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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff, welche als ein Brennstoff für einen kohlebefeuerten Heizkessel verwendet wird.
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Stand der Technik
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Weil das bei der Verbrennung erzeugte Abgas für einen kohlebefeuerten Heizkessel, welcher eine Kohle als einen Brennstoff zur Verbrennung verwendet, Schwefeloxid (SOx) enthält, wird das Abgas ausgeschieden, nachdem das Schwefeloxid aus dem Abgas entfernt wurde.
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Zum Beispiel wird im weiter unten beschriebenen Patendokument 1 das Entfernen von Schwefeloxid aus dem Abgas wie folgt vorgeschlagen: Feinstpartikel (1 bis 100 nm) von Calciumoxid (CaO) werden durch Laserbestrahlungserhitzen oder Plasmaerhitzen einer Calciumverbindung wie Calciumoxid (CaO), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2) erzeugt; die Feinstpartikel werden ins Innere eines Brennofens oder ins Innere eines Abgaskanals injiziert, um mit dem Schwefeloxid im Abgas zu reagieren, wodurch das Schwefeloxid aus dem Abgas entfernt wird.
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H05269341A
- Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H07004610A
- Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H09126411A
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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In dem in Patentdokument 1 empfohlenen Verfahren wurden jedoch die Kosten für einen großvolumigen kohlebefeuerten Heizkessel sehr hoch, weil es notwendig wurde, eine Laserablationsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Induktionsplasmas, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bogenplasmas und dergleichen in der Heizkesselvorrichtung zu installieren, und es war nicht praktikabel.
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Deshalb gibt es eine große Nachfrage, um einfaches Erzeugen von Calciumoxid-Feinstpartikeln zu geringen Kosten zu ermöglichen.
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Lösung für das Problem
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Die erste Erfindung zum Lösen des oben beschriebenen Problems ist eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff, die als ein Brennstoff für einen kohlebefeuerten Heizkessel verwendet wird. Die Kohle als Heizkesselbrennstoff umfasst eine modifizierte Kohle, wobei die modifizierte Kohle eine Rohstoffkohle und auf der Rohstoffkohle geträgertes Calcium umfasst. Die Rohstoffkohle umfasst eine Braunkohle oder eine subbituminöse Kohle, und die Menge an Calcium ist nicht geringer als eine äquimolare Menge relativ zu der molaren Menge an Schwefel in der Rohstoffkohle.
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Die zweite Erfindung ist die Kohle als Heizkesselbrennstoff gemäß der ersten Erfindung, in welcher die modifizierte Kohle ferner Eisen trägert. Das Mengenverhältnis von Eisen liegt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle.
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Die dritte Erfindung ist die Kohle als Heizkesselbrennstoff gemäß der ersten oder der zweiten Erfindung, in welcher die modifizierte Kohle auf der modifizierten Kohle geträgertes Calcium in einem Bereich von 4 bis 10 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle enthält, und die Kohle als Heizkesselbrennstoff eine gemischte Kohle umfasst, welche eine Mischung aus einer Grundkohle, die mindestens eine Sorte einer bituminösen Kohle, einer subbituminösen Kohle und einer Braunkohle umfasst, und der modifizierten Kohle ist, und das Mengenverhältnis der modifizierten Kohle in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-% liegt.
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Die vierte Erfindung ist die Kohle als Heizkesselbrennstoff gemäß einer der Erfindungen von der ersten bis zur dritten Erfindung, in welcher die Kohle als Heizkesselbrennstoff einer Pyrolysebehandlung unterzogen wird.
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Die fünfte Erfindung ist die Kohle als Heizkesselbrennstoff gemäß der fünften Erfindung, in welcher die Kohle als Heizkesselbrennstoff ferner einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Anwesenheit von Calciumoxid (CaO) als Feinstpartikel (Partikelgröße: wenige bis wenige Dutzend Nanometer) eines auf der Kohle geträgerten Calcium(Ca)-Anteils durch Verbrennen bei erhöhter Temperatur, wenn die Kohle als Heizkesselbrennstoff einem Kesselfeuerraum als Brennstoff injiziert und zur Verfügung gestellt wird und einem Verbrennen bei erhöhter Temperatur unterzogen wird, um zu Abgas zu werden. Somit vereinfacht die Kohle als Heizkesselbrennstoff gemäß der vorliegenden Erfindung das Erzeugen von Feinstpartikeln von Calciumoxid zu geringen Kosten und reduziert die Kosten für die Heizkesselvorrichtung erheblich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung(en)
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1 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von Herstellungsschritten der ersten Ausführungsform einer Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische Ansicht einer Behandlungsvorrichtung zur Trägerbehandlung in 1.
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3 ist eine schematische Ansicht einer Heizkesselvorrichtung unter Anwendung auf die aus dem Herstellungsschritt in 1 erlangte Kohle als Heizkesselbrennstoff.
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4 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von Herstellungsschritten der zweiten Ausführungsform einer Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine schematische Ansicht einer Heizkesselvorrichtung unter Anwendung auf die aus dem Herstellungsschritt in 4 erlangte Kohle als Heizkesselbrennstoff.
