JP2005164205A - Combustion method for combustion equipment, and combustion equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼設備における燃焼に、燃焼排ガスを利用して生成される酸素と排ガスを混合してなる酸化剤を用い、燃焼に伴い発生する窒素酸化物を抑制して、高効率燃焼、熱回収効率の向上を図ることができる燃焼設備の燃焼方法とその設備に関するものである。 The present invention uses an oxidant that is a mixture of oxygen and exhaust gas generated by using combustion exhaust gas for combustion in a combustion facility, suppresses nitrogen oxides generated by combustion, and achieves high efficiency combustion, heat The present invention relates to a combustion method for a combustion facility capable of improving recovery efficiency and the facility.
従来、化石燃料を燃料とするボイラや廃棄物等を燃焼する焼却炉などの燃焼装置では、図4に従来の燃焼システムのフローで示されるように、燃焼装置100(ボイラや焼却炉など)に燃料と酸化剤とを供給して燃焼を行い、発生した排ガスは排ガス処理設備101で除じん、酸性ガス除去などを行った後、煙突102から放出されている。なお、燃焼酸化剤としては、主に空気が用いられているが、排ガス量の低減による熱回収効率の向上を目的として、酸素を混合して酸素濃度を高くした酸素富化空気、あるいは純酸素を用いることもある。
Conventionally, in a combustion apparatus such as a boiler using fossil fuel or an incinerator for burning waste, etc., as shown in the flow of the conventional combustion system in FIG. 4, the combustion apparatus 100 (boiler, incinerator, etc.) is used. The fuel and oxidant are supplied to perform combustion, and the generated exhaust gas is discharged from the
廃棄物焼却炉では、一般に、燃焼に空気を燃焼酸化剤として用いているが、燃焼に伴うNOxの発生抑制など低公害化とエネルギー有効利用の観点から燃焼排ガスの一部を循環して、空気と混ぜて酸化剤として利用する排ガス再循環法や酸素濃度を酸素富化膜などで高めて主要な酸化剤として使用する酸素富化燃焼法などが行われている。しかしながら、排ガス再循環法は通過ガス量の増大による炉・排ガス処理設備の大型化や燃焼室温度の低下などの問題があり、酸素富化燃焼法は燃焼室温度の上昇による炉の耐久性低下やNOx増大、酸素発生器のランニングコストが高いなどの問題点がある。これらの問題を解決する手段として、排ガス処理前の排ガスの一部を循環し、酸素を混合して燃焼酸化剤として使用することにより、排ガス処理設備の小型化を図り、かつ混合する酸素量により炉内温度など燃焼状態の制御を容易にする技術が、特許文献1によって開示されている。 In general, waste incinerators use air as a combustion oxidant for combustion, but a part of combustion exhaust gas is circulated from the viewpoint of low pollution and effective use of energy such as suppression of NOx generation accompanying combustion. Exhaust gas recirculation method used as an oxidant by mixing with oxygen, and oxygen-enriched combustion method used as a main oxidant by increasing the oxygen concentration with an oxygen-enriched membrane or the like. However, the exhaust gas recirculation method has problems such as an increase in the size of the furnace / exhaust gas treatment equipment due to an increase in the amount of passing gas and a decrease in the combustion chamber temperature. There are problems such as increased NOx and high running cost of the oxygen generator. As a means to solve these problems, the exhaust gas treatment equipment is circulated, mixed with oxygen and used as a combustion oxidant to reduce the size of the exhaust gas treatment facility, and the amount of oxygen to be mixed A technique for facilitating control of the combustion state such as the furnace temperature is disclosed in Patent Document 1.
