(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジカル連鎖反応を利用して排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去する排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置であって、
誘電体から成る電極対で構成される円筒二重管で発生させた低温プラズマ中において脱硝用原料を旋回させながらラジカル化して脱硝ラジカルを生成する旋回式脱硝ラジカル生成手段と、該旋回式脱硝ラジカル生成手段の影響を受ける位置に設けられ、誘電体から成る電極対で構成される円筒二重管で発生させた低温プラズマ中において脱硫用原料をラジカル化して脱硫ラジカルを生成する脱硫ラジカル生成手段とを備えており、
脱硝用原料がアルゴンとアンモニアガス、アルゴンとアンモニア水、アルゴンと尿素のいずれかの混合ガスであり、
脱硫用原料が水分を含む排ガス、水蒸気、湿り空気のいずれかであることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【請求項２】
旋回式脱硝ラジカル生成手段で生成される脱硝ラジカルと排ガスとの混合部の直前位置に設けられ、旋回流となった脱硝ラジカルを該混合部に吹き込むための旋回羽を備えていることを特徴とする請求項１記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【請求項３】
脱硝ラジカル生成手段と脱硫ラジカル生成手段とが一体に構成されており、
脱硝ラジカル生成手段に脱硝ラジカルを供給する脱硝ラジカル供給手段が、脱硫ラジカル生成手段に脱硫ラジカルを供給する脱硫ラジカル供給手段の後段に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【請求項４】
脱硫ラジカル供給手段が、旋回羽の直前位置に設けられていることを特徴とする請求項３記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【請求項５】
脱硫ラジカル生成手段は、排ガス流に対する旋回式脱硝ラジカル生成手段の配設位置に、又は其の下流位置に、該旋回式脱硝ラジカル生成手段と別体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【請求項６】
脱硫ラジカル生成手段で生成される脱硫ラジカルと排ガスとの混合部の直前位置に設けられ、脱硫ラジカルを該混合部に吹き込むための脱硫用旋回羽を備えていることを特徴とする請求項５記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉もしくは燃焼炉から出される排ガス、船舶エンジンからの排ガス又はディーゼルエンジン発電からの排ガスなどの処理に関し、燃焼排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ2）及び窒素酸化物（ＮＯ）を脱硝ラジカル及び脱硫ラジカルで除去する排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭や石油、一般廃棄物、産業廃棄物、木質バイオマスなどを燃焼させると、燃料中に含有されている硫黄や窒素を由来とする硫黄酸化物や窒素酸化物が発生する。これらは環境や健康に影響を及ぼすため、その排出量は規制されている。従来、硫黄酸化物又は窒素酸化物を含む排ガスを処理するために、アンモニアと触媒を用いる触媒脱硝法（ＳＣＲ）、石灰石を用いる湿式脱硫法（ＦＧＤ）が主に電気事業用ボイラや一般産業自家発電ボイラで用いられている。【０００３】
しかし、これらの装置は大型であるため、設置面積や装置コストが多大であること、触媒や石灰石を必要とするためランニングコストも多大であること、湿式脱硫装置は水を必要とするため水を大量に使用できる地域に限られること、脱硫排水処理設備が必要なためその設備コストとランニングコストが必要となることから、中小規模の焼却炉、内陸に立地する炉においては、これらの装置は適さず、現在は排ガス処理装置をつけないか、あるいは炉内にアンモニアを吹き込む簡易脱硝法や消石灰を吹き込む簡易脱硫法が用いられている。このような簡便法では、脱硝率や脱硫率は３０〜５０％程度である。【０００４】
しかし、今後の環境規制の強化を考えると、中小規模の焼却炉でさえも大型炉並みに規制されることが十分考えられ、より小型安価で高効率な乾式同時脱硫脱硝装置の開発が期待されている。一方、船舶エンジンやディーゼルエンジン発電は現在の規制値が緩いため脱硫脱硝対策はなされていない。しかし，欧米の動向を鑑みると，我が国でも近い将来規制が厳しくなる。【０００５】
近年では新しい乾式同時脱硫脱硝装置として、電子ビームを利用する方法（特許文献１参照）、コロナ放電を利用する方法（特許文献２参照）、パルス放電を利用する方法（特許文献３参照）が知られている。しかし、これらの方法はいずれも大量の排ガスに直接電子ビームを照射したり、放電管を通過させたりするため、その電力消費量の低減、換言すれば、エネルギー効率（ＮＯやＳＯ2等の１ｇを除去するのに必要な電力量（ｋＷｈ））の低減が大きな課題となっている。【０００６】
これらに対し、本願の発明者は、安価に高効率に脱硝を行う排ガスの処理方法として、低温プラズマでアンモニアラジカルを生成させ、それを排ガス中に吹き込む脱硝方法を従前に案出している（特許文献４参照）。【０００７】
図９（ａ）はこの方法で用いられる脱硝装置を備えた燃焼プラントの概念的な全体構成図、（ｂ）はその脱硝装置の要部構成を概念的に示す図である。【０００８】
この燃焼プラント１０１は、図９（ａ）に示すように、燃焼炉１０２、炉出口１０３、触媒型脱硝装置１０４、熱交換器１０５、集塵機１０６、脱硫装置１０７、煙突１０８を備え、上述した特徴を持つ脱硝装置１１０を、燃焼炉１０２、炉出口１０３の適所の複数箇所に設けている。【０００９】
脱硝装置１１０は、図９（ｂ）に示すように、ＮＨ3供給部１１１、Ａｒ供給部からそれぞれＮＨ3ガス、Ａｒガスの供給を受けて混合ガスを生成する混合器１１５、陰極外筒１１２ａと陽極内筒１１２ｂとの円筒二重管で構成される放電管１１２、この陽極内筒１１２ｂに交流高電圧を印可するプラズマ電源１１３、混合器１１５からの混合ガスを、放電管１１２の出口側に供給する導管１２２、放電管１１２で生成された脱硝ラジカルを燃焼炉１０２、炉出口１０３内に吹き込む吹込口１２５を備えている。【００１０】
このような構成において、この脱硝装置１１０によれば、混合器１１５からのＮＨ3ガス、Ａｒガスの混合気が、放電管１１２の入口側に導入され、この電極対１１２ａ、１１２ｂで構成される円筒二重管内で高効率にラジカル化され、吹込口１２５から排ガス中に吹きこまれ、混合部ＳでＮＯと混合、反応し、Ｎ2、Ｈ2Ｏを生成し、高効率に脱硝を行うことができる。【００１１】
また、放電管１１２の出口側に設けられた導管１２２で同じ混合ガスが生成された第１ラジカルに吹きこまれ、高濃度のＮＨ2ラジカルとＮＨラジカルを含む第二のラジカルが生成されるような構成によって、その高効率が達成されている。【００１２】
しかしながら、この装置１１０では、即ち、特許文献４に記載の発明では、実用範囲である排ガス中の酸素濃度が５％という条件下では脱硝率が６０％程度と低く、更なる改善が求められていた。また、窒素酸化物とともに排ガス中に含まれる硫黄酸化物の除去について、即ち脱硫については、全く考慮されていなかった。
【特許文献１】特許第３３６１２００号公報
【特許文献２】特開平１０−２３５１３７号公報
【特許文献３】特開平１０−１１８４４８号公報
【特許文献４】特開２００４−８９７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、排ガス中の硫黄酸化物および窒素酸化物を同時に且つ高効率に除去することができる、小型で安価な排ガス用乾式同時脱硫脱硝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】