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6 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von Herstellungsschritten der dritten Ausführungsform einer Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine schematische Ansicht einer Heizkesselvorrichtung unter Anwendung auf die aus dem Herstellungsschritt in 6 erlangte Kohle als Heizkesselbrennstoff.
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8 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von einem Hauptbestandteil von Herstellungsschritten der vierten Ausführungsform einer Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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9 ist eine schematische Ansicht einer Behandlungsvorrichtung zur Trägerbehandlung in den anderen Ausführungsformen der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden auf Grundlage von Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht ausschließlich auf die folgenden, auf Grundlage der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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<Erste Ausführungsform>
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Die erste Ausführungsform der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf Grundlage der 1 bis 3 beschrieben.
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Eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform ist eine als ein Brennstoff für einen kohlebefeuerten Heizkessel verwendete Kohle als Heizkesselbrennstoff. Die Kohle als Heizkesselbrennstoff umfasst eine modifizierte Kohle, welche eine Rohstoffkohle umfassend eine Braunkohle oder eine subbituminöse Kohle, und auf der Rohstoffkohle geträgertes Calcium (Ca) enthält. Die Menge an Calcium ist nicht geringer als eine äquimolare Menge relativ zur molaren Menge an Schwefel (S) in der Rohstoffkohle.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform kann, wie in 1 und 2 veranschaulicht, auf einfache Weise wie folgt erlangt werden: Wasser 1, die Rohstoffkohle 2 (Schwefelgehalt 0,4 bis 1,2 Gew.-% (wenn getrocknet)), wovon die Partikelgröße (etwa 50 mm) durch Pulverisieren angepasst wird (bis zur maximalen Partikelgröße von etwa 5 mm), und eine Calciumverbindung 3 wie Calciumoxid (CaO), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2) werden in einen Behandlungstank 111 einer Behandlungsvorrichtung 110 eingebracht und mit einem Rührblatt 112 gerührt (pH 8 bis 12). Calciumion wird von der Calciumverbindung 3 in das Wasser 1 eluiert und im Wasser 1 eingebunden. Beim Kontakt mit der Rohstoffkohle 2 wird das Calciumion einem Ionenaustausch mit auf der Rohstoffkohle 2 vorliegendem Wasserstoffion einer Hydroxygruppe (-OH) oder einer Carboxylgruppe (-COOH) unterzogen. Somit wird das Calcium auf der Rohstoffkohle 2 in der oben beschriebenen Menge geträgert (S11 in 1). Dem folgt eine Trennung wie etwa Filtrierung vom Inneren des Behandlungstanks 111 nach außen (S12 in 1) und nach Bedarf eine Wasserwäschebehandlung (S13 in 1). Dem folgt ferner eine Entwässerungsbehandlung (S14 in 1).
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Die wie oben beschrieben hergestellte Kohle als Heizkesselbrennstoff (modifizierte Kohle) 10 wird getrocknet und pulverisiert (Partikelgröße: etwa 0,1 mm) und als ein Brennstoff in das Innere eines Kesselfeuerraums 211 wie in 3 veranschaulicht injiziert und zur Verfügung gestellt und Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur (Temperatur: 1500 bis 1700°C) zum Produzieren von Abgas 6 unterworfen.
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An diesem Punkt existiert durch das Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur des in der Kohle als Heizkesselbrennstoff 10 enthaltenen Schwefelanteils (S) erzeugtes Schwefeloxid (SOx) in dem Abgas 6. Zusätzlich existiert aus dem auf der Kohle als Heizkesselbrennstoff 10 geträgerten Calciumanteil (Ca) erzeugtes Calciumoxid (CaO) als die Feinstpartikel (Partikelgröße: einige bis einige Dutzend Nanometer).
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Dann kann das Schwefeloxid im Abgas 6 ohne Weiteres mit dem Calciumoxid reagieren, welches aufgrund der Tatsache, dass es sich um Feinstpartikel handelt, eine sehr große spezifische Oberfläche aufweist, um Calciumsulfat (CaSO4) zu produzieren.
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Das Abgas 6, in welchem Schwefeloxid zu Calciumsulfat umgesetzt wurde, wird durch Wärmeaustausch an einem Wärmeaustauscher 212 gekühlt, und ein fester Inhaltsstoff 7, der das Calciumsulfat und dergleichen enthält, wird durch eine Staubabscheidevorrichtung 213 entfernt, gefolgt von Ausstoß durch einen Abzug 214 nach außen.
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Mit anderen Worten, gewöhnlich werden die Feinstpartikel (1 bis 100 nm) von Calciumoxid (CaO) durch Laserbestrahlungserhitzen oder Plasmaerhitzen einer Calciumverbindung wie Calciumoxid (CaO), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2) erzeugt, und die Feinstpartikel werden ins Innere des Hochofens oder das Innere eines Abgaskanals injiziert, um mit dem Schwefeloxid (SOx) im Abgas zu reagieren. Somit wird das Schwefeloxid im Abgas entfernt. In der vorliegenden Ausführungsform werden Calciumoxid (CaO) der Feinstpartikel (einige bis einige Dutzend Nanometer) durch Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur unter Verwendung der Kohle als Heizkesselbrennstoff (modifizierte Kohle) 10, in welcher Calcium (Ca) auf der Rohstoffkohle 2 in der oben beschriebenen Menge geträgert ist, als ein Brennstoff für den Kesselfeuerraum 211 im Abgas 6 erzeugt, und die Feinstpartikel werden mit Schwefeloxid (SOx) im Abgas 6 umgesetzt. Somit wird das Schwefeloxid im Abgas 6 entfernt.
