JP6044973B2 - ボイラにおける混炭燃料の燃焼方法 - Google Patents

Description

本発明はボイラにおける混炭燃料の燃焼方法に関し、特に亜瀝青炭と瀝青炭とを混合した微粉炭燃料において亜瀝青炭の割合を増加させる場合に適用して有用なものである。

微粉炭火力においては、コスト削減、エネルギーセキュリティの確保の観点から亜瀝青炭の利用拡大を図っており、瀝青炭との混炭燃焼による利用を主体として進めている。

しかしながら、亜瀝青炭の混炭率を上げていくと、石炭中の水分が多いため粉砕時の乾燥負荷が増大し、設備運用上の制約を受け、多くの微粉炭火力発電所では最大でも３０％程度の低い混炭率での運用に留まっているのが実状である。

通常、石炭を粉砕する際には、乾燥条件を一定とするために、ローラミルの出口温度を、例えば８０℃程度の一定の温度で制御している。ローラミルの入口温度はローラミルの出口温度に対応するように、エアーヒータで熱交換した高温の熱空気（温度は、例えば３５０℃程度）の流量と、低温の冷空気の流量を調整することでローラミルの入口温度を制御している。

ローラミル内では石炭中水分の大半が蒸発するが、一般的性質として亜瀝青炭は瀝青炭に比べて水分が多いため、亜瀝青炭の混炭率を高めていくと、水分を蒸発させるのに必要な潜熱が増加する。この増加する熱量を確保しようとすると、ローラミルの入口温度が瀝青炭粉砕時より高くなってしまう。ローラミルの入口温度が高くなりすぎるとローラミル内で石炭が発火する危険性があるため、安全上、上限の温度（ローラミルにより安全上の基準温度は異なるが、例えば２５０℃程度）を定めており、上限の温度に達するとそれ以上は混炭できなくなる。

なお、亜瀝青炭等の高水分炭の微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度およびＮＯｘ濃度を調整する高水分炭の燃焼方法を開示する先行文献として特許文献１が存在する。

特開２００８−３２３６２号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、ボイラの運用条件ないし燃焼条件の適正化を図ることにより瀝青炭に対する亜瀝青炭の混炭率を向上させることができるボイラにおける混炭燃料の燃焼方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、石炭をローラミルで粉砕して得る亜瀝青炭と瀝青炭との混炭である微粉炭を混炭燃料とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法であって、前記ボイラが前記１次空気の他に２次空気および３次空気を噴射するバーナを有し、瀝青炭に対する亜瀝青炭の混炭率を上昇させて５０％以上に設定するに際し、前記ローラミルの入口側に供給する乾燥用の１次空気の供給量と、前記１次空気で搬送されバーナを介して前記１次空気とともに火炉中に供給される微粉炭の供給量の比であるＡｉｒ〔ｋｇ〕／Ｃｏａｌ〔ｋｇ〕を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して高い値とし、且つ前記ローラミルの出口側における前記１次空気の温度を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して低温になるように調整し、且つ前記３次空気に対する前記２次空気の割合である２次空気分配率を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して高い値となるように調整することを特徴とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するボイラにおける混炭燃料の燃焼方法であって、前記ボイラが二段燃焼ボイラである場合において、二段燃焼率が前記混炭率が５０％より低い場合における二段燃焼率の基準値未満になるように調整することを特徴とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法にある。

本発明によれば、Ａｉｒ／Ｃｏａｌが、瀝青炭単味の微粉炭の燃焼時に最適となる条件である基準条件におけるＡｉｒ／Ｃｏａｌの値を超える値に、１次空気の量を増加させることで調整し、混炭率が５０％以上の微粉炭燃料を火炉で燃焼させている。この結果、安価な亜瀝青炭の混炭量を増加させた分だけ設備のランニングコストを低減させることが可能になる。なお、１次空気で搬送される微粉炭の量は、ボイラの出力が一定である限り一定であるので、Ａｉｒ／Ｃｏａｌは１次空気の量を増加させることにより増大させる。