【００１４】
この目的を達成するために独立形式の請求項である請求項１に記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、ラジカル連鎖反応を利用して排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去する排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置であって、誘電体から成る電極対で構成される円筒二重管で発生させた低温プラズマ中において脱硝用原料を旋回させながらラジカル化して脱硝ラジカルを生成する旋回式脱硝ラジカル生成手段と、該旋回式脱硝ラジカル生成手段の影響を受ける位置に設けられ、誘電体から成る電極対で構成される円筒二重管で発生させた低温プラズマ中において脱硫用原料をラジカル化して脱硫ラジカルを生成する脱硫ラジカル生成手段とを備えており、脱硝用原料がアルゴンとアンモニアガス、アルゴンとアンモニア水、アルゴンと尿素のいずれかの混合ガスであり、脱硫用原料が水分を含む排ガス、水蒸気、湿り空気のいずれかであることを特徴とする。【００１５】
この装置（発明）によれば、電極対で構成される円筒二重管内に脱硝用原料を通過させてラジカル化する際に、脱硝用原料を二重管内で旋回させる。これにより、管長の如何によらずラジカル生成工程長を所望に制御することが可能となり、ひいては、ラジカルの状態を所望に制御して排ガス流へ吹き込むことが可能となり、脱硝効率を向上させることにつながる。また、旋回流とすることにより、管長が短くてもラジカル生成工程長を長くすることができるので、小型化が可能とされる。また、旋回流であるため、脱硝用原料供給源（脱硝用原料供給手段）が一段であっても必要十分な脱硝ラジカルを生成することが可能とされる。【００１６】
また、この装置によれば、誘電体から成る電極対で構成される円筒二重管で発生させた低温プラズマ中において原料をラジカル化するので、原料のラジカル化に要するエネルギーが大幅に低減されるとともに、装置自体の冷却設備等が不要となり、従前に比べて脱硫および脱硝のための消費エネルギーが大幅に低減される。【００１７】
更に、脱硝ラジカルおよび脱硫ラジカルの両方をラジカル生成手段において生成するので、排ガスとの混合部において生成する場合に比べて、意図しない反応（脱硝および脱硫に寄与しない反応）を抑制することが可能とされる。【００１８】
更に、この装置によれば、脱硫ラジカル生成手段が、旋回式脱硝ラジカル生成手段の影響を受ける位置に設けられているので、脱硫ラジカル生成手段が脱硫ラジカルを生成する際に、脱硝ラジカル生成手段により生成された脱硝ラジカルを活用することが可能とされる。ここで、「影響を受ける位置」とは、脱硫ラジカル生成手段が脱硫用原料から脱硫ラジカルを生成する際に、旋回式脱硝ラジカル生成手段により生成された脱硝ラジカルを利用できる位置のことである。脱硫ラジカル生成手段は、脱硝ラジカルを利用しなくても脱硫ラジカルを生成可能であるが、脱硝ラジカルを利用することにより，脱硝ラジカルＮＨ２が再び多量に生成するとともに脱硫ラジカルＯＨもまた多量に生成されるのである。【００１９】
具体的には、脱硝用原料がアルゴンとアンモニアガス、アルゴンとアンモニア水、アルゴンと尿素のいずれかの混合ガスであり、脱硫用原料が水分を含む排ガス、水蒸気、湿り空気のいずれかである。このため、脱硝用原料をラジカル化するとＨラジカルが脱硝ラジカルの一つとして生成されるが、このＨラジカルの働きによって、脱硫用原料を単に低温プラズマ雰囲気中でラジカル化する場合に比べて、脱硫ラジカルであるＯＨラジカルが大量に生成される。また、脱硝用原料がアルゴンを含んでいるので、低温プラズマが安定され、脱硝ラジカルおよび脱硫ラジカルが効率よく生成される。
また、排ガスのなかには数％程度の水分が含まれており、この排ガスを脱硫用原料として用いることで、資源の有効活用を図ることができる。【００２０】
更に、脱硫ラジカルおよび脱硝ラジカルは、電場内であっても、生成されてから消滅するまでの時間（即ち、寿命）が長くて、数秒程度であると考えられる。このため、窒素酸化物と反応しなかった脱硝ラジカルは脱硝用原料であるアンモニア分子に戻るが、このアンモニア分子（ＮＨ3）により、ＯＨラジカルと硫黄酸化物との反応によって生成された硫酸（Ｈ2ＳＯ4）が固体成分変換される。よって、硫黄成分を乾式に容易に回収することができる。【００２１】
以上のように、脱硫ラジカル生成手段（旋回式であるか否かを問わない）が、旋回式脱硝ラジカル生成手段の影響を受ける位置に設けられることにより、相乗効果によって脱硫脱硝処理が行われる。【００２２】
そして、上述のように生成された脱硝ラジカル及び脱硫ラジカルが、排ガス流に吹き込まれる。【００２３】
従属形式の請求項である請求項２乃至７に記載（請求項２から７のいずれかに記載）の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、独立形式の請求項である請求項１に記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の構成要件を具備している。このため、請求項２乃至７に記載の発明は、従属する請求項に記載の発明と同一の作用を奏する。以下、各請求項毎に詳細に説明する。【００２４】
請求項２記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、請求項１に従属し、旋回式脱硝ラジカル生成手段で生成される脱硝ラジカルと排ガスとの混合部の直前位置に設けられ、旋回流となった脱硝ラジカルを該混合部に吹き込むための旋回羽を備えていることを特徴とする。【００２５】
この装置によれば、該脱硝ラジカル生成手段で生成された旋回流の脱硝ラジカルが旋回羽でそのまま良好に混合部へ送られるので、混合部で排ガスと効率よく混合され、脱硝効率が向上する。【００２６】
請求項３記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、請求項１又は２に従属し、脱硝ラジカル生成手段と脱硫ラジカル生成手段とが一体に構成されており、脱硝ラジカル生成手段に脱硝ラジカルを供給する脱硝ラジカル供給手段が、脱硫ラジカル生成手段に脱硫ラジカルを供給する脱硫ラジカル供給手段の後段に設けられていることを特徴とする。【００２７】
この装置によれば、脱硫ラジカル生成手段と脱硝ラジカル生成手段とが一体化されているので、ラジカル生成手段の主要構成要素である円筒二重管を共用でき、別個の円筒二重管を設置する必要がなくなり、コストダウン、小型化が可能とされる。【００２８】
また、この装置によれば、脱硫ラジカル生成手段において、旋回式の脱硝ラジカル生成手段の影響を受けて、脱硫用原料も自然に旋回するので、混合部に迅速に送出することが可能とされる。よって、寿命の短い脱硫ラジカルを有効活用することが可能とされる。【００２９】
更に、この装置によれば、一体で構成されているが故に、消費エネルギーを更に低減することができるともに、脱硫ラジカルの生成に当たり、脱硝ラジカルの活用度を高めることが可能とされる。【００３０】
請求項４記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、請求項３に従属し、脱硫ラジカル供給手段が、旋回羽の直前位置に設けられていることを特徴とする。【００３１】
更に、この装置によれば、脱硫ラジカルを旋回流に乗せて迅速に混合部に送出することができるので、寿命の短い脱硫ラジカルを有効活用することが可能とされる。【００３２】
