(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ焼却炉とバグフィルタと脱硝反応器とを備えたごみ焼却設備において、前記脱硝反応器内のガスを循環させる循環ラインを構成し、当該循環ラインにアンモニア供給配管を接続すると共に、前記脱硝反応器の起動時に前記脱硝反応器内のガスを前記循環ラインを介して循環させながら前記アンモニア供給配管より前記循環ラインに脱硝触媒の前処理用のアンモニアを供給して前記脱硝触媒にアンモニアを吸着させる処理を行い、次いで前記循環ラインを介しての前記脱硝反応器内のガスの循環を停止した後に前記ゴミ焼却炉の排ガスを前記脱硝反応器内に通し、排ガス中の窒素酸化物濃度に対応した量の窒素酸化物還元用のアンモニアを前記アンモニア供給配管から排ガスに添加して排ガス中の窒素酸化物を除去することを特徴とするごみ焼却設備。
【請求項２】
請求項１に記載のごみ焼却設備において、前記循環ラインの内圧を検出する圧力検出器を設けると共に、前記循環ラインに触媒の前処理用のアンモニア含有ガスが循環されている期間中、前記循環ラインの内圧が常時大気圧よりも予め設定された所定量だけ低くなるように循環ガスの一部を抜き出すことを特徴とするごみ焼却設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はごみ焼却設備に係り、より詳しくは、排ガス脱硝装置を備えた都市ごみ焼却設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用あるいは産業用ボイラから発生する排ガス中の窒素酸化物を処理する装置としては、ゼオライト系あるいは酸化チタン系の脱硝触媒を用い、３５０℃〜４５０℃の温度範囲でアンモニアにより窒素酸化物を還元する脱硝装置が普及している。発電用あるいは産業用ボイラは、通常昼夜連続運転されるが、前記の脱硝触媒、特に酸化チタン系の脱硝触媒は触媒寿命が長いので、交換せずとも数年間にわたって９０％以上の脱硝率を維持することができる。また、前記の脱硝装置を発電用あるいは産業用ボイラに適用した場合には、アンモニアの利用率が高く、未反応の流出アンモニア濃度を数ｐｐｍ以下に抑えることができ、かつ９０％以上の脱硝率を得ることができる。
【０００３】
ところで、都市ごみ焼却炉からも窒素酸化物が発生するが、都市ごみ焼却炉には排ガス発生量が少ない等の理由から窒素酸化物の排出規制がなく、従来においては都市ごみ焼却炉に脱硝装置が設けられることは少なかった。しかし、新設の都市ごみ焼却炉においては、公害防止のため、より厳しい窒素酸化物の低減が要求される傾向にある。脱硝装置を有しない都市ごみ焼却設備においては、燃焼炉の運用を工夫したり、あるいは触媒を使用しない無触媒脱硝装置を備えることで窒素酸化物の低減を図っているが、このような方法では、窒素酸化物の低減率を５０％以上に高めることは困難であり、これ以上の窒素酸化物の低減率を得るためには、何らかの脱硝装置を必要とする。
【０００４】
ところが、都市ごみ焼却炉から排出される排ガス中には高濃度の塩化水素が含まれ、ダスト中には腐食性の強い塩化物が含まれるので、バグフィルタの上流に脱硝装置を備えると、排ガス中の塩化水素やダスト中の塩化物によって脱硝装置が侵されやすく、到底実用に供することができない。なお、バグフィルタの下流に脱硝装置を備えれば、バグフィルタにて塩化水素が除去されるため、塩化水素等の悪影響を低減することができるが、バグフィルタの下流では、排ガス温度が１８０℃以下まで低下するため、脱硝装置における反応温度が低くすぎ、反応速度の低下を補うために多量の触媒を要する。また、脱硝装置における反応温度が低くすぎるために、起動時の触媒の活性発現に長時間を要し、起動時において窒素酸化物が大量に大気中に放出されるという不都合がある。
【０００５】
