JPH01281307A - 微粉炭燃焼装置 - 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〕 本発明は窒素酸化１５（ＮＯｘ）を低減する燃焼装置に
係り、特に微粉炭の燃焼時に大幅な低ＮＯｘ化を達成す
る微粉炭燃焼装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近の燃料事情の変化により、火力発電所用大型ボイラ
を始めとする事業用ボイラにおいては、石炭を主燃料と
する石炭専燃ボイラが増加している。

この石炭専燃ボイラにおいては、石炭を粉砕機で、例え
ば２００メツシュ通過量７０％程度の微粉炭に粉砕して
、石炭燃焼の向上を計っている。

しかしながら、化石燃料中には、Ｃ，Ｈ等の燃料成分の
他にＮ分が含まれ、特に微粉炭には気体燃料や液体燃料
に比較してＮ分含有量が多い。

従って、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは気体燃料お
よび液体燃料の燃焼時に発生するＮ　Ｏｘよりも多く、
このためにＮＯｘを権力低減させろことが要望されてい
る。

各種燃料の燃焼時に発生するＮＯｘは、サーマル（Ｔｈ
ｅｒ＋ｗａｌ）　Ｎ　Ｏｘとフューエル（Ｆｕｅｌ）Ｎ
Ｏｘとに大別されるが、サーマルＮＯｘは燃焼用空気中
の窒素が酸化されて発生するものであり、火炎温度の依
存性が大きく、火炎温度が高温になる程サーマルＮＯｘ
の発生量が増加する。一方、フューエルＮＯｘは燃料中
の窒素骨が酸化されて発生するものであり、火炎内の酸
素濃度の依存性が大きく、酸素が過剰に存在する程燃料
中のＮ分はフューエルＮＯｘになりやすい。

これらのＮＯｘ発生を抑制するための燃焼方法としては
、燃焼用空気を多段に分割して注入する多段燃焼法、低
酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領域に混入する排ガス再循
環法等があるが、これらの低ＮＯｘ燃焼法はいずれも低
酸素燃焼によって燃焼火炎の温度を下げることによりサ
ーマルＮＯｘの発生を抑制することにある。

ところが、サーマルＮＯｘとフューエルＮＯｘの中で、
燃焼温度の低下によってそのＮＯｘ発生量を抑制できる
のはサーマルＮＯｘであり、フューエルＮＯｘの発生量
は燃焼温度に対する依存性は少ない。

従って、火炎温度の低下を目的とした従来の燃焼方法は
、Ｎ分の含有量の少ない気体燃料、液体燃料の燃焼には
有効であるが、通常１〜２ｗｔ％の窒素が多量に含まれ
ている微粉炭燃料の燃焼に対しては効果は小さい。

一方、微粉炭の燃焼機構は、揮発成分が放出される微粉
炭の熱分解過程、放出された揮発成分の燃焼過程、更に
、熱分解後の可燃性固定成分（以下チャーという）の燃
焼過程からなる。

この揮発成分の燃焼速度は固体成分の燃焼速度よりもは
るかに早く、揮発成分は燃焼の初期で燃焼する。また熱
分解過程では、微粉炭中に含有されたＮ分も、他の可燃
成分と同様に揮発されて放出されるものと、チャー中に
残るものとに分かれる。

従って、微粉炭燃焼時に発生するフューエルＮＯｘは、
揮発性Ｎ分からのＮＯｘと、チャー中のＮ分からのＮＯ
ｘとに分れ、フューエルＮＯｘの中で、チャーからのフ
ューエルＮＯｘはチャーが燃焼することによって初めて
生成するため、燃焼の後半までＮＯｘの生成が続き、こ
の対策が重要なポイントとなる。

揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程および酸素不足の燃焼領
域でＮＨ，、ＨＣＮ等の化合物になることが知られてい
る。これらの窒素化合物は、酸素と反応してＮＯｘにな
る他に、発生したＮＯｘを窒素に分解する還元剤にもな
り得る。

