手段とを備え、前記水銀濃度検出部で予め設定された設定値が検出されたときに、前記切替え部によって前記捕集物を前記戻しライン外に排出する方向に切替え、前記水銀除去材第2添加手段を水銀除去材の非添加状態から添加状態に切替え、所定時間経過後、前記切替え部によって前記捕集物を前記排出する方向から前記戻しライン内へ送る方向に戻すように構成されていることを特徴とする。
本態様によれば、第1バグフィルタによる捕集物を前記燃焼溶融処理装置に戻す戻しラインを通じて燃焼溶融処理装置へ戻すことにより、捕集物内の飛灰等を再度燃焼処理し、後工程における飛灰等の処理量を減らす効果が得られる。
第1バグフィルタによる捕集物を戻しラインを通じて燃焼溶融処理装置へ戻すことで、活性炭に吸着された水銀も燃焼溶融処理装置に戻ることになり、当該燃焼処理システムの排ガス流路内の水銀濃度は上昇する。本態様によれば、前記水銀濃度検出部が予め設定された設定値を検出したときに、前記切替え部によって、捕集物を戻しライン内に送る状態から、戻しライン外(系外)に排出する方向に切替えるので、捕集物中の水銀も戻しライン外(系外)に排出される。
水銀濃度の上昇した捕集物が全量系外に出切るまでには当該システムの規模によって具体的には変わるが一定時間以上を必要とし、最終的には全量排出され、その後の第1バグフィルタによる捕集物中の水銀濃度はほぼ初期状態の量にまで減少する(第1の作用)。
水銀濃度の上昇した前記捕集物が全量系外に出切るまでの間は排ガス中の水銀濃度の上昇は続く。よって第1バグフィルタを通過して第2バグフィルタに向かう排ガス中の水銀濃度も上昇を続ける。本態様によれば、第2バグフィルタ内に又はその上流部分において水銀除去材第2添加手段から水銀除去材が添加されるので、第1バグフィルタを通過した排ガス中に含まれる水銀を更に除去することができる(第2の作用)。
すなわち、前記第1の作用と第2の作用との両作用により、可燃性廃棄物等の処理対象物を燃焼処理した際に発生する飛灰等の処理量を減らすとともに、排ガス中に含まれて排出される水銀の量を低減することができる。
また、第1バグフィルタによる捕集物を戻しラインを通じて燃焼溶融処理装置へ戻すことで、前記捕集物内の飛灰等を溶融スラグに変えて系外に排出することができると共に、飛灰等に含まれるダイオキシン等の有害物質も分解することができ、結果的には飛灰等の処理量を減らす効果が得られる。
本発明の第2の態様に係る処理対象物燃焼処理システムは、第1の態様に係る処理対象物燃焼処理システムにおいて、前記所定時間経過後、前記水銀除去材第2添加手段からの水銀除去材の添加を止めるように構成されていることを特徴とする。
本態様によれば、第1の態様による効果に加え、水銀濃度の上昇した前記捕集物が全量系外に出切るまでの所定時間だけ、水銀除去材第2添加手段から水銀除去材を添加すればよいので水銀除去材の使用量を必要最小限に抑えることができる。
本発明の第3の態様に係る処理対象物燃焼処理システムは、第1の態様または第2の態様に係る処理対象物燃焼処理システムにおいて、前記水銀除去材が活性炭であることを特徴とする。
本態様によれば、第1の態様または第2の態様の効果に加え、活性炭の吸着能により排ガス中の水銀を効果的に除去できる。
本発明の第4の態様に係る排ガス中の水銀除去方法は、処理対象物を加熱処理して発生する熱分解ガスとチャーを燃焼させる燃焼溶融処理装置で発生する排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去方法であって、前記排ガスを通過させる第1バグフィルタの上流で水銀除去材を添加する第1水銀除去工程と、前記第1フィルタによる捕集物を前記燃焼溶融処理装置に戻す戻しライン外へ排出する捕集物排出工程と前記第1バグフィルタを通過した排ガスを通過させる第2バグフィルタの上流で水銀除去材を添加する第2水銀除去工程とを有し、前記捕集物排出工程は、前記第2バグフィルタの下流の排ガス流路に設けられた水銀濃度検出部で予め設定された設定値が検出されたときから所定時間、前記捕集物を戻しライン外へ排出する工程であり、前記第2水銀除去工程は、前記設定値が検出されたとき、水銀除去材の添加を開始することを特徴とする。