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Deshalb ist es gewöhnlich notwendig, eine Laserablationsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Induktionsplasmas, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bogenplasmas und dergleichen in der Heizkesselvorrichtung zu installieren. In der vorliegenden Ausführungsform ist es nicht nur nicht notwendig, die oben beschriebenen Vorrichtungen zu installieren, sondern es ist ebenfalls nicht notwendig, eine Entschwefelungsvorrichtung in der Heizkesselvorrichtung zu installieren.
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Deshalb ist es gemäß der Kohle als Heizkesselbrennstoff 10 im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, Calciumoxid(CaO)-Feinstpartikel (einige bis einige Dutzend Nanometer) auf einfache Weise und zu geringen Kosten zu erzeugen und die Kosten für die Heizkesselvorrichtung erheblich zu reduzieren.
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Währenddessen ist es notwendig, dass die Menge an auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Calcium nicht geringer ist als die äquimolare Menge relativ zu der molaren Menge an Schwefel in Rohstoffkohle 2. Dies ist so, weil das durch das Verbrennen erzeugte Schwefeloxid nicht ausreichend entfernt werden kann, wenn die Menge an auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Calcium geringer ist als die äquimolare Menge relativ zur molaren Menge an Schwefel in der Rohstoffkohle 2.
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Auch ist es schwierig, eine bituminöse Kohle als die Rohstoffkohle 2 zu verwenden, obwohl eine Braunkohle oder eine subbituminöse Kohle als Rohstoffkohle 2 verwendet werden kann. Dies ist so, weil eine Braunkohle oder eine subbituminöse Kohle eine Hydroxygruppe (-OH), eine Carboxylgruppe (-COOH) und dergleichen in den benötigten Mengen aufweist, um mit dem Calciumion einen Ionenaustausch einzugehen und das Calcium zu trägern, aber eine bituminöse Kohle nicht genügend oben beschriebene Gruppen aufweist, um Calcium ausreichend zu trägern.
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<Zweite Ausführungsform>
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Die zweite Ausführungsform der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf Grundlage der 4 und 5 beschrieben. Es ist zu beachten, dass für Teile, die denen in der vorstehenden Ausführungsform gleich sind, die gleichen Bezugsziffern wie diejenigen in der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform verwendet werden, und deshalb doppelte Beschreibungen der vorstehenden Ausführungsform ausgelassen werden.
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Eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst die modifizierte Kohle, in welcher die Rohstoffkohle 2 Calcium (Ca) in einer Menge nicht geringer als die äquimolare Menge relativ zur molaren Menge an Schwefel (S) in der Rohstoffkohle 2 trägert und, zusätzlich, ferner Eisen (Fe) in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% relativ zu einem Trockengewicht der Rohstoffkohle 2 trägert.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann, wie in 4 veranschaulicht, auf einfache Weise wie folgt erlangt werden: Wasser 1, die Rohstoffkohle 2, die Calciumverbindung 3 und eine Eisenverbindung 4 wie Eisensulfat (FeSO4) und dergleichen werden in den Behandlungstank 111 der Behandlungsvorrichtung 110 eingebracht und mit dem Rührblatt 112 gerührt (pH 8 bis 12), auf die gleiche Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben. Während Calciumion von der Calciumverbindung 3 ins Wasser 1 eluiert wird und im Wasser 1 eingebunden wird, wird Eisenion von der Eisenverbindung 4 ins Wasser 1 eluiert und im Wasser 1 eingebunden. Beim Kontakt mit der Rohstoffkohle 2 werden das Calciumion und das Eisenion einem Ionenaustausch mit dem auf der Rohstoffkohle 2 vorliegenden Wasserstoffion einer Hydroxygruppe (-OH) oder einer Carboxylgruppe (-COOH) unterzogen. Somit werden das Calcium und das Eisen auf der Rohstoffkohle 2 jeweils in den oben beschriebenen Mengen geträgert (S11 in 4). Dem folgt eine Trennung wie Filtrierung vom Inneren des Behandlungstanks 111 nach außen (S12 in 4) und wahlweise eine Wasserwäschebehandlung (S13 in 4). Dem folgt ferner eine Entwässerungsbehandlung (S14 in 4).
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Die wie oben beschrieben hergestellte Kohle als Heizkesselbrennstoff (modifizierte Kohle) 20 wird getrocknet und pulverisiert (Partikelgröße: etwa 0,1 mm) und als ein Brennstoff in das Innere eines Kesselfeuerraums 211 wie in 5 veranschaulicht injiziert und zur Verfügung gestellt, und Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur (Temperatur: 1500 bis 1700°C) zum Produzieren von Abgas 6 unterworfen.
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An diesem Punkt existiert zusätzlich zu dem im Abgas 6 vorliegenden Schwefeloxid (SOx) und Calciumoxid ebenso wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus einem auf der Kohle als Heizkesselbrennstoff 20 geträgerten Eisenanteil (Fe) erzeugtes Eisenoxid (FeO) als Feinstpartikel (Partikelgröße: einige bis einige Dutzend Nanometer).
