JPS5938512A - 燃料燃焼法およびその装置 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動媒体（ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｅｄｉａ）を
加熱する燃料燃焼法およびその装置の改良に関する。

本発明は、燃料の燃焼によって発生するエネルギーを利
用する工学のすべての分野において適用できろ。

有機燃料の燃焼は、現代工学において基本的プロセスで
ある。前記プロセス時に発生したエネルギーは、熱、電
力および機械的仕事用の大部分の需要を満たすように使
用される。工業、農業、建設工学および輸送における大
部分の製造プロセスは、燃料の燃焼によって発生したエ
ネルギーを消費する。最近１０年間の容易ならぬ経験は
、燃料の高価格がすべての製品の高価格を意味すること
を示している。この状況並びに合理的な方法によって抽
出される有機燃料の限られた供給源を考慮すると、人類
は世界の燃料消費量が１２〜１５年毎に２倍に増大して
いるという今日の工業発展のために代替手段を見つける
という重要な世界的な問題に直面している。新しい種類
の動力源（例えば原子力および原子核）の利用における
最近の進歩と共に、有機燃料の最適利用の問題が依然と
して今日も緊急のことであり、そして多分長期間重要で
あり続けるであろう。

すべての種類の燃料が火炎炉（ｆｌｃｍｅ ｆｕｒｎａ
ｃｅ）内で燃焼されることは常識である。この方法はか
なり効率が良く、それ故熱動力工学および油精製からガ
ラス製造までの範囲の各種の製造プロセスにおいて広く
使用されている。

しかし、火炎燃焼は多くの点で不利である。

ガス状および液状燃料は、火炎炉内で１４７０〜１８７
０Ｋの温度において燃焼される。高温煙道ガスは、熱を
熱伝達媒体または被処理物質のいずれかである作動流体
に与える。しかし、１０００度を超える温度は必ずしも
必要ではなく、そして中位の温度の煙道ガスを製造する
ためには過剰の突気供給を使用するか（αは１．２〜４
）、高温煙道ガスを溶解するために冷風を使用して燃料
を燃焼しなければならない。更に、若干の熱は炉床（ｈ
θａｒｔｈ）内、熱交換器内、およびエコノマイザ−内
で直接に浪費される。その結果、国民経済のすべての部
門における燃料の利用率は平均帆３〜０．４である。

火炎炉内で燃料を燃焼する際の別の実質的欠点は、環境
に影響を及ぼす各種の有害物質、例えば１２７０Ｋ以上
の温度において生成される一酸化炭素および窒素酸化物
を生成することにある。

不活性粒子の流動床内において１１００〜１３００Ｋの
温度で燃料を燃焼する方法も既知である（例えば、第２
回工学会議の会報、ジェイ・エフ・ビッドソンおよびデ
ィー・エル・ケエアーンズ編、「流動化」、ケムブリッ
ジ・ユニバージティー・プレス、１９７８年参照）。こ
の種の燃料燃焼法は火炎炉床に比較して成る種の利点を
与えるが、その使用はボイラーユニット効率の改良とい
う問題を解決せず、かつ有害成分の流出を防止させない
。

明らかに燃料を燃焼することによって発生した熱の利用
効率の増大は流出ガスを通しての熱の損失を最小限にす
ることに関連している。また、流出ガスを通しての熱の
損失は、過剰の成分を含まない化学量論的燃料／空気混
合物を燃焼する際に、また流出ガスの温度を最低の水準
まで下げる場合に最小限であることが明らがである。

所定の流出ガス温度（５７０Ｋ）および各種の空気／燃
料比（α）における計算された熱利用率（η）、および
一定の空気／燃料比（α−１）および各種の流出ガス温
度における熱利用率を以下に示す。

前記データは、高い熱利用率が以下の２つの条件、 （ａ）燃焼すべき燃料／空気混合物が化学量論であるこ
と、 （ｂ）流出ガス温度を最低水準、 例えば４７０Ｋに下げることが満たされた場合にのみ得
られることを示す。

