Title
加圧流動層燃焼による低質・未利用燃料の利用技術に関す
る研究( 内容の要旨(Summary) )
Author(s)
鈴木, 善三
Report No.(Doctoral
Degree)
博士(工学) 甲第262号
Issue Date
2005-03-25
Type
博士論文
Version
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/1983
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。氏 名(本籍) 学 位 の 種 類 学位授与番号 学位授与日付 専 攻 学位論文題目 鈴 木 善.三(東京都) 博 士(工学) 甲第 262 号 平成17 年 3 月 25 日 環境エネルギーシステム専攻 加圧流動層燃焼による低質･未利用燃料の利用技術に関する研究 (Utilization oflow grade fuels by pressurized fluidized
combustion) 学位論文審査委員 (主査)教 授 (副査)教 授 助教授 修 村 々 野 授 教 寛 樹 志 秀 信 富 浦 原 守 箕 神
論文内容の要旨
加圧流動層燃焼は環境負荷が低く,燃料への柔軟性が高いことから,次世十 複合発電システムとして実用化が図られ,現在までに我が国では3基の商用⊇ いる｡これらの商用基の導入段階では,既設発電施設の代替用として早期導j 結果,ガスタービンと蒸気タービンを複合した発電システムのエンジニアリこ 術開発が先行し,石炭をはじめとする各種固体燃料の加圧雰囲気での燃焼機ホ 素酸化物等の燃焼排ガスの生成機構等の基礎研究については取り残されてきである｡また,大型商用発電設備としての加圧流動層燃焼複合発電システム古｢
たが,競合する次世代型火力発電技術と比較した場合,熱効率が必ずしも高く
コストは従来型発電設備より高いことから,その後の新規の導入は進んでいブ ながら,加圧流動層燃焼技術そのものは常圧の流動層燃焼装置で未解決の問定 優れた燃焼技術であり,この高いポテンシャルを活かすためには,加圧流動層 を見直し,電力事業用の複合発電システム以外の分野へ適用を図るべきであj こうした背景を踏まえ,本論文では,報告されつつある商用基データと比重 実験室規模で燃焼試験ができる加圧流動層燃焼装置を製作し,石炭の基礎的ブ 解明を行うとともに,下水汚泥からのエネルギー回収システムヘの適用を険 以下に本学位論文の構成に基づく検討項目とその結論について述べる｡ 第1章では加圧流動層燃焼に関する既往研究についての問題点を示し,基j 凧;えべ舵べスユノーま､よr 太ま金廿の目的七三上丁ド付暦/鉦十か日月甜汀rトて いスを提案している｡この相似則に基づいて燃焼条件を決定し,内径80I叫 高さ11 明石英製の燃焼装置を透明電気炉で加熱し燃焼させ,石炭の加圧流動層燃焼挙司 よび解析を行っている｡解析結果からは,石炭中の含有窒素分の窒素酸化物( 転換率が操作圧力の上昇とともに小さくなること,および転換率は概ね大型加上 イラで得られる値と一致し,前述の相似則がNOx排出量の評価の上では極めてフ ことを明らかにした｡ 第3章では,加圧操作によるNOx.の低減効果の要因を究明するために,燃焼【 る石炭チャーに着目し,固定層条件及び流動層条件で実測したチャーの燃焼速上 力の0.6乗に比例することを明らかにした｡このチャー燃焼速度の圧力依存性フ 層内のチャー濃度を増加させること,さらに層内のチャー粒子によるNOxの還三 ヤー個数密度の増加により促進されることを明らかにした｡ 第4章では,未利用エネルギーのひとつである下水汚泥からのエネルギー回刃 動層燃焼の適用を検討した結果,汚泥曝気槽の曝気のために大量の電力を消費一 理場という特殊な条件では,加圧流動層燃焼装置と過給器との組み合わせで直才 を製造する場合のプロセス効率が最も高くなることが明らかにし,加圧流動層 高温脱塵装置,過給器,熱交換器を主要構成要素とするシステムを提案した｡ 第5章では,加圧流動層燃焼を組み合わせた汚泥処理システムを検討するたi 泥の加圧流動層燃焼における燃焼特性を調べている｡高含水率の脱水汚泥の燃火 電気炉の加熱容量を大きくしたステンレズ製の内径80Ⅰ叫 高さ1300mIれの燃焼∃ に設計･製作し,脱水汚泥を圧力容器外部よりスラリーポンプにより連続供給一 工夫した｡実験結果から,脱水汚泥は層内で乾燥とガス化反応が進行し,生成｢ のほとんどはフリーボードで燃焼するが,高い燃焼効率が得られること,灰の掩
安定な療焼が可能であること,NOxは50ppm,N20は200ppm程度となること,NO二
は加圧操作による低減と,高い水蒸気濃度による抑制効果があることを明らかも 礎燃焼試験結果より,加圧流動層燃焼が下水汚泥からのエネルギー回収システ} き,実用化可能であることを示した｡ 第6章では研究結果の総括を行った｡ 以上,本論文では加圧流動層燃焼による低質･未利用燃料の利用技術の開発も 往の石炭加圧流動層燃焼複合発電システムにおける窒素酸化物挙動を小型基奄 装置でも予測できる手法を確立するとともに,未利用燃料である汚泥燃焼に適ノ 流動層燃焼が下水汚泥からのエネルギー回収システムに適用できることを検孟 とをまとめたものである｡加圧流動層燃焼技術そのものは常圧の流動層燃焼装置で未解決の問題を克服 燃焼技術であり,この高いポテンシャルを活かすためには,加圧流動層燃焼の し,電力事業用の複合発電システム以外の分野へ適用を図るべきである｡本論 告されつつある商用基データと比較できるよう実験室規模で燃焼試験ができ 層燃焼装置を製作し,石炭の基礎的な燃焼機構の解明を行うとともに,下水汚 ネルギ一回収システムへの適用を検討している｡ 以下に本学位論文で検討された項目とその結論について述べる｡ 1)実験室規模での加圧雰囲気での流動層燃焼を実現するため,耐圧容器に入 試験装置を設計製作し,実機の加圧流動層燃焼条件を模擬するための操作 流動層内の発熱速度に注目し,独自の相似則を提案している｡この相似則 実験データを解析し,石炭中の含有窒素分の窒素酸化物(NOx)への転換 .力の上昇とともに小さくなること,および転換率は概ね大型加圧流動層オ れる値と一致し,前述の相似則がNOx排出量の評価の上では極めて有効て 明らかにした｡ 2)加圧操作によるNOxの低減効果の要因を究明するために,燃焼中に残存す
