JP2000510942A - 煙道ガス中のｎｏ▲下ｘ▼含量を最小にする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃焼物質を炉（１）の燃焼帯（２）において燃焼させ、生成する煙道ガス（１２）を燃焼帯（２）の上方に位置する自由空間（４）を介して取り出す、例えば下水スラッジ、塵芥又は石炭のような燃焼物質のための燃焼炉（１）の操作方法であって、煙道ガス（１２）を自由空間（４）中で乱流運動させることを含み、その結果として燃焼帯（２）中の乱流を実質的に増大させない上記方法に関する。本発明による方法は、煙道ガス中のＮＯ_x含量を比較的簡単な手段によってさらに減ずることができるという利点を提供する。大規模な工業的下水スラッジ燃焼プラントでは、約１００ｍｇ／ｍ³の数値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 煙道ガス中のＮＯ_x含量を最小にする方法 本発明は、例えば下水スラッジ、塵芥又は石炭のような燃焼物質のための燃焼 炉の操作方法であって、燃焼物質を炉の燃焼帯において燃焼させ、生成する煙道 ガスを燃焼帯の上方に位置する自由空間を介して取り出す方法に関する。 これに関連する自由空間とは、燃焼が大きく低下した空間である。これは煙道 ガスとダストとを分離させるため、かつＣＯ及び有機炭素のマイナーな再燃焼(m inor after-burning)のために役立ち、カルミングスペース(calming space)とも 呼ばれる。冒頭に挙げた種類の方法は、例えば、ＤＥ３７０３５６８Ａ１によっ て開示されている。この公報は、例えば、下水スラッジを流動床炉の燃焼帯に位 置する流動床において下水スラッジを燃焼させる、流動床炉の操作方法を開示す る。この方法では、用いる流動空気が燃焼空気と煙道ガスとの混合物であり、煙 道ガスが温度と速度との制御下で燃焼空気と混合されることによって、流動床が 形成される。この方法を用いることによって、煙道ガス中のＮＯx濃度を減ずる ことができる。それにも拘わらず、ＮＯ_xの残存量が煙道ガス中に留まるので、 環境保護、特に空気汚染の回避の点から、ＮＯ_xの排出をさらに減ずることが望 ましい。 それ故、本発明の基礎を成す目的は、煙道ガス中のＮＯ_x含量をさらに減ずる ことである。 今回、下水スラッジ燃焼プラントの操作において、煙道ガスを燃焼帯の上方の 自由空間中で乱流運動させ、その結果として燃焼帯中の乱流を実質的に増大させ ないならば、ＮＯ_x含量をさらに減ずることができ、その結果として燃焼プラン トの性能を不利に変化させないことが発見された。できるだけ少ない粗大ダスト 粒子又はすす粒子が一緒に燃焼帯から放出されるように、燃焼帯の上方の自由空 間中で煙道ガスは通常層流状に維持されなければならないので、このことはます ます意外である。 それ故、本発明の目的は、煙道ガスを燃焼帯の上方の自由空間中で乱流運動さ せることを含み、その結果として燃焼帯中の乱流(turbulence)を実質的に増大さ せない、冒頭に述べた種類の方法によって達成される。 したがって、本発明は、燃焼物質を炉の燃焼帯において燃焼させ、生成する煙 道ガスを燃焼帯の上方に位置する自由空間を介して取り出すことから成る、例え ば下水スラッジ、塵芥又は石炭のような燃焼物質のための燃焼炉の操作方法であ って、煙道ガスを自由空間中で乱流運動させることを含み、その結果として燃焼 帯中の乱流を実質的に増大させない、上記方法に関する。 燃焼自体はＤＥ３７０３５６８によると単一段階又は２段階で進行することが できる。用いることができる燃焼炉は特に、燃焼帯中に流動床を有する流動床炉 、多重炉床炉、又は火格子燃焼炉である。この方法は好ましくは下水スラッジの 焼却に適する、というのは、下水スラッジはそのタンパク質含量のために燃焼に おいて比較的多量のＮＯ_xの発生を予想させるからである。煙道ガスの乱流運動 は、ガス、好ましくは不活性ガス若しくは貴ガスの注入によって、特に好ましく はスチーム若しくは窒素の注入によって有利に生じる。しかし、液体又は固体も 注入のために適する。注入は燃焼帯上方の自由空間中に有利に、即ち、燃焼帯又 は流動床中の乱流が実質的に増大しない、好ましくは全く増大しないようなやり 方で行われる。この方法は５ｍ²より大きい、好ましくは４０ｍ²より大きい、特 に好ましくは１００ｍ²より大きい、特に非常に好ましくは２００ｍ²より大きい 燃焼帯面積を有する燃焼炉に特に適する。 