JP3816243B2 - Burner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
微粉炭焚ボイラの排ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減する有効な手段として、火炎内でNOxを還元する、いわゆる火炎内脱硝技術が実用化されている。図3は火炉116内での排ガス脱硝を効果的に行わせるのに好適なバーナの側断面図を示す。
【0003】
バーナには3つの流路が構成されており、内側の燃料流路101には燃料(微粉炭)と搬送用気体の混合流体105が導入される。燃料流路101の外周部には燃焼用空気供給用流路が設けられ、風箱115から供給される燃焼用空気が2次空気106と3次空気107に分割され、2次空気流路102と3次空気流路103から火炉116に投入される。2次空気流路102と3次空気流路103にはそれぞれ燃焼用空気を旋回させながらバーナ口から噴出させるための2次空気旋回器111と3次空気旋回器113をそれぞれ設けている。
【0004】
また、2次空気流路102と3次空気流路103の間には流路分離器112が設置されており、この流路分離器112により3次空気107が混合流体105と混合するタイミングを2次空気が混合流体105と混合するタイミングより遅らせ、火炎内部に燃料過剰な還元領域を形成させている。燃料流路101の出口外周部には保炎器110が設けられていて、該保炎器110により火炎はバーナ口より形成され還元領域内で燃焼が急速に進行する。
【0005】
図4は、図3に示すバーナを用いたテスト炉での燃焼試験における火炎内のO2濃度分布、温度分布およびNOx温度分布を示す。燃焼の進行に伴い火炎内でO2は急速に消費され、O2濃度はバーナから離れるにつれて低下している。NOxはバーナ近傍で大量に生成されるが、O2濃度の低下に伴い還元反応が促進されるため、NOx濃度はバーナから離れるに従い急速に低下している。
【0006】
また、火炉116内でのNOx低減をさらに促進するため、二段燃焼法が適用されている。図5には二段燃焼法を適用したボイラの燃料燃焼系統例を示す。微粉炭と搬送用気体の混合流体105はバーナ122を通して火炉116へ導入される。燃焼用空気124はバーナ用空気流量調節ダンパ125および二段燃焼用空気流量調節ダンパ126により配分調節された後、バーナ用の風箱115および二段燃焼用風箱128とそれぞれバーナ122および二段燃焼用空気供給装置129を介して火炉116へ投入される。また、図5の例では火炉116から排出する排ガス130の一部は再循環ガス131として火炉116に戻され、再熱蒸気温度制御に使用される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の火炉内脱硝型バーナと二段燃焼法の組合せにより、燃料比(固定炭素/揮発分)2.5以下、窒素分2.0%以下の石炭に対して、排ガス中のNOx濃度はNOx120ppm(O2 6%換算)のレベルまで到達している。上述のNOx濃度低減技術は、石炭中の窒素分のNOxへの転換、すなわちフュエルNOx量を抑えることが主体である。NOx濃度レベルの低下に伴い、空気中のN2が高温下でO2と反応して生成する、いわゆるサーマルNOx濃度の比率が無視できなくなった。
【0008】
サーマルNOx濃度を抑制するためには、火炎温度の低下および燃焼場のO2濃度の低下が有効であることが知られている。したがって、ボイラ排ガスの一部を再循環させて燃焼用空気と混合する、いわゆる排ガス混合は、サーマルNOx抑制に有効な実用化された技術の一つである。
【0009】
図6に排ガス混合を作るボイラの燃料燃焼の系統例を示す。図6の系統図では図5に示す系統図に示す部材と同一機能を奏する部材には同一番号を付して、その説明は省略する。
【0010】
火炉116から排出する排ガス130の一部は再循環ガス131としてガス再循環ファン132によって燃料燃焼系に戻され、その中の一部は再熱蒸気温度制御のために再循環ガス流量調節ダンパ133によって火炉底部から火炉116へ導入され、他の一部は排ガス混合流量調節ダンパ134によって所定の流量に調節された後、混合器135で燃焼用空気124に混合される。
【0011】
前記再循環ガスが混合した燃焼用空気は空気流量調節ダンパ125、126で所定の流量に調節された後、バーナ用風箱115および二段燃焼用風箱128にそれぞれ導かれる。燃焼用空気124と再循環ガス131の混合気は図3に示したように、風箱(ウィンドボックス)115から2次空気流路102および3次空気流路103を通って火炉116へ導かれる。2次空気106および3次空気107の一部は、これらの燃焼用空気124の流れの内周側に形成される混合流体105の中の微粉炭と搬送用気体に徐々に混合しながら火炎を形成していく。
【0012】
しかしながら燃焼用空気124に排ガス混合を行った場合、風箱115内のO2濃度が一律に低下するため、前記のように火炎を形成していく過程で、バーナ近傍での燃料の燃焼性が低下する。燃料の燃焼性の低下は、バーナ近傍に形成される還元領域での燃焼率低下を招き、火炎内脱硝の機能を低下させるため、NOx濃度は上昇する結果となる。
【0013】
すなわち、サーマルNOx生成抑制のための排ガス混合がフュエルNOxの生成量を上昇させ、仕上がりNOxの生成抑制に効果が無い結果となる。上記問題は、排ガス混合により燃料の燃焼性が低下することが原因である。このことは、3次空気107に排ガスを混合することを開示した特開昭60−30912号公報の発明の場合も同様である。
【0014】
