JPS5824173B2 - 燃焼ガス中の有害な窒素酸化物の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排ガスの通過路中に燃焼室から排出する酸化鉄
粒子の捕集層を設け、該捕集層を通過する排ガスを捕集
層で捕獲した酸化鉄粒子の触媒作用によって処理し、排
ガスに含有する有害な窒素酸化物を無害化するようにし
たことを特徴とする燃焼ガス中の有害な窒素酸化物の除
去法に関するものである。

鉄酸化物は燃料の燃焼時に窒素酸化物の発生を抑制した
り、或いは発生した窒素酸化物を分解や吸収などして消
去し、その結果排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）
を低減するのに効果有ることが知られている。

この窒素酸化物の低減を図る脱硝方法の１例としては鉄
酸化物を触媒として使用するもので、排ガスを鉄酸化物
に接触させると有害な窒素酸化物が酸化、還元作用を受
けて無害な窒素化合物となる。

この方法による脱硝処理は一般的には鉄酸化物をフィル
ター状充填層とし、この充填層に排ガスを通過させるこ
とによって有害な窒素酸化物の低減率を図るのである。

しかし排ガスに微細なダストが含まれていると、このダ
ストは充填層の内部の微細空隙に蓄積し、排ガスの通過
抵抗を高めたり、極端な場合には目詰りを生じさせる。

しかも排ガスに硫黄化合物を含有していれば、硫黄化合
物がＮＨ３やＨ２Ｏと結合したとき液状の酸性硫安とな
って前記充填層の微細空隙を閉塞したり、鉄酸化物と反
応して活性を低下させ、実用的価値がない。

また鉄酸化物による触媒は燃焼室の稼動を停止すれば上
記目詰りや活性低下を賦活させ。

有害窒素酸化物の無害化を図ることができる。

しかしボイラのように、燃焼室を連続的に稼動しなけれ
ばならない装置では、有害窒素酸化物の低減を高率で維
持させるのに大規模な脱硝装置を必要とする。

鉄酸化物を使用して窒素酸化物の低減を図る脱硝方法の
他の例としては酸化鉄粒子を燃焼室に直１接又は燃料と
ともに添加することである。

この方法によれば大規模で高価な装置を必要としない。

しかし窒素酸化物の低減率は５０〜６０％が限度であっ
てこれ以上の高率を望むことかできない。

又、最大の欠点としては酸化鉄粒子が排ガスにダ１スト
として含み、二次公害を生じさせることにある。

本発明は上記に鑑み提案されたもので、燃焼室からダス
トとして排出する酸化鉄粒子を捕集層で捕獲し、この捕
集層に排ガスを通過させることにより含有する有害成分
、特に窒素酸化物を処理して無害化するのである。

したがって本発明によれば、燃焼室から酸化鉄粒子を排
出させるには、酸化鉄粒子を燃焼室に供給しなければな
らない。

酸化鉄粒子を燃焼室に供給するには、酸化鉄粒子を直接
燃焼雰囲気に投入したり、或いは燃料油に混入して供給
する。

上記した酸化鉄粒子とはマグネタイト、α−へマタイト
、γ−へマタイト、各種フェライトなど鉄酸化物を意味
するのであるが、水酸化鉄や有機鉄のように燃焼雰囲気
中で酸化鉄に変化する鉄化合物も含まれる。

これらの酸化鉄粒子を直接燃焼室に供給するには粉状と
してもよいが安定に分散した溶液状とするのが最も望ま
しい。

この場合、油、水その他適当な溶媒を使用し、酸化鉄粒
子が溶媒に十分安定な状態で分散していることが望まし
い。

一方、酸化鉄粒子を燃料油に混合して燃焼室に供給する
場合には、酸化鉄粒子がバーナノズル等を閉窒したり摩
滅させないように十分微細であり、しかも表面を適当な
界面活性剤で処理し、分散安定性を良好にするとよい。

