JP2012093013A - Boiler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微粉炭又は石油等の化石燃料を燃焼するボイラに係り、特にボイラの火炉に還元剤を投入し、窒素酸化物(NOx)を低減するボイラに関する。 The present invention relates to a boiler that burns fossil fuel such as pulverized coal or petroleum, and particularly relates to a boiler that reduces nitrogen oxides (NOx) by introducing a reducing agent into a furnace of the boiler.
化石燃料を燃焼するボイラではボイラ内で燃料を燃焼させる際に発生する燃焼ガスに含まれるNOx濃度を抑制することが求められており、その対策として一般に2段燃焼法を採用している。 In a boiler that burns fossil fuel, it is required to suppress the concentration of NOx contained in the combustion gas generated when the fuel is burned in the boiler, and a two-stage combustion method is generally adopted as a countermeasure.
2段燃焼法を適用したボイラとしては、例えば特開平9−310807号公報に開示されているように、微粉炭焚きボイラの火炉に微粉炭バーナと、この微粉炭バーナの下流側にアフタエアノズルとを設け、微粉炭バーナから燃料の微粉炭と燃焼用空気を供給し、アフタエアノズルからは燃焼用の空気のみを供給して燃料の微粉炭を燃焼するように構成している。 As a boiler to which the two-stage combustion method is applied, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-310807, a pulverized coal burner is disposed in a furnace of a pulverized coal burning boiler, and an after-air nozzle is provided downstream of the pulverized coal burner. The pulverized coal burner is supplied with fuel pulverized coal and combustion air, and only the combustion air is supplied from the after-air nozzle to burn the fuel pulverized coal.
さらにボイラの火炉内でのNOx低減を目的として無触媒脱硝法が用いられている。例えば特開2006−64291号公報に開示されているように、アフタエア下流の酸化域で、ガス温度が約1000℃となる領域に還元剤であるアンモニアを注入し、NOxをN2に還元しNOxを低減する方法が開示されている。 Furthermore, a non-catalytic denitration method is used for the purpose of reducing NOx in the boiler furnace. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-64291, ammonia as a reducing agent is injected into a region where the gas temperature is about 1000 ° C. in the oxidation region downstream of the after air, and NOx is reduced to N 2 to reduce NOx. A method for reducing the above is disclosed.
またWO2005/001338公報には尿素を炉内に均一に吹き込むノズル構造が開示されている。 Also, WO2005 / 001338 discloses a nozzle structure that uniformly blows urea into the furnace.
アフタエア下流の酸化域に還元剤を注入する無触媒脱硝法ではNOxが低減する温度帯域が狭いため温度分布のあるボイラ内では脱硝効率が悪い。また、NOxを低減しようと還元剤投入量を増していくと、未反応のアンモニアが火炉から流出する。 In the non-catalytic denitration method in which the reducing agent is injected into the oxidation region downstream of the after air, the temperature range in which NOx is reduced is narrow, so the denitration efficiency is poor in a boiler having a temperature distribution. Further, when the amount of reducing agent input is increased to reduce NOx, unreacted ammonia flows out of the furnace.
アンモニアは、燃焼ガス中の三酸化硫黄(SO3)と反応して硫安となり、エアヒータに付着して閉塞を生じさせ、また、塩化水素と反応し白煙が生じるという問題がある。また、バーナ近傍に尿素を注入する従来技術では、尿素の注入位置、注入位置でのガス温度など詳細な脱硝条件が明確でない。 Ammonia reacts with sulfur trioxide (SO 3 ) in the combustion gas to form ammonium sulfate, adheres to the air heater, causes clogging, and reacts with hydrogen chloride to produce white smoke. Further, in the prior art in which urea is injected near the burner, detailed denitration conditions such as the urea injection position and the gas temperature at the injection position are not clear.
本発明の目的は、ボイラ火炉内に注入した還元剤であるアンモニアが火炉外に流出することを抑制し、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a boiler that can suppress the outflow of ammonia, which is a reducing agent injected into a boiler furnace, to the outside of the furnace and reliably reduce NOx in exhaust gas.
本発明のボイラは、化石燃料を理論空気比以下で燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの下流側に該バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給するアフタエアノズルを備えたボイラにおいて、最上段に位置する前記バーナと前記アフタエアノズルとの間の領域の火炉の壁面に、少なくとも一つの出口孔を備えた還元剤注入ノズルを配設し、前記還元剤注入ノズルの出口孔から還元剤を含有する流体と酸素を含有する流体との混合流体を火炉内に供給するように構成したことを特徴とする。 The boiler of the present invention is a boiler comprising a plurality of burners for burning fossil fuel at a theoretical air ratio or less, and an after-air nozzle for supplying combustion air in the burner to a downstream side of the burner into the furnace. A reducing agent injection nozzle having at least one outlet hole is disposed on a wall surface of the furnace in a region between the burner located at the uppermost stage and the after air nozzle, and the reduction is performed from the outlet hole of the reducing agent injection nozzle. A mixed fluid of a fluid containing an agent and a fluid containing oxygen is configured to be supplied into the furnace.
