JPH0447204B2 - - Google Patents
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- JPH0447204B2 JPH0447204B2 JP57226907A JP22690782A JPH0447204B2 JP H0447204 B2 JPH0447204 B2 JP H0447204B2 JP 57226907 A JP57226907 A JP 57226907A JP 22690782 A JP22690782 A JP 22690782A JP H0447204 B2 JPH0447204 B2 JP H0447204B2
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- nox
- pulverized coal
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- coal
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23D—BURNERS
- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
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-
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- F23C2201/00—Staged combustion
- F23C2201/30—Staged fuel supply
-
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- F23C2201/301—Staged fuel supply with different fuels in stages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は微粉状石炭（以下微粉炭と称す）の燃
焼バーナを備えたボイラに係り、特に微粉炭の燃
焼時に発生する窒素酸化物（以下NOxと称す）
と未燃分量を低減するのに好適な微粉炭低NOx
バーナを備えたボイラに関する。
焼バーナを備えたボイラに係り、特に微粉炭の燃
焼時に発生する窒素酸化物（以下NOxと称す）
と未燃分量を低減するのに好適な微粉炭低NOx
バーナを備えたボイラに関する。
化石燃料中には、炭素、水素等の燃料成分の他
に窒素（Ｎ）分が含まれている。特に石炭の場合
には気体燃料や液体燃料に比較してＮ分含有量が
多い。従つて、石炭の燃焼時に発生するNOxは、
気体燃料の燃焼時に発生するNOxよりも多く、
このNOxを極力低減することが要望されている。
に窒素（Ｎ）分が含まれている。特に石炭の場合
には気体燃料や液体燃料に比較してＮ分含有量が
多い。従つて、石炭の燃焼時に発生するNOxは、
気体燃料の燃焼時に発生するNOxよりも多く、
このNOxを極力低減することが要望されている。
種々な燃料の燃焼時に発生するNOxは、その
発生形態によりサーマルNOxとフユーエルNOx
とに分類される。サーマルNOxは燃焼用空気中
の窒素が酸素によつて酸化され生成するものであ
り、フユーエルNOxは燃料中のＮ分の酸化によ
つて生成するものである。これらのNOx発生を
抑制するための燃焼法として、従来、燃焼用空気
を多段に分割して供給する多段燃焼法、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
環法などがある。これらの低NOx燃焼法に共通
の原理は、燃焼火炎の温度を低下させることによ
り、窒素と酸素の反応を抑制することにある。前
記２種類のNOxの中で、燃焼温度の低下によつ
て発生を抑制できるのはサーマルNOxであり、
フエーエルNOxの発生は燃焼温度に対する依存
性が小さい。従つて火炎温度の低下を目的とする
燃焼法は、Ｎ分含有量の少ない燃料からのNOx
低減には有効であるが、発生するNOxの80％近
くがフユーエルNoxである微粉炭燃焼に対して
は効果が小さい。
発生形態によりサーマルNOxとフユーエルNOx
とに分類される。サーマルNOxは燃焼用空気中
の窒素が酸素によつて酸化され生成するものであ
り、フユーエルNOxは燃料中のＮ分の酸化によ
つて生成するものである。これらのNOx発生を
抑制するための燃焼法として、従来、燃焼用空気
を多段に分割して供給する多段燃焼法、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
環法などがある。これらの低NOx燃焼法に共通
の原理は、燃焼火炎の温度を低下させることによ
り、窒素と酸素の反応を抑制することにある。前
記２種類のNOxの中で、燃焼温度の低下によつ
て発生を抑制できるのはサーマルNOxであり、
フエーエルNOxの発生は燃焼温度に対する依存
性が小さい。従つて火炎温度の低下を目的とする
燃焼法は、Ｎ分含有量の少ない燃料からのNOx
低減には有効であるが、発生するNOxの80％近
くがフユーエルNoxである微粉炭燃焼に対して
は効果が小さい。
石炭中の可燃成分は揮発成分と固体成分とに大
別できる。この石炭固有の性質に従い、微粉炭の
燃焼機構は揮発分が放出される微粉炭の熱分解過
程、更に熱分解後の可燃性固体成分（以下チヤー
と称す）の燃焼過程からなる。揮発成分の燃焼速
