JPS60169007A - 燃焼設備の燃焼ガスにおける有害物質の放出を減少させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料の一部を第１段階において過剰の空気によ
って燃焼させ、これに続く第２段階において燃料の残部
を第１段階の燃焼ガス中の残存酸素を用いて化学量論的
領域において燃焼させることよシ成る燃焼設備の燃焼ガ
スにおける有害物質の放出を減少させる方法及び装置に
関する。

３５０℃乃至４００℃において燃焼ガスにアンモニアガ
ス（ＮＨ，）を添加し、該混合物を触媒をとおすことに
よって窒素酸化物の放出を減少させる方法及び装置は公
知である。これによってＮＯ。

Ｎｏ２．０２及びＮＨ３からＮ２とＮ２０がつくられる
。

この公知の窒素酸化物の放出を減少させるに必要な設備
は、その建設費が常にこれに付設することが必要でかつ
それ自身高価である脱硫設備の約１／３ないし半分であ
シ、さらに触媒の寿命が短かいことからその運転費用も
高くつく。

ドイツ公開公報第２７２８２６ｓ号及びイギリス公開公
報第２０２３２６６号によって、第１段階において燃料
の一部を過剰の空気によって燃焼させ、これに続く第２
段階において、燃料の残部を第１段階の燃焼ガス中の残
存酸素を用いて化学量論的領域において燃焼させること
によって、燃焼設備の燃焼ガスにおける窒素酸化物の放
出を減少させる方法及び装置が公知である。これには第
１の過剰空気を用いる燃焼設備と第１の燃焼設備の燃焼
ガス中の残存酸素を用いる第２の燃焼設備が必要である
。

ドイツ公開公報第２７２８２６５号の装置は、１つの燃
焼室から成る第１燃焼設備といま１つの燃焼室から成る
第２燃焼設備とから成る。燃焼設備には熱交換器がある
。燃料は第１燃焼室のバーナーを経て、第２燃焼室のバ
ーナーに導かれる。各バーナー、燃焼室及び熱交換器は
それぞれめる熱出力の約半分づつを発生するようにつく
られている。燃焼は第１燃焼室では２ないし２．５倍の
空気過剰で、又第２燃焼室では１．１２５ないし１．３
倍の空気過剰で行なわれる。ドイツ公開公報第２７２８
２６５号の方法及び装置では、燃焼において常に避けな
ければならない窒素β２化物の生成は第１及び第２段階
における過剰空気の使用によって回避さるべきである。

従って第１段階の高空気過剰においては比較的低い燃焼
温度を選ぶとともに、添加する燃焼空気は中分子熱して
おくべきである。第２燃焼段階についても原理的には同
様である。

ドイツ公開公報第２７２８２６５号における装置ならび
に過剰の空気の使用によって、はじめて比較的低温の燃
焼及び少量の窒素酸化物の生成の目的が達成できるが、
これに対してイギリス公開公報第２０２３２６６号によ
って多段接触燃焼法が開発された。このイギリス公開公
報第２０２３２６６号の設備による接触燃焼においては
、最後の段階において１ヒ学量論的燃焼が可能であるが
、ドイツ公開公報第２７２８２６５号の設備では前にあ
げた数字に到達し得るだけである。

双方の設備に共通な欠点は、高燃焼温度で作用する設備
におけると同様の大きさの設備が必要なことである。又
ガス流量は当然大でなければならないし、特に燃焼温度
が低いので設備の熱移送にあずかる部分は微少の温度差
によっても大きな影響をうける。さらにこれ等の設備に
は燃焼ガス脱硫設備を付設しなければならない。

このような状況の下に、本発明の課題はまず第１に前記
の欠点の除去、なかんずく燃焼設備、特に蒸気発生設備
における燃料の燃焼を考慮して、他の物質を添加するこ
となく窒素酸化物を接触的に除去するための燃焼設備に
おける燃焼ガスからの窒素酸化物の放出を減少させる方
法及び装置の開発にある。この際、設備の効率を高める
と共に建設費を安くするために公知の方法の両段階にお
ける燃焼を完全にすると共に燃焼温度を出来るだけ高め
るように努力しなければならない。

燃焼設備、特に炭塵の多い場合の燃焼設備においては、
一般に１５チないし３０％の過剰空気、即ち１．１５な
いし１．３０の過剰空気因子ラムダ（λ）を用いること
が必要である◇しかし公知の廃ガス触媒を用いる時は廃
ガスの化学量論的組成付近、即ちλ＝０．９６５〜１．
０１の範囲で作業することができる。

これ等の事実を併せて考えると、本発明の課題は次のよ
うにして解決できる。即ち第１段階では燃料を普通どお
り空気過剰の下に燃焼させ、燃焼ガス中に含まれる窒素
酸化物は第２段階後に接触的に窒素に還元する。燃焼を
二段階に行うことによって、第１段階で生成する燃焼ガ
ス中の酸素は完全に消費できるから、窒素酸化物の還元
に用いられる公知の廃ガス触媒を用いるととが出来る。

各段階における熱出力は、空気が約１５チ過剰である第
１段階では所定量の約８５％で、第２段階ではその残余
であることが望ましい。第１段階における熱出力を所定
量の８５％に止めるのは、この段階への投資費用を減少
させるためである。