上記いずれかの方法で酸化鉄粒子を燃焼室に供給すると
、酸化鉄粒子は有害な活性成分を酸化、還元処理して消
去する。

しかし消去する有害成分は２０〜６０％程度であり、酸
化鉄粒子は一部又は全部が微細なダクトとして燃焼室か
ら排出する。

本発明によれば燃焼室から排出する酸化鉄粒子を排ガス
の通過路に設けた捕集層で捕獲するのである。

上記捕集層の構成は後記するが、排ガスの通過路中に酸
化鉄粒子が存在するのによって、該酸化鉄粒子ζイ一般
の活性な酸化鉄触媒に準する還元作用により排ガスの有
害成分、特に窒素酸化物を無害化するのである。

そして本発明による活性な酸化鉄粒子は排ガスとともに
連続的に捕集層に供給されるため、排ガスに含まれる他
のダスト成分や溶融酸性硫安によって酸化鉄粒子の活性
が低減したとしても、その活性部位が連続的に供給され
る酸化鉄粒子で常に更新される。

このため捕集層における無害化処理能力、特に脱硝能力
は損われることがなく、常に活性な状態で存在する。

また上記捕集層は酸化鉄粒子の集合によって構成され、
特定された形状に成形した触媒層ではない。

このため粒子による比表面積が著しく大きいので処理能
力が高まるばかりでなく、必要に応じて攪拌したり粒子
の一部を除去すれば燃焼室の稼動を停止することなく強
制的に活性部位を更新することができる。

次に本発明の捕集層の具体的実施例について説明する。

排ガスの通過路中、酸化鉄粒子の捕集層を設ける有効な
手段として、この発明においては永久磁石又はソレノイ
ドによる磁界を利用する。

即ち排ガスの通過路中に磁気回路を形成して磁界を発生
させると、排ガスに含有する酸化鉄粒子は磁化され、磁
界によって生じる磁束密度の最も大きい位置に吸引し、
捕獲される。

この位置には排ガスが自由に通過するので、排ガスに含
有する酸化鉄粒子は効率良く捕獲されて捕集層を構成し
、同時に排ガスが酸化鉄粒子に接触して有害成分が酸化
鉄粒子の触媒作用により無害化するのである。

排ガスの通過路中に磁界によって酸化鉄粒子を捕獲した
捕集層を形成し、この捕集層に排ガスを有効に接触させ
るには、通過路中にＰ床を設け、このＰ床に磁気を作用
させて磁界を発生し、排ガスを上記沢床に通すのである
。

したがってＰ床は排ガスの通過により含有する酸化鉄粒
子を吸引して捕獲し、捕獲層を構成するとともに、排ガ
スがｆ床を通過するとき酸化鉄粒子に接触して触媒作用
により有害成分が無害化される。

Ｐ床に磁界を形成するには、二つの磁気感応性捕集材を
排ガスの通過方向と平行に対設し、各捕集材に磁界発生
源（永久磁石又はソレノイド）の各磁唖を接続して磁極
を発生させればよい。

上記捕集材は密に配する程排ガス中の酸化鉄粒子を捕獲
しやすいが、排ガスが通過するとき圧力損失が発生する
ので適宜な間隔を設定すべきである。

そして捕集材としては排ガスの高温に耐えるだけの耐熱
性と、排ガスに含まれる各種化学成分に侵されない耐蝕
性とが要求される。

又、磁界発生源として永久磁石を使用する場合、永久磁
石を排ガスによって高温度になる位置に設けることは避
けなければならない。

永久磁石は高温度に接すると発生する磁界が次第に減少
し、常に交換したり強力な永久磁石を必要とするからで
ある。

また磁界発生源としてソレノイドを使用した場合も上記
永久磁石と同様に高温度に接しない位置が望ましい。

図面は磁界により排ガスの酸化鉄粒子を捕獲し、捕獲層
を構成する例を示したもので、第１図は概略図、第２図
乃至第４図は排ガスが横方向に通る通過路に設けた捕集
層の具体的実施例、第５図、第６図は排ガスが縦方向に
通る通過路に設けた捕集層の具体的実施例である。

