JP2648600B2 - Solid fuel combustion method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体燃料燃焼方法に係り、特に排ガス中の未
燃分を低減するに好適な高燃料比炭を燃焼させる固体燃
料燃焼方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid fuel combustion method, and more particularly to a solid fuel combustion method for burning high-fuel-ratio coal suitable for reducing unburned components in exhaust gas.
〔従来の技術〕 固体燃料でも揮発分の少ない、いわゆる高燃料比（固
体炭素／揮発分）炭の燃焼方法として、火炉に対してバ
ーナを下向きに設置する、ウィングファーネスとよばれ
る火炉形状、さらにはアーチファイヤリングと称する燃
焼方法が多く採用されている。[Prior Art] As a method of burning so-called high fuel ratio (solid carbon / volatiles) coal, which has a low volatile content even in solid fuel, a furnace shape called a wing furnace, in which a burner is installed downward with respect to the furnace, and In many cases, a combustion method called arch firing is employed.
この火炉１の形状を第４図に示すが、第３図に示した
従来型の火炉形状と比較してみると、同じ火炉容積の場
合、火炉奥行が若干深くなっている。第３図および第４
図中、矢印τはバーナ２からの石炭粒子の軌跡であり、
火炉出口1Aまでの滞留時間を示す。なお、12は煙道であ
る。第３図と第４図を比較すると、τ０′＞τ０であ
り、明らかに第４図のアーチファイヤリングのほうが炉
内粒子滞留時間の面で有利でありる。何となれば炉内粒
子滞留時間の増加は未燃分の低減につながるからであ
る。The shape of the furnace 1 is shown in FIG. 4. Compared with the conventional furnace shape shown in FIG. 3, the furnace depth is slightly deeper for the same furnace volume. FIG. 3 and FIG.
In the figure, the arrow τ is the trajectory of the coal particles from the burner 2,
This shows the residence time up to the furnace outlet 1A. In addition, 12 is a flue. Comparing FIG. 3 with FIG. 4, τ 0 ′> τ 0 , and the arch firing shown in FIG. 4 is clearly more advantageous in terms of the particle residence time in the furnace. This is because an increase in the residence time of particles in the furnace leads to a reduction in unburned matter.
しかし、単にバーナ２を下向きにするだけでは、煙道
12に対して、石炭粒子がτ１で示すごとく煙道12へショ
ートパスする現象が生じる。これを第４図に示すが、τ
１＜τ０′となり、バーナ２を下向きに構成したことに
よるメリットはほとんどなくなる。However, simply turning the burner 2 downward does not
Against 12, the phenomenon occurs that the coal particles a short pass to the flue 12 as shown in tau 1. This is shown in FIG.
1 <τ 0 ′, and there is almost no merit due to the downward configuration of the burner 2.
石炭粒子のショートパスを防止する対策として、第５
図に示すように、バーナ２と煙道12との間にアフターエ
ア15を投入する方法が考えられる。これはバーナ２から
の石炭粒子が直接煙道12へショートパスすることを防止
するエアカーテンに相当するものである。As a measure to prevent a short path of coal particles,
As shown in the figure, a method of introducing after air 15 between the burner 2 and the flue 12 is conceivable. This corresponds to an air curtain that prevents the coal particles from the burner 2 from directly passing through the flue 12 in a short path.
しかし、この方法では、煙道12に近い場所で高濃度の
酸素（アフターエア15）を吹込むために、この酸化剤で
ある空気も直接煙道12へショートパスする現象を生じ
た。However, in this method, since high-concentration oxygen (after-air 15) is blown in a place close to the flue 12, the phenomenon that the air, which is the oxidizing agent, directly short-paths to the flue 12 occurs.
このアフターエアを投入する方法によると、石炭粒子
がショートパスする量は少なくなるが、火炉出口部での
酸素分圧が増加するために、炉内での発熱が低下し、火
炉出口部の温度が増加する等の問題点があった。さらに
この方法では対流伝熱部分においても化学反応が進行す
るが、熱交換器で急速に冷却されるために、未燃分の低
下は望めない。According to the method of introducing the after-air, the amount of coal particles to be short-passed is reduced, but the oxygen partial pressure at the furnace outlet is increased, so that the heat generation in the furnace is reduced and the temperature at the furnace outlet is reduced. However, there were problems such as an increase in Further, in this method, the chemical reaction proceeds in the convection heat transfer portion, but since the heat is rapidly cooled by the heat exchanger, a decrease in unburned portion cannot be expected.