また、燃焼炉(例えば焼却炉)における燃焼酸化剤の一部に酸素を使用する場合、その酸素の供給源として、一般的に圧力スイング吸着式の酸素製造装置が使用されている。また、前記圧力スイング吸着式のほかに、熱スイング吸着式によるものを採用することができる。この熱スイング吸着式に関する空気から選択されたガス体を分離製造する装置についての技術情報が、例えば特許文献2によって開示されている。
Further, when oxygen is used as part of a combustion oxidant in a combustion furnace (for example, an incinerator), a pressure swing adsorption type oxygen production apparatus is generally used as a supply source of the oxygen. In addition to the pressure swing adsorption method, a heat swing adsorption method can be adopted. For example,
特許文献1で開示されるように、燃焼酸化剤の一部に酸素を使用する場合、その酸素の供給源として、前記圧力スイング吸着式の酸素製造装置では、吸着剤再生もしくは吸着過程において、コンプレッサや真空ポンプを用いており、単位発生酸素容積あたりの消費エネルギーが高くなり、ランニングコストおよび省エネルギーの観点から受容性が低い。また、この圧力スイング吸着式の酸素製造装置においては、空気中の79%を占める窒素を選択的に吸着して、酸素と分離する吸着剤を使用しており、吸着剤が大量に必要となって、吸着塔の容積が増大するなどイニシャルコストの増大を招くという問題点がある。 As disclosed in Patent Document 1, when oxygen is used as a part of the combustion oxidant, the pressure swing adsorption type oxygen production apparatus is used as the oxygen supply source in the adsorbent regeneration or adsorption process. And a vacuum pump, the energy consumption per unit generated oxygen volume is high, and the acceptability is low from the viewpoint of running cost and energy saving. In addition, this pressure swing adsorption type oxygen production apparatus uses an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen that occupies 79% of the air and separates it from oxygen, which requires a large amount of adsorbent. Thus, there is a problem that the initial cost is increased, such as an increase in the volume of the adsorption tower.
また、熱スイング吸着式による場合、前記特許文献2において見られるように、加熱脱着させるためのパージガスを別途熱源を用いて加熱しており、その他一般的な熱スイング吸着式でも、電気ヒータを用いて加熱しており、その加熱に要する熱エネルギー(消費電力)の増大を招き、ランニングコストが嵩むという問題点がある。
Further, in the case of the thermal swing adsorption type, as seen in
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、燃焼設備において、その燃焼排ガスの熱を利用して高濃度酸素を得て、その酸素と燃焼排ガスとを混合して燃焼酸化剤として用い、高効率燃焼並びに熱回収効率の向上を図るとともに、燃焼によって発生するNOxを抑制することができる燃焼設備における燃焼方法を提供することを目的とし、併せて前記目的を達成する燃焼設備を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems. In a combustion facility, high-concentration oxygen is obtained by using the heat of the combustion exhaust gas, and the oxygen and the combustion exhaust gas are mixed and burned. Combustion that is used as an oxidant to improve combustion efficiency and heat recovery efficiency, and to provide a combustion method in a combustion facility that can suppress NOx generated by combustion, and to achieve the object The purpose is to provide equipment.
前記目的を達成するために、第1発明による燃焼設備における燃焼方法は、
燃焼設備において、燃料を燃焼して熱回収を行った後の排ガスの熱を利用し、熱スイング吸着方式により空気中の酸素を選択吸着する吸着剤からの酸素脱着を行わせることにより、得られる酸素を熱回収後の排ガスの一部と混合して、燃焼酸化剤として燃焼炉に供給することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a combustion method in a combustion facility according to the first invention comprises:
It is obtained by using the heat of exhaust gas after recovering heat by burning fuel in a combustion facility, and desorbing oxygen from an adsorbent that selectively adsorbs oxygen in the air by a thermal swing adsorption method. Oxygen is mixed with a part of the exhaust gas after heat recovery and supplied to the combustion furnace as a combustion oxidant.
また、前記第2発明による前記燃焼方法を利用する燃焼設備は、
燃焼設備において、熱回収済み排ガスを、熱スイング吸着式酸素製造装置の昇温パージガスの加熱源に用い、前記酸素製造装置で得られる酸素と熱回収後の排ガスの一部とを混合して、燃焼部での燃焼酸化剤として供給するように構成されることを特徴とするものである。
A combustion facility that uses the combustion method according to the second aspect of the invention comprises:
In combustion equipment, heat-recovered exhaust gas is used as a heating source of the temperature rising purge gas of the heat swing adsorption oxygen production apparatus, and oxygen obtained in the oxygen production apparatus and a part of the exhaust gas after heat recovery are mixed, It is configured to be supplied as a combustion oxidant in the combustion section.