第１図において燃焼室１には供給ポンプ２を途中に設け
た燃料供給管３と、供給ポンプ４を途中に設けた酸化鉄
粒子供給管５とを接続し、更に送風機６によりダクト７
がら空気を供給する。

また燃焼室１には排ガスを通過させる横方向の通過路８
を連結し、該通過路８の先端に排ガスを縦方向に通過さ
せる通過路９を接続する。

したがって燃焼室１に燃料と酸化鉄粒子及び空気を供給
して燃焼させると、排ガスは通過路８゜９を通って排出
するが、通過路８，９に設けた捕集層ｉｏ、１ｉにより
排ガスに含有する酸化鉄粒子が捕獲される。

上記捕獲層は通過路８，９の一方に設けるだけで十分な
効果が有るが、両方に設ければ更に効果を高めることが
できる。

通過路８に位置させた捕獲層１０は第２図乃至第４図に
示すようにソレノイドを利用したものである。

即ち通過路８の上方にソレノイド１２を設置し、該ソレ
ノイド１２に挿通した鉄芯１３の左右の延長部分を通過
路８の各側面に沿わせて２つの縦方向の磁極１４．１５
を対向状に構成し、両磁極１４．１５の間隔にＰ床１６
を形成する。

このＰ床１６は一端が磁極１４に固定されて他端が自由
となった水平な磁気感応性捕集材１７と、一端が磁極１
５に固定されて他端が自由で、しかも上記捕集材１７に
対して近接して平行に対向した磁気感応性捕集材１８と
からなり、各捕集材１７゜１８は上下方向に多数並設す
る。

そして各捕集材１７．１８は谷部１９，１９’と山部２
０．２０’からなる波形を多数有し、対向状態では谷部
１９゜１９′相互が最も接近して磁束密度の最も大きい
位置２１を構成する。

なお各捕集材１７．１８は山部２０，２０’の内面に設
けた縦方向の非磁性保持材２２により支えられ、排ガス
が通過したとしても揺動したに接触することがない。

上記の構成においてソレノイド１２に通電すると発生す
る磁界は鉄芯１３から各磁極１４．ｉｓに伝わって各捕
集材１７，１８に一つの磁極が発生し、位置２１に最も
大きい磁束密度が発生する。

したがって排ガスが通過路８を通ると含有する酸化鉄粒
子は位置２１に捕獲されて捕集層を構成し、酸化鉄粒子
が活性なため触媒作用によって通過する排ガスの有害成
分を無害化するのである。

なお通過路８には上記のような捕集層１０が複数並設さ
れ、底面に排出部２３を設ける。

この排出部２３はソレノイド１２の通電を断ったとき、
Ｐ床１６から落下する酸化鉄粒子を排除するのに有効で
ある。

一方、通過路９に設けた捕集層１１は環状永久磁石２４
を使用した実施例で、筒状通過路９と同心に環状永久磁
石２４を設け、該永久磁石２４の片面を一極（Ｎ極）、
他面を他極（Ｓ極）とし、環状内部に通過路９を覆うｒ
床２５を設ける。

このｐ床２５は永久磁石２４の片面に固定した円盤状の
磁気感応性捕集材２６と、永久磁石２４の他面に固定し
た円盤状の磁気感応性捕集材２７を排ガスの通過方向に
対設してなり、各捕集材２６゜２７には同一位置に通孔
２８，２８’を開設するとともに、各通孔の周縁に隆設
した環状隆出部２９゜２９′を相互に近接させる。

