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JPH067010B2 - 石油燃焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を選択的かつ非接触的に減少せしめる方法 - Google Patents
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JPH067010B2 - 石油燃焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を選択的かつ非接触的に減少せしめる方法 - Google Patents

石油燃焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を選択的かつ非接触的に減少せしめる方法

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JPH067010B2
JPH067010B2 JP2242845A JP24284590A JPH067010B2 JP H067010 B2 JPH067010 B2 JP H067010B2 JP 2242845 A JP2242845 A JP 2242845A JP 24284590 A JP24284590 A JP 24284590A JP H067010 B2 JPH067010 B2 JP H067010B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，ナフテネート，オクトエート，タレートのよ
うな有機酸の塩，スルホン酸，飽和または不飽和脂肪
酸，油酸，トール油とＫ，Ba，Mg，Ca，Ce，Mn，Feおよ
び希土類金属類よりなる群から選択された金属との塩；
カルボニル化合物，混合シクロペンタジエニルカルボニ
ル化合物または遷移金属FeまたはMnの芳香族錯化合物の
ような有機金属化合物の塩のような，燃焼過程に影響を
与える化合物を，液体燃料と混和しうる溶液として，液
体燃料または燃焼用空気に配量することによって石油燃
焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を選択的かつ非接
触的に減少せしめる方法に関する。
〔従来の技術〕
「ドイツ大型発電所経営者連合(VGB)の1989年度発電所
および環境に関する会議議事録 (Sammelband der VGB-Konferenz Kraftwerk und Umwelt
1983)の第213〜217頁に掲載されたヘーニッヒ(V.Hoeni
g)およびバウムバッハ(G.Baumbach)による「重油燃焼設
備における添加物による有害物質：すす，SO3，NOxの減
少(Schadstoffminderung bei Schwerolfeuerungen durc
h Additive:Russ,SO3,NOx)」と題する論文において，以
下に引用するような関連技術分野および本発明の基礎に
なっている問題の概要を述べた緒言が従来技術として参
照される。
1983年のドイツ連邦内務省環境汚染に関する命令第13号
(13.BIm Sch V)〔大型燃焼設備に関する命令(Grossfeue
rungsanlagenverordnung)(GFAVO)〕および1986年に公布
された「大気の清掃保持のための技術指導」(TA Luft)
において採用された燃焼設備に対する有害物質放出限界
値は，重油燃焼設備の運営者にもまたそれらの設備を環
境を汚染しないように運転しなければならないという問
題を提起した。重油は，現今主として工業において（水
蒸気または熱水発生炉，反応用熱源）および小規模にな
おピーク負荷発電所において燃焼される。大抵の重油燃
焼炉には，上記の大気規制(TA Luft)の基礎になってい
る出力範囲50MWthが存在する。ドイツ連邦共和国におい
ては，なお若干の重油発電所のみがGRAVOの規制内で運
転されている。
燃料油Ｓの全消費量が70年代の半ば以来半分以上減少し
ているが，その使用は，多くの需要者にとって依然とし
て関心がある。とりわけ，低い石油価格のゆえに1986／
87年度における重油消費は安定していた。
（重質燃料油は，原油の加工の際に得られるが，不安を
取除くという問題でいわゆるTA大気規制プラントの多く
においては，もはや燃料油Ｓが使用できなくなる。） 酸化窒素の放出と共に，SO2，ダストおよび酸性煙道ガ
