JPH05231609A - 燃焼装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 空気８から酸素１１を分離し、前記酸素の希
釈剤として燃焼排ガスから分離した再循環二酸化炭素２
６を混合したのち、燃料１とともにバーナ１５において
ほぼ空気比１で燃焼させ、煙道１７を通った燃焼排ガス
を脱硝装置１８、脱塵装置１９、脱硫装置２２で排ガス
処理した後、乾燥装置２３で水蒸気を除去して燃焼排ガ
スをほぼ純粋な二酸化炭素としてその一部を回収し、残
りの二酸化炭素を前記酸素の希釈剤として再循環させる
ことによって、二酸化炭素の回収を容易にし、同時に空
気中の窒素の酸化による窒素酸化物の発生を皆無にし
た。 【効果】 燃焼排ガスから容易に二酸化炭素が回収で
き、且つ、空気中の窒素の酸化によるサーマルＮＯｘの
発生を抑止できる。また、燃焼排ガスから回収した二酸
化炭素の一部を燃焼用気体として再循環させているので
装置及び資源の利用効率が良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置に係わり、特
に二酸化炭素を回収し、窒素酸化物を低減させることの
できる燃焼装置とその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化と酸性雨が地球規模的
な環境問題としてあげられている。地球温暖化は大気中
の二酸化炭素の濃度の増加が主要因の一つであり、酸性
雨はＮＯｘ，ＳＯｘ等の酸性ガスに起因する。火力発電
所はこれらの物質の固定排出源として注目されている。
火力発電用燃料としては石油、天然ガス、石炭が使用さ
れており、特に石炭は採掘可能埋蔵量が多く、今後需要
が伸びることが予想される。しかしながら、石炭は天然
ガスと石油に比べて炭素含有量が多く、石油の１０倍の
窒素を含有する。

【０００３】炭酸ガスの排出量削減をエネルギー供給シ
ステムの高効率化で対処できれば、これは最も経済的な
方法であるが、長期的にみれば、経済成長に伴うエネル
ギー消費の伸びに伴う二酸化炭素の排出量増加を抑制で
きるだけの高効率化は不可能であり、発生した二酸化炭
素を除去する技術が必要になる。燃焼排ガス中の二酸化
炭素を回収する方法としては、アミン等の吸収液中に吸
収させる手法や、固体吸着剤に吸着させる吸着法、ある
いは膜分離法等が検討されているが、いずれも変換効率
が低く、これらの装置を稼動させるとシステム全体のエ
ネルギー効率が低下する可能性が高く、まだ実用化には
いたっていない。また燃焼時に発生する窒素酸化物に
は、空気中の窒素が酸素で酸化されて生成するサーマル
ＮＯｘと、燃料中の窒素が酸化されて生成するフューエ
ルＮＯｘとがある。従来、サーマルＮＯｘの低減には火
炎温度を低減する燃焼法が採られ、フューエルＮＯｘの
低減には、燃焼器内にＮＯｘを還元する燃料過剰の領域
を形成する燃焼法が採られてきた。

【０００４】炭酸ガスの簡便な分離とサーマルＮＯｘの
抑制の問題を同時に達成する手法として、空気の替わり
に酸素で燃焼する手法が容易に考えられる。酸素で燃焼
すれば、当然サーマルＮＯｘの発生は無くなり、また燃
焼ガスのほとんどが水蒸気と炭酸ガスになり炭酸ガスの
分離が容易になる。しかしながら、酸素で燃焼すると火
炎温度が高くなり、燃焼室を構成する材料の耐熱性や寿
命向上等の技術課題があり、これはエネルギ供給システ
ムの信頼性向上の観点からは大きな課題である。このひ
とつの対策法としては、燃焼炉本体で熱交換を終了した
燃焼排ガスを抽気し、燃焼炉本体外部から燃焼炉に供給
される燃料を燃焼させるために必要な酸素ガスと該抽気
ガスを混合し、燃料の酸化剤として燃焼炉へ供給するよ
うにした燃焼装置において抽気ガス系統もしくは酸化剤
の送気系統に窒素以外の不活性ガスを供給する方法（特
開昭５５−３５２１号公報）が提案されている。