また、本発明のボイラは、化石燃料を理論空気比以下で燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの下流側に該バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給するアフタエアノズルを備えたボイラにおいて、最上段に位置する前記バーナと前記アフタエアノズルとの間の領域の火炉の壁面に、複数の出口孔を備えた還元剤注入ノズルを配設し、還元剤を含有する流体及び酸素を含有する流体を、前記還元剤注入ノズルの異なる出口孔からそれぞれ火炉内に供給するように構成したことを特徴とする。 Further, the boiler of the present invention includes a plurality of burners for burning fossil fuel at a theoretical air ratio or less, and an after-air nozzle for supplying combustion air in the burner at a downstream side of the burner into the furnace. In the boiler, a reducing agent injection nozzle having a plurality of outlet holes is disposed on the wall surface of the furnace in the region between the burner located at the uppermost stage and the after air nozzle, and the fluid containing the reducing agent and oxygen are supplied. The contained fluid is supplied to the furnace from different outlet holes of the reducing agent injection nozzle, respectively.
本発明によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it introduce | transduces a reducing agent in a boiler furnace, it suppresses discharge | emission of ammonia outside a furnace, and implement | achieves the boiler which made it possible to reduce NOx in exhaust gas reliably. it can.
本発明の実施例であるボイラについて図面を参照して以下に説明する。 The boiler which is an Example of this invention is demonstrated below with reference to drawings.
本発明の第1実施例であるボイラについて図1を用いて説明する。図1に示した本発明の第1実施例であるボイラ50において、ボイラ50を構成する火炉1の下部の壁面には、微粉炭又は石油等の化石燃料と燃焼用空気とを共に火炉1の内部に供給して燃焼する複数個のバーナ2を上下方向の複数段に設置して、燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気比以下となる量の燃焼用空気を前記バーナ2から火炉1内に供給して空気不足の状態で燃料を燃焼させ、バーナ2による燃焼によって発生するNOxを窒素に還元して火炉2内に生じたバーナ部燃焼ガス5に含まれるNOxの生成を抑えている。
The boiler which is 1st Example of this invention is demonstrated using FIG. In the
前記バーナ2よりも燃焼ガス下流側に位置する火炉1の上部の壁面には、燃焼用空気をアフタエアとして火炉1の内部に供給するアフタエアノズル3が設置されている。前記アフタエアノズル3から火炉1の内部に供給するアフタエア7によって火炉1内で完全燃焼した排ガス6は、ボイラ50の火炉1の下流側に設置された熱交換器8を通過して該熱交換器8で蒸気を発生させ、その後、煙道9を通って煙突10から大気に放出される。
An
本実施例のボイラ50を構成している火炉1の壁面におけるバーナ2とアフタエアノズル3との間の領域に、バーナ部燃焼ガス5に含まれたNOxを窒素(N2)に還元する還元剤を火炉1内に注入する還元剤注入ノズル4を配置している。本実施例では還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入する還元剤はアンモニアガスである。図1に示された実施例では還元剤注入ノズル4は1個しか示されていないが、前記還元剤をバーナ部燃焼ガス5と均一に混合させるためには前記還元剤注入ノズル4を複数個設置することが望ましい。
A reducing agent that reduces NOx contained in the burner
還元剤注入ノズル4には、還元剤のアンモニアガスを含有する流体を供給する還元剤供給系統18と、空気を供給する空気供給系統14がそれぞれ接続されている。還元剤供給系統18にはアンモニアガスタンク15から還元剤のアンモニアガスを供給するように構成されており、供給するアンモニアガス流量は制御装置40からの制御信号16によって還元剤供給系統18に設けた流量調節弁17の開度を操作して必要時に必要量のアンモニアガス流量を供給して前記還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入する。
The reducing agent injection nozzle 4 is connected to a reducing
前記アンモニアガスタンク15に貯蔵される還元剤は、アンモニアガスだけでなく、窒素、アルゴンなどの不活性ガスと混合希釈したアンモニアガスとしても良い。また、還元剤供給系統18に別系統を通じて不活性ガスを混合し、アンモニアガスを希釈しても良い(図示せず)。
The reducing agent stored in the
空気供給系統14にはブロア12から空気を供給し、供給する空気流量は制御装置40からの制御信号11によって空気供給系統14に設けた流量調節弁13の開度を操作して必要時に必要量の空気流量を供給して前記還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入する。
Air is supplied from the
還元剤注入ノズル4から火炉1内に還元剤を注入してバーナ部燃焼ガス5に含まれたNOxを効率良く脱硝する条件の決定にあたって図2に示す実験炉60を用いて燃焼実験を行った。
In order to determine the conditions for efficiently denitrating NOx contained in the burner
図2の実験炉60は実機ボイラと同様に2段燃焼を行い、火炉1の下部にバーナ2を配置し、バーナ2の下流にアフタエアノズル3を配置した。バーナ2から供給して燃焼させる燃料はプロパンを使用した。火炉1の壁面であるバーナ2とアフタエアノズル3との間の領域には還元剤を注入する還元剤注入ノズル4を配置した。
還元剤注入ノズル4にはアンモニアガスを供給する還元剤供給系統18と空気を供給する空気供給系統14をそれぞれ接続した。アフタエアノズル3から火炉1内に供給したアフタエア7によって火炉1内で完全燃焼した排ガス6は、熱交換器33で冷却されて屋外へ放出する。火炉1の出口のNOxの濃度は、熱交換器33の下流で十分冷却され反応が停止した下流側の位置32で測定した。
The
A reducing
以下に実験炉60での燃焼実験結果から最適な脱硝条件について述べる。
The optimum denitration conditions will be described below from the results of combustion experiments in the
図3は図2に示した実験炉60で還元剤としてアンモニアを注入する雰囲気ガス温度の影響を示した。横軸はノズルNH3/NOxモル比で縦軸は出口NOxである。出口NOxはNH3注入なしのときを基準として示した。
