【手続補正書】
【提出日】平成16年5月31日(2004.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  ガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法及びガス化溶融炉施設
【特許請求の範囲】
【請求項１】  ガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法において、
前記燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加し、無触媒脱硝を行なった後、更に触媒反応塔に導き、触媒脱硝を行なうことを特徴とするガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法。
【請求項２】  請求項１に記載のガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法において、
前記アンモニア又はアンモニア水又は尿素水の燃焼排ガスへの添加は、該燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる場所で行うことを特徴とするガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法。
【請求項３】  廃棄物をガス化して生成ガスを得るためのガス化炉と、該生成ガスを高温燃焼するための高温焼却炉又は溶融炉を備えたガス化溶融炉施設において、
前記高温焼却炉又は溶融炉の燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘの無触媒脱硝を行なうためにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を燃焼排ガスへ添加する添加手段と、無触媒脱硝された燃焼排ガスの触媒脱硝を行わせるための触媒反応塔を備えたことを特徴とするガス化溶融炉施設。
【請求項４】  請求項３に記載のガス化溶融炉施設において、
前記アンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段は前記燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる領域に設けることを特徴とするガス化溶融炉施設。
【請求項５】  請求項３又は４に記載のガス化溶融炉施設において、
前記無触媒脱硝を行うために、前記燃焼排ガスを下温する下温手段をさらに備えたことを特徴とするガス化溶融炉施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物或いは、バイオマス廃棄物や医療廃棄物、廃タイヤ或いはシュレッダーダスト等の自動車廃棄物等の廃棄物をガス化し、ガス化によって得られた可燃性の生成ガスを利用して高温焼却炉或いは溶融炉にて、生成ガスに同伴される未燃炭素を燃焼或いはガス化して灰或いは溶融スラグとするガス化溶融炉施設の燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘを除去するガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法及びガス化溶融炉施設に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ごみの焼却処理の大きな課題は、(1)排出される灰の減量化、(2)排ガス中のダイオキシン等の有害物質の無害化である。この課題に対する取り組みの一つとして、廃棄物をガス化炉でガス化し、得られた灰分を、溶融炉で上記ガス化炉において得られた可燃性の生成ガスの燃焼による高温で溶融し、スラグ化する技術、即ちガス化溶融技術がある。
【０００３】
図１は従来のこの種のガス化溶融炉施設の主要部構成を示す図である。図１において、１は廃棄物供給装置、２は流動層ガス化炉、３は溶融炉１次燃焼室４と溶融炉２次燃焼室５と溶融炉３次燃焼室６とからなる旋回溶融炉、７は廃熱ボイラ、８はエコノマイザ、９はバグフィルタ、１０は排ガス再加熱器、１１は触媒反応塔、１２は煙突である。
【０００４】
上記構成のガス化溶融炉施設において、廃棄物供給装置１により流動層ガス化炉２内に投入された廃棄物ａは、流動媒体（砂等）ｃが炉床下部から挿入される流動化空気ｇで流動する流動層内で熱分解・ガス化し、得られた可燃性の生成ガスｂは旋回溶融炉３に導入され、その溶融炉１次燃焼室４で燃焼用空気ｆと混合され、溶融炉２次燃焼室５で１３５０℃前後の高温で燃焼し、生成ガスｂ中に含まれるチャーを燃焼してチャーに含まれる灰分を溶融し、さらに溶融炉３次燃焼室６で燃焼用空気ｆと混合され燃焼した後、１３５０℃前後の高温の燃焼排ガスｅは廃熱ボイラ７に導入される。なお、廃棄物ａ中のガス化されない不燃物ｄは流動層ガス化炉２の流動層下部から外部に排出され、また、旋回溶融炉３で溶融した灰分は溶融スラグｈとして旋回溶融炉３から外部に排出される。
【０００５】
高温の燃焼排ガスｅは廃熱ボイラ７やエコノマイザ８を通過することにより冷却され温度が下がり、バグフィルタ９でその中に含まれる溶融飛灰等の塵が除去される。さらに排ガス再加熱器１０で触媒反応を起す適切な温度２００℃〜２１０℃に再加熱され、触媒反応塔１１で燃焼排ガスｅ中のＮＯｘやＳＯｘをアンモニアと反応させ除去し、煙突１２を通して大気中に放出する。一方、廃熱ボイラ７で得られた蒸気でタービン発電機（図示せず）を駆動し、得られた電力は当該ガス化溶融炉施設の機器の運転電源に当てることにより、施設の省エネルギーやランニングコストの低減化を図っている。
【０００６】
