JPH1170318A - 燃焼排ガス脱硝法 - Google Patents

燃焼排ガス脱硝法

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JPH1170318A
JPH1170318A JP10173675A JP17367598A JPH1170318A JP H1170318 A JPH1170318 A JP H1170318A JP 10173675 A JP10173675 A JP 10173675A JP 17367598 A JP17367598 A JP 17367598A JP H1170318 A JPH1170318 A JP H1170318A
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combustion
ammonia
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ルドルフ・フレイ
Felix Koller
フエリツクス・コラー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼排ガス、特にごみ焼却プラントにおいて
発生する排ガスの脱硝のための効率的で低コストの方法
を提案する。 【解決手段】 燃焼過程は主燃焼と後燃焼の二段階で経
過し、その際、反応温度でアンモニアを放出する還元剤
が後燃焼中の燃焼ガスに加えられ、これによって発生し
たアンモニアを含む排ガスが後燃焼後に冷却され、冷却
されたアンモニアを含む排ガスに還元剤がさらに加えら
れ、次いでこのように処理された排ガスが、窒素酸化物
を触媒還元するために触媒エレメント（７）に導かれ
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、請求項１のプレア
ンブルに記載の燃焼排ガス脱硝法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼排ガスを脱硝するためにアンモニア
を加えることが知られている。窒素酸化物は約８５０℃
の温度でアンモニアと反応して窒素と水が発生する。し
かしこの方法では、高い脱硝効率では高いアンモニアリ
ークが生じてしまうという欠点がある。さらなる欠点は
アンモニアの消費量が比較的多いことである。
【０００３】ドイツ特許第３６３４３６０Ｃ２号からも
う一つの燃焼排ガス脱硝法が知られている。この方法で
は、排ガスを、ＮＨ3、アンモニアを含む物質、アミ
ン、またはアミンを含む物質と混合し、次いで１５０〜
６００℃の温度で、セラミック担体材料からなり窒素酸
化物還元の触媒反応を起こさせる触媒効果のある物質を
有する少なくとも一つのフィルタエレメントを通過させ
る。これは例えばごみ焼却において発生する排ガスのよ
うに燃焼排ガスに含まれる有害物質が多い場合には、こ
の方法は利用できず、あるいは触媒の寿命が非常に限ら
れていることを承知の上でしか利用できない。この種の
方法の運用は概して可能であっても、非常にコスト高に
なる。この方法のもう一つの欠点は、触媒の表面が６０
０℃の高い温度になるため、多量のダイオキシンが発生
することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃焼
排ガス脱硝のための効率的で低コストの方法を提案する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載の特徴を有する方法によって解決される。従属請求
項２から１０は、この方法の別の有利な実施形態に関す
るものである。
【０００６】この課題は特に、反応温度でアンモニアを
放出する還元剤を後燃焼（ポストコンバッション）中の
燃焼ガスに加え、アンモニアを含む排ガスを後燃焼後に
冷却し、冷却されたアンモニアを含む排ガスに還元剤を
さらに加え、次にこのように処理した排ガスを触媒エレ
メントに導いて、窒素酸化物を触媒還元させるという、
燃焼排ガス、特にごみ焼却プラントにおいて発生する排
ガスの脱硝方法によって解決される。
【０００７】この課題は、火格子の上で焼却することに
よって発生する燃焼排ガス、特にごみ焼却プラントにお
