(57)【要約】【課題】  フィルタのベース差圧の上昇を可及的に防止しできる除塵装置の運転方法を得る。【解決手段】  廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法であって、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を少なくとも４０分以上としたことを特徴とする。  また、ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を４時間以下とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法であって、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を少なくとも４０分以上としたことを特徴とする除塵装置の運転方法。
【請求項２】
ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を４時間以下としたことを特徴とする請求項１記載の除塵装置の運転方法。
【請求項３】
ろ過体へのダスト付着速度を１ｇ／m2・min以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除塵装置の運転方法。
【請求項４】
ろ過体へのダスト付着速度を20g／m2・min以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の除塵装置の運転方法。
【請求項５】
廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法であって、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔をダスト中の炭素に対する水素のモル比が0.4以下となる時間以上としたことを特徴とする除塵装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法に関する。
なお、本明細書において廃棄物というときは、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥、バイオマス、およびこれらの混合物をいう。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、産業廃棄物あるいはバイオマス等を部分酸化させて、ガス化した後に燃焼させる廃棄物処理装置が提案されている。この廃棄物処理装置は、図４に示すように、廃棄物が投入されると共に酸化用の空気が供給され、部分酸化によって可燃性ガスを発生する部分酸化炉２１と、部分酸化炉２１で発生した可燃性ガスの除塵を行う除塵装置２２と、除塵装置２２で除塵された可燃性ガスを燃焼する燃焼炉２３と、燃焼したガスの熱回収を行うボイラ２４が順次接続されている。
このような構成の廃棄物処理装置における除塵装置２２においては、可燃性ガスを、その温度を250〜500℃に保ちつつ、ろ過体に導入して可燃性ガス中のダスト濃度を０．１ｇ／Nm3以下まで低減するとしている。可燃性ガスの温度を上記範囲に設定した理由は、250℃未満では可燃性ガスに含まれるタールの大部分が凝縮して液状であるため除塵装置へ可燃性ガスを導入するダクト内面や除塵装置入口付近に付着して、可燃性ガスの流通に支障が生じる問題があり、500℃より高いとダスト中の塩類が溶融してろ過体の目詰まりが生じる問題があるからである。
さらに、酸素濃度5％以下のガスあるいは窒素ガスで定期的にろ過体の付着物を払い落とすこととしている。
除塵装置２２を通過してダスト濃度が極めて小さくなった可燃性ガス中には、硫酸塩に由来する腐食性物質が殆んど無くなるので、下流側に備えられた高温高圧蒸気を回収するボイラチューブの腐食は激減され、廃棄物からの高効率発電が可能となる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６１６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記廃棄物処理装置における除塵装置２２は、例えば図５に示すように、部分酸化炉から発生する可燃性ガスの通過路となるケーシング１の内部に複数のフィルタ３を有し、該フィルタ３に付着したダストを払い落とし用パルスジェットによって払い落とす払落し装置５を備えてなるものである。そして、この払落し装置５によって定期的にフィルタ３に付着したダストを払い落とすのである。
