JP2003222307A - 多種燃料燃焼方法と装置 - Google Patents
多種燃料燃焼方法と装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 各燃料の燃焼時の特性をうまく利用すること
により、燃料を選ばず、なおかつＳＯ2、ダイオキシン
をはじめ、ＮＯｘ、未燃成分の放出を低減できる燃焼装
置を提供すること。 【解決手段】 硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分
含有燃料をホッパ４からと発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以下の低発熱量燃料をホッパ５から流動媒体として火
炉内の流動層１内で火炉下から投入した一次空気７によ
り流動化させながら燃焼させ際に、流動層１から発生し
た燃焼ガスの後流側に硫黄分を燃焼中に１％未満含む低
硫黄分含有燃料を燃焼用空気と共にバーナ２から投入
し、さらにその後流側から二次空気をエアポート３から
投入することにより燃焼させる多種燃料燃焼方法であ
る。例えば、流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱量
燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の燃料
の発熱量を制御し、流動層内の温度を８６０℃以下に保
つことができる。
により、燃料を選ばず、なおかつＳＯ2、ダイオキシン
をはじめ、ＮＯｘ、未燃成分の放出を低減できる燃焼装
置を提供すること。 【解決手段】 硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分
含有燃料をホッパ４からと発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以下の低発熱量燃料をホッパ５から流動媒体として火
炉内の流動層１内で火炉下から投入した一次空気７によ
り流動化させながら燃焼させ際に、流動層１から発生し
た燃焼ガスの後流側に硫黄分を燃焼中に１％未満含む低
硫黄分含有燃料を燃焼用空気と共にバーナ２から投入
し、さらにその後流側から二次空気をエアポート３から
投入することにより燃焼させる多種燃料燃焼方法であ
る。例えば、流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱量
燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の燃料
の発熱量を制御し、流動層内の温度を８６０℃以下に保
つことができる。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）、未燃分、硫黄酸化物（ＳＯ2）及びダイオキシン
を低減することを目的とした多種燃料燃焼方法と装置に
関する。
ｘ）、未燃分、硫黄酸化物（ＳＯ2）及びダイオキシン
を低減することを目的とした多種燃料燃焼方法と装置に
関する。
【従来の技術】バイオフューエルと石炭の混焼について
は、火炉の対向する壁面に複数個数設けられたバーナの
各バーナから両燃料を供給する形式のもの（出典：Ener
gy & Fuels 1997 11, 439-446）とタンジェンシャル方
式より一つのバーナコンパートメントに設けられた複数
のノズルで供給する形式のもの（出典：Power, Februar
y 1995）がある。本発明の従来技術として、バイオマス
と泥炭の流動層燃焼の一例をあげる。流動層燃焼でバイ
オマスと泥炭を混焼させた場合、バイオマス中のアルカ
リ金属（Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等）がＳＯ2を捕捉し、脱硫剤
として働くことがパイロットスケールの燃焼試験で報告
されている（出典：Fuel Vol74 No.4 pp.615-622,199
5）。通常流動層ではＣａＣＯ3を脱硫剤として用い、反
応式は以下の式で表わされる。 ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2 （１） ＣａＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2→ＣａＳＯ4 （２） 式（２）の反応は可逆反応である。ＣａＳＯ4の安定性
は雰囲気と温度で決まり、還元雰囲気であれば８６０℃
付近まで、酸化雰囲気であれば１１００℃付近まで安定
である。各々の雰囲気で上記温度より層温度が高くなれ
ば、ＣａＳＯ4は分解し、ＳＯ2が再放出される。このた
め、流動層燃焼において層温度の制御（通常７５０℃〜
８６０℃）は非常に重要である。上記バイオマスを用い
た流動層の従来例では、ＳＯ2の捕捉形態としてＣａＳ
Ｏ4の他、３Ｋ2Ｏ4・Ｎａ2ＳＯ4等バイオマス中に多く
含まれるナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）が硫黄
（Ｓ）と反応して生じた化合物形態が確認されている。
ナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）を含んだ化合物は
融点が低く、石炭焚きボイラにおいてスラッギングの発
生が懸念されるが、流動層燃焼においては燃焼領域であ
る層の温度が８６０℃以下と低く制御されるため、これ
らの問題は避けられる。
は、火炉の対向する壁面に複数個数設けられたバーナの
各バーナから両燃料を供給する形式のもの（出典：Ener
gy & Fuels 1997 11, 439-446）とタンジェンシャル方
式より一つのバーナコンパートメントに設けられた複数
のノズルで供給する形式のもの（出典：Power, Februar
y 1995）がある。本発明の従来技術として、バイオマス
と泥炭の流動層燃焼の一例をあげる。流動層燃焼でバイ
オマスと泥炭を混焼させた場合、バイオマス中のアルカ
リ金属（Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等）がＳＯ2を捕捉し、脱硫剤
として働くことがパイロットスケールの燃焼試験で報告