請求項５記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、請求項１又は２に従属し、脱硫ラジカル生成手段は、排ガス流に対する旋回式脱硝ラジカル生成手段の配設位置に、又は其の下流位置に、該旋回式脱硝ラジカル生成手段と別体に設けられていることを特徴とする。【００３３】
この装置によれば、脱硝ラジカル生成手段と脱硫ラジカル生成手段とが別体とされているので、脱硫ラジカルの生成の制御を独立して行うことができ、制御の独立性が高まり、脱硫率だけに着目して制御をすることができる。【００３４】
また、この装置によれば、脱硫ラジカル生成手段が旋回式脱硝ラジカル生成手段の配設位置に、又は其の下流位置に設けられているので、脱硫ラジカルを生成する際に脱硝ラジカルを利用することが可能とされる。【００３５】
請求項６記載の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置は、請求項５に従属し、脱硫ラジカル生成手段で生成される脱硫ラジカルと排ガスとの混合部の直前位置（前段側近傍位置）に設けられ、脱硫ラジカルを該混合部に吹き込むための脱硫用旋回羽を備えていることを特徴とする。【００３６】
この装置によれば、脱硫用旋回羽が脱硫用専用として脱硫ラジカル生成手段に設けられているので、脱硫ラジカルを旋回流に乗せて迅速に混合部に送出することができ、寿命の短い脱硫ラジカルを有効活用することが可能とされる。ここで、脱硫ラジカル生成手段の配設位置は、旋回羽の直前位置（前段側近傍位置）であることが好ましい。これも、寿命の短い脱硫ラジカルを有効活用するためである。
【発明の効果】
【００３７】
独立形式の請求項である請求項１に記載の乾式同時脱硫脱硝装置によれば、排ガス中の硫黄酸化物および窒素酸化物を同時に且つ高効率に除去することができるともに、小型で安価な装置を提供することができるという効果がある。【００３８】
従属形式の請求項である請求項２乃至７に記載の乾式同時脱硫脱硝装置によれば、独立形式の請求項である請求項１に記載の乾式同時脱硫脱硝装置の効果を具備している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態の例（実施例）について説明する。本発明の技術的範囲は、下記の実施例を含むものであるが、それらの実施例のみに何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の一例（実施例１）を概念的に示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその要部横断面図、（ｃ）は旋回羽の側面図、（ｄ）は同横断面図、図２は、図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置を備えた燃焼プラントの一例を示す全体構成図、図３（ａ）は、図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の性能試験の結果の内、印可電圧および排ガス中酸素濃度と脱硝率との関係を示すグラフ、（ｂ）は印可電圧および排ガス中酸素濃度と脱硫率との関係を示すグラフ、図４は、図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の性能試験の結果の内、エネルギー密度とエネルギー効率との関係を示すグラフである。【００４１】
この図１に示す排ガス乾式同時脱硫脱硝装置１０は、図２に示すように、石炭や石油、一般廃棄物、産業廃棄物、木質バイオマスなどを焼却あるいは燃焼する焼却（燃焼）プラント４０で排ガスの脱硫脱硝に用いられるもので、主としてプラズマリアクター１１により構成されている。このプラズマリアクター１１は、低温プラズマでラジカルを生成する点に特徴を有する装置であるため、低温プラズマラジカル生成装置ということもできる。【００４２】
プラズマリアクター１１は、脱硝用原料旋回供給口管１、接地電極管（陰極）２、高電圧電極管（陽極）３、脱硫用原料供給口管６、及び旋回羽（旋回を案内する羽であり、旋回案内羽ともいう）８によって構成されている。【００４３】
排ガス乾式同時脱硫脱硝装置１０は、プラズマリアクター１１に加え、高電圧パルス電源４、アース５、脱硝用原料貯留装置１２と、脱硝用原料供給管１３と、脱硫用原料供給管１４とを備えている。【００４４】
プラズマリアクター１１は、誘電体である石英ガラスの円筒二重管構造で、内方管は高電圧電極管３を構成しており、この高電圧電極管３は高電圧パルス電源４に接続されている。外方管は接地電極管２を構成しており、この接地電極管２はアース５に接続されている。【００４５】
二重管の外管と内管には、ギャップ（隙間）７が設けられており、このギャップ７によりラジカル化流路が構成される。脱硝用原料および脱硫用原料は、このギャップ７に流され、ギャップ７内に発生する低温プラズマによりラジカル化され、脱硝ラジカル、脱硫ラジカルとされる。【００４６】
プラズマリアクター１１の入口近傍には、脱硝用原料旋回供給口管１が取付けられており、脱硝用原料の流入路を構成している。この脱硝用原料旋回供給口管１は、図１（ｂ）に示すようにプラズマリアクター（円筒二重管）１１の接線方向に取り付けられ、その結果、脱硝用原料は旋回流となってギャップ７を流れる。【００４７】
プラズマリアクター１１の出口近傍（換言すれば、プラズマリアクター１１と煙道（排気管ともいう）１８との接続位置の直前）には、脱硫用原料供給口管６が設けられ脱硫用原料の流入路を構成している。このように、脱硫用原料供給口管６は、脱硝用原料旋回供給口管１の後段に配設されている。【００４８】
この脱硫用原料供給口管６は、図１（ｂ）に示すようにプラズマリアクター１１の円周に直交する方向に設置されており、特に、供給する脱硫用原料を旋回するようにしてはいないが、脱硝ラジカルの旋回流に沿って、自然に、脱硫用原料も旋回して、効率よくラジカル化される。【００４９】
この際、脱硫用原料供給口管６は、脱硝ラジカルの旋回流を妨げるようなものであってはならない。また、脱硫用原料供給口を脱硝用原料旋回供給口管１と同様に接線方向に取り付けて、より旋回流となるようにしてもよい。【００５０】
プラズマリアクター１１の出口（換言すれば、プラズマリアクター１１と煙道１８との接続位置）には、旋回羽８が取り付けられ、ラジカルはこれにより強旋回が与えられ排ガスと混合する。ここで、脱硝用原料旋回供給口管１、脱硫用原料供給口管６及び旋回羽８は、全ての気流が同一周方向となるように配設されている。従って、詳細は後述するが、ラジカル生成する反応、及び、脱硫脱硝反応を効率よく実現することが可能となる。【００５１】
プラズマリアクター１１の旋回羽８を設置した最末端は、図２で説明する脱硫脱硝装置付き焼却（燃焼）プラント４０の焼却炉または燃焼炉９から延出された煙道１８に設置され、ここから旋回流として噴出する脱硝ラジカルＲＳ、脱硫ラジカルＲＮが処理前の排気ガスＥＧと混合部Ｓで混合され、これを脱硝、脱硫した排気ガスＥＧとする。【００５２】
プラズマリアクター１１の長さや外径、ギャップ７の長さ（接地電極管２の内径と高電圧電極管３の外径の差の半分）、脱硝用原料旋回供給口管１、脱硫用原料供給口管６の取り付け位置は、脱硫脱硝反応に好適なラジカルが最も多く生成するように設計し、かつプラズマリアクター１１の出口の流速が排ガスの流速を上回る流速となるように設計することが好ましい。【００５３】
高電圧パルス電源４は、４ｋＶ以上の電圧を繰返し、数１０ｋＨｚ以上で印可できる電源が必要とされる。電圧の立上がり時間が短いパルス電源ほど好適である。【００５４】
ここで、脱硝用原料旋回供給口管１、接地電極管２と高電圧電極管３とからなるプラズマリアクター１１をまとめて、脱硝用原料を旋回させながら脱硝ラジカル化するものとして、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２と呼ぶ。また、このような旋回式脱硝ラジカル生成手段２２の出口側に設けられた脱硫用原料供給口管６は、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２と一体に設けられることで、脱硫用原料をラジカル化するものとして、脱硫ラジカル生成手段６とも呼ぶ。【００５５】
