CN102292596A - N2o排放抑制燃烧装置及n2o排放抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明通过供给适量的分解粒子来有效地抑制N2O的排放。本发明是抑制含氮成分的规定的燃料燃烧时产生的N2O的排放的燃烧装置，其结构包括：向所述装置内供给分解N2O的分解粒子的分解粒子供给部(3)；测定废气中所含的N2O浓度的N2O浓度计(8a)；将测得的N2O浓度与规定的管理值进行比较，根据该比较结果来调整分解粒子的供给量的控制部(10)。
Description
技术领域
本发明涉及一种含氮成分的规定的燃料燃烧时产生氧化亚氮(N2O)的燃烧装置，特别是涉及抑制N2O排放的燃烧装置和抑制N2O排放的方法。
背景技术
N2O是导致温室效应的物质，与CO2同样作为削减对象，其排放受到限制。
已知在使含氮成分的物质在低温下燃烧时产生N2O，特别是以含大量氮成分的煤或污泥、生物质等作为燃料并使这些燃料在低温下燃烧的循环流动层燃烧装置所排放的N2O浓度高，其减少成为问题。
于是，本发明人将氧化铝作为催化裂化N2O的分解粒子投入循环流动层燃烧炉，成功地从废气中有效地分解、除去了N2O(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平6-123406号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，循环流动层燃烧装置是能使用煤或重油、石油焦炭、生物质、工业废弃物等各种物质作为燃料的燃烧装置，因此根据投入燃烧炉的燃料的种类，所产生的N2O的排放量也会改变。
为了吸收该改变，需要根据N2O的排放量来调整供给至燃烧炉的分解粒子的量。
此外，循环流动层燃烧装置是使燃料和流动介质(例如硅砂等)流动并燃烧，同时将从燃烧物中捕集的循环粒子(主要是煤灰，也包含燃料的未燃成分)返回至燃烧炉内，反复进行上述循环并同时进行燃烧。另外，流动介质与循环水进行热交换，从而产生蒸汽，该蒸汽成为位于下游侧的涡轮等的动力源。
这样的燃烧装置中，为了确保来自涡轮的稳定的发电量，将产生的蒸汽量控制为恒定量。
因此，在该燃烧装置内循环的循环粒子的量较好是恒定量，特别是为了确保合适的燃烧状态，存在于燃烧炉内的包含循环粒子的炉内粒子量较好是恒定量。
分解粒子与硅砂等流动介质同样地作为循环粒子在燃烧装置内循环，因此，如果在燃烧装置内投入过量的该分解粒子，则会打破循环粒子量的平衡，无法确保稳定的蒸汽量。
此外，分解粒子的分解活性(分解活性能)随着时间的推移而逐渐下降。因此，如果在以前投入的分解粒子中加入新投入的分解粒子，则不仅会增大整体的循环粒子量，而且分解活性低的分解粒子会蓄积，分解活性的效率可能会降低。
本发明是为了解决上述问题而提出的发明，其目的是通过供给适量的分解粒子来有效地抑制N2O的排放，特别是针对使燃料和规定的流动介质流动并燃烧、同时将从燃烧物中捕集的循环粒子返回至燃烧炉内的循环流动层燃烧装置，提供一种将存在于燃烧炉内的包含循环粒子的炉内粒子量保持恒定并同时抑制N2O的排放的N2O排放抑制燃烧装置及N2O排放抑制方法。
解决课题用的手段
为了达到上述目的，本发明的N2O排放抑制燃烧装置是抑制含氮成分的规定的燃料燃烧时产生的N2O的排放的燃烧装置，其结构包括：向所述装置内供给分解N2O的分解粒子的供给单元；测定废气中所含的N2O浓度的浓度测定单元；将测得的所述N2O浓度与规定的管理值进行比较，根据该比较结果来调整所述分解粒子的供给量的控制单元。
