JP2010121929A - Pulverulent fuel burning combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば燃焼用空気を多段投入して炉内脱硝を行う微粉炭焚きボイラのように、粉体燃料を燃焼させる燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus that burns pulverized fuel, such as a pulverized coal-fired boiler that performs multi-stage injection of combustion air and performs denitration in the furnace.
従来の燃焼装置として、石炭を粉砕した微粉炭を燃料として使用し、ボイラ内で微粉炭を燃焼させて蒸気を生成する微粉炭焚きボイラが知られている。このような微粉炭焚きボイラにおいては、炉内脱硝のため、燃焼用空気を多段に投入する燃焼方法がすでに定着している。
すなわち、空気を多段投入する燃焼方法においては、ボイラ内の燃焼に必要となる燃焼用空気の30%程度について、追加空気としてバーナ部より炉上部(炉内の下流側)に設けた追加空気ノズル(以下、「AAノズル」と呼ぶ)より投入している。そして、炉内の脱硝効果をより高めるために、バーナからAAノズルの設置位置(AA部)までの還元域に炭化水素系燃料を投入することが行われている。(たとえば、特許文献1参照)
2. Description of the Related Art As a conventional combustion apparatus, there is known a pulverized coal fired boiler that uses pulverized coal obtained by pulverizing coal as fuel and burns the pulverized coal in a boiler to generate steam. In such a pulverized coal fired boiler, a combustion method in which combustion air is introduced in multiple stages has already been established for denitration in the furnace.
That is, in the combustion method in which air is introduced in multiple stages, an additional air nozzle provided as an additional air at the upper part of the furnace (downstream side in the furnace) as additional air for about 30% of the combustion air required for combustion in the boiler. (Hereinafter referred to as “AA nozzle”). In order to further enhance the denitration effect in the furnace, a hydrocarbon-based fuel is introduced into the reduction zone from the burner to the installation position of the AA nozzle (AA portion). (For example, see Patent Document 1)
また、ガス化炉をコンベンショナルボイラの直前に設置し、生成したガス化ガスを高温(650〜750℃)で投入する技術も知られている。この場合、ガス化ガスの投入位置はバーナ下部となり、バイオマスガス化ガスを混焼した例では、窒素酸化物(NOx)低減率が5〜10%程度に留まっている。 There is also known a technique in which a gasification furnace is installed immediately before a conventional boiler and the generated gasification gas is charged at a high temperature (650 to 750 ° C.). In this case, the gasification gas is introduced at the lower portion of the burner, and in the case where the biomass gasification gas is co-fired, the nitrogen oxide (NOx) reduction rate remains at about 5 to 10%.
ところで、上述した特許文献1に記載された従来技術は、同一燃料を脱硝剤として使用しているため、出口未燃分の増加が懸念されている。そして、このような出口未燃分の増加を改善するためには、火炉の大型化が必要になると想定される。このため、未燃分の低減に適した脱硝用燃料は、ガスや軽質液体燃料等であることが知られている。
また、廃棄物やバイオマス及び石炭等の固体を流動層ガス化炉にてガス化させ、この可燃性ガスが燃料として供給される各種の燃焼装置(ボイラや石灰キルン等)においては、生成された可燃性ガス中に未燃分(チャー)や流動材等の微小粒子が混入する。この微小粒子は、後流に設置された燃焼装置にて燃焼するものではあるが、微小粒子を含む可燃性ガスを燃料として投入する場合には、使用可能なバーナ型式(粉体用バーナが必要)や燃焼装置の投入位置に制約を受ける。
By the way, since the prior art described in Patent Document 1 described above uses the same fuel as a denitration agent, there is a concern about an increase in unburned outlet. And in order to improve such an increase in the amount of unburned exit, it is assumed that the furnace must be enlarged. For this reason, it is known that the denitration fuel suitable for reducing the unburned content is gas, light liquid fuel, or the like.
Moreover, solids such as waste, biomass, and coal are gasified in a fluidized bed gasifier, and are produced in various combustion devices (boilers, lime kilns, etc.) in which this combustible gas is supplied as fuel. Inflammable gas (char) and fine particles such as fluidized material are mixed in the combustible gas. These fine particles are burned by a combustor installed in the downstream, but when a combustible gas containing fine particles is used as fuel, a usable burner type (powder burner is required) ) And the input position of the combustion device are restricted.
特に、微粒子中の未燃分を完全燃焼させるためには、燃焼装置における炉内滞留時間が必要になるため、微小粒子を含む可燃性ガスは、炉内の下段に位置するバーナ(もしくは滞留時間を稼げる位置)よりを投入することが望ましい。
一方、ガス燃料は、微粉炭等の粉体燃料(固体燃料)に比べて燃焼性が高いことから、炉内の上段に位置するバーナ(もしくは炉の後流部)から投入する方が粉体燃料の燃焼に対する影響が少ないと考えられる。
In particular, in order to completely burn the unburned matter in the fine particles, the residence time in the furnace in the combustion apparatus is required. Therefore, the combustible gas containing fine particles is burned in the lower stage of the furnace (or residence time). It is desirable to put in more than the position where you can earn.
