JPH01169216A - 負荷変動対応型微粉炭バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な微粉炭ボイラに用いる負荷変動追従性微
粉炭バーナに関する。

〔従来の技術〕

石炭には油燃料に比べて多量の窒素（Ｎ）分が含有され
るため、燃焼に際しては、このＮ分が酸化されて生成す
るフューエルＮＯＸが多く、その抑制法が重要となる。

このＮＯｘの発生を抑制するため、従来燃焼用空気を多
段に分割して供給する多段燃焼法、あるいはバーナにお
いて、２次空気、３次空気を、燃料噴出孔より離すこと
により、過剰空気と低空気比燃焼火炎との混合を遅らせ
る燃焼法がある。これらの低ＮＯｘ燃焼法に共通の原理
は、火炎中に低酸素濃度雰囲気を形成させるものである
。石炭の燃焼においては、揮発分の燃焼過程で、揮発性
Ｎ分が酸素不足の条件で燃焼するとＮ　Ｈ３、ＨＣＮ等
の化合物になることが知られている。これらのＮ化合物
は、酸素と反応してＮＯｘになる他に、発生したＮＯｘ
と反応してＮＯｘをＮ２に分解する還元剤にもなる。こ
のＮ化合物によるＮＯｘ還元反応は、ＮＯｘとの共存系
において進行するものであり、ＮＯｘが共存しない系で
は、大半のＮ化合物はＮＯｘに酸化される。この還元反
応は高温の燃焼場においては低酸素雰囲気になる程進行
し易い。従って、如何にして低酸素雰囲気を火炎内に形
成するかが、技術的な鍵になる。

これ迄知られている低酸素雰囲気を形成させるためのバ
ーナは、特開昭６１−２３５６０４　、特開昭６１−２
９５４０２号公報に示されるように、２次あるいは３次
空気を、燃料ノズルより離すことにより達成するものが
ある。しかし、いずれのバーナにおいても、一定負荷条
件下では低酸素濃度雰囲気の形成はできるものの、中心
部の微粉炭と搬送空気流量あるいは、２次及び３次空気
流量が負荷に応じて変動を余儀なくされた場合に、同様
低酸素濃度領域を形成し、Ｎ　Ｏｘ排出量を抑制するた
めの検討が成されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のバーナによる燃焼法では、燃料噴出ノズル及
び２次あるいは３次空気ノズルの流路断面は一定であり
、燃料噴出速度あるいは２次及び３次空気噴出速度が変
化した場合についての配慮が成されていない。特に、石
炭ボイラは、中間負荷運用のため、同一バーナで、燃料
流量あるいは燃焼用空気流量が変化した場合、必ずしも
火炎内に低酸素領域が形成されず、その結果、ＮＯｘ還
元反応が起こらないためＮ　Ｏｘ排出量が増加する問題
があった。

本発明の目的は、燃料噴出速度（搬送用空気の噴出速度
）がＮＯｘ排出量を大きく左右することが実験の結果明
らかにできたので、負荷変動時に対して、微粉炭と搬送
用空気の噴出速度を制御し、有効に低酸素濃度雰囲気を
形成させることによって、ＮＯｘの還元反応を促進させ
、Ｎ　Ｏｘ排出量を負荷変動時も同様に制御できる負荷
変動対応型微粉炭バーナを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、負荷変動に対応した燃料流量と搬送空気流
量に応じて噴出速度を最適条件に近づけるように操作す
ることにより達成される。詳しくは、燃料噴出ノズルは
通常１本であるが、本発明では複数の円管ノズルを円軸
上に配列し、多重管を構成し、燃料流量に応じて噴出口
径を選定できるようにしたことにより達成される。

〔作用〕

本発明のバーナは、微粉炭ノズルとしての口径の異なる
多重管を任意に移動できるよう構成するため、常に最適
噴出速度になるように燃料を噴出できる。その結果、Ｎ
Ｏｘの還元反応を進める低酸素濃度雰囲気を形成でき、
負荷変動に係らずＮ　Ｏｘ排出量を常に抑制することが
できる。

〔実施例〕

以下２本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、本発明による微粉炭バーナの実施例の一つである
。バーナは、微粉炭とこれを搬送するための１次空気と
の混合気１５が噴出する円環状の微粉炭ノズル１１．１
２及び１３、その外側に設置され、２次空気を噴出する
ための２次空気ノズル２０、及び２次空気ノズル２ｏの
外周上に設置される円環状の３次空気ノズル２１によっ
て構成される。微粉炭ノズル１１中には、燃焼炉の予熱
時に使用する液体燃料ノズル１４が配置され、予熱時に
重油等の液体燃料が噴出される。