この窒素化合物によるＮＯｘ還元反応は、Ｎｏにとの共
存系において進行するものであり、ＮＯｘが共存しない
反応系では、大半の窒素化合物はＮＯｘに酸化される。

また、還元物質の生成は低ｆ１１素濃度雰囲気になる程
進行しやすい。

このように微粉炭燃焼時のＮＯｘ低減法としては、還元
性をもつ揮発性窒素化合物とＮＯｘとを共存させ、窒素
化合物によりＮＯｘを窒素に還元する燃焼方法が有効で
ある。

すなわち、ＮＯｘの前駆物質であるＮ　Ｈｓ等の還元性
窒素化合物をＮＯｘの還元に利用することにより、発生
したＮＯｘの消滅とＮＯｘ前駆物質の消滅を行なわせる
燃焼方法がＮ０ｘｉ減には有効である。

第１図は、従来の微粉炭を燃焼させるデュアルレジスタ
タイプの微粉炭燃焼装置の縦断面図である。

微粉炭バーナは、微粉炭と一次空気、あるいは微粉炭と
排ガスの混合流体を火炉１内に噴射する微粉炭供給管２
と、曲成されたエルボ３によって構成され、このエルボ
３には混合流体の流れを変えるスプラッシュプレート４
が配置されてその内側に微粉炭供給通路５が形成される
。

そして、この微粉炭供給管２の外周には、ウィンドボッ
クス６から炉壁７のバーナボート８へ燃焼用空気を供給
するために、ウィンドボックス６内を仕切板９．１０．
外筒１１によって二次空気通路１２と三次空気通路１３
に区画し、二次空気通路１２．三次空気通路１３にはそ
れぞれ二次エアレジスタ１４．三次エアレジスタ１５を
配置して二次、三次空気通路１２．１３の燃焼用空気量
を抑制する。

この様な構造において、微粉炭供給通路５からの燃料は
その先端から火炉１内へ噴射され、二次空気通路１２．
三次空気通路１３から火炉ｌ内へ噴射される燃焼用空気
によって燃焼する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、第１図に示す従来の微粉炭燃焼装置において
は、微粉炭供給管５からの燃料を折角−次空気（搬送用
空気）によって低空気比で燃焼させようとしても、二次
、三次空気通路１２．１３からの燃焼用空気の一部が微
粉炭供給管２の先端部で燃焼用空気として巻き込まれて
低空気比が阻害され、これによって低ＮＯｘ化を計るこ
とができない。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、排ガス中のＮＯｘを低減する
ことができ、しかも未燃分を低下させることができる微
粉炭燃焼装置を得ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭供給管と
外筒との間に内筒を設けて二次空気通路を内側二次空気
通路と外側二次空気通路に分割し、この外筒と内筒の先
端に二次、三次空気を外側へ整流する案内部材を設ける
とともに、微粉炭供給管の先端に末拡りのフレームホル
ダを設け、かつ内側二次空気通路に空気量を制御する流
量Ｕ４整機構を設けたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図は本発明の実施例に係る微粉炭燃焼装置の縦断面
図、第３図は第２図の先端部を拡大した詳細図である。

第２図および第３図において、符号１から１５までは第
１図の従来のものと同一のものを示す。

１６は微粉炭供給管２と外筒１１との間に設けた内筒で
、この内情１６によって外側二次空気通路１７ａと内側
二次空気通路１７ｂに分割される。

１８．１９は外？１１１１と内？ｌ１１６の先端に設け
た二次空気、三次空気を外側へ整流する案内部材、２０
は微粉炭供給管２の先端に設けたフレームホルダ、２１
は内筒１６に設けた連通孔、２２は内側二次空気通路１
７ｂの空気量を制御する流量調整機構、２３は操作杆、
２４はフレームホルダ２０の内側に形成される渦流、２
５は孔、２６は前垂れである。

