CN1497210A - 燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了在利用流动层燃烧而使煤等燃料燃烧的燃烧装置的炉内可以同时进行脱硫和N2O以及NOX的排出抑制的方法。其中投入流动催化剂和脱硫剂，并使上述脱硫剂从上述流动催化剂中分离。
Description
技术领域
本发明涉及在通过流动层燃烧而使煤、重油、石油焦炭、生物质、工业废弃物等燃料燃烧的燃烧装置的炉内可以同时进行脱硫和N2O以及N2O的排出抑制的方法。
背景技术
将煤、重油、石油焦炭、生物质、工业废弃物等作为燃料的流动层燃烧会大量产生一种温室效应气体即氧化亚氮(以下称为N2O)，需要开发降低其产生量的策略。
作为抑制N2O的方法，除了通过催化剂分解N2O、通过活性炭吸附N2O、通过将辅助燃料气体吹入燃烧装置而使局部高温化以外，已知的还有向炉内添加N2O分解粒子的方法。另外，使用多孔氧化铝粒子作为N2O分解粒子，通过在流动层燃烧的流动介质即石英砂中以一定的混合比率使其混合并进行燃料的燃烧，可以使N2O的排出量降低。
另外，通过在流动介质中混合过量的脱硫剂，也可以使N2O的排出量降低。
但是，如果通过混合多孔氧化铝粒子或者过量的脱硫剂的方法，则存在一种公害性气体即氮氧化物(N2O)的排出量增加的问题。认为这是由于煤中的氮(N)组分转换反应为氮氧化物，多孔氧化铝粒子或者脱硫剂虽然抑制其向N2O的转换，但是另一方面，又促进了向NOx的转换。
另外，为了抑制NOx排出量，提出了通过在炉外使用催化剂除去的方法，但是在该方法中，需要大幅度地改造原有的燃烧装置，并需要大额的费用，从而存在用于抑制N2O以及NOx的排出量的成本变高的问题。
本发明是鉴于上述问题而作出的，目的是提供不需要大幅度的装置改造、可以一边在炉内实现脱硫、一边同时且有效地抑制N2O以及NOx的排出量的方法。
发明内容
本发明的发明人注意到，如果在燃烧装置的流动层内存在过量的脱硫剂，则存在NOx增加的倾向，而且，由于脱硫剂和燃料接触，导致NOx增加，在使用脱硫剂和另外的流动介质时，最好使硫剂和流动介质分离，从而完成了本发明。
即，权利要求1中记载的发明是在通过流动层燃烧而使燃料燃烧的燃烧装置炉内投入流动催化剂和脱硫剂，同时进行抑制N2O和NOx的排出的方法，也是从上述流动催化剂中分离上述脱硫剂的方法。
这时，如权利要求2中所记载的，最好使用粒子状的物质作为上述脱硫剂，以便利用通过上述流动层的气体从流动层中排出上述脱硫剂。
根据该方法，由于粒子状的脱硫剂与通过上述流动层的气体一起从流动层中排出，所以脱硫剂不会在流动层内长时间停留，在流动层内不会存在过量的脱硫剂，同时抑制脱硫剂和燃料的接触，可以同时抑制N2O以及NOx的排出量。
另外，如权利要求3中记载的，也可以通过在上述炉的下段配置含有上述流动催化剂的流动层，在上段配置含有上述脱硫剂的脱硫层，在下段的上述流动层中进行燃料的燃烧后，在上段的上述脱硫层中进行排气的脱硫。
根据该方法，通过在分开的场所进行燃烧和脱硫，可以抑制流动催化剂和燃料的接触，同时抑制N2O以及NOx的排出量。
在进行流动层燃烧的燃烧装置中，作为流动催化剂通常使用石英砂等。在本发明中，如权利要求4中记载的，优选使用多孔氧化铝作为流动催化剂。利用该多孔氧化铝，可以有效地使N2O的排出量降低。
如权利要求5中记载的，上述多孔氧化铝的粒径最好为与通过上述流动层的气体对抗且不会从上述流动层中排出的尺寸。
如果这样，则可以与通过上述流动层的气体对抗，事先将多孔氧化铝留在上述流动层内。
上述流动催化剂是粒子状时，如权利要求6中记载的，可以将上述流动催化剂的粒子的粒径设定为使得上述粒子的终端速度比通过上述流动层的气体的流速还大的粒径。
如果这样，则可以防止流动催化剂的粒子与通过上述流动层的气体一起由流动层中排出的不便。
