大規模固体廃棄物の総合処理のためのロータリーキルン排ガス処理:複雑な多源廃棄物排ガスからのSDS乾式脱硫、低温SCR脱硝、およびバグフィルターによる粉塵除去

事例研究・産業排出ガス制御

大手固形廃棄物資源回収企業が、変動の大きい多源ロータリーキルン排ガス48,000 Nm³/hから、99.85%の脱硫、50%のSCR脱硝、98.4%の粉塵除去をどのように達成したか。汚染土壌や産業廃棄物焼却排ガスの高HCl、高HF、高SO₂という困難な組成に対応するため、SDS炭酸水素ナトリウム乾式脱硫、低温SCR、パルスジェットバッグフィルター技術を採用した。

固形廃棄物回転窯排ガス
SDS乾式脱硫
低温SCR脱窒
パルスジェットバッグフィルター
汚染土壌の熱処理

99.85%
脱硫効率
SDSドライFGD
98.4%
粉塵除去
バッグフィルター
48,000
Nm³/時
標準排気ガス量
50mg
Nm³ SO₂ 出口
初期費用は500~600ドル

01 — 業界背景

大規模固形廃棄物総合処理:複雑な多種汚染物質排出課題を抱える成長分野

大規模固形廃棄物の資源利用の発展は、持続可能な開発戦略の中核を成す要素です。大規模固形廃棄物には、建設廃棄物、石炭灰、鉱滓、石炭脈石、工業副産物である石膏、脱硫廃棄物、製錬スラグ、工業廃棄物残渣など、非常に多様な物質が含まれます。この課題の規模は大きく、大規模固形廃棄物の年間新規蓄積量は増加の一途をたどる一方で、総合利用率は60%を下回っており、既存の歴史的堆積物は多くの工業地域において、土地資源と生態系の安全性に関する大きな課題となっています。

本事例研究の施設は、環境修復と固形廃棄物資源利用を専門としており、主な事業内容は汚染土壌の修復、有害廃棄物の処理、廃水処理技術サービスです。固形廃棄物処理分野のリーディングカンパニーとして、汚染土壌処理(年間処理能力:産業廃棄物由来の固形汚染土壌110万m³)、汚泥処理(年間処理能力:重金属を含む汚泥36万m³)、建設資材および道路資材の資源利用(年間処理能力:建設資材基盤および道路資材基盤73万m³)を網羅する統合生産ラインを構築しています。処理後の年間生産量は、建設工学基盤資材および道路資材約60万m³に上ります。

汚染土壌を回転窯で熱処理すると、170℃の排ガスが発生します。この排ガスには、汚染土壌や産業廃棄物原料の多様で予測不可能な化学組成を反映した、非常に変動の大きい多種汚染物質が含まれています。原料仕様が固定されている専用の産業廃棄物焼却炉とは異なり、固体廃棄物処理用の回転窯は、バッチごとに組成が大きく異なる原料(軽度に汚染された建設解体廃棄物から、重度に汚染された産業プロセス残渣まで)を取り扱う必要があります。この組成の変動こそが、排ガス処理システムにおける決定的な技術的課題です。

「このプロジェクトのために最初に提供されたデータは不正確でした。ロータリーキルンの排ガス中の実際のHF、HCl、SO₂濃度は、設計前の特性評価で示された値よりも大幅に高かったのです。その結果、脱硫システムは試運転時から過負荷状態で稼働し、運転中の機器の摩耗が激しくなりました。この経験から、汚染土壌や混合固形廃棄物の処理用途においては、保守的な設計マージンを設けることは選択肢ではなく、原料組成の予測不可能性に対する不可欠な保険であることがわかります。」

— エンジニアリング経験概要、大規模固体廃棄物総合処理における除塵・脱硫・脱窒プロジェクト


02 — 汚染状況

汚染土壌ロータリーキルン排ガス:予測不可能な多種汚染物質組成には保守的な設計が求められる

ロータリーキルンは硫黄含有燃料(硫黄)で運転されます。標準排ガス量は48,000 Nm³/h、運転条件(170℃)でのプロセス排ガス量は80,000 Nm³/hです。酸素濃度は12~15%(実測値、基準値11%)の間で変動します。2台の誘引送風機は、6,000 Paで200×2 kWの出力を供給し、1mのペアで運転されます。設計特性評価による初期汚染物質プロファイルは以下のとおりです。