FIG. 3 shows the influence of the ambient gas temperature at which ammonia is injected as a reducing agent in the
雰囲気ガス温度は図2の実験炉60における火炉1内の位置30にて測定した。ガス温度が1200℃未満ではNH3を注入しても排ガス6中のNOxは低下せず、排ガス6中のNOxの脱硝には1200℃以上のガス温度が必要である。NH3の熱分解は温度が高いほど反応が促進するため還元剤注入ノズル4の位置での燃焼ガス温度は高いほどよい。
The ambient gas temperature was measured at a
従来の無触媒脱硝ではアフタエアノズル3の下流の火炉1内の酸化域で、ガス温度約800から900℃の狭い温度帯域でしかNOxが低減しないが、本方式ではアフタエアノズル上流の還元域で高温度の領域にアンモニアを注入すればよい。バーナ部の火炎温度は約1600℃以上であり、バーナ2とアフタエアノズル3の還元領域では高温のガス温度となる。
In conventional non-catalytic denitration, NOx is reduced only in a narrow temperature range of about 800 to 900 ° C. in the oxidation region in the
次にNH3の注入量であるが、図3に示したように、NH3/NOxモル比1〜2近傍でNOxは極小となりNH3/NOxモル比を増大するとNOxも増加する傾向にある。 Next, the amount of NH 3 injected, as shown in FIG. 3, NOx is minimized in the vicinity of the NH 3 / NOx molar ratio of 1 to 2, and the NOx tends to increase as the NH 3 / NOx molar ratio increases. .
排ガス6中のNOxが低減するNH3/NOxモル比の範囲はLで示した0.5〜3.0の範囲であって、最適値は1.0〜2.0の範囲である。
The range of the NH 3 / NOx molar ratio in which NOx in the
ここで、横軸のNOxモルは、図2で示した還元剤注入ノズル4の上流域である火炉1内の位置31での平均NOx濃度から算出した。図1に示した実施例のボイラにおいても図3に示した上記範囲LのNH3量を還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入することで排ガス6中のNOxが低減する。
Here, the NOx mole on the horizontal axis was calculated from the average NOx concentration at the
ところでバーナ2の下流側とアフタエアノズル3の上流側の火炉1内の還元域では空気不足で燃焼しており、酸素不足の領域である。本発明ではこの還元域に外部から還元剤注入ノズル4によって還元剤であるアンモニアを火炉1内に注入することで、還元剤を増やし、排ガス6中のNOxの低減を図る。
By the way, in the reduction area in the
還元域ではアンモニアはOHラジカルと反応し、NH2ラジカルとなりNH2ラジカルがNOと反応して、(1)式、(2)式のようにNOを窒素(N2)に還元する。 Under reducing zone the ammonia will react with OH radicals, NH 2 radical becomes NH 2 radicals react with NO, (1) formula, is reduced to nitrogen (N2) of NO as in (2) below.
NH3+OH → NH2+H2O・・・・・・・(1)
NH2+NO → N2+H2O・・・・・・・・(2)
上式からわかるようにNOを窒素に還元するにはOHラジカルと反応してNH2ラジカルを生成することが重要である。
NH 3 + OH → NH 2 + H 2 O (1)
NH 2 + NO → N 2 + H 2 O (2)
As can be seen from the above formula, in order to reduce NO to nitrogen, it is important to react with OH radicals to generate NH 2 radicals.
ところで還元域でのOHラジカル濃度はバーナ空気比に依存しており、バーナ空気比が高い、すなわちバーナ部へ供給する空気量が多いほどOHラジカルは多く生成する。 By the way, the OH radical concentration in the reduction region depends on the burner air ratio, and the higher the burner air ratio, that is, the more air supplied to the burner part, the more OH radicals are generated.
図4に還元域の違いによるアンモニア注入後のNOxとNH3の残存率を示す。図2の実験炉60におけるアフタエアノズル3の直上流の還元域の空間でガスサンプリングを行い、NOx、NH3濃度を測定した。NOxはNH3を注入しない時のNOx濃度を100%とし、測定位置でのNOx濃度から残存率を算出した。またNH3はNH3を注入した濃度を100%とし、測定位置でのNH3濃度から残存率を算出した。アンモニア注入量は脱硝に最適なNOxモルと等モル量とした。横軸の弱還元域はバーナ空気比0.8より高い場合を、強還元域はバーナ空気比0.8以下の場合を示す。
FIG. 4 shows the residual ratio of NOx and NH 3 after ammonia injection due to the difference in the reduction zone. Gas sampling was performed in the space in the reduction zone immediately upstream of the after-
図4から理解できるように、強還元域では、弱還元域に比べてNH3が分解せず残存することを示している。還元域で残留したNH3はアフタエアノズル3から供給される空気で酸化されNOxに転換する。よって還元域でNH3が高濃度で残留すれば、出口NOxが増大するため、脱硝率は低下する。
As can be understood from FIG. 4, it is shown that NH 3 remains without being decomposed in the strong reduction region as compared with the weak reduction region. NH 3 remaining in the reduction zone is oxidized by the air supplied from the after-
これは前述したようにOHラジカルが強還元域では少ないことによる。図4に空気を添加した場合の残存率を示す。強還元域の条件下で少量のO2(酸素)を添加し、OHラジカルを増大することでNH3の分解を促進し、NH3の残存率が低下する。よって、アフタエア部でのNOx転換率を低減し、脱硝効果を高めることができる。 This is because the OH radical is small in the strong reduction region as described above. FIG. 4 shows the remaining rate when air is added. By adding a small amount of O 2 (oxygen) under the condition of a strong reduction region and increasing OH radicals, the decomposition of NH 3 is promoted, and the residual rate of NH 3 is lowered. Therefore, the NOx conversion rate in the after-air portion can be reduced and the denitration effect can be enhanced.
