JPH10504637A - 燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 循環している流動床を用いて操作する燃焼室中で固体燃料を燃焼する時に、実質的に酸化性条件が燃焼室の下部でそしてほぼ化学量論的条件が燃焼室の上部で保たれており、そして床粒子から分離された煙道ガスの後燃焼が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼方法 本発明は燃焼方法に関しそして特に流動床燃焼器（ＦＢ燃焼器）中での固体燃 料の燃焼方法に関する。 燃焼器中での流動床燃焼（ＦＢＣ）が急速に増加したことには二つの理由があ る。第一に、他の燃焼器中では燃焼するのが難しい多種のタイプの燃料をＦＢ燃 焼器で処理することができる。詳細には、燃焼するのが難しい燃料の使用可能性 だけでなく一般的には燃料に関する選択の自由も流動床燃焼の重要な利点である 。ますます重要になっできている第二の理由は、燃焼中に酸化窒素類の発生を低 くし得る可能性および床物質として石灰石を使用することによる簡単な要領で硫 黄を除去する可能性である。 ＦＢ燃焼器中で石炭および他の含硫固体燃料を燃焼する際に有毒な NOx（すな わちＮＯおよび NO₂の両者）並びに酸化硫黄類（SO₂およびSO₃）が発生して煙道 ガス中に含有されて影響を与えてしまうことは知られている。 かなり以前から亜酸化窒素（笑気ガス）が温室効果並びに成層圏中のオゾン層の 減少を促進させることが見いだされたため、このタイプの放出に関する詳細な広 範にわたる研究が最近の数年にわたり行われできている。数種の研究［特に、L. E.Åmand and S.Andersson「流動床ボイラーからの亜酸化窒素（N₂O）の発生」 “Emissions of nitrous oxide(N₂O)emissions from fluidized bed boilers”，流動床燃焼 における第10回国際会議(ed.Manaker)，ASME，San Fransisco，1989; Mjornell らの「ＣＦＢ石炭燃焼における添加剤での発生抑制」“Emissions control with additives in CFB coalcombustion”，流動床燃焼における第11回国際会議，AS ME，Montreal，1991; Åmandらの「循環式流動床ボイラーからの N₂O−現状」“ N₂O from circulating fluidized bed boilers‐present status”，LNETI/EPA/ IFP N₂O 発生についての欧州研究会(European Workshop on N₂O Emissions)，Li sbon 1990;および燃焼からの N₂O発生についてのＥＰＡ研究会（EPA Workshop o n N₂O emissions from combustion）（eds Lanier及びRobinson)，EPA-600/86-0 35，1986参照］は20−150mgMJ^-1（６％Ｏ₂で40−250ppm）程度の流動床燃焼から の N₂O発生(emission)を示している。Bo Lecknerおよび Lennart Gustavsson は エネルギー協会雑誌(Journal of the Institute of Energy)，September 1991， 64，176-182 で「ＣＦＢボイラーにガス注入による NO₂の減少」“Reduction of N₂O by gas injection in CFB boilers”という題目の論文中で、サイクロン中 で循環している床粒子の分離後に別個に供給される可燃性ガス、一般的にはメタ ン、の燃焼のために内部に設置されているガスバーナーによりサイクロン中で後 燃焼することにより循環流動床での燃焼（ＣＦＢ燃 焼）中に亜酸化窒素の発生を減少できることを示している。実施された実験では 、可燃性ガスをこの後燃焼用に供給した時にＣＯ発生の減少が得られたのと同時 にＮＯ発生の意義あるほどの増加なしに亜酸化窒素の発生がかなり減少されるこ とが見いだされた。 亜酸化窒素の発生を減じるための同様な技術の他の例は公開された欧州特許出 願EP-A-0,569,183に記載されており、それによると煙道ガスの後燃焼がサイクロ ン後に実施され、それはＣＦＢ燃焼器（すなわち循環流動床を用いて操作される 燃焼器）中で床粒子を分離するために使用される。この欧州特許文献による方法 では、燃焼器は流動床中で還元性条件下で操作されるため、十分な量の可燃性物 質が煙道ガス中に残っており、その結果として酸素−含有ガスを分離した煙道ガ スに加えた時に、所望の後燃焼を達成できるはずである。二次空気が流動床より 上方の燃焼室に供給されるが、化学量論量以下の条件が燃焼室全体中で依然とし て保たれる。NOx−清浄化剤を分離した煙道ガスに加え、これらのガスは次に発 生した蒸気を過熱するためにその後の過熱器中で使用される。 公開された欧州特許出願EP-A-0,571,234はＦＢ燃焼器中での二段階燃焼方法を 開示しており、そこでは流動床の下部領域は化学量論量以下の条件下で操作され そして床の上部領域は化学量論量より過剰の条件下で操作される。温度は床の上 部領域で調節されるため、N₂O、NOx および SOxの発生を同時に低下させることができる。この温度調節は床の上部領 域で床粒子の量を調節することにより行われ、この調節は供給される流動ガスの 速度を調節することによりそして床粒子を床の上部領域からその下部領域に再循 環させることにより行われる。床粒子を煙道ガスから分離した後には煙道ガス中 の可燃性残渣の後燃焼は行われない。 公開された欧州特許出願EP-A-0,550,905はまた流動床燃焼器での燃焼中に亜酸 化窒素の発生を減じる技術としても引用される。この場合には、燃料は 700−10 00℃で燃焼されそしてカルシウム物質がＳＯおよび SOx発生を減じるために加え られる。床粒子を煙道ガスから分離し、そしてこれらの粒子は次に亜酸化窒素の 含有量を減じるために次後の反応器で処理される。この次後の反応器は第二の流 動床を含んでいてもよく、その中で主燃焼からの煙道ガスの少なくとも一部がこ の第二の流動床の床粒子を流動化するために使用され、その場合には主流動床す なわち第一の流動床は過剰の酸素を有する煙道ガスがここから出て行くような要 領で操作される。 ＰＣＴ公開WO93/18341も流動床燃焼器からの有毒物質の発生を減じるための二 段階燃焼方法を開示している。この場合には、燃料粒子の部分的燃焼および気化 が泡立ちしている床で化学量論量以下の（還元性）条件下で行われ、そして残り の固体燃料および気化した可燃性物質が泡立ちしている床の上方にある第二燃焼 帯域中で最終 的に燃焼され、この第二の燃焼帯域中では化学量論量より過剰の（酸化性）条件 が保たれている。床粒子は煙道ガスから完全燃焼後にのみ分離され、そして煙道 ガスの後処理はこの分離後に行われない。 しかしながら、その後の研究［Bo Leckner，「流動床ボイラーからの発生の最 適化」“Optimization of Emissions from Fluidized Bed Boilers”エネルギー 研究国際雑誌(International Journal of Energy Research)，Vol.16，351-363( 1992)］では、残念なことに N₂O発生を減少させる手段は SO₂およびＮＯ発生を 増加させてしまう大きな問題であると見いたされた。