JPH01111108A - 硫黄を含有する微粒状炭質燃料の燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来の石炭燃焼ボイラ装置及び産業用炉では、直接炉内
の反応領域内で石炭を燃焼していた。これらのボイラや
炉は、通常、全化学量論が１より大きいところで作動さ
れる。これにより煙の発生を無くすことはできるが、か
なりの量の窒素酸化物や硫黄酸化物並びに比較的大量の
微粒子の発生を招くため、バッグハウスのような高効率
の粒子収集装置を使用する必要がある。また、これらの
炉は、単位体積当たりのエネルギ放出量が比較的小さい
ので、燃料を燃焼させかつ炎からエネルギを抽出するの
に大容積の［ファイヤボックス（火室）」が必要になる
。

最近になって原油の価格が約７倍にも上昇している。こ
のため、多くの火力発電所や産業用の炉では、コスト的
に圧迫されてきている。これらのボイラや炉を、重油又
はガスを燃料とするものではなく石炭を燃料とするもの
に転換すれば、エネルギコストを非常に節約できるであ
ろう。しかしながら、本来重油又はガス用に設計されか
つ構成された数メガワットの出力のボイラ内で石炭を燃
焼することを試みるとすると、克服が困難であると考え
られてきた幾つかの困難性に遭遇する。これらの困難性
とは、ボイラ内での石炭の燃焼により生じたスラグ及び
フライアッシュが炉及び対流チューブを覆ってしまい、
このため効率が著しく低下してしまうこと、硫黄酸化物
（ＳＯＸとも表す）及び／又は窒素酸化物（ＮｏＸとも
表す）を無秩序に排出することは、都市及び一般に発電
ボイラプラントが設置されている中都市における連邦政
府機関及び地方機関によって禁止されていること、石炭
を取り扱いかつ燃焼する装置の設置に利用できるスペー
スが殆どの場合に制限されていること、及び、本来重油
及びガスの燃焼用に設計されたボイラには、灰収集装置
や灰廃棄装置が設けられていないこと、等である。

本発明者らは、現存するボイラや炉に装着するのに適し
た方法及び装置を開発した。これらの方法及び装置は、
燃料（例えば石炭）中の不燃性鉱物質成分の大部分を除
去できると共に、これまで実現不可能とされていた出力
密度で燃料を燃焼でき、かつ酸性雨の原因物質であるＳ
ＯｘやＮＯ７の過剰発生を避けることができるものであ
る。本発明の性能的特徴は次の通りである。

高出力密度 一次燃焼室の体積１立方フイート当たり約１００万Ｂｔ
ｕ／ｈｏｕｒ　ａ 低Ｎ　Ｏｘ ４５０　ｐｐｍｖよりかなり低い植（好ましくは、大気
に排出されたガスにおいて２５０　ｐｐｍν以下）。

不燃性物質の除去 最終用途としての装置（ボイラその他の熱利用装置）の
要求に基づいて、ガス状の燃焼生成物がこれらの装置に
導かれる前に、ガス状の燃焼生成物から、燃料の不燃性
鉱物質成分の８０〜９０％を捕捉しかつ除去する。

炭素のキャリーオーバ ガス状生成物がボイラその他の熱利用装置に導入される
前に、実質的に全ての炭素が炭素酸化物に変換される。

信頼性 燃焼器の壁の有害な腐食及び／又は侵食が商業的に受は
入れられる限度内に保たれるように、燃焼器の壁を保護
する。

熱効率 最終用途としての装置に対し、炭質燃料の化学的潜在エ
ネルギの約８５〜９０％をもつガス状生成物の流れを供
給する。好ましくはこのエネルギを、その一部を顕熱と
して供給し、他の一部をガス状生成物に含有された一酸
化炭素及び水素として供給して、最終用途としての装置
内で完全燃焼が行われるようにする。

硫黄の捕捉 ガス状生成物が熱利用装置から大気中に排出される前に
、燃料中の硫黄含有成分の８０〜９０％をガス状生成物
から除去する。

米国特許第４，２１７，１３２号には、不燃性鉱物質成
分を含有する炭質燃料を燃焼する装置が開示されており
、該装置では、かような不燃性鉱物質成分を液状スラグ
として分離し、熱い燃焼生成物の流１　ρ れをボイラのような熱利用装置に導くようになっている
。この装置では、固体の炭質燃料（例えば粉末炭）が燃
焼室内に噴射され、同時に、酸化剤（例えば予熱された
空気）が燃焼室内に４入されて該燃焼室内に高速の旋回
流状態が作られる。この高速旋回流状態は、液状スラグ
の大部分を燃焼室の内壁に向けて遠心力によって追いや
るのに適している。上記目的の一部に合致する別の装置
が、係属中の米国特許出願第７８８，９２９号に記載さ
れている。

この米国特許出願第７８８，９２９号に記載の装置は、
本来的に重油及び／又は天然ガスを使用するように設計
及び構成された各種産業用の炉及び発電用ボイラに対し
スラグ燃焼装置を適用することに固有の条件を認識しつ
つ広範囲に研究開発した結果得ることのできたスラグ燃
焼装置の改良に関するものである。

本発明は、前記米国特許第４，２１７，１３２号及び米
国特許出願第７８８，９２９号に記載のスラグ燃焼装置
と同格のスラグ燃焼装置を更に改良したものであり、よ
り詳細には、上記目的に合致すると同時に、ＳＯＫ及び
ＮＯｘの排出量を低減できるように構成されたスラグ燃
焼装置に関する。

本発明によれば、熱くてフュエルリッチなガス状燃焼生
成物の流れ（米国特許出願第７８８，９２９号に記載さ
れているような装置からの流れが好ましい）が、従来の
ボイラ又は炉へ流入する熱エネルギ搬送燃料ガスとして
供給される。これらのガス状生成物は、燃料の不燃性成
分の灰溶融温度と同じかこれよりも高く、約２．６００
〜３．２００°Ｆ　（約１．４３０〜１，７６０℃）の
範囲内の温度であるのが好ましい。このガス状生成物の
流れが炉に流入する所において、この流れは、（１）微
粉砕された石灰石のような、アルカリ土類金属を含有し
た硫黄収着剤と、（２）装置の全体的化学量論を約１．
１〜１．３に増大させるのに充分な量の補完酸化剤とに
混合される。硫黄収着剤は高温のガス状生成物と親密に
接触しかつ混合されるため、十分の数秒のオーダの時間
内にフラッシュ焼成されて高多孔質の固体粒子が形成さ
れる。これらの多孔性粒子は、硫買収着剤のアルカリ土
類金属とガス状生成物に含有された硫黄成分との反応を
促進する。従って、燃料中の殆どの硫黄含有物は、アル
カリ土類金属の硫酸塩に変換され、ガス状生成物がボイ
ラ又は炉から大気中に排出される前に、該ガス状生成物
から除去される。本発明の方法及び装置を使用すること
により、首尾一貫してかつ反復して、煙道ガス内のｓｏ
Ｘ？ｆｆｉ度を８０〜９０％低減することができる。本
発明者らの知るところによれば、従来の発電用ボイラ及
び産業用の炉に用いる他の石炭燃焼方法及び装置には、
硫黄酸化物の排出量をかなり低減できるものは存在しな
い。

本発明の好ましい実施例においては、粉末炭のような粉
状炭質燃料が、燃焼領域の一端の中央部近くで燃焼領域
内に真人される。燃焼室の壁に隣接して酸化物と燃焼生
成物との混合物の高速旋回流を確立する方向に、酸化剤
の流れが燃焼領域内に噴射される。高出力密度の燃焼に
よって、燃料が、−酸化炭素及び水素からなるガス状の
燃焼生成物と、燃料の不燃性鉱物質成分の溶融により生
じ名溶融スラグとに変換される。高速の旋回流によって
、燃焼領域の壁の内表面に向かって殆どの溶融スラグが
遠心力により追いやられる状況が作り出される。

燃焼領域内での状態を制御するため、酸化剤及び粉末燃
料の双方の流入速度及びマスフロー流量が独立変数とし
て調整される。より詳細には、これらの独立変数を制御
することによって、本発明の装置は次のように調節され
る。

（ａ）燃焼領域内の燃焼温度を、燃料の不燃性鉱物質成
分の灰溶融温度より高い温度に維持すること。通常この
温度は、特定の燃料の特性によって定まり、約２，６０
０〜３，２００　　°Ｆ（約１　、４３０〜１　、７６
０’ｃ）の範囲内にある。

