JP3473702B2 - エアポートの運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低ＮＯｘ燃焼ボイラ火
炉に係わり、特に能率良く排ガス中のＮＯｘ濃度を低減
するに有効なエアポートの運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の事業用ボイラは排ガス中に含まれ
る有害なＮＯｘを低減するために、燃焼炉の後流側に脱
硝装置を設けているが、加えて低ＮＯｘ燃焼法を用い
て、火炉内で発生するＮＯｘ量を抑えているのが一般的
である。低ＮＯｘ燃焼法には排ガス再循環をするかまた
は二段燃焼法を火炉で行う方法と、バーナに低ＮＯｘバ
ーナを用いる方法との二つがあるが、最近ではこれらを
併用している例が多い。

【０００３】図４に代表的な出力３００ＭＷの微粉炭燃
焼火炉の概略図を示す。水壁で構成された火炉１には３
段の低ＮＯｘバーナ２と、２段のエアポート３とがそれ
ぞれ４列前後壁に対向して取り付けられている。低ＮＯ
ｘバーナ２では空気比（空気量／理論空気量）を０．８
程度で燃焼させ、エアポート３でその不足分の空気を吹
き込み、最終の空気比が約１．２程度の空気過剰の状態
にして完全燃焼を行わせる。

【０００４】２段燃焼法では排ガス中のＮＯｘ濃度は図
５に示したようにバーナ空気比の減少と共に低くなる性
質があるので、バーナ空気比を変化させてＮＯｘ濃度の
調整を行う。これは、エアポート３の段数が１段でもあ
っても２段であっても同じである。次に、２段燃焼を行
う火炉１では図６に示したように、最上段のバーナ２と
エアポート３間の距離が長くなるほどＮＯｘ濃度は低く
なる傾向を有している。図４に示した２段エアポート３
はこの現象を利用したもので、ＮＯｘ濃度を下げたい場
合には上段のエアポート３の空気量を増やし、逆にＮＯ
ｘ濃度は上がっても未燃分を下げたい場合には下段のエ
アポート３の空気量を増やすように使い分ける。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ボイラ
の低ＮＯｘ燃焼法としての２段燃焼法はＮＯｘの発生量
を低減するのに有効な方法である。しかし、反面、排ガ
ス中の未燃分が増加したり、ＮＯｘ濃度が計画値ほど下
がらない等の問題を残している。この理由を図７で説明
する。図７は図４の火炉１内における流れの様子を示し
た側断面で、実物を１／３０に縮小した水流模型実験で
観察した結果を基にしている。

【０００６】図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれそれ
バーナ空気比が０．９、０．８、０．７の時の気体の流
れの様子を示している。また、火炉１の前壁４と後壁５
にそれぞれバーナ２とエアポート３が配置されており、
エアポート３は上段エアポート１０と下段エアポート１
１からなっている。ここで、図７（ｂ）は計画通りの運
転状態におけるもので、エアポート３の噴流は火炉１の
中央までほとんど湾曲せずに到達している。この場合、
排ガス中のＮＯｘ濃度と排ガス中の未燃分は計画値どお
りである。また、図７（ａ）はバーナ空気比が０．９の
場合で、バーナ２の部分の空気比が高いためエアポート
３からの噴出空気量が少なく、噴流は火炉１の中央まで
到達していない。この結果、バーナ２の未燃分は完全燃
焼しないため排ガス中の未燃分が著しく増加する。ここ
で、過剰空気量を多くすればエアポート３の噴流の量が
増えるため排ガス中の未燃分は少なくなるが、過剰な空
気を流すため所内動力が増えてしまう。

【０００７】一方、図７（ｃ）はバーナ２部分の空気比
が０．７の場合でバーナ２部分の空気比が低いため、エ
アポート３からの噴出空気量が多い。そのため、噴流は
火炉１の中央部で激しく衝突し、その一部はバーナ２部
分に逆流している。こうなると、バーナ２のゾーンのガ
スがエアポート３の噴流と混合するまでの距離が短いた
め図６に示したようにＮＯｘは増加する傾向を持つ。つ
まり、バーナ空気比を下げてＮＯｘ濃度を低くしようと
しても思ったほど下がらないことになる。

【０００８】このように、２段燃焼を行う火炉１では計
画空気比から外れると排ガス中の未燃分が増えたり、Ｎ
Ｏｘ濃度が高くなったりする問題がある。そこで、本発
明の目的は、２段燃焼を行うボイラ等の火炉１における
空気比が計画値から外れても、排ガス中の未燃分の発生
量を抑え、ＮＯｘ濃度を低下させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成により達成される。すなわち、バーナの下流にエア
ポートを２段以上有するボイラ火炉において、バーナ空
気比が１に近い比較的弱い還元燃焼時には、上段側のエ
アポートの空気量を下段側のエアポートの空気量より増
加させ、バーナ空気比が０．７又はその近傍の比較的強
い還元燃焼時にはエアポート各段の空気量をほぼ等しく
するようにしたエアポートの運転方法である。

【００１０】また、本発明の上記目的は次の構成により
達成される。すなわち、バーナとその下流側のエアポー
トを用いて２段階燃焼法を行うボイラ火炉において、バ
ーナ空気比が１に近い比較的弱い還元燃焼時には、エア
ポートの噴出角を小さくし、バーナ空気比が０．７又は
その近傍の比較的強い還元燃焼時には、エアポートの噴
出角を大きくするエアポート運転方法である。

