(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流れ方向に直列に配された調温塔(2) と、バグフィルタ(3) と、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰を系外へ排出するダストホッパ(4) と、脱硝反応装置(5) とを具備し、廃棄物焼却炉(1) からの排ガスが調温塔(2) で冷却され、調温塔(2) を通過した排ガス中のＳＯ３に対し、バグフィルタ(3) 上流部にてＳＯ３除去用ＮＨ３注入ライン(A1)よりＮＨ３を注入し、バグフィルタ(3) においてＳＯ３は微粉状の硫安および／または酸性硫安に変質され、バグフィルタ(3) でガスとバグ灰とに分けられ、ガスは脱硝反応装置(5) に入り、ここで還元用ＮＨ３注入ライン(A2)より注入されるＮＨ３、尿素等のアンモニア系還元剤によって、脱硝触媒(7) の存在下にガス中のＮＯｘが無害な窒素と水に変換され、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰はダストホッパ(4) によって系外へ排出される排ガス処理方法であって、バグフィルタ(3) にてバグ灰と共に除去された硫安および／または酸性硫安に清浄空気を接触させ、バグ灰に吸着したＮＨ３をバグ灰から脱離し、バグ灰から脱離されたＮＨ３含有空気を、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)またはアンモニア系還元剤の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすることを特徴とする、廃棄物焼却炉の排ガス処理方法。
【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排ガス中に含まれる無水硫酸（ＳＯ３）を除去し、同排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去率を維持する排ガス処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の典型的な廃棄物焼却炉排ガス処理システムのフローシートを図３に示す。このシステムの排ガス処理施設は、主として、焼却炉(1) から煙突(6) へのガス流路に、ガス流れ方向に直列に配された調温塔(2) とバグフィルタ(3) と脱硝反応装置(5) 、およびバグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰を系外へ排出するダストホッパ(4) より構成されている。この施設では、廃棄物は焼却炉(1) で約９００℃で焼却処理され、生じた排ガスは調温塔(2) で２００℃に冷却された後、バグフィルタ(3) に入り、ここでガスとバグ灰とに分けられる。ガスは脱硝反応装置(5) に入り、ここでＮＨ３注入ライン(A) より注入されるＮＨ３、尿素等のアンモニア系還元剤によって、脱硝触媒(7) の存在下にガス中のＮＯｘが無害な窒素と水に変換され、処理ガスは煙突(6) から系外に排出される。一方、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰はダストホッパ(4) によってこれも系外へ排出される。
【０００３】
しかしながら、この排ガス処理方法では、焼却灰の捕集およびＮＯｘの無害化が行われるのみで、排ガスに含まれるＳＯｘの除去については何ら考慮されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
廃棄物焼却炉排ガス中には微量のＳＯ３が含まれており、実際には同排ガス中の水分と結合し硫酸ガスの形態で存在している。これはバグフィルタ(3) では除去されず、脱硝反応装置(5) まで到達する。硫酸ガスが脱硝触媒(7) に吸着すると、触媒活性点が硫酸ガスによって覆われ、その結果脱硝性能が僅かずつ低下していく。
【０００５】
本発明は、バグフィルタ(3) 上流部において硫酸ガスとＮＨ３との反応により硫安および／または酸性硫安を生成させ、この微粉をバグフィルタ(3) にて捕集しダストホッパ(4) によって系外へ排出することにより、脱硝性能の低下を防止するとともに、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による廃棄物焼却炉の排ガス処理方法は、ガス流れ方向に直列に配された調温塔(2) とバグフィルタ(3) と、バグフィルタ(3) と、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰を系外へ排出するダストホッパ(4) と、脱硝反応装置(5) とを具備し、廃棄物焼却炉(1) からの排ガスが調温塔(2) で冷却され、調温塔(2) を通過した排ガス中のＳＯ３に対し、バグフィルタ(3) 