これらの研究は、基本的に 二つの考えられるパラメーター、すなわち過剰な空気および床温度、を使用して 亜酸化窒素の発生を減少させるという考えをもたらした。燃料供給システムおよ び調節システムを改良してより低い過剰空気比を可能にすることにより N₂Oおよ びＮＯ発生のかなりの減少が得られることも見いだされ、ここでは少なくとも20 ％の過剰空気が使用される。より高いＮＯ発生をアンモニア注入により相殺しそ して余り効率的でない硫黄の捕捉を石灰石の添加増加により相殺するためには床 温度を通常の温度である 830− 850℃から 900℃の温度に高めることもかなり重 要であるとも述べられている。煙道ガス管中に追加燃焼によりガスの温度を上昇 させるためのバーナーを配置することによる N₂O発生のさらなる減少も示唆され ている。 ＣＦＢボイラー中へのガス注入により N₂O発生を減じるための同様な方法はLe nnart GustavssonおよびBo Lecknerにより論文「循環式流動床ボイラー中へのガ ス注入による N₂O減少」“N₂O Reduction with gas Injection in Circulation Fluidized Bed Boilers”，流動床燃焼における第11回国際会議(11th Internati onal Conference on Fluidized Bed Combustion)，Montreal，1991に示唆されて いる。この論文は中でも特に、空気をサイクロン後に注入できること並びにこの 方法がＣＯ発生を減少させるかもしれないことを述べている。 Bo LecknerおよびLars-Erik Åmandも論文「循環式流動床での燃焼から N₂Oの 発生」“N₂O Emissions from Combustion in Circulating Fluidized Bed”、亜 酸化窒素発生における第５回国際研究会(the 5th International Workshop on N itrous Oxide Emissions)NIRE/IFP/EPA/SCEJ，Tsukuba，July 1992 の中で、低 い過剰空気比、空気供給用の適切な設備および高い床温度を使用することにより 流動床燃焼からの N₂O発生を減じるかまたは解消することができるがそのような 工夫は流動床燃焼方法の新しい最適化並びに燃焼効率、揮発性有機化合物の一時 的発生および石灰石の消費量に関するパラメーター変化の影響の考察を含むであ ろうと述べている。同様な言及は同一研究者および他の研究者により、流動床燃 焼における亜酸化窒素放出に関する他の論文でもなされている［L-E Åmand及び Bo Leckner，「循環し ている流動床ボイラーからのＮＯ及び N₂O発生における空気供給の影響」“Infl uence of Air Supply on the Emissions of NO and N₂O from a Circulating Fl uidized Bed Boiler”，燃焼の24回国際シンポジウム(24th Symposium(Internat ional) on Combustion)／燃焼協会(The Combustion Institute)，1992，1407-14 14; L-E Åmand及びBo Leckner，「8-MW 流動床ボイラーから窒素酸化物(ＮＯ 及びN₂O)の発生における燃料の影響」“Influence of Fuel on the Emission of Nitrogen Oxides(NO and N₂O)from an 8-MW Fluidized Bed Boiler”，燃焼及 び火炎(Combustion and Flame)84:181-196(1991); L-E Åmand及びBo Leckner， 「循環している流動床ボイラーでの燃焼中に揮発性窒素化合物の酸化」“Oxidat ion of Volatile Nitrogen Compounds during Combustion in Circulating Flui dized Bed Boilers”，エネルギー及び燃料(Energy & Fuels)，1991，pp.809-81 5; L-EÅmand，Bo Leckner及びS.Andersson「循環している流動床ボイラー中で N₂Oの生成」“Formation of N₂O in Circulating Fluidized Bed Boilers”，エ ネルギー及び燃料（Energy & Fuels），1991，pp.815-823参照］。 硫黄の捕捉および SO₂発生の減少問題に関しては、Anders Lyngfelt およびBo Lecknerが論文「流動床ボイラー中の SO₂捕捉；CaSO₄の還元による SO₂の再発 生」“SO₂-Capture in Fluidized-Bed Boilers: Re-Emission of SO₂ due to Reduction of CaSO₄”，化学工学の科学(Chemical Engineering Science)，Vol.44，No.2，pp．207-213(1989)中で、流動床ボイラー中で一方で は低いNOx 発生を達成しそして他方では低い SO₂発生を達成することの間には矛 盾があると述べている。論文「酸化性と還元性との間で変化する条件下で流動床 ボイラー中の硫黄捕捉のモデル」“Model of Sulphur Capture in Fluidised-Be d Boilers under Conditions Changing between Oxidising and Reducing”，化 学工学の科学(Chemical Engineering Science)，Vol.48，No.6，pp．1131-1141( 1993)中で、同じ研究者はこの問題は硫黄捕捉および硫黄発生の間の競合を伴な うことおよびこの反応が温度−依存性でありうることを述べている。これらの条 件下での脱硫を記載するために１つにモデルが示唆されており、そでこは交互に 酸化性および還元性条件が使用される。表示されている結果は、還元性条件によ って硫黄捕捉の増加および温度上昇時におけるより少ない吸収剤の使用をもたら すこと並びに還元性条件が流動床燃焼で使用される全ての温度において、また 8 50℃より低い温度において、負の影響を有することを示している。