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Dann reagiert Schwefeloxid im Abgas 6 mit Calciumoxid, um Calciumsulfat (CaSO4) zu produzieren, auf die gleiche Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Andererseits kommt Eisenoxid im Abgas 6, welches eine sehr große spezifische Oberfläche aufweist, da es sich um Feinstpartikel handelt, mit sehr großer Wahrscheinlichkeit mit dem Kohlenstoffanteil der Kohle als Heizkesselbrennstoff 20 in Kontakt, um das Verbrennen (Oxidation) des Kohlenstoffanteils durch katalytische Funktion zu vervollständigen.
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Das Abgas 6, in welchem Schwefeloxid zu Calciumsulfat umgesetzt wird, während der Kohlenstoffanteil vollständig verbrannt (oxidiert) wird, wird durch Wärmeaustausch an einem Wärmeaustauscher 212 gekühlt. Dann wird festes Material 8, das das Calciumsulfat und dergleichen und wenig unverbrannten Kohlenstoffanteil enthält, vom Abgas 6 an der Staubabscheidevorrichtung 213 entfernt, und das Abgas 6 wird aus dem Abzug 214 nach außen ausgestoßen.
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Mit anderen Worten werden in der vorliegenden Ausführungsform Eisenoxid(FeO)-Feinstpartikel (einige bis einige Dutzend Nanometer) zusätzlich zu Calciumoxid (CaO) in dem Abgas 6 durch Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur unter Verwendung des Heizkesselbrennstoffs (modifizierte Kohle) 20 erzeugt, in welchem nicht nur Calcium (Ca), sonder auch Eisen (Fe) auf der Rohstoffkohle 2 als Brennstoff im Kesselfeuerraum 211 geträgert ist. Dadurch wird Schwefeloxid aus dem Abgas 6 entfernt, und der Kohlenstoffanteil wird vollständig verbrannt (oxidiert).
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Deshalb kann die vorliegende Ausführungsform die Verbrennungseffizienz innerhalb des Kesselfeuerraums 211 verglichen mit derjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verbessern.
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Deshalb ist es gemäß der Kohle als Heizkesselbrennstoff 20 der vorliegenden Ausführungsform nicht nur möglich, die gleiche Wirkung wie in der vorstehenden Ausführungsform zu erzielen, sondern auch, weniger unverbrannten Kohlenstoffanteil zu produzieren, der im festen Material 8 verbleibt, das in der Staubabscheidevorrichtung 213 gesammelt wird, als in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
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Währenddessen ist die Menge von auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Eisen vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2. Die Gründe sind wie folgt: Wenn die Menge von auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Eisen relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2 geringer ist als 0,1 Gew.-%, macht sich die vorstehend beschriebene Wirkung nicht ausreichend bemerkbar. Wenn die Menge von auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Eisen relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2 größer ist als 5 Gew.-%, nimmt das Durchführen der Trägerbehandlung zu viel Zeit in Anspruch, außerdem erreicht die Verbesserung der Verbrennungseffizienz den Grenzwert.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die dritte Ausführungsform der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf Grundlage von 6 und 7 beschrieben.
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Es ist zu beachten, dass für Teile, die denen in der vorstehenden Ausführungsform gleich sind, die gleichen Bezugsziffern wie diejenigen in der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform verwendet werden, und deshalb doppelte Beschreibungen der vorstehenden Ausführungsform ausgelassen werden.
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Eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine gemischte Kohle der modifizierten Kohle und einer Grundkohle, und das Mengenverhältnis der modifizierten Kohle in der gemischten Kohle liegt in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-%. In der modifizierten Kohle trägert die Rohstoffkohle 2 Calcium (Ca) in einer Menge in einem Bereich von 4 bis 10 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2 (nicht weniger als die äquimolare Menge relativ zur molaren Menge an Schwefel (S)), und trägert zusätzlich ferner Eisen (Fe) in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2. Die Grundkohle umfasst wenigstens eine Sorte von einer bituminösen Kohle, einer subbituminösen Kohle und einer Braunkohle.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform kann, wie in 4 veranschaulicht, auf einfache Weise wie folgt erlangt werden: Wasser 1, die Rohstoffkohle 2, die Calciumverbindung 3 und eine Eisenverbindung 4 wie Eisensulfat (FeSO4) und dergleichen werden in den Behandlungstank 111 der Behandlungsvorrichtung 110 eingebracht und mit dem Rührblatt 112 gerührt (pH 8 bis 12), auf die gleiche Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben. Während Calciumion von der Calciumverbindung 3 ins Wasser 1 eluiert wird und im Wasser 1 eingebunden wird, wird Eisenion von der Eisenverbindung 4 ins Wasser 1 eluiert und im Wasser 1 eingebunden. Beim Kontakt mit der Rohstoffkohle 2 werden das Calciumion und das Eisenion einem Ionenaustausch mit dem auf der Rohstoffkohle 2 vorliegenden Wasserstoffion einer Hydroxygruppe (-OH) oder einer Carboxylgruppe (-COOH) unterzogen. Somit werden das Calcium und das Eisen auf der Rohstoffkohle 2 jeweils in den oben beschriebenen Mengen geträgert (S11 in 6). Dem folgt eine Trennung wie etwa Filtrierung vom Inneren des Behandlungstanks 111 nach außen (S12 in 6) und wahlweise eine Wasserwäschebehandlung (S13 in 6). Dem folgt ferner eine Entwässerungsbehandlung (S14 in 6). Dann wird die modifizierte Kohle 30 erlangt. Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform kann auf einfache Weise durch eine Mischbehandlung (S15 in 6) einer Grundkohle 5, umfassend wenigstens eine Sorte bituminöse Kohle, eine subbituminöse Kohle und eine Braunkohle, und der modifizierten Kohle 30 erlangt werden, so dass das Mengenverhältnis der modifizierten Kohle 30 in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-% liegt.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, wird getrocknet und pulverisiert (Partikelgröße: etwa 0,1 mm), dann wie in 7 veranschaulicht in das Innere eines Kesselfeuerraumes 211 injiziert und als Brennstoff zur Verfügung gestellt, und Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur (Temperatur: 1500 bis 1700°C) unterzogen, um Abgas 6 zu produzieren.