燃焼排ガスｅ中のＮＯｘを触媒反応塔１１で触媒反応させ除去しているが、この触媒脱硝では、通常の触媒反応塔１１の運転温度領域である２００℃程度での運転時、アンモニア濃度及びＳＯｘ濃度が高い場合、両者が下記のように反応して酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）になり、脱硝触媒の細孔を閉塞させ性能を低下させる。軽度の性能低下であれば、加熱による再生が必要となり、重度の性能低下には、湿式での再生（水洗再生）が必要になってしまうという問題がある。
ＮＨ3＋ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ4ＨＳＯ4
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ガス化溶融炉施設において触媒反応塔で触媒脱硝する前に、無触媒脱硝を行い、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニア濃度を大幅に低減させ、触媒反応塔の脱硝触媒の性能を低下させることのないガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法及びガス化溶融炉施設を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法において、燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加し、無触媒脱硝を行なった後、更に触媒反応塔に導き、触媒脱硝を行なうことを特徴とする。
【０００９】
上記のように燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加して無触媒脱硝を実施することにより、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解され除去される。また、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニアはこの無触媒脱硝での余剰アンモニアのみとなり、アンモニア濃度が大幅に低減されるから、酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生しなくなり、脱硝触媒の細孔を閉塞させその脱硝性能を低下させることはない。また、触媒反応塔を持たない無触媒脱硝のみの場合は、余剰アンモニアと塩化水素が反応して塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）となり、煙突から白煙が上がるが、ここでは余剰アンモニアを触媒反応塔で反応させるため、塩化アンモニウムによる白煙を防止できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス化溶融炉施設における燃焼排ガス処理方法において、アンモニア又はアンモニア水又は尿素水の燃焼排ガスへの添加は、該燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる場所で行うことを特徴とする。
【００１１】
上記のように温度が８００℃〜９００℃となる温度域で燃焼排ガスにアンモニア水又は尿素水を添加するので、ＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解する無触媒反応が効率よく起り、ＮＯｘが無触媒反応で効率よく除去される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、廃棄物をガス化して生成ガスを得るためのガス化炉と、該生成ガスを高温燃焼するための高温焼却炉又は溶融炉を備えたガス化溶融炉施設において、高温焼却炉又は溶融炉の燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘの無触媒脱硝を行なうためにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を燃焼排ガスへ添加する添加手段と、無触媒脱硝された燃焼排ガスの触媒脱硝を行わせるための触媒反応塔を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記のように燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘの無触媒脱硝反応が起る位置にアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段を設けたので、該添加手段から燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加することにより、無触媒脱硝反応が起り、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解され除去される。また、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニアはこの無触媒脱硝での余剰アンモニアのみとなり、アンモニア濃度が大幅に低減されるから、酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生しなくなり、脱硝触媒の細孔を閉塞させその脱硝性能が低下するのを防止できる。また、触媒反応塔を持たない無触媒脱硝のみの場合は、余剰アンモニアと塩化水素が反応して塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）となり、煙突から白煙が上がるが、ここでは余剰アンモニアを触媒反応塔で反応させるため、塩化アンモニウムによる白煙を防止できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のガス化溶融炉施設において、アンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段は燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる領域に設けることを特徴とする。
