(57)【要約】【課題】  排ガスから各種汚染物質を除去することができるイオンピンチ効果を用いたダイオキシンと粉塵除去方法及びその装置を提供する。【解決手段】  廃棄物等焼却施設において、前記焼却施設の焼却炉で生成され、ダイオキシン、煤、粉塵及び不完全燃焼物質が含まれた排ガスをイオンピンチ効果を用いて高温熱化学的に破壊させる分解段階と、前記分解段階から発生した高温の排ガスを急速冷却させると同時に、排ガスに含まれている汚染物質を洗浄する冷却及び洗浄段階と、前記冷却及び洗浄段階で冷却された排ガスに含まれている水分を取る水分除去段階と、前記冷却及び洗浄段階に使用された冷却水と前記水分除去段階で凝縮された冷却廃水を排出させる冷却廃水排水段階とを備えて構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物等焼却施設において、前記焼却施設の焼却炉で生成され、ダイオキシン、煤、粉塵及び不完全燃焼物質が含まれた排ガスをイオンピンチ効果を用いて熱化学的に破壊させる分解段階と、前記分解段階から発生した高温の排ガスを急速冷却させると同時に、排ガスに含まれている汚染物質を洗浄する冷却及び洗浄段階と、前記冷却及び洗浄段階で冷却された排ガスに含まれている水分を取る水分除去段階と、前記冷却及び洗浄段階に使用された冷却水と前記水分除去段階で凝縮された冷却廃水を排出させる冷却廃水排水段階とを備えて構成されることを特徴とするイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法。
【請求項２】
前記分解段階は、イオンピンチ効果を用いて９００℃以上に維持されることを特徴とする請求項１に記載のイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法。
【請求項３】
前記冷却及び洗浄段階は、噴霧された冷却水を用いて２００℃以下に迅速に下げることを特徴とする請求項１に記載のイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法。
【請求項４】
廃棄物等焼却施設において、前記焼却施設の焼却炉から発生したダイオキシンとダイオキシン前駆物質、飛散灰及び不完全燃焼物質の含まれた排ガスが流入される反応室と、該反応室内に流入された排ガスをイオンピンチ効果を用いて完全燃焼させるために前記反応室の一側に設けられるイオンバーナーと、前記反応室から排出された排ガスを迅速に冷却させてダイオキシンが再合成されたり、窒素酸化物が形成されることを防止すると同時に、排ガス中に含まれた硫化水素、硫酸化物及び粉塵を洗浄できるように多数の冷却水ノズルが形成された冷却及び洗浄室と、前記冷却及び洗浄室から排出された排ガスに含まれている水分を取るためのデミスターと、前記冷却及び洗浄室と前記デミスターから発生した冷却廃水を排出させるための冷却廃水排水手段とを備えて構成されることを特徴とするイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置。
【請求項５】
前記イオンバーナーは、火炎接触電離材と電磁コイルを用いて９００℃以上のプラズマ（イオン）火炎を作ることを特徴とする請求項４に記載のイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置。
【請求項６】
前記反応室は、高温に耐えられる耐熱材料より作られ、その外部には反応室の内壁を保護するための冷却装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置。
【請求項７】