硬質（ｈａｒｄ）不活性粒子の流動床内で燃料を燃焼す
る条件は、床の出口におけるガス温度が高い（１１００
Ｋ以上）であるので前記要件を満たさない。温度の実質
的低下（９００Ｋ以下）は、床内で生成される不完全燃
焼生成物（８％までの一酸化炭素〕を床の外で後焼成に
付さなければならないので実施不能である。同一の理由
で、過剰の空気比を比較的高い水準（α１．１）に維持
すべきである。

流出ガスの毒性を減少させるという問題は、いずれによ
っても満足には解決され得ない。１２５０〜１３７０Ｋ
の燃料燃焼温度に依存してガス中の窒素酸化物の含量は
Ｎ０２４０〜３００ｍｇ／ｍ３であり、そしてこの値は
現在の許容量を大幅に超える。

本発明に最も近い方法は、純粋であるか不活性熱伝達剤
と混合できる燃料酸化触媒からなる分離（ｄｉｅｃｒｅ
ｔｅ）物質の粒子の流動床中に浸漬された熱交換コイル
内に水蒸気を発生させようとする燃料燃焼法である（例
えば、米国特許第３，１１９，３７８号明細書参照〕。

本発明のこの原型（ｐｒｏｔｏｔｙｐθ）によれば、分
離物質の床は２つの連続帯に分離される。第一帯域には
燃料酸化触媒が充填され、そして第二帯域には酸化触媒
よりも耐熱性である不活性熱伝達剤が充填される。触媒
を過熱させないために、第一床に導入される燃料／空気
混合物は一成分（燃料または空気のいずれか）が実質上
過剰であり、それ故火炎燃焼できない。触媒の床から流
出しかつ不完全燃焼の生成物または遊離酸素を含有する
加熱混合物を流動床の第二帯域に導入する。不定の成分
（即ち、空気または燃料）を同一帯に所定部分で供給し
、そこで混合物は不活性粒子の表面上で１２５０〜１３
７０Ｋの温度において完全に燃焼する。

装置の第二帯域内の条件は不活性硬質粒子の流動床内で
燃料を燃焼する条件に十分に相応するので、全体として
の装置は前記のすべての不利（低い操作効率および流出
物内の有害成分の高含量率）を示す。

前記原型における触媒の底部床は、多量の熱がそこから
離脱されるが不活性硬質粒子の頂部流動床の安定および
安全な発火用に実際に意図されている。

前記操作条件は、富んだ燃料／空気混合物（α之１）の
酸化領域におけるホットスポット（ｈｏｔｓｐｏｔ日）
の場合には触媒の過熱および失活を防止するように選択
されている。しかし、本発明者等は多くの実験によって
流動床内のホットスポットまたは触媒の個々の粒子の局
部過熱が流動化効率が貧弱であり、かつ熱引抜速度が熱
発生速度はど高くない場合にのみ生ずることを児い出し
ている。

これらの影響は以下の場合、 （ａ）ガス速度が流動化初速度にほとんど等しい場合、 （１））特に小さいサイズの充填物を床中に導入する場
合（充填物は触媒粒子の移動および熱交換を制限する） において可能である。

本発明の主要目的は、燃料燃焼法の修正および装置の構
造の適当な修正によって、燃料を燃焼することにより発
生した熱の利用における最大効率を保証し、そして煙道
ガスによって運ばれる有害成分（例えば、一酸化炭素、
窒素酸化物および硫黄酸化物）が環境に流出するのを防
止する燃料燃焼法およびその装置を提供することにある
。

この目的のために、燃料／空気混合物を完全酸化触媒の
流動床中に供給することからなり、燃料／空気混合物が
化学量論であり、そして完全酸化触媒の流動床の温度を
作動媒体の流速の変化によって６７０〜１０７０Ｋに維
持する作動媒体を加熱する燃料燃焼法が提案される。

本発明の燃料燃焼法は、高温燃焼法に特有の有害成分（
一酸化炭素および窒素酸化物）の生成を伴わずに燃料の
高速低温酸化を与え、かつ高い熱利用効率（９０〜９５
％まで）も与える。

