JPH04227406A - 流動層熱反応方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体燃料又は液体燃料を
燃焼せしめる際、排ガス中へのＮＯｘ，Ｎ２　Ｏの排出
を減少せしめる流動層熱反応方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】流動層
を用いた燃焼装置は、通常均一流動型であり、液状また
は固形の廃棄物の焼却あるいは流動層ボイラ等に広く応
用されている。これらの装置は、従来の燃焼器では燃焼
困難な廃棄物、固形燃料、スラリー等でも安定して燃焼
できるが、未燃分の発生を抑えるため理論的に必要な量
以上の空気を層内に供給し、過剰空気条件で運転するの
が普通である。

【０００３】しかしこのような運転方法では、層内全域
が酸化雰囲気となるため燃焼が促進される反面、酸化雰
囲気であることにより燃料中の窒素（Ｎ）化合物が酸化
されＮＯｘとなり易いという欠点を有する。ＮＯｘの発
生を防止する方法としては従来公知のごとく、酸素濃度
を下げ、燃焼用空気量を減らして還元雰囲気とすれば良
いわけであるが、この状態で石炭等の燃焼物を燃焼させ
ると、今度はＳＯｘが多量に発生するという問題がある
。つまり、上記従来技術にあってはＮＯｘ低減とＳＯｘ
の低減は相反する課題であり、これらを同時に解決する
ことは困難であった。この欠点は単に流動層のみでなく
、各種の燃焼装置に共通して見られるものである。

【０００４】これらの問題点を解決するために各種の方
法がとられているが、一般的な方法としては下記の方法
が行なわれている。ＮＯｘの低減：流動層内空気量を小
としてＮＯｘ発生を抑える方法と触媒脱硝法。ＳＯｘの
低減：石灰石等の添加又は他の脱硫装置による方法。以
上の方法により、ある程度はＮＯｘ，ＳＯｘを低減する
ことができるが、それらの各成分の低減効率には限界が
あり、更に低減しようとすると高価な設備が必要となる
という問題があった。一方、近年地球温暖化の原因物質
の一つとして、あるいは有害ガスとして各種の燃焼装置
の排ガスから亜酸化窒素（Ｎ２　Ｏ）が検出され問題視
されるようになりつつあるが、その低減方法は未だ確立
されていない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来技術における課題を解決するためになされたものであ
って、下記の１〜４記載の方法である。 １．固体燃料又は液体燃料を流動層内に供給して燃焼さ
せる方法において、銅又は銅を含有する物質を流動媒体
に混入し流動媒体の一部として用いることを特徴とする
窒素酸化物及び亜酸化窒素の除去を可能とする熱反応方
法。 ２．固体燃料又は液体燃料を流動層内に供給して燃焼さ
せる方法において、流動層を形成するための散気装置の
少なくとも一部から供給する空気の質量速度を流動化開
始速度の３倍以下として該散気装置上部に酸素濃度の低
い還元雰囲気の流動層部を形成し、散気装置の他の部分
から供給する空気の質量速度を流動化開始速度の３倍よ
り大きい速度として該散気装置の他の部分の上部に酸素
濃度の高い酸化雰囲気の流動部を形成する流動層燃焼方
法において、銅又は銅を含有する物質を流動媒体に混入
し流動媒体の一部として用いることを特徴とする窒素酸
化物及び亜酸化窒素の除去を可能とする流動層熱反応方
法。 ３．被燃焼物に銅又は銅を含有するものを添加すること
を特徴とする前記１又は２記載の流動層熱反応方法。 ４．流動層内の少なくとも１箇所に仕切りを設け、該仕
切りと炉壁の間に熱回収室を設けた流動層を用いる前記
１乃至３の何れか１つに記載の流動層熱反応方法。

