專利名稱：燃燒裝置中的n的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在通過流動層燃燒而使煤、重油、石油焦炭、生物質(zhì)、工業(yè)廢棄物等燃料燃燒的燃燒裝置的爐內(nèi)可以同時進行脫硫和N2O以及N2O的排出抑制的方法。
背景技術(shù)：
將煤、重油、石油焦炭、生物質(zhì)、工業(yè)廢棄物等作為燃料的流動層燃燒會大量產(chǎn)生一種溫室效應氣體即氧化亞氮(以下稱為N2O)，需要開發(fā)降低其產(chǎn)生量的策略。
作為抑制N2O的方法，除了通過催化劑分解N2O、通過活性炭吸附N2O、通過將輔助燃料氣體吹入燃燒裝置而使局部高溫化以外，已知的還有向爐內(nèi)添加N2O分解粒子的方法。另外，使用多孔氧化鋁粒子作為N2O分解粒子，通過在流動層燃燒的流動介質(zhì)即石英砂中以一定的混合比率使其混合并進行燃料的燃燒，可以使N2O的排出量降低。
另外，通過在流動介質(zhì)中混合過量的脫硫劑，也可以使N2O的排出量降低。
但是，如果通過混合多孔氧化鋁粒子或者過量的脫硫劑的方法，則存在一種公害性氣體即氮氧化物(N2O)的排出量增加的問題。認為這是由于煤中的氮(N)組分轉(zhuǎn)換反應為氮氧化物，多孔氧化鋁粒子或者脫硫劑雖然抑制其向N2O的轉(zhuǎn)換，但是另一方面，又促進了向NOx的轉(zhuǎn)換。
另外，為了抑制NOx排出量，提出了通過在爐外使用催化劑除去的方法，但是在該方法中，需要大幅度地改造原有的燃燒裝置，并需要大額的費用，從而存在用于抑制N2O以及NOx的排出量的成本變高的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，目的是提供不需要大幅度的裝置改造、可以一邊在爐內(nèi)實現(xiàn)脫硫、一邊同時且有效地抑制N2O以及NOx的排出量的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人注意到，如果在燃燒裝置的流動層內(nèi)存在過量的脫硫劑，則存在NOx增加的傾向，而且，由于脫硫劑和燃料接觸，導致NOx增加，在使用脫硫劑和另外的流動介質(zhì)時，最好使硫劑和流動介質(zhì)分離，從而完成了本發(fā)明。
即，權(quán)利要求1中記載的發(fā)明是在通過流動層燃燒而使燃料燃燒的燃燒裝置爐內(nèi)投入流動催化劑和脫硫劑，同時進行抑制N2O和NOx的排出的方法，也是從上述流動催化劑中分離上述脫硫劑的方法。
這時，如權(quán)利要求2中所記載的，最好使用粒子狀的物質(zhì)作為上述脫硫劑，以便利用通過上述流動層的氣體從流動層中排出上述脫硫劑。
根據(jù)該方法，由于粒子狀的脫硫劑與通過上述流動層的氣體一起從流動層中排出，所以脫硫劑不會在流動層內(nèi)長時間停留，在流動層內(nèi)不會存在過量的脫硫劑，同時抑制脫硫劑和燃料的接觸，可以同時抑制N2O以及NOx的排出量。
另外，如權(quán)利要求3中記載的，也可以通過在上述爐的下段配置含有上述流動催化劑的流動層，在上段配置含有上述脫硫劑的脫硫?qū)?，在下段的上述流動層中進行燃料的燃燒后，在上段的上述脫硫?qū)又羞M行排氣的脫硫。
根據(jù)該方法，通過在分開的場所進行燃燒和脫硫，可以抑制流動催化劑和燃料的接觸，同時抑制N2O以及NOx的排出量。
在進行流動層燃燒的燃燒裝置中，作為流動催化劑通常使用石英砂等。在本發(fā)明中，如權(quán)利要求4中記載的，優(yōu)選使用多孔氧化鋁作為流動催化劑。利用該多孔氧化鋁，可以有效地使N2O的排出量降低。
如權(quán)利要求5中記載的，上述多孔氧化鋁的粒徑最好為與通過上述流動層的氣體對抗且不會從上述流動層中排出的尺寸。
如果這樣，則可以與通過上述流動層的氣體對抗，事先將多孔氧化鋁留在上述流動層內(nèi)。
上述流動催化劑是粒子狀時，如權(quán)利要求6中記載的，可以將上述流動催化劑的粒子的粒徑設(shè)定為使得上述粒子的終端速度比通過上述流動層的氣體的流速還大的粒徑。
如果這樣，則可以防止流動催化劑的粒子與通過上述流動層的氣體一起由流動層中排出的不便。
權(quán)利要求7中記載的發(fā)明是上述脫硫劑是粒子狀、其粒徑為利用通過上述流動層的氣體至少由流動層中被排出的尺寸的方法。
