多種燃料燃焼方法及び燃焼装置
【課題】高硫黄分炭と、性状にばらつきが多く、発熱量が低い低発熱量燃料を効果的に利用してＳＯ2、ダイオキシンをはじめ、ＮＯｘ、未燃分などの生成を抑制する燃焼方法及び燃焼装置を提供する。
【解決手段】第１還元域８（流動層１）、第２還元域９（バーナ部）及び酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させ、第１還元域８で低発熱量燃料を８６０℃以下で燃焼させる。第２還元域９で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼させて、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気を形成し、第１還元域８で発生したダイオキシンとＮＯｘと未燃分を低減する。さらに第２還元域９では高硫黄分炭より供給される硫黄分が塩素（Ｃｌ2）を捕捉し、塩化水素（ＨＣｌ）に還元するため、ダイオキシン発生を抑制できる。また、第２還元域９で発生するＳＯ2の量は低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺されるため、高硫黄分炭を燃焼させる場合に比べて低い。
【解決手段】第１還元域８（流動層１）、第２還元域９（バーナ部）及び酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させ、第１還元域８で低発熱量燃料を８６０℃以下で燃焼させる。第２還元域９で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼させて、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気を形成し、第１還元域８で発生したダイオキシンとＮＯｘと未燃分を低減する。さらに第２還元域９では高硫黄分炭より供給される硫黄分が塩素（Ｃｌ2）を捕捉し、塩化水素（ＨＣｌ）に還元するため、ダイオキシン発生を抑制できる。また、第２還元域９で発生するＳＯ2の量は低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺されるため、高硫黄分炭を燃焼させる場合に比べて低い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫黄酸化物（ＳＯ2）、ダイオキシン、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び未燃分の排出量及び火炉水壁（隣接する水管をメンブレンバーで接続して得られる水壁）での硫化腐食を低減することを目的とした多種燃料燃焼方法及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭と低発熱量燃料であるバイオマスを用いた従来の燃焼技術の一例として、バイオマスと泥炭の流動層燃焼について説明する。流動層燃焼でバイオマスと泥炭を混焼させた場合、バイオマス中のアルカリ金属（Ｃａ，Ｋ，Ｎａ等）がＳＯ2を捕捉し、脱硫剤として働くことがパイロットスケールの燃焼試験で確認されている（出典：Fuel Vo174 No.4 pp.615-622, 1995）。
【０００３】
通常流動層燃焼ではＣａＣＯ3を脱硫剤として用いて以下の反応式（１）、（２）の脱硫反応が行われる。
ＣａＣＯ3 →ＣａＯ＋ＣＯ2 （１）
ＣａＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2→ＣａＳＯ4 （２）
式（２）の反応は可逆反応である。ＣａＳＯ4の安定性は酸化又は還元雰囲気と温度で決まり、還元雰囲気であれば８６０℃付近、酸化雰囲気であれば１１００℃付近まで安定である。各々の雰囲気で上記温度より層温度が高くなればＣａＳＯ4は分解し、ＳＯ2が再放出される。従って、ＳＯ2の生成を抑制するには層温度を７５０〜８６０℃と比較的低い温度に制御することが重要である。ただし、この温度域はダイオキシンの生成が促進される領域でもある。
【０００４】
流動層燃焼は発熱量が低く、燃料性状にばらつきが多い低品位燃料に適している燃焼方式であり、炉内（流動層内）の温度が比較的低いのが一つの特徴である。炉内温度が低いとＳＯ2生成は抑制されるが、ダイオキシンの生成は促進される。また、燃焼温度が低いため、灰中未燃分やＣＯの生成も石炭焚きボイラに代表される気流燃焼に比べて多い。表１には固定層方式、流動層方式及び気流層方式の代表的な燃焼方式について示す。
【表１】
【非特許文献１】Fuel Vo174 No.4 pp.615-622, 1995
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料中の硫黄分が多く、ＳＯ2生成が多い高硫黄分炭の埋蔵量が多いにも拘わらず、有効利用する燃焼方法が知られていない。またこの燃料を通常のバーナを用いるボイラ火炉あるいは流動層火炉内で燃焼させると炉壁の高温腐食が懸念される問題点があった。
また、性状にばらつきが多く、発熱量が低い低発熱量の石炭燃料も埋蔵量が多いにも拘わらず、有効利用する燃焼方法が知られていない。
【０００６】
本発明の課題は、燃料中の硫黄分が多く、ＳＯ2生成や流動層火炉における火炉水壁の高温腐食が懸念される高硫黄分炭と、性状にばらつきが多く、発熱量が低い低発熱量燃料の燃焼方法を工夫することにより効果的に利用する燃焼方法と装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の課題は、火炉内に任意の燃焼雰囲気を形成し、高硫黄分炭と低発熱量燃料のそれぞれの燃焼特性を利用することにより、ＳＯ2、ダイオキシン、ＮＯｘ、及び未燃分などの生成を抑制する燃焼方法及び燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記課題は、高硫黄分炭と低発熱量燃料の燃焼特性を把握し、炉内の燃焼温度と雰囲気を制御することによって解決される。
【０００９】
すなわち、請求項１記載の発明は、硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を同一火炉内で燃焼させる多種燃料燃焼方法において、火炉内に低発熱量燃料を供給し、火炉下方より火炉内に投入した燃焼用空気と共に流動化させ、得られた流動層内で還元雰囲気燃焼させ、前記流動層の後流側の火炉内に配置されたバーナから火炉内に高硫黄分炭と低発熱量燃料と燃焼用空気とを共に供給し、気流中で還元雰囲気燃焼させ、さらに、バーナ付近より後流側の火炉内のアフタエアポートから火炉内に燃焼用空気を供給して酸化雰囲気で前記両燃料を完全燃焼させる多種燃料燃焼方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料の他に無機物を用いる請求項１記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるように前記両燃料を火炉に供給する請求項１又は２記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、火炉内に供給する全高硫黄分炭と全低発熱量燃料の供給量の割合を火炉から排出されるＳＯ2量とダイオキシン量が最低になるよう調整する請求項１ないし３のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記流動層の後流側の火炉内のバーナで気流燃焼させる低発熱量燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とし、残りの低発熱量燃料を流動層に供給する請求項１ないし４のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１４】
請求項６記載の発明は、高硫黄分炭と低発熱量燃料を同一の粉砕機で粉砕混合し、粉砕された混合燃料をバーナで気流燃焼させる場合に、低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下としてバーナから火炉内に供給する請求項１ないし５のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１５】
請求項７記載の発明は、カルシウム塩を燃焼用空気と混合してアフターエアポートから火炉内に供給する請求項１ないし６のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１６】
請求項８記載の発明は、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱量燃料の混合割合を調整する請求項１ないし７のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１７】
請求項９記載の発明は、硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を混合して粉砕する混合粉砕機と、前記低発熱量燃料だけを粉砕する低発熱量燃料粉砕機と、流動層とバーナとアフタエアポートをそれぞれ前流側から後流側に順に備えた火炉と、前記低発熱量燃料粉砕機で得られた粉砕低発熱量燃料を流動層に供給量を調節して供給する粉砕低発熱量燃料供給手段と、前記混合粉砕機で得られた粉砕混合燃料をバーナに供給量を調節して供給する混合燃料供給手段と、前記流動層と前記バーナにそれぞれ前記各燃料を還元燃焼させる燃焼用空気を供給量を調節して供給する還元燃焼用空気供給手段と、前記両燃料の酸化燃焼用の空気をアフタエアポートに供給量を調節して供給する酸化燃焼用空気供給手段とを備えた多種燃料燃焼装置である。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、前記高硫黄分炭だけを粉砕する高硫黄分炭粉砕機と、該火炉のバーナに前記高硫黄分炭粉砕機で粉砕された高硫黄分炭の供給量を調節して供給する高硫黄分炭供給手段とを備えた請求項９記載の多種燃料燃焼装置である。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、前記粉砕低発熱量燃料供給手段と前記混合燃料供給手段と還元燃焼用空気供給手段と酸化燃焼用空気供給手段にはそれぞれ供給量調節手段を備えた請求項９または１０記載の多種燃料燃焼装置である。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、アフタエアポートにはカルシウム塩を燃焼用空気と混合して供給する手段を設けた請求項９ないし１１のいずれかに記載の多種燃料燃焼装置である。
【００２１】
なお、本発明では低発熱量燃料としてはバイオマス燃料、ＲＤＦ（Refuese Derived Fuel)などの廃棄物燃料を言う。
【００２２】
（作用）
請求項１、９記載の本発明では、高硫黄分炭及び低発熱量燃料を用い、火炉内に図１に示すような第１還元域８（流動層）、第２還元域９（バーナ部）及び酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させる。各々の領域における作用は以下のとおりである。
【００２３】
まず、第１還元域８で低発熱量燃料を８６０℃以下で燃焼させる。次に、第２還元域９で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼することにより、火炎温度が１２００℃以上と高くなり過ぎるのを防ぎ（脱硫反応で生成したＣａＳＯ4 が分解してＳＯ2が再放出されないようにする）、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気を形成し、第１還元域８で発生したダイオキシンと高硫黄分炭の燃焼より発生したＮＯｘと未燃分を低減する。
【００２４】
さらに第２還元域９では高硫黄分炭より供給される硫黄分がダイオキシン前駆体となる塩素（Ｃｌ2）を捕捉し、塩化水素（ＨＣｌ）に還元するため、ダイオキシン発生を抑制できる。また、第２還元域９で発生するＳＯ2の量は低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺されるため、高硫黄分炭を単独で燃焼させる場合に比べて低い。さらに、第２燃焼領域に形成される第２還元域９は高温雰囲気が形成されるため、ダイオキシンの生成を効果的に抑制でき、さらに未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）は燃焼され、未燃分が排出されない。さらに脱硫反応で生成したＣａＳＯ4が分解してＳＯ2が再放出されないようにする。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば請求項１記載の発明の作用に加えて、前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料を用いるだけでなく無機物も併用することで、燃焼によって消費される低発熱量燃料の補充を行いながら流動層としての機能を維持させることができる。
【００２６】
請求項３、４又は１１記載の発明によれば請求項１、２又は９記載の発明の作用に加えて、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記両燃料を火炉に供給することでダイオキシン発生量とＳＯ2発生量が最小になるように調整することができ、第１還元域８で発生したダイオキシンと高硫黄分炭の燃焼より発生したＮＯｘと未燃分を低減し、第２還元域９でダイオキシン自体の発生量も下げ、さらにＳＯ2発生量を低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺させる。
【００２７】
請求項５、６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用に加えて、流動層の後流側のバーナで燃焼させる低発熱燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とすることで、混合燃料中での低発熱燃料の粉砕性が安定し、さらに低発熱燃料を含む混合燃料で得られる火炎の安定性が確保できる。
【００２８】
請求項７又は１２記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明又は請求項９ないし１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、アフターエアポート部に形成される酸化域１０では、高硫黄分炭を優先的に燃焼させる場合に発生するＳＯ2をアフターエアポートから供給するカルシウム塩の量で調整することができる。
【００２９】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の発明の作用に加えて、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱燃料の混合割合を調整することで、第２還元域９でＳＯ2と塩素が反応してＳＯ2発生量を低減できる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、高硫黄分炭だけの火炉への供給量を調節することができる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１、９記載の本発明によれば、次のような効果がある。
（１）低発熱量燃料であるバイオマス及びＲＤＦ（Refuese Derived Fuel)などの廃棄物燃料の燃焼において、ダイオキシンの発生及び未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）の生成を効果的に抑制できる。
（２）高硫黄分炭の燃焼でＳＯ2が多量に発生する問題や火炉水壁が高温腐食する問題などがなく、効果的に高硫黄分炭と低発熱量燃料を使用できるため、運用コストを大幅に低減できる。
（４）バーナ付近で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼させるため、火炎温度が１２００℃以上と高くなり過ぎるのを防ぎ、火炉水壁での高温腐食を防止できる。
（５）バーナ付近で高硫黄分炭より供給される硫黄分はダイオキシン前駆体となる塩素（Ｃｌ2）を捕捉し塩化水素（ＨＣｌ）に還元するためダイオキシン発生を抑制できる。
（６）火炉内には気流燃焼により高温雰囲気（１０００℃以上、１２００℃以下）が形成されるため、ダイオキシンの生成を効果的に抑制できる。
（７）火炉内には気流燃焼により高温雰囲気（１０００℃以上、１２００℃以下）が形成されるため、未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）及びＳＯ2の生成を効果的に抑制できる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば請求項１記載の発明の効果に加えて、前記流動層の流動媒体として燃焼によって消費される低発熱量燃料の補充のために無機物を加えることで、流動層燃焼装置としての機能を維持させることができる。
【００３３】
請求項３、４又は１１記載の発明によれば請求項１、２又は９記載の発明の効果に加えて、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記両燃料を火炉に供給することで、ダイオキシンとＳＯ2の両方の有害物の火炉からの排出量を最小になるように調整することができる。
【００３４】
請求項５、６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、流動層の後流側のバーナで燃焼させる低発熱燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とすることで、混合燃料中での低発熱燃料の粉砕安定性と火炎安定性が確保できる。
【００３５】
請求項７又は１２記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明又は請求項９ないし１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、高硫黄分炭燃焼で生成するＳＯ2を効果的に抑制して火炉水壁での高温腐食を低減できる。
【００３６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の発明の効果に加えて、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱燃料の混合割合を調整することで、第２還元域９でＳＯ2と塩素が反応してＳＯ2発生量を低減でき、火炉水壁での高温腐食を低減できる。
【００３７】
請求項１０記載の発明によれば、高硫黄分炭の火炉への供給量の調節で燃料の燃焼状態をコントロールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１には本実施例の流動層火炉７を用いる燃焼装置の概略構成図を示す。本実施例の流動層火炉７、流動層１とバーナ２とアフタエアポート３からなる。流動層１を形成するのは、バイオマスやごみ燃料（ＲＤＦ）などの低発熱量燃料である。流動媒体としてはこれら燃料のほかに砂などの無機物を加える場合もある。
【００３９】
本実施例の火炉７の流動層１の後流側に配置されたバーナ２には高硫黄分炭と低発熱量燃料が供給される。バーナ２に供給される高硫黄分炭と低発熱量燃料は、それぞれホッパ４，５から共に粉砕機６ａに送られて粉砕機６ａで粉砕された後、燃焼用空気で火炉７に搬送される。低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合は熱量ベースで２０重量％以下とする。バーナ２から供給する低発熱量燃料は粉砕機６ａ内での爆発防止や粒度確保のため、ペレットなどの固形燃料に加工したものを用いるのが望ましい。
【００４０】
また、粉砕した高硫黄分炭だけをバーナ２に供給するために高硫黄分炭粉砕器６ｂを設け、また粉砕した低発熱量燃料だけを流動層１に供給するために低発熱量燃料粉砕器６ｃを設ける。これらの粉砕器６ａ〜６ｃから火炉７に供給される各燃料の量はそれぞれバルブ１１ａ〜１１ｈで調節される。
【００４１】
バーナ２の後流側に配置されるアフタエアポート３からはカルシウム塩（例：ＣａＣＯ3）を燃焼用空気に混入し、火炉７に供給することができる構成（図示せず）にしている。
【００４２】
流動層火炉７内の雰囲気と作用について述べる。
本実施例では火炉７内に第１還元域８（流動層１）、第２還元域９（バーナ部）、酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させる。
【００４３】
第１還元域８は流動層領域が形成される８６０℃以下の還元域であり、低発熱量燃料が燃焼することにより、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）が発生する。
【００４４】
第２還元域９はバーナ２からの燃料が燃焼する領域に形成され、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気にあり、バーナ２で高硫黄分炭だけを燃焼させた場合にＳＯ2が発生して火炉水壁での高温腐食が懸念される領域である。ただし、高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼することによってＳＯ2と塩素（Ｃｌ）が反応して相殺されるため、ＳＯ2の生成量は比較的低下する。つまり、単味で高硫黄分炭をバーナ２から供給して燃焼させる場合に比べて、ＳＯ2の発生量が低下する。第２還元域９ではＳＯ2の発生量が低減される上、低発熱量燃料を高硫黄分炭と混焼することにより、火炎温度が低くなるため、火炉水壁での高温腐食も抑制される。
【００４５】
第２還元域９は１０００℃以上であるため、ダイオキシンは生成しにくいが、ダイオキシンの前駆体である塩素（Ｃｌ）がＳＯ2に捕捉されることによりダイオキシンの生成抑制効果はさらに顕著になる。上記ＳＯ2と塩素（Ｃｌ）の反応式（３）を次に示す。
ＳＯ2＋Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＳＯ3＋２ＨＣｌ （３）
この領域は１０００℃以上の温度領域であるので、第１還元域８で発生したダイオキシンも分解する。また、この領域では還元物質が多く発生するため、ＮＯｘの生成量が酸化域１０に比較して少ない。
【００４６】
第２還元域９の特徴は、第１還元域８で発生したダイオキシンの量を低減し、ＮＯｘ、ＳＯ2の生成を抑制し、火炉水壁での高温腐食を防止することである。
【００４７】
酸化域１０はアフタエアポート３から供給される空気により、前記還元域９で空気不足のため生成した未燃分を完全燃焼させる役割を持つ。アフタエアポート３からは脱硫剤であるカルシウム塩を供給できるが、これにより高硫黄分炭を優先的に燃焼させる場合に発生するＳＯ2を低減できる。
【００４８】
表２に低発熱量燃料の流動層燃焼方式及び高硫黄分炭の気流燃焼方式及び両者を組合わせた本発明の燃焼方式のメリットとデメリットをまとめて記載した。
【表２】
【００４９】
表２に示すように、低発熱量燃料を流動層に供給して一次空気と共に燃焼させ、二次空気を流動層の後流側に供給する流動層燃焼法では、ＳＯ2生成量は低いが、流動層で形成される還元燃焼域は８６０℃以下の還元域であり、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）の生成量が多い。
【００５０】
また、燃料中の硫黄分が多い高硫黄分炭をバーナ２に供給して燃焼させ、さらにバーナ２の後流側のアフターエアポート３から空気を供給する気流燃焼法では、ダイオキシンの発生量が少なく、未燃分（灰中未燃分とＣＯ）の生成量も少ない。またバーナ部での還元燃焼領域とアフターエアポート部での酸化燃焼領域からなる二段燃焼法を採用するので前記したようにＮＯｘの生成量は少ない。しかし硫黄分含有量が多い石炭を燃焼させるのでＳＯ2生成量が多い。そのため、火炉水壁は高温腐食が起き易くなる。
【００５１】
これらの燃焼法に対して本発明の燃焼法では先に説明した通り、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）とＳＯ2の生成量とＮＯｘの生成量が少なく、火炉水壁での高温腐食も抑制される。
【００５２】
次に高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合割合について説明する。
硫黄分は主に高硫黄炭から、塩素（Ｃｌ）は主に低発熱量燃料からそれぞれ供給されるが、燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記二種類の燃料を混合するのが望ましい。ただし、バーナ部より気流燃焼用として供給する低発熱量燃料の混合比率は粉砕性や火災の安定性から熱量ベースで２０重量％以下にする必要があるため、残りの低発熱燃料は流動層１へ投入する。
【００５３】
図２には高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合比率に対するダイオキシン生成量とＳＯ2生成量の推移を示す。燃料中の硫黄分が増加するに従ってダイオキシンの生成量は減少するが、さらに硫黄分が増加するとＳＯ2生成量が増える。そこで、ダイオキシンとＳＯ2の生成量を共に低減できる燃料の混合割合には最適値が存在することが分かった。
【００５４】
燃料中の硫黄分と塩素（Ｃｌ）量は、そのときどきに使用する燃料の種類によってばらつきが多く、また、実際の火炉では逐次変化する炉内温度や流動層の流動状態の影響を受けるため、燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のみの調整ではダイオキシンとＳＯ2の生成量を抑制することが難しい場合がある。このような場合には、運転データ（混合比率を変化させた際のＳＯ2とダイオキシンの生成量の推移データ）を逐次チェックし、図２に示した最適値に調整することによってダイオキシンとＳＯ2の生成量を最小にできる運転状況を確保できる。
【００５５】
本実施例では火炉７内に役割の異なる効果を持つ燃焼域を形成し、低品位燃料とされる高硫黄分炭と低発熱量燃料を混合して燃焼させながら、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシンを同時に低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は火炉内に役割の異なる効果を持つ燃焼域を形成し、低品位燃料とされる高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合燃焼により、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシンの生成量を同時に低減する燃焼方法と装置が得られ、今後さらに厳しくなる環境問題にも対応できる新しい燃焼方式である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による流動層火炉を用いる燃焼装置の概略構成図である。
【図２】高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合比率に対するダイオキシン・ＳＯ2排出量の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 流動層 ２ バーナ
３ アフタエアポート ４，５ ホッパ
６ａ 粉砕機 ６ｂ 高硫黄分炭粉砕器
６ｃ 低発熱量燃料粉砕器 ７ 火炉
８ 第１還元域 ９ 第２還元域
１０ 酸化域 １１ａ〜１１ｈ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫黄酸化物（ＳＯ2）、ダイオキシン、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び未燃分の排出量及び火炉水壁（隣接する水管をメンブレンバーで接続して得られる水壁）での硫化腐食を低減することを目的とした多種燃料燃焼方法及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭と低発熱量燃料であるバイオマスを用いた従来の燃焼技術の一例として、バイオマスと泥炭の流動層燃焼について説明する。流動層燃焼でバイオマスと泥炭を混焼させた場合、バイオマス中のアルカリ金属（Ｃａ，Ｋ，Ｎａ等）がＳＯ2を捕捉し、脱硫剤として働くことがパイロットスケールの燃焼試験で確認されている（出典：Fuel Vo174 No.4 pp.615-622, 1995）。
【０００３】
通常流動層燃焼ではＣａＣＯ3を脱硫剤として用いて以下の反応式（１）、（２）の脱硫反応が行われる。
ＣａＣＯ3 →ＣａＯ＋ＣＯ2 （１）
ＣａＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2→ＣａＳＯ4 （２）
式（２）の反応は可逆反応である。ＣａＳＯ4の安定性は酸化又は還元雰囲気と温度で決まり、還元雰囲気であれば８６０℃付近、酸化雰囲気であれば１１００℃付近まで安定である。各々の雰囲気で上記温度より層温度が高くなればＣａＳＯ4は分解し、ＳＯ2が再放出される。従って、ＳＯ2の生成を抑制するには層温度を７５０〜８６０℃と比較的低い温度に制御することが重要である。ただし、この温度域はダイオキシンの生成が促進される領域でもある。
【０００４】
流動層燃焼は発熱量が低く、燃料性状にばらつきが多い低品位燃料に適している燃焼方式であり、炉内（流動層内）の温度が比較的低いのが一つの特徴である。炉内温度が低いとＳＯ2生成は抑制されるが、ダイオキシンの生成は促進される。また、燃焼温度が低いため、灰中未燃分やＣＯの生成も石炭焚きボイラに代表される気流燃焼に比べて多い。表１には固定層方式、流動層方式及び気流層方式の代表的な燃焼方式について示す。
【表１】
【非特許文献１】Fuel Vo174 No.4 pp.615-622, 1995
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料中の硫黄分が多く、ＳＯ2生成が多い高硫黄分炭の埋蔵量が多いにも拘わらず、有効利用する燃焼方法が知られていない。またこの燃料を通常のバーナを用いるボイラ火炉あるいは流動層火炉内で燃焼させると炉壁の高温腐食が懸念される問題点があった。
また、性状にばらつきが多く、発熱量が低い低発熱量の石炭燃料も埋蔵量が多いにも拘わらず、有効利用する燃焼方法が知られていない。
【０００６】
本発明の課題は、燃料中の硫黄分が多く、ＳＯ2生成や流動層火炉における火炉水壁の高温腐食が懸念される高硫黄分炭と、性状にばらつきが多く、発熱量が低い低発熱量燃料の燃焼方法を工夫することにより効果的に利用する燃焼方法と装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の課題は、火炉内に任意の燃焼雰囲気を形成し、高硫黄分炭と低発熱量燃料のそれぞれの燃焼特性を利用することにより、ＳＯ2、ダイオキシン、ＮＯｘ、及び未燃分などの生成を抑制する燃焼方法及び燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記課題は、高硫黄分炭と低発熱量燃料の燃焼特性を把握し、炉内の燃焼温度と雰囲気を制御することによって解決される。
【０００９】
すなわち、請求項１記載の発明は、硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を同一火炉内で燃焼させる多種燃料燃焼方法において、火炉内に低発熱量燃料を供給し、火炉下方より火炉内に投入した燃焼用空気と共に流動化させ、得られた流動層内で還元雰囲気燃焼させ、前記流動層の後流側の火炉内に配置されたバーナから火炉内に高硫黄分炭と低発熱量燃料と燃焼用空気とを共に供給し、気流中で還元雰囲気燃焼させ、さらに、バーナ付近より後流側の火炉内のアフタエアポートから火炉内に燃焼用空気を供給して酸化雰囲気で前記両燃料を完全燃焼させる多種燃料燃焼方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料の他に無機物を用いる請求項１記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるように前記両燃料を火炉に供給する請求項１又は２記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、火炉内に供給する全高硫黄分炭と全低発熱量燃料の供給量の割合を火炉から排出されるＳＯ2量とダイオキシン量が最低になるよう調整する請求項１ないし３のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記流動層の後流側の火炉内のバーナで気流燃焼させる低発熱量燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とし、残りの低発熱量燃料を流動層に供給する請求項１ないし４のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１４】
請求項６記載の発明は、高硫黄分炭と低発熱量燃料を同一の粉砕機で粉砕混合し、粉砕された混合燃料をバーナで気流燃焼させる場合に、低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下としてバーナから火炉内に供給する請求項１ないし５のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１５】
請求項７記載の発明は、カルシウム塩を燃焼用空気と混合してアフターエアポートから火炉内に供給する請求項１ないし６のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１６】
請求項８記載の発明は、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱量燃料の混合割合を調整する請求項１ないし７のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法である。
【００１７】
請求項９記載の発明は、硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を混合して粉砕する混合粉砕機と、前記低発熱量燃料だけを粉砕する低発熱量燃料粉砕機と、流動層とバーナとアフタエアポートをそれぞれ前流側から後流側に順に備えた火炉と、前記低発熱量燃料粉砕機で得られた粉砕低発熱量燃料を流動層に供給量を調節して供給する粉砕低発熱量燃料供給手段と、前記混合粉砕機で得られた粉砕混合燃料をバーナに供給量を調節して供給する混合燃料供給手段と、前記流動層と前記バーナにそれぞれ前記各燃料を還元燃焼させる燃焼用空気を供給量を調節して供給する還元燃焼用空気供給手段と、前記両燃料の酸化燃焼用の空気をアフタエアポートに供給量を調節して供給する酸化燃焼用空気供給手段とを備えた多種燃料燃焼装置である。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、前記高硫黄分炭だけを粉砕する高硫黄分炭粉砕機と、該火炉のバーナに前記高硫黄分炭粉砕機で粉砕された高硫黄分炭の供給量を調節して供給する高硫黄分炭供給手段とを備えた請求項９記載の多種燃料燃焼装置である。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、前記粉砕低発熱量燃料供給手段と前記混合燃料供給手段と還元燃焼用空気供給手段と酸化燃焼用空気供給手段にはそれぞれ供給量調節手段を備えた請求項９または１０記載の多種燃料燃焼装置である。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、アフタエアポートにはカルシウム塩を燃焼用空気と混合して供給する手段を設けた請求項９ないし１１のいずれかに記載の多種燃料燃焼装置である。
【００２１】
なお、本発明では低発熱量燃料としてはバイオマス燃料、ＲＤＦ（Refuese Derived Fuel)などの廃棄物燃料を言う。
【００２２】
（作用）
請求項１、９記載の本発明では、高硫黄分炭及び低発熱量燃料を用い、火炉内に図１に示すような第１還元域８（流動層）、第２還元域９（バーナ部）及び酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させる。各々の領域における作用は以下のとおりである。
【００２３】
まず、第１還元域８で低発熱量燃料を８６０℃以下で燃焼させる。次に、第２還元域９で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼することにより、火炎温度が１２００℃以上と高くなり過ぎるのを防ぎ（脱硫反応で生成したＣａＳＯ4 が分解してＳＯ2が再放出されないようにする）、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気を形成し、第１還元域８で発生したダイオキシンと高硫黄分炭の燃焼より発生したＮＯｘと未燃分を低減する。
【００２４】
さらに第２還元域９では高硫黄分炭より供給される硫黄分がダイオキシン前駆体となる塩素（Ｃｌ2）を捕捉し、塩化水素（ＨＣｌ）に還元するため、ダイオキシン発生を抑制できる。また、第２還元域９で発生するＳＯ2の量は低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺されるため、高硫黄分炭を単独で燃焼させる場合に比べて低い。さらに、第２燃焼領域に形成される第２還元域９は高温雰囲気が形成されるため、ダイオキシンの生成を効果的に抑制でき、さらに未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）は燃焼され、未燃分が排出されない。さらに脱硫反応で生成したＣａＳＯ4が分解してＳＯ2が再放出されないようにする。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば請求項１記載の発明の作用に加えて、前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料を用いるだけでなく無機物も併用することで、燃焼によって消費される低発熱量燃料の補充を行いながら流動層としての機能を維持させることができる。
【００２６】
請求項３、４又は１１記載の発明によれば請求項１、２又は９記載の発明の作用に加えて、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記両燃料を火炉に供給することでダイオキシン発生量とＳＯ2発生量が最小になるように調整することができ、第１還元域８で発生したダイオキシンと高硫黄分炭の燃焼より発生したＮＯｘと未燃分を低減し、第２還元域９でダイオキシン自体の発生量も下げ、さらにＳＯ2発生量を低発熱量燃料中にある塩素（Ｃｌ2）の捕捉により相殺させる。
【００２７】
請求項５、６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用に加えて、流動層の後流側のバーナで燃焼させる低発熱燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とすることで、混合燃料中での低発熱燃料の粉砕性が安定し、さらに低発熱燃料を含む混合燃料で得られる火炎の安定性が確保できる。
【００２８】
請求項７又は１２記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明又は請求項９ないし１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、アフターエアポート部に形成される酸化域１０では、高硫黄分炭を優先的に燃焼させる場合に発生するＳＯ2をアフターエアポートから供給するカルシウム塩の量で調整することができる。
【００２９】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の発明の作用に加えて、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱燃料の混合割合を調整することで、第２還元域９でＳＯ2と塩素が反応してＳＯ2発生量を低減できる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、高硫黄分炭だけの火炉への供給量を調節することができる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１、９記載の本発明によれば、次のような効果がある。
（１）低発熱量燃料であるバイオマス及びＲＤＦ（Refuese Derived Fuel)などの廃棄物燃料の燃焼において、ダイオキシンの発生及び未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）の生成を効果的に抑制できる。
（２）高硫黄分炭の燃焼でＳＯ2が多量に発生する問題や火炉水壁が高温腐食する問題などがなく、効果的に高硫黄分炭と低発熱量燃料を使用できるため、運用コストを大幅に低減できる。
（４）バーナ付近で高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼させるため、火炎温度が１２００℃以上と高くなり過ぎるのを防ぎ、火炉水壁での高温腐食を防止できる。
（５）バーナ付近で高硫黄分炭より供給される硫黄分はダイオキシン前駆体となる塩素（Ｃｌ2）を捕捉し塩化水素（ＨＣｌ）に還元するためダイオキシン発生を抑制できる。
（６）火炉内には気流燃焼により高温雰囲気（１０００℃以上、１２００℃以下）が形成されるため、ダイオキシンの生成を効果的に抑制できる。
（７）火炉内には気流燃焼により高温雰囲気（１０００℃以上、１２００℃以下）が形成されるため、未燃分（灰中未燃分、ＣＯ）及びＳＯ2の生成を効果的に抑制できる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば請求項１記載の発明の効果に加えて、前記流動層の流動媒体として燃焼によって消費される低発熱量燃料の補充のために無機物を加えることで、流動層燃焼装置としての機能を維持させることができる。
【００３３】
請求項３、４又は１１記載の発明によれば請求項１、２又は９記載の発明の効果に加えて、高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記両燃料を火炉に供給することで、ダイオキシンとＳＯ2の両方の有害物の火炉からの排出量を最小になるように調整することができる。
【００３４】
請求項５、６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、流動層の後流側のバーナで燃焼させる低発熱燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とすることで、混合燃料中での低発熱燃料の粉砕安定性と火炎安定性が確保できる。
【００３５】
請求項７又は１２記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明又は請求項９ないし１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、高硫黄分炭燃焼で生成するＳＯ2を効果的に抑制して火炉水壁での高温腐食を低減できる。
【００３６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の発明の効果に加えて、バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱燃料の混合割合を調整することで、第２還元域９でＳＯ2と塩素が反応してＳＯ2発生量を低減でき、火炉水壁での高温腐食を低減できる。
【００３７】
請求項１０記載の発明によれば、高硫黄分炭の火炉への供給量の調節で燃料の燃焼状態をコントロールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１には本実施例の流動層火炉７を用いる燃焼装置の概略構成図を示す。本実施例の流動層火炉７、流動層１とバーナ２とアフタエアポート３からなる。流動層１を形成するのは、バイオマスやごみ燃料（ＲＤＦ）などの低発熱量燃料である。流動媒体としてはこれら燃料のほかに砂などの無機物を加える場合もある。
【００３９】
本実施例の火炉７の流動層１の後流側に配置されたバーナ２には高硫黄分炭と低発熱量燃料が供給される。バーナ２に供給される高硫黄分炭と低発熱量燃料は、それぞれホッパ４，５から共に粉砕機６ａに送られて粉砕機６ａで粉砕された後、燃焼用空気で火炉７に搬送される。低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合は熱量ベースで２０重量％以下とする。バーナ２から供給する低発熱量燃料は粉砕機６ａ内での爆発防止や粒度確保のため、ペレットなどの固形燃料に加工したものを用いるのが望ましい。
【００４０】
また、粉砕した高硫黄分炭だけをバーナ２に供給するために高硫黄分炭粉砕器６ｂを設け、また粉砕した低発熱量燃料だけを流動層１に供給するために低発熱量燃料粉砕器６ｃを設ける。これらの粉砕器６ａ〜６ｃから火炉７に供給される各燃料の量はそれぞれバルブ１１ａ〜１１ｈで調節される。
【００４１】
バーナ２の後流側に配置されるアフタエアポート３からはカルシウム塩（例：ＣａＣＯ3）を燃焼用空気に混入し、火炉７に供給することができる構成（図示せず）にしている。
【００４２】
流動層火炉７内の雰囲気と作用について述べる。
本実施例では火炉７内に第１還元域８（流動層１）、第２還元域９（バーナ部）、酸化域１０（アフタエアポート部）を形成させる。
【００４３】
第１還元域８は流動層領域が形成される８６０℃以下の還元域であり、低発熱量燃料が燃焼することにより、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）が発生する。
【００４４】
第２還元域９はバーナ２からの燃料が燃焼する領域に形成され、１０００℃以上、１２００℃以下の還元雰囲気にあり、バーナ２で高硫黄分炭だけを燃焼させた場合にＳＯ2が発生して火炉水壁での高温腐食が懸念される領域である。ただし、高硫黄分炭と低発熱量燃料を混焼することによってＳＯ2と塩素（Ｃｌ）が反応して相殺されるため、ＳＯ2の生成量は比較的低下する。つまり、単味で高硫黄分炭をバーナ２から供給して燃焼させる場合に比べて、ＳＯ2の発生量が低下する。第２還元域９ではＳＯ2の発生量が低減される上、低発熱量燃料を高硫黄分炭と混焼することにより、火炎温度が低くなるため、火炉水壁での高温腐食も抑制される。
【００４５】
第２還元域９は１０００℃以上であるため、ダイオキシンは生成しにくいが、ダイオキシンの前駆体である塩素（Ｃｌ）がＳＯ2に捕捉されることによりダイオキシンの生成抑制効果はさらに顕著になる。上記ＳＯ2と塩素（Ｃｌ）の反応式（３）を次に示す。
ＳＯ2＋Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＳＯ3＋２ＨＣｌ （３）
この領域は１０００℃以上の温度領域であるので、第１還元域８で発生したダイオキシンも分解する。また、この領域では還元物質が多く発生するため、ＮＯｘの生成量が酸化域１０に比較して少ない。
【００４６】
第２還元域９の特徴は、第１還元域８で発生したダイオキシンの量を低減し、ＮＯｘ、ＳＯ2の生成を抑制し、火炉水壁での高温腐食を防止することである。
【００４７】
酸化域１０はアフタエアポート３から供給される空気により、前記還元域９で空気不足のため生成した未燃分を完全燃焼させる役割を持つ。アフタエアポート３からは脱硫剤であるカルシウム塩を供給できるが、これにより高硫黄分炭を優先的に燃焼させる場合に発生するＳＯ2を低減できる。
【００４８】
表２に低発熱量燃料の流動層燃焼方式及び高硫黄分炭の気流燃焼方式及び両者を組合わせた本発明の燃焼方式のメリットとデメリットをまとめて記載した。
【表２】
【００４９】
表２に示すように、低発熱量燃料を流動層に供給して一次空気と共に燃焼させ、二次空気を流動層の後流側に供給する流動層燃焼法では、ＳＯ2生成量は低いが、流動層で形成される還元燃焼域は８６０℃以下の還元域であり、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）の生成量が多い。
【００５０】
また、燃料中の硫黄分が多い高硫黄分炭をバーナ２に供給して燃焼させ、さらにバーナ２の後流側のアフターエアポート３から空気を供給する気流燃焼法では、ダイオキシンの発生量が少なく、未燃分（灰中未燃分とＣＯ）の生成量も少ない。またバーナ部での還元燃焼領域とアフターエアポート部での酸化燃焼領域からなる二段燃焼法を採用するので前記したようにＮＯｘの生成量は少ない。しかし硫黄分含有量が多い石炭を燃焼させるのでＳＯ2生成量が多い。そのため、火炉水壁は高温腐食が起き易くなる。
【００５１】
これらの燃焼法に対して本発明の燃焼法では先に説明した通り、ダイオキシンや未燃分（灰中未燃分とＣＯ）とＳＯ2の生成量とＮＯｘの生成量が少なく、火炉水壁での高温腐食も抑制される。
【００５２】
次に高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合割合について説明する。
硫黄分は主に高硫黄炭から、塩素（Ｃｌ）は主に低発熱量燃料からそれぞれ供給されるが、燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるよう前記二種類の燃料を混合するのが望ましい。ただし、バーナ部より気流燃焼用として供給する低発熱量燃料の混合比率は粉砕性や火災の安定性から熱量ベースで２０重量％以下にする必要があるため、残りの低発熱燃料は流動層１へ投入する。
【００５３】
図２には高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合比率に対するダイオキシン生成量とＳＯ2生成量の推移を示す。燃料中の硫黄分が増加するに従ってダイオキシンの生成量は減少するが、さらに硫黄分が増加するとＳＯ2生成量が増える。そこで、ダイオキシンとＳＯ2の生成量を共に低減できる燃料の混合割合には最適値が存在することが分かった。
【００５４】
燃料中の硫黄分と塩素（Ｃｌ）量は、そのときどきに使用する燃料の種類によってばらつきが多く、また、実際の火炉では逐次変化する炉内温度や流動層の流動状態の影響を受けるため、燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のみの調整ではダイオキシンとＳＯ2の生成量を抑制することが難しい場合がある。このような場合には、運転データ（混合比率を変化させた際のＳＯ2とダイオキシンの生成量の推移データ）を逐次チェックし、図２に示した最適値に調整することによってダイオキシンとＳＯ2の生成量を最小にできる運転状況を確保できる。
【００５５】
本実施例では火炉７内に役割の異なる効果を持つ燃焼域を形成し、低品位燃料とされる高硫黄分炭と低発熱量燃料を混合して燃焼させながら、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシンを同時に低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は火炉内に役割の異なる効果を持つ燃焼域を形成し、低品位燃料とされる高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合燃焼により、ＳＯ2、ＣＯ、ＮＯｘ、未燃分及びダイオキシンの生成量を同時に低減する燃焼方法と装置が得られ、今後さらに厳しくなる環境問題にも対応できる新しい燃焼方式である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による流動層火炉を用いる燃焼装置の概略構成図である。
【図２】高硫黄分炭と低発熱量燃料の混合比率に対するダイオキシン・ＳＯ2排出量の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 流動層 ２ バーナ
３ アフタエアポート ４，５ ホッパ
６ａ 粉砕機 ６ｂ 高硫黄分炭粉砕器
６ｃ 低発熱量燃料粉砕器 ７ 火炉
８ 第１還元域 ９ 第２還元域
１０ 酸化域 １１ａ〜１１ｈ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を同一火炉内で燃焼させる多種燃料燃焼方法において、
火炉内に低発熱量燃料を供給し、火炉下方より火炉内に投入した燃焼用空気と共に流動化させ、得られた流動層内で還元雰囲気燃焼させ、
前記流動層の後流側の火炉内に配置されたバーナから火炉内に高硫黄分炭と低発熱量燃料と燃焼用空気とを共に供給し、気流中で還元雰囲気燃焼させ、
さらに、バーナ付近より後流側の火炉内のアフタエアポートから火炉内に燃焼用空気を供給して酸化雰囲気で前記両燃料を完全燃焼させることを特徴とする多種燃料燃焼方法。
【請求項２】
前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料の他に無機物を用いることを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項３】
高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるように前記両燃料を火炉に供給することを特徴とした請求項１又は２記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項４】
火炉内に供給する全高硫黄分炭と全低発熱量燃料の供給量の割合を火炉から排出されるＳＯ2量とダイオキシン量が最低になるよう調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項５】
前記流動層の後流側の火炉内のバーナで気流燃焼させる低発熱量燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とし、残りの低発熱量燃料を流動層に供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項６】