前記第2発明において、燃焼排ガス処理部にて酸性ガス成分,ダストを除去した後の排ガスを、熱スイング吸着式酸素製造装置の昇温パージガスの加熱源として利用した後、その一部を混合器に送って熱スイング吸着式酸素製造装置で生成された酸素と混合して燃焼酸化剤とされるようにするのがよい(第3発明)。 In the second aspect of the invention, the exhaust gas after the acid gas component and dust are removed in the combustion exhaust gas treatment section is used as a heating source for the temperature rising purge gas of the thermal swing adsorption type oxygen production apparatus, and a part thereof is mixed. It is good to mix with the oxygen produced | generated with the thermal swing adsorption type oxygen manufacturing apparatus, and to make it a combustion oxidizing agent (3rd invention).
また、前記第2発明または第3発明において、前記燃焼排ガスの一部を熱スイング吸着式酸素製造装置で生成された酸素と混合するための分岐路には制御弁が設けられ、排ガスと酸素との混合比を制御するように構成されるのが好ましい(第4発明)。 In the second or third aspect of the invention, a control valve is provided in a branch path for mixing a part of the combustion exhaust gas with oxygen generated by a thermal swing adsorption oxygen production apparatus, and the exhaust gas and oxygen It is preferable that the mixing ratio is controlled (the fourth invention).
また、前記2〜4の発明において、酸素と混合する排ガスの供給管路には、除湿機または加熱器を設けるようにするのがよい(第5発明)。
In the
また、前記第2発明において、前記燃焼設備は、廃棄物焼却炉であるのがよい(第6発明)。 In the second invention, the combustion facility may be a waste incinerator (sixth invention).
またさらに、前記第2発明において、前記燃焼設備は、石炭またはバイオマスなどのガス化設備であるのがよい(第7発明)。 Furthermore, in the second invention, the combustion facility may be a gasification facility such as coal or biomass (seventh invention).
第1発明の燃焼方法によれば、燃焼設備に熱スイング吸着式酸素製造装置を併設し、その熱スイング吸着式酸素製造装置のパージガスの加熱に熱回収後の排ガスを利用し、酸素と排ガスの一部を混合し、燃焼部への燃焼酸化剤として供給するようにしたことで、酸化剤に窒素が含まれないため、NOxの生成を抑制することができるという効果を奏する。また、酸化剤として酸素に排ガスの一部を混合することで、燃焼室の温度を調整することができ、炉体の損傷発生を防いで燃焼効率の向上を図ることができる。さらに、燃焼設備としての排ガス量を純酸素燃焼と同等に低減することができるという利点がある。 According to the combustion method of the first aspect of the present invention, a thermal swing adsorption type oxygen production apparatus is provided in the combustion facility, and the exhaust gas after heat recovery is used for heating the purge gas of the thermal swing adsorption type oxygen production apparatus. By mixing a part and supplying it as a combustion oxidant to the combustion part, since the oxidant does not contain nitrogen, the production of NOx can be suppressed. Further, by mixing a part of the exhaust gas with oxygen as an oxidant, the temperature of the combustion chamber can be adjusted, and the combustion efficiency can be improved by preventing the furnace body from being damaged. Furthermore, there is an advantage that the amount of exhaust gas as a combustion facility can be reduced to the same extent as pure oxygen combustion.
第2発明の燃焼設備によれば、前記第1発明と同様の作用効果を奏する。また、燃焼ガス中の二酸化炭素、水分(水蒸気)の分圧が高いため、同じ温度でも輻射能が高く、熱回収効率が高く、したがって熱回収機器としてのボイラをコンパクトにできる。また、酸素発生装置(酸素製造装置)が熱スイング吸着式であるので、ボイラで熱回収した後の排ガスの熱を利用でき、従来一般的に用いられている圧力スイング式のように高圧のブロアーまたはコンプレッサ、真空ポンプなどの動力機器が不要になり、設備費ならびに運転コストを低減できて、経済的効果を高め得るという利点がある。 According to the combustion equipment of the 2nd invention, there exists the same operation effect as the 1st invention. Further, since the partial pressures of carbon dioxide and moisture (water vapor) in the combustion gas are high, the radiation performance is high even at the same temperature, and the heat recovery efficiency is high. Therefore, the boiler as the heat recovery device can be made compact. In addition, since the oxygen generator (oxygen production device) is a heat swing adsorption type, the heat of exhaust gas after heat recovery by a boiler can be used, and a high pressure blower like the pressure swing type generally used conventionally. Alternatively, there is an advantage that power equipment such as a compressor and a vacuum pump is not necessary, equipment cost and operation cost can be reduced, and an economic effect can be enhanced.
