(57)【要約】【課題】ダイオキシン類や窒素酸化物を分解・除去する際に排ガスの再加熱を行う必要のない排ガス処理システムを提供する【解決手段】排ガス流路中に、排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝触媒を担持した集塵装置１２を設置し，その集塵装置１２に供給する排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールするとともに、集塵装置１２の上流側で還元剤または還元剤生成物質と脱塩剤を吹込み，その集塵装置１２において排ガス中の窒素酸化物の分解と塩化水素の除去を行う。【選択図】    【図１】
2006026525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス流路中に、排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝触媒を担持した集塵装置を設置し，その集塵装置に供給する排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールするとともに、前記集塵装置の上流側で還元剤または還元剤生成物質と脱塩剤を吹込み，その集塵装置において排ガス中の窒素酸化物の分解と塩化水素の除去を行うことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の排ガス処理システムにおいて、前記集塵装置がポリパラフェニレンベンゾビスオサゾール繊維で構成されたバグフィルタであって、そのバグフィルタに脱硝触媒を担持したことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の排ガス処理システムにおいて、前記集塵装置の後流側に減温装置が設置され、その減温装置の後流側に第２の集塵装置が設置されていることを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項４】
排ガス流路中に、排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝反応塔を設置し、その脱硝反応塔の上流側に集塵装置を設置して，その集塵装置に供給する排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールするとともに、その集塵装置の上流側で脱塩剤を吹込み，前記脱硝反応塔の上流側で還元剤または還元剤生成物質を吹込むことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項５】
請求項４記載の排ガス処理システムにおいて、前記脱硝反応塔の後流側に減温装置が設置され、その減温装置の後流側に第２の集塵装置が設置されていることを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項６】
請求項３または５記載の排ガス処理システムにおいて、前記第２の集塵装置の上流側でダイオキシン類吸着剤を吹込み，前記第２の集塵装置において排ガス中のダイオキシン類を吸着除去することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項７】
請求項６記載の排ガス処理システムにおいて、前記第２の集塵装置で回収されたダイオキシン類を含む煤塵を焼却炉または溶融炉に供給することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項８】
請求項1ないし７のいずれか１項記載の排ガス処理システムにおいて、前記排ガスの発生炉に還元剤または還元剤生成物質を供給して、前記発生炉内で無触媒脱硝を行うことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項９】
請求項1ないし８のいずれか１項記載の排ガス処理システムにおいて、前記排ガスの発生炉に排ガス温度を調整するための水スプレを付設したことを特徴とする排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば都市ごみ等の焼却炉や溶融炉等から排出される排ガス中の有害物質を分解除去する技術に係り，特に排ガス中に含有される窒素酸化物やダイオキシン類等を無害化するための排ガス処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の都市ごみ焼却炉における排ガス処理の一例を図９に示す。焼却炉１で発生した高温の排ガスは廃熱ボイラ２で熱回収された後，ダイオキシン類の再生成を防止するため，減温装置３において１５０〜１７０℃程度まで急冷される。
【０００３】
集塵装置４では排ガス中の煤塵の除去及び消石灰ａや活性炭ｂ等の噴霧による排ガス中の塩化水素の除去が行われる。その後，触媒反応塔６でダイオキシン類及び窒素酸化物を分解除去するため，排ガス再加熱器５において排ガスの温度を２５０〜３００℃まで上昇させる。触媒反応塔６を通過して無害化された排ガスは誘引送風機を介して煙突７より排出される。
【０００４】
最近の炉では排ガス中のダイオキシン類及び窒素酸化物を除去するために，触媒反応塔６が設置される場合が多いが，触媒の活性温度が２５０〜３００℃と高いため，減温後の排ガス処理のためには再加熱器５が必要となる。
【０００５】
