特許 7304023 排ガス処理装置および排ガス処理装置における水蒸気の利用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-28

(45)【発行日】2023-07-06

(54)【発明の名称】排ガス処理装置および排ガス処理装置における水蒸気の利用方法

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20230629BHJP

   F23G 5/46 20060101ALI20230629BHJP

   F23J 3/00 20060101ALI20230629BHJP

   F22D 1/28 20060101ALI20230629BHJP

【ＦＩ】

F23J15/00 Z

F23G5/46 A

F23J3/00 101Z

F22D1/28 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022001724

(22)【出願日】2022-01-07

【審査請求日】2022-01-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、独立行政法人環境再生保全機構 環境研究総合推進費「水蒸気回収膜を用いた新規な環境配慮型廃棄物処理システムの実証」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000136804

【氏名又は名称】株式会社プランテック

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 倹吾

(72)【発明者】

【氏名】武山 彰宏

(72)【発明者】

【氏名】鮫島 良二

(72)【発明者】

【氏名】都留 稔了

【審査官】小川 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７３９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５３７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５９７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９０８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２５５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７９０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２８７４１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ １５／００

Ｆ２３Ｇ ５／４６

Ｆ２３Ｊ ３／００

Ｆ２２Ｄ １／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有する排ガス処理装置であって、
ボイラ通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、
この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられ、
前記水蒸気分離膜が昇圧手段と接続され、当該水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留するようになされたことを特徴とする排ガス処理装置。

【請求項2】

前記蒸気溜が脱気器と接続され、蒸気溜に貯留した水蒸気を、脱気器の加熱蒸気として利用するようになされた請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項3】

前記蒸気溜がスートブローと接続され、蒸気溜に貯留した水蒸気を、ボイラ水管や脱硝触媒に噴射できるようになされた請求項１または２に記載の排ガス処理装置。

【請求項4】

前記水蒸気分離膜により分離された水蒸気の流路に圧力を測定するセンサが設けられ、この圧力によって昇圧手段に供給される水蒸気流量を制御する制御部が設けられた請求項１ないし３の何れか一に記載の排ガス処理装置。

【請求項5】

廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有し、
ボイラ通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、
この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられた排ガス処理装置において、
前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留し、当該蒸気溜に貯留した水蒸気を脱気器の加熱蒸気として利用することを特徴とする排ガス処理装置における水蒸気の利用方法。

【請求項6】

廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有し、
ボイラ通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、
この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられた排ガス処理装置において、
前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留し、当該蒸気溜に貯留した水蒸気をボイラ水管や脱硝触媒に噴射するスートブローの水蒸気として利用することを特徴とする排ガス処理装置における水蒸気の利用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水蒸気分離膜を有する排ガス処理装置および排ガス処理装置における水蒸気の利用方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、焼却炉で発生した排ガスは、その熱が水に伝えられてボイラで水蒸気として回収され、水噴射式のガス冷却塔で水が噴射されて減温された後、バグフィルタで煤塵や酸性ガス等が除去され、さらに窒素酸化物の規制値が厳しい地域では、排ガスが再加熱された後、脱硝装置で窒素酸化物が除去された後、煙突から排出される。

【0003】

この際、ボイラで水蒸気を回収する技術としては、発電プラント内で蒸気タービンの抽気蒸気（低温・低圧）を蒸気圧縮機にて高温・高圧の蒸気に昇温・昇圧し、さらに蒸気タービンで利用するもの（特許文献１参照）や、高含水バイオマスを気密断熱容器に入れて水蒸気圧縮機により水分を連続的に気化・吸引し、さらに昇圧して、その蒸気をバイオマスの加熱に使用し、熱交換によりバイオマス中の水分を蒸発させると共に発生した水をバイオマスボイラのボイラ水として利用するもの（特許文献２参照）や、ボイラ等で発生する蒸気を圧縮機により圧縮昇圧した後、蓄熱アキュムレータに吹込み、発生蒸気を越える圧力にして貯蔵するもの（特許文献３参照）が知られている。

【0004】

従来より、このようなボイラで回収された水蒸気は、発電に使用されるとともに、脱気器加熱やスートブロー等に消費されていた。そして、このような焼却炉の脱気器加熱やスートブロー等に使用される低圧の水蒸気は、何れもボイラで発生した高圧の水蒸気を減圧して使用していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－２４６８９２号公報