前記冷却及び洗浄室に設けられた多数の冷却水ノズルからの冷却水の微細噴射によって、排ガスを２００℃以下に迅速に下げることを特徴とする請求項７に記載のイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はダイオキシン除去装置に関し、さらに詳しくは廃棄物焼却施設から発生される排ガスをイオンピンチ効果を用いて高温完全燃焼させた後、冷却及び洗浄水を噴霧して排ガスを迅速に冷却させることにより、後工程でダイオキシンが再合成されたり硝酸化物が生成されることを防止し、排ガスに含まれた各種環境物質を洗浄できるイオンピンチ効果を用いたダイオキシンと粉塵除去装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  急速な産業化と都市化に伴って産業廃棄物と都市生活ごみの発生量が増加しつつある。これにより、廃棄物を一層親環境的に処理するための多様な技術が開発されており、そのうち焼却はごみ埋立量を大幅に減らし、かつエネルギーを回収することができるという点において望ましいごみ処理方法として認められている。しかし、廃棄物を焼却する際、発生する排ガスにはダイオキシン、硝酸化物、硫酸化物及び粉塵など各種の汚染物質が含まれており、特に発癌誘発物質であり環境ホルモンであるダイオキシンの生成は廃棄物焼却施設の設置と運営において多大な障害となっているのが現状である。【０００３】  一般に、ダイオキシン（Ｄｉｏｘｉｎ）はＰＣＤＤｓ（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  ｄｉｂｅｎｚｏ−ｐ−ｄｉｏｘｉｎｓ）とＰＣＤＦｓ（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  ｄｉｂｅｎｚｏｆｕｒａｎｓ）のような有機化合物を指すもので、分子構造が極めて安定的なので自然状態で分解し難く、一旦、体内に流入されれば排泄できず蓄積され癌誘発の原因となる、ホルモン調節機能障害、生殖系及び免疫系に損傷を与える極めて有害な物質である。【０００４】  このようなダイオキシンは色々の経路を通して生成されるが、都市生活ごみを焼却する焼却施設では、主に廃棄物に含まれていたりあるいは不完全燃焼過程で発生する塩化フェノール類、塩化ベンゼン類、ポリ塩化ビフェニール（ＰＶＣ）など塩素系前駆物質が焼却炉で反応してダイオキシンを生成したり、有機物質と塩素を適切に提供できる塩化物から置換反応により生成されることと知られている。しかし、廃棄物焼却炉の燃焼温度が９００℃を越える場合は、ダイオキシンが焼却炉の高温により破壊されるため、実質的に高温に運転される焼却炉の出口で観察されるダイオキシンの量は割合多くない方である。【０００５】  一方、廃棄物焼却炉から完全に酸化できなかった炭化水素化合物が燃焼ガスと共に焼却炉から排出された後、２５０〜３５０℃の温度で燃焼ガス中に含有された飛散灰（ｆｌｙ  ａｓｈ）表面で塩素供与体と反応して生成するダイオキシンの量が相対的に多いことが判明した。すなわち、焼却炉内に存するダイオキシンは燃焼過程において破壊されるため、焼却施設の煙突でもダイオキシンが検出されてはいけないが、実質的に相当量のダイオキシンが検出されるという事実からダイオキシンは燃焼ガスが焼却炉を離れた後に事実上合成されることが分かる。また、このような点は燃焼ガスが２５０〜３５０℃で運転されるエコノマイザー（ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ）や電気集塵機を経ながらダイオキシンが大量に生成されるという事実から既に確認されている。【０００６】  このように、ダイオキシンが温度範囲２５０〜３００℃で活発に生成されることは、この温度範囲で銅などの触媒作用により塩化物から塩素が活発に生成されるからである。従って、廃棄物焼却施設から発生されるダイオキシンの量を減らすためには、第１に焼却炉の運転を完全燃焼の方に誘導して有機物の破壊を最大化してダイオキシンの各種前駆物質生成を最小化すべきであり、第２には後工程でダイオキシンが生成されうる温度区間を避けたり、その温度区間で運転すべき時は滞留時間を最小化すべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、ダイオキシン除去に広く用いられている活性炭を用いた吸着法は、投入される活性炭によって集塵装置に過負荷がかかり、ろ過バッグの交替周期の短縮、低減装置の性能改善の限界及び改善装置の増設による空間不足など諸般の問題が発生し、さらなる維持のコストを抑制することが強く求められている。