完全酸化触媒は０．０４〜Ｑ、２ｃｍの直径および１〜
２ｇ／ｃｍ３の嵩密度を有する球状粒子の形状であるこ
とが好都合である。

前記構造の完全酸化触媒は、沸騰床中での摩擦から生ず
る触媒の摩耗を最小限にし、十分に高速の熱交換をセッ
トし、そして完全酸化触媒を乾燥操作時に硬質（粉末）
状態で作動媒体から空気力学的に分離するのに好都合で
ある。

完全酸化触媒の流動床の流動化数（ｆｌｕｉｄｉｚａ−
ｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ）は３以上であることが好まし
い。

流動化数が３以上であると、触媒の床内の熱伝達は十分
に改善され、そして化学量論的な濃厚燃料／空気混合物
の粒子は酸化時に過熱しない。

燃料燃焼法を作動媒体を乾燥するのに使用する場合、完
全酸化触媒の流動化速度は作動媒体の粒子の終端速度に
等しいか、より速いかのいずれかであることが好都合で
ある。

前記の完全酸化触媒の流動化速度は、触媒粒子間、およ
び粒子と作動媒体との間の高速の熱交換を保証し、その
結果完全酸化触媒粒子の熱的過熱を防止し、そして化学
を論的濃厚燃料／空気混合物を拳法において使用できる
。

この目的は、空気を給送するのに役立つガス分布スクリ
ーンによってその底が限定された完全酸化触媒の流動床
を十分に充填した垂直ケースを具備する燃料燃焼法を実
施する装置において垂直ケースが５０〜８０％の開口面
積を有しかつ穴（各々は完全酸化触媒粒子の直径の２倍
〜１０倍である）を設けた水平に配設された分画スクリ
ーンを組み込むことを特徴とする燃料燃焼法を実施する
装置によって達成される。

前記装置は、酸素を含む媒体中で安定ではない材料を包
含する各種の粉末材料、例えば石炭、硫化吻精鉱、鉱石
等を乾燥する際に特に有用である。

管状熱交換表面を垂直ケースの内部空間のすべてにわた
って配置させて液体、例えば水および炭化水素液体を加
熱させかつ蒸発させることができる。

以下で使用する「燃料」なる用語は空気中に含まれる酸
素と化学的に反応し、そして熱を発生するガス状、液状
または硬質材料を意味する。

「熱利用効率」なる用語は作動媒体を加熱するのに伝達
された熱の％を意味する。

「作動媒体」なる用語は燃料の接触酸化によって発生し
た熱を使用して加熱され、蒸発され、または１つの状態
から別の状態に変換される液状、硬質またはガス状材料
を意味する。

本発明を添付図面と一緒にとられた好ましい具体例を参
照して詳述する。

第１図を参照すると、燃料を燃焼しかつ作動媒体を加熱
する本発明の装置は、２〜５％の開口面積を有するガス
分布スクリーン２によってその底が限定されている垂直
ケース１を具備する。垂直ケース１は、５０〜８０％の
開口面積を有しかつ垂直ケースを十分に充填する完全酸
化触媒４の粒子の直径の２倍〜１０倍である穴を設けた
水平に配設された分画スクリーン３を収納している。完
全酸化触媒４は、０．０４〜０．２ｃｍの直径および１
〜２ｇ／ｃｍ３の嵩密度を有する球状粒子の形状である
。

完全酸化燃料触媒４は周期表の第■族〜第■族の第二亜
族に包含される酸化物であり、前記酸化物はアルミノシ
リケートまたはアルミニウム、鉄、ケイ素の酸化物をベ
ースとするセラミックキャリヤーの機械的に強い球状粒
子上に沈着し、１０〜２００ｍ２／ｇ、の比表面積およ
び０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３の嵩重量を有し、そして活
性成分の酸化物の含量は完全酸化触媒４の粒子の５〜３
０重量％である。活性成分は前記金属の個々の酸化物、
およびそれらの混合物または前記酸化物単独からなるコ
ンパウンド、または前記酸化物およびキャリヤー物質か
らなるコンパウンドの形態であることができる。操作状
態において、完全酸化触媒４の粒子の流動床はその中に
浸漬される分画スクリーンを充填し、そして自由に沸騰
する床の２つの帯域を形成し、一方は分画スクリーン３
の下に配置され、そして他方はその上に配置される。底
部帯域の高さは燃料の接触酸化プロセスがその中で完了
するように調整される（通常、底部帯域の高さは０．２
〜０．６ｍである）。

