JPH07507626A - 燃焼を伴うサーマルリアクタから排出された高温汚染ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼を伴うサーマルリアクタから排出された高温汚染ガスの処理方法 本発明は、燃焼を伴うサーマルリアクタから排出された高温汚染ガスの処理方法 に関し、特に廃棄物処理リアクタに関する。

従来、工業プロセスにより排出されるガスのような高温ガスの処理方法、特に廃 棄物処理方法においては、環境保護が認識されにつれて、環境に対して一層の配 慮がめられている。

図１は従来のりアクタを示しており、このようなりアクタにおいては、廃棄物１ １を処理するために燃焼用空気１２を周囲の大気から取り込んでいる。

このようなサーマルリアクタ１ｏがら排出された高温汚染ガス１３は、フィルタ ２０内で粉塵除去を行うために例えば静電処理等のフィルタ処理を受ける。その 後にフィルタ処理された高温ガス２１は洗浄器３０内に導入される。

この洗浄器は、例えば酸性の排出ガスを中和した後に大気中に放出するための石 灰水を用いたタワースクラバによって構成される。

この洗浄は、例えば河川から取り込まれた水３１を用いた開放系によってなされ る場合があり、洗浄器３ｏがら排出される排水３２は処理装置４０によって処理 され、洗浄処理後に排出される排水４１の汚染度が抑えられる。

他の態様としては、処理装置４ｏにおいて処理された排水は４２に示される経路 を通じて洗浄器３ｏに循環され、河川等がら取り込まれた水３１に加えられるが 、またはこの排水を水３１の代わりに用いるようにする。

例えば図１に示されるような、高温ガスの処理プラントによって、洗浄器３０か ら排出される気化ガスや排出液４１をある程度中和することが可能となる。

しかし、気化ガス３３には比較的多量の窒素酸化物が含まれており、従って気化 ガスの煙（ｐｌｕｍｅ）が形成される。このブルームは、とりわけ焼却リアクタ 等のりアクタが建設された敷地の美観を損なうちとになる。

本発明は上記課題を解決するためになされ、また環境的にもエネルギー的にも、 大気への排出ガスにおける窒素酸化物の含有量を減らす方法の性能を向上するこ とを目的とする。尚、本発明においては、予めサーマルリアクタの適当な位置に 直接設けられた熱交換−復熱装置（ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ−ｒｅｃｕｐ ｅｒａｔｏｒｓ）における熱回収に加えて、更なる熱の回収が確実になる。また 、この熱交換器は、リアクタから排出された高温汚染ガスのフィルタ処理及び洗 浄処理を行う装置の上流側に設けられる。

これらの目的は、廃棄物の燃焼処理を伴うとともに燃焼用空気が供給されるサー マルリアクタから排出された高温汚染ガスの処理方法であって、リアクタから排 出された高温ガスをフィルタ処理し、処理された高温ガスを洗浄処理した後に大 気に排出する方法において、フィルタ処理及び洗浄処理された高温ガスと、大気 から取り込まれた空気と、の間で物質交換及び熱交換を行い、これにより、フィ ルタ処理及び洗浄処理された高温ガスに含有される残存エンタルピーが、前記燃 焼用空気の少なくとも１部を構成する非常に湿潤な高温の空気という形態を通じ て循環するようにし、比較的乾燥したガスを、周囲の大気の温度よりもあまり高 温ではない温度にて大気に排出することを特徴とする。

外部に排出される前に処理を受けた水は、洗浄処理に用いられる。

本発明の１態様においては、水は、洗浄処理に用いられた後に、リアクタ周辺に 設けられた加熱ネットワークを用いた熱交換によって熱回収処理がなされ、洗浄 処理に用いられる。

好ましくは、既に洗浄処理に用いられた水と熱交換することによって、洗浄処理 前に予加熱処理がなされた水を洗浄処理に用いる。

本発明の更に好ましい実施態様においては、既に洗浄処理に用いられた水と熱交 換され、かつリアクタ周辺に設けられた加熱ネットワークを用いた熱交換よって 既に第一の熱回収処理がなされた洗浄水と、既に処理を受けてその後に予加熱さ れた循環された水とを熱交換する。