度は固体成分の燃焼速度よりはやく、揮発成分は
燃焼の初期過程で燃焼する。また、熱分解過程で
は、石炭中に含有されるＮ分も、他の可燃成分と
同様に揮発放出されるものとチヤー中に残すもの
とに分かれる。従つて、微粉炭燃焼時に発生する
フユーエルNOxは、揮発性Ｎ分からのNOxとチ
ヤー中のＮ分からのNOxとに分かれる。揮発性
Ｎ分は、燃焼の初期過程及び酸素不足の燃焼領域
において、NH3、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と反応し
てNOxを窒素に分解する還元剤にもなる。この
窒素化合物によるNOx還元反応は、NOxとの共
存系において進行するものであり、NOxが共存
しない反応系においては、大半の窒素化合物は
NOxに酸化される。この還元反応は低酸素濃度
雰囲気になるほど進行し易い。また、チヤーから
のNOxは還元性を有する固体燃料とNOxの反応
がチヤー内で進行するため、揮発成分からの
NOxに比較して発生量は少ないが、従来の低
NOx燃焼法である２段燃焼法では、チヤーから
のNOxを抑制することは不可能である。このチ
ヤーからのNOxを低減するにはチヤー中のＮ分
を一旦気体として放出させ、この時NOxとして
放出されるものを還元性物質によつて窒素に還元
するのが有効である。チヤー中のＮ分を気体とし
て放出させるには、チヤーを完全燃焼させる必要
があり、従つて、微粉炭の低NOx燃焼法として
は完全燃焼領域の形成が不可欠な要素になる。
別できる。この石炭固有の性質に従い、微粉炭の
燃焼機構は揮発分が放出される微粉炭の熱分解過
程、更に熱分解後の可燃性固体成分（以下チヤー
と称す）の燃焼過程からなる。揮発成分の燃焼速
度は固体成分の燃焼速度よりはやく、揮発成分は
燃焼の初期過程で燃焼する。また、熱分解過程で
は、石炭中に含有されるＮ分も、他の可燃成分と
同様に揮発放出されるものとチヤー中に残すもの
とに分かれる。従つて、微粉炭燃焼時に発生する
フユーエルNOxは、揮発性Ｎ分からのNOxとチ
ヤー中のＮ分からのNOxとに分かれる。揮発性
Ｎ分は、燃焼の初期過程及び酸素不足の燃焼領域
において、NH3、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と反応し
てNOxを窒素に分解する還元剤にもなる。この
窒素化合物によるNOx還元反応は、NOxとの共
存系において進行するものであり、NOxが共存
しない反応系においては、大半の窒素化合物は
NOxに酸化される。この還元反応は低酸素濃度
雰囲気になるほど進行し易い。また、チヤーから
のNOxは還元性を有する固体燃料とNOxの反応
がチヤー内で進行するため、揮発成分からの
NOxに比較して発生量は少ないが、従来の低
NOx燃焼法である２段燃焼法では、チヤーから
のNOxを抑制することは不可能である。このチ
ヤーからのNOxを低減するにはチヤー中のＮ分
を一旦気体として放出させ、この時NOxとして
放出されるものを還元性物質によつて窒素に還元
するのが有効である。チヤー中のＮ分を気体とし
て放出させるには、チヤーを完全燃焼させる必要
があり、従つて、微粉炭の低NOx燃焼法として
は完全燃焼領域の形成が不可欠な要素になる。
上記説明で明らかなように、微粉炭燃焼時の
NOx低減法としては還元性を有する窒素化合物
とチヤーとをNOxと共存させ、これらによつて
NOxを窒素に還元する燃焼法が有効である。即
ち、NOxの前駆物質である窒素化合物をNOxの
還元に利用することにより、発生したNOxの消
滅とNOx前駆動物質の消滅を行なわせる燃焼法
がNOx低減には有効である。上記原理に基づき、
燃料をNOx発生用と還元剤発生用とに分割して
供給する燃焼法がすでに公知であり、例えば特公
昭55−21922号公報に示される燃焼法は複数個の
バーナを使用し、燃料の２段供給を行うものであ
る。この燃焼法は、主バーナからの火炎を空気比
１以上にすることにより主燃焼を行う工程、ここ
で発生したNOxを還元するために２段目のバー
ナから燃料を供給して空気比１以下の還元領域を
形成する工程、更に３段目のバーナから空気を供
給し、還元領域での余剰燃料を燃焼する工程から
なるものである。この燃焼法によりNOx低減が
可能なことはよく知られているが、NOx低減効
果を高めるためには１段目、２段目、３段目バー
ナ間の距離を大きくし、各燃焼領域の区分を明瞭
にする必要があるため、燃焼炉が大きくなり、実
用上は経済的に不利になる。更にまた、実機ボイ
ラへ適用する場合、たとえば電力用の大型ボイラ
では火炉幅22ｍ、炉奥行15ｍと燃焼炉断面が大き
くなり、主バーナからの主流と炉壁に設置した２
段目、３段目バーナから噴出される燃料及び空気
とを完全に混合させることは不可能である。この
ため燃焼炉断面内で燃料及び空気の不均一分布、
これに伴つてNOx濃度の不均一分布が生じ、小
型の試験装置で得られる結果と同様なNOx低減
効果は得られない。特に３段目バーナからの空気
の混合が不良な時には末燃燃料分の放出量が増加
するため、燃焼効率の低下を生ずる。更に複数個
のバーナを組み合せたセルバーナにより燃料の２
段供給燃焼を行わせるものとして例えば特開昭56
−906号公報、特開昭56−149517号公報、特開昭
57−1673号公報等に示されるバーナが知られてい
る。この公知技術によれば前記燃焼炉の大型化防
止に有効であり、１次燃焼領域である主燃焼領域