また、この実施例においては、プラズマリアクター１１は、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２と脱硫ラジカル生成手段６とを一体に設けたものである。【００５６】
旋回羽８は、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、円筒二重管２１、即ち、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２で生成された旋回流の脱硝ラジカル、脱硫ラジカルをその旋回流のまま、あるいは、その旋回流をさらに整流して、排ガス流との混合部Ｓへと導くもので、旋回流方向に整列された複数の案内羽８ａをその旋回流の軸方向の上流側の外周に設けられた外リング８ｂと内周に設けられた内リング８ｃとによりその整列状態を保持しているものである。【００５７】
図２に示した脱硫脱硝装置付き焼却（燃焼）プラント４０は、図１の排ガス乾式同時脱硫脱硝装置３０備えたことを特徴とし、その基本部分は、石炭や石油、ガス、一般廃棄物、産業廃棄物を燃焼させる焼却炉または燃焼炉９、燃焼で生じるフライアッシュを集塵する集塵装置１７と、排ガスを導く煙道１８、この末端に設けられた煙突２０とによって構成されている。ここで、集塵装置１７は、電気集塵機により構成されても良いし、バグフィルターにより構成されても良い。【００５８】
このプラント４０は、上記に加え、炉出口の排ガス温度を計測するために煙道１８に挿入された温度計１０、煙道１８の入口の混合部及びその出口である煙突２０の手前のＮＯ及びＳＯ2濃度を計測する混合部濃度分析装置１５Ａ、煙突前濃度分析装置１５Ｂ、制御装置１６、煙道１８の下流から排ガスを脱硫用原料供給口管６に貫流させる排ガス還流ファン１９を備えている。【００５９】
なお、排ガス乾式同時脱硫脱硝装置３０は、図１に示したものに加え、脱硫用原料を供給する排ガス還流ファン１９を含むものである。【００６０】
この排ガス還流ファン１９は、数％の水分を含んだ脱硫脱硝後の排気ガスを脱硫用原料供給口管６に還流させて有効利用するためのものであって、脱硫用原料供給口（脱硫ラジカル生成手段）６の一部を構成するものである。これは、もともと排気ガス中に数％の水分が含まれているので、それを有効活用するものであり、脱硫脱硝後であるから、還流させた場合にも、想定外の反応をしてしまうことを防止できる。【００６１】
なお、この排ガス還流ファン１９の代わりに、後述するように所定（数％）の水分を含んだ空気を発生する脱硫用原料供給装置６ｂ（図５（ａ）参照）を用いてもよい。【００６２】
制御装置１６は、排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物の濃度と排ガスの温度の測定値と望まれる脱硫率及び脱硝率の設定値から、排ガス乾式同時脱硫脱硝装置３０の脱硫及び脱硝性能の設計式によって、脱硝用原料の濃度と流量及び脱硫用原料の濃度と流量、並びに、印加電圧の最適値を決定し制御するものであって、具体的なハードとしては、コンピューターで構成されている。【００６３】
排ガス乾式同時脱硫脱硝装置３０、より正確にはプラズマリアクター１１を設置する位置は、ＮＯとＳＯ2を効率良く除去できる位置、すなわち排ガス温度ができるだけ高い位置に設けるのが好ましい。また、ラジカルと排ガスの混合促進の観点から、プラズマリアクター１１は重力を利用できる煙道１８の上部に設けるのが好ましい。重力を利用することによって、寿命の短いラジカルを早急に排ガスに吹き込むことができるのである。【００６４】
なお、プラズマリアクター１１を重力を利用できないような煙道１８が水平の部分に設ける場合には、図１（ａ）に二点鎖線の想像線で示したように、脱硝用原料旋回供給口管１′を生成される旋回流の軸方向が煙道１８内の混合部Ｓを向くように設置するのが良い。【００６５】
排ガス量、排ガス中のＮＯ濃度、排ガス中のＳＯ2濃度、脱硝すべきＮＯ量、脱硫すべきＳＯ2量に応じて、プラズマリアクター１１を複数設置することができる。この場合は、排ガスの温度と煙道１８の管径によって、装置１０を直列に配置したり、並列に配置したり、格子状に配置したり、煙道１８に対し十字型に配置したりできる。【００６６】
図３及び図４のグラフは、排ガス温度４００℃、ＮＯ濃度３００ｐｐｍ、ＳＯ2濃度３００ｐｐｍ、Ｏ2濃度を０％〜５％に変化させた排ガス３Ｎｌ／ｍｉｎを本発明の排ガス乾式同時脱硫脱硝装置３０によって、乾式同時脱硫脱硝の性能試験を行った結果である。【００６７】
図３（ａ）のグラフは、印可電圧に対する脱硝率の変化を、図３（ｂ）のグラフは印可電圧に対する脱硫率の変化を示す。【００６８】
脱硝用原料はアルゴンとアンモニアガス、脱硫用原料は水分５％を含む湿り空気とした。ＮＨ3／ＮＯモル比が１．０であって、ＮＨ3／ＳＯ2モル比は２．０となるようにアンモニアガスの濃度９００ｐｐｍ、流量３Ｎｌ／ｍｉｎに調整し、脱硫用原料の流量は１Ｎｌ／ｍｉｎとした。【００６９】
プラズマリアクター１１のギャップ７の長さは５ｍｍ、脱硝用原料の滞留時間を５秒、脱硫用原料の滞留時間を１秒となるように、プラズマリアクター１１の長さと脱硫用原料供給口管６の位置を決定している。【００７０】
これらのグラフからわかるように、印可電圧４ｋＶ〜６ｋＶで脱硝率と脱硫率は最も高くなる。印可電圧をそれ以上にすると脱硝率と脱硫率は低くなる。また、Ｏ2濃度が１％の時が脱硝率と脱硫率は最も高くなり、Ｏ2濃度が高くなると脱硝率と脱硫率は低くなる。したがって、印可電圧は消費電力の低い４ｋＶに設定し、排ガス酸素濃度をできるだけ低くすることが望ましい。理想的な条件では、脱硝率９５％、脱硫率８５％が得られる。【００７１】
本願の発明者が従前に発明した方法（特開２００４−８９７５２号公報）では、酸素濃度が５％になると脱硝率は６０％にまで低下するが、本発明では８０％以上を維持できる。これは、ラジカルに旋回を与えて排ガスに吹き込むことでラジカルと排ガスの混合時間が長くなり、反応率が向上した結果と考えられる。実際、燃焼炉や焼却炉９の排ガス中の酸素濃度は３％〜６％であり、本発明は実用化に更に好ましいと思われる。なお付言すれば、ラジカル剤の組成をアルゴン（Ａｒ）が７０％、アンモニア（ＮＨ３）が３０％である場合、脱硝率を８０％と低めに設定して試算しても、本発明で必要なラジカル量は、排ガスに比べて極めて少量で済む（排ガスの０．００１４倍）。更に、上記設定に基づいて、一般的な規模の焼却炉からの排ガス（５００００ｍ３／ｈ）を本発明で処理する場合の年間脱硝原料費を試算すると、触媒脱硝法（ＳＣＲ）に比べて、１０分の１以下とすることが可能である。【００７２】
図４は、プラズマリアクター１１のギャップ７内脱硫脱硝用原料が受け取るエネルギー密度と単位エネルギーあたりに除去されるＮＯ量を示すエネルギー効率を示したグラフである。このグラフでは、エネルギー効率１４０ｇ−ＮＯ／ｋＷｈが得られているが、これは類似技術を相当上回るものである。エネルギー密度が少ないほどエネルギー効率は高くなり、除去効率は向上する。これは、ギャップと印可電圧の設計指針を示している。つまりギャップ７の長さを長くしたい場合には、プラズマリアクター１１の長さを短くし、印可電圧を高くしてエネルギー密度が０．１Ｊ／ｃｍ3となるように設計すれば良いことを意味している。
【実施例２】
【００７３】
図５は、本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例（実施例２）を概念的に示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢＢ断面図、図６は、図５の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置を備えた燃焼装置の一例を示す全体構成図である。【００７４】
