JPH05280702A

JPH05280702A - 煤塵または灰を含んだ燃焼排ガスの熱利用を改善する方法および装置

Info

Publication number: JPH05280702A
Application number: JP4081470A
Authority: JP
Inventors: Schoppe Fritz; フリッツ・ショッペ; Josef Prostler; ヨゼフ・プロストラー
Original assignee: FRITZ SCHOPPE
Current assignee: FRITZ SCHOPPE
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】煤塵または灰を含有する燃焼排ガスの熱利用
を改善する方法およびこの方法を実施するための装置を
提供すること。【構成】煤塵の活性成分を含む少なくとも１つの化合
物を、これらの活性成分の分解平衡温度より少なくとも
１０℃高い温度、ただし活性成分が溶解したり不活性に
なる温度より低い温度に、非常に短時間で加熱する。次
いで、最初の露点より少なくとも３０℃高い温度に短時
間で加熱する。これによって、燃焼排ガスに含まれてい
る燃焼水分および腐食性有害物質は、煤塵粒子もしくは
灰からなる結晶に化学的に結合する。こうして発生した
煤塵は、最初の露点を下回った後でも乾燥した粉末状に
とどまり、もはや伝熱面を腐食しない。凝縮液が発生し
ないため、伝熱面は乾燥した状態に保たれる。それによ
って、スラッジや伝熱面における蒸皮の生成が回避され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微粉炭の燃焼から発生
する煤塵を含んだ排ガス、特に灰を含んだ排ガスの熱利
用を改善する方法およびこの方法を実施するための装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえばボイラーにおけるこのような排
ガスの熱量の利用は、公知のように燃焼生成物の凝縮現
象によって制限されている。ＨＣｌ、ＳＯ₃およびその
他の腐食性物質の露点を下回ることに起因する腐食が知
られている。このような排ガスにおいては露点を下回る
ことも制限となる。なぜならば、凝縮する燃焼水は煤塵
物質と結合し、これがスラッジや蒸皮の生成などの原因
となるからである。

【０００３】煤塵を含まない排ガスの場合、特に露点を
下回ることによる熱利用が知られている。凝縮した、た
いてい酸性の燃焼水は液状で誘導できる。それによっ
て、最初の露点以下まで熱利用が可能となる。

【０００４】これは、煤塵を含んだ排ガス、たとえば微
粉炭燃焼の排ガスの場合は、上に述べたスラッジや蒸皮
の生成およびこれに伴う上記有害物質による腐食が生じ
るために従来は不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃焼
および冷却が行われる燃焼室またはその排気孔で、スラ
ッジや蒸皮の生成などの危険がない、煤塵または灰を含
んだ燃焼排ガスの熱利用を改善する方法を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明において課題を解
決するための手段は、煤塵または灰を含んだ燃焼排ガス
の熱利用を改善する方法において、ａ）煤塵を含んだ化合物の活性成分、たとえばＣａ（Ｏ
Ｈ） ₂、ＣａＣｏ₃またはＭｇＣｏ₃の少なくとも１つ
を、場合によって存在する表面水分の蒸発終了から０．
５秒以内に、それぞれの分解平衡温度より少なくとも１
０℃高い温度、ただし活性成分が溶解するか不活発にな
る、特に焼殺される温度より低い温度に加熱する、ｂ）次いで、煤塵粒子の加熱開始から１０秒以内に、燃
焼水蒸気と、燃料、燃焼空気および煤塵の含水量とに基
づく最初の露点を３０℃以上越えない温度に冷却する、
の２つの段階を特徴とするものである。

【０００７】又、本発明において課題を解決するための
他の手段は、上記の方法を実施するための装置が、加熱
体が出力３．５ＭＷのボイラーであり、このボイラーの
後段に、それぞれ内径２３ｍｍおよび長さ２８００ｍｍ
のパイプ２２５本を包含する冷却器が設けられており、
煤塵を含んだ燃焼排ガスがこれらのパイプを貫流し、そ
の際に、これらのパイプの内側表面が公知の方法で燃焼
排ガスのそれぞれの局所的温度以下、ただしそれぞれの
実際の局所的露点以上の温度になるように調節されるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】本発明による方法において、排ガスに含ま
れている煤塵物質に所定の熱処理が加えられ、次に比較
的低温に冷却される。その際、熱処理と冷却の間の時間
は、特許請求の範囲に記載されているように、できるだ
け短くすべきである。