図5にO2注入の影響を示す。強還元域の条件でNH3をNOxと等モル注入時に、少量の空気を注入した。図5に示すようにO2/NH3モル比が1.0近傍でNOxは最小となることがわかる。O2の注入量は図中のMで示す0.5〜1.5の範囲が最適範囲である。このように強還元域でも少量の酸素を注入することで、OHラジカルを増大させ、NH3の分解を促進し、出口NOxが低減する。 FIG. 5 shows the influence of O 2 injection. A small amount of air was injected at the time of injection of equimolar amounts of NH 3 and NOx under the conditions of the strong reduction region. As shown in FIG. 5, it can be seen that NOx is minimized when the O 2 / NH 3 molar ratio is around 1.0. The range of 0.5 to 1.5 indicated by M in the figure is the optimum range of the O 2 injection amount. By injecting a small amount of oxygen even in the strong reduction region in this way, OH radicals are increased, decomposition of NH 3 is promoted, and outlet NOx is reduced.
実験では強還元域の条件であるが、弱還元域でも少量の酸素を注入することでNH3の分解を促進する効果は同じである。図1の実施例のボイラにおいてもO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲の最適範囲となるように、空気供給系統14を通じて大気中のO2を含む空気を火炉1内に注入することでNOxが低減する。
In the experiment, the condition is a strong reduction region, but the effect of promoting the decomposition of NH 3 by injecting a small amount of oxygen is the same even in the weak reduction region. As injection volume of O 2 even in the boiler of the embodiment of FIG. 1 is the optimum range of range of O 2 / NH 3 0.5 to 1.5 as described above in a molar ratio, in the air through the
このように本実施例のボイラによれば、制御装置40からの指令信号によって還元剤供給系統18に設置した流量調節弁17の開度を制御すると共に、吸気供給系統14に設置した流量調節弁13の開度を制御することによって、NH3を前記した図3に示した範囲であるNH3の注入量が、NH3/NOxモル比で上記した0.5〜3.0の範囲、最適範囲としては1.0〜2.0の範囲となるように調節すると共に、O2を前記した図5に示した最適範囲であるO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲となるように調節して火炉1内の還元域に注入することで、効率よく排ガス6中のNOxを低減することができる。また、本実施例のボイラでのNH3注入位置はアフタエアノズル3より上流側であり、未反応のNH3はアフタエア7の空気で酸化されNOxに転換するので炉外へのNH3の流出がない。
As described above, according to the boiler of this embodiment, the opening degree of the
よって燃焼ガス6中にアンモニアが存在しないので火炉1の下流側に配置されたエアヒータ(図示せず)の閉塞も白煙も生じない。また、NH3の分解促進に高価な薬品等を注入せずに、空気や排ガス6中に含まれる酸素を少量注入すればよく、低コストで効果が得られる。
Therefore, since no ammonia is present in the
本実施例によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 According to the present embodiment, even if a reducing agent is introduced into the boiler furnace, ammonia is prevented from being discharged outside the furnace, and a boiler capable of reliably reducing NOx in the exhaust gas is realized. Can do.