（ｂ）ガス状の燃焼生成物内の揮発したスラグ及び／又
は液状スラグの小滴のキャリーオーバを最小にすること
。

（ｃ）燃焼領域の全体的化学量論を約０．７〜０．９の
範囲内に維持すること。

（ｄ）燃料に含有される実質的に全ての炭素を炭素の酸
化物（例えば、ＣＯ及びＣ０２）に変換すること。

（ｅ）ガス状の燃焼生成物から殆どの灰を、溶融スラグ
として分離すること。

硫黄化合物を含むガス状の燃焼生成物がスラグ収集領域
に導かれ、ここから適当なダクトを介して、従来の炉又
はボイラのような関連の熱利用装置に導かれる。燃焼生
成物が熱利用装置に導かれる時又はその直前に、補完酸
化剤及び硫黄収着剤が燃焼生成物と結合されて、約１．
１〜１．３（好ましくは約１．２）の化学量論を達成す
る。急速混合の結果、付帯温度は、最大限の硫黄捕捉が
行われる、少なくとも約２．３００　　°Ｆ（約１．２
６０℃）の温度に下降する。導入すべき硫黄収着剤の好
ましい量は、アルカリ土類金属／硫黄のモル比を約２〜
５にするのに充分な量であり、これは、石炭内の硫黄含
有量及び減少させるべきＳＯＸの度合によって定められ
る。上記モル比は、約２．５〜３．５の範囲にするのが
より好ましい。使用する石炭の種類によっては、６０〜
９０％の範囲内でＳＯＸを減少させることができる。二
次酸化生成物から熱が抽出され、消費された硫黄収着剤
は少量のフライアッシュと共に、バッグハウスのような
適当な手段によって収集される。

補完酸化剤は、ガス状生成物がスラグ回収領域から出る
後まではガス状生成物に付加しないのが好ましい。スラ
グ回収室内の化学°量論は、約０．７〜０，９の範囲内
のフュエルリッチに維持され、これにより、窒素酸化物
の形成が最小限になる。また、スラグ回収室内の温度が
灰溶融温度以上の温度に維持されるため、残留不燃性物
質を溶融スラグの形で容易に除去することができる。従
って、実質的に全てのスラグが除去されたガス状生成物
は、スラグ回収室から関連する熱利用装置に流入し、こ
のときガス状生成物は、顕熱の形をなす運動エネルギと
ＣＯ及びＨ２の実質的な温度の形をなす位置エネルギの
双方を運ぶ燃料ガスの高速旋回流の形をなしている。こ
の旋回流がスラグ回収室を出るときの温度は、燃料の不
燃性成分の灰溶融温度以上の温度であり、使用される燃
料の特性に基づいて、約２，６００〜３，２００　°Ｆ
（約１，４３０〜１．７６０℃）の範囲内にある。

ガス状生成物が熱利用装置に流入する所で、２つの目的
のために補完酸化剤が付加される。第１の目的は、燃料
のガスを完全燃焼させて炉又はボイラ内の全体的化学量
論を約１．１〜１．３にすることであり、このため充分
な量の補完酸化剤（例えば空気）が付加される。第２の
目的は、硫黄収着剤がガス状生成物と混合される前又は
混合のしばらく後において、硫黄収着剤の粒子の死焼を
避けるのに充分低い温度レベルまでガス状生成物の温度
を下げることである。ガス状生成物の温度は、ガス状生
成物が熱利用装置内に導かれた僅かに後で、少なくとも
約２，３００　°Ｆ（約１，２６０℃）まで下降される
。勿論、補完酸化剤の付加によって、ガス状生成物内に
含有されているＣＯ及びＨ２が燃焼され、これに付随し
て、炎の温度を上昇させる傾向をもたらす熱エネルギが
放散される。この傾向は、ガス状生成物からの熱エネル
ギがボイラのより冷たい水管壁に放射伝達されること、
及びボイラ又は炉内を循環する冷たいガスと混合される
ことによって相殺される。本発明の重要な特徴は、硫黄
収着剤の迅速焼成を行うのに最適な条件下で、硫黄収着
剤（例えば、粉末石灰石）と実質的にスラグが存在しな
いガス状生成物とを急速混合させて、硫黄収着剤を、ガ
ス状生成物内に含まれた硫黄化合物の捕捉を行うための
反応性を高めることができる物理的性状にすることであ
る。スラグ回収室から流出する比較的スラグの少ないガ
ス状生成物は、強力なトーチのような放射エネルギ源と
して機能する。導入された硫黄収着剤（例えば、炭酸カ
ルシウム）がガス状生成物と親密に混合されない場合に
は、硫黄収着剤は殆ど瞬間的に焼成されて、十分の数秒
のオーダの通過時間内にＣａＯとＳ０２とに分解される
。この急速焼成の結果、表面積／重量の比が非常に大き
なカルシウム酸化物の高多孔質粒子が形成され、このた
め、ＣａＯとＳ　Ｏｚ及び他の硫黄種との接触能力が向
上し、従って、ガス状生成物が熱利用装置から大気中に
排出される前に、ガス状生成物から硫黄を除去する能力
が飛躍的に向上する。

本発明の方法及び装置によれば、炭質燃料の燃焼による
エネルギの発生中に非常に効率良く硫黄を回収すること
ができ、できる限り高レベルで固体の不燃性物質を除去
すると同時に窒素酸化物の発生を最小にし、かつ、ガス
状生成物が関連の熱利用装置（該熱利用装置の中で、ガ
ス状生成物の硫黄含有成分と硫黄収着剤とが反応する）
に導入される前に、溶融スラグの８０〜９０％を収集か
つ除去することができる。

本発明によるこれらの改良点は、微粒状の炭質燃料及び
オキシダントを使用し、オキシダントによって炭質燃料
を迅速着火しかつ動流体力学釣場の中で反応させる、本
発明の方法及び装置によって達成される。

本発明の好ましい実施例による装置は、次の機械的ユニ
ット、すなわち、予燃焼器と、一次燃焼室と、スラグ収
集ユニット及び炉に連結されたダクトと、二次酸化バー
ナに補完オキシダントを導入する手段と、スラグ収集ユ
ニットから流出するガス状生成物が炉の中に流入すると
き又はその僅かに前に、ガス状生成物に硫黄収着剤を付
加する手段とを有している。

本願明細書において使用する「微粒状炭質燃料」なる用
語には、不燃性鉱物質を含有する炭素含有物質であって
、自由粒子としてキャリヤ流体内に懸架されるか、スラ
リのような分散状態の燃料として与えられるものを意味
している。代表的な炭質燃料としては、石炭、チャー、
固形廃棄物回収作業の有機残留物、液体中に分散可能な
タリーオイル等がある。原理上、炭質燃料は、−火燃焼
室内で分離した小滴又は粒子として素直に分散すること
ができかつ一次燃焼室内で燃焼してＨ２及びＣＯを含む
ガス状生成物の高速流を形成する全ての材料を含んでい
る。典型的な炭質燃料としては、粉末炭がある。

「オキシダント」なる用語は、空気又は酸素濃縮空気を
意味する。

「キャリヤ流体」なる用語は、不活性なガス又は流体、
或いはオキシダントを意味する。オキシダクトは好まし
いキャリヤガスであり、水は好ましいキャリヤ液体であ
る。

「スラグ燃焼装置」なる用語は、米国特許筒４．２１７
，１３２号明細書及び米国特許出願第７８８，９２９号
明細書に示されているような汎用の燃焼装置であって、
ガス状生成物から大部分の灰を溶融スラグとして分離除
去できる条件下で、炭質燃料（例えば粉末炭）を燃焼で
きる燃焼装置を意味する。

「アルカリ土類金属」なる用語は、周期表の■（ａ）族
に属する元素、特にカルシウム及びマグネシウムを意味
する。

「硫黄収着剤」なる用語は、ガス状生成物内に含有され
る硫黄化合物と反応するのに適した材料であって、従来
のバッグハウス又は煙道ガスが大気中に排出される前に
該煙道ガスから微粒状の固形物を除去する他のサブシス
テムにより収集できる固形物の形で、硫黄含有成分の殆
どを除去できる材料を意味する。アルカリ土類金属とし
ては、ガス状の燃焼生成物内に含有される硫黄化合物と
反応するあらゆるアルカリ土類金属を使用することがで
き、例えば、微粉砕された石灰石のようなカルシウム化
合物、ドロマイト、炭酸マグネシウムのようなマグネシ
ウム化合物等を使用することができる。好ましい硫黄収
着剤としては、粒子の約７０％が２００メツシユの篩を
通ることができる粒子サイズをもつ粉状石灰石がある。

