排ガス処理装置および排ガス処理方法
【課題】 電子ビーム照射において性能低下をきたすことなく、排ガスに含まれるダイオキシン類、ＮＯｘ、ＳＯｘを同時に除去することができ、その結果、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明の排ガス処理装置は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する第１ろ過式集塵機（３）と、第１ろ過式集塵機（３）で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射装置（４）と、電子ビーム照射装置（４）によって生じた分解物を捕捉する第２ろ過式集塵機（５）とを備えた。
【解決手段】 本発明の排ガス処理装置は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する第１ろ過式集塵機（３）と、第１ろ過式集塵機（３）で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射装置（４）と、電子ビーム照射装置（４）によって生じた分解物を捕捉する第２ろ過式集塵機（５）とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉、溶融炉等から発生する排ガスを処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関し、さらに詳細には、電子ビームを用いて排ガスを分解処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我国の一般廃棄物は、その大部分が焼却によって処理されており、焼却に伴い排出される大気汚染物質の抑制・処理は非常に重要な課題になっている。最近では、焼却技術の向上に伴い、焼却における有害物質の発生を以前と比べて大幅に抑制できるようになった。しかし、その発生をゼロにすることは依然として困難である。したがって、環境への負荷をより低減するために、各種の排煙処理装置を組み合わせ、環境条件に合った最適な排煙処理システムを構築することが求められている。
【０００３】
このような排煙処理システムの一つとして、２段のろ過式集塵機とその下流の触媒脱硝装置とを備えたものが知られている。図３および図４は、そのシステムのプロセスを示すフローシートである。本システムは、最近導入が進んでいるガス化溶融炉や灰溶融炉付きのプラントにおいて主に採用されるシステムであり、今後の主流となるシステムであると考えられる。
【０００４】
本システムは、排ガスの流れ方向の上流側に配置される第１ろ過式集塵機（１０２）と、第１ろ過式集塵機（１０２）よりも下流側に配置される第２ろ過式集塵機（１０３）とを有しており、この第１ろ過式集塵機（１０２）の上流側には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（１０１）が設けられる。第１ろ過式集塵機（１０２）では、主として、除塵や固体状のダイオキシン類の除去を行い、この第１ろ過式集塵機（１０２）にて補集された煤塵およびダイオキシン類は、灰溶融炉や薬剤により処理される。
【０００５】
第１ろ過式集塵機（１０２）の上流には、ダイオキシン類を吸着除去するための活性炭が吹き込まれる。ダイオキシン類は、低温であるほど、蒸気圧は低くなり、固体微粒子状またはミスト状として排ガス中に存在するため、ダイオキシン類を除去する効率を高くするためには、第１ろ過式集塵機（１０２）は低温であるほど好ましい。しかしながら、低温運転においては、燃焼排ガスに多く含まれる腐食性ガス（ＨＣｌ、ＳＯｘ）による露点腐食を考慮する必要があること、下流で脱硝反応を行うため、排ガスの再加熱が必要であること、および、第１ろ過式集塵機（１０２）を通過する排ガスを減温するために設置される減温塔（１０１）での減温水量の低減を図る必要があることを考慮して、一般的には、第１ろ過式集塵機（１０２）は、１５０〜１７０℃程度で稼働される。
【０００６】
第２ろ過式集塵機（１０３）は、有害ガスを除去することを目的とし、ＨＣｌ、ＳＯｘを高度に除去する。さらに、第１ろ過式集塵機（１０２）で除去されなかったガス状のダイオキシン類も除去する。第２ろ過式集塵機（１０３）の下流側には、触媒脱硝装置（１０５）が設置され、この触媒脱硝装置（１０５）にて、ＮＯｘや極低濃度のガス状ダイオキシン類を分解除去する。また、第２ろ過式集塵機（１０３）と触媒脱硝装置（１０５）との間には、排ガス中のＮＯｘを触媒反応により分解させるために１７０〜２２０℃程度の高温に排ガスを再加熱するためのガス再加熱装置（蒸気式ガス再加熱器、熱風装置等）（１０４）が設けられ、このガス再加熱装置（１０４）から触媒脱硝装置（１０５）に至るまでの間には、排ガス中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置（図示省略）が設けられる。また、触媒脱硝装置（１０５）と排出口となる煙突（１０７）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（１０６）が設けられている。この誘引送風機（１０６）は、第２ろ過式集塵機（１０３）とガス再加熱装置（１０４）との間に配置される場合もある。
【０００７】
また、他の排煙処理システムとしては、１段のろ過式集塵機と、湿式洗煙装置と、触媒脱硝装置とを備えたものが知られている。図５および図６は、そのようなシステムのプロセスを示すフローシートである。本システムは、大都市の一般廃棄物焼却施設で主に適用されるものであり、ＨＣｌ、ＳＯｘの規制値が厳しく、工場排水が下水道放流可能な施設において採用されることが多い。
【０００８】
本システムは、排ガスの流れ方向の上流側に配置されるろ過式集塵機（２０２）を有しており、このろ過式集塵機（２０２）の上流側には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（２０１）が設けられる。ろ過式集塵機（２０２）では、主として、煤塵の除去を行い、このろ過式集塵機（２０２）にて捕集された煤塵は、溶融炉や薬剤により処理される。ろ過式集塵機（２０２）の下流側には、湿式洗煙装置（２０４）が配置され、この湿式洗煙装置（２０４）において、排ガス中のＨＣｌ、ＳＯｘを高効率に除去する。また、ろ過式集塵装置（２０２）と湿式洗煙装置（２０４）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（２０３）が設けられている。また、湿式洗煙装置（２０４）の下流側には、触媒脱硝装置（２０６）が配置され、この触媒脱硝装置（２０６）では、ＮＯｘやガス状のダイオキシン類が分解除去される。また、湿式洗煙装置（２０４）と触媒脱硝装置（２０６）との間には、排ガス中のＮＯｘを触媒反応により分解させるために１７０〜２２０℃程度の高温に排ガスを再加熱するためのガス再加熱装置（蒸気式ガス再加熱器、熱風装置等）（２０５）が設けられ、このガス再加熱装置（２０５）から触媒脱硝装置（２０６）に至るまでの間の経路に排ガス中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置（図示せず）が設けられる。触媒脱硝装置（２０６）にて脱硝された排ガスは、煙突（２０７）を介して外部に排出される。
【０００９】
さらに別の排ガス処理技術として、電子ビームを照射することにより有害物質を分解除去する技術の開発が進められてきた（特許文献１〜１１、非特許文献１参照）。
【００１０】
このような電子ビームを用いた排ガス処理方法としては、燃焼性ガスの脱硫・脱硝が知られている。この方法では、電子ビームの照射により、排ガス中のＮＯｘおよびＳＯｘを同時に硝酸および硫酸に酸化する。発生した硝酸および硫酸は、アンモニアを添加することにより、このアンモニアと反応させて硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムとし、粉末肥料としてそれらを回収することができる。この方法では、触媒による脱硝と消石灰による脱硫のプロセスを用いる従来技術と異なり、排水処理が不要であり、システムを簡単にできるため、経済的に有利であることが期待された。
【００１１】
この電子ビームを用いた脱硫・脱硝は、処理規模１２，０００ｍ３Ｎ／ｈのパイロット試験が実施され、ＳＯｘおよびＮＯｘをそれぞれ２５０〜２，０００ｐｐｍｖおよび１５０〜２４０ｐｐｍｖ程度を含む排ガスに対して、電子ビームの線量および照射温度を制御することにより、脱硫率９４％および脱硝率８０％以上をそれぞれ達成している（特許文献２、３、４，８、９参照）。また、本方法は、建設・処理コストの評価により経済性にも優れていることが示された。これらの知見をもとに、中国、ポーランド、ブルガリアのように、主に火力発電に依存している外国の実規模施設において、本技術が活用されている。
【００１２】
また、近年、塗装や洗浄などの工程で発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）も環境汚染物質としてその処理方法について対策が求められている。ＶＯＣの中には、発ガン性を持つ物質やオゾン層の破壊につながる物質も存在する。排ガス中に含まれる低濃度のＶＯＣを処理する従来方法には、直接燃焼法や活性炭吸着法があるが、直接燃焼法は、エネルギー消費量が大きく、また、ＶＯＣの燃焼に伴うダイオキシン類発生の可能性もあるとの報告がある。このような環境汚染物質を処理する方法が求められる状況下、空気に含まれる芳香族、脂肪族化合物やトリクロロエチレンをはじめとする塩素を含有するエチレン化合物などに対して、電子ビーム照射による分解除去技術の開発が進められている（特許文献１２、１３参照）。
