JPH09313886A

JPH09313886A - 燃焼排ガス処理装置

Info

Publication number: JPH09313886A
Application number: JP8130214A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Kataoka; 静夫片岡; Ryoji Samejima; 良二鮫島
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-09
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JP3489938B2

Abstract

(57)【要約】【課題】廃棄物の燃焼による高温排ガス中に含まれて
いる腐蝕性の強いＨＣｌおよびばいじんを低濃度まで効
率良く除去し、これによって過熱蒸気温度を高めて高効
率発電を達成することができ、同時に脱硝設備を最適の
排ガス温度域に設置して脱硝効率の向上と省エネルギー
化とを図る。【解決手段】廃棄物焼却炉１における燃焼室直後の燃
焼排ガス煙道２内にセラミックフィルター３を設けると
ともに、前記燃焼室内にアルカリ金属水酸化物の水溶液
を投入し、かつ煙道２内に、蒸気過熱器４を備えるボイ
ラ５と節炭器７と、これらボイラ５と節炭器７との間に
触媒脱硝装置６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却炉より
排出される燃焼排ガスを処理する装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】我が国における都市ごみ処理は、過去３
０年来、焼却方式によるものが主流を占めている。この
焼却方式の中でも階段式ストーカ方式，流動床方式など
が普及し、技術的に著しい進歩を遂げてきた。一方、都
市ごみの性状としては、生活様式の向上や、大都市部に
おける経済活動の活発化に伴って大幅に変化し、往時の
厨芥を主体とした低発熱量のものから、プラスチック
類，紙などの増加による高発熱量のものへと変化してき
ている。

【０００３】このような都市ごみにおける質の変化と、
公害防止，地球環境問題，省エネルギー，省資源などの
社会的および経済的要請とが相俟って、都市ごみ焼却プ
ラントでは、排ガス処理および廃水処理の完備ととも
に、焼却によって発生した余剰熱エネルギーを火力発電
と同様の方式で、言い換えれば代表的にはボイラ，蒸気
タービン，発電機の組み合わせによって発電し、焼却プ
ラント場内の電力は勿論、場外への売電を実現してきて
いる。

【０００４】ただ、都市ごみ焼却プラントでの発電にお
いては、焼却排ガス中に含有する通常３００〜１５００
ｐｐｍの塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、３〜６ｇ／Ｎｍ³
含まれているばいじん中の腐蝕成分との共同腐蝕により
強烈な腐蝕を起こすことが知られている。このごみ焼却
炉における温度と腐蝕との関係を示す代表的データとし
て、図５（Ｋ，Ｆａｓｓｌｅｒ，ｅｔａｌ，“Ｋｏｒ
ｒｏｓｉｏｎａｎＭｕｌｌｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓ
ｋｅｓｓｅｌｎ”，ＭＩＴＴＥＬＵＮＧＥＮＤＥＲ
ＶＧＢ４８ＨｅｆｔＡｐｒｉｌ（１９６８））
に示されるものがある。このデータから明らかなよう
に、管壁温度が１５０℃以下で低温腐蝕が起こり、３２
０℃以上で高温腐蝕が起こる。この腐蝕を避けるため
に、我が国では、都市ごみ焼却プラントでの廃熱ボイラ
は、２７０℃，２５ｋｇ／ｃｍ²付近が採用されてき
た。このため、発電効率は１０〜１３％程度に留まり、
最近の事業用火力発電所の発電効率４０％には遠く及ば
ない。

【０００５】勿論、都市ごみ焼却プラントにおける発電
効率を高めるための工夫はいろいろと行われている。例
えば過熱蒸気管の材質を耐蝕性の高いものにして過熱蒸
気温度を４００℃〜４３５℃まで高めることや、腐蝕原
因物質であるＨＣｌガスを中和するために炉内にＮａ₂
ＣＯ₃やＣａＣＯ₃等のアルカリ剤を噴霧することや、
同じく腐蝕原因物質であるばいじんをより少なくする
か、あるいは蒸気管壁に付着しにくくするための燃焼技
術の改善や、ボイラ構造の改善などの努力である。ま
た、最も腐蝕を起こし易い過熱蒸気管を消耗部品として
交換し易くしたり、同管の外部にキャスタブル耐熱材を
被覆するという提案もある。しかし、いずれの対策にお
いても、根本的に腐蝕を防止することができなかった
り、建設費や維持費が高価なものになるという問題点が
ある。