【０００６】以下、本発明を詳しく説明する。本発明に
おいては流動媒体の一部として銅又は銅を含有する物質
を用い、消耗分は通常の流動媒体の補充と同様の方法で
補充するが、被燃焼物に銅又は銅を含有する物質を添加
してもよい。銅又は銅を含有する物質は、流動層内で流
動媒体の一部として流動化しなければならないので、粒
子状か薄い板状又は細い線状のものが好ましい。形状は
特にこだわるものではないが軽くて表面積の大きいもの
が好ましい。銅又は銅を含有する物質としては各種銅製
品、精錬前の各種銅鉱又は銅精錬工程から排出される銅
含有粒子等があるが各種銅成分を含有する廃棄物例えば
シュレッダーダスト等を用いても良い。

【０００７】本発明の方法においては、流動層内に形成
される酸化域において銅は夫々下記の如き反応を行う。 高温酸化域での挙動 すなわち銅は高温酸化域でＯ２　，ＮＯ，ＮＯ２　，Ｎ
２Ｏと反応してＣｕ２　Ｏに変化する。

【０００８】本発明の別の方法においては、炉底部から
噴出する流動化ガスの質量速度を噴出部分により差異を
つけることにより、砂層内に酸化雰囲気部と還元雰囲気
を形成するものであって、流動媒体及び燃焼物はこの両
方の部分を循環しながら燃焼する。また、この質量速度
の差により、流動媒体は旋回循環を生じ、燃料はこの旋
回循環に伴い酸化還元を繰り返しながら燃焼する。

【０００９】通常のバブリング式流動層炉では、流動層
内に明確な酸化域と還元域を生成できないが、流動層内
に高温の酸化域と還元域を形成する炉においては、銅は
、高温酸化域において前述のような挙動を示す。一方、
高温還元域において銅は硫黄と反応して下記式に示すＣ
ｕ２　Ｓを生成する、 ２Ｃｕ　　＋　　Ｓ　　→　　Ｃｕ２　Ｓ高温酸化域で
Ｏ２　，ＮＯ，ＮＯ２　，Ｎ２　Ｏと反応してＣｕ２　
Ｏとなった銅化合物はこの高温還元域で生成されたＣｕ
２　Ｓと下記の反応により銅を遊離する。 ２Ｃｕ２　Ｏ　　＋　　Ｃｕ２　Ｓ　　→　　ＳＯ２　
＋　　６Ｃｕ

【００１０】このように銅が高温酸化域で
ＮＯｘ及びＮ２　Ｏと反応し、反応によって生成したＣ
ｕ２　Ｏが高温還元域でＣｕ２　Ｓと反応して銅を遊離
することにより、銅の消費量が少ない状態でＮＯｘ及び
Ｎ２　Ｏの除去が可能となる。なお、ＳＯ２　は飛散し
た銅又はＣｕ２　Ｏと反応し、ＣｕＳＯ４　として固定
されバグフィルター等の除塵設備で除去される。同様に
燃料中にＣｌ分が存在する場合飛散した銅又は酸化銅と
ＨＣｌとの低温域での反応によりＣｕＣｌ２　を形成し
バグフィルター部分で除去される。ＳＯ２　及びＨＣｌ
を低減する場合には銅の飛散量をＳＯ２　及びＨＣｌと
の反応の等量以上好ましくは２等量とするのがよい。な
お、ＳＯ２　及びＨＣｌは従来通り、石灰石の炉内投入
や消石灰の煙通吹き込み等の方法により、容易に除去す
ることができる。流動層内に内部循環流を形成するため
には、流動化ガスの噴出量に差異をつけるのみでなく、
炉床面の一部または全面に傾斜をつけたり、流動層の表
面付近に傾斜した平板等のそらせ部材を設けることが効
果的である。