また、第3発明によれば、燃焼室からの排ガスを熱回収処理した後で、除塵装置によりダストなどの粉塵を除去することで、熱スイング吸着式酸素製造装置の昇温パージガスの、加熱器の熱源としてクリーンなガスとすることができ、混合過程での管路などの流動阻害をなくし、最終的に燃焼酸化剤として供給するのにクリーンなガスとすることができる。 According to the third aspect of the present invention, after the exhaust gas from the combustion chamber is heat-recovered, dust such as dust is removed by the dust removing device, so that the heater of the temperature-up purge gas of the heat swing adsorption type oxygen production device As a heat source, a clean gas can be obtained, and the flow inhibition of the pipe line or the like in the mixing process can be eliminated, and the clean gas can be finally supplied as a combustion oxidant.
また、第4発明の構成を採用することにより、得られる燃焼酸化剤の酸素濃度を分流する排ガスの量を制御弁(流量制御弁)で制御して変更することができ、酸素富化燃焼に利用して適正な燃焼が行えるようにでき、燃焼効率の向上を図ることができる。 Further, by adopting the configuration of the fourth invention, the amount of exhaust gas for diverting the oxygen concentration of the obtained combustion oxidant can be controlled and changed by a control valve (flow rate control valve), so that oxygen enriched combustion can be achieved. It can be used to perform proper combustion, and the combustion efficiency can be improved.
また、第5発明の構成を採用することにより、酸素と排ガスの一部を混合したときに、排ガス中の水分が結露するのを防止することができるという効果を奏する。 In addition, by adopting the configuration of the fifth invention, it is possible to prevent moisture in the exhaust gas from being condensed when oxygen and a part of the exhaust gas are mixed.
さらに、第6発明では、この発明を廃棄物焼却炉に用いることで、付帯設備の規模を縮小することが可能になり、設備費ならびにランニングコストを低減することができるという効果を奏する。 Furthermore, in the sixth invention, by using this invention for a waste incinerator, it is possible to reduce the scale of the incidental equipment, and there is an effect that the equipment cost and the running cost can be reduced.
また、第7発明では、この発明を石炭またはバイオマスなどのガス化設備に用いることで、得られるガスの単位ガス量当りの発熱量を高めることが可能である。 In the seventh invention, the present invention can be used for gasification equipment such as coal or biomass, whereby the calorific value per unit gas amount of the obtained gas can be increased.
次に、本発明による燃焼設備の燃焼方法とその燃焼方法を実施するための燃焼設備について、その一実施形態の図面を参照しつつ説明する。 Next, a combustion method for a combustion facility according to the present invention and a combustion facility for carrying out the combustion method will be described with reference to the drawings of the embodiment.
図1には本発明にかかる燃焼方法のフローを表わすブロック図が示されている。図2には本発明にかかる燃焼設備の概要図が、図3には燃焼排ガスを利用する熱スイング吸着式の酸化剤製造装置の概要図が、それぞれ示されている。 FIG. 1 is a block diagram showing a flow of a combustion method according to the present invention. FIG. 2 shows a schematic diagram of a combustion facility according to the present invention, and FIG. 3 shows a schematic diagram of a thermal swing adsorption type oxidizer manufacturing apparatus using combustion exhaust gas.
