JPH06134257A - 大容量燃焼装置の排ガス処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量燃焼装置のボイラーより排出される燃
焼排ガス中に含有される二酸化炭素、一酸化炭素、ＮＯ
Ｘ，ＳＯＸを水中植物の光合成作用を利用して効果的に
低減除去する。 【構成】 ボイラーよりの燃焼排ガスを直接または排煙
脱硫脱硝酸及び一酸化炭素再燃焼装置を経て粉塵除去装
置２に供給する。この粉塵除去後の排ガスを熱交換器３
にて所定温度に低下させる。そしてこの熱交換器３を経
た排ガスのＰＨ値を所定値にした後、培養処理槽８に供
給する。この培養処理槽内に供給された処理水及び水中
植物を撹拌曝気することにより、培養処理槽内に供給さ
れる排ガス中の炭酸ガス及びＮＯＸ，ＳＯＸを水中植物
の光合成作用にて除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火力発電所、都市ごみ焼
却所等大容量燃焼装置のボイラーより排出される燃焼排
ガス中に含有される二酸化炭素、一酸化炭素、ＮＯＸ，
ＳＯＸを効果的に低減除去する排ガス処理方法及びその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気エネルギーは水力、火力、原子力に
よりその大半を得ている。最も公害の少ない水力発電、
地熱発電、風水力発電、太陽光発電等は設置条件が限定
され、かつ大エネルギーを得るには設備費が膨大なもの
となる。このため水力その他の方法による発電エネルギ
ーは主たる火力発電や原子力発電を補う程度しか利用さ
れていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】火力発電は水力発電、
原子力発電に比べ、設置条件はあまり限定されず、しか
も原子力発電に比べ安全性において優れ、また設備費の
低廉であるため、各国とも電力エネルギーを容易に安全
に得られる火力発電に頼るようになっている。しかしこ
の火力発電は石油、石炭等の化石燃料を用いるため、燃
焼排ガスには多量の一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯＸ，
ＳＯＸが含有される。この排出量は火力発電量に応じて
増大するものとなり、また都市から排出される都市ごみ
は焼却場にて焼却しているが、この焼却場からも大量の
炭酸ガスが大気に放出されている。これが新たな公害問
題すなわち地球の温暖化、酸性雨、大気の汚染等の問題
が生じている。

【０００４】このため一酸化炭素を除去する方法として
排ガスを再燃焼バーナにて再燃焼させたり、ＮＯＸ，Ｓ
ＯＸを低下させるためにバーナ火炎をコントロールして
燃焼温度を低下させる方法が採用されている。しかしこ
のような方法を用いても排ガス中のＮＯＸ，ＳＯＸ及び
一酸化炭素の濃度を低くすることができてもその値を０
とすることができず、さらに二酸化炭素の減少には効果
がない。

【０００５】大気中の炭酸ガスは植物等の炭酸同化作用
にて酸素に変換されることは周知である。しかし炭酸ガ
スが大気中に拡散してから、植物等によって対応すれば
炭酸同化作用の効率は悪い。従って炭酸ガス発生後、大
気中に拡散される以前の高濃度の状態で処理すれば効率
よく行える。これは気体中の炭酸ガスの分圧が大気と比
較して高い方が植物体の炭酸同化作用が効率的に行える
ためである。

【０００６】本発明はこの点に着眼して植物の持つ光合
成による炭酸同化作用にて火力発電所等の大容量燃焼装
置より排出される排ガス中の高濃度の炭酸ガスを大気中
に放出される前に簡易な装置にて酸素ガスに変換し、か
つ排ガス中のＮＯＸ，ＳＯＸをも同時に除去して無公害
化を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになしたもので、ボイラーより排出される燃焼
排ガスを粉塵除去後所要温度まで冷却し、これを培養処
理槽内に供給するとともに、該槽内の液体を曝気と撹拌
を行って培養処理槽内に投入された水中植物の光合成作
用にて排ガス中の炭酸ガスを酸素ガスに変換し、かつ排
ガス中のＮＯＸ及びＳＯＸを前記水中植物の養分として
消費せしめて燃焼排ガスを効果的に処理することを要旨
とする。