【００１５】
上記のように燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる領域にアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段を設けたので、該添加手段からアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加することにより、ＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解する無触媒反応が効率よく起り、ＮＯｘが無触媒反応で効率よく除去できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のガス化溶融炉施設において、無触媒脱硝を行うために、前記燃焼排ガスを下温する下温手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図２は本発明に係る脱硝方法を実施するガス化溶融炉施設の主要部の構成を示す図である。同図において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図２に示すように、旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６内に尿素水噴霧ノズル１７を設け、該尿素水噴霧ノズル１７から燃焼排ガスｅ中に尿素水（ＮＨ2ＣＯＮＨ2）ｊを添加（噴霧）している。旋回溶融炉３の溶融炉２次燃焼室５及び溶融炉３次燃焼室６では流動層ガス化炉２からの生成ガスｂは前述のように１３５０℃前後の高温で燃焼する。この１３５０℃の温度域は後に詳述するように、無触媒脱硝反応が効率良く起る範囲外であるので、旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６に水噴霧ノズル１６を設け、該水噴霧ノズル１６から冷却水ｉを噴霧して、１３５０℃前後の高温燃焼ガスを８００℃〜９００℃の温度域、好ましくは８５０℃（脱硝効率が最高となる温度）前後に下温している。
【００１９】
上記のように８００℃〜９００℃の温度域に下温した高温の燃焼排ガスｅに尿素水（ＮＨ2ＣＯＮＨ2）を添加することにより、ＮＯｘを無害なＮ2とＨ2Ｏに分解し除去する。その脱硝反応は、まず、ＮＨ3がＯ2の存在下でアミノラジカル〔ＮＨ2*〕になる。
ＮＨ3＋Ｏ2→ＮＨ2*＋ＨＯ2
次いで、〔ＮＨ2*〕とＮＯｘの反応によりＮＯｘをＮ2とＨ2Ｏに分解する。
ＮＨ2*＋ＮＯ→Ｎ2＋Ｈ2Ｏ
【００２０】
図３は、無触媒脱硝における脱硝温度〔℃〕と脱硝率〔％〕の関係を示す図である。図示するように、脱硝率は脱硝温度８５０℃付近が最高であり、還元剤（ＮＨ3）の添加量の増加に伴い脱硝効果も上がるが、ＮＨ3／ＮＯｘ比で１．２〜１．５以上となると、余剰アンモニアと塩化水素とが反応して塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）が発生する。
【００２１】
上記のように旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６内の燃焼排ガスに冷却水ｉを噴霧し、８００℃〜９００℃の温度域に達した燃焼排ガスｅに尿素水（ＮＨ2ＣＯＮＨ2）ｊを添加することにより、無触媒脱硝が起り、触媒反応塔１１に導入される燃焼排ガスｅ中のアンモニアは無触媒脱硝での余剰アンモニアのみとなり、アンモニア濃度が大幅に低減されるから、触媒反応塔１１内では酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生しなくなり、脱硝触媒の性能低下が避けられる。また、尿素水（ＮＨ2ＣＯＮＨ2）の取扱は簡単であるから、該尿素水を添加する場合は、構成が複雑で高価なアンモニア供給設備が不要となる。
【００２２】
上記構成のガス化溶融炉施設において、排ガス再加熱器１０で燃焼排ガスｅの温度を触媒反応塔１１の入口で２２０℃、該入口でのＳＯｘ濃度が約３０ｐｐｍでの運転時、尿素水を添加しない従来の触媒脱硝のみの場合、触媒反応塔１１の上流側でアンモニアを供給してアンモニア濃度が約１００ｐｐｍとなった場合、触媒反応塔１１で酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生して触媒反応塔１１の脱硝触媒の性能を低下させていた。同じ運転下（触媒反応塔１１の入口での温度２２０℃、ＳＯｘ濃度が約３０ｐｐｍ）において旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６内の廃熱ボイラ７に導入する前の約８５０℃の燃焼排ガスに尿素水を添加（噴霧）したところ、触媒反応塔１１の入口でのアンモニア濃度は約１０ｐｐｍとなり、酸性硫安が発生せず、脱硝触媒の性能低下が見られなかった。
【００２３】
なお、上記のように旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６内の廃熱ボイラ７に導入する前の高温燃焼ガスに水噴霧ノズル１６から冷却水ｉを噴霧して、８００℃〜９００℃の温度域まで下温させることにより、廃熱ボイラ７及びエコノマイザ８の排ガス接触部のダストの付着、溶融塩による腐食を防止する効果もある。
【００２４】
