(57)【要約】【課題】従来の排ガス再循環法や無触媒脱硝法と同等のＮＯｘ除去効果を達成しつつ、従来は必要とされていた排ガス加熱装置を省略して熱源として使用されていた過熱蒸気または燃料をなくすことができるとともに、ボイラ効率の低下を抑えることができ、しかも白煙の発生を未然に防ぐことができる排ガス処理システムを提供する。【解決手段】燃焼炉２内にアンモニアまたは尿素を吹き込む吹込み装置１２と、ボイラ３で熱回収した排ガスの一部を再循環用排ガスとしてその再循環用排ガス中に含まれるばいじんを除去する集塵装置９と、集塵装置９からの再循環用排ガスを脱硝処理する再循環用触媒脱硝装置１０と、再循環用触媒脱硝装置１０にて脱硝処理された再循環用排ガスを燃焼炉２内に吹き込む排ガス再循環ファン１１とを備えるものとする。【選択図】図１
2013072571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を燃焼する燃焼炉と、この燃焼炉で発生した排ガスの熱回収を行うボイラとを備える廃棄物焼却処理施設に付設される排ガス処理システムであって、
前記燃焼炉内にアンモニアまたは尿素を吹き込む吹込み装置と、
前記ボイラで熱回収した排ガスの一部を再循環用排ガスとしてその再循環用排ガスを脱硝処理する再循環用触媒脱硝装置と、
前記再循環用触媒脱硝装置にて脱硝処理された再循環用排ガスを前記燃焼炉内に吹き込む排ガス再循環ファンと、
を備えることを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項２】
前記再循環用触媒脱硝装置の上流に、再循環用排ガス中に含まれるばいじんを除去する集塵装置が設けられる請求項１に記載の排ガス処理システム。
【請求項３】
前記再循環用触媒脱硝装置からの再循環用排ガスのＮＯｘ濃度が所定値となるように前記集塵装置からの再循環用排ガスに吹き込まれるアンモニアの吹込み量を制御するアンモニア吹込み量制御手段が設けられる請求項１または２に記載の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、例えば廃棄物焼却処理施設において発生するＮＯｘが含まれた排ガスを処理する排ガス処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
＜触媒脱硝法を用いた方法：方法１＞
図２（ａ）に示されるように、従来の触媒脱硝法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ａにおいて、廃棄物は燃焼炉５２で燃焼される。この燃焼炉５２での廃棄物の燃焼に伴い発生する排ガスは、ボイラ５３での熱交換に供されるとともに、エコノマイザ５４でのボイラ５３への給水の加熱に供された後に、ガス冷却塔５５で所定温度まで冷却されてからバグフィルタを用いた集塵装置（ＢＦ）５６に送られる。この集塵装置５６でばいじんが除去された排ガスは、一旦、排ガス加熱装置（ＧＲＨ）５７で加熱された後に触媒脱硝装置（ＳＣＲ）５８に送られる。この触媒脱硝装置５８で脱硝処理された排ガスは、誘引通風機（ＩＤＦ）５９により、煙突６０を介して系外に排出される。
【０００３】
上記の廃棄物焼却処理施設５１Ａでは、燃焼炉５２からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するために、排ガス加熱装置５７と触媒脱硝装置５８とが組み込まれる。
触媒脱硝装置５８は、触媒上でアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘの反応を起こさせ、ＮＯｘをＮ２とＨ２Ｏに分解する装置であるが、分解率は反応温度に大きく依存する。そのために、排ガス温度を２００℃以上に保つ必要がある。
【０００４】
一方、廃棄物焼却の際に発生する排ガスには、廃棄物に含まれる灰分や塩素、硫黄等に由来するばいじん、ＨＣｌ、ＳＯｘ等の有害物質が含まれる。そのため、集塵装置５６でばいじんを除去し、アルカリ剤（消石灰が主流）を集塵装置５６の上流に吹き込むことで、ＨＣｌ、ＳＯｘ等の酸性ガスをガス中や集塵装置５６のろ布上で反応させて無害化を行っている。
ろ布の材質上（ＰＴＦＥ繊維やガラス繊維等が使用される）耐熱性は２００℃程度までであり、また、ＨＣｌ、ＳＯｘ等の酸性ガスと消石灰の反応も温度依存性が高く、排ガス温度が低いほど効率的であるので、機器の腐食対策等を考慮し１５０℃程度の排ガス温度となるように設計される。
【０００５】