根據(jù)該方法，由于利用通過上述流動層的氣體，脫硫劑由流動層排出，所以脫硫劑不會長時間停留在流動層內(nèi)，可以抑制NOx的產(chǎn)生。
這時，如權(quán)利要求8中記載的，最好將上述脫硫劑的粒子的粒徑設(shè)定為使得上述粒子的終端速度比通過上述流動層的氣體的流速還小的粒徑。
通過設(shè)定為這樣的粒徑，脫硫劑與通過上述流動層的氣體一起由流動層中排出。
權(quán)利要求9中記載的發(fā)明是從排出的上述脫硫劑中回收含有未反應部分的上述脫硫劑并供給上述爐中的方法。
在該方法中，例如，可以收集通過旋風除塵器等吸塵器排出的上述脫硫劑，并可以將含有未反應部分的上述脫硫劑返回爐中再利用，所以可以實現(xiàn)脫硫劑的有效利用。
權(quán)利要求10中記載的發(fā)明是在上述爐的熔化室(フリ一ボ一ド)部分的內(nèi)部的離開上述流動層的位置上配置氣流干擾部件，以便干擾含有從上述流動層中排出的上述脫硫劑的排氣流動的方法。
根據(jù)該方法，例如，通過在離開上述流動層的熔化室部分的上方配置折流板等氣流干擾部件，可以干擾含有脫硫劑的排氣流。因此，由于可以將上述脫硫劑以離開上述流動層的狀態(tài)長時間停留在爐內(nèi)，賦予脫硫劑充分的反應時間，所以可以實現(xiàn)脫硫劑的有效利用。
作為上述的脫硫劑，如權(quán)利要求11中記載的，可以使用含有主要成分為Ca的物質(zhì)。
例如，可以使用以碳酸鈣(CaCO3)作為主要成分的石灰石、生混凝土泥漿等。
下面，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
還有，在流動層燃燒中，有循環(huán)流動層燃燒和氣泡流動層燃燒，但是下面以氣泡流動層燃燒作為前提進行說明。
另外，存在將發(fā)生流動層燃燒的爐的下部稱為“濃厚層”而與“流動層”區(qū)別開的情況，但是在本說明書中，將該部分統(tǒng)一記載為“流動層”。
第一實施方式圖1是在本發(fā)明的第一實施方式中用于實施排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
利用流動層燃燒而使燃料燃燒的燃燒裝置1具有爐11、向該爐11供給燃料粒子的燃料供給部分12、使由爐11排出的脫硫劑粒子111a循環(huán)的脫硫劑循環(huán)部分13和將脫硫劑粒子111a再生并向爐11供給的脫硫劑供給部分14。
在本發(fā)明中，作為燃料，除煤之外，可以使用重油、石油焦炭、生物質(zhì)、工業(yè)廢棄物等。另外，作為脫硫劑，可以使用含有主要成分為Ca的物質(zhì)，例如，石灰石、生混凝土泥漿、白云石、貝殼、混凝土結(jié)構(gòu)物及其廢棄物等。
在爐11的底部，設(shè)置金屬網(wǎng)狀或者多孔板狀的分散板113，以便在該分散板113上形成流動層112。另外，在流動層112的上方，設(shè)置熔化室部分111。
燃料供給部分12設(shè)有容納燃料粒子的裝料斗121和控制由該裝料斗121向爐11供給的燃料粒子的量的控制器122。
另外，在脫硫劑供給部分14中，設(shè)置了蓄留向爐11供給的脫硫劑粒子111a的裝料斗141和控制由該裝料斗141向爐11供給的脫硫劑粒子111a的量的控制器142。
還有，脫硫劑粒子111a既可以由裝料斗141分批投入爐11內(nèi)，也可以與燃料粒子混合再向爐11供給。另外，如圖1中所示，也可以使用旋風除塵器等吸塵器131從排出的脫硫劑粒子中捕集含有未反應部分的硫劑粒子，經(jīng)過控制器132將捕集的脫硫劑粒子返回爐11中。
圖2是流動層112的局部放大圖。在流動層112中填充了流動催化劑即多孔氧化鋁粒子112b。在該流動層112中，如果通過分散板113送入空氣，同時從燃料供給部分12供給燃料粒子112a，則由多孔氧化鋁粒子112b和燃料粒子112a組成的混合物變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。而且，一邊將流動層112內(nèi)的溫度維持在規(guī)定溫度(例如850℃)，一邊進行燃燒。
