專利名稱：排氣處理方法
技術領域：
本發明涉及含有由都市垃圾焚燒爐和各種燃燒爐產生的HC1、SOx、NOx等有害 物質的排氣的處理方法。
背景技術：
在由垃圾焚燒爐等排出的排氣中，含有HC1、SOx等酸性氣體、NOx、二I 英 類、煙塵等有害物質。為了除去這些有害物質，在焚燒爐的出口側設置排氣處理裝置。在專利文獻1中，記載了設置具有涂布了催化劑的過濾式過濾器(以下稱為催化 劑袋濾器)的過濾式反應集塵裝置，將酸性氣體、NOx、二I 英類、煙塵在催化劑袋濾 器中同時除去的方法。在該方法中，向催化劑袋濾器的上游側供給堿性粉體和作為NOx 的還原劑的氨。排氣中的酸性氣體被堿性粉體中和除去。未反應的堿性粉體與煙塵一起 在催化劑袋濾器表面形成堆積層。排氣中未反應的酸性氣體在通過堆積層時與堿性粉體 反應而中和固化，從而被催化劑袋濾器過濾除去。通過堆積層后的排氣、還原劑及二If 英到達催化劑袋濾器的催化劑層。在催化劑層中，排氣中的NOx與還原劑反應而生成 N2,被排放到大氣中。另外，二β英在催化劑層中被氧化分解，以無害的氣體的形式被 排放到大氣中。在上述排氣處理中，未被中和的SOx與氨反應，生成酸性硫酸銨(硫酸氫銨)。 若該酸性硫酸銨吸附在催化劑層上，則催化劑的活性面減少，因而發生催化劑中毒(酸 性硫酸銨中毒)，催化劑活性降低。其結果是催化劑袋濾器中的NOx除去功能和二If英 分解功能降低。在催化劑袋濾器中，到達催化劑層的SOx濃度越高，越容易發生酸性硫
酸銨中毒。在專利文獻2中，公開了使用未負載催化劑的袋濾器的排氣處理裝置。在專利 文獻2的排氣處理裝置中，在袋濾器后段的脫硝反應塔中分解除去NOx。為了防止脫硝 反應塔的催化劑的酸性硫酸銨中毒，測量袋濾器出口側的排氣中的SO2濃度，并基于測 得的SO2濃度調整供給到排氣中的堿劑的供給量。在專利文獻3中，公開了使用未負載催化劑的袋濾器的排氣處理裝置，其在除 去排氣中的酸性氣體時，基于排氣的溫度、袋濾器入口側的酸性氣體濃度以及鍋爐蒸發 量，控制堿性吸收劑的噴霧量。專利文獻1 日本特開平1-293123號公報(第2頁右下欄第14行 第3頁右上 欄第5行)專利文獻2:日本特開2003-210934號公報(權利要求1、段落
、
)專利文獻3 日本特開平10-296046號公報(權利要求1 6)在如專利文獻2和3那樣未負載催化劑的袋濾器中，出口側SOx濃度的限制值通 常設為20 50ppm以下。如上高SOx濃度的排氣流入后段的脫硝反應塔中時，發生酸性硫酸銨中毒。因此，為了防止脫硝反應塔內的催化劑的酸性硫酸銨中毒，必須將催化劑層溫度維持在約220°C 約230°C。在使用催化劑袋濾器的專利文獻1的排氣處理中，為 了通過上述出口側SOx濃度的限制值防止酸性硫酸銨中毒，通常也在約220°C 約230°C 運轉。但是，在這樣高溫的排氣處理中，需要用于使排氣升溫的熱能，而且氣體體積 增大，因此必須擴大集塵裝置、催化劑反應塔。而且，若為了減少排氣處理所需的熱能 而在200°C以下實施排氣處理，則催化劑的酸性硫酸銨中毒變得顯著，不能長時間運轉。為了將處理溫度降低至200°C以下而實施排氣處理，也考慮改良催化劑以使其在 低溫下也不發生酸性硫酸銨中毒。但是，這樣的催化劑價格非常高，因而導致成本大幅 增加而不實用。在廢棄物的焚燒中，由于垃圾性狀的變化等，在運轉中排氣中的SOx濃度會瞬 間發生大的變化。例如，在如專利文獻2那樣使用未負載催化劑的袋濾器的排氣處理 中，袋濾器出口側SOx濃度的限制值極高，為20ppm，因此SOx濃度的變化量由于堆積 層而被充分地緩和。在使用負載催化劑的袋濾器的情況下，為了防止酸性硫酸銨中毒， 對于SOx濃度的變化需要更嚴密的管理。