【０００５】また、燃焼排ガスから純粋な二酸化炭素を
回収する方法として、燃焼炉などに設置された酸素燃焼
バーナに炭化水素系燃料と酸素とを導いて燃焼せしめる
酸素燃焼バーナを備えた燃焼装置において、前記燃料及
び酸素のうちの一方もしくは両方に前記燃焼炉で発生す
る排ガスの廃熱を与える熱交換器を設けると共に、前記
排ガスから二酸化炭素を分離、回収するための二酸化炭
素回収手段と、前記燃焼炉で発生する排ガスの一部を前
記酸素燃焼バーナへ返送する燃焼温度調節回路とをそな
えてなることを特徴とする酸素燃焼バーナを用いた燃焼
装置が提案されている（特開昭５９−１６１６０５号公
報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の公知例で示され
る手法は、炭酸ガス分離を容易にする点では有効である
が、これらの公知例に記載されている手法だけではエネ
ルギ供給システムは稼働しない。たとえば、石炭のよう
な不燃性の灰分や硫黄、窒素を含む燃料を使用した場
合、燃焼排ガス中にＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスおよび
未燃の石炭や灰分からなる粒子が含まれるようになり、
これらを燃焼排ガスと共に循環すると、循環管路内に前
記酸性ガスが高濃度で蓄積し、さらに再循環管路内にお
いて燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮した水滴に前記
酸性ガスが溶けて、循環管路の内面を腐食する。また、
前記粒子が再循環燃焼排ガスと共に循環管路内を流れる
と、粒子が管路の内壁に衝突して管路の内面を摩耗した
り、循環管路の内部に堆積して管路の圧損が大きくなる
可能性もある。また装置の初期始動時には燃焼ガスは無
く、酸素だけを初期の酸化剤として使用すると燃焼装置
の耐熱性を高くする必要があり、また燃焼ガス中の炭酸
ガスを必要量だけ回収するにはシステム全体が定常状態
に達するのに長時間要し、これはシステム価格あるいは
効率上大きな問題である。本発明は、上記のような問題
点を解決し、起動時においても酸素濃度が一定で、しか
も効率的な運転ができる燃焼装置とその運転方法及びボ
イラと微粉炭バーナを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、燃料を供給する配管を含む燃料供給系
と、酸化剤を含む燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給
系と、前記燃料供給系を通り搬送さた燃料と燃焼用気体
供給系を通ってきた燃焼用気体を燃焼させるバーナと、
前記バーナを側壁に備えた燃焼室と、前記燃焼室で発生
した燃焼排ガスを前記燃焼室の外部に導く煙道と、前記
煙道に備えられ前記燃焼排ガスを排ガス処理する手段
と、前記燃焼排ガス処理手段によって処理された燃焼排
ガスの一部を前記燃焼用気体供給系に再循環させる手段
を備えた燃焼装置において、前記燃焼排ガス処理手段で
処理された前記燃焼排ガスを二酸化炭素と酸素とに分離
する手段と、前記分離した二酸化炭素と酸素を貯蔵する
手段と、前記貯蔵手段に貯蔵された酸素の一部を前記燃
焼用気体供給系に再循環させる手段を備えたことを特徴
とする燃焼装置としたものである。

【０００８】また、上記の燃焼装置において、前記燃焼
用気体供給系には、空気から酸素を分離する酸素分離装
置と、前記酸素分離装置をバイパスして備えられた空気
供給手段と、該分離装置で分離された酸素を前記バーナ
に供給する手段とを備え、該供給手段の途中に前記燃焼
排ガスから分離した二酸化炭素を再循環させる手段を設
けるのがよい。また、本発明は、上記の燃焼装置の運転
方法において、燃焼装置の起動時に、循環管路内を流れ
るのに十分な量の二酸化炭素が二酸化炭素貯蔵手段に蓄
積されるまでは、燃焼用気体として空気を用いて運転す
るか、あるいは、二酸化炭素貯蔵手段に循環管路を流れ
るのに十分な量の二酸化炭素を供給してから始動するの
がよい。さらに、上記燃焼装置は、二酸化炭素と酸素を
液体状で貯蔵し、使用に際して燃焼排ガスと熱交換して
ガス化しながら運転するのがよいし、また、前記煙道に
ガス濃度検知手段を備えることによって、燃焼排ガス中
の窒素酸化物と灰中未燃分の量が最小となるように前記
燃焼用気体供給系の酸素と再循環二酸化炭素の流量を制
御しながら運転するのがよい。また、上記の燃焼装置に
おいて、前記燃焼排ガスを処理する手段としては脱硫装
置、脱硝装置、脱塵装置の少なくとも一つと乾燥装置を
備えるのがよい。

【０００９】また、上記他の目的を達成するために、本
発明では燃料と燃焼用気体を燃焼させるためのバーナ
と、前記バーナを保持するための火炉と、前記バーナで
燃料と燃焼用気体が燃焼する際に発生する熱を回収する
火炉内側に備えられた水配管と、前記火炉内で生じた燃
焼排ガスを外部へ導く煙道を備えたボイラにおいて、前
記バーナへ燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系の途
中に、二酸化炭素供給手段を設け、該二酸化炭素供給手
段により供給される二酸化炭素の量を、全体の空気比が
１以上となるように制御する機構を設けたことを特徴と
するボイラとしたものである。さらに、上記のもう一つ
の目的を達成するために、本発明では、一次燃焼用気体
供給系で一次燃焼用気体によって搬送された微粉炭を噴
出する微粉炭噴出口を中心部に備え、該微粉炭噴出口の
外側に同心円状に二次燃焼用気体供給系を通ってきた二
次燃焼用気体を噴出する二次燃焼用気体噴出口を備えた
微粉炭バーナにおいて、前記燃焼用気体供給系とバーナ
の間に二酸化炭素を含む燃焼排ガスを供給する手段を備
え、燃料と一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体全体の空
気比を１以上で燃焼させるように制御する機構を設けた
ことを特徴とする微粉炭バーナとしたものである。