本実施形態の燃焼設備10は、図1によって示されるように、燃焼部1において燃焼炉1aに供給される燃料ガスと燃焼酸化剤によって燃焼されて発生する燃焼排ガスは、排ガス処理設備2によって、排ガス中の酸性ガス成分やダスト,その他固形分を分離除去され、処理された排ガスを熱スイング吸着式酸素製造装置3の加熱部34に送って排熱を利用し、その熱スイング吸着式酸素製造装置3において昇温パージガスとして使用される脱着酸素の一部を加熱するのに用いられ、前記排ガスは煙突5に送って大気中に放散させる。一方、前記熱スイング吸着式酸素製造装置3では、供給される空気から酸素を吸着床で吸着分離させて酸素を取り出し、前記煙突5に送られる排ガスの一部と混合し、燃焼酸化剤として燃焼炉1aに供給するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
前記燃焼部1としては、例えばボイラ1bが適用される。このボイラ1bでは、燃焼炉1aでの燃料としてLPG(例えばプロパンガス)が使用され、燃焼酸化剤として後述する酸素と熱回収,排ガス処理後の排ガスとの混合気が使用される。ボイラ1bで熱回収することにより得られる蒸気は、周知の手段によって目的箇所に送られる。燃焼炉1aで発生する燃焼排ガスは、次の排ガス処理設備2に送られて、酸性ガス成分除去と除じん処理が行われるようにされている。
As the combustion unit 1, for example, a boiler 1b is applied. In this boiler 1b, LPG (for example, propane gas) is used as fuel in the combustion furnace 1a, and an air-fuel mixture of oxygen, heat recovery, and exhaust gas after exhaust gas treatment, which will be described later, is used as a combustion oxidant. The steam obtained by recovering heat with the boiler 1b is sent to a target location by a known means. The combustion exhaust gas generated in the combustion furnace 1a is sent to the next exhaust
前記燃焼排ガスを処理する排ガス処理設備2は、排ガス温度を下げる減温処理と、除じん処理とが行われる装置が設けられる。これらはいずれも既知の構成(具体的な構成は省略する)のものであり、熱回収された排ガスは、減温処理塔22に導かれて冷却処理され、次工程の除じん操作が可能な温度まで減温される。
The exhaust
減温処理された排ガスは、除じん処理のために、例えばバグフィルタ23に送られて、このバグフィルタ23によって保持している煤塵や粉塵などを除去される。除じんされた排ガスは次の工程となる熱スイング吸着式の酸素製造装置3に送られて、昇温パージガスの加熱に使用される。なお、除じん工程で除去された固形分は、バグフィルタ23の下部から取り出されてコンベア24によって回収位置に運ばれて処理される。 The exhaust gas subjected to the temperature reduction treatment is sent to, for example, a bag filter 23 for dust removal treatment, and soot and dust held by the bag filter 23 are removed. The exhaust gas thus removed is sent to a thermal swing adsorption type oxygen production apparatus 3 which is the next step, and is used for heating the temperature rising purge gas. The solid content removed in the dust removal process is taken out from the lower part of the bag filter 23 and is carried to the collection position by the conveyor 24 for processing.
前記熱スイング式酸素製造装置3は、例えば図3に示されるような装置が採用される。この熱スイング式酸素製造装置3(以下、TSA3という)は、ブロアー31によって送り込まれる空気から気中の水分を除去するための吸湿ベッド32と、三基の吸着塔33a,33b,33cと、昇温パージガスの加熱器34と、後述する混合用として分岐される前記排ガス中の過剰水分を除去する排ガス除湿装置52と、生成された濃縮酸素を受入れるバッファタンク51と燃焼酸化剤とするための混合器54およびそれらを接続する管路とで構成されている。
As the thermal swing type oxygen production apparatus 3, for example, an apparatus as shown in FIG. 3 is adopted. This thermal swing type oxygen production apparatus 3 (hereinafter referred to as TSA3) includes a