發明內容
本發明鑒于上述問題而完成，提供能防止催化劑的酸性硫酸銨中毒、并且能夠 提高二 I 英類的除去性能的排氣處理方法。為了解決上述問題，本發明的排氣處理方法通過使含有SOx和NOx的排氣以及 被供給到該排氣中的NOx還原劑通過負載催化劑的袋濾器、而減少所述負載催化劑的袋 濾器的出口側的所述排氣中的SOx濃度和NOx濃度，其特征在于，基于所述負載催化劑 的袋濾器的出口側的所述SOx濃度，控制在所述負載催化劑的袋濾器的入口側被供給到 所述排氣中的粉體、水溶液和漿液中任意一種的供給量，所述粉體、水溶液和漿液含有 熟石灰、碳酸氫鈉、生石灰和苛性鈉中的至少1種。本發明人的研究結果表明，負載催化劑的袋濾器截面中的SOx濃度為圖1所示 的分布。在負載催化劑的袋濾器10的排氣入口側的表面，預先形成助劑粉體的保護層 (預涂層)11。在保護層11的表面，形成中和劑中的堿性化學藥品(熟石灰、碳酸氫鈉、 生石灰、苛性鈉)、堿性化學藥品與酸性氣體的中和反應產物、助劑粉體以及飛灰的堆積 層12。如圖1所示，由于在含有堿性化學藥品的堆積層12內發生脫硫反應，因此SOx 濃度從入口側到出口側急劇地減少，在保護層11及負載催化劑的袋濾器10中SOx濃度沒 有變化。根據上述見解，通過監視袋濾器出口側的SOx濃度、并基于出口側SOx濃度控 制中和劑的供給量，能夠抑制袋濾器上負載的催化劑的酸性硫酸銨中毒，延長袋濾器的 耐用年數。在上述發明中，優選上述負載催化劑的袋濾器的運轉溫度為150°C以上且200°C 以下。本發明的排氣處理方法，即使在比現有的運轉溫度(200 230°C )低的溫度下， 也能充分地除去NOx，由此能夠抑制催化劑的中毒、而且還能夠提高二I 英類的除去 率。而且，氣體體積減小，能夠使收容袋濾器的集塵裝置小型化。
在上述發明中，優選上述出口側的SOx濃度的上限值基于上述負載催化劑的袋 濾器的酸性硫酸銨中毒引起的劣化而確定。負載催化劑的袋濾器的催化劑由于酸性硫酸銨中毒而劣化，反應活性率隨著時 間經過而降低。為了更有效地抑制該劣化，優選上述出口側的SOx濃度的上限值為5ppm 以下。通過對排氣處理工序進行管理而使袋濾器出口側的SOx濃度為5ppm以下，例如 即使在處理溫度低的情況下，也能夠充分地抑制催化劑的酸性硫酸銨中毒。其結果是能 夠延長負載催化劑的袋濾器的耐用年數。在上述發明中，優選檢測上述袋濾器的出口側的上述排氣中的上述NOx濃度和 氨氣濃度中的至少一個，在上述檢測到的氨氣的濃度超過預定值時，減少上述NOx還原 劑的供給量，在上述檢測到的NOx濃度超過預定值時，增加上述NOx還原劑的供給量。 基于袋濾器出口側的NOx濃度和氨氣濃度，控制被供給到排氣中的NOx還原 劑的量，由此，抑制酸性硫酸銨的生成，從而能夠更有效地防止催化劑的酸性硫酸銨中