いて発生する排ガスの脱硝のための方法であって、燃焼
過程が主燃焼ならびに後燃焼の二段階で経過し、アンモ
ニアであるかまたは反応温度でアンモニアを放出する還
元剤が後燃焼中の燃焼排ガスに加えられ、これによって
発生したアンモニアを含む排ガスが後燃焼後に冷却さ
れ、冷却されたアンモニアを含む排ガスに還元剤がさら
に加えられ、このように処理された燃焼排ガスが、次い
で触媒エレメントに導かれて、残留窒素酸化物を触媒還
元させる方法によって解決される。
【０００８】この課題は二段階法によって解決される。
第一ステップでは、後燃焼中の燃焼ガスまたは燃焼排ガ
スに還元剤が加えられ、この場合、アンモニアと窒素酸
化物は例えば約８５０℃±５０℃の温度で反応して窒素
と水が発生する。冷却後に、この排ガスに第二ステップ
で還元剤が再度加えられ、次にこのように処理された排
ガスは触媒エレメントに導かれる。第一ステップでは粗
脱硝が行われ、第二ステップでは精脱硝が行われる。こ
の方法の利点は、排ガスが触媒エレメントの後に例えば
３０ｐｐｍ以下のわずかな量の窒素酸化物しか含まず、
またアンモニアの残留リークが例えば１０ｍｇＮＨ3／
ｍ3以下とわずかであることである。
【０００９】本発明による方法は、触媒が長い期間にわ
たって機能することができ、したがって触媒を交替する
必要がなく、このため低コストで、触媒の観点からは排
ガス浄化設備の連続運転が可能になるという利点を有す
る。
【００１０】有利な一実施形態では、触媒エレメントは
さらにフィルタエレメントを含み、その際に、例えば刊
行物ドイツ特許第３６３４３６０Ｃ２号から知られるよ
うに、これらの両エレメントを触媒物質を有するフィル
タエレメントとして形成することもできる。有利な一実
施形態では、フィルタエレメントとして触媒フィルタカ
ートリッジが利用される。
【００１１】本発明による方法のさらに一つの利点は、
触媒フィルタすなわち触媒フィルタカートリッジを比較
的小型でコンパクトな構造に形成できることである。知
られているように、触媒の効力は時間とともに低下す
る。脱硝のためにもっぱら触媒を利用するプラントにお
いては、触媒は例えば二年の運転期間で設計され、した
がって、計画された運転期間の終わりが近づいてもなお
十分に高い脱硝率を達成するためには、これに応じて大
きくなければならない。これまでの触媒は大きな予備容
量を必要とし、したがってこれは大型となり、それに応
じて高価な構成となっていた。本発明による方法のさら
に一つの利点は、触媒の効力が低下したときには、より
多くのアンモニアが噴射される強化された非触媒式脱硝
を実施することによって、触媒の寿命が長くなることで
ある。これによって、触媒の交替を先へ延ばすことが可
能になる。
【００１２】本発明による方法は、煙道ガス温度が変化
しても最適脱硝が保証されるという、さらなる利点を有
する。ボイラの後の煙道ガスの温度がボイラの汚れによ
って異なることが知られている。掃除したボイラでは、
汚れたボイラよりも多くの熱が煙道ガスから奪われる。
煙道ガスの温度は触媒の転換率に影響を与える。非触媒
式脱硝により、煙道ガス温度による触媒の転換率の変化
が触媒による脱硝に及ぼす影響はごくわずかである。
【００１３】したがって、非触媒式脱硝と触媒式脱硝と
を組み合せる本発明の方法は、以下の利点を有する。
【００１４】触媒フィルタを小型でコンパクトな構造に
することができる。
【００１５】非触媒式脱硝を高めることにより触媒の効
力低下を補償して、触媒の寿命を延ばすことが可能であ
る。
【００１６】煙道ガス温度の変化が触媒の転換率に及ぼ
す影響が少ない。
【００１７】脱硝全体が低コストで実現される。
【００１８】触媒フィルタカートリッジの利用は、同じ
設備で同じステップで除じんと煙道ガスの脱硝が行われ
るという利点を有する。
【００１９】本発明による方法のさらに一つの利点は、
ダイオキシンの形成が少ないことである。一方では、排
ガスへのアンモニアの噴射によって排ガスならびにフラ
イアッシュ中でのダイオキシンの形成が抑えられる。さ
らに既存のフィルタエレメントでダストの分離が比較的
低い温度で行われるので、分離されたダスト中にダイオ
キシンはほとんど形成されない。また、触媒作用のある