【００１０】

【作用】燃焼排ガス中の二酸化炭素を燃焼用気体中の酸
素の希釈気体として用いることは、燃焼用気体が炭素の
化合物である燃料と反応した後の燃焼排ガスの組成をほ
とんど二酸化炭素にする。即ち、従来の空気を用いた燃
焼において燃料として炭化水素系の化合物を用いると燃
料中の炭素と水素はそれぞれ酸素と反応し二酸化炭素と
水蒸気になり、燃料のほとんどが供給された理論的に必
要な量の酸素と反応したとすると、空気中の窒素は反応
に関与しないので燃焼排ガスの組成は主に窒素と二酸化
炭素及び水蒸気の混合物となる。ここで燃焼用気体とし
て燃焼排ガスから分離して得られた二酸化炭素と空気か
ら分離した酸素の混合気体を、前記混合気体中の酸素の
割合を空気中の酸素の割合と等しくして用いると、二酸
化炭素は窒素と同様に反応に関与しないので燃焼排ガス
の組成はほとんど二酸化炭素と水蒸気になる。たとえ
ば、最も環境対策の必要性の高い石炭を前記燃焼用気体
で燃焼させた場合、石炭は炭素だけでなく水素、窒素、
硫黄等の揮発分、無機質である灰を含んでいるので、燃
焼排ガスの組成はほとんどは二酸化炭素となるが、水蒸
気、ＮＯｘ、ＳＯｘ、及び灰分や未燃焼の石炭粒子から
なる塵と酸素が燃焼ガス中に含まれる。そこでこの燃焼
排ガスを脱硫、脱硝、脱塵等の排ガス処理を施した後乾
燥すればほとんど純粋な二酸化炭素を得ることができ、
特別な分離装置なしに、且つ、燃焼システム全体のエネ
ルギー効率を下げることなく容易に二酸化炭素のみを回
収することができる。

【００１１】さらにここで得られた二酸化炭素の一部を
回収し、残りを燃焼用気体中の酸素の希釈剤として再循
環させることは、燃焼用空気中の酸素の希釈剤としての
二酸化炭素を外部から連続的に供給する必要をなくし資
源の有効利用を図っている。さらに燃焼用気体として、
前記二酸化炭素と酸素の混合気体を用いることは、燃焼
気体中に窒素が含まれないため、燃焼温度が高温になる
と発生する空気中の窒素の酸化によるサーマルＮＯｘの
発生を皆無にする。また通常、燃料の燃焼率を高めるに
は完全燃焼に必要な理論酸素量以上に酸素を燃焼装置に
供給する。従って燃焼ガス中には酸素が含まれ、これを
水蒸気あるいは炭酸ガスと分離し、再度燃焼に利用する
のは空気中の酸素と窒素とを分離する装置の負荷を軽減
することになり、システムの効率を向上させる。また二
酸化炭素を液体あるいは固体として燃焼ガスから分離貯
蔵すれば、酸素の燃焼ガスからの分離は容易になる。ま
た液体あるいは固体として貯蔵した二酸化炭素を燃焼装
置に供給する際、気化熱を燃焼ガスから供給すれば、二
酸化炭素を液体あるいは固体として分離する二酸化炭素
の燃焼ガスからの分離時に必要な燃焼ガスの冷却が容易
になる。また空気中の酸素を深冷分離法によって分離す
る場合、酸素の気化に必要な熱を燃焼ガスから供給すれ
ば、二酸化炭素の燃焼ガスからの分離も容易になりシス
テムの効率は向上する。

【００１２】またシステムの初期始動時には燃焼ガスか
ら分離された二酸化炭素はなく、始動時には、空気で燃
料を燃焼し、二酸化炭素の再循環管路に設けた二酸化炭
素の貯蔵手段に二酸化炭素を貯蔵する。または、始動時
には、二酸化炭素の貯蔵装置内に、始動に必要な二酸化
炭素として、他の二酸化炭素製造装置より得られたもの
を供給するのも良い。このようにすれば、空気の供給設
備は不要になり、システムとしては簡素化される。しか
しながら、たとえば１００万ｋＷの火力発電所の始動に
必要な二酸化炭素を他の製造装置にて製造するのも容易
では無く、始動法の選択は、発電所の立地条件に依存す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。 実施例１ 以下本発明の実施例を図１により説明する。図１は本発
明を微粉炭燃焼装置に適用した一実施例である。燃料で
ある石炭１は粉砕機２で微粉炭３に粉砕された後、貯炭
器に貯蔵され石炭流量調節機５によって流量を調節して
供炭機６に供給される。ブロワ１００によって送風され
た空気８を、酸素分離装置９によって窒素１０と酸素１
１に分離し、酸素１１は酸素流量調節機１２ａ、１２ｂ
によって一次燃焼用気体供給系１４と、二次燃焼用気体
供給系１３に分けられそれぞれ再循環二酸化炭素２６と
管路内で混合され、その後一次燃焼用気体は空気予熱器
２０で燃焼排ガスと熱的に接触して加熱された後、供炭
機６に供給され微粉炭３を乾燥しながら搬送しバーナ１
５の一次側燃焼用気体供給口に供給される。二次燃焼用
気体はそのままバーナ１５の二次側燃焼用気体供給口に
供給される。バーナ１５に供給された燃焼用気体中の二
酸化炭素は燃焼に関与しないが、燃料である微粉炭３と
酸化剤である酸素１１はボイラ１６内で燃焼し、一次燃
焼用気体と二次燃焼気体のトータルの空気比を１以上で
供給すれば、石炭中の炭素分はほとんど二酸化炭素にな
るが、水素、窒素、硫黄等の揮発分を含む石炭の場合こ
れらが燃焼用気体中の酸素によって酸化され水蒸気及び
ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスが発生する。また燃焼排ガ
スは、石炭中の灰や未燃微粉炭粒子が粉塵として含まれ
ている。