２次及び３次空気ノズル２０．２１にはそれぞれ旋回流
発生器１８．１９が設置され、２次及び３次空気噴流の
旋回強度を調整するのに用いられる。また、２次空気ノ
ズル２０と３次空気ノズル２１の間には円環状のスペー
サ２２を設置し、２次空気１６と３次空気１７との混合
を遅く進め、火炎内に低Ｍ　Ｍｍ度雰囲気を形成させ、
発生したＮ　Ｏｘの還元反応を促進するように構成され
る。

上記構成の微粉炭バーナの特徴は、微粉炭ノズルを３重
の円軸円管を使用している点にある。本実施例では、微
粉炭ノズル１１の内直径Ｄｌとノズル１２の内直径Ｄ２
及びノズル１３の内直径Ｄ８はＤｚ＝−Ｄｚ＝　　Ｄａ
となるように各々の管径を決定した。

上記構成の微粉炭バーナでは、微粉炭と１次空気の混合
気１５が口径の最も小さい微粉炭ノズル１３より導入さ
れる。全負荷運転の場合に定まる微粉炭と１次空気の混
合気１５の流量によって、所定の噴出速度になるように
最も外側の微粉炭ノズル１１の口径Ｄ１が決定される。

第２図には本発明の微粉炭搬送用の１次空気噴出速度と
燃焼時の燃焼炉出口のＮｏＸａ度についての実験結果を
示した。この結果によれば、２０　ｍ　／　ｓ以下の噴
出速度では、２次空気と３次空気との混合が速まるため
に低酸素濃度領域を火炎中に形成し難しくなり、その結
果１発生したＮＯｘの還元反応が進みにくく、Ｎｏに濃
度は増加する傾向にある。また、３０ｍ／ｓ以上になる
と噴出速度が速すぎるため、火炎面がバーナ面より離れ
、２次空気と３次空気との混合が進む領域で燃焼が活発
に進むため、同様に低酸素濃度領域の形成が難しく、Ｎ
Ｏｘ濃度は増加する。従って、本実験結果により、１次
空気の噴出速度は２０〜３０　ｍ　／　ｓの範囲内で制
御できるようにすることが好ましい。この実験結果から
、微粉炭ノズル１１のから噴出する流速を本実施例では
２５ｍ／ｓとなるように微粉炭ノズル１１の口径Ｄ１を
決定した。先に述べた内側のノズル１３より導入された
微粉炭の混合気１５はノズル１１を介して火炉内に噴出
される。噴出された微粉炭は搬送用の１次空気と、２次
空気によって若人され、火炎中心部に、低空気比の火炎
が形成される。この低空気比火炎は、２次空気流量やそ
の旋回強度調整によって安定化される。また、本発明の
バーナでは、２次空気ノズル２０と３次空気ノズル２１
との間に配置されるスペーサ２２によって、３次空気と
中心部の低空気比火炎との混合が遅れるため、低空気火
炎では、バーナの近傍で、燃焼空気中の酸素が着火によ
って消費された後に、酸素１度の低い雰囲気が形成され
る。

３次空気は還元雰囲気内でＮＯｘが還元された後に、残
存する未然分を完全燃焼するために使用される。従って
、ＮＯｘが還元された後には、三次空気は急速に中心部
の流れと混合し、残存する未然分を酸化する必要がある
。本発明では、３次空気は旋回流として噴出するため、
中心部の静圧が低くなり、火炎後流で、燃料の流れ方向
とは逆に、後流からバーナ面に向う流れを伴う循環流が
形成され、この循環流によって、後流における３次空気
と中心部の流れとの混合が促進されるようにしである。

次に、本発明の微粉炭バーナの特徴をより明確にするた
めに第３図、第４図及び第５図を用いて詳細に説明する
。本発明の実施例の一つとして第１図で示したように、
微粉炭ノズルは口径の異なる３重管により構成した。第
３図は、風箱２７に位置する微粉炭ノズルの構造を示し
、全負荷対応時の微粉炭ノズルの構成を示す。全負荷時
には、微粉炭ノズル１２．１３はノズル１１の先端噴出
口よりＬの距離だけ手前側にその先端を位置させる。こ
の距離りはＬ≧１０Ｄ１にすることが実験結果から判断
すると必要である。微粉炭ノズル１１．１２．１３は、
それぞれのノズルに接する部分及び液体燃料ノズルとの
接する部分にシール剤２４．２５及び２６によって微粉
炭ノズル１２及び１３が移動できるよう構成される。次
に、第４図は、１／２負荷の場合についての微粉炭ノズ
ルの構成を示す。負荷が１／２になると微粉炭供給量及
び搬送用１次空気流量も１／２に減少する。