種々の反応の 温度依存性も他の論文で確認されている[Anders Lyngfelt 及びBo Leckner，「 流動床燃焼器での硫黄捕捉：温度依存及び石灰の転化」“Sulphur capture in f luidised-bed combustors: temperature dependence and lime conversion”， エネルギー協会誌 (Journal of the Institute of Energy)，March 1989，pp.62-72; Lars-Erik Å mand，Bo Leckner及びKim Dam-Johansen，「流動床燃焼でのＮＯ／N₂O化学にお けるSO₂の影響」“ Influence of SO₂ on the NO/N₂O chemistry in fluidized bed combustion”，燃料(Fuel)1993，Vol.72，No.4，pp.557-564; Anders Lyng felt及びBo Leckner，「循環している流動床ボイラーで SO₂の捕捉及び N₂Oの減 少：温度及び空気注入の影響」“SO₂ capture and N₂O reduction in a circula ting fluidized-bed boiler: influence of temperature and air staging”， 燃料(Fuel)1993，Vol.72，No.11，pp.1553-1561;およびAnders Lyngfelt，Klas Bergqvist，Filip Johnsson，Lars-Erik Åmand及びBo Leckner，「12MW循環式 流動床ボイラーで空気注入における硫黄捕捉性能の依存性」“Dependence of Su lphur Capture Performance on Air Staging in a 12 MW Circulating Fluidise d Bed Boiler”，高温でのガス浄化による第２回国際シンポジウム（2nd Intern ational Symposium on Gas Cleaning at High Temperatures），Sept．1993，pu bsished in Gas Cleaning at High Temperatures，Eds．R．Clift & J.P.K．Sev ille，Glasgow，1993，pp.470-491]。 以上で述べたようにそして多くの参考文献により示されているように、N₂O発 生を減じるための工夫は残念なことに SO₂およびＮＯ発生の増加をもたらす。こ れは U.N．Johansen，T．LauridsenおよびF Orssleffにより論文「同時発生システ ム：同時発生用の高等な流動床セツト」“Co-generation systems: Advanced fl uidizedbed set for congeneration”，モダンパワーシステム(Modern Power Sy stems)，January 1992，pp.39-40に報告されているように、泡立ちしている床お よび単一循環床を有する昔のシステムとは対照的に、複数の循環流動床（ＭＣＦ Ｂ、多重循環流動床）を有する新しい燃焼システムの使用においても確認されて いる。 このように１つの成分の発生の減少のためには１つもしくはそれ以上の他の成 分の発生減少を断念しなければならないことが良く知られている。従って、全て の発生をできるだけ低くするような要領で流動床燃焼器中での燃焼を最適化する 必要性がある。本発明の一つの目的は従ってこの最適化を得るための流動床燃焼 器の新しい操作方法を提供することである。 本発明は、一方では循環流動床を有する流動床燃焼器中の石炭または他の含硫 燃料の燃焼が簡単な要領で窒素酸化物NOx（すなわちＮＯおよびNO₂）並びに二酸 化硫黄SO₂（SO₃もまた）の発生を低くし得るのを可能にする技術でありそして他 方ではそのような燃焼器が、オゾン層に対して負の影響を有すると考えられてお りそして長期にわたり地球の気候に影響する温室ガスである相対的に大量の窒素 酸化物も発生するという知識に基づいている。本発明はさらに燃焼器からの発生 に関する二つの最も重 要なパラメーターは空気供給および温度であること並びに他の重要なパラメータ ーは脱硫用に加えられる吸収剤（一般的には石灰石）の量および固体物質の再循 環であるという知識にも基づいている。 同じ基本的な知識は上記の公開された欧州特許出願第EP-A-0,569,183号および 上記の論文「ＣＦＢボイラーでのガス注入による N₂Oの減少」“Reduction of N₂ O by gas injection in CFB boilers”(Bo Leckner 及びLennart Gustavsson， エネルギー協会誌(Journal of the Institute of Energy)，September 1991，64 ，176-182)でも使用されている。しかしながら、これらの場合には、循環流動床 中での燃焼（ＣＦＢ燃焼）においては循環する床粒子の分離後にサイクロンでの 後燃焼を行わなければならないという結論が出されている。最後に述べた場合に はサイクロン後の煙道ガス中に別個に加えられた可燃性ガスの追加燃焼により後 燃焼がなされ、そして最初に述べた場合には可燃性物質がサイクロンを出た後の 煙道ガス中に残っているような要領で燃焼器の燃焼室中での燃焼を行うことによ り後燃焼がなされる。EP-A-0,569,183によると、燃焼器の燃焼室への燃焼空気の 段階的な(step-by-step)供給が使用されるため、還元性条件が燃焼室全体中で保 たれている。前記した要領で段階的に起きる空気供給により、還元性条件（酸素 不足）が床の中で局所的に起きるため、可燃性ガス（ＣＯ、炭化水素類、Ｈ₂） の濃度が高くなりそして酸素濃度が可燃 性ガスの燃焼には不十分なほど低くなる。これらのガスの燃焼のために、二次空 気を流動床の上方に供給するが、この二次空気の供給もこれが床粒子の分離後の 煙道ガスの後燃焼で使用されるため残りの可燃性物質の完全燃焼用には不十分で ある。最後に述べた論文によると、二次空気も床の上方に供給されるが、サイク ロンでの床粒子の分離後に別個に供給される可燃性ガスの追加燃焼により後燃焼 がなされる。 本発明によると、NOxおよび SO₂の発生が同時に増加することなしに N₂O発生 を減少させるという問題が相異なる要領で解決された。一定の過剰空気比におけ る二つの主なパラメーター、すなわち空気供給技術および床温度、の影響を以下 にまとめることができる。相異なる段階への空気供給分割（一次、二次および場 合により三次の空気供給）の増加が低いＮＯ発生を促進しそしてある程度までは 低い N₂O発生を促進するが、高い SO₂発生も与え、それに対して反対では硫黄捕 捉を促進するが高いＮＯ発生をもたらす。他方では、温度の上昇は低い N₂O発生 を生ずるであろうが高いＮＯおよび SO₂発生を生ずるであろう。専門家にとって は、このことは燃焼器から出る煙道ガスを処理するための費用のかかる工夫を行 わずに三つのタイプ全ての汚染物質の発生を同時に低くし得ないであろうことを 示唆している。 しかしながら、本発明によると、請求の範囲１に定義されているように燃焼を 実施するなら三種全ての汚染物 質の含有量の同時減少が得られることが見いだされた。従属請求の範囲は本発明 の特に好適な態様を規定している。 循環する流動床を用いて操作される燃焼器中での燃焼は非常に複雑であり、そ して一方の発生を増加させ且つ他方を減少させるような方法または反応は互いに 単に間接的に関係しているということが発見された。本発明は、汚染物質の含有 量に影響する工夫をより選択的に使用することにより三つのタイプの汚染物質の 明白な相互関係を防害する可能性を示している。以下で記載されている実験では 、加熱用に平均的な硫黄含有量を有する瀝青炭を使用することにより、通常の操 作温度においてそして段階的に行われる通常の空気供給での先行技術と比べて、 硫黄除去（90％）に有意な影響を与えることなしに N₂Oの発生を1/4(25ppm)に、 ＮＯの発生を半分(約50ppm)に減少できることが見いだされた。 