ス成分(SO3，煙道塵または煙道コークスに吸収された硫
酸）の放出が問題となっている。TA大気規制のSO2限界
値は，硫黄の少い石油（最大１重量％）を使用すること
によって守られる。NOxの放出を減少させるために，こ
れらのプラントにおいては今日主として燃焼一次措置ま
たはSNCR法（選択的非接触的減少法）が使用されてい
る。すすおよび酸性煙道ガス成分の放出を減少させるた
めの一つの可能性は，添加物による石油の処理である。
この目的でシュトットガルト大学処理技術蒸気ボイラー
研究所〔(Institut fur Verfahrenstechnik und Dampfk
esselwesen der Universitat Stuttgart(IVD)〕におい
て特別な研究が実施された。
米国特許第4,208,386号において，残留酸素含量およびN
Ox含量を有する燃焼廃ガスを，固体物質としての，ある
いは溶剤，例えば１ないし３個の炭素原子を有するアル
コール，水および３ないし４個の炭素原子を有するケト
ン中に溶解された尿素に，高められた温度において接触
せしめることが開示されている。尿素は，廃ガス中のNO
x含量を減少させるのに有効な量で使用されるべきであ
る。使用されるべき温度は，追加的な減少剤が存在する
場合には少なくとも1300゜Fであり，そしてその他の減少
剤の存在しない場合には少なくとも1600゜Fである。
もう一つの米国特許第4,325,924号には，化学量論的酸
素必要量に関して過剰量の燃料を有するがNOxを含有す
る燃焼廃ガスを固体物質としての，あるいは溶液中の尿
素を用いて，1900゜F以上の温度およびNOxの含量を実質
的に減少させるのに十分な量において接触せしめること
が開示されている。この場合，燃料対酸素の当量比は，
１：１より大なる値，特に1.05：１より大なる数値そし
て一般に1.5：１以下である。一つの表に示された数値
は，使用された尿素の濃度に応じてNOx濃度の著しい減
少を示しており，もちろん使用された温度比および濃度
比に応じて減少された廃ガス中のアンモニアの量が次第
に増大することも認められる。
米国特許第3,900,554号には，燃焼廃ガス中の酸化窒素
(NO)の濃度を低下させるためにアンモニアを使用するこ
とが開示されている。上記の特許の解決すべき課題は，
煙道ガス中の残留酸素存在下のNOを選択的に減少するこ
とである。NOのそのような選択的な非接触的減少におけ
る減少剤の費用は，減少すべきNOの少量に対応すべきも
のであって，減少されるべきNOならびに残留酸素に対し
て必要な比較的多量に対応すべきものではない。
WO特許第87/02025号は，過剰の酸素下の炭素含有燃料の
燃焼廃ガス流中のNOxを減少せしめ，その際Ｃ含有放出
物の発生が減少するようにする方法に関する。希薄な尿
素水溶液の分散物が2000゜F以上，好ましくは2100゜F以上
の温度において廃ガス流中に注入される。尿素溶液の濃
度および分散物中の小滴の大きさは，好ましくは少なく
とも80重量％付近の溶剤含量および150〜10000μmの範
囲内にある。上述の廃ガス流には，「オキシゲナート(O
xygenates)」，例えばエチレングリコールの存在下の尿
素の水溶液が小滴の分散物として1600゜F以上の温度にお
いて注入される。
〔問題を解決するための手段〕
本発明は，固体の部分燃焼生成物（コークス，すす）の
含量および廃ガス中のNOx値の最小化を化学薬品の僅少
な使用において実現せしめるという課題に基づいてい
る。
本発明は，尿素またはアンモニアあるいは炭酸アンモニ
ウムのような，アルカノール，アルカンカルボン酸，ア
ルカナールまたはアルカノンのようなその他の成分をも
また含有しうる尿素前駆体の水溶液として，液状または
ガス状の担体流の使用下に，減少剤（Reduktionsmitte
l)をボイラー配量システムを経て燃焼室（バーナー室）
に配量し；負荷に依存するボイラー配量システムを用い
る減少剤の燃焼室への添加を燃焼室内における位置なら
びに減少剤の濃度に関して制御し；そして与えられたス
ス，あるいはダストの含量における廃ガスのNOx含量を
燃焼設備の出力に依存して最少限にするように，減少剤
を注入することを特徴とする。
これらの手段の組合せを最初に述べた方法に結合するこ
とによって，燃焼廃ガスのラムダ値に関連してNOx形成
についてより有利な範囲にもたらし，そして廃ガス中の
NOx値の最小化を僅少な化学薬品の使用において実現す
ることに成功する。ラムダ値は，空気−燃料混合物を特
徴づけるものであり，それは理論的空気必要量に対する
