(57)【要約】【課題】  触媒脱硝装置を省略でき、炉回りの構成設備をより簡素化することができ、燃焼不良も防止しつつ、炉高を低く抑えて、煙突からの紫煙の発生を抑制しつつ焼却炉内で窒素酸化物濃度を４０ｐｐｍ以下、望ましくは２０ｐｐｍ以下に低減し得る炉内脱硝方法及び炉内脱硝装置を提供する。【解決手段】  焼却炉内に２次燃焼空気を吹込んで未燃ガスを完全燃焼させた後、水酸化ナトリウム水溶液にアンモニア水又は尿素水を配管内で混合してアンモニアをストリッピングした状態で水酸化ナトリウム水溶液とともに炉内に吹込む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉内に２次燃焼空気を吹込んで未燃ガスを完全燃焼させた後、水酸化ナトリウム水溶液にアンモニア水又は尿素水を配管内で混合してアンモニアをストリッピングした状態で水酸化ナトリウム水溶液とともに炉内に吹込むことを特徴とする焼却炉内の脱硝方法。
【請求項２】
２次燃焼空気導入部と、水酸化ナトリウム水溶液を供給する第１配管と、アンモニア水又は尿素水を供給する第２配管と、前記第１配管内を供給される水酸化ナトリウム水溶液と第２配管内を供給されるアンモニア水又は尿素水を混合しアンモニアガスをストリッピングさせて水酸化ナトリウム水溶液とともに焼却炉の前記２次燃焼空気導入部の下流側に供給し炉内に吹込む第３配管と、を備えることを特徴とする焼却炉の炉内脱硝装置。
【請求項３】
前記第３配管内を加熱してアンモニアガスのストリッピングを促進する加熱装置を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の焼却炉の炉内脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉における高効率の炉内脱硝方法及び炉内脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物焼却炉から発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する方法として、燃焼により窒素酸化物の発生を抑制する方法が知られているが、燃焼により窒素酸化物の発生を抑制する方法は５０ｐｐｍが限界である。
【０００３】
また、他の方法として、焼却炉内にアンモニア水や尿素水等の還元剤を吹込む無触媒脱硝法が知られており、この方法によればアンモニア水或いは尿素水を大量に吹込めば窒素酸化物の高い除去が可能であるものの、過剰な薬剤の吹込みは塩化アンモニウム発生の原因となり、煙突から紫煙を発生させる。
【０００４】
そこで、従来の廃棄物焼却施設（図３参照）では、焼却炉１内にアンモニア水又は尿素水を、紫煙の原因となる塩化アンモニウムが発生しないよう、１当量程度吹込み、焼却炉１からの窒素酸化物濃度を６０〜８０ｐｐｍに抑制した後、触媒脱硝装置２で規制値以下（例えば４０ｐｐｍ）に低減している。即ち、焼却炉１内での脱硝効率が低いため、焼却炉１から発生する窒素酸化物濃度の規制値が厳しい場合には触媒脱硝装置２が必要となるが、触媒脱硝装置２に使用される低温触媒が非常に高価であることと、アンモニア供給設備等が必要なため、設備が複雑かつ高価になる。また、アンモニア水や尿素水を吹込む位置では、未だ窒素酸化物の中間生成物であるシアン化水素（ＨＣＮ）が存在しており、アンモニアはシアン化水素と反応しないため、窒素酸化物の生成反応も進んでいる。また、アンモニア水或いは尿素水が炉内でアンモニアガスに気化・分解する時間が必要であり、反応時間を十分にとろうとすると炉高が高くなり、炉高を低く抑えると反応時間が不足して窒素酸化物の除去効率が低下する。なお、図３において、３はエコノマイザ、４は減温塔、５はバグフィルタ、６は再加熱器、７は誘引送風機、８は煙突である。
【０００５】
そこで、図２に示すように、炉内での窒素酸化物の生成を低減し、下流側に触媒脱硝装置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して、焼却炉の燃焼ゾーンに水酸化ナトリウムの水溶液を吹込み、窒素酸化物の中間生成物であるシアン化水素（ＨＣＮ）をトラップした後、２次空気を吹込み完全燃焼させ、その後、アンモニア水又は尿素水を吹込んで窒素酸化物を除去する方法が開示されている（特許文献１）。なお、図２において、図３と同様の構成部分に同符号を付している。
【０００６】
この方法によれば、水酸化ナトリウムの水溶液とアンモニア水又は尿素水を別々に吹込むため窒素酸化物の除去効率は高いが、配管、ノズルがそれぞれに必要となり、炉回りの構成設備が複雑になる。
【０００７】
また、上記と同様に、アンモニア水或いは尿素水が炉内でアンモニアガスに気化・分解する時間が必要であり、反応時間を十分にとろうとすると炉高が高くなり、炉高を低く抑えると反応時間が不足して窒素酸化物の除去効率が低下するという問題が尚残る。
【０００８】