第１図、第２図、第２Ａ図及び第３図は、本発明による
好ましい作動装置を示すものであり、短くてコンパクト
な円筒状の予燃焼器１０内ではオキシダントのプリコン
ディショニングが行われ、予燃焼器１０には実質的に全
ての第１オキシダン１−が供給される。第１オキシダン
トの一部は導管１２に導入され、その一部は、全炭質物
供給量の約１０〜２５％を燃焼するのに使用され、第１
反応生成物が形成される。第１オキシダントの第２部分
は、ｍ管１４から予燃焼器１０に流入して第１反応生成
物と混合し、制御された方法で一次燃焼室（又は、−火
燃焼器）１６へと向かって流される、熱くてオキシダン
トの濃いガス流を形成する。このオキシダントの濃いガ
ス流は、予燃焼器１（１８）燃料及び不燃性物質（該ガ
ス流の体積全体に亘って分散された、現に燃焼中の炭質
物粒子をも含む）のあらゆる残留物を捕捉して流れる。

予燃焼器１（１８）出口温度は約１，５００〜２，００
０　　°Ｆ（約８００〜１，１００℃）の範囲内又はそ
れ以上の温度になるであろう。

作動に際し、予燃焼器１０内の微粒状炭質物（殆どの場
合、固体である）は、予燃焼器１（１８）ヘッド端にお
ける強い旋回ガスの場（フィールド）の中に導入される
。この導入は、中央に配置されたインジェクタ（図示せ
ず）を通して行われ、該インジェクタによって、第１オ
キシダントの旋回流の場の中に混入される微粒状炭質物
の円錐状の流れが作り出される。−旦点火がなされた場
合、第１オキシダン１−（すなわち一次オキシダンｌ−
）及び結果として生じる反応生成物の旋回流の場によっ
て、熱いガスと燃焼粒子との強い循環領域が形成される
。予燃焼器１（１８）形状は、オキシダントとして空気
が使用されかつ該空気が約３００　　°Ｆ（約１５０℃
）以上の温度で導入される場合には、予燃焼器１０が自
燃できる形状になっている。予燃焼器１０は、該予燃焼
器１０内にいかなる固形物又は液状スラグも残留しない
ようにするため、あらゆる流れが予燃焼器１（１８）ヘ
ッド端から、矩形の出口１８に向かって流れるように構
成するのが望ましい。予燃焼器１（１８）上記出口温度
を維持するため、第１オキシダントの流れに流入する微
粒状炭質物のマスフロー流量を制御することによって、
すべての化学量論（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）が調
節される。

予燃焼器１０内で生成された、加熱された第１オキシダ
ント及び反応体は、矩形の出口１８を通って、予燃焼器
１０と同様に円筒状の形状をもつ一次燃焼器１６内に流
入する。この予燃焼器１０からの排出流は、一次燃焼器
１６の内壁に対して実質的に接線方向に導入される。予
燃焼器１（１８）矩形の出口１８のサイズは、一次燃焼
器１６の軸線に平行な方向の寸法の方が、一次燃焼器１
６の軸線に垂直な方向の寸法よりも大きくなるように定
められている。矩形の出口１８の長・短片の長さ比は、
２．５　　：　　ｌとするのが望ましい。予燃焼器１（
１８）矩形の出口１８の中心線は、該予燃焼器１（１８
）長手方向軸線と整合する位置で、かつ、一次燃焼器１
６のヘッド端２０から孔あきバッフル２２に至る距離の
約１７３〜１／２の長さだけ、一次燃焼器１６の長手方
向軸線の中間点から上流側に配置するのが望ましい。

予燃焼器１（１８）矩形の出口１８の位置を上記のよう
に配置することによって、予燃焼器１０からの排出流に
よって旋回運動を引き起こし、この旋回運動を一次燃焼
器１６内の流れに伝達させることができる。予燃焼器１
（１８）矩形の出口１８の領域内に配置されたダンパプ
レート２４を用いて、予燃焼器１０からの出口速度を３
３０　ｆ／ｓ（約Ｌｏｏｍ／ｓ）に制御することによっ
て、一次燃焼器１６への広範囲の燃料供給量に亘って満
足のい（燃焼結果が得られることが判明している。第２
図に示すように、予燃焼器１（１８）矩形の出口１８を
上記位置に配置することによって更に、予燃焼器１０殻
の排出流を２つのほぼ同じ流れ、すなわち、−火燃焼器
１６のヘッド端２０に向いて内壁に沿って旋回する第１
の流れと、一次燃焼器１６の出口に向いて内壁に沿って
全体として螺旋状に移動する第２の流れとに分割するこ
とができる。ヘッド端２０に向かって流れる旋回流の軸
線方向の速度成分は、はぼ５０　ｆ／ｓ（約１５　ｍ／
ｓ）の比較的小さな速度である。この流れは、一次燃焼
器１６のヘッド端２０において内方に反転され、次いで
、一次燃焼器１６の出口に向かって軸線方向に逆流する
が、この間、−貫して螺旋状に流れる。一次燃焼器１６
の出口端には、該一次燃焼器１６の長手方向軸線に対し
て垂直に配置されたバッフルプレート２２が設けられて
おり、該バッフルプレート２２のほぼ中央には孔が形成
されている。

炭質物燃料の大部分は、燃料噴射装置２８を介して、ヘ
ッド端２（１８）ほぼ中央部から一次燃焼器１６内に導
入される。燃料噴射装置２８は、ヘッド端２０から、矩
形の出口１８の僅かに上流側の位置に向かって、一次燃
焼器１６内に延入している。この燃料噴射装置２８は、
微粒状の炭質物を、ガス又は液体のキャリヤ内の固形物
として、旋回流の場の中に円錐状の流れパターンをなし
て導入させることができる。

上記のように、一次燃焼器１６内に流入する加熱された
第１酸化剤の流れは２つの流れに分割される。すなわち
、予燃焼器１０からの排出流の約５０％が一次燃焼器１
６のヘッド端２０に向かって流れ、ここでのフュエルリ
ッチ領域において、約０．４〜０．５の全ヘッド端化学
量論で燃料の点火が行われる。流入する酸化剤の残部は
、一次燃焼器１６の出口端すなわちバッフルプレート２
２に向かって流れる。高速で旋回する流れの場に対して
円錐状のパターンで燃料噴射を行なうことによる相互作
用によって、燃料と、加熱された酸化剤と、燃焼生成物
とを迅速かつ緊密に混合することができる。燃料の可燃
性物質の大部分は、加熱された酸化剤の流れの場を通っ
て飛行するときに酸化され、反応熱の形態のエネルギを
出して、結果として生じる燃焼生成物を更に加熱する。

自由に飛行する粒子は、一次燃焼器１６の内壁に沿うよ
うにして出口端に向かって全体として螺旋状に流れるが
、この点に関しては、係属中の米国特許出願第７８８．
９２９号においてより広範囲に亘って記載されている。

一般的な作動において、燃料の炭素含有量の一部（１２
％以上にはならないことが望ましい）が、未燃焼カーボ
ン（通常は燃焼可能な炭）の形態をなして一次燃焼器１
６の内壁に到達し、燃焼し続ける。２５０ポアズの粘度
をもつ溶融スラグの層が、空気力学的な牽引力及び重力
に応答して、一次燃焼器１６の出口端のパンフル２２に
向かって該一次燃焼器１６の内壁に沿って螺旋状に流れ
る。−般に燃料の燃焼は粒子の迅速加熱により行われ、
これにより、全可燃性物質の３０〜５０重量％のオーダ
で存在する揮発性有機物がガス化される。残余の部分は
、主として一次燃焼器１６内を飛行中に燃焼されて、実
質的に微粒炭となる。

一次燃焼器１６のヘッド端２０において発生されたフュ
エルリッチなガスは、旋回流を維持しつつ出口端のパン
フルプレート２２に向かって流れ、最終的には該バッフ
ルプレート２２により一次燃焼器１６の中心に向かって
追いやられて、燃料とフュエルリッチなガスとが反応す
る。これにより、一次燃焼器１６の全化学量論が約０．
７〜０．９のレベル（好ましくは約０．７〜０．８のレ
ベル）になり、一次燃焼器１６の排出生成物として、Ｃ
Ｏ及びＨ２に冨む熱い燃焼生成物の流れを産出し、ここ
から、不燃性物質の大部分が液体状スラグとして除去さ
れる。