要約すると、本発明の方法は実質的な酸化性条件が燃焼室の下部で保たれてお りそしてほぼ化学量論量の(stoichiometric)条件が燃焼室の上部で保たれており そして床粒子の分離後に煙道ガスに後燃焼を施すような要領で記載することがで きる。本発明は従って、還元性条件が流動床中でおよび流動床の上方で保たれて いる先行技術と異なっている。 EP-A-0,569,183によると、流動床の下部領域でおよび流動床の上方で還元性条 件が使用され、そして燃焼が燃 焼室の中で化学量論量以下の（substoichiometric）（還元性）条件下で起きて NOx化合物の生成を最少にしながら可燃性物質の熱分解を行う。この文献は満足 のいく脱硫を得る可能性や N₂O発生に対する燃焼方法の影響は述べていない。 本発明によると、種々のタイプの発生に対する酸化性／還元性条件の度合の影 響同志の均衡である非常に特別な操作方式が使用され、本発明は酸化性／還元性 条件が異なるタイプの成分発生に対して異なる仕方で燃焼プラントの異なる領域 （サイクロン並びに燃焼器の頂部および底部領域）内で影響するという予期せぬ 発見を用いている。以下で記載されている本発明の実験は、この特別な操作方式 から逸脱することにより脱硫および燃焼効率に関してまたは笑気ガスおよびＮＯ の発生に関して結果が悪化することを示している。 本発明では従って先行技術のものとは異なる条件が使用され、先行技術による と還元性条件が底部帯域に存在しておりそして酸化性または還元性条件が上部帯 域に存在している。EP-A-0,569,183の技術とは別に慣用の技術と比べると、本発 明の方法では燃焼室の上部およびサイクロンには実質的に低い含有量の酸素が存 在しているが、かなり大量の空気が底部帯域に供給される。笑気ガスの非常に低 い発生並びに同時にＮＯ発生減少および満足のいく脱硫を未変化のまゝ達成させ るものは正確にはこれらの二つの変化の組み合わせであるように思われる。本 発明において、ほぼ化学量論量の空気が燃焼室の底部に供給されるなら、供給さ れる酸素の一部は燃焼室中およびサイクロン（または或る他の粒子分離器）中で 固体燃料の燃焼に多く消費されるため、これは実際には底部帯域内の気相におけ る酸素過剰、すなわち化学量論量より過剰の(hyperstoichiometric)条件、を意 味する。流動床内の気相で酸素が過剰量であると脱硫に好ましい影響を有するこ とが見いだされているため、これは本発明の大きな利点である。本発明の更なる 大きな利点は、燃焼室の上部内およびサイクロン中の空気比が低いと N₂Oの非常 に低い発生および NOxの低い発生を生ずることである。 本発明は低および中揮発性燃料の燃焼に特に有用であり且つ有利であるが、高 揮発性燃料の燃焼でも有用である。流動床の下部において化学量論量または化学 量論量より過剰の条件を保ちながら、高揮発性燃料においては低および中揮発性 燃料と比べて低い空気比を使用することができる。 この記述において、低および中揮発性燃料という表現は揮発性物質の量が乾燥 物質および無灰物質を基にして１−63％であるような燃料に対して使用されてい る。そのような燃料の定義はスエーデン、米国およびドイツの間では幾分変動す る。スエーデンの実施法によると、この定義はメタ無煙炭、無煙炭、半無煙炭、 低揮発性瀝青炭、中揮発性瀝青炭、高揮発性瀝青炭、亜瀝青炭、亜炭 および亜炭性石炭並びに石油精製からの残渣生成物である石油コークスを含む。 しかしながら、米国の実施法によると、亜炭性石炭および石油コークスは含まれ ず、ドイツの実施法によると、メタ無煙炭、無煙炭、油が少ない石炭、油が多い 石炭、ガス炭、開放燃焼石炭、黒色亜炭、暗炭および褐炭が含まれる。 この記述では、高揮発性燃料という表現は乾燥物質および無灰物質を基にして 63−92％の揮発分を有する燃料に関して使用される。そのような燃料の例は木片 、ピート、鶏肥料、下水処理プラントからのスラッジ、廃物分類プラントからの 燃料留分（いわゆるＲＤＦ）および鋼綱を除去してそして流動床燃焼器中での燃 焼用に適する部分に切断することにより燃焼用に準備された使用済み自動車タイ ヤである。ＲＤＦ留分は窒素に富んだ有機留分も含むがこれは通常は堆肥になる 。 上記の如く、本発明は他の汚染物質である NOxおよび SO₂の発生を増加させず に N₂Oの発生を減じるための新規な方法に関する。先行技術では、ＣＦＢ燃焼器 への燃焼空気の段階的な供給がしばしば使用されており、それは燃焼空気の一部 分のみすなわち一次空気だけが流動床の下部でぎっしり詰まった部分が置かれて いる燃焼室の底部に供給されることを意味する。この空気の供給方法は、燃焼室 の下部における気相中の酸素濃度は低いが燃焼室中の二次空気のより多い供給が 燃焼器の上部中およびサイクロンまたは粒子分離器中で気相中により酸化性 の条件を引き起こすことを意味する。本発明は、空気供給を変化させることによ り燃焼室の上部および下部におけるＯ₂に関する条件を逆転できそしてその結果 として包含される全ての汚染物質の発生を減少させる形態で大きな利点を得られ るという発見に基づいている。本発明では、燃焼室の上部および下部における条 件を従って従来技術に関連して逆転させるものであり、すなわち気相中の酸素濃 度は燃焼室の上部で減少させそして下部で増加させるものである。これは好適な 態様では、空気を燃焼室の下部に約１の空気比に相当する量（燃料のタイプなど によりある程度変動する）で供給することにより達成される。これはまた、底部 において燃焼室の側面から場合により供給される空気、すなわちいわゆる高度の 一次空気、および実際的な理由のために例えば燃料供給シュート、粒子冷却器お よび空気分離器を介して供給しなければならないような空気を含む。最終的な燃 焼用に必要な空気は粒子分離器の後で加えられる。二次空気は全く供給されない （これが好ましい）かまたは上記の如く燃焼室の下部に加えられる空気の多くと も15％、好適には多くとも10％そして最も好適には多くとも５％の量である部分 だけ燃焼室中のより高い部位で供給されるが、燃焼室の下部で気相に実質的な酸 化性条件を維持しながら供給を行なう。 本発明の以下の記載においては、下記の命名法を用いる： Ｋ_c 理論的な煙道ガス（水分を含む）と理論的 な空気との比（−） Ｏ₂ 水分を含む煙道ガス中の酸素濃度（表４中 のＯ2 ，ｏ）（％） Ｏ₂ ，ｃ サイクロンからのガス中の酸素濃度（式５） （％） λ_tot 全空気比（−） λ_c 燃焼室の空気比（式６）（−） 本発明の背景にある問題は笑気ガス N₂Oが温室ガスでありそして成層圏のオゾ ン層を減少させると思われていること並びにこの発見が燃焼方法としての流動床 技術に対する態度を突然変えたということである。これまでは「純粋な」燃焼方 法(NO₂および SO₂の発生が低い）と考えられてきたものから、「汚れている」方 法(N₂Oが分解されずに残る)であると再分類された。 上記の文献により示されているように、ＮＯおよび N₂Oの生成および分解に伴 なう工程は複雑でありそして全く科学的には分析されていない。このことは、Ca SO₄にするための CaOとの反応および CaSO₄の還元的分解を使用することによる 燃焼中の硫黄汚染物質の除去にも適用される。 使用されている文献を参照すると、操作パラメーター、例えば床温度および空 気供給、を変えることにより NOx、 SO₂および N₂Oの発生をかなりの程度まで減 少または増加しうることもわかる。