及び２次燃焼領域である還元燃焼領域からの反応
生成物の混合も特公昭55−21922公報に示される
燃焼法よりは改善される。しかしながら、還元剤
とNOxの発生及び両者の混合を理想的に具現化
するには、還元剤の発生領域とNOx発生領域の
相互干渉を無くする即ち、各反応領域での反応終
了後に各領域からの生成物を混合する必要があ
り、反応途中での各領域の混合を少くする必要が
ある。前記公知技術において、更にNOx低減の
効果を上げるには前述の如く空気不足燃焼領域の
反応促進及び空気不足領域と完全燃焼領域からの
反応生成物との混合を更に改善する必要がある。
NOx低減法としては還元性を有する窒素化合物
とチヤーとをNOxと共存させ、これらによつて
NOxを窒素に還元する燃焼法が有効である。即
ち、NOxの前駆物質である窒素化合物をNOxの
還元に利用することにより、発生したNOxの消
滅とNOx前駆動物質の消滅を行なわせる燃焼法
がNOx低減には有効である。上記原理に基づき、
燃料をNOx発生用と還元剤発生用とに分割して
供給する燃焼法がすでに公知であり、例えば特公
昭55−21922号公報に示される燃焼法は複数個の
バーナを使用し、燃料の２段供給を行うものであ
る。この燃焼法は、主バーナからの火炎を空気比
１以上にすることにより主燃焼を行う工程、ここ
で発生したNOxを還元するために２段目のバー
ナから燃料を供給して空気比１以下の還元領域を
形成する工程、更に３段目のバーナから空気を供
給し、還元領域での余剰燃料を燃焼する工程から
なるものである。この燃焼法によりNOx低減が
可能なことはよく知られているが、NOx低減効
果を高めるためには１段目、２段目、３段目バー
ナ間の距離を大きくし、各燃焼領域の区分を明瞭
にする必要があるため、燃焼炉が大きくなり、実
用上は経済的に不利になる。更にまた、実機ボイ
ラへ適用する場合、たとえば電力用の大型ボイラ
では火炉幅22ｍ、炉奥行15ｍと燃焼炉断面が大き
くなり、主バーナからの主流と炉壁に設置した２
段目、３段目バーナから噴出される燃料及び空気
とを完全に混合させることは不可能である。この
ため燃焼炉断面内で燃料及び空気の不均一分布、
これに伴つてNOx濃度の不均一分布が生じ、小
型の試験装置で得られる結果と同様なNOx低減
効果は得られない。特に３段目バーナからの空気
の混合が不良な時には末燃燃料分の放出量が増加
するため、燃焼効率の低下を生ずる。更に複数個
のバーナを組み合せたセルバーナにより燃料の２
段供給燃焼を行わせるものとして例えば特開昭56
−906号公報、特開昭56−149517号公報、特開昭
57−1673号公報等に示されるバーナが知られてい
る。この公知技術によれば前記燃焼炉の大型化防
止に有効であり、１次燃焼領域である主燃焼領域
及び２次燃焼領域である還元燃焼領域からの反応
生成物の混合も特公昭55−21922公報に示される
燃焼法よりは改善される。しかしながら、還元剤
とNOxの発生及び両者の混合を理想的に具現化
するには、還元剤の発生領域とNOx発生領域の
相互干渉を無くする即ち、各反応領域での反応終
了後に各領域からの生成物を混合する必要があ
り、反応途中での各領域の混合を少くする必要が
ある。前記公知技術において、更にNOx低減の
効果を上げるには前述の如く空気不足燃焼領域の
反応促進及び空気不足領域と完全燃焼領域からの
反応生成物との混合を更に改善する必要がある。
一般にNOx低減を図ると未燃燃料分の放出量
が増加する傾向にあり、低NOx、低未燃分を同
時に達成するのは従来の燃焼法では困難である。
そこで、微粉炭燃焼の際、未燃燃料の放出は50メ
ツシユ以上の粗大粒子に左右されるとして粉砕後
の石炭を微粉と粗粉とに分離する手段を設け、
別々のバーナに粗粉と微粉とを供給し、粗粉燃焼
に際しては空気比を高くし、微粉燃焼に際しては
空気比を低くすることにより、低NOxと低未燃
燃料の放出を達成する微粉炭燃焼装置が特開昭51
−106241号公報に示されている。この装置は、従
来の燃焼方法に比してNOx低減及び未燃燃料の
放出低減に有効であるが、特公昭55−21922号公
報に示される技術と同様に、低空気比で燃焼する
微粉燃焼火炎からの未燃燃料分と、これを燃焼す
るための空気との混合法が問題である。
が増加する傾向にあり、低NOx、低未燃分を同
時に達成するのは従来の燃焼法では困難である。
そこで、微粉炭燃焼の際、未燃燃料の放出は50メ
ツシユ以上の粗大粒子に左右されるとして粉砕後
の石炭を微粉と粗粉とに分離する手段を設け、
別々のバーナに粗粉と微粉とを供給し、粗粉燃焼
に際しては空気比を高くし、微粉燃焼に際しては
空気比を低くすることにより、低NOxと低未燃
燃料の放出を達成する微粉炭燃焼装置が特開昭51
−106241号公報に示されている。この装置は、従
来の燃焼方法に比してNOx低減及び未燃燃料の
放出低減に有効であるが、特公昭55−21922号公
報に示される技術と同様に、低空気比で燃焼する
微粉燃焼火炎からの未燃燃料分と、これを燃焼す
るための空気との混合法が問題である。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、微粉炭燃焼火炎をNOx発
生領域とこれを還元するための還元性物質発生領
域とに明瞭に区分し、更に両者からの反応生成物
の混合促進を図り、NOxの低減と同時に未燃燃
料分の放出低減を図ることにある。
目的とするところは、微粉炭燃焼火炎をNOx発