【０００８】さらに排ガス中の炭酸ガス及びＮＯＸ，Ｓ
ＯＸを水中植物にて除去するために本発明は、ボイラー
よりの燃焼排ガスを直接または排煙脱硫脱硝酸及び一酸
化炭素再燃焼装置を経て供給される粉塵除去装置と、こ
の粉塵除去後の排ガスを所定温度に低下させる熱交換器
と、この熱交換器を経た排ガスのＰＨ値を所定値にした
後供給する培養処理槽と、この培養処理槽内に供給され
た処理水及び水中植物を撹拌曝気する曝気手段とより構
成される。

【０００９】

【作用】バーナによる化石燃料の燃焼にて発生する排ガ
スを従来法と同様にして粉塵の除去と所定温度にまで冷
却する。しかしこの冷却脱塵された排ガス中には二酸化
炭素、ＮＯＸ，ＳＯＸが含有され、ＰＨ値は次の生物処
理工程で適したものとは限らない。そこでこの排ガスの
ＰＨ値を測定し、所定のＰＨ値になるよう酸−塩基中和
液を添加して調整した後、これを培養槽内へ送る。培養
槽内には球状藻類等効果的に炭酸ガスを吸収する植物も
しくはプランクトン（水中植物）を水とともに充填され
ているので、培養槽内の処理液を撹拌曝気しつつ前記排
ガスを供給する。これを望ましくは気泡状態で処理液中
に吐出させると大気中に比べ高濃度の炭酸ガスは球状藻
類、植物プランクトン等の水中植物の太陽光または人工
光による光合成炭酸同化作用にて酸素ガスに変換され
る。そしてガス中のＮＯＸ，ＳＯＸはこの球状藻類の栄
養源として吸収される。これにより大容量燃焼装置等よ
り排出される多量の排ガス中の炭酸ガスも簡易な装置
で、確実に変換除去され、同時にＮＯＸ，ＳＯＸも除去
されるものとなる。

【００１０】

【実施例】以下本発明を図示の実施例にもとづいて説明
する。図において１は火力発電所、都市ごみ焼却所等の
大容量燃焼装置、その他の大型ボイラで、このボイラ１
のバーナ（図示せず）の燃焼にて排出される燃焼排気ガ
スを、煙道または管路より排煙脱硫脱硝酸及び一酸化炭
素再燃焼装置２０を介して、叉は直接この排気ガス中に
含有される粉塵を除去する粉塵除去装置２及び所定温度
まで冷却するための熱交換器３に供給する。この粉塵除
去と熱交換を一体化することも可能である。

【００１１】前記実施例ではボイラ１からの排気ガスを
直接粉塵除去熱交換器へ供給したが、この排気ガスは高
温の熱エネルギーを保有しているので、これを有効利用
するため、ボイラ１と粉塵除去熱交換器３間にヒートポ
ンプ式、バイナリ−式、ヒ−トパイプ式等の発電装置４
を介在させることができ、この発電装置４にて得られる
電力を一般商用電力として使用できるとともに後述する
培養槽内の人工光源用電力として利用できる。

【００１２】排気ガス中の粉塵除去は従来一般に汎用さ
れているシャワー式、フィルター式その他を採用でき、
また熱交換器も同様に海水、淡水を用いたもの空冷式等
が採用できる。このように排ガス中の粉塵を除去し冷却
するが、この冷却は培養槽内に排気ガスを供給したと
き、該槽内にて球状藻類、植物プランクトン等の水中植
物による炭酸同化作用に支障を与えないようにして適当
に定められる。

【００１３】熱交換器３を経た排気ガスは使用される石
炭、石油等の化石燃料の種別等にてそのＰＨ値が異な
る。これを植物による炭酸同化作用を損なわず、最適な
効果を得られるＰＨ値に調整される。これは粉塵除去熱
交換器３を経た排ガスを送る管路５内にＰＨ計６を設置
し、管路外に設けた酸−塩基中和液槽７のバルブをＰＨ
計にて開閉操作して行う。

【００１４】管路５は培養槽８へ接続され、この培養槽
８内には所要量の水と、球状藻類あるいは植物性プラン
クトンとを充填され、かつ槽上面より槽内に太陽光線が
入射するようにして槽内の球状藻類、植物性プランクト
ンが光合成による炭酸同化作用を行うようにする。従っ
てこの培養槽８はボイラより排出される排気ガス量に応
じてその内容積が定められる。そしてこの培養槽８は開
口もしくは透明板にて蓋をして覆い、槽内に太陽光線が
入るようにし、必要に応じ撹拌曝気できるようになす。