本发明的N2O排放抑制方法是向含氮成分的规定的燃料燃烧时产生N2O的燃烧装置中供给分解N2O的分解粒子，来抑制N2O的排放，其特征在于，包括：测定废气中所含的N2O浓度的步骤；将测得的所述N2O浓度与规定的管理值进行比较，根据该比较结果来调整所述分解粒子的供给量的步骤。
发明的效果
利用本发明的N2O排放抑制燃烧装置和N2O排放抑制方法，可通过供给适量的分解粒子来有效地抑制N2O的排放，特别是针对使燃料和规定的流动介质流动并燃烧、同时将从燃烧物中捕集的循环粒子返回至燃烧炉内的循环流动层燃烧装置，可将存在于燃烧炉内的包含循环粒子的炉内粒子量保持恒定并同时抑制N2O的排放。
附图说明
图1是表示本发明的一种实施方式的循环流动层燃烧装置的结构的示意图。
图2是表示本发明的一种实施方式的循环流动层燃烧装置的抑制N2O排放的方法的流程图。
图3是表示本发明的一种实施方式的循环流动层燃烧装置中未设置分级装置时的抑制N2O排放的方法的流程图。
图4是表示本发明的一种实施方式的循环流动层燃烧装置中未设置减量单元时的抑制N2O排放的方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的N2O排放抑制燃烧装置的优选实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的燃烧装置的结构的示意图，图2是表示本实施方式的燃烧装置的N2O排放抑制方法的流程图。
作为本发明的应用对象的燃烧装置是使燃料和硅砂等流动介质流动并燃烧，同时将从燃烧物中捕集的循环粒子返回至燃烧炉内，反复进行上述循环并同时进行燃烧的循环流动层燃烧装置。
已知该循环流动层燃烧装置以含大量氮成分的煤或污泥作为燃料在低温(例如600℃～900℃)下燃烧，从而排放大量N2O，通过测定废气中所含的N2O浓度并同时向燃烧炉内供给适量的可分解活化N2O的分解粒子，可有效地抑制N2O的排放。下面参照图1对本实施方式的循环流动层燃烧装置的结构进行说明。
如图1所示，本实施方式的循环流动层燃烧装置1由燃料供给部2、分解粒子供给部3、燃烧炉4、压力计4a和4b、旋风分离器5、热交换器6a、外部热交换器6b、集尘器7、管道8、N2O浓度计8a、提取部9、对它们进行控制的控制部10等构成。
应予说明，图中的虚线表示控制部10与各部、各装置的连接状态，以及信号的流动。
燃料供给部2设置有料斗2a和供给装置2b，所述料斗2a收纳燃料和用于除去燃料中所含的硫化合物的脱硫剂，且能将它们分别供给至燃烧炉4，所述供给装置2b对供给至燃烧炉4的燃料的量和脱硫剂的量分别进行控制并供给燃料和脱硫剂。
作为本实施方式的燃料，除煤外还可使用重油、石油焦炭、生物质、废塑料、废轮胎、工业废弃物、污泥、淤渣(sludge)等各种燃料。
作为脱硫剂，可使用石灰石、生石灰、消石灰、白云石、石灰滤饼(lime cake)、混凝土淤渣、贝壳、造纸淤渣等含Ca、Mg的物质，特别优选石灰滤饼。
分解粒子供给部3设置有料斗3a和供给装置3b，所述料斗3a用于贮留供给至燃烧炉4的分解粒子，所述供给装置3b对供给至燃烧炉4的分解粒子的量进行控制并供给分解粒子。
作为本实施方式的分解粒子，可使用多孔质氧化铝、活性氧化铝、γ-氧化铝、活性铝土矿等氧化铝类粒子，硅胶等二氧化硅类粒子，石灰石、白云石、新拌混凝土淤渣及其淤渣饼、石灰滤饼、混凝土等钙类粒子，活性白土、沸石、海泡石、流化催化裂化(FCC)催化剂等粘土矿物类粒子以及包含这些粒子的废弃物；分解粒子的粒径优选0.001mm～5mm左右。