図５に示す排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置３０Ａは、図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置３０に比べ、脱硫ラジカル生成手段２３が旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａと別体で構成され、煙道１８に対し、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａが設置されている位置と同じ位置であるが、取付角度が異なる点で相違している。図５（ａ）を示すと、１８０度ずれているように見えるが、これは発明の理解を容易にするために便宜上示したものであって、実際には図６に示すように、共に煙道１８に対して上方に取付けられている。すなわち、図６においては、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａと脱硫ラジカル生成手段２３とが重複して図示されている。【００７５】
また、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａには、その結果、脱硫用原料供給口管６が設置されず、一方、旋回羽（スワラー）８Ｂが旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａの外筒である接地電極（陰極）２Ａの外方向へ旋回流の脱硝ラジカルを噴射する形式となっている点が異なっている。【００７６】
なお、これらの別体となった旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａと脱硫ラジカル生成手段２３とを合わせてプラズマリアクター１１Ａとする。【００７７】
脱硫ラジカル生成手段２３は、図１のプラズマリアクター１１の接地電極管２、高電圧電極管３、ギャップ７と同様の接地電極管２３ａ、高電圧電極管２３ｂ、ギャップ２３ｃからなる円筒二重管２３ｄを備え、脱硫用原料供給装置６ｂから所定水分率の空気の供給をうけ、ギャップ２３ｃに吹き込む脱硫用原料供給口管６Ａがギャップ２３ｃの入口側端部に設置されている。【００７８】
円筒二重管２３ｄの出口側には、図１のプラズマリアクター１１の出口に設けられた旋回羽８と同様の脱硫用旋回羽８Ａが設けられ、生成された脱硫ラジカルＲＳを旋回させながら、混合部Ｓで排気ガスＥＧと混合される。【００７９】
旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａの出口側端部に設けられた旋回羽８Ｂは、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、接地電極（陰極）２Ａを構成する電極筒２ａに設けられた案内羽８ａ、同様に接地電極（陰極）２Ａを構成し、この電極筒２ａの内層となる外管誘電体２ｂに設けられたスリット８ｂを備えている。【００８０】
また、これらの図５（ｂ）、（ｃ）から解るように、高電圧電極管３は、陽極部３ａ、その外周を覆う内管誘電体３ｂ、陽極部３ａの出口側端部を覆う端部誘電体３ｃを備えている。一方、ギャップ７の出口側端部は、端部誘電体７ａで閉止されている。【００８１】
このような構成の旋回羽８Ｂによれば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ギャップ７内で生成された旋回流の脱硝ラジカルは、スリット８ｂ、案内羽８ａに導かれて、旋回流を維持しながら、接地電極（陰極）２Ａの外側へと、排ガスＥＧとの混合部Ｓへと噴射され、この混合部Ｓで良好に混合される。【００８２】
こうして、旋回硫の脱硝ラジカルＲＮ、脱硫ラジカルＲＳと混合部Ｓで混合された排ガスは、高効率で同時に脱硝および脱硫されることにより、硫酸アンモニウム（量が多い）と硝酸アンモニウム（量が少ない）とに固体化される。これら固体は、集塵器１７へ向かい、ここで捕集されて、脱硝・脱硫・除塵された排ガスが環境に悪影響を与えない状態で煙道１８末端の煙突２０から排気される。なお、硝酸成分は、ほぼ９５％以上がＮ2（気体）となるため、集塵機１７は通過する。【００８３】
なお、旋回羽８Ｂの案内羽８ａを設けた電極筒２ａと、スリット８ｂを設けた外管誘電体２ｂとは相互に回動し、回動後の相互回転位置関係を保持することが可能な構成となっており、これにより、案内羽８ａから旋回噴射される脱硝ラジカルの流量を調整することができるようになっている。よって、この流量調整により、混合部Ｓへ噴射される旋回硫の脱硝ラジカルの流量を調整して、脱硝率を制御することができる。換言すれば、案内羽８ａとスリット８ｂとの相対位置は、変更可能にされており、この隙間の大きさを調整できるので絞り効果によって、煙道１８に流れる脱硫用原料の流速を変更することができる。流量が多い場合には、隙間を大きくし、流量が少ない場合には、隙間を小さくするのである。【００８４】
また、この実施例２では、脱硫ラジカル生成手段２３が煙道１８に対し、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａが設置されている位置と同じ位置に設置されているものを示したが、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａの影響を利用できる範囲で、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａの設置位置より煙道１８の下流に設けてもよい。
【実施例３】
【００８５】
図７（ａ）は本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例（実施例３）を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図、（ｂ）はその装置の設置部分の拡大断面図である。【００８６】
この焼却（燃焼）プラント４０Ｂは、図２の焼却（燃焼）プラント４０に比べ、焼却炉または燃焼炉９Ａが縦型であって、その焼却炉または燃焼炉９Ａ自体の出口付近にも、プラズマリアクター１１Ｂが設けられている点が異なっている。このため、脱硫用原料供給管１３、および脱硝用原料供給管１４は、プラズマリアクター１１のみならず、プラズマリアクター１１Ｂにも接続されている。【００８７】
また、このプラズマリアクター１１Ｂにおいては、図１のプラズマリアクター１１に比べ、旋回式脱硝ラジカル生成手段２２と脱硫ラジカル生成手段６とを一体に設けた点は共通するが、その出口側に設けられた旋回羽（スワラー）８Ｂが、図５の旋回式脱硝ラジカル生成手段２２Ａが備えるものと同一となっている点が異なっている。【００８８】
なお、図７（ａ）においては、プラズマリアクター１１設けた煙道１８部分と、焼却炉または燃焼炉９Ａの出口の煙道１８部分との間を切断線で分離して示しているが、これは、焼却炉または燃焼炉９Ａから煙道１８が伸び出した部分と同様の高さで異なる位置に設けられたプラズマリアクター１１を、図面上重ならないように便宜的に表示するためであって、この間に距離があるということを示すものではない。【００８９】
また、この排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置３０Ｂは、焼却炉または燃焼炉９Ａに設置されたプラズマリアクター１１Ｂと、煙道１８に設置されたプラズマリアクター１１の二つを備えていることになる。【００９０】
図７（ｂ）に示すように、焼却炉または燃焼炉９Ａは、断熱のため、外側の炉体２６と内側の断熱材２７とで構成され、プラズマリアクター１１Ｂは、その炉体２６、断熱材２７に貫通して設けられ断熱と絶縁を兼ねた絶縁フランジ２５内に収容されて設置されている。
