JPH08103627A - 無触媒脱硝装置及び無触媒脱硝方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ごみ焼却炉の排ガス温度を脱硝に適した温度
範囲に保つことができ、しかも、高効率の無触媒脱硝が
できる。 【構成】 脱硝剤供給配管３４を冷却水供給配管２７に
接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ごみ焼却炉等の燃焼排
ガスの処理方法に係り、特に脱硝触媒を使用せずに窒素
酸化物（以下、ＮＯｘと記述する）の排出量を低減する
無触媒脱硝装置及び無触媒脱硝方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題がクローズアップされて
いるが、ごみ焼却炉に関しても例外ではなく、排ガス、
焼却灰等、各種排出物の規制が厳しくなってきた。これ
に伴い、よりクリーンなごみ焼却を実現するための技術
開発が行われている。

【０００３】公害成分のひとつであるＮＯｘを低減でき
る簡便な方法として、アンモニアあるいは尿素などの脱
硝剤を高温の燃焼ガス中に吹き込み、下記の反応により
ＮＯｘを還元する無触媒脱硝方法が知られている。

【０００４】ＣＯ（ＮＨ₂）₂＋２ＮＯ＋１／２Ｏ₂→２
Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ 従来技術による無触媒脱硝方法を適用した流動層式ごみ
焼却炉の系統を図２に示す。

【０００５】ごみは投入シュート１より焼却炉２の流動
層３に投入され、燃焼用空気は送風機４から空気予熱器
５、空気流量調節弁６を経て空気供給管７から流動層３
内に吹き込まれる。

【０００６】焼却炉２の空塔部８には揮発分の燃焼量に
見合った空気量を二次空気流量調節弁９、二次空気供給
管１０、三次空気流量調節弁１１、三次空気供給管１２
を経て二次空気ノズル１３、三次空気ノズル１４から二
次、三次空気が供給される。

【０００７】燃焼排ガスは、煙道１５を通じてガスクー
ラ１６に入って冷却され、空気予熱器５、ガスクーラ１
７を経てバグフィルタ１８で脱塩、脱塵処理後、誘引送
風機１９により煙突２０を通じて排煙される。煙道１５
のガスクーラ１６は焼却炉２の出口における８００〜
１，１００℃の高温燃焼ガスの排熱によって空気予熱器
５が焼損しない程度のガス温度（３００〜５００℃）に
まで冷却するものであり、ガスクーラ１７は、空気予熱
器５の出口ガス温度約３００℃を後流のバグフィルタ１
８の適正ガス温度（約２００℃）にまで冷却するための
ものである。

【０００８】こうしたごみ焼却炉２において、焼却炉２
の空塔部８の温度が高くなりすぎると、炉壁の耐火材が
劣化したり、灰が溶融して炉壁に付着したり、炉出口の
排ガス温度が高すぎて後流のガスクーラ６，１７におい
て充分な冷却ができなくなるといった様々な問題が生じ
る。そのため、冷却水噴射ノズル２１から焼却炉２の空
塔部８に水を噴射して排ガス温度の調節を行っている。
特に近年はプラスチック系のごみの増加に伴い、ごみの
発熱量が増大しており、冷却水噴射ノズル２１からの冷
却水の噴射による炉の温度調節は欠かすことのできない
ものとなっている。この冷却水は冷却水タンク２２から
冷却水流量調節弁２３、冷却水ポンプ２４で昇圧され、
冷却水流量計２５、弁２，６、冷却水配管２７からの冷
却水は冷却水吹き込み触媒ライン２８からの触媒によっ
て炉内に噴射されている。冷却水噴射ノズル２１の設置
場所は、炉の壁面あるいは炉の天井部に設置するが、い
ずれにしても、最も高温となる空塔部８の中心に向かっ
て、焼却炉２の上半分の範囲から噴射するように設置さ
れている。

【０００９】図２において、脱硝剤の水溶液を脱硝剤タ
ンク２，９から脱硝剤流量調節弁３０を経てポンプ３１
により昇圧し、脱硝剤流量計３２、弁３３、脱硝剤供給
配管３４を通じて、脱硝剤吹き込み触媒（圧縮空気ある
いはスチーム）ライン３５に合流し、焼却炉２の上部の
脱硝剤吹き込みノズル３６から、焼却炉２の空塔部８に
吹き込まれる。なお、３７はパージライン、３８は制御
弁である。

【００１０】上記の尿素、アンモニア等による無触媒脱
硝方法においては、燃焼ガスと脱硝剤との混合、反応温
度、反応のための滞留時間が高い脱硝率を得るための重
要な因子として挙げられる。

【００１１】最適温度範囲は９５０〜１，０５０℃と比
較的狭く、この温度範囲の燃焼ガス中に脱硝剤を均一に
混合するように吹き込み、数秒の滞留時間を確保する必
要がある。