一次燃焼器１６の内部での混合及び反応は、該一次燃焼
器１６の中心線に沿って流れる強い二次循環流（この二
次循環流は、全体として、一次燃焼器１６のヘッド端２
０に向かってその中心線に沿って流れる）によって更に
高められる。この二次循環流も螺旋状に旋回して流れ、
その軸線方向の速度成分は一次燃焼器１６のヘッド端２
（１８）方を向いている。更にこの二次循環流は、一次
燃焼器１６内にフュエルリッチな核部を形成する。反対
方向に流れるこの核部の平均直径及びマスフロー流量は
、予燃焼器１（１８）出口の流速及び一次燃焼器１６の
パンフル２２の孔２６の直径の選定によって決定され且
つ制御される。予燃焼器１（１８）好ましい出口速度は
、約３３Ｏｆ／ｓ　（約１００ｍ／ｓ　）である。一次
燃焼器１６の直径に対するバッフル２２の孔２６の直径
の比は、約０．５以上にするのが望ましく、これにより
、一次燃焼器１６内での点火制御及び全体の燃焼を向上
させる理想的な二次循環流を生じさせることができるパ
ンフル２２の孔２６のほぼ半径の位置から、一次燃焼器
１６の中心線の位置まで内方に向かって、接線方向の速
度は実質的にゼロに減少する。

この旋回流の場は、燃料の粒子をその燃焼の早期段階に
おいて半径方向に加速し、同時に、約１０ミクロンまで
燃え尽きた粒子を溶融スラグとして一次燃焼器１６に捕
捉させる。

燃料噴射装置２８は、溶融スラグをその外表面に沿って
ヘッド端２０から、微粒状炭質物燃料の噴射点に向かっ
て流すことができるように設計されている。燃料噴射装
置２８の外表面が溶融スラグによって非常に高温になっ
ているため、保炎体（フレームホルダ）として機能し、
燃料粒子が燃料噴射装置から噴射されたときに該燃料粒
子を確実に瞬間的に着火し、従って、燃焼を促進して完
全燃焼が行われるようにする。作動に際し、燃料噴射装
置２８に沿って流れるスラグは、固体粒子の噴射点に届
かない位置で剥がれ落ち、ヘッド端で発生されたフュエ
ルリッチなガスの強い放射及び着火を行う小さな点中心
を与える。

ガス状のキャリヤ流体が使用されるとき、微粒状の炭質
物燃料が、密度相移送（ｄｅｎｓｅ−ｐｈａｓｅｔｒａ
ｎｓｐｏｒｔ　）によって−火燃焼器１６内に運ばれる
。このとき、通常の出力レベルにおける、キャリヤ流体
に対する固体の比は、重量で約３：１〜約１０：１の範
囲内にある。キャリヤ流体に対する固体の比を上記範囲
内で調節することによって、−火燃焼器１６内での燃焼
状態を制御するための別の独立可変手段が与えられる。

燃料が液体スラリーとして供給される場合には、キャリ
ヤ流体に対する燃料の重量比として、２：１以上の比率
を用いることができる。−火燃焼器１６内での燃焼生成
物は、溶融スラグ層の温度を燃料の灰溶融温度以上の温
度に維持するのに充分な程に高＜、２５０ポアズの粘度
をもつ溶融スラグ層を充分に維持できる温度にするのが
望ましい。これにより、スラグは一次燃焼器１６の内壁
に沿って自由に流れることができる。−火燃焼器１６の
金属壁へのクーラントすなわち冷却材の流れが制御され
、微粒状燃料のマスフロー流量が制御され、予燃焼器１
０からの酸化剤のマスフロー流量及び速度も又独立的に
制御される。これらの独立変量を調和して調節すること
により、スラグの蒸発を避けることができ、−火燃焼器
１６の金属壁土にスラグの保護層を維持でき、かつ、こ
のスラグ保護層の上を液体スラグがスラグ処理装置に向
かって連続的に流れることができる温度範囲に、−火燃
焼領域の温度範囲を保ことができる。−火燃焼器１６の
ヘッド端領域及び核部でのフュエルリッチな燃焼により
、ＮＯｘを環境基準レベルまで容易に下げることができ
る。

予燃焼器１０及び−火燃焼器１６の壁は、チュ−ブを全
体として円周方向に巻回した、水冷形のチューブ・膜構
造として作るのが望ましい。このチューブ・膜構造には
更に、スラグ保持スタッドが設けられる。予燃焼器１０
及び−火燃焼器１６の内壁は、約０．５ｉン（約１３　
ｍｍ　）を有しかつ前記スラグ保持スタンドで止められ
た犠牲耐火材料で最初にライニングしておく。作動に際
し、この犠牲耐火材料は、溶融スラグを薄い凍結層とし
て該犠牲耐火材料に密接させ、残りのスラグがこの凍結
スラグ層の上を流れることができるようにするために使
用される。長期間の作動後は、この犠牲耐火材料が侵食
される（すなわち、犠牲になる）。

しかし、そのように侵食されたすべての部分は、直ちに
凝結スラグと置換される。犠牲耐火材料の層と、凍結ス
ラグの層と、溶融スラグの層とのこの組み合わせによっ
て、溶接されたチューブ・膜構造の熱的保護及び化学的
保護がなされる。失われた全ての犠牲耐火材料は、局部
的なスラグの流れによって自己補充される。冷却回路を
適宜設計することによって、壁の温度を約３２５〜６０
０　　°Ｆ（約１６３〜３１６℃）に制御することがで
き、これにより酸性化合物の凝縮を防止し、従って腐食
を最小限に留めることができる。

スラグが適度に流れるようにして、−火燃焼器１６の底
部に過剰のスラグが堆積しないようにするため、−火燃
焼器１６の長手方向軸線を水平に対して成る角度で傾斜
させておくのが望ましい。

全体的にスラグば、空気力学的な牽引力により、−火燃
焼器１６の壁に沿ってその出口のパンフル２２に向かっ
て螺旋を描くようにして移動させられる。しかしながら
、空気力学的牽引力よりも重力の方が大きいために、ス
ラグが壁に沿って流れるとき、大部分の溶融スラグは一
次燃焼器１６の底部に流れ、底部に集められたスラグは
パンフルプレート２２に向かって流れる。パンフルプレ
ート２２には、その孔２６から一次燃焼器１６の底壁ま
で延在している、「キー溝」のような矩形のスロット（
図示せず）が設けられている。この矩形のスロットによ
り、スラグは、−火燃焼器１６の底壁に隣接しつつバッ
フルプレート２２を通過して流れることができる。２０
０メツシユの石炭を燃焼するとき、ガス状の燃焼生成物
の流れから石炭の不燃性含有物の８０〜９５％が除去さ
れかつ液状スラグとして捕捉されて、バッフルプレー１
・２２の下流側に設けられたスラグ回収チャンバ３（１
８）底部に配置されたスラグ取り出しサブシステムを通
して処理される。

一次燃焼器１６の直径に対する長さの比を、公称的に２
８１とし、−火燃焼器１６の直径に対するバッフル２２
の直径の比を０．５以上とし、−Ｆ記のように２００メ
ツシユの石炭を自由飛行燃焼させることによって、燃料
が一次燃焼器１６を通過する前に、燃料の実質的に全て
の炭素成分がＣＯ及びＣＯ２に変換されるため、実際上
、未燃焼カーボンが一次燃焼器１６の外部に排出される
ことはない。−火燃焼器１６からの燃焼生成物及び液状
スラグは、スラグ回収チャンバ３０内に流入する。

スラグ回収チャンバ３（１８）直径を、−火燃焼器１６
の直径と同じ又はそれ以上の大きさにし、スラグ回収チ
ャンバ３（１８）軸線方向長さを、その直径にほぼ等し
くするのが望ましい。スラグ回収チャンバ３（１８）底
部にはスラグ取り出し孔３２が設けてあり、その頂部に
は円形の孔設けられている。

この円形の孔は、最終用途としての装置３６まで延びて
いるダクト３４に連結できる移行部の形状を形成してい
る。図示のように、ダクト３４は一次燃焼器１６の軸線
に対して成る角度をなしてスラグ回収チャンバ３０から
延びており、かつ、燃焼生成物の流れを最終用途として
の装置３６に向かって水平に方向転換する前の部分が、
約１〜２の直径に対する長さ比をもって延在している。

スラグ回収ユニット（セクション）すなわちスラグ回収
チャンバ３０は更に、−火燃焼器１６のバッフル２２と
出口４０との間に充分な距離を与えていて、バッフル２
２から出るガス状の燃焼生成物内の残留スラグの小滴の
大部分をスラグ回収チャンバ３（１８）壁土に捕捉でき
るようになっている。

スラグ回収セクションすなわちスラグ回収チャンバ３０
は、パンフルプレート２２と共働して、−火燃焼器１６
の核部の中に螺旋状に逆流する熱い循環ガス源を作り出
している。通常、このフユエルリソチな核部は、−火燃
焼器１６のバッフルプレート２２の孔２６の直径の約７
０〜７５％である。

