JPS6355603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、廃ガス中に存在する水蒸気および硫
黄化合物、重金属等のごとき他の望ましくない汚
染物質が廃ガスを各々１またはそれ以上の工程で
加圧、冷却および膨脹させることによつて凝縮お
よび／または沈澱されかつ粒状物質とともに除去
される廃ガス浄化を備えた燃焼方法に関するもの
である。

プロセス廃ガスを浄化および／または除湿化す
る方法は従来公知である（例えば西ドイツ公開特
許明細書第2013049号、アメリカ特許第3012629号
およびスエーデン特許第345006号参照）。しかし
ながら、これらの方法はとくに燃焼硫黄含有燃料
がまた比較的高率の重金属を含むとき極めて汚染
されたガスを発生するとき燃焼過程から得られた
廃ガスを清浄にするに十分有効ではない。したが
つて、より清浄な燃焼を得るように燃料をガス化
しかつ燃焼過程を流動床内で行なうことによつ
て、もたらされる困難に打ち勝つような試みがな
された。しかしながら、このような方法は工程制
御に問題を有しかつ効率が低下する以外に残余の
生成物の処理がし難いものであつた。

本発明の目的は、プラントの高効率を維持しな
がら、高硫黄含有の極めて湿り気のある石炭のご
とき、極めて粗末な燃料を燃焼するときでも、廃
ガスを非常に高度に清浄せしめることができる燃
焼および廃ガス浄化方法を提供することにある。

このため本発明による廃ガス浄化を備えた燃焼
方法は特許請求の範囲に記載のごとき特徴を有す
る。

本発明による方法は、エネルギーがコンプレツ
サに犠牲にされるため、膨脹手段によつて与えら
れたエネルギーが圧縮工程およびそれに伴う本発
明による方法を十分に実施しないので、ヒートポ
ンププロセスとしてみなすことができる。公知の
高圧ボイラの構造は廃ガスタービンが追加の動力
入力なしにコンプレツサを駆動するように配置さ
れるものであつた。

粗末な燃料はしばしば多量の水分を含み、これ
はこの種の公知の方法において、それに伴なう対
応エネルギー損とともに、燃焼が生ずる前に消散
されねばならない。かかることは別に対応エネル
ギーが利用される本発明による方法の場合には生
じない。廃ガスは水蒸気を含むが、水および硫酸
の露点以下の温度にガスを１またはそれ以上の工
程において冷却することにより蒸発熱が利用され
る一方、良好な浄化作用が同時に得られる。粗末
な燃料は多量の灰および粒状物質を生ずるから冷
却工程において特殊なノズル、ふさわしくはエコ
ノマイザによつて凝縮物を循環しかつ前記灰およ
び粒状物質をスリース手段に流出させるのが適当
である。

このような状態において、構成要素、とくに圧
力下の構成要素は侵食を受けやすい。しかしなが
ら、これは前記構成要素をガラスまたはプラスチ
ツク材料で作ることにより避けることができる。
さらに、膨脹手段は、もしも液体および固体粒子
が前記手段の上流側で効果的に分離されないなら
ば、キヤビテーシヨン損失を受けるかも知れな
い。もしも回転膨脹機、例えば回転ガスタービン
が使用されるならば、この方法に関連する低温に
鑑みて潤滑に、かつまたタービンブレード上の氷
の形成による損傷の危険に鑑みて、特別な注意を
払わねばならない。しかしながら、これらの問題
はタービンの代わりにスクリユーロータ型の膨脹
機を使用することにより回避することができる。

本発明を添付の略図に示した多数の実施例を参
照して以下に説明する。

第１図図示の実施例において、空気および燃料
は燃焼場所、この場合にはスチームボイラ１に供
給される。汚染廃ガスはボイラ１からクーラ２へ
かつそこからコンプレツサ３に通され、その入口
では廃ガスの一般的な状態である。この廃ガス
は次いで状態においてコンプレツサからクーラ
４に通されかつそこから状態において膨脹機５
に通され、該膨脹機の出口からガスは状態にお
いて集合容器６へ向う。乾燥、冷却かつ清浄もし
くは同様に不活性なガスはスタツクまたはチムニ
７に容器６から通され、チムニ７はガスを加熱し
および／またはそれらを大気と混合するごとくな
す場合には、ガスが地上に落下するのを防止する
ようになすことができる。しかしながら、冷却ガ
スは、例えばクーラ２に、または隣接する建物、
冷却を要する工業プラントまたはレジヤー区域に
前記廃ガスを通すことにより、冷却目的のためよ
り生産的に使用することもできる。

膨脹室５は、これと前記コンプレツサを連結す
る軸８によつて、コンプレツサ３を駆動するよう
に配置される。本発明によれば、追加の動力がコ
ンプレツサの駆動軸に結合されたモータ９によつ
てコンプレツサ３に供給される。

温度および圧力は状態、およびにおける
条件に応じて、ガスに含まれる水蒸気の所望の凝
縮、およびクーラ４内の凝縮器、すす、塵埃、硫
酸等の分離を得るように適合され、そしてその結
果状態におけるガスの温度は残りの汚染物質お
よび氷結晶の所望の部分を容器６内に集めること
ができるように低い（例えば−60℃〜−65℃に至
るまで）。温度および圧力の低下は大部分の汚染
物質に関しガス状態から固体への変遷がかかる期
間の液相を経由して種々の沈澱物間の化学的反応
を実質的に排除するように生ずるように急速に引
き起されることに留意されたい。

第２図に総括的にかつ第３図により詳細に示す
方法は、ボイラー１の形の燃焼場所がここではコ
ンプレツサ３の圧力側に置かれることにより第１
図に示した方法と異なる。有利には、ここでは燃
焼方法の変形として、コンプレツサ３によつて供
給される燃焼機関、好ましくは、ジーゼル機関を
使用することができる。

第３図に示す方法は以下の工程を通過する。図
に示した値はボイラを通過するガス量に基づきか
つより詳しくは１キログラムの油を燃焼するに必
要な空気量である。

燃焼空気は大気から採られかつコンプレツサの
負荷を減ずるために、冷たい廃ガスによつて冷却
されるクーラ２に通過せしめられる。上述の状態
は、 物質Ｍ＝15Kg 圧力P₁＝1bar 温度T₁＝０℃ のとき一般に行なわれる。

空気は57グラムの水蒸気飽和空気を含んでい
る。

そこで空気はコンプレツサ３内で圧縮される。
効率損のために、理論的に必要であるより高い作
動入力が必要である。これは断熱圧縮によつて容
認される以上の温度上昇を結果として生じる。状
態は、 圧力P₂＝5bars 温度T₂＝187℃ のとき一般に行なわれる。

油は次いで加圧システムにおいて燃焼空気とと
もに燃焼され、そして廃ガスは、通常の方法にお
いて、ボイラ１を通過せしめられる。

第３図から理解されるように、ボイラ１は、図
示した順序において、燃焼室１１、スチーム発生
器１２、これに接続したスチームドーム１３、ス
チームタービン１５に接続した過熱器１４、エコ
ノマイザ１６、ガススクラバ１７およびこれに続
くガスクーラ１８とからなつている。スチームタ
ービン１５とスクラバ１７との間には冷水回路２
０を有するコンデンサ１９が接続され、前記冷水
回路２０は同様にガスクーラ１８に結合されてい
る。

もし利用し得る冷水の温度が10℃ならば、コン
デンサの温度を25℃に保持することができる。そ
の場合にこれはエコノマイザの下流側にガスクー
ラが必要とされるのを回避する。他方において冷
却水が高温であるか、または廃ガスが比較的高度
に浄化されるならば、ガスクーラを使用すべきで
ある。

上述の状態は、 圧力P₃＝5bars 温度T₃＝40℃ のとき一般に行なわれる。

ガスは150グラムの水蒸気を含んでいる。

燃焼過程中、比較的多量の水蒸気が形成される
が、この水蒸気の大部分はエコノマイザにより廃
ガスに含まれる大部分のすすおよび固体粒子を取
つて、エコノマイザ内に凝縮するであろう。ここ
に本方法の高効率の一部が存在する。プロセス水
または凝縮物は圧力下でボイラからバルブに通さ
れる。

ボイラを貫通した後、廃ガスはそのエネルギー
の一部を放出するタービン５を貫通する。断熱降
下は保持しているガスの水分を氷結晶に凝縮せし
める一方、同様に汚染物質が沈澱する。結果とし
て生ずるスラツジはタービン５の下流側で集合容
器６内に採集される。

状態（タービンの下流側）は 温度T₄＝33℃ 圧力P₄＝1bar のとき一般に行われる。

ガスは１グラム以下の水蒸気を含んでいる。

この最終温度が充分に高い清浄効果を与えない
ならば、ボイラ内の圧力を上昇するかまたは以下
の例において、温度T₃をガスクーラ１８によつ
て＋15℃にまで低下することができる。

T₃＝＋15℃はガス全量内に42グラムの水を供
給する。その場合にT₄は−66℃になる。

T₄は(a)断熱温度差、(b)タービン効率の損失
（ガス温度の上昇となる）、および(c)タービンの下
流側で凝縮した水の部分の溶解熱を加えた蒸発熱
の結果である。−55℃〜−60℃の最終温度は極め
て高い清浄作用を提供しかつT₃はその場合に約
20℃が適当であることが理解できる。T₃＝20℃
を結果として生ずる５℃の冷却水でガスクーラ１
８を使用する第３図に図示した実施例において、
状態は、 圧力P₄＝1bar 温度T₄＝−60℃ のとき一般に行なわれる。

