JPH0220567Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃焼装置に係り、特に排ガス中の窒素
酸化物（NOx）の発生を効果的に抑制する脱硝
燃焼装置に関するものである。

NOxは大気汚染の重大な原因となる物質の一
つであり、公害防止の観点からこのNOxの除去、
あるいは低減が要望されている。

例えばボイラ等の燃焼装置から発生するNOx
には各種燃料中に含まれている窒素成分が燃焼時
に酸化されて生成するフユエル（Fuel）NOxと、
炭化水素系燃料を燃焼する際に炭化水素が空気中
の窒素と反応し、更にいくつかの反応を経て生じ
たプロンプト（Prompt）NOxと、空気中の窒素
分子が高温において酸素と結合して生成するサー
マル（Thermal）NOxとがあり、特にサーマル
NOxが問題視されている。

サーマルNOxの生成は燃焼温度が高く、燃焼
域でのO₂濃度が高く、また高温域での燃焼ガス
の滞留時間が長くなるほど多く発生すると云われ
ている。

このことから根本的にNOxを抑制するために
は、燃焼温度、O₂濃度、滞留時間を抑制するこ
とが重要で、特に燃焼温度が1600℃以上になると
NOxが急激に増加する傾向にあり、このために
最近のボイラにおいては脱硝燃焼方式が採用され
てNOxの低減と未燃分の減少が計られている。

この脱硝燃焼方式は主バーナで不完全燃焼を行
なわせてNOxの発生量を抑制し、脱硝バーナで
低酸素燃焼を行なわせて還元性中間生成物により
前記主バーナで発生したNOxを無害なN₂に還元
する燃焼方式である。

第１図、第２図は従来の脱硝燃焼方式を採用し
たボイラを示すもので、第１図は縦断面図、第２
図は第１図の側面図である。

第１図、第２図においてボイラ１は前壁２、後
壁３、側壁４，５、ホツパ６、ノーズ７および火
炉出口８から構成されている。前壁２には主バー
ナ９，１０、脱硝バーナ１１およびアフターエア
ポート１２を下から上へ順に設け、ホツパ６の底
部にはホツパ口１３が設けられて、ここから再循
環ガスが供給される。

そしてボイラ１の火炉１９内での低NOx化を
計るために、主バーナ９ではほぼ理論燃焼空気量
に等しい空気量若しくは理論燃焼空気量よりも若
干少な目の空気量によつて燃焼させ、主バーナ１
０では理論燃焼空気量の60〜80％の空気量で燃焼
させ、脱硝バーナ１１では理論燃焼空気量の40〜
60％で燃焼させて、炭化水素の燃焼中間生成物で
あるNOx還元性の強いCN，Ｃ，NH₃により主バ
ーナ９，１０のNOxを還元させ、更にアフター
エアポート１２から燃焼用空気を供給して完全燃
焼を行なわせる燃焼方式である。

このような燃焼方式によれば、第１図に示すよ
うに主バーナ９の火炎１４は通常の燃焼火炎でホ
ツパ口１３から供給される再循還ガスと火炎自体
の浮力により後壁３近くでは漸次上昇する火炎形
状となる。主バーナ１０からの火炎１５も主バー
ナ９からの火炎１４と類似の形状となるが、後壁
３の近くでは火炎１４の上昇速度が大きいため
に、図示のように後壁３までは到達しない。

このように主バーナ９，１０へは理論燃焼空気
量に近い空気量が供給されるために高温となり、
高濃度の窒素酸化物が生成される。

次いで脱硝バーナ１１へは低空気過剰率燃焼が
行なわれるので、火炎１６は還元炎となり、主バ
ーナ９，１０の火炎１４，１５で発生したNOx
が還元性生成物と反応し、窒素と酸素に変換され
る。

しかしながら、脱硝バーナ１１からの火炎１６
は、第１図に示すように主バーナ９，１０の火炎
１４，１５の上昇流のために後壁３まで到達せ
ず、主バーナ１０の火炎１５の一部（火炎が重な
つている部分）１７を除いて脱硝反応が充分に行
なわれない欠点がある。

また、アフターエアポート１２からの燃焼用空
気１８は後壁３側への貫通力が益々小さくなるた
めに、完全燃焼に必要な空気の供給が不充分にな
り、未燃分（CO、煤じん）が増加する欠点があ
つた。

特に第１図に示すように、前壁２側のみに主バ
ーナ９，１０および脱硝バーナ１１が配置された
いわゆるフロント・フアイアリング方式のボイラ
１においては、前壁２近傍の燃焼ガスが脱硝バー
ナ１１からの燃焼中間生成物との混合が殆んど行
なわれず、このために火炉出口８のNOx濃度が
高くなる欠点があつた。

