JPH0229369Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、微粉炭燃焼ボイラに係り、特に、低
NOx化を達成するために好適なバーナを用い、
そのバーナ配置と燃焼条件を変化させて、低
NOx化を図る低NOx燃焼ボイラに関する。

〔従来技術〕

石炭を燃料とする場合、塊炭を粉砕機（ミル）
で微粉化した、いわゆる微粉炭を直接バーナから
火炉内に噴出させて燃焼させる微粉炭燃焼法が広
く実用に供されている。微粉炭燃焼の際発生する
窒素酸化物（NOx）は、石炭中に含有される窒
素分（Ｎ分）が酸化されて発生するFuelNOxと、
燃焼用空気中の窒素分（N₂）が酸化されて発生
するThermalNOxとに大別されるが、石炭中に
は１％前後の多量の窒素分が含まれ、全NOx発
生量の80％以上はFuelNOxである。従つて、微
粉炭燃焼でのNOx対策はこのFuelNOxに主眼点
が置かれ、多くの機関で検討されているが、現状
では実用化までには至つていない。しかし、微粉
炭燃焼法を改善することによつて、燃焼領域で低
NOx化を図る低NOx燃焼法の関発が活発に推進
されている。特に、ボイラの火炉内を反応器とし
て利用し、微粉炭燃焼条件を種々設定することに
よつて、NOxとNOxの還元性物質とが生成する
ことに着目し、発生したNOxを火炉内で還元性
物質と反応させ、N₂に還元する燃焼法が特公昭
55−21922号に記載されている。この発明は、従
来の微粉炭燃焼に対し、NOxを低減できること
で一歩前進した燃焼法である。この発明は、火炉
内のバーナ配置と、燃料と燃焼用空気量の配分比
率を選定し、主バーナでは微粉炭を完全に燃焼さ
せ、NOxを比率的多く発生させ、未燃分を少な
くする燃焼条件に設定し、後流側の副バーナでは
不完全燃焼条件で還元性物質（例えばNH₃）な
どを発生させ、主バーナで発生したNOxと還元
性物質を反応させてNOxをN₂に還元しようとす
るもので、最後流側では燃焼用補助空気のみを火
炉内に噴出させ、副バーナでの不完全燃焼域で生
成した未燃分を完全に燃焼させて、未燃分を増加
させることなく、低NOx化を達成しようとする
ものである。しかし、次に示すような問題点があ
る。一つは、火炉内の限られた反応場で、主バー
ナで生成したNOxと、副バーナで生成したNH₃
等の還元性物質を反応させるためには両者の火炎
の混合を充分に促進することが必要である。これ
と同時に、混合が促進されても火炉内の限られた
滞留時間内では、全ての生成NOxが100％N₂に
還元することは不可能であり、主バーナで生成し
た一部のNOxはそのまま排出される。この未反
応のNOx量は、主バーナから生成するNOx量に
大きく左右され、特公昭55−21922号には主バー
ナでのNOx生成量が明記されておらず、主バー
ナの空気比が1.0以上の場合では、NOx生成量も
多いことから、未反応のNOxが多くなる懸念が
ある。第二に、主バーナと副バーナから燃焼する
微粉炭の配分量が不明確であり、仮に副バーナの
燃料量が多い場合には、副バーナでは空気比1.0
以下の空気不足の条件で燃焼させるために、未燃
分が多く、これを後流側で噴出させる補助燃焼空
気によつて燃焼させる。この未燃分を燃焼させる
際に、未燃分中に残留する窒素分が酸化されて生
成するCharNOxが無対策のまま排出されること
になる。このCharNOxの生成量は副バーナから
の供給量に左右されるため、火炉内からの排出
NOx量が無視できなくなる。さらに、副バーナ
からの未燃分増加は補助空気との混合によつて促
進されるもので、混合条件によつて排出される未
燃分が増加し、燃焼効率の低下を招く。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、火炉内を反応器として利用
し、排出未燃分を少なくし、且つ、効果的に低
NOx化を達成することのできる低NOx燃焼ボイ
ラを提供すにある。

〔考案の概要〕

本考案は、微粉炭を二分割し、中心部より微粉
炭と一次空気を、外周より微粉炭と二次空気を、
さらに、外周からは燃焼補助空気を噴出させる構
造とした低NOxバーナを用いた。主バーナでは
空気比1.0以上で未燃分を少なくし、且つ、NOx
濃度を低減するようにすると共に、主バーナから
の微粉炭供給量は副バーナからの供給量より多く
することで、副バーナからは空気比1.0以下の低
空気比燃焼を行ない、主バーナから生成された低
NOx濃度を還元するのに必要な還元性物質の発
生量となる空気比を選定する。この条件は、比較
的空気比が1.0に近い領域となり、未燃分の生成
量は従来技術に比べ低いと同時に、微粉炭供給量
も主バーナに比べ少ないので未燃分の総量を低減
することができる。従つて、最終段での未燃分燃
焼領域で生成するCharNOxを低減でき、未燃分
の排出量も低減され、高い燃焼効率を保ちながら
効果的に低NOx化を達成できる。

〔考案の実施例〕

以下、本考案の実施例を第１図ないし第７図を
用いて具体的に説明する。第１図は本考案の一つ
である主バーナに用いる低NOxバーナの略図を
示す。本バーナは円軸円筒状から形成する。中心
ノズル１は点火用の重油噴出ノズルである。微粉
炭は中心ノズル１の外周に設けたノズル３と、さ
らに外周のリング状に形成したノズル４から二分
割して噴出できるよう構成される。さらに外周に
は三次空気ノズル７が配置される。ノズル３より
噴出する微粉炭及び空気を一次燃料と一次空気と
称し、ノズル４より噴出する微粉炭と空気を二次
燃料と二次空気と呼ぶ。本バーナの特性を第２
図、第３図に示す。第２図で明らかなように、二
次燃料比（＝二次燃料／全燃料）は0.5、すなわ
ち、一次及び二次燃料は等分して供給することで
最も低NOx化が達成できる。第３図は、第２図
の結果を基に燃料を等分に供給し、一次空気量を
一次燃料に対し、空気比を0.2とした場合の全空
気比に対する燃焼灰中の未燃分の関係を示したも
ので、二次燃料が空気比≫1.0の条件で燃焼させ
ることで、未燃分が極めて少ないことが判る。ま
た、第２図で示すように低NOx化が図れる原因
としては、第４図に示すように、一次燃料が空気
比が0.2程度で燃焼していることで、還元性物質
の一つであるNH₃が多量に生成し、二次燃料の
燃焼で発生したNOxと反応し、NOxをN₂に還元
することができるためである。特に、NH₃など
の還元性物質とNOxを一次火炎と二次火炎で同
時に発生させ、二次火炎は、第１図に示した旋回
器５によつて旋回した火炎を形成するために、
NH₃などの還元性物質とNOxを火炎後流側で積
極的に混合を促進できるために低NOx化が効果
的に実施できる。

次に、主バーナと副バーナから供給する微粉炭
の配分量の決定を第５図に従い説明する。微粉炭
燃焼では、石炭中に含有される窒素分に起因する
FuelNOxが全NOxの大部分を占めることを述べ
たが、さらにFuelNOxは、揮発分の燃焼の際発
生するVolatileNOxと固定成分であるチヤーの
燃焼に伴つて発生するCharNOxとに分類される。
第５図は、このVolatileNOxとCharNOxの発生
割合を測定した結果であり、燃焼は予め微粉炭と
燃焼用空気の全量を混合させて噴出する完全予混
合型のバーナを用いて実験を行なつた。この結
果、FuelNOxの大半はVolatileNOxであるが、
低NOx化を達成するにはCharNOxも無視できな
いことが明らかにできた。すなわち、主バーナに
第１図のの燃料分割バーナを用い、且つ、微粉炭
の供給量は副バーナに比べ多量とする。これによ
つて副バーナの燃焼量を低減し、副バーナは第４
図に示すように、主バーナで生成したNOxを還
元するためのNH₃などの還元性物質を生成させ
るために、空気比1.0以下にする必要がある。こ
の燃焼条件によつて灰中未燃分も増加することに
なるが、微粉炭の絶対量が主バーナより少ないた
めに、未燃分の量も低減できる。しかも、主バー
ナから発生するNOx濃度は低濃度であることか
ら副バーナの燃焼条件は空気が1.0に近い領域で
燃焼させることができ、未燃分も比較的少なく抑
えることができる。従つて、微粉炭の供給配分は
主バーナが副バーナに比べて多い程効果が大き
い。

次に、副バーナからの燃焼量が少なくできる波
及効果として、第５図に示すようにCharNOxの
絶対量も低減可能となる。且つ、これによつて最
終領域での未燃分の完全燃焼も容易にすることが
できる。