本発明の目的は、火炉出口部分において酸素濃度を下
げるとともに、バーナからの石炭粒子が煙道に向かって
ショートパスすることを防止した固体燃料燃焼方法を提
供することにある。An object of the present invention is to provide a solid fuel combustion method in which the oxygen concentration at the furnace outlet is reduced and coal particles from the burner are prevented from short-passing toward the flue.
本発明は、火炉に対して下方に向かって配置されたバ
ーナに高燃料比炭を供給して燃焼させる固体燃料燃焼方
法において、前記バーナと火炉出口との間に燃焼排ガス
を導入して火炉幅方向全面に排ガスのカーテンを形成
し、該排ガスのカーテンによって前記バーナから噴霧さ
れる石炭粒子の排ガス煙道へのショートパスを防止し、
かつ火炉出口部分の酸素濃度を低減することを特徴とす
る。The present invention relates to a solid fuel combustion method for supplying high-fuel-ratio coal to a burner disposed downward with respect to a furnace and burning the mixture. Forming an exhaust gas curtain on the entire surface in the direction to prevent a short path to the exhaust gas flue of coal particles sprayed from the burner by the exhaust gas curtain,
In addition, the oxygen concentration at the furnace outlet is reduced.
バーナと火炉出口との間に排ガスを投入してエアカー
テンを形成した場合、排ガスは酸素濃度が10％以下であ
り、石炭燃料に対してほとんど不活性であるため、煙道
にショートパスするようなことがあっても、火炉内部で
の発熱率が低下することはなくなる。したがって、バー
ナからの石炭粒子が煙道に対してショートパスしないよ
うに排ガスによってシールし、バーナ火炎を炉底に向け
火炉容積に対して、火炎を充分有効利用することができ
る。When an exhaust gas is injected between the burner and the furnace outlet to form an air curtain, the exhaust gas has an oxygen concentration of 10% or less and is almost inert to coal fuel. In any case, the heat generation rate inside the furnace does not decrease. Therefore, the exhaust gas is sealed by the exhaust gas so that the coal particles from the burner do not short-path to the flue, and the burner flame can be directed to the furnace bottom, and the flame can be sufficiently used effectively with respect to the furnace volume.
第１図は、本発明の一実施例に用いるボイラ装置の概
略系統図である。石炭燃料はコールバンカ８に貯蔵さ
れ、定量的にミル７へ供給され、ここで粉砕された微粉
炭は微粉炭輸送管９を通ってバーナ２へ送られる。一
方、燃焼用空気は、押込通風機４で加圧され、熱交換器
６で排ガスによって予熱された後、燃焼用空気配管10を
通ってバーナ２へ燃焼用空気として送られる。微粉炭燃
料と燃焼用空気はバーナ２で混合され、バーナ２から火
炉１の下方に向かって投入される。FIG. 1 is a schematic system diagram of a boiler device used in one embodiment of the present invention. The coal fuel is stored in a coal bunker 8 and supplied quantitatively to a mill 7, where the pulverized pulverized coal is sent to a burner 2 through a pulverized coal transport pipe 9. On the other hand, the combustion air is pressurized by the forced draft fan 4, preheated by the exhaust gas in the heat exchanger 6, and sent to the burner 2 through the combustion air pipe 10 as the combustion air. The pulverized coal fuel and the combustion air are mixed by the burner 2 and injected from the burner 2 toward the lower part of the furnace 1.
一方、バーナ２から投入された微粉炭と燃焼用空気は
炉内で反応し火炎11を形成する。火炎11は、一度炉底に
まで到達した後、折り返して煙道12へ排出される。On the other hand, the pulverized coal supplied from the burner 2 and the combustion air react in the furnace to form a flame 11. After the flame 11 reaches the furnace bottom once, it is turned back and discharged to the flue 12.
燃焼用排ガスは、排ガス循環ファン５によって煙道12
から抜出され、火炉ホッパ14部にある再循環ガス投入口
13から火炉内部へ送られる系統16と、火炉最上部で、バ
ーナ２と煙道12との中間に位置する排ガス投入口３へ送
られる系統17に分けられる。Exhaust gas for combustion is supplied to a flue 12 by an exhaust gas circulation fan 5.
Gas recirculation gas inlet at 14 parts of the furnace hopper
The system is divided into a system 16 sent from the furnace 13 to the inside of the furnace and a system 17 sent to the exhaust gas inlet 3 located at the top of the furnace between the burner 2 and the flue 12.