【００１１】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明する
。第１図は、本発明の第１の実施例を示す。ブロワ１よ
り供給される空気を風箱２及び分散板４を介して流動媒
体底部に供給することにより、流動層５を形成する。 流動媒体を図に示さないバーナ等の手段により加熱して
おいて、この流動層中に各種の燃焼物Ｆを供給すると、
流動層内で燃焼を開始する。なお、散気装置としてはこ
こに示した分散板以外に散気ノズル、散気管などを用い
てもよい。この燃焼形態に銅が介在することにより、前
述のように低ＮＯｘ，低Ｎ２　Ｏ燃焼が可能となる。

【００１２】第２図は、本発明の第２の実施例を示す。 ブロワ１より供給される空気を風箱２，３及び分散板４
を介して流動媒体底部に供給することにより、流動層５
を形成する。流動媒体を図に示さないバーナ等の手段に
より加熱しておいて、この流動層内に各種の燃焼物Ｆを
供給すると、流動層内で燃焼を開始する。なお、散気装
置としてはここに示した分散板以外に散気ノズル、散気
管などを用いてもよい。風箱２及び３から流動層５に供
給される風量は、２から供給される風量を大、３から供
給される風量を小とする。すなわち、風箱２から供給す
る質量速度は流動開始速度の３倍〜１２倍とし、３から
供給する空気の質量速度は流動開始速度の１〜３倍とす
る。

【００１３】炉床面積あたりの空気量が大きい風箱２の
上方の流動層内では酸化燃焼が進行し、炉床面積あたり
の空気量が小さい３の上方の流動層内では還元燃焼が進
行する。２上方の流動層表面付近で上方に飛び上がった
流動媒体の一部が３の上部の流動層部上層へふりそそぐ
ため、３上方の流動媒体の一部は２の上方へ移動する。 こうした流動媒体の移動に伴い、燃料は酸化雰囲気部、
還元雰囲気部を交互に経ながら燃焼する。この燃焼形態
に銅が介在することにより、前述のように低ＮＯｘ，Ｎ
２　Ｏ燃焼が可能となり、しかも銅は一部再生されて繰
返し使用される。

【００１４】第３図は、本発明の第３の実施例を示すも
のである。この例では、炉床の一部を傾斜させることに
より、前記流動媒体の内部循環流をより強く起こさせる
ことができる。よって上記燃焼を効率よく促進し確実に
低公害化を実現することができる。つぎに第３図に基い
て本発明の作用を説明する。Ｆから投入された各種の燃
焼物は移動層５′（還元ゾーン）の沈降流（旋回流）に
乗って沈降・拡散する。酸化・還元の繰り返しが第２図
に示す燃焼炉より確実であり、低ＮＯｘ，Ｎ２　Ｏ及び
銅再生の効率は更に良い。

【００１５】つぎに本発明を第４図を参照しながら模式
的に説明する。第４図において、ボイラ本体１１内底部
にはブロワ２６により流動化空気導入管２５から導入さ
れる流動化用空気の分散板１２が備えられ、この分散板
１２は両側縁部が中央部より高くなっており、ボイラ本
体底部が凹面状をなすよう形成されている。そしてブロ
ワ２６により送られる流動化用空気は、空気室２２，２
３，２４を経て空気分散板１２から上方に噴出せしめる
ようになっており、中央部の空気室２３から噴出する流
動化用空気の質量速度はボイラ本体内の流動媒体の流動
層を形成するのに十分な速度、すなわち３〜２０Ｇｍｆ
、好ましくは４〜１２Ｇｍｆの範囲内とするが、両側縁
部の空気室２２，２４から噴出する流動化用空気の質量
速度は、前者よりも小さく一般に０〜３Ｇｍｆの範囲内
とし、伝熱管１５を配した熱回収室１４の下部にある空
気室２２からは質量速度０〜２Ｇｍｆ、又、主燃焼室１
３の下部を形成する空気室２４からは質量速度０．５〜
２Ｇｍｆで噴出させることが好ましい。