このようにして、本発明によればエネルギー的にも環境的にも、高温ガスを排出 する方法における性能を共に向上することが可能となる。

上記性能は、可能な限り高温で洗浄時に蓄積された潜熱を回収することで向上し 、特にリアクタ周辺に設けられた温水加熱ネットワークを用いることによって向 上する。

このように、本発明によれば大気に放出されるガスに含有される窒素酸化物のレ ベルが低くなり、またこれらの大気放出物中の水蒸気量を少なくすることで、放 出される蒸気のプルームがなくなるが、または非常に少なくなる。また、温水か らの熱回収を追加し、洗浄処理に用いられた水との熱交換を行うことでプロセス 全体の効率が向上する。

好ましい実施態様においては、高温のフィルタ処理されたガスの洗浄処理と、フ ィルタ処理及び洗浄処理された高温ガスと大気から取り込まれた空気との熱交換 及び物質交換と、を共に行うようにする。

この場合、大気から取り込まれた空気は第１エンクロージヤ内に供給され、前記 第１エンクロージヤ内に導入された予加熱された水を用いて第１エンクロージヤ 内の前記空気の予加熱に行うと、それに伴って前記供給された空気が湿潤化され る。

加熱された空気は第１エンクロージヤ内で水蒸気によって重量が増加し、サーマ ルリアクタの燃焼用空気として用いられる。

第１エンクロージヤ内で空気の洗浄に用いられて冷却された水は、第２エンクロ ージヤ内に供給されてフィルタ処理された高温ガスに用いられる洗浄水となる。

この際、第２エンクロージヤ内に供給されるフィルタ処理された高温ガスは、そ のガス中に含まれる水蒸気の洗浄処理及び凝縮処理をうける。

また、第２エンクロージヤからは生成物（ｅｘｔｒａｃｔｅｄ）が得られる。第 一には、比較的乾燥した燃焼ガスであり、大気に放出される。

第二には、第２エンクロージヤで生成される水であり、それ自身第１エンクロー ジヤ内に導入されて循環され、フィルタ処理された高温ガスの洗浄処理と、フィ ルタ処理された高温ガスと大気から取り込まれた空気との間の熱交換処理と、の 画処理が結合されて一体化される。

画処理のこのような一体化は、第１エンクロージヤ内で大気から取り入れた空気 に対して洗浄−蒸発処理を行い、第２エンクロージヤ内でフィルタ処理された燃 焼ガスに洗浄−凝集処理を行うことでなされる。

高温汚染ガスの中和及び熱回収の準備に共に寄与する洗浄−凝集段階のエンクロ ージャの２つの機能により、設備の実質的なサイズが縮小されるうえ、環境的に もエネルギ的にも全体の性能を向−１ニすることが可能となる。

例として、本発明法は、洗浄処理を行うフィルタ処理された高温ガスの温度が２ ００〜３００　（”Ｃ）程度、大気から取り入れた空気の温度が１５〜２５（’ Ｃ）程度、洗浄処理に用いる水が４５〜５５（”Ｃ）程度で供給され、洗浄処理 に用いられた後の水はりアクタ周辺に設置された加熱ネットワークを用いた熱交 換によって熱回収を行うために６５〜７５（”Ｃ）程度の温度である、という環 境の下で実施することができる。

本発明の他の目的及び利点は、以下の図面を用いた実施例の詳細な説明によって 明らかにされる。尚、この実施例は本発明を制限するものではない。

図１は従来の廃棄物処理サーマルリアクタの構成図であり、図２．３．４は、本 発明の高温汚染ガス方法を実施するための手段を有するサーマルリアクタの種々 の実施例の構成図である。

図２においては、図１に示されるような従来のりアクタに相当する、燃焼を伴う サーマルリアクタ１０が示される。このリアクタ１０は都市の廃棄物の焼却リア クタにもなりうる。