【０００９】

【作用】本発明による方法によって、燃焼水および上記
の腐食性有害物質は化学的に、上記の煤塵もしくは灰か
らなる結晶に結合する。こうして発生した煤塵は、最初
の酸または水の露点を下回った後も粉末状で乾燥してお
り、伝熱面を腐食しないか、極めて小さい規模でしか腐
食しない。特に、凝縮液が発生しなくなるので、伝熱面
は乾燥したままである。それに伴い、スラッジや蒸皮の
生成もなくなる。それゆえ、燃焼排ガスに含まれている
熱の利用が、従来の酸または水の露点以下まで可能とな
る。

【００１０】この方法を実施するにあたり、燃焼排ガス
に含まれている煤塵の個々の化学成分が、本発明にとっ
て本質的な役割を果たす。なぜならば、これらの化学成
分は特に燃焼の結果出るＣＯ₂と炭酸塩を生成するから
である。これらの炭酸塩は公知の方法で結晶水と結合す
る。燃焼排ガス中に、煤塵の個々の成分とＣＯ₂より親
和性の大きい他のガス状物質、たとえばＨＣｌ、ＳＯ₂
またはＳＯ₃が含まれている場合、それに応じて塩化
物、亜硫酸塩、硫酸塩などが生成する。これらの生成物
は、発生した結晶が極めて乾燥しているか、もはや腐食
作用を有しない程に比較的多量の結晶水と化学的に結合
できる。

【００１１】本発明において特に有効なのは、排ガス中
に含まれている煤塵の化学成分Ｃａ、Ｍｇ、アルカリ
類、Ｆｅなどである。これらすべての物質は、結晶水含
量の多い炭酸塩、硫酸塩、塩化物などを生成できる。本
発明においてこれほど有効でないのは、Ｓｉなどの元素
である。これは、たとえば燃焼の終りに、上記の反応に
関してほとんど不活性なＳｉＯ₂またはケイ酸塩を生成
する。

【００１２】本発明による方法の特に頻度の高い応用例
は、微粉炭燃焼を始めとする石炭の燃焼である。上記の
化学成分はほとんどすべての種類の石炭に種々の量で含
まれている。

【００１３】しかし、本発明による方法は、さしあたり
灰を含まず、燃焼中または燃焼直後に上記の成分が１つ
以上添加される燃料にも応用できる。

【００１４】上記の結果を達成するために、本発明によ
る方法は本質的に次の２つの段階からなる。 −煤塵に含まれている上記の十分な量の化学成分を、後
続の冷却において結晶水および腐食成分を吸収できる形
態に変える。 −次に、排ガスを十分な量の煤塵と一緒に１００℃以下
の温度、好ましくは最初の露点を３０℃以下越える温度
に連続的に冷却する。

【００１５】この場合、最初の露点とは、本発明による
結晶水の結合なしに燃焼排ガスに含まれた水蒸気に基づ
く露点を意味する。

【００１６】本発明における十分な量とは、腐食性物質
と所望の結晶水量とを結合する公知の反応、たとえばＣ
ａＣｌ₂×２Ｈ₂ＯまたはＦｅＳＯ₄×７Ｈ₂Ｏによって生
じる量を意味する。

【００１７】煤塵の上記の化学成分を腐食性物質および
結晶水を吸収できる形態にするために、次の２つの方策
が必要である。 −これらの成分が通常存在している平衡化合物から、こ
れらの成分を分離する。 −腐食性成分と水を十分迅速に結合するためにこれらの
煤塵を活性化する。

【００１８】本発明において特に活性な煤塵の化学成
分、たとえばＣａ、Ｍｇまたはアルカリ類は、主として
炭酸塩、塩化物などとして存在している。これらの成分
は、加熱すると公知の方法で酸化物およびガス状成分に
分解する。分解温度は知られており、大気圧ではＣａＣ
Ｏ₃の場合８８０℃、ＮａＣｌの場合８００℃である。

【００１９】十分迅速な分解を得るためには、これらの
温度を少なくとも３０℃、好ましくは５０〜１００℃上
回るべきである。

【００２０】上限温度は、個々の成分またはそれらの不
純物が溶解または焼結し始める温度である。この場合、
これらの成分を含む粒子は後続の冷却の際に効果を失
う。これらの現象はすでに知られている。たとえば、石
灰の燃焼の場合、石灰の「焼殺」がそれである。これは
不純物に応じて、１１００〜１１５０℃を越えると生じ
る。