【０００６】一方、都市ごみ焼却炉の排ガス中には１０
０〜１５０ｐｐｍの窒素酸化物（ＮＯ_x）が含まれてお
り、環境対策上その窒素酸化物を１００ｐｐｍ未満に抑
えることが普及してきており、このために燃焼排ガス煙
道内に脱硝設備が設けられる。この脱硝方法としては、
無触媒還元法，低酸素燃焼制御法等があるが、最近、高
除去率が要求される場合には、触媒使用による選択接触
還元法が用いられるようになっている。この触媒使用の
場合には、閉塞もしくは被毒を避けるために、前記脱硝
設備は、乾式ＨＣｌ除去，バグフィルター等によるばい
じん除去もしくは湿式ガス洗浄の後に設置され、この脱
硝設備における触媒の能力を発揮させるために排ガスの
再加熱が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、事業用
火力発電所に比べて都市ごみ焼却炉での発電効率が低い
のは、都市ごみの焼却によって生じる排ガス中に腐蝕性
物質であるＨＣｌやばいじんが含まれており、腐蝕性の
最も著しい温度範囲が３２０℃〜７００℃の範囲であっ
て、高効率発電のために必要な過熱蒸気温度をこの温度
範囲に選ぶことができないからである。

【０００８】腐蝕性物質の中でも特に問題となるＨＣｌ
ガスは、排ガスの低温領域では除去技術が確立されてい
るが、高温領域においては腐蝕を起こさない程度にまで
予め除去する技術は未だ確立されていないのが実情であ
る。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、廃棄物の燃焼による高温排ガス中に含まれて
いる腐蝕性の強いＨＣｌおよびばいじんを低濃度まで効
率良く除去することができ、これによって過熱蒸気温度
を高めて高効率発電を達成することができ、同時に脱硝
設備を最適の排ガス温度域に設置して脱硝効率の向上と
省エネルギー化とを図ることのできる燃焼排ガス処理装
置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述の
目的を達成するために、本発明による燃焼排ガス処理装
置は、廃棄物焼却炉における燃焼室直後の燃焼排ガス煙
道内にセラミックフィルターを設けることを特徴とする
ものである。

【００１１】本発明においては、廃棄物焼却炉における
燃焼室で発生した高温排ガス中に含まれている腐蝕性の
強いＨＣｌおよびばいじんをセラミックフィルターによ
って高温状態のまま除去することができる。したがっ
て、このセラミックフィルターを通過後の高温ガス中に
はもはやボイラの過熱器を激しく腐蝕させる腐蝕成分が
除かれているので、高効率発電を行えるような高温，高
圧の過熱蒸気を発生させることができる。

【００１２】また、触媒を使用する脱硝設備を、ボイラ
の後方で触媒の性能を発揮し易い排ガス温度領域で、か
つ触媒被毒の原因となるＳＯ_xを除去した後に設置する
ことができる。

【００１３】さらに、セラミックフィルターによってＨ
Ｃｌおよびばいじんが除去されるので、通常必要とされ
る排ガス処理設備、例えば電気集塵器，バグフィルター
もしくは湿式・乾式のＨＣｌ除去装置などを必要とせ
ず、たとえ高度の処理のために必要とする場合でもその
負荷を著しく軽減することができる。