供给装置3b可使用溜槽(chute)、浇口(gate)、旋转给料机、罗斯链式给料机、闭锁式料斗等重力式供给装置，带式给料机、螺旋给料机、链式给料机、裙式给料机、台式给料机等机械式供给装置，振动给料机、摆动给料机等振动式供给装置，放空罐、喷射器、空气溜槽等流动化式供给装置。
分解粒子的贮留不限于料斗，也可贮留于料仓(bunker)、筒仓(silo)、瓶等容器。
燃烧炉4是流动层燃烧炉，该流动层燃烧炉将由燃烧供给部2供给的燃料粉碎或直接制成燃料粒子，利用从燃烧炉下部导入的空气使该燃料粒子及脱硫剂、硅砂等流动介质、以及由分解粒子供给部3供给的分解粒子流动并燃烧。然后，在该燃烧炉4中燃烧了的燃烧物被送至旋风分离器5。
压力计4a测定燃烧炉4下部的压力，压力计4b测定燃烧炉4上部的压力。存在于燃烧炉4内的包含循环粒子的炉内粒子量是可从测得的压力之差算出的重量，因此在本实施方式中，将该燃烧炉4内的压力差视作炉内粒子量，通过控制部10监控。
旋风分离器5是产生空气涡流并利用其离心力从燃烧物中分离循环粒子和燃烧气体的分离装置。循环粒子由未烧尽的未燃碳粒子、煤灰、流动介质、脱硫剂、分解粒子等构成，再次返回至燃烧炉4。另一方面，燃烧气体被送至集尘器7。
集尘器7从燃烧气体中除去灰，管道8排出废气。
N2O浓度计8a测定废气中的N2O浓度。该测定值被发送至控制部10。
作为N2O浓度计8a，优选使用采用化学发光法或非散射红外吸收法的连续测定装置。
热交换器6a在从外部流入的循环水和燃烧炉4内的空气及炉内粒子之间进行热交换，外部热交换器6b在从外部流入的循环水和循环粒子之间进行热交换。
藉此，可对循环水加热并使其沸腾，从未图示的锅炉装置产生蒸汽。
提取部9是从燃烧炉4中提取出包含循环粒子的炉内粒子的一部分，从而使炉内粒子量减少的装置(减量单元)。
这里，炉内粒子是指在某一时刻存在于燃烧炉4内的粒子。存在于燃烧炉4内的粒子中也有不成为循环粒子而以原有状态滞留的粒子。因此，将该滞留的粒子以及循环粒子中在该时刻存在于燃烧炉4内的循环粒子并称为炉内粒子。
而且，在该提取部9中，被提取出的炉内粒子的量由控制部10控制。
提取部9具备分级装置9a(抽出-再供给单元)，该分级装置9a从所提取的炉内粒子中抽出分解粒子，将抽出的分解粒子返回至燃烧炉4。
作为分级装置9a，可使用具有可对分解粒子进行分级的网眼尺寸的筛分分级装置、自然沉降式分级装置、旋风分离器和空气分离器等干式分级装置、液体旋风分离器和水力分离器等湿式分级装置。
分解粒子的抽出可如下所述进行。
例如，使用筛分分级装置来抽出分解粒子的情况下，使用网眼尺寸不同的两种筛，预先将一个筛的网眼尺寸设为分解粒子的最小粒径，将另一个筛的网眼尺寸设为分解粒子的最大粒径，将所提取的炉内粒子置于两种筛，藉此，可简单地将大于分解粒子的最小粒径且小于最大粒径的粒子作为分解粒子抽出。
然后，将所抽出的全部或一部分分解粒子再次返回至燃烧炉4。
通过如上所述具备分级装置9a，可在不减少分解粒子量的情况下使炉内粒子量减少，因此，可增加炉内粒子中的分解粒子的比例，利用残存于燃烧装置内的分解粒子来有效地抑制N2O的排放。
作为将所抽出的分解粒子返回至燃烧炉4时的供给装置，可使用与上述供给装置3b相同的供给装置。
控制部10(控制单元)与燃烧装置的各部、各装置连接，由具有中央运算处理装置(CPU)的例如DCS(分散控制装置)构成，进行如下控制：基于设定好的蒸汽发生量的燃料的供给控制；燃烧状态的监控控制；以及监控N2O的排放浓度而抑制N2O排放的控制。
对于抑制N2O排放的控制在下文中详述。
抑制N2O排放的控制首先根据来自N2O浓度计8a的测定值(N2O浓度)来进行。