【文献】特開２００５－２８８３２０号公報

【文献】特開昭５６－１５９５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記従来のように、ボイラで回収された水蒸気を、脱気器加熱やスートブロー等で消費してしまうと、その消費分だけ、蒸気タービンに供給される高圧の水蒸気量が減少することとなり、当該水蒸気による発電量が減少してしまうこととなる。

【0007】

特許文献１ないし３の何れかに記載の技術を利用したとしても、このような脱気器加熱やスートブロー等で消費される水蒸気量の減少をなくすことはできなかった。

【0008】

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、ボイラで回収した水蒸気を消費することなく、脱気器加熱やスートブロー等を使用して水蒸気の利用効率の向上を図ることができる排ガス処理装置および当該排ガス処理装置における水蒸気の利用方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するための本発明に係る排ガス処理装置は、廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有する排ガス処理装置であって、ボイラ通過後の排ガスに冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられ、前記水蒸気分離膜が昇圧手段と接続され、当該水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留するようになされたものである。

【0010】

上記排ガス処理装置は、前記昇圧手段が脱気器と接続され、蒸気溜に貯留した水蒸気を、脱気器の加熱蒸気として利用するようになされたものであってもよい。

【0011】

上記排ガス処理装置は、前記昇圧手段がスートブローと接続され、蒸気溜に貯留した水蒸気を、ボイラ水管や脱硝触媒に噴射できるようになされたものであってもよい。

【0012】

上記排ガス処理装置は、前記水蒸気分離膜により分離された水蒸気の流路に、圧力を測定するセンサが設けられ、この圧力によって昇圧手段に供給される水蒸気流量を制御する制御部が設けられたものであってもよい。

【0013】

上記課題を解決するための本発明の排ガス処理装置における水蒸気の利用方法は、廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有し、ボイラ通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられた排ガス処理装置において、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留し、当該蒸気溜に貯留した水蒸気を脱気器の加熱蒸気として利用するものである。

【0014】

上記課題を解決するための本発明の排ガス処理装置における水蒸気の利用方法は、廃棄物を焼却する焼却炉と、当該焼却炉で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラとを有し、ボイラ通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置と、この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜とが設けられた排ガス処理装置において、前記水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留し、当該蒸気溜に貯留した水蒸気をボイラ水管や脱硝触媒に噴射するスートブローの水蒸気として利用するものである。

【発明の効果】

【0015】

以上述べたように、本発明によると、水蒸気分離膜を昇圧手段と接続し、当該水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧して蒸気溜に貯留するようにしているので、ボイラの水蒸気を使うことなく、この蒸気溜に貯留した水蒸気を、脱気器の加熱蒸気として利用したり、スートブローの噴射蒸気としてボイラ水管や脱硝触媒の噴射に利用したりすることができる。したがって、ボイラ水の減少を補うことができ、当該ボイラに供給する純水装置の負荷を軽減することかできる。また、水蒸気分離膜で分離した水蒸気を昇圧手段で昇圧して蒸気溜に貯留し、他で使用することができるので、この水蒸気分離膜を通過後の排ガスは、前記他で使用する水蒸気の分だけ排ガス中の水分量を減少させることができることとなり、煙突からの白煙を抑制することができる。さらに、前記水蒸気分離膜を通過後の排ガスは、前記他で使用する水蒸気の分だけ排ガス量を減少させることができることとなり、この水蒸気分離膜を通過後の経路に脱硝触媒を通過させるような構成になっている場合には、脱硝触媒の入口で排ガスを再加熱する際の熱量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る排ガス処理装置の全体構成の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。

【0018】

図１は排ガス処理装置１の全体構成の概略を示している。

【0019】

この排ガス処理装置１は、焼却炉２と、ボイラ３とを有し、ボイラ３を通過した後に、排ガス冷却装置４と、水蒸気分離膜５とが設けられ、前記水蒸気分離膜５が圧縮機５１と接続され、当該水蒸気分離膜５で分離した水蒸気を昇圧できるようになされている。

【0020】

焼却炉２は、例えば図示しない一般廃棄物、産業廃棄物や所定梱包に入れられた感染性医療廃棄物などのごみを燃焼するものであり、焼却炉２の型式は問わない。

【0021】

ボイラ３は、焼却炉２の下流側に設けられており、当該焼却炉２の熱を補給水に伝えて水蒸気を得るようになされている。得られた水蒸気は、発電に利用するものであってもよいし、熱交換による冷暖房や温水調製に利用するものであってもよい。このボイラ３に供給する補給水は、酸素を含んだまま使用すると、ボイラ３の腐食や減肉の原因となってしまうので、脱気器３１において酸素を脱気した後、ボイラ３に供給される。補給水についても、水質が悪いと、ボイラ３の腐食や減肉の原因となってしまうので、純水装置３２によって調製された純水を供給するようになされている。