【０００８】  そこで、本発明は従来のダイオキシンと粉塵除去方法及びその装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明は、廃棄物焼却施設におけるダイオキシン形成過程と廃棄物焼却炉の実際的な運営実態を考慮して、廃棄物焼却炉から排出される排ガスをイオンピンチ効果を用いて完全燃焼させた後、徘ガスに含まれているダイオキシン前駆物質が再合成されたり硝酸化物などの酸性物質が生成されることを防止できるように迅速に冷却すると同時に洗浄することにより、排ガスから各種汚染物質を除去することができるイオンピンチ効果を用いたダイオキシンと粉塵除去方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記目的を達成するためになされた本発明によるイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法は、廃棄物等焼却施設において、前記焼却施設の焼却炉で生成され、ダイオキシン、煤、粉塵及び不完全燃焼物質が含まれた排ガスをイオンピンチ効果を用いて熱化学的に破壊させる分解段階と、前記分解段階から発生した高温の排ガスを急速冷却させると同時に、排ガスに含まれている汚染物質を洗浄する冷却及び洗浄段階と、前記冷却及び洗浄段階で冷却された排ガスに含まれている水分を取る水分除去段階と、前記冷却及び洗浄段階に使用された冷却水と前記水分除去段階で凝縮された冷却廃水を排出させる冷却廃水排水段階とを備えて構成されることを特徴とする。【００１０】  前記分解段階は、イオンピンチ効果を用いて９００℃以上に維持されることを特徴とする。前記冷却及び洗浄段階は、噴霧された冷却水を用いて２００℃以下に迅速に下げることを特徴とする。【００１１】  また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置は、廃棄物等焼却施設において、前記焼却施設の焼却炉から発生したダイオキシンとダイオキシン前駆物質、飛散灰及び不完全燃焼物質の含まれた排ガスが流入される反応室と、該反応室内に流入された排ガスをイオンピンチ効果を用いて完全燃焼させるために前記反応室の一側に設けられるイオンバーナーと、前記反応室から排出された排ガスを迅速に冷却させてダイオキシンが再合成されたり、窒素酸化物が形成されることを防止すると同時に、排ガス中に含まれた硫化水素、硫酸化物及び粉塵を洗浄できるように多数の冷却水ノズルが形成された冷却及び洗浄室と、前記冷却及び洗浄室から排出された排ガスに含まれている水分を取るためのデミスターと、前記冷却及び洗浄室と前記デミスターから発生した冷却廃水を排出させるための冷却廃水排水手段とを備えて構成されることを特徴とする。【００１２】  前記イオンバーナーは、火炎接触電離材と電磁コイルを用いて９００℃以上のプラズマ（イオン）火炎を作ることを特徴とする。【００１３】  前記反応室は、少なくとも９００℃以上に維持することを特徴とする。前記反応室は、高温に耐えられる耐熱材料より作られ、その外部には反応室の内壁を保護するための冷却装置が設けられることを特徴とする。前記冷却及び洗浄室に設けられた多数の冷却水ノズルからの冷却水の微細噴射によって、排ガスを２００℃以下に迅速に下げることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】  本発明に係るイオンピンチ効果を用いたダイオキシンと粉塵除去方法及びその装置は、廃棄物焼却炉の排ガスに含まれているダイオキシンなど汚染物質をイオンピンチ効果を用いて完全燃焼させるだけではなく、排ガスに含まれているダイオキシン前駆物質が再合成されたり窒素酸化物が生成されることを防止できるように排ガスを迅速に冷却し洗浄することにより、排ガスに含まれている硫酸化物と粉塵など各種汚染物質を除去することができる効果を有する。