されている（出典：Fuel Vol74 No.4 pp.615-622,199
5）。通常流動層ではＣａＣＯ3を脱硫剤として用い、反
応式は以下の式で表わされる。 ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2 （１） ＣａＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2→ＣａＳＯ4 （２） 式（２）の反応は可逆反応である。ＣａＳＯ4の安定性
は雰囲気と温度で決まり、還元雰囲気であれば８６０℃
付近まで、酸化雰囲気であれば１１００℃付近まで安定
である。各々の雰囲気で上記温度より層温度が高くなれ
ば、ＣａＳＯ4は分解し、ＳＯ2が再放出される。このた
め、流動層燃焼において層温度の制御（通常７５０℃〜
８６０℃）は非常に重要である。上記バイオマスを用い
た流動層の従来例では、ＳＯ2の捕捉形態としてＣａＳ
Ｏ4の他、３Ｋ2Ｏ4・Ｎａ2ＳＯ4等バイオマス中に多く
含まれるナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）が硫黄
（Ｓ）と反応して生じた化合物形態が確認されている。
ナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）を含んだ化合物は
融点が低く、石炭焚きボイラにおいてスラッギングの発
生が懸念されるが、流動層燃焼においては燃焼領域であ
る層の温度が８６０℃以下と低く制御されるため、これ
らの問題は避けられる。
【発明が解決しようとする課題】本発明ではバイオマス
中に含まれるアルカリ金属の脱硫作用に着目し、硫黄分
を多く含む石炭やコークス（高硫黄分含有燃料）もＣａ
ＣＯ3を用いず、効果的な脱硫を行なう燃焼装置を提案
する。脱硫剤であるアルカリ金属の放出源としてＲＤＦ
等のごみ燃料も用いることができる。流動層燃焼方式の
課題であるＳＯ2低減については、従来例にある石炭や
コークスとバイオマスとの混焼により、ＣａＣＯ3の添
加をしないで従来と同様、あるいはそれ以上の脱硫効果
が期待できることが示されている。ただし、従来の流動
層を用いる燃焼方式の問題点として、ダイオキシンの発
生が懸念される。これは脱硫効果を向上させるため、燃
焼域である層温度を低く制御しなければならないことに
起因する。本発明ではダイオキシン発生源である塩素を
多く含むごみ燃料を用いる場合も、ダイオキシンを効果
的に低減する燃焼装置を提案するものである。本発明の
課題は、それぞれの燃料の燃焼時の特性をうまく利用す
ることにより、燃料を選ばず、なおかつＳＯ2、ダイオ
キシンをはじめ、ＮＯｘ、未燃成分の放出を低減できる
燃焼方法と装置を提供することにある。
中に含まれるアルカリ金属の脱硫作用に着目し、硫黄分
を多く含む石炭やコークス（高硫黄分含有燃料）もＣａ
ＣＯ3を用いず、効果的な脱硫を行なう燃焼装置を提案
する。脱硫剤であるアルカリ金属の放出源としてＲＤＦ
等のごみ燃料も用いることができる。流動層燃焼方式の
課題であるＳＯ2低減については、従来例にある石炭や
コークスとバイオマスとの混焼により、ＣａＣＯ3の添
加をしないで従来と同様、あるいはそれ以上の脱硫効果
が期待できることが示されている。ただし、従来の流動
層を用いる燃焼方式の問題点として、ダイオキシンの発
生が懸念される。これは脱硫効果を向上させるため、燃
焼域である層温度を低く制御しなければならないことに
起因する。本発明ではダイオキシン発生源である塩素を
多く含むごみ燃料を用いる場合も、ダイオキシンを効果
的に低減する燃焼装置を提案するものである。本発明の
課題は、それぞれの燃料の燃焼時の特性をうまく利用す
ることにより、燃料を選ばず、なおかつＳＯ2、ダイオ
キシンをはじめ、ＮＯｘ、未燃成分の放出を低減できる
燃焼方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、使
用する燃料の燃焼時の特性を把握し、炉内の燃焼温度と
雰囲気を制御する次の手段（１）、（２）によって達成
される。 （１）硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分含有燃料
と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を
流動媒体として火炉内の流動層内で火炉下から投入した
一次空気により流動化させながら燃焼させる多種燃料燃
焼方法において、流動層から発生した燃焼ガスの後流側
に硫黄分を燃焼中に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃
焼用空気と共に投入し、さらにその後流側から二次空気
を投入することにより燃焼させる多種燃料燃焼方法。例
えば、（ａ）流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱量
燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の燃料
の発熱量を制御し、流動層内の温度を８６０℃以下に保
つ方法、（ｂ）流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の発
熱量及び硫黄分量を調整し、火炉出口排ガス中の硫黄酸
化物濃度を制御する方法、（ｃ）流動媒体中の高硫黄分
含有燃料と低発熱量燃料の混合比率を調整することによ
り、流動層内の窒素含有量を調整し、火炉出口排ガス中
の窒素酸化物濃度を制御する方法、（ｄ）流動媒体中の
高硫黄分含有燃料と低発熱量燃料の混合比率を調整する
ことにより、流動層内の塩素含有量を調整し、火炉出口
排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｅ）低
硫黄分含有燃料の投入量を調整することによって、流動
層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領域における炉内雰
囲気温度が１０００℃以上になるよう制御する方法、
（ｆ）低硫黄分含有燃料の投入量を調整することによっ
て、流動層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領域におけ
る炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口窒素酸化物濃度を
制御する方法、（ｇ）低硫黄分含有燃料の投入量を調整
することによって、流動層後流側の低硫黄分燃料燃焼領
域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口排ガス温
度を制御する方法、（ｈ）低硫黄分含有燃料の投入量を
調整することによって、流動層後流側の低硫黄分含有燃
料の燃焼領域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出
口排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｉ）
一次空気と二次空気の比率を調整することによって、火
炉出口排ガス中の硫黄酸化物濃度を制御する方法、
（ｊ）一次空気と二次空気の比率を調整することによっ
て、流動層内の酸素濃度を制御する方法、（ｋ）一次空
気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出口
排ガス中の窒素酸化物濃度を制御する方法、（ｌ）一次
空気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出
口排ガス中の未燃成分濃度を制御する方法、（ｍ）一次
空気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出
口排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｎ）
一次空気量と二次空気量の比率を制御することによっ
て、火炉出口排ガス温度を制御する方法がある。 （２）硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分含有燃料
と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を
流動媒体とする流動層と該流動層の下方から流動層を流
動化させる一次空気投入用の一次空気投入口を有する火
炉を備えた多種燃料燃焼装置において、火炉壁面には、
流動層から発生した燃焼ガスの後流側に硫黄分を燃焼中
に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃焼用空気と共に投
入する低硫黄分含有燃料バーナと、さらにその後流側か
ら二次空気を投入するエアポートを備えた多種燃料燃焼
装置。より具体的には、流動媒体としての高硫黄分含有
燃料投入用ホッパ及び低発熱量燃料投入用ホッパの出口
部にそれぞれ設けられた供給量調整弁と、前記両ホッパ
から供給される燃料を混合する燃料混合ホッパと、流動
層内の温度を測定する層内温度測定手段と、火炉出口排
ガス温度を測定する火炉出口温度測定手段と、火炉出口
排ガス中の窒素酸化物濃度、硫黄酸化物濃度、酸素濃
度、ダイオキシン濃度及び未燃分濃度のうち一以上の濃
度を測定するガス分析手段と、前記各測定手段及びガス
分析手段の測定値に応じて流動媒体中の高硫黄分含有燃
料と低発熱量燃料の混合比率、低硫黄分含有燃料の投入
量、一次空気と二次空気の比率の中の一つ以上を調整す
る制御装置を備えた多種燃料燃焼装置である。
用する燃料の燃焼時の特性を把握し、炉内の燃焼温度と
雰囲気を制御する次の手段（１）、（２）によって達成
される。 （１）硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分含有燃料
と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を
流動媒体として火炉内の流動層内で火炉下から投入した
一次空気により流動化させながら燃焼させる多種燃料燃
焼方法において、流動層から発生した燃焼ガスの後流側
に硫黄分を燃焼中に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃
焼用空気と共に投入し、さらにその後流側から二次空気
を投入することにより燃焼させる多種燃料燃焼方法。例
えば、（ａ）流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱量
燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の燃料
の発熱量を制御し、流動層内の温度を８６０℃以下に保
つ方法、（ｂ）流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の発
熱量及び硫黄分量を調整し、火炉出口排ガス中の硫黄酸
化物濃度を制御する方法、（ｃ）流動媒体中の高硫黄分
含有燃料と低発熱量燃料の混合比率を調整することによ
り、流動層内の窒素含有量を調整し、火炉出口排ガス中
の窒素酸化物濃度を制御する方法、（ｄ）流動媒体中の
高硫黄分含有燃料と低発熱量燃料の混合比率を調整する
ことにより、流動層内の塩素含有量を調整し、火炉出口
排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｅ）低
硫黄分含有燃料の投入量を調整することによって、流動
層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領域における炉内雰
囲気温度が１０００℃以上になるよう制御する方法、
（ｆ）低硫黄分含有燃料の投入量を調整することによっ
て、流動層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領域におけ
る炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口窒素酸化物濃度を
制御する方法、（ｇ）低硫黄分含有燃料の投入量を調整
することによって、流動層後流側の低硫黄分燃料燃焼領
域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口排ガス温
度を制御する方法、（ｈ）低硫黄分含有燃料の投入量を
調整することによって、流動層後流側の低硫黄分含有燃