従って、微粉炭ノズル１２の口径Ｄ　２　＝　（１／　
ｎ）Ｄｌの関係から流路断面は１／２となり、微粉炭ノ
ズル１２を移動し、ノズル１１と同じ先端位置に合せる
。この構成にすることにより、微粉炭供給部２２より導
入された微粉炭と搬送用１次空気の混合気１５は、Ｄ２
の口径から成る微粉炭ノズル１２の先端から第３図で示
したＤｌの口径径から成る微粉炭ノズルと同流速で噴出
できることになる。更に、負荷が１／４に低減される場
合には、第５図に示す微粉炭ノズルの構成となる。負荷
が１／４の場合にも微粉炭供給量及び搬送用１次空気流
量は１／４に減少する。この場合には、第５図に示す如
く、最小口径Ｄ３の微粉炭ノズル１３を先端まで挿入す
る。口径Ｄ３＝　（１／２）ＤＩの関係から流路断面は
１／４となり、４／４負荷。

２／４負荷と同流速で微粉炭と１次空気の混合気１５を
噴出させることが可能となる。先に、第２図で示した実
験結果によれば、微粉炭と１次空気の混合気の噴出速度
のＮＯｘ排出量に与える影響を抑制することができる。

この本発明のバーナ構成の一実施例によって得られる効
果を第６図の実験結果を用いて説明する。

第６図は１石炭中の固定炭素と揮発分の比率が約１．０
の石炭を用いて、１次空気の噴出速度が約２５　ｍ　／
　ｓになるように口径を選定した。最大石炭供給量約５
０ｋｇ／ｈ、（石炭供給量）／（空気供給量）＃１（重
量比）の条件で燃焼した結果で、いずれの負荷時も、出
口酸素濃度２％一定である。

その結果、各負荷時の排出ＮＯｘ　ａ度は、はぼ−定値
を示し、本発明のバーナ構成によって、負荷変動に対し
ても、低酸素濃度領域を火炎中心部に形成させることが
でき、その結果、発生したＮＯｘの還元反応を促進し、
排出するＮＯｘ６度を抑制することが可能となった。

また、２次空気流量あるいは２次空気旋回強度３次空気
流量あるいは３次空気流量は、それぞれの負荷条件（微
粉炭と１次空気の混合気流量）に応じて適便調整するこ
ともある。これは、バーナ中心部から噴出する混合気の
運動量に関係して、２次及び３次空気の混合過程が影響
されることに起因する。

以上１本発明の一実施例について説明したが。

負荷変動がより広範囲に必要となる場合については１本
実施例で示した３重管に限らず１本発明と同等の効果を
得るものであれば、４重管等の微粉炭ノズル構成も考え
られ、微粉炭ノズル本数は使用目的によって随時選定で
きるものとする。また、本発明と同等の効果は、カメラ
の絞りと同様に、噴出部の口径が自在に変化できるノズ
ルであっても、負荷変動に伴って噴出速度を調整するも
のであれば本発明の中に含まれる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷変動に対して、同一性能を維持し
ながら、微粉炭供給量を制御でき、安定な燃焼が実施で
きる。また、同一バーナで対応できることは経済性にも
優れ、火力発電用ボイラーに適用できる他に、産業用ボ
イラのバーナとして利用拡大が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す負荷変動型微粉炭バー
ナ構成を示す断面図、第２図は本発明のバーナのＮＯｘ
と一次空気噴出速度との関係を示す線図、第３図、第４
図及び第５図は本発明の微粉炭バーナにおけるノズル構
成を示す断面図、第６図は本発明微粉炭バーナのＮＯｘ
と負荷との関係を示す線図である。 １１．１２．１３・・・微粉炭ノズル、２０・・・２次
空気ノズル、２１・・・３次空気ノズル、２２・・・ス
ペーサ、２３・・・耐火壁。 卒１０ 宅２図 じＴ了ＡＯ１ｊ＄区圧（”／ｓ） 第５図 嵩６ｚ 負衝（−）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粉炭ノズルと、燃焼用空気を分割した２次空気ノ
   ズルと３次空気ノズルを備えた円環状の微粉炭バーナに
   おいて、供給する微粉炭流量及び微粉炭搬送空気流量の
   変化に対応して、微粉炭ノズル出口断面を変化させ、微
   粉炭と搬送用空気の混合流の噴出速度を制御することを
   特徴とする負荷変動対応型微粉炭バーナ。 ２、特許請求の範囲第１項において、微粉炭ノズルを複
   数個の口径の異なる円心円管状のノズルからなり、各ノ
   ズルを移動可能にした負荷変動対応型微粉炭バーナ。