脱硝触媒の特徴として、排ガス中の窒素酸化物と反応して還元するアンモニアとは別に、触媒中に予め吸着させ、蓄積しておくアンモニアが必要である。触媒中に一定量以上のアンモニアが蓄積されなければ触媒の活性が出現しない。しかも、温度が下がるほど多くのアンモニア蓄積量が必要である。したがって、排ガス中の窒素酸化物濃度に応じたアンモニア量を排ガスに添加しても、アンモニアはまず触媒内への吸着に使用され、窒素酸化物は除去されない。都市ごみ焼却炉用の脱硝触媒としては、酸化チタンと酸化バナジウムを必須成分とする触媒が使用されることが多いが、この種の触媒は、低温になるほど、アンモニアを添加してから触媒の活性が上昇しきるまでに長時間を有する。条件にもよるが、バグフィルタと同じ温度の１８０℃では、触媒の活性が平衡に達するまでに数時間を要することもある。したがって、毎日朝方に起動して夕刻に停止する都市ごみ焼却炉では、脱硝装置に数時間の起動遅れがあると、実質的に脱硝装置の付設がほとんど無意味なものになる。
【０００６】
なお、かかる不都合を緩和するため、従来より例えば特公平３−６７７２８号公報等に記載されているように、排ガスを通気する以前に予めアンモニアを触媒に吸着させておき、低温における脱硝装置の起動遅れを改善する方法が提案されている。この方法によると、脱硝装置への排ガス通気停止前から遅くとも次の脱硝装置の起動前に過剰のアンモニアを排ガスダクト内に注入してこの過剰のアンモニアを予め触媒に吸着させ、しかる後に排ガスダクト内に処理すべき排ガスを通気して排ガス中の窒素酸化物を還元するので、脱硝装置の起動遅れを改善することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の方法は、脱硝装置の起動前に過剰のアンモニアを余熱によるガスの比重差でごみ焼却炉及び脱硝装置の停止時も煙道内のガスが常に煙突側に吸引されている排ガスダクト内に注入するので、未吸着のアンモニアの一部が小量ではあっても大気中に放出されることになり、新たな大気汚染を発生するおそれがある。かかる不都合を低減するためにアンモニアの供給量を低減すると、脱硝装置の起動遅れの改善が不十分になると共に、触媒の処理にむらを生じ、窒素酸化物の低減率が悪くなる。
【０００８】
なお、脱硝装置起動前のアンモニア供給量を制限したために、起動時間を十分に短縮することができない場合には、アンモニアの不足を補うため、排ガス脱硝中に過剰のアンモニアを反応器に添加する必要が生じる。しかしながら、このようにすると、必然的に排ガス中へのアンモニア流出量が増加するため、一般に脱硝性能をある程度犠牲にしてもアンモニア流出を抑制しようとしている脱硝装置においては到底許容できない。
【０００９】
しかも、本願発明者らの実験によると、触媒のアンモニア処理時間が長くなると、徐々にではあるが触媒に吸着されているアンモニアのうち、触媒作用で酸化されて窒素に転化して消滅する量が無視できなくなるので、脱硝装置の起動時間が十分に短縮されない場合には、アンモニアの一部が無駄に消費されるという問題も生じる。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の不都合を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、アンモニアの利用率が高く、かつ低温において速やかに起動できる都市ごみ焼却炉に好適な脱硝装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を達成するため、ごみ焼却炉とバグフィルタと脱硝反応器とを備えたごみ焼却設備において、前記脱硝反応器内のガスを循環させる循環ラインを構成し、当該循環ラインにアンモニア供給配管を接続すると共に、前記脱硝反応器の起動時に前記脱硝反応器内のガスを前記循環ラインを介して循環させながら前記アンモニア供給配管より前記循環ラインに脱硝触媒の前処理用のアンモニアを供給して前記脱硝触媒にアンモニアを吸着させる処理を行い、次いで前記循環ラインを介しての前記脱硝反応器内のガスの循環を停止した後に前記ゴミ焼却炉の排ガスを前記脱硝反応器内に通し、排ガス中の窒素酸化物濃度に対応した量の窒素酸化物還元用のアンモニアを前記アンモニア供給配管から排ガスに添加して排ガス中の窒素酸化物を除去するという構成にした。
