JPH119959A - 流動層ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩素成分を含む燃料をボイラで燃焼すること
で、燃焼ガス中に有害な塩素系ガスが発生する。従来か
ら発生した塩素系ガスを除去する手段が行われている
が、十分ではなく環境上の問題点がある。 【解決手段】 塩素成分を含む燃料２をボイラ１で燃焼
させた際の該ボイラ１とサイクロン５との間の低酸素雰
囲気中に、塩素系ガスと反応する炭酸系のカリウム物質
からなる脱塩素剤を加えて反応させ、塩素系ガスと脱塩
素剤の反応により有害な塩素系ガスを無害なガスと塩化
物に置換生成させるようにした流動層ボイラの構成を提
供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塩素成分を含有する
燃料を燃焼させて得られた高温の燃焼ガスを熱交換器に
通して熱交換を行い、サイクロンにより排ガスと残渣に
分離する流動層ボイラにおいて、ボイラとサイクロン間
の有害な塩素系ガスを含む低酸素雰囲気の燃焼ガスに含
まれる塩素系ガス（塩化水素ガス，塩素ガス）と反応し
て、無害なガスと塩化物を生成するようにした流動層ボ
イラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られている流動層ボイラの一
例を図３に示す概念図に基づいて説明すると、ボイラ１
内に燃料２を粉体状にして注入し、空気供給口３から適
量の空気を供給して燃料２を燃焼させ、得られた高温の
燃焼ガス（燃え殻とガス成分の混合物）を排気管４を介
してサイクロン５に導き、このサイクロン５でガス成分
と燃え殻とに分離する。

【０００３】ガス成分はサイクロン５の上部から高温の
燃焼ガス６として放出し、図示していない熱交換器を用
いて熱交換を行った後、バグフィルタ等の除塵装置とか
排ガス処理装置を経て無害化してから大気中に放散す
る。

【０００４】サイクロン５で分離された燃え殻は灰貯留
槽７に投下して蓄積するので、これらの燃え殻は灰貯留
槽７の下部排出口８から残渣として定期的に排出する。
この流動層ボイラは、粒状の燃料を空気流によって流動
状態にすることにより、低層温運転（７５０℃〜８５０
℃程度）が可能であり、窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生が
少なく、低品位炭の燃料でも使用可能になるという特徴
がある。

【０００５】一方、前記燃料２として高塩素含有物質で
あるポリ塩化ビニル系のプラスチックを破砕したものと
か、カーシュレッダーから取り出した廃棄物などを用い
てボイラ１内で燃焼させると、これらの燃料から高濃度
の塩素系ガス（塩化水素ガス，塩素ガス）が発生する。
この塩素系ガスは金属材料に対する腐食性が強いため、
ボイラ１下流側の排気管４とかサイクロン５、更には図
外の熱交換器、除塵装置及び排ガス処理装置などの内面
を腐食してしまう事態が発生する。

【０００６】従って予めこれら排気管４とかサイクロン
５などの各種機器の内面を耐腐食性材料でライニングす
るとか、当初から高価な耐腐食性金属を選定してこれら
の各種機器を製作する必要がある。

【０００７】上記に対処する手段の１つとして、例えば
特開平８−２８１０６５号公報には、ボイラ１の出口と
サイクロン５との間に熱交換器を配設して、この熱交換
器の下流側で排ガス中に生石灰等のカルシウム系の脱塩
素剤を投入することにより、排ガス中に含まれている有
害な塩素系ガスを無害なガスと塩化物に変換するように
した流動層ボイラの構成が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記の流動層ボイラで
塩素含有物質を燃料として用いて燃焼処理した場合に問
題となるのは、燃焼時に発生する高濃度の塩素系ガスの
処理である。

【０００９】従来から発生した塩素系ガスをバグフィル
タ等で消石灰等と反応させて大気中に塩素系ガスが排出
されないようにしたり、還元剤を用いて無害化する方法
が採られている。