また、本発明では、二段燃焼ボイラにおける二段燃焼率が基準値未満になるように調整しているので、１次空気を増大させた場合のバーナにおける着火の遅れに伴う燃焼条件の悪化を抑制することができる。この結果、灰中未燃分濃度が改善され混炭燃料の良好な燃焼に資することができる。

さらに、Ａｉｒ／Ｃｏａｌが高い運用条件では、二段燃焼率を小さくして、Ａｉｒ／Ｃｏａｌの増加時に相対的に低下する２次・３次空気の量を補うと、バーナの出口直後で微粉炭が着火するようになり、灰中未燃分濃度が低減できる。しかしながら、二段燃焼用空気供給前の領域の還元雰囲気が弱まるためボイラ出口のＮＯｘ濃度は増加する。

これに対し、本発明では、２次空気分配率を、基準条件における２次空気分配率を超える値となるように調整しているので、ボイラ内のＮＯｘ濃度の低減も図り得る。

本発明の実施の形態を実現するボイラを概念的に示す説明図である。 図１のバーナの一例を抽出・拡大して示す構造図である。 図２のＡ線矢視図である。 水分条件が２０％と３０％での亜瀝青炭の混炭率とローラミルの入口温度との関係を示す特性図である。 ボイラＩにおける燃焼試験結果として、バーナの出口直後の着火状況を示す説明図である。 図５に対応する火炉内の酸素濃度分布を示す説明図である。 １次空気温度に対する火炉の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度を示す特性図である。 Ａｉｒ／Ｃｏａｌの変化時のバーナの出口直後の着火状況を示す説明図である。 図８に対応する火炉内の酸素濃度分布を示す説明図である。 Ａｉｒ／Ｃｏａｌを変化させた際の火炉の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度の特性を示す特性図である。 二段燃焼率を変化させた際のバーナの出口直後での着火状況を示す説明図である。 図１１に対応する火炉内の酸素濃度分布を示す説明図である。 二段燃焼率を変化させた際の火炉の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度の特性を示す特性図である。 二段燃焼率を変化させた際の火炉中心軸上のＮＯｘ濃度の特性を示す特性図である。 ２次空気旋回角および２次空気分配率を変化させた際のバーナの出口直後での着火状況を示す説明図である。 図１５に対応する酸素濃度分布を示す説明図である。 ２次空気旋回角および２次空気分配率を変化させた際のＮＯｘ濃度と灰中未燃分濃度の特性を示す特性図である。 亜瀝青炭高比率混炭運用時に空気供給条件の適正化を図った際のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度の特性を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る混炭燃料の燃焼方法を実現するボイラを概念的に示す説明図である。同図に示すように、ローラミル２で粉砕されて燃焼燃料となる微粉炭は、搬送用の空気を兼用する１次空気とともに微粉炭搬送管路４およびバーナ３を介してボイラＩの火炉１に供給される。ボイラＩは、火炉１の下流側に二段燃焼用空気が供給される二段燃焼ボイラであり、さらにバーナ３からは１次空気の他に２次空気および３次空気が旋回流として噴射される、例えばＣＩ−α・ＷＲバーナを具備するものである。