【００１２】しかし、実際にごみ焼却炉で脱硝剤を吹き
込む場合、以下のような制約条件がある。

【００１３】（ａ）脱硝剤吹込位置 反応のための滞留時間を稼ぐには出来るだけ、焼却炉２
の下部に吹き込んだ方が有利である。しかし、焼却炉２
の下部には高温の火炎が存在し、脱硝剤がこの高温火炎
と接触すると、脱硝剤中の窒素が酸化されてＮＯｘが生
成されるため、火炎よりも上部に吹き込まなければなら
ない。従って、通常は炉内空塔部８での揮発分燃焼を目
的とした三次空気ノズル１４よりも、さらに上部に脱硝
剤吹き込みノズル３６を設置し脱硝剤を空塔部８に吹き
込むことになる。

【００１４】既設の焼却炉２では設計時に無触媒脱硝を
想定していない場合が多く、焼却炉２は燃焼に必要な最
小限の容積（高さ）しか持っていない。そのため、炉出
口までの滞留時間は、三次空気ノズル１４の高さからで
もせいぜい１秒程度しかない場合が多い。この程度の滞
留時間では、吹き込んだ脱硝剤と炉内ガスが充分に混合
出来ないのみでなく、脱硝反応に必要な時間も確保でき
ない。その結果、脱硝率が低くなるだけでなく、未反応
のアンモニアが多量に排出されてリークアンモニアとな
る。このリークアンモニアの一部は排煙中のＨＣ１と反
応して塩化アンモニウムとなり、これは煙突２０からの
白煙として観察され、環境に対し好ましくない排出物で
ある。

【００１５】要するに、既設のごみ焼却炉２に適用する
場合、脱硝剤の吹込位置（高さ）に制約があるため、脱
硝反応に必要な滞留時間を確保することが難しい。その
結果、高脱硝が得られない、リークアンモニア量が多
い、といった問題点がある。

【００１６】（ｂ）反応温度の維持 先に述べたように、ごみ焼却炉において、焼却炉２の空
塔部８の温度が高くなりすぎると、炉壁の耐火剤が劣化
したり、灰が溶融して炉壁に付着したり、炉出口の排ガ
ス温度が高すぎて後流のガスクーラ１６，１７において
充分な冷却ができなくなるといった様々な問題が生じ
る。そのため、冷却水噴射ノズル３６から炉内の空塔部
８に水を噴射して温度調節を行っている。この炉内冷却
水の噴射量は炉内ガス温度の高低により制御されてい
る。一方、脱硝剤水溶液吹込量はＮＯｘ濃度の高低で制
御されている。その結果、高ＮＯｘを検知し、炉内冷却
水に加えて大量の脱硝剤水溶液を吹き込んだ場合、炉上
半分の脱硝域で炉内ガス温度が下がりすぎて、脱硝に適
した温度範囲以下に下がることがあり、大量の脱硝剤を
吹き込んだにも関わらず脱硝率が低い、リークアンモニ
ア、白煙が多量に発生する、といった問題が生ずる。

【００１７】要するに、炉内冷却水に加えて脱硝剤水溶
液が炉内に噴射されるため脱硝反応の最適温度範囲より
もガス温度が低下するため、脱硝反応が進まない、とい
う問題点がある。この問題を解決する手段のひとつとし
て、炉内冷却水量の制御と脱硝剤水溶液量の制御をリン
クさせ、炉内ガス温度が所定の値となるように、炉内冷
却水量と脱硝剤水溶液量の双方をリンクさせて制御する
必要があるが制御系統が非常に複雑で実用的でない。

【００１８】（ｃ）脱硝剤供給、吹込系統のパージ 脱硝剤として尿素を使用する場合は、脱硝剤吹き込み停
止中に脱硝剤供給配管３４で尿素を析出し、放置すると
脱硝剤供給配管３４や脱硝剤吹き込みノズル３６が詰ま
ってしまう。それを防止するためパージライン３７を設
置しなければならない。

【００１９】（ｄ）脱硝剤供給系統及び吹込ノズル挿入
孔の新設 炉内冷却用の冷却水供給系統に加えて、脱硝剤供給のた
めの脱硝剤供給系統を新設する必要がある。更に、既設
炉では、耐火壁に脱硝剤吹き込み孔を新たに開けなけれ
ばならない。

【００２０】また、耐火壁は厚さ４００〜５００ｍｍも
あり、コンクリートなみの硬さであるため、ダイヤモン
ドドリル等を用いなければならず、多大の労力と費用が
かかる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来技術の
ごみ焼却炉における無触媒脱硝装置及び方法には以下に
示す欠点がある。

【００２２】（ａ）脱硝反応に適した温度域より高温域
（例えば火炎域）を避けて脱硝剤を吹き込まなければな
らないため、吹込位置（高さ）に制約があり炉内で充分
な滞留時間を稼ぐことが難しいので、焼却炉が大きくな
る。

