(57)【要約】 【課題】  排ガス中に還元剤を噴霧する方式の従来の排ガス脱硝方法をロータリーキルン型の回転炉に適用可能とすること。【解決手段】  ロータリーキルン型の回転炉における排ガス脱硝方法である。バーナ火炎との干渉を減じる位置に、ロータリーキルン１の前面から炉内に向けて還元剤を噴霧する。【効果】  ロータリーキルン型の回転炉において、炉内にて窒素酸化物を還元反応させ、排ガス中の窒素酸化物について良好な脱硝効果を得ることができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルン型の回転炉における排ガス脱硝方法であって、
バーナ火炎との干渉を減じる位置に、
ロータリーキルンの前面から炉内に向けて還元剤を噴霧することを特徴とする回転炉における排ガス脱硝方法。
【請求項２】
前記ロータリーキルン型の回転炉は、操業中における炉内温度が８００℃以上である箇所を含む回転炉であることを特徴とする請求項１に記載の回転炉における排ガス脱硝方法。
【請求項３】
前記還元剤を噴霧する位置が、バーナ設置位置より炉体の上方であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転炉における排ガス脱硝方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルン型のたとえば廃棄物焼却炉において、炉内に尿素水又はアンモニア水等の還元剤を噴霧し、炉内にて窒素酸化物を還元させる脱硝方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却炉にて雑芥、汚泥、廃油等の廃棄物を焼却する際には、窒素酸化物が発生するため、排ガス中の窒素酸化物を低減する必要が生じる。また、大気汚染防止法・ダイオキシン法といった大気関連法規には設備における排出ガス濃度が規制されており、その規制値を遵守する必要がある。
【０００３】
この排ガス中の窒素酸化物を除去する方法として、
ａ）排ガス中に尿素水やアンモニア水等の還元剤を噴霧して窒素酸化物を還元除去する方法、
ｂ）窒素酸化物を還元除去するために還元触媒を充填した排ガス脱硝塔を設置する方法、ｃ）排ガス系に排ガス減温設備を設置し、排ガス温度を低下させて窒素酸化物の二次生成を抑制する方法、が挙げられる。
【０００４】
これらの方法のうち、ａ）の技術としては、排ガス配管中に還元剤を噴霧する方法が一般的であるが、炉内に直接噴霧する事例もある。
炉内への噴霧例としては、流動床炉の炉内側面から尿素水やアンモニア水等の還元剤を噴霧することで、窒素酸化物を窒素ガスに還元除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平０５−３３２５２１号公報
【０００５】
また、炉直後に噴霧する事例としては、セメントプラントのロータリーキルンにおいて、排ガスに対向してロータリーキルンの後端から尿素水やアンモニア水を噴霧することで、窒素酸化物を窒素ガスに還元処理する方法が提案されている。
【特許文献２】特開平０９−２０６５５２号公報
【０００６】
ｂ）の技術としては、炉後段の排ガス系に脱硝塔を設置する方法が提案され、また、ｃ）の技術とあわせたものとして、電気集塵機の後段に脱硝塔、減温塔を設置し、水噴霧による温度調整後バグフィルターを設置する排ガス処理方法が提案されている。
【特許文献３】特開２０００−８４５０９０号公報
【特許文献４】特開２０００−２６２８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ａ）の排ガス中に還元剤を噴霧する方法では、噴霧する還元剤溶液の水分によって排ガス中のダストが配管壁面に付着するという問題や、還元剤噴霧設備にダストが付着するという問題が発生する。
【０００８】
また、特許文献１に記載された炉内に還元剤を噴霧する技術は、流動床炉の様に炉壁面が固定されている場合は噴霧装置の設置が可能であるが、ロータリーキルン型の回転炉では、炉の回転により焼却対象物が噴霧装置と接触して噴霧装置に障害を与えるため、炉内壁面に噴霧装置を設置することは困難である。