さらに廃ガスの発生は常に化学量論的に進行するから、
反応に必要な空気量は同じ発熱量で普通の燃焼設備にお
いて必要な量より少なくてすみ、従って又廃ガスの損失
も減少し、反応度は明かに改良できる。又空気及び排ガ
スの量が少いから、新しい空気及び排ガスの送風に必要
な作動動力が少くてすむ。

本発明装置による燃焼は好ましくは次の方法による。即
ち本質的に同じ空気過剰下における第１段階への燃料添
加量をめる出力に応じて調整し、又第２段階への燃料添
加量を燃焼ガスの酸素含量に応じて調整する。これはめ
る熱出力に応じて第１段階への燃料及び空気の添加量を
引き下げるように調節し、これに続いて第２段階への燃
料の添加量、を燃焼ガス中の酸素が完全に消費されるよ
うに調節することを意味する。

燃焼ガスの酸素含量は、第２段階後λ−ゾンデによって
測定するのが適当である。

第１段階で発生する燃焼ガスの温度が約３００℃ないし
３５０℃であると、これを第２段階で接触的に燃焼させ
るのに好適である。

第２段階における酸化触媒及び還元触媒に影響しないよ
うに燃焼ガスの除塵が出来るならば、紀１段階において
粉炭等の灰分を含んで高価でない燃料を用いることが出
来る。この場合第２段階においては実質的に灰分のない
燃料、特に燃料ガスを燃焼させることになる。第２段階
において燃料ガスを用いる時は普通の粉炭を用いる燃焼
設備とくらべて付加的な投資を必要としない。普通はこ
の際天然ガス、あるいは燃料油を用いて行っている点火
をり要としないからである。他の燃料ガス、例えばコー
クスガスあるいは気化ガスも当然用い得るし、このため
に別に石炭ガス化炉を付設することも有利である。

本発明方法を行う装置は、過剰空気を用いる第１燃焼設
備、第１燃焼設備の燃焼ガス中の残留酸素を利用する第
２燃焼設備及び窒素酸化物還元触媒よシ成る。燃焼設備
の一部は蒸気機関その他で代替できる。

第１燃焼設備の缶体で粉炭を使用する場合は、煙道に燃
焼ガスの高温除塵装置を付設すべきである。

第２燃焼設備の缶体においでは、第１燃焼設備からの燃
焼ガス通路に酸化触媒及び還元触媒を置く。さらに粉炭
燃焼に対する蒸気圧調整装置を設けるとともに、酸化触
媒と還元触媒の間にはλ−ゾンデに従桐する燃焼ガス添
加量調整装置を置く。

未燃焼の炭化水素及び−酸化炭素を酸化すると共に蟹素
酸化物には還元的にはたらく多機能触媒である白金−ロ
ジウム触媒を用いるのが特に有利である。この三目的触
媒は安価にめ得るから、これによって発電所における窒
素酸化物の除去を有利に行うことができる。この多機能
、三目的触媒は三種の有害物質、即ち炭化水素、−酸化
炭素及び窒素酸化物に有効にはたらき、ＣＯ２＊　Ｎ２
０及びＮ２をつくる。即ち炭化水素と一酸化炭素は酸化
され、窒素酸化物は還元される。

この多機能、三目的触媒の機能は著しく良好で、又寿命
が長いから長時間使用できる。このことは白金−パラジ
ウムよジ成る酸化触媒についても同様である。この酸化
触媒に対しては、場合によってはあらかじめ点火バーナ
ーを用いて発火を容易ならしめる。

燃焼ガスは除塵器をとおってもなお最高５０ｍ９／　Ｎ
ｍ５の粉塵を含む。この残存する粉塵は長い間に触媒及
び付近の壁面上に沈積する。この沈積物は触媒の前、中
間あるいは後に送風機を配設することによって除去する
ことが出来る。

本発明の二段階燃焼式蒸気汽缶は次の部分から成る。即
ち（１）約８５％の缶体出力を得るための一部の給水子
熱、蒸発及び過熱加熱面を備えた粉炭燃焼用缶体、（２
）給水予熱表面の手前に設けられた燃焼ガスのバイパス
調整弁及びバイパス調整弁を流れる燃焼ガスの入口の手
前の燃焼ガス通路に設けられた燃焼ガス調節弁、（３）
これに続く除塵器としての高温電気フィルター、（４）
残シの約１５チの缶体出力を得るための一部の給水子熱
、蒸発及び過熱加熱表面を備えて燃料ガスで加熱される
第２の缶体、（５）缶体の入口に設けられた燃料ガス添
加口、（６）開閉自在の点火バーナー、（力酸化触媒及
び多機能触媒及び（８）必要な燃焼空気及び燃焼ガス脱
硫設備を出てから燃焼ガスに追加的に混入される加熱空
気のために設けた空気予熱器である。この空気予熱器の
大きさは１００％の出力を得るべき在来の蒸気機関の大
きさに相当するから、本発明の蒸気機関では少量の廃ガ
ス流を強く冷却する。