図２はバーナ３の一例である、ＣＩ−α・ＷＲバーナを抽出・拡大して示す構造図、図３はそのＡ線矢視図である。図２に示すように、バーナ３は、微粉炭搬送管路４に接続された１次空気管３０と２次空気導入口３１と３次空気導入口３２とを備えている。ここで、バーナ３にはバーナ点火用のオイルバーナ３７がさらに設けられている。１次空気管３０は、外側管３４とその内部に設けられた内側管３３とからなる２重管構造をしており、内側管３３と外側管３４とで挟まれた空間内を通って微粉炭を含んだ１次空気を火炉１に供給することができるようになっている。また、２次空気導入口３１及び３次空気導入口３２には、図３に特に明示するように、２次空気旋回羽根３１１及び３次空気旋回羽根３２１が２次空気導入口３１及び３次空気導入口３２に沿って複数取付けられている。そして、これらの２次空気旋回羽根３１１や３次空気旋回羽根３２１を調整することにより、２次空気や３次空気の流量と共にそれらの旋回角度を幅広い範囲で制御することができるようになっている。ここで、旋回角度とは、火炉１の中心軸２１に対する２次空気旋回羽根３１１の傾斜角をいい、旋回角度は２次空気旋回羽根３１１により旋回させられる空気（旋回流）の火炉１の軸に対する傾斜角度と等しくなる。したがって、旋回角度が０度（ｄｅｇ）では旋回流は生じないことになる。そして、このように構成されたバーナ３を用いて、以下に示すように微粉炭を火炉１内で燃焼させている。

まず、微粉炭搬送管路４を通ってきた微粉炭は、１次空気（搬送用空気）とともに１次空気管３０内を通って火炉１内へ噴射される。火炉１内に噴射された微粉炭は、１次空気と、２次空気導入口３１及び３次空気導入口３２から旋回流として送り込まれた２次空気及び３次空気とともに燃焼する。なお、火炉１に旋回流として送り込まれた２次空気及び３次空気の旋回方向は時計回りであっても、反時計回りであってもよく、互いに同じ方向に旋回してもよいし、互いに異なる方向に旋回してもよい。

ここで、亜瀝青炭の高比率混炭運用時の燃焼性を調べるために行った実験およびその検討結果について説明しておく。本実験は図１に示す火炉１による燃焼試験により得たものである。

＜亜瀝青炭の混炭率を高めるために有効な１次空気の運用条件の検討＞
ローラミル２における粉砕前後の石炭の熱物質収支を用いれば、ボイラＩでの運用条件を考慮して亜瀝青炭の水分濃度や、亜瀝青炭の混炭率が異なる場合のローラミル２の入口温度への影響を試算できる。このときの１次空気の運用条件は、表１に示す通り、瀝青炭運用時の一般的な運用条件（１次空気温度８０℃、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ＝２．２）とする。また、石炭中水分の試算条件は表２に示すが、亜瀝青炭の水分濃度を、通常用いられる水分条件（２０％〜３０％）とした。

上述の条件での亜瀝青炭混炭率とローラミル２の入口温度との関係を図４に示す。同図に示すように、亜瀝青炭の水分濃度が高くなると、亜瀝青炭の混炭率に応じてローラミル２の入口温度が増加する。また、ローラミル２の入口温度の上限を２５０℃と仮定し、図４よりローラミル２の入口温度が２５０℃となる混炭率を亜瀝青炭の最大混炭率とすると、亜瀝青炭水分濃度が２０％のときは亜瀝青炭の最大混炭率は約４５％となり、亜瀝青炭の水分濃度が３０％のときは亜瀝青炭の最大混炭率は約２０％となる。

次に、１次空気温度およびＡｉｒ／Ｃｏａｌが、亜瀝青炭の最大混炭率に及ぼす影響を調べた。１次空気温度の条件を８０℃、７０℃、６０℃と変化させ、Ａｉｒ／Ｃｏａｌの条件を２．２、２．４、２．６と変化させた。その結果を表３に示す。

表３中の数値については、下限が亜瀝青炭の水分濃度が３０％のときの最大混炭率で、上限が亜瀝青炭の水分濃度が２０％のときの最大混炭率である。

この結果から、１次空気温度を下げること、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めることが亜瀝青炭の混炭率を高めるために有効な運用方策であることがわかる。現在、主に使用されている亜瀝青炭の水分濃度２０％の結果を見ると、基準となる１次空気の運用条件（１次空気温度８０℃、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ＝２．２）では、亜瀝青炭の混炭率は５０％を達成できないが、本検討の試算の範囲内で、亜瀝青炭の混炭率を５０％から７５％以上にまで高めていくことができる。

