(57)【要約】【課題】焼却炉から発生する高温排ガスを処理する工程に、高伝熱性で冷却効果が優れ、熱電変換モジュールを使用する冷却装置を用いて、排ガス処理の効率化および発電効率の向上を図る。【解決手段】焼却炉から発生する高温排ガスを、断面形状が正方形で、その中央部に排ガス通路が形成された熱交換部材の表面に熱電変換モジュールを添着し、該熱電変換モジュールの低温側に冷媒が流れる冷却配管を配設した冷却装置により冷却してバグフィルタに導入するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉から発生する高温排ガスを冷却してバグフィルタに導入し、ダストを捕集処理する排ガスの処理方法において、中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材の表面に熱電変換モジュールを添着し、該熱電変換モジュールの低温側を冷媒により冷却するようにした冷却装置により排ガスを冷却してバグフィルタに導入することを特徴とする高温排ガスの処理方法。
【請求項２】
焼却炉から発生する高温排ガスを冷却してバグフィルタに導入し、ダストを捕集処理する排ガスの処理工程に用いる冷却装置であって、断面が正方形で中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材の表面に熱電変換モジュールを添着し、該熱電変換モジュールの低温側に冷媒が流れる冷却配管を配設したことを特徴とする高温排ガス処理工程に用いる冷却装置。
【請求項３】
中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材を、内部の排ガス通路が蛇管状となるように繋げたことを特徴とする請求項２記載の高温排ガス処理工程に用いる冷却装置。
【請求項４】
短い直状の熱交換部材と、長い直状の熱交換部材と、排ガス通路を変換する熱交換部材とを適宜組合せて、熱交換部材を構成することを特徴とする請求項２および請求項３記載の高温排ガス処理工程に用いる冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は都市ごみ、下水汚泥等の各種汚泥、産業廃棄物などを焼却することにより発生する高温排ガスの処理方法およびその方法に用いる冷却装置に関するもので、特に排ガス量を増加させることなく、高温排ガスを効果的に冷却することができ、かつ、排ガスのエネルギーを効果的に回収することができる高温排ガスの処理方法およびその方法に用いる冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、下水汚泥などの各種汚泥、産業廃棄物などの廃棄物はそのほとんどが焼却処理されている。それらの焼却に伴って排出される排ガス中には、窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素、水銀、ダイオキシン類など有害な化学物質が含まれている。また、近年廃棄物の焼却はますます増加していく傾向にある。
このような状況にあって、最近、特に課題となっているのは、廃棄物の焼却過程で発生するダイオキシン類の発生抑制や除去、もう一つはエネルギー回収を含めた省エネルギー化である。
【０００３】
ダイオキシン類の問題に関しては、ごみ焼却を代表として様々な分野で、猛毒であるダイオキシン類が２５０〜３５０℃付近の温度において生成することが知られるようになり、３００℃付近の集塵処理は敬遠されている。
一方、ダイオキシン類を付着したダストのほか、微細な他のダストも効率よく除去することができるバグフィルタを用いた低温集塵が多用され、主流になっている。しかし、ろ布が高温に耐えられないバグフィルタを使用するためには、ダイオキシン類の生成防止およびバグフィルタのろ布保護の観点から排ガスの温度を約２００℃以下に急冷する必要がある。
通常、この急冷には高温排ガス中へ水を噴霧する手法が用いられている。  
【０００４】
一方、省エネルギー化については、燃焼用空気をセラミックハニカム体などで構成された蓄熱器で高温排ガスと熱交換を行い、予熱された空気を焼却炉内に供給する方法や廃熱ボイラで蒸気として熱回収したり、あるいは、得られた蒸気を利用して発電する方法が知られている。
