【手続補正書】
【提出日】平成16年12月16日(2004.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温排ガスの除塵を行うに好適な処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、産業廃棄物、廃液、下水汚泥等を、燃焼処理や熱分解処理等の熱処理した際に排出される含塵排ガスの除塵を行う処理装置としては、従来から、バグフィルタ装置が知られている。バグフィルタ装置は、例えば、図１に示すように、含塵排ガスの入口５１、除塵されたクリーンガスの出口５２及び集塵されたダストの排出口５３が備わる装置本体５０と、この装置本体５０内部に備わるバグフィルタ５４，５４…と、噴射ノズル５５，５５…、導管５６、ガスヘッダー５７及びダイヤフラム弁５８からなる逆洗浄装置５９と、を主に有する。
【０００３】
含塵排ガスは、ガス入口５１から装置本体５０内に吹き込まれ、バグフィルタ５４，５４…で除塵された後、ガス出口５２から排出される。また、かかる除塵処理にあたっては、ガスヘッダー５７からの常温の逆洗浄用ガスが、導管５６を介して噴射ノズル５５，５５…から噴射され、各バグフィルタ５４の表面に堆積したダストを払い落とす。逆洗浄用ガスを噴射するタイミングは、ダイヤフラム弁５８によって制御される。払い落とされたダストは、自然落下したダストとともにダスト排出口５３から系外に排出される。
【０００４】
ところで、近年、かかる処理装置は、高温排ガスの処理に際しても使用されることがある。高温排ガスを処理対象とする場合としては、例えば、図２に示すような処理設備において使用されるである。
図２において、符号１で示すのは燃焼炉であり、この燃焼炉１の上部にはスプレーノズル等を備えた複数（ただし、図２においては１つしか示されていない。）の処理物Ｐの供給口２が設けられており、これらの供給口２は、処理物供給管３により供給ポンプ４を介して処理物Ｐの貯槽５に接続されるとともに、この処理物供給管３には燃焼用空気Ａの供給管６が接続されており、貯槽５に貯留された廃液や下水汚泥等の高水分含有処理物Ｐは、供給ポンプ４によって昇圧されて燃焼用空気Ａとともに供給口２から燃焼炉１内に噴霧されて供給され、燃焼させられる。
【０００５】
また、燃焼炉１の上部には、やはりスプレーノズル等を備えた複数（ただし、やはり図２においては１つしか示されていない。）の補助燃料Ｒの供給口７が設けられており、これらの供給口７には、供給管６から分岐する燃焼用空気Ａの供給管８が接続された補助燃料Ｒの供給管９が接続されており、補助燃料Ｒはこの燃焼用空気Ａとともに燃焼炉１内に噴射させられて燃焼可能とされている。さらに、この燃焼炉１の炉底部には、処理物Ｐに含有された無機分の灰を排出する灰分排出口１０が設けられるとともに、燃焼炉１の炉頂部には、処理物Ｐを燃焼して発生した燃焼排ガスＧを排出する排気口１１が設けられている。
【０００６】
そして、この燃焼炉１の排気口１１に接続された排気管１２は集塵装置としてのバグフィルタ１３を介してガスタービン１４に接続されていて、燃焼炉１において発生した上記燃焼排ガスＧが、バグフィルタ１３において該燃焼排ガスＧ中に含有されたダスト（固形分）を分離された後にこのガスタービン１４に供給されて該ガスタービン１４を駆動可能としている。さらに、このガスタービン１４を駆動した燃焼排ガスＧは予熱器１５に熱源として供給された後、排ガス処理装置１６に送られて清浄化処理され、大気に放出させられる。
【０００７】
ここで、かかる処理設備では、ガスタービン１４にコンプレッサー１７が連結されて該ガスタービン１４により駆動可能とされている。そして、このコンプレッサー１７には空気Ｂが供給可能とされており、こうして供給された空気Ｂは当該コンプレッサー１７によって圧縮されて加圧された後、予熱器１５に送られて燃焼排ガスＧの熱により加熱され、高温高圧の燃焼用空気Ａとして上記供給管６，８に供給される。したがって、かかる処理設備では、このようにコンプレッサー１７によって加圧された高圧の燃焼用空気Ａが燃焼炉１に供給されることにより、燃焼炉１内では常圧よりも高圧の状態で上記処理物Ｐが燃焼させられることとなる。なお、かかる処理設備では、こうして高圧とされた燃焼炉１内の圧力は０．２〜１．０ＭＰａの範囲となるように設定されている。さらに、かかる処理設備では、上記ガスタービン１４にこのコンプレッサー１７を介して発電機１８が連結されて駆動可能とされており、コンプレッサー１７を駆動したガスタービン１４の余剰の駆動力によって発電が可能とされている。