従って廃ガスから多くの熱が回収でき、全装置の効率が
改良できる。空気予熱器から導かれた空気はその約８０
チが粉炭及び燃料ガスの燃焼に必要なだけであるから、
加熱ガスの約２０％は分流して燃焼ガス脱硫設備から出
る冷い燃焼ガスに混合する。このようにして燃焼ガスは
煙道に達するまでに例えば約９０℃の必要最低温度とな
シ、従って追加的にエネルギーを用いて燃焼ガスを再加
熱する必要はない。

加熱空気が空気予熱器から導かれる全がス流から分岐さ
れる時、燃焼空気の圧が燃焼ガス脱硫設備から出る燃焼
ガスに混合すべき加熱空気の圧よシ高いことに基づく不
必要ガ絞り損失を避けるために、燃焼空気及び燃焼ガス
に混合すべき空気の分岐路及びこれにともなって必要な
適当な動力ならびに圧力の送風機を設けることが望まし
い。

上記のそれ自体は信頼できるが比較的費用のかかる窒素
酸化物の還元につづく燃焼ガスの脱硫においては、二酸
化硫黄酸化の実熱量はまだ装置の熱出力には利用されて
いない。特に前記の窒素酸化物の放出を減少させる方法
及び装置は、二酸化硫黄酸化によって得られる熱を装置
の効率増加に利用すると共にさらに硫黄分を減少させた
廃ガスを得ることによって改良できる。

とのことは燃焼設備の第１段階の燃焼ガスにおける二酸
化硫黄を接触的に酸化することによって達成できる。

このような二酸化硫黄の接触酸化はあまシ費用をかける
ことなく燃焼設備で行うことができる。

即ち酸化反応の実熱量は費用をかけた設備を追加するこ
となく燃焼ガスの熱含量とともに燃焼設備の第２段階で
利用し得る。

二酸化硫黄の接触酸化に必要な酸素は過剰空気あるいは
燃焼ガスにめてもよいし、又燃焼ガスの二酸化硫黄酸化
前に添加してもよい。個々について円゛えば、二酸化硫
黄の酸化は第２段階における後燃焼の前に行ってもよい
し、あるいは又窒素酸化物還元段階の後に行ってもよい
。

二酸化硫黄の酸化は約４００℃ないし５００℃で行なわ
れるから、特にＳ０２の酸化が第２段階における燃料添
加以前に行なわれる時は、燃焼ガスをこの温度に調整す
ることが望ましい。二酸化硫黄の酸化段階が約６５０℃
ないし７００℃で行なわれる窒素酸化物の還元段階の後
にある時は、その壕ま必要な反応温度に到達する。

本発明の方法を行うには過剰の空気で作動する第１燃焼
設備、第１燃焼設備の燃焼ガス中の残留酸素を利用する
第２燃焼設備及び窒素酸化物の還元触媒より成り、第１
燃焼設備の後に二酸化硫黄に対する酸化触媒を備えた装
置を用いるのが適当である。二酸化硫黄の酸化に必要な
酸素が不足する時は還元触媒と酸化触媒との間に開口す
る少くとも１つの空気あるいは酸素ノズルを設けれは、
しい。このことは第２燃焼設備における残存酸素の燃焼
が化学量論的に行なわれる時において特に必要である。

一方において化学量論的により過剰の酸素で燃焼が行な
われる時は、燃焼ガス中の二酸化硫黄の酸ｒヒに対し′
Ｃ少量の酸素を追加するだけでよいかあるいは全く岐累
を添加しなくてもよい。

二酸化硫黄の接触酸化における反応温度を調節するため
に、窒素酸化物に対する還元触媒と二酸化硫黄の酸化触
媒との間に加熱表面を設ける。二酸化硫黄に対する酸化
触媒が窒素酸化物に対する還元触媒の手前で、且つ第２
燃焼設備の手前に設けられている時はこの加熱表面は省
略できる。この場合燃焼ガスは本質的に低温で、全部の
残存酸素と共に触媒床に入るから、従って二酸化硫黄の
酸化には燃焼ガスの冷却も酸素の補給も必要ではない。

しかして燃料の供給は二酸化硫黄の酸化にともなう酸素
の消費とともに減少できる。

二酸化硫黄の酸化による硫酸の早期の凝縮及びこれにも
とづく装置部分の腐食を避けるために、第２燃焼設備の
低温部分にある給水子熱器の入口における水温は燃焼ガ
スの露点以上であるべきである。そしてこれは例えば第
１燃焼設備の低温部分にある給水子熱器からの熱水を第
２燃焼設備の給水子熱器の入口に供給することによって
達成できる。この際熱水の一部を第１燃焼設備の蒸気円
筒に設けた予熱器をとおして上記の入口に供給すること
ができる。

燃焼ガスから高濃度の硫酸を分離することができるよう
に、第２燃焼設備の給水子熱器を出る燃焼ガスは復熱空
気予熱器によって露点以下の温度に冷却することが望ま
しい。