發明效果根據本發明，即使使用現有的催化劑也難以發生催化劑中毒。特別是，當進 行管理而使出口側SOx濃度的上限值為5ppm以下來控制中和劑供給量時，例如即使在 200°C以下的低溫下的排氣處理中，也能夠充分應對由垃圾性狀等變化引起的SOx濃度的 急劇變化。其結果是能夠延長負載催化劑的袋濾器的壽命。
圖1是表示在集塵裝置內設置的負載催化劑的袋濾器的截面中SOx濃度分布的 概略圖。圖2是第一實施方式的排氣處理裝置的概略圖。圖3是第一實施方式的排氣處理裝置的變形例的概略圖。圖4是第一實施方式的排氣處理裝置的另一變形例的概略圖。圖5是表示在180°C下以一定的排氣溫度使出口側SOx濃度變化時反應活性率的 經時變化的圖。圖6是表示使排氣處理溫度變化時出口側SOx濃度與負載催化劑的袋濾器的壽 命的關系的圖。圖7是第二實施方式的排氣處理裝置的概略圖。標號說明10催化劑袋濾器11保護層12堆積層20、40、60、80排氣處理裝置21降溫塔22、42中和劑供給裝置23中和劑供給量控制器24NOx還原劑供給裝置
25集塵裝置26SOx檢測裝置27 水罐
28水供給裝置29、41中和劑儲藏罐30NOx還原劑儲藏罐61第一中和劑供給裝置62第二中和劑供給裝置63 第一罐64 第二罐SlNOx還原劑供給量控制器82氨氣檢測裝置83NOx檢測裝置
具體實施例方式<第一實施方式>參考附圖對第一實施方式的排氣處理方法進行說明。圖2是第一實施方式的排氣處理裝置的概略圖。排氣處理裝置20具有降溫 塔21、中和劑供給裝置22、中和劑供給量控制器23、NOx還原劑供給裝置24、集塵裝 置25、和SOx濃度檢測裝置26。集塵裝置25的內部被隔離成多個室，在各室內設有負 載催化劑的袋濾器(催化劑袋濾器)。作為催化劑，可以使用含有氧化鈦、五氧化釩、氧化鉬、氧化鎢等的鈦-釩系 催化劑。作為在袋濾器上負載催化劑的方法，有使催化劑微粒的乳液或漿液含浸到布中 的方法、使用催化劑纖維和其它纖維(玻璃纖維、金屬纖維等)織布的方法、用負載了催 化劑的纖維(玻璃纖維、金屬纖維等)織布的方法、將催化劑裝入袋狀的濾布中的方法、 將裝入了催化劑的袋縫在濾布上的方法等。下面對本實施方式的排氣處理方法進行說明。垃圾焚燒爐中產生的含有煙塵的排氣，在通過用于回收高溫排氣的熱能的發電 用鍋爐后，被導入排氣處理裝置20的降溫塔21中。儲藏在罐27中的水由水供給裝置28 供給到降溫塔21內。由此，從鍋爐流入的排氣的溫度被降低至例如約150°C 約200°C。 降溫后的排氣從降溫塔21中排出。SOx等酸性氣體的中和劑儲藏在中和劑儲藏罐29中。所儲藏的中和劑在降溫塔 21和集塵裝置25之間由中和劑供給裝置22供給到排氣中。中和劑包括作為堿性化學藥 品的熟石灰、生石灰、碳酸氫鈉、苛性鈉中的至少一種。在圖2的排氣處理裝置中，中 和劑為粉體。被供給到排氣中的中和劑與酸性氣體反應，生成作為中和反應產物的鹽。 通過該反應，排氣中的酸性氣體濃度降低。圖3是本實施方式的排氣處理裝置的一個變形例。在本變形例的排氣處理裝置 40中，中和劑為上述堿性化學藥品的漿液或水溶液。堿性化學藥品的漿液或水溶液儲藏 在中和劑儲藏罐41中，由泵42供給到降溫塔21內。由于堿性化學藥品的漿液或水溶液，排氣中的SOx被中和除去，并且降溫塔21內的氣體被冷卻至約150°C 約200°C。