JPH0360003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉状の石炭の燃焼時に発生する窒素
酸化物（以下NO_Xと称する）を低減する微粉炭
の噴出方法およびその装置に関する。

〔発明の背景〕

燃焼時に発生するNO_Xは、大気汚染物質であ
り極力低減することが望まれている。微粉炭の燃
焼過程で発生するNO_Xは、その発生形態により
サーマルNO_XとフユーエルNO_Xに分類される。
サーマルNO_Xは空気中の窒素が酸化されて発生
するものであり、火炎温度依存性が大きく、高温
になる程発生量が増加する。フユーエルNO_Xは
燃料中の窒素分が酸化されて発生するものであ
り、火炎内の酸素濃度依存性が大きく、温度依存
性は小さい。即ち酸素が過剰に存在する火炎では
燃料中の窒素分はNO_Xに酸化され易い。これら
のNO_X発生を抑制するための燃焼法として、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。これらの低NO_X燃焼法
の原理は、火炎温度を低下させることにより、サ
ーマルNO_Xの発生を抑制することである。従つ
て、発生するNO_Xの80％以上がフユーエルNO_X
である微粉炭燃焼火炎に対しては、従来の低
NO_X燃焼法は効果が小さい。このため、微粉炭
の低NO_X燃焼用バーナとしては、微粉炭の濃い
領域と薄い領域、即ち空気比が１以下の低空気比
領域と空気比が１以上の高空気比領域とを火炎内
に同時に形成し、高空気比領域で発生するNO_X
を、低空気比領域で発生する還元性物質によつて
還元する燃焼法、所謂濃淡燃焼法を具現化するた
めのバーナ開発が盛んである。

濃淡燃焼を行なわせるバーナとして、燃料を分
割して２本のノズルで噴出させ、低空気比火炎と
高空気比火炎とをそれぞれのノズルからの燃料に
よつて形成するものが提案されている。この種の
バーナは外炎を高空気比とし、内炎を低空気比と
するものである。この燃料を分割して複数のノズ
ルで供給するバーナは、それぞれのノズルからの
燃料の噴出速度がNO_X低減の性能に与える影響
が大きい。このバーナを水蒸気発生用のボイラ等
に使用する場合、ボイラの負荷変動に応じて燃料
の供給量が変動し、燃料の噴出速度が変化する。
従つて、NO_X低減のための最適噴出速度を常に
維持して運転することは困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、上記技術課題を解決しようとしたも
ので、その目的とするところは、ボイラの負荷変
動時にも、発生するNO_Xを低減できるようにす
ることにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明の第１の特
徴は、噴出口が同心上に設けられたノズルより微
粉炭が分割して噴出される微粉炭の噴出方法にお
いて、前記ノズルのうち外周のノズルは起動後常
に微粉炭を旋回させて噴出し、また、内周のノズ
ルは起動後所定の負荷まで空気を噴出すると共に
所定の負荷を越えたら微粉炭を噴出し、上記外周
のノズルのさらに外周からは空気を噴出するよう
にした微粉炭の噴出方法にある。

また、第２の特徴は、噴出口が同心上に設けら
れ、かつ微粉炭が分割して噴出されるノズルを備
えた微粉炭の噴出装置において、前記ノズルのう
ち外周のノズルには微粉炭を旋回させて噴出する
旋回手段を設け、また内周のノズルには空気及び
微粉炭を供給する管を夫々接続し、夫々の管には
開閉弁を設け、上記外周のノズルのさらに外周に
空気を噴出する空気ノズルを同心上に設けた微粉
炭の噴出装置にある。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例を
詳細に説明する。第１図にはバーナの側面図を示
し、バーナ１０は燃焼室１１を構成する炉壁１２
に開孔部１５を通して取付けられている。炉壁１
２は断熱材で作られており、燃焼室１１内の熱が
外部へ放散されるのを防止している。バーナが蒸
気を発生するためのボイラに使用される場合に
は、炉壁１２には熱交換のための水管群が設置さ
れる。バーナ１０は燃料と燃焼用空気とを噴出さ
せるためのノズル、風箱１４及び燃料と空気との
供給管から構成される。第２図は、第１図に示す
バーナ１０のＡ−Ａ矢視図であり、バーナ１０の
ノズル構成が容易に分るように示してある。この
第２図と第１図とを併用してバーナのノズル構成
を説明する。

