説明

高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料との混合燃焼方法

【課題】塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料と高イオウ含有燃料との混合燃料をトラブルなく、低公害で燃焼する。
【解決手段】火炉2から排出された燃焼ガスeをサイクロン7に導いて燃焼ガスeと夾雑物fとに分離し、次に、サイクロンによって夾雑物が除去された燃焼ガスを対流伝熱部5に導入し、該対流伝熱部によって燃焼ガスの熱エネルギーを回収するようにした流動層ボイラを用いて廃プラスチックやRPF燃料等の高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤ等の高イオウ含有燃料とを混合燃焼する。前記火炉2に高塩素含有燃料及び高イオウ含有燃料中のイオウ分に対してモル比が1.0〜3.0となるように必要最小限の石灰石jを供給する一方、火炉より温度の低い対流伝熱部に消石灰kを供給する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料との混合燃焼方法、より詳しくは、塩素を0.5wt%以上を含む廃プラスチックやRPF燃料(Refuse paper & plastices)などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを流動層ボイラを使用して混合燃焼(同時燃焼)する高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料との混合燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、流動層ボイラ1は、図4に示すように、火炉2の下部に1次空気aを供給して流動層3を形成し、この流動層3内に、燃料としての石炭bを投入して燃焼させるとともに、石灰石などの脱硫剤cを流動層3内に投入して脱硫剤cによる脱硫反応が進行するようにしていた。
【0003】
この流動層ボイラ1は、火炉2の中間部より2次空気dを導入するようにしているが、NOxを抑制のために2次空気dを増加させると、流動層3内の空気比が低下し、脱硫反応が起きにくくなるという欠点がある。
【0004】
上記火炉2を出た燃焼ガスeは、火炉2の上部の伝熱部4と、この伝熱部4の下流側に位置している対流伝熱部5によって冷却され、図示しない集塵装置を経て大気中へ放出される。
【0005】
一方、燃焼ガスeから分離された未燃灰は、未燃灰リサイクルライン6を経て流動層2内に再投入されるようになっている(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特許第3095499号明細書(第2頁、図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、流動層ボイラの燃料として、塩素を0.5wt%以上を含む廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを混合燃焼すると、廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料に含まれている塩素分(Cl2 、HCl)によって脱硫剤である石灰石(CaCO3 )が活性化されて付着性が増大する。そして、石灰石(CaCO3 )の活性化によって生じた活性CaO(活性酸化カルシウム)が煙道壁や伝熱管部に付着し、伝熱管部の伝熱阻害や、煙道の閉塞を起こすなどの問題があった。
【0007】
すなわち、火炉内に、脱硫剤である石灰石(CaCO3 )を過剰に供給すると、石灰石(CaCO3 )は、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料の燃焼によって発生するSO2 (亜硫酸ガス)と反応して石膏(CaSO4 )となるだけでなく、廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料の燃焼によって発生する塩素分(Cl2 、HCl)とも反応して塩化カルシウム(CaCl2 )となる。
【0008】
この塩化カルシウム(CaCl2 )が生成すると、燃焼灰自体の融点が低下し、高温の煙道壁や伝熱管部に付着し、伝熱阻害や腐食を引き起したり、煙道が閉塞したりする。
【0009】
塩素分(Cl2 、HCl)は、200〜300℃程度の低温でも消石灰(Ca(OH)2 )と反応するため、塩化カルシウム(CaCl2 )の融点(772℃)以下の温度で捕集することが可能であるが、SO2 (亜硫酸ガス)と石灰石(CaCO3 )との反応は、800℃以上を必要とするため、高温部、すなわち、火炉内に石灰石(CaCO3 )を供給せざるを得ない。