第２図に示すように、第１図の装置の温度プロフィルは
２つの等温帯域、即ち温度が燃料の完全酸化に必要な６
７０〜１０７０Ｋの範囲内に維持される底部帯域および
温度が作動媒体５の加熱条件に依存し、例えば４２０〜
７７０にである頂部帯域からなる。断続温度領域は分画
スクリーン３（第１図）によって占有されるケースの内
部空間内にある。

第１図に示された装置においては、作動媒体５、例えば
湿潤粉砕材料を貯蔵所６から回分装置、例えばスクリュ
ーフィーダー７を通して完全酸化触媒４の流動床の表面
に直接導入することによって、熱を完全酸化触媒４の流
動床の頂部帯域から伝達する。装置の操作時の必須要件
は、触媒４および導入された作動媒体５の硬質粒子の空
気力学的分離にある。実際上、完全酢化触媒４および作
動媒体５の寸法および密度は、作動媒体５の粒子の同伴
速度が完全酸化触媒４０粒子の速度２倍または３倍以下
になるように選択される。作動媒体５の粒子は垂直ケー
ス１から運び去られ、そしてサイクロン８中に入れられ
、かつ煙道ガス流から分離される。

燃料燃焼法を前記装置において次の通り実施する。ケー
ス１に入れられた完全酸化触媒４（第１図）をいずれか
の好適な従来法によっｉ５２０Ｋの温度に加熱する。装
置を始動するためには、ガス分布スクリーン２および燃
料供給／分布装置９に隣接する触媒４の一定部分だけを
加熱すれば十分である。完全酸化触媒４の床の流動化に
必要な空気をスクリーン２の下から噴射し、そして装置
９は例えば４７０〜６２０Ｋの沸点を有する液状の燃料
を供給する。燃料／空気混合物が高速で酸化され、かつ
触媒４の床が流動状態になると、温度は６７０〜１０７
０Ｋの操作範囲に迅速に上昇し、その際に４７０〜６２
０Ｋの沸点の液状燃料の供給を停止し、装置９はガス状
、液状または硬質状のいずれかの状態の操作燃料を供給
し始め、そして燃料と空気との化学量論的混合物を次の
操作時に完全酸化触媒４の流動床中に供給する。

粉砕作動媒体５を貯蔵所６からフィーダー７を通して垂
直ケースエの頂部に供給する。触媒４の流動床の頂部帯
域内の温度が４２０〜７７０Ｋの範囲内に維持され、そ
して分画スクリーン３の下の底部帯域内の温度が６７０
〜１０７０Ｋの範囲内に維持されるように燃料供給速度
を調整する。

濃厚空気／燃料混合物の接触酸化時に生ずる主要問題の
１つは、完全酸化触媒４の粒子がそれ程過熱せず、かつ
その失活を生ずるホットスポットが触媒４の流動床内に
生じない適当な使用条件を見い出すことにある。この問
題は以下の理由で全く必須である。

１、大部分の燃料の場合、化学量論的燃料／空気混合物
の燃焼時の断熱加熱温度は２３００Ｋよりも高い。

２、金属酸化物をベースとする現代の硬質相触媒は、１
０００〜１２００Ｋを超えない温度において熱的に安定
である。それ故、触媒４の床内の熱伝達が一時的にでも
損われる場合には、完全酸化触媒４の若干部分は不可逆
的失活を受ける。これらの理由で、本発明の方法の設定
時の主要な考慮は、前記不可逆的失活が不可能である条
件の決定に払われた。この目的は、触媒４の床が触媒４
の粒子の流動化の初速度を少なくとも３倍超える線速度
（流動化数〕においてケースｌの底部帯域内で自由沸騰
に付される装置において達成される。この種の条件下に
おいては、床内の熱伝達速度は非常に高いので、完全酸
化触媒４のかなりの過熱および失活は生じない。