本発明はバーナ２と煙道12との中間から排ガスを火炉
へ投入するものであるが、この場合、排ガスの投入方向
はバーナ２の方向に対して平行か、バーナ２の方向に向
かうものとする。According to the present invention, the exhaust gas is injected into the furnace from the middle between the burner 2 and the flue 12. In this case, the exhaust gas is injected in a direction parallel to the burner 2 or toward the burner 2. I do.
次に排ガス投入口３の配置例を第２図に示すが、バー
ナ２群に対して、図示するように平行に火炉幅方向に連
続して全面に配置してスリット状とするか、またはバー
ナ２に対応させてバーナ本数以上の数の排ガス投入口３
をバーナ２と煙道12との間に設けることが好ましい。Next, an example of the arrangement of the exhaust gas inlet 3 is shown in FIG. 2. The two groups of burners are arranged continuously in the furnace width direction in parallel with each other as shown in the drawing to form a slit or burner. Exhaust gas inlets 3 more than the number of burners corresponding to 2
Is preferably provided between the burner 2 and the flue 12.
図12は、図２における火炎および排ガスカーテンを示
す概念図である。図において、対向した複数のバーナ２
からの火炎11は火炉１の中央部まで到達する間に火炉幅
方向に徐々に拡大するが、バーナ取付け部近傍に火炎に
覆われない個所21が発生し、燃焼速度の遅い石炭粒子は
前記火炎に覆われない個所21から排ガス煙道12にショー
トパスし易くなるが、本発明においては、バーナ２と排
ガス煙道12との間の排ガス投入口３から（第１図および
第２図参照）排ガスが導入され、火炎11と火炉出口との
間に排ガスカーテン22が形成され、該排ガスカーテン22
によって前記火炎に覆われない個所21が火炉幅方向全面
にわたって覆われることになり、未燃石炭粒子の排ガス
煙道12へのショートパスが阻止される。火炎で覆われな
い個所21を経て排ガスカーテン22に到達した未燃石炭粒
子は、排ガスカーテン22の排ガス流に沿って火炎11の高
温部へと導かれて燃焼する。FIG. 12 is a conceptual diagram showing the flame and the exhaust gas curtain in FIG. In the figure, a plurality of opposed burners 2
Although the flame 11 gradually spreads in the width direction of the furnace while reaching the center of the furnace 1, a portion 21 not covered by the flame is generated near the burner mounting portion, and the coal particles having a low burning speed are generated by the flame. Although it is easy to make a short pass from the place 21 not covered by the flue gas to the exhaust gas flue 12, in the present invention, the exhaust gas inlet 3 between the burner 2 and the exhaust gas flue 12 (see FIGS. 1 and 2) The exhaust gas is introduced, and an exhaust gas curtain 22 is formed between the flame 11 and the furnace outlet.
As a result, the portion 21 not covered with the flame is covered over the entire surface in the furnace width direction, and a short path of unburned coal particles to the exhaust gas flue 12 is prevented. The unburned coal particles that have reached the exhaust gas curtain 22 via the portion 21 that is not covered by the flame are guided to the high-temperature portion of the flame 11 along the exhaust gas flow of the exhaust gas curtain 22, and burn.
第６図は、バーナ２と煙道12の中間に位置する排ガス
投入口３から炉内へ排ガスまたは空気を投入した場合
の、排ガス中の酸素濃度と火炉出口部における燃焼ガス
温度との関係を示したものである。FIG. 6 shows the relationship between the oxygen concentration in the exhaust gas and the combustion gas temperature at the furnace outlet when exhaust gas or air is injected into the furnace from the exhaust gas inlet 3 located between the burner 2 and the flue 12. It is shown.
排ガスの酸素濃度を21％、すなわち空気から酸素濃度
を３％にまで下げていくと（炉内における燃焼用空気は
一定）、それに応じて火炉出口ガス温度が低下すること
がわかる。これは、排ガス投入口３からの排ガスによっ
て、石炭粒子のショートパス量が減少し、火炉内部にお
ける発熱量と熱吸収量が増加したことを意味する。It can be seen that when the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced to 21%, that is, the oxygen concentration is reduced from air to 3% (combustion air in the furnace is constant), the furnace outlet gas temperature decreases accordingly. This means that, due to the exhaust gas from the exhaust gas inlet 3, the short path amount of the coal particles has decreased, and the calorific value and the heat absorption amount inside the furnace have increased.