廃棄物焼却処理施設５１Ａにおける排ガス処理システムでは、まず集塵装置５６でばいじん、ＨＣｌ、ＳＯｘ等の酸性ガスを除去し、次いで触媒脱硝装置５８でＮＯｘを除去するシステム構成となるが、上記のように温度依存性が高いので、ガス冷却塔５５や排ガス加熱装置５７が図２（ａ）に示されるような配置とされる。
【０００６】
排ガス加熱装置５７は、集塵装置５６からの１５０℃程度の排ガスを２１０℃にまで加熱するものであり、熱源としては、ボイラ付き廃棄物焼却処理施設５１Ａの場合にはボイラ５３からの過熱蒸気（４００℃または３００℃）が使用される。なお、ボイラ５３が付帯していない廃棄物焼却処理施設の場合には燃料バーナ等により加熱する。
【０００７】
＜排ガス再循環法を用いた方法：方法２＞
図２（ｂ）に示されるように、従来の排ガス再循環法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｂは、主に、燃焼炉５２、ボイラ５３、エコノマイザ５４、ガス冷却塔５５、集塵装置５６、誘引通風機５９、煙突６０および排ガス再循環ファン６１により構成される。
この廃棄物焼却処理施設５１Ｂにおいては、集塵装置５６でばいじんが除去された後の２００〜１５０℃の排ガスの一部（約２０〜３０％）が、再循環用排ガスとして排ガス再循環ファン６１によって燃焼炉５２内に吹き込まれる。この燃焼炉５２内に吹き込まれた排ガスは、炉内をよく攪拌し、炉内での高温域（９００℃以上）をなくし、ＮＯｘの生成を抑制する。
そして、燃焼炉５２内に吹き込まれた排ガスは、炉内で燃焼排ガスと混合された後に、その燃焼排ガスと共にボイラ５３、エコノマイザ５４、ガス冷却塔５５、集塵装置５６、誘引通風機５９および煙突６０をそれぞれ通過して排気される。
なお、この種の排ガス再循環法にてＮＯｘを低減するようにした技術は、例えば特許文献１にて知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５１−１１０７３１号公報
【０００９】
＜無触媒脱硝法を用いた方法：方法３＞
図２（ｃ）に示されるように、従来の無触媒脱硝法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｃは、主に、燃焼炉５２、ボイラ５３、エコノマイザ５４、ガス冷却塔５５、集塵装置５６、誘引通風機５９および煙突６０と、アンモニアまたは尿素の吹込み装置６２とを備えて構成されている。ここで、アンモニアまたは尿素を燃焼炉５２内の８５０℃温度領域に吹き込み、ＮＯｘを還元しＮ２とする。また、吹き込む量は、脱硝率により制御されるが、例えば脱硝率７０％の場合、ＮＨ３／ＮＯｘモル比で２．５程度となりＮＨ３が余剰となる。
【００１０】
＜排ガス再循環法と無触媒脱硝法とを組み合わせて用いた方法：方法４＞
図２（ｄ）に示されるように、従来の排ガス再循環法と無触媒脱硝法と組み合わせて用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｄは、主に、燃焼炉５２、ボイラ５３、エコノマイザ５４、ガス冷却塔５５、集塵装置５６、誘引通風機５９および煙突６０と、排ガス再循環ファン６１と、アンモニアまたは尿素の吹込み装置６２とを備えて構成されている。
この廃棄物焼却処理施設５１Ｄの運転は、上記の排ガス再循環法と無触媒脱硝法との混成である。
【００１１】
上記の各種方法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ａ〜５１Ｄでは、以下に述べるような問題点がある。
【００１２】
従来の触媒脱硝法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ａでは、排ガス加熱装置５７で使用される熱源のエネルギーは損失エネルギーとなるので削減が望まれるが、触媒脱硝装置５８での触媒脱硝反応は温度依存性が高いので、温度を下げることは困難である。
このため、例えば、ボイラ付きの廃棄物焼却処理施設５１Ａの場合（試算例の場合）、投入ごみ熱量の約５．５％が排ガス加熱に使用されて損出となる。この量は熱回収したボイラ５３からの蒸気の約９％にあたる。一方、ボイラ５３が付帯していない廃棄物焼却処理施設（１００ｔ／日）の場合、灯油等の燃料が６０リットル／ｈ必要となり運営費がその分上がる。
また、全ガス通過に見合う排ガス加熱装置５７および触媒脱硝装置５８がそれぞれ必要であり、設備費が高くなる。
【００１３】