【００１２】
また、より実用的なごみ焼却設備とするため、前記循環ラインの内圧を検出する圧力検出器を設けると共に、前記循環ラインに触媒の前処理用のアンモニア含有ガスが循環されている期間中、前記循環ラインの内圧が常時大気圧よりも予め設定された所定値だけ低くなるように循環ガスの一部を抜き出すという構成にした。
【００１３】
【作用】
脱硝反応器の排ガス入口と排ガス出口とを循環ラインにて接続し、ごみ焼却炉の起動準備段階及び予熱段階において、脱硝反応器内のガスを循環ラインを介して循環させると、脱硝反応器内の触媒を繰り返しアンモニアと接触させることができるので、高濃度かつ少量のアンモニアを用いて触媒を迅速に処理することができる。したがって、アンモニアの利用率が高められ、アンモニアの無駄な消費が防止されると共に、未吸着のアンモニアの放出が防止される。
【００１４】
また、循環ラインに減圧用配管をつなぎ、例えば循環ラインとごみ焼却炉の流動空気配管とを流量制御弁を備えた減圧用配管にてつなぎ、この流量制御弁の開度を循環ラインの内圧を検出する圧力検出器の検出値に応じて調整し、循環ラインの内圧を常時大気圧以下に保持すると、その差圧によって循環ライン内のアンモニア含有ガスの大気中への流出を防止することができるので、新たな公害の発生を防止できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、１はごみ焼却炉、２はごみ焼却炉１の廃熱を有効利用するための廃熱回収ボイラ、３は排ガス温度を調節する冷却塔、４は排ガス中のダスト及び酸性ガスを除去するバグフィルタ、５は排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器、６は排ガスを吸引するブロワ、７は煙突を示している。
【００１７】
これらの各装置は、個々の装置としては、従来より知られている装置と何ら変わるものではない。本発明の特徴とするところは、脱硝反応器５に循環ライン３１，３３と減圧用配管３２を設けて、脱硝反応器５の稼働前に循環ライン３１，３３でアンモニアを循環させ、脱硝反応器５内の脱硝触媒１２を処理することにある。
【００１８】
ごみ焼却炉１には、図示しないごみ供給機から圧送されたごみをごみ焼却炉１内に供給するごみ供給管２１と、炉内のごみを流動化し燃焼する空気を炉内に供給する流動空気配管２２と、燃料配管２３が接続された起動バーナ１１とが設けられており、当該ごみ焼却炉１の出口煙道２４には、廃熱回収ボイラ２が設けられている。廃熱回収ボイラ２は、蒸気管３４に発生した蒸気によって発電や冷暖房を行い、焼却炉廃熱の有効利用を図る。
【００１９】
排熱ボイラ２の下流には、冷却塔３が設けられ、冷却塔３の下流には、バグフィルタ入口煙道２５を介してバグフィルタ４が設けられている。さらに、当該バグフィルタ４の下流には、バグフィルタ出口煙道２７を介して脱硝反応器５が設けられ、該脱硝反応器５の排ガス出口は、脱硝反応器出口煙道２９を介して煙突７に接続されている。バグフィルタ出口煙道２７には、当該煙道２７を開閉するダンパ４２が備えられ、また、脱硝反応器出口煙道２９には、当該煙道２９を開閉するダンパ４４と排気用のブロア６とが備えられている。
【００２０】
前記バグフィルタ入口煙道２５と前記脱硝反応器出口煙道２９との間には、ダンパ４１を備えたバイパス管路２６が設けられており、冷却塔３を通過した燃焼排ガスを、必要に応じて、直接煙突７を通じて大気中に放出できるようになっている。
【００２１】
