JP7258492B2

JP7258492B2 - 排ガス処理方法及び排ガス処理装置

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Publication number: JP7258492B2
Application number: JP2018170347A
Authority: JP
Inventors: 充彦鎌田; 和基西村; 從義和田
Original assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION
Current assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: JP2020040026A

Description

本発明は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタの排ガス導入部で排ガスに中和剤を供給し、前記ろ布で集塵された飛灰の一部を前記バグフィルタの上流部に供給する排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関する。

特許文献１には、廃棄物処理施設から排出される排ガス中に含まれる塩化水素、硫黄酸化物等の酸性ガスを除去して、大気中に放出される排ガスを無害化する排ガス処理方法として、バグフィルタで捕集された飛灰をバグフィルタの底部より取り出し、このバグフィルタ飛灰の一部を、バグフィルタから排出される脱塩・脱硫処理済み排ガスの一部をキャリアガスとして用いて、バグフィルタ入口側の排ガス煙道に戻す飛灰循環型排ガス処理方法が提案されている。

具体的に、乾式排ガス処理方法は、排ガスに含まれる酸性ガスの除去用薬剤としてナトリウム系薬剤を用い、バグフィルタ入口側の排ガス煙道にナトリウム系薬剤を投入し、排ガス中の酸性ガスとナトリウム系薬剤との反応により塩を形成させ、該塩を含む飛灰をバグフィルタにより捕集して除去し、バグフィルタで捕集された飛灰（排ガス中の煤塵＋ナトリウム系薬剤と酸性ガスの反応生成物＋未反応ナトリウム系薬剤）をバグフィルタの底部より取り出し、このバグフィルタ飛灰の一部を、バグフィルタから排出される脱塩・脱硫処理済み排ガスの一部をキャリアガスとして用いて、バグフィルタ入口側の排ガス煙道に戻すように構成されている。

そして、バグフィルタ入口側の排ガス煙道に戻すバグフィルタ飛灰の循環量が、飛灰循環倍率（＝（循環飛灰切り出し量＋飛灰系外排出量）／飛灰系外排出量）で表わして、３倍～１４倍であると、煙道内に導入した薬剤の酸性ガスとの未反応分をより効率的に利用することができて、バグフィルタ出口の塩化水素および硫黄酸化物等の酸性ガスの濃度を、安定的に８ｐｐｍ以下の低レベルにまで下げることができ、酸性ガスの除去効率を向上することができると記載されている。

また、非特許文献１には、以下のように記載されている。都市ごみ焼却施設で採用されている排ガス中のＨＣｌやＳＯｘ濃度低減策として、重曹や消石灰等のアルカリ薬剤をバグフィルタの上流に供給する乾式処理法がある。乾式処理法は装置が簡便で建設費が安くなるという利点を有する。一方で、供給されたアルカリ薬剤は、その全量が反応することなく多量の未反応分を有した状態で飛灰として系外へ排出される。そのため、排ガス中のＨＣｌやＳＯｘ量に対し、過剰量の薬剤を供給する必要があり、薬剤費や飛灰処分費の低減への支障となっている。

本研究では、アルカリ薬剤に消石灰を用いた集じん灰再循環システムでの薬剤使用量の低減効果を検討するため、桐生市清掃センター(定格ごみ焼却量１５０ｔ／ｄａｙ×３炉)のバグフィルタに集じん灰再循環装置を設置し、煙突入口でのＨＣｌとＳＯｘ濃度１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ保証を想定した運転を行った。さらに、１０ｐｐｍ保証に対する連続運転を長期にわたって行い、性能安定性も併せて評価した。

集じん灰循環率で結果を比較すると、いずれの保証条件においても集じん灰循環率を増加させることで消石灰削減率が向上した。これは循環率が増加するにしたがって、集じん灰に含まれる未反応消石灰が系内により長く滞留し、反応に寄与する割合が増加したためと考えられる。例えば、１０ｐｐｍ保証条件において、４倍循環では削減率が２１％であったが、６倍循環では２７％に向上している。

特開２０１５－３７７６４号公報

Ｃ４－２第２７回廃棄物資源循環学会研究発表会講演原稿２０１６「集じん灰再循環システムによる消石灰使用量の削減」

上述した何れの文献にも、飛灰の循環倍率を上げることにより、一律に薬剤削減効果が高くなる旨の記載が認められる。しかし、本願発明者らが確認したところ、飛灰の循環倍率を上げることにより、逆に薬剤削減効果が低下する場合があることが判明した。

飛灰の循環倍率を上げることによりろ布の圧損が大きくなるような場合に、循環飛灰による中和反応の反応効率が低下するためと考えられる。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、薬剤削減効果を効果的に高めるように飛灰の供給量を調整可能な排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による排ガス処理方法の第一の特徴構成は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給し、前記ろ布で集塵された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する排ガス処理方法であって、前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構が作動するように構成され、前記飛灰払落し機構の作動周期を指標にして、前記飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記飛灰払落し機構の作動周期と増加または減少させた後の作動周期とを比較することで、前記作動周期が長くなるように前記飛灰の供給量を調整する点にある。

バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると飛灰払落し機構が作動して、ろ布に付着した飛灰がろ布から払い落とされてバグフィルタの集塵機能が回復する。飛灰の供給量が少な過ぎる場合には相対的に中和反応に寄与する未反応の中和剤が少なくなり反応効率の上昇が見込めない。逆に飛灰の供給量が多過ぎる場合には短時間でろ布の表面に飛灰が大量に付着して排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が大きくなり、短い周期で払落し機構が作動してろ布から飛灰が払い落とされるため、新たに供給された中和剤及び／または飛灰に含まれる未反応の中和剤の反応時間が短くなり、やはり反応効率の上昇が見込めない。しかし、払落し機構の作動周期を指標にして飛灰の供給量を調整すれば、新たに供給された中和剤及び／または飛灰に含まれる未反応の中和剤の反応時間を確保することができるようになり、結果として反応効率を上昇させることができるようになる。

排ガスに供給される中和剤の粒径分布と比較して、循環供給される飛灰は排ガスに含まれる灰分や中和反応により生成された塩などの影響により粒径分布が大径側にシフトする。飛灰の供給量が少ない場合には、主に粒径の小さな中和剤がろ布表面に付着するため、比較的早期にろ布の圧力損失が大きくなり飛灰払落し機構の作動周期が短くなる傾向となる。飛灰の供給量が次第に増えると、ろ布に付着した大径の飛灰同士の間隙で排ガスの流路が確保されるため、ろ布の圧力損失が大きくなるまでの時間が確保でき、飛灰払落し機構の作動周期が長くなる上昇局面となる。その後さらに飛灰の供給量が増えると、ろ布に付着した飛灰層が短時間で厚くなりろ布の圧力損失が大きくなるため、逆に飛灰払落し機構の作動周期が短くなる下降局面に到る。そこで、飛灰払落し機構の作動周期が長くなるように飛灰の供給量を調整すれば、新たに投入された中和剤及び／または供給された飛灰に含まれる未反応の中和剤に対して十分な反応時間が確保されるようになり、結果として反応効率を上昇させることができ、中和剤の消費量を抑制することができるようになる。

飛灰の供給量を増加させた場合に、作動周期が長くなると供給される飛灰により圧力損失が下がり、効果的に中和反応が進んでいる状況と判断して飛灰の供給量を増加させ、作動周期が短くなると供給される飛灰がろ布に厚密に堆積し圧力損失が上っている状況と判断して飛灰の供給量を減少させることで、効率的な中和反応を促進することができる。

飛灰の供給量を減少させた場合に、作動周期が長くなると供給される飛灰による厚密が緩和され圧力損失が下がっている状況と判断して飛灰の供給量を減少させ、作動周期が短くなると供給される飛灰が不足しているため、ろ布の圧力損失が大きくなっている状態と判断して飛灰の供給量を増加させることで、効率的な中和反応を促進することができる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記飛灰の供給量を順次増加させた際の、前記飛灰払落し機構の作動周期が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界の作動周期を基準に目標飛灰供給量が決定される点にある。

境界の作動周期を基準に目標飛灰供給量を決定すれば、圧力損失が下がり、新たに投入された中和剤及び／または供給された飛灰に含まれる中和剤に対して十分な反応時間が確保されるようになり、反応効率のよい領域で飛灰の供給量に調整することができるようになる。

同第三の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度に基づいて中和剤の供給量を調整する点にある。

バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度は、新たに投入された中和剤及び供給された飛灰に含まれる未反応の中和剤の双方で中和反応された結果が反映されている。そのような酸性ガス濃度に基づいて中和剤の供給量が調整されるので、飛灰に含まれる未反応の中和剤で中和反応される酸性ガス量が増えると、それだけ新たな中和剤の投入量を抑制することができる。

同第四の特徴構成は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給し、前記ろ布で集塵された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する排ガス処理方法であって、前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構が作動するように構成され、排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率を指標にして、前記飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率と増加または減少させた後の圧力差の変化率とを比較することで、前記圧力差の変化率が小さくなるように前記飛灰の供給量を調整する点にある。

差圧の変化率が大きいほど飛灰払落し機構の作動周期が短く、小さいほど作動周期が長くなるため、差圧の変化率が小さくなるように飛灰の循環供給量を調整すればよい。

圧力差の変化率が小さくなるように飛灰の供給量を調整することにより、飛灰払落し機構の作動周期が長くなり、結果として反応効率を上昇させることができ、中和剤の消費量を抑制することができるようになる。

本発明による排ガス処理装置の第一の特徴構成は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタと、前記バグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給する中和剤供給機構と、前記ろ布から払い落とされた飛灰を捕集する飛灰捕集部と、前記飛灰捕集部で捕集された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する供給機構と、を備えている排ガス処理装置であって、前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構を作動制御する払落し制御部と、前記飛灰払落し機構の作動周期を指標にして、前記供給機構からの飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記飛灰払落し機構の作動周期と増加または減少させた後の作動周期とを比較することで、前記作動周期が長くなるように前記供給機構による飛灰の供給量を調整する供給量制御部と、をさらに備えている点にある。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記供給量制御部は、前記供給機構からの飛灰の供給量を順次増加させた際の、前記飛灰払落し機構の作動周期が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界の作動周期を基準に目標飛灰供給量を決定するように構成されている点にある。