料の燃焼領域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出
口排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｉ）
一次空気と二次空気の比率を調整することによって、火
炉出口排ガス中の硫黄酸化物濃度を制御する方法、
（ｊ）一次空気と二次空気の比率を調整することによっ
て、流動層内の酸素濃度を制御する方法、（ｋ）一次空
気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出口
排ガス中の窒素酸化物濃度を制御する方法、（ｌ）一次
空気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出
口排ガス中の未燃成分濃度を制御する方法、（ｍ）一次
空気と二次空気の比率を調整することによって、火炉出
口排ガス中のダイオキシン濃度を制御する方法、（ｎ）
一次空気量と二次空気量の比率を制御することによっ
て、火炉出口排ガス温度を制御する方法がある。 （２）硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分含有燃料
と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を
流動媒体とする流動層と該流動層の下方から流動層を流
動化させる一次空気投入用の一次空気投入口を有する火
炉を備えた多種燃料燃焼装置において、火炉壁面には、
流動層から発生した燃焼ガスの後流側に硫黄分を燃焼中
に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃焼用空気と共に投
入する低硫黄分含有燃料バーナと、さらにその後流側か
ら二次空気を投入するエアポートを備えた多種燃料燃焼
装置。より具体的には、流動媒体としての高硫黄分含有
燃料投入用ホッパ及び低発熱量燃料投入用ホッパの出口
部にそれぞれ設けられた供給量調整弁と、前記両ホッパ
から供給される燃料を混合する燃料混合ホッパと、流動
層内の温度を測定する層内温度測定手段と、火炉出口排
ガス温度を測定する火炉出口温度測定手段と、火炉出口
排ガス中の窒素酸化物濃度、硫黄酸化物濃度、酸素濃
度、ダイオキシン濃度及び未燃分濃度のうち一以上の濃
度を測定するガス分析手段と、前記各測定手段及びガス
分析手段の測定値に応じて流動媒体中の高硫黄分含有燃
料と低発熱量燃料の混合比率、低硫黄分含有燃料の投入
量、一次空気と二次空気の比率の中の一つ以上を調整す
る制御装置を備えた多種燃料燃焼装置である。
【作用】本発明では多種燃料を用い、燃焼炉内に低温還
元域、高温還元域、高温酸化域を形成させる。各々の燃
焼域における作用は以下の通りである。まず、流動層に
おいて褐炭・コークスなどの高硫黄分含有燃料とバイオ
マス・ごみ燃料などのアルカリ金属を多く含む低発熱量
燃料を８６０℃以下の低温還元域で燃焼させることによ
り、効果的に脱硫を行なう。次に、流動層の上部でジメ
チルエーテルなどの有機酸素化合物あるいはガス、油な
どの低硫黄分含有燃料を燃焼させることにより形成する
高温還元域で発生したＮＯｘ・ダイオキシンを低減す
る。最後に、高温還元域上部に燃焼用空気を投入するこ
とにより高温酸化域を形成し、一酸化炭素または未燃炭
素分などの未燃成分を低減する。
元域、高温還元域、高温酸化域を形成させる。各々の燃
焼域における作用は以下の通りである。まず、流動層に
おいて褐炭・コークスなどの高硫黄分含有燃料とバイオ
マス・ごみ燃料などのアルカリ金属を多く含む低発熱量
燃料を８６０℃以下の低温還元域で燃焼させることによ
り、効果的に脱硫を行なう。次に、流動層の上部でジメ
チルエーテルなどの有機酸素化合物あるいはガス、油な
どの低硫黄分含有燃料を燃焼させることにより形成する
高温還元域で発生したＮＯｘ・ダイオキシンを低減す
る。最後に、高温還元域上部に燃焼用空気を投入するこ
とにより高温酸化域を形成し、一酸化炭素または未燃炭
素分などの未燃成分を低減する。
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
と共に説明する。◎本発明による第１の実施例を図１に
示す。本実施例の流動層火炉は流動層１と低発熱量燃料
燃焼バーナ２と二次空気を投入するアフタエアポート３
からなる。流動層１を形成するのは、石炭やコークスな
どの高硫黄分含有燃料とバイオマスやごみ燃料（ＲＤ
Ｆ）などのアルカリ金属（Ｎａ，Ｋ，Ｃａ）を多く含む
低発熱量燃料であり、これらはそれぞれ設けられた高硫
黄分含有燃料ホッパ４と低発熱量燃料ホッパ５から燃料
混合ホッパ６へ投入され、その後燃料混合ホッパ６から
火炉内に投入される。流動媒体としては、これら燃料の
ほかに砂などの無機物を加える場合もある。流動層１に
は火炉下より１次空気７を送り込み、流動させながら燃
焼させる。この領域での雰囲気は還元雰囲気、反応温度
はＳＯ2捕捉率を向上させるため、８６０℃以下とす
る。本発明の特徴の一つは脱硫剤としてバイオマスやご
み燃料中に含まれるアルカリ金属を用いる点であり、従
来脱硫剤として使用しているＣａＣＯ3を用いる必要が
ない。このため、大幅に運転コストが下げられる。アル
カリ金属によるＳＯ 2捕捉効率は条件を最適化すること
により、ＣａＣＯ3使用時と同等、あるいはそれ以上と
なることがパイロット試験で確認されている。ＳＯ2捕
捉の形態は通常融点が低く、石炭焚きボイラではスラッ
ギングの発生が懸念されるアルカリ金属硫酸塩である。
ただし、流動層では層温度を８６０℃と低く保つため、
低融点物による流動層媒体のシンタリングなどの問題が
生じる心配がない。また、本発明では、流動層１で燃焼
させる燃料が石炭、コークスなどの高発熱量燃料とバイ
オマスやごみ燃料などの低発熱量燃料の混合物であるた
め、前記混合物の混合比の調整により発熱量を任意に調
整できる。従って流動層内の温度制御が容易であり、流
動層の温度が上がり過ぎるなどの問題がなく、流動層内
に温度調整のための内層管を入れる必要がないため、内
層管への灰付着も防止できる。流動層１上部の燃焼バー
ナ２からは、油、ガス及びジメチルエーテルをはじめと
した有機酸素化合物など、高発熱量で低硫黄分含有燃料