以上の検討により、亜瀝青炭の混炭率の上限については石炭中の水分濃度に依存するが、水分条件がわかれば運用可能な亜瀝青炭の混炭率が試算できる。また、亜瀝青炭を高い比率で混炭するためには、１次空気の温度（＝ローラミル２の出口温度）を下げること、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ（乾燥用空気量）を高めることが有効であることがわかった。

かかる検討結果を踏まえ、次に１次空気温度を低下させた際の燃焼性への影響を調べた。

＜１次空気温度を低下させた際の燃焼性への影響＞
亜瀝青炭の高比率混炭運用を想定して亜瀝青炭の混炭率を５０％とした場合に、１次空気温度を低下させた際の燃焼特性への影響を検討した。燃焼条件については、１次空気の温度以外の燃焼条件は表４および表５に示した基準条件にて行い、１次空気温度のみを基準条件の８０℃から１０℃ごとに低下させた際の燃焼試験を実施した。このときの亜瀝青炭の水分条件は２０％である。

なお、表４は基準条件におけるボイラＩの火炉１の操作条件、表５はバーナ３の操作条件を示している。ここで、基準条件とは、瀝青炭単味の微粉炭を図１に示すボイラＩを用いて燃焼させた場合に最適となる条件である。したがって、各ボイラはそれぞれ固有の基準条件を有している。

ボイラＩにおける燃焼試験結果として、バーナ３の出口直後の着火状況を図５に、火炉内の酸素濃度分布を図６に示す。図５（ａ）および図６（ａ）が１次空気が８０℃の場合、図５（ｂ）および図６（ｂ）が１次空気が７０℃の場合である。

なお、本実験では１次空気温度の条件を６０℃まで低下させると、１次空気管内で水分が凝縮して配管が詰まるため、７０℃の場合のみで検討した。

図６に示す結果より、今回検討した１次空気の温度範囲内では、条件によらず酸素の濃度分布に違いが見られず燃焼性への影響はほとんどないことがわかった。

次に、１次空気温度の違いがＮＯｘの排出量および灰中未燃分濃度に及ぼす影響を検討するためボイラＩでの燃焼試験を行った。火炉１の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度を図７に示す。同図を参照すれば、１次空気温度を７０℃まで低下させても、火炉１の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度への影響は少なく、この結果からも１次空気温度を８０℃から７０℃まで低下させても燃焼性への影響が少ないことが示された。

このことは、ローラミル２の出口側温度を下げることが亜瀝青炭の混炭率を高めるために有効であると云い得る。

＜Ａｉｒ／Ｃｏａｌを増加させた際の燃焼性への影響＞
亜瀝青炭をさらに高い比率で混炭するため、１次空気温度７０℃の条件でＡｉｒ／Ｃｏａｌを増加させた場合の燃焼性への影響を評価した。Ａｉｒ／Ｃｏａｌの運用条件については、基準条件である２．２と、２．４、２．６とした。ボイラＩにおけるＡｉｒ／Ｃｏａｌの変化時のバーナ３の出口直後の着火状況を図８に示す。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＡｉｒ／Ｃｏａｌが２．２、２．４、２．６の場合をそれぞれ示している。

図８から明らかな通り、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを増加させると、バーナ３の出口直後で着火できず、バーナ３から離れた位置で着火していた。

次に、図８（ａ）〜（ｃ）の条件に対応する火炉１内の酸素濃度分布を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。同図に示す結果から、着火の遅れによりバーナ３の近傍での酸素の濃度が高く、酸素の消費が遅れていることがわかる。さらに、火炉１の外周部での酸素濃度が高いため火炉１の外周部での燃焼促進が図れていないことが考えられる。すなわち、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めることにより、１次空気流速が高くなり微粉炭の着火の遅れを引き起こし、火炉１の後流側で火炎が拡がりにくくなると考えられる。ただ、混炭率の向上に寄与するＡｉｒ／Ｃｏａｌを２．６まで高めても失火することはなく、火炉１内での燃焼は継続し得る。