【００２１】冷却すべき排ガスに十分な量の化学成分が
含まれていない場合、本発明に従いこれらの化学成分を
燃焼の前または直後に燃料もしくは発炎ガスに添加でき
る。この目的には、コスト上の理由からたいていＣａ化
合物、たとえばＣａＣＯ₃、ＣａＯまたはＣａ（ＯＨ）₂
を用いる。Ｃａ（ＯＨ）₂の場合、上記の分解温度は５
１０℃にすぎないが、本発明による効果が最初に現れる
のには十分である。しかしながら、その際発生するＣａ
Ｏは、短時間で８８０℃以上に加熱されるとき、特に効
果的である。

【００２２】硫酸塩の場合、分解温度はこれより高い。
たとえばＣａＳＯ₄の分解温度は１１７０℃である。こ
の場合、焼殺の危険なしに広範な分解を達成することは
必ずしも可能ではない。

【００２３】さらに、煤塵を活性化するためには、０．
５秒以内、好ましくは０．３秒以内加熱することが必要
である。この場合、加熱時間は、表面水分が蒸発して、
分解温度に至る本来の加熱が開始される瞬間から測定さ
れる。この蒸発はたいてい９０〜１３０℃で行われる。

【００２４】万一上記の焼殺温度を越える場合は、類似
の時間が重要な役割をもつ。こうして生成した煤塵の化
学成分の化学的活性は、焼殺温度を０．２秒以上の時間
越えない場合は著しく損なわれないことが観察されたの
である。正確な限界はまだ把握されていない。しかしな
がら、焼殺温度を１秒以上越えると、煤塵の当該化学成
分の効果は著しく減少することが確認された。

【００２５】当該化学成分の遊離と活性化の後、煤塵粒
子をできるだけ速やかに１００℃以下の上記の温度に冷
却しなければならない。この場合、個々の成分の上記の
分解温度を１秒以内、好ましくは０．６秒以内下回り、
以下に述べる結合温度範囲（１００℃以下）に５秒以内
達すると、上記の活性化学元素はより有効に利用でき
る。分解温度を下回ってから結合温度を下回るまでの時
間が長いと、煤塵の化学成分の効果もそれだけ減少す
る。たとえば１００℃以上で燃焼ガスから煤塵を分離
し、サイロに入れ、冷却し、再び高温の冷却ガスに供給
する場合、煤塵粒子を排ガスの酸または水の露点以下に
冷却し、排ガスと混同して煤塵粒子の表面に凝縮作用を
生じさせても、ほんのわずかな効果しか生じない。

【００２６】煤塵の上記の化学成分は、排ガスが燃焼室
を出た直後に、たとえば通常の方法でボイラーの煙道お
よび熱交換器の管路を速やかに、できるだけ短い接続配
管を通って通過する場合に、特に効果を発揮する。

【００２７】さらに、冷却中に完全に乱流が形成される
と、それによって強力な熱交換および物質交換が行われ
るので好都合である。これに伴う燃焼ガス流の大きい圧
力降下およびそれに基づく短い滞留時間は、本発明によ
る方法にとって好適である。速度が小さく、断面積が大
きいと、粘性作用が生じることがあるため不都合であ
る。

【００２８】上記の限界である約１００℃に接近する
と、煤塵が変色し始めるのが外観からも分かる。これ
は、活性成分がＣａ、ＭｇおよびＦｅを含有している場
合に該当する。たとえば、最初は黄土色の褐炭の微粉炭
燃焼が、１００℃に近付くと次第にオリーブ色、次に緑
色に変色する。これは結合現象が開始していることの外
的徴候である。

【００２９】１００℃に接近すると、水と腐食成分が煤
塵と結合し始める。その場合、腐食成分は、煤塵のそれ
ぞれの化学成分との親和性が大きいほど速く早期に結合
する。ＨＣｌ、ＳＯ₂またはＳＯ₃のような親和性の大き
い成分は、最も迅速、かつ、ほぼ完全に結合する。ＣＯ
₂など親和性の小さい成分は、反応が緩慢で開始が遅
い。従って、Ｈ₂Ｏの結合と並んで、上記の腐食成分の
完全な結合が行われる。これは本発明による方法を実際
に使用するにあたって本質的なことである。

【００３０】同様に、この方法の実際の使用を簡単にす
るもう１つの利点がある。それは、ほとんどの種類の微
粉炭において、燃焼時間が上記の滞留および冷却時間よ
り長い過大粒子の割合が少ないことである。このような
過大粒子の燃焼時間は、たいてい２〜４秒である。この
ような滞留時間は、ボイラー設備や中型の産業用スチー
ムボイラーの場合は存在しない。それゆえ、過大粒子は
燃焼状態で後段の煤塵フィルターに入り、そのため熱に
よる損傷が生じることがある。本発明による方法は、こ
の過大粒子を解消させ、それによって後段の排ガスフィ
ルターの損傷を避ける。