供給された空気量の比として定義される。
大気規制の基礎になっている約50MWまでの熱効率の範囲
においては，重油燃焼の好ましい使用範囲が重要である
ので，本発明の好ましい適用は，重質燃料油（燃料油
Ｓ）の使用に関連する。
燃焼過程に影響を与える化合物は，好ましくは，液体燃
料に混合損失なしに混和しうる溶液として負荷または放
出量を制御するバーナー配量システムを介して供給され
る。そのような方法は，一方では制御量としてNOx含量
を目標とすることによって最適化され，他方では前記の
方式の燃焼設備を種々の負荷段階において運転するよう
に考慮することによって最適化される。
指令量として，単位時間当り必要な燃料の量が関連づけ
られ，それはいずれにしてもこの種の工業的施設の運転
の際に燃焼過程および負荷を制御するために測定され
る。
上記の量ならびに廃ガス流において確認されたNOx含量
は，例えば，コンピューターまたは制御器まで導かれ，
このものは，出力側おいて燃焼室内でバーナーの位置に
関して操作されうる減少剤用の配量ランスに作用し，し
かも操作量として廃ガス中の最も低いNOx含量に調整さ
れるように作用する。
それ故に，本発明においては，負荷に依存するボイラー
配量システムによる減少剤の燃焼室への添加は，燃焼室
内における位置ならびに減少剤の濃度に関して制御され
る。
減少剤は，与えられたススまたはコークス含量（＝ダス
ト含量）における廃ガスのNOx含量を，燃焼装置の出力
に応じて最少限にするように注入される。
〔実施例〕
ボイラー配量システムを介して燃焼室（バーナー室）内
に尿素の水溶液の形において減少剤を配量するためのそ
のようなシステムの機能の概要を第１図の参照下に以下
に更に詳細に説明する。同時に，以下に天然ガスのほか
に重室燃料油によっても燃焼されうる蒸気発生器（２本
火焔管−煙管３煙道型ボイラー）の放出量測定に関する
結果が示されている。
尿素40重量％の含量を有する尿素水溶液は，負荷に応じ
て調節されて，２本の移動しうるランスを介して後方か
らボイラーの火焔管内に吹込まれる。必要な水量は，２
個の配量ポンプ（１本の火焔管当り１個のポンプ）で手
動で調節される。その場合，使用された尿素の水溶液の
約20ないし0.5重量％，好ましくは10ないし２重量％へ
の希釈が行われる。尿素水溶液は，２個の配量ポンプ
（１本の火焔管当り１個のポンプ）によって配量され，
その際その量は，自動的にNOx−および負荷次第で変更
される。
蒸気発生器および石油燃焼装置のデータを以下に示す： １．蒸気発生器 構造様式：過熱器を有する３本火焔管−煙管−３煙道型
ボイラー 製造業者：スタンダードケッセル社，デュイスブルク所
在(Standardkessel Duisburg) 許容ボイラー出力：20t/h 許容過圧： 20bar 許容過熱水蒸気温度：285℃ ２．石油燃焼装置のデータ 構造様式：回転噴霧式 製造業者：レイ社，フエルバッハ／シュトットガルト所
在(RAY,Fellbach/Stuttgart, 型式 ：２×BGEC700 石油流量：120〜700kg/h モデル番号：18304/82K 測定位置は，廃ガス濃度測定装置の前のボイラー端部へ
の廃ガス溝内にあった。この測定位置は，障害のない流
入および流出距離に関してVDIガイドライン(Richtlini
e)2066，第１頁に規定された要求事項を満たしている。
それぞれの運転状態において，30分間の期間の１ないし
２回の測定が実施された。
測定項目： 酸化窒素：ベックマン社(Beckmann) NO/NOx−ガス分析計 測定原理 化学的発光法 一酸化炭素含量：マイハク(Maihak)赤外ガス分析計 ダスト含量：VDI−ガイドライン2066第２頁による鞘状
ダスト測定装置 （流動ガス中におけるダスト測定）。廃ガスの速度は，
プランテル(Prandtel)式せき止め管およびミクロマノメ
ーターを用いて測定された。
すす値：バチヤラチ(Bacharach)−すす試験器および濾
紙 ０２−含量：セルヴオメックス(Servomex)-02-分析計，
測定原理，常磁性， 煙道ガス温度：フエコ(Feko)−熱電対，比較測定位置０
℃およびデジタルミリボルト計。
燃料送入量は，存在する油量計において測定された。
更に，廃ガス中のアンモニア濃度が0.5mg/m3の検出限界
について測定された。
使用された燃料は，下記の規格を示した： 添加物：油溶性化合物の形のCa30重量ppm＋Fe 7.5重量p
