排气处理方法

专利名称：排气处理方法
技术领域：
本发明涉及含有由都市垃圾焚烧炉和各种燃烧炉产生的HC1、SOx、NOx等有害 物质的排气的处理方法。
背景技术：
在由垃圾焚烧炉等排出的排气中，含有HC1、SOx等酸性气体、NOx、二I 英 类、烟尘等有害物质。为了除去这些有害物质，在焚烧炉的出口侧设置排气处理装置。在专利文献1中，记载了设置具有涂布了催化剂的过滤式过滤器(以下称为催化 剂袋滤器)的过滤式反应集尘装置，将酸性气体、NOx、二I 英类、烟尘在催化剂袋滤 器中同时除去的方法。在该方法中，向催化剂袋滤器的上游侧供给碱性粉体和作为NOx 的还原剂的氨。排气中的酸性气体被碱性粉体中和除去。未反应的碱性粉体与烟尘一起 在催化剂袋滤器表面形成堆积层。排气中未反应的酸性气体在通过堆积层时与碱性粉体 反应而中和固化，从而被催化剂袋滤器过滤除去。通过堆积层后的排气、还原剂及二If 英到达催化剂袋滤器的催化剂层。在催化剂层中，排气中的NOx与还原剂反应而生成 N2,被排放到大气中。另外，二β英在催化剂层中被氧化分解，以无害的气体的形式被 排放到大气中。在上述排气处理中，未被中和的SOx与氨反应，生成酸性硫酸铵(硫酸氢铵)。 若该酸性硫酸铵吸附在催化剂层上，则催化剂的活性面减少，因而发生催化剂中毒(酸 性硫酸铵中毒)，催化剂活性降低。其结果是催化剂袋滤器中的NOx除去功能和二If英 分解功能降低。在催化剂袋滤器中，到达催化剂层的SOx浓度越高，越容易发生酸性硫
酸铵中毒。在专利文献2中，公开了使用未负载催化剂的袋滤器的排气处理装置。在专利 文献2的排气处理装置中，在袋滤器后段的脱硝反应塔中分解除去NOx。为了防止脱硝 反应塔的催化剂的酸性硫酸铵中毒，测量袋滤器出口侧的排气中的SO2浓度，并基于测 得的SO2浓度调整供给到排气中的碱剂的供给量。在专利文献3中，公开了使用未负载催化剂的袋滤器的排气处理装置，其在除 去排气中的酸性气体时，基于排气的温度、袋滤器入口侧的酸性气体浓度以及锅炉蒸发 量，控制碱性吸收剂的喷雾量。专利文献1 日本特开平1-293123号公报(第2页右下栏第14行 第3页右上 栏第5行)专利文献2:日本特开2003-210934号公报(权利要求1、段落
、
)专利文献3 日本特开平10-296046号公报(权利要求1 6)在如专利文献2和3那样未负载催化剂的袋滤器中，出口侧SOx浓度的限制值通 常设为20 50ppm以下。如上高SOx浓度的排气流入后段的脱硝反应塔中时，发生酸性硫酸铵中毒。因此，为了防止脱硝反应塔内的催化剂的酸性硫酸铵中毒，必须将催化剂层温度维持在约220°C 约230°C。在使用催化剂袋滤器的专利文献1的排气处理中，为 了通过上述出口侧SOx浓度的限制值防止酸性硫酸铵中毒，通常也在约220°C 约230°C 运转。但是，在这样高温的排气处理中，需要用于使排气升温的热能，而且气体体积 增大，因此必须扩大集尘装置、催化剂反应塔。而且，若为了减少排气处理所需的热能 而在200°C以下实施排气处理，则催化剂的酸性硫酸铵中毒变得显著，不能长时间运转。为了将处理温度降低至200°C以下而实施排气处理，也考虑改良催化剂以使其在 低温下也不发生酸性硫酸铵中毒。但是，这样的催化剂价格非常高，因而导致成本大幅 增加而不实用。在废弃物的焚烧中，由于垃圾性状的变化等，在运转中排气中的SOx浓度会瞬 间发生大的变化。例如，在如专利文献2那样使用未负载催化剂的袋滤器的排气处理 中，袋滤器出口侧SOx浓度的限制值极高，为20ppm，因此SOx浓度的变化量由于堆积 层而被充分地缓和。在使用负载催化剂的袋滤器的情况下，为了防止酸性硫酸铵中毒， 对于SOx浓度的变化需要更严密的管理。

发明内容