权利要求7中记载的发明是上述脱硫剂是粒子状、其粒径为利用通过上述流动层的气体至少由流动层中被排出的尺寸的方法。
根据该方法，由于利用通过上述流动层的气体，脱硫剂由流动层排出，所以脱硫剂不会长时间停留在流动层内，可以抑制NOx的产生。
这时，如权利要求8中记载的，最好将上述脱硫剂的粒子的粒径设定为使得上述粒子的终端速度比通过上述流动层的气体的流速还小的粒径。
通过设定为这样的粒径，脱硫剂与通过上述流动层的气体一起由流动层中排出。
权利要求9中记载的发明是从排出的上述脱硫剂中回收含有未反应部分的上述脱硫剂并供给上述炉中的方法。
在该方法中，例如，可以收集通过旋风除尘器等吸尘器排出的上述脱硫剂，并可以将含有未反应部分的上述脱硫剂返回炉中再利用，所以可以实现脱硫剂的有效利用。
权利要求10中记载的发明是在上述炉的熔化室(フリ一ボ一ド)部分的内部的离开上述流动层的位置上配置气流干扰部件，以便干扰含有从上述流动层中排出的上述脱硫剂的排气流动的方法。
根据该方法，例如，通过在离开上述流动层的熔化室部分的上方配置折流板等气流干扰部件，可以干扰含有脱硫剂的排气流。因此，由于可以将上述脱硫剂以离开上述流动层的状态长时间停留在炉内，赋予脱硫剂充分的反应时间，所以可以实现脱硫剂的有效利用。
作为上述的脱硫剂，如权利要求11中记载的，可以使用含有主要成分为Ca的物质。
例如，可以使用以碳酸钙(CaCO3)作为主要成分的石灰石、生混凝土泥浆等。
下面，根据附图详细说明本发明的优选实施方式。
还有，在流动层燃烧中，有循环流动层燃烧和气泡流动层燃烧，但是下面以气泡流动层燃烧作为前提进行说明。
另外，存在将发生流动层燃烧的炉的下部称为“浓厚层”而与“流动层”区别开的情况，但是在本说明书中，将该部分统一记载为“流动层”。
【第一实施方式】
图1是在本发明的第一实施方式中用于实施排出抑制方法的燃烧装置的简图。
利用流动层燃烧而使燃料燃烧的燃烧装置1具有炉11、向该炉11供给燃料粒子的燃料供给部分12、使由炉11排出的脱硫剂粒子111a循环的脱硫剂循环部分13和将脱硫剂粒子111a再生并向炉11供给的脱硫剂供给部分14。
在本发明中，作为燃料，除煤之外，可以使用重油、石油焦炭、生物质、工业废弃物等。另外，作为脱硫剂，可以使用含有主要成分为Ca的物质，例如，石灰石、生混凝土泥浆、白云石、贝壳、混凝土结构物及其废弃物等。
在炉11的底部，设置金属网状或者多孔板状的分散板113，以便在该分散板113上形成流动层112。另外，在流动层112的上方，设置熔化室部分111。
燃料供给部分12设有容纳燃料粒子的装料斗121和控制由该装料斗121向炉11供给的燃料粒子的量的控制器122。
另外，在脱硫剂供给部分14中，设置了蓄留向炉11供给的脱硫剂粒子111a的装料斗141和控制由该装料斗141向炉11供给的脱硫剂粒子111a的量的控制器142。
还有，脱硫剂粒子111a既可以由装料斗141分批投入炉11内，也可以与燃料粒子混合再向炉11供给。另外，如图1中所示，也可以使用旋风除尘器等吸尘器131从排出的脱硫剂粒子中捕集含有未反应部分的硫剂粒子，经过控制器132将捕集的脱硫剂粒子返回炉11中。
图2是流动层112的局部放大图。在流动层112中填充了流动催化剂即多孔氧化铝粒子112b。在该流动层112中，如果通过分散板113送入空气，同时从燃料供给部分12供给燃料粒子112a，则由多孔氧化铝粒子112b和燃料粒子112a组成的混合物变为流动状态。而且，一边将流动层112内的温度维持在规定温度(例如850℃)，一边进行燃烧。
多孔氧化铝粒子112b的直径d2可以是在通过流动层112的气体作用下多孔氧化铝粒子112b不会从流动层112排出的尺寸。
图3是熔化室部分111的局部放大图。
