JP2647461B2

JP2647461B2 - 熱焼装置

Info

Publication number: JP2647461B2
Application number: JP63267283A
Authority: JP
Inventors: 清一 ▲高▼橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JPH02115603A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、産業用ボイラや化学工業装置等に使用され
る燃焼装置、殊に予燃焼炉付きの燃焼装置に関する。

従来の技術ガス化二段燃焼装置並びにその燃焼方法の既存の技術
として、特公昭58−7884号に開示されているものがあ
る。

即ち、第５図に示すように、この燃焼装置は大略、予
燃焼炉（室）01、還元室02、主燃焼炉（室）03及び燃焼
器04から構成されている。

燃焼器04内にはバーナ05、保炎器06、旋回羽根07を設
け、このバーナ05の周囲に一次空気口08が開口してい
る。

そして、この燃焼器04後流に耐火材09で覆われた予燃
焼炉01を形成し、その更に後流に還元室02及び主燃焼炉
03を配設している。

また、還元室02後流部周壁には二次空気口（ノズル）
010を設けており、その周壁内部に冷却伝熱面011を形成
している。

更に、この還元室02出口にはミキシング機能を有する
仕切板012を配設している。

このような構成により、一次空気口08から供給された
論理空気量以下の一次空気ａ（又は一次空気と不活性ガ
スの混合気体）の雰囲気の下で、空気不足でも十分燃焼
温度の上昇する、予燃焼炉（室）01の内部で一次燃焼を
行う。

なお、図中、符号ｂは一時燃焼炎、ｂ′は反転燃焼ガ
ス、及びｃは燃料を夫々示す。

その後還元雰囲気の下で、空気不足のため生じた未燃
焼料ｃ′をガス化させ、予燃焼炉01に連通する還元室02
内で一次燃焼におけるNOx（窒素酸化物）の還元を促進
する。

そして、その還元室02の二次空気口010から二次空気
ａ′（又は二次空気と不活性ガスの混合気体）をこの段
階で吸込むことにより、その後流に配置した主燃焼炉03
内で完全燃焼を行い、NOxの発生を抑制する。

このことにより高負荷燃焼の下でもNOx濃度を著しく
低減できるようにしている。

発明が解決しようとする課題ところが、バーナ05から噴霧される燃料ｃが少ない場
合、形成される燃焼火炎ｂの火炎長さが短いため、前述
の如き二次空気口010付近の温度が殊に低下する。

この現象により二次空気ａ′を二次空気口010を設け
た還元室02後流部周壁の位置から供給すると、未燃分が
増加したり、発煙する不都合が生じる。

また、その温度が燃焼を保つための範囲よりも低下し
過ぎると、二段燃焼として本来のNOx濃度を低減するこ
とができなくなる。

課題を解決するための手段本発明は、このような従来技術の課題を解決するため
に、NOx低減のために耐火材で覆われた予燃焼炉に理論
空気量以下の一次空気を供給し、かつ前記予燃焼炉に連
通する主燃焼炉に二次空気を供給する燃焼装置におい
て、前記予燃焼炉の入口側には一次空気の一部を予燃焼
炉内に供給する一次空気口を有する燃焼器を設け、また
前記予燃焼炉の上流側周壁には残りの一次空気を予燃焼
炉内に供給する複数組の一次空気ノズル及び二次空気の
一部を予燃焼炉内に供給する少なくとも１組の二次空気
ノズルを前記燃焼器側から後流にかけて順に設け、更に
前記予燃焼炉の後流側出口には残りの二次空気を前記主
燃焼炉内に供給する二次空気ノズルを設けたものであ
る。

このような手段によれば、予燃焼炉に複数組の一次、
二次空気ノズルを設けるので、燃焼量の増減に応じて各
一次、二次空気の供給量を調整することができず、ま
た、該一次、二次空気ノズルを組合せて使用する（使い
分ける）ことにより燃焼火炎の火炎長さに対応した空気
量の供給及び良好な燃焼を行うことができる。

実施例以下第１〜４図を参照して、本発明の一実施例につい
て詳述する。

なお、これらの図において、便宜上各一次、二次空気
を区別するためにその空気量を記号a,a′で示し、また
一次空気系の供給用空気口及びノズルの夫々から噴出す
る空気量を夫々記号an（ｎ＝1,2,…）で示し、二次空気
系の供給用ノズルの夫々から噴出する空気量を夫々記号
ａ′ｎ（ｎ＝1,2,…）で示すこととする。更に図中には
一つの例として予燃焼炉内に複数の空気ノズルの組数が
夫々、一次空気口２とは別に一次空気ノズル3a,3bの２
組、及び二次空気ノズル4a,4bの２組ずつ配置される場
合を示す。ただし、本実施例によれば、これらの組数は
通常使用される場合であって、これだけに限定されるも
のではなく燃焼量や燃焼火炎の火炎長さによってその組
数を増加することはもちろん良い。