【００１４】前記二酸化炭素、水蒸気、酸性ガス、粉塵
を含む燃焼灰ガスは煙道１７を通った後、脱硝装置１８
でＮＯｘを除去し、集塵装置１９で脱塵され、さらに空
気予熱器２０で一次燃焼用気体と熱的に接触して冷却さ
れた後、脱硫装置２２でＳＯｘを除去し、乾燥装置２３
で水蒸気と水分を除去する。乾燥装置２３を通過した燃
焼排ガスはほとんど二酸化炭素と酸素の混合気体２４に
なっており、この混合気体を冷却機３０で−８０℃以下
に冷却して二酸化炭素のみを液化し二酸化炭素と酸素に
分離する。液化された二酸化炭素はポンプ３６ａで二酸
化炭素貯蔵装置に送られて貯蔵され、一部は液化二酸化
炭素２５として回収し残りは二酸化炭素送風ブロア３６
ｂによって気化され、一次側及び二次側二酸化炭素流量
調節機２７ａ、２７ｂによってそれぞれ一次燃焼用気体
供給系１４、二次燃焼用気体供給系１３に供給される。
一方、前記酸素と二酸化炭素の混合気体から分離された
酸素は、圧縮用送風ブロア３７ａによって液化し酸素貯
蔵装置３４に貯蔵された後、気化用酸素送風ブロア３７
ｂによって一次側及び二次側の酸素流量調節機１２ａ、
１２ｂの前段に再循環される。定常運転時においては、
酸化剤としての酸素とその希釈剤としての二酸化炭素
は、それぞれ混合する前に一次燃焼気体用と二次燃焼気
体用に分けられ別々の供給系で混合されるので、一次燃
焼用気体と二次燃焼用気体の空気比を任意にかつ独立に
制御可能となっている。また各燃焼用気体中の二酸化炭
素は、燃焼排ガス中の二酸化炭素を再循環させて用いて
いるので、外部から二酸化炭素を供給する必要はなく、
バーナ１５で燃焼した炭素の量に相当する液化二酸化炭
素を回収すれば、再循環二酸化炭素２６の流量は一定に
保たれる。

【００１５】本実施例によれば、ほぼ純粋な液化二酸化
炭素を回収することが可能でありかつ空気中の窒素の酸
化にるサーマルＮＯｘの発生を皆無とすることができ
る。また一次燃焼用気体の予熱を燃焼排ガスと熱交換す
ることによって行っているため装置のエネルギー効率が
よく、燃焼用気体中の二酸化炭素を再循環して用いてい
るので装置の利用効率も高い。また燃焼排ガス中の未燃
焼酸素を回収し再循環させているので、酸素の無駄な消
費がない。さらに、一次側と二次側の空気比を任意に変
化させることができるので、燃焼装置の負荷や石炭の性
状、炭種が変わってもフューエルＮＯｘと灰中未燃分の
量を最小にするような燃焼を行うことができる。

【００１６】上記微粉炭燃焼装置の起動方法は、空気流
量調節機３９ａを全閉にし迂回用空気調節機３９ｂを開
け、燃焼用気体として定常運転時の二酸化炭素で希釈さ
れた酸素ではなく空気８を流し、通常の空気による燃焼
を行う。この時再循環二酸化炭素流量調節機２７ａ、２
７ｂと再循環酸素流量調節機３１と液化二酸化炭素流量
調節機２８は閉じ、排ガス流量調節機３５を開けて運転
を行う。空気で燃焼を行うと燃焼排ガス１７の組成は約
７０％が窒素となり、残りは二酸化炭素、水蒸気等にな
る。この燃焼排ガスを定常運転時と同様に脱硝装置１
８、脱塵装置１９、脱硫装置２２で排ガス処理し、乾燥
装置２３で乾燥した後、冷却装置３０で冷却して二酸化
炭素を液体として分離し、二酸化炭素貯蔵装置に貯蔵
し、残りの燃焼排ガスは排ガス流量調節機３５、煙突２
９を通って大気中に放出される。二酸化炭素貯蔵装置に
循環管路内を循環するのに十分な量の二酸化炭素が蓄積
されるまで空気で燃焼を行う。その後、迂回用空気流量
調節機３９ｂを閉じ、空気流量調節機３９ａと再循環二
酸化炭素流量調節機２７ａ、２７ｂを開けて、酸素分離
装置９から得られた酸素１１と、二酸化炭素貯蔵装置３
３に貯蔵されている二酸化炭素を気化用のブロア３６ｂ
で気化して一次側燃焼用気体供給系および二次側燃焼用
気体供給系で混合し、この混合気体を燃焼用気体として
燃焼を行う。すると燃焼用気体である空気に含まれてい
た窒素が供給されなくなるので、燃焼排ガス中の窒素の
濃度は徐々に減少する。燃焼排ガスに残存する窒素がな
くなった後、排ガス流量調節機３５を閉じ回収用酸素流
量調節機３１を開けて定常運転に入る。