【００３１】さらに、この方法の効果にとって重要なの
は、できるだけ多量の煤塵を排ガスと一緒に冷却した後
に、以下に述べる結合温度に達したら煤塵を排ガスから
分離することである。

【００３２】この場合、結合温度は、燃焼水蒸気と燃料
および空気の湿度に基づく最初の露点に依存している。
結合温度は、西独および東独で産出される褐炭から作ら
れる微粉炭の場合、空気過剰率に応じて３５〜４２℃で
あり、通常たとえばＣａ（ＯＨ）₂を添加するとさらに
４〜６℃高くなる。

【００３３】煙道ガスをそれに含まれている煤塵と一緒
に１００℃以下に冷却すると、たとえば上記の２種類の
石炭の灰では、１％のＨ₂Ｏおよび少量の腐食成分を結
合した。この１００℃と最初の露点との温度差をたとえ
ば３５℃とすると、露点は６５℃である。

【００３４】さらに冷却して最初の露点約１５〜１７℃
に接近すると、排ガスの腐食成分（ＨＣｌ、ＳＯ₃、Ｓ
Ｏ₂など）は測定制度の範囲内で完全に結合する。それ
により、煙道ガスをさらに冷却するにあたる上で障害は
なくなる。

【００３５】排ガスを冷却すればするほど多くのＨ₂Ｏ
が結合し、燃焼排ガスの実際の露点がさらに低下する。
排ガス温度４５℃で露点は約２６℃に低下し、排ガス温
度４０℃では１９℃に達する。

【００３６】従って、Ｈ₂Ｏの結合は、実際の露点がそ
れぞれの排ガス温度より常に露点との温度差である約２
０℃だけ低くなるように行われる。排ガスを露点より大
幅に低い温度に冷却しても、排ガスおよび排ガスが接触
する壁は常に乾燥しており、凝縮が生じない。排ガスに
よって運ばれる煤塵についても、湿った煤塵が壁や伝熱
面に付着することはない。

【００３７】その際、排ガスを用いて冷却される伝熱面
の温度は、排ガス温度と実際の露点の間に保たれる。こ
れに付いては、上記の露点との温度差約２０℃により十
分な余裕がある。

【００３８】この冷却において結合するＨ₂Ｏの量は大
きい。露点がたとえば４０℃〜２０℃に低下すると、排
ガスに含まれているＨ₂Ｏの７０％が結合する。

【００３９】３５〜４０℃より低い排ガス温度は、経済
的に興味をひかない。なぜならば、その場合排ガスと冷
媒または周囲の温度差がますます小さくなり、所要加熱
面積がますます大きくなる結果として、経済的な限界が
生じるからである。

【００４０】本発明による方法においては、排ガス、伝
熱面および発生する煤塵は常に乾燥している。排ガス温
度が最初の露点に接近する前に、排ガスの腐食成分は完
全に煤塵に結合しているため、上記のプロセス条件を守
る限り、本発明による方法の使用に難点はない。

【００４１】上記の露点との温度差と温度は、Ｃａまた
はその他のアルカリ類によってＨ₂Ｏと腐食成分の結合
の大部分が発生する場合に当てはまる。Ｃａおよびアル
カリ類の含量が結合に十分でない場合、煤塵のそれぞれ
次に効果的な化学成分が反応する。この場合、露点との
温度差はより小さくなる。このとき、これらの露点との
温度差が煤塵のそれぞれ有効な化学成分の特徴となる。

【００４２】この方法にとって本質的なのは、燃焼中ま
たは燃焼後に上記の温度および煤塵粒子の加熱速度を達
成することである。燃焼技術の関連文献には、所望の加
熱速度もしくは滞留時間を達成するための規則が記載さ
れている。しかしながら、これらの文献においてたいて
い考察の対象となるのは滞留時間ではなく、燃焼室負荷
考察である。燃焼室負荷は、公知のように滞留時間と反
比例する。高性能バーナーとそれに付随する燃焼室（し
ばしばコンバスターと呼ばれる）とを組み合わせること
は、微粉炭燃焼の実際的な条件に適う限り非常に適して
いる。

【００４３】

【実施例】以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明
する。

【００４４】図１に従い、バーナー３には、燃焼空気１
と搬送空気に運ばれた微粉炭２とが公知の方法で供給さ
れる。燃焼空気１の流動は集合室１２で均一にされた後
に、放射状案内羽根１３において旋回運動に変えられ
る。燃焼空気１はこの旋回運動によって拡散バーナーマ
ッフル１７に入る。拡散バーナーマッフル１７は水冷部
１８に移行する。水冷部１８には火炎加速ノズル１９が
接続している。