本発明はさらに、燃焼帯と、燃焼帯上方の自由空間とを有する燃焼炉であって 、煙道ガスを自由空間中で乱流運動させることができ、その結果として燃焼帯中 の乱流を実質的に増大させない手段を有する燃焼炉に関する。これは流動床上方 の自由空間中にノズル及び／又はバッフルを有する流動床炉であることができる 。適当なバッフルは例えばガイドプレートである。しかし、スチーム発生のため に設置される管も適する。 本発明による方法は本質的に、下記利点を提供する： 比較的簡単な手段によるＮＯ_xの最小化。二段階燃焼と組み合わせた、ＳＮＣ Ｒ又はＳＣＲプロセス（選択的（非）接触還元）におけるような第２手段は不必 要である。燃焼において形成されるＣＯは恐らく還元剤として作用すると思われ る、この理由から流動床におけるＣＯ形成を減じないことが適当に思われる。Ｓ ＮＣＲ又はＳＣＲプロセスでは、還元剤が付加的に加えられる。 ＳＮＣＲ又はＳＣＲプロセスの欠点：特に、ＮＨ₃スリップ、プラントにおけ る腐食及び煙道ガスの再熱（ＳＣＲプロセス）の回避。 還元剤に関する出費の節約による操作費用の減少。 煙道ガス中のＮＯ_x及び有機Ｃの負荷のさらなる減少。 フライアッシュの燃焼効率の改良。 流動床炉の制御性能の改良による燃焼条件の不変性の向上。 高圧スチームアトマイゼーション（例えば、加熱オイルの注入）とは対照的に 、かつ煙道ガス中へのスチームの注入が単に煙道ガス中に分配されるべき媒質の アトマイゼーションの機能を果たすにすぎない、幾つかのＳＮＣＲプロセスとは 対照的に、本発明による方法では、純粋なスチームを注入して、煙道ガスの乱流 を高め、この手段によって、煙道ガスの交差混合(cross-mixing)も改良される。 本発明による方法は、２０００ｋＪ（燃料のｋｇ）まで、１０００ｋＪまでも 、さらに５００ｋＪまで低下した低い発熱(heat output)を有する燃焼炉にも適 する。 本発明による手段の作用は次のように説明されると考えられる。 下水スラッジ中に存在する窒素が流動床において本質的にＮＨ₃と、Ｎ₂と、少な い割合の、燃料ＮＯ_xとに転化される。全窒素のうちＮＯ₂の割合は約５％である 。下水スラッジ燃焼中のＯ₂供給を最小にすることによって、燃料のＮＯ形成は 実質的に抑制されるが、ＣＯ形成は促進される。 流動床上方の自由空間において、下水スラッジ燃焼中に形成されるＮＯ_xは、 アッシュの触媒作用と共に、Ｃ、ＣＯ及びＮＨ₃の存在によってＮ₂に還元される と考えられる。それ故、ＮＯ_xの還元は下記手段によって改良される： ・ 煙道ガス中の還元剤の濃度を高める（例えば、ＣＯ濃度を高める）、 ・ 滞留時間を長くする、 ・ 乱流と反応速度とを増進させる。 流動床上方の自由空間中へのスチームの注入は、乱流と交差混合との増進の結 果として、煙道ガス中の濃度勾配と温度勾配との平坦化を生じると考えられる。 このことはＮＯ_xからＮ₂への還元を著しく増進させる。注入なしでは、流動床上 方の自由空間中に層流が存在するので、ＮＯ_x還元は完全には進行しない。流動 床中に注入が行われ、この手段によって又は他の手段によっても、流動床中で乱 流と燃焼とが増進されたならば、自由空間中でのＮＯ_x還元を強化するＣＯが流 動床中であまり形成されなくなると考えられる。 本発明による方法と、本発明による流動床炉とを以下で典型的な実施態様にお いて図１を参照しながらさらに詳細に説明する。但し、この手段によって本発明 を如何なる意味でも制限することは意図されない。 ２段階を有し、流動床１１が位置する燃焼帯２を有するように設計された流動 床炉１では、工業的下水スラッジ３を焼却する。流動床１１を含有する燃焼帯２ はガス−コンストリクション・プレート(gas-constriction plate)９の上方に位 置し、このプレートによって燃焼空気７は空気分配デバイス（図示せず）を介し て流動床１１中に導入される。ここでは、第１燃焼段階で下水スラッジ３は、燃 料ＮＯ_x形成を減ずるために、燃焼空気７（主として空気）中の約１容量％のＯ₂ 濃度において流動床１１中で焼却される。生成する煙道ガス１２は流動床上方の 自由空間４に入り、この自由空間４を介して取り出され、第２燃焼段階に達する 。この第２燃焼段階、再反応帯(post-reaction zone)６において、還元性燃焼条 件によって形成されるＣＯは第２空気８に供給されることによって再焼却されて 、ＣＯ₂になる（再反応帯中のＯ₂含量＞６容量％）。スチーム１０の本発明によ る注入は１個以上のノズル５によって自由空間４中に直接行われる。