これにより、バッフルプレート２２の孔２６から出る燃
焼生成物の流れの接線方向速度及び軸線方向速度が増大
する。この流れの中のスラグの小滴は、スラグ回収チャ
ンバ３（１８）壁に向かって更に加速され、溶融スラグ
として捕捉される。より重要なことは、フュエルリッチ
ガス（これらのフュエルリッチガスは、最終用途として
の装置３６に供給されかつ本発明による硫黄回収技術の
一体部として作用する）の高速旋回流が、スラグ回収チ
ャンバ３０内に維持されることである。捕捉されたスラ
グは、スラグタンク３８内に収集される。

減少された状態にある燃焼生成物がスラグ回収チャンバ
３０を出て、最終用途としての装置３６（図面には、最
終用途としての装置３６としての炉又はボイラの前壁４
２が示しである）に導かれる移行ダクト（すなわち出口
）４０に流入する。

移行ダクト４（１８）まわりにはウィンドボックス（風
箱）４４が配置されており、該ウィンドボックス４４に
は補完オキシダントのダクト４８が連結されている。ダ
クト４０を出る燃焼ガスは、炉タイル４６に隣接する環
状の開口部５０からの二次オキシダントと結合して、熱
利用装置内の燃料ガスの燃焼を完全に行うのに適した混
合物を形成する。オキシダントエアのドア５２により、
収斂ダクト５４へのオキシダントの流れが制御され、こ
れにより、炉を、約１．１〜１．３（好ましくは約１．
２）の範囲内の所望の化学量論に維持する。

接線方向の噴射装置５６（第２図）又は単一の管状噴射
装置５８　（第２Ａ図）のような適当な手段を用いて、
本発明の装置内に硫黄収着剤が導入される。管状噴射装
置装置５８としては、例えば米国特許第４．３８６，４
４３号に開示されている形式の同軸ビントルインジェク
タ組立体を用いることができる。

燃焼ガスは種々の形の硫黄成分を含んでおり、主成分は
二酸化硫黄（Ｓｏ□）である。存在する可能性のある他
の成分は、三酸化硫黄（ＳＯ３）、カルボニル硫化物（
ｃＯ３）　、硫化水素（Ｈｚ　Ｓ）及び二硫化炭素（ｃ
３２）である。これらが補完オキシダントと結合すると
き、これらは二酸化硫黄に変換される。

硫黄収着剤のアルカリ土類金属は、有効温度が非常に高
くなる前に（すなわち、運動エネルギによって逆反応が
生じる前に）、二酸化硫黄と反応する。従って、有効温
度が約２．３００　°Ｆ（約１　、２６０℃）以下の状
況下で、硫黄収着剤と、補完オキシダントと、硫黄成分
とを結合させることが要求される。

カルシウム化合物の場合、２，３００　°Ｆ（約１　、
２６０℃）以下の温度で「か焼」　（カルシネ−ジョン
）すると、二酸化硫黄に対して非常に強い反応性をもつ
材料が形成される。これは、次のようにして行われる。

すなわち、ダクト４０を出る燃焼ガスは、硫黄収着剤及
び補完オキシダントの双方と完全に混合される。補完オ
キシダント（例えば空気）をガス状の生成物と混合する
と、ガス状生成物の平均温度が、１　、６００〜２，３
００　°Ｆ（約８７０〜１　、２６０℃）、好ましくは
約２，０００　°Ｆ（約１，０９０　”Ｃ）ニ低下する
。これらの事象は、１〜１０秒のオーダの粒子通過時間
内で、かつ、ガス状生成物が炉３６内に流入する点から
約３〜１２フイート（約０．９〜３．６　ｍ　）以内の
距離の所で行われるのが望ましい。

この領域においては、次のような簡単な反応によって、
硫黄の捕捉が行われる。

ＣａＣＯ３加熱ＣａＯ十ＣＯ２（か焼）２ＣａＯ＋　２
ＳＯｚ　＋　Ｏｚ＝　２ＣａＳＯａ　（硫酸塩の形成）
この硫黄捕捉反応は、温度に正比例する運動エネルギに
よって可逆的に反応するため、温度が約２．３００°Ｆ
（約１　、２６０℃）以上に上昇することは好ましくな
い。

石灰石のようなカルシウム化合物は、か焼の工程中に、
ガスの発生と硫黄捕捉のための最大面積に露呈される熱
応力との組み合わせによって、細分化される。石灰石は
最も安価なアルカリ土類金属の硫黄収着剤であって好ま
しいものであるが、他の適当な硫黄収着剤としては、ド
ロマイト、水和石灰石、圧力水和石灰石等がある。

熱利用装置（例えばボイラ又は炉）３６への流入時にお
いて、スラグ回収チャンバ３０からのガス状生成物は、
ボイラ又は炉への全流入量の約７５〜８５％を構成して
いる。従って、かようなガス状生成物は、硫黄収着剤の
急速か焼を行うための豊富な熱エネルギを形成する。ま
た、かようなガス状生成物は、硫黄収着剤と補完オキシ
ダントとを完全に混合してガス状の流れにすることを助
ける旋回流の運動エネルギをも与える。従って、ガス状
生成物の中に含まれる硫黄成分は、炉又はボイラに流入
後数秒のオーダの時間内に、約１，６００〜２．３００
°Ｆ（約８７０〜１　、２６０℃）、より好ましくは約
１，８００〜２．０００　°Ｆ（約９８０〜１　、０９
０℃）の温度範囲内で硫黄収着剤と接触する。

別の方法として、第２Ａ図に示すように、ガス状生成物
がスラグ回収チャンバ３０から出た直ぐ後の所でビント
ル弁すなわち管状噴射装置５８によって硫黄収着剤をガ
ス状生成物の中に導入してもよい。この間これらのガス
状生成物の温度は、灰溶融温度以上の温度にある。この
ことは、２／１０００〜２０／１０００秒のオーダの時
間内で迅速なか焼を行うのに都合がよい。また、この間
、硫黄収着剤は、数分の１秒の通過時間内で低温度の環
境（すなわち、炉又はボイラ）内に運ばれるため、硫黄
収着剤の格子構造すなわちマトリックス構造における「
死焼Ｊ　　（ｄｅａｄ　ｂｕｒｎｉｎｇ）又は構造変化
を避けることができる。

このタイムフレームにおいて、粒子はバルクガス温度に
到達する機会がなく、かつ、粒子の周囲の状況は約２，
３００　°Ｆ（約Ｌ２６０　’Ｃ）以下の有効温度に維
持される。ボイラにおいては、幾つかの冷却メカニズム
の組み合わせによって、ガス状生成物が約Ｌ８００〜２
，０００　’　Ｆ（約９８０〜ＬＯ９０’Ｃ）の低い温
度状況に迅速に冷却される。幾つかの冷却メカニズムと
は、より冷たいボイラの水管壁への放射熱の伝播、ボイ
ラ又は炉内を循環する冷たいガスとの対流による混合、
及び、硫黄収着剤と同時又は別個に導入されかつボイラ
内でガス状の燃焼生成物と混合された付加的な二次オキ
シダントとの混合等である。

２．３００°Ｆ（約１．２６０℃）以上の高温では、逆
反応（ｃａＳＯｎからＳＯ□への分解）が活発になるた
め、炉内の温度を２．３００　°Ｆ（約１．２６０℃）
以上にすることは避けるべきである。しかしながら、本
発明者らの経験によれば、硫黄を捕捉するだめの多孔質
が維持され、硫黄収着剤の能力に悪影響を与えない限り
、２，３００　°Ｆ（約１　、２６０℃）の短時間のエ
クスカーションは許容できることが分かっている。硫黄
収着剤としては、はぼ２００メソシユより小さいサイズ
の石灰石の粒子を使用するのが望ましい。硫黄の捕捉能
力は、粒子のサイズによって特に影響を受けることはな
いことが分かっているが、約０．５〜７０ミクロンの範
囲の粒径の粉末硫黄収着剤によって良い結果を得ること
ができる。

本発明の重要な特徴は、スラグ燃焼装置によって、ガス
状生成物がダクト４０を通って炉３６に流入する前に、
このガス状生成物から不燃性鉱物質の８０〜９０％を除
去できることである。このことは、もしも硫黄収着剤に
フライアッシュのような固体物質が接触するようなこと
があると、硫黄収着剤が奪活されて硫黄を有効に捕捉で
きなくなってしまうことを考慮すれば、極めて重要な効
果であるといえる。混合及び希釈による冷却に加え、炉
壁への放射及び冷たい炉ガスの逆流によって、所望の温
度への付加的な冷却が生じる。二次オキシダントの導入
は、回転流或いはダクト４０を出る燃焼ガスの流れ方向
に対して並流又は向流のいずれか任意の方法で行うこと
ができる。