控制部10监控N2O浓度(例如0～500ppm)，与规定的管理值(例如100ppm)进行比较，根据N2O浓度是否超过该管理值来控制供给装置3b，使供给的分解粒子量增加或减少。
例如，N2O浓度超过该管理值的情况下，控制部10控制供给装置3b，以增加供给的分解粒子量。其结果是，当N2O浓度在管理值以内时，减少供给的分解粒子量。
通过像这样在监控N2O浓度的同时增加或减少供给的分解粒子量，可利用既不过量也无不足的适量的分解粒子来有效地抑制N2O的排放。
控制部10将压力计4a和压力计4b的压力差(例如1.0kPa～2.5kPa)作为炉内粒子量进行监控。在确保稳定的燃烧和蒸汽发生量方面，该炉内粒子量最好是恒定量，控制部10将炉内粒子量与规定的限制值进行比较，根据炉内粒子量是否超过该限制值来增加或减少分解粒子量。
具体而言，无论N2O浓度是否超过规定的管理值，当炉内粒子量超过上限值(例如2.5kPa)时，进行如下控制。
炉内粒子量超过上限值的情况下，控制所述提取部9，将相当于超出上限值的部分的炉内粒子量提取出来，控制所述分级装置9a，从所提取的炉内粒子中抽出分解粒子并再供给至燃烧炉4，藉此，可增加循环粒子量中的分解粒子量的比例。
此时，也可同时进行分级装置9a的控制，或者单独控制供给装置3b，来增加分解粒子量。此时，通过控制供给装置3b，所供给的是分解化能特别高的新的分解粒子，因此可在有效地减少炉内粒子量的同时抑制N2O的排放。在炉内粒子量远远超过上限值、且N2O浓度远远超过管理值的情况下，上述控制特别有效。
接着，参照图2的流程图对本实施方式的循环流动层燃烧装置的N2O排放抑制方法进行说明。
下文中所示的N2O排放抑制方法如下所述进行：依照存储于控制部10的规定的存储单元的程序，由控制部10的中央运算处理装置(CPU)根据来自燃烧装置各部的输入对燃烧装置各部进行控制。
首先，控制部10测定燃烧炉4内的炉内粒子量，例如测定压力计4a和压力计4b的压力差并将其作为炉内粒子量(S10)，然后测定废气中的N2O浓度(S11)。控制部10始终监控着该炉内粒子量和N2O浓度。
然后，控制部10判定炉内粒子量是否超过上限值(S12)，炉内粒子量超过上限值的情况下(S12-YES)，控制提取部9，将炉内粒子提取出来(S13)，控制分级装置9a，从所提取的炉内粒子中抽出分解粒子，将抽出的全部分解粒子或其一部分再供给至燃烧炉4(S14)。
然后，控制部10判定炉内粒子量是否达到下限值(S15)，炉内粒子量未达下限值的情况下(S15-NO)，进一步提取炉内粒子量，反复进行上述处理(S13)。
如上所述，炉内粒子量被提取，并且分解粒子被抽出并再供给至燃烧炉4，直至达到下限值为止，藉此，可实现燃烧状态和蒸汽发生量的稳定化并同时有效地利用残存于燃烧装置内的分解粒子，从而有效地抑制N2O的排放。
另一方面，炉内粒子量未超过上限值的情况下(S12-NO)或炉内粒子量已达下限值的情况下(S15-YES)，进行N2O浓度是否在管理值以内的判定(S16)。
若N2O浓度不在管理值以内(S16-NO)，则控制部10控制供给装置3b，增加分解活性高的新的分解粒子的供给量(S17)。藉此，即使在仅通过残存的分解活性低的分解粒子的抽出及再供给已无法将N2O浓度限制在管理值以内的情况下，也可通过供给新的分解粒子来可靠地抑制N2O的排放。
然后，监控炉内粒子量并同时反复进行上述处理，直至N2O浓度在管理值以内为止(S12)。
另一方面，N2O浓度在管理值以内时，控制部10结束处理(S16-YES)。
