JPH0371605B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微粉炭の脱硝燃焼方法に係り、特に灰
中の未燃分を低減するに好適に微粉炭焚ボイラの
燃焼制御方法に関するものである。

近年、世界のエネルギー事情の変化にともない
石油専焼火力の建設が困難となつてきており、そ
の対応の１つとして分布範囲が広い上埋蔵量が多
いとされる石炭を燃料として用いる微粉炭焚ボイ
ラの建設が注目されつつある。しかし、微粉炭は
上記の利点がある反面、石油に比較して窒素
（Ｎ）分や、灰分を多く含むため、窒素酸化物
（NOx）排出量およびフライアツシユの処理等が
環境上の問題となつている。

上記の問題のうちでも特に、NOxは光化学オ
キシダントや酸性雨の原因物質の１つとされてい
るため、その発生を効果的に抑制する燃焼法の開
発が要望されている。このような目的に沿つた燃
焼法として、(1)排ガス再循環法、(2)二段燃焼法お
よび(3)還元（緩慢）燃焼法が知られている。排ガ
ス再循環法は、排ガスを購入することによりO₂
分圧を低下させた空気を燃焼用ガスとして使用
し、緩やかな燃焼を行なうことによりNOxを低
減する方法であるが、NOx低減効果に限界があ
る。二段燃焼法は一般に、多段バーナとの上方に
アフタエア口とを備えた装置において、多段バー
ナをNOx低減化にとつて有利な低空気比に保ち
ながら第１次の燃焼を行い、次いで該燃焼により
生じた未燃分をアフタエア口から供給される空気
の存在下で再燃焼させるものであるが、バーナ部
での燃焼は緩やかであるためNOx低減が可能と
なる。次に、還元燃焼法も上記二段燃焼法と同様
な装置で行われるが、この方法は多段バーナ内の
下流側に燃料大過剰の燃焼領域を形成し、該領域
で発生する還元ラジカルにより上流側のバーナ部
で発生するNOxをN₂に還元し、一方、未燃分に
ついては上記二段燃焼法の場合と同様にアフタエ
ア口から供給される空気の存在下で完全燃焼させ
るものである。

このように、従来燃焼法のうちでも特に、二段
燃焼法と還元燃焼法はともにすぐれた脱硝燃焼法
であるが、これらの燃焼方法はいずれも上記した
ごとくO₂分圧の低下を燃焼条件の基本としてい
るので、微粉炭の燃焼速度低下に基づく灰（フラ
イアツシユ）中の未燃分増加が避けられず、その
ため燃焼効率が好ましくない上、灰分の有効利用
が困難となつたり廃棄物として処理する際に制約
を受ける等の欠点がある。

このような欠点を克服するため、灰中の未燃分
を分析し、その評価結果を運転にフイードバツク
することにより燃焼状態を改善する試みもなされ
ているが、従来の分析法は発電所のホツパに捕集
されたフライアツシユを電気炉にかけて熱灼減量
を求めるという方法に従つているため長時間を要
し、燃焼状態の変化に即応できないという欠点が
ある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、NOxを規制値以下に維持しながら灰中の
未燃分を低水準に保つことができる微粉炭の脱硝
燃焼方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、多段バ
ーナとその上方にアフタエア口を備えた燃焼装置
に微粉炭を供給して脱硝燃焼するに当たり、予測
プログラムに従つて演算される灰中未燃分の値を
設定値と比較し、NOx濃度を規定値以下に維持
しながら上記灰中未燃分値の比較差を解消するよ
うにバーナの空気比を上昇させ、該比較差が解消
されないでNOx濃度が規定値を上回る場合には、
微粉炭粒子の微細化を行い、さらになお上記比較
差が解消されないでNOx濃度が規定値を上回る
場合には使用石炭の低燃料比炭化を行うことを特
徴とする。

以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに
詳しく説明する。

第１図は、本発明実施例に係る灰中未燃分の予
測プログラムを示すもので、このプログラムは、
データのインプツトを行なうステツプと、イン
プツトデータのうち、一般に各段バーナに対応し
てそれぞれ設けられるミル毎の微粉炭粒度分布を
基に、ロジンラムラ式等により微粉炭粒子の重量
平均粒径および無次元粒径の計算を行なうステツ
プと、インプツトデータのうち、石炭（微粉
炭）の組成を基に石炭およびチヤーの理論燃焼空
気量および理論燃焼ガス量を計算するステツプ
と、インプツト諸データから各段バーナ間の滞留
時間を計算するステツプと、各段バーナに対応
する第１次燃焼域Ａにおいて火炉内のガス流れに
沿つて未燃焼率およびO₂分圧の計算を全バーナ
段数（JJ）に亘つて行なうステツプ₁と、アフ
タエア口に対応する第２次燃焼域Ｂにおいて火炉
内のガスの流れにそつて火炉出口までの未燃焼率
およびO₂分圧の計算を行なうステツプ₂と、上
記ステツプ₁および₂から得られる未燃焼率を
基に平均未燃焼率を求め、この平均未燃焼率と出
発微粉炭組成とから下式により灰中未燃分（以
下、UBCと称する）の計算を行なうステツプ
とから主に構成される。