リアクタ１０に供給された燃焼用空気１２は、図１の場合のように比較的低温で 乾燥した外気を直接用いるわけではなく、その全てまたはその１部は、外気５３ が導入される物質及び熱交換器５０からの水蒸気によって湿潤化された高温の空 気からなる。

図示省略した熱交換−復熱装置は、リアクタ１０に直接設けることができる。高 温汚染ガス１３は、例えばその温度は２００〜３００（℃）であり、１つもしく は複数のフィルタ２０を通じて供給される。このフィルタ２０は、図１に示され るのと全く同じものを用いることもできる。

フィルタ処理された高温ガス２１は洗浄器３０に供給される。この洗浄器３０は 、図２の例では、図１に示されるような従来の設備に用いられている洗浄装置３ ０と同様のものを用い得る。

ただし、凝縮プロセスが行われる（ａｃｃｅｎｔｕａｔｅｄ）間に、洗浄水のイ ンレット及びアウトレットにおける温度が、図１の洗浄器３０に流入する洗浄水 ３１の水流の温度や、図１の洗浄器３０から流出される洗浄水３２の水流よりも 実質的に高くなるような洗浄処理が確実になされる必要がある。

洗浄器３０から流出される水３２と、リアクタ１０の周辺に設けられた加熱ネッ トワークの水６３．６４と、の熱交換を確実にする熱交換−復熱装置６０は、そ の後、洗浄器３０に結合される。

交換器６０から流出される洗浄水６２は、このようにして、交換器６０に流入す るとともに洗浄器３０から排出される洗浄水３２に相当する洗浄水６１よりも低 温となる。

交換器６０から流出する、結合された加熱ネットワークの水６４は、交換器６０ に流入するこの同じネットワークの水６３に比例して加熱される。

交換器６０から流出する洗浄水６２は水の速やかな処理を行うために装置４０に 供給される。この処理は、断熱的で一定温度の処理である。

処理装置４０から流出する水は、酸性から中性に中和され、その後、その全てま たは一部を水流４１として外部に排出し得る。

処理装置４０から流出する水４２の水流は、洗浄器３０に供給される洗浄水３１ として循環させることもできる。

高温ガス３３は洗浄器３０内で部分的に冷却及び汚染除去され、インレット水流 ５１として物質及び熱交換器５０に供給される。この物質及び熱交換器５０は水 蒸気ポンプとも呼ばれることもあり、その内部で洗浄器３０から流出するガスの 残存エンタルピーが循環される。この循環は、比較的乾燥しある程度冷却された ガス５２が送気管に送られるか、または直接大気に放出される前に行う。

洗浄−凝縮器３０から流出するガスに含まれる残存潜熱及びエンタルピーの上記 循環は、本発明によっては、物質及び熱交換器５０を通じて予加熱及び湿潤化さ れた燃焼用空気をキャリアとして用いることでなされる。

比較的低温で乾燥した外気５３はこのようにして物質及び熱交換器５０に導入さ れる。物質及び熱交換器５０から流出する水蒸気による加熱及び加湿により重量 が増加した空気５４は、リアクタ１０に供給され、燃焼用空気１２の全体または １部を形成する。

リアクタ１０内の水蒸気によって重量が増加した高温空気の気流を燃焼用空気１ ２として用いることで、未燃焼残余物の形成が自然に抑制されるとともに、リア クタ１０から流出する高温汚染ガス１３における窒素酸化物の比率も小さくなる 。

物質及び熱交換器５０は、洗浄器３０から流出する水蒸気を含有して比較的高温 のガス５１と、ガス５１の露点よりも低温の外気５３と、の間で熱及び凝集可能 成分の同時交換が確実に行われるようにする。

この物質及び熱交換器５０は、それ自体よく知られている種々の形態を取りうる 。

図３に示された設備により、水の処理装置４０に洗浄水の予加熱器７０が取り付 けたことによって本発明の方法をより向上した形で実施できる。

予加熱器７０は、交換器６０のアウトプットに存在する洗浄水６２と、洗浄器３ ０内に供給される洗浄水３１と、を処理する熱交換器により構成される。洗浄器 ３０では、この水３１は水の処理装置４０から流出する水４２を用いることがで き、洗浄器３０に循環するように割り当てられる。

