JP2013142481A - Method and apparatus for denitration in incinerator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a highly efficient in-furnace denitration method and in-furnace denitration apparatus in a waste incinerator.
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。 Conventionally, as a method for reducing nitrogen oxide (NOx) generated from a waste incinerator, a method for suppressing generation of nitrogen oxide by combustion is known, but a method for suppressing generation of nitrogen oxide by combustion 50 ppm is the limit.
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。 As another method, there is known a non-catalytic denitration method in which a reducing agent such as ammonia water or urea water is blown into an incinerator. According to this method, if a large amount of ammonia water or urea water is blown, nitrogen is injected. Although high oxide removal is possible, excessive chemical blowing causes ammonium chloride generation, generating purple smoke from the chimney.
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。
Therefore, in a conventional waste incineration facility (see FIG. 3), ammonia water or urea water is blown into the
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。 Therefore, as shown in FIG. 2, as an exhaust gas treatment method that reduces the generation of nitrogen oxides in the furnace and makes it possible to purify the exhaust gas without using a catalytic denitration device on the downstream side, water is added to the combustion zone of the incinerator. Blowing in an aqueous solution of sodium oxide and trapping hydrogen cyanide (HCN), which is an intermediate product of nitrogen oxides, blowing secondary air to complete combustion, and then blowing ammonia water or urea water into nitrogen oxides. A removal method is disclosed (Patent Document 1). In FIG. 2, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
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。 According to this method, an aqueous solution of sodium hydroxide and ammonia water or urea water are separately blown, so that the removal efficiency of nitrogen oxides is high. However, piping and nozzles are required for each, and the components around the furnace are complicated. Become.
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。 Similarly to the above, it takes time for ammonia water or urea water to vaporize and decompose into ammonia gas in the furnace, and if the reaction time is taken sufficiently, the furnace height becomes high, and if the furnace height is kept low, the reaction will occur. There still remains a problem that the efficiency of removing nitrogen oxides decreases due to insufficient time.
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。 Furthermore, since uniform dispersion and stirring and mixing are required in the furnace, it is necessary to dilute the sodium hydroxide aqueous solution and ammonia water or urea water, respectively, and increase the amount to be injected. When the furnace load is low, the temperature inside the furnace is lowered, and combustion failure may occur.
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。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can omit the catalyst denitration device, can further simplify the equipment around the furnace, and prevent the combustion failure, while keeping the furnace height low, from the chimney. The main object of the present invention is to provide an in-furnace denitration method and an in-furnace denitration apparatus capable of reducing the nitrogen oxide concentration in an incinerator to 40 ppm or less, preferably 20 ppm or less while suppressing the generation of purple smoke.
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。 To achieve the above object, the in-furnace denitration method for an incinerator according to the present invention blows secondary combustion air into the incinerator to completely burn unburned gas, and then adds aqueous ammonia or urea to an aqueous sodium hydroxide solution. It is characterized in that water is mixed in a pipe and ammonia is stripped and blown into a furnace together with an aqueous sodium hydroxide solution.
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。 An in-furnace denitration apparatus for an incinerator according to the present invention includes a secondary combustion air introduction section, a first pipe for supplying a sodium hydroxide aqueous solution, a second pipe for supplying ammonia water or urea water, The secondary combustion air introduction part of the incinerator of the incinerator is mixed with the sodium hydroxide aqueous solution by mixing the aqueous solution of sodium hydroxide supplied in one pipe with the ammonia water or urea water supplied in the second pipe and stripping ammonia gas. And a third pipe which is supplied to the downstream side and blown into the furnace.
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。 It is preferable to further include a heating device that heats the inside of the third pipe to promote the stripping of ammonia gas.
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。 According to the present invention, ammonia water or urea water is mixed with a highly alkaline aqueous sodium hydroxide solution in a pipe and blown into the furnace, so that ammonia is stripped in the pipe before blowing into the furnace to form a gas. Therefore, the reaction time in the furnace can be shortened, and a high nitrogen oxide removal rate can be obtained.
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。 Moreover, since only one inlet is required, the equipment around the furnace can be simplified, and ammonia water or urea water and sodium hydroxide aqueous solution are supplied from a single inlet, so that they are uniformly dispersed in the furnace. The amount of dilution water required for stirring and mixing can be reduced, and poor combustion can be suppressed.
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。 In addition, since ammonia is stripped in the pipe before being blown into a gas, the gaseous ammonia rises in the furnace immediately after being blown into the furnace, so that liquid sodium hydroxide is more than gaseous ammonia. Since it reacts with HCl first to remove HCl, generation of ammonium chloride that causes purple smoke can be suppressed.
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。 In addition, hydrogen cyanide (HCN), which is an intermediate product of nitrogen oxide, is removed with sodium hydroxide. Nitrogen oxide reacts with ammonia gas vaporized in the pipe, thereby removing 80% or more of nitrogen oxide. It becomes possible.
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。
The present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows incineration equipment including an
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。
The
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。
The
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。
In the
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。
A sodium hydroxide aqueous solution is supplied through the
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。
By mixing ammonia water or urea water and sodium hydroxide aqueous solution in the
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。
Thus, ammonia gas can be introduced into the furnace without being diffused to the outside by injecting ammonia into the furnace in a state of being gasified in the
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。
Moreover, the sodium hydroxide aqueous solution and ammonia gas are mixed in the
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。
The ammonia gas blown into the furnace from the
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。
The attachment position of the
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。
The amount of sodium hydroxide aqueous solution supplied through the
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。
The combustion exhaust gas from which nitrogen oxides, hydrogen cyanide, hydrogen chloride, and sulfur oxides are removed as described above is discharged from the
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。 As is clear from the above description, according to the present invention, the nitrogen oxide concentration is reduced to 20 ppm or less from the excessive effect of blowing ammonia or urea and the nitrogen oxide concentration reduction effect associated with the removal of hydrogen cyanide of sodium hydroxide itself. The generation of ammonium chloride can be eliminated and the generation of purple smoke can be prevented. And since ammonia is made into gas in piping and it blows in in a furnace, reaction with a nitrogen oxide is accelerated | stimulated and furnace height can be restrained low. Since there is only one inlet, the equipment around the furnace can be simplified. Since sodium hydroxide and ammonia water (or urea water) are supplied from a single inlet, the amount of diluting water required to uniformly disperse and stir and mix in the furnace can be reduced, and combustion failure can be suppressed. Can do. Moreover, since hydrogen chloride and sulfur oxide can be removed as is known by blowing sodium hydroxide aqueous solution into the incinerator, the low temperature corrosion suppression of the economizer and the resynthesis suppression of dioxins can be obtained. Furthermore, since a catalyst denitration apparatus is not required and reheating is not required, excellent effects such as an increase in the amount of steam supplied to the steam turbine and an improvement in heat generation efficiency can be achieved.
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
The in-furnace denitration apparatus for an incinerator according to claim 2, further comprising a heating device that heats the inside of the third pipe to promote stripping of ammonia gas.
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