フィルタはダイオキシンを破壊する。触媒エレメントの
後に続く湿式排ガス浄化前またはその実施中の活性炭添
加による残留物吸着によって、場合によってはまだ存在
するダイオキシンがさらに除去される。このため、本発
明による方法によって浄化されるごみ焼却の排ガスにお
けるダイオキシンは極くわずかである。
【００２０】本発明による方法のさらに一つの利点は、
純粋な非触媒式方法（ＳＮＣＲ法）と比べて排ガスの脱
硝のために必要なアンモニアの量が少ないことである。
非触媒式方法（ＳＮＣＲ法）では、窒素酸化物の大部分
を還元するために常に過剰のアンモニアが必要である。
一定のアンモニアリークは避けられない。
【００２１】還元剤として、アンモニアの他に、アンモ
ニアを含む物質またはアミン、溶解したアンモニウム塩
または塩化アンモニウム溶液も適している。アンモニア
はガス状または水溶液、特に液滴状で排ガス中に供給す
ることができる。
【００２２】本方法の有利な一実施形態においては、還
元剤の添加は、総括的にアンモニア消費量とアンモニア
リーク量が最小になるように調整する。これは環境負荷
に関して最適の脱硝である。
【００２３】本方法の有利な一実施形態においては、最
後の痕跡量の塩素化芳香族化合物または金属水銀を吸収
するために、排ガスには触媒エレメントの後に活性炭が
添加される。
【００２４】本方法のさらに一つの有利な実施形態にお
いては、ＳＯ2やＨＣｌなどの酸性の有害物質を除去す
るために、排ガスは触媒エレメントの後に湿式排ガス浄
化を受ける。
【００２５】本発明による方法は、湿式排ガス浄化から
出た後に排ガスが、例えばドイツ１７．ＢｌｍＳｃｈに
指定された値など排出値に関する国内規定を満たし、し
たがって、例えば吸着剤を加えた網フィルタまたはコー
クス固定床として形成される、従来は必要であった後浄
化段階を必要とせずに、排ガスを煙突から放出すること
ができるという利点を有する。本発明による方法を図１
に概略的に図示した実施例に関して詳細に説明する。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１に示すごみ利用プラント２０
は、ごみ１１を燃焼するための燃焼炉１、ならびに燃焼
炉１の後に配置された排ガス用の浄化設備を備えてい
る。空気添加の下で燃焼されるごみ１１からは燃えかす
１２ならびに燃焼排ガスＲすなわち排ガスＲが発生し、
排ガスＲはさまざまな段階を経て管路６を通じて煙突１
０に導かれ、煙突１０は浄化された排ガスＲを清浄ガス
Ｒｅとして大気中に排出する。
【００２７】排ガスＲは、燃焼炉１の後に後燃焼室２に
導かれ、ここで、排ガスＲの非触媒式脱硝のために、ア
ンモニアまたはアンモニア分解化合物およびアンモニア
を含む物質、アミンまたはアミンを含む物質といった還
元剤が噴射される。還元剤は送り管１３ａ、１３ｂ、１
３ｃを通じてそれぞれの箇所で後燃焼室２中に噴射され
る。そこでの排ガスの温度は７００〜９００℃、好まし
くは約８５０℃である。送り管１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
は後燃焼室２のさまざまな箇所に配置されており、温度
測定装置３が後燃焼室２の中の温度を把握し、図示され
ていない制御装置が還元剤の添加を、還元剤が好ましい
温度範囲で噴射されるように、さまざまな箇所に配置さ
れた送り管１３ａ、１３ｂ、１３ｃに導く。
【００２８】後燃焼室２は、その中に排ガスＲが合計約
２秒間留まるように設計されている。
【００２９】この非触媒式脱硝の後に、排ガスＲはボイ
ラ４中に導かれ、そこで３５０℃以下、好ましくは２０
０〜３５０℃の温度に冷却される。さらに、ボイラ４内
の排ガスＲに送り管１４を通じて還元剤が再度噴射さ
れ、ここでは噴射ノズルは、噴射位置における排ガスの
温度が各運転状態で８５０℃以下になるようにボイラ４
中に配置されている。排ガスＲはボイラ４の後に触媒エ
レメント７に導かれるが、触媒エレメント７は、セラミ
ック担体材料でできたフィルタカートリッジ７ａを有す
るフィルタエレメント７ｂを含み、フィルタカートリッ
ジ７ａは、窒素酸化物の触媒還元反応を起こす触媒活性
物質で被覆されている。触媒作用のある物質として、原