圖4是本實施方式的排氣處理裝置的另一變形例。本變形例的排氣處理裝置60，具有第一中和劑供給裝置61和第二中和劑供給裝置62，分別與儲藏堿性粉體的第一 罐63和第二罐64連接。從排氣上游側的第一中和劑供給裝置61向排氣中噴射與SOx 的反應性低但廉價的生石灰或熟石灰，排氣中的SOx大部分被除去。然后，從在下游側 的第二中和劑供給裝置62向排氣中噴射與SOx的反應性高且高價的碳酸氫鈉，低濃度的 SOx被中和除去。通過上述操作，能夠低成本且高效地降低排氣中的SOx濃度。在圖2至圖4的排氣處理裝置中，在降溫塔21和集塵裝置25之間，由NOx還原 劑供給裝置24向排氣中供給NOx還原劑儲藏罐30中儲藏的NOx還原劑。作為NOx還 原劑，可以使用氨氣、氨水、尿素水。氨水被供給到高溫排氣中時，生成氨氣。另外， 在尿素水的情況下，尿素在高溫排氣中被分解，生成氨氣。在降溫塔21和集塵裝置25之間，由助劑供給裝置(未圖示)向排氣中供給助劑 粉體。助劑粉體為沸石、礬土、硅藻土、珍珠巖、活性白土、高嶺土、長石、石英等， 優選為選自硅藻土、珍珠巖和沸石中的1種或2種以上的混合物。而且，助劑粉體可以 預先收容在集塵裝置25中。含有上述中和劑和氨氣的排氣被導入到集塵裝置25中。在本實施方式中，催化 劑袋濾器的溫度為150°C以上且200°C以下時，集塵裝置25運轉。排氣通過在集塵裝置內的各室中設置的催化劑袋濾器時，如圖1的截面圖所 示，在保護層11的表面，中和劑中的堿性化學藥品、堿性化學藥品與酸性氣體的中和反 應產物、助劑粉體以及煙塵被捕集，形成堆積層12。排氣通過堆積層12時，排氣中殘留 的SOx等酸性氣體與堆積層12中的堿性化學藥品反應。而且，排氣中的煙塵和粒子狀 二類由于堆積層12的過濾效果而被除去。通過堆積層12和保護層11后的排氣隨著 氨氣到達催化劑袋濾器10。在催化劑袋濾器10中，排氣中的NOx被氨氣還原為氮氣和 水。氣體狀二Bt英類在催化劑袋濾器10上被氧化分解。通過上述工序，從集塵裝置25排出的排氣，除去了煙塵、二Hf英類，也降低了 SOx禾Π NOx。在本實施方式中，中和劑的供給量如下管理。從中和劑供給裝置22、42供給預定量的中和劑(標準中和劑供給量)。該標準 中和劑供給量，基于在本實施方式的排氣處理裝置20、40、60的前段設置的鍋爐中的蒸 氣產生量而確定。鍋爐中的蒸氣產生量是鍋爐負荷的指標。即，蒸氣產生量增多，則鍋 爐的負荷增高，因此SOx產生量也增大。鍋爐中產生的蒸氣產生量與中和劑供給量的關 系，例如可以在試運轉時預先得到。中和劑供給量控制器23，得到在排氣處理時測量的 蒸氣產生量，并基于上述的蒸氣產生量與中和劑供給量的關系，控制來自中和劑供給裝 置23的標準中和劑供給量。考慮定期實施的催化劑袋濾器的反洗，可以確定標準中和劑供給量的最低量。 在袋濾器的反洗中，由于圖1所示的堆積層12被除去，因而在剛反洗后，在堆積層12被 中和除去的SOx有可能到達催化劑層。因此，在排氣的整個處理期間，由中和劑供給裝 置供給即使剛失去堆積層12催化劑也不會發生酸性硫酸銨中毒的量的中和劑。例如，每 小時的標準中和劑供給量的最低量W，通過式⑴求得。