また、旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６内の廃熱ボイラ７に導入する前の高温燃焼ガスを８００℃〜９００℃の温度域まで下温させる方法には、上記冷却水ｉの噴霧の他に、例えば空気を吹き付けたり、廃熱ボイラ７以降の低温になった燃焼排ガスを吹き付ける方法などがある。また、尿素水ｊの添加場所は旋回溶融炉３の溶融炉３次燃焼室６に限定されるものではなく、旋回溶融炉３以降の燃焼排ガスｅの温度が８００℃〜９００℃、好ましくは８５０℃前後になる場所で行ってもよい。
【００２５】
上記例ではガス化溶融炉施設の燃焼排ガスｅの温度が８００℃〜９００℃、好ましくは８５０℃前後になる場所で尿素水ｊを添加し無触媒脱硝を実施する例を示したが、同温度の場所で尿素水ｊに替えてアンモニア水を添加し無触媒脱硝を実施するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加して無触媒脱硝を実施することにより、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解され除去される。また、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニアはこの無触媒脱硝での余剰アンモニアのみとなり、アンモニア濃度が大幅に低減されるから、酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生しなくなり、脱硝触媒の細孔を閉塞させ性能を低下させることはない。また、触媒反応塔を持たない無触媒脱硝のみの場合は、余剰アンモニアと塩化水素が反応して塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）となり、煙突から白煙が排出され、ここでは余剰アンモニアを触媒反応塔で反応させるため、塩化アンモニウムが発生せず白煙の排出を防止できる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、温度が８００℃〜９００℃となる温度域で燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加するので、ＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解する無触媒反応が効率よく起り、ＮＯｘが無触媒反応で効率よく除去される。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘの無触媒脱硝反応が起る位置にアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段を設けたので、該添加手段から燃焼排ガスにアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加することにより、無触媒脱硝反応が起り、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解され除去される。また、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニアはこの無触媒脱硝での余剰アンモニアのみとなり、アンモニア濃度が大幅に低減されるから、酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）が発生しなくなり、脱硝触媒の細孔を閉塞させその脱硝性能が低下するのを防止できる。また、触媒反応塔を持たない無触媒脱硝のみの場合は、余剰アンモニアと塩化水素が反応して塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）となり、煙突から白煙が上がるが、ここでは余剰アンモニアを触媒反応塔で反応させるため、塩化アンモニウムによる白煙を防止できる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃となる領域にアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加する添加手段を設けたので、該添加手段からアンモニア又はアンモニア水又は尿素水を添加することにより、ＮＯｘが無害なＮ2とＨ2Ｏに分解する無触媒反応が効率よく起り、ＮＯｘが無触媒反応で効率よく除去できる。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼排ガスを下温する下温手段を備えたことにより、燃焼排ガスの温度を脱硝効率が最高となる温度に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の廃熱ボイラを有するガス化溶融炉施設の主要部の構成を示す図である。
【図２】
本発明に係る廃熱ボイラを有するガス化溶融炉施設の主要部の構成を示す図である。
【図３】
無触媒脱硝における脱硝温度と脱硝率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１            廃棄物供給装置
２            流動層ガス化炉
３            旋回溶融炉
４            溶融炉１次燃焼室
５            溶融炉２次燃焼室
６            溶融炉３次燃焼室
７            廃熱ボイラ
８            エコノマイザ
９            バグフィルタ
１０          排ガス再加熱器
１１          触媒反応塔
１２          煙突
１６          水噴霧ノズル
１７          尿素水噴霧ノズル