物質と熱の再循環を統合した超クリーン・高効率燃焼システムの基礎学理の構築

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305019
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 熱物質統合再循環 / クリーン・高効率燃焼システム / 脱硫 / CaSO_4 / SO_2

研究概要

熱・物質再循環の統合により、燃料中に窒素分や硫黄分などを比較的多量に含む重低質燃料を、超クリーン(CO_2、NOx、SOxフリー)かつ高効率で燃焼あるいはガス化するシステムの基礎学理構築、体系化により、従来の既成概念から脱却した新しい地球環境保全型化石燃料有効利用システムを実現するための基礎確立のため、本年度は、排ガスの大量再循環により実現できる極低NOx化と高効率炉内脱硫の同時実現系に関する以下のような検討を行った。すなわち、炉内高効率脱硫機構に関して、炉内でのCO_2濃度増加による脱硫剤粒子の反応性への影響、再循環ガス中に含まれるSO_2が燃焼場へ再流入することによるSO_2高濃度化の影響を考慮し、これらの各機構の寄与度を分離して検討するため、循環路ではなく、まず、一次元の流通式反応器、固定層反応器を用いて実験を行った。さらに、脱硫剤粒子反応モデルと実験結果を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、その結果を基に本燃焼方式に於ける、マスバランスを考慮することで、システム全体への脱硫率を算出した。その結果、本燃焼方式に於いては、従来の空気燃焼に比べて3倍以上の高い脱硫率が得られ、空気燃焼では脱硫が行われないような高温域においても高効率炉内脱硫が可能であることがわかった。この主な原因は、排ガスの約80%が再循環する本燃焼方式では、再循環ガス中に含まれるSO_2が燃焼場へ再流入することにより、反応場のSO_2濃度が従来の燃焼方式に比べてはるかに高くなり、脱硫反応(CaSO_4生成反応)が促進され、高温域でのCaSO_4分解反応が抑制されるため、最終的なシステム全体としてのSO_2排出量大幅低減が実現したためである。

研究成果

• [文献書誌] 片桐史朗,Hao Liu,Azhari Sastranegara,岡崎健: "O_2/CO_2 微粉炭燃焼における高効率炉内脱硫機構"第37回燃焼シンポジウム講演論文集. 97-98 (1999)
• [文献書誌] H.Liu,S.Katagiri,U.Kaneko,K.Okazaki: "Efficient NOx/SOx Reduction in O_2/CO_2 Coal Combustion"Proc. 4th International Symposium on Coal Combustion. 159-168 (1999)
• [文献書誌] H.Liu,S.Katagiri,U.Kaneko,K.Okazaki: "Sulfation Behavior under High CO_2 Concentration in O_2/CO_2 Coal Combustion"Fuel. (掲載決定). (2000)
• [文献書誌] H.Liu,S.Katagiri,U.Kaneko,K.Okazaki: "System Investigation on Simultaneous Nox Reduction and Desulfation in Pulverized O_2/CO_2 Coal Combustion"Thermal Science and Engineering. 8-1(掲載決定). (2000)