【0022】

排ガス冷却装置４は、ボイラ３の下流側に設けられており、ボイラ３を通過後の未だ高温の排ガスに、当該排ガス冷却装置４内で、水を噴霧して排ガスを水で直接冷却して減温するように構成されている。この減温する温度としては、例えば、２００℃以下に減温される。

【0023】

排ガス冷却装置４の下流側には集塵装置６が設けられている。この集塵装置６は、排ガス冷却装置４を通過した排ガス中に含まれる煤塵等の粒子状物質を補集するようになされている。この集塵装置６は、いわゆるバグフィルタと呼ばれる濾布によって、排ガス中の粒子状物質をだ捕することができるものであれば、特に限定されるものではなく、粒子状物質を濾過するものであってもよいし、粒子状物質をサイクロンによって遠心分離するものであってもよい。集塵装置６の上流側の煙道において排ガス導入口寄りの位置に中和薬剤を吹き込む薬剤供給装置６０が設けられていてもよい。

【0024】

薬剤供給装置６０は、集塵装置６の出口における排ガス中の酸性ガスの濃度を計測し、前記焼却炉２の焼却運転を所定時間行うことに伴い発生する排ガス中の酸性ガスを中和処理するために必要な中和薬剤の量を算出し、この算出した量の前記中和薬剤を集塵装置６の入口側の煙道１１に所定時間内に一定量まとめて吹き込むことにより、集塵装置６のろ布に前記排ガスに含まれる酸性ガスの中和薬剤からなるプレコート層を形成する。前記中和薬剤としては、消石灰あるいは重曹等が挙げられる。

【0025】

なお、前記プレコート層を形成する前に、集塵装置６内に圧縮空気をパルス的にジェット噴射して、集塵装置６内のろ布表面の付着物を払い落とす払落し処理を行うようにすることが好ましい。

【0026】

水蒸気分離膜５は、オルガノシリカ膜等ガス中の水蒸気を選択的に透過するものであり、集塵装置６の下流側の煙道１１から分岐したバイパス経路１２に設けられており、当該バイパス経路１２を通過する排ガス中の水蒸気を選択的に分離するものである。分岐した直後の煙道１１およびバイパス経路１２の位置には、煙道ダンパ１１ａおよびバイパスダンパ１２ａが設けられており、これら煙道ダンパ１１ａおよびバイパスダンパ１２ａの開閉具合によって、それぞれ煙道１１およびバイパス経路１２を流れる排ガスの通過量を制御することができるようになされている。

【0027】

水蒸気分離膜５で分離された水蒸気が通過することとなる水蒸気流路１３には圧力を測定するセンサ５３が設けられており、前記した煙道ダンパ１１ａやバイパスダンパ１２ａの開閉によって制御されるバイパス経路１２の排ガス流量および前記センサ５３によって測定される水蒸気流路１３の圧力によって水蒸気分離膜５で分離される水蒸気流量を制御することができるようになされている。

【0028】

圧縮機５１は、水蒸気分離膜５で分離された水蒸気が通過することとなる水蒸気流路１３の下流側に設けられ、そのさらに下流側には蒸気溜５２が設けられており、この圧縮機５１は、水蒸気分離膜５を通過して分離された水蒸気を吸引して、蒸気溜５２に昇圧して送るようになされている。この際、蒸気溜５２に貯留される水蒸気量は、蒸気溜５２の圧力をセンサ５４によって測定し、このセンサ５４からの情報を基に、水蒸気量を制御できるようになされている。この水蒸気量の制御は、前記した煙道ダンパ１１ａやバイパスダンパ１２ａの開閉によって水蒸気分離膜５に供給される排ガス流量の制御と、センサ５３によって測定される、前記した水蒸気流路１３の圧力の制御も含めて制御部５０によって制御される。蒸気溜５２には、例えば、０．０７～０．１ＭＰａに昇圧した水蒸気を貯留するようになされている。