【実施例４】
【００９１】
図８（ａ）は本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例（実施例４）を概念的に示す図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）は（ａ）の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図である。【００９２】
実施例４である乾式同時脱硫脱硝装置５０は、主として、プラズマリアクター１１Ｃによって構成されており、プラズマリアクター１１Ｃは、脱硝用原料旋回供給口管１と、接地電極管２と、高電圧電極管３と、脱硫用原料供給口管６と、旋回羽８とを備えている。【００９３】
図８（ａ）は、プラズマリアクター１１Ｃの側面図であり、図８（ｂ）は、その正面図である。【００９４】
プラズマリアクター１１Ｃは、誘電体である石英ガラスの円筒二重管構造で、内方管は高電圧電極（以下、高電圧電極管という）３を構成しており、この高電圧電極管３は高電圧パルス電源４に接続されている。外方管は接地電極（以下、接地電極管という）２を構成しており、この接地電極管２はアース５に接続されている。二重管の外管と内管には、ギャップ（隙間）７が構成されており、原料は、ギャップ７に流されて、ギャップ７においてアルゴンプラズマにより脱硝用原料と脱硫用原料がラジカル化される。【００９５】
プラズマリアクター１１Ｃの入口近傍には、脱硝用原料旋回供給口管１が取付けられており、脱硝用原料の流入路を構成している。この脱硝用原料旋回供給口管１は、図８（ｂ）に示すように円筒の接線方向に取り付けられることで脱硝用原料は旋回流となってギャップ７を流れる。プラズマリアクター１１Ｃの出口近傍には、脱硫用原料供給口管６が設けられ脱硫用原料の流入路を構成している。【００９６】
これも、脱硝用原料旋回供給口管１と同様に円筒の接線方向に取り付けられることで、脱硫用原料は旋回流となってギャップを流れる。プラズマリアクター１１Ｃの出口には旋回羽８が取り付けられ、ラジカルはこれにより強旋回が与えられ排ガスと混合する。ここで、脱硝用原料旋回供給口管１、脱硫用原料供給管６及び旋回羽８は、全ての気流が同一周方向となるように配設されている。従って、詳細は後述するが、ラジカル生成する反応、並びに、脱硝反応および脱硫反応を効率よく実現することが可能となる。【００９７】
プラズマリアクター１１Ｃの長さや外径、ギャップ長さ、脱硝用原料旋回供給口管１、脱硫用原料供給口管６の取り付け位置は、脱硫脱硝反応に好適なラジカルが最も多く生成するように設計し、かつプラズマリアクター出口の流速が排ガスの流速を上回る流速となるように設計することが好ましい。【００９８】
高電圧パルス電源４は、４ｋＶ以上の電圧を繰返し、数１０ｋＨｚ以上で印可できる電源が必要とされる。電圧の立上がり時間が短いパルス電源ほど好適である。【００９９】
次に、図８（ｃ）の燃焼設備に本発明を設置する場合の構成について実施形態の一例を説明する。燃焼設備は、石炭や石油、ガス、一般廃棄物、産業廃棄物を燃焼させる焼却炉または燃焼炉９と、燃焼で生じるフライアッシュを集塵する集塵装置１７と、煙突２０とによって構成されている。ここで、集塵装置１７は、電気集塵機により構成されても良いし、バグフィルターにより構成されても良い。【０１００】
本発明は、上述の燃焼設備に併設されるものであって、プラズマリアクター１１Ｃに加え、炉出口の排ガス温度を計測するために煙道１８に挿入された温度計１０と、煙道入出口のＮＯ及びＳＯ2濃度を計測する濃度分析装置１５と、制御装置１６と、脱硝用原料貯留装置１２と、脱硝用原料供給管１３と、排ガス還流ファン（排ガス還流装置）１９を通じて供給される脱硫用原料供給管１４と、高電圧パルス電源４とを備えている。【０１０１】
制御装置１６について詳細に説明すると、排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物の濃度と排ガスの温度の測定値と望まれる脱硫率及び脱硝率の設定値から、プラズマリアクター１１Ｃの脱硫及び脱硝性能の設計式から求め、脱硝用原料の濃度と流量及び脱硫用原料の濃度と流量、並びに、印加電圧の最適値を決定し制御するものである。通常、コンピューターによって構成されている。【０１０２】
プラズマリアクター１１Ｃを設置する位置は、ＮＯとＳＯ2を効率良く除去できる位置、すなわち排ガス温度ができるだけ高い位置に設けるのが好ましい。また、ラジカルと排ガスの混合促進の観点から、プラズマリアクター１１Ｃは重力を利用できる煙道上部に設けるのが好ましい。【０１０３】
排ガス量、排ガス中のＮＯ濃度、排ガス中のＳＯ2濃度、脱硝すべきＮＯ量、脱硫すべきＳＯ2量に応じて、プラズマリアクター１１Ｃを複数設置することができる。複数設置する場合は、排ガスの温度と煙道の管径によって直列に配置したり、格子状に配置したり、煙道に対し十字型に配置したりできる。【０１０４】
本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の要部となるプラズマリアクター１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、一体型、別体型のいずれでも従来の装置に比べて小型なものであるので、以下にも説明するように、焼却（燃焼）プラントの容量に合わせて、複数台設置が可能であり、また、この例に示したように、焼却炉または燃焼炉９Ａと、煙道１８の双方に設けてもよく、その場合には、このプラズマリアクター１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの効果を、相乗的あるいは相加的に発揮する。【０１０５】
また、図９に示した従来例の燃焼炉１０２のように、炉出口１０４のようなものがある場合には、ここにプラズマリアクター１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを設けるようにしてもよい。【０１０６】
次に、原料よりラジカルが生成される過程を化学反応の観点より詳細に説明する。以下、発明の理解を容易とするために、プラズマリアクター１１について説明するが、プラズマリアクター１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにおいても同様である。【０１０７】
まず、大気圧バリア放電で生成されたアルゴンプラズマに第一の段階（脱硝ラジカル生成工程）として、アルゴンとアンモニアガス又はアルゴンとアンモニア水又はアルゴンと尿素の混合ガスから成る脱硝用原料を供給すると、ただちにＮＨ2ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｈラジカルが生成される。【０１０８】
ここで、アルゴンは低電圧で安定にプラズマを形成する役割を果たし、アンモニア、アンモニア水、尿素はＮＨ2ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｈラジカルの生成源である。これらのラジカルの生成には、アンモニアガスが最も好適であるが、アンモニア水を揮発させたガスあるいは尿素を揮発させたガスを用いても良い。【０１０９】
次に、第二の段階（脱硫ラジカル生成工程）として、焼却炉あるは燃焼炉９からの水分を含む排ガス又は水蒸気又は湿り空気から成る脱硫用原料を供給すると、ただちにＯＨラジカル、Ｈラジカルが生成され、これらが排ガスに吹き込まれることで、ラジカル連鎖反応により乾式同時脱硫脱硝反応を行わせることができる。かかる脱硫用原料は、ＯＨラジカルの生成源である。燃焼排ガスには、通常１０％以上の水分が含まれているため、この排ガスを再利用し脱硫用原料とするのが経済的に好適である。しかし、排ガスに多量のばいじんが含まれている場合には、水蒸気又は湿り空気を用いても良い。【０１１０】