多孔氧化鋁粒子112b的直徑d2可以是在通過流動層112的氣體作用下多孔氧化鋁粒子112b不會從流動層112排出的尺寸。
圖3是熔化室部分111的局部放大圖。
脫硫劑粒子111a停留在流動層112的上方設(shè)置的熔化室部分111中。脫硫劑粒子111a的粒徑d3最好為在通過流動層112的空氣或排氣等氣體的作用下，至少從流動層112排出的程度的尺寸。另外，脫硫劑粒子111a的粒徑d3也可以為使用爐11內(nèi)上升的排氣進行輸送且至少其一部分由爐11排出的尺寸。
上述的各粒子的粒徑d2、d3可以通過考慮多孔氧化鋁粒子112b的種類以及脫硫劑粒子111a的種類、空氣的供給量、通過流動層112的空氣或排氣的流速等，由實驗、經(jīng)驗等求出。
另外，粒徑d2、d3可以根據(jù)通過流動層的空氣、排氣等氣體的流速和粒子的終端速度的關(guān)系求出。通常，粒子的終端速度與粒子的粘性、密度以及粒徑密切相關(guān)。而且，粒徑越大，終端速度變得越大，粒徑越小，終端速度變得越小。
作為一個例子，一邊參照圖4一邊對脫硫劑粒子111a的粒徑d3的確定方法進行說明。
圖4是表示脫硫劑粒子111a的粒徑和終端速度的關(guān)系的曲線，縱軸是脫硫劑粒子111a的終端速度，橫軸是脫硫劑粒子111a的粒徑。
在圖4的曲線中，用點劃線表示通過流動層112的氣體的空塔速度。因此，選擇粒徑d3，以使得終端速度變得比通過流動層112的氣體的空塔速度還小，從而脫硫劑粒子111a可以與通過流動層112的氣體一起排出到流動層112之外。根據(jù)圖4的曲線，例如當作為基準的氣體的空塔速度是0.22m/s時，則粒徑d3最好為0.1mm以下。
如上所述，流動催化劑和脫硫劑粒子的粒徑可以以氣體的空塔速度作為基準進行確定，但是具體地講，在氣泡流動層燃燒裝置中，適合使用流動催化劑的平均粒徑為0.05-5mm，脫硫劑的平均粒徑為0.01-2mm范圍的物質(zhì)。另外，在循環(huán)流動層燃燒裝置中，適合使用流動催化劑的平均粒徑為0.02-2mm，脫硫劑的平均粒徑為0.01-2mm范圍的物質(zhì)。
第二實施方式圖5是實施本發(fā)明的第二實施方式中的排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
在圖5中，與第一實施方式相同部位、相同部件中使用了相同的符號，詳細的說明省略。
在該實施方式中，在爐11的熔化室部分111的上方配置多個折流板151。而且，利用該折流板151干擾排氣，可以在爐11內(nèi)上升的至少一部分脫硫劑粒子111a與排氣一起可暫時停留在該折流板151的附近。
因此，脫硫劑粒子111a停留在爐11內(nèi)直到反應充分進行，所以可以實現(xiàn)脫硫劑粒子111a的有效利用。
還有，只要可以通過干擾排氣流而使至少一部分脫硫劑粒子111a暫時停留，則氣流干擾部件并不限于折流板151，可以使用網(wǎng)狀部件、多孔狀部件等其它部件。
第三實施方式圖6是實施本發(fā)明的第三實施方式中的排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
在該實施方式中使用的燃燒裝置2，在爐21的內(nèi)部分為上下兩段，而且，在下段設(shè)置了使從燃料供給部分22的裝料斗221經(jīng)過控制器222供給的燃料燃燒的流動層212，在上段設(shè)置了將排氣脫硫的脫硫?qū)?11。
在脫硫?qū)?11中，填充了石灰石等脫硫劑粒子，但是與在先的實施方式不同，其粒徑是在排氣作用下不會將脫硫劑粒子排出爐21之外的尺寸。脫硫劑粒子由脫硫劑供給部分23的裝料斗231經(jīng)過控制器232被投入到脫硫?qū)?11中。
根據(jù)該實施方式，則一邊經(jīng)過分散板213向流動層212中供給空氣，一邊在流動層212中進行燃料粒子的燃燒。排氣后到達在爐21內(nèi)上升后到達脫硫?qū)?11，并在該脫硫?qū)?11中進行脫硫。
在該實施方式中，由于燃料和脫硫劑不接觸，所以可以有效地抑制NOx的產(chǎn)生，與此同時，也可以抑制N2O的產(chǎn)生。
具體實施例方式
下面，針對根據(jù)上述第一實施方式的本發(fā)明的具體的實施例進行說明。實施例以及比較例的條件如下。
(實施例)燃料煤粒子粒徑d1＝297μm-1000μm
