JP2667607B2 - 低noxボイラの構造 - Google Patents

低noxボイラの構造

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JP2667607B2
JP2667607B2 JP4097397A JP9739792A JP2667607B2 JP 2667607 B2 JP2667607 B2 JP 2667607B2 JP 4097397 A JP4097397 A JP 4097397A JP 9739792 A JP9739792 A JP 9739792A JP 2667607 B2 JP2667607 B2 JP 2667607B2
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征矢 伊藤
親利 蔵田
浚平 野添
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脱硝装置を備えること
なく、極めて低いNOX 排出値を得ることができるボイ
ラの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃焼に伴って排出される環境汚染物質の
中のNOX は、通常NOとNO2 の両者を合わせた総称
として用いられ、その低減対策には多大の努力が払われ
て来ており、2段燃焼や燃焼ガス再循環等に代表される
新技術が実用に供されてきた。これらの技術は単独で用
いられるよりも組み合わせ技術として使用されるケース
が多く、いずれもNOX の発生量が燃焼領域における0
2 分圧や燃焼温度に強く依存することに着目したもので
ある。即ち、主燃焼領域であるバーナゾーン部を理論空
気比以下の還元状態に保ち火炎のピーク温度を押さえる
ように緩やかに燃焼させてNOX の生成量を抑制した
上、バーナゾーン部で発生する未燃分を別途に供給した
空気によって燃焼させて完全燃焼を期するほか、燃焼用
空気に燃焼ガスの一部を再循環によって混入させて02
分圧を下げた空気をバーナに導入させ、緩慢燃焼によっ
て火炎温度を下げることによりNOX 排出量を低下させ
るものである。
【0003】図5は上記従来技術を具備したボイラ設備
の空気および燃焼ガスの系統を示す図である。図5にお
いて、51は燃焼室、52はバーナ、53は押し込みフ
ァン、54は燃焼ガス、55は燃焼用空気、56はガス
混合ファン、57は1次ガス、58は2次ガス、59は
2段燃焼用ファン、60は2段燃焼用空気、61は1次
空気、62は2次空気、63はスチームエアヒータ、6
4はガスエアヒータである。
【0004】図5において、押し込みファン53から送
出される燃焼用空気55は、スチームエアヒータ63お
よびガスエアヒータを通じて昇温したのち燃焼用の1次
空気61および2次空気62としてバーナ52に送られ
るほか、2段燃焼用ファン59を通じて昇圧されたのち
2段燃焼用空気として2段燃焼用空気ノズル65から燃
焼室51内に送入される。
【0005】一方、燃焼室51から排出される燃焼ガス
54の大部分はガスエアヒータ64において燃焼用空気
55と熱交換を行ったのち排出されるが、その内の一部
はガス混合ファン56を通じて昇圧されたのち燃焼用の
1次空気61および2次空気62内に混入されて燃焼用
空気55の酸素分圧を下げてそれぞれバーナ52に送ら
れる。これによって燃焼室51内の燃焼は緩慢になり、
火炎温度が低下してNOX 排出量が低減される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
においても独立した脱硝装置を設けることなく、燃焼技
術の改善によって排出されるNOX 量を低減することが