次に本発明の第1実施例であるボイラ50について図6を用いて説明する。図6に示した本発明の第2実施例であるボイラ50は、図1に示した第1実施例のボイラと基本的な構成が共通しているので両者に共通した構成の説明は省略し、相違する点について以下に説明する。
Next, the
図6に示した本実施例のボイラ50は、還元剤注入ノズル4に煙道9から分岐した分岐系統19を経由して排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23が接続されている。排ガス供給系統23にはブロア20が設置されており、煙道9に接続した分岐系統19から酸素を含んだ排ガス6の一部を吸い込み、第1実施例と同様に、制御装置40からの制御信号21で前記排ガス供給系統23に設けた流量調節弁22の開度を調整し、排ガスの供給量を制御して該排ガス供給系統23を通じて酸素を含んだ排ガス6を前記還元剤注入ノズル4に供給して火炉1内に注入する。
In the
ところで排ガス6に含まれた酸素濃度は約2〜3%であり、空気の酸素濃度21%に比べて約1/10の濃度である。同一の酸素濃度を供給する場合、排ガス6は空気より約10倍の流量となる。よって、第1実施例のボイラにおける空気供給に比べて、前記還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入する酸素を含有する流体の流量が増大するため運動量が増加し、火炉1内のバーナ部から上昇してくるバーナ部燃焼ガス5との混合が促進する。
By the way, the oxygen concentration contained in the
本実施例のボイラ50においても、制御装置40からの指令信号16によって還元剤供給系統18に設置した流量調節弁17の開度を制御すると共に、煙道9から分岐した分岐系統19を経由して排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23に設置した流量調節弁22の開度を制御することによって、NH3を前記した図3に示した範囲であるNH3の注入量が、NH3/NOxモル比で上記した0.5〜3.0の範囲、最適範囲としては1.0〜2.0の範囲となるように調節すると共に、O2を前記した図5に示した最適範囲であるO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲となるように調節して火炉1内の還元域に注入することで、効率よく排ガス6中のNOxを低減することができる。
Also in the
また、本実施例のボイラでのNH3注入位置はアフタエアノズル3より上流側であり、未反応のNH3はアフタエア7の空気で酸化されNOxに転換するので炉外へのNH3の流出がない。よって燃焼ガス6中にアンモニアが存在しないので火炉1の下流側に配置されたエアヒータ(図示せず)の閉塞も白煙も生じない。
Further, the NH 3 injection position in the boiler of the present embodiment is upstream of the after
本実施例のボイラによれば、第1実施例のボイラと同様の効果が得られ、さらに還元剤のアンモニアと燃焼ガス5との混合が促進して短時間で均一に混合するため、排ガス中のNOx低減率が増大するというメリットがある。
According to the boiler of the present embodiment, the same effect as that of the boiler of the first embodiment is obtained, and further, mixing of the reducing agent ammonia and the
本実施例によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 According to the present embodiment, even if a reducing agent is introduced into the boiler furnace, ammonia is prevented from being discharged outside the furnace, and a boiler capable of reliably reducing NOx in the exhaust gas is realized. Can do.
次に本発明の第3実施例であるボイラについて図7を用いて説明する。図7に示した本発明の第3実施例であるボイラ50は、図1に示した第1実施例のボイラと基本的な構成が共通しているので両者に共通した構成の説明は省略し、相違する点について以下に説明する。
Next, the boiler which is 3rd Example of this invention is demonstrated using FIG. The
図7に示した本実施例のボイラ50は、還元剤注入ノズル4に排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23に加えて、空気を供給する空気供給系統14が接続されている。還元剤の供給方法は先の第1実施例と同様である。
The
本実施例のボイラ50においても、制御装置40からの指令信号によって還元剤供給系統18に設置した流量調節弁17の開度を制御すると共に、煙道9から分岐した分岐系統19を経由して排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23に設置した流量調節弁22の開度、及び酸素を含んだ空気を供給する空気供給系統14に流量調節弁13の開度をそれぞれ制御することによって、NH3を前記した図3に示した範囲であるNH3の注入量が、NH3/NOxモル比で上記した0.5〜3.0の範囲、最適範囲としては1.0〜2.0の範囲となるように調節すると共に、O2を前記した図5に示した最適範囲であるO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲となるように調節して火炉1内の還元域に注入することで、効率よく排ガス6中のNOxを低減することができる。
Also in the
また、本実施例のボイラでのNH3注入位置はアフタエアノズル3より上流側であり、未反応のNH3はアフタエア7の空気で酸化されNOxに転換するので炉外へのNH3の流出がない。よって燃焼ガス6中にアンモニアが存在しないので火炉1の下流側に配置されたエアヒータ(図示せず)の閉塞も白煙も生じない。
Further, the NH 3 injection position in the boiler of the present embodiment is upstream of the after
即ち、酸素を含んだ空気と酸素を含んだ排ガス6の両者を混合して前記還元剤注入ノズル4に供給することで、還元剤注入ノズル4から供給する酸素を含有する流体流量を広範囲で調整でき、ボイラ50の負荷が変動して燃焼ガス5の流量が変化した場合でも、流量調節弁13、22の開度を調整し、燃焼ガス5との混合に最適な流量に調整でき、効率よく混合を促進することが可能となる。
That is, both the air containing oxygen and the
本実施例によれば、前記第1実施例のボイラと同様の効果が得られ、さらにボイラの負荷変動に対応して還元剤注入ノズルから注入する還元剤と燃焼ガス5とを効率よく混合でき、NOx低減率が増大するというメリットがある。
According to this embodiment, the same effect as that of the boiler of the first embodiment can be obtained, and furthermore, the reducing agent injected from the reducing agent injection nozzle can be efficiently mixed with the
本実施例によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 According to the present embodiment, even if a reducing agent is introduced into the boiler furnace, ammonia is prevented from being discharged outside the furnace, and a boiler capable of reliably reducing NOx in the exhaust gas is realized. Can do.