生領域とこれを還元するための還元性物質発生領
域とに明瞭に区分し、更に両者からの反応生成物
の混合促進を図り、NOxの低減と同時に未燃燃
料分の放出低減を図ることにある。
前記目的は、微粉炭と空気とを空気比１未満で
混合して燃焼領域に噴出させ還元炎を形成しつつ
燃焼させる手段と、該還元炎の外周にて微粉炭と
空気との混合物を環状の混合流として供給して完
全燃焼させる手段とを有するバーナをボイラに備
えることによつて達成される。環状の混合流を供
給して完全燃焼させる手段には旋回流発生手段を
内蔵させ、環状の旋回流として供給することが望
ましい。更に環状の混合流を供給する手段の外周
には旋回空気流を供給する手段を設けることが望
ましい。
混合して燃焼領域に噴出させ還元炎を形成しつつ
燃焼させる手段と、該還元炎の外周にて微粉炭と
空気との混合物を環状の混合流として供給して完
全燃焼させる手段とを有するバーナをボイラに備
えることによつて達成される。環状の混合流を供
給して完全燃焼させる手段には旋回流発生手段を
内蔵させ、環状の旋回流として供給することが望
ましい。更に環状の混合流を供給する手段の外周
には旋回空気流を供給する手段を設けることが望
ましい。
以下本発明の一実施例を図面によつて説明す
る。第１図及び第２図において、１１は微粉炭を
噴出させる１次燃料ノズルであり、この１次燃料
ノズル１１の外周には同じく微粉炭を噴出する２
次燃料ノズル１３が同心円状に配置されている。
２次燃料ノズル１３は微粉炭を旋回して噴出する
よう軸流式のセラミツクスをコーテイングした旋
回流発生器１５を有している。１４は２次燃料ノ
ズル１３の外周に設けられた空気ノズルであり、
本実施例の場合２次燃料ノズル１３の外周に等間
隔で８個設けられている。前記旋回流発生器１５
及び空気ノズル１４の旋回角度は空気の流れ方向
に対して45°〜90°の範囲に形成されている。１６
は１次燃料ノズル１１の中心に設けられた円筒状
のボイラ予熱用燃料噴出ノズルであり、起動時の
燃焼炉予熱時に気体燃料を噴出し、燃焼が行われ
る。空気は各微粉炭の搬送に使用され、そのまま
１次燃料ノズル１１及び２次燃料ノズル１３から
微粉炭を噴出する。空気ノズル１４から噴出され
る空気の旋回速度は２次燃料ノズル１３から噴出
される微粉炭の旋回速度よりも速く噴出される。
これら１１乃至１６によつて本発明のバーナ１０
が構成されている。
る。第１図及び第２図において、１１は微粉炭を
噴出させる１次燃料ノズルであり、この１次燃料
ノズル１１の外周には同じく微粉炭を噴出する２
次燃料ノズル１３が同心円状に配置されている。
２次燃料ノズル１３は微粉炭を旋回して噴出する
よう軸流式のセラミツクスをコーテイングした旋
回流発生器１５を有している。１４は２次燃料ノ
ズル１３の外周に設けられた空気ノズルであり、
本実施例の場合２次燃料ノズル１３の外周に等間
隔で８個設けられている。前記旋回流発生器１５
及び空気ノズル１４の旋回角度は空気の流れ方向
に対して45°〜90°の範囲に形成されている。１６
は１次燃料ノズル１１の中心に設けられた円筒状
のボイラ予熱用燃料噴出ノズルであり、起動時の
燃焼炉予熱時に気体燃料を噴出し、燃焼が行われ
る。空気は各微粉炭の搬送に使用され、そのまま
１次燃料ノズル１１及び２次燃料ノズル１３から
微粉炭を噴出する。空気ノズル１４から噴出され
る空気の旋回速度は２次燃料ノズル１３から噴出
される微粉炭の旋回速度よりも速く噴出される。
これら１１乃至１６によつて本発明のバーナ１０
が構成されている。
なお１次燃料ノズルと２次燃料ノズルとは、混
合を遅くするために間を離しておくことが望まし
い。こうすることにより低負荷運転時の着火性を
も改善できるようになる。
合を遅くするために間を離しておくことが望まし
い。こうすることにより低負荷運転時の着火性を
も改善できるようになる。
第３図は本発明バーナ１０を用いた微粉炭燃焼
装置の一例であり、本発明のバーナ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃはボイラ２０の高さ方向に複数個設置
されている。２１は燃料となる石炭２２を粉砕す
る粉砕機であり、通常燃焼の場合には74μｍ以下
の石炭が80％程度占めるように微粉化される。２
３は微粉化された石炭を粒径によつて分離する分
離器であり、この分離器２３はサイクロン分離器
であつてもよく、またルーバ型分離器であつても
よい。２４は分離器２３の下方に設置されたエゼ
クタであり、分離器２３で分離された粗粒炭を空
気によつて管２５より各バーナ１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの２次燃料ノズルへ供給する。分離器２３
で分離された微粉炭も粗粒炭と同様に空気によつ
て管２６より各バーナ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
１次燃料ノズルへ供給される。２７は各バーナ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの空気ノズルに空気を送る
管であり、本管２８より分岐されて設けられてい
る。２９は本管２８より分岐しエゼクタ２４に他
端を接続された管である。
装置の一例であり、本発明のバーナ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃはボイラ２０の高さ方向に複数個設置