【００１７】実施例２ 図２は本発明を微粉炭燃焼装置に適用した一実施例であ
る。石炭１は実施例１と同様にして供炭機６に供給され
る。空気８は空気送風用ブロア１００によって深冷分離
装置９に送られて窒素と液化酸素に分けられる。液化酸
素１０２は熱交換器１０１で燃焼排ガスと熱的に接触し
て気化されたのち一次側および二次側酸素流量調節機に
よって分けられ、それぞれ燃焼排ガスから回収した二酸
化炭素と混合されて燃焼用気体とされ、一次側燃焼用気
体３１は供炭機６で微粉炭を搬送して、二次燃焼用気体
はそのままバーナ１５に供給される。バーナ１５に供給
された微粉炭と酸素はボイラ１６内で燃焼し、その燃焼
排ガスは煙道１７を通ったのち脱硝装置１８で脱硝、脱
塵装置１９で脱塵処理されたのち熱交換器１０１で液化
二酸化炭素と液化酸素と熱的に接触して廃熱を回収され
る。熱交換器１０１をでた燃焼排ガスはさらに脱硫装置
２２で脱硫、乾燥装置２３で乾燥処理すると、実施例１
と同様に燃焼排ガスはほとんど二酸化炭素と酸素の混合
気体となるので、前記混合気体を冷却装置２４で−８０
℃以下に冷却して二酸化炭素を液体として、酸素を気体
として分離し、液化二酸化炭素は二酸化炭素貯蔵装置３
３に、酸素は酸素貯蔵装置３４に液化して貯蔵する。液
化二酸化炭素は、二酸化炭素流量調節機２７ａ、２７ｂ
によって一次側と、二次側に分けられそれぞれ熱交換器
１０１で燃焼排ガスと熱的に接触して気化され、一次側
は予熱されて、二次側は常温で熱交換器を出たのち、そ
れぞれ前記深冷分離によって得られた液化酸素を気化し
た酸素と混合される。本実施例によれば、燃焼排ガスか
ら分離して貯蔵された液化二酸化炭素と深冷分離によっ
て得られる液化酸素を燃焼排ガスによって気化している
ので熱効率が良い。

【００１８】実施例３ 図３は本発明を微粉炭燃焼ボイラに適用した一実施例で
ある。ボイラ１６の側壁に備えられたバーナ１５には微
粉炭３を搬送した一次燃焼用空気４０を供給する一次燃
焼用気体供給管４１と二次燃焼用空気４２を供給する二
次燃焼用気体供給管４３が備えられており、前記それぞ
れの供給管の途中に一次燃焼気体用二酸化炭素供給管４
４、二次燃焼気体用二酸化炭素供給管４４′が備えられ
ており、それぞれから一次燃焼気体用二酸化炭素４５、
二次燃焼気体用二酸化炭素４５′が供給される。前記燃
料である微粉炭３と前記燃焼用気体がボイラ１６内で燃
焼し、空気比１以上で略完全燃焼を行った場合、燃焼排
ガス４６の組成はほとんど二酸化炭素となり、残りは水
蒸気及び石炭中の揮発分が揮発または燃焼して生じた微
量成分ガスや、石炭中の灰及び未燃焼微粉炭粒子も粉塵
として含まれる。前記燃焼排ガス４６を従来の微粉炭燃
焼装置のように脱硫、脱硝、脱塵等の排ガス処理をした
後、乾燥手段によって水蒸気を分離すれば容易に二酸化
炭素を回収でき、さらに燃焼用気体中に窒素を含まない
ので、空気中の窒素の酸化によるサーマルＮＯｘを皆無
にできる。本実施例によれば、燃焼排ガスを排ガス処理
したのち水蒸気を分離すれば容易に二酸化炭素を回収す
ることができる。さらに燃焼用気体中に窒素をふくまな
いのでサーマルＮＯｘを皆無にできる。また分離した二
酸化炭素の一部を回収した後の残りの二酸化炭素を燃焼
用気体の希釈剤として再循環させて用いれば資源の利用
効率も高くなる。

【００１９】実施例４ 図４は本発明を微粉炭燃焼バーナに適用した一実施例で
ある。微粉炭を搬送した一次燃焼用気体５１は一次燃焼
用気体供給口５０から供給され一次燃焼気体用二酸化炭
素５２と混合されて一次燃焼用気体噴出口５５から噴出
する。二次燃焼用気体５３は二次燃焼用気体供給口５４
から供給され二次燃焼気体用二酸化炭素５２′と混合さ
れてエアレジスタ５９で旋回力を与えられ二次燃焼用気
体噴出口５７からバーナ中心軸から外側へ向かって噴出
する。一次燃焼用気体を空気比０．８以下の酸素不足の
条件で、二次燃焼用気体を空気比１．２以上の酸素過剰
の条件で供給すれば、一次側の燃焼では酸素不足のため
燃焼反応の進行が遅くなり燃料中の窒素成分の酸化によ
るフューエルＮＯｘを抑えるが未燃炭炭素分が増加する
ので、一次燃焼用気体の外側に同心円状に供給された空
気比１．２以上の酸素過剰の二次燃焼用気体によって未
燃炭素分の燃焼を行い、フューエルＮＯｘと灰中未燃分
の低減を図る二段燃焼を行う。

【００２０】一次燃焼用気体と二次燃焼用気体はバーナ
を出た直後は、一次燃焼用気体噴出口５５と二次燃焼用
気体噴出口５７の間にある中空円柱形状の空気分離器５
６によって分けられているので、一次燃焼用気体と二次
燃焼用気体はほとんど混ざりあうことなく前記二段燃焼
は進行する。さらに燃焼用気体として二酸化炭素で希釈
された酸素を用いているので一次側と二次側のトータル
の空気比が１となる条件で前記二段燃焼を行えばバーナ
の燃焼排ガスの組成は、石炭中の揮発分が揮発または燃
焼して生じたガスを除けば、ほとんど燃焼用気体中に存
在していたか、または石炭中の炭素が燃焼した二酸化炭
素となる。この燃焼排ガスを排ガス処理して微量成分ガ
スを除去すればほぼ純粋な二酸化炭素を回収することが
できる。また燃焼用気体として二酸化炭素で希釈された
酸素を用いているので、未燃焼の微粉炭粒子が酸素富化
雰囲気の二次燃焼用気体中の酸素とともに燃焼し高温に
なっている領域においても、空気中の窒素の酸化による
サーマルＮＯｘが発生するとがない。バーナに供給され
る一次側と二次側燃焼用気体及び二酸化炭素の流量を独
立に変化させることにより、燃焼負荷や燃料である石炭
の炭種や性状が変わっても、燃焼排ガス中の窒素酸化物
（フューエルＮＯｘ）と灰中未燃分を低減する空気比で
燃焼用気体を供給し最適な二段燃焼を行うことができ
る。本実施例によれば、微粉炭燃焼用バーナにおいてフ
ューエルＮＯｘとサーマルＮＯｘを同時に低減すること
ができかつ灰中未燃分を減少させる二段燃焼を行うこと
ができる。

