(57)【要約】【課題】排ガス中の成分が廃熱ボイラ等の内壁に付着することを防止する排ガス成分付着防止剤において、付着防止効果を向上させる。【解決手段】互いに異なる第１の無機化合物と第２の無機化合物とを含む排ガス成分付着防止剤を廃熱ボイラ１３等に注入することで、生成されるクリンカを脆弱化させる。第１の無機化合物としては、炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムを用い、第２の無機化合物としては水酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、または酸化マグネシウム（第１の無機化合物が炭酸マグネシウムである場合）を用いることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無機化合物と第２の無機化合物とを含む排ガス成分付着防止剤であって、
前記第１の無機化合物は、炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムであり、
前記第２の無機化合物は、前記第１の無機化合物とは異なるマグネシウム化合物またはケイ素の酸化物である排ガス成分付着防止剤。
【請求項２】
前記第２の無機化合物は、水酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、または酸化マグネシウムのいずれかである請求項１に記載の排ガス成分付着防止剤。
【請求項３】
前記第１の無機化合物と前記第２の無機化合物との質量比が１：２〜２：１である請求項１または２に記載の排ガス成分付着防止剤。
【請求項４】
第１の無機化合物と第２の無機化合物とを含む排ガス成分付着防止剤を用いた排ガス成分付着防止方法であって、
前記第１の無機化合物としての炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムを用い、
前記第２の無機化合物として前記第１の無機化合物とは異なるマグネシウム化合物またはケイ素の酸化物を用い、
前記排ガス成分付着防止剤を排ガスに含ませる排ガス成分付着防止方法。
【請求項５】
前記排ガス成分付着防止剤を、排ガス流路または燃焼用ガス流路に注入する請求項４に記載の排ガス成分付着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理施設から排出される排ガスに含まれる物質が、排ガスが流れる廃熱ボイラ等に付着することを防止する剤および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミおよび産業廃棄物等の廃棄物を焼却炉等の廃棄物処理炉で処理する際には、高温の燃焼ガスや熱分解ガス（以下、「排ガス」と総称する）が発生する。廃棄物処理炉の後段には一般に、排ガスを冷却し廃熱を利用するため、廃熱ボイラ等の熱交換装置が設けられる。処理炉で発生した排ガスが流れる煙道や廃熱ボイラ等の表面（排ガスとの接触面）には、排ガスに含まれる成分が付着する。
【０００３】
こうした付着現象は、排ガスに含まれる廃棄物由来の成分と燃焼助剤の成分等とが反応して周辺温度より融点が低い化合物が生成されることにより生じる。生成された化合物は溶融した状態で廃熱ボイラや配管の内壁に溶着する。このような溶着物が成長すると、熱交換部の伝熱阻害（熱回収効率低下）、配管の腐食や閉塞といった障害を引き起こす。例えば、熱交換部には排ガスに含まれるＳＯｘ、特にＳＯ２が酸化されて生成されるＳＯ３やＳＯ４が溶融して溶着する。
【０００４】
上記付着現象によって生じる伝熱阻害等の問題に対し、廃棄物処理施設では定期的に運転を停止して廃熱ボイラ内等に作業員が入って付着物を剥離する清掃作業が行われている。しかし、この作業には多大な労力と時間を要する上に、運転を停止することによる熱回収率低下の問題がある。また、溶着物が強固に付着している場合等、清掃作業によっても上記問題を十分に解決できない場合もある。
【０００５】
そこで、周辺温度を下げることにより排ガス成分の溶融と溶着を防止する方法（特許文献１）や、薬剤添加により付着物（クリンカ）の発生を防止する技術（特許文献２および３）が提案されている。具体的には、特許文献３には無機物としてマグネシウム、鉄、及びケイ素からなる群から選ばれる１種または２種以上の物質を煙道等に注入する方法が開示されている。特許文献３に開示された方法では、マグネシウム系化合物やケイ素系化合物を注入してガスや水蒸気を発生させる。そして、ガスを放出する際のエネルギーにより付着物を剥離させ、また、付着物中に気泡を巻き込むことで付着物を脆弱化させる。