【０００８】
さらにまた、上記予熱器１５から燃焼炉１に至る燃焼用空気Ａの供給管６には、上記供給管８の他に供給管２６が分岐させられていて、この供給管２６は補助燃焼炉１９に接続されている。一方、燃焼炉１の上記供給口７に補助燃料Ｒを供給する供給管９からも供給管２０が分岐させられていて、この分岐管２０は上記補助燃焼炉１９に接続されており、この分岐管２０から供給される補助燃料Ｒが補助燃焼炉１９において上記供給管２６から供給される燃焼用空気Ａによって燃焼可能とされている。そして、この補助燃焼炉１９は排気管２１を介して燃焼炉１からガスタービン１４に至る上記排気管１２に接続されており、この補助燃焼炉１９における燃焼によって発生した補助燃焼排ガスＣが、これら排気管２１，１２を介して上記ガスタービン１４に供給可能とされている。
【０００９】
以上のように構成された燃焼処理設備においては、廃液や下水汚泥等の高水分含有処理物Ｐが、上述のように加圧されて供給された燃焼用空気Ａによって常圧よりも高圧とされた燃焼炉１内で、その有機物成分が補助燃料Ｒとともに燃焼されて処理される。そして、その際に発生した高温の燃焼排ガスＧは、燃焼炉１内が高圧とされていることから高圧状態のまま排気口１１から排出されるので、その熱エネルギーを予熱器１５によって回収するのみならず、この燃焼排ガスＧが有する圧力のエネルギーをも効率的に回収することができる。具体的には、排気口１１に接続された排気管１２がバグフィルタ１３を介してガスタービン１４に接続されており、この燃焼排ガスＧのエネルギーはこのガスタービン１４の駆動力として回収される。このため、上記構成の高水分含有処理物Ｐの燃焼処理設備によれば、この処理物Ｐの燃焼によって生じたエネルギーをより有効に利用することができ、エネルギー効率の向上を図って経済的な廃液や下水汚泥等の処理物Ｐの燃焼による処理を促すことが可能となる。
【００１０】
ここで、上記処理設備では上述のように、この高圧状態とされる燃焼炉１内の圧力が、０．２〜１．０ＭＰａの範囲となるように設定されているが、これは、この燃焼炉１内の圧力が０．２ＭＰａを下回るほど小さいと、排気口１１から排出されて排気管１２を介し上記ガスタービン１４に供給される燃焼排ガスＧの圧力も小さくなり、補助燃焼炉１９に多くの補助燃料Ｒを供給して補助燃焼排ガスＣを増大させなければガスタービン１４を駆動することができなくなるため、効率的なエネルギー回収が阻害されるおそれがあるからである。逆に、燃焼炉１内の圧力が１．０ＭＰａを上回るほど大きくなると、この燃焼炉１の耐圧構造をより高強度のものとしなげればならず、エネルギーの回収効率と比較しても却って非経済的となるおそれがあるからである。
【００１１】
一方、上記処理設備では、上記燃焼排ガスＧのエネルギーによって駆動されるガスタービン１４が、コンプレッサー１７に連結されコンプレッサー１７を駆動可能としており、このコンプレッサー１７によって加圧された空気Ｂが予熱器１５によって加熱されて高温高圧の燃焼用空気Ａとして燃焼炉１や補助燃焼炉１９に供給可能とされている。すなわち、上記処理装置では、上述のように燃焼炉１内を常圧よりも高圧の状態とするのに、この高圧とされた燃焼炉１から排出される燃焼排ガスＧのエネルギーが利用されており、例えばこの燃焼炉１内を高圧状態とするのに、独自に駆動されるコンプレッサーを用いて燃焼用空気を加圧したりするのに比べ、回収されたエネルギーのより効率的な利用を図ることが可能となる。しかも、上記処理装置では、このコンプレッサー１７を介して上記ガスタービン１４に発電機１８が連結されていて、コンプレッサー１７を駆動した余剰の駆動力によって発電が可能とされているので、燃焼排ガスＧのエネルギーをさらに余すことなく回収して一層の有効利用を促すことができる。ただし、上記処理装置では、このようにガスタービン１４に連結したコンプレッサー１７で空気Ｂを加圧し、燃焼用空気Ａとして燃焼炉１に供給するとともに、余剰のエネルギーで発電機１８を駆動するようにしているが、例えば上述のように燃焼炉に供給される燃焼用空気はガスタービンとは独自に駆動されるコンプレッサーで加圧しておいて、ガスタービンは直接的に発電機を駆動可能としてエネルギーを回収するようにしている場合もある。