子番号２３〜３０の元素ならびにタングステンまたはモ
リブデンの酸化物と塩が使用される。これらのフィルタ
７ｂ付き触媒エレメント７は除じんを可能にし、排ガス
Ｒ中にはアンモニアが存在するので排ガスＲの脱硝を可
能にする。さらに、触媒エレメント７では例えばＰＣＤ
Ｄなどのガス状ポリ塩化芳香族化合物の破壊が起こる。
【００３０】触媒エレメント７は、いわゆるハイダスト
法において排ガスＲが事前の除じんを行うことなく触媒
エレメント７を通過するように、フィルタ作用なしに形
成することもできる。この場合、触媒エレメントは、詰
まりを防止するため、排ガスＲ用の相応に広い自由流路
を有するように形成する必要がある。
【００３１】触媒エレメント７の後には、排ガスＲにな
お残っている熱を排出して排ガスＲを１６０℃にまで冷
却する、除熱設備８を連結することができる。これに続
いて、排ガスＲ中に含まれるＳＯ2やＨＣｌなどの酸性
の有害物質を吸収する湿式排ガス浄化設備９が連結され
ている。最後の痕跡量の塩素化芳香族化合物または金属
水銀を吸収するために、送り管１６ａ、１６ｂを通じて
活性炭を排ガス流Ｒまたは湿式排ガス浄化設備９中に直
接吹き込むことが有利である。
【００３２】噴射投入されるアンモニアの量は、さまざ
まな方法で調整することができる。噴射投入は例えば次
のように行うことができる。すなわち、測定装置５で測
定して排ガスＲの窒素酸化物含有量が約１００ｐｐｍに
なる部分脱硝が達成されるようなアンモニアの量を、送
り管１３を通じて噴射投入する。後燃焼室２における温
度分布が測定され、アンモニアは該当する連結部を通じ
て三本の送り管１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうちの一本に
その位置で噴射投入される。ここの温度は８５０±５０
℃の最適温度に最も近い。さらに、後燃焼室２へのアン
モニア添加は、後燃焼室２の粗ガス中のＮＯ含有量に関
して最高１．５±０．５倍のアンモニアが噴射投入され
るように制限される。この制限は、最大アンモニア量と
して固定することもでき、また後燃焼室２における温度
測定に依存して行うこともできる。
【００３３】送り管１４による第二アンモニア添加によ
って、触媒エレメント７の前の排ガス中のアンモニア含
有量は、触媒エレメント７の前の排ガスが測定装置５で
測定して窒素酸化物に関して化学量論的アンモニア量を
有するまでに高まる。アンモニアリークを最小限にする
ために、化学量論比を１以下、例えば化学量論量の０．
６６倍にすることもできる。
【００３４】このような調整コンセプトによって、残留
アンモニアリークが１０ｍｇＮＨ3／ｍ3以下の場合に例
えば３０ｐｐｍＮＯ以下の排ガスＲの残留脱硝を達成す
ることができる。
【００３５】送り管１４を介する第二のアンモニア噴射
投入部を、測定装置５の後に配置することもできる。
【００３６】還元剤の添加をさらに制御するために、図
示した測定装置５と並べて、アンモニアと窒素酸化物の
濃度を測定するためのさらなる測定装置を、例えば後燃
焼室２中に配置することができる。
【００３７】それと並べて、例えば触媒効率の低下を後
燃焼室２中における脱硝の向上によって補償するため
に、通常は煙突の手前に配置される排出測定部を利用す
ることができる。
【００３８】さらなる一実施形態では、触媒フィルタ７
の手前で、煙道ガスＲに、矢印１７で示すように乾式吸
収剤が供給される。吸収剤としては、アルカリ、アルカ
リ化合物、または例えばアルカリ土類化合物などのアル
カリ吸収剤が適している。この実施形態では、触媒フィ
ルタ７を、例えば刊行物欧州特許公開第４７６３００Ａ
１号から知られるような内部ダスト循環を伴うフィルタ
として形成することが特に有利である。触媒フィルタ７
では下記のプロセスが経過する。
【００３９】煙道ガスＲの除じん、触媒による煙道ガス
Ｒの残留脱硝、ＣａＯまたはＮａＨＣＯ3などのアルカ
リ吸収剤による、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳＯ2などの煙道ガス
Ｒ中の酸性成分の吸収、例えば脱硫用に使用される活性
炭による水銀およびダイオキシンの吸着。