【0010】
塩化カルシウム(CaCl2 )は、800℃以上の高温では安定化せず、分解と反応とを繰り返している。この分解と反応との繰り返しがCaO(酸化カルシウム)の表面積を拡大し(図2参照。)、CaOを活性化させている。この活性CaOは、付着性が高く、高温の煙道や伝熱面に付着し、硬い焼結物を生成するという問題がある。
【0011】
本発明者は、このような従来の問題について、鋭意、研究した結果、燃料として、廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを併用する場合、流動層ボイラの炉内に供給する石灰石の過剰供給を避けて、極力、未反応のCaO(酸化カルシウム)を生成させないような条件で流動層ボイラを運転すれば、CaO(酸化カルシウム)やCaCl2 (塩化カルシウム)による伝熱管部の伝熱阻害、腐食や煙道の閉塞問題を解決することができるという知見を得た。
【0012】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その第1の目的は、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料と高イオウ含有燃料との混合燃料をトラブルなく、低公害で燃焼できる流動層ボイラ運転方法を提供することにある。
【0013】
また、本発明の第2の目的は、混合燃料のイオウ分1wt%、塩素分2wt%までの燃料においてSO2 を100ppm以下、HClを50ppm以下にし得るイオウ含有燃料と塩素含有燃料の併用燃焼方法を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【0015】
請求項1に記載の発明は、火炉から流出した燃焼ガスをサイクロンに導入し、該サイクロンによって燃焼ガスと当該燃焼ガスに含まれている夾雑物とを分離し、しかる後に、前記サイクロンによって夾雑物が除去された燃焼ガスをサイクロンの下流側に設けた対流伝熱部に導入し、該対流伝熱部によって燃焼ガスが保有している熱エネルギーを回収するようにした流動層ボイラを用いて廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを混合燃焼するに際し、前記火炉に、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウ分に対してモル比が1.0〜3.0となるように必要最小限の石灰石を供給し、火炉に比して温度の低い対流伝熱部に消石灰を供給することを特徴とする高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法である。
【0016】
請求項2に記載の発明は、対流伝熱部に、高塩素含有燃料およびイオウ含有燃料中の塩素分に対してモル比が1.0〜3.0となるように消石灰を供給することを特徴とする請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法である。
【0017】
請求項3に記載の発明は、火炉内の温度が800〜900℃である請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法である。
【0018】
請求項4に記載の発明は、対流伝熱部内の消石灰供給部の排ガス温度が150〜350℃である請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法である。
【発明の効果】
【0019】
上記のように、請求項1に記載の発明は、火炉から流出した燃焼ガスをサイクロンに導入し、該サイクロンによって燃焼ガスと当該燃焼ガスに含まれている夾雑物とを分離し、しかる後に、前記サイクロンによって夾雑物が除去された燃焼ガスをサイクロンの下流側に設けた対流伝熱部に導入し、該対流伝熱部によって燃焼ガスが保有している熱エネルギーを回収するようにした流動層ボイラを用いて廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを混合燃焼するに際し、前記火炉に、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウ分に対してモル比が1.0〜3.0となるように必要最小限の石灰石を供給し、高温の火炉内に供給する石灰石の過剰供給を避けているので、排ガス中の亜硫酸ガス(SO2 )濃度を基準値以下に抑制する一方、酸化カルシウム(CaO)や塩化カルシウム(CaCl2 )の付着を軽減し、煙道閉鎖や伝熱阻害、伝熱面の腐食を未然に回避することができる。
【0020】