  • SO₂濃度500~600 mg/Nm³変動性が高い。目標出口濃度:≤80 mg/Nm³(設計値)、実際の達成濃度:50 mg/Nm³。入口濃度範囲が広いこと、そして実際の濃度が設計値を超えていることが後に判明したことから、SDS乾式脱硫システムは実際の運転条件に対して容量が不十分な設計であったため、試運転後に脱硫システムのアップグレードと高効率カルシウム系脱硫剤の使用が必要となった。
  • 粒子状物質(PM)濃度20g/Nm³(20,000mg/Nm³)汚染された土壌粒子や燃焼灰による極めて高い粉塵負荷。熱交換器の予冷とSDS注入後、バグフィルター入口の濃度は大幅に低減されます。バグフィルターは98.4%の粉塵除去率を達成し、設計目標値20 mg/Nm³に対し、出口PM濃度は3 mg/Nm³(実測値)となります。
  • 塩酸濃度15 mg/Nm³汚染土壌および廃棄物原料中の塩化物化合物から。目標排出濃度:≤6 mg/Nm³。実際:2 mg/Nm³ — SDS重炭酸ナトリウム注入(HClおよびSO₂と反応)とバッグフィルターにより部分的に捕捉。
  • HF濃度30mg/Nm³汚染土壌中のフッ化物含有廃棄物成分によるHF濃度の上昇。実際のHF濃度は設計値よりも高く、試運転後に発見された過負荷状態の一因となった。目標出口濃度:≤60 mg/Nm³(設計値)、実際の達成値:6 mg/Nm³(通常運転条件下)。
  • NOx(当初は特定されておらず、SCR処理された):入口温度220~260℃の低温SCR脱硝により、50%の脱硝効率が達成される。SCR入口温度220℃、出口温度200℃。
  • 温度ポイントキルン排ガス出口温度は380~450℃。熱交換器通過後、SDS注入ゾーン手前で温度は約260℃まで低下。脱硫装置入口温度は約250℃。バグフィルター入口温度は約260℃。SCR脱硝装置入口温度は220℃(バグフィルター通過後)。
パラメータ 初期濃度 デザインアウトレット 実際の店舗 EUのIED制限
NOx ≤180 mg/Nm³ ≤180 mg/Nm³ 200 mg/Nm³ (IED WID)
SO₂ 500~600 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ 50 mg/Nm³ 80 mg/Nm³ (IED WID)
粒子状物質(PM) 20 g/Nm³ (20,000 mg/Nm³) ≤20 mg/Nm³ 3 mg/Nm³ 20 mg/Nm³ (IED WID)
HCl 15 mg/Nm³ ≤6 mg/Nm³ 2 mg/Nm³ 10 mg/Nm³ (IED WID)
HF 30 mg/Nm³ ≤60 mg/Nm³ 6 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ (IED WID)
目に見える白い煙 現在 なし(非表示) なし — 確認済み 白い煙は見えない
標準排気量 48,000 Nm³/h
プロセス排ガス量 170℃で80,000 Nm³/h
窯出口温度 380~450℃

03 — 治療溶液

4段階乾式処理システム:熱交換器 → SDS乾式排煙脱硫装置 → バグフィルター → 低温SCR

この処理方法は、完全に乾式プロセスを採用しており、これほど高濃度に汚染されたガス流を湿式スクラビングした場合に発生する廃水の発生を回避しています。4つの処理段階は、汚染物質のプロファイルに順次対応し、バグフィルター前の高温領域を利用してSDS乾式脱硫を行い、フィルター後の低温領域は低温SCR脱硝に利用します。

第1段階:排ガス冷却熱交換器(380~450℃ → 260℃)

380~450℃の高温の窯排ガスは、粗粒子除去のためにサイクロン予備集塵機に入り、その後、排ガス温度を260℃以下に制御するために水冷式熱交換器を通過します。主なパラメータ:排ガス量48,000 m³/h、熱交換面積284 m²、装置圧力損失429 Pa、高温側入口350℃、高温側出口250℃、装置寸法1,989×2,170×3,150 mm。この予冷ステップにより、ガスはSDS乾式脱硫システムとバグフィルターの運転温度範囲内に入り、防食材料とバグフィルター布が定格温度を超えるのを防ぎます。

ステージ2:SDS乾式脱硫(重炭酸ナトリウム注入)

冷却されたガスは、SDS(スプレードライスクラビング/重炭酸ナトリウムドライ吸着剤)ドライ脱硫塔に入ります。SDSは、吸着剤として粉末状の重炭酸ナトリウム(NaHCO₃)を使用し、ガス流に注入すると熱分解して炭酸ナトリウム(Na₂CO₃)を生成し、その後SO₂、HCl、HFと反応して亜硫酸ナトリウム/硫酸ナトリウムと塩化ナトリウム/フッ化ナトリウム塩を生成します。主なSDSパラメータ:排ガス量78,000 m³/h、排ガス温度250℃、SO₂入口250 mg/Nm³(設計値)/500~600 mg/Nm³(実測値)、SO₂出口80 mg/Nm³(設計値)/50 mg/Nm³(実測値)、カルシウム/硫黄比1.1、石灰石貯蔵容量5 m³、3日間の自律運転。高効率カルシウム系脱硫剤。消費量は0.03トン/時。年間脱硫剤コストは約2160万人民元相当。SDSプロセスは、SO₂に加えてHClとHFも同時に除去するため、廃液を発生させることなく、単一の注入工程で必要な多種酸性ガスの除去を実現します。

ステージ3:パルスジェット式バッグフィルター(ろ過面積2,712m²)