【００１０】又、前記特開平８−２８１０６５号公報に
記載されているように、生石灰等のカルシウム系の脱塩
素剤を熱交換器からの排ガス中に投入することによって
排ガス中に含まれている有害な塩素系ガスと反応して無
害なガスと塩化物を分離し、この塩化物を残渣として取
り出すことが可能となる。

【００１１】しかし本発明者らの実験によると、炭酸カ
ルシウム等のカルシウム系の脱塩素剤の場合には、従来
に比較してある程度の効果は期待できるものの、十分で
はないことが判明した。

【００１２】従って流動層ボイラから発生する塩素系ガ
スの除去又は塩素系ガスの発生防止の技術の早急な確立
が望まれている。

【００１３】そこで本発明は、塩素を含有する物質を流
動層ボイラの燃料として用いて燃焼処理することで発生
する有害な塩素系ガス等の成分と反応して、無害なガス
と塩化物を生成することで塩素系ガスを除去するように
した流動層ボイラを提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明の発明者らは、
種々実験調査の結果、塩素成分を多量に含む燃料をボイ
ラで燃焼させてからサイクロンに通して排ガスと残渣に
分離するようにした流動層ボイラにおける該ボイラとサ
イクロンとの間の低酸素雰囲気中に、有害な塩素系ガス
（塩化水素ガス，塩素ガス）と反応する炭酸系のカリウ
ム物質を脱塩素剤として加えて反応させることにより、
有害な塩素系ガスが無害な塩化物に置換生成されること
を見い出した。

【００１５】即ち、ボイラから排出された塩素系ガスを
含む高温の燃焼ガスを排気管から熱交換器に導いて熱交
換を実施した後、この熱交換器から排出路を介してサイ
クロンに導く工程中の低酸素雰囲気の任意の箇所で、脱
塩素剤として炭酸系のカリウム物質、例えば、炭酸カリ
ウム、炭酸水素カリウムから選択した単体、２種類以上
の単体混合物の粉末又は溶液又は懸濁液を排出路中に噴
霧等により添加する。

【００１６】これによって塩素系ガスの脱塩素処理が行
われて無害化されたガスと反応生成物（塩化カリウム）
が得られる。

【００１７】なお、脱塩素剤を供給して無害化した排ガ
ス中には塩素系ガス成分は残存しないので、サイクロン
から排出するための後処理（二次燃焼などの加熱処理等
の処理）をすることは必要に応じてできる。勿論そのま
ま排出してもよい。

【００１８】本発明に使用される脱塩素剤としては、 （１）炭酸系のカリウム物質の単体、２種類以上の単体
の混合物から選択したもの。 （２）炭酸カリウム、炭酸水素カリウムから選択した単
体、２種類以上の単体の混合物から選択したもの。から
適宜選択して使用する。

【００１９】また、脱塩素剤の形状は、粉体状（粉末、
顆粒又はこれらの混合）、溶液（水溶液、その他の溶
液）、懸濁液もしくは多孔質形状のいずれでもよい。使
用に際しては、これらのいずれか、又はこれらを組み合
わせて使用する。

【００２０】また、脱塩素剤の使用量は、ボイラから発
生する塩素系ガス量と当量以上添加する。若しくは許容
される塩素系ガスの排出基準以下となるように添加量を
選定する。

【００２１】以上の条件によりボイラから発生する塩素
系ガスと脱塩素剤とを反応させると、例えば、炭酸水素
カリウム（ＫＨＣＯ₃）を添加した場合には、塩化水素
（ＨＣｌ）と反応して、次のようになる。

【００２２】（ＫＨＣＯ₃）＋（ＨＣｌ）→（ＫＣｌ）
＋（Ｈ₂Ｏ）＋（ＣＯ₂） このように塩化水素は炭酸水素カリウムと反応して、残
渣の一部となる塩化カリウム（ＫＣｌ）と、水分（Ｈ₂
Ｏ）と炭酸ガス（ＣＯ₂）になり、塩素系ガスを除去す
ることができて、排ガスの無害化が実現できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面中の図１により本発明
の実施の形態を説明する。尚、図３に示した従来の流動
層ボイラの構成部分と同一の構成部分には同一の符号を
付して表示してある。