さらに、炉内での均一な分散と攪拌混合が必要なため、水酸化ナトリウム水溶液及びアンモニア水又は尿素水をそれぞれ希釈して量を増やして吹込む必要があるが、水分が増えるため排ガス量が増え、炉負荷の低いときには炉内温度の低下につながり、燃焼不良となる場合もあり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２０１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、触媒脱硝装置を省略でき、炉回りの構成設備をより簡素化することができ、燃焼不良も防止しつつ、炉高を低く抑えて、煙突からの紫煙の発生を抑制しつつ焼却炉内で窒素酸化物濃度を４０ｐｐｍ以下、望ましくは２０ｐｐｍ以下に低減し得る炉内脱硝方法及び炉内脱硝装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る焼却炉の炉内脱硝方法は、焼却炉内に２次燃焼空気を吹込んで未燃ガスを完全燃焼させた後、水酸化ナトリウム水溶液にアンモニア水又は尿素水を配管内で混合してアンモニアをストリッピングした状態で水酸化ナトリウム水溶液とともに炉内に吹込むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る焼却炉の炉内脱硝装置は、２次燃焼空気導入部と、水酸化ナトリウム水溶液を供給する第１配管と、アンモニア水又は尿素水を供給する第２配管と、前記第１配管内を供給される水酸化ナトリウム水溶液と第２配管内を供給されるアンモニア水又は尿素水を混合しアンモニアガスをストリッピングさせて水酸化ナトリウム水溶液とともに焼却炉の前記２次燃焼空気導入部の下流側に供給し炉内に吹込む第３配管と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記第３配管内を加熱してアンモニアガスのストリッピングを促進する加熱装置を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アンモニア水又は尿素水を高アルカリの水酸化ナトリウム水溶液に配管内で混合して炉内に吹込むことにより、炉内吹込み前の配管中でアンモニアがストリッピングして気体となるため、炉内での反応時間を短縮でき、高い窒素酸化物除去率が得られる。
【００１５】
また、吹込み口が一つで済むため炉回りの構成設備を簡素化できるし、アンモニア水又は尿素水と水酸化ナトリウム水溶液とを一つの吹込み口から供給するため、炉内で均一に分散、攪拌混合するために必要な希釈水量を減らすことができ、燃焼不良を抑制することができる。
【００１６】
また、吹込み前の配管中でアンモニアがストリッピングして気体となっているため、炉内への吹込み直後に気体アンモニアが炉内を上昇することにより、液体の水酸化ナトリウムが気体アンモニアより先にＨＣｌと反応してＨＣｌを除去するので、紫煙の原因となる塩化アンモニウムの発生を抑制することができる。
【００１７】
また、窒素酸化物の中間生成物であるシアン化水素（ＨＣＮ）を水酸化ナトリウムで除去し、窒素酸化物については配管内で気化したアンモニアガスと反応することで、８０％以上の窒素酸化物除去が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る炉内脱硝装置を含む廃棄物焼却施設を示す概略構成図である。
【図２】従来の廃棄物焼却施設を示す概略構成図である。
【図３】従来の他の廃棄物焼却施設を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明について、以下、図１を参照しつつ説明する。なお、図１は焼却炉１を含む焼却設備を示し、３はエコノマイザ、４は減温塔、５はバグフィルタ、７は誘引送風機、８は煙突である。焼却炉１は、ストーカー式焼却炉を例示している。ストーカー式焼却炉の基本構造は周知であり、従来構造の詳細については説明を省略する。
【００２０】
焼却炉１には、２次燃焼空気導入部１０と、水酸化ナトリウム水溶液を供給する第１配管１１と、アンモニア水又は尿素水を供給する第２配管１２と、第１配管１１内を供給される水酸化ナトリウム水溶液と第２配管１２内を供給されるアンモニア水又は尿素水を混合しアンモニアガスをストリッピングさせて水酸化ナトリウム水溶液とともに焼却炉の２次燃焼空気導入部１０の下流側に供給し炉内に吹込む第３配管１３と、が備えられている。
【００２１】
第３配管１３には、第３配管１３内を加熱してアンモニアガスのストリッピングを促進する加熱装置１４を更に備えてもよい。加熱装置１４は、熱交換器やヒータ等で構成することができる。第３配管１３の先端部には、液体を吹込むためのノズル（図示せず。）が装着される。
【００２２】
上記構成の焼却炉１において、ストーカー上での廃棄物燃焼中に、焼却炉１の２次燃焼ゾーンに設けられた２次燃焼空気導入部１０から２次燃焼空気を炉内に吹込み、未燃ガスを完全燃焼させる。
【００２３】
第１配管１１内を水酸化ナトリウム水溶液が供給され、第２配管１２内をアンモニア水又は尿素水が供給される。第１配管１１と第２配管１２との接合部で水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水又は尿素水とが混合し、第３配管１３内を供給される。
【００２４】