バーナの中心には補助燃料ノズル１６が設置さ
れている。補助燃料は燃焼装置の起動時に、燃焼
室の予熱及び微粉炭の着火のために使用されるも
のであり、通常液体もしくは気体燃料が利用され
る。補助燃料は微粉炭の燃焼火炎が安定した時点
で供給が停止される。補助燃料ノズル１６の外周
には内筒１７の内壁と補助燃料ノズル１６の外壁
で形成される円環状の２次ノズル２２が設置され
ている。２次ノズル２２内は、燃焼用空気もしく
は微粉炭とこれを搬送するための空気が流れる。
この２次ノズル２２を通して燃焼室１１内へ噴出
される空気を２次空気、微粉炭を２次燃料と称す
る。２次空気及び２次燃料は２次空気供給管２５
を通して供給される。２次ノズル２２の断面積
は、２次空気の燃焼室１１内への噴出速度が10
ｍ／秒以上となるよう、通常は30ｍ／秒程度にな
るように設計され、２次燃料を噴出する時に２次
ノズル２２内での微粉炭の逆火防止及びNO_X低
減が効果的に行なわれる大きさになつている。２
次ノズル２２の外周には、内筒１７の外壁と外筒
１８の内壁で形成される円環状の１次ノズル２３
が設置されている。この２次ノズル２２と１次ノ
ズルは同心上に設けられている。１次ノズル２３
内は、微粉炭とこれを搬送するための空気が流れ
る。この１次ノズル２３内を流れる空気及び微粉
炭を、それぞれ１次空気及び１次燃料と称する。
１次空気と１次燃料の混合気は１次空気供給管２
４より供給される。この混合気は、１次ノズル２
３内に設置される１次旋回流発生器１９によつ
て、旋回流となつて燃焼室１１内へ噴出される。
１次ノズル２３の断面積は、２次ノズル２２と同
程度にとられる。

１次ノズル２３の外周上には、燃焼用空気を噴
出するための、円環状の３次空気ノズル２１が設
置されている。３次空気ノズル２１は、外筒１８
の外壁と炉壁１２の開孔部１５によつて形成され
る。３次空気ノズル２１より燃焼室１１内へ噴出
される燃焼用空気を３次空気と称する。３次空気
は、３次空気供給管２６を通して風箱１４内へ供
給され、３次旋回流発生器２０によつて、旋回流
となつて燃焼室１１内へ供給される。

第３図には、バーナ１０の先端の構造を示す。
１次ノズル２３に設置される１次旋回流発生器１
９は、軸流式の旋回流発生器であり、１次空気と
１次燃料との混合気が１次旋回羽根３１によつて
旋回を与えられ、１次燃料が遠心力によつて燃焼
室１１内へ分散される。

３次旋回流発生器２０は、半径流式の旋回流発
生器であり、半径方向より３次空気は旋回流発生
器内へ流入し、数枚の３次旋回羽根３２によつて
旋回を与えられ、燃焼室１１内へ噴出される。３
次旋回羽根３２はそれぞれ連結棒３３によつて連
結され、旋回羽根角度調整棒２７によつて１枚の
羽根の傾きが設定されると、全ての３次旋回羽根
３２の傾きが一様に同じ角度に調整される。

本発明のバーナは、ひとつのバーナによつて２
種類の低NO_X燃焼法を実現できることにある。
第４図に示すように２次ノズル２２からは２次空
気４２だけを噴出させることにより、内炎４０が
高空気比で外炎４１が低空気比の火炎を実現でき
る。以下、これを第１の燃焼法と称する。通常、
濃淡燃焼は、外炎を高空気比の火炎とする方法が
主流であるが、逆に外炎を低空気比としても同様
の低NO_X効果を達成することができる。第４図
の火炎は、１次ノズル２３より噴出する１次燃料
４３を旋回流として噴出し、遠心力によつて燃料
の微粉炭を外周に分散することにより実現でき
る。この火炎の空気比分布は、外周の３次空気流
４５量と中心の２次空気流４２量を調整すること
により最適分布に調整できる。