SDS 注入後、ガスと SDS 反応生成物はパルスジェットバッグフィルターに入り、粒子状物質を除去します。バッグフィルターは、元のキルン排ガス粒子状物質と SDS 段階からのナトリウム塩反応生成物の両方を捕捉し、PM と酸性ガス塩を同時に効果的に除去します。主なパラメータ: ろ過面積 2,712 m²、バッグ数 900、バッグ直径 φ160 mm、ろ過速度 ≤0.7 m/分、出口 PM 濃度 ≤10 mg/Nm³ (設計) / 3 mg/Nm³ (実測)、本体抵抗 300 Pa、排ガス温度 ≤260°C、装置寸法 8,300×7,140×13,360 mm、装置高さ 13,360 mm。設計圧力 ±5,000 Pa。システム全体の粉塵除去率:設計値 98.4% / 実測値 90%(実測値は、予想よりも高い入口汚染物質濃度による過負荷運転状態を反映)。バッグフィルターはPM(粒子状物質)に関する重要なコンプライアンスコンポーネントであり、フィルターバッグの温度制限内を維持し、パルスジェット洗浄の有効性を確保することが主な運用上の優先事項です。

BLBD1W-230Wシリーズバグハウス集塵機パルスジェット式バグフィルターは、大規模固体廃棄物回転窯排ガス処理において、高温高粉塵汚染土壌焼却粒子の除去性能を示す。
工業排ガス処理用の湿式電気集塵機。複雑な多種汚染ガス流から微粒子状の酸性ミストや白色プルームを除去するための高電圧集塵電極システムを示す。

ステージ4:低温SCR脱窒(220℃ → 200℃)

バッグフィルター通過後のガスは、粒子状物質や酸性ガスが大幅に除去された状態で、NOx還元のため約220℃の低温SCR反応器に入ります。SCRは、キルン排ガスの粉塵負荷が高いと触媒表面が急速に汚染され機械的に摩耗するため、バッグフィルターの下流(低温側SCR)に配置されています。主なSCRパラメータ:装置外形寸法85,000 mm(平面)、装置外形高さ1,308 mm、触媒モジュール15個、触媒容量17 m³、装置圧力損失500 Pa、SCR入口温度220℃、SCR出口温度200℃。低温側SCR構成では、200~260℃での動作を想定した触媒組成が必要ですが、これは標準的なSCR触媒の一般的な350~400℃の範囲外です。低温SCR触媒は、200~260℃で十分なNOx還元活性を維持しつつ、SDS段階から持ち越され、バグフィルターを非常に微細な形で通過するナトリウム塩およびカルシウム塩の残留物による失活に耐えるように改良された配合を使用しています。脱硝効率:50%(設計値および実測値)。

回転窯
380~450℃
サイクロン + HX ⭐
→260℃
SDSドライFGD⭐
NaHCO₃
SO₂/HCl/HF
バッグフィルター ⭐
2,712平方メートル
午後98時41分3秒
低T SCR ⭐
220℃
50% NOx
IDFファン
→ スタック

大規模固体廃棄物総合処理ロータリーキルン排ガス処理における粉塵除去脱硫脱硝プロセスのフロー図。サイクロン熱交換器、SDS乾式脱硫、パルスジェット式バグフィルター、低温SCR脱硝の各段階を示す。

大規模固形廃棄物処理ロータリーキルン施設の除塵脱硫脱硝設計の立面図。排ガス冷却熱交換器、SDS乾式脱硫塔、バグフィルター、低温SCR反応器の構成を示す。

主要機器および試薬の概要

アイテム 仕様
冷却熱交換器 48,000 m³/h、面積284 m²、圧力損失429 Pa、350→250℃、1,989×2,170×3,150 mm
SDS乾式脱硫 78,000 m³/h、250℃、SO₂入口濃度250 mg/Nm³、出口濃度80 mg/Nm³、Ca/S比1.1、石灰石貯蔵量5 m³(3日間)
バッグフィルター 面積2,712 m²、袋数900個、φ160 mm、流量≤0.7 m/分、排出口流量≤10 mg/Nm³、圧力300 Pa、寸法8,300×7,140×13,360 mm
低温SCR 85,000 mm(平面);触媒モジュール15個;触媒容量17 m³;500 Pa;220→200℃;50% NOx効率
強制ドラフトファン ユニットあたり90,000 m³/h、圧力6,000 Pa、動作温度200~250℃、ユニットあたり200 kW、1運転+1待機
高効率カルシウム脱硫剤 0.03トン/時、900人民元/トン、年間コスト約2160万人民元相当
アンモニア水(SCR還元剤) 0.06 t/h、600 人民元/t、年間コスト約 28.8 万人民元相当
システムの最大動作電力 326.21 kW(実測値)、534.46 kW(総設置容量)
年間電気料金(8,000時間) 約93.9万元相当(0.36元/kWh換算)

04 — 主な利点

混合固形廃棄物排ガス処理において、乾式プロセスSDS + バッグフィルター + 低温SCRが最適なアーキテクチャである理由


  • SDSドライプロセスは、未知の発生源からの汚染物質を含むガス流からの二次液体廃棄物の発生を回避します。 汚染土壌や混合固形廃棄物の処理において、排ガスの化学組成は本質的に予測不可能です。この排ガスを湿式スクラビングすると、重金属、有機微量汚染物質、およびすべての酸性ガス吸収生成物を単一の液体流として含む、高度に汚染された廃水が発生し、処理と処分が非常に困難になります。SDS乾式プロセスでは、すべての酸性ガス汚染物質(SO₂、HCl、HF)を固体ナトリウム塩反応生成物に変換し、バッグフィルターで乾燥固体廃棄物として回収、分類、および施設の既存の有害廃棄物管理チェーンを通じて処分します。処理プロセス自体からは液体廃棄物は一切発生しません。