本願の発明者は、ＮＨ2ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｈラジカル、ＯＨラジカルによる脱硫脱硝反応の代表的な反応は化学式１から化学式７のように進行すると考えている。ここで、これらの反応の素反応は３００以上に及ぶことが知られている。【０１１１】
化学式１：ｅ-＋ＮＨ3→ｅ-＋ＮＨ2＋Ｈ
化学式２：ｅ-＋ＮＨ3→ｅ-＋ＮＨ＋Ｈ＋Ｈ
化学式３：ｅ-＋ＮＨ3→Ｎ＋Ｈ＋Ｈ＋Ｈ
化学式４：ｅ-＋ＮＨ＋Ｈ2Ｏ→ＯＨ＋ＮＨ２
化学式５：ｅ-＋Ｈ＋Ｈ2Ｏ→ＯＨ＋Ｈ＋Ｈ
化学式６：ＮＨ2＋ＮＯ→Ｎ2＋Ｈ2Ｏ
化学式７：２ＳＯ2＋４ＯＨ→２Ｈ2ＳＯ4
化学式８：Ｈ2ＳＯ4＋２ＮＨ3→（ＮＨ4）2ＳＯ4
化学式１，２，３では脱硝ラジカルであるＮＨ2ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカルをプラズマリアクター１１で生成させる。化学式４，５では脱硫ラジカルであるＯＨラジカルをプラズマリアクター１１で生成させる。化学式６は主となる脱硝反応であり，化学式７，８は主となる脱硫反応である。
上記の反応からわかるように、乾式同時脱硫脱硝で重要なラジカルはＮＨ2ラジカル及びＯＨラジカルであり、これらをプラズマリアクター１１でいかに効率よく生成させるかが、問題を解決する最も重要な課題である。【０１１２】
化学式４は，脱硝ラジカル生成手段で生成させたＮＨラジカルが脱硫ラジカル生成手段で用いるＨ２Ｏと反応して脱硫ラジカルＯＨのみならず脱硝ラジカルＮＨ２も生成する反応である。化学式４は高い脱硫脱硝率を得るために重要な反応である。
この点より、脱硫ラジカル生成手段を脱硝ラジカル生成手段の影響を受ける位置に設けることの最大の意図があり、好ましくは、実施例１のように、脱硫ラジカル生成手段と脱硝ラジカル生成手段とが一体に構成されている方が良い。【０１１３】
更に、化学式８に示すように、ラジカル化されなかった又はラジカル状態から戻ったＮＨ3が硫酸成分を硫酸アンモニウムに固体化するので、集塵が容易となるのである。【０１１４】
即ち、ラジカル連鎖反応を利用して排ガスの硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去する方法において、アルゴンとアンモニアガス又はアルゴンとアンモニア水又はアルゴンと尿素を旋回流で供給し脱硝反応に有効なＮＨ2、ＮＨ、Ｎ、Ｈラジカルを生成する第一の段階（工程）と、燃焼炉９からの水分を含む排ガス又は水蒸気又は湿り空気を旋回流で供給し脱硫反応に有効なＯＨラジカルを生成する第二の段階（工程）と、第一と第二の段階で生成されたラジカルを旋回羽で強旋回流として排ガスに吹き込む第三の段階（吹込工程）とによって構成されているのである。【０１１５】
脱硝用原料（アルゴンとアンモニアガス又はアルゴンとアンモニア水又はアルゴンと尿素）を旋回流でプラズマリアクター１１に供給することで装置をコンパクトにし、かつ脱硝に最も有効なＮＨ2ラジカルを効率良く生成させる方法、プラズマリアクター１１のギャップ７の長さを長くし装置１台あたりの処理量を倍増させる方法、燃焼炉９からの水分を含む排ガスをプラズマリアクター１１に旋回流で供給し脱硫脱硝反応に有効なＯＨラジカルを効率良く生成させる方法、生成されたＮＨ2ラジカルとＯＨラジカルを旋回羽８を通過させ旋回流としそれを排ガス内に吹き込み混合時間の長いラジカル連鎖反応を行う方法により、乾式同時脱硫脱硝を高効率で行うことができることを見い出した。【０１１６】
さらに、焼却炉あるいは燃焼炉９の排ガス量によってプラズマリアクター１１を複数配置し、スケールアップを容易にする方法も案出した。【０１１７】
脱硫脱硝に関する従来技術は、主にアンモニアと触媒を利用する大型の触媒脱硝装置と石灰石と水を利用する大型の湿式脱硫装置および脱硫排水処理設備の組み合わせであり、設備コストや運転コストは高価にならざるを得なかった。しかしながら、本発明によれば、簡素な機構であるが故に低廉な設備コストとできるとともに、乾式であるが故に安価な運転コストとすることができるのである。更には、簡素な機構であるにもかからわらず、脱硝と脱硫の両方を実現することができるとともに、脱硝率や脱硫率は従来技術と同等以上とすることが可能になる。【０１１８】
脱硫用原料や脱硝用原料を旋回流でプラズマリアクター１１に吹き込むことで、脱硫用原料や脱硝用原料がプラズマからの励起エネルギーを効率良く受け取ることができ、脱硫脱硝に有効なラジカルが効率良く生成し、消費電力を抑制され脱硫脱硝率が向上するとともに、プラズマリアクター１１の長さを短くすることができる。【０１１９】
焼却炉あるいは燃焼炉９からの排ガス量に応じてプラズマリアクター１１を複数個設置すれば良く、どのような大きさの焼却炉あるいは燃焼炉９にも簡単に適用できる。【０１２０】
脱硝ラジカルを生成させる工程の後にＯＨ（脱硫）ラジカルを生成させる工程を設けることとしてある。ＯＨラジカルは反応性が極めて高く、もし第一の工程でＯＨを生成させると、第二の工程で生成されたＮＨ2ラジカルと容易に反応し、ＮＨ2＋ＯＨ→ＮＨ＋Ｈ2Ｏなる反応で脱硝反応に有効なＮＨ2ラジカルが消失するばかりか、脱硫反応に有効なＯＨラジカルもまた消失し、この場合脱硫率や脱硝率は極めて低くなる。【０１２１】
前記第一と第二の工程で生成されたラジカルを旋回羽８で強旋回流として排ガスに吹き込む方法により、排ガスとラジカルの混合流れを形成し混合時間を長くすることで、脱硫率や脱硝率をさらに高めることが可能である。【０１２２】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、上記実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であり、本発明の技術的範囲には、これらの改良変形も含まれる。【０１２３】
具体的には、別体の脱硫ラジカル生成手段においても旋回式とすることが可能であり、また、図５のプラズマリアクター１１Ａにおける旋回羽８Ｂを図１のプラズマリアクター１１に設置された旋回羽８としても良い。【０１２４】
また、旋回羽８Ｂは、ラジカルを旋回させる役割を果たすものであるが、モータ等の駆動力を利用して自転し、強制的に旋回流を発生させるものであっても良いし、単に案内羽の取付角度によってラジカルの向きを変更するものであっても良い。【０１２５】
なお、本発明には、以下の方法のカテゴリーに属する発明が含まれる。なお、下記発明は、請求の範囲の記載に適合するように記載されている。【０１２６】
ラジカル連鎖反応を利用して排ガスの硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去する方法であって、脱硝用原料を供給して脱硝反応に有効なラジカルを生成する脱硝ラジカル生成工程と、脱硫用原料を供給して脱硫反応に有効なラジカルを生成する脱硫ラジカル生成工程と、脱硝ラジカル生成工程及び脱硫ラジカル生成工程において生成されたラジカルを排ガスに吹き込む吹込工程と、を有することを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ａ）。【０１２７】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ａ）において、前記脱硝用原料がアルゴンとアンモニアガス又はアルゴンとアンモニア水又はアルゴンと尿素の混合ガスであることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ｂ）。【０１２８】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ａ）又は（ｂ）において、前記脱硫用原料が燃焼炉からの水分を含む排ガス又は水蒸気又は湿り空気であることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ｃ）。