【００４５】バーナーマッフルには微粉炭パイプ２０が
配置されている。微粉炭パイプ２０の端部には転向フー
ド２１が付いている。それによって微粉炭はバーナーマ
ッフル内で生じる逆流へと誘導される。

【００４６】本発明において燃焼出力３．９ＭＷに対
し、図１に示す寸法は次の通りである。Ｄ１＝３３８ｍｍ（直径）Ｄ２＝７００ｍｍ（直径）Ｄ３＝３５０ｍｍ（直径）Ｌ１＝１９７ｍｍ（長さ）Ｌ２＝１４７０ｍｍ（長さ）Ｌ３＝８５０ｍｍ（長さ）

【００４７】案内羽根１３が対数螺旋に従い、円周方向
に対して６〜１２°、好ましくは８〜１０°の螺旋角度
で形成されていることが好都合である。

【００４８】これらの寸法を選択すると、バーナーマッ
フルには図１に示す流動が生じる。ここでは流動成分の
み示す。これらの流動成分に円周成分が重なり、外周に
おいて壁線に対し約４５°の流動角度が生じる。

【００４９】上記の寸法を選択すると、次の２群の結果
が達成される。

【００５０】ａ）火炎安定性直径Ｄ１から直径Ｄ２へ壁沿いの順流が生じる。直径Ｄ
２で流量の約半分が半径方向内側に転向し、微粉炭パイ
プ２０に沿って直径Ｄ１の断面を通り、案内羽根１３の
領域まで戻る。ここで流動は再び半径方向外側に転向
し、新鮮空気流と一緒に直径Ｄ２に向かう。順流と逆流
の間に強力な乱流ゾーンが生じ、このゾーンで火炎が安
定する。

【００５１】微粉炭２はできるだけ一定の搬送空気流と
一緒に導入され、転向フード２１によって逆流中に送入
される。

【００５２】周囲の火炎を放射すると微粉炭の揮発成分
が蒸発し、燃焼空気１と一緒にガス状火炎を形成する。
このガス状火炎は、残余の微粉炭と一緒に火炎放射２２
内で燃えつきる。火炎放射２２は上記の条件のもとでは
速度約１００ｍ／ｓに達する。この速度は、後段に設け
られた燃焼室を清浄に保つのに本質的である。

【００５３】ｂ）排出値上記の寸法および運転データに基づき、排ガスの排出値
はＴＡ空気（排気浄化基準空気）の限界値を著しく下回
る。

【００５４】図２に、本発明による方法に特に適したボ
イラーを示す。この場合は、温水ボイラーである。

【００５５】直径Ｄ４および長さＬ４のボイラー本体３
０は、直径Ｄ５の火炎管３１と、低温の復水の入口３２
と、高温の給水の出口３３および３４とを含んでいる。
このようにして、図１に示すバーナーマッフルの水冷が
保証される。バーナーマッフルは火炎管３１の端面の上
部領域に配置されており、火炎放射を火炎管の他方の端
部に向けて下方に送入する。火炎管の端面の下部領域で
は第１の管路３７への入口３６が配置されている。

【００５６】バーナーの下方には、少なくとも１つの送
風ノズル３５が配置されている。この送風ノズルを通し
て燃焼空気量の最大１５％を火炎管に送入でき、それに
よって燃焼を支援したり、灰の沈澱を吹き飛ばしたりで
きる。微粉炭中の不純物が火炎管内で沈澱する場合に
は、ノズル３５を圧縮空気または蒸気の送入装置と組み
合わせることができる。

【００５７】上記の方策により、火炎管を絶えず清浄に
保つことが可能であるが、これは本発明による方法にと
って好都合である。なぜならば、この方法によって制御
可能な温度状況が成立するからである。火炎管内に灰ま
たはスラッジが沈澱すると、伝熱が妨げられ、温度が変
化するであろう。

【００５８】微粉炭の燃焼は第１の管路３７内まで続く
ため、この管路の個々のパイプに送風ノズル３８を設け
ていることが有利である。これらの送風ノズルによっ
て、燃焼空気量の最大１５％の追加空気３９を管路３７
のパイプに送入できる。これらの空気放射も、第１の管
路３７への進入領域を清浄に保つ働きをする。

