JPH05332521A - 流動床炉における無触媒脱硝方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 流動床炉１を使用して、炉内に噴霧する還元
剤を流動砂層２の直上位置から二次空気吹き込み部５直
下位置までの範囲の適宜個所に向け、フリーボード部３
断面積に対し少なくとも５０％の噴霧面積が保持される
ように拡散噴霧することにより、炉内に発生するＮＯ_X
を触媒の非存在下で無害な窒素に還元して低減させる流
動床炉１における無触媒脱硝方法。 【効果】 脱硝効率を向上させながらＣＯの増加を抑制
して、排出ガス中におけるＮＯ_X 濃度を燃焼制御により
７０ｐｐｍ以下の低い値に抑えてＣＯ濃度を下げさせる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動床炉で廃棄物を焼
却処理する際、炉内に発生するＮＯ_X を「触媒」の非存
在下で還元剤を用いて無害な窒素（Ｎ₂ ）に還元するこ
とによって、ＮＯ_X を低減する無触媒脱硝方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ、下水汚泥等の廃棄物を効率
的、かつ、衛生的に減容量化する方法として、焼却処理
は優れた方式であるが、焼却炉から排出される排ガス中
には炉内で生成される有害なＮＯ_X を含んでいる。ＮＯ
_X には、その生成要因により、Ｔｈｅｒｍａｌ−ＮＯ_X
と、Ｆｕｅｌ−ＮＯ_X に分けられるが、流動床炉におい
ては、それぞれのＮＯ_X を抑制するために下記の燃焼制
御技術が従来から用いられている。即ち、 Ｔｈｅｒ
ｍａｌ−ＮＯ_X に対しては、流動床部およびフリーボー
ド部の燃焼を均一にし、炉床部を６５０〜８００℃、フ
リーボード部を７５０〜９００℃にし、その発生を抑制
する、 Ｆｕｅｌ−ＮＯ_X に対しては、図６に従来の
焼却設備の焼却炉が概念示されるように、流動床部への
燃焼空気（一次空気）を絞らせ、低空気比（ｍ＝０．９
〜１．１）で部分燃焼、熱分解させ、砂層部２でのＮＯ
_X の発生を抑制させるとともに、還元雰囲気での滞留時
間を例えば高質ごみ時には２秒以上と十分にとって、Ｃ
Ｏ等還元性ガスによるＮＯ_X の除去を自己脱硝で行い、
更に、フリーボード部３に対して二次空気を分割して導
入する方式の二段燃焼法を行わせることにより、部分燃
焼を進行させて、最高温度への到達を防ぐことによりＮ
Ｏ_X の発生を抑制する、の２種類の技術が有る。なお、
二段燃焼法については、昭和５３年発行、“公害と対
策”（Ｖｏｌ１４，Ｎｏ５、特集／下水道終末処理にお
ける環境対策中、「汚泥焼却に伴う窒素酸化物対策」特
に、第４０頁）にも紹介される通り、公知の内容であ
る。

【０００３】上記の燃焼制御を実施した場合と、実施し
なかった場合とにおけるＮＯ_X 濃度（ｐｐｍ，Ｏ₂ １２
％換算値）は実測の結果、前者が１００〜１５０、後者
が２００以上であり、流動床炉を用いた二段燃焼法によ
れば高脱硝率が得られることが明らかである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の焼却処理におけ
る燃焼制御では、ごみ質の不均一性などにより、ＮＯ_X
の発生量が変動するため、燃焼制御だけではＮＯ_X 濃度
を確実に１００ｐｐｍ以下に抑えることは到底困難であ
り、仮にＮＯ_X の発生を１００ｐｐｍ以下に抑制しよう
とした場合、一次空気を空気比０．９以下に抑えて、Ｃ
Ｏ等還元性ガスの発生を多くする必要があるが、発生し
たＣＯがフリーボード部で完全燃焼できないために、炉
出口のＣＯ濃度が増加してしまう問題を有している。

【０００５】本発明は、このような問題点の解消を図る
ために成されたものであり、本発明の目的は、脱硝効率
を高く保ちながら尿素の熱分解により生成されるＣＯの
増加を抑制し得て、焼却処理時に発生するＮＯ_X の低減
を果たすことが可能な流動床炉における無触媒脱硝方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、流動床炉において、尿素水，ＮＨ₃ 水等
の還元剤を炉内に噴霧することにより、炉内でＮＨ₃ を
生成させて、このＮＨ₃ を利用して無触媒脱硝を行う方
法であり、前記還元剤を、流動床炉内における流動砂層
の直上位置から二次空気吹込み部直下位置までの範囲の
適宜個所に向けて、フリーボード部断面積に対し少なく
とも５０％の噴霧面積が保持されるように拡散噴霧する
ことを特徴とする流動床炉における無触媒脱硝方法であ
る。