図６は払落し装置５による払落し動作とフィルタ３の差圧との関係を示すグラフであり、縦軸がフィルタ差圧、横軸が時間を示している。フィルタ差圧は、例えば除塵装置入口と出口の圧力差を計測して求められる。図６に示すように、フィルタ３にはダストが付着することで差圧が上昇するが、定期的に行われる払落し動作によって付着したダストが払い落とされると、一旦上昇した差圧は低下する。この払い落とし動作によって付着物を払い落とした後の安定したフィルタ差圧をベース差圧という。このベース差圧が一つ前の払い落としによるベース差圧と同じ場合（図６の状態）若しくは低い場合には、ベース差圧が上昇することはなく正常な運転を継続できる。
【０００４】
ところで、可燃性ガス中の固体粒子は、Si‐Al‐Oから成る無機物やNaCl、KCl等の塩やその他の灰分と、未燃成分である炭素や炭化水素系の化合物から形成されている。このうち、炭化水素系の未燃化合物の性状は部分酸化条件により異なり、運転条件によってはタール成分の未燃化合物が除塵装置２２のフィルタ３に付着して、通常の払い落とし動作では落ちにくくなる。
図７はタール分が含まれる可燃性ガスの除塵を行なったときのフィルタ３の差圧の変化を示したグラフであり、縦軸がフィルタの差圧を示し、横軸が時間を示している。
図７に示されるように、可燃性ガスにタールが含まれる場合には、ベース差圧が一つ前のベース差圧よりも若干高くなり、時間と共に徐々に上昇していく。これはタールの粒子は、その表面が液状になっているため他の固体粒子以上の付着力でフィルタに付着するため、通常の払い落とし動作では十分に払い落とすことが出来ず、付着分が徐々に増加してベース差圧増加の原因となるからである。
【０００５】
可燃性ガス中のタールの上昇は、処理廃棄物の組成の変化や部分酸化炉内への送風量と処理対象物のバランスの崩れなどに起因するが、いずれにしても廃棄物処理等においては処理対象物が大きく変化することはよくあることであり可燃性ガス中にタールが多く発生することは避けられない。そして、タール付着によってフィルタの差圧が高くなるとフィルタの破損や炉内圧上昇による可燃性ガス炉外流出などが生じ、運転を継続することが出来なくなることもあることから、タール付着に起因するフィルタ差圧上昇は重要な問題である。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、フィルタのベース差圧の上昇を可及的に防止しできる除塵装置の運転方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、発明者は以下の検討を行なった。
バイオマスを部分酸化したときに生成する可燃性ガスにはタールを含むダストが含まれており、図３に示すように、フィルタ表面にダストが付着し、徐々に堆積していく。このタールを含むダストは、380℃以上の還元雰囲気において、ある時間保持すると、タール中の揮発成分が徐々に蒸発して、そのダストの炭化が進み、液状物がなくなり、ダストの付着力が低下する。
ダストの炭化度合いは、ダスト中の炭素に対する水素のモル比（Ｈ／Ｃ）で表すことができ、Ｈ／Ｃはダストを元素分析して求めることができる。
【０００８】
セラミックフィルタで除塵する場合、実験の結果、概ねフィルタに付着したダストのＨ／Ｃが0.4以下になると、フィルタに付着したダストを、ほぼ全量払い落とすことができることが確認された。つまり、フィルタに付着しているダストのＨ／Ｃが0.4以下になったときに払落しガスによる払落し動作を行なえば、ほぼ全量のダストを払い落とすことができる。
そこで、フィルタに付着したダストのＨ／Ｃが概ね0.4以下になるために必要な時間を求めるため、バイオマス系成分が多く含まれる廃棄物の部分酸化反応によって生成されたダストを除塵する実験を行なった結果、除塵雰囲気温度が400℃のときに、上記時間は平均すると３０分であった。また、除塵雰囲気温度が高くなるほどその時間は短縮されることも分かった。さらに、除塵雰囲気温度が400℃以下については、400〜380℃の範囲では、結果のばらつきがあるが、30〜60分程度でＨ／Ｃ≦0.4となることがわかった。他方、380℃未満の温度では、時々刻々供給されてくる可燃性ガス中の新たなダストの性状のばらつきの影響もあって、必ずしも６０分ではＨ／Ｃが0.4以下にはならず、Ｈ／Ｃが0.4以下となる時間のばらつきも大きくなった。
【０００９】
以上の結果から、フィルタに付着したダストのＨ／Ｃが0.4以下の状態をほぼいつも達成するためには、除塵雰囲気温度が380℃以上で、かつその状態を30分以上保持するという条件が必要であるとの考えに至った。これを除塵装置における払落し動作と関連付けて考えると、除塵雰囲気温度を380℃以上に保持すると共に、ダストがフィルタに付着する時間（約１０分程度）を考慮して定期的な払落し動作の間隔を４０分以上にすれば、定期的な払落し動作の際にフィルタに付着したダスト中のタールの炭化が進んでおり、ほぼＨ／Ｃが0.4以下の状態になっているので、ほぼ全量剥離できる。