【００１５】  また、本発明は従来の技術とは違って、石灰石、活性炭などを使用しないだけではなく、排ガス中に含まれた粉塵をイオンピンチ効果を用いて完全燃焼させ副産物の発生量が極めて少ないため集塵装置など後処理工程を省略できるので、設置費が節減され運営及びメンテナンスが容易になる効果がある。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、本発明に係るイオンピンチ効果を用いたダイオキシンと粉塵除去方法及びその装置の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１７】  図１は本発明に係るイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法を示す概略的な工程図である。図１に示すように、本発明はダイオキシン、粉塵及び不完全燃焼物質が含まれた排ガスをイオンピンチ効果を用いて熱化学的に破壊させる分解段階と、該分解段階で発生された高温の排ガスを急速冷却させると同時に排ガスに含まれている汚染物を洗浄する冷却及び洗浄段階と、該冷却及び洗浄段階で冷却された排ガスに含まれている水分を取る水分除去段階、冷却及び洗浄段階に使用された冷却水と水分除去段階で発生した冷却廃水を排出させる冷却廃水排水段階とを備えて構成される。図２は、イオンバーナーを焼却施設の排気口に設けたところを示す概略的な断面図であって、バーナー本体の下部に反応室を形成して焼却炉から発生された排ガスが高温プラズマ炎により再燃焼されるようにしたものである。従って、反応室に流入された排ガスに含まれている汚染物はイオンピンチ効果により分解され、排気口を通して排出される。
【００１８】  本発明に係る分解段階は、廃棄物焼却施設の焼却炉から発生したダイオキシン及びダイオキシン前駆物質、飛散灰（ｆｌｙ  ａｓｈ）及び不完全燃焼物質が含まれた排ガスを所定サイズの反応室に流入させると同時に、反応室に設けられた少なくとも一つ以上のイオンバーナーから放射されるイオンピンチ効果を用いてダイオキシン及びダイオキシン前駆物質と飛散灰、それから不完全燃焼物質を完全燃焼させ分解する。すなわち、ダイオキシンは８００℃以上で分解し始めて１２００℃になれば完全分解され、飛散灰は高温で再燃焼され吸着されているダイオキシン前駆物質が分解されるだけではなく、飛散灰の構造が破壊され吸着力を喪失するようになる。従って、イオンピンチ効果は９００℃以上の高温を維持し、さらに望ましくは１５００℃以上に維持されることが良い。
【００１９】  このように本発明に係るダイオキシン及び粉塵除去方法の第１段階は、排ガスを高温に再燃焼させ不完全燃焼によりやむをえず生成されるダイオキシン及びダイオキシン前駆物質と後処理工程におけるダイオキシン再合成に関わる飛散灰を除去することにより有害物質が除去された排ガスを作る工程である。
【００２０】  分解段階１００の反応室から排出された高温の排ガスは、冷却及び洗浄段階２００に流入される。すなわち分解段階１００から排出される排ガスは１０００℃以上の高温であるが、このような高温状態が一定時間以上持続する場合、ＮＯが酸素と反応して窒素酸化物（ＮＯｘ）を作るので、排ガスを反応温度以下に冷却させるべきである。また、分解段階１００で分解されたダイオキシンまたはダイオキシン前駆物質であっても適当な温度範囲、例えば２５０〜３００℃で一定時間以上滞留すれば再合成されダイオキシンを生成する。従って、排ガスの温度を２００℃以下に下げることが必要である。そして、分解段階１００の高温から２００℃以下に冷却される際、窒素酸化物とダイオキシンが生成される温度範囲を通過するので、できる限り反応温度における滞留時間を短縮させるために急速に冷却させることが肝要である。
【００２１】  このように、本発明に係るダイオキシン及び粉塵除去方法の第２段階は高温の排ガスを２００℃以下、さらに望ましくは７０℃以下まで急速冷却させる。冷却及び洗浄段階２００は所定サイズの冷却及び洗浄室に多数の冷却水ノズルを設けて冷却するものなので、冷却水の潜熱を用いて迅速に冷却させるだけではなく、排ガスに含まれている硫酸化物（ＳＯｘ）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）など酸性汚染物と粉塵を洗浄する効果がある。
【００２２】  そして、冷却及び洗浄段階では高温の排ガスを迅速に冷却させるために高温の排ガスに冷却水を直接に噴霧するので多量の水分が発生する。従って、冷却及び洗浄段階の下流には水分を取るための水分除去段階が備えられ、水分除去段階と冷却及び洗浄段階と水分除去段階で発生した冷却廃水は別の排水段階を経て外部に排出され、望ましくは廃水処理装置に移送され浄化処理され、放出されたり、冷却水としてリサイクルされる。
【００２３】  本発明に係るイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去工程は、従来の活性炭吸着方法やＳＤＡまたはＳＮＣＲに集塵装置を組み合わせた場合より処理工程が単純であり、冷却廃水を処理すること以外は別の後処理の必要が無くメンテナンスが容易である。また。従来の低温プラズマを用いた排ガス除去装置は大規模かつ複雑であり、別の後処理工程が必ず必要であったが、本発明では小さく比較的に単純な構造を有することができる。
【００２４】  図２は、本発明に係るイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去装置に使用されるイオンバーナーの一実施例を示す概略的な断面図である。燃料と空気を混合した気液を送出する燃料管１０１から本体１０２を通過した気液は、気化燃料化されてバーナーヘッド部のシリンダー１０３から噴出し、着火されて燃焼する。その際、シリンダー１０３内部のイオン化金属に気液が接触し、イオンピンチ効果を有する火炎が発生するものである。
【００２５】  噴出気液量とシリンダー１０３の内部圧力を保持するロッド１０４は、先端部１０５と調整部１０６とに分かれ、ばね７により離れる方向の力が働いている。調整部１０６はネジ式のフクロナット１０８により先端部１０５との距離が調整可能となっており、フクロナット１０８を締めこむと、調整部１０６は先端部１０６側に遷移し、ばね１０７の力が増すので、先端部１０５とシリンダー１０３との間の締まり具合が増す。反対に、フクロナット１０８を緩めると、先端部１０５とシリンダー１０３との締まり具合が緩む。本体１０２の内部圧力は仮に５０ｋｇ／ｃｍ２とする。
【００２６】  気液中に異物ないしは凝固した燃料が混入していた場合は、先端部１０５とシリンダー１０３の間に詰まり、噴射されなくなるため内部圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２を超える。ばね１０７に係る応力も同時に高まるため、先端部１０５はシリンダー１０３から離れ、異物ないしは凝固した燃料は噴出される。
【００２７】  図１の焼却炉用冷却装置のシステム構成例では、かかるガス冷却室５は、内側上部位置に気液噴霧ノズル６を装備し、該気液噴霧ノズル６の供給側を水供給装置７に水供給ライン８を介して接続すると共に、気液噴霧ノズル６の側に圧縮空気弁９を介して接続し、該圧縮空気弁９上に、噴霧気液量調整弁１０を設けて、該噴霧気液量調整弁１０により空気圧力を調整することにより、水供給装置７よりガス冷却室５内に供給される気液１１の量を調整することができるようにしてあり、更に、ガス冷却室５の出口側のガス温度を検出する温度計１２を設けて、該温度計１２を制御器１３に接続すると共に、該制御器１３を上記噴霧気液量調整弁１０に接続し、下流側の集塵器４に送る排ガス２に所望する温度として予め設定された設定値（制御目標値）と、上記温度計１２により検出されたガス冷却室出口温度を制御器１３に入力して、ガス冷却室出口温度が上記設定値になるように、制御器１３から噴霧気液量調整弁１０へ操作信号を出力し、ガス冷却室５内における噴霧気液量を制御してガス冷却室出口温度を制御するようにしてある。
【００２８】  ガス冷却室５に導かれる排ガスライン３の温度が上昇傾向にある場合には、制御器１３において、排ガス温度変動量データを元に噴霧気液量を増加させるように制御させることができ、ガス冷却室５内に噴霧させる気液１１の量を増加させて、ガス冷却室５に導かれる排ガス３の温度が上昇してもガス冷却室出口温度の上昇を抑えることができるようにする。