UBC＝（固定炭素×平均未燃焼率） ／（灰分＋固定炭素×平均未燃焼率） なお、上記のインプツトデータは、運転状況の
変化に関係するもの（以下、運転データと称す
る）とこれに無関係なもの（以下、固有データと
称する）とに大別され、それぞれの具体例として
以下を示すことができる。

(1) 固有データ １−１ 火炉寸法（幅、奥行、高さ）（ｍ） １−２ バーナ本数（本） １−３ 燃焼方式の区別（対向または片面）（−） １−４ バーナの段間隔（ｍ） (2) 運転データ ２−１ 石炭の工業分析値 ２−２ 石炭の元素分析値 ２−２ 石炭の元素分析値 ２−３ 石炭の見掛密度（ｇ／cm³） ２−４ 石炭の膨脹率（−） ２−５ 石炭の供給量（Kg／ｎ・バーナ） ２−６ 微粉炭粒度分布（−） ２−７ バーナ空気比（−） ２−８ ２段燃焼率（−） ２−９ GM比（−） ２−10 火炉内ガスの温度分布 上記データのうち、１−１〜２−９は運転時の
与条件として比較的容易に知り得るものである
が、２−10については運転中において火炉各部の
温度を実測または経験を基に推算する等により求
められる。

上述の滞留時間、O₂分圧および未燃焼率につ
いてより具体的に説明すると下記のようである。

滞留時間は、各バーナ段間距離と炉内上昇ガス
流速で決定される。前者は上述の固有データか
ら、また後者は理論燃焼空気量、理論燃焼ガス量
および運転操作条件（バーナ空気比、２段燃焼
率、排ガス混合比）から算出される。なお、理論
燃焼空気量、理論燃焼ガス量は石炭の工業分析
値、元素分析値から常法により算出される。

O₂分圧および未燃焼率は相互に関連し、これ
らは、各バーナ段から供給される空気（排ガス混
合空気を含む）と微粉炭が一定時間である割合燃
焼した時残存している燃焼ガス中のO₂の分圧と
その時の石炭の未燃焼率を意味する。従つて、こ
れらは石炭の供給量、空気比、２段燃焼率、排ガ
ス混合比の他に石炭の燃焼する割合に依存し、理
論燃焼空気量、同ガス量、石炭の見掛密度、膨張
率、微粉炭粒度分布および火炉内ガスの温度分布
より算出される。

以上の予測プログラムにより得られるUBCの
信号は、必要によりプリントされて運転者のチエ
ツク用の便宜に供されるとともに、操作信号用の
基礎データとして別途のUBC設定値との比較に
用いられる。なお、この設定値は、例えば燃焼灰
の用途としてセメント混和剤に用いる場合に定め
られるものである。UBC値が高いとセメントの
商品価値が下がることになる。

次に、第２図は、本発明の実施例に係る微粉炭
脱硝燃焼装置の系統図を示すもので、この装置
は、前側壁において下方から上方へ向けて、順
次、下段バーナ２、中段バーナ３、上段バーナ４
およびアフタエア口５を備えた火炉１と、上記の
各段バーナに対応する石炭粉砕用のミル１５をそ
れぞれ備えたミル部１６と、上記の各段バーナお
よびアフタエア口に対してそれぞれ独立に設けら
れた風箱６へ燃焼空気を分岐供給するための
FDF（押込送風機）１４と、前記第１図に示すよ
うなUBC予測プログラムを内包するUBC計算コ
ンピユータ７およびUBCレベル設定器８を中心
とする制御系統から主に構成される。

このような構成の装置において、ミル１５で粉
砕された微粉炭が対応する各段バーナ２，３およ
び４から火炉１内へ噴射され、FDF１４から取
入れられたのち風箱６を経て供給される空気の存
在下に二段燃焼法または還元燃焼法等に従つて脱
硝燃焼される。