空気予熱器における露点よシ高温の段階と露点より低温
の段階よシ成る二段階冷却によって凝縮した硫酸は有利
に分離できる。

以下本発明を図面に示した多くの装置に関する実施列に
基いてさらに詳細に説明する。

第１図に模型的に示した装置は第２図に示す蒸気機関用
の蒸気発生設備である。第１図に示した装置は原理的に
は他の蒸気あるいは熱発生用設備にも適用できる。

第１図において、第１燃焼設備ｌには粉炭添万ｌｊ路２
を通じて燃料が、例えば粉炭として添加される。燃焼設
備１は他の類似の燃焼設備におけると同様に１．１５の
空気過剰因子λ（ラムダ）によって作動される。燃焼設
備１ではめる熱出力の約８５％が得られる。蒸気機関で
は燃料の添加は普通どお、！７蒸気の使用量に従って調
節される。この目的で圧力調節器３が配設されており、
これに、しって設備内の蒸気圧は一定に保たれる。添加
された粉炭は燃焼空気通路１７から送られる予熱燃焼空
気によって燃焼され、燃焼ガスは燃焼ガス通路４を経て
除塵器５に達する。この除塵器は粉炭のような灰分を含
んだ燃料を用いる場合のみに必要である。燃焼設備がも
っばら灰分を含まない燃料の燃焼のみに用いられる場合
は除塵器５は省略できる。除塵器５を出た、なお約３俤
の酸素を含んだ燃焼ガスは燃焼ガス通路７を経て第２燃
焼設備６に送られる。第２燃焼設備６においてはさらに
燃焼ガスになお存在する酸素を完全に消費するに要する
量の灰分を含まない燃料を追加する。この目的には燃焼
設備６の入口に燃料ガス添加口８を配設する。燃料ガス
の代りに燃料油等の液体燃料を用いてもよい。λ−ゾン
デ１ｏが圧力調節器９と共に配設さｔシ、これによって
燃焼設備１がらくる燃焼ガス中にまだ残っている酸素が
完全に消費されるように添加する燃料の量を調節する。

場合によっては燃料ガス添加口８にやはり燃料ガスによ
って働く点火バーナー１１を附設してもよい。

燃料ガスの調節された添加によって得られる過剰の酸素
を含む燃焼ガスと燃料ガスとの化学量論的混合物は酸化
触媒１２上を通シ、ここで完全にＣＯ２とｌＩ２０に変
化する。酸化触媒は白金−パラジウムを基本にして製造
するのが適当である。λ−ゾンデ１０は酸化触媒１２の
後の燃焼ガスの燃焼が完了した領域に配設する。燃焼ガ
スに含まれている有害物質成分、即ち未反応炭化水素、
−酸化炭素及び窒素酸化物は還元触媒によって二酸化炭
素、水蒸気及び窒素に転化される。ここでは還元触媒１
３としては多機能白金−ロジウム三目的触媒を用いる。

第１燃焼設備からの燃焼ガスに含まれている酸素量に応
じて、第２燃焼設備６では全熱出力の約１５％の熱量が
得られる。燃焼設備６からの酸素を含まない燃焼ガスは
燃焼ガス通路１４を経て空気予熱器１５に達する。この
空気予熱器をとおって第１送風機ｊ６から燃焼設備１及
び６に必要な新鮮な空気が送られ、この空気は燃焼空気
通路１７を経て第１燃焼設備１に導かれる。同時に今一
つの空気送風機五８は空気を空気予熱器１５を経て新鮮
な空気の通路２４に送る。新鮮な空気の送風機１６及び
１８でつくられて空気予熱器１５をとおる空気の通路は
２つの通路の間に交渉がないように分離されているから
、２つの空気送風機１６と１８は全く別個に作用する。

空気予熱器１５は燃焼ガス通路１９、ガス吸引機２０及
びいま１つの燃焼ガス通路２１を経て燃焼ガス脱硫設備
２２に通じる。燃焼ガスは燃焼ガス脱硫設備２２で強く
冷却されるから、処理ガスは煙突２５に送られる前に再
加熱が必要である。

この目的には空気通路２４を燃焼ガス脱硫設備２２と煙
突２５をつなぐ燃焼ガス通路２３に開口させる。このよ
うに空気を添加することによって燃焼ガスは適当な温度
に再加熱される。

本発明方法の蒸気機関への応用を第２図に示した。第１
燃焼設備は缶体１とこの缶体の燃焼室への粉炭添加路２
よシ成る。缶体１は普通どおシ加熱蒸発表面２６、過熱
表面２７及び給水予熱表面２８より成る。缶体１の上方
には蒸気円筒２９がある。燃焼ガスは缶体１がら燃焼ガ
ス通路４に導かれる。バイノ！ス鯛整弁３ｏによって燃
焼ガスの一部を過熱表面２７と給水予熱表面２８との間
で燃焼ガス通路４に導く。この目的のために燃焼ガス通
路４のバイパス調整弁から流れてくる燃焼ガスの入口よ
り前の位置に補助的に燃焼ガス調整弁３１を設ける。