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An diesem Punkt existiert durch das Verbrennen bei einer erhöhten Temperatur des in der Kohle als Heizkesselbrennstoff 40 enthaltenen Schwefelanteils (S) erzeugtes Schwefeloxid (SOx) in dem Abgas 6. Zusätzlich existieren aus dem auf der modifizierten Kohle 30 in der Kohle als Heizkesselbrennstoff 40 geträgerten Calciumanteil (Ca) erzeugtes Calciumoxid (CaO) und aus Eisenanteil (Fe) erzeugtes Eisenoxid (FeO) als die Feinstpartikel (Partikelgröße: einige bis einige Dutzend Nanometer).
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Dann reagiert Calciumoxid im Abgas 6 mit aus dem in der modifizierten Kohle 30 und der Grundkohle 5 erlangten Schwefelanteil (S) erzeugtem Schwefeloxid (SOx), um Calciumsulfat (CaSO4) zu produzieren. Zusätzlich kommt mit großer Wahrscheinlichkeit Eisenoxid in dem Abgas 6 mit Kohlenstoffanteil in der modifizierten Kohle 30 und der Grundkohle 5 in Kontakt, um den Kohlenstoffanteil durch die katalytische Funktion vollständig zu verbrennen (oxidieren).
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Das Abgas 6, in welchem Schwefeloxid zu Calciumsulfat umgesetzt wird, während der Kohlenstoffanteil vollständig verbrannt (oxidiert) wird, wird durch Wärmeaustausch an einem Wärmeaustauscher 212 auf die gleiche Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gekühlt. Danach wird festes Material 8 aus dem Abgas 6 in der Staubabscheidevorrichtung 213 entfernt und das Abgas 6 wird vom Abzug 214 nach außen ausgestoßen.
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Mit anderen Worten ist in der vorliegenden Ausführungsform Calcium auf der Rohstoffkohle 2 in nicht geringerer Menge als der molaren Menge der Summe der molaren Menge des Schwefelanteils in der Rohstoffkohle 2 und der molaren Menge des Schwefelanteils in der Grundkohle 5 geträgert. Deshalb kann vom Schwefelanteil der Grundkohle 5, welche kein Calcium trägert, erzeugtes Schwefeloxid zu Calciumsulfat umgesetzt und aus dem Abgas 6 entfernt werden.
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Deshalb kann in der vorliegenden Ausführungsform die Grundkohle 5, welche kein Calcium trägert, als Brennstoff im Kesselfeuerraum 211 zur Verfügung gestellt werden, und es ist möglich, die Verwendungsmenge der modifizierten Kohle 30, welche durch Trägerbehandlung von Calcium auf der Rohstoffkohle 2 erlangt werden kann, zu verringern.
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Deshalb ist es gemäß der Kohle als Heizkesselbrennstoff 40 der vorliegenden Ausführungsform nicht nur möglich, die gleichen Wirkung wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu erzielen, sondern auch, die Kohle als Heizkesselbrennstoff effizienter als in der oben beschriebenen Ausführungsform zu produzieren und die Kosten des Herstellens zu reduzieren.
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Währenddessen liegt das Verhältnis der modifizierten Kohle 30 im Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40 vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-%. Mit anderen Worten liegt das Verhältnis der Grundkohle 5 im Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40 vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 90 Gew.-%. Die Gründe sind wie folgt: Wenn das Verhältnis der Grundkohle 5 im Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40 weniger als 50 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, die Herstellungseffizienz der Kohle als Heizkesselbrennstoff 40 erheblich zu verbessern. Wenn das Verhältnis der Grundkohle 5 im Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40 mehr als 90 Gew.-% beträgt, kann es möglich sein, dass vom Schwefelanteil der Grundkohle 5 erzeugtes Schwefeloxid nicht ausreichend zu Calciumsulfat umgesetzt wird.