【００２４】図１中の１はボイラ、２は燃料、３は空気
供給口、４は排気管、９は熱交換器、１０は排出路、５
はサイクロン、７は灰貯留槽、１１は脱塩素剤が充填さ
れたタンクである。

【００２５】このボイラ１内に燃料２として塩素含有物
質、例えば廃棄物によるポリ塩化ビニル系のプラスチッ
クを破砕したものとか、カーシュレッダーから取り出さ
れた燃料を投入して空気供給口３から所定の空気を供給
することによって燃焼を行う。そしてボイラ１の頂部か
ら排出された高温の燃焼ガスを排気管４から熱交換器９
に導き、熱水を得る等の所望の熱交換作業が行われる。

【００２６】上記の熱交換器９から排出される燃焼ガス
中には有害な塩素系ガスが含まれている。この熱交換さ
れた低酸素雰囲気の燃焼ガスは、燃え殻とともに排出路
１０を通過してサイクロン５内に送り込まれようとす
る。

【００２７】本実施例では、タンク１１内に充填されて
いる脱塩素剤としての炭酸系のカリウム物質、図示例の
場合には炭酸水素カリウムの粉末又は溶液又は懸濁液
を、排出路１０の中途部において管体１２を利用して燃
焼ガス中に噴霧する。

【００２８】この炭酸水素カリウムの脱塩素作用によっ
て塩素系ガスを含む燃焼ガスの脱塩素処理が行われる。

【００２９】燃焼ガスはサイクロン５内でガス成分と灰
分とに分離され、ガス成分はサイクロン５の上部から無
害な排ガス２０として放出されるとともにサイクロン５
で分離された灰分は灰貯留槽７に投下して蓄積される。
これらの灰分は、灰貯留槽７の下部排出口８から無害な
残渣として定期的に排出する。

【００３０】図１の実施例では、排出路１０の中途部で
タンク１１内に充填されている脱塩素剤としての炭酸系
のカリウム物質の粉末又は溶液又は懸濁液を低酸素雰囲
気の燃焼ガス中に添加したが、脱塩素剤の添加位置は排
出路１０に限定されるものではなく、ボイラ１の出口か
らサイクロン５に至る低酸素雰囲気中のいずれの箇所で
燃焼ガス中に添加してもよい。

【００３１】図２は上記の実施の形態の変形例を示す要
部断面図であり、この例では図１における燃焼ガスの排
出路１０内に、脱塩素剤を収納可能なスポット１０ａを
設けて、このスポット１０ａ内に多孔質形状に構成した
脱塩素剤１３を収納する。尚、このスポット１０ａに開
閉機構を設けて、脱塩素剤１３を定期的に交換するよう
に構成することがよい。

【００３２】この変形例によれば、排出路１０を通過す
る燃焼ガスが脱塩素剤１３の多孔質部分を通過する際
に、上記例と同様に脱塩素作用によって塩素系ガスを含
む燃焼ガスの脱塩素処理が行われる。

【００３３】上記したように、脱塩素剤としての炭酸水
素カリウムの形状は、粉末，溶液，懸濁液として燃焼ガ
スの排出路１０中に噴霧するか、もしくは脱塩素剤を多
孔質形状に構成して、排出路１０内に脱塩素剤を収納し
て使用することができる。

【００３４】また、図１に示した燃焼ガス中への脱塩素
剤の噴霧処理と、図２に示した排出路１０内に多孔質形
状の脱塩素剤１３を収納する方法とを組み合わせて用い
ることもできる。

【００３５】本発明によれば、塩素系ガスを発生する塩
素成分を含有する燃料２を燃焼させ、有害な塩素系ガス
を含む燃焼ガスが発生した場合、その燃焼ガス中に炭酸
系のカリウム物質を脱塩素剤として添加することによ
り、所定温度で燃焼ガス中に含まれている塩素成分が分
解し、この分解により有害な塩素系ガスと脱塩素剤とが
反応して無害な塩化物が生成される。このことにより、
サイクロン５から発生する排ガス２０から有害な塩素系
ガスが除去される。

【００３６】燃焼ガス中の有害な塩素系ガスが脱塩素剤
と反応して無害な塩化物に置換生成される理由は次の実
験調査によって明らかになった。

【００３７】実験は塩素成分を多量に含有するポリ塩化
ビニリデンを被処理物として脱塩素実験を行った。

【００３８】表１に示したように、被処理物としてのポ
リ塩化ビニリデン４ｇに脱塩素剤として粉砕した炭酸水
素カリウム１０ｇを添加した試料を実施例１とし、標準
ゴミに脱塩素剤として粉砕した炭酸水素カリウム１０ｇ
を添加した試料を実施例２とした。比較例１はポリ塩化
ビニリデン４ｇに脱塩素剤を添加しない試料、比較例２
は同じ被処理物４ｇに従来の脱塩素剤である消石灰２０
ｇを添加した試料、比較例３は同じ被処理物４ｇに脱塩
素剤として炭酸カルシウム２０ｇを添加した試料とし
た。脱塩素剤として平均粒径が１００μｍの粉体を用い
た。

【００３９】なお、標準ゴミは、次のような標準的都市
ゴミを模擬して作り、これを用いた。

【００４０】・標準ゴミ ２０重量％ ・プラスチック
（ＰＥ，ＰＰ，ＰＳ，ＰＶＤＣ） ５０重量％ ・紙（ティッシュ、新聞、包装紙、箱、飲
料パック） ２０重量％ ・布（ウエスなど） １０重量％ ・厨芥

【００４１】

【表１】

【００４２】上記の実施例１，２及び比較例１〜３の各
試料を排気管付きのタンク内に入れ、外気を遮断してか
ら加熱炉によりタンクを加熱し、各試料を表１に示す２
５０℃，３００℃，３５０℃，４００℃，４５０℃，５
００℃，５５０℃，６００℃，６００℃〜１０００℃の
９段階に分け、各温度にて５分間保持し、昇温時とキー
プ時に排気管を開けて塩化水素ガス濃度を測定した。ガ
ス濃度の測定は、ＪＩＳ−Ｋ０８０４に規定されている
検知管によって測定した。

【００４３】表１中に測定結果を示す。塩化水素ガス濃
度は実験１０回における測定値で実施例１，２では最高
値、比較例１〜３は最低値を示す。

【００４４】なお、“ＮＤ”は“検出されず”を表し、
１０回の実験でいずれも検出されなかったことを示す。

【００４５】実験の結果、表１の比較例１に示すよう
に、脱塩素剤を添加しない試料は熱処理により塩化水素
が多量に生成されていることがわかる。

【００４６】次に、従来より脱塩素剤として知られてい
る消石灰及び炭酸カルシウムを添加して実験した結果、
比較例２，３に示したように、塩化水素の生成が相当抑
制されてはいるものの、まだ十分なものではないことが
わかった。

【００４７】そこで、種々検討し熟考の結果、炭酸系の
カリウム物質に着目し、炭酸水素カリウムを選定して実
験を行った。その結果は表１の実施例１，２に示すよう
に非常に良好な結果が得られた。

【００４８】その結果、何れの温度領域においても、塩
化水素の生成は抑制されていることが判り、炭酸系のカ
リウム物質が脱塩素剤として有効な物質であることが判
った。

【００４９】このことによって、ボイラから発生する塩
素系ガスを脱塩素処理する場合、塩素系ガスと反応する
炭酸系のカリウム物質を脱塩素剤として加えて処理すれ
ば、無害化処理ができることを見いだした。

【００５０】表１に示した結果から以下のように考察さ
れる。先ず比較例１のように塩素成分を多量に含有する
ポリ塩化ビニリデンを試料として脱塩素剤を添加しない
で熱処理を行うと、各温度に渡って塩化水素ガスが多量
に発生している。そこで従来の脱塩素剤である消石灰及
び炭酸カルシウムを添加して熱処理した比較例２，３
は、比較例１と較べて塩化水素ガスの発生がかなり抑制
されているものの、まだ十分であるとはいえない。

【００５１】これに対して試料としてのポリ塩化ビニリ
デン４ｇに脱塩素剤として炭酸水素カリウム１０ｇを添
加した実施例１と、標準ゴミ４０ｇに脱塩素剤として炭
酸水素カリウム１０ｇを添加した実施例２の場合には、
実施例２における温度が３５０℃及び４００℃の昇温時
と、５分キープ時に僅かな塩化水素ガスの発生が見られ
たが、全温度範囲に渡って塩化水素ガスが検出されず、
きわめて良好な結果が得られた。

【００５２】炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ₃）の場合に
は、塩化水素（ＨＣｌ）が分解析出する温度（２５０℃
以上）以下の温度で分解してＣＯ₃が分離し、次のよう
に残りのＫＨと発生するＨＣｌとの反応がスムーズに行
える雰囲気状態となっている。

【００５３】 ＫＨ＋ＣＯ₃＋ＨＣｌ → ＫＣｌ＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ 従って、分解したＨＣｌとＫＨとが迅速に反応して無害
な塩化物（ＫＣｌ）を新たに生成する。

【００５４】一方、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）、消
石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）の場合には、同様に無害な塩化
物（ＣａＣｌ）を生成するもののカリウム系に比較して
反応がスムーズでないものと思われる。

【００５５】以上の実験調査によって、塩素成分を含有
する物質を熱的処理する場合、塩素成分と反応する炭酸
系のカリウム物質を脱塩素剤として加えて処理すれば、
無害処理ができることを確認できた。

【００５６】なお、６００℃以上１０００℃以下の温度
においても実験を行い同様の効果が得られた。

【００５７】炭酸系のカリウム物質が塩素系ガスと反応
すると、排ガスおよび残渣の無害化が実現できる理由
は、次のように有害な塩素系ガスを無害な塩化物に置換
生成されることによる。

【００５８】ここで炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ₃）を
脱塩素剤として用いて被処理物中に添加した場合の反応
は、前記したように炭酸水素カリウムが塩化水素（ＨＣ
ｌ）との間で以下の反応式が進行する。

【００５９】（ＫＨＣＯ₃）＋（ＨＣｌ）→（ＫＣｌ）
＋（Ｈ₂Ｏ）＋（ＣＯ₂） このように炭酸水素カリウムは塩化水素と反応して無害
な塩化カリウムと水と炭酸ガスを生成する。

【００６０】炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）を用いた場合の
反応式は、 （Ｋ₂ＣＯ₃）＋（２ＨＣｌ）→（２ＫＣｌ）＋（Ｈ
₂Ｏ）＋（ＣＯ₂） として炭酸カリウムは塩化水素と反応して無害な塩化カ
リウムと水と炭酸ガスになる。

【００６１】得られた残渣を分析したところ、有害な塩
素系ガスは検出されず、無害な塩化物である塩化カリウ
ム（ＫＣｌ）が検出された。更に該残渣を１０分間撹拌
しながら水洗浄することにより塩化カリウムはともに水
中に溶解し、炭化物が残存したが、この炭化物中にも塩
素系ガス成分は検出されなかった。

【００６２】従って脱塩素剤中に塩素系ガスと反応して
無害な塩化物を生成する炭酸系のカリウム物質が存在す
れば塩化カリウムとして残渣の一部となり、ダイオキシ
ン類の発生原因ともなる塩素系ガスを生成することはな
く、排ガスおよび残渣の無害化が実現できる。

【００６３】このことから、脱塩素剤としては、上記と
同様の反応を示す次の物質が使用できる。

【００６４】（１）炭酸系のカリウム物質の単体、２種
類以上の単体の混合物から選択したもの。

【００６５】（２）炭酸カリウム、炭酸水素カリウムか
ら選択した単体、２種類以上の単体の混合物から選択し
たもの。

【００６６】一方、反応により塩化カリウム（ＫＣｌ）
が生成されるが、生成したＫＣｌは無害な塩化物であ
り、水などの溶液による洗浄処理により効果的に除去で
き、洗浄後には、再利用可能な炭化物質が残る。

【００６７】なお、洗浄後の処理液には、有害な物質は
ほとんど含まれていないので、そのまま河川又は海洋に
放流することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる流動
層ボイラは、塩素成分を含む燃料を燃焼させることによ
って得られる高温の燃焼ガス中に、塩素系ガスと反応す
る炭酸系のカリウム物質からなる脱塩素剤を加えて反応
させることにより、塩素系ガスと脱塩素剤の反応により
有害な塩素系ガスを無害なガスと塩化物に置換生成して
無害化するようにしたので、次の効果を奏する。

【００６９】（１）流動層ボイラのサイクロンから有害
な塩素系ガスを含まない無害な排ガスが発生させること
ができて、大気中にそのまま放出しても大気汚染防止法
にも適合する。更に塩素系ガスが除去されているので、
ダイオキシン類の生成が防止されて環境上の安全性が向
上する。

【００７０】（２）従来の流動層ボイラに使用されてい
る消石灰による脱塩素剤を使用した場合に較べて効率が
良く、しかも少量の脱塩素剤の使用で脱塩素化による無
害化が達成される。

【００７１】（３）金属材料に対する腐食性が強い塩素
系ガスが発生しないので、ボイラ以降のサイクロンとか
熱交換器、除塵装置及び排ガス処理装置などの内面に耐
腐食性材料のライニングを施したり、当初から耐腐食性
金属を用いる必要がなくなり、流動層ボイラ製作時のコ
ストが低廉化されるとともに耐久性が向上する。

【００７２】（４）脱塩素剤添加による生成物には有害
な塩化物は存在せず、無害な塩化物（ＮａＣｌ）が存在
するが、この無害な塩化物は容易に水等の溶液にて洗浄
除去してそのまま河川、海洋に放出できる。もちろん、
他の有害物質を除去するための手段をとることは任意で
ある。

【００７３】（５）脱塩処理したガスは無害であるから
そのままガスエンジンの燃料、温水器の熱源、熱ガスと
して暖房などの各種の用途に再利用ができる。

【００７４】（６）サイクロンからの排ガス中には有害
な塩素系ガスが存在しないので、必要に応じて排ガスの
後処理手段として二次燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理を流動層ボイラに適用した例を示
す概念図。

【図２】図１の実施の変形例を示す要部断面図。

【図３】従来の流動層ボイラの一例を示す概念図。

【符号の説明】

１…ボイラ ２…燃料 ３…空気供給口 ４…排気管 ５…サイクロン ７…灰貯留槽 ９…熱交換器 １０…排出路 １１…（炭酸系のカリウム物質の）タンク １３…脱塩素剤

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素成分を含む燃料をボイラで燃焼させ
   ることによって得られる高温の燃焼ガスをサイクロンに
   通して排ガスと残渣に分離するようにした流動層ボイラ
   において、 ボイラとサイクロンとの間の低酸素雰囲気中に、炭酸系
   のカリウム物質からなる脱塩素剤を添加し、燃焼ガス中
   の有害な塩素系ガスと反応させて無害なガスと塩化物に
   置換生成させることを特徴とする流動層ボイラ。
2. 【請求項２】 脱塩素剤として、炭酸系のカリウム物質
   の単体、２種類以上の単体の混合物から選択した請求項
   １に記載の流動層ボイラ。
3. 【請求項３】 脱塩素剤として、炭酸カリウム、炭酸水
   素カリウムから選択した単体、２種類以上の単体混合物
   から選択した請求項１に記載の流動層ボイラ。
4. 【請求項４】 脱塩素剤を、粉体状、溶液、懸濁液又は
   多孔質形状の何れかの状態、もしくはこれらを組み合わ
   せて有害な塩素系ガスと接触させるようにした請求項１
   乃至請求項３の何れか１項に記載の流動層ボイラ。
5. 【請求項５】 添加する脱塩素剤は、被処理物から発生
   する塩素成分と同じ当量以上とした請求項１乃至請求項
   ４の何れか１項に記載の流動層ボイラ。
6. 【請求項６】 前記脱塩素剤を、許容される排出基準に
   適合する塩素系ガスの排出量以下となるように添加する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に
   記載の流動層ボイラ。