を投入し、燃焼雰囲気温度を１０００℃以上とする。こ
の領域では流動層１で生じたＮＯｘ・ダイオキシンを低
減する。流動層火炉の燃焼バーナ２の上部には二次空気
を投入するアフタエアポート３を設置する。この領域で
は、二次空気の投入によりバーナ２の領域で空気不足の
ため生じたＣＯと未燃分が完全燃焼する。本実施の形態
では、火炉出口排ガス分析計８により排ガス濃度を、火
炉出口温度計９により出口ガス温度を、流動層温度計１
０より層内温度を火炉運転中にそれぞれ常時監視する。
これらの値が設定値になるように制御装置１１を用い、
流動層燃料の混合比、流動層１底部から導入する一次空
気７とアフタエアポート３から投入する二次空気の混合
比、燃焼バーナ２から投入する低硫黄分含有燃料量、及
びホッパ４、５から燃料混合ホッパ６へ各々投入する高
硫黄分含有燃料量・低発熱量燃料量を調整する。図２は
本実施例の火炉内の燃焼区分を示す図である。火炉内は
低温還元域１２、高温還元域１３、高温酸化域１４の燃
焼区分に分けられる。また、表１に前記各区分の雰囲
気、温度、燃料、役割についてまとめて示す。
と共に説明する。◎本発明による第１の実施例を図１に
示す。本実施例の流動層火炉は流動層１と低発熱量燃料
燃焼バーナ２と二次空気を投入するアフタエアポート３
からなる。流動層１を形成するのは、石炭やコークスな
どの高硫黄分含有燃料とバイオマスやごみ燃料（ＲＤ
Ｆ）などのアルカリ金属（Ｎａ，Ｋ，Ｃａ）を多く含む
低発熱量燃料であり、これらはそれぞれ設けられた高硫
黄分含有燃料ホッパ４と低発熱量燃料ホッパ５から燃料
混合ホッパ６へ投入され、その後燃料混合ホッパ６から
火炉内に投入される。流動媒体としては、これら燃料の
ほかに砂などの無機物を加える場合もある。流動層１に
は火炉下より１次空気７を送り込み、流動させながら燃
焼させる。この領域での雰囲気は還元雰囲気、反応温度
はＳＯ2捕捉率を向上させるため、８６０℃以下とす
る。本発明の特徴の一つは脱硫剤としてバイオマスやご
み燃料中に含まれるアルカリ金属を用いる点であり、従
来脱硫剤として使用しているＣａＣＯ3を用いる必要が
ない。このため、大幅に運転コストが下げられる。アル
カリ金属によるＳＯ 2捕捉効率は条件を最適化すること
により、ＣａＣＯ3使用時と同等、あるいはそれ以上と
なることがパイロット試験で確認されている。ＳＯ2捕
捉の形態は通常融点が低く、石炭焚きボイラではスラッ
ギングの発生が懸念されるアルカリ金属硫酸塩である。
ただし、流動層では層温度を８６０℃と低く保つため、
低融点物による流動層媒体のシンタリングなどの問題が
生じる心配がない。また、本発明では、流動層１で燃焼
させる燃料が石炭、コークスなどの高発熱量燃料とバイ
オマスやごみ燃料などの低発熱量燃料の混合物であるた
め、前記混合物の混合比の調整により発熱量を任意に調
整できる。従って流動層内の温度制御が容易であり、流
動層の温度が上がり過ぎるなどの問題がなく、流動層内
に温度調整のための内層管を入れる必要がないため、内
層管への灰付着も防止できる。流動層１上部の燃焼バー
ナ２からは、油、ガス及びジメチルエーテルをはじめと
した有機酸素化合物など、高発熱量で低硫黄分含有燃料
を投入し、燃焼雰囲気温度を１０００℃以上とする。こ
の領域では流動層１で生じたＮＯｘ・ダイオキシンを低
減する。流動層火炉の燃焼バーナ２の上部には二次空気
を投入するアフタエアポート３を設置する。この領域で
は、二次空気の投入によりバーナ２の領域で空気不足の
ため生じたＣＯと未燃分が完全燃焼する。本実施の形態
では、火炉出口排ガス分析計８により排ガス濃度を、火
炉出口温度計９により出口ガス温度を、流動層温度計１
０より層内温度を火炉運転中にそれぞれ常時監視する。
これらの値が設定値になるように制御装置１１を用い、
流動層燃料の混合比、流動層１底部から導入する一次空
気７とアフタエアポート３から投入する二次空気の混合
比、燃焼バーナ２から投入する低硫黄分含有燃料量、及
びホッパ４、５から燃料混合ホッパ６へ各々投入する高
硫黄分含有燃料量・低発熱量燃料量を調整する。図２は
本実施例の火炉内の燃焼区分を示す図である。火炉内は
低温還元域１２、高温還元域１３、高温酸化域１４の燃
焼区分に分けられる。また、表１に前記各区分の雰囲
気、温度、燃料、役割についてまとめて示す。
【表１】
低温還元域１２ではＳＯ2低減のため、燃焼温度を８６
０℃以下と低く制御しなくてはならない。このため、ダ
イオキシン、ＣＯ及び未燃分の発生が避けられない。ま
た、ＮＯｘに関しても燃焼温度が低いため、還元反応が
十分に進行しない。高温還元域１３では、まず、石炭以
外の硫黄分濃度が低く、発熱量が高い燃料である油、ガ
ス及びジメチルエーテルなどの有酸素化合物を燃焼させ
ることにより、流動層１で生じたＮＯｘとダイオキシン
を低減させる。ここで示す低硫黄分含有燃料には、燃料
中にほとんど窒素分が含まれない。したがって、この領
域での燃料に起因するＮＯｘの発生は少ない。本実施例
では高温還元域１３の上部の火炉内に二次空気を投入す
ることにより、さらに高温酸化域１４を設ける。この領
域では流動層１で発生したＣＯと未燃分を低減すること
ができる。図３は本実施例でのバイオマスと石炭の混焼
による硫黄分捕捉率を示したものである。図３で特徴的
なことは、条件を最適化することにより、従来方法のＣ
ａＣＯ3による脱硫反応よりも硫黄分捕捉率が７５〜９
５％と高いこと、また、脱硫反応の活性温度範囲が広い
ことである。以上のことは、本実施例がＣａＣＯ3を用
いる従来の脱硫システムよりも高効率で低コストのシス
テムであることを示している。図４と図５には、燃焼バ
ーナ２とアフタエアポート３の配列例を示したものであ
る。本発明では、流動層１からの燃焼ガスと低硫黄分含
有燃料による火炎及びアフタエアポート３からの二次空
気の混合を良くするために燃焼バーナ２とアフタエアポ
ート３は対向燃焼型（図４）、コーナファイヤリング型
（図５（ａ））、タンジェンシャル型（図５（ｂ））な
どの配列を用いることができる。また燃焼バーナ２のみ
を対向燃焼型とし、アフタエアポート３はコーナファイ
ヤリングまたはタンジェンシャル型にする構成、または
その逆の組み合わせとしても良い。以上をまとめると、
前記実施例での利点は火炉内に役割の異なる燃焼域を形