分画スクリーン３の使用は、流動床内の熱伝達を１０，
０００〜２０，０００Ｗ／ｍ、ｋ（自由沸騰床）から２
００〜５００Ｗ／ｍ、ｋ（前記寸法の分画スクリーン３
を組み込んだ流動床）に減少させる。流動床の熱伝達の
減少は、分画スクリーン３のセルを通過する粒子の減速
に帰する。分画スクリーン３の流動床内の熱伝達をこの
水準に維持し、熱を装置の底部帯域において発生させ、
そして熱を装置の頂部帯域において除熱すると、分画ス
クリーン３の高さ１ｃｍ当たり２０〜１００Ｋの分画ス
クリーンを横切ってのかなりの温度差があり、それによ
って燃料燃焼装置は非等温の温度プロフィルを与える（
第２図）。

硬質相作動媒体の処理、即ち湿潤分離多孔性材料の乾燥
の場合における燃料燃焼法およびその装置の使用を以下
の例において説明する。

例１ ２５０ｍｍの内径を有しかつ５％の開口面積のあるガス
分布スクリーン２を組み込んだ垂直ケース１に、銅−ク
ロム完全酸化ビード触媒４（ビーズは２〜２．５ｍｍを
有し、かつ１０００ｋｇ／ｍに等しい嵩重量を有する）
２５ｋｇを充填する。この触媒４の流動化初速度は８７
０Ｋの煙ガス温度において０．９ｍ／秒に等しい。

４２０Ｋの温度における完全酸化触媒４の予熱流動床を
化学景論比（α＝１．０〜１．１）の空気および燃料で
下から供給する。空気の流速は触媒４を流動化させるよ
うに調整され、そして１２０Ｎｍ３／時に等しい。装置
ケース１のセクションにおける流動化剤の操作線速度は
２．２〜２．８ｍ／秒に等しい。完全酸化触媒４の沸騰
流動床の底部においては、熱が燃料の接触酸化のため高
速で発生される。

ここで維持された温度は８７０Ｋに等しい。

乾燥すべき材料、即ち１７重量％の最初の含水量を有す
る多孔性アルミノシリケート吸着剤を１０００ｋｇ／時
の速度で導入する。乾燥すべき吸着剤のフラクショナル
組成（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
）は０．０４０ｍ以下である。吸着剤粒子の終端速度は
１．２ｍ／秒に等しい。流動床の頂部帯域においては、
完全酸化触媒４の粒子と直接接触する粒子の表面からの
水の蒸発によって熱は高速で除熱される。

得られた操作条件は、材料を３８０〜４００Ｋの温度に
おいて最終含水量３〜４重量％に乾燥させる。

この例に記載の湿響材料乾燥法を実施するための燃料の
燃焼時の熱利用効率は８０％に等しい。

例２ 操作は例１の操作と同一であるが、乾燥すべき材料は３
５重量％の最初の含水量および同一のフラクショナル組
成を有する吸着剤の形態であり、材料を６００ｋｇ／時
の速度で導入する。材料を３９３〜４２３Ｋの温度にお
いて最終含水量４〜５重量％に乾燥させる。熱利用効率
は９０％に等しい。

本発明の方法の別の具体例においては、液状作動媒体、
例えば水、水溶液、炭化水素液体および他の媒体の加熱
および蒸発のために燃料を燃焼する。

この場合、第１図の装置に装置の内部空間のすべてにわ
たって配設された管状熱交換表面１０を設ける。この燃
料燃焼装置を第３図１で示す。装置はガス分布スクリー
ン２によって底が限定されている垂直ケース１、燃料を
完全酸化触媒４の流動床内に導入するのに役立つ装置９
、および床を２つの帯域、即ち燃料を６７０〜１０７０
Ｋの温度において接触的に燃焼する高温底部帯域、およ
び煙道ガスを４２０〜５７０Ｋの温度に冷却させる頂部
帯域に分離するのに役立つ分画セクション３を具備し、
そして加熱すべき液体を処理する管状熱交換表面１０の
コイルを組み込む。燃焼生成物は装置の熱伝達および利
用効率を最大限にするために熱交換表面１０内を下方向
に流れる液体に対して自流に上方向に通過されることが
好都合である。