【００１２】
また、上記処理設備では、コンプレッサー１７によって加圧されて予熱器１５で加熱された燃焼用空気Ａと補助燃料Ｒとが補助燃焼炉１９に供給されて燃焼可能とされ、この燃焼によって発生した補助燃焼排ガスＣが上記ガスタービン１４に供給可能とされている。したがって、燃焼炉１において発生した燃焼排ガスＧの圧力が低い場合などでも、この補助燃焼炉１９において発生した補助燃焼排ガスＣを燃焼排ガスＧと合わせてガスタービン１４に供給することにより、空気Ｂを十分な圧力にまで加圧して燃焼炉１に供給することができ、この燃焼炉１内の高圧状態を安定的に維持することが可能となる。また、例えば当該燃焼処理設備の運転当初など、燃焼炉１内が十分な圧力にまで昇圧されていないときでも、この補助燃焼炉１９から補助燃焼排ガスＣをガスタービン１４に供給してコンプレサー１７で空気Ｂを加圧したり予熱器１５で加熱したりすることにより、速やかに高温高圧の燃焼用空気Ａを燃焼炉１に供給することができ、したがって燃焼炉１内が所定の高圧状態となるまでの立ち上がり時間を短縮してさらに効率的な処理物Ｐの燃焼処理を促すことも可能となる。なお、この補助燃焼炉１９からの排気管２１は、燃焼炉１からの排気管１２に接続されることなく、直接ガスタービン１４に接続されていている場合もある。
【００１３】
また、上記処理設備では、コンプレッサー１７によって空気Ｂを加圧するとともに予熱器１５で加熱して燃焼炉１に燃焼用空気Ａとして供給するようにしているが、図２に点線で示すように、例えばこれらコンプレッサー１７と予熱器１５との間に酸素ＰＳＡ２２を介装してガスタービン１４により駆動するようにしている場合もある。すなわち、この酸素ＰＳＡ２２によれば、周知のように加圧された空気中の窒素を吸着することにより酸素濃度を増大させることが可能であるので、こうしてガスタービン１４によって酸素ＰＳＡ２２を駆動してコンプレッサー１７で加圧した空気Ｂの酸素濃度を増大させ、さらに予熱器１５で加熱して燃焼用空気Ａとして燃焼炉１に供給することにより、当該燃焼炉１における処理物Ｐの燃焼効率の向上を図って補助燃料Ｒの使用量を削減したりすることができ、より一層経済的な燃焼処理を促すことができる。
【００１４】
しかも、こうして高酸素濃度の燃焼用空気Ａによって処理物Ｐや補助燃料Ｒが燃焼させられることにより発生した燃焼排ガスＧは、その組成の大部分が水蒸気と二酸化炭素となるので、これを例えば上記排ガス処理装置１６において冷却することにより水蒸気を凝縮させれば、当該燃焼排ガスＧは二酸化炭素が主体のものとなり、この二酸化炭素の回収や除去が、窒素が大部分を占める通常の空気により発生した燃焼排ガスＧに比べ、容易となる。したがって、このようにガスタービン１４によって酸素ＰＳＡ２２を駆動して燃焼炉１に高酸素濃度の燃焼用空気Ａを供給すれば、排ガス処理装置１６を介して最終的に大気に放出される排気の二酸化炭素濃度を大幅に低減することができ、近年の地球温暖化の原因ともされる二酸化炭素の排出量の削減にも寄与することが可能な燃焼処理設備となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上から明らかなように、上記処理設備において処理装置（バグフィルタ装置１３）を使用する場合、バグフィルタ装置が処理対象とする排ガスは、高温であることになるが、従来の処理方法・装置によって高温の排ガスを処理すると、以下のような問題が発生する。
すなわち、高温の排ガス中には、ヒューム状の例えばＮａ、Ｋ、Ｃｌ、Ｐの化合物等の低沸点物質が含まれているところ、従来の方法・装置によって処理を行うと逆洗浄に際して使用される逆洗浄用ガスによって、排ガスやバグフィルタが冷却され、もって先の低沸点物質がバグフィルタ表面や、バグフィルタの内部で固化し、目詰まりが生じるのである。バグフィルタの内部で固化した物質は、逆洗浄によってもほとんど除去することができず、圧力損失の増大という問題の他、装置の停止にともなう作業効率の低下という問題を発生させる。