高硫黄分炭と低発熱量燃料を同一の粉砕機で粉砕混合し、粉砕された混合燃料をバーナで気流燃焼させる場合に、低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下としてバーナから火炉内に供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項７】
カルシウム塩を燃焼用空気と混合してアフターエアポートから火炉内に供給することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項８】
バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱量燃料の混合割合を調整することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項９】
硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を混合して粉砕する混合粉砕機と、
前記低発熱量燃料だけを粉砕する低発熱量燃料粉砕機と、
流動層とバーナとアフタエアポートをそれぞれ前流側から後流側に順に備えた火炉と、
前記低発熱量燃料粉砕機で得られた粉砕低発熱量燃料を流動層に供給量を調節して供給する粉砕低発熱量燃料供給手段と、
前記混合粉砕機で得られた粉砕混合燃料をバーナに供給量を調節して供給する混合燃料供給手段と、
前記流動層と前記バーナにそれぞれ前記各燃料を還元燃焼させる燃焼用空気を供給量を調節して供給する還元燃焼用空気供給手段と、
前記両燃料の酸化燃焼用の空気をアフタエアポートに供給量を調節して供給する酸化燃焼用空気供給手段と
を備えたことを特徴とする多種燃料燃焼装置。
【請求項１０】
前記高硫黄分炭だけを粉砕する高硫黄分炭粉砕機と、
該火炉のバーナに前記高硫黄分炭粉砕機で粉砕された高硫黄分炭の供給量を調節して供給する高硫黄分炭供給手段と
を備えたことを特徴とする請求項９記載の多種燃料燃焼装置。
【請求項１１】
前記粉砕低発熱量燃料供給手段と前記混合燃料供給手段と還元燃焼用空気供給手段と酸化燃焼用空気供給手段にはそれぞれ供給量調節手段を備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の多種燃料燃焼装置。
【請求項１２】
アフタエアポートにはカルシウム塩を燃焼用空気と混合して供給する手段を設けたことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の多種燃料燃焼装置。
【請求項１】
硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を同一火炉内で燃焼させる多種燃料燃焼方法において、
火炉内に低発熱量燃料を供給し、火炉下方より火炉内に投入した燃焼用空気と共に流動化させ、得られた流動層内で還元雰囲気燃焼させ、
前記流動層の後流側の火炉内に配置されたバーナから火炉内に高硫黄分炭と低発熱量燃料と燃焼用空気とを共に供給し、気流中で還元雰囲気燃焼させ、
さらに、バーナ付近より後流側の火炉内のアフタエアポートから火炉内に燃焼用空気を供給して酸化雰囲気で前記両燃料を完全燃焼させることを特徴とする多種燃料燃焼方法。
【請求項２】
前記流動層の流動媒体として低発熱量燃料の他に無機物を用いることを特徴とする請求項１記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項３】
高硫黄分炭と低発熱量燃料からなる燃料中の硫黄（Ｓ）／塩素（Ｃｌ）のモル比が０．１以上になるように前記両燃料を火炉に供給することを特徴とした請求項１又は２記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項４】
火炉内に供給する全高硫黄分炭と全低発熱量燃料の供給量の割合を火炉から排出されるＳＯ2量とダイオキシン量が最低になるよう調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項５】
前記流動層の後流側の火炉内のバーナで気流燃焼させる低発熱量燃料の混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下とし、残りの低発熱量燃料を流動層に供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項６】
高硫黄分炭と低発熱量燃料を同一の粉砕機で粉砕混合し、粉砕された混合燃料をバーナで気流燃焼させる場合に、低発熱量燃料の高硫黄分炭に対する混合割合を発熱量ベースで高硫黄分炭の２０％以下としてバーナから火炉内に供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項７】
カルシウム塩を燃焼用空気と混合してアフターエアポートから火炉内に供給することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項８】
バーナ付近で形成される火炎温度が１２００℃以下になるように高硫黄分炭に対する低発熱量燃料の混合割合を調整することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の多種燃料燃焼方法。
【請求項９】
硫黄分を全体重量の１．０重量％以上含む高硫黄分炭と燃料中に塩素分を全体重量の０．５重量％以上含む発熱量５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量燃料を混合して粉砕する混合粉砕機と、
前記低発熱量燃料だけを粉砕する低発熱量燃料粉砕機と、
流動層とバーナとアフタエアポートをそれぞれ前流側から後流側に順に備えた火炉と、
前記低発熱量燃料粉砕機で得られた粉砕低発熱量燃料を流動層に供給量を調節して供給する粉砕低発熱量燃料供給手段と、
前記混合粉砕機で得られた粉砕混合燃料をバーナに供給量を調節して供給する混合燃料供給手段と、
前記流動層と前記バーナにそれぞれ前記各燃料を還元燃焼させる燃焼用空気を供給量を調節して供給する還元燃焼用空気供給手段と、
前記両燃料の酸化燃焼用の空気をアフタエアポートに供給量を調節して供給する酸化燃焼用空気供給手段と
を備えたことを特徴とする多種燃料燃焼装置。
【請求項１０】
前記高硫黄分炭だけを粉砕する高硫黄分炭粉砕機と、
該火炉のバーナに前記高硫黄分炭粉砕機で粉砕された高硫黄分炭の供給量を調節して供給する高硫黄分炭供給手段と
を備えたことを特徴とする請求項９記載の多種燃料燃焼装置。
【請求項１１】
前記粉砕低発熱量燃料供給手段と前記混合燃料供給手段と還元燃焼用空気供給手段と酸化燃焼用空気供給手段にはそれぞれ供給量調節手段を備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の多種燃料燃焼装置。
【請求項１２】
アフタエアポートにはカルシウム塩を燃焼用空気と混合して供給する手段を設けたことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の多種燃料燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１２５６８７（Ｐ２００６−１２５６８７Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１１７９２（Ｐ２００４−３１１７９２）
【出願日】平成１６年１０月２７日（２００４．１０．２７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２７日（２００４．１０．２７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]