【００１３】
このような電子ビーム照射による分解は、代表的なＶＯＣであるベンゼン、ホルムアルデヒド、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどをｐｐｍオーダーで含む空気に対して、４〜１３ｋＧｙの吸収線量の電子ビームを照射することにより、６０〜１００％のＶＯＣを分解できることが明らかになっている。
【００１４】
このような電子ビームによるダイオキシン類の分解性能に関して、一般廃棄物焼却施設の電気集塵器後流の煙道から排ガスの一部を試験装置に導き、電子ビームを照射した後、煙道に戻すという経路を作り、電子ビーム照射装置を出た後のダイオキシン類の濃度を測定することにより実験を行った。
【００１５】
使用した加速器は、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格であり、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理できる性能を有する。電子ビームの透過能力は照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍとした。
【００１６】
上記実験の結果を図７に示す。図７に示す通り、ダイオキシン類の初期濃度が０．５〜１．８ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３Ｎの低濃度の排煙に対しても、分解率は、８ｋＧｙの線量では８０％、１５ｋＧｙ以上の線量では９０％以上であることが分かった。また、分解生成物の環境ホルモン様活性も測定したところ、電子ビームの照射前と比較して、低減されている。
【特許文献１】特許第３２２８６４７号
【特許文献２】特許第３３６１２００号
【特許文献３】特許第３４８８５２４号
【特許文献４】特公平７−１２４１３号公報
【特許文献５】特開２０００−２０２４１９号公報
【特許文献６】特開平１１−１２３３１５号公報
【特許文献７】特開平１１−２３９７１６号公報
【特許文献８】特開平８−１６４３２３号公報
【特許文献９】特開平８−１６４３２４号公報
【特許文献１０】特開平８−１１７５４７号公報
【特許文献１１】特開平８−１６４３２３号公報
【特許文献１２】特許第３２１９７７５号
【特許文献１３】特開平１１−２３９７１６号公報
【非特許文献１】「総合報告 電子ビームを用いた排煙排水処理技術とその実例」小嶋拓治，応用物理、第７２巻、第４号、４０５−４１４（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来から開発が進められてきた排ガス処理装置においては、上記したように排ガス中に含まれる各成分をそれぞれ別々の処理装置によって除去している。
【００１８】
すなわち、図３〜図６に示される排ガス処理装置では、第１ろ過式集塵機（１０２）またはろ過式集塵機（２０２）にて、煤塵および固体状のダイオキシンを除き、第２ろ過式集塵機（１０３）または湿式洗煙塔（２０４）にて、気体状のＨＣｌ、ＳＯｘ、ダイオキシン類を除き、触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）にて、ＮＯｘを除いている。このように、図３〜６に示す排ガス処理装置では、排ガス中の各有毒成分を除去するために、多数の除去装置を経る必要があり、経路が長く、各装置を駆動および維持するための経費もより高くなるという問題がある。
【００１９】
特に、脱硝のために触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）、アンモニア供給装置（図示せず）、再加熱装置（１０４）または（２０５）を設けることが必要であり、これら装置のための設置場所、駆動および維持負担が大きい。また、第１ろ過式集塵機（１０２）またはろ過式集塵機（２０２）の上流に設けられた減温塔（１０１）または（２０１）により、２２０℃以上の高温の燃焼後の排ガスを一旦、１６０〜１７０℃まで減温し、下流側の触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）前で、再加熱装置（１０４）または（２０５）により２２０℃程度の高温に再加熱しており、無駄なエネルギー損失を強いられている。したがって、脱硝に要する脱硝装置、アンモニア供給装置、再加熱装置を省略することができれば、省エネルギー等の観点から望ましい。
【００２０】
また、上記装置では、ダイオキシン類を除去するために、第１ろ過式集塵機（１０２）上流で、活性炭を吹き込む必要があるが、１６０〜１７０℃程度の温度では、ダイオキシン除去が不十分であり、排ガス中のダイオキシン類の濃度が高くなるおそれがあり、また、排ガス中の飛灰が発熱する等の問題がある。
【００２１】
また、上記の電子ビームを用いた排ガス処理方法においては、排ガス中の煤塵などにより電子ビームの有毒物質の除去能力の低下が不可避であった。このような問題を解消するために、特許文献１２では、煤塵、二酸化硫黄、一酸化窒素の除去を行った後に、電子ビームを照射して塩化芳香族化合物を分解する方法が提案されている。しかし、この方法では、煤塵、二酸化硫黄、一酸化窒素を除去するために、それぞれ、別々の装置を備える必要があるので、多数の除去装置を経る必要があり、経路が長く、各装置を駆動および維持するための経費もより高くなるという、図３〜６に示した排ガス処理装置と同様の問題を有することになる。
【００２２】
また、電子ビームを用いた排ガス処理方法については、上記のように、ＮＯｘおよびＳＯｘを除去する方法、ＶＯＣを分解除去する方法が、別々になされているのみであり、ＮＯｘ、ＳＯｘ、およびダイオキシン類を一挙に同一装置にて分解除去する方法は、未だ、実現されていない。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電子ビーム照射において性能低下をきたすことなく、排ガスに含まれるダイオキシン類、ＮＯｘ、ＳＯｘを同時に除去することができ、その結果、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、従来から問題となっていた排ガス中の煤塵の問題を解消するために、煤塵を除去するためのろ過式集塵機の下流側に電子ビーム照射装置を配置し、また、電子ビームによるダイオキシン類の分解実験の成果を応用して、本発明を完成した。
【００２５】
すなわち、本発明の排ガス処理装置は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵手段と、該集塵手段で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段によって生じた分解物を捕捉する捕捉手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
上記本発明の排ガス処理装置において、前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された第２集塵手段であり、前記集塵手段から該第２集塵手段に至るまでのガス流路途中に消石灰を供給する消石灰供給手段をさらに備え、該第２集塵手段は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵することが好ましい。
【００２７】
あるいは、上記本発明の排ガス処理装置において、前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された湿式洗煙塔であり、前記集塵手段から該湿式洗煙塔に至るまでのガス流路途中にアンモニアを供給するアンモニア供給手段をさらに備え、該湿式洗煙塔は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去することが好ましい。
【００２８】
また、本発明の排ガス処理方法は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵工程と、集塵工程で除塵された排ガスに電子ビームを照射して、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解する電子ビーム照射工程と、該電子ビーム照射工程にて生じた分解物を捕捉する捕捉工程とを包含することを特徴とするものである。
【００２９】
上記本発明の排ガス処理方法において、前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間に消石灰を供給する消石灰供給工程をさらに含み、前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する工程であることが好ましい。
【００３０】