次に、ボイラＩを用いて、同様にＡｉｒ／Ｃｏａｌを変化させた条件で燃焼試験を行い、火炉１の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度への影響を検討した。この結果を図１０に示す。同図に示すように、火炉１出口のＮＯｘ濃度はいずれの条件でも違いがほとんどみられないが、灰中未燃分濃度はＡｉｒ／Ｃｏａｌの増加とともに単調に増加していった。これは、バーナ３の近傍での着火が遅れ、火炎が拡がりにくくなったことで火炉１の全体での燃焼性が悪化してしまったことによるものと考えられる。

以上より、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めた運用を行う際には燃焼条件の適正化を図ることが好ましいことが確認できた。

Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めると、バーナ３の近傍で着火しなくなり灰中未燃分濃度が増加する。火炉１の出口のＮＯｘ濃度を増加させずに灰中未燃分濃度を低減するためには、バーナ３の近傍で速やかに着火させた上で、火炎の拡がりを適正化し還元領域を広く形成させることが重要である。そこで、亜瀝青炭の混炭率を７５％としてさらに混炭率を高めた上でＡｉｒ／Ｃｏａｌが２．６の条件で燃焼条件の適正化を行った。

＜二段燃焼率の変化による燃焼改善策の検討＞
Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めていくと１次空気量が増加するが、二段燃焼率が一定の条件であれば、その増分の空気量は２次・３次空気量から減らすことになる。２次・３次空気量が減ったことにより、バーナ３の近傍での１次空気と２次・３次空気の混合がうまく図れなくなり着火が遅れるとともに、火炉１外周部に火炎が広がらなくなったと考えられる。そこで、二段燃焼率を下げ、２次・３次空気量を上げることによる効果を検討した。

ボイラＩを用いて、亜瀝青炭の混炭率７５％を想定した１次空気の運用条件の下（１次空気の温度７０℃、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを２．６）、二段燃焼率を基準条件の３０％と、２５％、２０％の条件で燃焼試験を行った。なお、二段燃焼率が２５％での２次・３次空気量は、瀝青炭専焼時の基準条件（Ａｉｒ／Ｃｏａｌが２．２、二段燃焼率が３０％）での２次・３次空気量とほぼ同等となる。

二段燃焼率を変化させた際のバーナ３の出口直後での着火状況を図１１に、火炉１内の酸素濃度分布を図１２に示す。両図中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が二段燃焼率をそれぞれ３０％、２５％、２０％とした場合である。

両図に示すように、二段燃焼率を下げると、バーナ３の近傍で着火し、バーナ３の出口直後での酸素濃度が低くなり酸素の消費が速くなっていることから、着火性が改善されていることがわかった。ただし、二段燃焼率が２５％ではバーナ３の近傍の着火位置が変動し、比較的不安定な状態にあった。バーナ３の近傍での着火性を安定させるためには二段燃焼率を２０％まで下げるのが望ましい。

次に、火炉１の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度への影響を図１３に示す。同図に示すように、二段燃焼率を下げると、着火性が改善できるため灰中未燃分濃度を減少させることができたが、ＮＯｘ排出量は増加した。図１４に示す火炉１の中心軸上のＮＯｘ濃度変化から二段燃焼率を下げることにより、着火位置が前方に移り、バーナ３から近い位置ではＮＯｘの発生が早まるが、同時にＮＯｘが還元される領域もバーナ３側に移ることから、バーナ３からの距離が１ｍの位置では二段燃焼率が低い方がＮＯｘ濃度は低くなる。