この環状隆出部２９゜２９′が最も近接した間隔が磁束
密度の最も大きい位置３０であって、排ガスが通孔２８
，２８’を通過するとき含有する酸化鉄粒子が位置３０
に捕獲されるとともに捕獲された酸化鉄粒子の触媒作用
で通過する排ガスの有害成分を無害化する。

なお通過路９には上記した捕集層１１を適宜間隔で上下
に並設し、各捕集層１１を非磁性の環状ピース３１で保
持すれば酸化鉄粒子の捕獲率と有害成分の無害化を更に
高めることができる。

また、上記環状ピース３１を中空枠状として冷却水の出
入口を設け、内部に冷却水を通すと排ガスによって永久
磁石２４が昇温するのを防止することができる。

上記のように磁界によって排ガスの酸化鉄粒子を捕獲す
る方法は、他の方法と比較して効果が高い。

実用的な点において最も有効な効果としては、捕集層に
酸化鉄粒子だけが選択的に捕獲され、他の微細な成分が
捕獲されない。

このため捕集層は目詰りすることが少く、しかも排ガス
が酸化鉄粒子に有効に接触するので有害成分の無害化を
確実に、しかも効率良く行うことができる。

又、他の特有の作用効果としては捕獲された酸化鉄粒子
を容易に更新できることにある。

例えば沢床に発生している磁界を消去すると、捕獲され
た酸化鉄粒子はｒ床から離脱して排出部から容易に取り
出すことができ、磁界発生源としてソレノイドを使用し
た場合には通電を止めることにより著しく簡単に行うこ
とができる。

この処理は排ガスの出口においてダストの放出を減少さ
せるばかりでなく、不活性となった酸化鉄粒子を捕集層
から除去するので好ましい結果となる。

一方、Ｐ床から磁界を消去すると一時的に捕集層が消失
するので、排ガスを連続的に脱硝処理する場合に瞬間的
）と脱硝能力が失われ、好ましくない結果を生じる。

しかしｒ床から磁界を消去するのは瞬間であればよいか
ら、排ガスの処理に特別悪い影響を力えることはない。

排ガスに含有する酸化鉄粒子を捕獲するための磁界の強
さ、即ち磁束密度は、排ガスの流速、温度、酸化鉄粒子
の含有率及び燃料燃焼時に添加された酸化鉄粒子の性状
と燃焼条件により異なる。

磁束密度が少ないと酸化鉄粒子は十分に捕獲されず、捕
集層を通過して排ガス出口から放出することがあり、し
かも排ガスが酸化鉄粒子に十分に接触しないで処理効率
を低減させることがある。

一方、磁束密度が太き過ぎると酸化鉄粒子以外の粒子も
捕集層；こ捕獲することがあり、目詰りしたり排ガスの
圧力損失を来すことがある。

したがって−概には特定できないが、酸化鉄粒子がへマ
タイトであれば磁束密度が５００〜５０００ガウス、酸
化鉄粒子がα−へマタイトであれば１０．０００〜２０
，０００ガウスが好ましい。

以上によって明らかなように燃焼室から排出する酸化鉄
粒子で排ガスの通過路中に捕集層を形成し、該捕集層を
通過する排ガスを捕獲した酸化鉄粒子の触媒作用で処理
し、排ガスに含有する有害成分を無害化するようにした
ものである。

したがって従来の燃焼装置であっても排ガスの通過路を
僅かに変えるだけで、排ガスを確実に処理することがで
きる。

又、本発明によれば排ガスにアンモニア成分を注入する
ことにより窒素酸化物は勿論のこと、それ以外の成分、
例えば硫黄化合物の処理にも有効である。

アンモニア供給装置は第１図で符号３２さしてあり、こ
の装置３２からアンモニア成分を排ガスの通過路の、捕
集層の上流側に適宜の量で供給すると、捕集層における
脱硝能力を更に向上することができ、排ガスの温度が高
い場合でも支障なく適用できるものであって、排ガスの
処理効果を更に高めることができる。