【００１５】培養槽８内への撹拌曝気は槽内に撹拌機を
設置し、槽内の処理水を撹拌するか、または該槽内へ供
給される粉塵除去後の排気ガス中に適当量の大気を混合
し、これを槽底部より微細気泡状にして供給することに
よりエアーレーション効果にて撹拌と曝気を行う。なお
槽内の球状藻類にて光合成による炭酸同化作用を行う場
合、大気の供給を停止し、上記混合ガスのみを供給す
る。

【００１７】培養槽８の容積は例えば次のようにして定
めることができる。０．１５ｋｗ相当のエネルギーを得
るために燃料の燃焼によって生じる炭酸ガス（二酸化炭
素）は大気に近い条件に於いて約６０リットルの培養槽
で培養した球状藻類で完全に酸素に変換できる。炭酸ガ
ス分圧が大気中の分圧と比して充分に大きく照射光量も
充分なる時は、ガス交換能力は数倍となり、より少ない
培養槽で足りる。上記のガス交換能力の倍数をμとす
る。この状態で６０万ｋｗの電気出力を持つ大容量燃焼
装置から発生する炭酸ガスを完全に酸素に変換するため
の培養槽の大きさは近似的に熱効率を４０％とすると燃
料の熱出力（Ｗ）ｋｗは

【００１８】

【式１】

【００１９】培養槽８は日照時、太陽光線を用いて球状
藻類の光合成を行なわしめるが、曇天時や夜間時人工的
に光合成を促進させるために槽内に照明装置Ｌを設置し
て発電装置４にて、あるいは発電機よりの電力にて点灯
せしめるようになすこともある。さらには培養槽が深く
なる場合、槽の深層部まで光線が達するように光ファイ
バーを用いたり、さらには照明装置Ｌを槽内に段状に設
置したりすることもある。これは球状藻類により炭酸ガ
スより酸素ガスへのガス交換を行う場合、培養槽内での
排気ガスの滞留時間が少ないと機能しない。このため水
深を深くすることが必要であるが、水深が深くなると光
が槽深部に到達しないため、この光が到達しない位置に
上述の如く人工光源を設置し、槽内全体に均一な光度を
維持するようになすことが望ましい。

【００２０】また培養槽８は１つの大容量燃焼装置にて
上述の如くして得た容積のものを１つまたは２つ設置す
る。この１叉は２の培養槽を用いる場合は槽上部を開放
式とし、水中植物の光合成による炭酸同化作用により槽
内に供給された高濃度の排ガスは酸素ガスに変換された
後、大気中へ放出するようになす。また図示のように比
較的小容積のものを複数個用いることもある。この複槽
式の場合は、各培養槽８は密閉式とし、これらを直列的
に、かつ粉塵除去熱交換器を経た管路５に対して並列的
に配列接続し、管路５より選択的に各培養槽を直列配列
とするようになす。この複数槽式にあっては各槽に排気
ガスを供給するように管路５より各バルブを介して接続
し、かつ各培養槽間を接続する管路９にはバルブ１０が
設置され、このバルブ１０と管路５を分岐して各培養槽
へ接続される分岐管路１１に設けたバルブ１２との選択
的な開閉操作にて、直列的に配列される培養槽の配列順
序を適宣組み替え可能とする。この状態を図２に示す。

【００２１】さらに各培養槽８が密閉式の場合は、バル
ブ１３を介して槽内より発生するガス例えば光合成によ
り発生した酸素を大気中へ放出せしめる放気管１４を突
設するとともに直列的に配列された最終段の培養槽のバ
ルブ１３を開き、他の槽のバルブ１３は全て閉じ、これ
により排気ガスが各槽を経て炭酸同化作用にて最終的に
酸素ガスに変換され、最終段のみ培養槽のバルブ１３、
放気管１４を経て大気中へ放出せしめるものである。

【００２２】なお図中１５はボイラにて発生する蒸気圧
で駆動される主発電機で、通常の商用電力として用い、
その一部を培養槽の人工光源用電力として用いることも
ある。

【００２３】さらに各培養槽８には処理水を供給する給
水管１６を配管し、槽内を常時一定水位を保つようにな
す。

【００２４】従って上述の如く複数の培養槽８を夫々管
路９を介して互いに連通させる場合、培養槽のメンテナ
ンスも考慮して一つの培養槽を除いて設定処理能力を有
するようにする。例えば培養槽８を８１から８５までの
５連槽とする場合、第５番目の培養槽８５を休止し、第
１番目の培養槽８１に粉塵除去熱交換器３からの高濃度
の排気ガスを管５を経て適当量の大気と共に供給、該槽
内の球状藻類により炭酸同化作用が行われる。そして未
同化の炭酸ガスは次の培養槽８２，８３，８４へと順次
送られる。これは各培養槽８１，８２，８３，８４が密
閉式の場合、順次下流側より上流側へ炭酸ガス濃度を低
下させつつ送気されるように管９にて接続されているた
め複数段の培養槽を経ることにより、炭酸ガスは酸素ガ
スに変換され、最終段の培養槽より大気中へ放出される
ものである。

【００２５】そして処理中の培養槽の一つを清掃等を行
う場合、先に休止中の培養槽を接続し、清掃する培養槽
をその処理経路よりバルブ操作にて切り離し、培養槽に
設けた配水管１７より各培養槽と接続された固液分離装
置１８へ槽内の球状藻類とともに排水して供給し、ここ
で球状藻類と水とを固液分離し、水は排出するかあるい
はこの水を直接もしくは処理した後、培養槽等に返却し
て再利用し、また固体として取り出された球状藻類はこ
れを所望の含水率まで乾燥して飼料、肥料等に利用す
る。

【００２６】このようにして複数の培養槽を順次清掃
し、連続的にボイラーより排出される排気ガスを炭酸同
化作用にて酸素に連続して変換処理するものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明によるときは、ボイラーより排出
される燃焼排ガスを粉塵除去後所要温度まで冷却し、こ
れを培養処理槽内に供給するとともに、該槽内に投入さ
れた球状藻類の光合成作用にて排ガス中の炭酸ガスを酸
素ガスに変換し、かつ排ガス中のＮＯＸ及びＳＯＸを前
記球状藻類の養分として消費せしめて燃焼排ガスを効果
的に処理するようになしているため、大容量燃焼装置等
により多量に排気ガスを放出する場合でも簡易な装置で
植物の持つ光合成による炭酸同化作用にて確実に無公害
的に処理される利点がある。しかも排ガス中の炭酸ガス
だけでなく化石燃料の燃焼により生ずるＮＯＸ，ＳＯＸ
をも同時に処理できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排ガス処理装置の一実施例を示す
説明図である。

【図２】本発明装置における培養槽の配列説明図であ
る。

【図３】培養槽の説明図である。

【図４】公知例の説明図である。

【符号の説明】

１ ボイラー ２ 粉塵除去装置 ３ 熱交換器 ５ 管路 ８ 培養槽 ９ 管路

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【手続補正書】

【提出日】平成５年８月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】削除

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラーより排出される燃焼排ガスを粉
   塵除去後所要温度まで冷却し、これを培養処理槽内に供
   給するとともに、該槽内の液体を曝気と撹拌を行って培
   養処理槽内に投入された水中植物の光合成作用にて排ガ
   ス中の炭酸ガスを酸素ガスに変換し、かつ排ガス中のＮ
   ＯＸ及びＳＯＸを前記水中植物の養分として消費せしめ
   て燃焼排ガスを効果的に処理することを特徴とするの排
   ガス処理方法。
2. 【請求項２】 ボイラーよりの燃焼排ガスを直接または
   排煙脱硫脱硝酸及び一酸化炭素再燃焼装置を経て供給さ
   れる粉塵除去装置と、この粉塵除去後の排ガスを所定温
   度に低下させる熱交換器と、この熱交換器を経た排ガス
   のＰＨ値を所定値にした後供給する培養処理槽と、この
   培養処理槽内に供給された処理水及び水中植物を撹拌曝
   気する曝気手段とより成り、培養処理槽内に供給される
   排ガス中の炭酸ガス及びＮＯＸ，ＳＯＸを水中植物の光
   合成作用にて除去するようになしたことを特徴とする大
   容量燃焼装置の排ガス処理装置。
3. 【請求項３】 培養処理槽を複数個とし、かつ各処理槽
   を直列的に接続可能として配列し、任意に配列接続でき
   るようになすと共に水中植物により光合成を促進するた
   めの照明を備えた請求項２記載の大容量燃焼装置の排ガ
   ス処理装置。