図４は、各温度におけるガス状ダイオキシン類の存在比率を示す特性図である。同図に示すように大半のダイオキシン類は触媒の活性温度域である２５０〜３００℃ではガス状で存在しており，固体状の物体を捕集する機能しか持たない集塵装置４では，排ガス中のダイオキシン類を除去する能力が低い。
【０００６】
このため従来技術では，集塵装置４の入口ガス温度を１５０〜１７０℃まで下げ，ダイオキシン類を固体状として捕集し，排ガスから分離除去している。よって，触媒の活性温度である２５０〜３００℃の排ガス温度を得るために，１５０〜１７０℃まで冷却された排ガスを再加熱している。
【０００７】
排ガスを再加熱するためには，ボイラで発生した蒸気や電気，その他の補助燃料を使用しなければいけない。また，再加熱器の形式によっては，雰囲気温度が３００〜４００℃程度とダイオキシン類の再生成温度域になることもあり，再加熱器においてダイオキシン類が多量に再生成するとう問題がある。
【０００８】
このため，例えば図１０に示すような排ガス処理システムが提案されている（特開２００１−３２７８３７号公報参照）。この排ガス処理システムは，ごみを焼却処理する廃棄物焼却炉１と，その焼却炉１から排出される９５０℃程度の排ガスを水噴霧等の冷却手段によって２５０〜５００℃程度まで冷却するガス冷却装置８と，高温ダストフィルタ９と、２５０〜５００℃の状態で排ガス中の有害物質をガス状で分解する触媒反応器６と，その触媒反応装置６の後流側に設けられ，減温装置３により減温された排ガス中のダストを除去する集塵装置４と，浄化された排ガスを外部排出する煙突７とから構成されている。
【０００９】
また，図１１に示すような排ガス処理システムが提案されている（特開平８−２２４４２０号公報参照）。この排ガス処理システムは，焼却炉排ガスを２００〜２２０℃に減温して集塵装置（バグフィルタ）４で除塵を行い，除塵後の排ガスに適当量のアンモニアｃを添加し，触媒反応塔６に導入して窒素酸化物を除去する。次いで空気予熱器１０により１３０〜１６０℃に減温した後，消石灰ａ及び粉末活性炭ｂを添加して，集塵装置（バグフィルタ）４により再度除塵するシステムになっている。図中の１１は、消石灰ａ及び粉末活性炭ｂの循環路である。
【特許文献１】特開２００１−３２７８３７号公報
【特許文献２】特開平８−２２４４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来提案された排ガス処理システムでは，触媒反応塔６の上流側に高温ダストフィルタ９や集塵装置４が設置されているため，排ガス中の灰は除去できるが，塩化水素については，後段の集塵装置４で除去する方式となっており，触媒反応塔６には高濃度の塩化水素を含んだ排ガスが流入する。
【００１１】
図２は，塩化水素共存下で消石灰を供給した場合（実線）と供給しない場合（一点鎖線）の、排ガス温度と脱硝率との関係を示す図である。同図に示すように，塩化水素共存下で消石灰を供給しない場合，すなわち，排ガスの脱塩素処理を行わない場合には，同図において一点鎖線で示すように触媒機能が劣化し，脱硝率が著しく低下するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、ダイオキシン類や窒素酸化物を分解・除去する際に，排ガスの再加熱を行う必要がなく、従って排ガス再加熱に伴う蒸気，電気，補助燃料の消費が省け、しかもダイオキシン類の再生成が防止できる排ガス処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、排ガス流路中に、排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝触媒を担持した集塵装置を設置し，その集塵装置に供給する排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールするとともに、前記集塵装置の上流側で例えばアンモニアなどの還元剤または尿素水などの還元剤生成物質と例えば消石灰などの脱塩剤を吹込み，その集塵装置において排ガス中の窒素酸化物の分解と塩化水素の除去を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記集塵装置がポリパラフェニレンベンゾビスオサゾール繊維で構成されたバグフィルタであって、そのバグフィルタに脱硝触媒を担持したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記集塵装置の後流側に減温装置が設置され、その減温装置の後流側に第２の集塵装置が設置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第４の手段は、排ガス流路中に、排ガス中の窒素酸化物を分解する脱硝反応塔を設置し、その脱硝反応塔の上流側に集塵装置を設置して，その集塵装置に供給する排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールするとともに、その集塵装置の上流側で脱塩剤を吹込み，前記脱硝反応塔の上流側で還元剤または還元剤生成物質を吹込むことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記脱硝反応塔の後流側に減温装置が設置され、その減温装置の後流側に第２の集塵装置が設置されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第６の手段は前記第３または第５の手段において、前記第２の集塵装置の上流側で例えば活性炭などのダイオキシン類吸着剤を吹込み，前記第２の集塵装置において排ガス中のダイオキシン類を吸着除去することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記第２の集塵装置で回収されたダイオキシン類を含む煤塵を焼却炉または溶融炉に供給することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第８の手段は前記第１ないし第７の手段において、前記排ガスの発生炉（例えば焼却炉、溶融炉または２次燃焼室など）に還元剤または還元剤生成物質を供給して、前記発生炉内で無触媒脱硝を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第９の手段は前記第１ないし第８の手段において、前記排ガスの発生炉に排ガス温度を調整するための水スプレを付設したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
前記第１の手段ならびに第４の手段によれば，排ガス再加熱手段を必要とせず，機能性集塵装置や触媒反応塔により窒素酸化物を効果的に分解・除去できる。また，機能性集塵装置や触媒反応塔の上流側で排ガス中の塩化水素を除去できるので，触媒の劣化を防止できる。
【００２３】
前記第２の手段によれば，機能性集塵装置の耐熱性を向上して、安定した機能が発揮できる。
【００２４】
前記第３の手段ならびに第５の手段によれば，機能性集塵装置や触媒反応塔通過後に排ガスを急冷し，排ガス中のダイオキシン類を固化させて第２の集塵装置で回収することで，排ガス中のダイオキシン類濃度も大幅に低減できる。
【００２５】
前記第６の手段によれば，排ガス減温後の気体状ダイオキシン類を吸着剤に吸着させることで，排ガス中のダイオキシン類濃度をさらに低減することが可能となる。
【００２６】
前記第７の手段によれば，第２の集塵装置で回収されたダイオキシン類を含む塵埃を焼却炉や溶融炉へ供給することで，ダイオキシン類を熱分解させ，系外に排出されるダイオキシン類の量を低減できる。
【００２７】
前記第８の手段によれば，焼却炉や溶融炉で無触媒脱硝を行うことで，排ガス中の窒素酸化物濃度をさらに低減できると共に，焼却炉や溶融炉から未反応の尿素やアンモニアが流出しても，後段の機能性集塵装置や触媒反応塔において有効に利用されるため，系外に排出されることがない。 
前記第９の手段によれば，機能性集塵装置もしくは触媒反応塔の入口ガス温度を所定の温度範囲に制御することができるので，最も触媒活性の高い温度での運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、第１の実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【００２９】
ごみは供給装置（図示せず）により流動床式の焼却炉１内に投入され，空気と反応し燃焼する。この際焼却炉１には、尿素水ｄと水スプレーｆが加えられる。ごみに含まれる金属，瓦礫類は炉底より流動媒体と共に抜き出され，分離装置により流動媒体と分離される。流動媒体は再び焼却炉１に戻され，層高が常に一定となるように運転されている。
【００３０】
焼却炉１から排出された燃焼ガスは廃熱ボイラ２で熱回収された後，窒素酸化物を分解・除去する機能を有する機能性バグフィルタ１２において脱塵及び窒素酸化物の分解・除去が行われる。従って機能性バグフィルタ１２の上流で、消石灰ａとアンモニアｃが添加される。その後，減温装置３において１５０〜１７０℃に急冷され，バグフィルタ等の集塵装置４を通って煙突７より放出される。
【００３１】
前記焼却炉１には尿素水ｄが供給され，炉内で無触媒脱硝が行われている。また，機能性バグフィルタ１２の上流側で消石灰ａを噴霧し，排ガス中の塩化水素を除去している。さらに，後段の集塵装置４（バグフィルタ）の上流側で活性炭ｂを噴霧し，排ガス中のダイオキシン類を吸着・除去している。
【００３２】
焼却炉１の出口排ガス温度は９００〜９５０℃であるが，廃熱ボイラ２での熱吸収により，機能性バグフィルタ１２の入口では２５０〜３００℃まで低下する。機能性バグフィルタ１２を通過した後，減温装置３で水噴霧により急冷され，後段の集塵装置４（バグフィルタ）の入口では排ガス温度は１５０〜１７０℃程度まで低下している。
【００３３】
本発明では，機能性バグフィルタ１２における排ガス温度を２５０〜３００℃の範囲にコントロールする必要があるため，焼却炉１に水スプレｆを設置し，炉出口排ガス温度を９００〜９５０℃の範囲に制御している。
【００３４】
通常，ごみ供給量が変動した場合には空気量を調整することで温度を一定に保つことができるが，機器の能力を超えるような供給量変動が生じた場合には，空気量が不足して温度が上昇するため，水スプレｆを設置してガス温度を制御している。
【００３５】
なお，本実施形態では，機能性バグフィルタ１２を従来よりも高い温度域である２５０〜３００℃で使用するため，耐熱性の高い材質であるポリパラフェニレンベンゾビスオサゾール繊維から構成されたバグフィルタを使用した。なお，２８０℃程度までの運用であれば，ポリイミドやガラス繊維も利用できる。
【００３６】
焼却炉１から排出される排ガス中には窒素酸化物，灰，ダイオキシン類が含まれている。本発明では，焼却炉１に尿素水ｄを供給して無触媒脱硝を行っている。脱硝率は約３０％と低いため，焼却炉出口の窒素酸化物濃度は排ガス規制値を満足していない。また，供給した尿素水ｄから熱分解によりアンモニアが生成し，焼却炉出口から未反応のアンモニアが排出される。このアンモニアは機能性バグフィルタ１２において，別途，吹き込まれたアンモニアｃとともに窒素酸化物の分解・除去に使用され，排ガス規制値を満足するようになる。