脱硫剂粒子111a停留在流动层112的上方设置的熔化室部分111中。脱硫剂粒子111a的粒径d3最好为在通过流动层112的空气或排气等气体的作用下，至少从流动层112排出的程度的尺寸。另外，脱硫剂粒子111a的粒径d3也可以为使用炉11内上升的排气进行输送且至少其一部分由炉11排出的尺寸。
上述的各粒子的粒径d2、d3可以通过考虑多孔氧化铝粒子112b的种类以及脱硫剂粒子111a的种类、空气的供给量、通过流动层112的空气或排气的流速等，由实验、经验等求出。
另外，粒径d2、d3可以根据通过流动层的空气、排气等气体的流速和粒子的终端速度的关系求出。通常，粒子的终端速度与粒子的粘性、密度以及粒径密切相关。而且，粒径越大，终端速度变得越大，粒径越小，终端速度变得越小。
作为一个例子，一边参照图4一边对脱硫剂粒子111a的粒径d3的确定方法进行说明。
图4是表示脱硫剂粒子111a的粒径和终端速度的关系的曲线，纵轴是脱硫剂粒子111a的终端速度，横轴是脱硫剂粒子111a的粒径。
在图4的曲线中，用点划线表示通过流动层112的气体的空塔速度。因此，选择粒径d3，以使得终端速度变得比通过流动层112的气体的空塔速度还小，从而脱硫剂粒子111a可以与通过流动层112的气体一起排出到流动层112之外。根据图4的曲线，例如当作为基准的气体的空塔速度是0.22m/s时，则粒径d3最好为0.1mm以下。
如上所述，流动催化剂和脱硫剂粒子的粒径可以以气体的空塔速度作为基准进行确定，但是具体地讲，在气泡流动层燃烧装置中，适合使用流动催化剂的平均粒径为0.05-5mm，脱硫剂的平均粒径为0.01-2mm范围的物质。另外，在循环流动层燃烧装置中，适合使用流动催化剂的平均粒径为0.02-2mm，脱硫剂的平均粒径为0.01-2mm范围的物质。
【第二实施方式】
图5是实施本发明的第二实施方式中的排出抑制方法的燃烧装置的简图。
在图5中，与第一实施方式相同部位、相同部件中使用了相同的符号，详细的说明省略。
在该实施方式中，在炉11的熔化室部分111的上方配置多个折流板151。而且，利用该折流板151干扰排气，可以在炉11内上升的至少一部分脱硫剂粒子111a与排气一起可暂时停留在该折流板151的附近。
因此，脱硫剂粒子111a停留在炉11内直到反应充分进行，所以可以实现脱硫剂粒子111a的有效利用。
还有，只要可以通过干扰排气流而使至少一部分脱硫剂粒子111a暂时停留，则气流干扰部件并不限于折流板151，可以使用网状部件、多孔状部件等其它部件。
【第三实施方式】
图6是实施本发明的第三实施方式中的排出抑制方法的燃烧装置的简图。
在该实施方式中使用的燃烧装置2，在炉21的内部分为上下两段，而且，在下段设置了使从燃料供给部分22的装料斗221经过控制器222供给的燃料燃烧的流动层212，在上段设置了将排气脱硫的脱硫层211。
在脱硫层211中，填充了石灰石等脱硫剂粒子，但是与在先的实施方式不同，其粒径是在排气作用下不会将脱硫剂粒子排出炉21之外的尺寸。脱硫剂粒子由脱硫剂供给部分23的装料斗231经过控制器232被投入到脱硫层211中。
根据该实施方式，则一边经过分散板213向流动层212中供给空气，一边在流动层212中进行燃料粒子的燃烧。排气后到达在炉21内上升后到达脱硫层211，并在该脱硫层211中进行脱硫。
在该实施方式中，由于燃料和脱硫剂不接触，所以可以有效地抑制NOx的产生，与此同时，也可以抑制N2O的产生。
具体实施方式
下面，针对根据上述第一实施方式的本发明的具体的实施例进行说明。实施例以及比较例的条件如下。
(实施例)
燃料：煤粒子
粒径d1＝297μm-1000μm
成分 80.13％碳，6.50％氢，11.06％氧，1.74％氮，0.57％硫
放热量 6470Kcal/kg
供给量 以排气中氧浓度变为4％的量供给
