飛灰供給による酸性ガス低減効果
Reduction in Acidic Gas Emissions Using Fly Ash

岩本典之＊Noriyuki Iwamoto

技術士（衛生工学）

篠原良平＊
Ryohei Shinohara

飛灰循環は，廃棄物処理プラントにおいて未反応薬剤成分を含む飛灰をバグフィルタ上流に戻すことでアルカリ薬剤の使用量を低減する技術である。当社ではバグフィルタろ布のダスト層に存在するフレーク状の凝集体に着目し，未反薬剤成分と酸性ガスとの接触効率を向上させ，少ない循環量で効果を発揮するコンパクトな飛灰循環システムの確立を目指した。発生量の一部のみを循環する部分飛灰循環を模擬した実プラントでの基礎試験を行い酸性ガスの除去率向上を確認した。バグ
フィルタ差圧および飛灰中の重金属類濃度への影響は確認されず，既存設備への追設が容易な装置として製品化を完了した。
At a waste treatment plant, ﬂy ash circulation is a technique for reducing the amount of alkali chemicals used,by returning fly ash containing unreacted chemical components to a point upstream of the bag filter. We
focused on the ﬂake-like agglomerates in the ash layer on the ﬁlter bag cloth, and made it a goal to establish acompact ﬂy ash circulation system that would be effective even if a small amount of ash was circulated. An
improvement in acidic gas removal rate was conﬁrmed by basic tests in an actual facility simulating partial
ﬂy ash circulation, which circulated only a part of the generated amount of ash. Inﬂuences on the differential
pressure of the bag ﬁlter and the concentration of heavy metals were not detected in these tests, so we havecompleted marketable equipment that can be easily added to existing facilities.

Key Words：排ガス処理

Exhaust gas treatment

部 分 飛 灰 循 環Partial ﬂy ash circulation

ア ル カ リ 薬 剤

Alkali chemicals

酸性

未反応ガス

Acid gases

薬剤

Unreacted chemical【セールスポイント】
・コンパクトで既存施設への追加も可能な簡易飛灰循環システム

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）＊

環境プラント技術本部 装置技術部

神鋼環境ソリューション技報25

まえがきものである。ダスト層を厚くすることだけであれ

燃焼排ガスに含まれる塩化水素（HCl）や硫黄酸

ば，循環せずとも逆洗による払落し間隔を延ばすこ化物（SOx）などの酸性ガスを中和除去するため，とででも同様な効果を期待できるはずである。しか廃棄物処理プラントではバグフィルタ上流煙道に消し，単にダスト層を厚くするだけでは十分な効果が石灰等のアルカリ薬剤を吹込んでいる。バグフィル期待できないことをろ布のダスト層性状が示唆してタに到達した薬剤はろ布表面で飛灰とともにダストいる。

層を形成し，酸性ガスとの気固反応はダスト層内でバグフィルタろ布上での中和反応では，堆積した進行する。このような中和反応は，HCl と消石灰をダスト層内を排ガスが一様に通過して薬剤粒子と満例にすると，総括反応としては式（1）で表される。

遍なく接触することが理想的である。一方で飛灰の粒径は１μm ～100 μm 程度まで広く分布しており２），
図１に示す模式図のようにろ布上のダスト層は様々（固体）＋2HCl（ガス）
Ca（OH）
2→ CaCl2（固体）＋2H2O（ガス） …………（1）な粒径の粒子で形成されており均一ではない。また，図２に示すようなろ布に堆積したダストには不式（1）は化学量論式であり，実際の反応は式（2），１）式（3）の二段反応で進行することが知られている 。

均一を助長するようなフレーク状の凝集体が多くみられる。粉体層を通過する流体の圧力損失（4）に示すように粒径は式と空間率 ，粒子の形状に依存する３）。

Ca（OH）（固体）＋ HCl（ガス）2→ CaClOH（固体）＋ H2O（ガス） ………（2）CaClOH（固体）＋ HCl（ガス）→ CaCl（固体）＋ H2O（ガス）…………（3）2: 粒子と同体積球の表面積／粒子外部表面積: 粘度，

最 終 的 に CaCl2ま で 反 応 が 進 行 し た 場 合 に は，: 空塔速度，: 流体密度: 粉体層高 ……………………………………（4）1 mol の Ca（OH）2で2 mol の HCl を 中 和 で き る が，式（3）に優先して式（2）の反応が進行すると考えら