請求項2に記載の発明は、対流伝熱部に、高塩素含有燃料およびイオウ含有燃料中の塩素分に対してモル比が1.0〜3.0となるように消石灰を供給するので、排ガス中の塩素(HCl)濃度を基準値以下に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0022】
図1に示すように、流動層ボイラ1は、火炉2と、サイクロン7と、外部熱交換器8と、空気押し込みファン9と、起動用熱風炉10と、対流伝熱部5と、バグフィルタ11と、誘引ファン12とを備えている。
【0023】
上記火炉2は、縦長の筒状体から成り、その下部には、ベッド材fを搭載するためのグリッド13を設けている。そして、空気押し込みファン9によって火炉2の下部に1次空気aを供給すると、グリッド13上のベッド材fが躍動して流動層3を形成するようになっている。上記起動用熱風炉10は、起動時のみ、1次空気aを加熱するようになっている。
【0024】
上記火炉2は、複数本の燃料供給ラインを有しており、第1の燃料供給ライン14から塩素を0.5wt%以上含む廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料gを供給し、第2の燃料供給ライン15から石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料hと、木屑iと、脱硫剤である石灰石jとを供給するようになっている。
【0025】
ここで、石灰石は、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウに対してモル比が1.0〜3.0、より好ましくは、1.5〜2.0となるように供給する。
【0026】
若し、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウ分に対して供給する石灰石のモル比が1.0未満の場合には、上記燃料の燃焼によって生じた亜硫酸ガス(SO2 )を性状の安定な石膏(CaSO4 )に、充分、変換することができないため、排ガス中の亜硫酸ガス(SO2 )を基準値以下に抑制することが困難になる。
【0027】
これとは逆に、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウ分に対して供給する石灰石のモル比が3.0を超える場合には、石灰石が過剰供給となり、不経済であることに加え、石灰石(CaCO3 )の熱分解で発生する酸化カルシウム(CaO)量が多くなり、煙道閉鎖や伝熱阻害が起こり易くなるという問題がある。さらに、上記燃料の燃焼によって生じた塩素分(Cl2 、HCl)と酸化カルシウム(CaO)が反応して、付着性の強い塩化カルシウム(CaCl2 )が発生するという問題もある。
【0028】
因みに、高イオウ含有燃料中のイオウ濃度は、「表1」に示すとおり、石炭が0.3〜0.8(wt%)、石油コークスが1.5〜5.0(wt%)、廃タイヤが1.5〜2.0(wt%)程度である。
【0029】
【表1】

【0030】
上記の火炉1から排出された燃焼ガスeは、煙道16を経てサイクロン7に流入し、燃焼ガスeと、この燃焼ガスeに同伴しているベッド材fとに分離される。サイクロン7によって分離されたベッド材fは、サイクロン7の下部に接続されたダウンカマー17を経て外部熱交換器8に導入される。
【0031】
この外部熱交換器8は、2枚の仕切り板18及び19によってホットゾーン20とコールドゾーン21とに分離され、ホットゾーン20内のベッド材fは、ホットリサイクルライン22を経て流動層3に再投入される。他方、コールドゾーン21内のベッド材fは、伝熱管23によって熱回収が行われた後、コールドリサイクルライン24を経て流動層3に再投入される。
【0032】
サイクロン7によって分離された燃焼ガスeは、煙道25を経て対流伝熱部5に導入される。そして、この対流伝熱部5を通過する間に燃焼ガスeが保有している熱エネルギーの回収が行われ、低温(約150〜180℃)の燃焼ガスとなる。
【0033】
この対流伝熱部5は、消石灰を供給する消石灰供給ライン26を備え、対流伝熱部5内に消石灰kに導入するようになっている。
【0034】
ここで、消石灰は、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中の塩素に対してモル比が1.0〜3.0、より好ましくは、1.5〜2.0となるように供給する。
【0035】
若し、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中の塩素に対して供給する消石灰のモル比が1.0未満の場合には、上記燃料の燃焼によって生じた塩素(HCl)と消石灰との反応が十分に行われず、排ガス中のHCl濃度を基準値以下に抑制することが困難になる。
【0036】
これとは逆に、塩素を0.5wt%以上含む高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中の塩素に対して供給する消石灰のモル比が3.0を超える場合には、消石灰が無駄になり、不経済である。
【0037】
因みに、高塩素含有燃料中の塩素濃度は、「表1」に示すとおり、廃プラスチックが0.3〜3.0(wt %)、RPFが0.1〜1.0(wt %)、RDFが0.3〜2.0(wt %)程度である。
【0038】
対流伝熱部5を通過した燃焼ガスeは、バグフィルタ11によって燃焼ガスe中のフライアッシュmが除去された後、誘引ファン12を経て大気中に排出される。
【0039】
次に、上記流動層ボイラの作用について説明する。
【0040】
図1に示すように、空気押し込みファン9によって火炉2の下部に1次空気aを供給すると、グリッド13上のベッド材fが躍動して流動層3を形成する。
【0041】
この流動層3に、第1の燃料供給ライン14から廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料gを供給し、第2の燃料供給ライン15から石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料hと、木屑iと、脱硫剤である石灰石jとを供給すると、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料gの燃焼によって発生した亜硫酸ガス(SO2 ガス)が石灰石(CaCO3 )の熱分解によって生じた酸化カルシウム(CaO)と反応して石膏(CaSO4 )となり、フライアッシュとして火炉より排出される。
【0042】
これを反応式で示すと、次式のようになる。
すなわち、
CaCO3 →CaO+CO2 ・・・・・・ (1)
CaO+SO2 +O2 /2→CaSO4 ・・・・・・ (2)
【0043】
但し、上記(1)式および(2)式の反応には、800℃以上、就中、800〜900℃の温度が必要である。
【0044】
上記の石灰石は、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウに対してモル比が1.0〜3.0、より好ましくは、1.5〜2.0となるように供給する。
【0045】
上記の火炉2から排出された燃焼ガスeは、煙道16を経てサイクロン7に流入し、燃焼ガスeと、この燃焼ガスeに同伴しているベッド材fとに分離される。サイクロン7によって分離されたベッド材fは、サイクロン7の下部に接続されたダウンカマー17を経て外部熱交換器8に導入される。
【0046】
この外部熱交換器8は、2枚の仕切り板18及び19によってホットゾーン20とコールドゾーン21とに分離され、ホットゾーン20内のベッド材fは、ホットリサイクルライン22を経て流動層3に再投入される。他方、コールドゾーン21内のベッド材fは、伝熱管23によって熱回収が行われた後、コールドリサイクルライン24を経て流動層3に再投入される。
【0047】
サイクロン7によって分離された燃焼ガスeは、煙道25を経て対流伝熱部5に導入される。そして、この対流伝熱部5を通過する間に燃焼ガスeが保有している熱エネルギーの回収が行われ、低温(約150〜180℃)の燃焼ガスとなる。
【0048】
このとき、対流伝熱部5には、消石灰供給ライン26を経て消石灰kが投入される。この消石灰は、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中の塩素に対してモル比が1.0〜3.0、より好ましくは、1.5〜2.0となるように供給する。
【0049】
このように、対流伝熱部5に消石灰供給ライン26を経て消石灰kを投入すると、燃焼時に発生した塩素分(Cl2 、HCl)が対流伝熱部5内で消石灰(Ca(OH)2 )と反応し、CaCl2 として灰中に固定され、フライアッシュとして排出される。
【0050】
これを反応式で示すと、次式のようになる。
すなわち、
Ca(OH)2 +2HCl→CaCl2 +2H2 O ・・・・・・ (3)
【0051】
この(3)式の反応は、低温(例えば、約150〜350℃)で反応が進む。
【実施例】
【0052】
(実施例)
図1の流動層ボイラを用いてRPF、廃タイヤ、木屑、及び塩化ビニルの混合燃料の燃焼運転を実施した。
【0053】
この運転は、混合燃料中のイオウ分を0.5wt%とし、塩素分を約2wt%まで上昇させた場合でも排ガス目標値をクリアできることを実証したものである。
【0054】
ここで、運転条件は、次のように設定した。
【0055】
すなわち、
(1)混合燃料中のイオウ(S)分:0.5wt%
(2)混合燃料中の塩素(Cl)分:0.1〜2wt%
(3)火炉燃焼温度:850℃
(4)火炉内石灰石供給モル比:亜硫酸ガス(SO2 )に対し1.5
(5)低温煙道消石灰供給モル比:塩化水素(HCl)に対し3.0
である。
【0056】
尚、排ガス目標値は、亜硫酸ガス(SO2 )=100ppm以下(O2 =6%換算)、塩化水素(HCl)=50ppm以下(O2 =12%換算)である。
【0057】
運転結果を図3に、○、△、□で示す。
【0058】
排ガス計測の結果は、
(a)排ガス中の酸素濃度:4〜6vol%
(b)排ガス中の亜硫酸ガス(SO2 )濃度:60〜80ppm(O2 =6%換算)
(c)排ガス中の塩化水素(HCl)濃度:20〜40ppm(O2 =12%換算)
であり、目標値をクリアできることを実証した。また、CaOやCaCl2 による閉鎖も起こらなかった。
【0059】
(比較例)
図1の流動層ボイラを用いてRPF、廃タイヤ、木屑、及び塩化ビニルの混合燃料の燃焼運転を実施した。
【0060】
この運転は、混合燃料中のイオウ分を0.5wt%、塩素分を約2wt%とし、排ガス目標値をクリアできることを実証したものである。
【0061】
ここで、運転条件は、次のように設定した。
【0062】
すなわち、
(1)混合燃料中のイオウ(S)分:0.5wt%
(2)混合燃料中の塩素(Cl)分:2.1wt%
(3)火炉燃焼温度:850℃
(4)火炉内石灰石供給モル比:亜硫酸ガス(SO2 )に対し4.0
(5)低温煙道消石灰供給モル比:塩化水素(HCl)に対し1.5
である。
【0063】
尚、排ガス目標値は、亜硫酸ガス(SO2 )=100ppm以下(O2 =6%換算)、塩化水素(HCl)=50ppm以下(O2 =12%換算)である。
【0064】
運転結果を図3に、●で示す。
【0065】
排ガス計測の結果は、
(a)排ガス中の酸素濃度:4〜6vol%
(b)排ガス中の亜硫酸ガス(SO2 )濃度:60〜80ppm(O2 =6%換算)
(c)排ガス中の塩化水素(HCl)濃度:20〜40ppm(O2 =12%換算)
であり、目標値をクリアできた。ただし、CaOやCaCl2 による閉鎖が起こり、運転が中断となった。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の方法を実施に適用する流動層ボイラの概略構成図である。
【図2】石灰とSO2 、HClの反応モデル図である。
【図3】本発明の実施例を示す図である。
【図4】従来の流動層ボイラの概略構成図である。
【符号の説明】
【0067】
2 火炉
5 対流伝熱部
7 サイクロン
e 燃焼ガス
f 夾雑物
g 高塩素含有燃料
h 高イオウ含有燃料
j 石灰石
k 消石灰

【特許請求の範囲】
【請求項1】
火炉から流出した燃焼ガスをサイクロンに導入し、該サイクロンによって燃焼ガスと当該燃焼ガスに含まれている夾雑物とを分離し、しかる後に、前記サイクロンによって夾雑物が除去された燃焼ガスをサイクロンの下流側に設けた対流伝熱部に導入し、該対流伝熱部によって燃焼ガスが保有している熱エネルギーを回収するようにした流動層ボイラを用いて廃プラスチックやRPF燃料などの高塩素含有燃料と、石炭や廃タイヤや石油コークスなどの高イオウ含有燃料とを混合燃焼するに際し、前記火炉に、高塩素含有燃料および高イオウ含有燃料中のイオウ分に対してモル比が1.0〜3.0となるように必要最小限の石灰石を供給し、火炉に比して温度の低い対流伝熱部に消石灰を供給することを特徴とする高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法。
【請求項2】
対流伝熱部に、高塩素含有燃料およびイオウ含有燃料中の塩素分に対してモル比が1.0〜3.0となるように消石灰を供給することを特徴とする請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法。
【請求項3】
火炉内の温度が800〜900℃である請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法。
【請求項4】
対流伝熱部内の消石灰供給部の排ガス温度が150〜350℃である請求項1記載の高イオウ含有燃料と高塩素含有燃料の混合燃焼方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−189199(P2006−189199A)
【公開日】平成18年7月20日(2006.7.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−1536(P2005−1536)
【出願日】平成17年1月6日(2005.1.6)
【出願人】(000005902)三井造船株式会社 (1,723)
【Fターム(参考)】