On the other hand, gas fuel is more combustible than powdered fuel (solid fuel) such as pulverized coal, so it is more powdery to be charged from the burner (or the downstream part of the furnace) located in the upper stage of the furnace. It is thought that there is little influence on fuel combustion.
このような背景から、高温の可燃性ガスであるガス化ガス等を有効利用し、炉内で微粉炭と混合燃焼させることで窒素酸化物や未燃分の発生量を低減できる微粉炭焚きボイラ等のように、粉体燃料を燃焼させる燃焼装置の開発が望まれる。また、近年の火力発電所においては、二酸化炭素排出量低減に向けた再生可能エネルギの有効利用を目的として、微粉炭炊きボイラでバイオマス等を混焼する技術が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高温の可燃性ガスを炉内で微粉炭等の粉体燃料と混合燃焼させることにより、窒素酸化物や未燃分の発生量を低減できる燃焼装置を提供することにある。
Against this background, a pulverized coal fired boiler that effectively uses high-temperature combustible gas, such as gasified gas, and can reduce the amount of nitrogen oxides and unburned fuel generated by mixing and burning with pulverized coal in the furnace. Thus, development of a combustion apparatus for burning pulverized fuel is desired. In recent thermal power plants, there is a demand for technology for co-firing biomass with a pulverized coal-fired boiler for the purpose of effective use of renewable energy for reducing carbon dioxide emissions.
The present invention has been made in view of the above circumstances. The object of the present invention is to mix and burn high-temperature combustible gas with pulverized fuel such as pulverized coal in a furnace so An object of the present invention is to provide a combustion apparatus capable of reducing the amount of generated fuel.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る請求項1の燃焼装置は、炉内低部に配設された粉体燃料バーナと、前記粉体燃料バーナより上部に配設された追加空気投入ノズルとを備え、前記追加空気投入用ノズルから燃焼用空気を多段投入して炉内脱硝を行う粉炭燃料焚きの燃焼装置において、前記追加空気投入ノズルと同等の高さレベルに、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を燃焼させる予混合方式バーナが設置されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus comprising: a pulverized fuel burner disposed in a lower part of a furnace; and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner. In a combustion apparatus using pulverized coal fuel that performs multistage injection of combustion air from an injection nozzle and performs denitration in the furnace, a premixed gas of high-temperature combustible gas and air is at the same level as the additional air injection nozzle. The premixing type burner which burns is installed.
このような粉体燃料焚きの燃焼装置によれば、火炉内の追加空気投入ノズルと同等の高さレベルに、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を燃焼させる予混合方式バーナが設置されているので、可燃性ガスの投入分だけ粉体燃料バーナから投入される粉体燃料量を低減できる。この結果、予混合方式バーナから追加空気投入ノズルまでの間に形成される炉内の還元域では、燃焼ガスの減少により火炎の滞留時間が長くなるので、燃焼により発生する窒素酸化物を減少させることができる。
また、高温の予混合気を燃焼させる予混合方式の採用により、可燃性ガスの未燃分を低減することができる。
According to such a pulverized fuel-burning combustion apparatus, a premixing burner that burns a premixed gas of high-temperature combustible gas and air is installed at the same height level as the additional air injection nozzle in the furnace. Therefore, the amount of pulverized fuel input from the pulverized fuel burner can be reduced by the amount of combustible gas input. As a result, in the reduction zone in the furnace formed between the premixing burner and the additional air injection nozzle, the flame residence time becomes longer due to the reduction of the combustion gas, so that the nitrogen oxides generated by the combustion are reduced. be able to.
In addition, by adopting a premixing method in which high temperature premixed gas is burned, the unburned content of the combustible gas can be reduced.
本発明に係る請求項2の燃焼装置は、炉内低部に配設された粉体燃料バーナと、前記粉体燃料バーナより上部に配設された追加空気投入ノズルとを備え、前記追加空気投入用ノズルから燃焼用空気を多段投入して炉内脱硝を行う粉体燃料焚きの燃焼装置において、前記粉体燃料バーナの2次空気中へ高温の可燃性ガスを投入して予混合した予混合気を粉体燃料と混合燃焼させることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus comprising: a pulverized fuel burner disposed in a lower part of a furnace; and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner. In a pulverized fuel-fired combustion apparatus that performs in-furnace denitration with multiple stages of combustion air from a charging nozzle, a high-temperature combustible gas is injected into the secondary air of the pulverized fuel burner and premixed. The air-fuel mixture is mixed and burned with pulverized fuel.
このような粉体燃料焚きの燃焼装置によれば、粉体燃料バーナの2次空気中へ高温の可燃性ガスを投入して予混合した予混合気を粉体燃料と混合燃焼させるので、予混合した高温燃料の投入により粉体燃料バーナの2次空気を高温化して窒素酸化物や未燃分の発生を低減することができる。 According to such a pulverized fuel-burning combustion apparatus, the premixed gas that has been premixed by introducing a high-temperature combustible gas into the secondary air of the pulverized fuel burner is mixed and combusted with the pulverized fuel. The secondary air of the pulverized fuel burner can be heated to a high temperature by adding the mixed high temperature fuel to reduce the generation of nitrogen oxides and unburned components.