成分 80.13％碳，6.50％氫，11.06％氧，1.74％氮，0.57％硫放熱量 6470Kcal/kg供給量 以排氣中氧濃度變?yōu)?％的量供給·空氣流速0.22m/s·流動催化劑多孔氧化鋁粒子粒徑(平均粒徑)d2＝399μm成分 84.7％Al2O3，2.2％SiO2，0.0％MgO，0.8％CaO，1.1％TiO2，5.8％Fe2O3，3.8％SO3，1.6％其它供給量 以總體積計填充220cc，以使得靜止層高為10cm·脫硫劑石灰石粒子粒徑d3＝53μm～105μm成分 96.9％CaCO3，1.4％MgCO3，O.6％SiO2，0.8％Al2O3，0.3％Fe2O3供給方法 分批投入或者與燃料混合后投入供給量以供給的石灰石的Ca的摩爾量和供給的煤的S的摩爾量的比(Ca/S比)為比0大、5以下進行供給(比較例1)·燃料以及空氣流量與上述的實施例相同。
·流動催化劑石英砂粒子石英砂的粒徑(平均粒徑)273μm供給量 以總體積計填充220cc，以使得靜止層高為10cm·脫硫劑石灰石粒子粒徑d3＝420μm-590μm成分與實施例1相同供給方法 分批投入或者與燃料混合后投入供給量 以供給的石灰石的Ca的摩爾量和供給的煤的S的摩爾量的比(Ca/S比)為比0大、5以下進行供給(比較例2)除了石灰石粒子的粒徑d3為145μm-250μm以外，其它與比較例1相同。
在上述的實施例以及比較例1、2中，通過使用爐11出口的旋風除塵器和硅石制過濾器，在除去排出的煤燃燒灰、石灰石粒子后，向水冷的不銹鋼管中通入排氣，冷卻除濕，進行排氣中各成分的濃度分析。
而且，N2O、O2、CO2、CO、N2的各濃度，通過在將除塵、除濕的排氣捕集在氣體容器(ガスパツク)中后，使用帶有TCD(導熱率監(jiān)測器)的氣相色譜儀(島津制作所社制GC-8A)進行間歇測定。
另外，O2濃度使用磁力式O2濃度計(島津制作所社制POT-101)，CO2、CO濃度使用紅外線式氣體濃度測定裝置(島津制作所社制CGT-7000或者島津制作所社制CGT-10-1A)進行連續(xù)測定。
另外，NOx(NO+NO2)使用化學發(fā)光式NOx計測器，SO2使用紅外線式SO2的紅外線式SO2計(島津制作所社制URA-107)，分別進行連續(xù)測定。
圖7的曲線中顯示出了進行這樣測定的結(jié)果。
圖7(a)是表示上述實施例以及比較例1、2的脫硫量(SO2排出量)和NOx的排出量的關(guān)系曲線，圖7(b)是表示上述實施例以及比較例1、2的脫硫量(SO2排出量)和N2O的排出量的關(guān)系曲線。
如圖7(a)中所示，SO2的排出量越小，也就是說，越趨向于曲線的左邊，則實施例以及比較例1、2的NOx排出量越增加。但是，在本發(fā)明的方法中，與兩個比較例1、2相比，NOx排出量的增加梯度小，而且，NOx排出量為約180ppm-200ppm，并且與兩個比較例相比也保持相當?shù)偷闹怠?br> 另外，如圖7(b)中所示，SO2的排出量越小，也就是說，越趨向于曲線的右邊，則實施例以及比較例1、2的N2O排出量越減少。但是，在本發(fā)明的方法中，N2O排出量為約25ppm-40ppm，并且與兩個比較例1、2相比也保持相當?shù)偷闹怠?br> 由圖7(a)和圖7(b)的曲線顯而易見的是，在本發(fā)明中，原樣地保持了排氣中的脫硫量，可以在爐11內(nèi)同時抑制NOx以及N2O的排出量。
對于本發(fā)明中合適的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式。
例如，作為可以實施本發(fā)明方法的流動層燃燒形的燃燒裝置，可以使用例如常壓型、加壓型、沸騰型以及循環(huán)型等各種燃燒裝置。
根據(jù)本發(fā)明，則可以不對原有的燃燒裝置進行大幅度的改造，一邊在爐內(nèi)實現(xiàn)脫硫，一邊低成本地同時抑制N2O和NOx的排出量。


圖1是用于實施本發(fā)明的第一實施方式中的排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
圖2是圖1的燃燒裝置中的流動層的局部放大圖。
圖3是圖1的燃燒裝置中的熔化室部分的局部放大圖。
圖4是在用于確定脫硫劑粒子的粒徑的曲線，表示粒徑和終端速度關(guān)系。