硫黄収着剤は、粒子の滞留時間を短くして粒子が「死焼
」することがないようにするため、オキシダント又は燃
焼生成物と一緒に導入することができる。第４図には、
硫黄の捕捉をＣａ／Ｓのモル比の関数として示しである
。第４図に示された曲線は、第２Ａ図に示したような硫
黄収着剤噴射装置を備えた装置の数回の運転結果と良（
合致するものである。使用された硫黄収着剤は、Ｖｉｃ
ｒｏｎ７Ｍ２００石灰石及び等級が異なる石炭である。

これらの硫黄収着剤を比較したところ、互いに同程度の
性能を有しており、約２．５〜３．５のＣａ／Ｓモル比
において硫黄を８０〜９０％減少させることができた。

石炭の硫黄含有量が小さいとき、等量のＳ０２を減少さ
せるためには、より大きなＣａ／Ｓモル比が必要になる
。従って、Ｃａ／Ｓモル比の範囲は、約２〜５以上（好
ましくは約２．５〜３．５）になる。

第２Ａ図に示すように、燃焼生成物の中に直接硫黄収着
剤を噴射するときは、二次オキシダン１−の中に硫黄収
着剤を噴射する場合に比べ、他のすべてのファクタを同
じとしても、硫黄捕捉能力が僅かに大きいように思われ
る。硫黄の捕捉は、ボイラ３４への二次オキシダントの
導入点から４〜１２フイート（約１．２〜３．６　ｍ）
の間の領域において完全に行われる。

第３図は、４０ＭＭ　ＢＴＵ／ｈｏｕｒの公称電力定格
をもつスラグ燃焼装置を示すものであり、該スラグ燃焼
装置は、水冷形の内・外壁をもつ熱抽出モジュール５８
の組立体を備えているボイラシミュレータ５６に連結さ
れている。内壁は、典型的な炉の放射特性を良くシミュ
レート（模擬）することができる。一次燃焼器１６から
のダクト３４が熱抽ら　３ 化モジュール５８の一端すなわち前壁４２に連結されて
おり、一次燃焼器１６では第１段階の燃焼が行われて、
約０．７〜０．９の酸素対燃料比（酸素／燃料）をもつ
フユエルリソチな燃焼生成物の旋回流を生じさせる。一
般に、以下に述べる試験に用いられるように、スラグ燃
焼装置は次のことを行うように制御された。すなわち、 （ａ）ガス状生成物から、約７０〜８０％の不燃性鉱物
質を除去すること、及び、 （ｂ）ボイラシミュレータ５６に、約２，６００〜３．
２０００Ｆ　（約１　、４３０〜１　、７６０℃）の温
度のガス状生成物の流れを与えることである。

オキシダント・硫黄収着剤噴射装置４４と一体化された
ダクト３４は、約１．１〜１．３（好ましくは約１．２
）の化学量論で作動するボイラに供給する。

ＳＯ２の減少のための適正な条件を得るには、化学量論
を入念に制御することが重要である。

一般に燃焼ガスは、約２．６００〜３，２００　　°Ｆ
（約１．４３０〜１　、７６０℃）の温度でかつ約０．
７〜０．９の化学量論で、高速旋回流をなしてボイラに
流入する。全体的な化学量論を約１．２に増大するには
、充分な量のオキシダントを導入する。また、燃料の硫
黄含有量に基づいて硫黄収着剤を導入すれば、約２〜５
（好ましくは、約２．５〜３．５）のＣａ／Ｓモル比を
得ることができる。硫黄収着剤による硫黄化合物の除去
が迅速に行われる場合には、硫黄収着剤及び補完オキシ
ダントの希釈と、放射熱伝達と、冷たい炉ガスの逆流と
の組み合わせによって、ガス温度は約２，０００　°Ｆ
（約１　、０９０℃）以下に低下する。ボイラシミュレ
ータ５６を通過した後のガスは対流セクション６０に流
入し、ここで付加熱が除去された後、急冷チャンバ６２
に流入して水噴射により冷却される。ガスは最後にスク
ラバ６４に流入する。ここでは、これまでに消費（又は
部分的に消費）された硫黄収着剤及びスラグ粒子であっ
て、未だ回収を免れている硫黄収着剤及びスラグ粒子が
、排気生成物が大気中に排出される前に、収集される。

本発明による硫黄捕捉効果を、次に示す実際の試験例で
実証するが、この試験例は本発明の範囲を制限するもの
ではない。

例１ ２種類の石炭が評価された。一方の石炭は、Ｐｉｔｔｓ
ｂｕｒｇｈ　Ｎｏ、８であり、約２％の硫黄を含有して
おり、他方の石炭は、Ｗｙｏｍｉｎｇ　Ｒｏｓｅｂｕｄ
であり、約０．６％の硫黄を含有している。試験に供さ
れた硫黄収着剤は、Ｐｆｉｚｅｒ社の製造・販売に係る
炭酸カルシウムについてのＶｉｃｒｏｎ　Ｔｌ′Ｉ　　
の商標名をもつ粉末石灰石、及び加圧水和ドロマイト石
灰である。第１の試験は、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ　Ｎｏ
、８石炭と粉末石灰石について行った。二酸化硫黄（Ｓ
Ｏｚ）Ｋ少率は、３のＣａ／Ｓモル比において約９０％
であった。この試験は繰り返して行ったが、同一の結果
が得られた。次に、Ｖｉｃｒｏｎ　ＴＭの硫黄収着剤を
使用したところ、３のＣａ／Ｓモル比において二酸化硫
黄を同様の減少率で減少させることができた。

次の試験では、Ｗｙｏｍｉｎｇ　Ｒｏｓｅｂｕｄの石炭
と、Ｖｉｃｒｏｎ”の硫黄収着剤とを使用した。約０．
６％の比較的少ない硫黄成分をもつこのＷｅｓｔｅｒｎ
石炭であっても、約７０〜９０％の優れた硫黄捕捉能力
が得られることが分かった。

前述のように、４０ＭＭ　ＢＴＵ／ｈｏｕｒの公称電力
定格をもつスラグ燃焼装置に、第３図に示すボイラシミ
ュレータ５６を連結した。予燃焼器１０への空気供給温
度は、１００〜５００　°Ｆ（約３８〜２６０℃）であ
った。１，５００〜２．０００　°Ｆ（約８１０〜１　
、０９０℃）のオキシダント（空気）を供給するため、
予燃焼器１０で約２５％の粉末石炭を消費した。スラグ
燃焼装置すなわち一次燃焼器１６には、熱い空気が接線
方向に導入された。

石炭は、予燃焼器１０及び一次燃焼器１６の全体に稠密
相をなして、約１．５トン／時間の割合で供給された。

ボイラシミュレータ５６内でのバルクガスの流れ抵抗は
、約４．５秒であった。一次燃焼器１６に流入する燃焼
生成物の温度は、３，０００°Ｆ（約１，６５０℃）で
あった。流入する二次空気の温度は約４５０　°Ｆ（約
２３０℃）であり、生成された排気生成物の出口温度は
、１　、８００〜２．００００Ｆ（約９８０〜１０９０
℃）であった。

例２ 上記例１において説明しかつ第３図に示したように組み
合わされたスラグ燃焼装置及びボイラシミュレータを作
動し、かつ２つの硫黄収着剤すなわちＶｉｃｒｏｎ”と
Ｍａｒｂｌｅｉｙｈｉｔｅ　ＴＭとを用いて、Ｏｈｉ。

Ｎｏ、６　　石炭についての硫黄捕捉試験を行った。両
試験共、条件を一定不変にして行った。ＶｉｃｒｏｎＴ
Ｈの一般分析結果とＶｉｃｒｏｎＴＭ及びＭａｒｂｌｅ
ｗｈｉｔｅ　ＴＭ２０（１８）化学分析結果とを表１に
示しである。０ｈｉｏ　Ｎｏ、６の平均粒子サイズは、
約５０ミクロンであった。篩分は試験によるＶｉｃｒｏ
ｎＴＭとＭａｒｂｌｅｗｈｊｔｅ　ＴＭ２０（１８）平
均粒子サイズは約５０ミクロンであった。予備試験では
、ｖｉｃｒＯｎＴｌ″とＭａｒｂｌｅｉｖｈｉｔｅ　Ｔ
Ｍ２０とが同じ振る舞いをすることを示しており、両者
共に、約２のＣａ／Ｓモル比において４５〜８０％の硫
黄を除去し、約３のＣａ／Ｓモル比において５５〜９０
％の硫黄を除去した。この場合、硫黄の捕捉は、二次空
気がボイラシミュレータに流入する点から４〜１２フイ
ート（約１．２〜３．６ｍ以内の所、及び第３図に示さ
れたボイラシミュレータの長さの５０％以内の所で行わ
れた。