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Währenddessen liegt die Menge an auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Calcium vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 10 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2. Die Gründe sind wie folgt: Wenn die Menge an auf der Rohstoffkohle 2 geträgertem Calcium weniger als 4 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2 beträgt, kann es möglich sein, dass abhängig von den Eigenschaften der Grundkohle 5 oder dem Mischungsverhältnis mit der Grundkohle 5 vom Schwefelanteil der Grundkohle 5 erzeugtes Schwefeloxid nicht ausreichend zu Calciumsulfat umgesetzt wird. Wenn die Menge des auf der Rohstoffkohle 2 geträgerten Calciums größer ist als 10 Gew.-% relativ zum Trockengewicht der Rohstoffkohle 2, nimmt es zuviel Zeit in Anspruch, die Trägerbehandlung (S11) auf der Rohstoffkohle 2 durchzuführen, was die Reduzierung der Herstellungseffizienz mit sich bringt, und es kann schwierig werden, die Herstellungskosten zu reduzieren.
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(Vierte Ausführungsform)
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Die vierte Ausführungsform der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf Grundlage von 8 beschrieben. Es ist zu beachten, dass für Teile, die denen in der vorstehenden Ausführungsform gleich sind, die gleichen Bezugsziffern wie diejenigen in der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform verwendet werden, und deshalb doppelte Beschreibungen der vorstehenden Ausführungsform ausgelassen werden.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform ist die gemischte Kohle 40, die einer Pyrolysebehandlung und zusätzlich einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen wurde.
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Die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform wird in einfacher Weise wie folgt erhalten: Wie in 8 veranschaulicht, wird die auf die gleiche Weise wie in der vorstehenden dritten Ausführungsform beschrieben erlangte gemischte Kohle 40 in der Trockenvorrichtung platziert, dann erhitzt und getrocknet (etwa 100°C), und der Wasserbestandteil wird entfernt (S21 in 8). Dem folgt ein Transfer ins Innere der Pyrolysevorrichtung und Erhitzen, und es wird eine Pyrolyse (etwa 400°C) in Inertgasatmosphäre wie Stickstoffgas durchgeführt, um flüchtige Komponenten einschließlich Quecksilber (Hg) und dergleichen zu entfernen (S22 in 8). Diese pyrolysierte Kohle wird ins Innere der Kühlvorrichtung transferiert, um gekühlt zu werden (etwa 50°C) (S23 in 8), und dann ins Innere der Deaktivierungsbehandlungsvorrichtung transferiert. Dann wird die aktivierte Oberfläche in der Atmosphäre für die Deaktivierung (Sauerstoffkonzentration: einige bis 21 Volumen-%) einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen (S24 in 8), gefolgt von Formen zu einer Partikelform in der Granulationsvorrichtung (S25 in 8).
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Mit anderen Worten wird die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform erlangt, indem der Heizkesselbrennstoff (gemischte Kohle) 40 der Pyrolysebehandlung und zusätzlich der Deaktivierungsbehandlung unterzogen wird.
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Deshalb kann, weil der größte Teil der flüchtigen Komponenten wie Quecksilber für die Kohle als Heizkesselbrennstoff im Voraus entfernt wurde, für die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform der Quecksilbergehalt im Abgas 6 erheblich reduziert werden und auf nicht mehr als die vorgeschriebene Abgaskonzentration gedrosselt werden, wenn die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 im Kesselfeuerraum 211 zur Verfügung gestellt und als ein Brennstoff verbrannt wird.
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Deshalb können nicht nur die gleichen Wirkungen wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden, sondern außerdem kann der Quecksilbergehalt im Abgas 6 für die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform erheblich reduziert werden. Somit besteht keine Notwendigkeit zum Installieren einer Quecksilberentfernungsvorrichtung in der Heizkesselvorrichtung, und die Kosten für die Heizkesselvorrichtung können weiter reduziert werden.
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<Andere Ausführungsformen>
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Währenddessen können nicht nur Partikel, partikelförmige Körper und dergleichen, wie Calciumoxid (CaO), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2), als die Calciumverbindung 3 verwendet werden, sondern auch Calcium enthaltende Abfallmaterialien wie zum Beispiel Gipsabfall, Zementabfall, Muschelschalen, Flugasche und Eisen- und Stahlschlacke können verwendet werden.
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Insbesondere wird sehr bevorzugt, dass das Calciumsulfat in den an der Staubabscheidevorrichtung 213 gesammelten festen Materialien 7 oder 8 als Calciumverbindung 3 verwendet wird, weil die Calciumquelle wiederverwertet werden kann und die Abfallerzeugung erheblich gedrosselt werden kann. Ähnlicherweise wird sehr bevorzugt, dass das Eisensulfat in den an der Staubabscheidevorrichtung 213 gesammelten festen Materialien 8 als Eisenverbindung 4 verwendet wird, weil die Eisenquelle wiederverwertet werden kann und die Abfallerzeugung erheblich gedrosselt werden kann.