藉此，可在不过多地供给分解粒子的情况下，通过与测得的N2O浓度相匹配的适量的分解粒子的供给来将N2O浓度限制在管理值以内。
并且，根据本实施方式的N2O排放抑制方法，可在监控炉内粒子量的同时抑制N2O的排放，所以可确保稳定的燃烧和蒸汽发生量并同时有效地抑制N2O的排放。
接着，参照图3的流程图，对于根据上述实施方式中燃烧装置的结构的情况而不设置分级装置9a的情形的循环流动层燃烧装置的N2O排放抑制方法进行说明。
前提是该循环流动层燃烧装置中至少设置有使燃烧装置内的炉内粒子量减少的减量单元，该减量单元例如为从燃烧炉4中提取炉内粒子量的一部分的提取部9等。
首先，控制部10与图2的流程图同样地测定燃烧炉4内的炉内粒子量(S20)，然后测定废气中的N2O浓度(S21)。
然后，判定炉内粒子量是否超过上限值(S22)，炉内粒子量超过上限值的情况下(S22-YES)，通过提取部9或其它减量单元来减少炉内粒子量(S23)。其结果是，判定炉内粒子量是否达到下限值(S24)，炉内粒子量未达下限值的情况下(S24-NO)，进一步减少循环粒子量，反复进行上述处理(S23)。
另一方面，炉内粒子量未超过上限值的情况下(S22-NO)或炉内粒子量已达下限值的情况下(S24-YES)，进行N2O浓度是否在管理值以内的判定(S25)。
若N2O浓度不在管理值以内(S25-NO)，则控制部10控制供给装置3b，增加分解粒子的供给量(S26)。然后，监控炉内粒子量并同时反复进行上述处理，直至N2O浓度在管理值以内为止(S22)。然后，N2O浓度在管理值以内时，结束处理(S25-YES)。
藉此，可在不过多地供给分解粒子的情况下，通过与测得的N2O浓度相匹配的适量的分解粒子的供给来将N2O浓度限制在管理值以内。
并且，根据上述的N2O排放抑制方法，也可在监控炉内粒子量的同时抑制N2O的排放，所以可确保稳定的燃烧和蒸汽发生量并同时有效地抑制N2O的排放。
接着，参照图4的流程图，对根据燃烧装置的结构的情况不仅不设置提取部9、而且也不设置使循环粒子量减少的减量单元的情形的循环流动层燃烧装置的N2O排放抑制方法进行说明。
首先，控制部10测定燃烧炉4内的炉内粒子量(S30)，然后测定废气中的N2O浓度(S31)。
然后，判定炉内粒子量是否超过上限值(S32)，炉内粒子量超过上限值的情况下(S32-YES)，因为无法增加分解粒子的供给量，所以结束处理。
另一方面，炉内粒子量未超过上限值的情况下(S32-NO)，进行N2O浓度是否在管理值以内的判定(S33)。
然后，若N2O浓度不在管理值以内(S33-NO)，则控制部10控制供给装置3b，增加分解粒子的供给量(S34)。然后，监控炉内粒子量并同时反复进行上述处理，直至N2O浓度在管理值以内为止(S32)。其结果是，若N2O浓度在管理值以内，则结束处理(S33-YES)。
藉此，可在不过多地供给分解粒子的情况下，通过与测得的N2O浓度相匹配的适量的分解粒子的供给来将N2O浓度限制在管理值以内。
即使在如上所述未设置减量单元的情况下，也可在监控炉内粒子量的同时抑制N2O的排放，所以可兼顾稳定的燃烧和蒸汽发生量的确保以及N2O的排放抑制。
如上所述，利用本实施方式的抑制N2O排放的循环流动层燃烧装置和N2O排放抑制方法，可使在该燃烧装置内循环的循环粒子量、特别是存在于燃烧炉内的包含循环粒子的炉内粒子保持恒定并同时通过供给适量的分解粒子来有效地抑制N2O的排放。
上文中，对本发明的N2O排放抑制燃烧装置和N2O排放抑制方法的优选实施方式进行了说明，但显然本发明的N2O排放抑制燃烧装置和N2O排放抑制方法不限于上述实施方式，可在本发明的范围内进行各种改变。