成し、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシン
を同時に低減する燃焼装置が得られることである。ＳＯ
2低減については従来から使用されているＣａＣＯ3を用
いず、低コストで高効率の脱硫システムであるといえ
る。また、石炭からごみ燃料まで、燃料種を問わず、い
ずれの燃料も一つの火炉で処理できる。
０℃以下と低く制御しなくてはならない。このため、ダ
イオキシン、ＣＯ及び未燃分の発生が避けられない。ま
た、ＮＯｘに関しても燃焼温度が低いため、還元反応が
十分に進行しない。高温還元域１３では、まず、石炭以
外の硫黄分濃度が低く、発熱量が高い燃料である油、ガ
ス及びジメチルエーテルなどの有酸素化合物を燃焼させ
ることにより、流動層１で生じたＮＯｘとダイオキシン
を低減させる。ここで示す低硫黄分含有燃料には、燃料
中にほとんど窒素分が含まれない。したがって、この領
域での燃料に起因するＮＯｘの発生は少ない。本実施例
では高温還元域１３の上部の火炉内に二次空気を投入す
ることにより、さらに高温酸化域１４を設ける。この領
域では流動層１で発生したＣＯと未燃分を低減すること
ができる。図３は本実施例でのバイオマスと石炭の混焼
による硫黄分捕捉率を示したものである。図３で特徴的
なことは、条件を最適化することにより、従来方法のＣ
ａＣＯ3による脱硫反応よりも硫黄分捕捉率が７５〜９
５％と高いこと、また、脱硫反応の活性温度範囲が広い
ことである。以上のことは、本実施例がＣａＣＯ3を用
いる従来の脱硫システムよりも高効率で低コストのシス
テムであることを示している。図４と図５には、燃焼バ
ーナ２とアフタエアポート３の配列例を示したものであ
る。本発明では、流動層１からの燃焼ガスと低硫黄分含
有燃料による火炎及びアフタエアポート３からの二次空
気の混合を良くするために燃焼バーナ２とアフタエアポ
ート３は対向燃焼型（図４）、コーナファイヤリング型
（図５（ａ））、タンジェンシャル型（図５（ｂ））な
どの配列を用いることができる。また燃焼バーナ２のみ
を対向燃焼型とし、アフタエアポート３はコーナファイ
ヤリングまたはタンジェンシャル型にする構成、または
その逆の組み合わせとしても良い。以上をまとめると、
前記実施例での利点は火炉内に役割の異なる燃焼域を形
成し、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシン
を同時に低減する燃焼装置が得られることである。ＳＯ
2低減については従来から使用されているＣａＣＯ3を用
いず、低コストで高効率の脱硫システムであるといえ
る。また、石炭からごみ燃料まで、燃料種を問わず、い
ずれの燃料も一つの火炉で処理できる。
【発明の効果】（１）低発熱燃料であるバイオフューエ
ル及びＲＤＦなどに含まれるアルカリ金属分がＳＯ2を
捕捉する効果的な脱硫剤として働くため（最適条件にお
いては捕捉率９０％以上）、従来脱硫剤として必要不可
欠であったＣａＣＯ3が必要無く、運用コストが大幅に
低減できる。 （２）バイオフューエルによる脱硫反応は、脱硫温度の
下限がＣａＣＯ3を用いた場合に比べ低いため、低発熱
量燃料の割合を増加による層内温度の低下にも対応でき
る。 （３）アルカリ金属がＳＯ2を捕捉した際、アルカリ硫
酸塩が生成する。通常、流動層媒体をシンタリングさせ
たり、内層管に付着物を形成することが懸念されるが、
本発明では流動層内温度を８６０℃以下で制御し、内層
管も挿入しないため、これらの問題がない。 （４）流動層内を８６０℃以下に制御するため、ＳＯ2
の再放出がない。 （５）流動層から発生したガスを後流側に設けた炉内ガ
ス温度１０００℃以上の酸化域を経由させることによ
り、燃焼ガス中に含まれる未燃分、ＣＯ、ダイオキシン
を低減できる。 （６）燃焼域（流動層・低硫黄分含有燃料の燃焼領域）
と酸化域を分ける二段燃焼を行うことにより、ＮＯｘを
低減できる。 （７）流動層の後流の炉壁においては、低硫黄分含有燃
料の投入量を制御することにより炉内雰囲気温度及び火
炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）が制御できるため、炉壁へ
のスラッギングを防止できる。 （８）一次空気と二次空気の比率及び高硫黄分含有燃料
と低発熱量燃料の混合比率、低硫黄分含有燃料の投入割
合を変化させることにより、どのような種類の燃料でも
層内温度、層内酸素濃度、炉内温度、ＦＥＧＴ、炉内雰
囲気を制御し、前記（１）〜（５）に示す最適運用を行
うことができる。 （９）燃料種を選ばず、どんな燃料でも同時に燃焼させ
ることができる。
ル及びＲＤＦなどに含まれるアルカリ金属分がＳＯ2を
捕捉する効果的な脱硫剤として働くため（最適条件にお
いては捕捉率９０％以上）、従来脱硫剤として必要不可
欠であったＣａＣＯ3が必要無く、運用コストが大幅に
低減できる。 （２）バイオフューエルによる脱硫反応は、脱硫温度の
下限がＣａＣＯ3を用いた場合に比べ低いため、低発熱
量燃料の割合を増加による層内温度の低下にも対応でき
る。 （３）アルカリ金属がＳＯ2を捕捉した際、アルカリ硫
酸塩が生成する。通常、流動層媒体をシンタリングさせ
たり、内層管に付着物を形成することが懸念されるが、
本発明では流動層内温度を８６０℃以下で制御し、内層
管も挿入しないため、これらの問題がない。 （４）流動層内を８６０℃以下に制御するため、ＳＯ2
の再放出がない。 （５）流動層から発生したガスを後流側に設けた炉内ガ
ス温度１０００℃以上の酸化域を経由させることによ
り、燃焼ガス中に含まれる未燃分、ＣＯ、ダイオキシン
を低減できる。 （６）燃焼域（流動層・低硫黄分含有燃料の燃焼領域）
と酸化域を分ける二段燃焼を行うことにより、ＮＯｘを
低減できる。 （７）流動層の後流の炉壁においては、低硫黄分含有燃
料の投入量を制御することにより炉内雰囲気温度及び火
炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）が制御できるため、炉壁へ
のスラッギングを防止できる。 （８）一次空気と二次空気の比率及び高硫黄分含有燃料
と低発熱量燃料の混合比率、低硫黄分含有燃料の投入割
合を変化させることにより、どのような種類の燃料でも