【０００９】
また、特許文献２に記載されたセメントプラントのロータリーキルンのように、炉内を通過する排ガスの流れ方向と焼却物の流れが反対の、対向流式のロータリーキルンの後端から炉内に向かって還元剤を吹き込む場合には、炉内を通過してきた飛灰の多い排ガスに対して還元剤を吹き込むことになるため、炉内からの飛灰により噴霧ノズルが閉塞し、また、還元剤の水分により排ガス配管の内壁に飛灰が付着するという問題が発生する。
【００１０】
また、ｂ）ｃ）の技術では、既存設備に脱硝塔や減温塔を設置する必要があり、大規模な排ガス配管のレイアウト変更や設備投資を要する等の問題が生じる。
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、排ガス中に還元剤を噴霧する方式の従来の排ガス脱硝方法をロータリーキルン型の回転炉に適用する場合には、（１）炉内壁面に噴霧装置を設置することができないという点、また、（２）炉の後端から還元剤を噴霧する場合には、炉体の長さによっては、還元剤と接触する排ガスの温度が８００℃未満になって良好な還元反応が得られず、また、還元剤溶液の水分によって排ガス中のダストが還元剤噴霧設備に付着するという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述のように、排ガス配管中に尿素水やアンモニア水等の還元剤を噴霧することで、下記化学式１に示したような還元反応をおこさせて、窒素酸化物を窒素ガスとなす排ガスの脱硝方法が一般的に実施されている。
【００１３】
【化１】
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【００１４】
一方、尿素水やアンモニア水等の還元剤は、雰囲気温度が８００℃以上（〜１０００℃）で噴霧するのが還元反応性の点から望ましいことが一般に知られている。また、廃棄物処理法において、廃棄物焼却炉は炉内温度が８００℃以上で２秒以上滞留させる構造とする基準が設けられている。
【００１５】
従って、ロータリーキルン型の廃棄物焼却炉のように還元剤の噴霧場所を炉内壁面に確保することが出来ない場合には、脱硝に際し、炉内を還元剤の反応場所として活用可能ではあるものの、雰囲気温度が８００℃〜１０００℃の温度域を狙って還元剤を噴霧する必要があるため、その噴霧位置が問題となる。
【００１６】
そして、その際、１）炉内に吹き込む還元剤の噴霧流がバーナ火炎と接触すると、下記化学式２に示したように、バーナ火炎により還元剤が燃焼して、逆に窒素酸化物が増加する。また、２）炉内に投入された焼却対象物に還元剤がかかって焼却対象物と共に還元剤が燃焼すると、排ガス中の窒素酸化物との還元能力をなくしてしまう。このようなことから、噴霧位置の選定は極めて重要である。
【００１７】
【化２】
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【００１８】
本発明に係る回転炉における排ガス脱硝方法は、かかる観点に基づいてなされたものであり、
ロータリーキルン型の回転炉のように還元剤の噴霧場所を炉内壁面に確保することが出来ない場合であっても、炉内に噴霧する還元剤の反応性を良好ならしめ、脱硝塔の新設や排ガス配管のレイアウト変更を必要としないようにするため、
バーナ火炎との干渉を減じる位置に、
ロータリーキルンの前面から炉内に向けて還元剤を噴霧することを最も主要な特徴とし、本発明方法を適用する前記回転炉としては、操業中における炉内温度が８００℃以上である箇所を含む回転炉、たとえば廃棄物焼却炉などがある。
【００１９】
本発明において、バーナ火炎との干渉を減じる位置とは、還元剤を噴霧したことによる還元反応によって還元される窒素酸化物量が、噴霧した還元剤がバーナ火炎等に接触して燃焼することで生成される窒素酸化物量よりも多くなるように、還元剤を噴霧可能な位置を言い、この還元剤を噴霧する位置がバーナ設置位置より炉体の上方であれば、バーナ火炎との干渉を効果的に減じることができる。
【００２０】
図５は還元剤として尿素水やアンモニア水を噴霧した場合に、還元された窒素酸化物量及び燃焼により酸化されて生成された窒素酸化物量と、還元剤の反応率を示したものである。たとえば還元剤として尿素水を使用した場合の還元反応は、太い実線で示したように、尿素水の反応率が上昇するほど生成される窒素酸化物量は多くなり、尿素水がバーナ火炎と全く接触しない場合（還元剤反応率が１００％）には、前記化学式１で示したように、尿素水１ｍｏｌに対して３／２ｍｏｌの窒素酸化物が生成される（図５中の●印）。
【００２１】
一方、噴霧された尿素水がバーナ火炎に接触して燃焼する場合の酸化反応は、太い破線で示したように、燃焼する尿素水量が多くなるほど生成される窒素酸化物量は多くなり、尿素水がバーナ火炎によって全て燃焼した場合（還元剤反応率が０％）には、前記化学式２で示したように、尿素水１ｍｏｌに対して２ｍｏｌの窒素酸化物が生成される（図５中の○印）。
【００２２】
同様に、還元剤としてアンモニア水を使用した場合の結果も図５に示したが、アンモニア水を使用した場合の還元反応は、細い実線で示したように、アンモニア水の反応率が上昇するほど生成される窒素酸化物量は多くなり、アンモニア水がバーナ火炎と全く接触しない場合（還元剤反応率が１００％）には、下記化学式３で示すように、アンモニア水１ｍｏｌに対して７／８ｍｏｌの窒素酸化物が生成される（図５中の■印）。
【００２３】
【化３】
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【００２４】
一方、噴霧されたアンモニア水がバーナ火炎に接触して燃焼する場合の酸化反応は、細い破線で示したように、燃焼するアンモニア水量が多くなるほど生成される窒素酸化物量は多くなり、アンモニア水がバーナ火炎によって全て燃焼した場合（還元剤反応率が０％）には、下記化学式４で示すように、アンモニア水１ｍｏｌに対して１ｍｏｌの窒素酸化物が生成される（図５中の□印）。
【００２５】
【化４】
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【００２６】
従って、還元剤の噴霧位置は、還元反応を示す前記実線と酸化反応を示す前記破線の交点が示す還元剤の反応率以上、たとえば還元剤が尿素水やアンモニア水の場合には５７．１％以上となる位置であれば、バーナの設置位置よりも上方でも下方から噴霧しても良く、また、バーナ先端より炉内側の位置でも炉外側の位置から噴霧しても良い。この還元剤の噴霧位置は、炉に対するバーナの設置位置によっても変化する。
【００２７】
すなわち、本発明に係る回転炉における排ガス脱硝方法では、吹き込む還元剤の噴霧流がバーナ火炎に可及的に直接接触しない様、ロータリーキルンの前面から炉内に向けて尿素水やアンモニア水などの還元剤を噴霧することにより、炉内にて前述の化学式１や化学式３で示した還元反応が起こり、たとえば廃棄物の炉内燃焼により発生した窒素酸化物に対して良好な脱硝効果を得ることができるようになる。また、噴霧設備（ノズル等）に対する飛灰の影響（ダスト付着）や熱影響を緩和できるメリットもある。
【００２８】
このように、本発明では、バーナ火炎との干渉を減じる位置に、ロータリーキルン型の回転炉のロータリーキルンの前面から炉内に向けて還元剤を噴霧することにより、炉内容積を還元剤の反応場所として最大限活用できるため、コンパクトな設備レイアウトが可能となり安価な設備にて排ガスの脱硝が可能となる。
【００２９】
本発明に係る回転炉における排ガス脱硝方法を適用する炉は、ロータリーキルン型であって、還元剤を噴霧する炉内の雰囲気温度が８００℃以上の炉であれば、並行流式であっても、対向流式であっても良い。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、ロータリーキルン型の回転炉において、ロータリーキルンの前面から炉内のバーナ火炎との干渉を減じる位置に向けて尿素水又はアンモニア水等の還元剤を吹込むことにより、炉内にて窒素酸化物を還元反応させ、排ガス中の窒素酸化物について良好な脱硝効果を得ることができる。また、既存の設備に脱硝塔や減温塔を設置する必要がなくなり、大規模なレイアウト変更や設備投資を要する等の問題も回避できる。さらに、還元剤の噴霧設備（ノズル）の飛灰による閉塞も緩和され、設備の約３ヶ月間の長期運転も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
図１〜図４の例では、雑芥、汚泥、廃油等を焼却処理する並行流式のロータリーキルン型廃棄物焼却炉において、焼却炉から発生する排ガス中の窒素酸化物を除去する方法について説明する。
【００３２】
図１は本発明方法を実施する設備のフローを示した図で、１は炉内を通過する排ガスの流れ方向と焼却物の流れが並行の、並行流式のロータリーキルン、２は前記ロータリーキルン１の前面におけるたとえば軸中心位置に設けられたバーナ、３は前記ロータリーキルン１の前面から炉内に汚泥を供給すべく配置された汚泥供給シュート、４は廃熱ボイラー、５は乾式電気集塵機、６は誘引ファン、７は煙突を示す。なお、図１中の８は前記汚泥供給シュート３にピット９内の汚泥を供給する天井クレーンを示す。
【００３３】
前記構成の廃棄物焼却設備では、ロータリーキルン１の前面側に設けられた汚泥供給シュート３からロータリーキルン１内に投入された汚泥は、バーナ２の燃焼熱等によりロータリーキルン１内にて８００℃以上で焼却処理され、後端より排出される。
【００３４】
また、図１に示した例ではロータリーキルン１、廃熱ボイラー４、電気集塵機５間の距離が短く、かつ、排ガス温度は廃熱ボイラー４の前方では３００℃以下にまで低下しているため、尿素水やアンモニア水等の還元剤を噴霧脱硝する場所が制限される。
【００３５】
試験的に、前述の先行技術文献２のように、ロータリーキルン１の後端にて下記の条件で尿素水を噴霧したところ、排ガス中の脱硝効果は確認できたものの（表１のケースｂ〜ｄ参照）、還元剤噴霧による水分が飛灰と結合し、２〜３日でロータリーキルン１の直後に設置している廃熱ボイラー４の伝熱管４ａに、図２に示したように、ダスト１０が付着成長して蒸気回収量が低下するという弊害を引き起こした（表１のケースｄ参照）。
【００３６】
また、廃熱ボイラー４の後方にて尿素水等の還元剤を噴霧しても、排ガス温度が低いために窒素酸化物の良好な還元反応が得られなかった。更に、設備面では、新たに脱硝塔や減温塔を排ガス系に追加設置することは設備コストの増大を招き、コスト増となる。
【００３７】
（試験設備：図３参照）
１．並行流式のロータリーキルン：炉内径３．９ｍ
２．バーナ：ロータリーキルンの前面におけるほぼ軸心位置に設置（図４（ａ）のイメージ）。
３．還元剤噴霧ノズル：バーナの約１．０ｍ上方の位置より時計回りに４５°回転した位置。ノズル先端はバーナ先端より０．５ｍ炉外側の位置。
【００３８】
（試験条件）
１．先ず、尿素水の吹き込みをしない状態で、排ガス量、温度、ＮＯｘ濃度を測定（ケースａ）。
２．次に、スプレー水量を５．０リットル／分、エアー圧力を３．０ｋｇ／ｍ2に調整した後、尿素水の送り量を１００％（ケースｂ）、６２．５％（ケースｃ）、３０％（ケースｄ）で吹き込み、排ガス量、温度、ＮＯｘ濃度を測定。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
次に、本発明に係る排ガスの脱硝方法について説明する。
図１に示すようにロータリーキルン１の前面に、タンク１２内の尿素水やアンモニア水等の還元剤をロータリーキルン１内に噴霧する還元剤噴霧ノズル１１を設置し、かつ、バーナ２の火炎に可及的に直接触れないよう、尿素水等の還元剤の炉内への噴霧位置を調整することにより、ロータリーキルン１内での排ガス中窒素酸化物の脱硝反応を可能とした。
【００４１】
図１に示した並行流式のロータリーキルン型廃棄物焼却炉では、還元剤を噴霧するロータリーキルン１の前端温度は６５０〜７８０℃、後端温度は８００〜１０００℃近くであるため、本発明方法によれば炉内で十分に還元反応を促進し、排ガス中の窒素酸化物を低減させることができる。すなわち、排ガス中で尿素水から発生するアンモニアガスにより前記化学式１に示す還元反応がおこり、窒素酸化物が窒素ガスとなる。
【００４２】
本発明に係る排ガスの脱硝方法では、還元剤の噴霧をスプレー散水（液滴）状態まで悪化させると良好な脱硝効果が得られなかったことから、効率的に排ガス中の窒素酸化物を脱硝するためにはミスト状に還元剤を噴霧する必要があることが判明した。前述の試験と同じ設備を使用し、下記の条件でミスト状に還元剤を噴霧した場合の実験結果を下記表２に示すが、本発明方法（ケース２〜４）では、良好な脱硝効果が確認され、還元剤噴霧設備への影響もなく、約３ヶ月間の長期安定操業が可能であった。
【００４３】
（試験条件）
１．先ず、尿素水の吹き込みをしない状態で、排ガス量、温度、ＮＯｘ濃度を測定（ケース１）。
２．次に、スプレー水量を３．０リットル／分、エアー圧力を３．０ｋｇ／ｍ2に調整した後、尿素水ストロークを１００％（ケース２）、５０％（ケース３）、２５％（ケース４）で吹き込み、排ガス量、温度、ＮＯｘ濃度を測定。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
しかしながら、バーナ火炎に尿素水等の還元剤が接触すると、前述の化学式２，４に示したように、バーナ火炎により還元剤自体が燃焼して、還元剤としての効果を発揮させることが出来ず、この結果、排ガス中の窒素酸化物濃度が低減せず、かえって逆効果として尿素水に含まれる窒素分により窒素酸化物濃度の上昇を誘発する。そこで、本発明では、バーナ火炎との干渉を減じる位置に、ロータリーキルン１の前面から炉内に向けて還元剤を噴霧するのである。
【００４６】
下記表３は、還元剤噴霧ノズル９の設置位置を、高さ方向には、バーナ２の設置位置より１．０ｍ上方（ケース１）、０．５ｍ上方（ケース２）、軸心と同じ（ケース３）、０．５ｍ下方（ケース４）の位置に、また、軸心方向には、バーナ２の先端より０．５ｍ炉外側（ケースＡ）、同じ（ケースＢ）、０．５ｍ炉内側（ケースＣ）の位置となるように変化させ、濃度が１４．７％の尿素水を、吹き込み水量が３リットル／分、エアー圧力が３．０ｋｇ／ｍ2で噴霧した場合の脱硝率を実験した結果を示したものである。
【００４７】
【表３】
2005331204.tif 000009
【００４８】
この表３の結果より、この実験条件の場合には、図４（ａ）にハッチングで示した範囲から還元剤を噴霧した場合には脱硝効果が得られ、望ましくは、バーナ２よりも上方から還元剤を噴霧した場合には良好な脱硝効果が得られることが判明した。
【００４９】
上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上の本発明は、廃棄物焼却炉に限らず、操業中における炉内温度が８００℃以上である箇所を含む回転炉であれば適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明方法を実施する設備のフローを示した図である。
【図２】ロータリーキルンの後端部から還元剤を噴霧した場合の問題点を説明する図である。
【図３】試験に使用した設備の、バーナと還元剤噴霧ノズルの相対位置関係を示した図で、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は側面から見た図である。
【図４】試験に使用した設備の、バーナと還元剤噴霧ノズルの相対位置関係を示した図で、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は側面から見た図である。
【図５】還元剤として尿素水やアンモニア水を噴霧した場合に、還元された窒素酸化物量及び燃焼により酸化されて生成された窒素酸化物量と、還元剤の反応率を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    ロータリーキルン
２    バーナ
１１    還元剤噴霧ノズル
【図１】
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【図２】
2005331204.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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