なお、廃棄物の性状のばらつきも考慮すると、除塵雰囲気温度が380℃以上で保持時間50分以上の後、払い落としガスによる払い落としを行えば、フィルタに付着したダストはより確実に剥離できる。
【００１０】
払落し動作の間隔が長くなればダストの炭化がさらに進むことにはなるが、4時間より長くしても、Ｈ／Ｃが0.20〜0.30程度からさほど変化しなくなり、その状態以上に炭化が殆んど進まないという結果を得た。また、払落し動作の間隔が長くなるほどフィルタ前後の差圧が大きくなるので、それに対応すべく大きな誘引ファンが必要となりコスト増加が見込まれる。このことから、払落し動作の間隔は4時間以下が好ましいとの結論を得た。
【００１１】
発明者は前記課題を解決するために、上記とは別に以下のような検討も行なった。フィルタに付着したダストのＨ／Ｃが0.4以下になるとフィルタからダストの払い落としが良好になることがわかったが、払い落とし動作によって、フィルタ表面上からほぼ完全に付着性ダストを剥離させるためには、払い落とし動作を行う直前の状態において、フィルタ表面にダストから構成されるある厚みを持った付着物層ができており、そして、その付着物層のフィルタに接している部分は少なくとも炭化が充分に進んでいて、液状物がなくなり、付着物層の付着力が低下していて、払い落とし動作時に、フィルタに付着している付着物層が、一度にフィルタから剥離し易い状態になっていることが好ましい。
【００１２】
言い換えれば、払い落とし動作を行うとき、フィルタに接触している部分のダストが、場所によって炭化度合いが異なると、炭化の進んだところは容易にフィルタから剥離し、炭化の進んでいないところは容易に剥離せずにフィルタ表面に一部残存した状態になり、払い落とし動作を繰り返し時間が経過するにつれて、フィルタ表面にダストが部分的に残存して図５に示すように凸凹の状態になって、次第にダストが蓄積してフィルタ前後の差圧が大きくなってくる。
したがって、フィルタ上に形成されるダスト付着物層は、フィルタ表面に接する部分はほぼ同じ程度に充分に炭化が進んでいることが好ましい。
【００１３】
380℃以上の雰囲気では、３０分以上経過すると、条件によってはダスト中のタールの炭化が進み、フィルタに付着したダストのＨ／Ｃが0.4以下になることからすれば、フィルタ表面に接するダスト層中のタールの炭化がほぼ均一に進むためにはフィルタ表面に接するダスト層が約10分以内に形成されることが望ましい。例えば、フィルタ表面に接するダスト層の厚みを最も薄くて、ダスト粒径に相当するｔ＝10μmとすると、そのダスト層がフィルタ表面に10分程度で形成されることが望ましい。そうすれば、30分経過後には、ほぼそのダスト層の炭化度合いが同程度に進み、払い落とし動作によって、一度に付着ダストがフィルタ表面から剥離することになる。
付着ダストの比重は、ばらつきはあるが、一粒子あたり概ね1g/cm3であるので、ダストが10μm程度の一層を形成するためには、ダストが約10g/m2付着することになる。この層が10分程度で形成されるためには、少なくともダスト付着速度が１g/m2・minであることとなる。つまり、フィルタ表面に炭化度合いがほぼ均一なダスト層を作るためには、１g/m2・min以上のフィルタへのダスト付着速度が必要となる。ダスト付着速度とは、フィルタ単位面積に単位時間当たりに付着するダスト重量をいう。
【００１４】
以上のことから、払い落とし動作時に、フィルタに付着したダストをほぼ完全に剥離させるためには、フィルタ表面に均一なダスト層を短時間で形成させ、そしてフィルタ表面に付着しているダスト層のＨ／Ｃが0.4以下になり炭化が進んでいることが必要であり、そのためには、除塵雰囲気温度を380℃以上、ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を少なくとも４０分以上、フィルタへのダスト付着速度を１g/m2・min以上とすることが必要である。
【００１５】
一方、フィルタへのダスト付着速度を20g/m2・minより大きくすると、フィルタ上にあまりにも短時間で相当厚さのダスト層ができ、そのため、頻繁に払い落とし動作をすることになり、その払い落とし用ガスの消費量が大幅に増加して、運転コストが増大するので、ダスト付着速度は20g/m2・min以下が望ましい。
【００１６】