本発明に係る請求項3の燃焼装置は、炉内低部に配設された粉体燃料バーナと、前記粉体燃料バーナより上部に配設された追加空気投入ノズルとを備え、前記追加空気投入用ノズルから燃焼用空気を多段投入して炉内脱硝を行う粉体燃料焚きの燃焼装置において、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を炉内底部に投入して粉体燃料と混合燃焼させることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus comprising: a pulverized fuel burner disposed in a lower portion of a furnace; and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner, wherein the additional air is provided. In a pulverized fuel-fired combustion apparatus that performs multi-stage injection of combustion air from an injection nozzle and performs denitration in the furnace, a premixed mixture of high-temperature combustible gas and air is introduced into the bottom of the furnace and pulverized fuel It is characterized by mixing and burning.
このような粉体燃料焚きの燃焼装置によれば、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を炉内底部に投入して粉体燃料と混合燃焼させるので、予混合した高温燃料の投入により未燃分を低減することができる。 According to such a pulverized fuel-fired combustion apparatus, a premixed gas of high-temperature combustible gas and air is introduced into the bottom of the furnace and mixed and combusted with the pulverized fuel. Thus, unburned components can be reduced.
上記の粉体燃料焚きの燃焼装置において、前記可燃性ガスはガス化炉で生成されたガス化ガスであることが好ましく、これにより、高温の可燃性ガスを容易に導入して粉体燃料と混焼させることができる。この場合のガス化ガスとしては、石炭、バイオマス、廃棄物及びタイヤ等の固形燃料がガス化されたものを使用できる。 In the above pulverized fuel-fired combustion apparatus, the combustible gas is preferably a gasified gas generated in a gasification furnace, whereby a high-temperature combustible gas can be easily introduced and Can be co-fired. As gasification gas in this case, what gasified solid fuels, such as coal, biomass, a waste material, and a tire, can be used.
上記の粉体燃料焚きの燃焼装置においては、上流側に設けられて前記ガス化ガスに含まれる固体をガス中から分離する固体/気体分離装置を備え、該固体/気体分離装置で分離した固体を前記粉体燃料バーナに供給するとともに、前記固体/気体分離装置で分離したガスを前記可燃性ガスとして用いられることが好ましく、これにより、ガスに比べて燃焼性が低い固体(固体燃料)の炉内滞留時間を増加させるとともに、ガスによる急速な酸素の消費を防ぐことにより、固体燃料の燃焼性を向上させることができる。 The pulverized fuel-fired combustion apparatus includes a solid / gas separation device that is provided upstream and separates solids contained in the gasification gas from the gas, and is separated by the solid / gas separation device. It is preferable that the gas separated by the solid / gas separation device is used as the combustible gas, so that a solid (solid fuel) having low combustibility compared to the gas is used. The combustion time of the solid fuel can be improved by increasing the residence time in the furnace and preventing the rapid consumption of oxygen by the gas.
本発明に係る請求項6の燃焼装置は、炉内低部に配設された粉体燃料バーナと、前記粉体燃料バーナより上部に配設されたガスバーナとを備え、ガス化炉で生成された可燃性のガス化ガスに含まれる固体をガス中から分離する固体/気体分離装置を上流側に設けて、該固体/気体分離装置で分離した固体を前記粉体燃料バーナに供給するとともに、前記固体/気体分離装置で分離したガスを前記ガスバーナに供給することを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus comprising: a pulverized fuel burner disposed in a lower portion of a furnace; and a gas burner disposed above the pulverized fuel burner; A solid / gas separation device for separating solids contained in the combustible gasification gas from the gas, and supplying the solid separated by the solid / gas separation device to the pulverized fuel burner; The gas separated by the solid / gas separation device is supplied to the gas burner.
このような粉体燃料焚きの燃焼装置によれば、ガス化炉で生成された可燃性のガス化ガスに含まれる固体をガス中から分離する固体/気体分離装置を上流側に設けて、固体/気体分離装置で分離した固体を粉体燃料バーナに供給するとともに、前記固体/気体分離装置で分離したガスをガスバーナに供給するように構成したので、既存の粉体燃料バーナ及びガスバーナを用い、粉体燃料バーナの燃料とする固体の燃焼性を向上させるとともに、還元作用によりNOx発生量を低減することができる。 According to such a pulverized fuel burning combustion device, a solid / gas separation device for separating solids contained in combustible gasification gas generated in a gasification furnace from the gas is provided on the upstream side, Since the solid separated by the gas separator is supplied to the powder fuel burner and the gas separated by the solid / gas separator is supplied to the gas burner, the existing powder fuel burner and gas burner are used, While improving the combustibility of the solid used as the fuel of the pulverized fuel burner, the amount of NOx generated can be reduced by the reducing action.
