JP6984684B2 - 排ガス処理システム及び排ガス処理方法 - Google Patents
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Description
しかし、排ガスをろ過式集塵装置に通すだけでは酸性ガスを完全に除去できない。現在、国内の多くの焼却プラントでは、減温塔からろ過式集塵装置までの煙道に、酸性ガスを中和して除去するために消石灰を連続的に吹込む乾式排ガス処理方法を採用している。例えば、焼却炉などのガス発生源から排出される排ガスを浄化するろ過式集塵装置の不織布等の布に、排ガス中の酸性ガスを中和作用により除去するための薬剤を投入する排ガス処理方法、ならびに排ガス処理装置が多く用いられている。しかし、排ガスの処理は不十分で、硫黄酸化物等の酸性ガスが漏洩している。そのために、排ガス中の酸性ガスを除去するために以下のような提案がなされている。
(1)排ガスを処理するための排ガス処理部と、前記排ガス処理部で処理した排ガスから固形分を分離除去する排ガス回収部と、前記排ガスを処理するための処理剤を貯留する処理剤貯留部と、前記排ガス回収部の下流側に配設され、前記排ガス中の酸素ガス濃度を少なくとも分析する排ガス分析部を有し、前記排ガス分析部で分析した前記酸素ガス濃度の変動量に基づき、前記排ガス処理部で処理する前記排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を指示する処理剤添加管理部と、前記処理剤添加管理部から指示された添加量の処理剤を、前記処理剤貯留部から前記排ガス処理部に供給する処理剤供給部と、を備える排ガス処理システム。
(2)前記排ガス分析部がジルコニア方式を用いた酸素濃度計で排ガス中の酸素ガス濃度を分析し、前記処理剤添加管理部が酸素ガス濃度の下がり始めたときに処理剤の供給を指示し、前記排ガス処理部が酸性ガスを含む排ガスに処理剤を処理する、(1)に記載の排ガス処理システム。
(3)前記処理剤が、前記排ガス中の酸性ガスを中和する特性を有する、(1)又は(2)に記載の排ガス処理システム。
(4)前記酸性ガスが、硫黄酸化物ガスである、(1)ないし(3)のいずれかに記載の排ガス処理システム。
(5)排ガスに含まれる気体と固形物とを分離して固形物を回収除去する排ガス回収部の下流側に配設され、前記排ガス中の酸素ガス濃度を少なくとも分析する排ガス分析部を有する処理剤添加管理部の前記排ガス分析部で分析した前記酸素ガス濃度の変動量に基づき、前記排ガス処理部で処理する前記排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を処理剤供給部に指示し、指示された添加量の処理剤を、処理剤貯留部から前記排ガス処理部に供給して、前記排ガス中に含まれる酸性ガスを処理する、排ガス処理方法。
本実施形態に係る排ガス処理システム1は、排ガスを処理するための排ガス処理部11と、排ガス処理部11で処理した排ガスから固形分を分離して回収する排ガス回収部16と、排ガスを処理するための処理剤を貯留する処理剤貯留部12と、排ガス回収部16の上流側及び下流側のうちの少なくとも一方の側に配設され、排ガス中の酸素ガス(O2)濃度を少なくとも分析する排ガス分析部131、132を有し、前記排ガス分析部131、132で分析した酸素ガス濃度の変動量に基づき、排ガス処理部11で処理する排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を指示する処理剤添加管理部13と、処理剤添加管理部13から指示された添加量の処理剤を、処理剤貯留部12から排ガス処理部11に供給する処理剤供給部14と、を備える排ガス処理システムである。さらに、排ガス処理システム1は、排ガス中の酸素ガス濃度を分析する排ガス分析部131、132を配設される。
図1は、本発明の排ガス処理方法を実施する排ガス処理システムの構成を示す図である。なお、図1において、各ブロックを繋ぐ線のうち、実線は物の流れ、一点鎖線は情報の流れを表している。
本実施形態に係る処理剤の排ガス処理システム1は、焼却炉F、排ガス処理部11、処理剤供給部14、処理剤貯留部12と、排ガス分析部131、132を含む処理剤添加管理部13と、排ガス回収部16とで主として構成されて、その他に流量計17、煙突18を設けている。以下に、排ガス処理システム1の構成に関して詳述する。
焼却炉Fは、例としては、都市ごみ廃棄物焼却炉、産業廃棄物焼却炉、発電ボイラ、炭化炉、民間工場等の燃焼施設をいう。一般的に、都市ごみ廃棄物焼却炉から排出される排ガスには、焼却対象となるごみの種類によって塩化水素(HCl)、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)などの有害な酸性ガス、固形物(以下、「飛灰」と記す。)が含まれるようになっている。この中で、最も量の多いのが硫黄酸化物となっている。排ガスとしては、その発生源や含有成分について特に限定されるものではなく、各種の廃棄物の焼却により生成したガスをいう。「酸性ガス」とは、溶液に溶解して酸性を示すガスをいい、例えば、塩化水素や硫黄酸化物などを含むガスをいう。
排ガス処理部11は、排ガスに対し処理剤の投入・添加の処理を施すものである。排ガスは、硫黄酸化物を含む酸性ガスであるため、大気への排出に先立って、酸性ガスを中和して環境への有害ガスの排出を抑制する必要がある。そこで、排ガス処理部11では、排ガスに対し処理剤として中和剤を添加して中和する。
処理剤(以下、「中和剤」と記すことがある。)としては、中和剤を用いる。このような処理剤は、排ガスと接触させることで排ガス中に含まれる酸性ガスを中和することができる。
処理剤貯留部12は、排ガスを処理するための処理剤を貯留するものである。本実施形態における排ガス処理システム1では、貯留部12に貯留されている処理剤を管理する。貯留部12としては、処理剤を貯留することができるものであれば特に限定されないが、例えば、貯留タンクやサイロを用いることができる。貯留部12の容量や形状としては、特に限定されず、その設置スペースや排ガス処理の稼働計画、排ガスの処理量、排ガスの処理頻度、処理剤の発注頻度等を考慮して適宜設計することができる
処理剤添加管理部13は、排ガス処理部11の上流側及び下流側の双方又はいずれか一方に配設される排ガス分析部131及び132を有する。処理剤添加管理部13は、排ガス分析部131、132によって排ガスを分析し、排ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を指示するものである。このように、処理剤添加管理部13は、処理すべき排ガスの性質(例えば、酸性ガスの濃度及び流量)、排ガス処理部11の大きさなどに応じて分析値の変動量に応じて、処理剤の添加量を変動させている。なお、ここにおける「上流側」及び「下流側」とは、排ガスの流れにおける上流、下流をいう。
排ガス分析部131、132は、それぞれ処理剤添加前後の排ガスの性質を分析するもので、排ガス中の塩化水素(HCl)、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)の濃度を分析することができる。また、排ガスの流量も分析することができる。この排ガス分析部131、132の分析値を処理剤添加管理部13が管理する。
排ガス分析部131、132は排ガス回収部16の下流側に設けることが好ましい。排ガス回収部16の上流側でもよいが、排ガス回収部16の上流側は飛灰が多く、この飛灰を濾過・回収した排ガスを排ガス分析部132で分析することで、排ガスの分析精度を向上させことができる。このことから、排ガス分析部132では、硫黄酸化物濃度に代わり、酸素ガス濃度の分析を実施し、その分析の結果酸素ガス濃度が低下し始めたら、酸素ガス濃度に応じて処理剤を添加する。酸素ガス濃度の分析方式は、ジルコニア方式、磁気方式、レーザ分光方式、電極方式がある。いずれの方式でも用いることができるが、好ましくは、ジルコニア方式を用いる。
処理剤供給部14は、処理剤添加管理部13により指示された添加量の処理剤を、供給部12から排ガス処理部11に供給するものである。
処理剤供給部14は、処理剤を処理剤貯留部12から排ガス処理部11に所定量供給できる構成であればよく、特に限定はされないが、例えば、定量フィーダーや、ポンプ、粉体供給機で構成することができる。
処理剤は、排ガス中の酸性ガスを中和する特性を有する。処理剤としては、液体状であっても、あるいは粉末状(固体状)であってもよいが、排ガスを分析することでその添加量が算出可能である成分を有することが必要である。
排ガス処理システム1は、排ガス処理部11の下流側に、バグフィルターのような排ガス回収部16を設ける。排ガス回収部16は、排ガスに含まれる固形物である飛灰を除去する。ここで除去される飛灰には、排ガス処理部11に添加された処理剤の一部が、排ガス処理の中和反応に使用されないで未反応のまま残った場合には、この未反応な処理剤も含まれている。その他に、処理剤と反応した硫黄酸化物、未反応の塩化水素(HCl)や、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)も含まれる。一定時間経過後には、排ガス回収部16に集められた飛灰は回収され、外部に排出される。
処理剤添加管理部13は、処理剤供給部14の下流側、かつ排ガス処理部11の上流側に、供給量測定計(図示せず)を有していてもよい。供給量測定計は、処理剤供給部14から排ガス処理部11に供給される処理剤の量を測定するものである。
本実施形態に係る排ガス処理方法は、排ガスに含まれる気体と固形物とを分離して固形物を回収除去する排ガス回収部16の上流側及び下流側のうちの少なくとも一方の側に配設され、前記排ガス中の酸素ガス濃度を少なくとも分析する排ガス分析部131、132を有する処理剤添加管理部13の排ガス分析部131、132で、分析した酸素ガス濃度の変動量に基づき、排ガス処理部11で処理する排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を処理剤供給部14に指示し、指示された添加量の処理剤を処理剤貯留部12から排ガス処理部11に供給して、排ガス中に含まれる酸性ガスを処理する。
ここで、排ガス処理システム1の排ガス処理方法における動作について説明する。
排ガスが焼却炉Fにおいて廃棄物が焼却されて生成したものである場合、例えば以下の経路を経て処理される。焼却炉Fにおいて生成した排ガスは、煙道および減温塔(いずれも図示せず)を経由することにより冷却され、排ガス回収部16にて、飛灰が除去又は回収される。その後、排ガス回収部16を経て、処理剤添加管理部13の排ガス分析部132に移送される。この排ガス分析部132で、排ガス中の酸素ガス濃度を分析した後、処理剤添加管理部13から酸素ガス濃度の変動量に応じて、排ガスに含まれる硫黄酸化物を処理するのに必要な量の処理剤を添加する指示が出される。処理剤添加管理部13からの指示により処理剤供給部14から供給された処理剤で、排ガス処理部11にて排ガス中の硫黄酸化物が中和処理される。次いで、排ガス分析部132で、酸素ガス濃度又は硫黄酸化物濃度などを分析し、排ガスの硫黄酸化物濃度が基準以下であることを確認の上、煙突18を経て大気中に排出される。なお、排ガス回収部16で除去された飛灰は、さらに重金属などを固定化し除去して埋め立てなどの処理がなされる。
本実施形態は、排ガス分析部132で排ガス中の酸素ガス(O2)濃度を分析する。従来は、排ガス中の酸性ガスに対する処理剤による処理は、中和する目的の酸性ガス、例えば硫黄酸化物(SOX)の排ガス中の濃度を分析していた。しかし、排ガス分析部132で酸性ガス(例えばイオウ酸化物SOX)を分析して結果が出るまでには相当の時間(例えば4分以上)を要していたため、その分析結果の酸性ガスの濃度に基づいて適正量の処理剤を、排ガス処理部に添加して排ガスを処理したとしても、処理剤を添加する時点では、処理する排ガスに含まれる酸性ガスの濃度は変動している可能性があるため、添加した処理剤の量は必ずしも過不足なく添加しているとは言えず、酸性ガスの濃度を安定して低く抑制することができず、酸性ガスが一時的に高濃度に上昇変動する場合があった。