上記の燃焼において、UBC計算コンピユータ
７によりUBCの予測値が算出され、その信号が
UBC設定器８に送られて目標のUBC設定値と比
較される。上記の比較において差がある場合、す
なわち、UBC予測値が設定値を上回る場合には、
これを解消するために下記の操作が順次実施され
る。先ず、UBC設定器８から送られる上記の
UBC比較信号とそれぞれ下段バーナ空気量信号
１７および下段バーナ微粉炭量信号１８、中段バ
ーナ空気量信号１９および中段バーナ微粉炭量信
号２０、上段バーナ空気量信号２１および上段バ
ーナ微粉炭量信号２２並びにアフタエア口の空気
量信号２３（これには、ボイラマスタ１１および
O₂設定器１３から送られる信号を基に空気比設
定器１２で演算される空気比設定値の信号が、付
加される）とから得られる操作信号により、風箱
６に到る空気供給岐管の各ダンパを下方のものか
ら上方のものへ向け順次開操作して空気比を上昇
させる。かかる空気比の上昇によりNOxは増加
するがUBCは一般に低下する。

上記の操作（以下、第１次操作と称する）を
UBC比較差が解消されるまで継続するが、その
間にNOxが規制値を上回る場合には、その時点
で第１次操作の追加を中止し、次の第２次操作へ
移行する。

なお、第１次操作は、単に空気比を上昇させる
という簡単な内容であるため、UBCが設定値に
保たれる限り最も経済的な制御法であるといえ
る。

次に、第１次操作から移行して行われる第２次
操作は、上述のようにUBC比較が解消されない
まま、NOxが規制値を上回る時に開始されるが、
これはミル条件設定器９から送られる信号に基づ
きミル１５のベーン開度、負荷および分級器を自
動調整し、微粉炭粒度を徐々に細かくすることで
ある。このようにすることにより、微粉炭の燃焼
性が向上し、UBCは低下することとなる。

この第２次操作は、ミルの仕様限界まで継続す
ることができるが、第１次操作の場合と同様に
UBC比較差が解消されないまま、NOxが規制値
を上回るとされ、次の第３次操作へ移行する。な
お、第２次操作においては、微粉炭の微細化に際
し、ミル動力の増大をともなうので、経済的にみ
て第１次操作より劣るが、高価な低燃料比炭の使
用を必要としないため、後記の第３次操作より有
利である。

次に、第２次操作から移行して行われる第３次
操作は、石炭選定器１０から送られる信号に基づ
きミル１１へ供給する石炭を低燃焼比炭へ徐々に
切替えることを内容とする。該切替に際しては、
上段バーナ４用のミルから開始し、順次中段バー
ナ３用のミル、下段バーナ２用ミルへと移行させ
ることが望ましい。このような切替により微粉炭
の燃焼性が一層向上し、UBCの低下が一層促進
される。

ただし、この第３次操作を実施する場合には、
高価な低燃料比炭を仕様することとなるので、経
済的な不利は避けられない。

以上の説明は本発明の典型的な実施例について
行つたものであるが、本発明の範囲内で他に種々
の変形や応用例が存在することはいうまでもな
い。例えば、本発明は対抗燃焼方式の装置や各段
バーナに共通の風箱を設けた装置に対しても適用
でき、同様な効果が達成される。また本発明は、
多重バーナ（デユアルバーナ）に対しても同様に
適用することができるものである。

以上、本発明は、予測プログラムにより得られ
るUBCと設定UBCとを比較結果をもとに各段バ
ーナの空気比上昇、微粉炭粒子の微細化および使
用石炭の低燃料比炭化から選ばれる操作を順次加
重して行なうことにより、燃焼状態や石炭種類の
変化に即応しながら微粉炭の最適脱硝燃焼が可能
となり、これによりすぐれた経済性の下に灰中の
未燃分を安定して低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に適用される灰中の
未燃分の予測プログラムの系統図、第２図は、本
発明の実施例に係る微粉炭脱硝燃焼装置の系統図
である。 １……火炉、２……下段バーナ、３……中段バ
ーナ、４……上段バーナ、５……アフタエア口、
６……風箱、７……UBC計算コンピユータ、８
……UBCレベル設定器、９……ミル条件設定器、
１１……ボイラマスタ、１２……空気比設定器、
１３……Ｏ設定器、１４……FDF、１５……ミ
ル、１７……下段バーナ空気量信号、１８……下
段バーナ微粉炭量信号、１９……中段バーナ空気
量信号、２０……中段バーナ微粉炭量信号、２１
……上段バーナ空気量信号、２２……上段バーナ
微粉炭量信号、２３……アフタエア口空気量信
号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多段バーナとその上方にアフタエア口を備え
   た燃焼装置に微粉炭を供給して脱硝燃焼するに当
   たり、予測プログラムに従つて演算される灰中未
   燃分の値を設定値と比較し、NOx濃度を規定値
   以下に維持しながら上記灰中未燃分値の比較差を
   解消するようにバーナの空気比を上昇させ、該比
   較差が解消されないでNOx濃度が規定値を上回
   る場合には、微粉炭粒子の微細化を行い、さらに
   なお上記比較差が解消されないでNOx濃度が規
   定値を上回る場合には使用石炭の低燃料比炭化を
   行うことを特徴とする微粉炭の脱硝燃焼方法。