燃料用の石炭は給炭設備３２から貯炭場３３に入れらｈ
る。石炭ｅまこの貯炭場３３から必要批ずつ分配器３４
を経て粉砕機３５に送られ、石炭はここからは粉炭とし
て粉炭添加路２に至る。燃焼ガス通路４では燃焼ガスは
約３３０℃まで冷却され、電気フィルターより成る除塵
器５に至る。粉塵は除塵器５で除去され、燃焼ガスは粉
序含量が５０　第９　／　Ｎｍ５以下に精製される。燃
焼ガスは除塵器５から燃焼ガス通路７を経て第２燃焼設
備を形成する第２の缶体６に達し、ここで二次燃焼が行
なわれる。燃焼ガスと燃料ガス添加口８から送られる燃
料ガスとは缶体６の全断面均一に混合される。添加する
燃料ガスの鼠は燃焼ガスとｆヒ学量論的混合物をつくる
ように調整される。この混合物は酸化触媒１２をとおす
ことによって接触的に燃焼する。燃料がスとして天然が
スを用い、第１燃焼設備からくる燃焼ガスの残存酸素量
が３係である時は、ガス温度は６８０℃に上昇する。

この温度になると白金とパラジウムよシ成る酸化触媒上
において各ガス成分は完全に転化する。

個々のガス成分の転化温度は次のとおシである。

１１２１００℃以下、Ｃｏ　２０℃ないし２００℃、Ｃ
２ＩＩ２１４０℃ないし２４０℃、Ｃ２Ｈ４１７５℃な
いし３００℃。最も分解の困難なＣＨ４でも３００℃な
いし４５０℃になると完全に分解。

酸化触媒１２を通過した燃焼ガスは次の多機能白金−ロ
ジウム三目的触媒】３で処理されるに適した条件を備え
ている。ここでは３つの有害成分、即ち未燃焼炭化水素
、−酸化炭素及び窒素酸化物はすべて同時にＣＯ２，Ｈ
２０及びＮ２に変化する。多機能触媒】３は未燃焼炭化
水素及び−酸化炭素には酸化的にはたらき、一方窒素酸
化物をＮ２に還元する。

反応を容易に開始させ且つ永続させるために、必要に応
じて酸化触媒１２の前に点火バーナー１１を設けること
ができる。このような点火バーナー１１の必要性は第１
燃焼設備から出てくる燃焼ガスの温度によって定まる。

この燃焼ガス温度は缶内処置、即ちバイパス調整弁３０
及び燃焼がス調整弁３１によるバイパス調整によって調
整できる。酸化触媒１２上の燃焼ガスの温度はさらに燃
焼がス中の残存酸素量、即ち第１燃焼設備における過剰
空気量によっても影響される。

多機能触媒１３を出ると燃焼がス流は完全に燃えている
が、なお有害物質としてＳ０２及びＳＯ３を含んでいる
。温度約６８０℃の燃焼ガスは空気予熱器】５に入る前
に缶体６内で加熱蒸発表面３６、過熱表面３７及び給水
予熱表面３８によって原理的には望ましい温度に冷却さ
れる。缶体６は蒸気導管３９を経て蒸気円筒２９に、又
水蒸気導管４０ｆｃ経て蒸気円筒２９への導管（図示せ
ず）に連結されている。燃焼ガスは燃焼ガス通路１４ｆ
Ｉ：経て空気予熱器１５に達し、ここからさらに９０℃
の温度で燃焼ガス通路１９から燃焼ガス吸引月２０及び
燃焼ガス通路２１を経て燃焼ガス脱硫設備２２に至る。

空気送風機１６から送られた新鮮な空気は約４５℃の温
度で空気予熱器１５に入り、ここで約３２０℃に予熱さ
れる。空気予熱器１５から送られた新鮮な空気の大部分
は燃焼空気通路１７を経て第１缶体の燃焼室に入夛、一
方予熱された新鮮な空気の少部分は空気通路２４を経て
燃焼ガス脱硫設備２２の後にある燃焼ガス通路２３に達
し、ここで燃焼ガス脱硫設備２２から来る燃焼がスを９
０℃に再加熱する。燃焼ガスは実際的に粉塵を含まない
から、空気予熱器からの燃焼ガスを約９０℃に冷却して
も器壁に皮膜のつくおそれはない。

勲し 第３ないし第５図に示した二酸化硫黄に対する酸化触媒
を含む実施ρすにおいては、前の図面におけると同じ部
分は同一の記号であられし、新しく付加する設備部分に
ついてのみ記載をおこなう。

二酸化硫黄に対する酸化触媒４４及び４２は燃料ガス添
加口８の前あるいは窒素酸化物に対する還元触媒】３の
後に置くことができ、触媒は白金−７９ラジウム触媒で
あることが望ましい。生成する三酸化硫黄は燃焼ガスに
含まれている水蒸気と反応してｔ’ｚとんと定量的に硫
酸になる。

多機能触媒１３をとおると燃焼ガスは完全に燃焼するが
、なお有害物質としてＳＯ２とＳＯ３を含む。

この燃焼ガスは約６８０℃で過熱表面３７、加熱蒸発表
面３６及び給水予熱表面３８をとおり、空気予熱器】５
に入る前に操作上希望の温度に冷却される。酸化触媒４
２が還元触媒１３の後方に配置される時は、酸化触媒４
２の前に３個のノズル４３を設け、触媒１２の酸ｆｂ剤
がまだ有効で燃焼ガスに十分な酸素を残している場合を
除いて、二酸化硫黄の酸化に必要な酸素を補給する。酸
化触媒４２の前に設けた過熱表面３７では燃焼ガスを二
酸化硫黄の酸化に必要な４００℃ないし５００℃の温度
に加熱する。