第３配管１３内でアンモニア水又は尿素水と水酸化ナトリウム水溶液とを混合させることで、いわゆるアンモニアのストリッピングにより、第３配管１３内でアンモニウムイオンと水酸化物イオンとが反応し、水とアンモニアガスとが生成する。水酸化ナトリウム水溶液は、アンモニア水又は尿素水よりも多く供給され、アンモニアストリッピング反応で消費されなかった水酸化ナトリウム水溶液は、そのまま第３配管１３から炉内に吹込まれる。
【００２５】
このように第３配管１３内でアンモニアをガス化させた状態にして炉内に吹込むことで、アンモニアガスを外部に放散させることなく炉内に導入できる。すなわち、アンモニア水（又は尿素水）を水酸化ナトリウム水溶液と貯槽等で混合するとアンモニアがストリッピングして気体として放散してしまうが、焼却炉１に接続した第３配管１３内で混合すればストリッピングしたアンモニアガスを逃がさずに炉内に吹込み可能である。
【００２６】
また、第３配管１３内では水酸化ナトリウム水溶液とアンモニアガスとが混合しており、第３配管１３から炉内へ吹込み直後、アンモニアガスは燃焼排ガスとともに炉内を上昇し、水酸化ナトリウム水溶液はアンモニアガスの下層側（燃焼排ガスの上流側）で炉内の燃焼ガス中に存在する塩化水素（ＨＣｌ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）と反応してこれらを除去する。従って、燃焼ガス中の塩化水素は、アンモニアガスと反応するより前に、水酸化ナトリウムと反応して除去されるので、紫煙の原因となる塩化アンモニウムの生成が抑制される。また、炉内に吹込まれた水酸化ナトリウムは、シアン化水素（ＨＣＮ）とも反応してこれを除去する。窒素酸化物の中間生成物であるシアン化水素が除去されるため、新たに窒素酸化物の生成が抑制され、窒素酸化物濃度が低減され得る。
【００２７】
第３配管１３から炉内に吹込まれたアンモニアガスは、炉内で窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素ガスに分解する。上記のように塩化水素が水酸化ナトリウムによって低減又は除去されているため、塩化アンモニウムの発生を危惧することなくアンモニアガスを過剰に吹込むことができるので、窒素酸化物濃度をいっそう低減させることができる。
【００２８】
第３配管１３の焼却炉１への取付位置、即ち吹込み位置は、焼却炉１の炉内温度が８５０〜９５０℃の温度域が好ましい。一般に無触媒脱硝の効果があるのは７５０〜９００℃域とされているが、実機試験では温度が低いと窒素酸化物の除去率が低く、尿素の吹込み位置の温度は８００〜９５０℃域が適正であった。なお、１０００℃以上の領域にアンモニアを吹込むと、アンモニアが酸化分解して窒素酸化物が発生する。
【００２９】
第１配管１１を通じて供給される水酸化ナトリウム水溶液の供給量は、一定とすることができるが、塩化水素濃度の変動が大きい場合は、焼却炉１の出口付近にレーザ式ガス分析計を設置して排ガス中の塩化水素濃度を検出し、塩化水素濃度が設定値以下になるように水酸化ナトリウム水溶液の供給量（流量）を調整することができる。また、煙突８又は焼却炉１の出口付近に、排ガス中の窒素酸化物濃度を検出する検出器を設置し、その検出値が所定値以下になるように、水酸管ナトリウム水溶液に混合させる尿素水（又はアンモニア水）の供給量、即ち、第２配管１２の流量を制御することができる。
【００３０】
上記のようにして、窒素酸化物、シアン化水素、塩化水素、硫黄酸化物が除去された燃焼排ガスは、エコノマイザ３、減温塔４、バグフィルタ５を経て、煙突８から大気に放出される。
【００３１】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、アンモニア又は尿素を過剰に吹込めることと、水酸化ナトリウム自身のシアン化水素除去に伴う窒素酸化物濃度低減効果から２０ｐｐｍ以下にまで窒素酸化物濃度を低減することができ、塩化アンモニウムの生成を無くして紫煙の発生を防ぐこともできる。しかも、配管中でアンモニアを気体にして炉内に吹込むため、窒素酸化物との反応が早まり、炉高を低く抑えることができる。吹込み口を一つにできるため炉回りの構成設備を簡略化できる。水酸化ナトリウムとアンモニア水（又は尿素水）を一つの吹込み口から供給するため、炉内で均一に分散、攪拌混合するために必要な希釈水量を減らすことができ、燃焼不良を抑制することができる。また、水酸化ナトリウム水溶液の焼却炉内への吹込みにより既知の通り塩化水素、硫黄酸化物を除去できるため、エコノマイザの低温腐食抑制、ダイオキシン類の再合成抑制効果が得られる。さらに、触媒脱硝装置が不要となり、再加熱も不要なことから、蒸気タービンへの供給蒸気量が増え、発熱効率が向上する等の優れた効果を発揮し得る。
【符号の説明】
【００３２】
１  焼却炉
１０  ２次燃焼空気導入部
１１  第１配管
１２  第２配管
１３  第３配管
１４  加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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