ダスト層を形成する粒子の粒径および空間率は均一れており，この場合式（1）で表される総括反応でのではなく凝集体も影響するため，各部での量論比よりも多くの消石灰を必要とし，接触頻度も均一となる。図１に示すように，圧力損失の小さいは不踏まえた反応効率を考慮して通常，量論比の２倍か部位に選択的な流れができてミクロ的に偏流するこら３倍の消石灰が供給されている。したがって逆洗とになり，酸性ガスと接触することのできる粒子はでろ布から払い落とされバグフィルタより排出され限定的になる。また，未反応薬剤成分が凝集体内部る飛灰中には最終反応まで完了していない薬剤成分に存在する場合には酸性ガスとの接触機会はなくなと反応機会を得なかった未反応薬剤成分が混在して残っている。排出された飛灰をバグフィルタ上流にダスト層戻し未反応薬剤および反応余地を残した薬剤成分

ろ布（以降，まとめて未反応薬剤成分と呼ぶ）に再度反応機会を与えることで排ガス処理薬剤と飛灰の発生量および飛灰処理薬剤を低減しようとするのが飛灰循環技術である。
当社では未反応薬剤成分と酸性ガスとの接触効率

マクロ的には一様な流れ

ミクロ的には偏流を向上させることで既存設備へ追設可能なコンパクトな飛灰循環システムを製品化した。本稿では製品化開発のための基礎試験結果について報告する。

1.

接触機会増加と期待される効果

飛灰循環はバグフィルタに流入する飛灰の量を増加させ，ろ布上のダスト層を厚くすることで，薬剤成分に酸性ガスとの反応機会を多く与えようとする
26

神鋼環境ソリューション技報

図１

ダスト層の模式図
Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

煙道へ

飛灰図２

ろ布ダスト層の表面の例

る。粒子径の不均一性が小さくなればミクロ的な偏空気流が緩和され，未反応薬剤成分と酸性ガスとの接触機会が増加して反応効率が向上することになる。

図３

解砕・分散供給装置

ろ布ダスト層にみられる凝集体は逆洗で払落とされロータリーバルブを通過して飛灰搬送用コンベヤを行うと前記の焼却灰と薬剤に循環飛灰由来の焼却に到達する段階まで崩れずに残っているものもあ灰（循環灰中焼却灰）と薬剤（未反応薬剤成分）おる。当社では，粒径分布の改善，分散性の向上によよび反応済み薬剤が加わる。前述のとおり，消石灰

るろ布ダスト層内での偏流低減を目的に，循環用飛による HCl の中和反応は式（2）および式（3）のよ灰中の凝集体を解砕することとした。解砕により凝うな二段階の反応であることが知られているが３），集体内部の未反応薬剤成分が露出し，酸性ガスとの今回の推計では投入された薬剤の中和が最終反応ま接触機会が増加することで反応効率の改善が期待でで進行する理想的な条件を想定し，中間生成物であきる。解砕手段としては，コンパクトで可動部がなる CaClOH は考慮せずに反応済み薬剤を CaCl2，未く，摩耗消耗しないことをコンセプトにしていくつ反応薬剤成分を Ca（OH）2としてバグフィルタ入口かの方式を考案し，今回の基礎試験では図３に示すと出口でのバランスを計算した。

ような空気を利用した解砕・分散供給装置を使用した。

表１に計算の条件を示し，計算結果により得られた収支を図４に示す。バグフィルタ入口および出口

未反応薬剤成分と酸性ガスとの反応効率が改善すにおける酸性ガス濃度を一定として，飛灰を循環されば，発生量の一部のみを循環させるだけでも次のせた場合の投入薬剤と未反応薬剤成分との合計値がような効果が見込める。

循環なしの場合の投入薬剤（0.60）と同量になるよ（効果１）酸性ガスのバグフィルタ出口濃度管理

うに計算したものである。薬剤の削減量は0.3倍循

を変更しない場合には，循環飛灰中の環，0.6倍循環でそれぞれ15 ％，25 ％となった。同

未反応薬剤成分の量だけ投入薬剤が減様に排出飛灰の削減量は５ ％，９ ％と見込まれた。

少し，発生する飛灰の量も低減する。

循環量が増加すると排出される飛灰中の未反応薬（効果２）投入薬剤の量を変更しない場合には，剤が減少し，循環灰中では未反応薬剤と反応済み薬

未反応薬剤成分により実際の当量比が増加することで酸性ガスの除去率が向表１上する。

項

上記の効果１について，薬剤使用量および飛灰発生
飛灰循環なしの時，バグフィルタに流入する飛灰は焼却灰（新規焼却灰）と投入された薬剤（新規未Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）目

焼却飛灰：薬剤※１
循 環 量
薬剤当量比
薬剤反応率量の低減効果を推計した。

反応薬剤）で構成される。これに対して，飛灰循環薬剤および発生量低減効果推計の条件

※１

推計条件
10：6
0.3倍，0.6倍
2.6
90 ％

薬剤＝新規投入薬剤＋循環飛灰中未反応薬剤

神鋼環境ソリューション技報

27

2.