【００１６】
また、かかる事態は、排ガスの圧力が高圧である場合に著しいものとなる。すなわち、排ガスが高圧であると、融点が低くなるため、固化物質の種類及び量ともに増え、しかも表面に固着した物質までもがバグフィルタ内部に押し込まれうるのである。
【００１７】
さらに、処理の対象となる排ガスが、熱分解炉において発生した処理物の熱分解によって発生したものである場合は、タール分がバグフィルタ表面や、バグフィルタ内部で固化し、炉の処理障害を惹き起こしうるのである。
【００１８】
そこで、本発明の主たる課題は、含塵排ガスが高温である場合においても円滑に集塵することができる処理方法及びその際に使用する装置を提供することにある。また、本発明の主たる課題は、含塵排ガスが高温であることに加えて、高圧である場合においても円滑に集塵することができる処理方法及び装置を提供することにもある。さらに、本発明の主たる課題は、含塵排ガスが、処理物の熱分解によって発生したものである場合においても円滑に集塵することができる処理方法及び装置を提供することにもある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
５００〜９００℃の含塵排ガスをバグフィルタによって除塵するにあたり、前記バグフィルタを前記含塵排ガスの温度±１００℃の範囲内とされた逆洗浄用ガスで逆洗浄することを特徴とする高温排ガスの処理方法。
【００２０】
＜請求項２記載の発明＞
５００〜９００℃かつ０．２〜１．０ＭＰａの含塵排ガスをバグフィルタによって除塵するにあたり、前記バグフィルタを前記含塵排ガスの温度±１００℃の範囲内とされた逆洗浄用ガスで逆洗浄することを特徴とする高温排ガスの処理方法。
【００２１】
＜請求項３記載の発明＞
有機物を含有する処理物の熱分解によって発生した５００〜７００℃の含塵排ガスをバグフィルタによって除塵するにあたり、前記バグフィルタを前記含塵排ガスの温度±１００℃の範囲内とされた逆洗浄用ガスで逆洗浄することを特徴とする高温排ガスの処理方法。
【００２２】
＜請求項４記載の発明＞
５００〜９００℃の含塵排ガスが通り抜ける装置本体と、
この装置本体の内部に備えられ、前記含塵排ガスの除塵を行うバグフィルタと、
前記含塵排ガスの温度±１００℃の範囲内とされた逆洗浄用ガスを噴射することによって前記バグフィルタの逆洗浄を行う逆洗浄手段と、
前記逆洗浄用ガスの噴射を制御するダイヤフラム弁と、を有し、
このダイヤフラム弁に備わるダイヤフラムがマンガンを５〜２０％含有する金属製とされたことを特徴とする高温排ガスの処理装置。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態に係る処理装置の基本構成及び使用される処理設備については、従来技術の欄において図１及び図２を参照しながら説明したものとほぼ同じなので、以下では、従来の装置と異なる点について、詳しく説明する。
【００２４】
（１）  本実施の形態に係る処理装置は、従来の処理装置と異なり、噴射ノズル５５，５５…から噴射される逆洗浄用ガスの温度が、ガス入口５１から吹き込まれる含塵排ガスの温度±１００℃の範囲内に設定され、好ましくは０〜１００℃の範囲内に設定されている。−１００℃以上とすることにより、含塵排ガスやバグフィルタ５４，５４…が冷却されることがなくなり、したがって前述した低沸点物質がバグフィルタ表面や、バグフィルタの内部で固化することがなくなる。また、＋１００℃超とするには、莫大なエネルギーが必要になるので、運転停止を回避しうるという本装置の効果を考慮するとしても、経済的でなくなる。また、＋１００℃超とすると、バグフィルタ装置本体での熱損失が大きくなるだけである。逆洗浄用ガスの加温は、例えば、ガスタービンからのエネルギーを使って行うことができる。なお、逆洗浄用ガスの温度を±１００℃の範囲内に設定して本処理装置を稼動しているが、２ヶ月間にわたって運転障害は発生していない。
【００２５】
一般に、例えば、燃焼炉からの排ガスであれば８００〜９００℃、熱分解炉からの排ガスであれば５００〜７００℃の温度を有するとされるが、本実施の形態に係る処理装置によれば、排ガスの低温化等をすることなく、かかる高温のまま含塵排ガスの処理を行うことができる。