【００２９】  一方、排ガス２の温度が下降傾向にある場合には、制御器１３において、噴霧気液量を減少させるように制御させる。制御器１３及び噴霧気液量調整に係る装置は既知のものを利用するものとする。
【００３０】  図３は、噴霧弁の実際に用いる噴霧弁の一例を示す。圧縮空気と主に気液からなる溶液を混合し、該圧力により気液噴霧されるものであるが、係る圧力により噴霧される気液は制御されるものである。噴霧弁は優れた既知のものを利用可能とする。
【００３１】  反応室は焼却炉から発生した排ガスが流入できるるように設けられ、少なくとも一つ以上のイオンバーナーが設けられる。従って、反応室は少なくとも９００℃以上、さらに望ましくは１５００℃以上に維持される。特に、本実施例の反応室６０は、イオンバーナーの外部に設けられるものなので、反応室を通過する排ガスが高温プラズマ炎と十分接触することができるように多数のイオンバーナーを適切に配する。
【００３２】  反応室は、１５００℃以上の高温に耐えられるキャスタブル耐熱材料より作られ、その外部には反応室の内壁を保護するための別の冷却装置が設けられる。そして、反応室の大きさ及び形態は、処理しようとする焼却炉排ガスの排出量に応じて該当分野の専門家によって適切に選択できる。
【００３３】  次いで、冷却及び洗浄室は、高温の排ガスが迅速に移動され冷却できるよう反応室に隣接設置される。そして、排ガスの移送は図示していない送風機と吸込ファンによりなされる。冷却及び洗浄室は、イオンピンチ効果を意図的に終焉させることと、液体が気体に蒸発される時の潜熱（ｌａｔｅｎｔ  ｈｅａｔ）を用いて高温の排ガスを冷却させるもので、冷却水を微細な水滴として噴射するための多数の冷却水ノズル３３が設けられている。従って、９００℃以上に排出された排ガスが冷却及び洗浄室９０を通過する間に２００℃以下、さらに望ましくは１００℃以下に急速に冷却される。
【００３４】  一方、排ガスに含まれている硫酸化物、粉塵のような汚染物質は、冷却及び洗浄室を通過する間、冷却水ノズルから噴射される冷却水により洗浄される。すなわち、硫酸化物のような無機汚染物質は反応室で分解されないため、これを洗浄して除去することにより排ガスに含まれている全ての汚染物質を除去することができる。そして、冷却及び洗浄室から排出される排ガスには多量の水分が含まれているため、冷却及び洗浄室の後端にはデミスターを設けて水分を分離する。そして、冷却及び洗浄室とデミスターから発生した冷却廃水は下部に設けられている冷却廃水回収部及び排出管を通して排出される。
【００３５】  イオンバーナーの噴出口、反応室とも、圧縮空気を送付する装置を取り付けており、熱の逆流を防ぎ、かつ温度上昇から各機器を守る役目をしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施におけるイオンピンチ効果を用いたダイオキシン及び粉塵除去方法を示す概略的な工程図である。
【図２】  本発明に係るイオンバーナーの一実施例を示す概略的な断面図である。
【図３】  噴霧弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１      反応室
２      排ガス
３      排ガスライン
４      集塵機
５      ガス冷却室
６      気液噴霧ノズル
７      気液供給装置
８      水供給ライン
９      圧縮空気弁
１０    噴霧気液量調整弁
１１    気液
１２    温度計
１３    制御器
１０１  軸流ファン
１０２  イオン火炎発生部
１０３  燃料管
１０４  磁石
１０５  空気管
１０６  噴射弁
１０７  空気噴射弁
１０８  本体
１０９  イオン化金属
１１０  電離接触材
【図１】
2005140485.tif 000003
【図２】
2005140485.tif 000004
【図３】
2005140485.tif 000005