なお、フィルタへのダスト付着速度は、フィルタ単位面積に単位時間当たりに付着するダスト重量をいうが、部分酸化炉の運転条件から想定される可燃性ガス中のダスト濃度と、除塵装置の除塵能力からフィルタ表面積とが予め設定されていれば、フィルタを透過する可燃性ガス流量を調整することにより所定範囲になるように調整される。またフィルタを透過する可燃性ガスのろ過速度により調整されるようにしてもよい。
本発明は上記の知見を基になされたものである。
【００１７】
（１）本発明に係る除塵装置の運転方法は、廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法であって、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を少なくとも４０分以上としたことを特徴とするものである。
なお、廃棄物から可燃性ガスを発生させる方法としては、部分酸化、熱分解、ガス化及び乾留によるものがある。
【００１８】
（２）また、上記（１）に記載の除塵装置の運転方法において、ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を４時間以下としたことを特徴とするものである。
【００１９】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載の除塵装置の運転方法において、ろ過体へのダスト付着速度を１ｇ／m2・min以上としたことを特徴とするものである。
なお、ダスト付着速度とは、フィルタ単位面積に単位時間当たりに付着するダスト重量をいう。
【００２０】
（４）上記（１）〜（３）に記載の除塵装置の運転方法において、ろ過体へのダスト付着速度を20g／m2・min以下としたことを特徴とするものである。
【００２１】
（５）また、廃棄物から発生させた可燃性ガスをろ過体にてろ過して除塵すると共に、前記ろ過体に付着したダストをダスト払落しガスによって定期的に払い落とす除塵装置の運転方法であって、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔をダスト中の炭素に対する水素のモル比が0.4以下となる時間以上としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、除塵雰囲気温度を380℃以上とすると共に、前記ダスト払落しガスによる払落し動作の間隔を少なくとも４０分以上としたことにより、定期的に行なう払落し動作によってろ過体に付着したダストをほぼ全量払い落とすことができ、除塵装置の差圧上昇を抑制して除塵装置の継続運転が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［実施の形態１］
除塵装置が設置されるプラントとしては、図４に示した廃棄物処理装置があり、このような廃棄物処理装置は、前述したように、廃棄物が投入されると共に酸化用の空気が供給され、部分酸化によって可燃性ガスを発生する部分酸化炉２１と、部分酸化炉２１で発生した可燃性ガスの除塵を行う除塵装置２２と、除塵装置２２で除塵された可燃性ガスを燃焼する燃焼炉２３と、燃焼したガスの熱回収を行うボイラ２４とを備えてなる。
【００２４】
上記構成の廃棄物処理装置において、廃棄物は部分酸化炉１にて炉内温度400〜800℃、空気比0.15〜0.9程度の還元雰囲気で部分酸化された後、生成された可燃性ガスは図示しない温度調整装置によって所定温度に調整されて除塵装置２２に導入され、さらに燃焼炉３に送られ、ここで約1000℃の温度で完全燃焼し、ボイラ２４にて熱回収される。
【００２５】
以下、上記廃棄物処理装置の構成要素としての除塵装置に本発明に係る運転方法を適用した場合について説明する。
この例では、バイオマス系成分を多く含んだ廃棄物（平均発熱量：3600kcal/kg）を処理対象とした。また、部分酸化条件：空気比0.4〜0.6とし、フィルタにはセラミックフィルタを使用した。
上記条件で発生するダスト中の炭素に対する水素のモル比（Ｈ／Ｃ）の雰囲気温度400℃における時間変化を図１に示す。図１においては、縦軸が（Ｈ／Ｃ）、横軸が経過時間を示している。
図１から分かるように、上記ダストの上記条件においては経過時間５０分でＨ／Ｃが約0.4となることが分かった。
【００２６】
そこで、本実施の形態においては雰囲気温度及び払落し間隔共に若干の余裕をみて、除塵温度を430℃、払落し間隔を６０分に設定した。なお、払い落としガス：窒素（純度99％）、圧力0.5MPaとした。
図２（ａ）は上記条件にて除塵装置の運転を行なったときの除塵装置の差圧の変化を示したものであり、縦軸が除塵装置の差圧、横軸が経過時間を示している。図中Δｔは払落し間隔を示しており、この例では６０分に相当する。