W =( 一次被反洗的室的數量)X (每個室的過濾面積)X (標準的堆積層厚度)X (飛灰密度)…(1) 反洗通常每個室地實施。標準的堆積層的厚度為約10mm。飛灰密度為約 300kg/m3。另外，飛灰的性質每個裝置(plant)都不同，因而根據裝置不同在袋濾器上的附 著量也產生差異。因此，中和劑的最低供給量，以由式(1)得到的值作為目標值，使中 和劑供給量從目標值起增減而進行試運轉，確定最佳的標準中和劑供給量的最低量W。 由此，即使在剛反洗后沒有堆積層的狀態下，也能夠抑制催化劑的酸性硫酸銨中毒。在集塵裝置25的下游側設置的SOx濃度檢測裝置26，檢測由集塵裝置25排出 的排氣中的SOx濃度(袋濾器出口側SOx濃度)。檢測到的SOx濃度的值被輸送至中和 劑供給量控制器23。在檢測到的SOx濃度值大于SOx濃度的上限值時，控制器23使由 中和劑供給裝置22、42供給的中和劑的量從上述標準中和劑供給量起增加。這里，上述SOx濃度的上限值考慮催化劑的酸性硫酸銨中毒引起的劣化而設 定。催化劑的反應活性率由于酸性硫酸銨中毒而隨時間經過降低。在將排氣處理剛 開始后的催化劑袋濾器的反應活性度(反應速度常數)記為&、將中毒后的反應活性度 記為K時，反應活性率定義為K/&。在反應活性率K/&低于一定標準的時間點，需要 進行催化劑的更換或反洗(催化劑再生)。在實際應用中，也有在例如反應活性率降低至 0.7時實施催化劑的更換或再生工序的情況。圖5是用于說明使出口側SOx濃度變化時反應活性率的經時變化的傾向的概念 圖。在該圖中，橫軸為排氣處理時間，縱軸為反應活性率。由圖5可知，根據SOx濃度 不同，反應活性率K/&的經時變化存在差異。例如在反應活性率K/& = 0.7時進行比 較，出口側SOx濃度為5ppm時，排氣處理時間為10000小時，出口側SOx濃度為Ippm 時，排氣處理時間為20000小時，出口側SOx濃度為0.5ppm時，排氣處理時間為40000 小時。即，通過將出口側SOx濃度設定得較低，能夠長時間維持高的反應活性率。圖6是表示使排氣處理溫度變化時出口側SOx濃度與催化劑袋濾器的壽命的關 系的圖。在該圖中，橫軸表示將在溫度200°C、出口側SOx濃度5ppm的條件下進行排 氣處理的情況下的催化劑袋濾器的壽命作為標準時的相對壽命，縱軸表示出口側SOx濃 度。在任意的排氣處理溫度下，出口側SOx濃度為5ppm的情況與IOppm的情況相比， 催化劑的中毒得到抑制，袋濾器的壽命急劇增加。排氣處理溫度越低，催化劑袋濾器的 壽命越短，但是，例如即使排氣處理溫度為190°C，只要出口側SOx濃度在5ppm以下， 則能夠確保足夠的壽命。<第二實施方式>圖7是第二實施方式的排氣處理裝置的概略圖。排氣處理裝置80在第一實施方 式的排氣處理裝置的基礎上，還具有NOx還原劑供給量控制器81、氨氣檢測裝置82和 NOx檢測裝置83。NOx還原劑在排氣處理裝置80中在降溫塔21和集塵裝置25之間被供 給到排氣中，也可以被供給到排氣處理裝置前段的垃圾焚燒爐內。在第二實施方式中， 作為NOx還原劑，也可以使用氨氣、氨水、尿素水。如上所述，氨水和尿素水被供給到 排氣中而生成氨氣。