同第三の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度に基づいて前記中和剤供給機構を制御して中和剤の供給量を調整する中和剤供給制御部を備えている点にある。

同第四の特徴構成は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタと、前記バグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給する中和剤供給機構と、前記ろ布から払い落とされた飛灰を捕集する飛灰捕集部と、前記飛灰捕集部で捕集された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する供給機構と、を備えている排ガス処理装置であって、前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構を作動制御する払落し制御部と、前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率を指標にして、前記供給機構からの飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率と増加または減少させた後の圧力差の変化率とを比較することで、前記圧力差の変化率が小さくなるように前記供給機構による飛灰の供給量を調整する供給量制御部と、をさらに備えている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、薬剤削減効果を効果的に高めるように飛灰の供給量を調整可能な排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することができるようになった。

ごみ焼却炉の構成を示す説明図である。中和剤の供給制御及び飛灰の循環供給制御を行なう制御部の説明図である。（ａ）は中和剤（消石灰）の粒度分布及び積算相対粒子量を示す説明図、（ｂ）は（ａ）で示す中和剤を用いて得られる循環飛灰の粒度分布及び積算相対粒子量を示す説明図である。パルスジェットガスの噴射周期と飛灰循環量の特性図である。飛灰循環供給量制御手順を示すフローチャートである。飛灰循環制御手順を示すフローチャートである。中和剤供給量制御手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明による排ガス処理装置を、図面に基づいて説明する。
図１には、本発明による排ガス処理装置が組み込まれた廃棄物焼却設備１００が示されている。廃棄物焼却設備１００は、都市ごみなどの廃棄物を焼却するストーカ式の焼却炉１と、焼却炉１の煙道に順にエコノマイザ２、減温塔３、バグフィルタ４、洗煙塔５などの設備が配されている。焼却炉１で生じた燃焼排ガスは誘引送風機６で煙道に向けて誘引され、これらの設備で処理された後に煙突７から排気される。

焼却炉１は、ゴミホッパ１１に投入された都市ごみが押込み投入機構１２によって炉室１３に投入され、炉室１３に備えたストーカ機構１４によって撹拌搬送されながら、その下部に備えた風箱１５から供給され、押込み送風機により供給される一次燃焼空気により焼却処理され、焼却残渣が終端部から灰ピット１６に落下し、焼却主灰として回収されるように構成されている。

炉室１３で生じる未燃焼ガスは、その上方空間に形成される二次燃焼領域１７で当該領域に供給される二次燃焼空気により完全燃焼され、高温の排ガスとして煙道に排出される。二次燃焼領域１７には廃熱ボイラ１８が設けられ、燃焼熱により蒸気が生成され、さらに過熱器１９で過熱された蒸気が発電機などに供給される。

煙道に排出された高温の排ガスは、エコノマイザ２によってボイラへの給水と熱交換された後に減温塔３で減温され、バグフィルタ４で飛灰が捕集された後にさらに洗煙塔５で洗煙される。

本発明による排ガス処理装置は、バグフィルタ４及びその周辺設備である中和剤供給機構２０、飛灰の循環供給機構３０、排ガス浄化制御部６０を備えている。

バグフィルタ４は、ケーシング４０の内部に複数の筒状のろ布４２が上下姿勢に配列され、排ガス導入ダクト４Ａから流入した排ガスがろ布４２を通過してケーシング４０の上方に接続された排ガス排出ダクト４Ｂから流出するように構成されている。

ろ布４２の上方空間には、ろ布４２の上部開口に向けて飛灰払落し用のパルスジェットガスを噴射するガスノズルを備えた飛灰払落し機構４４が設けられ、ろ布４２が目詰まりしたときにガスノズルからパルスジェットガスを噴射することによりろ布４２に付着した飛灰を下方に落下させるように構成されている。

ケーシング４０の下方に下窄まり形状の飛灰ホッパ４６が設けられ、飛灰払落し機構４４によって下方に落下した飛灰がスクリューコンベア機構や掻き寄せ機構などの搬送機構によって一側方に搬送され、二重ダンパ機構を備えた飛灰排出部４８から外部に排出されるように構成されている。飛灰ホッパ４６、搬送機構、飛灰排出部４８が、ろ布４２で集塵された飛灰を捕集する飛灰捕集部５０となる。なお、ケーシング４０内への外気の流入を防止する機構であれば、二重ダンパ機構に替えてロータリーバルブ機構を用いてもよい。

排ガス導入ダクト４Ａは、減温塔３からバグフィルタ４のケーシング４０の下部に向けて下流側が傾斜する傾斜姿勢で取り付けられ、排ガス導入ダクト４Ａの上流側の排ガス導入部に中和剤供給機構２０が設けられている。