本考案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、排ガス中の煤
塵を増加させることなく、NOxを低減すること
ができる脱硝燃焼装置を得ようとするものであ
る。

本考案は前述の目的を達成するため、火炉に複
数段のバーナと、そのバーナの上方に設けられた
アフターエアポートを備えた燃焼装置を対象とす
るものである。

そして、前記バーナとアフターエアポートとの
間に、炉内へ噴射する排ガスによつてほぼ水平方
向に向けて拡がりを有する塞き止め流を形成する
排ガス噴射手段を設け、下方のバーナからの燃焼
ガスの上昇流を前記排ガス噴射手段から噴射され
るほぼ水平方向の塞き止め流に当てて流れの方向
を変え、その変更後の燃焼ガスを前記アフターエ
アポートから噴出された燃焼用空気と混合するよ
うに構成されていることを特徴とするものであ
る。

以下、本考案の第１実施例を第３図ないし第６
図を用いて説明する。

これらの図において、第３図ならびに第４図は
実施例に係る脱硝燃焼装置の概略縦断面図ならび
に概略側面図、第５図は第３図Ａ部の拡大図、第
６図は第５図の平面図である。

これらの図において符号１〜１９までは従来と
同一のものを示す。図中の２０，２１は前壁２な
らびに後壁３に設けた燃焼排ガスを火炉９内に噴
射する一対の噴射孔で、２２はこれら噴射孔２
０，２１から噴射された排ガスによつてほぼ水平
方向に拡がるように形成される塞き止め流であ
る。

本考案者等は、第１図ならびに第２図に示すよ
うな脱硝燃焼方式を採用したボイラにおいて、
NOxの低減と未燃分を減少させるための実験を
行なつたところ、NOx量、未燃分とも一定値以
下には下がらなかつた。その後種々検討を行なつ
た結果、主バーナ９，１０からの不完全燃焼ガス
が、脱硝バーナ１１からの燃焼中間生成物、ある
いはアフターエアポート１２からの燃焼用空気を
投入しても、これらに邪魔されることなく火炉１
９を上昇するためであることが判明した。

つまり、複数段の主バーナ９，１０からの燃焼
ガスの上昇流に対する脱硝バーナ１１ならびにア
フターエアポート１２からのガスの貫通力が弱
く、このために主バーナ９，１０からの不完全燃
焼がすによつて脱硝バーナ１１からの燃焼中間生
成物、アフターエアポート１２からの完全燃焼の
ための燃焼用空気が混合されないまま押し上げら
れて、これらの撹拌、混合が不充分になるためで
ある。

従つて本考案においては、例えば第３図および
第５図に示すように、上向きに傾斜した排ガス噴
射孔２０と、下向きに傾斜した排ガス噴射孔２１
とを一対に設ける。そしてこの排ガス噴射孔２
０，２１から火炉１９内に向けて噴射する排ガス
流をある角度をもたせて衝突させ、この衝突によ
つて生ずる排ガス流のほぼ水平方向への拡がり
（第６図参照）によつて、塞き止め流２２を形成
する。

主バーナ９，１０からの不完全燃焼ガスＧの上
昇流は、この塞き止め流２２に当つて塞き止めら
れ、流れの方向が変えられるとともに上昇エネル
ギーが抑えられ、脱硝バーナ１１からの燃焼中間
生成物との撹拌、混合を密にしてNOxの還元を
行なう。さらに塞き止め流２２を越えることによ
つて流れの領域が拡張された燃焼ガスは、アフタ
ーエアポート１２から供給された燃焼用空気と良
好に混合され、未燃分を減少させることができ
る。

この第１実施例に係る脱硝燃焼装置の場合は、
後壁３に設けられた排ガス噴射手段（排ガス噴射
孔２０，２１）、前壁２に設けられた排ガス噴射
手段（排ガス噴射孔２０，２１）ならびに後壁３
に設けられたノーズ７が、火炉１９の下方から上
方に沿つて千鳥状に配置されている。従つて主バ
ーナ９，１０および脱硝バーナ１１からの燃焼ガ
スは、各部で塞き止められながら上昇する間に流
れの方向がランダムに拡張され、しかも上昇エネ
ルギーが三段で抑えられ、良好な撹拌、混合によ
り低NOx化が図れ、この混合流に前壁２と後壁
３の両壁に設けられたアフターエアポート１２か
らの燃焼用空気が混合されて、未燃分も少なくな
る。

なお、噴射孔２０，２１からの排ガスへ少量の
空気を混合してもよく、また、噴射孔２０と噴射
孔２１からの圧力媒体の流量を変えることによ
り、塞き止め流２２を水平方向よりも若干下向き
にしたり、上向きにしたりすることできる。