前記吸湿ベッド32は、常温の空気を導入して例えば冷却水を用いて熱交換手段によって冷却し、気中の水分を除去する構成である。この吸湿ベッド32の出口からは三基の吸着塔33a,33b,33cの各下部入口33′に管路41で分岐接続されている。
The moisture-absorbing
三基の吸着塔33a,33b,33cは、それぞれ内部に吸着床(図示せず)が形成され、下部から上部に向かって水分除去済みの乾燥空気が通過する間に、充填された吸着剤によって酸素が選択吸着され、それ以外のガス成分(主に窒素)は上部出口33″から系外に排出される構成である。前記吸着床として充填される吸着剤としては吸着選択能が酸素/窒素=7程度以上のものが採用される。なお、この吸着剤としては、粒状,ペレット状のものでよく、ハニカムやフィン状の支持体上に均一分散した状態で収容されている。また、この吸着剤としては、例えば金属錯体系吸着剤,ゼオライトなどが採用される。
Each of the three
このようにされる各吸着塔33a,33b,33cの下部入口33′には前記空気供給管路41のほかに濃縮分離された酸素の取り出し管路42がそれぞれ接続され、管路41の分岐された部分にはそれぞれバルブ35a,35b,35cが設けられている。また、前記管路42の分岐部にはそれぞれバルブ36a,36b,36cが設けられている。さらに、下部入口33′には塔内残留空気の排出管路43が接続され、その管路43への接続部にそれぞれバルブ37a,37b,37cが設けられている。
In addition to the
一方、前記各吸着塔33a,33b,33cの上部出口33″にはパージガスの供給配管45が分岐されてそれぞれ接続される。これら分岐された各管路にはバルブ38a,38b,38cが配置されており、吸着塔33(総称して33)にて選択分離されて排除される難吸着成分である窒素などのガスの排出管路44にもそれぞれバルブ39a,39b,39cが配置されている。なお、前記排出管路44にはバルブ46が、また排出管路43には逆止弁47が、それぞれ設けられている。
On the other hand, a purge
生成した酸素は、管路42中に設けたブースタ55により昇圧し、バッファタンク51に送るとともに、酸素の一部を吸着塔33に送り込まれるパージガスとして使用するようにし、酸素取り出し管路42から分岐されるパージガスの供給管路45中に加熱器34が配置され、この加熱器34の熱媒として前記排ガス処理設備2によって処理された排ガスが供給されるようになっている。なお、パージガスとして生成された酸素の一部を使用するので、その管路45には制御弁48′が、また生成された酸素を貯留するバッファタンク51への酸素取り出し管路42中にはバルブ48が、それぞれ設けられる。
The generated oxygen is boosted by a
また、前記加熱器34の二次側燃焼排ガス管路49は、煙突5への排出路と混合気として使用するための管路49′に分岐され、その管路49′には制御ダンパ53と除湿装置52と再循環送風機57が設けられて、混合器54に繋がれている。また、バッファタンク51に溜められた酸素は、管路59により前記混合器54に繋がれており、管路59には酸素量を調整する制御弁58が設けられている。前記混合器54において濃縮酸素と前記管路49′によって供給される排ガスの一部とを受入れて混合し、燃焼酸化剤として燃焼炉に供給するものである。
The secondary combustion
このように構成される本実施形態の燃焼設備では、燃焼部1において発生した燃焼排ガスは熱回収された後、排ガス処理設備2において、減温塔22に導入されて次工程の除じん処理が可能な温度まで減温される。減温された排ガスは、除塵装置であるバグフィルタ23内に送られて含有されているダストなどの固形分を集じんされ、次工程に送られる。こうして排ガス処理設備2において処理された排ガスは、TSA3における加熱器34に熱媒として送られて昇温パージガスを加熱するのに使用される。
In the combustion facility of the present embodiment configured as described above, after the combustion exhaust gas generated in the combustion section 1 is recovered by heat, it is introduced into the
TSA3においては、図3に示されるように、ブロアー31によって常温の空気を吸湿ベッド32に送り込んで、空気中に含まれる水分を除去した乾燥空気を吸着塔33a,33b,33cに送るのであり、このTSA3では、まず管路41のバルブ35aを開いて乾燥空気を第1の吸着塔33aの内下部に送入する。送入される空気は、吸着塔内を上昇する間に吸着床で吸着剤と接して酸素が選択的に吸着され、難吸着成分である窒素を、吸着塔上部出口33″のバルブ39aを開いて管路44を通じて系外に放出させる。第1吸着塔33aの塔内において、上昇する空気が吸着床の吸着剤によって酸素を吸着され、吸着剤が酸素吸着飽和に達し、吸着塔出口33″において酸素濃度が上昇する直前に上部のバルブ39aおよび下部のバルブ35aを閉じる。