されている。２１は燃料となる石炭２２を粉砕す
る粉砕機であり、通常燃焼の場合には74μｍ以下
の石炭が80％程度占めるように微粉化される。２
３は微粉化された石炭を粒径によつて分離する分
離器であり、この分離器２３はサイクロン分離器
であつてもよく、またルーバ型分離器であつても
よい。２４は分離器２３の下方に設置されたエゼ
クタであり、分離器２３で分離された粗粒炭を空
気によつて管２５より各バーナ１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの２次燃料ノズルへ供給する。分離器２３
で分離された微粉炭も粗粒炭と同様に空気によつ
て管２６より各バーナ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
１次燃料ノズルへ供給される。２７は各バーナ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの空気ノズルに空気を送る
管であり、本管２８より分岐されて設けられてい
る。２９は本管２８より分岐しエゼクタ２４に他
端を接続された管である。
上記構成において、ボイラ２０の起動時はボイ
ラ予熱用噴出ノズル１６より気体燃料を噴出し、
燃焼が行われる。ボイラ２０内の温度が所定温度
に達したら気体燃料の噴出を停止し、各バーナ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの１次燃料ノズル１１及び
２次燃料ノズル１３から微粉炭が噴出され、燃焼
が行われる。
ラ予熱用噴出ノズル１６より気体燃料を噴出し、
燃焼が行われる。ボイラ２０内の温度が所定温度
に達したら気体燃料の噴出を停止し、各バーナ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの１次燃料ノズル１１及び
２次燃料ノズル１３から微粉炭が噴出され、燃焼
が行われる。
第４図に上記で説明したバーナ１０により微粉
炭を燃焼した時のNOx発生量を示す。第４図の
横軸は１次燃料ノズル１１と２次燃料ノズル１３
とから噴出される各微粉炭を完全燃焼するのに必
要な最低空気量によつて各ノズル１１，１３，１
４から噴出される空気量の和を割つた値である空
気比λを示し、縦軸は燃焼排ガス中のNOx濃度
を示す。使用した石炭は太平洋炭であり、200メ
ツシユのふるいを約80％通過する粒径に粉砕して
用いた。微粉炭の供給量は30Kg／ｈであり、ボイ
ラの大きさは内径700mm、長さ２ｍである。図中
曲線３１は各燃料ノズル１１，１３からの微粉炭
供給量を等しく15Kg／ｈとし、１次燃料ノズル１
１から噴出される微粉炭によつて形成される内炎
の空気比λ1、即ち、１次燃料ノズル１１から噴出
される空気量と１次燃料ノズル１１から噴出され
る微粉炭を完全燃焼するのに必要な最低空気量と
の比を0.2に設定した実験条件下で得られたもの
である。また全体の空気比λは、空気ノズル１４
から噴出される空気量を調整することにより変化
させた。図面より微粉炭燃焼時に発生するNOx
は、空気比λが大きくなると増加することがわか
る。曲線３２は曲線３１との差を明らかにするた
め、噴出される微粉炭は全て１次燃料ノズル１１
のみとし、２次燃料ノズル１３からは零とした時
のものである。この曲線３１と３２とを比較すれ
ば明らかなように、同一空気比において、大きく
NOx低減を図れることがわかる。
炭を燃焼した時のNOx発生量を示す。第４図の
横軸は１次燃料ノズル１１と２次燃料ノズル１３
とから噴出される各微粉炭を完全燃焼するのに必
要な最低空気量によつて各ノズル１１，１３，１
４から噴出される空気量の和を割つた値である空
気比λを示し、縦軸は燃焼排ガス中のNOx濃度
を示す。使用した石炭は太平洋炭であり、200メ
ツシユのふるいを約80％通過する粒径に粉砕して
用いた。微粉炭の供給量は30Kg／ｈであり、ボイ
ラの大きさは内径700mm、長さ２ｍである。図中
曲線３１は各燃料ノズル１１，１３からの微粉炭
供給量を等しく15Kg／ｈとし、１次燃料ノズル１
１から噴出される微粉炭によつて形成される内炎
の空気比λ1、即ち、１次燃料ノズル１１から噴出
される空気量と１次燃料ノズル１１から噴出され
る微粉炭を完全燃焼するのに必要な最低空気量と
の比を0.2に設定した実験条件下で得られたもの
である。また全体の空気比λは、空気ノズル１４
から噴出される空気量を調整することにより変化
させた。図面より微粉炭燃焼時に発生するNOx
は、空気比λが大きくなると増加することがわか
る。曲線３２は曲線３１との差を明らかにするた
め、噴出される微粉炭は全て１次燃料ノズル１１
のみとし、２次燃料ノズル１３からは零とした時
のものである。この曲線３１と３２とを比較すれ
ば明らかなように、同一空気比において、大きく
NOx低減を図れることがわかる。
第５図は第４図に示した曲線３１と同一条件下
で、即ち各燃料ノズル１１，１３からの微粉炭供
給量を等しく15Kg／ｈとしたときの例であるが、
ただし、全体の空気比λを約1.3と一定にし、１
次燃料ノズル１１から噴出される燃料と空気で形
成される内炎の空気比λ1（以下これを１次空気比
と称する）を変化させた。また全体の空気比λを
一定に保つために、１次空気比λ1の変化に伴つて
空気ノズル１４からの空気量を変化させた。第５
図の横軸は１次空気比λ1であり、縦軸は燃焼排ガ
ス中のNOx濃度を示す。この図より１次空気比
λ1には最適値が存在し、NOxが最小になる１次