従来の排ガス再循環法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｂでは、ＮＯｘの排出基準が厳しい場合（５０ｐｐｍ：Ｏ２１２％換算値）、適応できない。通常、排ガス再循環法を用いた方法でのＮＯｘ濃度は７０ｐｐｍ程度迄といわれている。
また、排ガス再循環ファン６１によって燃焼炉５２内に吹き込まれる再循環用排ガスの加熱熱量が熱損失となり、ボイラ効率が低下する（集塵装置５６の出口温度１５０℃をエコノマイザ５４の出口温度２５０℃迄過熱することになる）。例えば、再循環用排ガス量を燃焼ガスの２０％とした場合、発生蒸気量が約２%低下してしまう。
また、ボイラ５３やエコノマイザ５４、ガス冷却塔５５、集塵装置５６等での通ガス量が増えるので装置の大型化を招き設備費が高くなる。
【００１４】
従来の無触媒脱硝法を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｃでは、燃焼炉５２内に吹き込むアンモニアまたは尿素量は脱硝率により制御されるが、例えば脱硝率７０％の場合、ＮＨ３／ＮＯｘモル比で２．５程度となりＮＨ３が余剰となり、リークしたアンモニアが酸性ガスと反応し、微細な粒子である塩化アンモニウムや硫化アンモニウムが生成される。この微細な粒子は、集塵装置５６では除去することが難しく、煙突６０から放出され、排ガスが白くにごり（「白煙」と称す。）、廃棄物焼却処理施設周辺住民からばいじん放出のクレームが発生してしまう。
【００１５】
従来の排ガス再循環法と無触媒脱硝法と組み合わせて用いた廃棄物焼却処理施設５１Ｄでは、上述した廃棄物焼却処理施設５１Ｂと同様に熱回収が低下する。
また、排ガス再循環法で発生アンモニアを７０ｐｐｍ程度に抑制したとしても、規制値５０ｐｐｍで運転管理４０ｐｐｍとした場合、除去率が４３％となり、リークアンモニア濃度は６ｐｐｍ程度に抑えられるが、白煙は消えるか消えないかのぎりぎりの状態となる（５ｐｐｍ以下が望ましい。）。
また、廃棄物焼却処理施設５１Ｄは、上述した廃棄物焼却処理施設５１Ｂと廃棄物焼却処理施設５１Ｃとの構成を組み合わせたものであるから、当然に設備費が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、従来の排ガス再循環法や無触媒脱硝法よりも高効率なＮＯｘ除去効果を達成しつつ、従来は必要とされていた排ガス加熱装置を省略して熱源として使用されていた過熱蒸気または燃料をなくすことができるとともに、ボイラ効率の低下を抑えることができ、しかも白煙の発生を未然に防ぐことができる排ガス処理システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明による排ガス処理システムは、
廃棄物を燃焼する燃焼炉と、この燃焼炉で発生した排ガスの熱回収を行うボイラとを備える廃棄物焼却処理施設に付設される排ガス処理システムであって、
前記燃焼炉内にアンモニアまたは尿素を吹き込む吹込み装置と、
前記ボイラで熱回収した排ガスの一部を再循環用排ガスとしてその再循環用排ガスを脱硝処理する再循環用触媒脱硝装置と、
前記再循環用触媒脱硝装置にて脱硝処理された再循環用排ガスを前記燃焼炉内に吹き込む排ガス再循環ファンと、
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１８】
本発明において、
前記再循環用触媒脱硝装置の上流に、再循環用排ガス中に含まれるばいじんを除去する集塵装置が設けられるのが好ましい（第２発明）。
【００１９】
本発明において、
前記再循環用触媒脱硝装置からの再循環用排ガスのＮＯｘ濃度が所定値となるように前記集塵装置からの再循環用排ガスに吹き込まれるアンモニアの吹込み量を制御するアンモニア吹込み量制御手段が設けられるのが好ましい（第３発明）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、ボイラで熱回収された排ガスの一部が再循環用排ガスとしてボイラの排ガス出口から取り出される。取り出された再循環用排ガスは、再循環用触媒脱硝装置に送られて脱硝処理された後、排ガス再循環ファンによって燃焼炉内に吹き込まれる。燃焼炉内には、アンモニアまたは尿素が吹込み装置によって吹き込まれる。
こうして、従来の排ガス再循環法や無触媒脱硝法よりも高効率なＮＯｘ除去効果を達成することができる。
また、従来の触媒脱硝法で用いられていた排ガス加熱装置（ＧＲＨ）５７（図２（ａ）参照）が不要になるので、熱源として使用されていた過熱蒸気または燃料をなくすことができる。