【００３７】
塩化水素は機能性バグフィルタ１２の上流側で噴霧された消石灰ａと反応することで，排ガスから除去されるが，高温領域では除去能力が低下するため，排ガス温度２５０〜３００℃の狭い範囲においてのみ，図２において実線で示すように触媒の活性低下を招くことなく，高い脱硝率が得られることを確認した。
【００３８】
図３は，各排ガス温度における塩化水素が共存しない場合の脱硝率と、バグフィルタでの塩素除去率との関係を示す特性図である。同図に示すように，塩化水素が共存しない場合の脱硝率が２５０℃程度から急上昇するのに対し，触媒の被毒成分である排ガス中の塩化水素の除去率が２５０℃程度から急激に低下するため，図２に示す温度範囲の脱硝率が高くなる。
【００３９】
また，機能性バグフィルタの入口ガス温度は２５０〜３００℃と高いため，図４に示すように８０％以上のダイオキシン類はガス状で存在している。窒素酸化物の分解・除去作用のある触媒は同時にガス状のダイオキシン類の分解・除去作用があることが知られており，本実施形態では，機能性バグフィルタにおいて，ガス状で存在するダイオキシン類の９０％以上を分解・除去できた。この触媒は具体的には、ＴｉＯ2を担体として金属酸化物触媒（ＴｉＯ2／Ｐｔ／Ｖ2Ｏ5／ＭｏＯ3／ＷＯ3）を担持したチタニア系の触媒が好適である。
【００４０】
機能性バグフィルタで分解・除去できなかった残りのダイオキシン類は減温装置で排ガスが急冷されるため，図４に示すように固体状で存在し，入口ガス温度が１５０〜１７０℃である後段のバグフィルタで容易に捕集除去できる。この際，排ガス中にはガス状のダイオキシン類が若干残存しているため，活性炭を噴霧し，活性炭にガス状で存在するダイオキシン類を吸着させることで，排ガス中のダイオキシン類を大幅に低減できる。
【００４１】
図５は、本発明の第２実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。本実施形態で前記第１実施形態と相違する点は、機能性バグフィルタ１２の代わりに，通常の集塵装置（バグフィルタ）４と、その後流側に触媒反応塔６を設置し，集塵装置（バグフィルタ）４の上流側で消石灰ａを供給することで，排ガス中の塩化水素を除去し、その後で触媒反応塔６で排ガス中の窒素酸化物を除去した点である。
【００４２】
図６は、本発明の第３実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。本実施形態で前記第１実施形態と相違する点は、焼却炉１の代わりにごみのガス化炉１３と、溶融炉１４とそれに続く２次燃焼炉１５を用いた点である。本実施形態の場合、２次燃焼炉１５に尿素水ｄを供給するとともに、水スプレｆを設置している。
【００４３】
溶融炉１４の排ガス温度は１３００℃以上となることから，窒素酸化物の生成量が多い。このため２次燃焼室１５において尿素水ｄを供給することで，炉内脱硝を行い，さらに排ガス処理系において機能性バグフィルタ１２による触媒脱硝を行っている。なお、尿素水ｄは２次燃焼炉１５の上流側の溶融炉１４に添加することも可能である。
【００４４】
図７は、本発明の第４実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。本実施形態で前記第３実施形態と相違する点は、減温装置３の後流部に設置された集塵装置（バグフィルタ）４で回収されたダイオキシン類を含む活性炭等の煤塵ｅを溶融炉１４へ供給し，ダイオキシン類の熱分解を行い，系外へ排出されるダイオキシン類の総量を低減している点である。
【００４５】
図８は、本発明の第５実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。本実施形態で前記第４実施形態と相違する点は、集塵装置（バグフィルタ）４で回収されたダイオキシン類を含む活性炭等の煤塵ｅを焼却炉１へ供給した点である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【図２】塩化水素共存下で消石灰を供給した場合と供給しない場合の、排ガス温度と脱硝率との関係を示す図である。
【図３】各排ガス温度における塩化水素が共存しない場合の脱硝率と、バグフィルタでの塩素除去率との関係を示す特性図である。
【図４】各温度におけるガス状ダイオキシン類の存在比率を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る排ガス処理システムの系統図である。
【図９】従来の排ガス処理システムの系統図である。
【図１０】従来提案された排ガス処理システムの系統図である。
【図１１】従来提案された排ガス処理システムの系統図である。
【符号の説明】
【００４７】
１:燃焼炉、２：廃熱ボイラ、３:減温装置、４：集塵装置、６：触媒飯能塔、７:煙突、１２：機能性バグフィルタ、１３：ガス化炉、１４：溶融炉、１５:２次燃焼室、ａ：消石灰、ｂ:活性炭、ｃ:アンモニア、ｄ：尿素水、Ｅ:煤塵、ｆ：水スプレ。
【図１】
2006026525.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006026525.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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