【０００７】本発明はまた、還元剤が尿素水であり、こ
の還元剤にＨ₂ ０₂ ，（ＮＨ₄ ）₂Ｓ₂ Ｏ₈ 等の酸化剤
またはメタノールを２〜５％濃度になるよう添加させて
なることを特徴とする流動床炉における無触媒脱硝方法
である。

【０００８】

【作用】本発明によれば、還元剤を炉内に噴霧するに際
し、流動床炉内における流動砂層の直上位置から二次空
気吹込み部直下位置までの範囲の適宜個所に噴霧させる
ことによって、脱硝効率を向上し得るとともに、炉内で
生成されるＣＯの炉内滞留時間を十分にとれてＣＯの増
加を抑制できる。さらに、本発明によれば、フリーボー
ド部断面積に対し少なくとも５０％の噴霧面積が保持さ
れるように還元剤を炉内に拡散噴霧することによって、
ＮＯ_X に対するＮＨ₃ の当量比を大きくとれ、脱硝効率
を高い値に保持できる。また、本発明は、炉内に噴霧す
る還元剤として尿素水を使用した場合、酸化剤またはメ
タノールを２〜５％濃度になるよう添加することによ
り、ＮＯ_X 濃度に対するＣＯ増加率を抑制することが可
能となる。このように、本発明によれば、流動床炉を使
用して無触媒脱硝を行った場合に、ＮＯ_X を例えば７０
ｐｐｍ以下に低減しながらＣＯの増加を抑制し得る脱硝
処理が可能である。

【０００９】

【実施例】本発明方法の実施に係る焼却処理装置のフロ
ーが図１に示される。焼却炉として流動床炉１が使用さ
れる。底部から燃焼用ガスの一次空気が送り込まれる炉
内は、下方部が気系流動層部となる砂層部２に、その上
方の部分がフリーボード部３に形成される。炉体の頂壁
部にはガス排出口４が、また、フリーボード部３の上側
壁部には二次空気吹込み口５がそれぞれ設けられてい
る。砂層部２の直上位置から二次空気吹込み口５直下位
置までの噴霧有効範囲Ａ内の適宜個所における炉側壁部
には、二流体ノズルからなる２個の噴霧ノズル６が、炉
体の径方向に相対向する配置で側壁を気密貫挿通して設
けられており、図２に水平断面示される如く、後述する
還元剤（液）を噴出口から相対向して拡散噴霧し、その
際、図２に斜線が施される個所の噴霧面積がフリーボー
ド部３の断面積の５０％以上を占め得るように、拡散布
角度を適宜設定して配設させている。

【００１０】上記噴霧ノズル６には、還元剤供給ライン
および圧空供給ラインが接続されている。還元剤供給ラ
インは、還元剤貯液槽７、希釈用水槽８、上水ヘッダ
９、ポンプ１０、キャリー水ポンプ１１、ラインミキサ
１２、流量計１３を備える。一方、圧空供給ラインは、
空気圧縮機１４を備える。この焼却処理装置の焼却処理
運転は、以下述べる如く行われる。還元剤貯液槽７に
は、還元剤として尿素水またはＮＨ₃ 水が貯溜される。
この還元剤はポンプ１０により送り出され、キャリー水
ポンプ１１によって希釈用水槽８から送り出される希釈
水とラインミキサ１２にて所定濃度（５〜１０％ｕ／
ｗ）まで希釈される。希釈された還元剤は、流量計１３
により必要流量に調整した後、２〜３ｋｇ／ｃｍ² の圧
縮空気とともに、噴霧ノズル６から炉内に吹き込まれ
る。このときの吹き込み位置は、前述する通り、砂層部
２の直上位置から二次空気吹込み口５直下位置までの噴
霧有効範囲Ａ内の領域である。