【００１４】本発明においては、前記燃焼室内にアルカ
リ金属水酸化物の水溶液を投入するのが好ましい。この
アルカリ金属水酸化物の代表的なものとして例えば苛性
ソーダ水溶液を燃焼室内に噴射すると、高温状態のま
ま、ＨＣｌをＮａＣｌに、ＳＯ _xをＮａ₂ＳＯ₄に転化
させ、次いでそれらＮａＣｌ，Ｎａ₂ＳＯ₄をばいじん
と共にセラミックフィルターを通して高温状態のまま濾
過することができる。また、高度の脱硝が要求される場
合に、触媒使用による選択接触還元脱硝装置が設置され
るが、この場合、アルカリ金属水酸化物の投入によっ
て、ＮＯ_x値が約３０パーセント低減できて脱硝装置を
小型化し得るとともに、この脱硝装置をボイラ直後の排
ガス温度約３００℃のゾーンに設置することができるの
で排ガス再加熱を行うことなしに触媒の最高性能を発揮
することができる。

【００１５】また、前記煙道内に、蒸気過熱器を備える
ボイラと節炭器とを設けるとともに、これらボイラと節
炭器との間に触媒脱硝装置を設けるのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明による燃焼排ガス処
理装置の具体的実施例につき、図面を参照しつつ説明す
る。

【００１７】図１に、本発明の一実施例に係る燃焼排ガ
ス処理装置の全体構成図が示されている。本実施例は、
都市ごみを焼却する廃棄物焼却炉１に適用されるもので
ある。この都市ごみの中には種々の形で塩素化合物が含
まれている。この塩素化合物の代表的なものとして、ポ
リ塩化ビニル（ＰＶＣ）等のプラスチック類に含まれる
有機塩素化合物と、厨芥等に含まれている塩化ナトリウ
ム（ＮａＣｌ）に代表される無機塩化化合物とがある。

【００１８】このような都市ごみを焼却炉１で焼却する
と、有機塩素化合物のほぼ全量と、無機塩素化合物の一
部とが塩化水素ガス（ＨＣｌ）の形で燃焼排ガス中に放
散する。この塩化水素ガスの濃度は、ごみの発生源によ
って異なるが、ほぼ３００〜１５００ｐｐｍであること
が知られている。このＨＣｌガスが同時に発生するばい
じんと共に共同腐蝕を起こす原因物質となる。都市ごみ
焼却炉では、臭気対策等の理由により、燃焼排ガス温度
が７５０℃以上に保たれるが、この高温排ガスより蒸気
ボイラ等で熱回収を図る場合に、図５に示されるような
管壁温度範囲において激しい腐蝕を起こすことになる。

【００１９】本実施例では、前記高温燃焼ガス中のＨＣ
ｌガスを除去するために、焼却炉１の燃焼室内の比較的
下部、好ましくはストーカ式炉の場合ストーカ上方で、
燃焼室に入るのど元付近の１か所もしくは複数か所にお
いて、アルカリ金属水酸化物、最も好ましくは苛性ソー
ダ（ＮａＯＨ）の１〜３パーセント水溶液が噴射され
る。

【００２０】こうして噴射された苛性ソーダ水溶液は、
高温により水分を蒸発させつつ燃焼ガス中のＨＣｌガス
と化学反応してＮａＣｌとなる。このＮａＣｌは高温状
態ではその一部が再びＨＣｌガスとなるが、その量は極
めて少ない。ここで加えるべき苛性ソーダの量は、ガス
中のＨＣｌの量に対して当量程度であることが最も好ま
しい。本発明者らが実燃焼炉において実施したテストに
よれば、ＮａＯＨの２％水溶液をＨＣｌに対して当量だ
け投入し、ＨＣｌの９０パーセントをＮａＣｌに転換
し、余剰のＮａＯＨによってＮＯ_xの約３０％およびＳ
Ｏ_xの約６０〜７０％を同時に低減できることが確認さ
れた。このことから、投入されたＮａＯＨはＨＣｌに対
してのみならず、他のＮＯ_xやＳＯ_xのような酸性物質
にも有効に作用し、消費されていることがわかる。この
ことは、後述の脱硝装置６および排ガス処理設備８の負
担軽減にも役立つものである。