【００５９】さらに、火炎出力３．９ＭＷに対応する上
記のボイラー出力３．５ＭＷに対し、第１の管路３７に
直径８８．９×５ｍｍのパイプ２５本を設けていること
が好適である。それにより、出力を下げても第１の管路
３７のパイプに灰が沈澱するのを防ぐのに十分な速度が
得られる。しかしながら、この速度は、パイプ内のガス
質量と火炎管３１内のガスの弾性との協働によりボイラ
ーの上方負荷領域で動力学的作用が生じるほどには大き
くはない。第１の管路３７のパイプにおいて排ガスの十
分な運搬速度を下回ると、パイプ内には灰が沈澱するで
あろう。これらの灰は海浜の砂のようにパイプ中を移動
し、パイプ端に到達するたびに衝撃作用を生じさせる。
それによって、燃焼空気量を正確に調整することが困難
となる。

【００６０】第１の管路３７のパイプの寸法を上記のよ
うに選択することによって、排ガスの冷却は約５００℃
までに制限される。それによって、この管路内でまだ続
いている燃焼反応が最後まで行われるのに十分な時間と
温度が与えられる。これによって生じる灰の性質は、本
発明による方法にとって有利である。

【００６１】約５００℃に冷却された排ガスが、前部転
向室４０で第２の管路４１のパイプに送られる。これら
のパイプにおいて、排ガスはボイラー負荷および水温に
応じて、ボイラーの下部領域において１１０〜１５０℃
の温度に冷却される。

【００６２】本発明による方法において、上記の条件、
すなわち一方では灰の運搬、他方では動力学的作用の回
避を考慮して、第２の管路に直径３０×３．５ｍｍのパ
イプ２８８本を設けていることが好都合である。

【００６３】管路４１から出る冷却された排ガスは、排
ガス管４２に送られる。排ガス管４２はボイラー軸に対
して横方向に配置されていることが好都合である。この
場合、排ガスは排ガス管４２に接線方向に送られる。こ
のようにすると、排ガス管４２の全長にわたって、灰の
沈澱の原因となる死水領域が全く発生しなくなる。

【００６４】従って、図２に示すバーナー、火炎管、そ
れぞれの管路および排ガス管の配置構成は自浄作用を有
し、運転中は完全に清浄に保たれる。これは本発明によ
る方法にとって、大きな長所である。なぜならば、この
ようにしてすべての灰が排ガス中に含まれ、再生可能な
状態に保たれるからである。

【００６５】図２に示す装置は、等しい出力とほぼ等し
い効率で、他の微粉状の燃料、たとえば石炭、木炭、木
片などの燃焼や、液状およびガス状燃料の燃焼にも適用
できる。

【００６６】本発明による方法をたとえば液体燃料の排
ガスの脱硫に応用するために、公知の方法によりバーナ
ーマッフルに吸着剤、たとえば石灰石粉を送入する。こ
の場合、その量と調製は公知の当該技術の規則に準じ
る。

【００６７】図２に示す装置、特にバーナーマッフルと
火炎管の注目すべき性質は、そこにおける流動関係がレ
イノルズ係数にほぼ依存しない点である。つまり、他の
燃焼出力に換算する場合、バーナーマッフルおよび火炎
管の寸法は出力比の根によって換算できる。その際、図
１によるバーナーシステムは出力上限がないことが考慮
される。出力上限は、むしろそれぞれの燃料の調製およ
び反応性向によって規定されている。それゆえ、公知の
ように出力を上げれば、より大きい火炎速度を選択でき
る。そのため、より大きい出力に換算する場合、装置は
出力比の根による換算規則に対応するものよりやや小さ
くなる。この考察は公知技術に属する。

【００６８】第１の管路３７および第２の管路４１は、
レイノルズ係数の範囲で作動する。この範囲では、温度
低下は本質的にそれぞれのパイプの内径に対する長さの
比の関数にすぎない。他の出力に換算する際に、ボイラ
ー出口で等しい排ガス温度を達成しようとするならば、
パイプ断面積の合計を公知のように出力比に対応して換
算しなければならない。その際、パイプの長さと内径と
の比の合計は常に一定である。それにより、それぞれの
管路のパイプの寸法および収量は流動工学の規則に従
い、明確に定義されている。これについては、その他の
寸法データは必要ない。

【００６９】図２に示す装置が同時にＴＡ空気の他の限
界値を、特にＮＯｘおよびＣＯに関して満たさなければ
ならない場合、火炎管３１の直径Ｄ５および長さＬ５に
対し次の値を選択することが好都合である。Ｄ５＝１４００ｍｍ（直径）Ｌ５＝３８５０ｍｍ（長さ）