剤の割合が増加してバランスする結果となった。重2. 1

金属等も基本的には反応済み薬剤と同様な挙動をして，循環灰中での濃度はバランスする。

試験概要
施設概要

基礎試験として，産業廃棄物処理の実施設にて飛また，効果２については実機における基礎試験で灰循環を模擬した飛灰供給試験を実施した。表２に薬剤投入量はそのままとしてバグフィルタ出口での施設の概要を示す。焼却炉は回転式ストーカ炉であ酸性ガス濃度の低減効果を確認することとした。

り，産業廃棄物として汚泥や廃油，廃プラ，廃液などを処理している施設である。

入口

バグフィルタ

焼却灰1.00

1.00

未反応薬剤
0.60

2. 2

出口

反応済 0.31

施設には飛灰循環システムが未実装であるため，事前に飛灰搬送コンベヤから飛灰を採取し定量供給排出
1.70用のスクリューコンベヤのホッパに投入した。そし0.39て解砕・分散供給装置を介してバグフィルタ上流の飛灰循環なし

煙道に吹込むことで飛灰循環を模擬した。解砕・分

1.00

1.00
0.30
0.090.51

試験方法

0.310.30

散供給装置にはルーツブロワから空気を送込み凝集体を解砕しながらバグフィルタ上流煙道に飛灰を供排出1.61給した。図５に試験のフローを示す。
2. 30.09

試験条件

供給した飛灰量は，発生飛灰の0.2倍から0.3倍に相当する量である。試験中は操業に影響の無いよう0.3倍循環

1.00

1.00
0.31
0.24

0.62
0.190.45

処理する廃棄物によって消石灰投入量を適宜変更す循環る通常どおりの運用を継続した。バグフィルタ入口，出口の酸性ガス濃度については，飛灰供給なし

排出1.55（供給開始前と試運転中）の条件で２回，飛灰供給

表２0.15

施設概要

焼 却 炉 方 式
処
0.6倍循環能力

排ガス

減温塔：苛性ソーダ
バグフィルタ：消石灰処 理 対 象 物

産業廃棄物
凡例

SSSSSS

バグフィルタS

187 t/d/ 炉

排ガス処理方式②飛灰連続供給S

消石灰
貯槽重量収支推計S飛灰循環S

図４

循環

理

回転式ストーカ炉M流体空気
飛灰排 ガ ス
消 石 灰ガス採取

減温塔

MMMMMM

解砕・分散供給装置①試験用飛灰事前採取

飛灰搬送コンベヤ

ルーツブロワ

図５28

MMスクリューコンベヤ

試験フロー

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

中に３回の計５回の排ガスサンプリングを行って，の差異があるが，計算には考慮していない炭酸化しHCl と SOx の濃度を分析した。

た灰の中和効果などが差異の要因となったものと思

3.

3. 1

試験結果と考察われる。

バグフィルタ出口酸性ガス濃度

図８には酸性ガス除去率の推移を示す。HCl につ

本試験での初回のサンプリングにおける濃度を１いては，飛灰供給前に70 ％程度であった除去率がとして，各サンプリング時の濃度を比で表した濃度上昇し，傾きが時間とともに緩やかになって90 ％比の推移について HCl を図６に，SOx を図７に示程度に達した。SOx 除去率は，飛灰供給開始前にす。HCl 濃度，SOx 濃度ともに変動はあるが，出口は55 ％程度であったが供給開始後に上昇し，上昇濃度は飛灰供給を開始してから低下し，平均値ではの傾きは HCl よりも大きくなった。

飛灰供給前に比較して供給中は60 ％から70 ％程度3. 2低減した。

バグフィルタ差圧への影響

バグフィルタ差圧の推移を図９に示す。バグフィ

前述の図４における推計では，HCl の入口およびルタでは所定の周期でパルスジェットによるろ布か出口濃度を一定にした時の薬剤使用量の低減効果をらのダスト払落しを行っており，高差圧時には周期計算した。同様な推計式にて本基礎試験における入を短くしている。飛灰供給前の差圧は概ね1.4 kPa

口 HCl 濃度，投入消石灰量，供給飛灰中の未反応から1.5 kPa の範囲であった。飛灰供給中はその前薬剤成分の推定量などから HCl 出口濃度を計算す

後と比較して低差圧側への変動がやや大きく，変動ると，平均値で供給前に比較して供給中は54 ％程周期は長くなっている。ろ布面上の捕集粉じん層内度低減する結果となった。試験結果とは10 ％ほどでは，ろ布表面に近づくほど空間率が小さくなり見かけの密度が増加する４）。飛灰供給によりダスト層