【００２６】
（２）  図２に示した処理設備において、本実施の形態に係る処理装置１３を利用する場合においては、ガスヘッダー５７への圧縮ガスを、ガスタービン１４によって駆動されるコンプレッサー１７によってつくることができる。
【００２７】
（３）  噴射ノズル５５からの逆洗浄用ガスの噴射圧力は、例えば、０．６〜１．８ＭＰａとすることができる。また、噴射のタイミングは、ダストの堆積を原因とする圧力損失を計測し、この値が所定値以上となった場合に噴射するというように自動制御とすることができる他、例えば、数回／日、１回／数分、１回／秒というように、定期的に行うこともできる。さらに、１回あたりの正味の噴射時間は、例えば、０．０１〜０．３秒とすることができる。これら噴射圧力、噴射のタイミング、噴射時間などの制御は、圧力計、タイマー、シーケンサー、演算器などからなる制御装置（図示せず）をもとに、ダイヤフラム弁５８を制御することによって行うことができる。
【００２８】
（４）  バグフィルタ５４の素材としては、例えば、ガラス繊維、ポリイミド繊維、その他のフェルトなどの公知のものを使用することができるが、本処理装置は高温に耐えうるものである必要があるので、耐熱性の無機質繊維、セラミックなどであるのが好ましい。
【００２９】
（５）  図１においては、バグフィルタ５４の本数や噴射ノズル５５の本数を少なめに記載しているが、これに限定されるものではなく、処理するガス量によって任意に設けることができる。
【００３０】
（６）  逆洗浄ガスの噴射を制御するためのダイヤフラム弁５８に備わるダイヤフラムは、従来のものはゴム製である。しかし、本実施の形態においては、逆洗浄ガスの温度が、含塵排ガスの温度±１００度の範囲内に設定され、場合によって１０００℃近くにもなるため、かかるゴム製のダイヤフラムをそのまま使用することはできない。そこで、高温に耐えうる金属製のものを使用するのが好ましいが、一般的な金属では、高温時に塑性変形してしまい、弁としての役目を果たさなくなる。そこで、本実施の形態に係る処理装置においては、ダイヤフラム弁５８に備わるダイヤフラムを、マンガンが５〜２０％配合された金属製とする。これにより、高温下での耐久性に優れた弁となる。
【００３１】
マンガンが５〜２０％配合された金属としては、例えば、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２（ＪＩＳ）などを挙げることができるが、高温耐久性の観点からは、特に、表１に示す成分配合を有する金属を使用するのが好ましい。なお、表１に示す金属を１０５０〜１１００℃に均熱し、急冷した場合（固溶化熱処理状態）の物理的特性を表２に、固溶化熱処理状態（常温）における機械的特性を表３に、温度変化と引張強さとの関係を表４に示した。また、表１に示す金属とＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０１及びＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）とを比較した結果を、図３及び図４に示した。なお、図３は、引張り強さの比較であり、図４は、耐力の比較である。
【００３２】
【表１】
2003210927.tif 000001
【００３３】
【表２】
2003210927.tif 000002
【００３４】
【表３】
2003210927.tif 000003
【００３５】
【表４】
2003210927.tif 000004
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、含塵排ガスが高温である場合においても円滑に集塵することができる処理方法及びその際に使用する装置となる。また、本発明によれば、含塵排ガスが高温であることに加えて、高圧である場合においても円滑に集塵することができる処理方法及び装置となる。さらに、本発明によれば、含塵排ガスが、処理物の熱分解によって発生したものである場合においても円滑に集塵することができる処理方法及び装置となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2003210927.tif 000005