一方、第７図は、排ガス吹込量と火炉有効利用率との
関係を示す。ここで火炉有効利用率とは、火炉容積に対
する火炎（可反応性ガスで発熱しているもの）の容積比
率で定義される。第７図から、排ガス吹込量を増加させ
ると、火炉有効利用率が増加することがわかる。On the other hand, FIG. 7 shows the relationship between the exhaust gas injection amount and the furnace effective utilization rate. Here, the furnace effective utilization rate is defined as a volume ratio of a flame (one that generates heat with a reactive gas) to a furnace volume. From FIG. 7, it can be seen that increasing the exhaust gas injection amount increases the furnace effective utilization rate.
第８図は、火炉出口からの排ガス吹込量と灰中未燃分
との関係を示す。第８図中Ａ炭としたのは、燃料比（石
炭中固定炭素／揮発分）が２以上の石炭、Ｂ炭は燃料比
が１前後の石炭であり、若干、Ｂ炭のほうが灰中未燃分
は少ないが、いずれの石炭を燃焼させても、排ガス吹込
量（投入量）に対して、灰中未燃分を最少にする最適値
が存在する。FIG. 8 shows the relationship between the amount of exhaust gas blown from the furnace outlet and unburned ash content. In FIG. 8, coal A is a coal having a fuel ratio (fixed carbon in coal / volatile matter) of 2 or more, coal B is a coal having a fuel ratio of about 1, and coal B is slightly less in ash. Although the fuel content is small, there is an optimum value for minimizing the unburned content in the ash with respect to the exhaust gas injection amount (input amount) regardless of which coal is burned.
排ガス吹込量が０の場合と排ガスを吹込んだ場合とで
は、明らかに排ガスを投入したほうが灰中未燃分が低減
する効果があることがわかる。しかし排ガスの投入量を
多すぎると、逆に灰中未燃分が増加する傾向がある（特
にＡ炭）。これは排ガス投入によるシール効果および混
合効果により、炉内に対するガス量が増加することによ
って、炉内での石炭粒子の滞留時間が低下し、未燃分の
増加が著しくなるためと思われる。It can be clearly understood that when the exhaust gas injection amount is 0 and when the exhaust gas is injected, the use of the exhaust gas clearly has an effect of reducing the unburned portion in the ash. However, if the amount of the exhaust gas is too large, the unburned matter in the ash tends to increase (particularly, coal A). This is presumably because the amount of gas in the furnace increases due to the sealing effect and the mixing effect due to the exhaust gas input, so that the residence time of the coal particles in the furnace decreases and the unburned content increases significantly.
本発明の他の実施例を第９図に示す。本実施例は、従
来形式のエアカーテン方式に加えて、排ガス投入口３を
アフターエア投入口15と煙道12との間にスクリーン状に
投入するようにしたものである。アフターエア投入口15
からのエアカーテンは２段燃焼効果、すなわちバーナ２
のバーナポートからの燃焼用空気量を低下させ、石炭粒
子の速度と燃焼用空気との混合をおくらせることによ
り、火炎の安定化と低NOx化を図るものである。高燃料
比炭の場合は、バーナ２の保炎の安定化が主目的とな
る。この実施例の効果として、火炎の安定化と低未燃分
化、さらには低NOx化も図れることが挙げられる。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, in addition to the conventional air curtain system, the exhaust gas inlet 3 is inserted between the after-air inlet 15 and the flue 12 in a screen shape. After air inlet 15
Air curtain from the two-stage combustion effect, namely burner 2
By reducing the amount of combustion air from the burner port and mixing the velocity of the coal particles with the combustion air, the flame is stabilized and the NOx is reduced. In the case of high fuel ratio coal, the main purpose is to stabilize the flame holding of the burner 2. The effects of this embodiment include the stabilization of the flame, the low unburned differentiation, and the reduction of NOx.
さらに第10図は、火炉に対してバーナ２の角度をやや
下向きに設定した場合の炉内ガス流れを示す。この場
合、炉内ガスの主流はバーナ２が配置された側壁側に沿
って上昇するが、このような流れの場合、多量の石炭粒
子群が煙道12にショートパスするために、排ガス投入口
３からの排ガスによるシール効果が一段と効果的にな
る。また、第11図は、片面燃焼の場合であるが、この場
合も同様な効果が期待できる。Further, FIG. 10 shows the gas flow in the furnace when the angle of the burner 2 is set slightly downward with respect to the furnace. In this case, the main flow of the in-furnace gas rises along the side wall on which the burner 2 is arranged. In such a flow, since a large amount of coal particles short-pass to the flue 12, the exhaust gas inlet The sealing effect by the exhaust gas from 3 becomes more effective. FIG. 11 shows the case of single-sided combustion, but the same effect can be expected in this case as well.