【００２１】実施例５ 図５は本発明を水分含有率の高い石炭を燃料とした場合
の微粉炭燃焼装置の一次燃焼用気体供給系に適用した一
実施例である。一次燃焼気体用二酸化炭素６１はヒータ
６０で加熱されて粉砕機２に供給され、ともに粉砕機２
に供給された石炭１は、ヒータ６０で加熱された一次燃
焼気体用二酸化炭素６１によって昇温し、水分を蒸発し
て乾燥されながら微粉炭に粉砕され、粉砕機２を出た後
に酸素１１と混合され一次燃焼用気体７としてバーナ１
５に供給される。二次燃焼用気体は実施例１と同様にし
てバーナ１５に供給される。石炭１の含水率が大きい場
合、高温の燃焼用気体を粉砕機２に供給して乾燥しなけ
ればならないが、空気等の酸素を含んだ気体を加熱して
粉砕機２へ送り石炭１の乾燥を行うと、燃焼用気体中の
酸素が粉砕機内部の石炭とともに燃焼する可能性がある
が、本実施例では石炭１を乾燥させるための予熱用気体
として燃焼排ガスから分離した二酸化炭素を用いるので
粉砕機２の中で石炭１が燃焼することはない。粉砕機２
の中で、石炭１に含まれていた水分が蒸発する際に加熱
された二酸化炭素から蒸発潜熱を奪うので、粉砕機を出
るときには二酸化炭素の温度は下がっており、この時点
で燃料の酸化剤として酸素を供給して一次側燃焼用気体
とすることができる。本実施例によれば、水分含有率の
高い石炭でも粉砕機内で石炭を燃焼させることなく乾燥
することができる。

【００２２】実施例６ 図６は本発明を微粉炭燃焼ボイラに適用た例であ。バー
ナ１５には微粉炭を搬送した一次燃焼用気体７と二次燃
焼用気体１３が、空気比０．８以下の酸素不足の条件で
送られており、バーナ１５における燃焼ではフューエル
ＮＯｘは減少するが未燃焼炭素が増加するので、バーナ
１５上部に備えられた酸素富化燃焼用気体噴出口７１よ
りを酸素富化燃焼用気体７０を空気比１．２以上で供給
し未燃焼炭素を燃焼させる。酸素富化雰囲気中で未燃焼
の炭素が燃焼する際、火炉内の火炎温度が上昇し酸素富
化燃焼用気体７０として空気等の窒素を含んだ気体を供
給するとサーマルＮＯｘが発生する可能性があるが、本
発明では燃焼用気体として二酸化炭素で希釈された酸素
を用いているのでサーマルＮＯｘは発生しない。従って
実施例によれば、ボイラ内二段燃焼によってフューエル
ＮＯｘ、サーマルＮＯｘおよび未燃焼炭素を同時に低減
することができる。またバーナ後流で行う二段燃焼より
も滞留時間を長くとれるのでさらに未燃焼炭素を低減で
きる。

【００２３】実施例７ 図７は本発明を微粉炭燃焼装置の運転方法について適用
した一実施例である。ボイラ１６の側壁に備えられたバ
ーナ１５に供給された微粉炭を搬送した一次燃焼用空気
７と二次燃焼用空気１３はボイラ１６内で燃焼し、その
燃焼排ガスは煙道１７を通って排出されるが、前記煙道
の途中にガス濃度センサ８０を設置して煙道中の燃焼灰
ガス中の酸素と窒素酸化物の濃度を計測し、その結果を
演算装置８１で処理し、前記燃焼排ガス中の窒素酸化物
が最低となるように一次側の酸素流量調節機１２ａと再
循環二酸化炭素流量調節機２７ａによって一次燃焼用気
体中の酸素濃度を調節し、且つ、前記燃焼排ガス中の酸
素濃度が最低となるように、すなわち灰中未燃分が最小
となるように二次側の酸素流量調節機１２ｂと再循環二
酸化炭素流量調節機２７ｂによって二次燃焼用気体中の
酸素濃度を調節するように、それぞれの流量調節機にバ
ルブ開度信号を信号伝達手段８２によって伝え、一次燃
焼用気体および二次燃焼用気体中の酸素濃度を調節す
る。本実施例によれば、煙道の燃焼排ガス中のガス濃度
を測定することにより、燃焼排ガス中の窒素酸化物を低
減し、且つ、灰中未燃分を最小にした微粉炭燃焼装置の
運転を行うことができる。