本態様によれば、第1の効果と同様の効果を得ることができる。
本発明の第5の態様に係る排ガス中の水銀除去方法は、第4の態様に係る排ガス中の水銀除去方法において、前記所定時間経過後、水銀除去材の添加を止めることを特徴とする。
本態様によれば、第2の態様と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、処理対象物燃焼処理システムにおいて、可燃性廃棄物等の処理対象物を燃焼処理した際に発生する飛灰等の処理量を減らすとともに、排ガス中に含まれて排出される水銀の量を低減することできるという効果が得られる。
以下、本発明に係る処理対象物燃焼処理システム及び処理対象物燃焼処理システム内における水銀除去方法について図面を参照しながら説明する。
まず、図1を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明に係る処理対象物燃焼処理システムは、図1に示すように、処理対象物を加熱処理して熱分解ガスを発生させる熱分解装置としての熱分解ドラム1、前記熱分解ガスを燃焼させる燃焼処理装置としての燃焼溶融炉2と、燃焼溶融炉2で発生する高温排ガスから夏を回収する熱回収装置としての高温空気加熱器3と、該高温空気加熱器3で熱回収された排ガスを熱源とする廃熱ボイラ4と、前記廃熱ボイラ4で更に熱利用に供された排ガスを冷却するための減温塔5と、該減温塔5で冷却された排ガスを通過させる第1バグフィルタの一例としての除塵バグフィルタ6と、該除塵バグフィルタ6を通過した排ガスを通過させる第2バグフィルタの一例としての脱塩バグフィルタ7と、該脱塩バグフィルタ7の下流の排ガス流路に設けられた水銀濃度検出部としての水銀濃度計8とを備えている。
更に、前記除塵バグフィルタ6による捕集物13を前記燃焼溶融炉2に戻す戻しライン12と、前記戻しライン12に設けられ、前記捕集物13を系外14へ排出する排出方向と戻しライン12内へ送る方向の切替えを行う切替ダンパ9と、前記捕集物13を前記戻しライン12の途中において熱分解カーボンと混合するためのカーボンホッパー10と、前記熱分解ドラム1から発生した熱分解残渣を分別して前記熱分解カーボンを取り出すための分別装置11とを備えている。
更に、前記減温塔5と前記除塵バグフィルタ6の間の排ガス流路には水銀除去材である粉末活性炭を加える水銀除去材第1添加手段15、前記除塵バグフィルタ6と前記脱塩バグフィルタ7との間の排ガス流路にも水銀除去材である粉末活性炭を加える水銀除去材第2添加手段16を備えている。図1において、符号17は公知の脱塩剤添加手段、符号18は脱塩バグフィルタ7による捕集物である固形物の収容部を示す。
そして、制御部19によって、前記水銀濃度検出計8で予め設定された設定値が検出されたときに、前記切替ダンパ9によって前記捕集物13を前記戻しライン12外である系外14に排出する方向に切替え、前記水銀除去材第2添加手段16を粉末活性炭の非添加状態から添加状態に切替えて水銀除去処理を実行し、所定時間経過後、前記切替えダンパ9によって前記捕集物13を前記系外14に排出する方向から前記戻しライン12内へ送る方向に戻すように構成されている。
ここで、前記「設定値」は大気中に放出される水銀濃度として問題無い値が使われる。尚、設定値は環境保護の観点からは小さいほど良いが、必要以上に小さいと、切替ダンパ9の切替え動作が頻繁に行われるようになり、系外14に排出される飛灰の発生量が増えるので、飛灰の発生量を抑制しつつ環境保護を図れる大きさに設定することが好ましい。
まず、廃棄物(処理対象物)を熱分解ドラム1に入れて熱分解処理を行う。熱分解処理によって発生する熱分解残渣と熱分解ガスは、熱分解残渣については分別装置11に送られ鉄、アルミニウム等が金属残渣として取り除かれ、一方、熱分解ガスについては燃焼溶融炉2において高温(例えば、1100℃〜1300℃)で燃焼処理される。
つぎに、燃焼溶融炉2から発生する高温の排ガスは高温空気加熱器3に導入されて空気の加熱に利用される。高温空気加熱器3で加熱された空気は熱分解ドラム1を有する装置(例えばロータリーキルン)に取り入れられ、熱分解ドラム1の間接加熱の熱源として利用される。一方、高温空気加熱器3において空気の加熱に利用された排ガスは、廃熱ボイラ4で熱回収され、例えばシステム系内で使用する電力の発電等に用いられる。
廃熱ボイラ4で熱回収された排ガス(温度300〜400℃程度)は、減温塔5に導入され冷却された後(温度150〜200℃程度)、除塵バグフィルタ6で除塵され、次いで脱塩バグフィルタ7を経て、排ガスに含まれるHCl、SOx、等が脱塩除去され、浄化ガスとなって煙突から大気中へ排出される。
なお、脱塩剤としては、水酸化カルシウム(消石灰)や炭酸水素ナトリウム(重曹)等の従来より脱塩剤として知られている薬剤を用いることができる。例えば、排ガス中に含まれる塩化水素を除去する場合には、排ガス中に重曹を添加し、塩化水素と反応させて固体の塩化ナトリウムを生成させ、これをバグフィルタで捕集し分離除去する方法が挙げられる。
ここで、処理対象物燃焼処理システムにおけるシステム系内の水銀除去方法について詳しく説明する。
減温塔5によって冷却された排ガスには、廃棄物に由来する水銀がガス状態で含まれている。この水銀を除去するために、本実施例では除塵バグフィルタ6の入り口において、水銀除去材第1添加手段15から粉末活性炭を排ガス中に噴霧して、該粉末活性炭に水銀を吸着させて当該粉末活性炭とともに除塵バグフィルタ6で捕集する構成となっている。ここでの水銀除去率は通常約99%まで高めることができる。よって残り1%の水銀が除塵バグフィルタ6を通過することとなる。
脱塩バグフィルタ7の入り口で脱塩剤だけを排ガス中に添加した場合には、前記通過した1%の水銀のうち10%程度の水銀しか除去することができない。すなわちシステム系外に排出される水銀は、全体の0.9%程度ということになる。
一方、本発明では、脱塩バグフィルタ7の入り口で水銀除去材第2添加手段16から粉末活性炭を噴霧するので、前記通過した1%の水銀のうち99%を除去することができる。すなわちシステム系外に排出される水銀は全体の0.01%程度まで減少させることができる。よって、水銀濃度計8に設定した水銀濃度が設定値を超えた時に粉末活性炭を噴霧すれば、上述したように、システム系外に排出する水銀を全体の0.9%から0.01%に一気に減少させることが可能となる。
粉末活性炭とともに除塵バグフィルタ6に捕集された水銀は、同じく除塵バグフィルタ6に捕集された排ガス中に含まれる飛灰等と一緒に戻しライン12を通ってカーボンホッパー9へ入れられ、分別装置10で分別して取り出された熱分解カーボンと混合されて燃焼溶融炉2へ戻される。このとき切替ダンパ9は、除塵バグフィルタ6で捕集された捕集物13をカーボンポッパー10を経て燃焼溶融炉2へ送る方向(戻しライン12)へ捕集物13の流れを制御している。
このため、燃焼溶融炉3では、新たに発生する排ガス中に含まれる水銀と戻しライン12から燃焼溶融炉2へ送られてきた捕集物13中に含まれる水銀が加わり水銀濃度が上昇している。
なお、捕集物13中に含まれる飛灰等は燃焼溶融炉2で高温(例えば1300℃)処理され、溶融スラグ化し、ダイオキシン等の有害物質は分解される。
そして、燃焼溶融炉3から排出された排ガスは濃度が高くなった水銀や飛灰を含みながら高温空気加熱器3、廃熱ボイラ4、減温塔5、水銀除去材第1添加手段15からの粉末活性炭の噴霧処理を経て除塵バグフィルタ6に導入される。そこで上述したように、排ガス中の水銀の99%は除去されるが、水銀濃度が高くなっているため、除塵バグフィルタ6を通過した排ガス中には最初よりも高い濃度の水銀が含まれており、脱塩バグフィルタ7を通過して測定される排ガス中の水銀濃度は上昇する。
一方、除塵バグフィルタ6で捕集された捕集物13は、上述したように戻しライン12を通って再度燃焼溶融炉3へ送られる。
このように、除塵バグフィルタ6で捕集された捕集物13を戻しライン12を通って燃焼溶融炉3へ戻す工程(以下「戻しライン工程」という)を繰り返すと、捕集物13中に含まれている飛灰の量は燃焼溶融炉3で溶融スラグ化するため減少し、ダイオキシン等の有害物質も分解され減少するが、排ガス中に含まれる水銀の濃度は上昇し、ついには水銀濃度計8で設定した設定値(管理目標値)を超えてしまうこととなる(図2)。
そこで、水銀濃度計8が設定値を検出したときに、脱塩バグフィルタ7の入り口で水銀除去材第2添加手段16から粉末活性炭を噴霧することにより、システム系外に排出する水銀の濃度を減少させるとともに、切替ダンパ9を除塵バグフィルタ6で捕集された捕集物13を戻しライン12外となる系外14へ排出する方向へ切替えることにより、粉末活性炭に吸着されて捕集物13中に含まれている水銀を系外14へ排出する。この工程により、システム系内の水銀濃度が一気に減少する(図4)。この際、切替ダンパ9を所定時間、戻しライン12外の系外14へ排出する方向に切替えたままにしておく必要がある。その理由は、切替ダンパ9を捕集物13を戻す戻しライン12内方向から戻しライン外の系外14へ切替えた当初は、まだ、切替ダンパ9から燃焼溶融炉2方向への戻しライン12内に高濃度の水銀を含んだ捕集物13が残っており、それらが燃焼溶融炉3を経て除塵バグフィルタ6によって捕集され、戻しライン外へ排出されるまで時間がかかるからである。この時間はシステムの規模により異なるが、通常は2〜5時間である。
所定時間経過後は、また切替ダンパ9を除塵バグフィルタ6で捕集された捕集物13を燃焼溶融炉2へ戻す戻しライン12方向へ切替えてシステムを運転する(図4)。
図3には、脱塩バグフィルタ7の入り口で水銀除去材第2添加手段16から粉末活性炭のみを噴霧した場合の水銀濃度の変化が示されている(切替ダンパ9無しの場合)。脱塩バグフィルタ7の入り口で粉末活性炭を噴霧した場合、急激に水銀濃度は減少するが、所定時間経過後、粉末活性炭の噴霧を停止すると急激に水銀濃度が上昇するという欠点がある。
これは、「戻しライン工程」を繰り返して、該「戻しライン工程」内での水銀が除去されず水銀濃度が上昇しているためである。図3に示したように、粉末活性炭の噴霧を停止すると急激に水銀濃度が上昇し、除塵バグフィルタ6を通過して脱塩バグフィルタ7を通過した排ガス中に高濃度の水銀が含まれることになる。
そこで、本発明のように脱塩バグフィルタ7の入り口で水銀除去材第2添加手段16から粉末活性炭を噴霧するとともに、「戻しライン工程」で高濃度になっている水銀を、切替ダンパ9を切替えて戻しライン外の系外14へ排出を開始することによって、所定時間内で、脱塩バグフィルタ7の入り口で粉末活性炭を噴霧しただけの場合よりさらに排ガス中の水銀濃度を急激に減少させることができる(図4)。また、所定時間経過後、脱塩バグフィルタ7の入り口での粉末活性炭の噴霧を中止し、「戻しライン工程」に切替えたとしても、「戻しライン工程」内には殆ど水銀は残っていないため、急激に水銀濃度が上昇するということはない(図4)。
なお、脱塩バグフィルタ7に粉末活性炭と共に捕集された水銀は、固形物の収容部18に取り出され、他の捕集物(塩類等)とまとめて固体化処理して廃棄される。固体化処理については一般的な公知技術を使用することができる。例えば、捕集物に重金属固定剤と水を加えて混練し加圧成形機で成形固化して廃棄する。重金属固定剤としてはキレート剤が挙げられる。また、戻しライン外の系外14へ排出される除塵バグフィルタ6の捕集物に含まれる粉末活性炭と供に捕集された水銀は、飛灰等とまとめて固体化処理して廃棄される。固体化処理については、上述した脱塩バグフィルタ7に捕集された捕集物を固体化処理する場合と同様の方法で行うことができる。
以上、本発明により処理対象物燃焼処理システム内の水銀を除去し、系外へ排出される水銀の濃度を調整することが可能となる。
本発明の実施形態に係る処理対象物燃焼処理システムのブロック図。 第2バグフィルタ(脱塩バグフィルタ)入り口で粉末活性炭を噴霧しない場合における、経過時間と水銀濃度の関係を示す図。 第2バグフィルタ(脱塩バグフィルタ)入り口で粉末活性炭を噴霧し、所定時間経過後噴霧を停止した場合における、経過時間と水銀濃度の関係を示す図。 第2バグフィルタ(脱塩バグフィルタ)入り口で粉末活性炭を噴霧するとともにさらに第1バグフィルタ(除塵バグフィルタ)内の捕集物を戻しライン外に排出し、所定時間経過後噴霧を停止して戻しライン工程に切替えた場合における、経過時間と水銀濃度の関係を示す図。
符号の説明
1 熱分解ドラム、 2 燃焼溶融炉、 3 高温空気加熱器、 4 廃熱ボイラ、 5 減温塔、 6 除塵バグフィルタ(第1バグフィルタ)、 7 脱塩バグフィルタ(第2バグフィルタ)、 8 水銀濃度計、 9 切替ダンパ、 10 カーボンホッパー、 11 分別装置、 12 戻しライン、 13 捕集物、 14 系外、 15 水銀除去材第1添加手段、 16 水銀除去材第2添加手段、 17 脱塩剤添加手段、 18 固形物の収容部、 19 制御部

Claims (5)

  1. 処理対象物を加熱処理して発生する熱分解ガスとチャーを燃焼させる燃焼溶融処理装置と、
    前記燃焼溶融処理装置で発生する排ガスを通過させる第1バグフィルタと、
    前記第1バグフィルタを通過した排ガスを通過させる第2バグフィルタと、
    前記第2バグフィルタの下流の排ガス流路に設けられた水銀濃度検出部と、
    前記第1バグフィルタによる捕集物を前記燃焼溶融処理装置に戻す戻しラインと、
    前記戻しラインに設けられ、該戻しライン外に前記捕集物を排出するための切替え部と、
    前記第1バグフィルタ内に又は上流に水銀除去材を加える水銀除去材第1添加手段と、
    前記第2バグフィルタ内に又は上流に水銀除去材を加える水銀除去材第2添加手段と、を備え、
    前記水銀濃度検出部で予め設定された設定値が検出されたときに、前記切替え部によって前記捕集物を前記戻しライン外に排出する方向に切替え、前記水銀除去材第2添加手段を水銀除去材の非添加状態から添加状態に切替え、所定時間経過後、前記切替え部によって前記捕集物を前記排出する方向から前記戻しライン内へ送る方向に戻すように構成されていることを特徴とする処理対象物燃焼処理システム。
  2. 請求項1に記載された処理対象物燃焼処理システムにおいて、前記所定時間経過後、前記水銀除去材第2添加手段からの水銀除去材の添加を止めるように構成されていることを特徴とする処理対象物燃焼処理システム。
  3. 請求項1または請求項2に記載された処理対象物燃焼処理システムにおいて、前記水銀除去材が活性炭であることを特徴とする処理対象物燃焼処理システム。
  4. 処理対象物を加熱処理して発生する熱分解ガスとチャーを燃焼させる燃焼溶融処理装置で発生する排ガス中の水銀を除去する排ガス中の水銀除去方法であって、
    前記排ガスを通過させる第1バグフィルタの上流で水銀除去材を添加する第1水銀除去工程と、
    前記第1バグフィルタによる捕集物を前記燃焼溶融処理装置に戻す戻しライン外へ排出する捕集物排出工程と
    前記第1バグフィルタを通過した排ガスを通過させる第2バグフィルタの上流で水銀除去材を添加する第2水銀除去工程と、を有し、
    前記捕集物排出工程は、前記第2バグフィルタの下流の排ガス流路に設けられた水銀濃度検出部で予め設定された設定値が検出されたときから所定時間、前記捕集物を戻しライン外へ排出する工程であり、
    前記第2水銀除去工程は、前記設定値が検出されたとき、水銀除去材の添加を開始することを特徴とする排ガス中の水銀除去方法。
  5. 請求項4に記載された排ガス中の水銀除去方法において、前記所定時間経過後、水銀除去材の添加を止めることを特徴とする排ガス中の水銀除去方法。
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