【特許文献１】特開平５−１１８５２３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６５０７号公報
【特許文献３】特開２００６−１０５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された方法のように冷却操作を行うと、廃熱ボイラ等における熱回収率の低下を招く。また、特許文献２のように薬剤添加を行う場合、廃棄物の性状が変化する関係上、排ガス中の成分の種類や濃度も変動するため十分な付着防止効果は必ずしも得られていない。同様に、特許文献３に開示された方法においても、排ガス成分の付着防止効果をより向上させる技術が求められている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされ、無機化合物を注入することにより排ガス成分の付着防止を図る技術において、より高い付着防止効果を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、２種類の無機化合物を特定の組み合わせで、特に特定の範囲の配合割合で組み合わせて用いることによって、排ガス成分の付着防止効果を高めることができることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明は、以下を提供する。
【０００９】
（１）  第１の無機化合物と第２の無機化合物とを含む排ガス成分付着防止剤であって、  前記第１の無機化合物は、炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムであり、前記第２の無機化合物は、前記第１の無機化合物とは異なるマグネシウム化合物またはケイ素の酸化物である排ガス成分付着防止剤。
（２）  前記第２の無機化合物は、水酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、または酸化マグネシウムのいずれかである（１）に記載の排ガス成分付着防止剤。
（３）  前記第１の無機化合物と前記第２の無機化合物との質量比が１：２〜２：１である（１）または（２）に記載の排ガス成分付着防止剤。
（４）  第１の無機化合物と第２の無機化合物とを含む排ガス成分付着防止剤を用いた排ガス成分付着防止方法であって、前記第１の無機化合物としての炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムを用い、前記第２の無機化合物として前記第１の無機化合物とは異なるマグネシウム化合物またはケイ素の酸化物を用い、前記排ガス成分付着防止剤を排ガスに含ませる排ガス成分付着防止方法。
（５）  前記排ガス成分付着防止剤を、排ガス流路または燃焼用ガス流路に注入する（４）に記載の排ガス成分付着防止方法。
【００１０】
本発明は、種々の方式の廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉（ガス化炉）、および廃棄物発電用燃焼炉（これらを「廃棄物処理炉」と総称する）を備える廃棄物処理施設に適用される。本発明に係る排ガス成分付着防止剤は、廃棄物処理炉で発生した排ガス中に含まれる成分（廃棄物由来の成分、燃焼助剤由来の成分、およびこれらが反応して生成された成分を含むものとする）と混合される。排ガス成分付着防止剤が排ガスに混合されることで、排ガス中の成分組成が変化して融点が変化する。また、溶融した排ガス中の成分が固化する際に、防止剤由来の成分が強固な付着物（クリンカ）が形成されることを阻害する。
【００１１】
このような排ガス成分付着防止剤は、第１の無機化合物としての炭酸マグネシウムに、第２の無機化合物として水酸化マグネシウムまたは二酸化ケイ素を組み合わせてなる場合、付着防止効果を特に高めることができ、好ましい。第１の無機化合物としての炭酸マグネシウムは酸化マグネシウムで代替してもよい。また、第１の無機化合物として炭酸マグネシウムを用いる場合において、第２の無機化合物として酸化マグネシウムを用いてもよい。第２の無機化合物としては、水酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム以外に酢酸マグネシウムが挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の無機化合物を組み合わせて使用することで、排ガス成分の付着防止効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。図１は、本発明が適用される廃棄物焼却施設１の一実施形態の構成を示す模式図である。