このようにして、水の処理装置４０に導入される前に、交換器６０のアウトプッ トで洗浄処理を終えた後に残存する熱は、無駄になることなく洗浄−凝縮器３０ 内での熱交換量が大きくするために用いられることになる。

特筆すべき点は、予加熱装置７０は、洗浄器３０に導入される水３１に、循環さ れる水４２だけでなく比較的低温の外部ソース４３（図３の点線で示される）が 加えられている場合、特に有用であり、水の処理装ｆｆ４０に供給される水６２ のすべてが水流４１として外部に放出されるような実施例よりも有用である。

図４にフィルタ処理された高温ガス２１の洗浄処理動作が、フィルタ処理及び洗 浄処理された高温ガスと、大気から取り入れた空気１５３と、の間の物質及び熱 交換とともになされている一実施例を示す。

図２．３の実施例で使用されているような物質及び熱交換装置５０とは独立に動 作する洗浄装置３０は、この例では用いられない。

しかし、元来のエネルギ交換作用に加えて洗浄処理をも行うように設計された物 質及び熱交換装置１５０自体が洗浄装置３０となり、従って、よりコンパクトな 設備によって本発明法を実施することができるようになる。

図４の例においては、大気から取り入れられた空気１５３は、交換器１４０の第 １エンクロージヤ１５６に供給され、この空気１５３は、予加熱された水１５５ を用いて第１エンクロージヤ１５６内で洗浄処理される。

尚、水１５５は図３に示される対応する装置と同様の水の処理装置４０と予加熱 装置７０とから上記第１エンクロージヤ内に供給される。

この加熱された空気１５４は第１エンクロージヤ１５６内の水蒸気によってその 重量が増加されており、サーマルリアクタ１０内に供給される空気流１２の全部 分または一部を構成する燃焼用空気１５４として用いられる。

第１エンクロージヤ１５６内の空気を洗浄するために用いられて冷却された水１ ３１は、洗浄水を得るために第２エンクロージヤ１５７に供給される。

この洗浄水は、同様に第２エンクロージヤ１５７内に空気流１５１の形で供給さ れるフィルタ処理された高温ガス２１の洗浄に用いられ、フィルタ処理された高 温ガス内の水蒸気の凝集とともに洗浄処理がなされる。

第２エンクロージヤ１５７からは、大気に放出される比較的乾燥した燃焼ガス１ ５２と、水１３２とがともに生成される。

この水１３２は、第２エンクロージヤ１５７で生成されるとともに熱交換−復熱 装置６０、予加熱装置７０、水の処理装置４０及び再度予加熱装置７０に循環さ れて、第１エンクロージヤ１５６内に気流１５５として供給される。

このようにして、フィルタ処理された高温ガスの洗浄処理、及びフィルタ処理さ れた高温ガス２１と大気から取り入れられた空気１５３との間の物質及び熱交換 処理は、以下の２つの処理を行うことでなされる。

１つは、大気から取り入られた空気１５３を用いて第１エンクロージヤ１５６内 で行われる蒸発とともに洗浄処理を行い、もう１つはフィルタ処理された燃焼ガ ス２１に対して第２エンクロージヤ１５７で行われる凝集とともに洗浄処理を行 うことである。

その例として、高温汚染ガスの処理方法の図１〜４の種々の設備を用いた実施例 における、種々の流体の温度の典型的な例を示す。

図１においては、例えば、供給される洗浄水３１の温度が約１０（’Ｃ）程度で あり、洗浄装置３０から流出される水３２の温度が４５（℃）程度である場合、 リアクタ１０内に供給される燃焼用空気１２は２０（’Ｃ）程度、フィルタ処理 されたガス２１は２３０（℃）、大気に放出されるガス３３の温度は６８（”Ｃ ）程度である。