そこで、本発明者が鋭意検討を行った結果、排ガス中に含まれる、酸性ガス濃度と酸素ガス濃度には相関関係があり、酸性ガス濃度が高くなり始めると同時に、酸素ガス濃度が低下し始めることを見出した。また、排ガス中の酸素ガスの分析は、分析してから結果が出るまでの時間が、酸性ガスの分析時間に比べて半分以下と短い(例えば2分程度)ことから、排ガス中の酸素ガス濃度を分析し、酸素ガス濃度が下がり始めたら、酸性ガスが上昇し始めると予測して、直ちに酸素ガス濃度の低下割合に応じて必要な処理剤を排ガス処理部に添加したところ、酸性ガスが一時的に高濃度に上昇することがなく、酸性ガスの濃度を安定して低く抑制することができることが明らかになった。このことから、本発明では、排ガス中の硫黄酸化物濃度の分析結果を使用する代わり、排ガス中の酸素ガス濃度の分析結果に基づき、排ガス中の酸素ガス濃度の低下が始まった時点で適正量の処理剤を添加して、排ガス中の硫黄酸化物の中和処理を実施することによって、酸性ガスが一時的に高濃度に上昇変動することなく、酸性ガスの濃度を安定して低く抑制することができる。
また、硫黄酸化物濃度の分析には、硫黄酸化物の主体となる二酸化硫黄の赤外領域における光吸収を利用して、二酸化硫黄濃度を求める方式で実施していた。具体的には、二酸化硫黄の7.3μm付近における赤外線の吸収量を分析し、排ガス中に含まれる二酸化硫黄濃度を連続的に分析した。しかし、硫黄酸化物の現在の分析は、分析原理にもよるが、結果ができるまでに数分の時間、最低限として現状では4分の時間を要していた。その時間分に応じて、焼却炉Fから排ガス回収部11を通して煙突18に排ガスが流れている。したがって、分析を始めてから結果がでるまでの間に、処理剤が投入されていない排ガスが大気中に流れていた。
そこで、本実施形態の排ガス処理システム1は、排ガス中の硫黄酸化物濃度を分析するのではなく、排ガス中の酸素ガスに着目し、その酸素ガス濃度を分析・測定する。分析・測定方式は、ジルコニア方式を用いた酸素濃度計で、排ガス処理システム1の排ガス分析部132の上流又は下流に設けて分析することができる。通常は、酸素ガス濃度分析では、ジルコニア方式では2分で分析でき、硫黄酸化物の濃度分析に比較して短時間で分析ができる。したがって、酸素濃度計の分析時間は、排ガスが排ガス分析部132に達してから、短時間にすることができるので排ガス回収部16の下流側であっても酸素ガス濃度を分析し分析値を出して、短時間で処理剤添加管理部13から処理剤供給部14に指示を出せることで、処理剤供給部14が処理剤の供給をして、排ガス処理部11で処理する。これで、処理剤で中和されない排ガスを減らし、中和されずに大気中に漏洩する排ガスを減少させることができる。
以上説明したように、排ガス分析部132における分析対象である酸素ガス濃度、硫黄酸化物濃度の分析にかかる時間と、排ガス処理システム1における酸素ガス濃度、硫黄酸化物濃度の変化の挙動に現れる時間差との両方を利用することで、処理剤で中和されない排ガスを大きく減らし、中和されずに大気中に漏洩する排ガスを少なくすることができる。このように、硫黄酸化物の中和処理に対応できない遅延時間を極力少なくすることで、硫黄酸化物を含む排ガスの煙突からの漏洩を抑えることができた。
また、1時間当たりに処理する酸性ガスの質量を排ガス量と硫黄酸化物濃度から求め、単位量の硫黄酸化物に対する中和反応を考慮した処理剤の量を掛けることで必要な処理剤の量を求めていた。そのうえで、フィードフォワード制御方式又はフィードバック制御方式で、排ガスに対する処理剤の添加の制御を実施していた。したがって、本実施形態では、これまでの硫黄酸化物濃度の分析による制御方式と同様に、排ガス分析部132で分析した酸素ガス濃度の変化の数値を基に、処理剤の添加量を制御するロジックを処理剤添加管理部13に組み込むことで、硫黄酸化物の処理を制御している。