【００２１】前述のようなＮａＯＨの噴射によりＨＣｌ
の大部分がＮａＣｌに転換され、ばいじんを含む高温の
燃焼排ガスは煙道２に入る。この煙道２の最上流部には
セラミックフィルター（高温フィルター）３が設置され
ており、このセラミックフィルター３により高温状態の
まま、ＨＣｌより転化されたＮａＣｌおよびＳＯ_xより
転化されたＮａ₂ＳＯ₄がばいじんと共に濾過される。

【００２２】このセラミックフィルター３の具体例が図
２，図３に示されている。ここで、図２はセラミックフ
ィルター３のアセンブリーの模式図であり、図３はフィ
ルター管の部分拡大図である。図示のように、このセラ
ミックフィルター３においては、耐熱材で内面を覆われ
た円筒型もしくは角柱型容器で構成されるシェル３１内
の上下にそれぞれ隔壁３２，３２が設けられ、これら隔
壁３２，３２間に多数本のフィルター管３３が千鳥状も
しくは碁盤目状に懸け渡され、一側部にガス入口３４
が、上下にガス出口３５，３５がそれぞれ設けられてい
て、全体としてシェルアンドチューブ式熱交換器の如き
形状とされている。なお、必要に応じ邪魔板が設けられ
る。また、前記フィルター管３３の配置は縦型であって
も、横型であっても良い。また、出口３５はフィルター
管３３の両側にあっても良く、片方を盲にして片側だけ
にあっても良い。

【００２３】図３に示されているように、前記フィルタ
ー管３３は、通常、円筒形状とされるとともに、多孔性
のセラミックで構成される。一例として、このフィルタ
ー管３３の外径を１００ｍｍ，厚さを１０ｍｍとするこ
とができる。また、高温排ガス温度が通常７５０℃〜８
００℃であることから、セラミックの耐熱性としては１
０００℃程度であれば良い。さらに、孔径はばいじんの
粒度からみて３μ程度であれば良く、濾過速度を０．５
〜１．５ｍ／ｍｉｎとすることによって、ばいじんを３
〜６ｇ／Ｎｍ³から１０〜５０ｍｇ／Ｎｍ³以下に落と
すことができる。なお、通常、高温排ガスはフィルター
管３３の管外面より内面に通過させる。

【００２４】このように構成されるセラミックフィルタ
ー３において、ＮａＣｌおよびばいじんを含む高温燃焼
排ガスは入口３４よりシェル３１に入り、高温排ガス中
の気体成分（Ｎ₂，Ｏ₂，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏおよびその他
少量・微量成分ガス体）はフィルター管３３を経て出口
３５が出る。このとき、固体のＮａＣｌおよびばいじん
はフィルター管３３を通過することができず、このフィ
ルター管３３の外部に付着するか、あるいは下方に落下
する。

【００２５】前記フィルター管３３は使用中にばいじん
が外壁に滞留して目詰まりを起こすことがあるので、清
浄な排ガスもしくは空気で逆洗することが必要である。
また、この逆洗作業のために、フィルターアセンブリー
は２個もしくはそれ以上を並列設置し、１個の逆洗中に
他を運転するようにするのが良い。

【００２６】このようにしてセラミックフィルター３を
通過して清浄になった排ガスは、７５０℃〜８００℃の
高温を保持し、ばいじん量が１０〜５０ｍｇ／Ｎｍ³と
なり、ＨＣｌガスは既に９０％以上がＮａＣｌに転化し
ているので、例えば当初１０００ｐｐｍレベルの排ガス
の場合でも、１００ｐｐｍ以下のレベルに低下してい
る。この含有レベルでは、もはやＨＣｌガスとばいじん
との共同腐蝕も激しいものではない。したがって、この
セラミックフィルター３の後流側にボイラ５の過熱器
（スーパーヒーター）４を配置することにより５００℃
レベルの高温高圧の過熱蒸気を発生させることができ
る。こうして、タービンおよび発電機よりなる発電設備
１０による高効率発電（発電効率２０〜４０％レベル）
を実現することができる。