【００７０】ここから、ボイラー３０の直径Ｄ４＝２６
００ｍｍおよびボイラーの長さＬ４＝４１００ｍｍが得
られる。

【００７１】排ガスをそれぞれの結合に所望される排ガ
ス温度に冷却するために、ボイラーの後段に冷却器が設
けられている。上記のプロセス条件を守る限り、この目
的には任意の構造の熱交換器を用いることができる。特
に直管を備えたパイプクーラーが有利である。この場
合、排ガスはパイプを通り、パイプの外側は冷媒、たと
えば水に囲まれている。このために、内径２３ｍｍおよ
び長さ２８００ｍｍのパイプ２２５本を用いる。その
際、冷媒温度は上記のプロセス条件によって制御され
る。そのため、パイプの内側表面の温度は常にそれぞれ
の局所的排ガス温度とそれに基づく実際の露点との間に
ある。

【００７２】発生する結晶は表面活性が非常に強く、冷
却面に沈澱する傾向があるため、本発明においては、た
とえば衝撃作用または機械的洗浄装置（図示せず）によ
って冷却面を自動的に洗浄するようにされている。

【００７３】次に、煤塵および排ガスは公知の方法で、
たとえば布フィルターによって互いに分離される。ここ
でも煤塵と接触するすべての表面は、煤塵が排ガスから
分離されるまで実際の露点以上の温度に維持される。煤
塵が排ガスから分離された後は、排ガス温度の推移は重
要ではなくなる。なぜならば、排ガスの腐食成分はすで
に結合されているからである。

【００７４】たとえば、既存の煙突に本発明による方法
から出た排ガスを送る場合、煙突における排ガス速度は
もはや十分ではないであろう。なぜならば、排ガス温度
は以前より低いからである。その対策として、たとえば
ボイラーの後段に設けた排ガス冷却器から出る温水を空
冷式熱交換器に送る。そして、その際に発生する熱風の
一部を本発明による方法の排ガスに添加する。これによ
って、既存の煙突において十分な速度を達成できるばか
りでなく、低温状態から出発した場合などに、煙突内に
おける水分の沈澱も避けることができる。

【００７５】結晶水と燃焼ガスの腐食成分の結合という
本発明の成果を達成するために、煤塵の有効成分の調製
および活性化、すなわち、たとえばＣａ（ＯＨ）₂、ま
たはＣａＣＯ₃をＣａＯへの分解が、上記の燃焼排ガス
を発生する燃焼プロセスで行われることは必ずしも必要
ではない。煤塵の活性成分の分解と調製は、他の場所、
たとえば上記の加熱プロセスが実施される適当な石灰燃
焼装置でも行われることができる。この例の場合に産出
される極めて活性なＣａＯは、結晶水と有害物質成分の
結合が開始する温度より高い温度で燃焼排ガスに添加さ
れる。そのために、ＣａＯを適当に予熱したり、燃焼ガ
スを適当に熱くしてＣａＯを添加後に迅速に加熱するこ
とができる。決定的なのは、例として挙げたＣａＯが排
ガスと一緒に結合温度まで冷却されることである。上記
のＣａＯが結合が開始する温度より低い温度で添加され
たなら、本発明による効果は劣化する。その場合特に結
合が遅れる。ＣａＯの利用率も低下し、Ｈ₂Ｏおよび腐
食性ガス成分は一部しか結合しない。これについては、
ＤＥ３２４０３７３Ａ１およびＤＥ３３３２９２８Ｃ２
を参照されたい。この場合Ｈ₂Ｏと腐食性ガス成分が部
分的にしか結合しないという事実は、本質的には発明に
とって重要なＣａＯの調製が、この場合まだ知られてい
なかったことによるものである。しかし、排ガス中にま
だ腐食成分の残量が存在している場合、たとえそれがわ
ずかであっても、冷却される設備部分の腐食は避けられ
ない。この場合、最初の有害物質全量に比べ腐食はゆっ
くり進行するだけである。本発明による方法によって、
初めて腐食性成分が完全かつ余すところなく結合する。
それによって燃焼排ガスを上記の結合温度以下の温度、
特に５０℃以下の温度範囲に危険なく冷却することが可
能となる。

【００７６】

【発明の効果】本発明による方法の経済的効果は著し
い。たとえば、ボイラー燃焼の排ガス温度を１３０℃か
ら４５℃に下げることによって、排ガスの熱利用は約４
％改善される。この温度範囲に相当する熱は、空気の予
熱や温水の製造などに利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を実施するためのバーナーの
縦断面図である。