上記の粉体燃料焚きの燃焼装置において、前記ガス化炉が循環流動層ガス化炉とされ、該循環流動層ガス化炉の生成ガス出口に設けられる遠心分離器の内筒壁面に、穴径が流動材平均粒径より小さい多数の未燃分通過孔を設けることが好ましい。このような構成とすることにより、ガスと粒子(珪砂等の流動材+未燃分)とを分離する循環流動層ガス化炉の遠心分離器では、粒子中で比重の軽い未燃分が多数の未燃分通過孔を通って積極的にガス側へ分離するようになるので、後流に燃焼装置が設置されている場合、燃焼装置へ供給する燃料流量(発熱量)を増加させることが可能となる。 In the pulverized fuel-fired combustion apparatus, the gasification furnace is a circulating fluidized bed gasification furnace, and a hole diameter is formed on an inner cylindrical wall surface of a centrifugal separator provided at a product gas outlet of the circulating fluidized bed gasification furnace. It is preferable to provide a large number of unburned material passage holes smaller than the average particle diameter of the fluidized material. With such a configuration, in the centrifugal separator of the circulating fluidized bed gasifier that separates gas and particles (fluidized material such as silica sand + unburned components), there are many unburned components with low specific gravity in the particles. Since it will be actively separated to the gas side through the unburned part passage hole, if the combustion device is installed in the downstream, the flow rate of fuel supplied to the combustion device (heat generation amount) may be increased. It becomes possible.
上述した本発明によれば、高温の可燃性ガス(ガス化炉で生成した固形燃料の高温ガス化ガス等)を空気と予混合し、追加空気投入ノズルと同様のレベルから炉内へ投入して微粉炭等の粉体燃料(固体燃料)と混合燃焼させるので、窒素酸化物及び未燃分の発生量を低減した微粉炭焚きボイラ等の粉体燃料焚きの燃焼装置を提供することができる。この場合の窒素酸化物は、粉体燃料の燃焼により生成される燃焼ガス量が可燃性ガスの混焼率に応じて減少するので、燃焼ガス量の減少に応じて窒素酸化物の低減が可能となる。
また、高温の可燃性ガスを粉体燃料バーナの2次空気中へ投入して予混合した予混合気を微粉炭と混合燃焼させると、粉体燃料バーナの2次空気を高温化して窒素酸化物の発生を低減できる微粉炭焚きボイラ等の粉体燃料焚きの燃焼装置となり、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を炉内底部に投入して粉体燃料と混合燃焼させると、未燃分の発生を低減した微粉炭焚きボイラ等の粉体燃料焚きの燃焼装置となる。
また、粉体燃料焚きの燃焼装置においては、バイオマス等の再生可能エネルギを微粉炭等の粉体燃料と混焼させることができ、従って、二酸化炭素排出量の低減に向けた再生可能エネルギの有効利用が可能になる。
According to the present invention described above, a high-temperature combustible gas (such as a high-temperature gasification gas of a solid fuel produced in a gasification furnace) is premixed with air, and is introduced into the furnace from the same level as the additional air injection nozzle. Since it is mixed and burned with powdered fuel (solid fuel) such as pulverized coal, it is possible to provide a combustion device for pulverized coal burning such as a pulverized coal-fired boiler with reduced generation amount of nitrogen oxides and unburned components. . In this case, the amount of combustion gas generated by the combustion of the pulverized fuel decreases according to the co-firing ratio of the combustible gas, so that the nitrogen oxide can be reduced as the amount of combustion gas decreases. Become.
In addition, when premixed gas that has been premixed by injecting high-temperature combustible gas into the secondary air of the pulverized fuel burner is mixed and combusted with pulverized coal, the secondary air of the pulverized fuel burner is heated to a higher temperature and oxidized with nitrogen When it becomes a combustion device for pulverized coal burning such as a pulverized coal burning boiler that can reduce the generation of substances, a premixed gas of high temperature combustible gas and air is introduced into the bottom of the furnace and mixed with pulverized fuel, It becomes a combustion apparatus for pulverized fuel burning such as a pulverized coal burning boiler with reduced generation of unburned matter.
In addition, in a combustion device using pulverized fuel, renewable energy such as biomass can be co-fired with pulverized coal and other pulverized fuel, and therefore, effective use of renewable energy to reduce carbon dioxide emissions. Is possible.