Ｒ 表１　硫黄収着剤の分析（重量％） （注１）　Ｐｆｉｚｅｒ社で製造・販売されたものであ
る。分析結果は、２つの場合についてＰｆｉｚｅｒ社の
代表者との討論によって得たものである。Ｖｉｃｒｏｎ
”についての分析１は、分析２よりも最近に得たもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、二次空気及び硫黄収着剤噴射装置を備えたス
ラグ燃焼装置の斜視図である。 第２図は、第１図の装置をより詳細に示す断面図であり
、燃焼ガスの運動の状態を部分的に示すものである。 第２Ａ図は、最終用途としての装置に導びかれるガス流
に硫黄収着剤を添加するための噴射装置の別の配置を示
すものである。 第３図は、ボイラシミュレータと組み合わせて作動され
ている第１図及び第２図の装置を示す側面図である。 第４図は、ＶｉｃｒｏｎＴＭ及びＭａｒｂｌｅｖｈｉｔ
ｅ　ＴＭ２００石灰石を用いて種々の運転を行った場合
の、　カルシウム対硫黄（ｃａ／Ｓ）モル比を関数とし
た硫黄捕捉率をプロットしたグラフである。 １０・・・予燃焼器、　　　　１６・・・一次燃焼器、
１８・・・矩形の出口、　　　２２・・・バッフルプレ
ート、２８・・・燃料噴射装置、　３０・・・スラグ回
収チャンバ、　　　　　　　　　　４０・・・出口（移
行ダクト）、５６・・・ボイラシミュレータ。 手続補正書（方式）　番 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示　　　昭和６３年特許願第１９０４Ｔ７
号２、発明の名称　　　硫黄を含有する微粒状炭質燃料
の燃焼装置及び燃焼方法 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人 （岡谷（こ莢史１まし）

