(57)【要約】【課題】炉内でのＮＯｘの生成を確実に低減可能にし、下流側に触媒脱硝塔を用いることなく排ガスを浄化可能にする排ガス処理方法と排ガス処理設備とストーカ式焼却炉を提供する。【解決手段】ストーカ式焼却炉内の一次燃焼ゾーン３４の直上かつ排ガスの排出流路途中で水酸化ナトリウム水溶液を供給すると共に、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入することにより、炉内から排出される排ガス中の窒素酸化物量を低減する排ガス処理方法。【選択図】　　　　図１
2004020159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストーカ式焼却炉内の一次燃焼ゾーンの直上かつ排ガスの排出流路途中でナトリウム系化合物の水溶液を供給すると共に、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入することにより、炉内から排出される排ガス中の窒素酸化物量を低減する排ガス処理方法。
【請求項２】
前記ナトリウム系化合物として、排ガスの酸性中和処理後の生成物である塩化ナトリウムを利用すると共に、炉内に導入される前記ガスとして、炭化水素燃料、排出口から排出された排ガス、後燃焼ゾーンから抽出されたガス、のいずれか又はこれらの混合ガスを利用する請求項１の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記ナトリウム系化合物の水溶液を供給する箇所より下流側の炉内に、尿素またはアンモニアを導入する請求項１又は２の排ガス処理方法。
【請求項４】
ストーカ式焼却炉内の一次燃焼ゾーンの直上かつ排ガスの排出流路途中でナトリウム系化合物の水溶液を供給可能な水溶液供給手段と、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入可能なガス導入手段とを有する排ガス処理設備。
【請求項５】
請求項４の排ガス処理設備を装着したストーカ式焼却炉。
【請求項６】
水溶液供給手段より下流側の炉内に、尿素またはアンモニアを導入する導入手段を備える請求項５のストーカ式焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス処理方法と排ガス処理設備とストーカ式焼却炉に関し、詳しくは、触媒脱硝塔を用いることなく排ガス中の窒素酸化物を低減可能な排ガス処理方法と排ガス処理設備とこれを備えたストーカ式焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物を燃焼する焼却炉などから発生する排ガスは、一般に、図２に示すような工程を経て、その中に含まれるＮＯｘなどの有害ガスを無害化してから大気に放出される。すなわち、焼却炉４１から発生した高温の排ガスは、ボイラ４２等の動力源に送給されて熱回収され、熱回収された排ガスは更にエコノマイザー（節炭器）４３に送給され、排ガス中の粉塵などを除去するバグフィルター４４などの集塵機に送られてある程度清浄化される。排ガスは、バグフィルター４４に送給される前に減温塔に送られて温度調整される場合もある。バグフィルター４４で清浄化された排ガスは、触媒脱硝塔４６に送給される前に、触媒反応の効率を高めるため、再加熱器４５に送られて所定温度に加熱される。触媒脱硝塔４６で、ＮＯｘなどが除去されて清浄化された排ガスは、煙突４７に送給されてから大気に放出される。
【０００３】
炉内から発生したＮＯｘは、以下のような方式によって無害化されている。
【０００４】
（１）　排ガス工程における触媒脱硝塔の上流側からＮＨ３　を注入することにより、下記の反応式に従い分解する。
【０００５】
４ＮＯ＋４ＮＨ３　＋Ｏ２　→４Ｎ２　＋６Ｈ２　Ｏ
触媒脱硝塔を用いない方式としては、以下の方式がある。
【０００６】
（２）　炉内を還元雰囲気とし、ＮＯｘの生成を抑制して、排ガスを無害化する。
【０００７】
（３）　炉内に、尿素またはアンモニアを吹き込む（無触媒脱硝）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の方式では、ＮＨ３　の注入により、下記式のように排ガス中のＳＯｘと反応して、酸性硫安（ＮＨ４　ＨＳＯ４　）が生成し、触媒脱硝塔の触媒が被毒するため、脱硝性能が低下するという問題がある。
【０００９】
ＮＨ３　＋Ｏ３　＋Ｈ２　Ｏ→ＮＨ４　ＨＳＯ４
そのため、定期的に触媒を再生する必要があり、そのための生産性の低下と費用を必要とすることにもなる。
【００１０】
（２）の方式では、Ｎ２　からＮＯに変化する途中の中間生成物であるＨＣＮは、還元雰囲気ではＮＯとならないため、ＮＯｘの生成を抑制することができるが、ＨＣＮが存在する限り、その後の炉内の完全燃焼ゾーンで最終的にはＮＯｘを生成するため、ＮＯｘの生成を確実に低減することはできない。
【００１１】