In TSA3, as shown in FIG. 3, normal temperature air is sent to the
次いで、第2の吸着塔33bの下部入口33′側管路41のバルブ35bを開いて、空気を塔内に導入させ、前記第1の吸着塔33aでの操作と同様に吸着分離操作を行わせる。こうして、第2の吸着塔33bによる吸着分離操作が開始されると、前記第1の吸着塔33aでは昇温行程に移行する。定常状態では、昇温によって脱着された酸素の一部を管路42,45を通じて加熱器34に送り、前記排ガス処理行程で処理された燃焼排ガスと熱交換してその酸素を加熱し、加熱された酸素を吸着塔上部のバルブ38aを開いて吸着完了しているその吸着塔33a内に送り込み、昇温パージ行程に入る。なお、起動時には、酸素ボンベなどからバルブ56′を介して加熱器34に送り、加熱して吸着塔33aに導入させる。このとき、バルブ56,56′を開いてバッファタンク51に残留している濃縮酸素を利用してもよい。前記加熱器34においては、処理済の燃焼排ガスとして150〜300℃程度の排ガスを熱源として利用することができる。
Next, the
昇温パージ行程では、初期段階において、吸着塔6aに残留空気が存在しているので、パージ開始から残留空気が押し出される間、吸着塔33aの下部に配されたバルブ37aを開放して排出管路43に設けられている逆止弁47を経由して管路44から系外に放出させる。こうして、残留空気の押し出しが終了すると、バルブ37aを閉じ、酸素取り出し管路42のバルブ36aを開いて脱着された酸素をバッファタンク51に導入させる。このとき、パージ用ガスの管路45中に設けられるバルブ48′を調節して、一部昇温パージ用として得られた酸素の一部を加熱器34に送り込ませるようにする。
In the temperature rising purge process, since residual air exists in the adsorption tower 6a in the initial stage, the
こうして得られる濃縮酸素は、加熱器34において昇温された昇温パージ用ガスにより脱着時に顕熱を与えられて、60〜120℃程度の温度になって取り出され、バッファタンク51に収容される。
The concentrated oxygen obtained in this way is given sensible heat at the time of desorption by the temperature rising purge gas heated in the
第1の吸着塔33aの昇温パージ行程が終了した後は、冷却再生行程に移行して、第2の吸着塔33bが昇温パージ行程に移行し、第3の吸着塔33cでは吸着行程に入る。これら第2,第3の吸着塔33b,33cでの操作は前記第1の吸着塔33aにおける操作と同様である。第1の吸着塔33aでの冷却再生行程は、昇温パージに使われた酸素が残留しているため、冷却再生行程での初期にはバルブ39aを開き、かつバルブ36aを開放して第3の吸着塔33cを通過させた空気もしくは窒素を塔内に導入して残留酸素を押し出させる。この押し出し操作が終わるとバルブ36aを閉じ、バルブ35aを開いて乾燥空気を塔内に導入し、吸着床を冷却再生させる。
After the temperature raising purge process of the
この操作に並行して昇温パージ行程の第2の吸着塔33bでは、バルブ35bおよび39bを閉じ、バルブ38bおよびバルブ37bを開放して塔内の残留空気の押し出しを開始する。この残留空気の押し出しが終了すると、バルブ37bを閉じてバルブ36bを開いて前記容量で昇温パージ行程に移行する。以後、この操作を第1〜第3の各吸着塔33a,33b,33cで順次繰り返し、連続して酸素濃縮生成を行わせる。
In parallel with this operation, in the
このようにして、TSA3においては、三基の吸着塔33a,33b,33cを繰り返して作動させ、酸素の生成を途切れることなく行うことができる。こうして得られる酸素は、バッファタンク51に貯留され、燃料酸化剤として燃焼炉1aに供給されるのであるが、酸素のみでは高温燃焼となるので、前記処理済の燃焼排ガスと混合して供給される。
In this manner, in the TSA 3, the three
TSA3によって生成された酸素に対して前記処理済の燃焼排ガスを混ぜ合わせるには混合器54が用いられる。この混合器54としては、例えばタンク内を複数の区画に分割されてその仕切り壁に多数の小口径の通孔が形成されている一方の室に、酸素を供給する管と前記燃焼排ガスを供給する管とを並列して装入開口させ、一旦その一方の区画室に流入させて開放させ、前記仕切り壁の通孔を通過させて他方の区画室に流入するようにして、双方のガス体を圧縮−開放の繰り返しによって乱流状態で混合させ、しかる後一つの小さい口径の管を通じて放出させるようにするようなものが混合を早めて効果的である。
A
混合器としては、そのほかに多数の邪魔板によって区切られた室を通過させて混合するような構成のものであってもよい。 In addition, the mixer may be configured to pass through a chamber partitioned by a number of baffle plates for mixing.