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. （１）硫黄を含有する微粒状炭質燃料の燃焼装置であっ
   て、実質的に円筒状の一次燃焼室内に酸化剤ガス及び微
   粒状燃料が導入され、ガス状の排出燃焼生成物内での揮
   発されたスラグ及び液状スラグの濃度が最小となるよう
   に、マスフロー流量及び燃焼温度が調節され、固形化し
   たスラグの層を前記一次燃焼室の壁の内面上に保持でき
   る温度範囲内に、前記一次燃焼室の壁の温度が維持され
   るように構成された、硫黄を含有する微粒状炭質燃料の
   燃焼装置において、 （ａ）前記酸化剤ガスを予熱しかつ予熱された酸化剤ガ
   スを、酸化剤と前記一次燃焼室内での燃焼生成物との混
   合ガスの高速旋回流を形成するようにして、前記一次燃
   焼室に導入する手段と、 （ｂ）微粒状燃料の実質的に全ての粒子が前記旋回流に
   遮られかつこれらの粒子が前記一次燃焼室の壁に到達す
   る前に、これらの粒子に含有される炭素の殆どが炭素の
   酸化物に変換されるように、前記一次燃焼室の一端の中
   央部近くで前記一次燃焼室内に微粒状燃料を噴射する手
   段と、 （ｃ）前記一次燃焼室内の一次燃焼領域の長手方向に延
   在する中央部分内に比較的フュエルリッチな燃焼状況を
   維持すべく酸化剤、燃料流入速度及びマスフロー流量を
   調節する手段であって、一次燃焼室の壁に隣接して比較
   的酸素リッチな環状領域を形成し、燃料の実質的に全て
   のスラグ含有物を一次燃焼室の壁に追いやり、ガス状生
   成物の温度を燃料の不燃性成分の灰溶融温度よりも実質
   的に高い温度に維持する手段と、 （ｄ）前記一次燃焼室からの燃焼生成物を受けるべく連
   結されたスラグ回収室を備えたスラグ回収手段であって
   、前記燃焼生成物に捕捉された実質的に全ての液状スラ
   グを収集し、燃焼装置内で収集された全てのスラグを別
   々に配置し、かつ関連する熱利用装置に熱エネルギを運
   ぶガス状生成物を導くスラグ回収手段と、 （ｅ）前記熱利用装置にガス状生成物が流入する所で該
   ガス状生成物と、 （ｉ）約２〜５の範囲のＣａ／Ｓモル比 を与えるべく、充分な量のカルシウムを含有している収
   着剤及び、 （ｉｉ）該収着剤が前記ガス状生成物の 硫黄成分と最初に接触する温度を約１，６００〜２，３
   ００°Ｆ（約８７０〜１，２６０℃）の温度範囲内に維
   持するための充分な量の補完酸化剤とを結合する硫黄捕
   捉手段とを有しており、 （ｆ）前記硫黄捕捉手段が、ガス状生成物が前記熱利用
   装置に流入する前にガス状生成物にカルシウム含有収着
   剤を導入するための収着剤噴射手段と、前記ガス状生成
   物から実質的に全ての不燃性鉱物質成分が除去された後
   、ガス状生成物に補完オキシダントを付加するためのす
   キシダント付加手段とを備えており、前記収着剤噴射手
   段及びオキシダント付加手段は、硫黄収着剤が約２，３
   ００゜Ｆ（約１，２６０℃）以下の有効捕捉温度におけ
   る硫黄成分の優勢量と反応しかつ捕捉するように、前記
   熱利用装置を通過する収着剤粒子の時間−温度分布を維
   持し、一方、前記熱利用装置内の化学量論を約１．１〜
   １．３に維持することを特徴とする硫黄を含有する微粒
   状炭質燃料の燃焼装置。
2. （２）硫黄を含有する微粒状炭質燃料を燃焼室内で燃焼
   させる装置であって、炭素の殆どが炭素の酸化物に変換
   されかつ不燃性物質の殆どが液状スラグとして堆積され
   るように燃焼条件を維持すべく、酸化剤の流入量に対す
   る燃料の流入量を調節する、硫黄を含有する微粒状炭質
   燃料を燃焼室内で燃焼する装置において、 （ａ）ガス状の燃焼生成物から不燃性物質の殆どを分離
   して、関連する熱利用装置に対し比較的灰分が少ないガ
   ス状生成物を供給する手段と、 （ｂ）前記ガス状生成物を前記熱利用装置に導くための
   手段と、 （ｃ）ガス状生成物が前記熱利用装置に流入する所で硫
   黄収着剤をガス状生成物と混合させて、ガス状生成物が
   熱利用装置から大気中に排出される前に、ガス状生成物
   から殆どの硫黄を除去するための硫黄捕捉手段とを更に
   有することを特徴とする硫黄を含有する微粒状炭質燃料
   を燃焼室内で燃焼する装置。
3. （３）前記ガス状生成物から不燃性物質を分離するため
   の前記手段がサブ化学量論のスラグ回収室を備えており
   、該スラグ回収室が、ガス状生成物の化学量論を約０．
   ７〜０．９の範囲内に維持しつつ燃料中の実質的に全て
   の不燃性鉱物質成分を分離除去して、ＮＯｘの生成を最
   小限にし、不燃性鉱物質が実質的に存在しないフュエル
   リッチなガス状生成物の流れを生じさせ、硫黄を含有し
   た成分と硫黄収着剤との反応を高め、前記熱利用装置か
   ら大気中へのＮＯｘ及びＳＯｘの排出量を低減させるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. （４）前記硫黄捕捉手段が、前記硫黄収着剤とフュエル
   リッチなガス状生成物とが混合される前に、前記硫黄収
   着剤と補完酸化剤とを結合する手段を備えていることを
   特徴とする請求項２に記載の装置。
5. （５）前記硫黄捕捉手段が、前記熱利用装置の上流側で
   フュエルリッチなガス状生成物の中に硫黄収着剤を導入
   する手段と、実質的に前記ガス状生成物が前記熱利用装
   置に流入する所で前記ガス状生成物に補完酸化剤を付加
   する手段とを備えていることを特徴とする請求項２に記
   載の装置。
6. （６）前記ガス状生成物に補完酸化剤を付加する前記手
   段が、ガス状生成物を前記熱利用装置に導く手段を包囲
   している環状の導管を備えており、該導管は前記熱利用
   装置と直接連通していることを特徴とする請求項５に記
   載の装置。
7. （７）前記硫黄捕捉手段が、カルシウムを含有する収着
   剤を前記ガス状生成物内に導入するための収着剤噴射手
   段と、補完オキシダントを前記硫黄収着剤と結合させか
   つこの結果生じた結合生成物を、実質的に全ての不燃性
   鉱物質成分がガス状生成物から除去された後に、ガス状
   生成物内に導入するオキシダント付加手段とを備えてい
   ることを特徴とする請求項２に記載の装置。
8. （８）前記硫黄捕捉手段が、ガス状生成物を前記熱利用
   装置に導く手段を包囲している環状の導管を備えており
   、該導管は前記熱利用装置と直接連通していることを特
   徴とする請求項２に記載の装置。
9. （９）前記硫黄捕捉手段が、前記燃焼生成物に硫黄収着
   剤を付加する手段と、その後に充分な量の補完酸化剤と
   前記燃焼生成物とを混合して前記燃焼生成物の温度を少
   なくとも約２，３００゜Ｆ（約１，２６０℃）に下降さ
   せる手段とを備えていることを特徴とする請求項２に記
   載の装置。
10. （１０）前記硫黄捕捉手段が、関連する熱利用装置の上
    流側で前記燃焼生成物内に硫黄収着剤を導入する手段と
    、充分な量の補完酸化剤を付加して流れの全体の化学量
    論を少なくとも約１．１に上昇させることを特徴とする
    請求項２に記載の装置。
11. （１１）硫黄を含有する微粒状炭質燃料の燃焼方法であ
    って、実質的に円筒状の燃焼領域内に酸化剤ガス及び微
    粒状燃料を導入し、燃焼によるガス状生成物内での揮発
    されたスラグ及び液状スラグの濃度を最小に維持しつつ
    、前記燃焼領域内の燃焼温度を燃料の不燃性成分の灰溶
    融温度以上の温度に保つべく、流入速度、相対マスフロ
    ー流量及び温度を調節するように構成された硫黄を含有
    する微粒状炭質燃料の燃焼方法において、 （ａ）前記酸化剤ガスを予熱しかつ予熱された酸化剤ガ
    スを、酸化剤と前記燃焼領域内での燃焼生成物との混合
    ガスの高速旋回流を形成するようにして、前記燃焼領域
    に導入する工程と、（ｂ）微粒状燃料の実質的に全ての
    粒子が前記旋回流に遮られかつこれらの粒子が前記燃焼
    領域から出る前にこれらの粒子に含有される炭素の殆ど
    が炭素の酸化物に変換されるように、前記燃焼領域の一
    端の中央部近くで前記燃焼領域内に微粒状燃料を噴射す
    る工程と、 （ｃ）前記燃焼領域の長手方向に延在する中央部分内に
    比較的フュエルリッチな燃焼状況を維持すべく酸化剤、
    燃料の流入温度及び速度、及びマスフロー流量を調節す
    る工程であって、前記燃焼領域の周囲に隣接して比較的
    酸素リッチな環状領域を形成し、燃料の実質的に全ての
    スラグ含有物を前記燃焼領域の周囲に追いやり、ガス状
    生成物の温度を燃料の不燃性成分の灰溶融温度よりも実
    質的に高い温度に維持する工程と、 （ｄ）前記燃焼生成物に捕捉された実質的に全ての液状
    スラグを収集し、全てのスラグを別々に配置し、かつ関
    連する熱利用装置に熱エネルギを運ぶガス状生成物を導
    く工程と、 （ｅ）前記熱利用装置にガス状生成物が流入する所で、
    前記ガス状生成物と、 （ｉ）約２〜５の範囲のＣａ／Ｓモル比 を与えるべく、充分な量のカルシウムを含有している収
    着剤及び、 （ｉｉ）該収着剤が前記ガス状生成物の 硫黄成分と最初に接触する温度を約１，６００〜２，３
    ００°Ｆ（約８７０〜１，２６０℃）の温度範囲内に維
    持するための充分な量の補完酸化剤とを結合する工程と
    を有しており、 （ｆ）ガス状生成物が前記熱利用装置に流入する前に、
    前記カルシウムを含有している収着剤を前記ガス状生成
    物に導入し、前記ガス状生成物から実質的に全ての不燃
    性鉱物質成分が除去された後に、ガス状生成物と補完酸
    化剤とを混合し、 （ｇ）硫黄収着剤が約２，３００°Ｆ（約１，２６０℃
    ）以下の有効捕捉温度における硫黄成分の優勢量と反応
    しかつ捕捉するように、前記熱利用装置を通過する収着
    剤粒子の時間−温度分布を維持し、一方、前記熱利用装
    置内の化学量論を約１．１〜１．３に維持することを特
    徴とする硫黄を含有する微粒状炭質燃料の燃焼方法。
12. （１２）硫黄を含有する微粒状炭質燃料を燃焼領域内で
    燃焼させる方法であって、炭素の殆どが炭素の酸化物に
    変換されかつ不燃性物質の殆どが液状スラグとして堆積
    されるように燃焼条件を維持すべく、酸化剤の流入マス
    フロー流量に対する燃料の流入マスフロー流量を調節す
    る、硫黄を含有する微粒状炭質燃料を燃焼領域内で燃焼
    する方法において、 （ａ）ガス状の燃焼生成物から液状のスラグを分離して
    、関連する熱利用装置に対し比較的灰分が少ないガス状
    生成物を供給する工程と、（ｂ）硫黄成分と硫黄収着剤
    との反応が促進される温度条件の下で、前記ガス状生成
    物を、該ガス状生成物が前記熱利用装置に流入する所で
    硫黄収着剤と接触させて、ガス状生成物が熱利用装置か
    ら大気中に排出される前に、ガス状生成物から殆どの硫
    黄を除去する工程とを有することを特徴とする硫黄を含
    有する微粒状炭質燃料を燃焼領域内で燃焼する方法。
13. （１３）（ａ）前記硫黄収着剤が粒状をなしており、硫
    黄収着剤の粒子が、ガス状生成物に導入後１〜１０秒の
    オーダの粒子通過時間内にガス状生成物と混合され、 （ｂ）補完酸化剤が、前記硫黄収着剤とガス状生成物と
    の混合の場合と実質的に同じ時間又は前記硫黄収着剤と
    ガス状生成物との混合後１〜１０秒のオーダの時間内に
    、前記ガス状生成物と混合され、 （ｃ）前記硫黄収着剤の粒子が、熱利用装置に流入する
    所で、隣接するガスの温度が時間の関数として低下する
    環境に曝され、温度−時間分布は、約２，３００゜Ｆ（
    約１，２６０℃）以下の温度で前記硫黄収着剤の粒子が
    迅速に焼成され、前記ガス状生成物の硫黄含有成分の大
    部分と反応してこれを捕捉するようになっており、前記
    ガス状生成物が前記熱利用装置から大気中に排出される
    前に、前記ガス状生成物から大部分の硫黄を除去するこ
    とを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. （１４）前記ガス状生成物及び硫黄収着剤は充分な量で
    補完酸化剤と混合されて、混合体の温度を少なくとも約
    ２，３００゜Ｆ（約１，２６０℃）に低下させることを
    特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. （１５）ガス状生成物と硫黄収着剤と補完酸化剤との混
    合体は、関連する熱利用装置に流入後１０秒のオーダの
    時間内に約１，６００〜２，０００°Ｆ（約８７０〜１
    ，０９０℃）の範囲内の温度に低下されることを特徴と
    する請求項１４に記載の方法。
16. （１６）前記硫黄収着剤が炭酸カルシウムであり、該炭
    酸カルシウムが、ガス状生成物に導入後 ２／１，０００〜２０／１，０００秒のオーダの時間内
    にガス状生成物から熱エネルギを吸収して焼成されるこ
    とを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
17. （１７）前記Ｃａ／Ｓモル比が約２〜５の範囲内に維持
    されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. （１８）前記硫黄収着剤及び補完酸化剤は、前記ガス状
    生成物に付加される前に結合されることを特徴とする請
    求項１４に記載の方法。
19. （１９）前記硫黄収着剤は、前記熱利用装置に流入する
    前に前記ガス状生成物に付加され、前記熱利用装置への
    ほぼ入口の所で補完酸化剤と結合されることを特徴とす
    る請求項１２又は１３に記載の方法。
20. （２０）前記熱利用装置内に結果として生じる温度は、
    約１，６００〜２，０００°Ｆ（約８７０〜１，０９０
    ℃）の範囲内にあることを特徴とする請求項１３又は１
    ４に記載の方法。
21. （２１）前記Ｃａ／Ｓモル比が約２．５から３．５であ
    ることを特徴とする請求項１７に記載の方法。