また、排ガス全量を脱硝処理する触媒脱硝装置（ＳＣＲ）５８（図２（ａ）参照）が不要になり、排ガスの一部（再循環用排ガス）をボイラ出口から引き抜き脱硝処理する再循環用触媒脱硝装置を設けるので、ボイラ効率の低下はない。
また、排ガス再循環効果と無触媒脱硝処理効果とにより、脱硝率を下げることができ、これによって白煙の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス処理システムを備えた廃棄物焼却処理施設の概略システム構成図
【図２】従来の排ガス処理システムを備えた廃棄物焼却処理施設の概略システム構成図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明による排ガス処理システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１には、本発明の一実施形態に係る排ガス処理システムを備えた廃棄物焼却処理施設の概略システム構成図が示されている。
【００２４】
＜廃棄物焼却処理施設の概略構成の説明＞
図１に示される廃棄物焼却処理施設１において、廃棄物は燃焼炉２で燃焼される。この燃焼炉２での廃棄物の燃焼に伴い発生する排ガスは、ボイラ３での熱交換に供されるとともに、エコノマイザ４でのボイラ３への給水の加熱に供された後に、ガス冷却塔５で所定温度まで冷却されてからバグフィルタを用いた集塵装置（ＢＦ）６に送られる。この集塵装置６でばいじんが除去された排ガスは、誘引通風機（ＩＤＦ）７により、煙突８を介して系外に排出される。
【００２５】
この廃棄物焼却処理施設１において、ボイラ３で熱交換に供された排ガスの一部（燃焼ガスの２０〜３０％、温度は３００〜３５０℃）は、再循環用排ガスとして、耐熱性・耐薬品性に優れる高温バグフィルタを用いた集塵装置（ＢＦ）９に送られる。この集塵装置９により、再循環用排ガス中に含まれるばいじんが除去される。
集塵装置９によってばいじん除去された再循環用排ガスは、再循環用触媒脱硝装置１０で脱硝処理された後、排ガス再循環ファン１１によって燃焼炉２内に吹き込まれる。
また、燃焼炉２内には、吹込み装置１２から規制値（５０ｐｐｍ）に見合うアンモニアまたは尿素が吹き込まれる。
【００２６】
＜アンモニア吹込み量制御手段の説明＞
再循環用触媒脱硝装置１０は、触媒上でアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘの反応を起こさせ、ＮＯｘをＮ２とＨ２Ｏに分解する装置である。
この再循環用触媒脱硝装置１０には、その排ガス出口からの再循環用排ガスのＮＯｘ濃度が所定値となるように集塵装置９からの再循環用排ガスに吹き込まれるアンモニアの吹込み量を制御するアンモニア吹込み量制御手段１３が付設されている。
このアンモニア吹込み量制御手段１３は、制御弁１４と制御器１５とを備え、再循環用触媒脱硝装置１０の排ガス出口のＮＯｘ濃度が例えば５ｐｐｍとなるように制御器１５からの信号にて集塵装置９からの再循環用排ガスに吹き込まれるアンモニアの供給量を制御弁１４で制御するように構成されている。
再循環用触媒脱硝装置１０では、手前で吹き込まれたアンモニアにより、再循環用排ガス中のＮＯｘは反応温度が３００〜３５０℃と適しているため、当量比１．０で殆ど除去される。また、加熱も不必要である。
【００２７】
＜ＮＯｘ収支等の説明＞
表１には、１００ｔ／日の廃棄物焼却処理施設の場合（試算例：２０００ｋｃａｌ／ｋｇ）における、排ガス温度や発生蒸気量、使用蒸気量、ＮＯｘ濃度等に関して、従来の触媒脱硝法（方法１）を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ａと、本実施形態の廃棄物焼却処理施設１とを比較した結果が示されている。
【００２８】
【表１】
2013072571.tif 000003
【００２９】
本実施形態の廃棄物焼却処理施設１では、下記の結果が得られた。
排ガス再循環効果で燃焼炉２での発生ＮＯｘは７０ｐｐｍとなる。
再循環用排ガス中のＮＯｘ濃度は５ｐｐｍである。
ガス量比について、燃焼ガス：再循環用排ガスを１０：２とすると（排ガス再循環比約２０％）、混合希釈効果でＮＯｘ濃度は（１０×７０+２×５）／１２≒５９ｐｐｍとなる。
排ガスのＮＯｘ規制値を５０ｐｐｍ、運転管理を４０ｐｐｍとすると、燃焼炉２に対するアンモニア吹き込みでの除去率は（５９−４０）×１００／５９≒３２%となり、無触媒脱硝設備実験による除去率、当量比、リークアンモニア線図（図示せず）より、当量比は１．０、リークアンモニアは４ｐｐｍとなる。白煙は出ないし脱硝率に余裕がある。