あるいは、上記本発明の排ガス処理方法において、前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間にアンモニアを供給するアンモニア供給工程をさらに含み、前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する工程であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、電子ビーム照射装置によって、ＮＯｘ、ＳＯｘ、およびダイオキシン類を一挙に同一装置にて分解除去するように構成したので、従来の排ガス処理装置と比較して、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる。特に、従来法で必要であった脱硝装置、アンモニア供給装置、再加熱装置を設ける必要がなくなり、これらの装置のための設置場所、駆動および維持負担を軽減することができる。とりわけ、再加熱装置により、ろ過式集塵機上流で一旦減温した排ガスを２２０℃程度まで再加熱するという、エネルギー損失をなくすことができ、省エネルギーの観点からの利点を有する。
【００３２】
また、従来ダイオキシン類除去を目的に、第１ろ過式集塵機上流に活性炭を吹き込んでいるため、捕集した飛灰が発熱する等の問題があったが、本発明では、活性炭を吹き込む必要がないため、そのような問題は生じない。
【００３３】
また、本発明では、ろ過式集塵機により煤塵を除去した下流側に電子ビーム照射装置を設けているので、排ガス中の煤塵などによる電子ビームの有毒物質の除去能力が低下することがなく、良好に有毒物質を分解除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の排ガス処理装置および排ガス処理方法について詳細に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【００３６】
本実施の形態１では、第１および第２の２段のろ過式集塵機（３）および（５）と、この２段のろ過式集塵機（３）および（５）の間に配置された電子線ビーム照射装置（４）とを有している。
【００３７】
一般廃棄物を燃焼する燃焼炉またはボイラ（１）から、第１ろ過式集塵機（３）に至るまでの間には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（２）が設けられている。また、第２ろ過式集塵機（５）と、排出口となる煙突（７）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（６）が設けられている。
【００３８】
減温塔（２）は、燃焼後の２２０℃程度の高温の排ガスを、１６０〜１７０℃程度まで減温することができるものが用いられ、減温のために、例えば、噴射水を噴射するための２流体噴射ノズルを備えたものが用いられる。
【００３９】
第１ろ過式集塵機（３）は、燃焼後の排ガス中に含まれる煤塵を除去するための除塵用ろ過式集塵機である。第１ろ過式集塵機（３）は、煤塵を除去することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製で、酸露点による低温腐食を防止するための保湿資材が外面に施行された本体部と、ガラス繊維二重織布のろ布とを有し、さらに、ダスト搬出装置や温風循環装置などの付属装置が付設されたものが用いられる。この第１ろ過式集塵機（３）の入口煙道には、ろ布の保護等のため、図示しない特殊助剤貯留槽から珪藻土等を含有する特殊助剤が吹き込まれる。
【００４０】
燃焼炉（１）で発生する排ガス中の煤塵の一部は、減温塔（２）で捕集され、残りの煤塵は、第１ろ過式集塵機（３）で特殊助剤とともにろ布により捕集・除去される。
【００４１】
電子ビーム照射装置（４）は、電子ビーム照射反応部、高圧電源装置、制御盤、および、操作盤から構成される。電子ビームは、電子ビーム発生部内のターミナルで発生し加速器の高電圧により加速した電子を、電子ビーム発生部端部に設けたウィンドウ部からビーム状に照射するものである。加速器は、例えば、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格のものが用いられ、この仕様では、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理することができる。電子ビームの透過能力は、照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては、０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。
【００４２】
電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、例えば、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍのものが用いられる。
【００４３】
電子ビーム照射装置（４）を通過する排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘは、電子ビーム照射によって、それぞれ、硝酸および硫酸に酸化される。また、排ガスに含まれるダイオキシン類は、電子ビーム照射により分解・無害化される。この分解・無害化は、電子ビームの照射で発生した排ガス中の活性種によりダイオキシン類のエーテル結合の開裂、ベンゼン環の開環、塩素の脱離などによるものであると考えられる。
【００４４】
電子ビーム照射装置（４）の通過により発生した硝酸、硫酸、塩化水素は、消石灰供給手段（図示せず）から供給された消石灰と反応することにより、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムとされる。
【００４５】
この消石灰の添加は、その添加により生じる、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩酸カルシウムが、これらの化合物を捕捉するために設けられる第２ろ過式集塵機（５）にて捕捉されるように、第１ろ過式集塵機（３）の下流側から該第２ろ過式集塵機（５）の入口前に至るまでの途中で添加されればよく、電子ビーム照射装置（４）への入口前に添加されてもよく、また、電子ビーム照射装置（４）の出口後に添加されてもよい。
【００４６】
また、この消石灰の添加とともに、珪藻土等の特殊助剤も添加されてもよい。
【００４７】
第２ろ過式集塵機（５）は、硝酸カルシウム等の反応生成物、消石灰、特殊助剤を捕捉できるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製の本体部と、ガラス繊維二重織布とを有するものが使用される。また、電子ビーム照射装置（４）で未反応のＳＯｘも消石灰と反応して、この第２ろ過式集塵機（５）にて捕集・除去される。
【００４８】
第２ろ過式集塵機（５）を通過した排ガスは、誘引送風機（ＩＤＦ）（６）によって、排ガスの排出口である煙突（７）に向けて誘引され、煙突を介して外部に排出される。
【００４９】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【００５０】
本実施の形態２では、ろ過式集塵機（１３）と、湿式洗煙装置（１６）とを有し、このろ過式集塵機（１３）と湿式洗煙装置（１６）との間に電子ビーム照射装置（１４）を配置する構成となっている。
【００５１】
一般廃棄物を燃焼する燃焼炉またはボイラ（１１）から、ろ過式集塵機（１３）に至るまでの間には、燃焼処理後の高温の排ガスの温度を減温する減温塔（１２）が設けられている。また、電子ビーム照射装置（１４）と湿式洗煙塔（１６）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（１５）が設けられており、湿式洗煙塔（１６）を出た排ガスは、煙突（１７）を通じて外気に排出されるようになっている。
【００５２】
減温塔（１２）は、燃焼後の２２０℃程度の高温の排ガスを、１６０〜１７０℃程度まで減温することができるものが用いられ、減温のために、例えば、噴射水を噴射するための２流体噴射ノズルを備えたものが用いられる。
【００５３】
ろ過式集塵機（１３）は、燃焼後の排ガス中に含まれる煤塵を除去するための除塵用ろ過式集塵機である。ろ過式集塵機（１３）は、煤塵を除去することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製で、酸露点による低温腐食を防止するための保湿資材が外面に施行された本体部と、ガラス繊維二重織布のろ布とを有し、さらに、ダスト搬出装置や温風循環装置などの付属装置が付設されたものが用いられる。このろ過式集塵機（１３）の入口煙道には、ろ布の保護等のため、図示しない特殊助剤貯蔵槽から珪藻土等を含有する特殊助剤が吹き込まれる。
【００５４】
燃焼炉（１１）で発生する排ガス中の煤塵の一部は、減温塔（１２）で捕集され、残りの煤塵は、ろ過式集塵機（１３）で特殊助剤とともにろ布により捕集・除去される。
【００５５】
電子ビーム照射装置（１４）は、電子ビーム照射反応部、高圧電源装置、制御盤、および、操作盤から構成される。電子ビームは、電子ビーム発生部内のターミナルで発生し加速器の高電圧により加速した電子を、電子ビーム発生部端部に設けたウィンドウ部からビーム状に照射するものである。加速器は、例えば、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格のものが用いられ、この仕様では、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理することができる。電子ビームの透過能力は、照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては、０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。