次に、以上説明した個々の特徴を総括し、本考
案低NOxボイラの一実施例を第６図に従い説明
する。主バーナ９は火炉８の最下段（最上流側）
に位置し、その後流側に副バーナ１０、さらに後
流側には燃焼用の補助空気の噴出ノズル１１が配
置される。本実施例では前面燃焼型（フロントフ
アイアリング）ボイラを例にとつた。又、主バー
ナ９、副バーナ１０及びノズル１１は複数個配列
した。主バーナ９は第１図に示す燃料分割型の低
NOxバーナを用い、副バーナ１０は２段燃焼型
バーナを用いた。主バーナ９には中心ノズルより
一次燃料と一次空気の混合流１２を、外周ノズル
より二次燃料と二次空気の混合流１３を、さら
に、その外周ノズルより三次空気１４を噴出させ
て燃焼火炎Ａを形成する。火炎Ａは一次火炎によ
つて空気不足の状態で還元性物質の発生を、二次
火炎はNOxの発生をそれぞれ、同時に独立して
進行できるもので、未燃分を抑制しながらNOx
をN₂に還元し低NOx化を図ることができる。従
つて、火炎Ａからは低濃度のNOxを含む燃焼ガ
スが副バーナからの火炎Ｂに接触・混合する。副
バーナ１０は微粉炭と一次空気の混合流１５と燃
焼用補助空気１６が供給され、一次、二次空気量
の総量は、微粉炭の理論燃焼空気量以下の空気不
足の条件下で燃焼火炎Ｂを形成する。前述のよう
に、火炎ＢではNOxの生成はほとんどなく、還
元性物質の生成が行なわれるから、主バーナで発
生したNOxをこの火炎Ｂとの混合によつてN₂に
還元することができる。また、火炎Ｂでは未燃分
が発生するために、燃焼補助空気１７がノズル１
１から火炉８内に噴出するために、火炎Ｂで発生
した未燃分の燃焼火炎Ｃが形成し、最終燃焼領域
で未燃分対策が実施される。

以上述べた第６図の構成に基づき、火炉８内で
燃焼する全微粉炭量の配分割合を主バーナ９から
60％、副バーナ10より40％とし、且つ、主バーナ
９では全空気比λ₁＝0.9〜1.2、副バーナ１０では
全空気比λ₂＝0.8〜0.9、及びノズル１１からは火
炉８内に供給する総燃料の微粉炭量に対し、空気
比λ₃＝1.3に相当する燃焼空気１７を噴出して燃
焼した結果、火炉出口NOxは80〜100ppm、未燃
分は２〜３％が得られた。これらの試験結果では
λ₁＝1.0、λ₂＝0.9、λ₃＝1.3で最も低いNOx＝
80ppmの値が得られている。

以上はフロントフアイアリング型燃焼ボイラに
ついて本考案を説明したが、対向燃焼ボイラでも
同様の効果が得られる。

なお、図中２は一次燃料供給管、６は三次空気
供給管である。

〔考案の効果〕

本考案によれば、高い燃焼効率を保ちながら、
100ppm以下の超低NOx化が達成でき、波及効果
として、従来の排煙脱硝装置の省略など排煙処理
プロセスの簡略化ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の低NOxバーナの断面図、第
２図、第３図は第１図のバーナの特性図、第４図
は低空気比領域でのNOxと還元性物質の一つで
あるNH₃の生成特性図、第５図はFuelNOxの内
訳け図、第６図は本考案の全体構成図である。 ９……主バーナ、１０……副バーナ、１１……
空気ノズル、１２……一次燃料と一次空気の混合
流、１３……二次燃料と二次空気の混合流。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 微粉炭燃焼ボイラ内で燃焼ガスの流れ方向に対
   し、最上流側に位置させた複数個の主バーナ、中
   段に設けた複数個の副バーナ、さらに上流に燃焼
   空気を火炉内に噴出させる複数個の空気ノズルか
   ら成り、前記主バーナで生成したNOxを前記副
   バーナで生成した還元性物質で還元し、最終段で
   噴出する空気により未燃分を燃焼させるものにお
   いて、 前記主バーナとして、同心状であつて、その中
   心部は微粉炭と一次空気の供給ノズル、これに隣
   接する外周には旋回羽根が設けられ、火炎形成可
   能な量の微粉炭と二次空気の供給ノズル、さら
   に、その外周には燃焼用空気のみを噴出するノズ
   ルから構成されることを特徴とする低NOx燃焼
   ボイラ。