しかして本考案によれば、第１図に示すように耐火材
５で覆われた予燃焼炉１の入口側には、燃料油ｃを予燃
焼炉１に噴霧するバーナ６と、このバーナ６の周囲に理
論空気量以下の一次空気ａ（不活性ガスとの混合体も含
む）の一部ａを予燃焼炉１内に供給する一次空気口２と
からなる燃焼器７が配置されている。なお、図中、符号
８はスワラーを示す。

そして、予燃焼炉１の上流側周壁には適当な間隔をお
いて残りの一次空気a₂＋a₃（＝ａ−a₁）を段階的に供給
する（複数組の）一次空気ノズル3a,3b、及び二次空気
ａ′の一部ａ′_１を供給する二次空気ノズル4aが燃焼器
７側から後流にかけて順に配置されている。

また、この予燃焼炉１後流側出口、厳密にはその後流
側に配置する主燃焼炉９との連通部において、耐火材製
のその内部に二次空気ａ′_２（＝ａ′−ａ′_１）の供給
通路10を介して二次空気ノズル4bが穿設されると共に、
燃焼ガス（図示せず）のミキシング機能を有する環状の
仕切板８が介在している。

この場合、前記二次空気ノズル4bの噴射角度は主燃焼
炉９方向に内向きに設定されるが、本実施例によれば前
述の如く燃焼量、火炎長さ等の点から予燃焼炉１の容量
が大きいときには、その二次空気ノズル4bの設定位置は
予燃焼炉１内の後流とされても良い。

一方、これらの一次、二次空気ノズル3a,3b,4a,4bへ
の各空気a,a′の送給は、予燃焼炉１の外部に設けた空
気供給調整装置（図示せず）の配分（振り分け）並びに
空気量調整により行う。

次にその作用について説明する。

予燃焼炉１を使用する低NOx燃焼では、原理的に一次
空気ａで主に高温還元雰囲気を作り、低NOx化させる。
続いて二次空気ａ′で燃焼完結させ発煙を防止する。

ところが従来の場合、前述した如く燃焼量が所定の値
より少なくなる時には、火炎が短いので、従来の二次空
気ノズルの位置では火炎温度が低く、そのまま二次空気
を供給するとその二次空気の供給を行う周囲の温度が下
がり逆に発煙する。

そこで本実施例によれば二次空気ノズル4a,4bを予燃
焼炉１側に移設して火炎温度が下がり過ぎない範囲内で
二次空気ａ′を供給できるので、発煙せず燃焼を完結さ
せることが可能である。

即ち、燃焼量の増減に応じて各一次、二次空気a,a′
の供給量を調整すると共に、各一次空気口２、一次空気
ノズル3a,3b又は二次空気ノズル4a,4bのいずれかを組合
わせて使用することにより、最適な燃焼状態となる。

以下一次、二次空気a,a′供給の調整について第２〜
４図に基づいて具体的に説明すると、第２図は全一次空
気量ａ、つまり一次空気口２、及び２組の一次空気ノズ
ル3a,3bから供給する空気量ａ＝a₁＋a₂＋a₃と燃焼量
［％］との関係を示し、第３図は全二次空気量、つまり
二次空気ノズル4a,4bから供給する空気量ａ′＝ａ′_１
＋ａ′_２と燃焼量［％］との関係を示す。

また、第４図は夫々、（イ）：（一次空気口２におけ
る一次空気a₁）／（全一次空気量ａ）、（ロ）：（一次
空気ノズル3aにおける一次空気a₂）／（全一次空気量
ａ）、（ハ）：（一次空気ノズル3bにおける一次空気
a₃）／（全一次空気量ａ）、及び（ニ）：（二次空気ノ
ズル4aにおける二次空気量ａ′_１）／（全二次空気量
ａ′）と、燃焼量［％］との関係を示す。

さて、第２図において、全一次空気量ａは燃焼中は常
時、予燃焼炉１中に投入されることとなるが、燃焼火炎
の長さが最大、換言すれば燃焼量が100％の状態から燃
焼量が漸次低減して行く場合を考えたときに、前記全一
次空気量ａ＝a₁＋a₂＋a₃はその燃焼量の低減に応じて10
0％供給から漸次減少するよう、空気供給装置により調
整が図られる。

ただし、この場合、燃焼量が25％以下の範囲内では炉
内圧との関係から全一次空気量ａの値が25％前後で一定
としておく。

一方、第３図において、前記使用状態の下で全二次空
気量ａ′は、全一次空気量ａと共に同時に燃焼量の低減
に応じて漸次減少するよう、調整が図られる。

ただし、この場合、燃焼量が25％以下の範囲内ではや
はり炉内圧及び燃焼火炎の火炎長さとの関係から全二次
空気量ａ′の値は不連続的に決める。すなわち、第３図
はａ′＝０％の例を示すが、炉内圧が維持されないと燃
焼ガスが下流に流れず、燃焼不安定になることから、炉
内圧維持のためａ′＝10％、20％程度で一定にする場合
がある。