·空气流速：0.22m/s
·流动催化剂：多孔氧化铝粒子
粒径(平均粒径)d2＝399μm
成分 84.7％Al2O3，2.2％SiO2，0.0％MgO，0.8％CaO，1.1％TiO2，5.8％Fe2O3，3.8％SO3，1.6％其它
供给量 以总体积计填充220cc，以使得静止层高为10cm
·脱硫剂：石灰石粒子
粒径d3＝53μm～105μm
成分 96.9％CaCO3，1.4％MgCO3，O.6％SiO2，0.8％Al2O3，0.3％Fe2O3
供给方法 分批投入或者与燃料混合后投入
供给量 以供给的石灰石的Ca的摩尔量和供给的煤的S的摩尔量的比(Ca/S比)为比0大、5以下进行供给
(比较例1)
·燃料以及空气流量与上述的实施例相同。
·流动催化剂：石英砂粒子
石英砂的粒径(平均粒径) 273μm
供给量 以总体积计填充220cc，以使得静止层高为10cm
·脱硫剂：石灰石粒子
粒径d3＝420μm-590μm
成分与实施例1相同
供给方法 分批投入或者与燃料混合后投入
供给量 以供给的石灰石的Ca的摩尔量和供给的煤的S的摩尔量的比(Ca/S比)为比0大、5以下进行供给
(比较例2)
除了石灰石粒子的粒径d3为145μm-250μm以外，其它与比较例1相同。
在上述的实施例以及比较例1、2中，通过使用炉11出口的旋风除尘器和硅石制过滤器，在除去排出的煤燃烧灰、石灰石粒子后，向水冷的不锈钢管中通入排气，冷却除湿，进行排气中各成分的浓度分析。
而且，N2O、O2、CO2、CO、N2的各浓度，通过在将除尘、除湿的排气捕集在气体容器(ガスパツク)中后，使用带有TCD(导热率监测器)的气相色谱仪(岛津制作所社制GC-8A)进行间歇测定。
另外，O2浓度使用磁力式O2浓度计(岛津制作所社制POT-101)，CO2、CO浓度使用红外线式气体浓度测定装置(岛津制作所社制CGT-7000或者岛津制作所社制CGT-10-1A)进行连续测定。
另外，NOx(NO+NO2)使用化学发光式NOx计测器，SO2使用红外线式SO2的红外线式SO2计(岛津制作所社制URA-107)，分别进行连续测定。
图7的曲线中显示出了进行这样测定的结果。
图7(a)是表示上述实施例以及比较例1、2的脱硫量(SO2排出量)和NOx的排出量的关系曲线，图7(b)是表示上述实施例以及比较例1、2的脱硫量(SO2排出量)和N2O的排出量的关系曲线。
如图7(a)中所示，SO2的排出量越小，也就是说，越趋向于曲线的左边，则实施例以及比较例1、2的NOx排出量越增加。但是，在本发明的方法中，与两个比较例1、2相比，NOx排出量的增加梯度小，而且，NOx排出量为约180ppm-200ppm，并且与两个比较例相比也保持相当低的值。
另外，如图7(b)中所示，SO2的排出量越小，也就是说，越趋向于曲线的右边，则实施例以及比较例1、2的N2O排出量越减少。但是，在本发明的方法中，N2O排出量为约25ppm-40ppm，并且与两个比较例1、2相比也保持相当低的值。
由图7(a)和图7(b)的曲线显而易见的是，在本发明中，原样地保持了排气中的脱硫量，可以在炉11内同时抑制NOx以及N2O的排出量。
对于本发明中合适的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式。
例如，作为可以实施本发明方法的流动层燃烧形的燃烧装置，可以使用例如常压型、加压型、沸腾型以及循环型等各种燃烧装置。
根据本发明，则可以不对原有的燃烧装置进行大幅度的改造，一边在炉内实现脱硫，一边低成本地同时抑制N2O和NOx的排出量。
附图说明
【图1】
是用于实施本发明的第一实施方式中的排出抑制方法的燃烧装置的简图。
【图2】
是图1的燃烧装置中的流动层的局部放大图。
【图3】
是图1的燃烧装置中的熔化室部分的局部放大图。