  • SDS重炭酸ナトリウムは、単一の注入工程でSO₂、HCl、HFを同時に除去します。 主にSO₂を除去する石灰石排煙脱硫(FGD)とは異なり、SDS重炭酸ナトリウムは3種類の酸性ガスすべてと同時に効果的に反応します。SO₂は亜硫酸ナトリウム/硫酸ナトリウムを、HClは塩化ナトリウムを、HFはフッ化ナトリウムを生成します。固体廃棄物回転窯排ガスのように、3種類の酸性ガスが同時に高濃度で含まれるガス流の場合、SDSは脱硫と酸性ガス処理の別段を必要とせず、3種類の汚染物質すべてに対応する単一の注入ステージを提供します。このように複数の汚染物質を同時に捕捉できることは、組成が変動する排ガス流の運転を簡素化する上で重要な利点となります。

  • バッグフィルター後のコールドサイドSCRは、汚染された土壌排ガスの極端な粉塵負荷から触媒を保護します。 初期粒子状物質濃度が20 g/Nm³の場合、SCRリアクターをバグフィルターの上流(高温側SCR)に配置すると、研磨性の粉塵粒子によって触媒チャネルが急速に閉塞し、機械的に侵食されます。低温側SCR(バグフィルターでPMが10 mg/Nm³以下に低減された後)を配置することで、これらのメカニズムから触媒を保護し、高粉塵環境で発生するような劣化の加速を起こさずに、定格の50% NOx除去効率を発揮させることができます。200~260℃の運転温度に対応するために低温触媒組成が必要となるというトレードオフは、この特定の用途においては触媒保護のメリットによって相殺されます。

  • 石灰石系試薬の利点:入手が容易、低コスト、二次汚染なし。 この設備のSDSプロセス仕様には、石灰石-石膏排煙脱硫(FGD)の実践から得られたいくつかの設計原則が組み込まれています。(1) エネルギー消費量と運転コストが低いこと。(2) 副産物(ナトリウム塩)を二次汚染なく適切に処理できること。(3) 設置面積が小さく、合理的なフロー設計であること。(4) コンピュータシミュレーションによるシステム設計で性能を最適化できること。(5) 適切なガス流量設計であること。(6) 吸収剤(カルシウム系高効率脱硫剤)は広く入手可能で価格競争力があること。これらの原則は、石灰石FGDからSDSアプリケーションに直接適用可能であり、酸性ガス乾式脱硫システムの確立された設計手法を表しています。

  • モジュール式アーキテクチャにより、システム交換なしで将来の脱硫装置のアップグレードに対応可能: 文書化されたプロジェクト経験には、初期の原料特性データが不正確であったため、試運転時から過負荷状態で稼働する小型の脱硫システムになっていたという率直な評価が含まれています。モジュール式のSDS注入システムアーキテクチャにより、バグフィルター、SCR、または熱交換器を交換することなく、既存の枠組み内でより効率的なカルシウム系脱硫剤にアップグレードし、SDSシステムの容量を向上させることで、この問題を解決することができました。モジュール設計は、環境規制への準拠機能であるだけでなく、変動する混合廃棄物用途における原料特性の不確実性に対する保険でもあります。

05 — 業務実績

試運転後のシステムアップグレード後のコンプライアンスデータ

脱硫システムの試運転後アップグレード(高効率カルシウム系試薬およびシステム容量の向上)を実施した結果、処理システムは以下の適合データを達成しました。

50 / 80
mg/Nm³ 実測値/制限値
SO₂ — 99.7%除去
3 / 20
mg/Nm³ 実測値/制限値
PM — 90% 削除
2 / 6
mg/Nm³ 実測値/制限値
HCl — 80%除去
6 / 60
mg/Nm³ 実測値/制限値
HF — 80% の削除
326kW
実際の走行
(設置容量:534kW)
ゼロ
目に見える白い煙
スタックで確認済み

年間運転コスト:実際の運転電力326.21kW(0.36人民元/kWh相当、8,000時間/年)=約93.9万人民元相当。水(冷却水、システム補給水、熱交換器冷却)約4.8万人民元相当。高効率脱硫剤約21.6万人民元相当。アンモニア水(SCR還元剤)約28.8万人民元相当。


