JPH05264040A - 排気再燃複合発電プラント - Google Patents

排気再燃複合発電プラント

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JPH05264040A
JPH05264040A JP6316192A JP6316192A JPH05264040A JP H05264040 A JPH05264040 A JP H05264040A JP 6316192 A JP6316192 A JP 6316192A JP 6316192 A JP6316192 A JP 6316192A JP H05264040 A JPH05264040 A JP H05264040A
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JP
Japan
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boiler
exhaust gas
air
pulverized coal
gas
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Pending
Application number
JP6316192A
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English (en)
Inventor
Nobuyoshi Mishima
信義 三島
Hideaki Komatsu
秀明 小松
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Abstract

(57)【要約】 【目的】高効率であるとともに窒素酸化物の発生量を極
力低減することのできる排気再燃複合発電プラントを提
供することを目的とする。 【構成】本発明によれば、微粉炭と空気中酸素との燃焼
により高温還元炎が形成され、高温還元炎の周囲を酸素
濃度の低いガスで被うことを窒素酸化物の発生が抑制さ
れる。 【効果】排気再燃複合発電プラントのボイラの二次,三
次空気あるいはアフターバーナ用空気としてガスタービ
ン排ガスを用いることによって、ボイラでの発生窒素酸
化物を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は排気再燃複合発電プラン
トに係り、特に窒素酸化物の発生量を低減することので
きる排気再燃複合発電プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高効率プラントにできることか
ら、ガスタービンと、ガスタービン排ガスを用いて蒸気
を発生させるボイラとを組合せた各種の複合発電プラン
トが注目されている。
【0003】排気再燃複合発電プラントは、係る複合発
電プラントの一つであり、ガスタービンとガスタービン
排ガスを燃焼空気の一部として使用するボイラとから構
成され、この場合のボイラとしては安価な微粉炭を燃料
として使用する微粉炭焚ボイラとするのが経済的に有利
である。係る排気再燃複合発電プラントとしては、特開
昭51−111501号のものが知られており、この公知例では
石炭ミル中の微粉炭をガスタービン排ガスでボイラ内に
搬送し、またガスタービン排ガスの一部を上記微粉炭搬
送ルートとは別のルートでボイラ内に導入し、燃焼に供
する。
【0004】ところで近年の火力発電プラントは、高効
率であるとともに窒素酸化物の発生量を極力低減できる
ものであることが強く要望されており、前記排気再燃複
合発電プラントの場合にもこの要求は達成されねばなら
ない。特に、排気再燃複合発電プラントの場合、ボイラ
の燃料として微粉炭を使用することは経済的に有利であ
るが、石炭は天然ガスや重原油に較べて多くの有機窒素
化合物を含むためにボイラでの燃焼に伴う窒素酸化物の
多量発生が問題となる。しかるに、従来公知の排気再燃
複合発電プラントは、係る観点での検討がされておら
ず、窒素酸化物の発生量を低減させることができない。
【0005】ところで、排気再燃複合発電プラントに使
用されるボイラではないが、通常の火力発電用ボイラに
おいては窒素酸化物の発生を抑制する技術として、雑誌
「ボイラ研究」1988年10月号第4頁乃至第11行
「事業用微粉炭だきボイラ−の低NOx燃焼技術」に紹
介されたいわゆる3段燃焼方式が有効である。3段燃焼
方式とは微粉炭燃焼用空気を3分割してボイラのバーナ
に導入するものであり、第1の燃焼用空気は石炭ミル内
の微粉炭を微粉炭バーナへ搬送するための一次空気、第
2の燃焼用空気は微粉炭バーナの外周から空気を旋回さ
せて微粉炭バーナへ流入させるための二次空気、第3の