以下、本発明に係る粉体燃料焚きの燃焼装置について、微粉炭焚きボイラに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1に示す実施形態において、微粉炭焚きボイラ(粉体燃料焚きの燃焼装置)10は、火炉11の炉内低部にバーナ部12が設けられている。このバーナ部12には、粉体燃料の微粉炭を投入して燃焼させる複数の石炭バーナ(粉体燃料バーナ)13が配設されており、微粉炭及び2次空気が供給される。
また、火炉11の石炭バーナ13より上部には、追加空気投入ノズル(AAノズル)14を配設した追加空気投入部(AA部)15が設けられている。ここで投入される空気量は、火炉11内で微粉炭が燃焼するのに必要な空気量の30%程度となる。すなわち、微粉炭焚きボイラ10は、バーナ部12からAA部15までの間が還元領域となり、AAノズル14から燃焼用空気を多段投入することで炉内脱硝を行うように構成されている。
なお、図中の符号16は、高温の燃焼ガスとの熱交換により蒸気を生成するよう複数配列された熱交換器群、17は燃焼ガスの脱硝を行う脱硝装置である。
Hereinafter, an embodiment of a pulverized coal burning boiler according to an embodiment of the present invention applied to a pulverized coal burning boiler will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
In the embodiment shown in FIG. 1, a pulverized coal fired boiler (powder fuel fired combustion apparatus) 10 is provided with a
Further, an additional air input part (AA part) 15 provided with an additional air input nozzle (AA nozzle) 14 is provided above the
このように構成された微粉炭焚きボイラ10において、AAノズル14と同等の高さレベルには、すなわちAA部15の領域には、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を燃焼させる予混合方式バーナ(以下、「予混合バーナ」と呼ぶ)20が設置されている。この場合の予混合気は、可燃性ガスの組成と温度との関係から、予混合率が可燃範囲外となるように設定して自然発火を防止する。
In the pulverized coal-fired
この予混合バーナ20は、たとえば石炭、バイオマス、廃棄物及びタイヤ等の固形燃料をガス化した可燃性の生成ガス(ガス化ガス)を空気と予混合し、火炉11内の最上段レベルとなるAA部15から投入して燃焼させるものである。図示の構成例では、固形燃料の供給を受けるガス化炉30が隣接しており、このガス化炉30でガス化された高温の生成ガスが可燃性ガスとして用いられている。従って、予混合バーナ20は、隣接するガス化炉30から高温の可燃性ガスを容易に確保することができる。
なお、図中の符号31はガス化ガスから固形燃料の未燃分(チャー)を分離除去する遠心分離器(ホッパ)、32はガス化炉30へ供給する空気を高温のガス化ガスで加熱するため必要に応じて設けられる熱交換器である。
The
また、上述した微粉炭焚きボイラ10の下流側には、蒸気生成及び脱硝後の燃焼ガスを処理するため、たとえば集塵装置40や脱硫装置50等の設備が設けられている。こうして集塵及び脱硫等の各種処理が施された燃焼ガスは、最終的には排ガスとして煙突60から大気へ排出される。
Further, on the downstream side of the above-described pulverized coal fired
上述した構成の微粉炭焚きボイラ10は、AA部15のレベルより低い還元領域ではなく、追加空気投入と同等の高さレベルより予混合した可燃性ガスを投入しているので、主バーナである石炭バーナ13からAA部15までのガス量、すなわち微粉炭燃焼により生成される燃焼ガス量が混焼率(微粉炭及び可燃性ガスの投入割合)に応じて変化し、燃焼ガス量の減少に応じて窒素酸化物の低減が可能となる。換言すれば、予混合バーナ20から高温(たとえば300〜800℃程度)の可燃性ガスを空気と予混合した状態で投入するので、可燃性ガスの投入量(燃焼による発熱量)分だけ石炭バーナ13から投入する微粉炭量(燃焼による発熱量)を低減することができる。このため、火炉11内の還元領域では、微粉炭の燃焼ガス減少により火炎の滞留時間が長くなるので、微粉炭の燃焼により発生する窒素酸化物が低減することとなる。
また、予混合方式の予混合バーナ20を採用したので、可燃性ガスを良好な状態で燃焼させることにより、短時間で完全燃焼させて未燃分を低減することができる。さらに、予混合バーナ20から高温の可燃性ガスを投入するので、高温の燃焼温度を維持して未燃分を低減することもできる。
The pulverized coal-fired
In addition, since the premixing
<第2の実施形態>
次に、本発明に係る粉体燃料焚きの燃焼装置について、微粉炭焚きボイラに適用した第2の実施形態を図2に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、ガス化炉30から供給される高温の生成ガスを可燃性ガスとして用い、この可燃性ガスを石炭バーナ13の2次空気中へ混合して投入する。このため、可燃性ガスは2次空気と予混合されて予混合気となり、この予混合気が微粉炭とともに石炭バーナ13から火炉11内へ投入される。すなわち、本実施形態の微粉炭焚きボイラ(粉体燃料焚きの燃焼装置)10Aは、石炭バーナ13の2次空気中へ高温の可燃性ガス投入して微粉炭と混合燃焼させるものであるから、高温の可燃性燃料は、2次空気と予混合された状態で火炉11内へ投入されることとなる。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the pulverized coal-fired combustion apparatus according to the present invention applied to a pulverized coal-fired boiler will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, the high-temperature product gas supplied from the
このような構成の微粉炭焚きボイラ10Aとしても、予混合方式で石炭バーナ13の2次空気中へ高温の可燃性ガスを投入し、可燃性ガスの予混合気と微粉炭とを混合燃焼させるので、石炭バーナ13の2次空気が高温化することにより、火炉11内の燃焼で発生する窒素酸化物や未燃分を低減することができる。
Also in the pulverized coal fired
<第3の実施形態>