【００１４】
図１に示すように、廃棄物焼却施設１は、焼却炉１２を備え、焼却炉１２から発生する排ガスの発熱を回収する廃熱ボイラ１３が焼却炉１２後段に設けられている。廃熱ボイラ１３の後段にはエコノマイザ１４および減温塔１５が設けられている。ゴミピット１１から送られた廃棄物は、焼却炉１２に導入され焼却処理され排ガスが発生する。排ガスは、焼却炉１２の再燃焼室および廃熱ボイラ１３上流側にある輻射室１３ａを通り、伝熱管が設けられた熱交換部１３ｂに入る。廃熱ボイラ１３を出た排ガスは、煙道２１ａを通りエコノマイザ１４に入った後、煙道２１ｂを通り減温塔１５に導入され減温される。
【００１５】
本発明に係る排ガス成分付着防止剤（以下、省略して「防止剤」と称する場合がある）は、排ガスが通るこれらの装置およびこれら装置を接続する接続路の任意の部位に注入される。具体的には、廃熱ボイラ１３の輻射室１３ａ、熱交換部１３ｂ、煙道２１ａ、２１ｂ、エコノマイザ１４、空気予熱器（図示せず）、および減温塔１５のいずれに注入してもよい。本明細書では、排ガスが通る装置および煙道等の配管を「排ガス流路」と総称する。
【００１６】
また、排ガス成分付着防止剤は廃熱ボイラ１３に入る排ガスに含まれていればよいため、焼却炉１２に供給する燃焼用の気体に排ガス成分付着防止剤が含ませるようにしてもよい。具体的には、焼却炉１２に加温した空気を供給する空気予熱器（図示せず）、または空気予熱器から焼却炉１２に燃焼用の空気を送る燃焼用空気ライン１６に防止剤を注入してもよい。本明細書では、焼却炉１２に送られる加熱ガスが通る空気予熱器および燃焼用空気ライン１６を「燃焼用ガス流路」と総称する。排ガス成分付着防止剤を注入する部位としては、廃熱ボイラ１３に入る排ガスに防止剤が含まれるよう、廃熱ボイラ１３の上流とすることが好ましい。
【００１７】
排ガス成分付着防止剤は、２種の無機化合物を別々に注入してもよいが予め混合した状態で注入することが好ましい。また、無機化合物は粉体で注入してもよいが水等に溶解させたスラリ状で注入してもよい。排ガス成分付着防止剤の注入量や注入方法は、特許文献１に記載された場合と同様とすればよい。具体的には、排ガスに対して１０〜３，５００ｍｇ−薬剤／Ｎｍ３−排ガス／ｈｒ、あるいは付着物に対して０．０１〜０．１質量％の割合で間欠的、または連続的に注入すればよい。
【００１８】
本発明に係る排ガス成分付着防止剤は、４００℃程度から１２００℃程度の幅広い温度領域の排ガスに対して、この排ガス中の成分が排ガス流路表面に付着することを防止する効果を奏する。このように排ガス成分の付着が防止される作用機構は未解明であるが、図２を参照して推測される３つの作用を説明する。図２（ａ）は、何らの防止剤も添加されない排ガス中の成分３１が溶融した後、固化してクリンカ３３Ａが形成される状態を示す模式図である。図２（ｂ）は排ガス中の成分３１に本発明に係る防止剤３２が混合され、多孔質のクリンカ３３Ｂが形成される状態を説明する模式図である。
【００１９】
まず、水酸基、炭酸基、または／およびカルボキシル基（以下、これらを「水酸基等」と総称する）を有する物質は、加熱され一定の温度に達すると水酸基等が分解され炭酸ガスや水蒸気を放出して酸化物を形成する。具体的には、水酸基は２７０℃付近で、炭酸基は５３０℃付近で、カルボキシル基は１００〜１５０℃付近で炭酸ガス等を放出する。防止剤は、排ガスに含まれて排ガス中の成分や排ガス成分が固形化したクリンカ（以下、これらを「クリンカ前駆物」と称する）と接触して３００℃〜５００℃程度の高温に曝される。このとき、防止剤の水酸基等が分解されて炭酸ガスまたは／および水蒸気（以下、これらを「ガス等」と称する）が発生する。このようにクリンカ前駆物質に防止剤が付着することで、排ガス中の成分は防止剤から発生するガス等を巻き込んだ状態で固化してクリンカとなる。既に形成されているクリンカもその表面に防止剤が付着すると、防止剤から発生するガス等を巻き込んだ状態で成長する。この結果、形成されるクリンカに空隙が形成され、クリンカは脆弱化し、さらに空隙が収縮する際にクリンカに亀裂を生じる。