上流部にてＳＯ３除去用ＮＨ３注入ライン(A1)よりＮＨ３を注入し、バグフィルタ(3) においてＳＯ３は微粉状の硫安および／または酸性硫安に変質され、バグフィルタ(3) でガスとバグ灰とに分けられ、ガスは脱硝反応装置(5) に入り、ここで還元用ＮＨ３注入ライン(A2)より注入されるＮＨ３、尿素等のアンモニア系還元剤によって、脱硝触媒(7) の存在下にガス中のＮＯｘが無害な窒素と水に変換され、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰はダストホッパ(4) によって系外へ排出される排ガス処理方法であって、バグフィルタ(3) にてバグ灰と共に除去された硫安および／または酸性硫安に清浄空気を接触させ、バグ灰に吸着したＮＨ３をバグ灰から脱離し、バグ灰から脱離されたＮＨ３含有空気を、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)またはアンモニア系還元剤の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすることを特徴とする方法である。
【０００７】
上記アンモニア系還元剤は、ＮＨ３、尿素等である。
【０００８】
上記ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入量は、その濃度がＳＯ３濃度と当量以上、好ましくはその２倍以上になるように定められる。ただし、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入量は、その濃度がＳＯ３濃度と当量の１０倍を越えると、未反応ＮＨ３が増大し、環境汚染の点で好ましくない。
【０００９】
上記ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入は、好ましくは、調温塔(2) からバグフィルタ(3) までの間で行われる。
【００１０】
上記ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入位置からバグフィルタ(3) までのガス滞留時間は、好ましくは０．１秒以上、より好ましくは１．０秒以上である。ただし、このガス滞留時間が長くなれば、余分な空間が必要となり、装置が大型化するので好ましくない。
【００１１】
上記アンモニア系還元剤としてＮＨ３を用い、この還元用ＮＨ３と上記ＳＯ３除去用ＮＨ３
の全体をバグフィルタ(3) 上流部にて排ガスに注入することが好ましい。
【００１２】
上記バグフィルタ(3) にてバグ灰と共に除去された硫安および／または酸性硫安に清浄空気を接触させ、バグ灰に吸着したＳＯ３除去用ＮＨ３をバグ灰から脱離することが好ましい。
【００１３】
こうしてバグ灰から脱離されたＮＨ３含有空気を、上述のＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)またはアンモニア系還元剤の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすることが好ましい。
【００１４】
上記ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)を好ましくは約１８０〜２５０℃程度に加熱し、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入口での硫安および／または酸性硫安の析出を防止することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ＮＯｘの他に微量のＳＯ３が共存した排ガスに対し、２５０℃以下でＮＨ３による還元脱硝を行うと、脱硝性能は経時的に低下し、その低下速度はＳＯ３濃度に支配されることが従来から知られている。この原因は、ＳＯ３と湿分（Ｈ２Ｏ）、それに脱硝用還元剤であるＮＨ３との反応によって生成する硫安および酸性硫安などが脱硝触媒表面に析出するためと考えられている。
【００１６】
しかしながら、発明者等は、
(i) ＳＯ３、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３の硫安・酸性硫安析出に関する平衡関係から計算した析出限界温度以上の温度で脱硝反応を起こしても、程度の差はあるが、硫酸ガスによる場合と同様の脱硝性能の低下が見られ、
(ii)ＳＯ３、Ｈ２Ｏのみを含むガス（ＮＨ３を含まない）に脱硝触媒を曝しても、２５０℃以下では顕著な活性低下が認められる
ことから、従来の見解とは異なり、前述の活性低下現象はＳＯ３の脱硝触媒活性点への吸着に起因することを見いだした。
【００１７】
従って、脱硝触媒活性点へのＳＯ３の吸着を防止するには、脱硝触媒活性点到達前にＳＯ３を脱硝触媒に容易には吸着しない化合物に変質させ、脱硝触媒細孔内を拡散しにくい形態にしておくことが必要である。
【００１８】