前記公報には、2次空気の外周に排ガスを空気に混合するかまたは単独で供給する低NOxバーナが記載されており、その目的は火炎最外周ゾーンでのサーマルNOxの発生防止にあるとしている。しかしながら前記公報に記載された低NOxバーナには、本出願の従来技術(図3)にも記載されている外周保炎器110がなく、燃料流路から火炉に噴出した直後に着火保炎領域が生じておらず、いわば不安定な状態にある。さらに、そういった状況で2次空気の外周から排ガスを空気に混合するか又は単独で供給することは、安定して燃料を燃焼させるための空気量の不足および2次空気への外乱となり、結果として燃料燃焼性が低下することになる。
【0015】
火炉116での燃料の燃焼により生成する排ガスを火炉116の炉底より再度、火炉116内に導入する図5に示す従来技術においても排ガス投入量を増加させることによりNOx生成量が低下する現象が確認されている。しかしながら、本方式は、炉内全体の温度を低下させることによりNOxが低下するメカニズムであるため、NOx生成量の低減効果が小さい。また、雰囲気温度が最も低く、火炎安定性確保の面で最も厳しい条件下にある最下段バーナ近傍から排ガスが導入されるため、排ガス投入量の増加は火炎の不安定化を招く要因となっている。
【0016】
本発明の課題は、火炎安定性および燃料の燃焼性を維持して火炎内脱硝性能を低下させることなく、サーマルNOx濃度を効果的に低減可能な燃焼装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、バーナ近傍の燃焼性に影響を及ぼさないバーナ最外周部から再循環ガスを導入することにより達成される。
すなわち、本発明は固体燃料と搬送用気体を火炉へ送り込む一次流路と、該一次流路の先端部に設けた保炎器と、前記一次流路の外側に設けた複数の燃焼用空気を導入する燃焼用空気流路と、該燃焼用空気流路のさらに外周に設けられ、燃焼排ガスの一部を導入する排ガス再循環流路とを備えたバーナである。
【0019】
また、本発明には上記バーナを用いて燃料を燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から排出する排ガスを再循環させてバーナへ導入する排ガス再循環流路と、該排ガス再循環流路に設けられた排ガス流量調節手段および/または排ガスの旋回方向及び/又は旋回強度を調節する手段とを備えた燃焼装置も含まれる。
【0020】
さらに、本発明には、上記バーナを複数個備え、燃焼排ガスの混合流量を各バーナで個別にまたは一律に調節できる排ガス再循環流路と各排ガス再循環流路に設けられた流量調整手段および/または排ガス再循環流路切換手段を設けた燃焼装置も含まれる。
【0021】
【作用】
バーナから火炉内に向けて噴出する燃料(微粉炭など、以下微粉炭として説明する。)とその搬送用気体からなる微粉炭流を取り囲む燃焼用空気流れの中で、内周側の燃焼用空気流の空気は、微粉炭とその搬送用気体に対してバーナ近傍で高い酸素濃度を維持するため、微粉炭の燃焼性を低下させることはない。本発明によれば、バーナより噴出する流体の最外周部より導入された再循環排ガスは、徐々に内周側の燃焼用空気と混合して火炎内脱硝領域後流の酸化流域における酸素濃度を低下させ、効果的にサーマルNOxの生成を抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下説明する。
図1に本発明のバーナの側断面図を示す。微粉炭および燃焼用空気の導入方法および流路構成は従来技術からなるバーナの構造例である図3に示すものと同じである。
【0023】
バーナの最内部の燃料流路1には微粉炭と搬送用気体の混合流体5が導入される。燃料流路1の外周部には燃焼用空気供給用流路が設けられ、風箱17から供給される燃焼用空気が2次空気6と3次空気7に分割され、2次空気流路2と3次空気流路3から火炉18に投入される。2次空気流路2と3次空気流路3にはそれぞれ燃焼用空気を旋回させながらバーナ口から噴出させるための2次空気旋回器11と3次空気旋回器13をそれぞれ設けている。
【0024】
また、2次空気流路2と3次空気流路3の間には3次空気7が燃料と混合するタイミングを2次空気6が燃料と混合するタイミングより遅らせ、火炎内部に燃料過剰な還元領域を形成させるための流路分離器12が設置されている。燃料流路1の出口外周部には保炎器10が設けられていて、該保炎器10により火炎はバーナ口より形成され還元領域内で燃焼が急速に進行する。
【0025】
本発明からなるバーナの特徴は、3次空気流路3の外周に火炉18からの排ガスが再循環される再循環ガス流路4を設けたことである。再循環ガス8は、専用の再循環ガス供給管15を通して再循環ガス供給室16に導かれ、再循環ガス用旋回器14で適正な旋回を与えられた後、火炉18へ投入される。
【0026】
図2には図1に示すバーナが用いられるボイラの燃料燃焼系統例を示す。微粉炭と搬送用気体の混合流体21はバーナ22を通して火炉18へ導入される。燃焼用空気24はバーナ用空気流量調節ダンパ25および二段燃焼用空気流量調節ダンパ26により配分調節された後、バーナ用の風箱17および二段燃焼用風箱28とそれぞれバーナ22および二段燃焼用空気供給装置29を介して火炉18へ投入される。
【0027】
図6の従来技術からなる系統例に比較して、図2の系統例では火炉18から排出する排ガス30の一部は再循環ガス31としてガス再循環ファン32により再循環ガス調節ダンパ33により所定の流量に調節されて火炉18に戻され、再熱蒸気温度制御に使用される。また、再循環ガス31の一部はバーナ用再循環ガス調節ダンパ34により所定の流量に調節した後、バーナ22へ直接導入される。バーナ口で図1に示す再循環ガス供給管15に接続される。