【００２０】
もっとも、炭酸マグネシウム等の無機化合物が、排ガス中の成分やクリンカと接触する前に高温に曝されると、その時点でガス等が発生するため、生成されるクリンカに空隙は形成されない。この場合は２つ目の作用、すなわち、無機化合物がガス等を放出して形成される酸化物がクリンカの融点を上昇させることにより、クリンカの溶着が防止される。具体的には、無機化合物由来の酸化物がクリンカ前駆物質に付着することで、クリンカ前駆物質は高融点（酸化マグネシウムの融点：２，８００℃、二酸化ケイ素の融点１，７１３℃）の酸化物を含むことなるため、融点が上がる。融点が上がって溶解していないクリンカ前駆物質は、溶解したクリンカ前駆物質や排ガス流路に付着しても、ごつごつした状態のままであり、べったりと溶着する場合（図２（ａ）参照）のように強固なクリンカを形成しないためクリンカの硬度が低くなる。
【００２１】
さらに、３つ目の作用として平均粒径が１５〜７５μｍ程度の煤塵に対して、粒径が異なる無機化合物を添加することで、無機化合物が添加された煤塵の粒径分布を不均等化できる。煤塵の粒径分布が不均等化すれば、粒子間の間隙が増えるためクリンカをポーラスにして脆くできる。
【００２２】
互いに異なる２種類の無機化合物を併用する場合に、排ガス成分の付着防止効果が向上する理由は不明であるが、無機化合物の種類や配合割合によって上記３つの作用のいずれか１以上が奏されやすくなる場合があるものと推察される。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。実施例および比較例では、クリンカを生じさせる物質（クリンカ前駆物質）として、廃棄物焼却炉の熱交換器（伝熱管下段）に固結した状態で付着していたクリンカを採取し粉砕して粉末状の試料とした。表１にこの試料の化学組成を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
上記試料には、実施例および比較例に係る排ガス成分付着防止剤を混合して電気炉で６５０℃、９０分の条件で高温条件に曝すことで、平板状の焼成物３３Ｃ（４７ｍｍ×２６ｍｍ×９ｍｍ）を得た。試料を焼成する際にはまず、１０５℃に６０分にした後、３５０℃に昇温してさらに６０分間保持し、６５０℃で９０分の焼成を行った。得られた焼成物３３Ｃは、図３に示すように、目開き７１０μｍの篩３５Ａ上に配置した。目開き７１０μｍの篩３５Ａの下には目開き３５０μｍの篩３５Ｂを配置し、焼成物３３Ｃを７１０μｍの篩上に配置した状態で上下動させて振動を与えた。振動は１分間当たり４５回与え、合計で３分間（１３５回）の上下動を与えた。
【００２６】
上記の振動を与えた後、目開き３５０μｍの篩３５Ｂを通過した焼成物の崩壊物３３Ｄを収集した。崩壊物３３Ｄは、その質量を測定し、振動を与える前（すなわち崩壊する前の平板状の）焼成物３３Ｃの質量に対する崩壊物３３Ｄの質量の割合（％）を崩壊度とした。すなわち、崩壊度が大きくなるほど、崩壊して目開き３５０μｍの篩を通過する微細粒子となる部分が多い。
【００２７】
[ブランク]
まず、ブランクとして上記粉末状の試料に何も混合せずに高温条件に曝し、得られた焼成物について崩壊度を測定した。測定の結果、ブランクの崩壊度は５．９％であった。
【００２８】
[比較例１〜３]
比較例１では、排ガス成分付着防止剤として、平均粒径ｄ５０が５０μｍの炭酸マグネシウム粉末を単独で混合した。比較例２では、排ガス成分付着防止剤として、平均粒径ｄ５０が４μｍの水酸化マグネシウム粉末を単独で混合した。比較例３では、排ガス成分付着防止剤として、平均粒径ｄ５０が２μｍの二酸化ケイ素粉末を単独で混合した。排ガス成分付着防止剤の混合割合は試料に対して２０質量％とした。
【００２９】
[実施例１〜１０]
実施例１〜５では、排ガス成分付着防止剤として、第１の無機化合物として比較例１で用いた炭酸マグネシウム粉末に、第２の無機化合物として比較例２で用いた水酸化マグネシウム粉末を混合した混合粉体を用いた。実施例６〜１０では、排ガス成分付着防止剤として、第１の無機化合物として比較例１で用いた炭酸マグネシウム粉末に、第２の無機化合物として比較例３で用いた二酸化ケイ素粉末を混合した混合粉体を用いた。排ガス成分付着防止剤の試料に対する混合割合、焼成物の作成法、及び崩壊度試験は比較例と同様である。
【００３０】
