JP5484349B2 - 燃焼方法 - Google Patents
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Description
前記のように、塩基性の灰は、耐火性材料を融かすことにより、腐食することができる。耐火性を増すため、従来技術では、薄層状の99.8%Al2O3を用いてシリカの含量を極めて低い値まで低下させるか、または耐火性の組成物に酸化ジルコニウムを添加することが示されてきた。しかしながら、これらの改質された耐火性物質も、塩基性の灰による燃焼装置の壁の腐食問題を解決することはできない。
ホットガスクリーニング法によって、上記の合成ガスを精製できることも知られている。しかしながら、この方法は高価で特殊な設備を必要とする上、耐用年数を極めて短くする。合成ガスを用いるプラント内で採用されている、より低い温度で該クリーニング処理が行われる場合、熱効率が低下するという欠点がある。
今日まで火力発電所では、アルカリおよび/またはアルカリ土類金属の含量の低い石炭および炭化水素類が用いられてきた。しかしながら、これらの燃料は極めて貴重で高価なものであり、その上、大量に入手できない。
成分B)中に存在する硫黄の量 + 燃料中に含まれる硫黄(成分BII))の量の合計モルB'と、
供給される燃料中に含まれるアルカリおよび/またはアルカリ土類金属(成分AII))の量 + 成分B)中に含まれるアルカリおよび/またはアルカリ土類金属(成分A))の量の合計モルAI
との間のモル比B'/AIが0.5以上となる量で燃焼装置に供給され、
燃焼装置が定温型でかつ無炎である燃焼方法である。
燃料中において、アルカリおよび/またはアルカリ土類金属(成分AII))は、通常、塩、塩の混合物、酸化物または酸化物の混合物の形態で存在する。
本発明の方法において、燃焼装置内の温度は、好ましくは1,500K(1,227℃)〜2,100K(1,827℃)の間に含まれる。
本発明の方法における燃焼用剤は、好ましくは燃料との燃焼反応に必要な化学量論量に対して過剰モルで使用される。しかしながら、化学量論量に対して、不足して用いることもできる。
好ましくは、モル比B'/AIは少なくとも0.7、より好ましくは少なくとも1、さらに好ましくは少なくとも2である。
成分B)が元素の硫黄であるとき、それは界面活性剤を含む水性分散液として供給され得る。好適な界面活性剤は、アリールアルキル-またはアルキルアリールスルホネート、ポリエトキシレートなどである。
方法の制御は、好ましくは約10秒の特徴的なレスポンス時間を要するコード(制御ソフトウェア)を用いて行われる。この目的のため、燃焼装置の出口における燃焼ガスは、1.5秒のT95レスポンス時間を与えるように改変されたマルチプルガス分析器、NDIR型(Non Dispersive InfraRed)/NDUV(Non Dispersive Ultra Visible)によってモニターされる。
実際、本発明の方法によって、塩基性の灰が不活性な化合物に変換され、それらの化合物が燃焼装置の壁の耐火性物質も、燃焼装置の下方のプラントの壁を形成する金属素材、特に銅鉄や合金も腐食しないことが、驚くべきことに意外にも見出された。
本出願人は、燃焼装置の下方プラント、例えば熱回収プラントにおいて、従来技術ではInconelおよびHastelloyのようなニッケル高含量を有する合金が必要とされる操作条件において、例えばAISI 304H鋼のような合金も用い得ることを、驚くべきことに意外にも見出した。このことは、経費を節減できるので極めて有利である。
燃料が水および/または水蒸気と混合して定温型の燃焼装置中に導入されるとき、該燃焼装置は特許出願WO2005/108, 867に記載されているように作動する。
供給される燃料は、用いられる燃料のタイプに応じた量の水/水蒸気をも含み得る。供給される混合物の低発熱量(lower heating power)(LHV)の値が6,500kJ/kgより大きいという条件で、燃料中の水の割合は、重量%で表して、80%以上であることもできる。
好ましくは、燃焼ガスの最終的な生成量に相当する燃焼ガスの部分は、機械的作用を得るために膨張された後、燃焼ガスの後処理部に送られる。膨張されるべき燃焼ガスは、混合器の出口に通じている。
燃焼ガスには、フライアッシュが実質的に含まれていないので、膨張は膨張タービンを用いて行うことができる。
分析手法
金属の分析は、Thermo Electron CorporationのICP-OES装置を用いた誘導プラズマ分光により行われる。
塩基性の灰は、アルカリおよびアルカリ土類金属として測定する。
灰の全量は、慣用の分析手順に従って、600℃で発火後の残渣の重量として測定する。
硫黄または硫酸塩を化学的分析により測定する。
水分は、慣用の分析手順、例えばカール・フィッシャー器具を用いて測定した。
燃焼装置は、耐火性物質でコーティングされた壁を有する定温型でかつ無炎の5MW燃焼装置であり、1,650℃および400kPaで操作される。用いられる燃焼用剤は92容量%の酸素であり、燃焼装置から出てくる燃焼ガス中の酸素濃度が1〜3容量%となるように、化学量論量に対して過剰に供給される。
硫黄 0.1
灰全体(600℃での残滓) 5
水分 9
K 18.3
Na 1.1
Ca 12.8
Mg 1.2
アルカリおよびアルカリ土類金属の合計量は、灰全体の33.4重量%を占めている。
灰全体について、硫酸塩を測定した。得られた量は4.7重量%であった。
粉末状の硫黄およびアルキルアリールスルホン酸ナトリウム界面活性剤により形成される固体混合物を、反応装置内で撹拌下に水に加えて、水分散液を調製した。
硫黄の水分散液を、硫黄18kg/時間の量にて、燃焼装置に供給した。
モル比、B'/AIは、1.1である。燃焼装置を480時間稼働させた。
大気中に放出される燃焼ガスは、3mg/Nm3より少ない量の灰を含んでいることが分かった。
硫黄を供給しなかったことを除いて、燃焼装置を実施例2のように操作する。燃焼装置は72時間運転した。
燃焼装置から出てくる燃焼ガス中のSO2の濃度は30 ppvより少なく、これは0.00014 bar、14 Paに相当する。
実施例2のように燃焼装置を操作する。燃料は、ビスフェノールAを生産している石油化学プラントから生じる廃フェノール性ピッチからなり、溶融炉(melter)によって供給される。上記のピッチは、ナトリウムとして0.8重量%の量で塩基性の灰を含んでおり、硫黄を含んでいない。溶融ピッチを500リットル/時間(ピッチ濃度約0.98 g/cm3)の流速で供給する。2時間運転の後、溶融スラグが、燃焼装置の底から出てきた。プラントを止め、溶融スラグを分析した。溶融スラグは、アルミン酸ナトリウムからなっている。金属分析結果は、以下の通りであった:ナトリウム6重量%、クロム8重量%、ジルコニウム6重量%。アルミニウム/クロム/ジルコニウムの組成は、燃焼装置の耐火性レンガの組成に類似している。それゆえ、燃焼装置の壁の耐火性材料は、燃料に含まれる塩基性の灰によって濾されていた。
ナトリウムとして0.4重量%の量で塩基性の灰を含み、硫黄を含まないフェノール性ピッチを用いることを除いて、比較実施例4を繰り返した。
燃焼装置の温度は1,550Kであった。
モル比B'/AIは2/1である。
Claims (16)
- 燃料、燃焼用剤、および硫黄または硫黄含有化合物を含む成分B)が、以下の量、すなわち成分B)中に存在する硫黄の量 + 燃料中に含まれる硫黄の量の合計モルB'と、
燃料中に含まれるアルカリおよびアルカリ土類金属のうち少なくとも1つの量 + 成分B)中に含まれるアルカリおよびアルカリ土類金属のうち少なくとも1つの量の合計モルAI
との間のモル比B'/AIが0.5以上となる量で、燃焼装置に供給され、
燃焼装置が定温型でかつ無炎であり、
前記燃焼用剤は、タイターの最小値が70容量%の酸素であり、100容量%までの残りは、不活性ガスおよび窒素のうち少なくとも1つで形成され、
前記酸素は、燃料との燃焼反応に必要な化学量論量に対して過剰モルで使用される燃焼方法。 - 燃料中の硫黄が、元素の硫黄または硫黄含有有機および無機化合物のうち少なくとも1つの形態で存在する、請求項1に記載の方法。
- 燃焼装置内の圧力が101.3kPa〜2,000kPaの値に含まれ、その温度が1,500K〜2,100Kの間に含まれる、請求項1または2に記載の方法。
- 燃焼用剤が酸素である、請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
- モル比B'/AIが少なくとも1である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- モル比B'/A I が少なくとも0.7である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- モル比B'/A I が少なくとも2である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- 燃焼装置の出口における燃焼ガスが1,100K以下の温度で冷却される、請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法。
- 燃焼装置への成分B)の供給が、燃料とは別に、または燃料と混合して、成分B)を供給することにより行われる、請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
- 成分B)が、元素の硫黄であり、界面活性剤を含む水分散液と共に燃焼装置に供給される、請求項9に記載の方法。
- 成分B)の使用量が、燃焼ガス中で生成するSO2の分圧が40 Pa〜300 Paとなる量である、請求項1〜10のいずれか1つに記載の方法。
- 燃料の燃焼装置内の滞留時間が、0.5秒〜30分の範囲である、請求項1〜11のいずれか1つに記載の方法。
- 供給される酸素が、リサイクルされる燃焼ガスと予め混合され、該ガス状混合物中の燃焼ガスの量が10容量%より多い、請求項1〜12のいずれか1つに記載の方法。
- 供給される酸素が、リサイクルされる燃焼ガスと予め混合され、該ガス状混合物中の燃焼ガスの量が50容量%より多い、請求項1〜13のいずれか1つに記載の方法。
- リサイクルされる燃焼ガスが水蒸気の形態にある水を含み、その水の量がリサイクルされる燃焼ガスの全容量に対して計算して10容量%より多い、請求項13または14に記載の方法。
- 燃料が、0重量%から80重量%までの量の水を含む、請求項15に記載の方法。
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