【００１６】その結果主燃焼室１３内部において空気室
２３から噴出する流動化用空気の質量速度が空気室２２
，２４から噴出する流動化用空気の質量速度に比較して
大きいため、空気室２３の上部では空気と流動媒体が噴
流となって流動層内部を上方の急激に移動し流動層表面
を出たところで周囲に拡散し、空気室２２，２４上部の
流動層表面に落下する。一方、空気室２３の上部流動層
においては、流動媒体が上方に移動したあとをうめるべ
く、両側のゆるやかな流動層、すなわち、空気室２２，
２４の上部流動層の底部の流動媒体が中央部、つまり空
気室２３の上部に移動してくる。その結果流動層におい
て中央部では激しく上昇流が形成されるが周辺部ではゆ
るやかな下降移動層が形成される。熱回収室１４はこの
下降移動層を利用したものである。空気室２２，２３の
境界上部の流動層内部に垂直の仕切り壁２７を設け、空
気室２２の上部、すなわち仕切壁２７の背面と、水冷炉
壁の間の流動層内部に伝熱管１５を配置し熱回収室とし
たものである。仕切壁２７の高さは、運転中に流動媒体
が中央部から熱回収室１４の入り込むのに十分な高さと
なっているほか、仕切壁２７と底面の空気分散板の間に
は熱回収室１４内の流動媒体が主燃焼室１３内へ戻るよ
う開口部２８が設けてある。

【００１７】従って、主燃焼室内で噴流となって激しく
上昇してきたのち、流動層表面で拡散した流動媒体は仕
切壁２７を越えて熱回収室に入り、空気室２２から吹き
込まれる空気によってゆるやかな流動が行なわれつつ徐
々に下降し、その間に伝熱管１５を介して熱交換が行な
われる。燃焼物はスクリューフィーダ２９等の供給装置
により主燃焼室１３内の下降移動層へ供給される。それ
によって高温の流動層内部で旋回、循環し完全に燃焼さ
せることが出来る。本形式の場合には高い発熱量を持つ
燃焼物でも流動層温度を制御しながら燃焼することがで
きる。

【００１８】本方法により石炭を燃焼した実験結果の例
を以下に記載する。流動媒体として硅砂と銅製錬プロセ
スで排出される銅（或いは銅酸化物）を微量に含むかん
と呼ばれる粒子とをほぼ１：１の割合で混合して用い、
酸化域と還元域を持たせた流動層での燃焼テストでは、
ＮＯｘ１０〜３０ｐｐｍ（Ｏ２　１２％換算）、Ｎ２　
Ｏ数ｐｐｍ（Ｏ２　１２％換算）という極めて低い数値
を得た。本燃焼テストによる流動層温度は８００〜８５
０℃であった。

【００１９】さらに、本方法により銅を含む燃焼物を燃
焼した実験結果の例を以下に記載する。バブリング式流
動層と比較するため既に報告されているデータとほぼ同
一の燃焼物を用いて実証した。供試燃焼物は燃焼物中の
無機分中に銅が約１０％含まれているシュレッダダスト
を使用した。燃焼物中の無機分は約２０％であって、従
って燃焼物中の銅分は約２％であった。シュレッダダス
ト中には塩素分や硫黄分がかなり含まれているため通常
のバブリング式流動層では多量のＳＯ２　，ＨＣｌが発
生する。事実北海道工業開発試験所が行ったテスト「シ
ュレッダーダストの処理法及び有効利用に関する研究」
（昭和６２年度〜６４年度）ではＳＯ２　数百〜数千ｐ
ｐｍ、ＨＣｌ数千ｐｐｍという結果が報告されている。 一方発明者等による酸化域と還元域を持たせた流動層で
の燃焼テストではＳＯ２　ほぼ零、ＨＣｌ　　６〜６０
ｐｐｍ（Ｏ２　１２％換算）、ＮＯｘ３０〜５０ｐｐｍ
（Ｏ２　１２％換算）、ＮＯ２　数ｐｐｍ（Ｏ２　１２
％換算）という極めて低い数値を得た。シュレッダーダ
ストとは自動車廃車の鉄屑処理をシュレッダ化して、ク
リーンスクラップを得る処理工程から不純物として出る
ゴム、繊維、プラスチックを主体とするごみのことを言
い、粒度は５０ｍｍ以下が主体で見掛け比重は０．１〜
０．３の軽いものである。本燃焼テストによる流動層温
度は８００〜８５０℃であった。燃焼テスト後大きな銅
分は不燃物として残っていたので反応に寄与した銅分は
燃焼物中銅分の０．５％程度以下と思われる。