【００５６】
電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、例えば、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍのものが用いられる。
【００５７】
電子ビーム照射装置（１４）を通過する排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘは、電子ビーム照射によって、それぞれ、硝酸および硫酸に酸化される。また、排ガスに含まれるダイオキシン類は、電子ビーム照射により分解・無害化される。この分解・無害化は、電子ビームの照射で発生した排ガス中の活性種によりダイオキシン類のエーテル結合の開裂、ベンゼン環の開環、塩素の脱離などによるものであると考えられる。
【００５８】
電子ビーム照射装置（１４）の通過により発生した硝酸、硫酸、塩化水素は、アンモニア供給手段（図示せず）から供給されたアンモニアと反応することにより、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムとされる。
【００５９】
このアンモニアの添加は、その添加により生じる、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムが、これらの化合物を捕捉するために設けられる湿式洗煙装置（１６）にて捕捉されるように、ろ過式集塵機（１３）の下流側から湿式洗煙装置（１６）の入口前に至るまでのいずれかの部分に添加されればよく、電子ビーム照射装置（１４）への入口前に添加されても、また、電子ビーム照射装置（１４）の出口後に添加されてもよい。
【００６０】
湿式洗煙装置（１６）は、電子ビーム照射により生成した硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとが反応して生成した硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを水スプレーで吸収除去するために設置される。また、この湿式洗煙装置（１６）は、未反応のＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘや重金属類を湿式洗浄によって効率よく除去する。ＨＣｌやＳＯｘなどの酸性ガスの中和剤には苛性ソーダ（ＮａＯＨ）等が使用される。
【００６１】
湿式洗煙装置（１６）は、冷却吸収塔（本体）と、排ガス再加熱装置とを備え、さらに、減湿用冷却器、薬品タンク、減湿水槽等を有していてもよい。排ガス再加熱装置は、ガス再加熱器、循環ファン、および混合器から構成される。
【００６２】
電子ビーム照射装置（１４）を通過した排ガスは、誘引送風機（ＩＤＦ）（１５）によって、湿式洗煙装置（１６）に通され、湿式洗煙装置（１６）を出た排ガスは、煙突（１７）を介して外部に排出される。
【００６３】
次に、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
図１に示すような実施の形態１の排ガス処理装置を用いて排ガスの処理を行い、ばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の各成分の除去効果を測定した。排煙条件を、５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、２５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、５０，０００ｍ３Ｎ／ｈの３条件とし、排ガス処理装置入口と排ガス処理装置出口での排煙濃度を測定した。各濃度算出において、実際の排煙量を入口および出口の各段階での温度で温度換算した排煙量に補正したものを排煙量として用いた。このようにして上記３条件についてそれぞれ排煙効果を測定したところ、各条件について同一の排煙効果が得られた。その結果を、表１に示す。
【表１】
【００６５】
（実施例２）
図２に示すような実施の形態２の排ガス処理装置を用いて排ガスの処理を行い、ばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の各成分の除去効果を測定した。排煙条件を、５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、２５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、５０，０００ｍ３Ｎ／ｈの３条件とし、排ガス処理装置入口と排ガス処理装置出口での排煙濃度を測定した。各濃度算出において、実際の排煙量を入口および出口の各段階での温度で温度換算した排煙量に補正したものを排煙量として用いた。このようにして上記３条件についてそれぞれ排煙効果を測定したところ、各条件について同一の排煙効果が得られた。その結果を、表２に示す。
【表２】
【００６６】
表１および２を参照して明らかなように、本発明によると、排ガスに含まれるばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の低減効果が顕著であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、廃棄物焼却炉、溶融炉等から発生する排ガスを処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関し、さらに詳細には、電子ビームを用いて廃ガスを分解処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関するものであり、電子ビーム照射において性能低下をきたすことなく、排ガスに含まれるダイオキシン類、ＮＯｘ、ＳＯｘを同時に除去することができ、その結果、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【図２】実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【図３】従来の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図４】従来の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図５】従来の他の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図６】従来の他の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図７】非特許文献１より引用したグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１ 燃焼炉
２ 減温塔
３ 第１ろ過式集塵機
４ 電子ビーム照射装置
５ 第２ろ過式集塵機
６ 誘引送風機
７ 煙突
１１ 燃焼炉
１２ 減温塔
１３ ろ過式集塵機
１４ 電子ビーム照射装置
１５ 誘引送風機
１６ 湿式洗煙塔
１７ 煙突
１０１ 減温塔
１０２ 第１ろ過集塵機
１０３ 第２ろ過集塵機
１０４ ガス再加熱装置
１０５ 触媒脱硝装置
１０６ 誘引送風機
１０７ 煙突
２０１ 減温塔
２０２ ろ過式集塵機
２０３ 誘引送風機
２０４ 湿式洗煙装置
２０５ ガス再加熱装置
２０６ 触媒脱硝装置
２０７ 煙突
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉、溶融炉等から発生する排ガスを処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関し、さらに詳細には、電子ビームを用いて排ガスを分解処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我国の一般廃棄物は、その大部分が焼却によって処理されており、焼却に伴い排出される大気汚染物質の抑制・処理は非常に重要な課題になっている。最近では、焼却技術の向上に伴い、焼却における有害物質の発生を以前と比べて大幅に抑制できるようになった。しかし、その発生をゼロにすることは依然として困難である。したがって、環境への負荷をより低減するために、各種の排煙処理装置を組み合わせ、環境条件に合った最適な排煙処理システムを構築することが求められている。
【０００３】
このような排煙処理システムの一つとして、２段のろ過式集塵機とその下流の触媒脱硝装置とを備えたものが知られている。図３および図４は、そのシステムのプロセスを示すフローシートである。本システムは、最近導入が進んでいるガス化溶融炉や灰溶融炉付きのプラントにおいて主に採用されるシステムであり、今後の主流となるシステムであると考えられる。
【０００４】
本システムは、排ガスの流れ方向の上流側に配置される第１ろ過式集塵機（１０２）と、第１ろ過式集塵機（１０２）よりも下流側に配置される第２ろ過式集塵機（１０３）とを有しており、この第１ろ過式集塵機（１０２）の上流側には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（１０１）が設けられる。第１ろ過式集塵機（１０２）では、主として、除塵や固体状のダイオキシン類の除去を行い、この第１ろ過式集塵機（１０２）にて補集された煤塵およびダイオキシン類は、灰溶融炉や薬剤により処理される。
