JPS5925618B2 - 排ガス中の窒素酸化物低減法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ボイラ等の燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減
法としては周知の様に大別して、（１）燃焼法の改善に
よる低減法、（２）炉内高温脱硝法、（３）乾式触媒脱
硝法、（４）湿式吸収処理法等の方法が現在各方面で開
発研究中であるが、いずれの方法も経済性、脱硝性能、
運転安定性等の点で問題ないとは云えない。

本発明は上記分類に従えば、（１）燃焼法の改善と、（
２）炉内高温脱硝法との組合わせに属し、簡便かつ効果
的に、しかも燃料以外に特別な脱硝剤を必要とせずに排
ガス中のＮＯｘ を高度に低減する方法を提供するもの
である。

本発明者らはより高度な脱硝法の研究を鋭意進める中で
、酸素不足状態下に於ける石炭の熱分解ガスには、Ｃ−
Ｈ化合物、Ｃ０１Ｈ２等の可燃性ガスとともに少量のＮ
Ｈ３が存在する事を確認し、これ等のガスを分離してボ
イラに投入する事によって燃焼方法の改善と炉内高温脱
硝法との組合わせが可能な事を見出し本発明に至った。

即ち、本発明は、熱分解によりＣ−Ｈ化合物とアンモニ
アを発生する石炭系、石油系、及びガス系の燃料を使用
する燃焼装置において、該燃料の一部を別置した燃焼器
にて空気不足の状態でガス化し、含有するアンモニアを
水洗分離除去した後の前記ガスを前記燃焼装置の主燃焼
排ガスに添加し、その後流に酸素濃度が０．５体積パー
セント以下になるよう少量の燃焼排ガス及び／又は空気
を添加後、次に未燃分を消去するに十分な空気を添加す
る事によって排ガス中のＮＯを低下させ、かつ分離した
アンモニア含有洗浄水を更にその後流に噴霧添加する事
により、排ガス中のＮｏを高度に低減する事を特徴とす
る燃焼排カス中の窒素酸化物低減法である。

以下本発明の具体的実施例を示すフローシートである第
１図をもとに説明する。

第１図において１は通常の発電用ないし蒸気発生用ボイ
ラであり、火炉１ｃ、熱交換器１ｇ。

１ｈ、空気予熱器２、及び煙突３、燃焼排ガス循環ファ
ン６を有し、１ａは燃焼用空気、１ｂは燃料の供給ライ
ン、１１は主焼料の５〜２０％の石炭の熱分解ガス化燃
料を投入するライン１ｄ。

１ｅは燃焼排ガス及び空気１ｆは石炭の熱分解ガス水洗
液を投入するライン、１ｊ、１にはライン１１より投入
する石炭の熱分解ガス化燃料を調節するバルブである。

又４は石炭の熱分解ガス化炉であり、４ａは空気の供給
ライン、４ｃは石炭の供給ライン、４ｂ、４ｄは石炭の
熱分解残渣を排出するライン、４ｅは石炭の熱分解ガス
排出するラインである。

そして５は４ｅより供給される石炭の熱分解ガス水洗器
であり、分解ガス洗浄水溜５ａ、循環水ポンプ５ｇ、循
環水噴霧器５ｅを有し、５ｂは洗浄水の循環及びボイラ
への供給ライン、５ｃ、５ｈはその流量を調節するバル
ブ、５ｄは洗浄水の補給ライン、５ｆは水洗後の石炭の
熱分解ガス化燃料をボイラへ供給するラインである。

火炉１ｃに於て発生する窒素酸化物（ＮＯｘ、ＮＯを主
成分とし少量のＮ０２を含む）は大気汚染公害、特に光
化学スモッグの元凶的物質であり、煙突３より大気中へ
放出される前に何らかの方法で無公害化除去する必要が
ある。

本発明ではまず、火炉１ｃでの主燃焼後排ガス中の残存
酸素（通常１〜２体積パーセント）に対し燃料過剰とな
る様、ライン１１より水洗後の石炭の熱分解ガス化燃料
を投入して排ガス中のＮＯｘをＮ２或はＨＣＮ、ＮＨ３
等に転換する。

ここで水洗後の石炭の熱分解ガス化燃料とは、石炭の熱
分解ガス化炉４に於て酸素不足の状態で熱分解ガス化し
、このガスを石炭の熱分解ガス水洗器５に導入して水溶
性ガス（例えばＮＨ３など）を除去したガスであり、Ｃ
−Ｈ化合物、ＣＯ，Ｎ２等可燃性物質を含んでいる。

こうして火炉１Ｃで発生したＮＯｘの８０〜９５％はＮ
２、ＨＣＮ。

ＮＨ３等に転換される訳であるが、この状態での排ガス
は相当量のＣ０１Ｃ−Ｈ化合物等の未燃分を含んでおり
、これ等を完全燃焼消去するために成る程度高温域（９
００℃以上）で、残留酸素濃度が少なくとも０．５〜２
体積パーセント以上になる様に更に酸素を投入する必要
がある。