さらに二酸化硫黄に対する酸ｆヒ触媒４４は酸化触媒１
２の前に置くこともできる。この場合は燃焼ガスが十分
に酸素を含んでいるからこれを添加する必要はない。燃
料ガスの添加量はλ−ゾンデ１０によりて調整される。

しかし実際にはＳ０２の酸化によって減少する酸素含量
に応じて少量の酸素を添加する必要がある。

二酸化硫黄の接触酸化によってできた三酸化硫黄の転換
は水蒸気濃度の高いことに応じて速やかに完全に進行す
る。第６図の露点曲線から知られるようにこの際露点は
硫酸濃度の増加とともに上ケ１する。給水予熱器３８の
加熱表面を硫酸による腐食から防止するために、硫酸の
凝縮がおこらないようにその給水温度は常に露点以上に
保つ。この際給水温度は第１燃焼設備１の給水予熱器２
８からの熱水を混合することによって調整される。

熱水の温度が十分に高くない場合は、給水予熱器２８か
らの熱水の部分流を蒸気円筒２９内の予熱器（図示せず
）を経て予熱器３８あるいはその引込み線に供給する。

蒸気円管２９内の蒸気温度はこれに相当する部分量を十
分加熱するに足る。

給水予熱器３８を出た燃焼ガスは二段式空気予熱器１５
の第１段階１５ａでまず露点以上の温度まで、ついでそ
の第２段階１５ｂで露点以下の温度に冷却され、かくし
て凝縮した硫酸は硫酸流出出口４５を経てとシ出される
。これには堅管を廉べてその上部に燃焼ガス入口を設け
るか、あるいは多数の燃焼がス管と空気管とを十字状に
配置した管式空気予熱器が適当である。空気予熱器１５
の第２段階１５ｂけ凝縮した硫酸による腐食にイＩ＋ｉ
＋えて面ｊ酸拐矛＃％例えばがラス管でつくる。

空気予熱器１５の第２段階１５ｂにおける硫酸の凝縮け
ほぼ第６図の圧力に従属する露点及び沸点曲線に？Ｅ　
って行なわれる。

例として第６図にＨ２ＯとＨ２ＳＯ４の全成分の分圧が
０．１ａｔｍで初期組成がξ、＝９（１／１０重量係（
点Ａ）の場合の硫酸の凝縮を示した。

点Ａの状態における蒸気混合物は点Ｂで温度がｔ２にな
る壕でξ６−一定で自然に冷却する。点Ｂに達した瞬間
に点Ｃの組成、即ちξ。＝８／９２重Ｍ係の液滴がはじ
めて凝縮する。これに伴って混合気体の硫酸濃度は減少
し、これヲ式らに冷却すると気体の組成は露点曲線に清
って点りに至る。点りでは硫酸は実際的に完全に凝縮し
で訃り、この時の温度１４０℃では燃焼ガス中には水蒸
気が残っているだけである。

凝縮物はＯ，ｌａｔｍの沸点曲線に清ってその組成を変
じ、点Ｃから点Ｅに達する。これに相当する点Ｆで最後
に凝縮する蒸気の組成はξゎ、即ち実際的に純水である
。点Ｅに達した凝縮物はは汀８１重展係の硫酸と１９Ｍ
量係０水より成る。これは燃焼ガス中の水蒸気の一部も
凝縮するから燃焼ガス中の水蒸気も減少していることを
意味する。

ここで１４０℃で全組成が点Ｆである場合の凝縮物の量
を計算する。１　ｋｇの原料混合物からψ（ｋｇ／ｋｇ
）が凝縮し、δ（ｋｙ／ｋｙ　）が蒸気として残るとす
ると ψ十δ＝１ である。Ｎｆ、縮の前後における硫酸の量は一定である
から、 ξ６＝ξ、＝ψξ８＋δξ９　。

即ち である。従って第６図の点Ｆからは が凝縮し、 が蒸気として残存する。凝縮物の水含量は１９重景チで
あるから、 及び が凝縮したことになる。

このように本発明の脱硫方法によると硫酸は実際的に完
全に凝縮する。不純物としてはさらに空気予熱器の第２
段階１．５ｂの沖過器及び汽缶灰として濃度約８０％の
硫酸が沈積する。１５０ｔ／時間の汽缶で石炭に１％の
硫黄を含む場合は１時間に４００　ｋｇ　、即ち年間稼
動時間が８，０００時間であるとして１年間に３，２０
０ｔの硫酸が生成することになる。

本発明による二酸化硫黄酸化は環境に障害のない燃焼ガ
スを与えるのみならず、さらに装置の熱出力をも向上さ
せる。この反応は発熱反応であシ、発熱量が６００　ｋ
ｃａｔ／ｋｌｉｌで１チの硫黄を含む石炭においては集
熱ｍは石炭１　ｋｇ　ａ　Ｆ）　７．１８　ｋｃａｌで
あ＃）、この値は発熱量としてはその０９１２％に相当
する。