空気比λ1が存在することがわかる。このNOxが
最小になる１次空気比λ1は１以下の値であり、ほ
ぼ0.1〜0.3で最小になる。この結果から１次燃料
ノズル１１から噴出される燃料で形成される内炎
は還元性雰囲気にし、２次燃料ノズル１３から噴
出される燃料で形成される外炎は、空気比１以上
詳細には２以上の完全燃焼領域とすることが
NOxとすることがNOxの低減に有効である。
で、即ち各燃料ノズル１１，１３からの微粉炭供
給量を等しく15Kg／ｈとしたときの例であるが、
ただし、全体の空気比λを約1.3と一定にし、１
次燃料ノズル１１から噴出される燃料と空気で形
成される内炎の空気比λ1（以下これを１次空気比
と称する）を変化させた。また全体の空気比λを
一定に保つために、１次空気比λ1の変化に伴つて
空気ノズル１４からの空気量を変化させた。第５
図の横軸は１次空気比λ1であり、縦軸は燃焼排ガ
ス中のNOx濃度を示す。この図より１次空気比
λ1には最適値が存在し、NOxが最小になる１次
空気比λ1が存在することがわかる。このNOxが
最小になる１次空気比λ1は１以下の値であり、ほ
ぼ0.1〜0.3で最小になる。この結果から１次燃料
ノズル１１から噴出される燃料で形成される内炎
は還元性雰囲気にし、２次燃料ノズル１３から噴
出される燃料で形成される外炎は、空気比１以上
詳細には２以上の完全燃焼領域とすることが
NOxとすることがNOxの低減に有効である。
次に第１図に示したバーナ１０と、第１図のバ
ーナ１０から２次燃料ノズル１３の噴出孔から旋
回流発生器１５を取り去り、更に空気ノズル１４
を１次燃料の噴出方向と平行になる直進流とした
時のバーナによる実施結果を比較して第６図に示
す。第６図は第４図に示した曲線３１と同一条件
で行つたものであり、各燃料ノズル１１，１３か
らの微粉炭供給量を等しく15Kg／ｈとし、１次空
気比λ1を0.2としたものである。曲線５１は第１
図に示したバーナ１０により得られた結果であ
り、曲線３１と同じものである。曲線５２は第１
図のバーナ１０から旋回流発生器１５及び空気ノ
ズル１４を取り除いたバーナにより得られたもの
である。この図より明らかなように、旋回手段を
設置しない時には、同一空気比λで比較すると
NOx濃度が高くなることがわかる。従つてバー
ナにより燃料２段供給燃焼を行ない、大きな
NOx低減効果を得るには、２次燃料ノズル１３
から噴射される火炎に旋回流を与える手段を設置
する必要がある。
ーナ１０から２次燃料ノズル１３の噴出孔から旋
回流発生器１５を取り去り、更に空気ノズル１４
を１次燃料の噴出方向と平行になる直進流とした
時のバーナによる実施結果を比較して第６図に示
す。第６図は第４図に示した曲線３１と同一条件
で行つたものであり、各燃料ノズル１１，１３か
らの微粉炭供給量を等しく15Kg／ｈとし、１次空
気比λ1を0.2としたものである。曲線５１は第１
図に示したバーナ１０により得られた結果であ
り、曲線３１と同じものである。曲線５２は第１
図のバーナ１０から旋回流発生器１５及び空気ノ
ズル１４を取り除いたバーナにより得られたもの
である。この図より明らかなように、旋回手段を
設置しない時には、同一空気比λで比較すると
NOx濃度が高くなることがわかる。従つてバー
ナにより燃料２段供給燃焼を行ない、大きな
NOx低減効果を得るには、２次燃料ノズル１３
から噴射される火炎に旋回流を与える手段を設置
する必要がある。
２次燃料ノズル１３及び空気ノズル１４からの
噴出によつて形成される空気比１以上の完全燃焼
領域を外炎とし、１次燃料ノズル１１からの噴出
によつて形成される空気比１以下の還元性領域を
内炎とする本発明のバーナにおいては、外炎に旋
回流を与えることにより、外炎と内炎との分離を
明瞭に行い、それぞれの領域で進行する完全燃焼
及び微粉炭の燃分解を単独に促進する。外炎に旋
回流を与えることにより、旋回流の減衰する火炎
後流において外炎から内炎に向う循環流が発生す
るため、内炎からの反応生成物が循環流の発生す
る領域において混合が促進され、内炎からの還元
性物質により外炎において発生するNOxを有効
に還元する。従つて本発明を実施する際２次燃料
ノズル１３から旋回流発生器１５を除き、２次燃
料ノズル１３と空気ノズル１４とを隣接させるこ
とにより、空気ノズル１４から噴出される空気の
旋回運動によつて２次燃料から噴出される燃料を
旋回させてもよい。
噴出によつて形成される空気比１以上の完全燃焼
領域を外炎とし、１次燃料ノズル１１からの噴出
によつて形成される空気比１以下の還元性領域を
内炎とする本発明のバーナにおいては、外炎に旋
回流を与えることにより、外炎と内炎との分離を
明瞭に行い、それぞれの領域で進行する完全燃焼
及び微粉炭の燃分解を単独に促進する。外炎に旋
回流を与えることにより、旋回流の減衰する火炎
後流において外炎から内炎に向う循環流が発生す
るため、内炎からの反応生成物が循環流の発生す
る領域において混合が促進され、内炎からの還元
性物質により外炎において発生するNOxを有効
に還元する。従つて本発明を実施する際２次燃料
ノズル１３から旋回流発生器１５を除き、２次燃
料ノズル１３と空気ノズル１４とを隣接させるこ
とにより、空気ノズル１４から噴出される空気の
旋回運動によつて２次燃料から噴出される燃料を
旋回させてもよい。
次に、燃焼用空気と燃料石炭とを予め混合し、
この混合気流を1600℃の加熱炉内に供給した時の