しかして、これら第２及び３図に示した全一次、二次
空気量a,a′を全量投入して燃焼量の変化のみに対応さ
せて調整しても、当然のことながら良好の燃焼状態が得
られるわけではなく、そこで第４図に示すように、殊に
予燃焼炉１内においては燃焼火炎ｂの火炎長さに対応し
て、段階的に一次、二次空気ノズル3a,3b,4a,4bを使用
してその空気量a,a′の調整がなされる必要がある。

まず、図中（イ）、（ロ）について燃焼量が100〜50
％の範囲では、一次空気口２、一次ノズル空気3aを組合
せて用い、従ってa₁＋a₂のみで高温還元燃焼させる。

このとき、火炎ｂは十分長く形成されているので、仕
切板８に設けた二次空気ノズル4bからの二次空気ａ′_２
で燃焼を完結させることができる。なお、a₁は燃焼量が
100〜０％の全範囲で供給されることは云うまでもな
い。

次に、図中（ハ）について燃焼量が50〜25％の範囲で
は、形成される火炎ｂは短くなるので、前記（ロ）の一
次空気a₂を止め、その代わりに一次空気ノズル3bからの
一次空気a₃をa₁と共に使用することにより、燃焼時間を
遅らせて火炎ｂを長くする。

すなわち、燃焼量が50〜25％で火炎ｂが短くなる場合
において、前述した燃焼量が100〜50％の場合と同様に
一次空気ノズル3aから一次空気a₂を吹き込んだ場合に
は、この一次空気a₂が吹き込まれる所は火炎断面の平均
温度が約800℃以上の所であることから、この一次空気a
₂の供給でO₂と火炎中のCO、ハイドロカーボンなどの反
応が活発化して、燃焼が促進し、火炎が短炎化するもの
であるが、この一次空気a₂を止め、その代わりに後流の
一次空気ノズル3bから一次空気a₃を吹き込むことによ
り、この一次空気a₃が吹き込まれる所は火炎断面の平均
温度が約800℃以下の所であることから、この一次空気a
₃は火炎を冷却し、反応温度が下がるので、CO、ハイド
ロカーボンなどの燃焼速度が低下し、火炎が長炎化する
ものである。

このとき、二次空気ノズル4bの位置（第１図参照）か
ら二次空気ａ′_２を供給しても、その空気ａ′_２で十分
に低NOx燃焼を完結させることができる。

更に、図中（ニ）について燃焼量が25％以下の範囲で
は、形成される火炎ｂは非常に短いので、前記（ハ）の
一次空気a₃を止めてa₁のみを使用し、また二次空気も
ａ′_２を止めてａ′_１のみを使用することにより、低NO
x燃焼を確実に完結させることができる。

すなわち、燃焼量が25％以下で二次空気ノズルの位置
を変更して二次空気を吹き込むのは、前述した一次空気
と同様に、二次空気の吹き込み位置により火炎を短炎化
し、この火炎短炎化促進効果でCOや未燃カーボン低減が
認められる場合があるからであり、前記（ニ）はその例
で、この際には低NOx燃焼効果も得られる。

発明の効果以上詳述したように、本発明によれば、燃焼量が減少
して燃焼火炎の火炎長さが短くなり、仮に予燃焼炉後流
側の出口の二次空気ノズル付近の温度が低下したとして
もその火炎長さに対応して予燃焼炉内上流側に配置した
他の二次空気ノズルに容易に切替えて、短炎の長さの範
囲内で一次空気と共に連続的に二次空気を供給すること
が可能となるため、よって燃焼量の減少に関係なく未燃
分や発煙のない燃焼完結が図れ、低NOx化を増進するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃焼装置の一例を示す概略構造断
面図、第２図は全一次空気量と燃焼量との関係を示す
図、第３図は全二次空気量と燃焼量との関係を示す図、
第４図は主に燃焼火炎の火炎長さに対応して段階的に使
用する各一次又は二次空気ノズルから供給される一次、
二次空気量と燃焼量との関係を示す図、第５図は従来の
燃焼装置を示す概略構造断面図である。１……予燃焼炉、２……一次空気口、3a,3b……各一次
空気ノズル、4a,4b……各二次空気ノズル、５……耐火
材、９……主燃焼炉、a,a₁〜a₃……各一次空気（量）、
ａ′,a′₁,a′_２……各二次空気（量）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】NOx低減のために耐火材で覆われた予燃焼
炉に理論空気量以下の一次空気を供給し、かつ前記予燃
焼炉に連通する主燃焼炉に二次空気を供給する燃焼装置
において、前記予燃焼炉の入口側には一次空気の一部を
予燃焼炉内に供給する一次空気口を有する燃焼器を設
け、また前記予燃焼炉の上流側周壁には残りの一次空気
を予燃焼炉内に供給する複数組の一次空気ノズル及び二
次空気の一部を予燃焼炉内に供給する少なくとも１組の
二次空気ノズルを前記燃焼器側から後流にかけて順に設
け、更に前記予燃焼炉の後流側出口には残りの二次空気
を前記主燃焼炉内に供給する二次空気ノズルを設けたこ
とを特徴とする燃焼装置。