そこで、本発明者等は、ＳＯ３を気相で脱硝触媒床到達前にＮＨ３と反応させ硫安および／または酸性硫安に変質させれば、上記目的を達成できることを見いだした。
【００１９】
本発明による廃棄物焼却炉排ガス処理システムのフローシートを図１に示す。このシステムの排ガス処理施設は、主として、焼却炉(1) から煙突(6) へのガス流路に、ガス流れ方向に直列に配された調温塔(2) とバグフィルタ(3) と脱硝反応装置(5) 、およびバグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰を系外へ排出するダストホッパ(4) より構成されている。
【００２０】
廃棄物は焼却炉(1) で約９００℃で焼却処理され、生じた排ガスは調温塔(2) で２００℃に冷却された後、バグフィルタ(3) に入り、ここでガスとバグ灰とに分けられる。ガスは脱硝反応装置(5) に入り、ここで還元用ＮＨ３注入ライン(A2)より注入されるＮＨ３、尿素等のアンモニア系還元剤によって、脱硝触媒(7) の存在下にガス中のＮＯｘが無害な窒素と水に変換され、処理ガスは煙突(6) から系外に排出される。一方、バグフィルタ(3) で集塵されたバグ灰はダストホッパ(4) によって系外へ排出される。
【００２１】
この排ガス処理システムにおいて、調温塔(2) を通過した排ガス中のＳＯ３に対し、バグフィルタ(3) 上流部にてＳＯ３除去用ＮＨ３注入ライン(A1)よりＮＨ３を注入する。
【００２２】
この結果、次の反応(1)(2)が起こり、
ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ＋２ＮＨ３  →  （ＮＨ４）２ＳＯ４    …(1)
ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＮＨ３  →  （ＮＨ４）ＨＳＯ４    …(2)
ＳＯ３は微粉状の硫安および／または酸性硫安に変質され、これらがバグフィルタ(3) にて捕集され、ダストホッパ(4) にて系外へ排出される。その結果、脱硝触媒(7) への硫酸ガスの吸着が防止でき、脱硝性能の維持が達成される。この場合、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入量はＳＯ３と当量以上にすることが好ましい。ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入量がＳＯ３と当量未満であると、ＳＯ３に対してＳＯ３除去用ＮＨ３が不足になるため、ＳＯ３が完全には除去されず脱硝性能の低下を招く恐れがある。ＳＯ３除去用ＮＨ３注入量はＳＯ３の当量の２倍以上であることがより好ましい。
【００２３】
ＮＨ３は水によって容易に吸収され除去されてしまうので、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入は調温塔(2) からバグフィルタ(3) までの間で行うのが効率的である。
【００２４】
ここで、ＳＯ３を、脱硝触媒に容易には吸着しない化合物に変質させ、脱硝触媒細孔内を拡散しにくい形態とするためには、ＳＯ３を酸性硫安より硫安に変質させることが好ましく、式(1) の反応を完結させ、気相中のＳＯ３を極力低減させるには、
(1) ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入を低温で行うこと、
(2) ＳＯ３と注入されたＮＨ３との混合状態を、反応が完結するに十分な時間保持すること、
(3) ＮＨ３濃度が極力高くなるようにＳＯ３除去用ＮＨ３を注入すること
が好ましい。
【００２５】
こうしたことから、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入口からバグフィルタ(3) までのガス滞留時間は０．１秒以上であることが好ましい。滞留時間が０．１秒以下であると、反応が完結しないため、硫酸ミストまたは蒸気が完全には除去されず、脱硝性能の低下を招く嫌いがある。
【００２６】
また、ＮＨ３は後流の脱硝反応装置(5) で還元剤として要求される量と、ＳＯ３とのＳＯ３除去反応に必要な量との総量をバグフィルタ(3) 上流部にてＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)より注入することがより好ましい。その場合、一般的にはＮＨ３濃度は５０ｐｐｍ以上となり、一部がバグ灰に吸着され系外に排出される可能性がある。すなわち、バグ灰に吸着したＮＨ３がその後バグ灰から脱離し、ＮＨ３の刺激臭を発する恐れがある。従って、バグ灰を排出する前にこれをダストホッパ(4) 内で少量の清浄空気と接触させ、吸着ＮＨ３を除去しておく。このＮＨ３成分を含んだ空気は、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)または還元用ＮＨ３の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすると共にこれを有効に利用する。