また、酸素ガス濃度の分析値は、排ガス回収部16の下流側の排ガス分析部132を用いたが、排ガス回収部16の上流側の排ガス分析部131の分析による分析値で処理剤添加管理部13が管理することでもよい。処理剤供給部14と排ガスを分析する位置が距離的・時間的に近いほうが排ガスに対して即応的な処理剤の添加を可能にする。
比較例1として、上述した排ガス処理システムを配備している工場で、従来と同じ排ガス処理方法で、硫黄酸化物濃度を分析して、排ガス処理を実施した。
ここでは、酸素ガス濃度の変化に関係なく、硫黄酸化物濃度の変化をとらえ、処理剤の添加を開始した。このときの、硫黄酸化物濃度と処理剤の添加の時間の推移を図2に示している。硫黄酸化物濃度の分析は、赤外線方式を用いる硫黄酸化物の分析計で排ガスが分析計に達してからの応答時間が数分、具体的には、90%応答までに240秒程度である。一方、酸素ガス濃度は、ジルコニア方式で、90%応答までに120秒程度で分析することができる。
次に、酸素ガス(O2)濃度の変化をとらえ、処理剤を添加した。このときの、O2濃度と処理剤の量の推移を図3に示している。
実施例1では、予め排ガス中に含まれるSO2濃度とO2濃度を分析し、検量線を作成した上で、以下のように段階的に処理剤の添加量を可変させるプログラムを導入し、従来の制御方式と本プログラムで添加量が高い値を採用する方式とした。表1に、酸素ガス濃度(%)と投入する消石灰の量(kg/h)の関係を示している。
11 排ガス処理部
12 処理剤貯留部
13 処理剤添加管理部
131,132 排ガス分析部
14 処理剤供給部
16 排ガス回収部
17 排ガス流量計
18 煙突
F 焼却炉
Claims (5)
- 排ガスを処理するための排ガス処理部と、
前記排ガス処理部で処理した排ガスから固形分を分離除去する排ガス回収部と、
前記排ガスを処理するための処理剤を貯留する処理剤貯留部と、
前記排ガス回収部の下流側に配設され、前記排ガス中の酸素ガス濃度を少なくとも分析する排ガス分析部を有し、前記排ガス分析部で分析した前記酸素ガス濃度の変動量に基づき、前記排ガス処理部で処理する前記排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を指示する処理剤添加管理部と、
前記処理剤添加管理部から指示された添加量の処理剤を、前記処理剤貯留部から前記排ガス処理部に供給する処理剤供給部と、
を備える排ガス処理システム。 - 前記排ガス分析部がジルコニア方式を用いた酸素濃度計で排ガス中の酸素ガス濃度を分析し、前記処理剤添加管理部が酸素ガス濃度の下がり始めたときに処理剤の供給を指示し、前記排ガス処理部が酸性ガスを含む排ガスに処理剤を処理する、請求項1に記載の排ガス処理システム。
- 前記処理剤が、前記排ガス中の酸性ガスを中和する特性を有する、請求項1又は2に記載の排ガス処理システム。
- 前記酸性ガスが、硫黄酸化物を含む、請求項1ないし3のいずれかに記載の排ガス処理システム。
- 排ガスに含まれる気体と固形物とを分離して固形物を回収除去する排ガス回収部の下流側に配設され、前記排ガス中の酸素ガス濃度を少なくとも分析する排ガス分析部を有する処理剤添加管理部の前記排ガス分析部で、分析した前記酸素ガス濃度の変動量に基づき、前記排ガス処理部で処理する前記排ガス中に含まれる酸性ガスの処理に必要な処理剤の添加量を算出し、算出した添加量の処理剤の供給を処理剤供給部に指示し、指示された添加量の処理剤を、処理剤貯留部から前記排ガス処理部に供給して、前記排ガス中に含まれる酸性ガスを処理する、排ガス処理方法。
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