しかしながら、二段燃焼率を下げたことによって、二段燃焼用空気注入位置手前の領域の還元雰囲気が弱まり、その領域ではＮＯｘが分解されにくくなったため、二段燃焼率が低い条件の方が、分解されるＮＯｘの量が少なくなり火炉１の出口のＮＯｘ濃度は高くなったと考えられる。特に、二段燃焼率の供給条件が２０％の場合では、バーナ空気比（完全燃焼に必要な空気流量に対してバーナ３で供給する１次・２次・３次空気流量の合算値の割合）が０．９９であり、ほぼ１に近いため、還元雰囲気が形成されにくい。

＜２次空気分配率、２次旋回角の変化による燃焼改善策の検討＞
前述の如く、二段燃焼率を下げることで着火性をある程度改善させることは可能である。しかし、バーナ３の空気比が高まることで火炉１の出口のＮＯｘ濃度は増加してしまう。火炉１の出口のＮＯｘ濃度と灰中未燃分濃度の同時低減の観点からは、還元雰囲気を形成できる二段燃焼用空気条件を維持しながら、さらに燃焼性を改善することが有効であると考えた。そこで、バーナ３の近傍で着火でき、かつ、ある程度の還元雰囲気を形成できる二段燃焼率が２５％の条件（バーナ空気比０．９３）で燃焼改善策を検討することとした。

１次空気によって搬送された微粉炭は、バーナ３の出口直後で、２次空気と接するため、２次空気の供給条件の適正化が重要であると考えた。そこで、２次空気のバーナ旋回角と２次空気の供給量（２次空気分配率）の影響を調べた。２次空気の操作条件として、基準条件の旋回角８１degから６３degまで弱めた条件と、２次空気分配率を基準条件の１４．５％から３０％まで高めた条件での燃焼試験を実施した。

２次空気旋回角および２次空気分配率を変化させた際のバーナ３の出口直後での着火状況を図１５に、火炉１内の酸素濃度分布を図１６に示す。両図中（ａ）〜（ｃ）は二段燃焼率を２５％に固定し、（ａ）が２次空気旋回角を８１ｄｅｇで、２次空気分配率を１４．５％、（ｂ）が２次空気旋回角を６３ｄｅｇで、２次空気分配率を１４．５％、（ｃ）が２次空気旋回角を８１ｄｅｇで、２次空気分配率を３０％とした場合をそれぞれ示している。

図１５および図１６に示すように、２次空気旋回角を弱めた条件、２次空気分配率を高めた条件の双方でバーナ３の近傍での着火性がよくなった。しかし、火炉１内の酸素の消費に及ぼす影響から火炉１内の燃焼状態を考察すると、２次空気旋回角を弱めた条件では火炉１の外周部での酸素濃度が高く、火炉１の外周部の燃焼促進が図れていないことがわかった。

２次空気旋回角を弱めたことでバーナ３の出口直後の中心軸上のごく狭い領域での燃焼性は向上したが、バーナ３側から後流側に向かう燃焼用空気（１次＋２次空気）の直進性が増すため、火炉１の外周部まで火炎が広がらなかったと考えられる。

これに対して、２次空気分配率を高めた際には、バーナ３の出口直後、特に火炉１外周部分の酸素濃度が低く酸素の消費がさらに速くなっており、後流の方でも火炉１の外周部での酸素濃度が低い領域が広がっている。

２次空気分配率を高めたことでバーナ３の出口直後での着火性がさらに向上し、かつ、火炎もより外周部に広がっているものと判断できる。さらに、その際の火炉１の出口ＮＯｘ濃度と灰中未燃分濃度への関係を図１７に示す。同図を参照すれば、２次空気旋回角を弱めて運用することは、上記考察の通り、火炉１内全体での燃焼促進が図れないため火炉１の出口のＮＯｘ濃度は低下するものの、灰中未燃分濃度は大幅に増加した。これに対し、２次空気分配率を上げた条件では、バーナ３の近傍での着火性が増し、かつ火炉１内全体での燃焼改善が図れたため、火炉１の出口のＮＯｘ濃度と灰中未燃分濃度の双方を低減できた。