これらのような混合器54によって混合される酸素と前記燃焼排ガスとは、バッファタンク51から取り出される酸素量を制御弁58により燃焼室1に供給される燃料に対して空気過剰率が一定となるように制御し、これに対して前述のように管路49′中の制御ダンパ53によって混合する前記排ガスの供給量を制御することで、燃焼炉1aでの燃焼温度を適正範囲に調整できる。また、混合前の排ガスを管路49′中に設けられる除湿装置52を作動させて含有する水分を除去するようにすれば、排ガス中の水分が多くて、ドレン化を避ける必要がある場合、効果的である。また、除湿装置の代わりに加熱器としてもよい。
The oxygen mixed by the
本実施形態の燃焼方法を採用すれば、燃焼排ガスの熱を有効利用することができ、最終的に煙突から排出される排ガス量は、純酸素を用いて燃焼させる場合と同程度に低減させることが可能である。また、燃焼部として燃焼物が廃棄物などの雑多な場合では、有害ガス成分やダストなどの発生を排ガス処理設備において、酸性ガス成分、ダストなどの除去処理を行って、その後の排ガスを用いるようにする。この場合は、微量であるが酸素,二酸化炭素,水分以外の成分も存在する。燃焼物(燃料)中に窒素分を含む場合は、燃焼炉で2段燃焼することにより、NOxの生成を抑制することができる。したがって、焼却炉に適用することが可能である。 If the combustion method of this embodiment is adopted, the heat of combustion exhaust gas can be used effectively, and the amount of exhaust gas finally discharged from the chimney should be reduced to the same extent as when burning with pure oxygen. Is possible. In addition, when the combustibles are miscellaneous such as waste, the generation of harmful gas components and dust should be removed in the exhaust gas treatment facility to remove the acidic gas components and dust, and the exhaust gas used thereafter. To. In this case, although it is trace amount, components other than oxygen, carbon dioxide, and moisture are also present. When the combustion product (fuel) contains a nitrogen component, NOx production can be suppressed by performing two-stage combustion in a combustion furnace. Therefore, it can be applied to an incinerator.
また、本発明によれば、石炭やバイオマスのガス化設備における部分燃焼ガス化部に適用することで得られる製品ガスの単位ガス量当りの発熱量を高めることが可能である。 Moreover, according to this invention, it is possible to raise the emitted-heat amount per unit gas amount of the product gas obtained by applying to the partial combustion gasification part in coal and biomass gasification facilities.
また、燃焼設備として燃焼部での燃焼酸化剤を、その燃焼排ガスを利用した熱スイング吸着式酸素製造装置により生成するため、酸素製造に要するエネルギーを低くすることができ、設備費ならびにランニングコストが著しく低減できるという利点がある。また、酸素製造装置において分離除去される窒素については、大気放散以外に、窒素ガスとして製品化することも可能であり、製品化する場合は、副製品としての効果が得られる。 In addition, since the combustion oxidant in the combustion section is generated as a combustion facility by a heat swing adsorption type oxygen production apparatus using the combustion exhaust gas, the energy required for oxygen production can be reduced, and the equipment cost and running cost can be reduced. There is an advantage that it can be remarkably reduced. Further, the nitrogen separated and removed in the oxygen production apparatus can be commercialized as nitrogen gas in addition to the atmospheric emission. When commercialized, the effect as a secondary product can be obtained.
1 燃焼炉
1a 燃焼部
1b 熱回収部
2 排ガス処理設備
3 熱スイング吸着式酸素製造装置(TSA)
5 煙突
33 吸着塔
34 加熱器
51 バッファタンク
54 混合器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion furnace 1a Combustion part 1b
5
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WO2023112863A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | 日立造船株式会社 | Waste material incineration facility |
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- 2003-12-05 JP JP2003407507A patent/JP2005164205A/en active Pending
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