図５に示す従来技術を説明すると（例えば、特許文献１参照）、１００は都市ごみ、汚泥、産業廃棄物等の焼却炉である排ガス発生装置である。２００は排ガス発生装置１００の下流側に配設された熱回収装置で、高温排ガスの熱回収を行う蒸気式ボイラなどである。
【０００５】
３００は熱回収装置の下流側に配設されて排ガスを冷却する排ガス減温装置である。この排ガス減温装置において水噴霧により排ガスが急冷される。４００は排ガス減温装置の下流側に配設されたバグフィルタ等の集塵装置である。通常、集塵装置の下流側には、更に塩化水素（ＨＣｌ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを除去するために洗浄塔や触媒反応塔などのその他の排ガス処理装置が配設される。
【０００６】
しかし、上記のような水噴霧による排ガスの冷却では、通常、蒸発した水分により排ガス量が約２〜４割増大し、下流側に設置される集塵装置４００および洗浄塔などの排ガス処理装置が大型化する。また、排ガス量の増加に伴って排ガスを誘引するファンが大型化し、消費電力も増大させるという問題を有している。
一方、高温排ガスからの廃熱回収法として、高温排ガスに接する耐火物構造物に熱電素子を組込んで廃熱を直接電力に変換する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、上記の構成では使用されている廃熱回収装置の構造は単純で冷却効果が小さいため、廃熱回収装置が大型化するという問題を有している。また、ダイオキシン類の生成を防止するために焼却炉出口に水を噴霧する急冷塔が設置されている。急冷した排ガスを集塵器に導入して処理した後、集塵器出口ガスの熱を廃熱回収装置で回収し、廃熱回収後の冷却された排ガスを煙突より放出する方法のため、排ガス量が増大してしまうという問題も有している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３００２４３号公報
【特許文献２】特開平６−１２９２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼却炉等から発生する高温排ガスを処理する工程に、高伝熱性で冷却効果が優れ、熱電変換モジュールを使用する冷却装置を用いて、排ガス処理の効率化および発電効率の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を達成するためになされたもので、以下の手段で解決された。
焼却炉から発生する高温排ガスの処理方法であって、焼却炉から発生する高温排ガスを冷却してバグフィルタに導入し、ダストを捕集処理する排ガスの処理方法において、中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材の表面に熱電変換モジュールを添着し、該熱電変換モジュールの低温側を冷媒により冷却するようにした冷却装置により排ガスを冷却してバグフィルタに導入するようにした。
【００１１】
焼却炉から発生する高温排ガスを冷却してバグフィルタに導入し、ダストを捕集処理する排ガスの処理工程に用いる冷却装置であって、断面形状が正方形で、その中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材の表面に熱電変換モジュールを添着し、該熱電変換モジュールの低温側に冷媒が流れる冷却配管を配設した。
【００１２】
中央部に排ガス通路が設けられた熱交換部材を、内部の排ガス通路が蛇管状となるように繋げたこと、短い直状の熱交換部材と、長い直状の熱交換部材と、排ガス通路を変換する熱交換部材とを適宜組合せて、熱交換部材を構成するようにしたことも特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の冷却方法および装置を採用することにより、従来の水噴霧による方式のような水蒸気の発生が無いので、排ガス量が増大しない。そのため排ガス処理の効率化が図られ、設備の小型化や誘引ファンの動力削減ができる。また発電効率の向上も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に関する好適な実施例を添付図面に沿って説明するが、本発明は下記の実施の形態になんら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
図１は、本発明による焼却炉等より発生する高温排ガスを処理する装置の構成例を示す概略図である。図２は、本発明による冷却装置の側断面図であり、図３は、本発明による冷却装置の正断面図である。図４は本発明に用いられる熱交換部材の構成例を示す概略図である。
【００１５】
図１において、１は焼却炉であって都市ごみ、汚泥、産業廃棄物等を焼却処理する炉（流動床炉、ストーカ炉、循環式流動床炉など）、２は排ガス中に含まれる固形物を分離するサイクロン、３は空気予熱器、４は冷却装置、５は熱交換器、６はバグフィルタ、７は洗浄塔、８は排ガスを誘引するファン、９は煙突、１０は白煙防止用空気を送るファンである。
【００１６】
焼却炉１で発生した高温排ガス（例えば、約８５０℃）はサイクロン２に導入される。サイクロン２によって排ガス中の未燃物や比較的大きな焼却残渣が取り除かれ、その未燃物や焼却残渣は焼却炉１内に戻される。砂などの流動媒体を使用する流動床炉の場合には、流動媒体もサイクロン２で捕集され、焼却炉１内に戻される。
サイクロン２を出た排ガスは空気予熱器３へ導入される。空気予熱器３で高温排ガスは焼却炉１内に供給される燃焼用空気と熱交換されて約５３０℃になる。約５３０℃になった排ガスは、後述する熱電変換モジュール２２を有する冷却装置４に導入される。
【００１７】
冷却装置４内の熱電変換モジュール２２によって排ガスの熱量の一部が電気エネルギーに変換されると共に、排ガスの冷却が行われる。排ガスは後段に配置されるバグフィルタ６のろ布の耐熱温度やダイオキシン類の生成抑制を考慮して冷却装置４で約２００℃以下に冷却される。冷却された排ガスはバグフィルタ６に導入されて、排ガス中の微細なダストが取り除かれる。
バグフィルタ６を通過した排ガスは、塩化水素や硫黄酸化物等の有害物質を除去する必要がある場合には、さらに、水または水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液が噴霧される洗浄塔７に通されて処理され、ファン８によって煙突９から大気に放出される。
【００１８】
煙突９から大気に放出する際の白煙発生を防止するために、熱交換器５を用いて、冷却装置４内の温度が上昇した冷媒と、ファン１０によって供給される空気とを熱交換させ、加温された空気を配管Ｌを通して、煙突から排出する排ガスに混ぜ、排ガス温度を上げてから大気へ放出している。空気との熱交換で冷却された冷媒は冷却装置４内に循環される。
【００１９】
なお、排ガス中にダイオキシン類等の有害塩素化合物や水銀などが存在する場合には、バグフィルタ６の前で排ガス中に活性炭、活性コークス等の炭素質吸着剤粉末を添加して吸着させ、バグフィルタ６で捕集することにより効率よく除去することができる。またバグフィルタ６の前で排ガス中に消石灰粉末を添加することにより、塩化水素、硫黄酸化物などを乾式処理することができる。
【００２０】
また、排ガス中に窒素酸化物が存在する場合には、バグフィルタ６と洗浄塔７の間に脱硝触媒を充填した脱硝塔（図示していない）を設け、この脱硝塔入口の排ガスにアンモニアを注入することによって、窒素酸化物を除去することができる。脱硝塔に充填される触媒としては、ＴｉＯ２−Ｖ２Ｏ５系触媒や活性コークス等の炭素質触媒などを使用することができる。
【００２１】
本発明の方法では、熱電変換モジュール２２を用いる冷却装置４を使用しているので、従来の水噴霧による冷却方式のように排ガス量が増加しないので、排ガス処理設備が小型化でき、誘引ファンの消費電力の低減化を図ることが可能である。
【００２２】
次に本発明の冷却装置４について詳述する。図２は冷却装置４の側断面を示したもので、２０はＳ字状に構成された熱交換部材であって、熱伝導性が高い、例えば、ステンレスなどの金属材料で構成されており、断面形状が正方形で、その中央部には排ガス通路２１が形成されている。
該熱交換部材２０は、図において上部左端の短い直状の熱交換部材２０ａと、上部中央の長い直状の熱交換部材２０ｂと、右端の排ガス通路２１が１８０°変換する熱交換部材２０ｃとの組合せにより構成されている。
【００２３】
例えば、図２ではガス入口部の短い直状の熱交換部材２０ａと、長い直状の熱交換部材２０ｂと、排ガス通路が１８０°変換する熱交換部材２０ｃと、長い直状の熱交換部材２０ｂと、排ガス通路が１８０°変換する熱交換部材２０ｃと、長い直状の熱交換部材２０ｂと、ガス出口部の短い直状の熱交換部材２０ａで構成されており、全体でＳ字状の熱交換部材２０になっている。
【００２４】
熱交換部材２０は、図２に示す構成のほか、図４に概略形状を示すような構成とすることもできる。すなわち、図４に示すものは、排ガス通路を９０°変換する熱交換部材２０ｄを組込んだものである。
【００２５】
図３に示すように熱交換部材２０の表面には、熱電変換モジュール２２が添着されており、高温である排ガスの熱が熱交換部材２０を介して伝播する。一方、熱電変換モジュール２２の低温側は内部に冷媒が流れる冷媒用配管２３によって冷却されるようになっており、該冷媒用配管２３は排ガス通路２１とクロスする方向でＳ字状に配設されている。
なお、２４も冷媒用配管であって、Ｓ字状に配設された前記冷媒用配管２３が熱電変換モジュール２２の低温側を覆わない表面に、直状に配設され、端面で折り返すＵ字状になっている。
【００２６】
空気予熱器３の出口排ガス（約５３０℃）は、図２の上部左端の熱交換部材２０ａが配設された冷却装置４の排ガス入口より導入され、熱交換部材２０ａと熱交換部材２０ｂと熱交換部材２０ｃと熱交換部材２０ｂと熱交換部材２０ｃと熱交換部２０ｂと熱交換部材２０ａで構成されたＳ字状の熱交換部材２０に配設された排ガス通路２１を通過して下部右端のガス出口より排出される。
【００２７】
排ガスが通過していく過程で熱電変換モジュール２２に熱が伝播され、排ガス出口では約２００℃以下に冷却される。冷却された排ガスは次工程のバグフィルタ６に導入される。高温側で高温となる熱電変換モジュール２２は低温側でＳ字状をなした、冷媒が内部に流れる冷媒用配管２３、２４により熱が吸収される。
【００２８】
このように、熱電変換モジュール２２が添着された熱交換部材２０と冷媒用配管２３、２４を適宜組合せて冷却装置４が構成されるが、該熱交換部材２０はさらに、並列または多段に配設することにより冷却容量が向上し、伝熱性の優れた冷却装置が得られる。
また、図３に示すように熱交換部材全表面に熱電変換モジュール２２を添着することができるので、効率の高い熱電変換が得られる。  
【００２９】
なお、熱電変換モジュール２２を構成する熱電素子としては、例えば、高温中温領域では、酸化物系、Ｐｂ−Ｔｅ系、Ｚｎ−Ｓｂ系、Ｍｎ−Ｓｉ系、スクッテルダイト系（Ｃｏ−Ｓｂ系）、Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系のもの、また、低温領域ではＢｉ−Ｔｅ系やＢｉ−Ｓｂ系など、熱電変換効率の高いものが使用される。また、冷媒としては水などを使用することができる。
【００３０】
冷却装置４で熱エネルギーから変換された電気エネルギーは、焼却設備や排ガス処理工程中の諸設備などに必要な電力として利用することが可能であり、エネルギー回収や省エネルギー化を図る上で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による高温排ガスを処理する装置の構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の冷却装置を示す側断面図である。
【図３】本発明の冷却装置を示す正断面図である。
【図４】本発明に用いられる熱交換部材の構成例を示す概略図である。
【図５】従来の燃焼炉より発生する高温排ガスの処理方法を示す概略工程図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      焼却炉
２      サイクロン
３      空気予熱器
４      冷却装置
５      熱交換器
６      バグフィルタ
７      洗浄塔
８、１０  ファン
９      煙突
２０    熱交換部材（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ，２０ｅ）
２１    排ガス通路
２２    熱電変換モジュール
２３、２４  冷媒用配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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