【0028】
バーナ22の内周側の2次空気6および3次空気7の一部は、中心の微粉炭と搬送用気体の混合流体5と徐々に混合しながら、還元雰囲気の中で燃焼を進行させフュエルNOxの生成を抑制する。一方、バーナ最外周から導入された再循環ガス31は、3次空気7と徐々に混合して3次空気7が内周還元領域に合流する酸化領域において酸素濃度を低下させ、サーマルNOxの生成を抑制する。再循環ガス31の流量および旋回方向、強度を調節することにより酸化領域での酸素濃度の調整が可能であり、サーマルNOxを効果的に抑えることができる。
【0029】
最外周再循環ガス31の代わりに、再循環ガス供給管15に再循環ガス31と燃焼用空気24の混合気体を導入してもよい。
【0030】
また、燃焼性の高い燃料に対しては、3次空気に再循環ガスを混合することによって、最外周流路を省略することも可能である。この場合は前記特開昭60−30912号公報記載の発明とは外周保炎器10が有る点で相違する。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、火炎内脱硝効率を維持して火炎外周部のサーマルNOxの抑制が可能となり、ボイラ出口NOxをさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態のバーナの構造例を示す図である。
【図2】 本発明の実施の形態の燃焼装置の系統例を示す図である。
【図3】 従来技術からなるバーナの構造例を示す図である。
【図4】 従来技術からなるバーナを用いた燃焼場でのO2分布、温度分布及びNOx濃度分布の例を示す。
【図5】 従来技術からなる燃焼装置系統の例を示す。
【図6】 従来技術からなる燃焼装置系統の例を示す。
【符号の説明】
1 燃料流路 4 再循環ガス流路
6 2次空気 7 3次空気
10 保炎器 11 2次空気旋回器
12 流路分離器 13 3次空気旋回器
14 再循環ガス用旋回器 15 再循環ガス供給管
16 再循環ガス供給室 17 風箱
18 火炉 21 混合流体
22 バーナ 24 燃焼用空気
25 バーナ用空気流量調節ダンパ
26 二段燃焼用空気流量調節ダンパ
28 二段燃焼用風箱 29 二段燃焼用空気供給装置
30 排ガス 31 再循環ガス
32 ガス再循環ファン 33 再循環ガス調節ダンパ
34 バーナ用再循環ガス調節ダンパ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus, and more particularly to a combustion apparatus suitable for reducing nitrogen oxides in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
As an effective means for reducing nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas of a pulverized coal fired boiler, a so-called flame denitration technique for reducing NOx in a flame has been put into practical use. FIG. 3 is a side sectional view of a burner suitable for effectively performing exhaust gas denitration in the
[0003]
The burner has three flow paths, and a mixed
[0004]
Further, a
[0005]
FIG. 4 shows the O 2 concentration distribution, temperature distribution, and NOx temperature distribution in the flame in the combustion test in the test furnace using the burner shown in FIG. As the combustion progresses, O 2 is rapidly consumed in the flame, and the O 2 concentration decreases with increasing distance from the burner. Although NOx is produced in a large amount in the vicinity of the burner, the reduction reaction is promoted as the O 2 concentration decreases, so the NOx concentration rapidly decreases as the distance from the burner increases.
[0006]