以下に本発明の実施例を記載する。

実施例 １ 第１図に概略を示す燃焼ボイラ（燃料：Ｃ重油、最大連
続蒸発量：２６０Ｔ／Ｈ１最太使用圧カニ１２ ｋｙ／
ｃｒｔｔ ）において、排ガス通過路に第２図乃至第４
図に示す捕集層を設け、ボイラを燃焼させて種々の条件
で本発明を実施し、排ガスに含まれるダスト及びＮＯｘ
の量を測定したところ次の表の様であった。

なお表において、運転条件１は燃料に酸化鉄粒子を添加
しないし排ガス通過路に捕集層を設けたりアンモニアを
添加しない場合、運転条件２乃至５は燃料に所望量の酸
化鉄粒子を添加した場合、運転条件６乃至１０は燃料に
酸化鉄粒子を添加するとともに排ガス通過路に捕集層を
設けた場合、運転条件１１乃至１３は酸化鉄粒子を加え
て捕集層を設けるとともに排ガス通過路にアンモニアを
注入した場合である。

また次の表における酸化鉄粒子の種類の項において、Ａ
はマグネタイト粒子、Ｂはα−へマタイト粒子を示す。

上記表で明らかなように燃料に酸化鉄粒子を添加した場
合、酸化鉄粒子を添加するとともに捕集層を形成した場
合、更にアンモニアを添加した場合の方が排ガス中にお
けるダストの抑制、ＮＯｘの抑制に効果が高いことが明
らかとなった。

実施例 ２ 強制慣流式ペンソンボイラ（最大蒸発量２６０Ｔ／Ｈ１
常用圧力１２３ ｋｇ／ｃｉｔ、最高使用温度５４０℃
、挿入通風、蒸気噴出内部混合方式）の排ガスダクトに
内径１００ｍｍの枝ダクトを接続して排ガスの一部を通
過させ、この枝ダクトに第５図、第６図に示す構造の捕
集層を設置した。

捕集層の永久磁石２４は外径２００ｍｒＩＬ、内径１２
０朋、厚さ２０ｒｎｒＩＬのフェライト磁石で、通孔２
８．２８’の径がｌ１ｍ鳳通孔の数が１２個、隆出部２
９，２９’間の間隔が２ｒｎｒＬ、間隔内の磁束密度が
約６，０００ガウスであった。

上記ボイラに伺も添加しないＣ重油を燃焼したとき、枝
ダクト中の捕集層前方において排ガスのＮＯｘ濃度は１
６０咽であった。

しかしＣ重油にノックレス（出願人が製造販売する燃料
添加剤の商標名で、ケロシンに平均粒径１０ｍμのマグ
ネタイト粒子を２０重量％含有させたもの）を１／８５
０重量比で添加して燃焼させたら、捕集層の前方におい
て排ガスのＮＯｘ濃度はｉ２ｏｐｐｍに低下した。

更にＣ重油にノックレスを上記と同様に添加して燃焼１
０分後には、枝ダクトから排出する排ガスに含有するＮ
Ｏｘ濃度は４０ｐ−にまで低下した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の実施例の概略図、第２
図は捕集層の実施例の概略正面図、第３図は第２図ト１
線の拡大断面図、第４図は第３図Ｖｌ−ｖｒ線の断面図
、第５図は捕集層の他の実施例の一部を欠截した正面図
、第６図は同上の平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄化合物を燃焼室の燃焼雰囲気中に供給して燃焼ガ
   ス中の有害な窒素酸化物を減少させるとともに、排ガス
   の通路にはｒ床を備えた捕集層を設け、該捕集層には磁
   界を印加して排ガス中の酸化鉄粒子を吸引捕集し、且つ
   排ガス中に残存する有害な窒素酸化物は吸引捕集した酸
   化鉄の触媒作用により無害化するようにしたことを特徴
   とする燃焼ガス中の有害な窒素酸化物の除去方法。