なお、図２（ｂ）は比較例であり、払落し間隔を１５分とした場合を示している。
【００２７】
図２（ａ）から分かるように、払落し間隔を６０分にした場合には、払落し動作の後ではベース差圧が常に初期のベース差圧まで回復している。このことから、払落し動作によってフィルタ面に付着したダストがほぼ全量払い落とされていることが分かる。
なお、この条件におけるＨ／Ｃを確認したところ、Ｈ／Ｃ＝0.32〜0.38であり、Ｈ／Ｃ≦0.4の条件を満たしていた。
これに対して、図２（ｂ）の例では、各払落し動作でベース差圧が初期値まで回復せずに徐々に増加している。このため、時間の経過に伴い差圧が許容値を超えてしまいフィルタ破損の危険が生ずる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、除塵温度を430℃、払落し間隔を６０分というダスト中の炭素に対する水素のモル比（Ｈ／Ｃ）が0.4以下となる条件での運転を行なったので、定期的な払落し動作によってフィルタ面に付着したダストをほぼ全量払い落とすことができ、ベース差圧の上昇を防止できた。
【００２９】
［実施の形態２］
実施の形態１で示したものと同様の廃棄物処理装置に設置した除塵装置において、以下のような運転方法を実施した。
ろ過体としてセラミックフィルタを用いると共に除塵温度を430℃に設定し、ダスト濃度が平均13g/Nm3程度の可燃性ガスを約３g/m2・minのダスト付着速度になるように導入し、３時間毎に払い落とし動作を行った。
ダスト付着速度とは、フィルタ単位面積に単位時間当たりに付着するダスト重量をいう。このダスト付着速度は、想定されるダスト濃度のもとで除塵装置に供給する可燃性ガス流量を調整することで制御できる。もっとも、ダスト濃度は部分酸化炉に供給される廃棄物の性状や運転条件により変動するため、実際のダスト付着速度は別途検証する必要がある。
ダスト付着速度の検証方法としては、払い落とし動作毎に払い落とされるダスト重量をフィルタ表面積と払落し間隔の時間（この例では３時間）で割り算すればよい。本例でも、このようにして検証したところ、設定したダスト付着速度になっていた。
上述のような条件で除塵運転を行った結果、払い落とし動作によりほぼ全量のダストが払い落とされていることが確認できた。
【００３０】
払い落とされたダストの塊を分析したところ、ダストの塊におけるフィルタに付着していた部分はＨ／Ｃが0.4以下であり炭化が進んでいることが確認された。
なお、フィルタ表面は湾曲面となっているので、層状のダスト塊のどの面がフィルタ側か外面側かが判断できることから回収されたダストの塊を目視観察したところ、フィルタに付着していた面（湾曲面の内側面）は、外層よりも色が薄い色になっており、外面側よりも炭化が進んでいることを確認できた。
【００３１】
なお、上記本実施形態ではフィルタとしてセラミックフィルタを使用した場合を記載したが、除塵装置として耐熱バグフィルタや他のろ過式除塵装置を用いる場合にも、除塵雰囲気温度を380℃以上で、払い落とし間隔を４０分以上として払い落とすことにより、同様の効果が得られる。
また、本発明の除塵装置の運転方法において、このプロセスがほぼ大気圧下であろうと、数気圧の加圧雰囲気下であろうと問題は無く、双方の圧力条件に対応可能である。
また、上記実施の形態においては、廃棄物焼却炉を例に挙げたが、石炭燃焼／ガス化プラントにおいても同様の処理を行うことで同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る除塵装置の運転方法の説明図である（その１）。
【図２】本発明の一実施の形態に係る除塵装置の運転方法の説明図である（その２）。
【図３】本発明の手段に対する理論的根拠を説明する説明図である（その１）。
【図４】廃棄物処理装置の構成の説明図である。
【図５】除塵装置の構造の説明図である。
【図６】本発明の解決しようとする課題の説明図である（その１）。
【図７】本発明の解決しようとする課題の説明図である（その２）。
【符号の説明】
【００３３】
１  ケーシング、３  セラミックフィルタ、５  払落し装置。
【図１】
2006043518.tif 000003
【図２】
2006043518.tif 000004
【図３】
2006043518.tif 000005
【図４】
2006043518.tif 000006
【図５】
2006043518.tif 000007
【図６】
2006043518.tif 000008
【図７】
2006043518.tif 000009