【００１１】炉内に吹き込まれた霧状の還元剤は、フリ
ーボード部３内の高温燃焼ガスと接触して、熱分解によ
りＮＨ₃ を発生させる。ＮＨ₃ は下記式によってフリー
ボード部３内のＮＯを分解する。 ４ＮＯ＋４ＮＨ₃ ＋
Ｏ₂ →４Ｎ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ その結果、無害化された燃焼ガスはガス排出口４から排
出される。なお、炉内に噴霧された還元剤の噴霧面積が
フリーボード部３断面積の５０％以上となるように、噴
霧ノズル６を必要数設ける。ところで、還元剤として尿
素水を使用した場合、尿素の熱分解により生成されるＣ
Ｏの増加を抑制するために、酸化剤またはメタノールを
所定濃度例えば２〜５％ｕ／ｗ添加することが望まし
い。

【００１２】ここで、無触媒脱硝処理において、ＮＯ_X
に対するＮＨ₃ の当量比とＮＯ_X 濃度（ｐｐｍ）との関
係を、還元剤噴霧面積％比（Ａｒ）の大小で比較実験し
たところ、図３に示す如くＡｒ＝５０％の（イ）の方
が、Ａｒ≒３５％の（ロ）の場合に比し脱硝効率が高
く、従ってＮＯ_X 濃度を例えば７０ｐｐｍ以下に容易に
抑制することができる。

【００１３】一方、還元剤の吹き込み位置を変えた場合
のＮＯ_X 濃度とＣＯ濃度との関係を比較した結果は、図
４に示される通りであって、二次空気吹込み口５よりも
下方にしたときを表す（ハ）の方が、二次空気吹込み口
５よりも上方にしたときを表す（ニ）に較べて、熱分解
で生じたＣＯの濃度が低く、従って前者に関してＣＯ抑
制効果が上がっていることが明らかである。さらに、還
元剤が尿素水であるときに、酸化剤またはメタノールを
所定濃度添加した場合と、無添加の場合とでのＣＯ増加
率とＮＯ_X 濃度との関係を調べたところ、図５に示すよ
うに、添加した場合（ホ）が無添加の場合（ヘ）よりも
ＣＯ増加率が低くて、前者の場合にＣＯ抑制の効果が上
げられていることが容易に理解される。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、流動
床炉での無触媒脱硝処理に際し、還元剤をフリーボード
部断面積に対し５０％以上の噴霧面積で流動砂層よりも
上方、二次空気吹込み口よりも下方の位置に噴霧するよ
うにしたことによって、脱硝効率を向上させながらＣＯ
の増加を抑制することが可能であり、排出ガス中におけ
るＮＯ_X 濃度を燃焼制御により７０ｐｐｍ以下の低い値
に抑えながらＣＯ濃度を下げさせて、廃棄物を焼却処理
するに際し、無害ガスの排出を確実、容易に実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に係る焼却処理装置の概略構
成を示すである。

【図２】図１における流動床炉１のフリーボード部３の
水平断面図である。

【図３】還元剤の噴霧面積比の差異によるＮＨ₃ ／ＮＯ
_X 当量比とＮＯ_X 濃度との関係線図である。

【図４】還元剤の吹き込み位置を変えた場合のＣＯ濃度
とＮＯ_X 濃度との関係線図である。

【図５】還元剤の尿素水に酸化剤を添加した場合と無添
加の場合とにおけるＣＯ増加率とＮＯ_X 濃度との関係線
図である。

【図６】従来の流動床炉の構造を示す概念図である。

【符号の説明】

１…流動床炉、 ２…砂層部、 ３…フリーボード部、 ４…ガス排出口、 ５…二次空気吹込み口、 ６…噴霧ノズル、 ７…還元剤貯液槽、 ８…希釈用水槽、 １０…ポンプ、 １２…ラインミキサ、 １４…空気圧縮機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河端 博昭 兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 堀井 雄二 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 井戸 秀和 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動床炉において、尿素水，ＮＨ₃ 水等
   の還元剤を炉内に噴霧することにより、炉内でＮＨ₃ を
   生成させて、このＮＨ₃ を利用して無触媒脱硝を行う方
   法であり、前記還元剤を、流動床炉内における流動砂層
   の直上位置から二次空気吹込み部直下位置までの範囲の
   適宜個所に向けて、フリーボード部断面積に対し少なく
   とも５０％の噴霧面積が保持されるように拡散噴霧する
   ことを特徴とする流動床炉における無触媒脱硝方法。
2. 【請求項２】 還元剤が尿素水であり、この還元剤にＨ
   ₂ ０₂ ，（ＮＨ₄ ） ₂ Ｓ₂ Ｏ₈ 等の酸化剤またはメタノ
   ールを２〜５％濃度になるよう添加させてなる請求項１
   記載の流動床炉における無触媒脱硝方法。