例如，本实施方式的N2O排放抑制燃烧装置单独地供给分解粒子，但也可将分解粒子与燃料和脱硫剂混合后供给。
此外，供给分解粒子的位置不限于燃烧炉4，也可从旋风分离器5、热交换器6、液封导管、旋塞阀(フルオ一シ一ル)等粒子循环机器以及连接它们的管道等燃烧气体能与分解粒子接触的任意位置进行供给。
此外，使循环粒子量减少的减量单元不限于将包含循环粒子的炉内粒子的一部分提取出来的提取部9，例如也可以控制供给装置2b，从而调整成为循环粒子的脱硫剂的量。此外，通过单独或组合采用对燃料进行分选来供给成为未燃灰烬的比例少的燃料、对燃料进行筛分来供给粒径小的燃料、减少硅砂等流动介质的供给量等减量方法，从而也可减少循环粒子量。
此外，本发明燃烧装置不限于循环型的流动层燃烧装置，也可适用于常压型、加压型、鼓泡型的流动层燃烧装置等所有产生N2O的燃烧装置。
工业适用性
本发明可广泛应用于含氮成分的煤或工业废弃物作为燃料燃烧而产生N2O的燃烧装置。
Claims (8)
1.一种N2O排放抑制燃烧装置，该燃烧装置抑制含氮成分的规定的燃料燃烧时产生的N2O的排放，其特征在于，具备：
向该装置内供给分解N2O的分解粒子的供给单元；
测定废气中所含的N2O浓度的浓度测定单元；
将测得的上述N2O浓度与规定的管理值进行比较，根据该比较结果来调整上述分解粒子的供给量的控制单元。
2.权利要求1所述的N2O排放抑制燃烧装置，其中，
上述燃烧装置是使上述燃料和规定的流动介质流动并燃烧、同时将从燃烧物中捕集的循环粒子返回至上述燃烧炉内的循环流动层燃烧装置，
该燃烧装置具备测定存在于上述燃烧炉内的包含上述循环粒子的炉内粒子量的粒子量测定单元，
上述控制单元将测得的上述炉内粒子量与规定的限制值进行比较，根据该比较结果来调整上述分解粒子的供给量。
3.权利要求2所述的N2O排放抑制燃烧装置，其中，
具备使上述循环粒子量减少的减量单元，
上述控制单元将测得的上述炉内粒子量与规定的限制值进行比较，根据该比较结果来控制上述减量单元，从而使上述循环粒子量减少。
4.权利要求3所述的N2O排放抑制燃烧装置，其中，
作为上述减量单元，具备从上述燃烧炉内提取上述炉内粒子的提取单元，
上述控制单元将测得的上述炉内粒子量与规定的限制值进行比较，根据该比较结果来控制上述提取单元，从而调整上述炉内粒子的提取量。
5.权利要求4所述的N2O排放抑制燃烧装置，其中，具备从所提取的上述炉内粒子中抽出上述分解粒子的抽出单元；以及将所抽出的上述分解粒子再供给至上述燃烧炉的再供给单元。
6.权利要求5所述的N2O排放抑制燃烧装置，其中，上述抽出单元对所提取的上述炉内粒子进行分级，来抽出上述分解粒子。
7.一种N2O排放抑制方法，该方法是向含氮成分的规定的燃料燃烧时产生N2O的燃烧装置中供给分解N2O的分解粒子，来抑制N2O的排放，其特征在于，包括：
测定废气中所含的N2O浓度的步骤；
将测得的上述N2O浓度与规定的管理值进行比较，根据该比较结果来调整上述分解粒子的供给量的步骤。
8.权利要求7所述的N2O排放抑制方法，其中，
上述燃烧装置是使上述燃料和规定的流动介质在燃烧炉内流动化并燃烧、同时将从燃烧物中捕集的循环粒子返回至燃烧炉内的循环流动层燃烧装置，
上述方法具有：
测定存在于上述燃烧炉内的包含上述循环粒子的炉内粒子量的步骤；
将测得的上述炉内粒子量与规定的限制值进行比较，根据该比较结果来调整上述分解粒子的供给量的步骤。
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