次に、本発明に係る粉体燃料焚きの燃焼装置について、微粉炭焚きボイラに適用した第3の実施形態を図3に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、高温の生成ガスと空気とを予混合した混合気が火炉11の底部に投入されている。すなわち、本実施形態の微粉炭焚きボイラ(粉体燃料焚きの燃焼装置)10Bは、ガス化炉30から供給される高温の可燃性ガスを空気と予混合し、この予混合気を石炭バーナ13より下方に設置した予混合方式バーナ(予混合バーナ)20Aから炉内底部に投入して微粉炭と混合燃焼させるものである。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment in which the pulverized coal burning combustion apparatus according to the present invention is applied to a pulverized coal burning boiler will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, an air-fuel mixture obtained by premixing high-temperature product gas and air is introduced into the bottom of the
このような構成の微粉炭焚きボイラ10Bは、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を予混合バーナ20Aから火炉11内の石炭バーナ13より下方に投入して微粉炭と混合燃焼させるので、予混合した高温燃料の投入により未燃分を低減することができる。
In the pulverized coal-fired
ところで、上述した各実施形態の微粉炭焚きボイラ10,10A、10Bにおいては、近くに設置されたガス化炉30から供給される高温の生成ガスを可燃性ガスとして使用している。この結果、ガス化炉30で生成された高温のガス化ガスの温度を維持し、あるいは必要なガス温度に調整して、高温の可燃性ガスを容易に導入することができる。
この場合の生成ガスとしては、石炭、バイオマス、廃棄物及びタイヤ等の固形燃料をガス化炉30でガス化したものを使用できる。
By the way, in the pulverized
As the generated gas in this case, a gas obtained by gasifying solid fuel such as coal, biomass, waste, and tire in the
このように、上述した本発明によれば、高温の可燃性ガスを空気と予混合し、この予混合気をAAノズル14と同様のレベルから火炉11内へ投入して微粉炭と混合燃焼させるので、火炉11内の微粉炭燃焼ガス量が減少し、微粉炭焚きボイラの火炉11内で発生する窒素酸化物及び未燃分の量も減少する。
また、高温の可燃性ガスを石炭バーナ13の2次空気中へ投入し、可燃性ガスの予混合気と微粉炭とを混合燃焼させると、石炭バーナ13の2次空気が高温化して窒素酸化物の発生を低減できる。
また、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を炉内底部に投入し、可燃性ガスの予混合気と微粉炭とを混合燃焼させると、未燃分の発生を低減することができる。
従って、上述した微粉炭炊きボイラ10,10A,10Bにおいては、微粉炭をバイオマス等の再生可能エネルギと混焼させることにより、二酸化炭素排出量の低減に向けた再生可能エネルギの有効利用が可能になる。
Thus, according to the present invention described above, high temperature combustible gas is premixed with air, and this premixed gas is introduced into the
Moreover, when high temperature combustible gas is thrown into the secondary air of the
In addition, when a premixed gas of high temperature combustible gas and air is introduced into the bottom of the furnace and the premixed gas of flammable gas and pulverized coal are mixed and burned, the generation of unburned matter can be reduced. .
Therefore, in the above-described pulverized coal-fired
<第4の実施形態>
次に、本発明に係る粉体燃料焚きの燃焼装置について、第4の実施形態を図4に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図4に示す構成例は、ガス化炉30を循環流動層(CFB;Circulate Fluidized Bed)ガス化炉としたものであり、燃焼装置である微粉炭焚きボイラ10の上流側には、ガス化炉30から供給されるガス化ガス(生成ガスのガス化燃料)に含まれる固体をガス中から分離するための固体/気体分離装置40が設けられている。
固体/気体分離装置40は、ガス化炉(循環流動層ガス化炉)30から微粉炭焚きボイラ10へガス化ガスを供給する生成ガス配管33に接続して設置された遠心分離器やフィルタであり、ガス化ガスをガス成分と固体(微小粒子)とに分離する機能を有している。
<Fourth Embodiment>
Next, a pulverized fuel burning combustion apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the configuration example shown in FIG. 4, the
The solid /
ガス化炉30が循環流動層ガス化炉の場合、珪砂等の流動材が使用されているので、この流動材を生成ガス出口に設けられた遠心分離器31で分離・除去したガス化ガスを微粉炭焚きバーナ10へ供給している。
しかし、遠心分離器31では完全に微小粒子を除去することはできず、遠心分離器31を通過したガス化ガス中には、流動材に加えて未燃分等の微小粒子が混入している。このため、本実施形態では、ガス化炉30で生成したガス化ガスを遠心分離器31の後流に設置された微粉炭焚きバーナ10へ供給する前に、固体/気体分離装置40を通してガス成分と微小粒子とに分離する。
When the
However, the
こうして分離されたガス成分は、すなわち微小粒子を除去されたガス化ガスのガス成分は、可燃性ガスとして微粉炭焚きボイラ10の予混合方式バーナ20に供給される。
一方、固体/気体分離装置40で分離した微小粒子は、予混合方式バーナ20より低い位置(下段)にある微粉炭焚きボイラ10の石炭バーナ13に供給される。
このようにすれば、ガスに比べて燃焼性が低い固体(固体燃料)、すなわち未燃分等の微小粒子は、石炭バーナ13において主燃料の微粉炭とともに燃焼させるので、炉内滞留時間を増加させるとともに、ガスによる急速な酸素の消費を防ぐことにより、固体燃料の燃焼性を向上させることができる。さらに、ガス中の炭化水素により、固体燃料の燃焼により発生したNOxの還元作用を促進することもできる。
