多孔質固体の容量効果を利用した流動層燃焼装置からの未燃ガスとN_2Oの排出低減

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11218204
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 清水 忠明 新潟大学, 工学部, 助手 (10211286)
• キーワード: 石炭 / 流動層燃焼装置 / ダイオキシン / 亜酸化窒素 / 窒素酸化物 / 多孔質固体 / 容量効果 / 熱分解

研究概要

本研究は未燃炭化水素ならびに温暖化ガスであるN_2Oの流動層石炭燃焼からの排出低減を目的としている。無機多孔質粒子には比較的高温で炭化水素を細孔内に保持する、いわゆる「容量効果」があること、ならびにN_2O分解の触媒作用があることを本研究で明らかにした。このような粒子を流動媒体として石炭等を流動層燃焼した時に、未燃炭素・炭化水素、N_2OならびにNOx生成に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
小型気泡流動層燃焼装置で各種の石炭を燃焼し、N_2O、NOx排出に及ぼす流動媒体粒子種類の影響を定量的に評価した。その結果アルミナ多孔質粒子を用いた場合は石英砂を用いた場合と比較してN_2O生成が1/3に減少した。一方、NOx生成には粒子の影響がほとんど見られなかった。
炉内脱硫のために石灰石を供給した。従来型気泡流動層燃焼用脱硫剤として、空塔速度より終端速度が大きくなるような粗粉石灰石を石英砂流動媒体時に用いた。一方、空塔速度より終端速度が小さくなるような微粉石灰石を用いること提案した。実験は石英砂流動媒体で行った。従来型脱硫(粗粉石灰石)では、石灰石を供給でSO_2濃度を低下させると顕著にNOxが増加し、N_2Oはわずかに低減した。これに対して、微粉石灰石を脱硫剤に用いたときには、脱硫時のNOx増加を抑制できた。これにより、脱硫しながらNOxを増加させず、なおかつ、使用済み石灰石を円滑に装置から排出できる燃焼方法を見出した。
含塩素燃料として塩化ビニルを燃焼し、ダイオキシン濃度を測定した。多孔質アルミナを用いることで未燃分排出を大幅に低減できるので、同時にダイオキシン排出も砂層に比べて1/10と大幅に低減できた。
上記の研究は常圧の流動層燃焼を対象としていたが、これを加圧流動層燃焼装置に適用するための基礎的検討として、炉内粒子が代替流動媒体で置き換わったときの脱硫特性について理論的検討を行った。大型加圧流動層の脱硫モデルを提案し、実測値と比較した。

研究成果

• [文献書誌] 清水忠明, H-J Franke, 堀彩統子, 高野康夫, 頓所勝, 稲垣眞, 田中真人: "多孔質粒子流動媒体による気泡流動層焼却炉からの未燃分とNOxの同時排出低減"日本エネルギー学会誌. 80巻, 5号. 333-342 (2001)
• [文献書誌] H-J.Franke, T.Shimizu, Y.Takano, S.Hori, M.Strziga, M.Inagaki, M.Tanaka: "Reduction of devolatilization rate of fuel during bubbling fluidized bed combustion by use of porous bed material"Chemical Engineering and Technology. Vol.24, No.7. 725-733 (2001)
• [文献書誌] 清水忠明, H-J Franke, 堀 彩統子, 高野 康夫, 山際 和明, 田中真人: "多孔質粒子流動媒体による気泡流動層焼却炉からのダイオキシン類の排出低減"日本エネルギー学会誌. 80巻, 11号. 1060-1063 (2001)
• [文献書誌] T.Shimizu, M.Satoh, K., Satoh, M.Tonsho, M.Inagaki: "Reduction of SO_2 and N_2O emissions without increasing NOx emission from a bubbling fluidized bed combustor by use of fine limestone particles"Energy & Fuels. Vol.16, No.1. 161-165 (2002)
• [文献書誌] 清水 忠明, Mirko Peglow, 山際 和明, 田中 真人: "加圧流動層燃焼条件下での磨耗を伴う石灰石単一粒子による脱硫のモデル"日本エネルギー学会誌. 80巻, 3号(印刷中). (2002)
• [文献書誌] H.-J.Frake, Tadaaki Shimizu, 他5名: "Proc.of 16th International Conference on Fluidized Bed Combustion (Reno, NV, UNA, 12-16, May, 2001"American Society of Mechanical Engineers. 9 (2001)