【０００５】
第１ろ過式集塵機（１０２）の上流には、ダイオキシン類を吸着除去するための活性炭が吹き込まれる。ダイオキシン類は、低温であるほど、蒸気圧は低くなり、固体微粒子状またはミスト状として排ガス中に存在するため、ダイオキシン類を除去する効率を高くするためには、第１ろ過式集塵機（１０２）は低温であるほど好ましい。しかしながら、低温運転においては、燃焼排ガスに多く含まれる腐食性ガス（ＨＣｌ、ＳＯｘ）による露点腐食を考慮する必要があること、下流で脱硝反応を行うため、排ガスの再加熱が必要であること、および、第１ろ過式集塵機（１０２）を通過する排ガスを減温するために設置される減温塔（１０１）での減温水量の低減を図る必要があることを考慮して、一般的には、第１ろ過式集塵機（１０２）は、１５０〜１７０℃程度で稼働される。
【０００６】
第２ろ過式集塵機（１０３）は、有害ガスを除去することを目的とし、ＨＣｌ、ＳＯｘを高度に除去する。さらに、第１ろ過式集塵機（１０２）で除去されなかったガス状のダイオキシン類も除去する。第２ろ過式集塵機（１０３）の下流側には、触媒脱硝装置（１０５）が設置され、この触媒脱硝装置（１０５）にて、ＮＯｘや極低濃度のガス状ダイオキシン類を分解除去する。また、第２ろ過式集塵機（１０３）と触媒脱硝装置（１０５）との間には、排ガス中のＮＯｘを触媒反応により分解させるために１７０〜２２０℃程度の高温に排ガスを再加熱するためのガス再加熱装置（蒸気式ガス再加熱器、熱風装置等）（１０４）が設けられ、このガス再加熱装置（１０４）から触媒脱硝装置（１０５）に至るまでの間には、排ガス中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置（図示省略）が設けられる。また、触媒脱硝装置（１０５）と排出口となる煙突（１０７）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（１０６）が設けられている。この誘引送風機（１０６）は、第２ろ過式集塵機（１０３）とガス再加熱装置（１０４）との間に配置される場合もある。
【０００７】
また、他の排煙処理システムとしては、１段のろ過式集塵機と、湿式洗煙装置と、触媒脱硝装置とを備えたものが知られている。図５および図６は、そのようなシステムのプロセスを示すフローシートである。本システムは、大都市の一般廃棄物焼却施設で主に適用されるものであり、ＨＣｌ、ＳＯｘの規制値が厳しく、工場排水が下水道放流可能な施設において採用されることが多い。
【０００８】
本システムは、排ガスの流れ方向の上流側に配置されるろ過式集塵機（２０２）を有しており、このろ過式集塵機（２０２）の上流側には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（２０１）が設けられる。ろ過式集塵機（２０２）では、主として、煤塵の除去を行い、このろ過式集塵機（２０２）にて捕集された煤塵は、溶融炉や薬剤により処理される。ろ過式集塵機（２０２）の下流側には、湿式洗煙装置（２０４）が配置され、この湿式洗煙装置（２０４）において、排ガス中のＨＣｌ、ＳＯｘを高効率に除去する。また、ろ過式集塵装置（２０２）と湿式洗煙装置（２０４）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（２０３）が設けられている。また、湿式洗煙装置（２０４）の下流側には、触媒脱硝装置（２０６）が配置され、この触媒脱硝装置（２０６）では、ＮＯｘやガス状のダイオキシン類が分解除去される。また、湿式洗煙装置（２０４）と触媒脱硝装置（２０６）との間には、排ガス中のＮＯｘを触媒反応により分解させるために１７０〜２２０℃程度の高温に排ガスを再加熱するためのガス再加熱装置（蒸気式ガス再加熱器、熱風装置等）（２０５）が設けられ、このガス再加熱装置（２０５）から触媒脱硝装置（２０６）に至るまでの間の経路に排ガス中にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置（図示せず）が設けられる。触媒脱硝装置（２０６）にて脱硝された排ガスは、煙突（２０７）を介して外部に排出される。
【０００９】
さらに別の排ガス処理技術として、電子ビームを照射することにより有害物質を分解除去する技術の開発が進められてきた（特許文献１〜１１、非特許文献１参照）。
【００１０】
このような電子ビームを用いた排ガス処理方法としては、燃焼性ガスの脱硫・脱硝が知られている。この方法では、電子ビームの照射により、排ガス中のＮＯｘおよびＳＯｘを同時に硝酸および硫酸に酸化する。発生した硝酸および硫酸は、アンモニアを添加することにより、このアンモニアと反応させて硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムとし、粉末肥料としてそれらを回収することができる。この方法では、触媒による脱硝と消石灰による脱硫のプロセスを用いる従来技術と異なり、排水処理が不要であり、システムを簡単にできるため、経済的に有利であることが期待された。
【００１１】
この電子ビームを用いた脱硫・脱硝は、処理規模１２，０００ｍ３Ｎ／ｈのパイロット試験が実施され、ＳＯｘおよびＮＯｘをそれぞれ２５０〜２，０００ｐｐｍｖおよび１５０〜２４０ｐｐｍｖ程度を含む排ガスに対して、電子ビームの線量および照射温度を制御することにより、脱硫率９４％および脱硝率８０％以上をそれぞれ達成している（特許文献２、３、４，８、９参照）。また、本方法は、建設・処理コストの評価により経済性にも優れていることが示された。これらの知見をもとに、中国、ポーランド、ブルガリアのように、主に火力発電に依存している外国の実規模施設において、本技術が活用されている。
【００１２】
また、近年、塗装や洗浄などの工程で発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）も環境汚染物質としてその処理方法について対策が求められている。ＶＯＣの中には、発ガン性を持つ物質やオゾン層の破壊につながる物質も存在する。排ガス中に含まれる低濃度のＶＯＣを処理する従来方法には、直接燃焼法や活性炭吸着法があるが、直接燃焼法は、エネルギー消費量が大きく、また、ＶＯＣの燃焼に伴うダイオキシン類発生の可能性もあるとの報告がある。このような環境汚染物質を処理する方法が求められる状況下、空気に含まれる芳香族、脂肪族化合物やトリクロロエチレンをはじめとする塩素を含有するエチレン化合物などに対して、電子ビーム照射による分解除去技術の開発が進められている（特許文献１２、１３参照）。
【００１３】
このような電子ビーム照射による分解は、代表的なＶＯＣであるベンゼン、ホルムアルデヒド、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどをｐｐｍオーダーで含む空気に対して、４〜１３ｋＧｙの吸収線量の電子ビームを照射することにより、６０〜１００％のＶＯＣを分解できることが明らかになっている。
【００１４】
このような電子ビームによるダイオキシン類の分解性能に関して、一般廃棄物焼却施設の電気集塵器後流の煙道から排ガスの一部を試験装置に導き、電子ビームを照射した後、煙道に戻すという経路を作り、電子ビーム照射装置を出た後のダイオキシン類の濃度を測定することにより実験を行った。
【００１５】
使用した加速器は、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格であり、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理できる性能を有する。電子ビームの透過能力は照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍとした。
【００１６】
上記実験の結果を図７に示す。図７に示す通り、ダイオキシン類の初期濃度が０．５〜１．８ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３Ｎの低濃度の排煙に対しても、分解率は、８ｋＧｙの線量では８０％、１５ｋＧｙ以上の線量では９０％以上であることが分かった。また、分解生成物の環境ホルモン様活性も測定したところ、電子ビームの照射前と比較して、低減されている。
【特許文献１】特許第３２２８６４７号
【特許文献２】特許第３３６１２００号
【特許文献３】特許第３４８８５２４号
【特許文献４】特公平７−１２４１３号公報
【特許文献５】特開２０００−２０２４１９号公報
【特許文献６】特開平１１−１２３３１５号公報
【特許文献７】特開平１１−２３９７１６号公報
【特許文献８】特開平８−１６４３２３号公報
【特許文献９】特開平８−１６４３２４号公報
【特許文献１０】特開平８−１１７５４７号公報
【特許文献１１】特開平８−１６４３２３号公報
【特許文献１２】特許第３２１９７７５号
【特許文献１３】特開平１１−２３９７１６号公報
【非特許文献１】「総合報告 電子ビームを用いた排煙排水処理技術とその実例」小嶋拓治，応用物理、第７２巻、第４号、４０５−４１４（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来から開発が進められてきた排ガス処理装置においては、上記したように排ガス中に含まれる各成分をそれぞれ別々の処理装置によって除去している。