特筆すべき点は、従来のガス処理設備では、このような動作状況下での洗浄装置 ３０のアウトレットにおける水３２の温度は、図２〜４の交換器６０のような熱 交換−復熱装置６０を用いたエネルギーの回収を行うには低すぎる、という点で ある。

そのうえ、比較的低温で燃焼用空気１２を導入すると、リアクタ１０から流出す るガスに含まれる窒素酸化物を部分的にすら除去することはできない。

更に、大気に放出されるガス３３には蒸気が含有され、敷地の美化を損なう白煙 が生成される。特にリアクタ１０が都市エリアにある場合には好ましくない。ま た、ガス３３が高温であり、設備全体のエネルギーが損失される。

図１の設備と比較するために、図２の設備において大気５３のインプットが２０ （”Ｃ）程度であるとする。

この場合、予加熱されて非常に湿潤な燃焼用空気１２の温度は例えば４８（℃） に上昇し、燃焼性が確実に良くなるとともに、フィルタ２０から流出するガス２ １に含有される窒素酸化物の量が減少し、例えばその温度が２３０（’Ｃ）とな りうる。

本発明を実施することにより、ガス３３の洗浄装置３０からのアウトレットにお ける温度を例えば５７（”Ｃ）にまで低くすることができ、物質及び熱交換器５ ０のアウトレットにおけるガス５２の温度を例えば４０（℃）にすることができ る。

洗浄装置３０に供給される水３１は、この場合その温度が例えば５２（℃）であ り、洗浄装置３０のアウトレットにおける水３２は６８（℃）に達する。

このような温度であれば、熱交換−復熱装置６０を十分に用いることができ、５ ０（’Ｃ）程度で流入する水流は、６５（”Ｃ）程度の温度の水流６４として加 熱ネットワーク側に流出する。このような温度は循環水を用いる加熱ネットワー クに完全に適した温度である。

このような状況下で、水流６１として６８（”Ｃ）にて熱交換−復熱装置に供給 される洗浄水３２は、水流６２として流出する。

この水流６２は水の処理装置４０内に５４（℃）で供給され、この装置４０から ５４（’Ｃ）程度の水流４２として流出し、洗浄装置３０に循環される水３１と なる。

図３の設備では、例えば、種々の流体に対する図２に示される例と同じ程度の温 度で作動することができる。

洗浄水の予加熱装置７０が存在することで、例えば洗浄装置３０のインレットに おける水３１の温度を例えば５２（”Ｃ）とすることができる。また、水が循環 されずに外部の水源から、例えばその温度が比較的低い温度である２０（℃）で ある水流４３として導入される場合でも、５２（’Ｃ）より多少低い程度の温度 とすることができる。

図４の設備においては、空気１５３及び１５４の温度は例えば２０（℃）、４８ （℃）とすることができ、これは図２及び図３における空気５３．５４の気流の 温度に対応する。

ガス２１及び１５２の気流は例えば２３０（”Ｃ）及び４０（’Ｃ）となり、図 ２及び図３のガス２１及び５２の気流の温度に対応する。

交換器６０のインレット及びアウトレットにおける水６１．６２、及び６３．６ ４の水流の温度もまた、６８（’Ｃ）、５４　（”Ｃ）、５０（℃）、及び６５ （”Ｃ）で、それぞれ図２及び図３の設備における同様の動作における場合と同 様である。

しかし、図４の設備の場合、洗浄−凝集器１５７のインレットにおける水３１の 温度は、例えば３５（’Ｃ）に等しく、つまり図２及び３の洗浄装置３０のイン レットにおける水３１の温度よりも少し低い。

これに対し、洗浄−蒸発装置１５６のインレットにおける水１５５の温度はこの 場合例えば５２（’Ｃ）で、この温度は予加熱装置７０のアウトレットにおける 洗浄水の温度に対応する。これにより、実際には図２及び図３の洗浄装置３０内 に供給される水３１と同じ温度となる。