NOx生成、燃焼灰中未燃分、石炭中のＮ分が酸
化されて発生するサーマルNOxの生成特性を
夫々第７図乃至第１０図に示す。使用した石炭
は、実施例１と同じく太平洋炭であり、加熱炉の
大きさは内径50mm、加熱部長さ800mmである。燃
焼空気流量は20N／分であり、空気比は石炭供
給量を変化させて調整した。またフユーエル
NOxは、酸素濃度21Vol％、アルゴン濃度79Vol
％の合成ガスで石炭を燃焼させることにより求め
た。サーマルNOxは空気で燃焼した時に発生す
るNOxと、アルゴン−酸素合成ガスで燃焼した
時のNOxとの差より求めた。第７図乃至第１０
図中７１，８１，９１，１０１で示す曲線は粒径
が74μｍ以下の微粒炭を、７２，８２，９２，１
０２で示す曲線は粒径が105μｍ以上の粗粒炭を
燃焼させた時の実験結果である。第７図に示す同
一空気比で比較すると、微粒炭を燃焼する方が、
粗粒炭よりも全NOx（フユーエルNOxとサーマ
ルNOxの和）発生量が多いことがわかる。第８
図は空気比と燃焼灰中未燃分の関係を示し、燃焼
灰中未燃分は、粗粒炭の燃焼ほど多くなる傾向に
ある。また、空気比１以下では燃焼灰中未燃分は
急激に増加する。燃焼灰中未燃分は空気比の依存
性が大きい。第９図は石炭中のＮ分が酸化されて
発生するフユーエルNOxと空気比の関係を示す。
曲線９１と９２とを比較することにより、微粒炭
の方が粗粒炭よりもフユーエルNOxの発生量が
多いことがわかる。更に第１０図にはサーマル
NOxと空気比の関係を示す。第９図と同様サー
マルNOxも微粒炭の方が粗粒炭よりも多いこと
がわかる。
この混合気流を1600℃の加熱炉内に供給した時の
NOx生成、燃焼灰中未燃分、石炭中のＮ分が酸
化されて発生するサーマルNOxの生成特性を
夫々第７図乃至第１０図に示す。使用した石炭
は、実施例１と同じく太平洋炭であり、加熱炉の
大きさは内径50mm、加熱部長さ800mmである。燃
焼空気流量は20N／分であり、空気比は石炭供
給量を変化させて調整した。またフユーエル
NOxは、酸素濃度21Vol％、アルゴン濃度79Vol
％の合成ガスで石炭を燃焼させることにより求め
た。サーマルNOxは空気で燃焼した時に発生す
るNOxと、アルゴン−酸素合成ガスで燃焼した
時のNOxとの差より求めた。第７図乃至第１０
図中７１，８１，９１，１０１で示す曲線は粒径
が74μｍ以下の微粒炭を、７２，８２，９２，１
０２で示す曲線は粒径が105μｍ以上の粗粒炭を
燃焼させた時の実験結果である。第７図に示す同
一空気比で比較すると、微粒炭を燃焼する方が、
粗粒炭よりも全NOx（フユーエルNOxとサーマ
ルNOxの和）発生量が多いことがわかる。第８
図は空気比と燃焼灰中未燃分の関係を示し、燃焼
灰中未燃分は、粗粒炭の燃焼ほど多くなる傾向に
ある。また、空気比１以下では燃焼灰中未燃分は
急激に増加する。燃焼灰中未燃分は空気比の依存
性が大きい。第９図は石炭中のＮ分が酸化されて
発生するフユーエルNOxと空気比の関係を示す。
曲線９１と９２とを比較することにより、微粒炭
の方が粗粒炭よりもフユーエルNOxの発生量が
多いことがわかる。更に第１０図にはサーマル
NOxと空気比の関係を示す。第９図と同様サー
マルNOxも微粒炭の方が粗粒炭よりも多いこと
がわかる。
第７図乃至第１０図をもとに第１図に示したバ
ーナを用いて本発明をより明らかにするために更
に詳細に説明する。第１図のバーナにより微粒炭
を燃焼する際、微粒炭に粉砕した燃料石炭を微粒
炭と粗粒炭に分離し、微粒炭を１次燃料、粗粒炭
を２次燃料に使用する。粗粒炭を２次燃料とする
ことにより、燃焼灰中未燃分の多くなり易い粗粒
炭を高空気比で燃焼できるため、未燃分の増加を
抑制できると同時に粗粒炭は微粒炭よりもNOx
発生量が低いため、微粒炭を高空気比で燃焼する
場合よりもNOxを低減できる。またNOx発生量
の多い微粒炭を１次燃料とし、低空気比で燃焼さ
せ、NOx還元剤発生用に利用するためNOxの発
生を抑制できる。更に、低空気比で燃焼する内炎
が高空気比の外炎によつて外周を包まれるため、
外炎からの輻射熱により内炎での反応が促進し、
更にまた、外炎に与える旋回流が減衰する領域に
おいて外炎から内炎に向う循環流が発生するた
め、外炎における余剰酸素と、内炎において発生
する未燃分との混合が促進され、未燃分の放出を
抑制できる。
ーナを用いて本発明をより明らかにするために更
に詳細に説明する。第１図のバーナにより微粒炭
を燃焼する際、微粒炭に粉砕した燃料石炭を微粒
炭と粗粒炭に分離し、微粒炭を１次燃料、粗粒炭
を２次燃料に使用する。粗粒炭を２次燃料とする
ことにより、燃焼灰中未燃分の多くなり易い粗粒
炭を高空気比で燃焼できるため、未燃分の増加を
抑制できると同時に粗粒炭は微粒炭よりもNOx
発生量が低いため、微粒炭を高空気比で燃焼する
場合よりもNOxを低減できる。またNOx発生量
の多い微粒炭を１次燃料とし、低空気比で燃焼さ
せ、NOx還元剤発生用に利用するためNOxの発
生を抑制できる。更に、低空気比で燃焼する内炎
が高空気比の外炎によつて外周を包まれるため、
外炎からの輻射熱により内炎での反応が促進し、
更にまた、外炎に与える旋回流が減衰する領域に
おいて外炎から内炎に向う循環流が発生するた
め、外炎における余剰酸素と、内炎において発生
する未燃分との混合が促進され、未燃分の放出を
抑制できる。
本発明によれば、微粒炭燃焼火炎をNOx発生
領域とこれを還元するための還元性物質発生領域