層内温度、層内酸素濃度、炉内温度、ＦＥＧＴ、炉内雰
囲気を制御し、前記（１）〜（５）に示す最適運用を行
うことができる。 （９）燃料種を選ばず、どんな燃料でも同時に燃焼させ
ることができる。
【図１】 本発明になる実施例の燃焼装置の構成図であ
る。
る。
【図２】 図１の火炉内の燃焼区分を説明する図であ
る。
る。
【図３】 本発明になる実施例の燃焼装置でのバイオマ
スと石炭の混焼による硫黄分捕捉率を示す図である。
スと石炭の混焼による硫黄分捕捉率を示す図である。
【図４】 本発明になる燃焼用バーナとアフタエアポー
トの配列例を示す火炉平面図である。
トの配列例を示す火炉平面図である。
【図５】 本発明になる燃焼用バーナとアフタエアポー
トの配列例を示す火炉平面図である。
トの配列例を示す火炉平面図である。
１ 流動層 ２ 低発熱量燃料燃焼バ
ーナ ３ アフタエアポート ４ 高硫黄分含有燃料ホ
ッパ ５ 低発熱量燃料ホッパ ６ 燃料混合ホッパ ７ １次空気 ８ 火炉出口排ガス分析
計 ９ 火炉出口温度計 １０ 流動層温度計 １１ 制御装置 １２ 低温還元域 １３ 高温還元域 １４ 高温酸化域
ーナ ３ アフタエアポート ４ 高硫黄分含有燃料ホ
ッパ ５ 低発熱量燃料ホッパ ６ 燃料混合ホッパ ７ １次空気 ８ 火炉出口排ガス分析
計 ９ 火炉出口温度計 １０ 流動層温度計 １１ 制御装置 １２ 低温還元域 １３ 高温還元域 １４ 高温酸化域
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）
Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢ Ｆ２３Ｃ 11/02 ３０３
Ｆターム(参考） 3K062 AA11 AB02 BA02 BB01 BB02
CA01 CB03 CB08 DA01 DA36
DB09
3K064 AA01 AA02 AA04 AC02 AC06
AC11 AC12 AD01 AD05 AD08
AE11 AF02
3K065 TA01 TA02 TA06 TA19 TB01
TB04 TB05 TB11 TB13 TC03
TD06 TD09 TE02 TF01 TG06
TH01 TN01
Claims (17)
- 【請求項１】 硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄分
含有燃料と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱
量燃料を流動媒体として火炉内の流動層内で火炉下から
投入した一次空気により流動化させながら燃焼させる多
種燃料燃焼方法において、 流動層から発生した燃焼ガスの後流側に硫黄分を燃焼中
に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃焼用空気と共に投
入し、さらにその後流側から二次空気を投入することに
より燃焼させることを特徴とする多種燃料燃焼方法。 - 【請求項２】 流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の燃
料の発熱量を制御し、流動層内の温度を８６０℃以下に
保つことを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方
法。 - 【請求項３】 流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の発
熱量及び硫黄分量を調整し、火炉出口排ガス中の硫黄酸
化物濃度を制御することを特徴とする請求項１記載の多
種燃料燃焼方法。 - 【請求項４】 流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の窒
素含有量を調整し、火炉出口排ガス中の窒素酸化物濃度
を制御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃
焼方法。 - 【請求項５】 流動媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱
量燃料の混合比率を調整することにより、流動層内の塩
素含有量を調整し、火炉出口排ガス中のダイオキシン濃
度を制御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料
燃焼方法。 - 【請求項６】 低硫黄分含有燃料の投入量を調整するこ
とによって、流動層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領
域における炉内雰囲気温度が１０００℃以上になるよう
制御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼
方法。 - 【請求項７】 低硫黄分含有燃料の投入量を調整するこ
とによって、流動層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領
域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口排ガス中
の窒素酸化物濃度を制御することを特徴とする請求項１
記載の多種燃料燃焼方法。 - 【請求項８】 低硫黄分含有燃料の投入量を調整するこ
とによって、流動層後流側の低硫黄分燃料燃焼領域にお
ける炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口排ガス温度を制
御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方
法。 - 【請求項９】 低硫黄分含有燃料の投入量を調整するこ
とによって、流動層後流側の低硫黄分含有燃料の燃焼領
域における炉内雰囲気温度を調整し、火炉出口排ガス中
のダイオキシン濃度を制御することを特徴とする請求項
１記載の多種燃料燃焼方法。 - 【請求項１０】 一次空気と二次空気の比率を調整する
ことによって、火炉出口排ガス中の硫黄酸化物濃度を制
御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方