06 — 実施上の注意

このプロジェクトから得られた重要な教訓 ― 何がうまくいかなかったのか、そしてどのように解決したのかを含めて

  • 🚫
    重要な教訓:初期の原料特性評価データが不正確だった。実際のHF、HCl、SO₂濃度は設計基準値よりも大幅に高く、即座にシステム過負荷と深刻な機器摩耗を引き起こした。 プロジェクト経験概要では、当初提供されたデータが不正確であり、実際のHF、HCl、SO₂濃度が設計特性値よりも大幅に高かったことが明記されています。このため、脱硫システムは試運転時から過負荷状態で稼働し、運転中に汚染物質濃度が大きく変動し、機器の摩耗も激しくなりました。汚染土壌、混合産業廃棄物、または組成が変動する固体廃棄物の処理用途では、原料の変動を考慮して、設計上のSO₂および酸性ガス濃度に保守的な上方マージン(特性値測定値より最低50%高い値)を設ける必要があります。原料組成の単一スポット測定では運転範囲を表すことはできません。設計基準を確定する前に、少なくとも30バッチサイクルにわたる統計的特性評価が必要です。
  • ⚠️
    原材料供給源の不安定性と複雑な組成により、システムからの排水が慢性的に不安定になる。追加の処理能力に投資する前に、発生源対策を強化する必要がある。 主なリスクとして、原材料供給源の不安定性と複雑な組成がシステムからの排出量の変動を引き起こすことが挙げられます。最初の対応策は、原材料供給源を厳密に管理し、システムの安定稼働を確保することです。処理システムをアップグレードする前に、施設は原料受入試験を実施し、ロータリーキルンに投入される各バッチに含まれる主要な汚染物質発生化合物(硫黄、塩化物、フッ化物)の特性を評価する必要があります。設計特性基準を超えるバッチは廃棄するか、低濃度の原料と混合して、混合後の組成が処理システムの定格容量内に収まるようにする必要があります。
  • ⚠️
    腐食性の高いガスは機器の早期摩耗を引き起こすため、脱硫能力を高めるために脱硫システムをアップグレードおよび改良する必要がある。 2番目に文書化されたリスクは、腐食性の高いガスが機器の早期摩耗を引き起こし、耐用年数が仕様を下回ることです。対策は次のとおりです。(1) 脱硫システムをアップグレードおよび改善して脱硫能力を高める(高効率カルシウム系試薬への切り替えによって実施)。(2) 脱硫効率を向上させるために、元の試薬を高効率カルシウム系脱硫試薬に置き換える。(3) 人員による点検を強化し、機器の正常な動作を維持する。(4) 関係する人員の安全意識と技術スキルを継続的に向上させる。この用途カテゴリの今後の設置では、SDS注入ゾーンとバッグフィルターハウジング全体に(むき出しの炭素鋼ではなく)耐腐食性材料を指定することで、摩耗率を大幅に低減できます。
  • ⚠️
    バッグフィルターの運転温度は積極的に管理する必要がある。バッグ生地の定格温度を超える温度上昇は、バッグの主な故障モードである。 窯出口温度が380~450℃の場合、予冷熱交換器に何らかの不具合(冷却水流量の低下、熱交換器の汚れ、またはバルブの故障)が発生すると、バッグフィルターに入るガスの温度が上昇します。バッグフィルターの温度制限(≤260℃)は、通常の運転温度である250℃に対してわずかな余裕しかありません。冷却システムの異常発生時にバッグフィルターの布地が損傷するのを防ぐため、バッグフィルター入口で連続的な温度監視を行い、250℃で高温警報を発し、270℃で窯を自動的に停止またはバイパスするようにしてください。
  • ⚠️
    低温SCR触媒は、バグフィルターから非常に微細な形で持ち込まれるSDS反応生成物であるナトリウム塩による被毒を受けやすい。 SDSプロセス由来のナトリウム化合物(亜硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム)は、サブミクロン粒子としてバッグフィルターを通過し、時間の経過とともに低温SCR触媒表面に堆積し、触媒の細孔チャネルを徐々に塞ぎ、NOx変換効率を低下させます。SCRの圧力降下を継続的に監視してください。一定のガス量で圧力降下が上昇することは、触媒汚染の主な兆候です。SCR触媒床の定期的な煤吹きを実施し(頻度は初年度の運転データに基づいて決定)、触媒活性試験を年間保守範囲に含めてください。
  • ⚠️
    処理システムから発生するすべての固形廃棄物は、処分方法が確定する前に、潜在的に有害な廃棄物として分類されなければならない。 SDSプロセスでは、バグフィルターホッパーに回収されるナトリウム塩反応生成物(硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム)が生成されます。これらの固体廃棄物は、非有害産業廃棄物の基準を満たすか、有害廃棄物として処理する必要があるかを確認するため、実験室試験(EN 12457に基づくTCLP浸出試験)によって分類する必要があります。汚染土壌処理の場合、反応生成物には原料から吸収された重金属や有機微量汚染物質が含まれる可能性があり、EU廃棄物枠組み指令のカテゴリーコードに基づき有害廃棄物として分類される可能性があります。廃棄物の分類と承認された処分経路の確認は、運転開始前に取得する必要があります。

07 — エンジニアリングの要点

この固形廃棄物回転窯排ガスプロジェクトから得られた4つの苦労して得た教訓

  • !
    混合固形廃棄物処理システムの設計基準として、単一地点での原料特性評価を決して受け入れてはならない。 このプロジェクトにおけるエンジニアリング上の失敗全体(脱硫システムの過負荷、機器の深刻な摩耗、試運転後の緊急アップグレード)は、保守的なマージンを一切考慮せずに、不正確な初期特性評価データを設計基準として使用したことに直接起因する。変動する混合廃棄物処理において最低限許容される特性評価プログラムは、代表的なバッチサンプル30個、各サンプルに対する酸性ガス(SO₂、HCl、HF、NO、NO₂)の完全な分析、そして平均値ではなく95パーセンタイル濃度を設計基準とすることである。この特性評価プログラムの費用は、試運転後の緊急アップグレード費用のごく一部に過ぎない。
  • 2
    SDS乾式脱硫は、汚染土壌や混合固体廃棄物の排ガス処理に適した技術ですが、適切なサイズを決定するためには、入口の特性を正確に把握する必要があります。 SDSプロセスの利点(二次廃水なし、SO₂/HCl/HFの同時除去、乾燥固形廃棄物排出、液体排出ゼロ)は、この用途に完全に適用可能で適切である。失敗の原因は技術選定ではなく、システム規模の決定にあった。設計基準が過小評価された初期特性ではなく、実際の500~600 mg/Nm³のSO₂濃度範囲を反映していれば、SDSシステムは最初から適切な規模で設計され、試運転後の過負荷は発生しなかっただろう。
  • 3
    高粉塵汚染土壌ロータリーキルンの排ガス処理には、低温側(バグフィルターの後)のSCRが適切なSCR構成です。バグフィルターの上流にSCRを設置しないでください。 初期PM濃度20g/Nm³は、一般的な発電所のSCR入口ダスト濃度の100倍に相当します。この濃度のダストで高温側SCRを行うと、数週間以内に触媒が目詰まりし、摩耗してしまいます。一方、バグフィルター後の低温側SCR(200~260℃)では、触媒接触前にPM濃度を10mg/Nm³以下に低減できるため、触媒メンテナンスの手間を抑えつつ、50%のNOx効率目標を達成できます。低温運転には専用の低温SCR触媒が必要ですが、この技術は市販されており、極めて高いダスト濃度における触媒保護効果によって、そのコストは十分に正当化されます。
  • 4
    このプロジェクトの経験、つまり試運転後の失敗とその後の復旧過程を含めた経験は、初日から成功したプロジェクトよりも価値がある。 特性評価データの不備、脱硫システムの過負荷、機器の深刻な摩耗、そして修復アプローチについて正直に文書化することで、他の固形廃棄物処理施設のエンジニアリングチームは、何を避けるべきか、そして発生した場合にどのように対応すべきかを直接的に学ぶことができる。成功事例のみを記録するプロジェクトは、失敗事例から得られる教訓を業界から奪ってしまう。このプロジェクトが貴重な参考資料となるのは、まさにエンジニアたちが何が問題だったのか、そしてどのように解決したのかを透明性をもって明らかにしたからである。

08 — よくある質問

固形廃棄物回転窯排ガス処理:10の質問への回答

EU IED / オランダ活動令の要件に基づき、排ガス処理設備のアップグレードを計画している、汚染土壌処理、有害廃棄物管理、および固体廃棄物資源回収施設の環境許可管理者、修復技術者、コンプライアンスチームからの質問。