さらに、ＮＨ３注入ライン(A1)の注入口において、硫安および／または酸性硫安の析出を防止するために、注入ライン(A1)は排ガス温度と同程度の約２００℃程度に加熱しておくことが好ましい。
【００２７】
このように、バグフィルタ(3) 上流部にてＮＨ３注入を行うことで、排ガス中のＳＯ３は硫安および／または酸性硫安に変質され、バグフィルタ(3) によってこれらの微粉が捕集され、後流の脱硝触媒の性能維持が図られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下にその実施例を示す。
【００２９】
実施例１
１）脱硝触媒調製
セラミック繊維で構成されるセラミックペーパー（０．２５ｍｍ厚さ）に、硝酸塩加水分解法で得られたチタニアコロイド溶液（固形分３２重量％）を含浸担持し、１１０℃で乾燥した後４００℃で３時間焼成して、アナターゼ型チタニアを９０ｇ／ｍ２保持した板状担体を得た。
【００３０】
この板状担体を、メタバナジン酸アンモン飽和水溶液に常温で浸漬し、２００℃で３０分乾燥した。この操作をもう一度繰り返した後、４００℃で１時間焼成を行い、バナジウム担持チタニア板状触媒を得た。
【００３１】
２）ＳＯ３の除去と脱硝性能
図１において、脱硝触媒(7) を、触媒床での面積速度ＡＶ＝２１Ｎｍ／ｈとなるように、脱硝反応装置(5) に充填した。ここで、面積速度ＡＶは触媒の幾何表面積あたりの排ガス量を示す。また、触媒床上での排ガス温度１７０℃、排ガス中の成分濃度：ＳＯ３１０ｐｐｍ、Ｏ２１５％、Ｈ２Ｏ１０％、ＮＯｘ８０ｐｐｍ、ＳＯ３除去用ＮＨ３注入口におけるＮＨ３／ＳＯ３＝５．０、還元用ＮＨ３注入口におけるＮＨ３／ＮＯｘ＝１．２５となるように、それぞれＮＨ３を注入し、排ガス処理を行った。このときの脱硝率の経時変化を図２に示す。
【００３２】
なお、ＮＨ３の一部がバグ灰に吸着され系外に排出される可能性がある。すなわち、バグ灰に吸着したＮＨ３がその後バグ灰から脱離し、ＮＨ３の刺激臭を発する恐れがある。従って、図１に示すように、バグ灰を排出する前にこれをダストホッパ(4) 内で少量の清浄空気と接触させ、吸着ＮＨ３を除去しておく。このＮＨ３成分を含んだ空気は、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)または還元用ＮＨ３の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすると共にこれを有効に利用する。
比較例１（本書冒頭に述べた従来技術に合致する）
ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入を行わなかった点を除いて、実施例１と同じ操作を行った。この結果も図２に併記する。
【００３３】
実施例１と比較例１の対比で分かるように、本発明に基いたＳＯ３除去用ＮＨ３の注入を行うことにより、一例として脱硝率が０．６５を割るまでの運転時間が、従来技術の２倍（８０時間）に伸び、脱硝性能の維持時間が長くなった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明方法によれば、バグフィルタ(3) 上流部において硫酸ガスとＮＨ３との反応により硫安および／または酸性硫安を生成させ、この微粉をバグフィルタ(3) にて捕集しダストホッパ(4) によって系外へ排出することにより、脱硝性能の低下を防止することができる。
【００３５】
この場合、ＮＨ３の一部がバグ灰に吸着され系外に排出される可能性がある。すなわち、バグ灰に吸着したＮＨ３がその後バグ灰から脱離し、ＮＨ３の刺激臭を発する恐れがある。従って、バグ灰を排出する前にこれをダストホッパ(4) 内で少量の清浄空気と接触させ、吸着ＮＨ３を除去しておく。このＮＨ３成分を含んだ空気は、ＳＯ３除去用ＮＨ３の注入ライン(A1)または還元用ＮＨ３の注入ライン(A2)へ送り、ＮＨ３含有空気が系外に排出しないようにすると共にこれを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物焼却炉の排ガス処理方法を示すフローシートである。
【図２】本発明による廃棄物焼却炉の排ガス処理方法の脱硝触媒性能試験結果を示す運転時間と脱硝率の関係を示すグラフである。
【図３】従来の廃棄物焼却炉排ガス処理システムを示すフローシートである。
【符号の説明】
１：焼却炉
２：調温塔
３：バグフィルタ
４：ダストホッパ
５：脱硝反応装置
６：煙突
７：脱硝触媒
Ａ１：ＳＯ３除去用ＮＨ３注入ライン
Ａ２：還元用ＮＨ３注入ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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