JP2011147881A - 排ガス処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 下水等の廃水の処理水を使用した場合でも、スケールの生成を防止又は抑制し、スケールによる循環配管の閉塞等の問題を生じることなく、安定した運転ができ、かつ、そのように処理水を支障なく利用することを可能として、工水や井戸水等を使用することなく、経済的に排ガスを処理することができるようにした排ガス処理装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】 排ガス処理塔に補給水として補給される処理水のリン濃度をモニタリングするための監視手段を備え、リン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨを６．４〜６．６とするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚泥焼却設備のための排ガス処理装置及びその運転方法に関する。

汚泥焼却設備のための排ガス処理装置は、一般的に、バグフィルター、電気集塵機、セラミックフィルター、及び排ガス処理塔等から構成されている。このような排ガス処理装置では、バグフィルター、電気集塵機、セラミックフィルター等で除塵した後、排ガス処理塔で酸性ガスを除去（主に脱硫）している。

排ガス処理塔に流入する排ガスに対しては、水を噴霧し、温度を２００〜３００℃から７０〜８０℃まで減温すると同時に、これから酸性ガス（主にＳＯ_ｘ）を除去する。
酸性ガスを除去することに伴い、水のｐＨが低下する。このため、ｐＨを適正に維持することを目的として、ＮａＯＨ等のアルカリ物質を注入している。
なお、このような排煙脱硫装置については、引用文献１〜３のような技術が知られている。

噴霧される噴霧水は、常時、一定量を外部より補給する必要がある。通常、工業用水、井戸水を利用し、循環ラインに注入している。
水のｐＨの計測位置は、循環ラインにおける循環ポンプ吐出側とし、アルカリ物質の注入位置は、循環ポンプ吸込側配管とするといったことが一般的である。

特開平９−１４１０５０号公報 特開平５−２９３３３３号公報 特開平１１−１０４４４９号公報

ここで、噴霧水の補給水として工業用水や地下水を使用する場合には大きな問題が生じることは少ない。しかし、下水等の廃水の処理水を使用する場合には、スケールの生成による配管閉塞が起き、運転停止に至る可能性がある。下水等の廃水の処理水は、カルシウムイオン、リン酸イオン、硫酸イオン等のスケールに関与する成分が多いためである。

本発明の目的は、下水等の廃水の処理水を使用した場合でも、スケールの生成を防止又は抑制し、スケールによる循環配管の閉塞等の問題を生じることなく、安定した運転ができ、かつ、そのように処理水を支障なく利用することを可能として、工水や井戸水等を使用することなく、経済的に排ガスを処理することができるようにした排ガス処理装置及びその運転方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、汚泥焼却設備からの排ガスを処理するための排ガス処理装置であって、排ガス処理塔に補給水として補給される処理水のリン濃度をモニタリングするための監視手段を備え、リン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨを６．４〜６．６とするようにしてなることを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理装置は、その一実施の形態で、アルカリ物質を供給する位置を上記排ガス処理塔の下部タンクとし、かつ上記補給水を循環水の噴霧位置とは別の位置で、上記排ガスに直接噴霧するようにしてなることを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔で、水を噴霧するために用いるスプレーノズルの形態をスパイラルジェット方式としたことを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔の下部タンク、又は循環水ラインより、循環水を引き抜き、冷却塔に導くラインを備え、該冷却塔出口からの循環水を上記循環水ライン及び／又は補給水ラインに戻すラインを設けてなることを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔の前流の除塵を行うためのバグフィルターを備え、上記循環水中に焼却灰を混入させるようにしてなることを特徴とする。

さらに、本発明は、他の側面で、排ガス処理装置の運転方法であり、汚泥焼却設備からの排ガスを処理するための排ガス処理装置の運転方法であって、排ガス処理塔に補給水として補給される処理水のリン濃度を監視手段によってモニタリングし、リン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨを６．４〜６．６とするようにしてなることを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理装置の運転方法は、その一実施の形態で、アルカリ物質を上記排ガス処理塔の下部タンクに供給し、かつ上記補給水を循環水の噴霧位置とは別の位置で、上記排ガスに直接噴霧するようにしてなることを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置の運転方法は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔で、スパイラルジェット方式のスプレーノズルにより水を噴霧するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置の運転方法は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔の下部タンク、又は循環水ラインより、循環水を引き抜き、該冷却塔出口からの循環水を上記循環水ライン及び／又は補給水ラインに戻すようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る排ガス処理装置の運転方法は、その一実施の形態で、上記排ガス処理塔の前流に設置したバグフィルターによって除塵を行い、上記循環水中に焼却灰を混入させるようにすることを特徴とする。

本発明によれば、下水等の廃水の処理水を使用した場合でも、スケールの生成を防止又は抑制し、スケールによる循環配管の閉塞等の問題を生じることなく、安定した運転ができ、かつ、そのように処理水を支障なく利用することを可能として、工水や井戸水等を使用することなく、経済的に排ガスを処理することができるようにした排ガス処理装置及びその運転方法が提供される。

本発明に係る排ガス処理装置の一実施の形態を説明する概念図である。 排ガス処理塔の配管への析出物の構造を示す断面図である。 配管へスケールが付着するメカニズムを説明する模式図である。 補給水中のＣａ濃度と循環水中のｐＨとの関係を示すグラフである。 循環水中のｐＨと、脱硫率との関係を示すグラフである。 本発明に係る排ガス処理装置について、他の実施の形態を説明する概念図である。 スプレーノズルについて、実施の形態を示す模式図である。 本発明に係る排ガス処理装置について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る排ガス処理装置について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る排ガス処理装置について、その効果を示すグラフである。

以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る汚泥焼却設備のための排ガス処理装置及びその運転方法を詳細に説明する。

図１に、本発明に係る排ガス処理装置及びその運転方法を適用することができる排ガス処理装置の一実施の形態を示す。図１は、排ガス処理塔１を主体として、排ガス処理装置を概念的に示している。
排ガス処理塔１は、排ガス入口２、下部タンク３、循環水ライン４を備える。
排ガス入口２からは、汚泥焼却炉等の汚泥焼却設備からの排ガスが導入される。ここで、排ガスは、バグフィルター、電気集塵機、セラミックフィルター等で除塵された後のものである。

循環水ライン４は、下部タンク３、循環ポンプ５を経て、排ガス処理塔１の頂部のスプレーノズル６に繋がっている。
図１の排ガス処理装置では、下部タンク３から、循環ポンプ５を作動させることにより、循環水を抜き出し、補給水７を加える。補給水７が加わった循環水は、スプレーノズル５から排ガスに向かって噴霧水として噴霧される。

噴霧された噴霧水との接触によって、排ガスの温度は、２００〜３００℃から７０〜８０℃まで減温する。同時に、噴霧水は、排ガスから酸性ガス（主にＳＯ_ｘ）を除去する。酸性ガスを除去された排ガスは、排ガス出口８から排出される。

ここで、酸性ガスを除去することに伴い、循環水（噴霧水）のｐＨが低下する。
このため、ｐＨを適正に維持することを目的として、ＮａＯＨ等のアルカリ物質がアルカリ水溶液９の形で、循環水ライン４に注入される。

下部タンク３からは、排水が抜き出される。
補給水７としては、下水等の廃水の処理水が用いられる。

本実施の形態では、この処理水のリン濃度をモニタリングするための図示しない監視手段を備える。また、補給水７（処理水）を加えた後の循環水のｐＨを測定するためのｐＨ測定装置１０を備える。

本実施の形態では、監視手段でモニターされるリン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４〜６．６に維持する。
例えば、循環水流量 約１３０ｍ^３／ｈに対して、４８％苛性ソーダ０．０４ｍ^３／ｈを希釈水０．０８ｍ^３／ｈで希釈したアルカリ水溶液９を供給すると、共に補給水６を４．０ｍ^３／ｈ供給する等、図示しない制御装置によって、コントロールし、ｐＨをこの範囲（６．６以下）に維持する。

本発明者らは、排ガス処理塔の循環水ラインに用いられる配管への析出物を精査した。
図２にそのサンプルの一例を示す。
このサンプルに対し、配管付着面に近いＡの位置及び内周面側のＢ位置においてＥＰＭＡ分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を行った。
その結果、Ａ位置では、リンのピークが現れ、Ｂ位置は、ＣａＳＯ_４を主体とするものであることが判明した。

この現象について、本発明者らは、図３に図解する析出モデルを考えた。
まず、第１ステップで、補給水中のカルシウムイオンと、リン酸イオンとが、循環水に流入すると、水温が高いため、飽和溶解度を超えて、リン酸カルシウムのスケール核が形成される。
次いで、第２ステップで、リン酸カルシウムのスケール核が配管面に付着・成長する。

そして、第３ステップで、スケール層界面では、カルシウム濃度が高く、水中には元々硫酸イオンが高濃度のため、このスケール層界面で硫酸カルシウムが析出する。
ただし、リン酸イオン濃度が低い場合、相対的に循環水中のカルシウム濃度が低くなり、硫酸カルシウムのスケールは生成しにくくなる。

結果として、第４ステップに示すように、図２にも示したような二層構造のスケールが生じる。

このメカニズムを想定した場合、スケールを析出するリン酸濃度と、ｐＨの間に何らかの関係があるのではないかとの知見に立ち、本発明者らはさらに鋭意検討を重ねた。

その結果、図４に示されるような関係を見出した。
すなわち、リン酸濃度が３ｍｇ／Ｌ以上の場合、ｐＨが６．６以下であればスケールが析出しないことを見出した。
ただし、図５に示されるように、排ガス処理塔における脱硫率を好適に維持するためには、ｐＨは６．４以上とすることが必要である。

そこで、監視手段でモニターされるリン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４〜６．６に維持することで所期の目的を達成することができることに想到した。
なお、このことを検証した実施例については、後述する。

図６に、本発明に係る排ガス処理装置及びその運転方法を適用することができる排ガス処理装置について、他の実施の形態を示す。図６も、排ガス処理塔１を主体として、排ガス処理装置を概念的に示している。

この実施の形態では、図１の実施の形態と異なり、アルカリ物質を供給する位置を排ガス処理塔１の下部タンク３とし、かつ補給水７を循環水の噴霧位置とは別の位置で、排ガスに直接噴霧している。その他の点は、図１の実施の形態と同様であり、同一の参照番号を付した要素は、同一の構成を持ち、実質的に同様の作用を行う。そして、監視手段でモニターされるリン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４〜６．６に維持する。

図６の実施の形態では、ＮａＯＨの原液１１に補給水１２を加えた後、ＮａＯＨ水溶液を供給ライン１３から、下部タンク３に直接投入している。
また、補給水７は、スプレーノズル６とは別のスプレーノズル１４から噴霧している。
なお、補給水７、１２としては、図１の実施の形態と同様、処理水を用いることができる。

このように、アルカリ注入ラインを下部タンク３に設置することにより、局所的なｐＨ上昇を防止できる。また、補給水７中のスケール生成物質濃度が上昇した場合でも、補給水７をスプレーノズルから直接噴霧し、循環水ライン４中で最もｐＨの低い位置に直接注入することにより、スケールの生成を防止できる。

ここで、図７に、図６の実施の形態に用いられるスプレーノズル１４の実施の形態を示す。
本発明に係る排ガス処理装置では、スケールの生成を防止する観点から、図７（ａ）のように、オリフィスを設けたタイプ７１のものよりも、図７（ｂ）のスパイラルジェット方式の形態７２のものがより好適である。

図７（ｂ）のスプレーノズル７２は、スパイラル状に設けた鋼条片７３に沿って、補給水７が分散噴霧される。
このように、スパイラルジェット方式とすることにより、スケールの核が詰まりにくくなり、安定した処理を行うことが可能となる。
なお、このスプレーノズル７２は、図１の形態のような噴霧水ためのスプレーノズル６にも用いることができる。

なおまた、このスパイラルジェット方式の他、補給水７をスパイラル核の生成を防ぎ、好適に補給水７を分散するものであれば、本発明に用いることができる。例えば、噴霧される水が衝突する邪魔板を設け、水を分散させるものも好適に採用できる。

図８に、本発明に係る排ガス処理装置及びその運転方法を適用することができる排ガス処理装置について、他の実施の形態を示す。図８も、排ガス処理塔１を主体として、排ガス処理装置を概念的に示している。
この実施の形態は、排ガス処理塔１の下部タンク３、又は循環水ラインより、循環水を引き抜き、冷却塔１５に導くライン１６を備え、冷却塔１５の出口からの循環水を循環水ライン４及び／又は補給水７のラインに戻すラインを設けるという概念に基づいている。

この実施の形態では、排ガス処理塔１の下部タンク３より、循環水を引き抜き、冷却塔１５に導くライン１６を備え、冷却塔１５の出口からの循環水を循環水ライン４に戻すラインを設けている。

図８の実施の形態のその他の点は、図６の実施の形態と同様であり、同一の参照番号を付した要素は、同一の構成を持ち、実質的に同様の作用を行う。そして、監視手段でモニターされるリン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４〜６．６に維持する。

図８の実施の形態では、冷却塔１５により循環水の温度を下げることができる。これによって、想定外（８０℃以上）に循環水の温度が上昇しないようにすることができる。このため、スケール生成の防止という観点で、さらに安定して装置自体を稼動することができる。

図９に、本発明に係る排ガス処理装置及びその運転方法を適用することができる排ガス処理装置について、他の実施の形態を示す。図９も、排ガス処理塔１を主体として、排ガス処理装置を概念的に示している。
図９の実施の形態では、排ガス処理塔１の前流の除塵を行うためのバグフィルター２０及びサイクロン２１を備え、循環水中にこれらにより回収された焼却灰を混入させている。具体的には、下部タンク３に焼却灰２２を投入している。

図９の実施の形態のその他の点は、図６の実施の形態と同様であり、同一の参照番号を付した要素は、同一の構成を持ち、実質的に同様の作用を行う。そして、監視手段でモニターされるリン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４〜６．６に維持する。

図９の実施の形態では、投入された焼却灰粒子がスケール核となりこれにスケールを集中させることができる。これによって、配管等での閉塞につながる局所的なスケール生成を防止できるという効果も得ることができる。なお、このように焼却灰を投入するケースとしては、排ガス処理塔１に導入される排ガス中の粒状物質濃度が、２〜３ｍｇ／Ｎｍ^３以下、特に１ｍｇ／Ｎｍ^３以下の場合が好適である。

実施例
図１について説明したものと同様の排ガス処理装置（実機）について、監視手段でモニターされるリン濃度が概ね３mg／Ｌを超えている条件を設定し、ｐＨ測定装置１０によって測定されるｐＨを６．４、６．６、６．８、及び７．０の範囲に維持して、排ガス処理塔を稼働した。
結果を図１０に示す。
図示のように、ｐＨ６．４、又は６．６の場合には、循環水量の測定値が初期値に対し、あまり落ち込むことはなかった。
しかし、ｐＨ６．８、又は７．０の場合には、循環水量の測定値が初期値に対し落ち込んでいく傾向が顕著であった。
これは、ｐＨを６．４〜６．６の範囲に維持していない場合、スケールによる配管の目詰まりにより、循環水量の測定値が落ち込んでいくことを示している。また、ｐＨを６．４〜６．６の範囲に維持する場合には、このような不都合を生じないことが実証された。

１ 排ガス処理塔
２ 排ガス入口
３ 下部タンク
４ 循環水ライン
５ 循環ポンプ
６ スプレーノズル
７ 補給水
８ 排ガス出口
１０ ｐＨ測定装置
１１ ＮａＯＨ原水
１２ 補給水
１５ 冷却塔
２０ バグフィルター
２１ サイクロン

Claims (10)

1. 汚泥焼却設備からの排ガスを処理するための排ガス処理装置であって、排ガス処理塔に補給水として補給される処理水のリン濃度をモニタリングするための監視手段を備え、リン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨを６．４〜６．６とするようにしてなることを特徴とする排ガス処理装置。
2. アルカリ物質を供給する位置を上記排ガス処理塔の下部タンクとし、かつ上記補給水を循環水の噴霧位置とは別の位置で、上記排ガスに直接噴霧するようにしてなることを特徴とする請求項１の排ガス処理装置。
3. 上記排ガス処理塔で、水を噴霧するために用いるスプレーノズルの形態をスパイラルジェット方式としたことを特徴とする請求項１又は２の排ガス処理装置。
4. 上記排ガス処理塔の下部タンク、又は循環水ラインより、循環水を引き抜き、冷却塔に導くラインを備え、該冷却塔出口からの循環水を上記循環水ライン及び／又は補給水ラインに戻すラインを設けてなることを特徴とする請求項２の排ガス処理装置。
5. 上記排ガス処理塔の前流の除塵を行うためのバグフィルターを備え、上記循環水中に焼却灰を混入させるようにしてなることを特徴とする請求項２の排ガス処理装置。
6. 汚泥焼却設備からの排ガスを処理するための排ガス処理装置の運転方法であって、排ガス処理塔に補給水として補給される処理水のリン濃度を監視手段によってモニタリングし、リン濃度が３mg／Ｌ以上の場合、ｐＨを６．４〜６．６とするようにしてなることを特徴とする運転方法。
7. アルカリ物質を上記排ガス処理塔の下部タンクに供給し、かつ上記補給水を循環水の噴霧位置とは別の位置で、上記排ガスに直接噴霧するようにしてなることを特徴とする請求項６の運転方法。
8. 上記排ガス処理塔で、スパイラルジェット方式のスプレーノズルにより水を噴霧するようにしたことを特徴とする請求項６又は７の排ガス処理装置。
9. 上記排ガス処理塔の下部タンク、又は循環水ラインより、循環水を引き抜き、該冷却塔出口からの循環水を上記循環水ライン及び／又は補給水ラインに戻すようにしたことを特徴とする請求項７の運転方法。
10. 上記排ガス処理塔の前流に設置したバグフィルターによって除塵を行い、上記循環水中に焼却灰を混入させるようにすることを特徴とする請求項７の運転方法。