【００１８】
すなわち、図３〜図６に示される排ガス処理装置では、第１ろ過式集塵機（１０２）またはろ過式集塵機（２０２）にて、煤塵および固体状のダイオキシンを除き、第２ろ過式集塵機（１０３）または湿式洗煙塔（２０４）にて、気体状のＨＣｌ、ＳＯｘ、ダイオキシン類を除き、触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）にて、ＮＯｘを除いている。このように、図３〜６に示す排ガス処理装置では、排ガス中の各有毒成分を除去するために、多数の除去装置を経る必要があり、経路が長く、各装置を駆動および維持するための経費もより高くなるという問題がある。
【００１９】
特に、脱硝のために触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）、アンモニア供給装置（図示せず）、再加熱装置（１０４）または（２０５）を設けることが必要であり、これら装置のための設置場所、駆動および維持負担が大きい。また、第１ろ過式集塵機（１０２）またはろ過式集塵機（２０２）の上流に設けられた減温塔（１０１）または（２０１）により、２２０℃以上の高温の燃焼後の排ガスを一旦、１６０〜１７０℃まで減温し、下流側の触媒脱硝装置（１０５）または（２０６）前で、再加熱装置（１０４）または（２０５）により２２０℃程度の高温に再加熱しており、無駄なエネルギー損失を強いられている。したがって、脱硝に要する脱硝装置、アンモニア供給装置、再加熱装置を省略することができれば、省エネルギー等の観点から望ましい。
【００２０】
また、上記装置では、ダイオキシン類を除去するために、第１ろ過式集塵機（１０２）上流で、活性炭を吹き込む必要があるが、１６０〜１７０℃程度の温度では、ダイオキシン除去が不十分であり、排ガス中のダイオキシン類の濃度が高くなるおそれがあり、また、排ガス中の飛灰が発熱する等の問題がある。
【００２１】
また、上記の電子ビームを用いた排ガス処理方法においては、排ガス中の煤塵などにより電子ビームの有毒物質の除去能力の低下が不可避であった。このような問題を解消するために、特許文献１２では、煤塵、二酸化硫黄、一酸化窒素の除去を行った後に、電子ビームを照射して塩化芳香族化合物を分解する方法が提案されている。しかし、この方法では、煤塵、二酸化硫黄、一酸化窒素を除去するために、それぞれ、別々の装置を備える必要があるので、多数の除去装置を経る必要があり、経路が長く、各装置を駆動および維持するための経費もより高くなるという、図３〜６に示した排ガス処理装置と同様の問題を有することになる。
【００２２】
また、電子ビームを用いた排ガス処理方法については、上記のように、ＮＯｘおよびＳＯｘを除去する方法、ＶＯＣを分解除去する方法が、別々になされているのみであり、ＮＯｘ、ＳＯｘ、およびダイオキシン類を一挙に同一装置にて分解除去する方法は、未だ、実現されていない。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電子ビーム照射において性能低下をきたすことなく、排ガスに含まれるダイオキシン類、ＮＯｘ、ＳＯｘを同時に除去することができ、その結果、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、従来から問題となっていた排ガス中の煤塵の問題を解消するために、煤塵を除去するためのろ過式集塵機の下流側に電子ビーム照射装置を配置し、また、電子ビームによるダイオキシン類の分解実験の成果を応用して、本発明を完成した。
【００２５】
すなわち、本発明の排ガス処理装置は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵手段と、該集塵手段で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段によって生じた分解物を捕捉する捕捉手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
上記本発明の排ガス処理装置において、前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された第２集塵手段であり、前記集塵手段から該第２集塵手段に至るまでのガス流路途中に消石灰を供給する消石灰供給手段をさらに備え、該第２集塵手段は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵することが好ましい。
【００２７】
あるいは、上記本発明の排ガス処理装置において、前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された湿式洗煙塔であり、前記集塵手段から該湿式洗煙塔に至るまでのガス流路途中にアンモニアを供給するアンモニア供給手段をさらに備え、該湿式洗煙塔は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去することが好ましい。
【００２８】
また、本発明の排ガス処理方法は、排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵工程と、集塵工程で除塵された排ガスに電子ビームを照射して、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解する電子ビーム照射工程と、該電子ビーム照射工程にて生じた分解物を捕捉する捕捉工程とを包含することを特徴とするものである。
【００２９】
上記本発明の排ガス処理方法において、前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間に消石灰を供給する消石灰供給工程をさらに含み、前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する工程であることが好ましい。
【００３０】
あるいは、上記本発明の排ガス処理方法において、前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間にアンモニアを供給するアンモニア供給工程をさらに含み、前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する工程であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、電子ビーム照射装置によって、ＮＯｘ、ＳＯｘ、およびダイオキシン類を一挙に同一装置にて分解除去するように構成したので、従来の排ガス処理装置と比較して、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる。特に、従来法で必要であった脱硝装置、アンモニア供給装置、再加熱装置を設ける必要がなくなり、これらの装置のための設置場所、駆動および維持負担を軽減することができる。とりわけ、再加熱装置により、ろ過式集塵機上流で一旦減温した排ガスを２２０℃程度まで再加熱するという、エネルギー損失をなくすことができ、省エネルギーの観点からの利点を有する。
【００３２】
また、従来ダイオキシン類除去を目的に、第１ろ過式集塵機上流に活性炭を吹き込んでいるため、捕集した飛灰が発熱する等の問題があったが、本発明では、活性炭を吹き込む必要がないため、そのような問題は生じない。
【００３３】
また、本発明では、ろ過式集塵機により煤塵を除去した下流側に電子ビーム照射装置を設けているので、排ガス中の煤塵などによる電子ビームの有毒物質の除去能力が低下することがなく、良好に有毒物質を分解除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の排ガス処理装置および排ガス処理方法について詳細に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【００３６】
本実施の形態１では、第１および第２の２段のろ過式集塵機（３）および（５）と、この２段のろ過式集塵機（３）および（５）の間に配置された電子線ビーム照射装置（４）とを有している。
【００３７】
一般廃棄物を燃焼する燃焼炉またはボイラ（１）から、第１ろ過式集塵機（３）に至るまでの間には、燃焼処理後の排ガスの温度を減温する減温塔（２）が設けられている。また、第２ろ過式集塵機（５）と、排出口となる煙突（７）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（６）が設けられている。
【００３８】
減温塔（２）は、燃焼後の２２０℃程度の高温の排ガスを、１６０〜１７０℃程度まで減温することができるものが用いられ、減温のために、例えば、噴射水を噴射するための２流体噴射ノズルを備えたものが用いられる。
【００３９】
第１ろ過式集塵機（３）は、燃焼後の排ガス中に含まれる煤塵を除去するための除塵用ろ過式集塵機である。第１ろ過式集塵機（３）は、煤塵を除去することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製で、酸露点による低温腐食を防止するための保湿資材が外面に施行された本体部と、ガラス繊維二重織布のろ布とを有し、さらに、ダスト搬出装置や温風循環装置などの付属装置が付設されたものが用いられる。この第１ろ過式集塵機（３）の入口煙道には、ろ布の保護等のため、図示しない特殊助剤貯留槽から珪藻土等を含有する特殊助剤が吹き込まれる。
【００４０】
燃焼炉（１）で発生する排ガス中の煤塵の一部は、減温塔（２）で捕集され、残りの煤塵は、第１ろ過式集塵機（３）で特殊助剤とともにろ布により捕集・除去される。
【００４１】
電子ビーム照射装置（４）は、電子ビーム照射反応部、高圧電源装置、制御盤、および、操作盤から構成される。電子ビームは、電子ビーム発生部内のターミナルで発生し加速器の高電圧により加速した電子を、電子ビーム発生部端部に設けたウィンドウ部からビーム状に照射するものである。加速器は、例えば、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格のものが用いられ、この仕様では、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理することができる。電子ビームの透過能力は、照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては、０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。
【００４２】
電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、例えば、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍのものが用いられる。
【００４３】
電子ビーム照射装置（４）を通過する排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘは、電子ビーム照射によって、それぞれ、硝酸および硫酸に酸化される。また、排ガスに含まれるダイオキシン類は、電子ビーム照射により分解・無害化される。この分解・無害化は、電子ビームの照射で発生した排ガス中の活性種によりダイオキシン類のエーテル結合の開裂、ベンゼン環の開環、塩素の脱離などによるものであると考えられる。
【００４４】
電子ビーム照射装置（４）の通過により発生した硝酸、硫酸、塩化水素は、消石灰供給手段（図示せず）から供給された消石灰と反応することにより、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムとされる。
【００４５】
この消石灰の添加は、その添加により生じる、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩酸カルシウムが、これらの化合物を捕捉するために設けられる第２ろ過式集塵機（５）にて捕捉されるように、第１ろ過式集塵機（３）の下流側から該第２ろ過式集塵機（５）の入口前に至るまでの途中で添加されればよく、電子ビーム照射装置（４）への入口前に添加されてもよく、また、電子ビーム照射装置（４）の出口後に添加されてもよい。
【００４６】
また、この消石灰の添加とともに、珪藻土等の特殊助剤も添加されてもよい。
【００４７】
第２ろ過式集塵機（５）は、硝酸カルシウム等の反応生成物、消石灰、特殊助剤を捕捉できるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製の本体部と、ガラス繊維二重織布とを有するものが使用される。また、電子ビーム照射装置（４）で未反応のＳＯｘも消石灰と反応して、この第２ろ過式集塵機（５）にて捕集・除去される。
【００４８】
第２ろ過式集塵機（５）を通過した排ガスは、誘引送風機（ＩＤＦ）（６）によって、排ガスの排出口である煙突（７）に向けて誘引され、煙突を介して外部に排出される。
【００４９】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【００５０】
本実施の形態２では、ろ過式集塵機（１３）と、湿式洗煙装置（１６）とを有し、このろ過式集塵機（１３）と湿式洗煙装置（１６）との間に電子ビーム照射装置（１４）を配置する構成となっている。
【００５１】
一般廃棄物を燃焼する燃焼炉またはボイラ（１１）から、ろ過式集塵機（１３）に至るまでの間には、燃焼処理後の高温の排ガスの温度を減温する減温塔（１２）が設けられている。また、電子ビーム照射装置（１４）と湿式洗煙塔（１６）との間には、排ガスを誘引するための誘引送風機（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：ＩＤＦ）（１５）が設けられており、湿式洗煙塔（１６）を出た排ガスは、煙突（１７）を通じて外気に排出されるようになっている。
【００５２】
減温塔（１２）は、燃焼後の２２０℃程度の高温の排ガスを、１６０〜１７０℃程度まで減温することができるものが用いられ、減温のために、例えば、噴射水を噴射するための２流体噴射ノズルを備えたものが用いられる。
【００５３】
ろ過式集塵機（１３）は、燃焼後の排ガス中に含まれる煤塵を除去するための除塵用ろ過式集塵機である。ろ過式集塵機（１３）は、煤塵を除去することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＳ４００等の鋼板製で、酸露点による低温腐食を防止するための保湿資材が外面に施行された本体部と、ガラス繊維二重織布のろ布とを有し、さらに、ダスト搬出装置や温風循環装置などの付属装置が付設されたものが用いられる。このろ過式集塵機（１３）の入口煙道には、ろ布の保護等のため、図示しない特殊助剤貯蔵槽から珪藻土等を含有する特殊助剤が吹き込まれる。
【００５４】
燃焼炉（１１）で発生する排ガス中の煤塵の一部は、減温塔（１２）で捕集され、残りの煤塵は、ろ過式集塵機（１３）で特殊助剤とともにろ布により捕集・除去される。
【００５５】
電子ビーム照射装置（１４）は、電子ビーム照射反応部、高圧電源装置、制御盤、および、操作盤から構成される。電子ビームは、電子ビーム発生部内のターミナルで発生し加速器の高電圧により加速した電子を、電子ビーム発生部端部に設けたウィンドウ部からビーム状に照射するものである。加速器は、例えば、３００ｋＶ、４０ｍＡの定格のものが用いられ、この仕様では、１０００ｍ３Ｎ／ｈの排ガスを処理することができる。電子ビームの透過能力は、照射の対象となる物質の密度に依存するため、空気をベースとするガスに対しては、０．３ＭｅＶのエネルギーで５０ｃｍ程度の飛程が期待できる。
【００５６】
電子ビーム照射装置の反応部の寸法は、ビームの飛程および流量から、例えば、幅４５ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、深さ３０ｃｍのものが用いられる。
【００５７】
電子ビーム照射装置（１４）を通過する排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘは、電子ビーム照射によって、それぞれ、硝酸および硫酸に酸化される。また、排ガスに含まれるダイオキシン類は、電子ビーム照射により分解・無害化される。この分解・無害化は、電子ビームの照射で発生した排ガス中の活性種によりダイオキシン類のエーテル結合の開裂、ベンゼン環の開環、塩素の脱離などによるものであると考えられる。
【００５８】
電子ビーム照射装置（１４）の通過により発生した硝酸、硫酸、塩化水素は、アンモニア供給手段（図示せず）から供給されたアンモニアと反応することにより、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムとされる。
【００５９】
このアンモニアの添加は、その添加により生じる、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムが、これらの化合物を捕捉するために設けられる湿式洗煙装置（１６）にて捕捉されるように、ろ過式集塵機（１３）の下流側から湿式洗煙装置（１６）の入口前に至るまでのいずれかの部分に添加されればよく、電子ビーム照射装置（１４）への入口前に添加されても、また、電子ビーム照射装置（１４）の出口後に添加されてもよい。
【００６０】
湿式洗煙装置（１６）は、電子ビーム照射により生成した硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとが反応して生成した硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを水スプレーで吸収除去するために設置される。また、この湿式洗煙装置（１６）は、未反応のＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘや重金属類を湿式洗浄によって効率よく除去する。ＨＣｌやＳＯｘなどの酸性ガスの中和剤には苛性ソーダ（ＮａＯＨ）等が使用される。
【００６１】
湿式洗煙装置（１６）は、冷却吸収塔（本体）と、排ガス再加熱装置とを備え、さらに、減湿用冷却器、薬品タンク、減湿水槽等を有していてもよい。排ガス再加熱装置は、ガス再加熱器、循環ファン、および混合器から構成される。
【００６２】
電子ビーム照射装置（１４）を通過した排ガスは、誘引送風機（ＩＤＦ）（１５）によって、湿式洗煙装置（１６）に通され、湿式洗煙装置（１６）を出た排ガスは、煙突（１７）を介して外部に排出される。
【００６３】
次に、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