装置を硬質作動媒体を加熱する前記の場合と同一の方法
で始動したが、装置が定常状態の条件下での操作を開始
しかつ操作温度が６７０〜１０７０Ｋの範囲内になった
後に、加熱すべき液体を管状熱交換表面１０内に供給す
る。

第４図は、第３図に示された装置内における触媒４の流
動床の高さに関連する温度プロフィルを示す。

第４図のグラフを参照すると、分画スクリーン３（第３
図）は、燃料の強烈な接触酸化に必須の６７０〜１０７
０Ｋの温度が底部帯域において維持され、そして燃焼生
成物を適当に冷却させかつ９０％以上の熱利用効率に到
達するのに必要な４２０〜５７０Ｋの温度が頂部帯域に
おいて維持されるので、装置を最も有利である非等温条
件下において操作できるようにさせる。

液体の加熱および蒸発時における燃料燃焼法およびその
装置の使用を以下の例によって説明する。

例１ 使用された燃料は、以下の元素組成を有する炉油である
。

燃料を前記装置において燃焼する。３５０Ｋの温度に予
熱された炉油をプランジャポンプによって供給する。燃
料の流速は５．６ｋｇ／時であり、そして空気の流速は
６３ｍ３／時である。

完全酸化触媒を電気ヒーターによって６００〜７００Ｋ
の温度に予熱し、次いでディーゼル燃料を供給して数分
間で触媒４の流動床の温度を７５０〜８００Ｋに昇温す
る。前記温度に達した後、ディーゼル燃料の供給を停止
し、そして炉油の供給を開始する。温度が７５０〜８０
０Ｋの範囲内である場合に、炉油を一定に燃やし、次い
で床内の温度を６７０〜１０７０Ｋの範囲内に上げる。

燃料および空気の供給速度が前記のように調整される場
合には供給邦を測定することによって算出された値αお
よび流出ガスのクロマトグラフィー分析によって算出さ
れた値αは実際上等しく、そして１．１であることが見
い出されている。触媒４の流動床上のガス混合物を分析
する。

窒素酸化物含量をグリース／イロスベイ試薬を使用する
従来の光熱量的技術によって算出する。

得られる流出ガス混合物の組成は次の通りである。

床内の温度が９２０Ｋよりも高く、かつαが１よりも大
きい場合には燃料中に含有される硫黄はＳＯ３に定量的
に酸化される。

熱利用効率ηは９２％である。

例２ 装置に銅クロム５％および残部ｒ−Ａユ２０ｉ＋からな
る触媒（０，７６ｇ、／ｃｍ３の高重量）７０１を充填
する。予熱操作の完了時に操作条件は次の通りである。

空気の流速は６０ｍ３／時であり：ディーゼル燃料の流
速は６．３９１／時であり；熱交換表面内の水の流速は
１１００１／時であり：人口の水温は３００にであり、
そして出口の水温は３４５にである。自由に沸騰する床
内の温度は８００Ｋであり、そして装置の出口における
温度は４５０Ｋである。熱利用効率は８５％である。

例３ 操作は例１の操作と同一であるが、空気の流速は１００
ｍ３／時に等しく、燃料の流速は１０．８１／時に等し
く、そして水の流速は２０２５１／時（△ｔ＝３８〕に
等しい。底部帯域内の温度は８３０Ｋに等しく、出口温
度は５７０Ｋであり、そして熱利用効率は８５％に等し
い。

例４ 装置に亜クロム酸銅３０％および残部ｆ−ＡＮ□０３か
らなる触媒（１，１ｇ／ｃｍ３の高重量）５０１を充填
する。予熱操作の完了時に操作条件は次の通りである。

空気の流速は１０３ｍ３７時であり；ディーゼル燃料の
流速は９．８１／時であり：そして水の流速は３４００
１／時（Δｔ−２２）である。装置の底部帯域内の温度
は８９５Ｋであり、そして出口温度は４００Ｋである。