流動床１１ の乱流はこの注入によって影響されないか又はごく僅かに影響される。 下水スラッジ３は好ましくは頂部から、即ち、流動床１１中への落下中に高温 煙道ガス４によって下水スラッジがさらに乾燥されることを保証する高さから供 給される。 以下に述べるプラント実験は有利な作用を実証する。 図１による工業的大規模プラントでは、下水スラッジを以下の条件下で燃焼さ せた： 下水スラッジ供給速度： 約１０メートルｔ／ｈ（４０％乾燥物質） 煙道ガス速度： 約４５０００ｍ³(S.T.P.)／ｈ（湿潤） 約３５０００ｍ³(S.T.P.)／ｈ（乾燥） 流動床温度： ７５０〜８５０℃ 自由空間の温度： ９００〜１０００℃ 再反応帯の温度： ８６０〜９００℃ 流動化ガス速度（第１空気）： 約２００００ｍ³(S.T.P.)／ｈ 自由空間中のＮＯ_x濃度： 約３０００ｍｇ／ｍ³(S.T.P.) ＣＯ濃度： 約０．５容量％ 煙道ガス中の水含量： 約３０容量％ ガス・コンストリクション・ プレートの面積： １６．６ｍ² 流動床炉の直径： ５．６５ｍ 流動床炉の高さ： １０．６ｍ プラント実験に関して、約５００ｍ³（Ｓ．Ｔ．Ｐ．）／ｈの過熱スチーム（ ４．２ｂａｒ_abs）を流動床上方の自由空間中に注入し、ＮＯ_x濃度を測定して、 記録する。結果は図２のダイヤグラムに示す、図２ではスチーム注入前、注入中 及び注入後のＮＯ_x濃度を時間（分）に対してプロットする。スチーム注入の直 後に、ＮＯ_x濃度は約２２０ｍｇ／ｍ³から１００ｍｇ／ｍ³まで低下し、注入を 停止した後に再び初期値まで増加する。Ｏ₂濃度も図２にプロットする；これは 実験中に約０．５容量％であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｍ 9/06 Ｆ２３Ｍ 9/06 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，Ｂ Ｇ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ，Ｙ Ｕ (72)発明者 ペーター，テイス ドイツ連邦共和国デー―63439 フレルス ハイム，ヘンデルシュトラーセ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃焼物質を炉（１）の燃焼帯（２）において燃焼させ、生成する煙道ガ ス（１２）を燃焼帯（２）の上方に位置する自由空間（４）を介して取り出す、 例えば下水スラッジ、塵芥又は石炭のような燃焼物質のための燃焼炉（１）の操 作方法であって、煙道ガス（１２）を自由空間（４）中で乱流運動させることを 含み、その結果として燃焼帯（２）中の乱流を実質的に増大させない上記方法。 ２．燃焼物質が下水スラッジ（３）である、請求項１記載の方法。 ３．燃焼が２段階で行われる、請求項１又は２に記載の方法。 ４．燃焼帯（２）の上方の自由空間（４）中へガス（１０）又は液体又は固 体を注入することによって、煙道ガス（１２）の乱流運動が生じる、請求項１〜 ３のいずれかに記載の方法。 ５．不活性ガスが注入される、請求項４記載の方法。 ６．スチーム又は窒素又は貴ガスが注入される、請求項４又は５に記載の方 法。 ７．燃焼炉(1)が、燃焼帯（２）に流動床（１１）が位置する流動床炉であ る、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 ８．燃焼帯（２）と、燃焼帯（２）の上方の自由空間（４）とを有する、特 に請求項１〜７のいずれかに記載の方法を実施するための燃焼炉（１）であって 、燃焼炉（１）が、煙道ガスを自由空間（４）において乱流運動させることがで き、その結果として燃焼帯中の乱流を実質的に増大させない手段（５）を有する 上記燃焼炉。 ９．燃焼炉（１）が燃焼帯（２）中に流動床（１１）を有する流動床炉であ り、手段（５）が、燃焼帯の上方に配置され、自由空間（４）中に向けられる、 ガス又は液体のためのノズルである、請求項８記載の燃焼炉。 １０．燃焼炉（１）が燃焼帯（２）の下方のガス−コンストリクション・プ レート（９）と、このガス−コンストリクション・プレート（９）の下方に置か れている空気分配デバイスとを有する、請求項８又は９に記載の燃焼炉。 １１．燃焼帯（２）の上方の自由空間（４）にバッフルが配備されている、 請求項８〜１０のいずれかに記載の燃焼炉。 １２．バッフルがガイドプレートである、請求項１１記載の燃焼炉。