上記の如く、問題は発生する汚 染物の一種を減少させるのに成功を収めた方法が発生する他の汚染物の一方また は両方に逆効果を有することである。即ち床温度の上昇は N₂O発生の減少をもた らすが、同時にＮＯ発生が増加しそして硫黄捕捉効率の大きな減少が起きる。燃 焼空気の段階的な供給度を増加させると他方ではＮＯ発生の減少およびある程度 の N₂O発生の減少をもたらすが、同時に硫黄捕捉が非常に大きく低下する。 燃焼空気の段階的な(step-by-step)供給とは、燃焼空気の一部を燃焼工程の後 半段階で二次空気の形態で供給することを意味する。段階的な供給度は、一次空 気比（＝全空気比×一次空気の量）を低下させることによりまたは燃焼器中への 二次空気供給の度合を増加させることにより或いはそれら両者の工夫を行うこと により、増加させることができる。これらの工夫は還元性条件を有する帯域の出 現を増加させ、それは発生に関して段階的な空気供給の最も重要な効果であると 思われる。同様な効果を生ずる別の工夫は全空気比の減少である。 一次空気比の低下は、燃焼室の下部において酸素の利用量が低下することを意 味し、この低下はより還元性である条件をもたらし、還元性条件は燃焼および他 の化学的反応に影響する。さらに、流動床システム中の可燃性粒子の濃度は増加 するであろうし、そして燃焼の一部は燃焼室の底部帯域から上方へ移動するであ ろう。底部帯域中のガス速度の変化も流動床の性能および床粒子の運 動に影響するであろう。従って一次空気比の減少の全効果は燃焼室全体の変化で あり、そして NOx／N₂OおよびSO₂に関する複雑な均衡反応に対する最終的な効果 は完全には解明されていない。しかしながら、最終的な効果は知られており、す なわち還元性条件を有する帯域の出現が増加するとＮＯおよび N₂O発生が減少し 並びにSO₂発生が増加する。 本発明は、段階的な空気供給のための従来技術で一般的に行われる条件を逆転 して、実質的な酸化性条件を燃焼室の下部で気相において保ちそしてほぼ化学量 論的条件を燃焼室の上部で気相において保ち、そして最終的な燃焼を行うために 残存空気を、煙道ガス出口後部の空間中で粒子分離器の煙道ガス出口に供給する ことにより、ＮＯ、N₂Oおよび SO₂発生の同時減少を与えられるという発見に基 づいている。 還元性条件とは、本発明によると化学量論量以下の気体混合物が存在している こと、すなわち酸素の量が存在する可燃性ガスを燃焼し尽くすためには十分でな いことを意味する。この状態は、酸素の平衡濃度を測定する酸化ジルコニウムプ ローブにより測定することができる。還元性条件下では、酸素の平衡濃度は10^-6 バール以下であり、通常は10^-10〜10^-15バールである。還元性条件は燃焼してい る粒子付近でおよび空気が段階的に供給される時には底部帯域中で局所的に起き ることがある。供給した空気のむらおよび気泡が床粒子を通って床の断面 に亘って空気の均一な分散が得られないため、燃焼室の下部に高濃度の床粒子が 存在することによりこれらの還元性条件が生じそして強められる。 多くの研究が示す処によれば、酸化性および還元性条件の間に急速な変化があ り、そして段階的な空気供給度合の変化が流動床中の各々の局所的な位置が還元 性条件下にある時間の量に影響する。空気の段階的な供給（すなわち燃焼室の底 部での一次空気および燃焼室の頂部での二次空気）を用いる通常の空気供給から 全ての空気を底部帯域に供給する空気供給への変化、すなわち約 0.7の底部にお ける空気比から約 1.2の空気比へ変化することにより以下に記載されている実験 (Anders Lyngfelt，Klas Bergqvist，Filip Johnsson，Lars-Erik Åmand及びBo Leckner，「12MW 循環式流動床ボイラー中で空気注入による硫黄捕捉性能の依 存性」“Dependence of Sulphur Capture Performance on Air Staging in a 12 MW Circulating Fluldised Bed Boiler”，高温でのガスクリーニングにおける 第２回国際シンポジウム(2nd International Symposium on Gas Cleaning at Hi gh Temperatures)，Sept．1993，published in Gas Cleaning at High Temperat ures，Eds．R．Clift & J.P.K．Seville，1993，pp.470-491参照）におけるもの と同じボイラーを使用する時に、例えば燃焼室の底部から0.65ｍの高さで局所的 な還元性条件下にある時間量は約1/8 へ減少するものである。 ＣＦＢ燃焼器の相異なる部分における酸素濃度および還元性条件がこれらの部 分を支配する時間の長さは以下でさらに詳細に論議されるであろう。 硫黄捕捉に関しては、燃料から発生した硫黄はＯ₂の存在下で酸化されてSO₂に なるであろう。SO₂の発生はか焼後にそしてＯ₂の存在下で SO₂と反応する石灰石 を加えることにより減少させることができる。 SO₂＋CaO＋1/2 Ｏ₂ → CaSO₄ (1) 還元条件下では、反応（１）を例えばＣＯおよびＨ₂の如き還元性ガスの存在 下で逆転することができる。 CaSO₄＋CO → CaO＋SO₂＋CO₂ (2) 或いは別法として、CaSO₄を最初に（例えば、燃焼室の下部において）CaSに還 元し、それを次に（例えば、燃焼室の上部において）SO₂の放出中に酸化しても よい。 SO₂の放出は吸収剤粒子を還元性条件に露呈した時にのみ起き、酸素濃度はそ のまゝで硫黄捕捉に影響しないと思われる。硫黄捕捉反応の基本的知識から出発 すると、燃焼室の相異なる部分における硫黄捕捉機構に対する還元性条件の影響 に関する信頼性のある結論を引き出すことは困難である。しかしながら、多くの 実験が明らかに示す処によれば底部帯域における還元性条件下で時間量が増加す ると（すなわち空気の段階的供給度合の増加）が硫黄捕捉にとって不利である。 全空気比の減少は硫黄捕捉過程に対して負であるがこれが焼室の下部または上部 における変化した条件に起因するかどうかは現在 では明らかでない。 N₂OおよびＮＯの生成および分解に適用される反応は最近試験されそして文献 に報告されている［M A Wojtowicz，J R Pels 及びJ A Moulijn，「 N₂O発生源 として石炭の燃焼」“Combustion of coal as a source of N₂O emission”，フ ューエル プロセッシングテクノロジー（Fuel Processing Technology）34，1- 71（1993）参照］。たとえ多数の均質および非均質反応機構が研究室測定から知 られているとしても、これらの結果をＣＦＢ燃焼器を用いる実際的な作業に転換 するためには追加研究が必要とされる。しかしながら、実験で分ったある種の経 験的に確認された事実をこれに関連して使用することができる。 燃焼室中の高さにつれて N₂O濃度が増加する。下部における N₂Oの生成は高い が、燃焼室を通するガスの移動通路に沿って NO₂の大幅な減少が起きるため、こ の生成は燃焼室の N₂O発生には少ししか寄与しない。