【００２７】この過熱器４を通過後の排ガスはボイラ５
に入り、３００℃レベルまでその温度を下げる。この排
ガスは過熱器４の中は勿論のこと、ボイラ５内において
も清浄であるため、腐蝕もしくはばいじん付着の不具合
が大幅に軽減される。

【００２８】次に、このボイラ５を出た３００℃レベル
の排ガスは脱硝装置６に入る。この脱硝装置６は、触媒
毒となるＳＯ_xおよびばいじん成分が少ないことと、触
媒が最も効果的にその能力を発揮し得る３００℃レベル
の排ガス温度であることから、高度脱硝のための触媒使
用による選択接触還元脱硝装置を設置する場合に特に効
果的である。したがって、従来のように排ガス処理装置
の末尾に設け、しかもガス再加熱の必要がない。また、
ＮａＯＨを焼却炉１の燃焼室へ投入したことにより、Ｎ
Ｏ_x値は通常の１００〜１５０ｐｐｍレベルより約３０
％低減され、６０〜９０ｐｐｍレベルとなっているの
で、従来に比べて脱硝装置を小型化することができる。
この脱硝装置６をボイラ５の直後に配置し得るのも、本
発明の大きな特徴である。

【００２９】この脱硝装置６から出た排ガスはなお３０
０℃レベルの温度を保持しているので、この脱硝装置６
の後流側にボイラ５の節炭器（エコノマイザー）７を設
置し、熱回収によってボイラ給水を加熱するのが良い。
また、この節炭器７を出た排ガスは、それまでの熱回収
によって２００℃レベルの温度まで低下しており、かつ
ばいじんは１０〜５０ｍｇ／Ｎｍ³まで、ＨＣｌガスは
１００ｐｐｍ以下のレベル（当初１０００ｐｐｍの排ガ
スの場合）まで低下している。この節炭器７の後流側に
は補足的に排ガス処理設備８として湿式もしくは乾式の
ＨＣｌ除去装置が設けられる。そして、この排ガス処理
設備８により処理されたガスは煙突９から大気に放出さ
れる。

【００３０】なお、本発明者らによる実機テストの結
果、ＮａＯＨの燃焼室内への投入によりダイオキシン類
の発生が抑制されることが発見されたが、高温フィルタ
部の通過速度が遅く、ダイオキシンが分解されること
と、ＨＣｌガスを除去することによって３００℃付近で
二次的に発生するダイオキシン類がないことによると考
えられる。しかし、最も厳しくダイオキシン類を抑制し
なければならない場合には、排ガス処理設備８の一つと
して活性炭等によりダイオキシン除去装置を設けること
ができる。しかし、本実施例の燃焼排ガス処理装置によ
り、プラント末尾に設けるべき排ガス処理設備８は大幅
に縮小し得るか、あるいは設置不要となる。少なくと
も、ばいじん除去装置としての例えば電気集塵器もしく
はバグフィルターは必要としない。

【００３１】本実施例においては、焼却炉１の中で７５
０℃以上に達した燃焼ガスをそのまま煙道２に排出する
ものとしたが、焼却炉１の燃焼室壁にボイラ５の一部を
構成する水冷壁を設けて熱回収を行うこともできる。た
だし、この熱回収量は、高効率発電を行うためのボイラ
５と過熱器４との関連において設計しなければならず、
また水冷壁面温度は腐蝕を起こさない２００℃〜３００
℃の範囲内になるようにしなければならない。

【００３２】本実施例において、焼却炉１は、ストーカ
式であっても、流動床式であっても、ロータリーキルン
式であっても、乾留溶融炉式であっても良い。また、廃
棄物は都市ごみに限らず、塩素化合物、特に有機塩素化
合物を含有する各種産業廃棄物（固体，液体）であって
も良い。