【００１１】

【作用】バーナ部の空気比が高い場合にはエアポート噴
流の量が少ないので、一方のエアポートからの噴出量を
他方より多くする。例えば、上段の噴出量を下段より多
くする。こうすれば、各段から等量づつ噴出するよりエ
アポート噴流の貫通力が大きくなる。次に、バーナ空気
比が下がりエアポートの噴出量が多い場合には、エアポ
ート噴流の衝突によってバーナゾーンに噴流が逆流しな
いように各エアポートからの噴出量を同じにして、エア
ポートの噴流を弱くする。この結果、バーナゾーンのエ
アポートの距離は計画どおり維持できるので、さらなる
低ＮＯｘ運転を行うことができる。

【００１２】前記各段のエアポートからの噴出量を調整
する代わりに、一段以上設けたエアポートの噴流の噴出
角をバーナの空気比に対応して調整することでもエアポ
ート噴流の貫通力を変えることができる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例である出力３００ＭＷの微
粉炭焚きボイラ火炉の燃焼用空気系統を図１に示す。火
炉１の基本構成は図４に示したものと同じであるが、フ
ァン６から供給される上段エアポート１０、下段エアポ
ート１１の空気量はバーナ空気比に応じて任意にプログ
ラムで変えられるようになっている。図１に示すボイラ
におけるバーナ空気比に対する排ガス中のＮＯｘ濃度変
化を図２に示す。

【００１４】図２において、実線で示す従来法は各々の
バーナ２の空気比におけるエアポート３の上段エアポー
ト１０と下段エアポート１１にエアポート空気量をそれ
ぞれ７０％、３０％づつ固定して配分した場合を示し、
破線で示す本実施例では、前記従来法と同一の各々のバ
ーナ２の空気比において、上段エアポート１１の空気量
を５０％から７０％、下段エアポート１０の空気量を５
０％から３０％と可変することで、バーナ空気比が変わ
ってもＮＯｘ濃度を低下させることができる。本実施例
により、ＮＯｘ濃度は最大２０％低減しているのが分か
る。

【００１５】また、本実施例の効果が最も大きかったと
きのエアポート３の空気量の配分を図３に示す。バーナ
空気比が１に近いときにはエアポート空気量の７０％を
上段エアポート１０に、残りの３０％を下段エアポート
１１に流している。この比率はバーナ空気比が低下する
に連れて変化させ、バーナ空気比が０．７の時にはそれ
ぞれ上段エアポート１０の空気量５０％、下段エアポー
ト１１の空気量５０％と等しくしている。

【００１６】本発明はエアポート３の空気量によらず常
にバーナゾーンからの未燃分と適切な混合状態を達成す
ることにある。従って、１段しかエアポート３を有しな
い火炉１の場合でも、旋回式のレジスタのように噴流の
噴出角を調整できるエアポート３であれば、バーナ空気
比に応じて噴出角を変えても前記実施例と同じ効果が得
られる。すなわち、バーナ空気比が１に近い場合にはエ
アポート３の噴出量が少ないので噴出角を小さくして貫
通力を維持し、反対にバーナ空気比が低い場合にはエア
ポート３の噴出角を大きくすることで対応できる。多段
エアポートの場合にもこの方法は併用できる。

【００１７】また、図１にはバーナ２を火炉１の対向壁
にそれぞれ配置する対向燃焼の火炉１を示しているが本
発明はコーナファイアリングの火炉（図示せず）にも適
用できる。コーナファイアリングの火炉ではバーナ、エ
アポートをコーナ部に多重に積み上げる。この方式の火
炉ではファイアボールと呼ばれる火炉の中心に渦状に回
転するガス体を形成するのが特徴であるが、側断面で見
れば図１と同じなので本発明が適用できる。

【００１８】本発明はエアポートの運転方法に着目した
ものなので、装置等の敷設のために新たな費用は発生し
ない。また、自動制御にする場合でも、流量制御装置は
ボイラには通常の場合、すでに設置されているので既設
のボイラでもプログラム変更だけでできる。

【００１９】

【発明の効果】本発明を使用すれば排ガス中のＮＯｘ濃
度を従来より、同一２段燃焼比率において２０％以上低
減できる。また、エアポート噴流の混合状態を常に適正
にしているので未燃分の発生量も低くボイラの燃焼効率
を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の火炉の側断面図である。

【図２】 本発明の一実施例におけるバーナ空気比とＮ
Ｏｘ濃度との関係を示す図である。

【図３】 本発明の一実施例と従来法におけるバーナ空
気比に対するエアポートの流量を示す図である。

【図４】 ボイラの対向燃焼炉の正面図である。

【図５】 従来法のバーナ空気比とＮＯｘの関係を示し
た図である。

【図６】 従来法のバーナとエアポート間の距離とＮＯ
ｘ濃度との関係を示した図である。

【図７】 従来法のバーナ空気比による炉内の流動様式
の変化を示した図である。

【符号の説明】

１…火炉、２…バーナ、３…エアポート、４…火炉前
壁、５…火炉後壁、６…ファン、１０…上段エアポー
ト、１１…下段エアポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−134405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−174408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−95308（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−122910（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−56011（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−3761（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナの下流にエアポートを２段以上有
   するボイラ火炉において、バーナ空気比が１に近い比較
   的弱い還元燃焼時には、上段側のエアポートの空気量を
   下段側のエアポートの空気量より増加させ、バーナ空気
   比が０．７又はその近傍の比較的強い還元燃焼時にはエ
   アポート各段の空気量をほぼ等しくするようにしたこと
   を特徴とするエアポートの運転方法。
2. 【請求項２】 バーナとその下流側のエアポートを用い
   て２段階燃焼法を行うボイラ火炉において、バーナ空気
   比が１に近い比較的弱い還元燃焼時には、エアポートの
   噴出角を小さくし、バーナ空気比が０．７又はその近傍
   の比較的強い還元燃焼時には、エアポートの噴出角を大
   きくするエアポート運転方法。