熱利用効率は８９％に等しい。

例５ 操作は例１の操作と同一であるが、空気の流速は８０ｍ
３／時に等しく、ディーゼル燃料の流速は０．８〜１．
３１３／時に等しい。底部帯域内の温度は９００〜９７
０Ｋであり、そして出口温度は７７０Ｋである。

メタンは反応生成物中には見い出されず、そして煙道ガ
スのＣＯ，含量は１４．２〜１５．０％であると算定さ
れている。

例６ 使用された燃料は以下のパラメーターを有する褐炭であ
る。

（ａ）粒径０．０４〜０．１ｃｍ （ｂ）操作含水量１６％ （Ｃ）操作灰分１２．３係 （ｄ）乾燥固体に基づく揮発物含量３７．５４（ｅ）乾
燥固体に基づく灰分０．９％ （ｆ）乾燥固体に基づく硫黄含量０．７％石炭の燃焼の
ために、前記装置を使用する。石炭を空気輸送によって
ケース１の底部にバッチ式に導入する。

触媒加熱操作および燃料燃焼操作、および煙道ガスの分
析は例１に記載されたものと同一であるが、空気の流速
は６３０ｍ３／時であり、そして石炭の供給速度は１２
０ｋｇ／時である。

過剰の空気比は流出ガスの酸素含量を測定することによ
って決められ、そして１．０２〜１．１に等しい。石炭
の定常状態での燃焼は７７０Ｋ以上の温度において生ず
る。

得られる流出ガス混合物の組成は次の通りである。

燃料内に含有されるすべての硫黄は灰に固定される。分
散灰を流出ガス流によって除去する。床の高さに関連す
る温度プロフィルを例４のプロフィルの場合と同様に維
持する。

熱利用効率ηは９２％である。

このように、本発明の燃料燃焼法およびその装置におい
ては、作動媒体は７００〜１０００Ｋの範囲内の比較的
低い温度において過剰の空気なしにすべての燃料を燃焼
できる完全酸化触媒の流動床と接触している。化学量論
的燃料／空気混合物が供給される流動床の底部における
触媒粒子の過熱を防止するために、ガス流速が触媒粒子
の流動化初速よりもかなり超える（２倍または３倍）自
由に沸騰する帯域がある。大部分の燃料はこの帯域にお
いて接触酸化を受ける。

床の表面上の温度、従って流出ガスの温度を下げるため
に、床の中心部に配置された特殊な作用の分画スクリー
ンは床の頂部と底部との間の熱交排を制限する。この特
徴は、流出ガスの温度を３７０〜５００Ｋの低温に維持
させ、そして燃料の接触酸化のための最適温度条件（６
７０〜１０７０Ｋ）を床の底部に与える。このように、
低温の流出ガスは高い熱利用効率（９６％まで）を与え
、そして高速の接触酸化は高い熱離脱速度および燃料燃
焼装置の小寸法を与える。

前記のように、本発明の範囲内の別のかなり重要な問題
は煙道ガス中の有害成分の量を最小限にすることである
。この種の成分は一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物およ
び窒素酸化物である。

１．５００におよびそれよりも高い温度において生ずる
一酸化炭素の００２への接触酸化は非常に激しく進行し
、それ故完全酸化法はちょうど酸化触媒約１容量／酸化
ガス混合物２０，０００容量／時を必要とする。最小限
過剰の空気速度（α〜１．０２）においてさえ、一酸化
炭素は流出ガス流中には見い出されない。

２、主として例えば次式のように硫黄を不揮発性化合物
内に固定する可症性があるので、不活性熱伝達媒体の沸
騰床における燃料の燃焼法の発展が助長される。

（式中、ＭｅはＣａまたはＭｇである）しかし、この反
応はアルカリ土類金属の遊離酸化物を必要とするので、
それを最初の炭酸塩化合物が例えば次式 のように熱分解されるｌ１００Ｋ以上の温度において生
成しなければならない。