【０１２９】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ａ）から（ｃ）において、脱硫脱硝反応に有効なラジカルが、ＮＨ2ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｈラジカル、ＯＨラジカルの中の少なくとも一つを含むことを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ｄ）。【０１３０】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ａ）から（ｄ）において、排ガスの温度と排ガス入口の硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物の濃度と脱硫率及び脱硝率の設定から、脱硝用原料の濃度と流量及び脱硫用原料の濃度と流量、及び印可電圧の最適値を決定する制御装置を有することを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝方法（ｅ）。【０１３１】
更に、本発明には、以下の発明が含まれる。【０１３２】
脱硝用原料および脱硫用原料をラジカル化して、脱硝ラジカル及び脱硫ラジカルを生成するラジカル生成手段と、該ラジカル生成手段により生成される脱硝ラジカル及び脱硫ラジカルを処理対象の排ガスに対して送給するための送給手段と、前記ラジカル生成手段に対して脱硝用原料を供給する脱硝用原料供給手段と、前記ラジカル生成手段に対して脱硫用原料を供給する脱硫用原料供給手段とを備えており、前記ラジカル生成手段は、円筒二重管により構成される一対又は複数対の電極によって構成されており、前記脱硝用原料供給手段は、前記ラジカル生成手段に対して脱硝用原料を旋回流で供給するものであり、前記脱硫用原料供給手段は、前記脱硝用原料供給手段の後段に設置されていることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｆ）。この装置（ｆ）は、脱硫ラジカルの生成手段と脱硝ラジカルの生成手段とが一体に構成された形式（タイプ）のものである。【０１３３】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｆ）において、脱硫用原料供給手段は、ラジカル生成手段に対して脱硫用原料を旋回流で供給するものであることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｇ）。【０１３４】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｆ）又は（ｇ）において、送給手段は、ラジカル生成手段の後段に配設された旋回羽によって構成されていることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｈ）。【０１３５】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｆ）乃至（ｈ）において、ラジカル生成手段は、誘電体から成る円筒二重管であって且つ内方管が高電圧電極を構成する一方、外方管が接地電極を構成する一対又は複数対の電極によって構成されていることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｉ）。【０１３６】
排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｆ）乃至（ｉ）において、ラジカル生成手段においては、脱硝ラジカルが脱硫用原料と反応することにより脱硫ラジカルが生成されることを特徴とする排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置（ｊ）。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置及び方法は、焼却炉または燃焼炉から排出される硫黄酸化物や窒素酸化物を含む排ガスを高効率、コンパクト、安価に同時に脱硫脱硝することが要請されるあらゆる産業上の分野において利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の一例を概念的に示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその要部横断面図、（ｃ）は旋回羽の側面図、（ｄ）は同横断面図
【図２】図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図
【図３】（ａ）は図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の性能試験の結果の内、印可電圧および排ガス中酸素濃度と脱硝率との関係を示すグラフ、（ｂ）は印可電圧および排ガス中酸素濃度と脱硫率との関係を示すグラフ
【図４】図１の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の性能試験の結果の内、エネルギー密度とエネルギー効率との関係を示すグラフ
【図５】本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例を概念的に示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢＢ断面図
【図６】図５の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図
【図７】（ａ）は本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図、（ｂ）はその装置の設置部分の拡大断面図
【図８】（ａ）は本発明の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置の他例を概念的に示す図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）は（ａ）の排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置を備えた焼却（燃焼）プラントの一例を示す全体構成図
【図９】（ａ）は従来の脱硝装置を備えた燃焼プラントの概念的な全体構成図、（ｂ）はその脱硝装置の要部構成を概念的に示す図
【符号の説明】
【０１３９】
１  脱硝用原料旋回供給口
２、２Ａ  接地電極（陰極）
３  高電圧電極（陽極）
４  高電圧パルス電源
５  アース
６  脱硫用原料供給口（脱硫ラジカル生成手段）
６ｂ  脱硫用原料供給装置
７  ギャップ
８、８Ｂ  旋回羽（スワラー）
８Ａ      脱硫用旋回羽（スワラー）
９  焼却炉または燃焼炉
１０  温度計
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  プラズマリアクター
１２  脱硝用原料貯留装置
１３  脱硝用原料供給管
１４  脱硫用原料供給管
１５Ａ  混合部濃度分析装置
１５Ｂ  煙突前濃度分析装置
１６  制御装置
１７  集塵器
１８  煙道
１９  排ガス還流ファン
２０  煙突
２２  旋回式脱硝ラジカル生成手段
２３  脱硫ラジカル生成手段
３０  排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置
４０  脱硫脱硝装置付き焼却（燃焼）プラント
５０  排ガス用乾式同時脱硫脱硝装置
Ｓ  混合部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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