脱硝反応器５の排ガス入口と排ガス出口とは、循環ライン３１，３３を介して連通されており、当該循環ライン３１，３３には、脱硝反応器５内のアンモニア含有ガスを循環させる循環ブロワ１７と当該循環ガスを加熱するガス加熱器１４と循環ライン３１，３３を開閉するダンパ４３，４５と循環ライン３１，３３の内圧と大気圧との差圧を検出する圧力検出器１３とが設けられている。また、当該循環ライン３１，３３には、アンモニア供給配管２８が接続されており、所要量のアンモニアを所要のタイミングで循環ライン３１，３３内に供給できるようになっている。さらに、当該循環ライン３１，３３と前記流動空気配管２２との間には、流量制御弁１６を備えた減圧用配管３２が設けられており、流量制御弁１６の開度を差圧調整器１５の出力信号によって制御するようになっている。この差圧調整器１５は、前記圧力検出器１３の検出値３６が常時大気圧よりも低くなるように、前記流量制御弁１６の開度を調整する。
【００２２】
以下、前記のように構成されたごみ焼却炉の動作について説明する。
【００２３】
前記したように、都市ごみ焼却設備は、通常、毎日朝方に起動して夕刻に停止し、休日は停止するという運転モードがとられる。そして、かかる運転モードによって運転されるごみ焼却設備においては、ごみ焼却炉１の起動に先立って、ごみ焼却炉１の予熱が必要なことがある。例えば、ごみ焼却炉１の温度が６００℃以下に低下している場合には、ごみを投入しても自燃しないので予熱が必要である。ごみ焼却炉１の予熱は、流動空気配管２２より燃焼用空気を炉内に送り込みつつ、燃料配管２３にて供給される燃料を起動バーナ１１で燃焼させることによって行われる。このとき、ダンパ４１は開放状態に、またダンパ４２，４４は閉止状態に切り換えられており、ごみ焼却炉１で発生した排ガスは、ブロワ６にて吸引され、バイパス管路２６及び脱硝反応器出口煙道２９を通って煙突７より大気中に放出される。かように、ごみ焼却炉１の予熱段階においては、ごみ焼却炉１の排ガスをバグフィルタ４及び脱硝反応器５に通さないので、この間の燃焼排ガス中の有害物質の除去を行うことはできないが、予熱時間は全体の稼働時間から見れば極く短時間であり、かつ予熱段階における燃料は石油であって有害な塩化水素等を含まないので、有害物質の放出による公害が問題になることはない。
【００２４】
また、ごみ焼却炉１の予熱と並行して、脱硝反応器５内の脱硝触媒１２のアンモニア処理が行われる。停止時の状態にもよるが、脱硝触媒１２は一夜経過すれば吸着していたアンモニアの過半が窒素に転化して消滅していることもある。その場合には、脱硝反応器５の再稼働前に当該脱硝触媒１２をアンモニア処理する必要がある。当該脱硝触媒１２のアンモニア処理は、ダンパ４３，４５を開放した状態で循環ブロワ１７及びガス加熱器１４を起動し、アンモニア供給配管２８より循環ライン３１，３３内に所定量のアンモニアを供給することによって行われる。ごみ焼却炉１の停止期間における温度低下が少ない場合には、予熱が不要で予熱段階が省略され、その前の起動準備段階でアンモニア処理が行なわれる。これによって、循環ライン３１，３３内を循環するアンモニア含有ガスが脱硝触媒１２に繰り返し接触されるので、少量のアンモニアで触媒を迅速に処理することができる。したがって、アンモニアの利用率が高められ、アンモニアの無駄な消費が防止される。また、ガス加熱器にて脱硝反応器内のアンモニアを含むガスを予熱するので、ごみ焼却炉の起動時、脱硝反応器内の触媒の活性を直ちに発現させることができ、ごみ焼却炉の排ガスを効率的に脱硝できる。
【００２５】
循環ライン３１，３３内の圧力は、圧力検出器１３によって検出されており、アンモニア含有ガスの循環時、循環ライン３１，３３内の圧力が高くなると、大気圧と循環ライン３１，３３の内圧との差圧に応じて流量制御弁１６の開度が差圧調整器１５によって調整され、循環ライン３１，３３内の余剰の圧力が減圧用配管３２及び流動空気配管２２を通してごみ焼却炉１内に抜き出され、循環ライン３１，３３内の圧力が常時大気圧以下に保たれる。よって、循環ライン３１，３３内のアンモニア含有ガスのダンパ隙間からの大気中への流出が防止され、新たな公害の発生を防止できる。
【００２６】