可能であった。しかしながら上記従来の技術においては
ボイラから排出される排ガスの一部を循環することに伴
って排ガス循環ファンおよびガスダクトが必要になるこ
と、排ガス循環分だけボイラの容量が大きくなること、
循環ファンの動力費(ランニングコスト)が増加するこ
とおよびNOX の低減率が少ないこと等の不具合を有す
るもであった。
【0007】本発明はこのような情勢に鑑みてなされた
もので、簡潔な構成によって排ガス中のNOX 値を極め
て低い値に維持するとともに、設備費およびランニング
コストを低減する低NOX ボイラの構造を提供すること
を目的としている。
【0008】上記の目的は、前記特許請求の範囲に記載
された低NOX ボイラの構造によって達成される。すな
わち、縦型で一体型の燃焼室を有し、油またはガスを燃
料とし、燃焼ガスの燃焼室への再循環を行うことなくN
X の生成量の抑制を図るボイラの構造であって、燃焼
室内部の上下方向中間部に、燃焼室水平断面積を20〜
50%減少させる絞り部を形成させて燃焼室内部を上下
方向に2つに区分し、前記絞り部よりも燃焼ガス上流側
の燃焼室底部側を高温燃焼ゾーンとし、前記絞り部より
も燃焼ガス下流側を2段燃焼用空気ノズルを備えた水冷
壁構造の2段燃焼ゾーンとし、バーナは上記高温燃焼ゾ
ーンのみに配設し、高温燃焼ゾーンは上記バーナの燃焼
室内側開口部を除いた冷却壁表面を含む全周壁表面と、
炉底部と、上方に設けられている絞り部の高温燃焼ゾー
ン側に面する側の冷却壁表面を含む全面に耐火材を貼設
し、高温燃焼ゾーン内において投入された油又はガス等
の燃料を平均約1500℃の高温の還元雰囲気において
燃焼させ、生成されたフューエルNOX およびサーマル
NOX の大部分をN2 に熱分解し、2段燃焼ゾーンにお
いて、高温燃焼ゾーンから流入する燃焼ガス中に未燃分
燃焼用空気を送入して燃焼を完結させ得るようにしたも
のである低NOX ボイラの構造である。以下本発明の作
用等について実施例に基づいて説明する。
【0009】
【実施例】図1〜4は、本発明に基づく低NOX ボイラ
の実施例を示す図で、図1は縦型のボイラ燃焼室の縦断
面図、図2は図1のボイラ燃焼室の斜視図、図3は図1
〜2の燃焼室内における燃焼ガスの速度分布をシミュレ
ーションによって求めた図、図4は図1〜2の燃焼室内
における温度分布をシミュレーションによって求めた図
である。
【0010】図1〜4において、1は高温燃焼ゾーン、
2は2段燃焼ゾーン、3は絞り部、4はバーナ、5は耐
火材、6は2段燃焼用空気ノズル、7は蒸気過熱器、8
はバーナ部、9は2段燃焼用空気吹き込み部、10は蒸
気過熱器部である。
【0011】油またはガスを燃焼するバーナ4取り付け
部に高温燃焼ゾーン1を形設する。該高温燃焼ゾーン1
は炉内側全面に約2000℃の炉内温度に対応させるた
めに耐火材5を貼設する。高温燃焼ゾーン1の燃焼ガス
流出部には絞り部3を形成させ、燃焼ガス通過部断面積
を高温燃焼ゾーン1のガス通過断面積よりも20〜50
%程度絞る。また前記絞り部3の燃焼ガス流入側の炉内
に面する側はすべて高温燃焼ゾーン1と同様に耐火材を
貼設し、熱伝達によって高温燃焼ゾーン1内の温度が低
下しないようにする。
【0012】絞り部3の上方には従来の燃焼室と同様の
水冷壁構造からなる2段燃焼ゾーン2を形設する。該2
段燃焼ゾーン2の上方には蒸気過熱器7が配設され、ま
た側壁には高温燃焼ゾーン1から排出される燃焼ガス中
に含まれる未燃分を燃焼させるための空気を供給する2
段燃焼空気ノズル6を単段あるいは複数段配設する。
【0013】以下、燃料に油を使用した場合について説
明する。まずバーナ4に供給された油は空気過剰率0.