従って、空気供給量の変化 が燃焼室の底部帯域に関与しない限り段階的な空気供給の影響は小さいであろう 。燃焼室の上部における空気供給変化の結果は完全には分析されていないが、い くつかの参考文献はこのことに関連している［L-E Åmand及びBo Leckner，「循 環式流動床ボイラーからのＮＯ及び N₂O発生における空気供給の影響」“Influe nce of Air supply on the Emissions of NO and N₂O from a Circulating Flui dized Bed Boiler”， 燃焼における第24回国際シンポジウム／燃焼協会(24th Symposium(Internationa l)on Combustion/The Combustion Instltute)，1992，1407-1414参照］。第一に 、二次空気供給位置が燃焼室で上方に移動するにつれて N₂O発生が減少すること が報告され、そして第二に、二次空気添加の半分が燃焼室の約中間点まで供給さ れそして残りがサイクロン出口に供給されて燃焼室全体中で非常に低い酸素濃度 を生ずる時には N₂O発生がかなりの程度まで減少することが報告されている。し かしながら、報告されているこれらの結果は床粒子として砂を用いて操作された ＣＦＢ燃焼器で得られたものであり、そして硫黄捕捉用の吸収剤を流動床と混合 したならば結果が同じであるかどうかはわからない。燃焼室の上部における条件 の影響の他の指針は全空気比である。この全空気比の影響が重要であると仮定す ると、燃焼室の下部における条件は N₂O発生に対して中程度の影響しか有してい ないため、全空気比は燃焼室の上部における条件に起因するはずである。しかし ながら、全空気比の影響に関する文献中に表示されているデータは、燃焼室の上 部において温度を一定に保つことの難しさのために信頼のおけないものである。 上記のÅmandおよびLeckner による文献（1992）は燃焼室の上部で一定温度での N₂O生成に対する空気比の意義ある影響を報告しているが、この場合には硫黄捕 捉用の吸収剤は実験的燃焼において存在していなかった。 ＮＯ発生に関しては、状況が異なっており、そして燃焼室中の高さにつれてＮ Ｏ濃度が減少する。燃焼室への空気の段階的な供給の影響は、特に底部帯域にお いて、相当なものである。全空気比の変更はＮＯ発生に対して意義ある影響を有 するが、これのどの程度までが底部帯域における変化またはそれより高い帯域に おける変化に起因するかは底部帯域中への示されている空気添加の大きな影響か らみて確認されていない。しかしながら、上記のÅmandおよび Lecknerによる文 献(1992)では、二次空気供給位置を燃焼室のより高い部位に移動させることによ ってはＮＯ発生は強く影響されないと述べている。 要約すると、燃焼室の下部における還元性条件の影響はＮＯおよび SO₂発生に とって重要であるが、N₂O発生にとっては少ないかまたは中程度である。文献で 得られるデータは、燃焼室の上部における変化の影響は N₂O発生にとって重要で ありうるが、その状況は SO₂およびＮＯ発生に対する影響に関しては低い程度に しか解明されていないことを示している。 硫黄捕捉は還元性条件が支配する時間の量により影響されることは明らかであ るが、N₂OおよびＮＯの発生もそのまゝ酸素濃度により影響されうる。 しかしながら、本発明によると、ＣＦＢ燃焼器に対する空気供給量の特別な調 節により NOx、N₂OおよびSO₂の発生が同時に減少されることが開示されている。 本発明を次に、本発明の現在好適な最良の態様に関す る添付図面を参照しながらさらに詳細に記載するものである。 第１図は以下の実験で使用された12MW燃焼器の図式的設計を説明している。 第２図は種々の物質の発生が本発明を使用する時の燃焼室の空気比（式６）に より如何に影響を受けるかの線図である。 第３図は本発明を他の燃焼方法と比較した実験における N₂O発生の線図である 。 第４図は本発明を他の燃焼方法と比較した実験におけるＮＯ発生の線図である 。 第５図は本発明を他の燃焼方法と比較した実験における SO₂発生の線図である 。 第６図は本発明を他の燃焼方法と比較した実験におけるＣＯ発生の線図である 。 第１図は、燃焼室１、空気供給および始動燃焼室２、燃料供給シュート３、サ イクロン４、煙道ガス出口管５、続いての対流界面６、粒子密封部７、粒子冷却 器８、 2.2ｍの高さにある二次空気入口Ｒ２、5.5mの高さにある二次空気入口Ｒ ４およびサイクロン４の出口にある二次空気入口Ｒ５を包含する12MW燃焼器を説 明している。使用された燃焼器は実験用に用意されたが対応する工業燃焼器の特 徴を全て有していた。燃焼器は特別な測定用に合わされておりそして互いに独立 している相異なるパラメーターおよび対応するタイプの工業燃焼器に関する ものより広い範囲での個別調節用の装置を含んでおり、そのことは燃焼器を工業 燃焼器には適さないような極端な条件下でも操作できることを意味する。 燃焼器の燃焼室は13.5ｍの高さおよび約2.9m²の面積を有する四角の断面を有 する。燃料は燃焼室１の底部から燃料供給シュート３を通して供給される。一次 空気(primary air)は複数のノズルを通して供給され、これらのノズルは燃焼室 の底部に配置されておりそしてそれらに対して空気が空気供給室２から供給され た。二次空気(secondary air)は数個の空気レジスターを通して供給することが でき、レジスターは第１図で矢印により示されているように燃焼室の両側に水平 方向に配置されていた。連行されてきた床物質は耐火物質で内張りしたサイクロ ン４中で分離されそして戻り管および粒子密封部７を通って燃焼室に再循環され た。燃焼空気はＲ５からサイクロン出口に添加できた。サイクロン通過後に、煙 道ガスは冷却されていない煙道ガス出口管５を通ってその後の対流界面および過 熱器界面に送られ、ここでは最初の第一の対流界面６だけが示されている。 第１図は燃焼器温度の微調節用に燃焼室１に煙道ガスを返送するのに使用でき る煙道ガス再循環システムは示していない。実験用燃焼器の外部にある調整可能 な粒子冷却器８は温度の大きな意図的な変化を行えるような容積を有する。 硫黄吸収剤として石灰石（スエーデンのイグナベルガ 社製）が使用され、そして燃料として平均的な硫黄含有量を有する瀝青炭が用さ れた。石灰石および燃料のデータは表１に示されている。 測定は、冷たい乾燥ガス中でＯ₂、ＣＯ、SO₂、ＮＯおよび N₂Oの連続的監視用 の規則的に目盛りが付けられたガス分析器（表２参照）により行われた。燃焼器 の対流部でサンプルを採取することによりＯ₂含有量を測定 するために使用された分析装置（表２および表４ではＯ₂，ｏと表示されている ）は別として、全ての分析装置は燃焼器のバッグフィルターの後部で煙道ガス管 と接続されていた。示された結果では、SO₂、ＮＯ、N₂OおよびＣＯの発生は６％ の酸素濃度を有する煙道ガスに基準化されていた。 N₂O分析器は高い SO₂含有量によりマイナスの影響を 受けるため、ガスを N₂O分析器に供給する前に、SO₂を炭酸ナトリウムの溶液中 で除去した。 全空気比および燃焼室の空気比は下記の通りに定義されそして計算された： 全空気比(total air ratio)λ_totは と定義され、 ここでＯ₂は対流部分で測定された煙道ガス（水分を含む）の百分率での酸素含 有量（すなわち表２および表４中のＯ2 ，ｏ）であり、そして Ｋ_cは補正因子でありそして理論的な煙道ガス（水分を含む）と理論的な空気と の比（すなわち化学量論的条件下での空気のモル数当たりの煙道ガスのモル数） である。