４、図面の簡単な説明　− 第１図は本発明の方法による設備の線図であシ、第２図
は本発明による発電所蒸気汽缶を示す。

第３図は本発明の方法による二酸化硫黄酸化段階を旧設
した設備の線図であシ。

第４図はこれに対応する発電所蒸気汽缶を示す。

第５図は第２図及び第４図による発電所設備に適用され
る第２の缶体の断面図である。そして第６図は硫酸−水
蒸気混合物における圧力及び濃度の変化にともなう露点
曲線及び沸点曲線図である。

Ｊ・・・第１燃焼設備　２・・・粉炭添加路３．９・・
・圧力調節器 ４．７．１４・・・燃焼ガス通路 ５・・・除塵器　６・・・第２燃焼設備８・・・燃料が
ス添加口　１０・・・λ−ゾンデ１１・・・点火バーナ
ー １２．４２．４４・・・酸化触媒 】３・・・窒素酸化物還元触媒 １５・・・空気予熱器　１６・・・第１送風機１７．２
４・・・空気通路　】８・・・第２送風機１９．２１．
２３・・・燃焼ガス通路 ２０・・・吸引機　２２・・・脱硫設備２５・・・煙突 ２８．３８・・・給水予熱器 ２９・・・蒸気円筒　３０・・・バイパス調整弁３１・
・・燃焼ガス調整弁　３２・・・給炭設備３３・・・貯
炭場　３４・・・分配器 ３５・・・粉砕機　３６・・・蒸発表面３７・・・加熱
表面　３８・・・給水予熱器３９・・・蒸気導管　４０
・・・水蒸気導管４】・・・精製用送風機　４３・・・
ノズル４５・・・硫酸流出口 Ｇｅｗ、−”１０　Ｈ２Ｓ０４ ＦＩＧ、６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　第１段階において燃料の一部を過剰の空気によって
   燃焼させ、これに続く第２段階において燃料の残部を第
   １段階の燃焼ガス中に残存する酸素を用いて化学量論的
   領域において燃焼させる方法において、第１段階におい
   ては燃料の主要部分を用いた燃料に対して過剰の空気を
   用いる普通の方法によって燃焼させ、燃焼ガスに含まれ
   ている窒素酸化物は第２段階に続いて接触的に窒素に還
   元することを特徴とする燃焼設備の燃焼ガスにおける有
   害物質の放ｄを減少させる方決。 ２　第１段階では約１５％の空気過剰においてめる熱出
   力の約８５チを生成させ第２段階では残余の出力を発生
   させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   方法０ ３　第１段階における燃料添加量は本質的に同じへ気・
   過剰になるように所定の出力に従って調節し、第２段階
   における燃料添加量は燃焼ガスの酸素含量に従って調節
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の方法。 ４　ｇ２段階における燃料添加量は第２段階後の燃焼ガ
   スの酸素含量に従って調節することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載の方法。 ５　第２段階において接触的後燃焼を行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項又はＭ４項
   のｈずれかに記載の方法。 ６　第１段階において灰分を含んだ燃料を燃焼させ、燃
   焼ガスは脱塵し、第２段階ではこれを灰分を含まない燃
   料として燃焼させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第５項のいずれかに記載の方法＠ ７　第１段階において燃料の一部を過剰の空気によって
   燃焼させ、これに続く第２段階においては燃料の残部を
   第１段階の燃焼ガス中に残存する酸素を用いて化学量論
   的領域において燃焼させる方法において、第１段階後の
   燃焼ガス中の二酸化硫黄を接触的に三酸化硫黄に酸化す
   ることを特徴とする特許 いずれかに記載の方法。 ８　燃焼ガス中の二酸化硫黄を第２段階における後燃焼
   に先立って三酸化硫黄に酸化することよシ成る特許請求
   の範囲第７項に記載の方法。 ９　二酸化硫黄を窒素酸化物還元段階後に三酸化硫黄に
   酸化することを％徴とする特許請求の範囲第７項に記載
   の方法。 １〇　二酸化硫黄酸化段階前に燃焼ガスに酸素を供給す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方法
   。 １１　燃焼ガスを二酸化硫黄酸化段階前に４００℃ない
   し５００℃に冷却することを特徴とする特許請求の範囲
   第８項、第９項あるいは第１０項に記載の方法。 １２　第２燃焼設備の低温端部にある給水予熱器への給
   水温度は燃焼ガスの露点以上であることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項ないし第１１項のいずれかに記載の
   方法。 １３　第１燃焼設備の低温端部にある給水予熱器からの
   熱水を第２燃焼設備の給水予熱器に供給することを特徴
   とする特許請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４　熱水の分流を蒸気円筒内に設けた予熱器に供給す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の方
   法。 １５　第２燃焼設備の給水予熱器からの燃焼ガスを復熱
   空気予熱器によって冷却することを特徴とする特許請求
   の範囲第１２項または第１３項のいずれかに記載の方法
   。 １６　空気予熱器における燃焼ガスの露点以上の高温段
   階と露点以下の低温段階の二段階冷却よシ成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７　空気予熱器の低温段階で凝縮する硫酸を分離する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の方法