（３）の方式では、触媒を使用しないため、触媒被毒の問題などは生じないが、吹込み部においてＮＯと中間生成物であるＨＣＮが混在しており、吹き込んだ尿素またはアンモニアはＮＯとのみ反応し、ＨＣＮが下流側ではＮＯとなる、という問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、炉内でのＮＯｘの生成を確実に低減可能にし、下流側に触媒脱硝塔を用いることなく排ガスを浄化可能にする、排ガス処理方法と排ガス処理設備とこれを備えたストーカ式焼却炉を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る排ガス処理方法の特徴構成は、
ストーカ式焼却炉内の一次燃焼ゾーンの直上かつ排ガスの排出流路途中でナトリウム系化合物の水溶液を供給すると共に、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入することにより、炉内から排出される排ガス中の窒素酸化物量を低減することにある。
【００１４】
この構成によれば、炉内での窒素酸化物を大幅に低減できるため、下流側に触媒脱硝塔を設ける必要がなくなり、省スペースを達成できると共に、触媒脱硝塔の操業に基づくランニングコスト、メンテナンスコストが不要になって、排ガス処理コストを効果的に低減できる。
【００１５】
すなわち、排ガス中のＮＯｘのような窒素酸化物は、廃棄物中の窒素分と空気中の窒素分子の酸化に起因するもの等が考えられるが、廃棄物を焼却する炉内では大部分の窒素酸化物は廃棄物中の窒素分に由来する。この廃棄物中の窒素分は、生成過程でラジカル反応を繰り返し、ＨＣＮ，ＣＮ，ＨＣＮＯ，ＨＣＯ，ＮＨ等の中間生成物を経て、窒素酸化物となることが判明している。そこで、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入すると、このことによってＨＣＮ等は低減されず、一時的に増える可能性があるが、少なくとも炉内での酸化による窒素酸化物の発生が確実に抑制され、しかも一時的に増加したＨＣＮ等は、ナトリウム系化合物の水溶液を供給することにより効果的に除去され、その結果、下流側の完全燃焼ゾーンでのＮＯｘの生成を極めて少なくできる。この場合、ナトリウム系化合物水溶液のナトリウム系化合物濃度は１〜１０％程度でよく、３〜５％程度であることがより好ましい。ナトリウム系化合物水溶液炉内への供給は、噴霧方式が好ましい。反応効率が効果的に高められ、窒素酸化物の除去に優れるからである。
【００１６】
前記ナトリウム系化合物として、排ガスの酸性中和処理後の生成物である塩化ナトリウムを利用すると共に、前記還元ガスとして、炭化水素燃料、排出口から排出された排ガス、後燃焼ゾーンから抽出されたガス、のいずれか又はこれらの混合ガスを利用することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、下流側では、排ガス中の塩化水素などの酸性成分を中和すべく、炭酸水素ナトリウムなどの薬剤を供給して中和処理が行われるが、その際に生じた中和生成物である塩化ナトリウムを回収して利用することにより、コストの低減を図れ、同様に炭化水素燃料、排出口から排出された排ガス、後燃焼ゾーンから抽出されたガス等も処理設備から流用あるいは生成するものを利用することから、処理設備全体の処理効率を高くできると共に、排出量を少なくできて都合がよい。
【００１８】
前記ナトリウム系化合物の水溶液を供給する箇所より下流側の炉内に、尿素またはアンモニアを導入することが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、窒素酸化物の処理効率を一層高くすることができて都合がよい。炉内下流側の導入箇所としては、例えば二次燃焼空気供給設備の供給口より下流側である約８００℃程度の温度域が好ましい。
【００２０】
又、本発明に係る排ガス処理設備の特徴構成は、ストーカ式焼却炉内の一次燃焼ゾーンの直上かつ排ガスの排出流路途中でナトリウム系化合物の水溶液を供給可能な水溶液供給手段と、炉内に導入されて還元性ガスとなるガスを導入可能なガス導入手段とを有することにある。
【００２１】
この構成によれば、炉内でのＮＯｘの生成を確実に低減可能にし、下流側に触媒脱硝塔を用いることなく排ガスを浄化可能にする排ガス処理設備を提供することができる。
【００２２】
更に又、本発明に係るストーカ式焼却炉の特徴構成は、請求項４の排ガス処理設備を装着したことにある。
【００２３】
この構成によれば、炉内でのＮＯｘの生成を確実に低減可能にし、下流側に触媒脱硝塔を用いることなく排ガスを浄化可能にするストーカ式焼却炉を提供できる。
【００２４】
水溶液供給手段より下流側の炉内に、尿素またはアンモニアを導入する導入手段を備えることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、窒素酸化物の処理効率を一層高くすることができる。導入手段の装着箇所としては、例えば二次燃焼空気供給設備の供給口より下流側である約８００℃程度の温度域が好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る排ガス処理方法を実施するために用いるストーカ式焼却炉の概略全体構成を示す。
【００２７】
このストーカ式焼却炉は、ごみ等の廃棄物を貯留するホッパー１と、このホッパー１内の廃棄物を送るプッシャー４とを設けると共に、プッシャー４により送られてくる廃棄物を燃焼させるストーカ３を炉本体２に設け、一次燃焼ゾーン３４に空気を供給する一次燃焼空気供給装置５と、二次燃焼ゾーン３５に二次燃焼空気を供給して未燃物または不完全燃焼物を完全燃焼させる二次燃焼空気供給装置６と、灰を排出する灰排出口７とを設けて構成されている。