【００２４】実施例８ 図８は本発明をアフタコンバスタ付けの微粉炭燃焼装置
に適用した一実施例である。燃料の酸化剤である酸素１
１は酸素流量調節機１２ａ、１２ｂとアフタコバスター
用酸素流量調節装置１２ｃによって一次燃焼気体用、二
次燃焼気体用、アフタコンバスタ用に分けられる。石炭
１はヒータ６０で加熱された一次燃焼用二酸化炭素とと
もに粉砕機２に供給される。粉砕機２を出た微粉炭を搬
送した一次燃焼用二酸化炭素は一次燃焼用気体供給系で
酸素と混合され、一次燃焼用気体としてバーナ１５に供
給される。二次燃焼用気体は、実施例１と同様にしてバ
ーナ１５に供給される。バーナ１５で石炭１と前記燃焼
用気体は燃焼し、その燃焼排ガスは煙道１７を通過した
後、排ガス処理装置９０によって排ガス処理された後、
抽気ガス流量調節機９１とアフタコンバスタ用流量調節
機９２によって流量を調製され、前記排ガス処理された
一部の二酸化炭素は乾燥装置２３に送られ残りはアフタ
コンバスタ用酸素９３と燃料９４としての水素とともに
アフタコンバスタ９５に供給される。前記酸素と燃料は
アフタコンバスタ９５内で燃焼して水蒸気を生成し、供
給された二酸化炭素とともにアフタコンバスタ９５から
燃焼排ガスとして排出され、前記燃焼排ガスの廃熱を熱
交換器９６で回収した後、前記抽気ガスとともに乾燥装
置２３へ供給される。前記乾燥装置２３へ供給された抽
気ガス９８とアフタコンバスタ燃焼廃ガス９７は、水蒸
気と水分を除去された後、一次及び二次燃焼用二酸化炭
素流量調節機２７ａ、２７ｂおよび回収用二酸化炭素流
量調節機２８によって流量を調節され、一部は二酸化炭
素処理装置２９によって処理され、残りは一次及び二次
燃焼用気体として再循環する。

【００２５】実施例１において、廃ガス処理のうち燃焼
排ガス中の粉塵を脱塵する装置として電気集塵機を用い
た場合、電気集塵機は燃焼排ガス中の未燃焼の炭素分が
増加すると、石炭の低い誘電率のため捕集効率が著しく
低下する。そこで燃焼用気体を１以上の空気比で供給し
て未燃焼炭素分の低下を図ろうとすると、燃焼排ガス中
の酸素濃度が増加し未燃焼の酸素が燃焼排ガスとともに
再循環する。本実施例は前記燃焼排ガス中の未燃焼酸素
を完全に燃焼させるために、排ガス処理装置の後段にア
フタコンバスタ９５を設けたものであり、前記アフタコ
ンバスタの燃焼排ガス中に含まれる廃熱をも熱交換器で
回収している。本実施例によれば脱塵装置として電気集
塵機を用いた微粉炭燃焼装置において、燃焼排ガス中の
未燃焼炭素を減少させるために、燃焼用気体の空気比を
１以上で供給しボイラの燃焼排ガス中の未燃焼酸素が増
加しても、前記ボイラの後段にアフタコンバスタを備え
ることにより、未燃焼の酸素を完全に燃焼させ、さらに
アフタコンバスタの後段に熱交換器を備えることによっ
て廃熱を回収しているので熱効率も良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、燃焼用気体中の酸素の
希釈気体として二酸化炭素を用いているので、燃焼排ガ
スを排ガス処理し乾燥した後の燃焼排ガスの組成はほと
んど二酸化炭素となり、燃焼システム全体のエネルギー
効率を下げることなく容易に二酸化炭素を回収すること
ができる。さらに上記のうよに、燃焼用気体として空気
を用いていないので、空気中の窒素の酸化によるサーマ
ルＮＯｘの生成を皆無にすることができ、さらに微粉炭
の二段燃焼と併用すれば同時にフューエルＮＯｘと未燃
焼炭素を低減することができる。また本発明によれば、
燃焼排ガスを排ガス処理して得た二酸化炭素の一部を燃
焼用気体中の酸素の希釈剤として再循環させているの
で、装置の利用効率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粉炭燃焼装置の一例を示す工程図で
ある。