圖5是用于實施本發(fā)明的第二實施方式中的排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
圖6是用于實施本發(fā)明的第三實施方式中的排出抑制方法的燃燒裝置的簡圖。
圖7是用于說明本發(fā)明的效果的曲線。
符號的說明1燃燒裝置11爐111熔化室部分111a脫硫劑粒子112流動層112a燃料粒子112b多孔氧化鋁粒子(流動催化劑)113分散板12燃料供給部分121裝料斗122控制器13脫硫劑循環(huán)部分131吸塵器132控制器14脫硫劑供給部分141裝料斗142控制器151折流板(氣流干擾部件)2燃燒裝置21爐211脫硫?qū)?12流動層213分散板22燃料供給部分221裝料斗222控制器23脫硫劑供給部分231裝料斗232控制器
權(quán)利要求
1.燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，其是在利用流動層燃燒而使燃料燃燒的燃燒裝置的爐內(nèi)投入流動催化劑和脫硫劑、同時抑制N2O和NOx的排出的方法，特征在于，從上述流動催化劑中分離上述脫硫劑。
2.權(quán)利要求1中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，使用粒子狀的物質(zhì)作為上述脫硫劑，利用通過上述流動層的氣體將上述脫硫劑從流動層中排出。
3.權(quán)利要求1中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，在上述爐的下段配置含有上述流動催化劑的流動層，在上段配置含有上述脫硫劑的脫硫?qū)?，在下段的上述流動層中進行燃料的燃燒后，在上段的上述脫硫?qū)又羞M行排氣的脫硫。
4.權(quán)利要求1-3任一項中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述流動催化劑是粒子狀的多孔氧化鋁。
5.權(quán)利要求4中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述多孔氧化鋁的粒徑為與通過上述流動層的氣體對抗且不會從上述流動層中排出的尺寸。
6.權(quán)利要求2-5任一項中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，將上述流動催化劑的粒子的粒徑設(shè)定為使得上述流動催化劑的粒子的終端速度比通過上述流動層的氣體的流速還大的粒徑。
7.權(quán)利要求2中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，上述脫硫劑是粒子狀，其粒徑為在通過上述流動層的氣體的作用下至少從流動層被排出的尺寸。
8.權(quán)利要求7中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，將上述脫硫劑的粒子的粒徑設(shè)定為使得上述脫硫劑粒子的終端速度比通過上述流動層的氣體的流速還小的粒徑。
9.權(quán)利要求2、7或者8中記載的燃燒裝置中的N2O以及NOx的排出抑制方法，特征在于，從排出的上述脫硫劑中回收含有未反應部分的上述脫硫劑，并供給上述爐中。
10.權(quán)利要求2、7或者8中記載的燃燒裝置中的N2O以及N2O的排出抑制方法，特征在于，在上述爐的熔化室部分的內(nèi)部配置氣流干擾部件，以便干擾從上述流動層排出的含有上述脫硫劑的排氣流。
11.權(quán)利要求1-9任一項中記載的燃燒裝置中的N2O以及N2O的排出抑制方法，特征在于，上述脫硫劑是含有Ca作為主要成分的物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了在利用流動層燃燒而使煤等燃料燃燒的燃燒裝置的爐內(nèi)可以同時進行脫硫和N
文檔編號B01J21/04GK1497210SQ03127278
公開日2004年5月19日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者清水忠明, 藤原尚樹, 樹 申請人:出光興產(chǎn)株式會社