表２にブランク、比較例１〜３、および実施例１〜１０の結果を示す。なお、物質名とともにその平均粒径ｄ５０（μｍ）を記している。
【表２】
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【００３１】
[比較例４、実施例１１〜１５]
比較例４では、排ガス成分付着防止剤として、平均粒径ｄ５０が１０μｍの酸化マグネシウム粉末を単独で混合した。実施例１１〜１５では、排ガス成分付着防止剤として、比較例４で用いた酸化マグネシウム粉末に、第２の無機化合物として比較例２で用いた水酸化マグネシウム粉末を混合した混合粉体を用いた。排ガス成分付着防止剤の試料に対する混合割合、焼成物の作成法、及び崩壊度試験は上記実験と同様である。表３に比較例４、および実施例１１〜１５の結果を示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
[比較例５、実施例１６]
比較例５として、平均粒径ｄ５０が１０μｍの炭酸マグネシウム粉末を単独で用いて排ガス成分付着防止剤とした。実施例１６では、比較例５で用いた炭酸マグネシウム粉末に、第２の無機化合物として比較例４で用いた酸化マグネシウム粉末を混合した混合粉体を排ガス成分付着防止剤として用いた。排ガス成分付着防止剤の試料に対する混合割合、焼成物の作成法、及び崩壊度試験は上記実験と同様である。表４に比較例５、および実施例１６の結果を示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
［参考例１〜６］
参考例１では、排ガス成分付着防止剤として、平均粒径ｄ５０が２０μｍの酸化鉄粉末を単独で混合した。参考例２〜６では、この参考例１で用いた酸化鉄粉末と比較例３の二酸化ケイ素粉末とを混合した混合粉体を排ガス成分付着防止剤として用いた。排ガス成分付着防止剤の試料に対する混合割合、焼成物の作成法、及び崩壊度試験は上記実験と同様である。表５に参考例１〜６の結果を示す。
【００３６】
【表５】
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【００３７】
上記参考例に示すように、単独で用いた場合にクリンカを脆弱化させる薬剤同士を混合しても必ずしも効果が向上するわけではない。しかし、上記比較例および実施例に示すように、炭酸マグネシウムまたは酸化マグネシウムを、他のマグネシウム化合物またはケイ素の酸化物と組み合わせた場合、クリンカを脆弱化させる効果が高まり、特に混合比が１：２〜２：１の場合は、クリンカを脆弱化させる効果の向上が著しいことが示された。
【００３８】
［実施例１７、１８］
実施例１７、１８として、第１の無機化合物として比較例４で用いた平均粒径ｄ５０が１０μｍの酸化マグネシウムに対し、粒径が異なる炭酸マグネシウムを混合した混合粉体を排ガス成分付着防止剤とした。炭酸マグネシウムと水酸化マグネシウムの混合割合は１：１に固定した。実施例１７、１８の結果を実施例１６の結果とともに表６に示す。
【００３９】
【表６】
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【００４０】
実施例１６〜１８に示すように、同じ組み合わせの無機化合物を同じ混合割合で混合した場合、両者の平均粒径によってクリンカの脆弱化効果が異なることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、焼却炉等から排出される排ガスの処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明が適用される廃棄物焼却設備の一実施形態を示す模式図。
【図２】クリンカの生成過程を示す模式図。
【図３】崩壊度試験の方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００４３】
１    廃棄物焼却施設
１１  ゴミピット
１２  焼却炉
１３  廃熱ボイラ
１４  エコノマイザ
１５  減温塔
１６  燃焼用空気ライン
２１  煙道
３１  排ガス中の成分
３２  排ガス成分付着防止剤
３３Ａ〜Ｃ  クリンカ（高温条件で生成された付着物）
３３Ｄ      クリンカの崩壊物
【図１】
2009046342.tif 000009
【図２】
2009046342.tif 000010
【図３】
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