【図２】図１によるバーナーで加熱される、本発明によ
る方法を実施するためのボイラーの縦断面図である。

【符号の説明】

１燃焼空気２微粉炭３バーナー１２集合室１３案内羽根１７バーナーマッフル１８水冷部１９火炎加速ノズル２０微粉炭パイプ２１転向フード２２火炎放射３０ボイラー３１火炎管３２入口３３出口３４出口３５送風ノズル３６入口３７管路３８送風ノズル３９追加空気４０転向室４１管路４２排ガス管

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年５月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】煤塵または灰を含んだ燃焼排ガスの熱利
用を改善する方法において、ａ）煤塵を含んだ化合物の活性成分、たとえばＣａ（Ｏ
Ｈ） ₂、ＣａＣｏ₃またはＭｇＣｏ₃の少なくとも１つ
を、場合によって存在する表面水分の蒸発終了から０．
５秒以内に、それぞれの分解平衡温度より少なくとも１
０℃高い温度、ただし活性成分が溶解するか不活性にな
る、特に焼殺される温度より低い温度に加熱する、ｂ）次いで、煤塵粒子の加熱開始から１０秒以内に、燃
焼水蒸気と、燃料、燃焼空気および煤塵の含水量とに基
づく最初の露点を３０℃以上越えない温度に冷却する、
の２つの段階を特徴とする方法。
【請求項２】煤塵を含んだ化合物の活性成分を分解平
衡温度より５０℃高い温度に加熱する請求項１の方法。
【請求項３】加熱時間が０．５秒以下である請求項１
または２の方法。
【請求項４】最初の露点を１０℃以上越えない温度に
冷却する請求項１から３のいずれか１項の方法。
【請求項５】５秒以下冷却する請求項１から４のいず
れか１項の方法。
【請求項６】煤塵を含んだ燃焼排ガスが灰を含んだ燃
料の燃焼によって発生する請求項１から５のいずれか１
項の方法。
【請求項７】煤塵を含んだ燃焼排ガスが、活性煤塵成
分を含んだ出発物質、たとえばＣａ（ＯＨ）₂、ＣａＣ
ｏ₃、ＭｇＣｏ₃を燃焼前に燃料に添加することによって
発生する請求項１から６のいずれか１項の方法。
【請求項８】煤塵の活性成分を別途製造し、Ｈ₂Ｏと
腐食性成分の結合が開始する温度より高い温度で燃焼排
ガスに添加し、次いで冷却する請求項１から７のいずれ
か１項の方法。
【請求項９】煤塵が冷却中に絶えず乱流混合すること
によって冷えつつある燃焼排ガスに包含される請求項１
から８のいずれか１項の方法。
【請求項１０】煤塵が冷却中は燃焼排ガスと混合して
おり、冷却終了後に燃焼排ガスから分離される請求項１
から９のいずれか１項の方法。
【請求項１１】煤塵を包含する燃焼排ガスの冷却が冷
却面で行われ、この冷却面の温度がそれぞれの局所的排
ガス温度とそれぞれの実際の局所的露点との間にある請
求項１から１０のいずれか１項の方法。
【請求項１２】少なくとも活性成分の出発物質をコン
バスターまたはバーナーマッフルに誘導し、このコンバ
スターまたはバーナーマッフルで燃焼排ガスを製造する
ための燃焼の少なくとも一部が行われる請求項１から１
１のいずれか１項の方法。
【請求項１３】残余の燃焼がコンバスターまたはバー
ナーマッフルを出た後に、熱吸収面を有する加熱室で行
われる請求項１２の方法。
【請求項１４】燃焼排ガスが加熱室およびボイラーの
管路を貫流し、その際に冷える請求項１３の方法。
【請求項１５】加熱体の後段に冷却器が設けられてお
り、この冷却器が排ガスを最終冷却温度に冷却する請求
項１から１４のいずれか１項の方法。
【請求項１６】冷却器の熱吸収面から、沈澱した煤塵
を機械的に除去する請求項１５の方法。
【請求項１７】加熱体が出力３．５ＭＷのボイラーで
あり、このボイラーの後段に、それぞれ内径２３ｍｍお
よび長さ２８００ｍｍのパイプ２２５本を包含する冷却
器が設けられており、煤塵を含んだ燃焼排ガスがこれら
のパイプを貫流し、その際に、これらのパイプの内側表
面が公知の方法で燃焼排ガスのそれぞれの局所的温度以
下、ただしそれぞれの実際の局所的露点以上の温度にな
るように調節されることを特徴とする、請求項１から１
６のいずれか１項の方法を実施するための装置。