本发明鉴于上述问题而完成，提供能防止催化剂的酸性硫酸铵中毒、并且能够 提高二 I 英类的除去性能的排气处理方法。为了解决上述问题，本发明的排气处理方法通过使含有SOx和NOx的排气以及 被供给到该排气中的NOx还原剂通过负载催化剂的袋滤器、而减少所述负载催化剂的袋 滤器的出口侧的所述排气中的SOx浓度和NOx浓度，其特征在于，基于所述负载催化剂 的袋滤器的出口侧的所述SOx浓度，控制在所述负载催化剂的袋滤器的入口侧被供给到 所述排气中的粉体、水溶液和浆液中任意一种的供给量，所述粉体、水溶液和浆液含有 熟石灰、碳酸氢钠、生石灰和苛性钠中的至少1种。本发明人的研究结果表明，负载催化剂的袋滤器截面中的SOx浓度为图1所示 的分布。在负载催化剂的袋滤器10的排气入口侧的表面，预先形成助剂粉体的保护层 (预涂层)11。在保护层11的表面，形成中和剂中的碱性化学药品(熟石灰、碳酸氢钠、 生石灰、苛性钠)、碱性化学药品与酸性气体的中和反应产物、助剂粉体以及飞灰的堆积 层12。如图1所示，由于在含有碱性化学药品的堆积层12内发生脱硫反应，因此SOx 浓度从入口侧到出口侧急剧地减少，在保护层11及负载催化剂的袋滤器10中SOx浓度没 有变化。根据上述见解，通过监视袋滤器出口侧的SOx浓度、并基于出口侧SOx浓度控 制中和剂的供给量，能够抑制袋滤器上负载的催化剂的酸性硫酸铵中毒，延长袋滤器的 耐用年数。在上述发明中，优选上述负载催化剂的袋滤器的运转温度为150°C以上且200°C 以下。本发明的排气处理方法，即使在比现有的运转温度(200 230°C )低的温度下， 也能充分地除去NOx，由此能够抑制催化剂的中毒、而且还能够提高二I 英类的除去 率。而且，气体体积减小，能够使收容袋滤器的集尘装置小型化。
在上述发明中，优选上述出口侧的SOx浓度的上限值基于上述负载催化剂的袋 滤器的酸性硫酸铵中毒引起的劣化而确定。负载催化剂的袋滤器的催化剂由于酸性硫酸铵中毒而劣化，反应活性率随着时 间经过而降低。为了更有效地抑制该劣化，优选上述出口侧的SOx浓度的上限值为5ppm 以下。通过对排气处理工序进行管理而使袋滤器出口侧的SOx浓度为5ppm以下，例如 即使在处理温度低的情况下，也能够充分地抑制催化剂的酸性硫酸铵中毒。其结果是能 够延长负载催化剂的袋滤器的耐用年数。在上述发明中，优选检测上述袋滤器的出口侧的上述排气中的上述NOx浓度和 氨气浓度中的至少一个，在上述检测到的氨气的浓度超过预定值时，减少上述NOx还原 剂的供给量，在上述检测到的NOx浓度超过预定值时，增加上述NOx还原剂的供给量。 基于袋滤器出口侧的NOx浓度和氨气浓度，控制被供给到排气中的NOx还原 剂的量，由此，抑制酸性硫酸铵的生成，从而能够更有效地防止催化剂的酸性硫酸铵中
发明效果根据本发明，即使使用现有的催化剂也难以发生催化剂中毒。特别是，当进 行管理而使出口侧SOx浓度的上限值为5ppm以下来控制中和剂供给量时，例如即使在 200°C以下的低温下的排气处理中，也能够充分应对由垃圾性状等变化引起的SOx浓度的 急剧变化。其结果是能够延长负载催化剂的袋滤器的寿命。


图1是表示在集尘装置内设置的负载催化剂的袋滤器的截面中SOx浓度分布的 概略图。图2是第一实施方式的排气处理装置的概略图。图3是第一实施方式的排气处理装置的变形例的概略图。图4是第一实施方式的排气处理装置的另一变形例的概略图。图5是表示在180°C下以一定的排气温度使出口侧SOx浓度变化时反应活性率的 经时变化的图。图6是表示使排气处理温度变化时出口侧SOx浓度与负载催化剂的袋滤器的寿 命的关系的图。图7是第二实施方式的排气处理装置的概略图。标号说明10催化剂袋滤器11保护层12堆积层20、40、60、80排气处理装置21降温塔22、42中和剂供给装置23中和剂供给量控制器24NOx还原剂供给装置
25集尘装置26SOx检测装置27 水罐

28水供给装置29、41中和剂储藏罐30NOx还原剂储藏罐61第一中和剂供给装置62第二中和剂供给装置63 第一罐64 第二罐SlNOx还原剂供给量控制器82氨气检测装置83NOx检测装置
具体实施例方式<第一实施方式>参考附图对第一实施方式的排气处理方法进行说明。图2是第一实施方式的排气处理装置的概略图。排气处理装置20具有降温 塔21、中和剂供给装置22、中和剂供给量控制器23、NOx还原剂供给装置24、集尘装 置25、和SOx浓度检测装置26。集尘装置25的内部被隔离成多个室，在各室内设有负 载催化剂的袋滤器(催化剂袋滤器)。作为催化剂，可以使用含有氧化钛、五氧化钒、氧化钼、氧化钨等的钛-钒系 催化剂。作为在袋滤器上负载催化剂的方法，有使催化剂微粒的乳液或浆液含浸到布中 的方法、使用催化剂纤维和其它纤维(玻璃纤维、金属纤维等)织布的方法、用负载了催 化剂的纤维(玻璃纤维、金属纤维等)织布的方法、将催化剂装入袋状的滤布中的方法、 将装入了催化剂的袋缝在滤布上的方法等。下面对本实施方式的排气处理方法进行说明。垃圾焚烧炉中产生的含有烟尘的排气，在通过用于回收高温排气的热能的发电 用锅炉后，被导入排气处理装置20的降温塔21中。储藏在罐27中的水由水供给装置28 供给到降温塔21内。由此，从锅炉流入的排气的温度被降低至例如约150°C 约200°C。 降温后的排气从降温塔21中排出。SOx等酸性气体的中和剂储藏在中和剂储藏罐29中。所储藏的中和剂在降温塔 21和集尘装置25之间由中和剂供给装置22供给到排气中。中和剂包括作为碱性化学药 品的熟石灰、生石灰、碳酸氢钠、苛性钠中的至少一种。在图2的排气处理装置中，中 和剂为粉体。被供给到排气中的中和剂与酸性气体反应，生成作为中和反应产物的盐。 通过该反应，排气中的酸性气体浓度降低。图3是本实施方式的排气处理装置的一个变形例。在本变形例的排气处理装置 40中，中和剂为上述碱性化学药品的浆液或水溶液。碱性化学药品的浆液或水溶液储藏 在中和剂储藏罐41中，由泵42供给到降温塔21内。由于碱性化学药品的浆液或水溶液，排气中的SOx被中和除去，并且降温塔21内的气体被冷却至约150°C 约200°C。图4是本实施方式的排气处理装置的另一变形例。本变形例的排气处理装置60，具有第一中和剂供给装置61和第二中和剂供给装置62，分别与储藏碱性粉体的第一 罐63和第二罐64连接。从排气上游侧的第一中和剂供给装置61向排气中喷射与SOx 的反应性低但廉价的生石灰或熟石灰，排气中的SOx大部分被除去。然后，从在下游侧 的第二中和剂供给装置62向排气中喷射与SOx的反应性高且高价的碳酸氢钠，低浓度的 SOx被中和除去。通过上述操作，能够低成本且高效地降低排气中的SOx浓度。在图2至图4的排气处理装置中，在降温塔21和集尘装置25之间，由NOx还原 剂供给装置24向排气中供给NOx还原剂储藏罐30中储藏的NOx还原剂。作为NOx还 原剂，可以使用氨气、氨水、尿素水。氨水被供给到高温排气中时，生成氨气。另外， 在尿素水的情况下，尿素在高温排气中被分解，生成氨气。在降温塔21和集尘装置25之间，由助剂供给装置(未图示)向排气中供给助剂 粉体。助剂粉体为沸石、矾土、硅藻土、珍珠岩、活性白土、高岭土、长石、石英等， 优选为选自硅藻土、珍珠岩和沸石中的1种或2种以上的混合物。而且，助剂粉体可以 预先收容在集尘装置25中。含有上述中和剂和氨气的排气被导入到集尘装置25中。在本实施方式中，催化 剂袋滤器的温度为150°C以上且200°C以下时，集尘装置25运转。排气通过在集尘装置内的各室中设置的催化剂袋滤器时，如图1的截面图所 示，在保护层11的表面，中和剂中的碱性化学药品、碱性化学药品与酸性气体的中和反 应产物、助剂粉体以及烟尘被捕集，形成堆积层12。排气通过堆积层12时，排气中残留 的SOx等酸性气体与堆积层12中的碱性化学药品反应。而且，排气中的烟尘和粒子状 二类由于堆积层12的过滤效果而被除去。通过堆积层12和保护层11后的排气随着 氨气到达催化剂袋滤器10。在催化剂袋滤器10中，排气中的NOx被氨气还原为氮气和 水。气体状二Bt英类在催化剂袋滤器10上被氧化分解。通过上述工序，从集尘装置25排出的排气，除去了烟尘、二Hf英类，也降低了 SOx禾Π NOx。在本实施方式中，中和剂的供给量如下管理。从中和剂供给装置22、42供给预定量的中和剂(标准中和剂供给量)。该标准 中和剂供给量，基于在本实施方式的排气处理装置20、40、60的前段设置的锅炉中的蒸 气产生量而确定。锅炉中的蒸气产生量是锅炉负荷的指标。即，蒸气产生量增多，则锅 炉的负荷增高，因此SOx产生量也增大。锅炉中产生的蒸气产生量与中和剂供给量的关 系，例如可以在试运转时预先得到。中和剂供给量控制器23，得到在排气处理时测量的 蒸气产生量，并基于上述的蒸气产生量与中和剂供给量的关系，控制来自中和剂供给装 置23的标准中和剂供给量。考虑定期实施的催化剂袋滤器的反洗，可以确定标准中和剂供给量的最低量。 在袋滤器的反洗中，由于图1所示的堆积层12被除去，因而在刚反洗后，在堆积层12被 中和除去的SOx有可能到达催化剂层。因此，在排气的整个处理期间，由中和剂供给装 置供给即使刚失去堆积层12催化剂也不会发生酸性硫酸铵中毒的量的中和剂。例如，每 小时的标准中和剂供给量的最低量W，通过式⑴求得。
W =( 一次被反洗的室的数量)X (每个室的过滤面积)X (标准的堆积层厚度)X (飞灰密度)…(1) 反洗通常每个室地实施。标准的堆积层的厚度为约10mm。飞灰密度为约 300kg/m3。另外，飞灰的性质每个装置(plant)都不同，因而根据装置不同在袋滤器上的附 着量也产生差异。因此，中和剂的最低供给量，以由式(1)得到的值作为目标值，使中 和剂供给量从目标值起增减而进行试运转，确定最佳的标准中和剂供给量的最低量W。 由此，即使在刚反洗后没有堆积层的状态下，也能够抑制催化剂的酸性硫酸铵中毒。在集尘装置25的下游侧设置的SOx浓度检测装置26，检测由集尘装置25排出 的排气中的SOx浓度(袋滤器出口侧SOx浓度)。检测到的SOx浓度的值被输送至中和 剂供给量控制器23。在检测到的SOx浓度值大于SOx浓度的上限值时，控制器23使由 中和剂供给装置22、42供给的中和剂的量从上述标准中和剂供给量起增加。这里，上述SOx浓度的上限值考虑催化剂的酸性硫酸铵中毒引起的劣化而设 定。催化剂的反应活性率由于酸性硫酸铵中毒而随时间经过降低。在将排气处理刚 开始后的催化剂袋滤器的反应活性度(反应速度常数)记为&、将中毒后的反应活性度 记为K时，反应活性率定义为K/&。在反应活性率K/&低于一定标准的时间点，需要 进行催化剂的更换或反洗(催化剂再生)。在实际应用中，也有在例如反应活性率降低至 0.7时实施催化剂的更换或再生工序的情况。图5是用于说明使出口侧SOx浓度变化时反应活性率的经时变化的倾向的概念 图。在该图中，横轴为排气处理时间，纵轴为反应活性率。由图5可知，根据SOx浓度 不同，反应活性率K/&的经时变化存在差异。例如在反应活性率K/& = 0.7时进行比 较，出口侧SOx浓度为5ppm时，排气处理时间为10000小时，出口侧SOx浓度为Ippm 时，排气处理时间为20000小时，出口侧SOx浓度为0.5ppm时，排气处理时间为40000 小时。即，通过将出口侧SOx浓度设定得较低，能够长时间维持高的反应活性率。图6是表示使排气处理温度变化时出口侧SOx浓度与催化剂袋滤器的寿命的关 系的图。在该图中，横轴表示将在温度200°C、出口侧SOx浓度5ppm的条件下进行排 气处理的情况下的催化剂袋滤器的寿命作为标准时的相对寿命，纵轴表示出口侧SOx浓 度。在任意的排气处理温度下，出口侧SOx浓度为5ppm的情况与IOppm的情况相比， 催化剂的中毒得到抑制，袋滤器的寿命急剧增加。排气处理温度越低，催化剂袋滤器的 寿命越短，但是，例如即使排气处理温度为190°C，只要出口侧SOx浓度在5ppm以下， 则能够确保足够的寿命。<第二实施方式>图7是第二实施方式的排气处理装置的概略图。排气处理装置80在第一实施方 式的排气处理装置的基础上，还具有NOx还原剂供给量控制器81、氨气检测装置82和 NOx检测装置83。NOx还原剂在排气处理装置80中在降温塔21和集尘装置25之间被供 给到排气中，也可以被供给到排气处理装置前段的垃圾焚烧炉内。在第二实施方式中， 作为NOx还原剂，也可以使用氨气、氨水、尿素水。如上所述，氨水和尿素水被供给到 排气中而生成氨气。