In order to further promote NOx reduction in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By combining the above-mentioned furnace denitration burner and the two-stage combustion method, the NOx concentration in the exhaust gas is 120 ppm NOx for coal with a fuel ratio (fixed carbon / volatile content) of 2.5 or less and a nitrogen content of 2.0% or less. It has reached the level of (
[0008]
In order to suppress the thermal NOx concentration, it is known that lowering the flame temperature and lowering the O 2 concentration in the combustion field are effective. Therefore, so-called exhaust gas mixing, in which a part of boiler exhaust gas is recirculated and mixed with combustion air, is one of practical techniques effective for thermal NOx suppression.
[0009]
FIG. 6 shows an example of a fuel combustion system of a boiler that produces exhaust gas mixture. In the system diagram of FIG. 6, members having the same functions as those shown in the system diagram of FIG.
[0010]
A part of the exhaust gas 130 discharged from the
[0011]
The combustion air mixed with the recirculated gas is adjusted to a predetermined flow rate by the air flow rate adjusting dampers 125 and 126 and then guided to the
[0012]
However, when exhaust gas is mixed with the combustion air 124, the O 2 concentration in the
[0013]
That is, the exhaust gas mixture for suppressing the generation of thermal NOx increases the amount of fuel NOx generated, resulting in no effect in suppressing the generation of finished NOx. The above problem is caused by a decrease in fuel combustibility due to exhaust gas mixing. The same applies to the invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-30912, which discloses mixing exhaust gas with the
[0014]
The publication describes a low NOx burner that mixes exhaust gas with air or supplies it alone to the outer periphery of the secondary air, and its purpose is to prevent the generation of thermal NOx in the flame outermost peripheral zone. . However, the low NOx burner described in the above publication does not have the
[0015]
In the prior art shown in FIG. 5 in which the exhaust gas generated by the combustion of fuel in the
[0016]
The subject of this invention is providing the combustion apparatus which can reduce a thermal NOx density | concentration effectively, maintaining flame stability and the combustibility of a fuel, and not reducing the denitration performance in a flame.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by introducing the recirculation gas from the outermost peripheral portion of the burner that does not affect the flammability in the vicinity of the burner.