最終温度が−60℃以下になると、二酸化炭素が
凝縮し始めるであろう。二酸化炭素は商業的に利
用できる生成物であるが、この場合の製造はいく
つかの問題を生起するかも知れない。

燃焼の過程はボイラ１内において有圧下で行な
われるため、炎の量は減じられ、一方燃焼率およ
び炎の温度、およぼそれに伴う放射の強度は通常
のボイラに比して増大する。したがつて、本発明
によつて使用されるボイラは通常のものより小さ
い。これは、とくに、交換を要するのはボイラの
みであるから、古いシステムを本発明による近代
的で清潔かつ経済的なシステムに交換するときに
重要である。

本発明による燃焼方法が実施されると、50％以
上の水を含む油、石炭またはピートを使用するこ
とができる。スチームサイクルにおいて64バール
の圧力、30℃のコンデンサ温度および５バールの
ボイラ圧力を有する通常の場合において、最大含
水量は油で55％および石炭で56％である。前記の
百分率は重量％である。

高含水量を有する粉末石炭の形の有効に燃焼す
る燃料の可能性は非常に顕著であることが容易に
理解されよう。その場合に水と混合された粉末石
炭をボイラの燃焼空間内に吸い上げることができ
る。かかる燃料は液状石炭と呼ばれかつ油に対し
ても同様な方法で処理することができる。この種
の生成物はスエーデンでは名称「カルボゲル」に
より販売されかつ石炭が定着するのを防止する添
加物とともに基礎となる石炭（グランドコール）
および水を細かに含んでいる。この燃料は油の場
合の10.3MWh／m³の値に比して8.9MWh／m³の
エネルギー量を有し、それにより価格は油を燃焼
するとき招来される価格の半分以下になるであろ
うことが理解されよう。

本発明による方法が薬品の添加なしに多量のガ
スと処理できる連続方法であることに関連し、重
要な利点は廃ガスを浄化するために広範な設備を
設ける必要がある通常の方法にわたつて与えら
れ、その浄化は公知のシステムおよびプラントに
おいて断絶して実施されることが理解されよう。

ここで本発明を要約すると、本発明は高水含量
の高汚染の低度の燃料を有効に燃焼することがで
きかつ廃ガスはこれを残りの望まれない物質とと
もに膨脹機５によつて１またはそれ以上の工程に
おいて急激な圧力降下を受けさせることにより有
効に浄化され、それに対して前記ガスを圧縮する
ために必要とされるコンプレツサ３の入力駆動力
は、膨脹機５の下流側の温度が氷結晶とともに廃
ガス内の凍結した汚染物質の凝縮および沈澱のた
め十分に低くなるような強さである連続プロセス
を提供する。

本発明による燃焼プロセスはすべての形の燃焼
プラント、主として高硫黄および水量を有する燃
料で燃やされる、動力および加熱の組合せプラン
トに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンプレツサへの汚染廃ガスの供給を
示す略図、第２図は燃料の燃焼がコンプレツサの
下流側で行なわれる第１図と同様のものを示す略
図、第３図は第２図に示した燃焼プロセスをより
広範な方法で示す略図である。 図中符号１はスチームボイラ、２はクーラ、３
はコンプレツサ、４はクーラ、５は膨脹機、６は
集合容器、１１は燃焼室、１２はスチーム発生
器、１３はスチームドーム、１４は過熱器、１５
はスチームタービン、１６はエコノマイザ、１７
はガススクラバ、１８はガスクーラ、１９はコン
デンサ、２０は冷水回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 廃ガス中に存在する水蒸気および硫黄化合
   物、重金属等のごとき他の望ましくない汚染物質
   が前記廃ガスを１またはそれ以上の工程で加圧、
   冷却および膨張させることによつて凝縮および／
   または沈澱されかつ粒状物質とともに除去される
   発生した廃ガスの浄化を備えた燃焼方法におい
   て、工程ガス（燃焼前の燃焼空気または燃焼後の
   廃ガス）をコンプレツサによつて加圧させたの
   ち、該ガスを冷却しかつ圧力下で水、塵粒子およ
   び他の沈澱した望ましくない物質を除去し、残り
   の望まれない物質とともに前記廃ガスをスクリユ
   ーロータ膨張機の如き回転可能な膨張機によつて
   急激に圧力降下させ、前記コンプレツサへの入力
   駆動力、およびそれに伴う一方での圧力増加およ
   び他方での冷却が前記膨張機の出口側で前記廃ガ
   ス中の残りの望まれない物質の凝縮および沈澱の
   ため十分に低い温度を得られないように調整され
   ることを特徴とする廃ガス浄化を備えた燃焼方
   法。 ２ 前記燃焼が前記圧縮の後ではあるが前記冷却
   の前に行われることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の廃ガス浄化を備えた燃焼方法。 ３ 前記廃ガスおよび／または燃焼空気の冷却が
   圧縮工程以前に行われるようにしてなる特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載の廃ガス浄化を
   備えた燃焼方法。