【００２３】（ｂ）炉内冷却水とは独立に脱硝剤水溶液
を吹き込むため、場合によっては、脱硝反応域でガス温
度が下がりすぎ、脱硝率が低下する。

【００２４】（ｃ）脱硝吹込系統のパージラインが必
要。

【００２５】（ｄ）脱硝剤供給、吹込のための設備費が
高い。

【００２６】本発明はかかる従来技術の欠点を解消しよ
うとするもので、その目的とするところは、ごみ焼却炉
の排ガス温度を脱硝に適した温度範囲に保つことがで
き、しかも高効率の無触媒脱硝が得られる無触媒脱硝装
置及び無触媒脱硝方法を提供するにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、脱硝剤供給配管を冷却水供給配管に接続
したものである。

【００２８】また、脱硝剤供給配管を冷却水供給配管に
接続すると共に、冷却水、冷却水と脱硝剤、脱硝剤のパ
ージ用冷却水を順次噴霧するようにしたものである。

【００２９】

【作用】冷却水に脱硝剤を混合して吹き込むことにより
従来は排ガス温度が高すぎて脱硝域として利用できなか
ったごみ焼却炉の中心部も脱硝域として活用できるので
脱硝反応時間を稼ぐことができ、高い脱硝率を得ること
ができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。

【００３１】図１は本発明の実施例に係るごみ焼却炉の
概略構成図である。

【００３２】図１において、符号１から３０、３２から
３４、３７から３８までは従来のものと同一のものを示
す。

【００３３】このような構造において、図２に示す従来
技術のものと図１に示す実施例の異なる点は、図２のも
のにおいては冷却水配管２７と脱硝剤供給配管３４が別
々に焼却炉２へ接続されていたのに対し、図１のものに
おいては脱硝剤供給配管３４を冷却水配管２７に接続し
た点である。

【００３４】炉内温度調節用の冷却水は、冷却水タンク
２２、冷却水流量調節弁２３、冷却水ポンプ２４、冷却
水流量計２５、弁２６を経て冷却水噴射ノズル２１から
空塔部８の中心に向かって噴射される。

【００３５】脱硝剤は脱硝剤タンク２９から弁３０、脱
硝剤流量計３２、弁３３を経て冷却水噴射ノズル２１か
ら噴霧される。

【００３６】このように冷却水と脱硝剤を混合して空塔
部８へ噴霧するので、炉内中心部の温度を脱硝に適した
温度範囲に保つと同時に、高熱による耐火壁の劣化、灰
の溶融付着を防止することが出来るので高効率の脱硝を
行うことができる。

【００３７】次に、炉内温度が低いときは冷却水配管２
７からの冷却水を噴射する必要がないため、脱硝剤を供
給することはできないが、そのような燃焼状態では排出
されるＮＯｘも少ないため、実際には脱硝剤を供給する
必要はない。すなわち、図１に示すように脱硝剤供給配
管３４を冷却水配管２７に接続し、冷却水、冷却水と脱
硝剤、脱硝剤のパージ用冷却水を順次噴霧するようにし
たからである。

【００３８】つまり、炉内温度が下がった時には、炉内
への冷却水が止まるが、それに先立ち、まず脱硝剤が止
まり、逆に炉内温度が上昇した時には、必ず炉内冷却水
が先に噴射され、その後に脱硝剤が供給され、その後に
脱硝剤のパージ用冷却水が供給されるので、冷却水噴射
ノズル２１が脱硝剤で閉塞されることは防止される。

【００３９】脱硝剤として尿素を用いた場合には、脱硝
剤供給配管内の流れが止まると尿素の析出が起こり、脱
硝剤供給配管３４並びに冷却水噴射ノズル２１の閉塞が
起こる危険性があるが、本発明の実施例においては、炉
内温度冷却用の冷却水、脱硝剤と冷却水の混合溶液、脱
硝剤のパージ用冷却水の順に常に噴霧されるので、脱硝
剤供給配管３４や冷却水噴射ノズル２１が脱硝剤で詰ま
ることはなくなる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によればごみ焼却炉の排ガス温度
を脱硝に適した温度範囲に保つことができ、しかも高効
率の無触媒脱硝を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るごみ焼却炉の概略系統図
である。

【図２】従来技術のごみ焼却炉における概略系統図であ
る。

【符号の説明】

２ 焼却炉 ３ 流動層 ８ 空塔部 ２７ 冷却水配管 ３４ 脱硝剤供給配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 直機 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 上田 美喜 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 佐々木 郷紀 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層に都市ごみを投入して焼却する焼
   却炉の空塔部に冷却水を供給する冷却水供給管と脱硝剤
   を供給する脱硝剤供給配管を設け、焼却炉の排ガスを処
   理するものにおいて、 前記脱硝剤供給配管を冷却水供給配管に接続したことを
   特徴とする無触媒脱硝装置。
2. 【請求項２】 流動層に都市ごみを投入して焼却する焼
   却炉の空塔部に冷却水を供給する冷却水供給配管と脱硝
   剤を供給する脱硝剤供給配管を設け、焼却炉の排ガスを
   処理するものにおいて、 前記脱硝剤供給配管を冷却水供給配管に接続し、冷却
   水、冷却水と脱硝剤、脱硝剤のパージ用冷却水を順次噴
   霧するようにしたことを特徴とする無触媒脱硝方法。