That is, the present invention provides a primary flow path for feeding the carrier gas and the solid fuel to the furnace, a flame stabilizer provided at the tip portion of the primary flow path, multiple combustion air provided outside of the primary flow path The burner is provided with a combustion air flow path for introducing the exhaust gas, and an exhaust gas recirculation flow path for introducing a part of the combustion exhaust gas, which is further provided on the outer periphery of the combustion air flow path.
[0019]
The present invention also provides a combustion furnace that burns fuel using the burner, an exhaust gas recirculation passage that recirculates exhaust gas discharged from the combustion furnace and introduces it into the burner, and the exhaust gas recirculation passage. Also included is a combustion apparatus provided with the exhaust gas flow rate adjusting means and / or means for adjusting the swirl direction and / or swirl strength of the exhaust gas.
[0020]
Further, the present invention includes a plurality of the burners, an exhaust gas recirculation passage capable of individually or uniformly adjusting the mixed flow rate of the combustion exhaust gas, and a flow rate adjusting means provided in each exhaust gas recirculation passage, A combustion apparatus provided with exhaust gas recirculation flow path switching means is also included.
[0021]
[Action]
Combustion air on the inner periphery side in the combustion air flow that surrounds the pulverized coal flow consisting of fuel (such as pulverized coal, which will be described below as pulverized coal) jetted from the burner into the furnace. The flowing air maintains a high oxygen concentration in the vicinity of the burner with respect to the pulverized coal and its conveying gas, and therefore does not lower the combustibility of the pulverized coal. According to the present invention, the recirculated exhaust gas introduced from the outermost peripheral portion of the fluid ejected from the burner is gradually mixed with the combustion air on the inner peripheral side, and the oxygen concentration in the oxidation flow region downstream of the denitration region in the flame is set. The generation of thermal NOx can be effectively suppressed.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows a side sectional view of the burner of the present invention. The method of introducing pulverized coal and combustion air and the flow path configuration are the same as those shown in FIG. 3 which is an example of the structure of a burner according to the prior art.
[0023]
A
[0024]
Also, between the secondary
[0025]
A feature of the burner according to the present invention is that a
[0026]
FIG. 2 shows an example of a fuel combustion system of a boiler in which the burner shown in FIG. 1 is used. A mixed fluid 21 of pulverized coal and transporting gas is introduced into the
[0027]
Compared with the system example of the prior art of FIG. 6, in the system example of FIG. 2, a part of the exhaust gas 30 discharged from the
[0028]
A part of the
[0029]
Instead of the outermost peripheral recirculation gas 31, a mixed gas of the recirculation gas 31 and the combustion air 24 may be introduced into the recirculation gas supply pipe 15.
[0030]
In addition, for the highly combustible fuel, the outermost peripheral flow path can be omitted by mixing the recirculation gas with the tertiary air. In this case, it differs from the invention described in JP-A-60-30912 in that there is an
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to suppress the NOx removal efficiency in the flame while suppressing the thermal NOx at the outer periphery of the flame, and further reduce the boiler outlet NOx.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure example of a burner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a system example of a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an example of the structure of a conventional burner.
FIG. 4 shows an example of O 2 distribution, temperature distribution, and NOx concentration distribution in a combustion field using a burner of the prior art.
FIG. 5 shows an example of a combustion system of the prior art.
FIG. 6 shows an example of a combustion apparatus system according to the prior art.
[Explanation of symbols]
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