しかしこの様な通常の酸素投入ではＨＣＮ、ＮＨ３等の
窒素化合物が再びＮＯｘ に転換し、総合的な脱硝率は
たかだか４０〜５０％になってしまう不都合がある。

そこでまず通常の酸素投入の前、９００〜１３００°Ｃ
の高温度域の排ガスに空気あるいは燃焼排ガス（通常酸
素含有量：１〜３体積パーセント）をライン１ｄより微
少量（全排ガス中の酸素濃度として０．５体積パーセン
ト以下）投入しまだ燃料過剰の状態での少量の酸素添加
効果によって、ＨＣＮ、ＮＨ３の大部分をＮ２に転換す
る。

これは一度に０．５体積パーセント以上の酸素を投入す
ると、第３図の実験結果からも判る様にＮＨ３、ＨＣＮ
がＮＯｘ に転換してしまい総合的脱硝率が低下してし
まうためである。

この様にしてＮＨ３、ＨＣＮを分解した後その後流に空
気を、未燃分は消去しかつ残存酸素濃度二〇、５〜３．
０体積パーセントになる様にライン１ｅより投入する。

この様にして燃焼方法の改善により総合脱硝率は７０〜
７５％に向上したが排ガス中の窒素酸化物を極力抑制し
ようと云う要望に対しては未だ不充分であった。

そこでその後流９００〜１０００℃の温度域に石炭の熱
分解ガス水洗液をライン１ｆより投入する。

酸素不足気味での石炭の熱分解ガスはＣ０１Ｃ−Ｈ化合
物、Ｎ２ とともに１００〜ｌ１００ＯｐｐのＮＨ３
を含んでおり、これを水洗する事によってＮＨ３を水洗
液に溶解させ、この水洗液をライン１ｆより投入すれば
酸素存在下（体積パーセントで０５〜３％）でのＮＨ３
の脱硝反応により、更に高度なＮＯｘ の低減が可能と
なる。

又この間の脱硝メカニズムは従来の燃焼方法の改善と炉
内高温脱硝法との組合せ（特願昭５３−４５１２３ ）
工程中での脱硝メカニズムと同様な事が考えられるが、
工程順にその化学反応を箇条書すると次の如くとなる。

イ、燃焼方法の改善 （ｉ）Ｃ−Ｈ化合物の添加 ＮＯｘ＋Ｃ−Ｈ→Ｎ）Ｔ、
、 ＨＣＮ、 ＮＯなど （１１）少量の酸素添加 ＮＨ３、ＨＣＮ＋０２→Ｎ２
、ＨＯ，Ｃ０２など （Ｉｌｌ）多量の酸素添加 Ｃ−Ｈ，ＣＯ，Ｂ、→ＣＯ
２、Ｎ２０など 口、炉内高温脱硝 ６Ｖ） ＮＨ３の添加 ＮＯ十ＮＨ３＋０２→Ｎ２、
Ｎ２０など 第１図で６は燃焼排ガス循環ファン、１ｊ。

１にはライン１１より投入する石炭の熱分解ガス化燃料
を調節するバルブ、１ｄは燃焼排ガスを炉内へ供給する
ライン、１ｅは残留未燃分を消去する空気の投入ライン
、１ｆは石炭の熱分解ガス水洗液を残存ＮＯに対して０
．５〜３倍モルのＮＨ３量となる様に投入するラインで
ある。

ＮＯｘ未燃分を除去され清浄となった排ガスは炉を出た
後、空気予熱器２、煙突３を経て大気中に放出される。

この様な方法、即ち燃焼方法の改善と炉内高温アンモニ
ア添加脱硝法の組合わせに石炭の熱分解ガスを用いた本
発明の方法は、従来のプロパンとアンモニアガスを用い
た組合わせ方法の脱硝率：８５〜９６％に対して８２〜
９４％と何ら遜色なく、石炭等の燃料のみを利用した脱
硝法としての利点を有し、工業的にも簡便かつ低コスト
の高度脱硝法として有用である。

又本発明の方法は石炭に限らず熱分解でＣ−Ｈ化合物と
ＮＨ３を発生する燃料（例えば、石油系及びガス系燃料
）ならば何でも応用できる。

そして対象装置としては一般的な燃焼装置、例えば重油
及びガス等の燃焼装置、ゴミ焼却装置、パルプ回収ボイ
ラ等にも同様に有効に適用できる事は云うまでもない。

次に本発明方法の実験例を示す。

実験例 第２図に示す様な試験炉（煙道内径：８０ＣｒＩＬ排ガ
ス量： １００ ｏＮｍ／Ｈｒ ）を用いて試験を行っ
た。

第２図で１０１は燃料用Ｃ重油、１０また燃焼用空気の
供給ライン、１０３は燃焼用火炉であり、１０４は石炭
の熱分解ガス化燃料１０５は燃焼排ガス（通常酸素含有
量：１〜３体積パーセント）又は空気、１０６は空気、
１０７は石炭の熱分解ガス水洗液（アンモニア含有）の
供給ライン、１０８は煙道、１０９は煙突である。