実験で使用された燃料に関しては、Ｋ_c＝1.07である。 燃焼室の空気比とはここでは、サイクロン中の煙道ガスの条件に相当する空気 比、すなわち本発明の技術を使用する時には最終的な燃焼空気を添加する前の、 空気比を意味する。 煙道ガスを流動床に再循環させないなら、燃焼室の空気比は、 再循環なしのλ_c＝λ_tot（１−Ｘ） (4) として計算することができ、 ここでＸはサイクロン出口に供給される全空気量である。 煙道ガスを再循環させる時には、燃焼室の空気比のこ の定義は、それがこの空気比の過小評価を生ずるため適していない。煙道ガス再 循環における空気比のより良好な定義はサイクロン出口で混合する二つの流れ、 すなわち供給した燃焼空気とサイクロンからの煙道ガスとの二つの流れ中の酸素 分バランスを計算することにより得られる。この計算方法は空気の供給前のサイ クロン出口中での酸素濃度の値を下記の通りにして与える： ここでｙは煙道ガス再循環流と全空気流との比である。 この式から、燃焼室中の実際の空気比を下記の通り算出できる： 相異なる試験操業で使用された操作条件は下記の通りであった： 全ての操業は一定の充填量で行われ、すなわち供給した燃焼空気は3.54kg／秒 に保たれており、そして全空気比は 1.2に保たれていた（3.5％Ｏ₂，湿潤）。表 ４を参照のこと。流動床温度は 850℃であり、全圧力低下は６kPa でありそして 石灰石供給は 165kg／時で一定であり、それは約２のＣａ／Ｓモル比に相当する 。 対照試験および本発明に従う試験〔逆転された段階的燃焼（reversed stage-c ombustion）〕の他に、追加試験を行ったため、合計８種の操作方法が一連の試 験により 包含された。 試験Ａ 対照 燃焼室の底部で約60％の空気および約40％の二次空気（燃焼室の底部にある空 気ノズルから 2.2ｍ上方で供給）。 試験Ｂ （比較例）−下部に全ての空気 この場合には全ての空気が燃焼室の底部に供給されそしてサイクロン出口には 空気は供給されなかった。これは対照試験と比べてかなり高い酸化性条件が燃焼 室の下部に存在していることを意味する。 試験Ｃ （比較例）−一次空気部分の強度の減少 燃焼室の底部分における約50％の空気および燃焼室の比較的高い位置における 約50％の二次空気（燃焼室の底部にある空気ノズルから 5.5ｍ上方で供給）。 試験Ｄ （比較例）−燃焼室の上部における空気比の減少および拡大された一次帯域 燃焼室の底部における約60％の空気、約20％の二次空気（燃焼室の底部から 5 .5ｍ上方で供給）およびサイクロン出口中で最終的燃焼のため約20％の空気。こ れは対照試験（試験Ａ）と比べて燃焼室の上端部でより還元性の条件および拡大 された一次帯域を生ずる。 試験Ｅ （本発明、好適な態様）−逆転された段階的燃焼（燃焼室への二次空気の供給な し） 燃焼室中への二次空気の供給はないが、空気の全量の約20％を最終的燃焼のた めサイクロン後に供給した。最終的燃焼空気を供給する前の燃焼室の空気比は約 １に保たれた。これは対照試験と比べて燃焼室の上部で余り酸化性でない条件お よび下部でより酸化性の条件を意味する。 試験Ｆ （本発明、好適な態様）−逆転された段階での燃焼 床灰が試験期間中に除去されず、これは燃焼室におけるより高い圧力低下をも たらした。 試験Ｇ （本発明、好適な態様）−逆転された段階的燃焼 フライアッシュが二次サイクロンから燃焼室に戻された。 試験Ｈ （本発明、好適な態様）−逆転された段階的燃焼 この期間中に25％の追加石灰石を供給しそして燃焼室の空気比は発生量を最低 とするように最適化された。 試験の詳細事項は表３に示されている。SO₂、ＮＯ、N₂OおよびＣＯの発生量は 第３図−第６図にも示されているが、平均値は表４にも示されている。対照試験 （試験Ａ）と比べて種々の結果を下記の通りにまとめること ができる。 試験Ｂ−下部で全ての空気供給：燃焼室の下部における余り還元性でない条件 によってより有効な脱硫をもたらしたが、かなり高いＮＯ発生および幾分高い N₂ O発生を生じた。 試験Ｃ−二次空気部分の強度の減少：燃焼室の下部におけるより還元性の条件 によって脱硫の劇的な減少をもたらしたが、ＮＯ発生がかなりの程度に減じられ そして N₂O発生が幾分減じられた。 試験Ｄ−上部における空気比の減少：燃焼器全体中でより還元性の条件により 同様ではあるが試験Ｃに従う段階的空気供給と比べてより顕著な効果を生じた。 しかしながら、N₂O発生はかなり減少した。 試験Ｅ−本発明に従う逆転された段階的燃焼： N₂O発生は約3/4ほど減じられ たが、ＮＯ発生は半分になりそして SO₂発生は認められる程度に影響を受けなか った。この場合に得られた比較的高いＣＯ発生は以下で記載される要領で中和す ることができる。 試験Ｆ、Ｇ、およびＨに従う変法は試験Ｅと比べて本質的に異なる結果を与え るものではないが、硫黄捕捉がフライアッシュの再循環（試験Ｇ）によりそして 追加石灰石の供給（試験Ｈ）により幾分改良された。本発明に従う種々の実施例 間の重要な差異は燃焼室の空気比（式６）に関する差が小さいことであり、以下 に記されているように、この空気比は全ての発生、特にＣＯ発生、に 強く影響する。 サイクロン出口に供給される空気の全量の一部分を変化させることにより、逆 転された段階での燃焼をさらに検討した。これらの更なる検討の結果は第２図お よび表５に示されている。この変化は試験Ａ−Ｇと比べて25％高い石灰石の添加 により実施された。全空気比は一定に保たれたが、サイクロン出口に供給される 空気の一部分を変化させた。これらの条件は煙道ガス再循環の効果を考慮に入れ る式６により得られる燃焼室の空気比により最も良く特徴づけられている。発生 に関する最適な点は と、ＣＯは劇的に増加するが、SO₂はゆっくり増加し、N₂O はもはや増加せずそ してＮＯはその最少値近くになる（驚くべきことに、ＮＯは最少点を越えるよう である）。 これらの結果から判明したのは、試験Ｅ、ＦおよびＧにおけるＣＯの高度発生 はこれらの場合の最適点より１−３％低かった燃焼室の空気比により説明するこ とができる（表４参照）。 最適点におけるＯ₂，ｃの値は約 0.4％であり、それは1.02の空気比λｃに相 当し、それが最適点をわずかに過剰化学量論量にする。しかしながら、Ｏ₂およ びＸに関する測定誤差を考慮に入れるならこれは誤差範囲内であり、従ってλｃ 最適点で約１であると言える。 実験の再現性に関すると、対照操業（試験Ａ）は約５ ×24時間行われ、本発明の操業（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈおよび表５に示されている変法 ）は合計３×24時間行われ、そして残りの操業は少なくとも 1.5×24時間行われ たと言える。これらの操業期間中に、いわゆるｂ−分析装置（表２）がその場で の測定により使用されなかった時には可能なら平均値の計算に意図した代表的な 試験期間を選択した。平均値を測定するための期間は４−６時間であったが、試 験Ｇに関してはそれは 2.5時間であり、そして試験Ｈ並びに第２図および表５中 の平均値に関しては期間は約１時間であった。 