Q1. SDS脱硫システムは試運転直後に故障しましたが、その理由と修理方法を教えてください。
設計前に提供された初期原料特性データは不正確でした。ロータリーキルンの排ガス中の実際のSO₂、HCl、HF濃度は、設計基準で示された値よりも大幅に高いことが判明しました。その結果、SDS炭酸水素ナトリウムの注入速度とシステム容量は、実際の運転条件に対してどちらも不足していました。脱硫システムは試運転時から過負荷状態で稼働し、汚染物質濃度の大きな変動により、システムの排出が不安定になり、機器の摩耗が激しくなりました。対策として、(1) 元の炭酸水素ナトリウムの仕様よりも単位質量あたりのSO₂捕捉能力が高い高効率カルシウム系脱硫剤にアップグレードする、(2) SDS注入システムを改良して試薬の分布均一性を向上させる、(3​​) キルンに入る前に原料を選別するための原料受入試験を実施する、といった対策を実施しました。修正後のシステムでは、99.85%の脱硫率と50 mg/Nm³のSO₂排出率を達成しました。
Q2. SDS乾式脱硫とは何ですか?また、石灰石・石膏湿式FGDとはどのように異なりますか?
SDS (乾燥吸着剤注入 / 炭酸水素ナトリウム乾燥スクラビング) は、微粉末状の炭酸水素ナトリウム (NaHCO₃) またはカルシウム系吸着剤を高温ガス流 (200~300℃) に直接注入します。吸着剤は熱分解し、気相中の SO₂、HCl、HF と反応して固体塩反応生成物 (硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、またはそれらのカルシウム当量) を形成します。これらの固体生成物は下流のバッグフィルターで回収されます。石灰石-石膏湿式 FGD は、SO₂ を液体石灰石スラリーに吸収し、副産物として石膏を生成し、連続的な液体廃水流を生成します。主な違い: SDS は液体廃棄物を生成しません (汚染土壌用途に重要)。SDS は HCl と HF を同時に除去します (湿式 FGD は主に SO₂ を除去します)。SDS の固体反応生成物は、潜在的に有害な固体廃棄物として特性評価および管理する必要があります。石灰石・石膏排煙脱硫(FGD)では、副産物として販売可能な石膏が生成されます。組成が変動する汚染土壌排ガスの場合、SDSの液体廃棄物ゼロと多種酸性ガスの捕捉能力は決定的な利点となります。
Q3. 汚染土壌の熱処理排ガスには、EU IEDおよびオランダの規制要件のうち、どのようなものが適用されますか?
汚染土壌の熱処理は、汚染土壌が廃棄物原料として認められるため、EU IED 2010/75/EU 第 IV 章 (廃棄物焼却および混焼) に基づいて規制されています。IED WID の制限値が適用されます。粉塵 20 mg/Nm³、SO₂ 80 mg/Nm³、NOx 200 mg/Nm³ (既存プラント <6 t/h の場合の時間平均)、または一部の構成では 400 mg/Nm³、CO 50 mg/Nm³、HCl 10 mg/Nm³、HF 1 mg/Nm³、ダイオキシン/フラン 0.1 ng TEQ/Nm³。オランダでは、汚染土壌の熱処理施設は Omgevingswet に基づく Omgevingsvergunning 環境許可が必要であり、Omgevingsdienst によってサイト固有の制限値が設定されます。注:このプロジェクトにおけるHF設計制限値(60 mg/Nm³)は、EU IED WID(1 mg/Nm³)の下では許容されないため、このプロジェクトは異なる規制基準に基づいて設計されたことを示しています。EU/オランダの施設では、拘束力のある制約としてIED WIDのHF制限値を適用する必要があり、そのためにはここで説明されているよりも高性能な酸性ガス処理システムが必要となります。
Q4. 汚染土壌回転窯処理施設における原料特性評価はどのように実施すべきですか?
このプロジェクトから得られる重要な教訓は、変動する混合廃棄物の処理システムを設計するには、単一点または限られたサンプルの原料特性評価では不十分であるということです。推奨されるアプローチは次のとおりです。(1) 処理される原料の全範囲を網羅する、想定される原料混合物の少なくとも 30 バッチから代表的なサンプルを収集します。(2) 各バッチについて、全硫黄含有量 (予想される SO₂ フラックスに変換)、全塩化物 (HCl フラックス)、全フッ化物 (HF フラックス)、重金属、TOC (CO およびダイオキシン生成可能性に影響を与える有機物含有量)、および水分含有量を含む完全な実験室分析を実施します。(3) 30 サンプルの分布から、各汚染物質パラメータの 95 パーセンタイル濃度を計算します。(4) 平均値や測定値の最低値ではなく、95 パーセンタイル値を設計の基礎として使用します。(5) サンプリング範囲外の将来の原料変動を考慮して、95 パーセンタイル値の上にさらに 20% の安全マージンを追加します。この特性評価プログラムは通常2~3ヶ月かかりますが、本事例研究で報告されているような、稼働開始後の故障シナリオを防ぐことができます。
Q5. SCRはなぜバッグフィルターの前(高温側)ではなく、後(低温側)に配置されているのですか?
回転窯の排ガスには、窯出口で20 g/Nm³ (20,000 mg/Nm³) の微粒子が含まれており、これは一般的な発電所のSCR入口の粉塵負荷の約100倍です。この粉塵レベルで高温側SCRを使用すると、数週間以内に触媒のハニカムチャネルが詰まり、侵食されるため、機械的に実用的ではありません。バッグフィルター(PMを10 mg/Nm³以下に低減)の後に低温側SCRを配置することで、研磨性の粉塵粒子による機械的損傷を受けることなく触媒を機能させることができます。トレードオフとして、バッグフィルター後の温度は約220℃になるため、標準的な350~400℃の配合ではなく、低温SCR触媒の配合が必要になります。低温SCR触媒(200~300℃での動作用に配合が変更されたバナジウム/タングステン/チタンをベースとしたもの)は市販されており、この設備で達成された50% NOx効率を実現します。
Q6. SDSプロセスで生成される固体反応生成物は、EUの有害廃棄物規制の下でどのように管理されますか?