pm 灰分 DIN EN７ 0.07重量％ アスフアルテン DIN 515950.68重量％ 窒素 ASTM 0.31重量％ 実質的な結果は，下記の第３表および第３表に要約され
ている。更に，NH3含量について得られた測定値が示さ
れている。与えられた数値は，標準状態およびＯ２ ３
容量％の乾燥した廃ガスに関するものである。
第１表には，尿素水溶液を用いて得られた運転数値が示
されている。第２表においては，比較実験として減少剤
としての尿素水溶液を使用せずに得られた操作数値が示
されている。
第３表および第４表ならびに得られた測定値を図表で表
した第２図から明らかなように，燃料中に添加剤として
添加された油溶性の化合物スルホン酸カルシウムおよび
トール油酸鉄(II)と一緒に減少剤として尿素水溶液を使
用した場合には，廃ガス中の酸化窒素含量が約３分の１
減少した。
すべての負荷状態において，1986年２月のTA大気規制に
おいて規定された450mg/m3 nの限界値が廃ガス中の二酸
化窒素含量について保たれた。
ダスト含量に関しては，同等のすす値および同等の一酸
化炭素含量において，41.7ないし58.9mg/m3 nのダスト測
定値が保たれた。
酸化物灰分の計算値は，約59mg/m3の数値であることが
判明し，すなわち，廃ガスのダスト含量は，一次側添加
剤の使用によってほとんど炭素不含であった。
本発明による方法によって，燃焼廃ガスのラムダ数に関
してはNOx形成についての有利な範囲にもたらされ，そ
してNOxを減少せしめるためのボイラー配量システムと
組合せて固体の部分燃焼生成物（コークス，すす）の含
量の有効な減少および化学薬品の節約をもたらしなが
ら，廃ガス中のNOx値の最小化に成功したのである。
本発明は，特許請求の範囲に記載された方法を発明の要
旨とするものであるが，実施の態様として下記の事項を
も包含する。
１．燃料として重室燃料油を使用する請求項１に記載の
方法。
２．混合による損失なしに液体燃料と混和しう液体とし
て，燃焼過程に影響を与える化合物を，負荷または放出
を制御されたバーナー配量システムを介して供給する請
求項１に記載の方法。
３．ボイラー配量システム内で尿素20ないし0.5重量
％，好ましくは10ないし２重量％まで希釈される尿素水
溶液を減少剤として配量する請求項１に記載の方法。
４．ボイラー配量システムを燃焼室内においてバーナー
の位置に関して移動しうる減少剤のための配量ランスを
用いて制御する請求項１に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
第１図は，本発明による方法を実施する装置の概略の機
能を示した概略説明図であり，第２図は，本発明による
方法によって得られる効果を示す図表である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ナフテネート，オクトエート，タレートの
    ような有機酸の塩，スルホン酸，飽和または不飽和脂肪
    酸，油酸，トール油とＫ，Ba，Mg，Ca，Ce，Mn，Feおよ
    び希土類金属類よりなる群から選択された金属との塩；
    カルボニル化合物，混合シクロペンタジエニルカルボニ
    ル化合物または遷移金属FeまたはMnの芳香族錯化合物の
    ような有機金属化合物の塩のような，燃焼過程に影響を
    与える化合物を，液体燃料と混和しうる液体として，液
    体燃料または燃焼用空気に配量することによって，石油
    燃焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を減少せしめる
    方法において，減少剤を尿素またはアンモニアあるいは
    炭酸アンニウムのような，アルカノール，アルカンカル
    ボン酸，アルカナールまたはアルカノンのようなその他
    の成分をもまた含有しうる尿素前駆体の水溶液として，
    液状またはガス状の担体流の使用下に，をボイラー配量
    システムを経て燃焼室（バーナー室）に配量し； 負荷に依存するボイラー配量システムを用いる減少剤の
    燃焼室への添加を燃焼室内における位置ならびに減少剤
    の濃度に関して制御し； そして与えられたスス，あるいはダストの含量における
    廃ガスのNOx含量を燃焼設備の出力に依存して最少限に
    するように，減少剤を注入することを特徴とする、上記
    石油燃焼ボイラー装置よりの有害物質の放出を減少せし
    める方法。
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