在使用第二实施方式的装置的排气处理方法中，通过与第一实施方式相同的工 序根据催化剂袋滤器出口侧的SOx浓度控制中和剂的供给量，并且，基于催化剂袋滤器 出口侧的NOx浓度和未反应的氨气浓度的至少一个，控制NOx还原剂的供给量。由此， 能够抑制酸性硫酸铵的产生。氨气检测装置82检测袋滤器出口侧、即集尘装置25与烟囱(未图示)之间的氨 气浓度。检测到的氨气浓度的值被输送至NOx还原剂供给量控制器81。控制器81比较检测到的氨气浓度值和设定值。氨气浓度的设定值例如为5ppm。 检测到的氨气浓度值超过设定值时，还原剂供给量过量，因此控制器81减少由NOx还原 剂供给装置24供给的NOx还原剂量。NOx检测装置83检测袋滤器出口侧的NOx浓度。检测到的NOx浓度的值被输 送至NOx还原剂供给量控制器81。 控制器81比较检测到的NOx浓度值和设定值。NOx浓度的设定值为排气处理 装置的袋滤器出口侧NOx浓度的保证值，例如为50ppm。检测到的NOx浓度值超过设 定值时，控制器81增加由NOx还原剂供给装置24供给的NOx还原剂量。此时，若如 上所述地同时进行袋滤器出口侧的氨气浓度的监视，控制NOx还原剂供给量，则NOx还 原剂的使用量被抑制，能够降低处理所需的成本，因此优选。
权利要求
1.一种排气处理方法，其通过使含有SOx和NOx的排气以及被供给到该排气中的 NOx还原剂通过负载催化剂的袋滤器，减少所述负载催化剂的袋滤器的出口侧的所述排 气中的SOx浓度和NOx浓度，所述方法的特征在于，基于所述负载催化剂的袋滤器的出口侧的所述SOx浓度，控制在所述负载催化剂的 袋滤器的入口侧被供给到所述排气中的粉体、水溶液和浆液中任意一种的供给量，所述 粉体、水溶液和浆液含有熟石灰、碳酸氢钠、生石灰和苛性钠中的至少1种。
2.如权利要求1所述的排气处理方法，其特征在于，所述负载催化剂的袋滤器的运转 温度为150°C以上且200°C以下。
3.如权利要求1所述的排气处理方法，其特征在于，所述出口侧的SOx浓度的上限 值，基于所述负载催化剂的袋滤器的酸性硫酸铵中毒引起的劣化而确定。
4.如权利要求3所述的排气处理方法，其特征在于，所述出口侧的SOx浓度的上限 值为5ppm以下。
5.如权利要求1所述的排气处理方法，其特征在于，检测所述袋滤器的出口侧的所述 排气中的所述NOx浓度和氨气浓度中的至少一个，在所述检测到的氨气浓度超过预定值时，减少所述NOx还原剂的供给量，在所述检测到的NOx浓度超过预定值时，增加所述NOx还原剂的供给量。
全文摘要
提供能够防止催化剂的酸性硫酸铵中毒并且能够提高二英类的除去性能的排气处理方法。所述排气处理方法，通过使含有SOx和NOx的排气以及被供给到该排气中的NOx还原剂通过负载催化剂的袋滤器，从而使所述负载催化剂的袋滤器的出口侧的所述排气中的SOx浓度和NOx浓度减少，其特征在于，基于所述负载催化剂的袋滤器的出口侧的所述SOx浓度，控制在所述负载催化剂的袋滤器的入口侧被供给到所述排气中的粉体、水溶液和浆液中任意一种的供给量，所述粉体、水溶液和浆液含有熟石灰、碳酸氢钠、生石灰和苛性钠中的至少1种。
文档编号B01D53/72GK102019142SQ20101026888
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月30日 优先权日2009年9月18日
发明者井上敬太, 佐久间哲哉, 藤川直树, 铃木匠 申请人:三菱重工环境·化学工程株式会社