   。 １８　空気過剰の下に作動する第１燃焼設備と第１燃焼
   設備の燃焼ガス中の残存酸素を用いる第２燃焼設備よシ
   成る装置において、第１段階への燃料添加口における蒸
   気圧に依存する圧力調節器（３）を備えた請求める熱出
   力の大部分を生成するための蒸気機関の缶体（１）、第
   ２段階への燃料添加口用の燃料ガスの酸素含量に依存す
   る圧力調節器（９）を備えた請求める熱出力の残部を得
   るための蒸気機関の缶体（６）及び燃焼ガス流の第２段
   階の後に設けた窒素酸化物還元触媒（１３）よシ構成さ
   れていることを特徴とする燃焼設備の燃焼ガスにおける
   有害物質の放出を減少させるための装置。 １９　第１缶体（１）は粉炭添加路（２）を備え、燃焼
   ガス通路（４．７）には高温除塵器（５）を配設したこ
   とを特徴とする％Ｗ「請求の範囲第１８項に記載の装置
   。 ２０　第２缶体（６）における第１缶体（１）からの燃
   焼ガス流中に燃焼ガス添加口（８）、酸化触媒（１２）
   及び還元触媒（１３）を配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１９項に記載の装置。 ２１　第１段階への燃料添加口における蒸気圧調節器（
   ３）は粉炭添加路（２）を調整し、燃焼ガスの酸素含量
   に依存する蒸気圧調節器（９）は、酸化触媒（１２）と
   還元触媒（１３）の中間に設けられたλーゾンデ（１０
   ）に支配されて燃料がス添加口（８）を調整することを
   特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の装置。 ２２　未燃焼炭化水素及び一酸化炭素に酸化的にはたら
   くと共に窒素酸化物には還元的にはたらく多機能白金−
   ロジウム触媒（１３）を用いることよシ成る特ｉ’Ｆ　
   請求の範囲第１８項ないし第２１項のいずれかに記載の
   装置。 ２３　多数の多機能三目的触媒（１３）を互いに平行に
   配列することを特徴とする特許請求の範囲第２２項に記
   載の装置。 ２４　燃焼ガス添加口（８）の後に点火バーナー（　１
   　１　）を配設したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２０項ないし第２３項のいずれかに記載の装置。 ２５　触媒（１２．１３）の中間及び／又は後に精製用
   送風機（４１）を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１８項ないし第２４項のいずれかに記載の装置。 ２６　蒸発、過熱及び給水子熱表面群（２６゜２７．２
   ８）、給水予熱表面（２８）の前に設けた燃焼ガスのパ
   イ・イス調整弁（３０）、燃焼ガス通路（４）中のバイ
   パス調整弁（３０）から流れてくる燃焼ガス入口の前に
   設けた燃焼ガス調整弁（３１）及びこれに続く高温電気
   フィルター（５）を備えためる缶出力の約８５チを得る
   ための粉炭燃焼用第１缶体（１）；及び蒸発、過熱及び
   給水子熱表面群（３６，３７，３８）、缶体（６）の入
   口に設けた燃料ガス添加口（８）、これに続く点火ノぐ
   −ナー（１１）、酸化触媒（１２）、多機能触媒（１３
   ）及び燃焼ガスが脱硫設備（２２）を出てからこれに混
   合すべき加熱空気のための空気予熱器（１５）を備えた
   める缶出力の残りの１５係を得るための燃料ガスで加熱
   する第２缶体（６）よシ成ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１８項ないし第２５項のいずれかに記載の装置
   。 ２７　空気予熱器（１５）において出力及び圧力に対応
   して燃焼用空気（１６）と燃焼ガスに混合すべき空気（
   １８）とを分離することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２６項に記載の装置０２８　燃焼ガスの流れの方向にお
   ける第１缶体（１）の後に二酸化硫黄に対する酸化触媒
   （４２及び４４）を配置することを特徴とする特許請求
   の範囲第１８項ないし第２５項のいずれかに記載の装置
   。 ２９　二酸化硫黄の酸化触媒（４４）を燃焼ガスの流れ
   の方向における第２缶体（６）の燃料添加口（８）の前
   に配設することを特徴とする特許請求の範囲第２８項に
   記載の装置。 ３〇　二酸化硫黄の酸化触媒（４２）を燃焼ガスの流れ
   の方向における窒素酸化物還元触媒（１３）の後に配設
   することを特徴とする特許請求の範囲第２８項に記載の
   装置。 ３１　燃焼ガスの流れの方向における還元触媒（１３）
   と二酸化硫黄の酸化触媒（４２）との中間に少くとも１
   つの酸素あるいは酸素含有〃スのノズル（４３）を開口
   させることを特徴とする特許請求の範囲第３０項に記載
   の装置。 ３２　燃焼ガスの流れの方向における還元触媒（１３）
   と二酸化硫黄の酸化触媒（４２）との間に加熱表面（３
   ７）を配設することを特徴とする特許請求の範囲第３０
   項又は第３１項に記載の装置０ ３３　第２燃焼設備（６）の給水子熱器（３８）に続い
   て硫酸流出口（４５）をともなう二段階の空気予熱器（
   １５ａ、］５ｂ）を設けることを特徴とする特許請求の
   範囲第２８項ないし第３２項のいずれかに記載の装置。 ３４　第１燃焼設備（１）の給水子熱器（２８）と第２
   燃焼設備の給水子熱器（３８）との中間にある蒸気円筒
   （２９）に予熱器を設けることを特徴とする特許請求の
   範囲第３３項に記載の装置。