【００４０】したがって、煙道ガスＲを非常に低コスト
の方法で徹底して浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の実施例を概略的に示す図で
ある。
【符号の説明】
Ｒ 排ガス、煙道ガス Ｒｅ 清浄ガス １ 燃焼炉 ２ 後燃焼室 ３ 温度測定装置 ４ ボイラ ５ 測定装置 ６ 管路 ７ 触媒エレメント ７ａ フィルタカートリッジ ７ｂ フィルタエレメント ８ 熱除去設備 ９ 湿式排ガス浄化設備 １０ 煙突 １１ ごみ １２ 燃えかす １３、１４、１６ 送り管 ２０ ゴミ利用プラント

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 火格子の上で焼却することによって発生
    する燃焼排ガス、特にごみ焼却プラントにおいて発生す
    る排ガスの脱硝のための方法であって、燃焼過程が主燃
    焼ならびに後燃焼の二段階で経過し、アンモニアである
    かまたは反応温度でアンモニアを放出する還元剤が後燃
    焼中の燃焼排ガスに加えられ、これによって発生したア
    ンモニアを含む排ガスが後燃焼後に冷却され、冷却され
    たアンモニアを含む排ガスに還元剤がさらに加えられ、
    このように処理された燃焼排ガスが、次いで触媒エレメ
    ント（７）に導かれて残留窒素酸化物を触媒還元させる
    方法。
  2. 【請求項２】 触媒エレメント（７）はさらにフィルタ
    エレメント（７ｂ）を含み、これによって排ガスは除じ
    んされ、これらのエレメント（７、７ｂ）は特に触媒フ
    ィルタカートリッジとして形成されていることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 還元剤が窒素酸化物に対して最大二倍の
    化学量論量で後燃焼過程に添加されることを特徴とする
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 還元剤が７００〜９００℃、特に約８５
    ０℃の燃焼ガス温度で、後燃焼過程に供給されることを
    特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 触媒エレメント（７）の直前の排ガスが
    窒素酸化物に関連して最大一倍の化学量論量、特に最高
    ０．６６倍の化学量論量のアンモニアを有するような量
    で、還元剤が供給されることを特徴とする請求項１から
    ４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 排ガスが、フィルタ入口において３５０
    ℃以下の温度、特に２００〜３５０℃間の温度を示すよ
    うに冷却されることを特徴とする請求項１から５のいず
    れか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 触媒エレメント（７）の後で排ガスに活
    性炭が添加されることを特徴とする請求項１から６のい
    ずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 触媒エレメント（７）の後で排ガスが湿
    式排ガス浄化を受けることを特徴とする請求項１から７
    のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 アンモニアが還元剤として適用され、ガ
    ス状または水溶液、好ましくは液滴状で供給されること
    を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 触媒エレメント（７）の前で排ガスに
    アルカリ吸収剤が添加されることを特徴とする請求項１
    から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれか一項に記
    載の方法によって運転される排ガス浄化プラント、特に
    ごみ焼却プラント。
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