7程度の燃料過濃の状態で高温燃焼ゾーン1内で燃焼さ
れる。高温燃焼ゾーン1の内面は2段燃焼ゾーン2の開
口部を除いて全面が耐火材5によって覆われていること
により燃焼室内部は平均約1500℃の高温に保持され
る。
【0014】このような条件下においては、先ず燃料中
のN分の酸化に基づくフューエルNOX と、大気中のN
分酸化に基づくサーマルNOX とが生成されるが、高温
燃焼ゾーン1内が高温還元雰囲気中であることによりそ
の大部分は分解してN2 となるほか、その一部はNH3
(アンモニア)あるいはHCN(シアン)等の有機窒素
化合物の形で存在する。
【0015】これらNH3 あるいはHCNはO2 と反応
して可燃分が燃焼し、フューエルNOX を発生するもの
の燃焼室内酸素濃度が低く保たれていることによりその
転換率は低く抑えられるほか、生成されたNOX は更に
高温還元雰囲気内に保持されることによりN2 に熱分解
される。
【0016】高温燃焼ゾーン1から流出した燃焼ガス
は、絞り部3を通じて前記構造からなる2段燃焼ゾーン
2に流入する。2段燃焼ゾーン2内に流入した燃焼ガス
は2段燃焼用空気ノズル6から送入される燃焼用空気と
接触してガス中の未燃分の燃焼を完結させ、蒸気過熱器
部10を通じて燃焼室から流出する。
【0017】図3は図1〜2に示す燃焼室においてバー
ナに対向バーナを使用し、2段燃焼用空気吹き込み部を
バーナと同じ側の壁面に取設した場合の高温燃焼ゾーン
1および2段燃焼ゾーン2部における燃焼ガスの速度分
布のシミュレーション結果である。同図において各矢印
の長さは速度の大きさを示しており、図において高温燃
焼ゾーン1内においては燃焼ガスは室内を均等に充満し
て流れ、2段燃焼ゾーン2内においては蒸気過熱器部1
0の下部のノーズの影響によってやや前壁寄りに流れて
いるものの、2段燃焼用空気吹き込み部9から流入する
空気と十分に接触しながら燃焼室から流出している様子
が見られる。
【0018】図4は同じく図1〜2に示す燃焼室におい
て油を燃焼した際の各燃焼ゾーン内温度分布のシミュレ
ーション結果で、同図から高温燃焼ゾーン1内において
は約1800℃の高温域が広く分布し、2段燃焼ゾーン
2内においてはノーズの下部付近に2段燃焼用空気の吹
き込みによって低温の領域が存在するが、全体的には略
均一な温度の分布を見ることが出来る。
【0019】
【発明の効果】このように本発明によれば上記実施例に
おいて説明したように、特に脱硝装置や燃焼ガス再循環
装置等を備えることなく、燃焼室の構成の工夫のみによ
って、例えば一般の中型ボイラの場合、従来技術におい
て約150ppm前後であったNOX (O2 =4%換
算)値を、およそ100ppm以下にまで低減すること
を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく縦型のボイラ燃焼室の縦断面図
である。
【図2】図1のボイラ燃焼室の斜視図である。
【図3】図1〜2の燃焼室内における燃焼ガスの速度分
布をシミュレーションによって求めた図である。
【図4】図1〜2の燃焼室内における温度分布をシミュ
レーションによって求めた図である。
【図5】従来技術の例である。
【符号の説明】
1 高温燃焼ゾーン 2 2段燃焼ゾーン 3 絞り部 4 バーナ 5 耐火材 6 2段燃焼用空気ノズル 7 蒸気過熱器 8 バーナ部 9 2段燃焼用空気吹き込み部 10 蒸気過熱器部 51 燃焼室 52 バーナ 53 押し込みファン 54 燃焼ガス 55 燃焼用空気 56 ガス混合ファン 57 1次ガス 58 2次ガス 59 2段燃焼用ファン 60 2段燃焼用空気 61 1次空気 62 2次空気 63 スチームエアヒータ 64 ガスエアヒータ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 縦型で一体型の燃焼室を有し、油または
    ガスを燃料とし、燃焼ガスの燃焼室への再循環を行うこ
    となくNO X の生成量の抑制を図るボイラの構造であっ
    て、 燃焼室内部の上下方向中間部に、燃焼室水平断面積を2
    0〜50%減少させる絞り部を形成させて燃焼室内部を
    上下方向に2つに区分し、 前記絞り部よりも燃焼ガス上流側の燃焼室底部側を高温
    燃焼ゾーンとし、 前記絞り部よりも燃焼ガス下流側を2段燃焼用空気ノズ
    ルを備えた水冷壁構造の2段燃焼ゾーンとし、 バーナは上記高温燃焼ゾーンのみに配設し、 高温燃焼ゾーンは上記バーナの燃焼室内側開口部を除い
    た冷却壁表面を含む全周壁表面と、炉底部と、上方に設
    けられている絞り部の高温燃焼ゾーン側に面する側の冷
    却壁表面を含む全面に耐火材を貼設し、 高温燃焼ゾーン内において投入された油又はガス等の燃
    料を平均約1500℃の高温の還元雰囲気において燃焼
    させ、生成されたフューエルNO X およびサーマルNO
    X の大部分をN 2 に熱分解し、 2段燃焼ゾーンにおいて、高温燃焼ゾーンから流入する
    燃焼ガス中に未燃分燃焼用空気を送入して燃焼を完結さ
    せ得るようにしたものである ことを特徴とする低NOX
    ボイラの構造。
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