次に本発明の第4実施例であるボイラについて図8を用いて説明する。図8に示した本発明の第4実施例であるボイラ50は、図1に示した第1実施例のボイラと基本的な構成が共通しているので両者に共通した構成の説明は省略し、相違する点について以下に説明する。
Next, the boiler which is 4th Example of this invention is demonstrated using FIG. The
図8に示した本実施例のボイラ50は、火炉1のアフタエアノズル3が上下に2段で構成されている。本構成によればアフタエアノズル3からアフタエア(空気)を火炉1内に、より均一に分散して供給することが可能となるので、アフタエアと燃焼ガス5との混合が促進し、素早く完全燃焼ができ排ガス6内のCOや石炭燃焼の場合は未燃分が減少して燃焼効率が増大する。
In the
本実施例のボイラ50においても、制御装置40からの指令信号によって還元剤供給系統18に設置した流量調節弁17の開度を制御すると共に、煙道9から分岐した分岐系統19を経由して排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23に設置した流量調節弁22の開度、及び酸素を含んだ空気を供給する空気供給系統14に流量調節弁13の開度をそれぞれ制御することによって、NH3を前記した図3に示した範囲であるNH3の注入量が、NH3/NOxモル比で上記した0.5〜3.0の範囲、最適範囲としては1.0〜2.0の範囲となるように調節すると共に、O2を前記した図5に示した最適範囲であるO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲となるように調節して火炉1内の還元域に注入することで、効率よく排ガス6中のNOxを低減することができる。
Also in the
また、本実施例のボイラでのNH3注入位置はアフタエアノズル3より上流側であり、未反応のNH3はアフタエア7の空気で酸化されNOxに転換するので炉外へのNH3の流出がない。よって燃焼ガス6中にアンモニアが存在しないので火炉1の下流側に配置されたエアヒータ(図示せず)の閉塞も白煙も生じない。
Further, the NH 3 injection position in the boiler of the present embodiment is upstream of the after
アフタエアノズル3を上下に2段に設置した本構成は、第1実施例乃至第3実施例のボイラにも適用可能であり、同様の効果が得られる。
This configuration in which the after
本実施例のボイラ50によれば、第1実施例乃至第3実施例と同様の効果が得られるだけでなく、さらに排ガス中のCO、未燃分が低減できて燃焼効率が改善するというメリットがある。
According to the
次に、図9及び図10に第1実施例乃至第4実施例のボイラに適用する還元剤注入ノズル4の構造の一例をそれぞれ示す。図9に示した還元剤注入ノズル4は、還元剤の流体42を噴出するノズル出口孔41が1個の場合を、図10に示した還元剤注入ノズル4は、還元剤の流体42を噴出するノズル出口孔41aとノズル出口孔41bの2個のノズル出口孔を備えた場合の構造を示す。
Next, FIGS. 9 and 10 show examples of the structure of the reducing agent injection nozzle 4 applied to the boilers of the first to fourth embodiments. The reducing agent injection nozzle 4 shown in FIG. 9 has a single
図9及び図10に示した還元剤注入ノズル4は高温場に設置するため、ノズルが溶損しないように還元剤注入ノズル4の内部に冷却水43を流通させる流路を形成している。
Since the reducing agent injection nozzle 4 shown in FIGS. 9 and 10 is installed in a high temperature field, a flow path through which the cooling
また、図10に示した還元剤注入ノズル4は、ノズル出口孔41aとノズル出口孔41bの2個のノズル出口孔に還元剤と酸素とを混合した同一流体を供給しても良く、或いは、還元剤を含有する流体と、酸素を含有する流体とを別々に供給するようにしても良い。
Further, the reducing agent injection nozzle 4 shown in FIG. 10 may supply the same fluid in which the reducing agent and oxygen are mixed to the two nozzle outlet holes of the
本実施例によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 According to the present embodiment, even if a reducing agent is introduced into the boiler furnace, ammonia is prevented from being discharged outside the furnace, and a boiler capable of reliably reducing NOx in the exhaust gas is realized. Can do.
次に本発明の第5実施例であるボイラについて図11を用いて説明する。図11に示した本発明の第5実施例であるボイラ50は、図1に示した第1実施例のボイラと基本的な構成が共通しているので両者に共通した構成の説明は省略し、相違する点について以下に説明する。
Next, the boiler which is 5th Example of this invention is demonstrated using FIG. The
図11に示した本実施例のボイラ50は、還元剤としてアンモニアガスの代わりにアンモニア水または尿素水を供給する還元剤供給系統28が還元剤注入ノズル4に接続されている。アンモニア水または尿素水は還元剤タンク24からポンプ25で送液され、還元剤供給系統28に設けた流量調節弁27で流量を制御する。流量調節弁27の開度は制御装置40からの制御信号26で操作される。
還元剤注入ノズル4から火炉1内に注入する液滴は、素早く気化しないで炉中央まで還元剤が到達するように微細化せず燃焼ガス5と混合させることが望ましい。
前述した図9及び図10に示す還元剤注入ノズル4のノズル構造を用いて1流体ノズル、2流体ノズルを使用するとよい。
In the
It is desirable that the liquid droplets injected into the
A one-fluid nozzle and a two-fluid nozzle may be used by using the nozzle structure of the reducing agent injection nozzle 4 shown in FIGS.
1流体ノズルを使用する場合は、還元剤を含有する液体をポンプなどで昇圧して一流体ノズルに供給し、酸素を含有する気体は別のノズルから供給するのが望ましい。
2流体ノズルを使用する場合は、還元剤を含有する液体と酸素を含有する気体を2流体ノズルに各々所定の圧に昇圧して供給し、ノズルで気液を混合して炉内に注入する。2流体ノズルは液量に対して気体量が少ないほど粗粒な液滴となる。よって、空気および酸素濃度の低い排ガス6の供給量を調整することで、所望の液滴径で炉内に注入でき、還元剤と燃焼ガスの混合が促進する。
In the case of using a one-fluid nozzle, it is desirable that the liquid containing the reducing agent is pressurized with a pump or the like and supplied to the one-fluid nozzle, and the gas containing oxygen is supplied from another nozzle.
When a two-fluid nozzle is used, a liquid containing a reducing agent and a gas containing oxygen are supplied to the two-fluid nozzle by increasing the pressure to a predetermined pressure, and the gas and liquid are mixed and injected into the furnace by the nozzle. . In the two-fluid nozzle, the smaller the amount of gas with respect to the amount of liquid, the coarser the droplet. Therefore, by adjusting the supply amount of the
ところで尿素水は尿素を水に溶解した水溶液であり、安全で取り扱いが容易である。尿素水は高温場では(3)式のようにアンモニアに分解し、還元剤として作用する。 By the way, urea water is an aqueous solution in which urea is dissolved in water, and is safe and easy to handle. Urea water is decomposed into ammonia as shown in formula (3) in a high temperature field, and acts as a reducing agent.
CO(NH2)2+H2O → 2NH3 +CO2・・・・・・(3)
また、水溶液を火炉内に注入するため、水の蒸発潜熱により燃焼ガス温度が低下し、アフタエア燃焼で生成するサーマルNOxが低減し、出口NOxが低下する。
CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 (3)
Further, since the aqueous solution is injected into the furnace, the combustion gas temperature is lowered by the latent heat of evaporation of water, thermal NOx generated by after-air combustion is reduced, and the outlet NOx is lowered.
本実施例のボイラ50においても、制御装置40からの指令信号によって還元剤タンク24からアンモニア水または尿素水を供給する還元剤供給系統28に設置した流量調節弁27の開度を制御すると共に、煙道9から分岐した分岐系統19を経由して排ガス6の一部を供給する排ガス供給系統23に設置した流量調節弁22の開度、及び酸素を含んだ空気を供給する空気供給系統14に流量調節弁13の開度をそれぞれ制御することによって、NH3を前記した図3に示した範囲であるNH3の注入量が、NH3/NOxモル比で上記した0.5〜3.0の範囲、最適範囲としては1.0〜2.0の範囲となるように調節すると共に、O2を前記した図5に示した最適範囲であるO2の注入量がO2/NH3モル比で上記した0.5〜1.5の範囲となるように調節して火炉1内の還元域に注入することで、効率よく排ガス6中のNOxを低減することができる。
Also in the
また、本実施例のボイラでのNH3注入位置はアフタエアノズル3より上流側であり、未反応のNH3はアフタエア7の空気で酸化されNOxに転換するので炉外へのNH3の流出がない。よって燃焼ガス6中にアンモニアが存在しないので火炉1の下流側に配置されたエアヒータ(図示せず)の閉塞も白煙も生じない。
Further, the NH 3 injection position in the boiler of the present embodiment is upstream of the after
本実施例によれば、第1実施例のボイラと同様の効果が得られるだけでなく、さらにサーマルNOxが低減するというメリットがある。 According to this embodiment, not only the same effect as the boiler of the first embodiment can be obtained, but also there is a merit that thermal NOx is further reduced.
本実施例によれば、ボイラ火炉内に還元剤を投入しても火炉外にアンモニアが排出することを抑制して、排ガス中のNOxを確実に低減させることを可能としたボイラを実現することができる。 According to the present embodiment, even if a reducing agent is introduced into the boiler furnace, ammonia is prevented from being discharged outside the furnace, and a boiler capable of reliably reducing NOx in the exhaust gas is realized. Can do.
本発明は化石燃料の燃焼に好適なNOxを低減するボイラに適用できる。 The present invention can be applied to a boiler that reduces NOx suitable for combustion of fossil fuel.
1:火炉、2:バーナ、3:アフタエアノズル、4:還元剤注入ノズル、41、41a、41b:ノズル出口孔、42:ノズル内流体、43:ノズル用冷却水、5:バーナ部燃焼ガス、6:排ガス、7:アフタエア、8、33:熱交換器、9:煙道、10:煙突、11、16、21、26:制御信号、13、17、22、27:流量調節弁、12、20、:ブロア、15:アンモニアガスタンク、18:還元剤供給系統、23:排ガス供給系統、24:アンモニア水および尿素水タンク、25:ポンプ、30、31、32:測定箇所、L、M:最適範囲、40:制御装置、50:ボイラ、60:実験炉。 1: furnace, 2: burner, 3: after air nozzle, 4: reducing agent injection nozzle, 41, 41a, 41b: nozzle outlet hole, 42: fluid in nozzle, 43: cooling water for nozzle, 5: burner part combustion gas, 6: exhaust gas, 7: after air, 8, 33: heat exchanger, 9: flue, 10: chimney, 11, 16, 21, 26: control signal, 13, 17, 22, 27: flow control valve, 12, 20 ,: Blower, 15: Ammonia gas tank, 18: Reductant supply system, 23: Exhaust gas supply system, 24: Ammonia water and urea water tank, 25: Pump, 30, 31, 32: Measurement location, L, M: Optimal Range, 40: control device, 50: boiler, 60: experimental furnace.