法。 - 【請求項１１】 一次空気と二次空気の比率を調整する
ことによって、流動層内の酸素濃度を制御することを特
徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方法。 - 【請求項１２】 一次空気と二次空気の比率を調整する
ことによって、火炉出口排ガス中の窒素酸化物濃度を制
御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方
法。 - 【請求項１３】 一次空気と二次空気の比率を調整する
ことによって、火炉出口排ガス中の未燃成分濃度を制御
することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方
法。 - 【請求項１４】 一次空気と二次空気の比率を調整する
ことによって、火炉出口排ガス中のダイオキシン濃度を
制御することを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼
方法。 - 【請求項１５】 一次空気量と二次空気量の比率を制御
することによって、火炉出口排ガス温度を制御すること
を特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方法。 - 【請求項１６】 硫黄分を燃料中に１％以上含む高硫黄
分含有燃料と発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発
熱量燃料を流動媒体とする流動層と該流動層の下方から
流動層を流動化させる一次空気投入用の一次空気投入口
を有する火炉を備えた多種燃料燃焼装置において、 火炉壁面には、流動層から発生した燃焼ガスの後流側に
硫黄分を燃焼中に１％未満含む低硫黄分含有燃料を燃焼
用空気と共に投入する低硫黄分含有燃料バーナと、さら
にその後流側から二次空気を投入するエアポートを備え
たことを特徴とする多種燃料燃焼装置。 - 【請求項１７】 流動媒体としての高硫黄分含有燃料投
入用ホッパ及び低発熱量燃料投入用ホッパの出口部にそ
れぞれ設けられた供給量調整弁と、 前記両ホッパから供給される燃料を混合する燃料混合ホ
ッパと、 流動層内の温度を測定する層内温度測定手段と、 火炉出口排ガス温度を測定する火炉出口温度測定手段
と、 火炉出口排ガス中の窒素酸化物濃度、硫黄酸化物濃度、
酸素濃度、ダイオキシン濃度及び未燃分濃度のうち、一
以上の濃度を測定するガス分析手段と、 前記各測定手段及びガス分析手段の測定値に応じて流動
媒体中の高硫黄分含有燃料と低発熱量燃料の混合比率、
低硫黄分含有燃料の投入量、一次空気と二次空気の比率
の中の一つ以上を調整する制御装置を備えたことを特徴
とする多種燃料燃焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002024177A JP2003222307A (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 多種燃料燃焼方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002024177A JP2003222307A (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 多種燃料燃焼方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003222307A true JP2003222307A (ja) | 2003-08-08 |
| JP2003222307A5 JP2003222307A5 (ja) | 2005-07-28 |
Family
ID=27746690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002024177A Pending JP2003222307A (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 多種燃料燃焼方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003222307A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105091026A (zh) * | 2014-05-07 | 2015-11-25 | 神华集团有限责任公司 | 一种燃烧装置出口残氧量控制方法和系统 |
| KR20210131562A (ko) * | 2020-04-24 | 2021-11-03 | 한국에너지기술연구원 | 산화제 농도 및 열량을 제어하여 승온 속도를 증가시키는 순환유동층 반응기 제어 방법 및 이를 이용하는 순환유동층 연소 시스템 |
-
2002
- 2002-01-31 JP JP2002024177A patent/JP2003222307A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105091026A (zh) * | 2014-05-07 | 2015-11-25 | 神华集团有限责任公司 | 一种燃烧装置出口残氧量控制方法和系统 |
| KR20210131562A (ko) * | 2020-04-24 | 2021-11-03 | 한국에너지기술연구원 | 산화제 농도 및 열량을 제어하여 승온 속도를 증가시키는 순환유동층 반응기 제어 방법 및 이를 이용하는 순환유동층 연소 시스템 |
| KR102386243B1 (ko) * | 2020-04-24 | 2022-04-14 | 한국에너지기술연구원 | 산화제 농도 및 열량을 제어하여 승온 속도를 증가시키는 순환유동층 반응기 제어 방법 및 이를 이용하는 순환유동층 연소 시스템 |
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Effective date: 20071023 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |