CO_2循環石炭燃焼における極低NOx化機構と高効率炉内脱硫

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450089
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡崎 健 東京工業大学, 工学部, 教授 (20124729)
• 研究分担者: 小川 邦康 東京工業大学, 工学部, 助手 (50272703) ; 平井 秀一郎 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (10173204)
• キーワード: 石炭燃焼 / 地球環境 / 二酸化炭素 / 窒素酸化物 / 低NO_x燃焼 / 炉内脱硫 / 排ガス循環

研究概要

CO_2循環石炭燃焼では純酸素/再循環ガスの雰囲気中で石炭を燃焼させることで、分離過程を経ることなくCO_2を直接回収できる。さらに、NO_Xの排出量が空気燃焼時に比べ1/4〜1/6に大幅に低下するとともに、従来は微粉炭燃焼では不可能だった高効率炉内脱硫も可能となることが期待されている。本研究は、CO_2回収、極低NO_X化、高効率炉内脱硫を同時に実現する、新しい環境保全型石炭燃焼システムの基礎を確立することにある。平成10年度は、高効率炉内脱硫に重点をおいて、実験的、理論的に詳細な検討を行い、そのメカニズムを解明した。
まず、炉内高効率脱硫機構に関して、1. 燃焼炉内のCO_2濃度増加による脱硫剤粒子の反応性への影響、2. 再循環ガス中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することによるSO_2高濃度化の影響を考慮した。これらが高効率炉内脱硫に及ぼす影響を分離して検討するため、循環炉を用いず、流通式反応器、固定層反応器を用いて実験を行うとともに、脱硫剤粒子の反応モデルと実験結果と組み合わせることにより脱硫剤粒子のCaSO_4への転換率を見積もり、さらにその結果をもとにCO_2循環石炭燃焼のマテリアルバランスを考慮することで、CO_2循環石炭燃焼のシステム全体の脱硫効率を算出した。その結果、CO_2循環石炭燃焼における高効率炉内脱硫の主要因は、燃焼ガスのうち約4/5が再循環し、その中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することにより燃焼炉内のSO_2濃度が空気燃焼時の3倍以上に上昇、これにより脱硫反応の反応速度が上昇し、また脱硫反応で生成したCaSO_2の高温域における分解反応が抑制され、脱硫剤粒子の利用効率が大幅に向上するためであることが判明した。すなわち、この現象はSO_2が炉内に濃縮するとともに再循環による実効反応時間が増大することによってシステム脱硫効率を上昇させ、循環系システムの出口でのSO_2排出量を大幅に低減させることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Bo Feng,T.Ando,K.Okazaki: "NO Destruction and Regeneration in CO_2 Enriched CH_4 Flame(A Fundamental Study on CO_2 Recycled Coal Combustion)" JSME Intemational Journal,Series B. 41・3. 959-965 (1998)
• [文献書誌] 金子宇内,Liu Hao,片桐史郎,岡崎 健: "O_2/CO_2微粉炭燃焼におけるNOx,SOxの同時大幅低減" 第36回燃焼シンポジウム論文集. 146-148 (1998)
• [文献書誌] Liu Hao,片桐史郎,金子宇内,岡崎 健: "O_2/CO_2石炭燃焼における高濃度CO_2雰囲気下での脱硫挙動" 第36回燃焼シンポジウム論文集. 752-754 (1998)
• [文献書誌] Hao Liu,S.Katagiri,U.Kaneko,K.Okazaki: "Sulfation Behavior under High CO_2 Concentration in O_2/CO_2 Coal Combustion" Fuel. (発売予定). (1998)