SDS反応生成物(硫酸ナトリウム/硫酸カルシウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、および汚染土壌の排ガスから吸収された重金属または有機化合物)は、処分または再利用経路が確定する前に、EU廃棄物枠組み指令(2008/98/EC)に基づき、TCLP浸出試験(EN 12457)を使用して特性評価されなければなりません。汚染土壌処理の状況では、反応生成物には、欧州廃棄物カタログのミラーエントリーコードで固体廃棄物を有害廃棄物として分類する濃度で吸収された重金属(鉛、亜鉛、クロム、水銀、および土壌汚染からのその他の金属)が含まれている可能性があります。移送には、オランダの有害廃棄物輸送規則に基づく有害廃棄物委託書を添付する必要があり、処分は、認可を受けた有害廃棄物処理業者を通じて、認定された処理施設で行う必要があります。発生した有害固体廃棄物の量は、施設の年間環境許可遵守報告書でOmgevingsdienstに報告する必要があります。
Q7. EU IEDの下で、汚染土壌熱処理施設にはどのようなCEMSモニタリングが必要ですか?
EU IED 第 IV 章の廃棄物焼却に関する規定では、総粉塵、CO、SO₂、NOx、HCl、HF、TOC、O₂、温度、圧力、水分含有量について連続排出監視が義務付けられています。ダイオキシン/フラン (0.1 ng TEQ/Nm³ 制限) は定期的にサンプリングする必要があります (最低 年 2 回、認定された研究所による 6~8 時間サンプリング)。重金属 (Cd+Tl、Hg、およびその他の合計) も定期的にサンプリングする必要があります。CEMS 設備は EN 14181 QAL1/QAL2/AST の認証を受け、30 分ごとおよび日平均値をリアルタイムで送信するために、オランダの所轄官庁の監視プラットフォームに接続する必要があります。二次燃焼室温度監視 (連続監視、温度が 1,100 °C を 2 秒以上下回った場合は自動燃料調整インターロック) およびダイオキシン/フラン急速冷却性能監視には特に注意を払う必要があります。
Q8. 冷却システムの異常による温度変化からバッグフィルターはどのように保護されていますか?
バッグフィルターは、260℃以下での連続運転が定格されており、通常の入口温度250℃に対して10℃の余裕しかありません。温度保護には、次のことが必要です。(1) 熱交換器出口とバッグフィルター入口の両方で連続的に温度を測定し、アラーム設定値とともに制御室のSCADAに送信する。(2) バッグフィルター入口で250℃(通常の運転温度と同じ)で高温アラームを発し、冷却システムの調査を開始する。(3) 260℃で自動的にキルンの燃料流量を減らすか、バイパスダンパーを作動させ、それ以上のガス温度の上昇を防ぐ。(4) 緊急温度イベント時に、高温ガスを(バッグフィルターを通さずに)誘引ドラフトファンと煙突に直接迂回させる緊急バッグフィルターバイパス経路を設け、交換不可能なバッグ生地を永久的な熱損傷から保護するために、一時的なコンプライアンス超過を許容する。(5) 冷却水システムの流量、熱交換器の汚れ、バルブの機能について毎月点検する。
Q9. オランダにおける汚染土壌熱処理施設の環境許可取得プロセスはどのようなものですか?
オランダの汚染土壌熱処理施設は、廃棄物焼却に関するEU IED第IV章の要件を組み込んだOmgevingsvergunning(環境許可)をOmgevingswetに基づいて取得する必要があります。許可申請には、欧州廃棄物カタログコードと組成特性によるすべての廃棄物原料の流れの説明、IED WIDに準拠した提案排出制限値、CEMS計画、監視および報告プログラム、処理システムからのすべての固体廃棄物に対する有害廃棄物管理計画、異常運転時の緊急時対応計画、および処理残渣処分経路の特性評価とリスク評価を含める必要があります。所轄官庁(州のOmgevingsdienst)は、容量閾値を超える新規施設に対して環境影響評価(MER/EIA)を要求する場合があります。許可された原料に対する廃棄物受入基準(WAC)は、承認された許可文書の一部であり、受入材料の試験を通じて実施されなければなりません。
Q10. 固形廃棄物用ロータリーキルン(SDS)+バッグフィルター+低温SCRシステムに関する参考設備は、見学可能ですか?
はい。本事例研究で説明されている統合型SDS乾式脱硫、パルスジェット式バグフィルター、および低温SCR脱硝技術は、本事例で紹介されている設備を含め、固形廃棄物総合処理施設および汚染土壌熱処理施設に導入されています。適格な見込み顧客向けには、検証済みのコンプライアンス監視データや試運転後のアップグレード文書へのアクセスを含む参考資料の閲覧が可能です。この設備は、初期特性評価データが不確実なプロジェクトにとって、特に貴重な参考資料となります。参考資料のご請求、または処理システム設計の最終決定前に推奨される特定の原料特性評価プログラムについてのご相談は、下記の連絡先リンクをご利用ください。

信頼性の高い固形廃棄物排ガス処理システムの設計準備はできていますか?

産業排出ガス制御ソリューションの全範囲をご覧ください

固体廃棄物回転窯向けのSDS乾式脱硫および低温SCRから 産業用VOC除去のための再生式熱酸化システム当社のエンジニアリングチームは、複雑な廃棄物処理用途で求められる保守的な設計マージンを備えた、EU IED(即席爆発装置)規制に準拠したソリューションを提供します。

本事例研究では、大規模固形廃棄物総合処理施設における集塵・脱硫・脱硝統合システムの試運転における初期課題と、その後の修復成功事例を詳述する。技術パラメータは、検証済みのエンジニアリング記録およびコンプライアンス監視データから抽出した。試運転後の不具合と復旧に関する経験は、将来のシステム設計者への情報提供を目的として提示する。個々のプロジェクトの結果は、原料組成、ロータリーキルンの運転条件、および適用される規制管轄区域によって異なる場合がある。規制参照は、EU産業排出指令2010/75/EUおよびオランダ活動規制(Activiteitenbesluit milieubeheer)の枠組みを反映している。