この様な構造において、第１図に示す従来の微粉炭燃焼
装置と異なる点は、微粉炭供給管２と外筒１１の間に外
側二次空気通路１７ａと内側二次空気通路１７ｂを区画
する内筒１６が設けられ、外筒１１と内Ｍ１６の先端に
は案内部材１８．１９が設けられている。そして、微粉
炭供給管２の先端にはフレームホルダ２０が設けられ、
外側、内側二次空気通路１７ａ、１７ｂの空気量が流量
調整機構２２によって調整される点である。

まず、微粉炭供給ｇ２の先端に設けられたフレームホル
ダ２０は第２図および第３図に示す如く、その中央部に
微粉炭と一次空気が流れる孔２５を有する皿形状のもの
で、その一端は微粉炭供給管２の軸方向とほぼ直角に前
垂れ２６が形成され、他端は火炉１に向けて半径方向に
末拡りに形成されている。

従って、フレームホルダ２０は微粉炭供給管２からの微
粉炭が外側へ拡散することを抑制すると共に、このフレ
ームホルダ２０の内側に渦流２４を形成して着火性を良
くし保炎効果を高めて、高温還元炎Ｉを確実に発生させ
る。

また、このフレームホルダ２０、内筒１６の案内部材１
９、外’１１１１１の案内部材１８は内側二次空気通路
１７ｂ、外側二次空気通路１７ａの二次空気および三次
空気通路１３の三次空気を出来るだけ外向きに供給する
ためである。

この様な構造において、微粉炭は微粉炭供給管２の孔２
５から火炉１内に噴射されるが、フレームホルダ２０に
よって第２図および第３図に示す如くこのフレームホル
ダ２０の内側に渦流２４を形成し、この渦流２４によっ
て微粉炭を巻き込み、外側から空気を巻き込んで確実に
着火火炎（保炎作用）を形成する。

この様にフレームホルダ２０によってバーナ近傍に高温
還元炎Ｉを形成すると、この高温還元炎Ｉでは下式のよ
うに微粉炭燃焼による窒素酸化物が揮発性の窒素酸化物
（Ｖｏｌａｔｉｌｅ’　　Ｎ）とチャー中の窒素酸化物
（Ｃｈａｒ　　Ｎ）に分解する。

Ｔｏｔａｌ　　Ｆｕｅｌ　　Ｎ−＋Ｖｏｌａｔｉｌｅ　
　Ｎ＋Ｃｈａｒ　　Ｎ＝（１）Ｖｏｌａｔｉｌｅ　　Ｎ
は還元性中間生成物である・ＮＨｚ。

・ＣＮ等のラジカルおよびＣＯのような還元性中間生成
物を含んでいる。

この高温還元炎Ｉ内でも局部的に小量のＮＯｘが発生す
るが、これは（２）式に示すように微粉炭中の炭化水素
ラジカル（例えば・ＣＨ）により還元性ラジカルに転換
される。

Ｎｏ＋・ＣＨ→・ＮＨ＋ＣＯ・・・・・・・・・（２）
次に高温還元炎Ｉの周囲には外側二次空気通路１７ａ、
内側二次空気通路１７ｂからの二次空気による酸化炎■
が形成され、高温還元炎■からのＶｏｌａｔａｌｅ　　
Ｎおよび空気中の窒素（Ｎｇ）が酸化され、（３）式お
よび（４）式のようにＦｕｅｌＮＯおよびＴｈｅｒｍａ
ｌ　　Ｎｏを生成する。

２Ｖｏｌａｔｌｌｅ　　Ｎ＋０ｘ＝２ＮＯ（Ｆｕｅｌ　
ＮＯ）”（３）Ｎｘ　　＋　Ｏｔ　　−２Ｎｏ　　（Ｔ
ｈｅｒｍａｌ　　　Ｎｏ）　　””（４）脱硝域■では
酸化炎■で生成したＮＯと高温還元炎■内の還元性中間
生成物（・ＮＸ）とが反応してＮｔを生成し、自己脱硝
が行なわれる。