とに明瞭に区分でき、さらに両者からの反応生成
物の混合促進を図ることができるため、NOx低
減と同時に未燃々料分の放出低減を図ることがで
きる。
領域とこれを還元するための還元性物質発生領域
とに明瞭に区分でき、さらに両者からの反応生成
物の混合促進を図ることができるため、NOx低
減と同時に未燃々料分の放出低減を図ることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例を示す微粒炭低
NOxバーナの縦断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ視図、第３図は本発明のバーナを備えたボイラ
の一例を示す構成図、第４図は本発明のバーナで
石炭を燃焼した時の空気比とNOxの関係を示す
線図、第５図は本発明のバーナで石炭を燃焼した
ときの１次燃料ノズルの空気比とNOxの関係を
示す線図、第６図は本発明のバーナで石炭を燃焼
した時と、第１図のバーナから外炎の旋回手段を
取り除いた時との空気比とNOxの関係を比較し
た線図、第７図は加熱炉で石炭を燃焼した時の空
気比と全NOxの関係を示す線図、第８図は未燃
分と空気比との関係を示す線図、第９図はフユー
エルNOxと空気比との関係を示す線図、第１０
図はサーマルNOxと空気比の関係を示すもので
ある。 １０……バーナ、１１……１次燃料ノズル、１
３……２次燃料ノズル、１４……空気ノズル、１
５……旋回流発生器。
NOxバーナの縦断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ視図、第３図は本発明のバーナを備えたボイラ
の一例を示す構成図、第４図は本発明のバーナで
石炭を燃焼した時の空気比とNOxの関係を示す
線図、第５図は本発明のバーナで石炭を燃焼した
ときの１次燃料ノズルの空気比とNOxの関係を
示す線図、第６図は本発明のバーナで石炭を燃焼
した時と、第１図のバーナから外炎の旋回手段を
取り除いた時との空気比とNOxの関係を比較し
た線図、第７図は加熱炉で石炭を燃焼した時の空
気比と全NOxの関係を示す線図、第８図は未燃
分と空気比との関係を示す線図、第９図はフユー
エルNOxと空気比との関係を示す線図、第１０
図はサーマルNOxと空気比の関係を示すもので
ある。 １０……バーナ、１１……１次燃料ノズル、１
３……２次燃料ノズル、１４……空気ノズル、１
５……旋回流発生器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 微粉炭と空気を混合して燃焼するバーナを備
えたボイラにおいて、 微粉炭と空気とを空気比１未満で混合した混合
物を燃焼領域に噴出させ還元炎を形成しつつ燃焼
させる手段と、該還元炎の外周にて微粉炭と空気
とを混合した環状の混合流を供給して完全燃焼さ
せる手段とを有する前記バーナを備えたことを特
徴とする微粉炭燃焼バーナを備えたボイラ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記環状の
混合流を供給して完全燃焼させる手段に旋回流発
生手段が内蔵されていることを特徴とする微粉炭
燃焼バーナを備えたボイラ。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項において、
微粉炭と空気とを空気比１未満で噴出させる１次
燃料ノズルと、該１次燃料ノズルの外周に位置し
微粉炭と空気とを空気比１以上で噴出させる環状
の２次燃料ノズルとを具備することを特徴とする
微粉炭燃焼バーナを備えたボイラ。 ４ 特許請求の範囲第３項において、該１次燃料
ノズルと該環状の２次燃料ノズルとが半径方向に
距離をあけて設置されていることを特徴とする微
粉炭燃焼バーナを備えたボイラ。 ５ 微粉炭と空気を混合して燃焼するバーナを備
えたボイラにおいて、 微粉炭と空気とを空気比１未満で混合した混合
物を燃焼領域に噴出させ還元炎を形成しつつ燃焼
させる手段と、該還元炎の外周にて微粉炭と空気
とを混合した環状の混合流を供給して燃焼させる
手段と、該環状の混合流の外周にて旋回空気流を
供給する手段とを有する前記バーナを備えたこと
を特徴とする微粉炭燃焼バーナを備えたボイラ。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記環状の
混合流を供給して燃焼させる手段に旋回流発生手
段が内蔵されていることを特徴とする微紛炭燃焼
バーナを備えたボイラ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57226907A JPS59119106A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 微粉炭燃焼バーナを備えたボイラ |
| US06/560,179 US4515094A (en) | 1982-12-27 | 1983-12-12 | Fuel jet method and apparatus for pulverized coal burner |
| DE8383112536T DE3372814D1 (en) | 1982-12-27 | 1983-12-13 | Fuel jet method and apparatus for pulverized coal burner |
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