以上より、亜瀝青炭高比率混炭運用時にＡｉｒ／Ｃｏａｌを高めていく際には、バーナ３の近傍での着火性が悪化し灰中未燃分濃度が増加する。その対策として、二段燃焼率を下げることで着火性の向上を図ることができる。さらに２次空気分配率を高めることによって、着火性がより向上し、かつ火炎が外周部に拡がり、還元領域を広げることができる。かかる検討による亜瀝青炭高比率混炭運用時に空気供給条件の適正化を図った際の火炉１の出口のＮＯｘ濃度および灰中未燃分濃度への影響は図１８に示す。これらの運用策を講じることによって燃焼用空気の供給条件の適性化を図ることができ、火炉１の出口のＮＯｘ濃度を増加させずに、灰中未燃分濃度を効果的に低減できることが示された。

亜瀝青炭の混炭率を高めていくために有効な１次空気の運用条件を検討し、さらに、上述の如き実験結果に基づき亜瀝青炭高比率混炭運用時の適正な燃焼条件を検討した結果をまとめると下記の通りである。

１） 粉砕前後の石炭の熱物質収支に関する検討により、亜瀝青炭の混炭率の上限については、前提となる水分条件に強く依存するが、水分条件がわかれば、運用可能な亜瀝青炭の混炭率が試算でき、亜瀝青炭の混炭率を高めるためには、１次空気温度（ローラミル２の出口温度）を下げること、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ（乾燥用空気量）を高めることが有効である。

瀝青炭と亜瀝青炭の水分濃度を一般的な条件として、２０％として検討すると、混炭率５０％程度まではローラミル２の出口の１次空気温度を下げること、もしくは、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めることが亜瀝青炭の混炭率を高めるために有効であり、混炭率を７５％程度まで高める際には、双方の対策をとることが好ましいことが明らかとなった。ただ、Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めることのみによっても５０％以上の高い混炭率での燃焼が、バーナ３での失火を伴うことなく可能であることが分った。

２） 亜瀝青炭高比率混炭時に１次空気温度を７０℃程度まで下げても火炉１の出口のＮＯｘ濃度、灰中未燃濃度への影響は少なく、１次空気温度を下げることは、亜瀝青炭の混炭率を高めるために有効な対応策であることが明らかとなった。Ａｉｒ／Ｃｏａｌを高めると、１次空気流速の増加により、バーナ３の近傍での着火が遅れ、灰中未燃分濃度が増加するため、かかる燃焼状態を改善するためには、燃焼条件の適正化を図ることが必要であることがわかった。

３） 亜瀝青炭の高比率混炭運用時にＡｉｒ／Ｃｏａｌを高めていった際の燃焼性が悪化することの対策としては、二段燃焼率を下げることで、着火性の向上を図ることができる。すなわち、２次空気分配率を高めることで、着火性がより向上し、かつ、火炎が外周部に拡がり還元領域を広げることができた。

かかる知見に基づく本発明の実施の形態では、瀝青炭に対する亜瀝青炭の混炭率を５０％〜７５％の微粉炭を火炉１に供給することにより燃焼させる。このときのボイラＩの運用条件等は次の通りである。

１） Ａｉｒ／Ｃｏａｌは、基準条件におけるＡｉｒ／Ｃｏａｌの値（２．２）を越える、例えば２．４や２．６とする。
２） ローラミル２の出口側の１次空気温度は、基準条件における１次空気温度（８０℃）よりも低温の、例えば７０℃とする。
３） 二段燃焼率が基準条件における二段燃焼率の基準値未満である、例えば２５％や２０％とする。
４） ２次空気分配率を基準条件における２次空気分配率を超える値である、例えば３０％とする。