底部帯域の場合には６７０〜１０７０Ｋの温度範囲およ
び頂部帯域の場合には４２０〜５７０Ｋの温度範囲にお
ける燃料の接触酸化時に、反応 は触媒において高速で完全に進行し、その結果流出ガス
中の最小限の酸素含量（α〜１．０５）においてさえ二
酸化硫黄は三酸化硫黄に変換される。この場合、硫酸の
蒸気は装置の頂部（低温）帯域内の沸騰床の粒子上に凝
縮され、そして硫酸は次式のようにアルカリ土類金属含
有不揮発性化合物、例えば炭酸塩化合物に固定され得る
。

このように、前記温度条件下における燃料の接触酸化時
に、硫黄酸化物は十分に捕捉され（ａｒｒｅｓｔ）、そ
して温度はアルカリ土類金属の炭酸塩が分解される１１
００Ｋには昇温されない。

３、流出ガス中の窒素酸化物の含量は、主として燃料燃
焼法の温度水単に依存する。原型法に記載の条件下にお
いては、前記窒素陵化物の含量はかなり高く、そして現
在の許容量よりもはるかに過剰である。このように、１
１２３Ｋの温度およびα＝１．１においてはＮＯ含量は
１２０ｍｇ／ｍ３であり、そして１３２３Ｋにおいては
ＮＯ含量は４６０ｍｇ／ｍ３に等しく、一方米国で確立
された許容量はＮｏ含量を１００〜１５０ｐｐｍ（２０
０〜３００ｍｇ／ｍ３）に制限している。本発明の燃料
燃焼法および装置において使用された温度範囲において
は、窒素酸化物の含隈は一般に１００ｐｐｍを超えない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は作動媒体を乾燥するのに役立つ本発明の燃料燃
焼装置を示し、第２図は第１図の燃料燃焼装置の温度プ
ロフィルを示し、第３図は液体を加熱しかつ蒸発するの
に役立つ本発明の燃料燃焼装置を示し、第４図は第３図
の燃料燃焼装置の温度プロフィルを示す。 １・・・垂直ケース、２・・・ガス分布スクリーン、３
・・・分画スクリーン、４・・・完全酸化触媒、５・・
・作動媒体、６・・・貯蔵所、７・・・スクリューフィ
ーダー、８・・・サイクロン、９・・・燃料供給／分布
装置、１０・・・管状熱交換表面。 出願人代理人猪股清 ・ニコロ ソビエト連邦ノボシビルスク・ モルスコイ・プロスペクト４２力 一べ１４ ０発明者アレクサンドル・イワノウイツ％・マルミギン ソビエト連邦ノボシビルスク・ ウーリツツア・バザ・グラフゲ オロギー７カーベー１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料／空気混合物を完全酸化触媒の流動床中に供給
   することからなる作動媒体を加熱する燃料を燃焼するに
   あたり、燃料と空気との化学量論的混合物を流動床中に
   供給し、そして完全酸化触媒（４）の流動床の温度を作
   動媒体の流速の変化によって６７０〜１０７０Ｋの範囲
   内に維持することを特徴とする作動媒体を加熱する燃料
   燃焼法。 ２、完全酸化触媒（４）を直径０．０４〜０．２ｃｍを
   有しかつ１〜２ｇ／ｃｍ”の嵩密度を有する球状粒子の
   形状に調製することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の燃料燃焼法。 ３、完全酸化触媒（４）の流動床が３以上の流動化数を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料燃焼法。 ４、完全酸化触媒（４）の流動化速度が作動媒体（５）
   の粒子の終端速度に等しいかより速いことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第３項に記載の作動媒体を
   乾燥させる燃料燃焼法。 ５、空気を給送するのに役立つガス分布スクリーンによ
   ってその底が限定される完全酸化触媒の流動床を十分に
   充填した垂直ケースを具備する特許請求の範囲第１項〜
   第４項のいずれかに記載の燃料燃焼法を実施する装置に
   おいて、垂直ケース（１）が５０〜８０％の開口面積を
   有しかつ穴（各々は完全酸化触媒（４）の粒子の直径の
   ２倍〜１０倍である）を設けた水平に配設された分画ス
   クリーン（３）を組み込むことを特徴とする燃料燃焼法
   を実施する装置。 ６、垂直ケース（りがその内部空間のすべてにわたって
   配置された管状熱交換表面（１０）を具備することを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。