上述の各温度は本発明法を実施するにあたっての単なる例であり、幾分かの温度 の違い、特にある程度の値の高低は、使用状況にあわせて完全に実行可能なもの である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．廃棄物の燃焼処理を伴うとともに燃焼用空気が供給されるサーマルリアクタ （１０）から排出された高温汚染ガスの処理方法であって、リアクタ（１０）か ら排出された高温ガスをフィルタ処理し、処理された高温ガスを洗浄処理した後 に大気に排出する方法において、 フィルタ処理及び洗浄処理された高温ガスと、大気から取り込まれた空気と、の 間で物質交換及び熱交換を行い、これにより、フィルタ処理及び洗浄処理された 高温ガスに含有される残存エンタルピーが、前記燃焼用空気の少なくとも１部を 構成する非常に湿潤な高浪の空気という形態を通じて循環されるようにし、比較 的乾燥したガスを、周囲の大気の温度よりもあまり高温ではない温度にて大気に 排出することを特徴とする方法。 ２．外部に排出される前に処理を受けた水は、洗浄処理に用いられることを特徴 とする請求項１記載の方法。 ３．前記洗浄処理後にリアクタ（１０）の周辺に設けられた加熱ネットワークを 用いた熱交換によって熱回収処理がなされた水は、洗浄処理に用いられることを 特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記洗浄処理においては、その洗浄処理前に既に洗浄処理に用いられた洗浄 水と熱交換することにより洗浄処理前に予加熱処理がなされた水を用いることを 特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５．既に洗浄処理に用いられた洗浄水と熱交換することで予加熱され、かつリア クタ（１０）周辺に設けられた加熱ネットワークを用いた熱交換よって既に第一 の熱回収処理に用いられている循環された水を、洗浄処理に用いることを特徴と する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６．フィルタ処理された高温ガスの洗浄処理と、フィルタ処理及び洗浄処理され た高温ガスと大気から取り入れられた空気との間での物質及び熱交換処理と、の 両処理を結合して一体化したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記 載の方法。 ７．大気から取り入れられた空気は第１エンクロージャ（１５６）内に取り込ま れ、前記第１エンクロージャ（１５６）内に取り込まれた前記空気は、前記第１ エンクロージャ内の前記空気の予加熱に伴って、前記第１エンクロージャ内に導 入される予加熱された水を用いて温潤化されるとともに、 前記第１エンクロージャ（１５６）内の水蒸気によってその重量が増加した加熱 された空気はサーマルリアクタ（１０）の燃焼用空気として用いられ、 第２エンクロージャ（１５７）内には、前記フィルタ処理された高温ガスが、そ のガス内に含有される水蒸気の洗浄及び凝集処理を行うために供給され、 第１エンクロージャ（１５６）内の空気の洗浄に用いられて冷却された水は第２ エンクロージャ（１５７）内に供給されて、前記第２エンクロージャ（１５７） 内の前記フィルタ処理された高温ガスの洗浄水となり、 第２エンクロージャ（１５７）からは、第一の生成物として比較的乾燥していて 大気に放出される燃焼ガスが得られ、第二の生成物として第２エンクロージャ（ １５７）で生成される水が得られ、この第二の生成物である水は、それ自身第１ エンクロージャ（１５６）内に導入されて循環され、フィルタ処理された高温ガ スの洗浄処理と、フィルタ処理された高温ガスと大気から取り込まれた空気との 間の熱交換処理と、の両処理が結合されて一体化されるとともに、 前記両処理の一体化は、第１エンクロージャ（１５６）内で大気から取り入れた 空気に対して洗浄一蒸発処理を行い、第２エンクロージャ内でフィルタ処理され た燃焼ガスに洗浄一凝集処理を行うことでなされることを特徴とする請求項６記 載の方法。 ８．洗浄処理がなされるフィルタ処理された高温ガスの温度は２００〜３００（ ℃）程度、大気から取り入れた空気の温度は１５〜２５（℃）程度、洗浄処理に 用いる水は４５〜５５（℃）程度の温度で供給され、洗浄処理に用いられた後の 水は、リアクタ（１０）の周辺に設置された加熱ネットワークを用いた熱交換に よる熱回収を可能とするために６５〜７５（℃）程度の温度で放出されることを 特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。