上記１）および２）の条件により、混炭率を少なくとも７５％程度まで高めることができる。この場合、このままではバーナ３の近傍での着火が遅れ、灰中未燃分濃度の上昇が懸念されるが、かかる燃焼状態の悪化は上記条件３）のように二段燃焼率を基準の二段燃焼率よりも小さい２５％や２０％とすることにより改善される。特に、図１３を参照すれば、２５％程度が最適である。

また、上記１）および２）の条件により、混炭率を高めた場合、二段燃焼率を下げることで着火性をある程度改善させることは可能であるとしてもバーナ３の空気比が高まることで火炉１の出口のＮＯｘ濃度は増加してしまうことが懸念される。かかる燃焼状態の悪化は、火炉１の出口のＮＯｘ濃度と灰中未燃分濃度の同時低減の観点から、還元雰囲気を形成できる二段燃焼用空気条件を維持しながら、さらに燃焼性を改善することが有効であるので、バーナ３の近傍の２次空気分配率を高めることでバーナ３の出口直後での着火性の向上を図ることで改善される。

かかる本形態によれば、亜瀝青炭の混炭率を高くすることができるので、安価な亜瀝青炭の割合が増加する分、コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、基準条件に対し１）１次空気の温度を低下させ、２）Ａｉｒ／Ｃｏａｌの値を大きくして１次空気の量を増大させ、３）二段燃焼率を小さくし、４）２次空気分配率を大きくしたが、少なくとも２）の条件が成立していれば、従来よりも混炭率を向上させることができる。

したがって、１）二段燃焼率が基準条件における二段燃焼率の基準値未満になるように調整する燃焼方法、２）２次空気分配率を基準条件における２次空気分配率を超える値となるように調整する燃焼方法、３）ローラミル２の出口側の１次空気の温度が基準条件における温度よりも低温になるように調整し、これらのうちの何れか一つを、Ａｉｒ／Ｃｏａｌの値を大きくして１次空気の量を増大させる燃焼方法と組み合わせることによっても、また何れか二つを、Ａｉｒ／Ｃｏａｌの値を大きくして１次空気の量を増大させる燃焼方法と組み合わせることによっても混炭率を向上させる燃焼方法を実現し得る。

本発明は亜瀝青炭と瀝青炭との混炭燃料による微粉炭火力により電力を得る産業分野において有効に利用することができる。

Ｉ ボイラ
１ 火炉
２ ローラミル
３ バーナ
４ 微粉炭搬送管路
３０ １次空気管
３１ ２次空気導入口
３２ ３次空気導入口
３７ オイルバーナ
３１１ ２次空気旋回羽根
３２１ ３次空気旋回羽根

Claims (2)

1. 石炭をローラミルで粉砕して得る亜瀝青炭と瀝青炭との混炭である微粉炭を混炭燃料とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法であって、
   前記ボイラが前記１次空気の他に２次空気および３次空気を噴射するバーナを有し、
   瀝青炭に対する亜瀝青炭の混炭率を上昇させて５０％以上に設定するに際し、
   前記ローラミルの入口側に供給する乾燥用の１次空気の供給量と、前記１次空気で搬送されバーナを介して前記１次空気とともに火炉中に供給される微粉炭の供給量の比であるＡｉｒ〔ｋｇ〕／Ｃｏａｌ〔ｋｇ〕を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して高い値とし、且つ前記ローラミルの出口側における前記１次空気の温度を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して低温になるように調整し、且つ前記３次空気に対する前記２次空気の割合である２次空気分配率を、前記混炭率が５０％より低い場合と比較して高い値となるように調整することを特徴とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法。
2. 請求項１に記載するボイラにおける混炭燃料の燃焼方法であって、
   前記ボイラが二段燃焼ボイラである場合において、二段燃焼率が前記混炭率が５０％より低い場合における二段燃焼率の基準値未満になるように調整することを特徴とするボイラにおける混炭燃料の燃焼方法。