【0029】

そして、この蒸気溜５２に貯留された水蒸気は、前記したボイラ３のスートブロー３３や、前記した脱気器３１の脱気に使用される。

【0030】

この際、本発明の排ガス処理装置１は、ボイラ３から得られる水蒸気を利用するのではなく、水蒸気分離膜５を通過して分離した水蒸気を使用するものであるため、ボイラ３に給水するボイラ水の減少を補うことができ、ボイラ３に給水する純水装置３２の負荷を軽減することができる。

【0031】

一方、水蒸気分離膜５を経たバイパス経路１２は、集塵装置６を経た煙道１１と再合流するようになされており、合流後の煙道１１の下流側には、再加熱器７が設けられ、その下流側に脱硝装置７０が設けられている。これにより、排ガスは、再加熱器７で再加熱されて、脱硝触媒との反応が活性化するようになされた後、脱硝触媒が設けられた脱硝装置７０を通過するようになされている。

【0032】

この際、本発明の排ガス処理装置１は、再加熱器７の上流側に水蒸気分離膜５を設けており、排ガス中の水蒸気の一部を、蒸気溜５２へと回収するようになされているので、再加熱器７で排ガスを再加熱する際の熱量を低減することができることとなる。

【0033】

脱硝装置７０を通過した排ガスの煙道１１の下流側には、誘引送風機８が設けられ、その下流側には煙突９が設けられている。これにより、脱硝装置７０を通過した排ガスを、誘引送風機８で吸引して煙突９から大気中に放出するようになされている。

【0034】

このようにして構成された排ガス処理装置１によると、当該排ガス処理装置１の運転時に利用される水蒸気は、廃棄物中の水分および廃棄物中の可燃分に含まれる水素が燃焼によって発生する水、さらに排ガス冷却装置４で噴霧した水が水蒸気となったもので、水蒸気分離膜５を通過して分離した後に昇圧して利用するので、ボイラ３で得られる水蒸気を利用しなくてもよくなる。したがって、前記したように、ボイラ３に給水するボイラ水の減少を補うことができ、ボイラ３に給水する純水装置３２の負荷を軽減することができる。また、水蒸気分離膜５により排ガス中の水蒸気を分離することにより煙道を通過する水蒸気の量を減らすことかできるので、脱硝装置７０を通過させる前に再加熱する排ガスの熱量を低減して省エネルギー化を図ることができる。さらに、煙突９から排出される水蒸気の量を減らすことができるので、白煙を抑制することができる。

【0035】

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0036】

本実施の形態において、スートブロー３３は、ボイラ３にブローしてボイラ水管に付着したダスト等を剥離するように構成されているが、脱硝触媒にブローして当該脱硝触媒に付着したスケール等を剥離するようになされたものであってもよいし、集塵装置６のスケール等を剥離するのに利用するものであってもよい。

【0037】

また、本実施の形態において、排ガス処理装置１は、再加熱器７および脱硝装置７０を備えているが、再加熱方式ではない脱硝装置を備えたものであってもよいし、脱硝装置が無いものであってもよい。

【0038】

さらに、本実施の形態において、排ガス処理装置１は、ボイラ３において水蒸気を調製するようになされているが、ボイラ３で調製した水蒸気を利用しなくても脱気器３１やスートブロー３３に利用する水蒸気を確保できるので、ボイラ３は温水を調製するようになされたものであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、排ガス処理装置に好適に利用することが可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 排ガス処理装置
２ 焼却炉
３ ボイラ
３１ 脱気器
３３ スートブロー
４ 排ガス冷却装置
５ 水蒸気分離膜
５０ 制御部
５１ 圧縮機（昇圧手段）
５３ センサ
５４ センサ
６ 集塵装置

【要約】

【課題】ボイラで回収した水蒸気を消費することなく、脱気器加熱やスートブロー等を使用して水蒸気の利用効率の向上を図ることができる排ガス処理装置および当該排ガス処理装置における水蒸気の利用方法を提供する。
【解決手段】廃棄物を焼却する焼却炉２と、当該焼却炉２で得た熱を水に伝えて水蒸気または温水を得るボイラ３とを有する排ガス処理装置１であって、ボイラ３通過後の排ガスの経路に冷却水を噴射することにより減温する排ガス冷却装置４と、この減温された排ガスの水蒸気から水蒸気を分離する水蒸気分離膜５とが設けられ、前記水蒸気分離膜５が圧縮機５１と接続され、当該水蒸気分離膜５で分離した水蒸気を昇圧できるようになされた排ガス処理装置１である。
【選択図】図１

【図1】