又１１２は石炭の熱分解器であり、１１１は電気炉、１
１０は空気の供給ラインであり、１１３は石炭の熱分解
ガスを石炭の熱分解ガス水洗器１１４へ導入するライン
である。

石炭の熱分解ガス水洗器１１４に於いて、１１４ａは洗
浄水溜、１１４ｃは洗浄水の排出ポンプであり、１１４
ｂは洗浄水の補給、１１４ｄは洗浄後の石炭の熱分解ガ
ス化燃料を排出するラインである。

そして１０４ａ、１１５ａはライン１０４より投入する
石炭の熱分解ガス化燃料の流量を調節するバルブ、ライ
ン１１５は過剰な石炭の熱分解ガス化燃料を火炉１０３
に投入するラインである。

排ガス計測は煙道１０８の点で行い、全ての実験に於て
この点での残留酸素濃度を３． ＯＶｏ１％になる様に
設定した。

又火炉１０３に於ける主燃焼後の酸素濃度は１、ＯＶｏ
１％、ライン１０４よりの石炭熱分解ガス化燃料の供給
量は燃焼熱量基準でライン１０１，１１５よりの主燃料
供給量の１０％とした。

ライン１０４．１０５．１０６．１０７より何ら供給を
行わない場合、即ち主燃焼のみの場合のＮＯｘ値は１５
０ｐｐｍであり、ライン１０４、よりプロパン、ライン
１０５より少量の空気（全排ガス中の酸素濃度にして０
．０１〜０．５Ｖｏ１％）、ライン１０６より多量の空
気、ライン１０７よりアンモニアガスをＮＨ３／ＮＯＸ
モル比＝２で供給した場合の脱硝率は９６％であった。

次にこれ等ライン１０５，１０６よりの供給とあわせ、
本発明の主眼点であるライン１０４よりの石炭の熱分解
ガス化燃料、ライン１０７よりの石炭の熱分解ガス水洗
液を投入した場合の試験結果を第３図に示す。

なおライン１０４ 、１０５ 、１０６，１０７よりの
供給点での排ガス温度はそれぞれ１３００℃、１１００
℃、１０００℃、９５０℃であり、いずれの場合も点１
０８に於て、Ｃ−Ｈ化合物、ＣＯ，ＮＨ３等の未燃分は
認められなかった。

又石炭の熱分解器１１２での熱分解温度は８００〜１２
００℃の温度範囲であった。

第３図に於てＡ’ 、 Ｂ’はライン１０４よりプロパ
ンガスを、ライン１０７よりアンモニアガスを投入した
場合でＡ′がＮＨ３／ＮＯｘモル比−１，０、Ｂ′がＮ
Ｈ３／ＮＯｘモル比−２，０での試験結果である。

又Ａ、Ｂはライン１０４より石炭の熱分解ガス化燃料を
、ライン１０７より石炭の熱分解ガス水洗液を投入した
場合でＡがＮＨ３／ＮＯＸモル比＝１．０、Ｂｙ：Ｊ″
−ＮＨ３／ＮＯｘモル比−２，０での結果である。

この様に石炭の熱分解ガスを用いた燃焼方法の改善と炉
内高温脱硝法との組合わせによる脱硝法は効果的であり
、プロパン、アンモニアガスを用いた場合に対してさほ
どの遜色もなく、高い脱硝率が得られ、燃料以外の脱硝
剤を必要とせず工業的にも有用な方法である事が判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体的実施例を示すフローシート。 第２図は本発明の有用性を示す実験装置のフローシート
。 第３図は第２図の装置を用いて得られた実験結果例。 １・・・・・・ボイラ、４・・・・・・熱分解ガス化炉
、５・・・・・・熱分解ガス水洗器、１０３・・・・・
・燃焼用火炉、１１２・・・・・・熱分解器、１１４・
・・・・・熱分解ガス水洗器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱分解によりＣ−Ｈ化合物とアンモニアを発生する
   石炭系、石油系及びカス系の燃料を使用する燃焼装置に
   おいて、該燃料の一部を別置した燃焼器にて空気不足の
   状態でガス化し、含有するアンモニアを水洗分離除去し
   た後の前記ガスを前記燃焼装置の主燃焼排カスに添加し
   、その後流に酸素濃度が０５体積パーセント以下になる
   よう少量の燃焼排ガスおよび／又は空気を添加後、次に
   未燃分を消去するに十分な空気を添加する事によって排
   ガス中のＮＯを低下させ、かつ分離したアンモニア含有
   洗浄水を更にその後流に噴霧添加する事により、排ガス
   中のＮＯを高度に低減する事を特徴とする、燃焼排ガス
   中の窒素酸化物低減法。