ＮＯ、N₂OおよびＣＯ発生の再現性は非常に高かった。SO₂発生の再現性は、多 分燃料の硫黄含有量が変動する結果として、幾分低かった。脱硫効果が90％程度 と高い時には、数％の硫黄捕捉の変動も SO₂発生にかなりの程度影響する。 床温度、頂部温度、全空気比（Ｏ₂により表される）、充填量（空気の全量お よび全空気比により表される）並びに全圧力低下が全ての場合に同じであったこ とは表４から確認できる。選択された試験期間は全て安定な操作条件下で操業さ れ、その際Ｏ₂に関して＜0.1％そして床温度および頂部温度に関して１−２℃の 典型的な標準偏差で操業を行なった。 試験の結果は、還元性／酸化性条件を燃焼器の下部および上部で選択的に生成 させることにより発生に対する還元性／酸化性条件の影響を識別できることを示 してい る。N₂OおよびＮＯ発生のかなりの減少が SO₂発生の増大なしに得られた。 本発明に従う逆転された段階的燃焼を使用する時の N₂O発生の劇的な減少は燃 焼室の上部における反応の重要な役割を指摘している。これは燃焼室の下部で生 成した笑気ガス（N₂O）の主要部分が燃焼室中を通るのを防止する燃焼室中の N₂ Oの高い還元度により説明することができる。この説明は燃焼室の下部における 条件の変化の中程度の効果と一致する（試験Ａ、ＢおよびＣ参照）。試験Ｅにお ける低い N₂O発生度が、減少した N₂O生成または増加した N₂Oの還元にどの程度 まで寄与するかは知られていない。 ＮＯに関しても、燃焼室の上部における余り酸化性でない条件の効果は燃焼室 の下部におけるより多い酸化性条件の効果に影響するであろう。これは燃焼室の 下部における変化がＮＯに対する顕著な効果にもかかわらず起き、そしてそれら の結果は燃焼室の上部でのＮＯ還元が余り酸化性でない条件により相当改良され ることを示している。 ＮＯと同様に、硫黄捕捉も段階的な空気供給度および床の下端部とサイクロン 出口における空気供給量同志の割合における変化に非常に敏感である。燃焼器の 上部における余り酸化性でない条件は、本発明に従う試験Ｅにおける場合のよう に燃焼器の下部におけるより酸化性の条件により相殺されないなら、硫黄捕捉の 劇的な減少を 生ずる（試験Ｄ参照）。通常の空気供給（試験Ａ）から本発明に従う逆転された 段階的燃焼（試験Ｅ−Ｈ）に変更した時に満足のいく脱硫が保持されており、そ してこれは硫黄捕捉処理に底部帯域の重要性を示している。硫黄捕捉に関連して 燃焼室の下部における条件の重要性について二つの説明があり、これは１）この 帯域における高濃度の吸収剤、および２）硫黄の主要部分が通常はこの帯域にお いて燃料から放出されているという事実である。 試験により示されているように、ＣＯ発生の望ましくない増加が得られるが、 サイクロン出口に供給された全空気量を変化させた時にはＣＯ発生の増加は鋭く 減少した（第２図参照）。別の改良が下記の事項により得られた： ａ）粒子分離器出口に供給される空気の予熱。（冷たい）空気がサイクロン出口 に供給される時には煙道ガス管の温度がかなり低下する（表４参照）。これは本 発明に従う燃焼方法を使用する時のＣＯの高い発生率のせいであると推定される （試験Ｅ−Ｈ）。予熱された空気がサイクロン出口への供給用に使用されるなら 、ＣＯ発生は他成分の発生を悪化させることなく恐らくは相当程度減じることが できるであろう。 ｂ）改良された空気分布。その場での測定は、酸素濃度が燃焼室の水平断面を越 えてかなりの程度変動することを示した（二次空気が燃焼室の上部に供給されな かった 時にも変動する）。燃焼室の底表面上のより良好な空気分布は、条件および得ら れる結果を多分改良するであろう。 ｃ）底板を通る以外の位置で燃焼室に供給される空気量の減少。実際的な理由の ために、一部の空気（全空気量の約15％）は燃焼シュート、粒子冷却器および空 気分離器を通して燃焼室の下部の側面から供給される。この量が減じられるなら 、これは多分得られる結果をさらに改良するであろう。 フライアッシュ中の未燃焼物質の形での燃焼損失は対照試験（試験Ａ）と比べ て約25％増加し、それは燃焼効率の約２％の減少をもたらした。この減少は多分 さらに有効なサイクロンを有するさらに大きい（さらに高い）燃焼器ではさらに 小さくなるであろう。燃焼損失は二次サイクロン（冷たい）からのフライアッシ ュの再循環によっても減少させることができる。最適点に対応する燃焼室に関す る空気比が燃焼損失を減少させると予測されるが、この試験は燃焼効率の変動を 得られるような十分な長さにわたっては行われなかった。 燃焼室の上部における比較的低い酸素濃度が燃焼器の放射燃焼表面（チューブ パネル）に如何なる影響を与えうるかどうかは知られていない。 底部帯域への空気流増加はより高い電力消費量をもたらすが、これは全ての有 毒な発生が本発明の使用時に減じられるという事実により相殺される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 レツクナー，ボー スウエーデン国 エス−411 29 イエー テボリ，ランダラバーゲン ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）燃料粒子を含む固体粒子床を燃焼室内に設置し、 ｂ）酸素を含有する流動気体を該床の中に導入してこれを流動化し且つ燃料粒 子の燃焼を促進させ、床の粒子の一部を生成した煙道ガスにより担持させ、 ｃ）担持された粒子を煙道ガスから分離し、 ｄ）分離された粒子の少なくとも一部を燃焼室に再循環させ、そして ｅ）粒子から分離された煙道ガスを酸素含有ガスと混合することにより後燃焼 にかける、 循環している流動床を有する燃焼器中での固体燃料の二段階燃焼方法であって 、気相中の実質的な酸化性条件を燃焼室の下部で保ち、そして気相中のほぼ化学 量論的条件を燃焼室の上部で保つことを特徴とする固体燃料の二段階燃焼方法。 ２． 0.9− 1.1の空気比を燃焼室の下部で保つことを特徴とする、乾燥および 無灰物質を基にして１−63％の揮発分を有する低揮発性および中揮発性燃料の燃 焼のための請求の範囲第１項記載の方法。 ３． 0.8− 1.1の空気比を燃焼室の下部で保つことを特徴とする、乾燥および 無灰物質を基にして63−92％の揮発分を有する高揮発性燃料の燃焼のための請求 の範囲第１項記載の方法。 ４．約0.95−約1.05の空気比を燃焼室の下部で保つこ とを特徴とする、請求の範囲第１−３項のいずれかに記載の方法。 ５．約0.98−約1.03の空気比を燃焼室の下部で保つことを特徴とする、請求の 範囲第４項に記載の方法。 ６．約１の空気比を燃焼室の下部で保つことを特徴とする、請求の範囲第５項 に記載の方法。 ７．少なくとも１の空気比を燃焼室の下部で保つことを特徴とする、請求の範 囲第２−５項のいずれかに記載の方法。 ８．燃焼室の下部より上の位置で燃焼室へ二次空気を供給することにより燃焼 を実施するなら、二次空気はそうでなければ燃焼室の下部に供給されるであろう 空気の一部分により供給され、該部分は多くとも15％に、好適には多くとも10％ にそして最も好適には多くとも５％に達し、燃焼室中の比較的高い部位で供給さ れ、然るに、燃焼室の下部では気相中にほぼ酸化性条件を維持しながら供給を行 なうことを特徴とする、前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。