ここでＸはＨｔ、Ｃ等を示す。

Ｎｏ＋・ＮＸ４Ｎｔ　＋ＸＯ・・・・・・・・・（５）
脱硝域■の後ＩＩｔ＜第２図では右側）に形成される完
全燃焼域■では、三次空気通路１３からの三次空気が脱
硝域■の後流側に供給され、ここで前述のＣｈａｒ　　
Ｎを含むチャー、未燃分が完全燃焼される。この際、Ｃ
ｈａｒ　　Ｎは数％程度の転換率でＮｏになり、チャー
中のＮは極力気相へ放出させておくことが望ましい。

従って、本発明においては内部に擬縮された高温還元炎
Ｉが存在するために、その高温ゆえにチャー中のＮの気
相への放出は促進され、しかも放出された後は、その還
元雰囲気のために、ＮＯへの転換も抑制される。

また、高温還元炎■の外側に外側二次空気通路１７ａ、
内側二次空気通路１７ｂからの二次空気によって酸化炎
■が形成されるが、この二次空気の内、内側二次空気通
路１７ｂからの二次空気量が多くなると還元炎■と酸化
炎■の分離が不充分になり二次空気が高温還元炎Ｉに混
入して還元性ラジカルが酸化され易（なるので、第２図
の操作杆２３の実線の位置から点線の位置へ流量調整機
構２２を移動させて連通孔２１を小さくして内側二次空
気通路１７ｂの二次空気量を少なくし、逆に外側二次空
気通路１７ａからの二次空気量を多（するのである。

また、三次空気通路１３からの三次空気は案内部材１８
によって外向きに一旦分散した後、脱硝域■の後流（第
２図の右側）で合流して完全燃焼域■を形成する。

この場合、三次空気の圧力は、例えば三次エアレジスタ
１５の上流側で１２０ｍｍＡｑ以上で運転することが好
ましく、三次空気と二次空気の風量割合は４対１にする
と、三次空気は強力な旋回力と適切な風量によってバー
ナボート８から広い角度で火炎１内に噴射されるので、
高温還元炎Ｉがバーナ先端近傍で形成され、高温還元炎
■と二次、三次空気の混合はバーナ近傍では僅かであり
、このために脱硝域■を形成することができる。

一方、高温還元炎■の下流側においては二次。

三次空気の噴射エネルギーも低下して内側へ流れ込み、
完全燃焼域■で未燃分の燃焼が行なわれる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように構成したので、排ガス中のＮＯｘ
を低減することができ、しかも未燃分を低下させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の微粉炭燃焼装置を示す縦断面図、第２図
は本発明の実施例に係る微粉炭燃焼装置の縦断面図、第
３図は第２図の微粉炭燃焼装置の先端部を拡大した詳細
図である。 ２・・・・・・・・・微粉炭供給管、１１・・・・・・
・・・外筒、１２・・・・・・・・・二次空気通路、１
３・・・・・・・・・三次空気通路、１６・・・・・・
・・・内筒、１７ａ・・・・・・・・・外側二次空気通
路、１７ｂ・・・・・・・・・内側二次空気通路、、１
８．１９・・・・・・・・・案内部材、２０・・・・・
・・・・フレームホルダ、２２・・・・・・・・・流量
調整機構。 ＭＩ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 微粉炭供給管の外側に外筒を設けて二次空気通路と三次
   空気通路に仕切り、微粉炭供給管からの燃料を二次、三
   次空気通路からの燃焼用空気によつて燃焼させるものに
   おいて、 前記微粉炭供給管と外筒との間に内筒を設けて二次空気
   通路を内側二次空気通路と外側二次空気通路に分割し、
   この外筒と内筒の先端に二次、三次空気を外側へ整流す
   る案内部材を設けるとともに、微粉炭供給管の先端に末
   拡りのフレームホルダを設け、かつ内側二次空気通路に
   空気量を制御する流量調整機構を設けたことを特徴とす
   る微粉炭燃焼装置。