ごみ焼却炉１及び脱硝反応器５の予熱が完了した後、ごみ供給管２１よりごみ焼却炉１内にごみを投入して、ごみ焼却炉１を起動する。また、これと同時に、ダンパ４１，４３，４５が閉じられると共に、ダンパ４１，４４が開放される。ごみ焼却炉起動後のごみ焼却設備の動作は、公知に係る従来のごみ焼却設備と同様であって、ごみ焼却炉１で発生した排ガスは、ごみ焼却炉１の出口煙道２４に備えられた排熱回収ボイラ２に導入され、蒸気発生管３４に蒸気を発生させて冷却される。また、排熱回収ボイラ２を出た排ガスは、冷却塔３に導入され、冷却水が噴霧されて約２００℃まで冷却される。冷却後の排ガスは、バグフィルタ入口煙道２５を通ってバグフィルタ４に導入され、ダスト及び酸性ガスが除去される。バグフィルタ４にてダスト及び酸性ガスが除去された排ガスは、バグフィルタ入口煙道２７及び脱硝反応器入口ダンパ４２を経由して脱硝反応器５に導入され、脱硝反応器５内に充填された脱硝触媒１２にて窒素酸化物が除去される。脱硝反応器５にて窒素酸化物が除去された排ガスは、ブロワ６にて吸引され、脱硝反応器出口ダンパ４４、脱硝反応器出口煙道２９、煙突７を経由して大気中に放出される。
【００２７】
前記したように、予熱段階において循環ライン３１，３３内を循環するアンモニア含有ガスがガス加熱器１４によって加熱され、脱硝触媒１２の活性発現温度まで加熱されたアンモニア含有ガスが脱硝触媒１２に繰り返し接触されるので、少量のアンモニアで脱硝触媒１２を迅速に処理することができる。したがって、アンモニアの利用率が高められ、アンモニアの無駄な消費が防止されると共に、ごみ焼却炉の起動時における未吸着のアンモニアの放出が防止される。また、ガス加熱器１４にて脱硝反応器内５のアンモニアを含むガスを予熱するので、ごみ焼却炉１の起動時、脱硝反応器５内の触媒の活性を直ちに発現させることができ、ごみ焼却炉１の排ガスを効率的に脱硝できる。
【００２８】
脱硝触媒１２の処理が終了し、ガス加熱器１４及び循環ブロア１７が停止され、かつダンパ４３，４５が閉じられる。そして、ごみ焼却炉１内の温度が６００℃に達した段階でダンパ４１が閉じられ、かつダンパ４２，４４が開かれて、燃焼排ガスの流路がバグフィルタ４及び脱硝反応器５側に切り換えられる。この段階においては、前記したように、脱硝反応器５内の脱硝触媒１２が既にアンモニアで処理されているので、直ちに脱硝性能を立ち上がらせることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ごみ焼却炉を起動する以前に脱硝反応器に所要の温度に加熱されたアンモニア含有ガスを循環し、脱硝反応器内の触媒を繰り返しアンモニアと接触させるようにしたので、少量のアンモニアで触媒を迅速に処理することができ、アンモニアの利用率の向上とごみ焼却炉起動時における未吸着のアンモニアの放出防止とを実現できる。また、ガス加熱器にて脱硝反応器内のアンモニアを含むガスを予熱するので、ごみ焼却炉の起動時、脱硝反応器内の触媒の活性を直ちに発現させることができ、ごみ焼却炉の排ガスを効率的に脱硝できる。
【００３０】
また、請求項２に記載の発明によれば、循環ラインとごみ焼却炉の流動空気配管とを流量制御弁を有する減圧用配管にてつなぎ、循環ラインの内圧が常時大気圧以下になるようにしたので、循環ライン内のアンモニア含有ガスの大気中への流出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るごみ焼却設備のフロー図である。
【符号の説明】
１  ごみ焼却炉
２  廃熱回収ボイラ
３  冷却塔
４  バグフィルタ
５  脱硝反応器
１２  脱硝触媒
１３  圧力検出器
１４  ガス加熱器
１５  差圧調整器
１６  流量制御弁
２２  流動空気配管
２４，２５，２７，２９  煙道
２６  バイパス管路
２８  アンモニア供給配管
３１，３３  循環ライン
４１〜４５  ダンパ
【図１】
0003816575.tif 000002