【００３３】本実施例においては、燃焼室内に投入する
アルカリ金属水酸化物水溶液としてＮａＯＨ（苛性ソー
ダ）を用いるものを説明したが、このＮａＯＨのみなら
ず、ＫＯＨ，Ｍｇ（ＯＨ）₂であっても良い。また、Ｎ
ａＣｌも僅かではあるが効果がある。しかしながら、技
術的および経済的にみてＮａＯＨが最も好ましい材料物
質である。ここで、ＮａＯＨの量はＨＣｌに対し当量程
度が最も好ましいが、同時にＮＯ_xおよびＳＯ_x等の酸
性物質も相当量除去し得ることから、これらＮＯ_xおよ
びＳＯ_x等の排ガス中の存在量の多寡により前記当量比
を変化させても良い。

【００３４】セラミックフィルター３の形状は、製作と
強度の許す範囲において、外径を増減させ、あるいは厚
さを増減（好ましくは減少）させても良い。また、板状
に製作してプレート型熱交換器と同様の形状としても良
い。また、本実施例では、このセラミックフィルター３
の目詰まり対策として、ガス体による逆洗について説明
したが、その他、機械的洗浄，液体洗浄，表面活性剤溶
液による洗浄を単独または併用して使用しても良い。さ
らに、このセラミックフィルター３のアセンブリーとし
ては、並列配置と直列配置との併用、例えば一次フィル
ターと二次フィルターを直列とし、目詰まりを起こしや
すい一次フィルターを並列配置するなどの変形例が可能
である。また、ブロック区分したフィルター装置を採用
することもできる。

【００３５】本実施例において、ボイラ５の形式として
は、自然循環式，強制循環式もしくは強制貫流式のいず
れを用いても良い。

【００３６】前記脱硝装置６は、ＮＯ_x規制の厳しくな
い場合には省略したり、あるいは選択接触還元法以外の
ものを採用することができる。この後者の場合、設置場
所は、本実施例による設置場所に限定されることはな
い。

【００３７】本実施例においては、燃焼室内にアルカリ
金属水酸化物水溶液を投入するものとしたが、このアル
カリ金属水酸化物水溶液を投入せずに、セラミックフィ
ルター３のみの設置によっても一定程度の効果を期待す
ることができる。

【００３８】本実施例では、燃焼排ガスの熱エネルギー
により高効率発電を行うものとしたが、前述のようなセ
ラミックフィルター３の配置は、図４に示されるような
発電設備を有しない系に対しても有効である。ただし、
この系の場合、燃焼室内に水が噴射され、脱硝装置６に
４００℃程度の排ガスが導かれる。この脱硝装置６は温
度が高い程処理効率を向上させることができるので、こ
の系においては脱硝装置６の小型化が図れ、ランニング
コストも少なくてすむという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係る燃焼排ガス処
理装置の全体構成図である。

【図２】図２は、セラミックフィルターのアセンブリー
の模式図である。

【図３】図３（ａ）（ｂ）は、フィルター管の部分拡大
図である。

【図４】図４は、本発明の他の実施例に係る燃焼排ガス
処理装置の全体構成図である。

【図５】図５は、ごみ焼却炉における温度と腐蝕との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１廃棄物焼却炉２煙道３セラミックフィルター（高温フィルター）４過熱器（スーパーヒーター）５ボイラ６脱硝装置７節炭器（エコノマイザー）８排ガス処理設備９煙突１０発電設備３１シェル３２隔壁３３フィルター管３４ガス入口３５ガス出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物焼却炉における燃焼室直後の燃焼
排ガス煙道内にセラミックフィルターを設けることを特
徴とする燃焼排ガス処理装置。
【請求項２】前記燃焼室内にアルカリ金属水酸化物の
水溶液を投入することを特徴とする請求項１に記載の燃
焼排ガス処理装置。
【請求項３】前記煙道内に、蒸気過熱器を備えるボイ
ラと節炭器とを設けるとともに、これらボイラと節炭器
との間に触媒脱硝装置を設けることを特徴とする請求項
１または２に記載の燃焼排ガス処理装置。