Claims (8)
最上段に位置する前記バーナと前記アフタエアノズルとの間の領域の火炉の壁面に、少なくとも一つの出口孔を備えた還元剤注入ノズルを配設し、前記還元剤注入ノズルの出口孔から還元剤を含有する流体と酸素を含有する流体との混合流体を火炉内に供給するように構成したことを特徴とするボイラ。 In a boiler comprising a plurality of burners for burning fossil fuel at a theoretical air ratio or less, and an after air nozzle for supplying combustion air in the burner to the downstream side of the burner into the furnace,
A reducing agent injection nozzle having at least one outlet hole is disposed on the wall surface of the furnace in a region between the burner located at the uppermost stage and the after air nozzle, and the reducing agent is provided from the outlet hole of the reducing agent injection nozzle. A boiler configured to supply a mixed fluid of a fluid containing oxygen and a fluid containing oxygen into the furnace.
最上段に位置する前記バーナと前記アフタエアノズルとの間の領域の火炉の壁面に、複数の出口孔を備えた還元剤注入ノズルを配設し、還元剤を含有する流体及び酸素を含有する流体を、前記還元剤注入ノズルの異なる出口孔からそれぞれ火炉内に供給するように構成したことを特徴とするボイラ。 In a boiler comprising a plurality of burners for burning fossil fuel at a theoretical air ratio or less, and an after air nozzle for supplying combustion air in the burner to the downstream side of the burner into the furnace,
A reducing agent injection nozzle having a plurality of outlet holes is provided on the wall surface of the furnace in a region between the burner positioned at the uppermost stage and the after air nozzle, and a fluid containing a reducing agent and a fluid containing oxygen Is supplied to the furnace from different outlet holes of the reducing agent injection nozzle.
前記還元剤注入ノズルに供給される還元剤は、アンモニアガス、アンモニア水、又は尿素水であって、前記還元剤注入ノズルに供給する還元剤の量は、火炉内で生成する燃焼ガス中の窒素酸化物(NOx)1モルに対して0.5から3モルの範囲に設定されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 1 or claim 2,
The reducing agent supplied to the reducing agent injection nozzle is ammonia gas, ammonia water, or urea water, and the amount of the reducing agent supplied to the reducing agent injection nozzle is nitrogen in the combustion gas generated in the furnace. A boiler characterized by being set in a range of 0.5 to 3 moles per mole of oxide (NOx).
前記還元剤注入ノズルに供給される酸素を含有する流体は、空気、燃焼排ガス、又は空気と燃焼排ガスとの混合流体であって、供給する酸素の量は、供給する還元剤1モルに対して0.5から1.5モルの範囲に設定されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 1 or claim 2,
The fluid containing oxygen supplied to the reducing agent injection nozzle is air, combustion exhaust gas, or a mixed fluid of air and combustion exhaust gas, and the amount of oxygen supplied is based on 1 mol of the reducing agent supplied. A boiler characterized by being set in a range of 0.5 to 1.5 mol.
前記還元剤注入ノズルに供給される酸素を含有する流体は、空気、燃焼排ガス、又は空気と燃焼排ガスとの混合流体であって、前記還元剤注入ノズルが2流体ノズルの場合は前記流体を噴霧用の気体流体とし、供給する酸素量は、供給する還元剤1モルに対して0.5から1.5モルの範囲に設定されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 1 or claim 2,
The oxygen-containing fluid supplied to the reducing agent injection nozzle is air, combustion exhaust gas, or a mixed fluid of air and combustion exhaust gas. When the reducing agent injection nozzle is a two-fluid nozzle, the fluid is sprayed. The boiler is characterized in that the amount of oxygen to be supplied is set in the range of 0.5 to 1.5 mol with respect to 1 mol of the reducing agent to be supplied.
前記アフタエアノズルは炉の壁面に複数段配置されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 1 or claim 2,
A boiler characterized in that the after-air nozzle is arranged in a plurality of stages on the wall surface of the furnace.
前記還元剤注入ノズルに供給する還元剤を含有する流体の流量を制御して、供給する還元剤の量が火炉内で生成する燃焼ガス中の窒素酸化物(NOx)1モルに対して0.5から3モルの範囲となるように前記還元剤注入ノズルに設置した流量調節弁と、この流量調節弁の開度を調節する制御装置が設置されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 3,
By controlling the flow rate of the fluid containing the reducing agent supplied to the reducing agent injection nozzle, the amount of the reducing agent to be supplied is set to 0. 1 mol of nitrogen oxide (NOx) in the combustion gas generated in the furnace. A boiler comprising: a flow rate adjusting valve installed in the reducing agent injection nozzle so as to be in a range of 5 to 3 mol; and a control device for adjusting an opening degree of the flow rate adjusting valve.
前記還元剤注入ノズルに供給する酸素を含有する流体の流量を制御して、供給する酸素の量が供給する還元剤1モルに対して0.5から1.5モルの範囲に火炉内で生成する燃焼ガス中の窒素酸化物(NOx)1モルに対して0.5から3モルの範囲となるように前記還元剤注入ノズルに設置した流量調節弁と、この流量調節弁の開度を調節する制御装置が設置されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler according to claim 4,
By controlling the flow rate of the fluid containing oxygen supplied to the reducing agent injection nozzle, the amount of supplied oxygen is generated in the furnace in the range of 0.5 to 1.5 mol with respect to 1 mol of reducing agent supplied. The flow rate control valve installed in the reducing agent injection nozzle and the opening of the flow rate control valve are adjusted so that the range is 0.5 to 3 moles per mole of nitrogen oxide (NOx) in the combustion gas. A boiler having a control device installed therein.
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