もうひとつの燃焼法は、第５図のように、外炎
４１を１次燃料４３を１次空気と３次空気４５で
燃焼する高空気比火炎とし、内炎４０を２次燃料
４４を２次空気で燃焼する低空気比火災とする燃
焼法である。以下これを第２の燃焼法と称する。
この燃焼法の技術課題は、燃焼の初期過程で形成
する低空気比火炎と高空気比火炎を如何にして独
立分離させるかにある。これには、高空気比火災
を旋回流、低空気比火炎を直進流とし、初期過程
での両者の混合を防止し、旋回流の減衰する領域
で発生する火炎後流からバーナ面に向う再循環流
によつて、火炎後流で両者の混合を促進するのが
有効である。

以上、２種類の燃焼法が、第１図に示すバーナ
によつて実現可能である。両者の燃焼法は、
NO_X低減に大きな効果を有するが、実際、ボイ
ラに適用する場合、ボイラの負荷変動に対応し
て、常に低NO_Xを実現するには問題がある。

先ず、第１の燃焼法だけでボイラの負荷変動に
対応する場合、負荷を増加するに従つて、供給す
る石炭量が増加する。従つて旋回羽根の摩耗が激
しくなる。また、多量の微粉炭を旋回させるに
は、旋回流発生器で生ずる通風損失が大きくな
り、搬送用空気を供給するための送風機の吐出圧
力を増加する必要があり、送風機の大型化、即
ち、ボイラ効率の低下になる。

これに対して第２の燃焼法は、旋回をさせる外
炎用の微粉炭量が第１の燃焼法に比較して少なく
なるため、通風損失及び旋回羽根の摩耗の点では
優れている。しかしながら、この燃焼法は、直進
流と旋回流との噴出速度及び内炎の空気比が性能
に及ぼす影響が大きく、あらゆる負荷変動に対応
して、同一ノズルにより空気比及び噴出速度を最
適値に設定するのが困難である。

以上の問題を解決するには、負荷に応じた燃焼
法の選択が重要であり、これには本発明の方法が
有効である。第２の燃焼法の性能は、１次燃料と
２次燃料の流量が同一流量、即ち全燃料を均等に
１／２にした時がNO_X低減の性能が最も優れてい
る。従つて、１次燃料の最大流量を、ボイラの最
大負荷時の1/2に設計し、1/2負荷から最大負荷ま
でを第２の燃焼法、1/2負荷以下を第１の燃焼法
を採用すれば、低負荷時にもNO_X低減が有効に
行なわれる。

第６図は、本発明を微粉炭燃焼用ボイラ５１に
適用した場合の例である。微粉炭は、燃焼室１１
内で燃焼し、燃焼ガス５３は水蒸気を発生するた
めの熱交換器群５２内を通過後、空気予熱器５４
内で燃焼用空気５５と熱交換し、燃焼用空気５５
を加熱した後大気中へ放出される。燃焼用空気５
５は、送風機５６によつて、空気予熱器５４内で
加熱された後、燃焼用空気供給管２６内を通過
し、その大半は３次空気として風箱１４内へ供給
される。燃焼用空気５５の一部は、送風機５７に
よつて微粉炭搬送用空気として、原料炭粉砕装置
５９へ導かれる。また、燃焼用空気５５の一部
は、送風機５８によつて、２次空気として抽気さ
れ、燃焼用バーナ１０へ供給される。燃料石炭
は、原料炭貯蔵庫６０内に貯蔵され、原料炭供給
装置６１により、原料炭供給管６２を通過し原料
炭粉砕装置５９へと導かれる。燃料石炭は、原料
炭粉砕装置５９により、燃焼に適正な粒径に粉砕
された後、送風機５７によつて送られる搬送用空
気により、微粉炭供給管６３を通してバーナ１０
へ供給される。原料炭粉砕装置５９から供給され
る微粉炭は、バーナ１０へ供給される前に、１次
燃料及び２次燃料とに分割され、それぞれ１次燃
料供給管２４及び２次燃料供給管６４及び２５に
よつてバーナ１０へ供給される。