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Wenn die vorstehend beschriebenen Abfallmaterialien als Calciumverbindung 3 verwendet werden, ist es sehr bevorzugt, Folgendes durchzuführen: Während, wie zum Beispiel in 9 veranschaulicht, Wasser 1 und die Rohstoffkohle 2 in den Behandlungstank 111 einer Behandlungsvorrichtung 210 eingebracht und durch ein Rührblatt 112 gerührt werden, werden Wasser 1 und die Calciumverbindung 3 in den Eluierungstank 213 eingebracht und durch das Rührblatt 214 gerührt. Dadurch wird Calciumion aus der Calciumverbindung 3 eluiert und im Wasser 1 im Eluierungstank 213 eingebunden. Während das Wasser 1 dem Inneren des Behandlungstanks 111 aus dem Eluierungstank 213 durch den Filter 213a zugeführt wird, wird die gleiche Menge Wasser 1, die dem Inneren des Behandlungstanks 111 zugeführt wird, dem Inneren des Eluierungstanks 213 aus dem Behandlungstank 111 durch den Filter 111a zugeführt. Dadurch kann Calcium auf der Rohstoffkohle 2 geträgert werden, ohne dass die Calciumverbindung 3 (Abfallmaterial) mit der Rohstoffkohle 2 koexistiert, und die Calciumverbindung 3 (Abfallmaterial) und die Rohstoffkohle 2 können einfach getrennt werden.
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An dieser Stelle kann, wenn Calciumion nicht problemlos von der Calciumverbindung 3 (Abfallmaterial) eluiert wird und Wasser 1 nicht problemlos einen pH von 8 bis 12 aufweist, dem Inneren des Behandlungstanks 111 ein pH-Anpassungsmittel (z. B. Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und dergleichen) 9 zugefügt werden, um den pH des Wassers 1 auf pH 8 bis 12 anzupassen.
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In der vorstehend beschriebenen dritten und vierten Ausführungsform wird die gemischte Kohle (die Kohle als Heizkesselbrennstoff) 40 erläutert, welche eine Mischung der modifizierten Kohle 30, in welcher Calcium und Eisen auf der Rohstoffkohle 2 geträgert sind, und der Grundkohle 5 ist. Für andere Ausführungsform jedoch können die gemischte Kohle (die Kohle als Heizkesselbrennstoff), die eine Mischung der modifizierten Kohle, in welcher Calcium auf der Rohstoffkohle 2 geträgert ist, aber Eisen nicht geträgert ist, und der Grundkohle 5 ist, auf die gleiche Weise wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
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In der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform wird die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 wie folgt hergestellt: Die gemischte Kohle (die Kohle als Heizkesselbrennstoff) 40 wird erhitzt und in der Trockenvorrichtung getrocknet und in das Innere einer Pyrolysevorrichtung transferiert und erhitzt und pyrolysiert; dann wird die pyrolysierte Kohle ins Innere der Kühlvorrichtung transferiert und gekühlt, ins Innere der Deaktivierungsbehandlungsvorrichtung transferiert und der Deaktivierungsbehandlung unterzogen und dann in der Granulationsvorrichtung in eine Partikelform geformt. Wie bei der anderen Ausführungsform kann die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 jedoch auch wie folgt hergestellt werden: Die modifizierte Kohle 30 und die Grundkohle 5 werden während des Mischens in die Trockenvorrichtung eingebracht und erhitzt und getrocknet und dann ins Innere der Pyrolysevorrichtung transferiert und getrocknet und pyrolysiert. Dann wird die pyrolysierte Kohle ins Innere der Kühlvorrichtung transferiert und gekühlt, ins Innere der Deaktivierungsbehandlungsvorrichtung transferiert und der Deaktivierungsbehandlung unterzogen und dann in der Granulationsvorrichtung in eine Partikelform geformt.
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Außerdem wird in der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform beschrieben, dass die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 hergestellt wird, indem die gemischten Kohle (die Kohle als Heizkesselbrennstoff) 40, welche eine Mischung der modifizierten Kohle 30 und der Grundkohle 5 ist, der Pyrolysebehandlung und der Deaktivierungsbehandlung unterzogen wird. Wie bei der anderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Kohle als Heizkesselbrennstoff zu erlangen, indem die modifizierte Kohle 10 oder 20, welche in der vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform erlangt wird, zum Beispiel deryrolysebehandlung und der Deaktivierungsbehandlung zu unterziehen.
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Außerdem wird in der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform beschrieben, dass die Kohle als Heizkesselbrennstoff 50 hergestellt wird, indem die Kohle als Heizkesselbrennstoff 40 einer Pyrolysebehandlung und Deaktivierungsbehandlung unterzogen wird. Wie bei der anderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Deaktivierungsbehandlung auszulassen, wenn die Kohle als Heizkesselbrennstoff in relativ kurzer Zeit nach der Pyrolysebehandlung als Heizkesselbrennstoff verwendet wird, ohne zum Beispiel einen Transport über große Distanzen.
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Wie oben beschrieben kann eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durch Kombinieren der optionalen technischen Aspekte in den vorstehend beschriebenen individuell beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden.
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Beispiele
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Die folgenden Überprüfungstests wurden durchgeführt, um die Wirkungen der Kohle als Heizkesselbrennstoff im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu überprüfen.