【００３０】
表２には、蒸気消費の有無や発電量、ＮＯｘ（５０ｐｐｍ）規制対応の可否、白煙の有無、設備費等に関して、従来法（方法１〜方法４）を用いた廃棄物焼却処理施設５１Ａ〜５１Ｄと、本実施形態の廃棄物焼却処理施設１とを比較した結果が示されている。
【００３１】
【表２】
2013072571.tif 000004
【００３２】
＜作用効果の説明＞
本実施形態の廃棄物焼却処理施設１によれば、従来の排ガス再循環法や無触媒脱硝法と同等のＮＯｘ除去効果を達成することができるのは勿論のこと、更に以下の（１）〜（７）のような作用効果を得ることができる。
【００３３】
（１）従来施設（５１Ａ：図２（ａ）参照）で使用されていたＮＯｘ規制値５０ｐｐｍで排ガス全量を処理する排ガス加熱装置（ＧＲＨ）５７が不要になるので、蒸気消費量がなくなり、その分だけ発電量が増加する。
（２）従来施設（５１Ａ：図２（ａ）参照）で使用されていた排ガス全量を脱硝処理する触媒脱硝装置（ＳＣＲ）５８が不要になり、排ガスの一部（再循環用排ガス）を脱硝処理する再循環用触媒脱硝装置１０に置き換えられ、排ガス再循環量が燃焼ガス量の２０〜３０％とされるので、再循環用触媒脱硝装置１０が従来施設（５１Ａ：図２（ａ）参照）で使用されていた触媒脱硝装置５８の処理能力の２０〜３０％のものでよく、装置の小型化を図ることができる。また、排ガス再循環ファン１１によって燃焼炉２内に吹き込まれる再循環用排ガスの加熱熱量をなくすことができ、ボイラ効率の低下がない。なお、集塵装置６に加えて集塵装置９が別途必要になるが、通過ガス量が少ないため、小型の装置を採用することができ、全体としては設備費が安くなる。
（３）再循環用排ガスが燃焼炉５２から集塵装置５６まで通過する従来施設（５１Ｂ：図２（ｂ）参照）に対して、本実施形態の廃棄物焼却処理施設１においては、再循環用排ガスの通過が燃焼炉２からボイラ３までとされているので、エコノマイザ４以降の機器の小型化を図ることができ、設備費が安くなる。
（４）再循環用触媒脱硝装置１０での脱硝処理が３００〜３５０℃の温度域で実施されるため、１当量で１００％近い中和反応が得られる。また、燃料炉２内での無触媒脱硝も脱硝率が低いことにより、１当量の吹き込みでよく、無駄なアンモニアの吹き込みがなく、薬剤費を低減することができる。
（５）再循環用触媒脱硝装置１０での脱硝処理が３００〜３５０℃の温度域で実施されるため、ＳＯｘからの被毒がなく、長寿命化を図ることができ、維持管理費を低減することができる。
（６）再循環用触媒脱硝装置１０での脱硝処理が３００〜３５０℃の温度域で実施されることでダイオキシン類も分解されるので、最終の集塵装置６での活性炭吹込みでのダイオキシン類の除去量が減り、活性炭消費量を低減することができる。
（７）排ガス再循環効果と無触媒脱硝処理効果とにより、脱硝率を下げることができ、これによって白煙の発生を防ぐことができる。
（８）再循環用触媒脱硝装置１０の上流に、再循環用排ガス中に含まれるばいじんを除去する集塵装置９が設けられるので、廃棄物中の灰分が多い場合でも再循環用触媒脱硝装置１０での脱硝処理を効率良く実施することができる。
【００３４】
以上、本発明の排ガス処理システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の排ガス処理システムは、従来の排ガス再循環法や無触媒脱硝法と同等のＮＯｘ除去効果を達成しつつ、従来は必要とされていた排ガス加熱装置を省略して熱源として使用されていた過熱蒸気または燃料をなくすことができるとともに、ボイラ効率の低下を抑えることができ、しかも白煙の発生を未然に防ぐことができるという特性を有していることから、廃棄物焼却処理施設における排ガスの処理の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１        廃棄物焼却処理施設
２        燃焼炉
３        ボイラ
４        エコノマイザ
５        ガス冷却塔
６        集塵装置
７        誘引通風機
８        煙突
９        集塵装置
１０      再循環用触媒脱硝装置
１１      排ガス再循環ファン
１２      吹込み装置
１３      アンモニア吹込み量制御手段
１４      制御弁
１５      制御器
【図１】
2013072571.tif 000005
【図２】
2013072571.tif 000006