図１に示すような実施の形態１の排ガス処理装置を用いて排ガスの処理を行い、ばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の各成分の除去効果を測定した。排煙条件を、５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、２５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、５０，０００ｍ３Ｎ／ｈの３条件とし、排ガス処理装置入口と排ガス処理装置出口での排煙濃度を測定した。各濃度算出において、実際の排煙量を入口および出口の各段階での温度で温度換算した排煙量に補正したものを排煙量として用いた。このようにして上記３条件についてそれぞれ排煙効果を測定したところ、各条件について同一の排煙効果が得られた。その結果を、表１に示す。
【表１】
【００６５】
（実施例２）
図２に示すような実施の形態２の排ガス処理装置を用いて排ガスの処理を行い、ばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の各成分の除去効果を測定した。排煙条件を、５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、２５，０００ｍ３Ｎ／ｈ、５０，０００ｍ３Ｎ／ｈの３条件とし、排ガス処理装置入口と排ガス処理装置出口での排煙濃度を測定した。各濃度算出において、実際の排煙量を入口および出口の各段階での温度で温度換算した排煙量に補正したものを排煙量として用いた。このようにして上記３条件についてそれぞれ排煙効果を測定したところ、各条件について同一の排煙効果が得られた。その結果を、表２に示す。
【表２】
【００６６】
表１および２を参照して明らかなように、本発明によると、排ガスに含まれるばいじん、塩化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ダイオキシン類の低減効果が顕著であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、廃棄物焼却炉、溶融炉等から発生する排ガスを処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関し、さらに詳細には、電子ビームを用いて廃ガスを分解処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関するものであり、電子ビーム照射において性能低下をきたすことなく、排ガスに含まれるダイオキシン類、ＮＯｘ、ＳＯｘを同時に除去することができ、その結果、プロセスの簡素化および省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【図２】実施の形態１の排ガス処理装置の概略構成を説明するフローシートである。
【図３】従来の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図４】従来の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図５】従来の他の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図６】従来の他の排ガス処理装置を説明するフローシートである。
【図７】非特許文献１より引用したグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１ 燃焼炉
２ 減温塔
３ 第１ろ過式集塵機
４ 電子ビーム照射装置
５ 第２ろ過式集塵機
６ 誘引送風機
７ 煙突
１１ 燃焼炉
１２ 減温塔
１３ ろ過式集塵機
１４ 電子ビーム照射装置
１５ 誘引送風機
１６ 湿式洗煙塔
１７ 煙突
１０１ 減温塔
１０２ 第１ろ過集塵機
１０３ 第２ろ過集塵機
１０４ ガス再加熱装置
１０５ 触媒脱硝装置
１０６ 誘引送風機
１０７ 煙突
２０１ 減温塔
２０２ ろ過式集塵機
２０３ 誘引送風機
２０４ 湿式洗煙装置
２０５ ガス再加熱装置
２０６ 触媒脱硝装置
２０７ 煙突
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵手段と、
該集塵手段で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段によって生じた分解物を捕捉する捕捉手段と
を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された第２集塵手段であり、
前記集塵手段から該第２集塵手段に至るまでのガス流路途中に消石灰を供給する消石灰供給手段をさらに備え、
該第２集塵手段は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された湿式洗煙塔であり、
前記集塵手段から該湿式洗煙塔に至るまでのガス流路途中にアンモニアを供給するアンモニア供給手段をさらに備え、
該湿式洗煙塔は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵工程と、
集塵工程で除塵された排ガスに電子ビームを照射して、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解する電子ビーム照射工程と、
該電子ビーム照射工程にて生じた分解物を捕捉する捕捉工程と
を包含することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項５】
前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間に消石灰を供給する消石灰供給工程をさらに含み、
前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する工程である、請求項４に記載の排ガス処理方法。
【請求項６】
前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間にアンモニアを供給するアンモニア供給工程をさらに含み、
前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する工程である、請求項４に記載の排ガス処理方法。
【請求項１】
排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵手段と、
該集塵手段で除塵された排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解するための電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段によって生じた分解物を捕捉する捕捉手段と
を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された第２集塵手段であり、
前記集塵手段から該第２集塵手段に至るまでのガス流路途中に消石灰を供給する消石灰供給手段をさらに備え、
該第２集塵手段は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記捕捉手段は、前記電子ビーム照射手段の下流に配置された湿式洗煙塔であり、
前記集塵手段から該湿式洗煙塔に至るまでのガス流路途中にアンモニアを供給するアンモニア供給手段をさらに備え、
該湿式洗煙塔は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
排ガスに含まれる煤塵を集塵する集塵工程と、
集塵工程で除塵された排ガスに電子ビームを照射して、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物、有機ハロゲン化合物を分解する電子ビーム照射工程と、
該電子ビーム照射工程にて生じた分解物を捕捉する捕捉工程と
を包含することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項５】
前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間に消石灰を供給する消石灰供給工程をさらに含み、
前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素と消石灰との反応物である、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウムを集塵する工程である、請求項４に記載の排ガス処理方法。
【請求項６】
前記集塵工程後から前記捕捉工程に至るまでの間にアンモニアを供給するアンモニア供給工程をさらに含み、
前記捕捉工程は、前記分解物である、硝酸、硫酸、塩化水素とアンモニアとの反応物である、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムを吸収除去する工程である、請求項４に記載の排ガス処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２９７２６１（Ｐ２００６−２９７２６１Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２１３５５（Ｐ２００５−１２１３５５）
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
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