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Vorbereitung der Testsubstanzen
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Testsubstanz A
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Eine modifizierte Kohle (15 Gew.-%), in welcher eine calciumträgernde (8 Gew.-%) Braunkohle umfassende Rohstoffkohle und eine eine Braunkohle umfassende Grundkohle (85 Gew.-%) während des Vermischtwerdens in einen Trockner eingebracht wurden, um erhitzt und getrocknet zu werden, wurde dann ins Innere einer Pyrolysevorrichtung transferiert, um erhitzt und pyrolysiert zu werden. Nachfolgend wurde die pyrolysierte Kohle ins Innere einer Kühlvorrichtung transferiert, um gekühlt zu werden, ins Innere einer Deaktivierungsvorrichtung transferiert, um einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen zu werden, und in einer Granulationsvorrichtung zu einer Partikelform geformt. Somit wurde die Kohle als Heizkesselbrennstoff (Testsubstanz A) erlangt.
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Testsubstanz B
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Eine modifizierte Kohle (15 Gew.-%), in welcher eine eisenträgernde (2 Gew.-%) sowie calciumträgernde (6 Gew.-%) Braunkohle umfassende Rohstoffkohle und eine eine Braunkohle umfassende Grundkohle (85 Gew.-%) während des Vermischtwerdens in einen Trockner eingebracht wurden, um erhitzt und getrocknet zu werden, wurde dann ins Innere einer Pyrolysevorrichtung transferiert, um erhitzt und pyrolysiert zu werden. Nachfolgend wurde die pyrolysierte Kohle ins Innere einer Kühlvorrichtung transferiert, um gekühlt zu werden, ins Innere einer Deaktivierungsvorrichtung transferiert, um einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen zu werden, und in einer Granulationsvorrichtung zu einer Partikelform geformt. Somit wurde die Kohle als Heizkesselbrennstoff (Testsubstanz B) erhalten.
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Vergleichssubstanz
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Eine eine Braunkohle umfassende Grundkohle (100 Gew.-%) wurde unter Mischen in einen Trockner eingebracht, um erhitzt und getrocknet zu werden, und wurde dann ins Innere einer Pyrolysevorrichtung transferiert, um erhitzt und pyrolysiert zu werden. Nachfolgend wurde die pyrolysierte Kohle ins Innere einer Kühlvorrichtung transferiert, um gekühlt zu werden, ins Innere einer Deaktivierungsvorrichtung transferiert, um einer Deaktivierungsbehandlung unterzogen zu werden, und in einer Granulationsvorrichtung zu einer Partikelform geformt. Somit wurde die Kohle als Heizkesselbrennstoff (Vergleichssubstanz) erhalten.
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Testverfahren
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Die vorstehend beschriebenen Testsubstanzen A und B und die vorstehend beschriebene Vergleichssubstanz wurden jeweils ins Innere eines Heizkessels injiziert und als Brennstoff bei erhöhter Temperatur verbrannt. Die Konzentration von Schwefeldioxid im erzeugten Abgas und das Verhältnis von unverbranntem Kohlenstoff im gesammelten festen Material wurden separat erlangt.
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Testergebnisse
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Die Testergebnisse werden in untenstehender Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
| SO2 Konzentration (ppm) | Verhältnis unverbrannter Kohlenstoff (Gew.-%) |
Testsubstanz A | 90 | 2,3 |
Testsubstanz B | 95 | 0,5 |
Vergleichssubstanz | 980 | 3,5 |
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Wie in vorstehender Tabelle 1 gezeigt, überschritt die Konzentration von Schwefeldioxid für die Vergleichssubstanz (Ca und Fe wurden nicht geträgert) den Referenzwert (100 ppm) im Abgas deutlich, und das Verhältnis von unverbranntem Kohlenstoff im gesammelten festen Material war relativ groß.
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Im Gegensatz dazu wurde für die Testsubstanz A (ausschließlich Ca geträgert) und die Testsubstanz B (sowhol Ca als auch Fe geträgert) bestätigt, dass die Konzentration von Schwefeldioxid im Abgas unter den Referenzwert (100 ppm) gebracht werden kann. Weiterhin wurde für Testsubstanz B bestätigt, dass das Verhältnis von unverbranntem Kohlenstoff im gesammelten festen Material sehr klein gehalten werden kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine Kohle als ein Heizkesselbrennstoff gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfacht das Erzeugen von Feinstpartikeln von Calciumoxid zu geringen Kosten und reduziert die Kosten für die Heizkesselvorrichtung erheblich. Deshalb kann sie industriell sehr vorteilhaft verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wasser
- 2
- Rohstoffkohle
- 3
- Calciumverbindung
- 4
- Eisenverbindung
- 5
- Grundkohle
- 6
- Abgas
- 7, 8
- Feststoffe
- 9
- pH-einstellendes Mittel
- 10, 20
- Modifizierte Kohle (Kohle als Heizkesselbrennstoff)
- 30
- Modifizierte Kohle
- 40
- Gemischte Kohle (Kohle als Heizkesselbrennstoff)
- 50
- Kohle als Heizkesselbrennstoff
- 110, 120
- Behandlungsvorrichtung
- 111
- Behandlungstank
- 111a
- Filter
- 112
- Rührblatt
- 123
- Eluierungstank
- 123a
- Filter
- 124
- Rührblatt
- 211
- Kesselfeuerraum
- 212
- Wärmeaustauscher
- 213
- Staubabscheidevorrichtung
- 214
- Abzug