第７図ならびに第８図は本考案の第２実施例を
説明するためのもので、第７図はその実施例に係
る脱硝燃焼装置の概略縦断面図、第８図はその脱
硝燃焼装置の概略側面図である。

前記第１実施例と異なる点は、第１実施例のも
のは前壁２にのみ主バーナ９，１０ならびに脱硝
バーナ１１が配置されて片側燃焼を行なうもので
あつたが、この第２実施例は前壁２と後壁３とに
それぞれ主バーナ９，１０および脱硝バーナ１１
が配置されて、対向燃焼を行なうものである。そ
して排ガス噴射手段（排ガス噴射孔２０，２１）
は、両壁２，３の脱硝バーナ１１とアフターエア
ポート１２との間で、ほぼ同じ高さの所に対向し
て設けられ、両側に形成される塞き止め流２２，
２２によつて燃焼ガスの上昇流が前記第１実施例
のものよりも広く拡散される点である。他の構成
ならびに機能などは、前記第１実施例とほぼ同様
なのでそれらの説明は省略する。

前記実施例では排ガス噴射手段を脱硝バーナ１
１とアフターエアポート１２の間に設けたが、本
考案はこれに限定されるものではなく、例えば複
数段の主バーナ９，１０の間、あるいは複数段の
主バーナ９，１０と脱硝バーナ１１との間に設け
てもよく、要はバーナからの燃焼ガスの流れを強
制的に拡げて、アフターエアポートからの燃焼用
空気との混合が良好に行なえばよい。

本考案は前述のように、バーナとアフターエア
ポートとの間に、炉内へ噴射する排ガスによつて
ほぼ水平方向に向けて拡がりを有する塞き止め流
を形成する排ガス噴射手段を設け、下方のバーナ
からの燃焼ガスの上昇流を前記塞き止め流に当て
て流れの方向を変えるとともに上昇エネルギーを
抑え、流れに拡がりをもたせてアフタエアポート
からの燃焼用空気と混合されることを特徴とする
ものである。

このような構成をとることによつて、火炉内全
体で燃焼ガスと燃焼用空気との撹挟、混合が促進
されるので、超低NOx化を図ることができ、CO
や煤塵の酸化を促進させて、未燃分の発生を減少
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の脱硝燃焼装置を示
したもので、第１図は縦断面図、第２図は第１図
の側面図、第３図から第８図は本考案の脱硝燃焼
装置の実施例を示したもので、第３図は縦断面
図、第４図は第３図の側面図、第５図は第３図の
Ａ部を拡大した詳細図、第６図は第５図の平面
図、第７図および第８図は他の実施例を示したも
ので、第７図は縦断面図、第８図は第７図の側面
図である。 ２……前壁、３……後壁、９，１０……主バー
ナ、１１……脱硝バーナ、１２……アフターエア
ポート、１９……火炉、２０，２１……噴射孔、
２２……塞ぎ止め流。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 火炉に少なくとも、主バーナと、その主バー
   ナの燃焼ガス流れ方向下流側に配置されたアフ
   ターエアポートを備えた脱硝燃焼装置におい
   て、 前記主バーナとアフターエアポートとの間に
   あつて、第１の火炉壁と、その第１の火炉壁と
   対向する第２の火炉壁とに、炉内へ噴射する排
   ガスによつて塞き止め流を形成する第１の排ガ
   ス噴射手段と第２の排ガス噴射手段とをそれぞ
   れ設けるとともに、 その第１の排ガス噴射手段と第２の排ガス噴
   射手段とが、燃焼ガス流れ方向の上流側と下流
   側に配置され、 前記主バーナからの燃焼ガスの流れに対し
   て、第１の排ガス噴射手段から噴射される第１
   の塞き止め流、ならびに第２の排ガス噴射手段
   から噴射される第２の塞き止め流を順次衝突さ
   せることにより、ガスの流れの方向を乱し、 その後の燃焼ガスを前記アフターエアポート
   から噴出される燃焼用空気と混合させるように
   構成されるていることを特徴とする脱硝燃焼装
   置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第(1)項記載におい
   て、前記排ガス噴射手段が、一方向に傾斜した
   第１の排ガス噴射孔と、その第１の排ガス噴射
   孔と交差する方向に傾斜した第２の排ガス噴射
   孔とを対にしたものから構成され、 両方の噴射孔から噴射される排ガスを角度を
   もたせて衝突させることにより、前記塞き止め
   流を形成するとともに、 前記第１の排ガス噴射孔ならびに第２の排ガ
   ス噴射孔からの排ガス流量を変えることによ
   り、前記塞き止め流の形成角度が変更できるよ
   うに構成されていることを特徴とする脱硝燃焼
   装置。