【图4】
是在用于确定脱硫剂粒子的粒径的曲线，表示粒径和终端速度关系。
【图5】
是用于实施本发明的第二实施方式中的排出抑制方法的燃烧装置的简图。
【图6】
是用于实施本发明的第三实施方式中的排出抑制方法的燃烧装置的简图。
【图7】
是用于说明本发明的效果的曲线。
【符号的说明】
1燃烧装置
11炉
111熔化室部分
111a脱硫剂粒子
112流动层
112a燃料粒子
112b多孔氧化铝粒子(流动催化剂)
113分散板
12燃料供给部分
121装料斗
122控制器
13脱硫剂循环部分
131吸尘器
132控制器
14脱硫剂供给部分
141装料斗
142控制器
151折流板(气流干扰部件)
2燃烧装置
21炉
211脱硫层
212流动层
213分散板
22燃料供给部分
221装料斗
222控制器
23脱硫剂供给部分
231装料斗
232控制器
Claims (11)
1.燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，其是在利用流动层燃烧而使燃料燃烧的燃烧装置的炉内投入流动催化剂和脱硫剂、同时抑制N2O和NOx的排出的方法，
特征在于，从上述流动催化剂中分离上述脱硫剂。
2.权利要求1中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，使用粒子状的物质作为上述脱硫剂，利用通过上述流动层的气体将上述脱硫剂从流动层中排出。
3.权利要求1中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，在上述炉的下段配置含有上述流动催化剂的流动层，在上段配置含有上述脱硫剂的脱硫层，在下段的上述流动层中进行燃料的燃烧后，在上段的上述脱硫层中进行排气的脱硫。
4.权利要求1-3任一项中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述流动催化剂是粒子状的多孔氧化铝。
5.权利要求4中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述多孔氧化铝的粒径为与通过上述流动层的气体对抗且不会从上述流动层中排出的尺寸。
6.权利要求2-5任一项中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，将上述流动催化剂的粒子的粒径设定为使得上述流动催化剂的粒子的终端速度比通过上述流动层的气体的流速还大的粒径。
7.权利要求2中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述脱硫剂是粒子状，其粒径为在通过上述流动层的气体的作用下至少从流动层被排出的尺寸。
8.权利要求7中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，将上述脱硫剂的粒子的粒径设定为使得上述脱硫剂粒子的终端速度比通过上述流动层的气体的流速还小的粒径。
9.权利要求2、7或者8中记载的燃烧装置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，从排出的上述脱硫剂中回收含有未反应部分的上述脱硫剂，并供给上述炉中。
10.权利要求2、7或者8中记载的燃烧装置中的N2O以及N2O的排出抑制方法，特征在于，在上述炉的熔化室部分的内部配置气流干扰部件，以便干扰从上述流动层排出的含有上述脱硫剂的排气流。
11.权利要求1-9任一项中记载的燃烧装置中的N2O以及N2O的排出抑制方法，特征在于，上述脱硫剂是含有Ca作为主要成分的物质。
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