出口（供給前）飛灰供給量

出口（供給中）たためと考えられる。

250

2.0

200

1.5

150

1.0

100

0.550

飛灰供給によってバグフィルタの差圧に異常を来
飛灰供給量，kg/h

09:00

12:00

15:00

18:00

SOx 濃度比2.5出口（供給前）

飛灰供給量

出口（供給中）

250

150

1.0

100

0.5

50

15:00

18:00

で設定し，ろ240

100

0
21:00

SOx 濃度
200

飛灰供給量

90

160

80

1207080

60

40

50
06:00

09:00

時刻12:00

15:00

18:00

021:00

時刻

バグフィルタ入口／出口排ガスの SOx 濃度比Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）のに対する影響因110
HCl1.5

図７と払落し量布へのダスト蓄積量を式（5）で求めて適用した。

300

200

12:00の時間変化は飛灰量

ダスト払落し量の不規則性を乱数

入口09:00と比較した。ろ布の差圧となるろ布へのダスト蓄積子は様々あり一定にはならない 。そこで逆洗時のバグフィルタ入口／出口排ガスの HCl 濃度比

2.00.006:00

測する計算を行い，本基礎試験時の飛灰供給中差圧

５）

飛灰供給量，kg/h3.0

要となるため，式（4）を用いて圧力損失の推移を予差で与えられるが，払落し効率

021:00時刻

図６

いては差圧の変動に注意が必要であり予測評価が重量

試運転
0.006:00

すような現象は認められなかったが，飛灰循環にお除去率，％

2.5

HCl 濃度比が厚くなり，逆洗により圧密されたダストが落下し

300
入口

飛灰供給量，kg/h

3.0

図８

神鋼環境ソリューション技報

バグフィルタ前後での除去率
29

飛灰供給量
180

1.5

120

1.2600.9
06:00

09:00

12:00

15:00

21:00

000:00

試験前
（２日前）

試験前
（直前）

18:00

飛灰供給量，kg/h

差圧，kPaバグフィルタ差圧
1.8

時刻

図９

バグフィルタ差圧の推移

1.7

2.5
2.0

差圧，kPa

濃度比

1.6

1.5
1.00.51.50.0
実験値
1.4

試験終了時

02040Hg

図1160時間，min

図10

Cd

計算値

バグフィルタ差圧の予測

PbZnCuCr

重金属濃度の推移

への飛灰供給試験を行い，酸性ガス除去率の改善を確認した。
飛灰供給によるバグフィルタ差圧および重金属濃……………………………（5）度への影響は確認されなかった。
本基礎試験の結果，発生量の一部の飛灰を循環す

その結果，図10に示すように実験値をほぼ再現できる部分的飛灰循環システムの実機化を進め，製品化ることがわかり，設計ツールとしての有効性を確認を完了するに至った。当社の部分飛灰循環システム

した。

は，飛灰搬送用のコンベヤや貯槽の設置が不要で既3. 3

重金属の挙動存施設への追設も容易なシステムである。廃棄物処

バグフィルタ出口の飛灰を分析し，飛灰供給によ理の LCC 低減の一つの方法として本システムを提る重金属の挙動を調べた。飛灰サンプリングは試験供し，循環型社会の一層の推進に貢献していく所存前２回，試験終了時１回の計３回とした。検出下限である。

未満のものなどは省略し代表的な成分のみを抜粋し謝辞た分析結果を図11に示す。各重金属とも変動はある

試験の実施においては，ツネイシカムテックス株

ものの，試験前の飛灰と比較して試験終了時の飛灰式会社の多大なるご協力を賜りました。ここに感謝

中濃度に濃縮傾向は確認されない結果となった。

申し上げます。

むすび

排ガス中酸性成分の薬剤による中和除去機構におけるろ布ダスト層のフレーク状凝集体に着目し，接触および反応効率の改善による飛灰循環システムの高効率化，コンパクト化技術を開発した。
飛灰中の凝集体を解砕し分散性を向上させる供給装置を用いて飛灰循環を模擬したバグフィルタ煙道
30［参考文献］
１）Jacquinot Bernard ら：PVC.P.007E，p1-96
２）平岡ら：廃棄物学会誌，5（1），p3-17３）鞭ら：流動層の反応工学，p14，培風館
４）山田ら：化学工学論文集，13（1），p13-19
５）鮑力民ら：日本機械学会論文集（C 編），77巻773号，
p179-186

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）