【図２】本発明の微粉炭燃焼装置の他の例を示す工程図
である。

【図３】本発明に用いる微粉炭燃焼ボイラの部分拡大図
である。

【図４】本発明に用いる微粉炭燃焼バーナの部分拡大図
である。

【図５】本発明の微粉炭燃焼装置の燃焼用気体供給系を
示した工程図である。

【図６】本発明に用いる微粉炭燃焼ボイラの部分拡大図
である。

【図７】本発明の微粉炭燃焼装置の一例を示す部分工程
図である。

【図８】本発明の微粉炭燃焼装置のもう一つの例を示す
工程図である。

【符号の説明】

１…石炭、２…粉砕機、３…微粉炭、４…貯炭器、５…
石炭供給量調節機、６…供炭機、７，４１…一次側燃焼
用気体供給系、８…空気、９…酸素分離装置、１０…窒
素、１１…酸素、１２ａ…一次側酸素流量調節機、１２
ｂ…二次側酸素流量調節機、１３，４３…二次側燃焼用
気体供給系、１４…一次側燃焼用気体供給系、１５…バ
ーナ、１６…ボイラ、１７…煙道、１８…脱硝装置、１
９…脱塵装置、２０…空気予熱機、２１…微粉炭搬送用
気体、２２…脱硫装置、２３…乾燥装置、２４…二酸化
炭素・酸素混合気体、２５…液化二酸化炭素、２６…再
循環二酸化炭素、２７ａ…一次側再循環二酸化炭素流量
調節機、２７ｂ…二次側再循環二酸化炭素流量調節機、
２８…回収用二酸化炭素流量調節機、２９…煙突、３０
…冷却装置、３１…回収用酸素流量計、３２…再循環酸
素、３３…液化二酸化炭素貯蔵装置、３４…液化酸素貯
蔵装置、３５…排ガス流量調節機、３６ａ…液化二酸化
炭素搬送ボンプ、３６ｂ…二酸化炭素送風ブロア（気化
用）、３７ａ…酸素送風ブロア（圧縮用）、３７ｂ…酸
素送風用ブロア、３８…回収用液化酸素、３９ａ…空気
流量調節機、３９ｂ…迂回用空気流量調節機、４０，５
１…一次燃焼用気体、４２，５３…二次燃焼用気体、４
４…一次燃焼気体用二酸化炭素供給系、４４′…二次燃
焼気体用二酸化炭素供給系、４５，５２…一次燃焼気体
用二酸化炭素、４５′，５２′…二次燃焼気体用二酸化
炭素、４６…燃焼排ガス、５０…一次燃焼用気体供給
口、５４…二次燃焼用気体供給口、５５…一次燃焼気体
噴出口、５６…分離器、５７…二次燃焼用気体噴出口、
５８…スロート、５９…エアレジスタ、６０…ヒータ、
７０…酸素富化燃焼用気体、７１…酸素富化燃焼用空気
噴出口、８０…ガス濃度センサ、８１…演算装置、８２
…信号伝達手段、１００…空気送風用ブロア、１０１…
熱交換器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楢戸 清 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を供給する配管を含む燃料供給系
   と、酸化剤を含む燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給
   系と、前記燃料供給系を通り搬送された燃料と燃焼用気
   体供給系を通ってきた燃焼用気体を燃焼させるバーナ
   と、前記バーナを側壁に備えた燃焼室と、前記燃焼室で
   発生した燃焼排ガスを前記燃焼室の外部に導く煙道と、
   前記煙道に備えられ前記燃焼排ガスを排ガス処理する手
   段と、前記燃焼排ガス処理手段によって処理された燃焼
   排ガスの一部を前記燃焼用気体供給系に再循環させる手
   段を備えた燃焼装置において、前記燃焼排ガス処理手段
   で処理された前記燃焼排ガスを二酸化炭素と酸素とに分
   離する手段と、前記分離した二酸化炭素と酸素を貯蔵す
   る手段と、前記貯蔵手段に貯蔵された酸素の一部を前記
   燃焼用気体供給系に再循環させる手段を備えたことを特
   徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼装置において、前記
   燃焼用気体供給系には、空気から酸素を分離する酸素分
   離装置と、前記酸素分離装置をバイパスして備えられた
   空気供給手段と、該分離装置で分離された酸素を前記バ
   ーナに供給する手段とを備え、前記酸素分離装置をバイ
   パスして備えられた空気供給手段又は前記酸素分離装置
   で分離された酸素を前記バーナに供給する手段の途中に
   前記燃焼排ガスから分離した二酸化炭素を再循環させる
   手段を設けたことを特徴とする燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃焼装置の運転方法にお
   いて、前記燃焼装置の起動時には循環管路内を流れるの
   に十分な量の二酸化炭素が二酸化炭素貯蔵手段に蓄積さ
   れるまでは燃焼用気体として空気を用いて運転すること
   を特徴とする前記燃焼装置の運転方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の燃焼装置の運転方法にお
   いて、前記燃焼装置の初期始動時には、二酸化炭素貯蔵
   手段に循環管路内を流れるのに十分な量の二酸化炭素を
   供給して始動することを特徴とする前記燃焼装置の運転
   方法。
5. 【請求項５】 請求項２記載の燃焼装置の運転方法にお
   いて、二酸化炭素と酸素を液体状で貯蔵し、使用に際し
   て、燃焼排ガスと熱交換してガス化しながら運転するこ
   とを特徴とする燃焼装置の運転方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の燃焼装置の運転方法にお
   いて、前記煙道にガス濃度検知手段を備えることによっ
   て、燃焼排ガス中の窒素酸化物と灰中未燃分の量が最小
   となるように前記燃焼用気体供給系の酸素と再循環二酸
   化炭素の流量を制御することを特徴とした燃焼装置の運
   転方法。
7. 【請求項７】 燃料と燃焼用気体を燃焼させるためのバ
   ーナと、前記バーナを保持するための火炉と、前記バー
   ナで燃料と燃焼用気体が燃焼する際に発生する熱を回収
   する火炉内側に備えられた水配管と、前記火炉内で生じ
   た燃焼排ガスを外部へ導く煙道を備えたボイラにおい
   て、前記バーナへ燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給
   系の途中に、二酸化炭素供給手段を設け、該二酸化炭素
   供給手段により供給される二酸化炭素の量を、全体の空
   気比が１以上となるように制御する機構を設けたことを
   特徴とするボイラ。
8. 【請求項８】 一次燃焼用気体供給系で一次燃焼用気体
   によって搬送された微粉炭を噴出する微粉炭噴出口を中
   心部に備え、該微粉炭噴出口の外側に同心円状に二次燃
   焼用気体供給系を通ってきた二次燃焼用気体を噴出する
   二次燃焼用気体噴出口を備えた微粉炭バーナにおいて、
   前記燃焼用気体供給系とバーナの間に二酸化炭素を含む
   燃焼排ガスを供給する手段を備え、燃料と一次燃焼用気
   体及び二次燃焼用気体全体の空気比を１以上で燃焼させ
   るように制御する機構を設けたことを特徴とする微粉炭
   バーナ。