The gas component thus separated, that is, the gas component of the gasification gas from which fine particles have been removed, is supplied to the
On the other hand, the fine particles separated by the solid /
In this way, solids (solid fuel) that are less combustible than gas, that is, fine particles such as unburned matter, are burned together with pulverized coal as the main fuel in the
また、上述した固体/気体分離装置40は、たとえば図5に示すガス化炉30′のように、気泡型流動床(BFB;Bubbling Fluidized Bed)ガス化炉で生成した可燃性ガスから微小粒子を分離させ、微粉炭焚きボイラ10の予混合方式バーナ20及び石炭バーナ13へ供給するようにしてもよい。
Further, the solid /
このように、上述した固体/気体分離装置40の設置は、石炭等の固体燃料を使用している既存の燃焼装置へガス化炉30,30′を追設してガス化ガスを供給する場合、既存の燃焼装置が備えている固体燃料用バーナ及びガスバーナの流用を可能にする。
すなわち、たとえば微粉炭焚きボイラ10のように、炉内低部に配設された石炭バーナ13と、石炭バーナ13より上部に配設された予混合バーナ20等のガスバーナとを備えている燃焼装置が、ガス化炉30で生成された可燃性のガス化ガスに含まれる固体をガス中から分離するため、上流側に固体/気体分離装置40を設けた構成とすれば、固体/気体分離装置40で分離した固体の微小粒子を石炭バーナ13に供給するとともに、固体/気体分離装置40で分離した生成ガスを予混合バーナ20に供給することができる。
Thus, the installation of the solid /
That is, for example, like a pulverized coal-fired
また、上述した固体/気体分離装置40を設ける構成は、石炭バーナ13から微粉炭等の固体主燃料を投入しない燃焼装置においても有効である。すなわち、ガス成分を投入して燃焼させるガスバーナ及び微小粒子を投入して燃焼させる固体燃料用バーナよりなる2種類のバーナを備え、固体燃料用バーナがガスバーナより下段に配置されている燃焼装置にも適用可能である。この場合、固体/気体分離装置40を燃焼装置の蒸留側に設けて生成ガス及び微小粒子に分離するので、燃焼装置においては微小粒子を含むガス成分に対応した専用バーナを採用する必要はなく、既存のガスバーナ及び固体燃料用バーナを使用することができる。
従って、ガス化炉30との間に固体/気体分離装置40を備えた燃焼装置は、石炭バーナ13から微粉炭等の固体主燃料を投入しない場合であっても、既存の粉体燃料バーナ及びガスバーナを用い、粉体燃料バーナの燃料とする固体の燃焼性を向上させるとともに、還元作用によりNOx発生量を低減することができる。
Further, the above-described configuration in which the solid /
Accordingly, the combustion apparatus provided with the solid /
ところで、上述した固体/気体分離装置40を備えた粉体燃料焚きの燃焼装置10においては、ガス化炉10が循環流動層ガス化炉である場合、たとえば図6及び図7に示すように、ガス化炉10の生成ガス出口に設けられる遠心分離器31の内筒壁面34aに多数の未燃分通過孔35を設けることが望ましい。
すなわち、遠心分離器31は、外筒36の内部に内筒34が配設された上下方向の同芯二重管構造とされ、外筒36の側壁には、ガス化炉30の生成ガス出口に連通するガス導入管37が接続されている。内筒壁面34aの未燃分通過孔35は、たとえば流動材として使用する珪砂(循環砂)の平均粒径以下となる径で、少なくとも内筒34の一部の壁面に穿設した多数の貫通孔である。
By the way, in the pulverized fuel-fired
That is, the
ガス導入管37から外筒36の内部へ流入した生成ガスは、流動材の珪砂や未燃分等の微小粒子を含んでおり、外筒36の内部で内筒34の外周を旋回するように流れる。このとき、生成ガスの旋回流に存在する比重の大きい微小粒子は、遠心力の影響を受けることにより、図中に矢印Paで示すように、外筒36の内壁に衝突するなどして下方へ落下する。この場合、生成ガスの旋回流から落下して分離される微小粒子は、主に未燃分より比重や粒径の大きい珪砂等の流動材であるから、この流動材は、微小粒子出口38から流出した後、ガス化炉30へ流入して再利用される。
The generated gas that has flowed into the
一方、生成ガスの旋回流に含まれる未燃分は、流動材と比較すると、比重及び粒径が小さい。このため、未燃分が内筒36の内部へ流入すると、図中に矢印Cで示す用に、生成ガスの流れとともに未燃分通過孔35を通り抜けて、内筒34の下端部に開口するガス出口39から流出する生成ガスとともに、内筒34の上部に接続された生成ガス配管33から固体/気体分離装置40へ供給される。
ちなみに、未燃分は、比重が1g/cm3以下と珪砂の比重(2.7g/cm3程度)より小さく、粒径も50μm以下と珪砂の粒径(100〜200μm程度)より小さい微小粒子であるから、内筒表面34aの未燃分通過孔35を容易に通り抜けて生成ガスの気流中へ混合される。
On the other hand, the unburned matter contained in the swirling flow of the product gas has a smaller specific gravity and particle size than the fluidized material. For this reason, when the unburned portion flows into the
Incidentally, the unburned matter is a fine particle having a specific gravity of 1 g / cm 3 or less, smaller than that of silica sand (about 2.7 g / cm 3 ), and a particle size of 50 μm or less and smaller than that of silica sand (about 100 to 200 μm). Therefore, it easily passes through the unburned
このように、生成ガスと粒子(珪砂等の流動材+未燃分)を分離する遠心分離器31において、後流に微粉炭焚きボイラ10のような燃焼装置が設置されている装置構成では、粒子中の比重が軽い未燃分を積極的に可燃性の生成ガス側へ分離する構造とすることで、すなわち、粒子中で比重の軽い未燃分が多数の未燃分通過孔35を通って積極的に生成ガスの流れとともに流動材から分離されることになるので、燃焼装置へ供給される燃料流量(発熱量)は、未燃分の文だけ増加させることができる。
Thus, in the
ところで、上述した各実施形態では、高温の可燃性ガスを隣接するガス化炉30から導入しているが、高温の可燃性ガス供給源はこれに限定されることはない。
さらに、固体/気体分離装置40の下流に設置される燃焼装置については、上述した微粉炭焚きボイラ10に限定されることはなく、図2及び図3に示す微粉炭焚きボイラ10A,10Bに適用してもよい。すなわち、固体/気体分離装置40で分離したガス成分を微粉炭焚きボイラ10A,10Bの生成ガスとして使用し、微小粒子を微粉炭とともに石炭バーナ13へ供給すればよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば上述した各実施形態の構成を組み合わせるなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
By the way, in each embodiment mentioned above, although high temperature combustible gas is introduce | transduced from the
Further, the combustion device installed downstream of the solid /
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary, such as combining the structure of each embodiment mentioned above.
10,10A,10B 微粉炭焚きボイラ
11 火炉
12 バーナ部
13 石炭バーナ
14 追加空気投入ノズル(AAノズル)
15 追加空気投入部(AA部)
20,20A 予混合方式バーナ(予混合バーナ)
30,30′ ガス化炉
31 遠心分離器
33 生成ガス配管
34 内筒
34a 内筒壁面
35 未燃分通過孔
36 外筒
40 固体/気体分離装置
10, 10A, 10B Pulverized coal fired
15 Additional air input part (AA part)
20, 20A premixing burner (premixing burner)
30, 30 '
Claims (7)
前記追加空気投入ノズルと同等の高さレベルに、高温の可燃性ガスと空気との予混合気を燃焼させる予混合方式バーナが設置されていることを特徴とする粉体燃料焚きの燃焼装置。 A pulverized fuel burner disposed in the lower part of the furnace and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner, and the combustion air is input in multiple stages from the additional air charging nozzle. In a combustion apparatus using pulverized coal fuel that performs denitration in the furnace,
A pulverized fuel-burning combustion apparatus comprising a premixing burner for burning a premixed gas of high-temperature combustible gas and air at a height level equivalent to that of the additional air charging nozzle.
前記粉体燃料バーナの2次空気中へ高温の可燃性ガスを投入して予混合した予混合気を粉体燃料と混合燃焼させることを特徴とする粉体燃料焚きの燃焼装置。 A pulverized fuel burner disposed in the lower part of the furnace and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner, and the combustion air is input in multiple stages from the additional air charging nozzle. In a powder fuel-fired combustion device that performs in-furnace denitration,
A pulverized fuel-burning combustion apparatus, wherein a premixed gas, which is premixed by introducing a high-temperature combustible gas into secondary air of the pulverized fuel burner, is mixed and burned with the pulverized fuel.
高温の可燃性ガスと空気との予混合気を炉内底部に投入して粉体燃料と混合燃焼させることを特徴とする粉体燃料焚きの燃焼装置。 A pulverized fuel burner disposed in the lower part of the furnace and an additional air charging nozzle disposed above the pulverized fuel burner, and the combustion air is input in multiple stages from the additional air charging nozzle. In a powder fuel-fired combustion device that performs in-furnace denitration,
A pulverized fuel-fired combustion apparatus, wherein a premixed gas of high-temperature combustible gas and air is introduced into the bottom of the furnace and mixed with pulverized fuel for combustion.
The gasification furnace is a circulating fluidized bed gasification furnace, and on the inner cylinder wall surface of the centrifuge provided at the product gas outlet of the circulating fluidized bed gasification furnace, 7. A combustion apparatus for burning pulverized fuel according to claim 4, wherein a fuel passage hole is provided.
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