在使用第二實施方式的裝置的排氣處理方法中，通過與第一實施方式相同的工 序根據催化劑袋濾器出口側的SOx濃度控制中和劑的供給量，并且，基于催化劑袋濾器 出口側的NOx濃度和未反應的氨氣濃度的至少一個，控制NOx還原劑的供給量。由此， 能夠抑制酸性硫酸銨的產生。氨氣檢測裝置82檢測袋濾器出口側、即集塵裝置25與煙囪(未圖示)之間的氨 氣濃度。檢測到的氨氣濃度的值被輸送至NOx還原劑供給量控制器81。控制器81比較檢測到的氨氣濃度值和設定值。氨氣濃度的設定值例如為5ppm。 檢測到的氨氣濃度值超過設定值時，還原劑供給量過量，因此控制器81減少由NOx還原 劑供給裝置24供給的NOx還原劑量。NOx檢測裝置83檢測袋濾器出口側的NOx濃度。檢測到的NOx濃度的值被輸 送至NOx還原劑供給量控制器81。 控制器81比較檢測到的NOx濃度值和設定值。NOx濃度的設定值為排氣處理 裝置的袋濾器出口側NOx濃度的保證值，例如為50ppm。檢測到的NOx濃度值超過設 定值時，控制器81增加由NOx還原劑供給裝置24供給的NOx還原劑量。此時，若如 上所述地同時進行袋濾器出口側的氨氣濃度的監視，控制NOx還原劑供給量，則NOx還 原劑的使用量被抑制，能夠降低處理所需的成本，因此優選。
權利要求
1.一種排氣處理方法，其通過使含有SOx和NOx的排氣以及被供給到該排氣中的 NOx還原劑通過負載催化劑的袋濾器，減少所述負載催化劑的袋濾器的出口側的所述排 氣中的SOx濃度和NOx濃度，所述方法的特征在于，基于所述負載催化劑的袋濾器的出口側的所述SOx濃度，控制在所述負載催化劑的 袋濾器的入口側被供給到所述排氣中的粉體、水溶液和漿液中任意一種的供給量，所述 粉體、水溶液和漿液含有熟石灰、碳酸氫鈉、生石灰和苛性鈉中的至少1種。
2.如權利要求1所述的排氣處理方法，其特征在于，所述負載催化劑的袋濾器的運轉 溫度為150°C以上且200°C以下。
3.如權利要求1所述的排氣處理方法，其特征在于，所述出口側的SOx濃度的上限 值，基于所述負載催化劑的袋濾器的酸性硫酸銨中毒引起的劣化而確定。
4.如權利要求3所述的排氣處理方法，其特征在于，所述出口側的SOx濃度的上限 值為5ppm以下。
5.如權利要求1所述的排氣處理方法，其特征在于，檢測所述袋濾器的出口側的所述 排氣中的所述NOx濃度和氨氣濃度中的至少一個，在所述檢測到的氨氣濃度超過預定值時，減少所述NOx還原劑的供給量，在所述檢測到的NOx濃度超過預定值時，增加所述NOx還原劑的供給量。
全文摘要
提供能夠防止催化劑的酸性硫酸銨中毒并且能夠提高二英類的除去性能的排氣處理方法。所述排氣處理方法，通過使含有SOx和NOx的排氣以及被供給到該排氣中的NOx還原劑通過負載催化劑的袋濾器，從而使所述負載催化劑的袋濾器的出口側的所述排氣中的SOx濃度和NOx濃度減少，其特征在于，基于所述負載催化劑的袋濾器的出口側的所述SOx濃度，控制在所述負載催化劑的袋濾器的入口側被供給到所述排氣中的粉體、水溶液和漿液中任意一種的供給量，所述粉體、水溶液和漿液含有熟石灰、碳酸氫鈉、生石灰和苛性鈉中的至少1種。
文檔編號B01D53/72GK102019142SQ20101026888
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月30日 優先權日2009年9月18日
發明者井上敬太, 佐久間哲哉, 藤川直樹, 鈴木匠 申請人:三菱重工環境·化學工程株式會社