【００２８】
ストーカ３は乾燥ストーカ３Ａと燃焼ストーカ３Ｂと後燃焼ストーカ３Ｃとからなり、一次燃焼空気供給装置５の送風機３０からの一次燃焼空気を通す一次空気ダクト８が、各ストーカ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの下方側に連通接続されている。
【００２９】
ホッパー１に投入された廃棄物は、乾燥ストーカ３Ａ・燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃの順に送られながら一次燃焼空気によって一次燃焼する。
【００３０】
乾燥ストーカ３Ａでは、後段の燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃでの燃焼により生じる高温燃焼ガスによって主として廃棄物が乾燥し、一部燃焼が始まる。乾燥ストーカ３Ａ上の廃棄物から発生するガスは、水分の蒸発による水蒸気、乾留によって生じる炭化水素ガス、不完全燃焼によって生じる一酸化炭素（ＣＯ）などである。
【００３１】
燃焼ストーカ３Ｂでは、一次燃焼空気により主として廃棄物が燃焼する。燃焼ストーカ３Ｂに供給される一次燃焼空気は、廃棄物の燃焼に必要十分な量であり、燃焼ストーカ３Ｂ上の廃棄物から発生するガスは高濃度のＮＯｘ　を含んでいる。
【００３２】
後燃焼ストーカ３Ｃでは、焼却灰中の未燃分の燃え切りを図る。後燃焼ストーカ３Ｃの上方の後燃焼ゾーン１１における燃焼ガスには１５〜１９％程度の酸素が残っており酸化性雰囲気になっている。
【００３３】
後燃焼ガス供給手段１６により、ガスの酸素濃度が比較的高い状態にある後燃焼ゾーン１１から、高温・高酸素濃度のガスを炉本体２外に抽出すると共に、二次燃焼ゾーン３５に噴射し、これにより二次燃焼ゾーン３５のガスと混合させ撹拌して、二次燃焼を促進させるよう構成してある。
【００３４】
後燃焼ガス供給手段１６は、後燃焼ゾーン１１側の炉本体２の天井壁にガス抽出口２６を形成し、このガス抽出口２６と、炉本体２の側壁に形成した複数のガス供給口２４Ａ、２４Ｂとをガス管路１８で連通接続し、ガス管路１８に熱交換器２７と送風機２８とを設けて構成してある。熱交換器２７はガスを冷却する。
【００３５】
後燃焼ゾーン１１から炉内に導入された抽出ガスは、二次燃焼を促進させるように消費されると共に、残余の還元ガスにより還元ゾーンが形成され、排ガス中の窒素酸化物の生成が確実に抑制される。
【００３６】
更に、このストーカ式焼却炉は、ガス供給口２４Ａの近傍から水酸化ナトリウムや塩化ナトリウム等のナトリウム系化合物の水溶液を炉内に噴霧するようになっている。すなわち、ナトリウム系化合物の水溶液１０を圧縮空気などと共に、ガス供給口２４Ａのやや下方位置の噴出口９から炉内に導入・噴霧する。この噴霧により、炉内に存在するＨＣＮがナトリウム系化合物と反応して効果的に除去されるのである。ここに、ナトリウム系化合物の水溶液１０と噴出口９などは、水溶液供給手段を構成する。
【００３７】
【実施例】
ＨＣＮガスを加熱炉内に導入し、ナトリウム系化合物の水溶液である水酸化ナトリウム水溶液を噴霧して、その除去効果を調べた。１２００℃に加熱した炉内の一方側からＨＣＮガスを導入しつつ、その導入口近傍から３％水酸化ナトリウム水溶液をネブライザを用いて炉内に噴霧した。その試験結果を、比較例（水酸化ナトリウム水溶液を噴霧しない）と共に表１に示す。
【００３８】
【表１】
2004020159.tif 000003
ＮＯｘ発生量＊は、ＮＯとしての値を示し、ＮＯ生成率は［ＮＯｘ発生量（Ｎとして）／ＨＣＮガス導入量（Ｎとして）］×１００として表した。
【００３９】
表１から、炉内にＨＣＮガスを導入するとＮＯｘ（ＮＯとして）が２０％程度発生するが、水酸化ナトリウム水溶液を導入することにより、ＮＯｘの生成は著しく低減し、ほぼ確実に抑制されることが分かる。
【００４０】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、後燃焼ガス供給手段１６により、後燃焼ゾーン１１から抽出されたガスを炉内に供給するようにしたが、これに代えて、あるいはこれに加えて、同様な箇所から炭化水素燃料を導入してもよく、更には、本ストーカ式焼却炉の下流側の排出口から排出された排ガスを供給するようにしてもよい。このようにしても、窒素酸化物の低減に関して同様な効果が得られる。
【００４１】
（２）ストーカ式焼却炉の下流側での排ガス処理は、湿式、あるいは乾式のいずれで行われてもよく、形式には特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に排ガス処理設備の概略全体構成図
【図２】従来技術に係る排ガス処理方法を説明するブロック図
【符号の説明】
９，１０　　　　　水溶液供給手段
１１　　　　　　　後燃焼ゾーン
２４Ａ、２４Ｂ　　ガス導入手段
３４　　　　　　　一次燃焼ゾーン
【図１】
2004020159.tif 000004
【図２】
2004020159.tif 000005