第６図には、説明を簡略にするために、１本の
バーナと１台の原料炭粉砕装置５９を示している
が、現実のボイラの場合には、その蒸気発生量に
応じて、複数個のバーナ及び複数個の原料炭粉砕
装置５９が設置される。従つて、この場合には、
第６図のように微粉炭を１次及び２次燃料とに分
割する手段を講ずる必要がなく、１次燃料及び２
次燃料専用に原料炭粉砕装置、及び燃料供給管を
設置することが可能である。

２次燃料供給管２５には、燃焼用空気供給管２
６の中途から、送風機５８によつて空気を一部抽
気し、２次空気供給管６５を通して、空気を供給
する手段が設置されている。２次空気供給管６５
及び２次燃料供給管６４には、バルブ６６及び６
７が設置され、２次空気供給管２５を燃料供給管
として使用する場合には、バルブ６６を閉じるこ
とによつて、送風機５８を通して供給される２次
空気の流入を停止する。また、２次空気供給管２
５を空気供給管として使用する場合には、バルブ
６７を閉じることにより、燃料である微粉炭の流
入を停止できる。

即ち、微粉炭燃焼用ボイラ５１の負荷が最大負
荷から1/2負荷の時には、バルブ６６を閉じ、バ
ルブ６６を開けることにより、バーナ１０を第２
の燃焼法用のバーナとして使用することができ、
１／２以下の負荷の時には、バルブ６６を開け、バ
ルブ６７を閉じることにより、バーナ１０を第１
の燃焼法用バーナとして使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼時に発生するNO_Xを、
燃焼装置の負荷が変化した時にも低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による微粉炭の噴出装置の断
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は
第１図に示す燃焼装置の先端部の破断斜視図、第
４図及び第５図は本発明によるバーナによつて得
られる火炎の略図、第６図は本発明の微粉炭噴出
装置をボイラに適用した略図である。 １７……内筒、１８……外筒、１９……１次旋
回流発生器、２０……３次旋回流発生器、２１…
…３次空気ノズル、２２……２次ノズル、２３…
…１次ノズル、２４……１次空気供給管、２５…
…２次空気供給管、２６……３次空気供給管、５
１……ボイラ、６３……微粉炭供給管、６４……
２次燃料供給管、６５……２次空気供給管、６
６，６７……バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噴出口が同心上に設けられたノズルより微粉
   炭が分割して噴出される微粉炭の噴出方法におい
   て、前記ノズルのうち外周のノズルは起動後常に
   微粉炭を旋回させて噴出し、また、内周のノズル
   は起動後所定の負荷まで空気を噴出すると共に所
   定負荷を越えたら微粉炭を噴出し、上記外周のノ
   ズルのさらに外周からは空気を噴出するようにし
   たことを特徴とする微粉炭の噴出方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、内周の
   ノズルは起動後50％負荷まで空気を噴出し、50％
   以上の負荷時は微粉炭を噴出するようにしたこと
   を特徴とする微粉炭の噴出方法。 ３ 噴出口が同心上に設けられ、かつ微粉炭が分
   割して噴出されるノズルを備えた微粉炭の噴出装
   置において、前記ノズルのうち外周のノズルには
   微粉炭を旋回させて噴出する旋回手段を設け、ま
   た内周のノズルには空気及び微粉炭を供給する管
   を夫々接続し、夫々の管には開閉弁を設け、上記
   外周のノズルのさらに外周に空気を噴出する空気
   ノズルを同心上に設けたことを特徴とする微粉炭
   の噴出装置。