本発明によれば、微粉炭が、煙道へショートパスする
ことが防止でき、また火炉内での滞留時間が増加するた
めに、高燃料比炭のように、比較的燃焼速度の低い石炭
を高効率で燃焼させることができる。According to the present invention, pulverized coal can be prevented from being short-passed to the flue and the residence time in the furnace increases, so that coal having a relatively low combustion rate, such as high-fuel-ratio coal, is used. It can be burned with high efficiency.
第１図は、本発明の一実施例を示すボイラ装置の概略系
統図、第２図は、本発明の一実施例を示すボイラ装置の
バーナと排ガス投入口の配置状態を示す斜視図、第３図
は、従来型対向燃焼炉における、バーナからの粒子軌跡
を示す火炉側面図、第４図は、従来型アーチファイヤリ
ング方式の火炉における、主バーナからの粒子軌跡を示
す側面図、第５図は、アーチファイヤリング方式の火炉
に対して、シールエアを投入した場合の概念図、第６図
は、シールエアに、排ガスを循環した場合の火炉出口ガ
ス温度と、吹込ガスのO2分圧との関係を示す図、第７図
は、排ガス吹込量と火炉有効利用率との関係を示す図、
第８図は、排ガス吹込量と灰中未燃分との関係を示す
図、第９図、第10図、第11図は、本発明のその他の実施
例を示すボイラ装置の概念図、第12図は、本発明におけ
る火炎と排ガスカーテンとの関係を示す概念図である。 １……火炉、２……バーナ、３……排ガス投入口、６…
…熱交換器、７……ミル、８……コールバンカ、９……
微粉炭輸送管、10……燃焼用空気配管、11……火炎、12
……煙道、13……GR投入口、14……ホッパ、15……アフ
ターエア。FIG. 1 is a schematic system diagram of a boiler apparatus showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement state of a burner and an exhaust gas inlet of the boiler apparatus showing one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a furnace side view showing a particle trajectory from a burner in a conventional opposed combustion furnace. FIG. 4 is a side view showing a particle trajectory from a main burner in a conventional arch firing type furnace. The figure is a conceptual diagram when the seal air is supplied to the furnace of the arch firing type, and FIG. 6 is the furnace outlet gas temperature when the exhaust gas is circulated to the seal air, and the O 2 partial pressure of the blown gas. FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an exhaust gas injection amount and a furnace effective utilization rate,
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the amount of exhaust gas blown and the unburned matter in the ash. FIGS. 9, 10, and 11 are conceptual diagrams of a boiler device showing another embodiment of the present invention. FIG. 12 is a conceptual diagram showing a relationship between a flame and an exhaust gas curtain in the present invention. 1 ... furnace, 2 ... burner, 3 ... exhaust gas inlet, 6 ...
... heat exchanger, 7 ... mill, 8 ... coal bunker, 9 ...
Pulverized coal transport pipe, 10… Combustion air pipe, 11… Fire, 12
... flue, 13 ... GR inlet, 14 ... hopper, 15 ... after-air.
Claims (1)
ーナに高燃料比炭を供給して燃焼させる固体燃料燃焼方
法において、前記バーナと火炉出口との間に燃焼排ガス
を導入して火炉幅方向全面に排ガスのカーテンを形成
し、該排ガスのカーテンによって前記バーナから噴霧さ
れる石炭粒子の排ガス煙道へのショートパスを防止し、
かつ火炉出口部分の酸素濃度を低減することを特徴とす
る固体燃料燃焼方法。In a solid fuel combustion method for supplying high-fuel-ratio coal to a burner disposed downwardly with respect to a furnace and burning it, a combustion exhaust gas is introduced between the burner and a furnace outlet. An exhaust gas curtain is formed on the entire width direction to prevent a short path to the exhaust gas flue of coal particles sprayed from the burner by the exhaust gas curtain,
A solid fuel combustion method characterized by reducing the oxygen concentration at the furnace outlet.
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| JP62286899A JP2648600B2 (en) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | Solid fuel combustion method |
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| JP62286899A JP2648600B2 (en) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | Solid fuel combustion method |
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-
1987
- 1987-11-13 JP JP62286899A patent/JP2648600B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH01127807A (en) | 1989-05-19 |
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