【００２０】以上のように、ＳＯｘ，ＮＯｘ，ＨＣｌを
同時に極めて高い効率で低減することができた。その後
、再現テストで同類のシュレッダーダストを燃焼した結
果の燃焼器出口及びバグフィルター出口のＨＣｌ濃度と
脱塩化水素率を下記に示す。 　　　　　　　　　　　　注　　ＨＣｌ濃度は全てＯ２
　１２％換算値（％）で示す。なお、本結果はいずれも
、石灰石等の脱塩素剤は使用していない。また、液状廃
棄物の燃焼テストで、流動媒体に硅砂を用いた場合のＮ
Ｏｘが１００ｐｐｍ（Ｏ２　１２％換算）であったもの
が、銅を微量に含む粒子状物を流動媒体の一部として硅
砂に混ぜたところ、ＮＯｘは５０ｐｐｍ（Ｏ２　１２％
換算）以下となった。

【００２１】本発明は銅又は銅を含有する物質を流動媒
体に混入流動媒体の一部として用いることにより、低Ｎ
Ｏ、低ＮＯ２　、低Ｎ２　Ｏ燃焼を具現することができ
、また流動状態の不均一による酸化・還元物を作ること
により銅が再生され、繰返し使用することができ、銅の
消費を少なくして、低ＮＯｘ、低Ｎ２　Ｏ燃焼を具現す
ることができた。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するため一つの流動層炉の
概略図。

【図２】本発明を実施するための図１とは異なる型の流
動層炉の概略図。

【図３】本発明を実施するための図１及び図２とは異な
る型の流動層炉の概略図。

【図４】本発明を実施するための図１〜図３とは異なる
型の流動層炉の概略図。

【符号の説明】

１，２６…ブロワ、４，１２…分散板、５，１３…流動
層、１４…熱回収室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　固体燃料又は液体燃料を流動層内に供
   給して燃焼させる方法において、銅又は銅を含有する物
   質を流動媒体に混入し流動媒体の一部として用いること
   を特徴とする窒素酸化物及び亜酸化窒素の除去を可能と
   する流動層熱反応方法。
2. 【請求項２】　　固体燃料又は液体燃料を流動層内に供
   給して燃焼させる方法において、流動層を形成するため
   の散気装置の少なくとも一部から供給する空気の質量速
   度を流動化開始速度の３倍以下として該散気装置上部に
   酸素濃度の低い還元雰囲気の流動層部を形成し、散気装
   置の他の部分から供給する空気の質量速度を流動化開始
   速度の３倍より大きい速度として該散気装置の他の部分
   の上部に酸素濃度の高い酸化雰囲気の流動部を形成する
   流動層燃焼方法において、銅又は銅を含有する物質を流
   動媒体に混入し流動媒体の一部として用いることを特徴
   とする窒素酸化物及び亜酸化物の除去を可能とする流動
   層熱反応方法。
3. 【請求項３】　　被燃焼物に銅又は銅を含有するものを
   添加することを特徴とする請求項１又は２記載の流動層
   熱反応方法。
4. 【請求項４】　　流動層内の少なくとも１箇所に仕切り
   を設け、該仕切りと炉壁の間に熱回収室を設けた流動層
   を用いる請求項１乃至３の何れか１つに記載の流動層熱
   反応方法。