中和剤供給機構２０は、排ガスに含まれる塩化水素やＳＯｘなどの酸性ガスを乾式処理法により中和するための薬剤（中和剤）を供給する機構であり、薬剤貯留槽２１、薬剤貯留槽２１に貯留された薬剤を切出すスクリューフィーダ２２、スクリューフィーダ２２で切り出された薬剤を、薬剤投入ダクトを介して排ガス導入部に投入する送風機２３などを備えている。本実施形態では中和剤として消石灰が用いられているが、炭酸ナトリウムや重曹などの他のアルカリ薬剤を用いることも可能である。

循環供給機構３０は、飛灰循環搬送機構３４、循環飛灰貯留槽３１、循環飛灰貯留槽３１に貯留された飛灰を切出すスクリューフィーダ３２、スクリューフィーダ３２で切り出された飛灰を排ガス導入ダクト４Ａのうち排ガス導入部より下流側で落下供給する飛灰投入ダクト３３を備えている。

傾斜姿勢に配された排ガス導入ダクト４Ａに飛灰を落下供給することにより、飛灰が排ガス導入ダクト４Ａ内で滞留することなく、排ガス導入ダクト４Ａの傾斜に沿って流れる排ガスとともにバグフィルタ４に流入するようになる。従って、例えば、メンテナンスのためバグフィルタ４を停止するような場合でも、飛灰が排ガス導入ダクト４Ａ内で滞留して固化するようなことが無く、バグフィルタ４に流入した循環飛灰は、上述した搬送機構、飛灰排出部４８から外部に排出されるようになる。また、循環飛灰貯留槽３１のメンテナンスなどのため、上述と同様の経路で循環飛灰貯留槽３１に残存する飛灰の全量を飛灰貯留槽３７に排出することができる。

また、スクリューフィーダ３２の終端に流路切替ダンパ３５Ｂを設け、循環飛灰貯留槽３１に貯留された飛灰を、飛灰投入ダクト３３と後述する飛灰貯留槽３７に向けて搬送する循環飛灰排出搬送機構３６Ｂとの何れかに切替可能に構成してもよい。例えば、メンテナンスのためバグフィルタ４を停止するような場合には、循環飛灰貯留槽３１に貯留された飛灰を循環飛灰排出搬送機構３６Ｂを介して飛灰貯留槽３７に搬出できるようにしておけば、循環飛灰貯留槽３１やスクリューフィーダ３２の内部で循環飛灰が固化する虞がある場合に事前に排出することができる。

なお、循環飛灰貯留槽３１に貯留された飛灰を、飛灰投入ダクト３３及び排ガス導入ダクト４Ａを介して飛灰ホッパ４６に供給する態様以外に、飛灰ホッパ４６に向けて直接接続するように傾斜配置された飛灰投入ダクト３３を介して循環供給してもよい。この場合には、排ガス導入ダクト４Ａからバグフィルタ４に供給される排ガスにより飛灰が混合撹拌されるように、排ガス導入ダクト４Ａの飛灰ホッパ４６との接続部の直上に飛灰投入ダクト３３の接続部が配されていることが好ましい。

飛灰循環搬送機構３４は、飛灰捕集部５０で捕集され、飛灰排出部４８を介して排出された飛灰を循環飛灰貯留槽３１に搬送するスクリューコンベア機構やバケットコンベア機構などで構成されている。

飛灰排出部４８と飛灰循環搬送機構３４との間に流路切替ダンパ３５Ａが設けられ、循環飛灰貯留槽３１のレベルを検知して、循環飛灰貯留槽３１に飛灰がフルに充填される前に流路切替ダンパ３５Ａが切り替えられて、飛灰排出部４８から排出される飛灰が飛灰排出搬送機構３６Ａを介して廃棄処理用の飛灰貯留槽３７に搬送される。

排ガス導入部４Ａ及び排ガス排出ダクト４Ｂには、それぞれ排ガスの圧力を検知する圧力センサＰｉ，Ｐｏ及び酸性ガスセンサの一例である塩化水素ガスセンサＳｉ，Ｓｏが設けられ、各センサの検出信号が排ガス浄化制御部６０に入力されている。なお、ろ布の上流及び下流側の圧力を検出する圧力センサＰｉ，Ｐｏはバグフィルタ４の内部に備えることも可能である。

図２に示すように、排ガス浄化制御部６０は、中和剤供給制御部６２、循環供給量制御部６４、飛灰払落し制御部６６の三つの機能ブロックを備えている。それぞれスイッチとリレー回路で構成されるシーケンサで構成することができ、マイクロコンピュータなどの電子回路及び制御プログラムで構成することも可能である。

中和剤供給制御部６２は、少なくともバグフィルタ４の排ガス中の酸性ガス濃度、本実施形態では排ガス排出ダクト４Ｂに設けられた塩化水素ガスセンサＳｏにより検出された塩化水素ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤が供給されるように中和剤供給機構２０を制御する。詳述すると、塩化水素ガスセンサＳｏで検出された塩化水素ガス濃度が所定の目標値（本実施形態では１０ｐｐｍ）に収束するように、スクリューフィーダ２２を駆動する中和剤供給モータの回転数をＰＩＤ演算で算出された目標回転数に制御する。

なお、図２及び図７に例示するように、中和剤供給制御部６２は、排ガス導入部４Ａに備えた塩化水素ガスセンサＳｉで検出された塩化水素ガス濃度をさらに加味して中和剤の供給量を調整してもよい。

即ち、中和剤供給制御部６２は、塩化水素ガスセンサＳｉ及び塩化水素ガスセンサＳｏによりバグフィルタ４の入口側及び出口側の塩化水素ガス濃度を計測し（ＳＣ１）、塩化水素ガスセンサＳｉで検出されたガス濃度を目標値とするために必要な中和剤の供給量ＱをＰＩＤ演算に基づいて算出し（ＳＣ２）、次に入口側及び出口側の塩化水素ガス濃度の差分を算出し（ＳＣ３）、先に求めた供給量Ｑを差分値で補正した値を目標中和剤供給量として（ＳＣ４）、スクリューフィーダ２２を駆動する中和剤供給モータの回転数を制御してもよい（ＳＣ５）。

飛灰払落し制御部６６は、排ガス導入部４Ａに備えた圧力センサＰｉにより検出された排ガスの入口側圧力と、排ガス排出ダクト４Ｂに備えた圧力センサＰｏにより検出された排ガスの出口側圧力との差圧をろ布４２の目詰まりの程度を評価する指標として算出し、当該差圧が予め定めた閾値を超えるとろ布４２に付着した飛灰を除去すべく、払落しガスノズル駆動信号を出力して、飛灰払落し機構４４を構成するガスノズルからパルス状の圧縮ガスを噴射供給する。圧縮ガスとして空気やバグフィルタ４を通過した排ガスなどが用いられる。

ここで、ガスノズルを複数のグループに分けて、差圧が閾値を超えたときに払落しガスノズル駆動信号に同期して各グループの何れかから圧縮ガスを噴射し、次に差圧が閾値を超えた時には、別のグループのガスノズルから圧縮ガスを噴射するように分割して各グループの飛灰を払い落とすことが好ましい。差圧が閾値を超えたときに全てのガスノズルから圧縮ガスを一斉に噴射するように制御すると、酸性ガス濃度が急に上昇する虞があるためである。

循環供給量制御部６４は、飛灰排出搬送機構３６Ａを介して飛灰排出部４８から排出される飛灰を、飛灰循環搬送機構３４を介して循環飛灰貯留槽３１に循環搬送する飛灰循環制御と、循環飛灰貯留槽３１に貯留された飛灰を排ガス導入部４Ａに適量投入する飛灰循環供給量制御を行なう。

図６に示すように、飛灰循環制御では、循環飛灰貯留槽３１に備えたセンサにより循環飛灰貯留槽３１に投入された飛灰の充填量を検出し、循環飛灰貯留槽３１が満杯でなければ（ＳＢ１，Ｎ）、飛灰が飛灰循環搬送機構３４に供給されるように流路切替ダンパ３５Ａを切り替え（ＳＢ２）、循環飛灰貯留槽３１が満杯になれば（ＳＢ１，Ｙ）、飛灰が飛灰排出搬送機構３６Ａを介して飛灰貯留槽３７に搬送されるように流路切替ダンパ３５Ａを切り替える（ＳＢ３）。

飛灰循環供給量制御では、飛灰払落し機構４４による作動周期、つまりパルスジェットガスの噴射周期を指標にして循環供給機構３０を介した飛灰の循環供給量を調整する。詳述すると、パルスジェットガスの噴射周期を監視し、噴射周期が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界領域で維持されるように飛灰の循環供給量を調整する。中和剤供給制御部６２によって供給された中和剤のうち、反応機会を逸した未反応分を再度中和剤として機能させ、反応効率の向上による中和剤の消費量を低減するための制御である。

未反応の中和剤を含む飛灰の循環供給量が少な過ぎる場合には相対的に中和反応に寄与する薬剤量が少なくなり反応効率の上昇が見込めない。逆に飛灰の循環供給量が多過ぎる場合には短時間でろ布の表面に飛灰が大量に付着して排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が大きくなり、短時間でパルスジェットガスが噴射されてろ布から飛灰が離脱されるため、循環供給された飛灰に含まれる未反応の中和剤の平均反応時間が短くなり、やはり反応効率の上昇が見込めない。

このような場合に、パルスジェットガスの噴射周期を指標にして飛灰の循環供給量を調整すれば、循環供給された飛灰に含まれる未反応の中和剤の平均反応時間を十分に確保することができるようになり、表面が反応生成物で覆われた未反応の中和剤であっても事前の破砕処理など、前処理することなく反応効率を上昇させることができるようになる。

図３（ａ）には排ガスに供給される中和剤の１つである特号消石灰の粒径分布が示され、図３（ｂ）には循環供給される飛灰の粒径分布が示されている。排ガスに供給される中和剤の粒径分布と比較して、循環供給される飛灰は排ガスに含まれる灰分や中和反応により生成された塩などの影響により平均粒径が大径側にシフトする。

図４には、本願発明者らによる研究の結果得られた新知見である飛灰の循環供給量とパルスジェットガスの噴射周期との相関関係が示されている。飛灰の循環供給量が少ない場合には、主に粒径の小さな中和剤がろ布表面に付着する傾向が高まるため、比較的早期にろ布の圧力損失が大きくなりパルスジェットガスの噴射周期が短くなる。

飛灰の循環供給量が次第に増える領域Ｒ１では、ろ布に付着した大径の飛灰同士の間隙で排ガスの流路が確保されるようになり、ろ布の圧力損失が大きくなるまでの時間が確保でき、次第にパルスジェットガスの噴射周期が長くなる上昇局面となる。

その後さらに飛灰の循環供給量が増える領域Ｒ３では、ろ布に付着した飛灰層が短時間で厚くなりろ布の圧力損失が大きくなるため、逆にパルスジェットガスの噴射周期が短くなる下降局面に到る。

そこで、パルスジェットガスの噴射周期が長くなる上昇局面（領域Ｒ１）から短くなる下降局面（領域Ｒ３）に到る境界（最大周期Ｔｍａｘ）で噴射周期が安定するように飛灰の循環供給量を調整すれば、新たに投入された中和剤及び循環供給された飛灰に含まれる未反応の中和剤に対して十分な反応時間が確保されるようになり、結果として反応効率を上昇させることができるようになる。最大周期Ｔｍａｘとなると洗浄周期が長くなり、洗浄回数が減少するため、ろ布への負荷が減って寿命が長くなる。

具体的に循環供給量制御部６４は、飛灰の循環供給量を次第に増加させたときにパルスジェットガスの噴射周期が長くなる場合に噴射周期が長くなる上昇局面にあると判断し、飛灰の循環供給量を次第に増加させたときにパルスジェットガスの噴射周期が短くなる場合に噴射周期が短くなる下降局面にあると判断し、パルスジェットガスの噴射周期が上昇局面から下降局面に転じる境界における噴射周期Ｔｍａｘを基準に閾値周期Ｔｔｈを決定し、周期ＴｔｈからＴｍａｘの範囲を目標飛灰循環供給量Ｒ２として設定する。

以上、飛灰の循環供給量を増加させる場合を説明したが、予め実験や稼働実績から適切な飛灰循環量を把握している場合は、その飛灰循環量に設定した後に循環供給量を所定量増加または減少させ、上昇局面から下降局面に到る境界にあるかを確認してもよい。この場合、飛灰の循環供給量を増加させたときに噴射周期が短くなる場合は、下降局面であると判断して飛灰の循環供給量を減少させればよい。

なお、図４に示される相関関係は常に一意に決まるものではなく、入口と出口酸性ガス濃度、中和剤の吹き込み量、ごみの焼却量などの要因により異なる曲線となるが、噴射周期の上昇局面から下降局面に至る変曲点を少なくとも１つは持つところはいずれの曲線でも同じである。

図５に飛灰供給量を所定量ずつ増加させながら最適な循環供給量へと導く際の制御のフローチャートを示す。飛灰循環供給量制御では、上述した払落しガスノズル駆動信号を監視して（ＳＡ１）、払落しガスノズル駆動信号のオンエッジを検出すると前回の払落しガスノズル駆動信号のオンエッジとの時間間隔に基づいて払落しガスノズル駆動信号の出力周期、つまりパルスジェットガスの噴射周期を算出し（ＳＡ２）、当該噴射周期と前回算出した噴射周期とを比較する（ＳＡ３）。

比較の結果、当該噴射周期が前回算出した噴射周期より長い場合には、噴射周期が上昇局面にあると判断して飛灰循環供給量を予め設定したΔＭだけ増量する（ＳＡ４）。比較の結果、当該噴射周期が前回算出した噴射周期と等しい場合には、噴射周期が最大値Ｔｍａｘであると判断して飛灰循環供給量を維持する（ＳＡ５）。比較の結果、当該噴射周期が前回算出した噴射周期より短い場合には、噴射周期が下降局面にあると判断して飛灰循環供給量を予め設定したΔＭだけ減量する（ＳＡ６）。

なお、ステップＳＡ３の比較では、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との差分が正、零、負の何れであるかを基準に比較しているが、差分に閾値を設定してもよい。例えば、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との差分が所定の閾値（＋Ｔｄｔｈ１）より大きければ噴射周期が上昇局面にあると判断してステップＳＡ４を実行し、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率が所定の閾値（‐Ｔｄｔｈ１）より小さければ噴射周期が下降局面にあると判断してステップＳＡ６を実行し、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率が閾値（＋Ｔｄｔｈ１）と閾値（‐Ｔｄｔｈ１）の間にあれば噴射周期が最大値Ｔｍａｘ近傍であると判断してステップＳＡ５を実行してもよい。

また、ステップＳＡ３の比較では、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率を基準に比較してもよい。当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率が所定の閾値（＋Ｔｄｔｈ２）より大きければ噴射周期が上昇局面にあると判断してステップＳＡ４を実行し、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率が所定の閾値（‐Ｔｄｔｈ２）より小さければ噴射周期が下降局面にあると判断してステップＳＡ６を実行し、当該噴射周期と前回算出した噴射周期との変化率が閾値（＋Ｔｄｔｈ２）と閾値（‐Ｔｄｔｈ２）の間にあれば噴射周期が最大値Ｔｍａｘ近傍であると判断してステップＳＡ５を実行してもよい。

上述したように、本発明による排ガス処理方法は、ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタの排ガス導入部で排ガスに中和剤を供給し、ろ布で集塵された飛灰の一部を排ガス導入部に循環供給する排ガス処理方法であって、バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると飛灰払落し機構が作動するように構成され、飛灰払落し機構の作動周期を指標にして飛灰の循環供給量を調整するように構成されている。

また、飛灰の循環供給量を意図的に増減させた際の飛灰払落し機構の作動周期を監視し、作動周期が長くなるように飛灰の循環供給量を調整することが好ましい。

具体的に、飛灰の循環供給量を増加させた場合に、作動周期が長くなると飛灰の循環供給量を増加させ、作動周期が短くなると飛灰の循環供給量を減少させ、飛灰の循環供給量を減少させた場合に、作動周期が長くなると飛灰の循環供給量を減少させ、作動周期が短くなると飛灰の循環供給量を増加させる。

さらに、飛灰払落し機構の作動周期が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界の作動周期を基準に目標飛灰循環供給量が決定されるように構成されていることが好ましい。

飛灰払落し機構の作動周期を指標にして飛灰の循環供給量を調整する以外に作動周期に関連する情報を指標にして飛灰の循環供給量を調整することも可能である。例えば、バグフィルタ４の作動時（飛灰払落し機構の停止時）のバグフィルタ４の入口側と出口側との差圧の時間当たりの変化率（上昇または下降速度）を指標にしてもよい。差圧の変化率が大きいほど飛灰払落し機構の作動周期が短く、小さいほど作動周期が長くなるため、差圧の変化率が小さくなるように飛灰の循環供給量を調整すればよい。具体的には、飛灰の循環供給量を所定量増加または減少させ、その前後での差圧の変化率の変化を見て、図４の特性図で示す関係に基づいて飛灰の供給量を調整する方法などが考えられる。即ち、飛灰払落し機構の作動周期に替えて作動周期と相関関係がある差圧の変化率などの情報を用いることも可能である。

そして、バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度に基づいて中和剤の供給量を調整するように構成されている。なお、中和剤供給制御部６２は、予め設定された一定量の中和剤を吹き込むように制御し、噴射周期が最大となっても出口側の酸性ガス濃度が低下しない場合に増量するように制御してもよい。

以上説明した排ガス処理方法は、反応時間の長いＪＩＳで規定された消石灰で特に有効であるが、苛性ソーダ、重曹、高反応性消石灰など、他の酸性ガス中和剤を用いる場合にも適用できる。

このような排ガス処理方法を採用することにより、中和剤の供給量を抑制しながら排ガスに含まれる酸性ガス濃度を同等に維持することができるようになり、さらにはより酸性ガス濃度を低下させることができるようになる。

上述した実施形態では、バグフィルタ４に備えた飛灰払落し機構４４として、ろ布４２の上部開口に向けて飛灰払落し用のパルスジェットガスを噴射するガスノズルを備えた例を説明したが、飛灰払落し機構４４はこの様な構成に限るものではなく、バグフィルタ４の入口側と出口側の差圧に基づいて周期的に駆動される機構であれば、他の構成を採用することができることは言うまでもない。例えば、ろ布の上流側からろ布の内部に逆洗浄用のガスを吹き込む逆洗機構であってもよいし、ろ布に振動を付与して付着飛灰を払い落とすような加振機構であってもよい。これらの飛灰払落し機構４４の作動周期を指標にして飛灰の循環供給量を調整すればよい。また、バグフィルタに用いられるろ布の材料、形状、配置つまり排ガスの流れ方向などにかかわらず本発明を適用でき、セラミックフィルタなどの固体フィルタを用いたバグフィルタにも本発明を適用できる。

上述した実施形態では、飛灰を捕集したバグフィルタと同一のバグフィルタの上流側へ飛灰を循環供給する態様で説明したが飛灰を捕集するバグフィルタと飛灰を供給するバグフィルタは異なっていても良い。例えば、同様の焼却設備が２系列あった場合に一方のバグフィルタで捕集した飛灰を他方のバグフィルタの上流側に供給したり、直列に２つのバグフィルタが設けられていた場合に一方のバグフィルタで捕集した飛灰を他方のバグフィルタの上流側に供給したり、焼却炉と溶融炉が併設されている施設において焼却炉の飛灰を溶融炉のバグフィルタの上流側に供給して制御することもできる。この場合、循環供給ではなく飛灰は循環することなく供給後に全量を排出したり、循環しながら他のバグフィルタの飛灰を追加供給することもできる。

上述した実施形態で用いた「飛灰の循環供給」との表現は、本発明の「飛灰の供給」との概念に含まれるもので、本発明は、必ずしも循環供給する構成に限るものではない。

上述した実施形態では、排ガス導入ダクト４Ａに対する中和剤の供給位置が飛灰の供給位置よりも上流側に設定された例を説明したが、中和剤の供給位置が飛灰の供給位置よりも下流側に設定されてもよく、また、両者が同一個所から供給されるように構成されていてもよい。

上述した実施形態では、ストーカ式の焼却炉を備えた廃棄物焼却設備に組み込まれた排ガス処理装置を説明したが、本発明による排ガス処理装置は流動床式焼却炉などストーカ式の焼却炉以外の焼却炉を備えた廃棄物焼却設備に組み込まれていてもよい。

上述した実施形態では、廃棄物焼却設備に組み込まれた排ガス処理装置を説明したが、本発明による排ガス処理装置は回転式表面溶融炉などの溶融炉を備えた廃棄物溶融設備に組み込まれていてもよい。

以上説明した排ガス処理装置は、本発明の一実施形態であり、該記載により本発明の排ガス処理装置の技術的範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜偏向設計が可能であることは言うまでもない。

１：焼却炉
４：バグフィルタ
４０：ケーシング
４２：ろ布
４４：飛灰払落し機構
４６：飛灰ホッパ
４８：飛灰排出部
４Ａ：排ガス導入ダクト
４Ｂ：排ガス排出ダクト
２０：中和剤供給機構
２１：薬剤貯留槽
２２：スクリューフィーダ
２３：送風機
３０：飛灰の循環供給機構
３１：循環飛灰貯留槽
３２：スクリューフィーダ
３３：飛灰投入ダクト
３４：飛灰循環搬送機構
６０：排ガス浄化制御部
６２：中和剤供給制御部
６４：循環供給量制御部
６６：飛灰払落し制御部
１００：廃棄物焼却設備

Claims

ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給し、前記ろ布で集塵された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する排ガス処理方法であって、
前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構が作動するように構成され、前記飛灰払落し機構の作動周期を指標にして、前記飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記飛灰払落し機構の作動周期と増加または減少させた後の作動周期とを比較することで、前記作動周期が長くなるように前記飛灰の供給量を調整する排ガス処理方法。
前記飛灰の供給量を順次増加させた際の、前記飛灰払落し機構の作動周期が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界の作動周期を基準に目標飛灰供給量が決定される請求項１記載の排ガス処理方法。
前記バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度に基づいて中和剤の供給量を調整する請求項１または２記載の排ガス処理方法。
ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給し、前記ろ布で集塵された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する排ガス処理方法であって、
前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構が作動するように構成され、排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率を指標にして、前記飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率と増加または減少させた後の圧力差の変化率とを比較することで、前記圧力差の変化率が小さくなるように前記飛灰の供給量を調整する排ガス処理方法。
ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタと、
前記バグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給する中和剤供給機構と、
前記ろ布から払い落とされた飛灰を捕集する飛灰捕集部と、
前記飛灰捕集部で捕集された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する供給機構と、
を備えている排ガス処理装置であって、
前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構を作動制御する払落し制御部と、
前記飛灰払落し機構の作動周期を指標にして、前記供給機構からの飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記飛灰払落し機構の作動周期と増加または減少させた後の作動周期とを比較することで、前記作動周期が長くなるように前記供給機構による飛灰の供給量を調整する供給量制御部と、
をさらに備えている排ガス処理装置。
前記供給量制御部は、前記供給機構からの飛灰の供給量を順次増加させた際の、前記飛灰払落し機構の作動臭気が長くなる上昇局面から短くなる下降局面に転じる境界の作動周期を基準に目標飛灰供給量を決定するように構成されている請求項５記載の排ガス処理装置。
前記バグフィルタの排ガス出口側の排ガス中の酸性ガス濃度に基づいて前記中和剤供給機構を制御して中和剤の供給量を調整する中和剤供給制御部を備えている請求項５または６記載の排ガス処理装置。
ろ布に付着した飛灰を払い落とす飛灰払落し機構を備えたバグフィルタと、
前記バグフィルタに、少なくとも前記バグフィルタの出口側の酸性ガス濃度に基づいて算出した必要量の中和剤を供給する中和剤供給機構と、
前記ろ布から払い落とされた飛灰を捕集する飛灰捕集部と、
前記飛灰捕集部で捕集された飛灰の一部を前記バグフィルタに供給する供給機構と、
を備えている排ガス処理装置であって、
前記バグフィルタの排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差が所定の閾値に達すると前記飛灰払落し機構を作動制御する払落し制御部と、
前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率を指標にして、前記供給機構からの飛灰の供給量を所定量増加または減少させる前の前記排ガス入口側と排ガス出口側の圧力差の変化率と増加または減少させた後の圧力差の変化率とを比較することで、前記圧力差の変化率が小さくなるように前記供給機構による飛灰の供給量を調整する供給量制御部と、
をさらに備えている排ガス処理装置。