燃焼用空気は外周空気旋回器により微粉炭バーナの外周
から空気を旋回させて微粉炭バーナへ流入させるための
三次空気である。この3段燃焼方式によれば、バーナ出
口の火炎直後に高温還元炎が形成され、この部分で石炭
中に含まれる窒素分が気化し、酸化されて一酸化窒素と
なった後に、周囲にある炭化水素等によって還元され窒
素ガス成分となることで窒素酸化物の発生量を低減させ
ることができた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、近
年の火力発電プラントは、高効率であるとともに窒素酸
化物の発生量を極力低減できるものであることが強く要
望されており、特に排気再燃複合発電プラントにおいて
は、燃料として使用する石炭が天然ガスや重原油に較べ
て多くの有機窒素化合物を含むためにボイラでの燃焼に
伴う窒素酸化物の多量発生が問題となる。この解決のた
めには前記の3段燃焼方式の採用が有効であるが、一般
の火力発電用ボイラにおおける3段燃焼方式の技術をそ
のまま排気再燃複合発電プラントに導入したのでは充分
なレベルでの窒素酸化物の発生量低減が期待できない。
【0007】以上のことから、本発明においては高効率
であるとともに窒素酸化物の発生量を極力低減すること
のできる排気再燃複合発電プラントを提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明においては、ガス
タービン排ガスを、微粉炭を燃料とするボイラに投入し
熱回収する排気再燃複合発電プラントにおいて、微粉炭
を空気により搬送してボイラに投入するとともに、ボイ
ラに投入された微粉炭の周囲にガスタービン排ガスを旋
回流として与える。
【0009】
【作用】本発明によれば、微粉炭と空気中酸素との燃焼
により高温還元炎が形成され、高温還元炎の周囲を酸素
濃度の低いガスで被うことを窒素酸化物の発生が抑制さ
れる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の排気再燃複合発電プラントの
全体構成を示しており、ボイラ19には燃料として微粉
炭が微粉炭搬送管24を介して供給される。微粉炭は微
細化された石炭20が石炭ミル23でさらに粉砕されて
得られ、空気送風ファン22からの空気11により乾燥
され、搬送されてボイラ19のボイラ風箱17に供給さ
れる。微粉炭をボイラに搬送するための空気は一般に一
次空気と呼ばれる。
【0011】他方、ガスタービン12には燃料10とコ
ンプレッサGで圧縮された空気11が供給されて発電機
13を駆動する。排ガスはガスタービン排ガスダクト1
4を経由してその一部がガスタービン排ガス風箱投入ダ
クト16から風箱17に投入され、また残りの排ガスが
ガスタービン排ガスアフターエアポート投入ダクト15
からアフターエアポート18に投入される。
【0012】図2は、図1の風箱17の部分を詳細に図
示したものであり、ボイラ水冷壁32の一部に微粉炭バ
ーナ26が設けられていて、微粉炭搬送管24を介して
搬送されてきた微粉炭25と空気11とが微粉炭バーナ
26の先端の保炎リング36からボイラ内に噴出し燃焼
する。この燃焼は酸素濃度21%の空気を用いて行なわ
れるため、後述するように炎35は高温還元炎を形成す
る。これに対し、ガスタービン排ガス風箱投入ダクト1
6からのガスタービン排ガスは二手に別れて微粉炭バー
ナ26の周囲からボイラ19に導入される。その一つは
旋回器33,保炎リング36を経由する二次排ガス30
であり、高温還元炎35の外周に二次排ガスによる旋回
流30を形成し、高温還元炎35の形成を助長する。他
の一つは旋回器34により強旋回流とされた三次排ガス
31であり、微粉炭バーナ26の出口の高温還元炎35
の前方で旋回するようにボイラ19に投入される。この
二次排ガス30と三次排ガス31とは従来の火力ボイラ
が空気(酸素濃度21%)を用いていた場合と比較する
と、酸素濃度が少ない(排ガスの酸素濃度は14乃至1
6%)ために高温還元炎35が発散せず安定して形成さ
れる。
【0013】ここで三段燃焼による窒素酸化物低減の動
作原理について図3を用いて説明する。図3において横
軸はバーナからの距離を示しており、縦軸にその位置で
の各種成分の濃度をとっている。領域Iはバーナ直後の
位置であり一次空気の投入により酸素O2 が豊富に存在
し、バーナから遠ざかるほど減少する傾向を示す。この
領域では石炭中の窒素化合物と酸素O2 が結合し一酸化
窒素NOを生成すると共に、炭化水素HCが高温の雰囲
気中で発生する。一酸化窒素NOと炭化水素HCは、バ
ーナからの距離が離れるほど増大する傾向を示す。バー
ナから離れた領域IIでは、高温の燃料過剰炎内で余分と
なった活性化された炭化水素HC等によって、一酸化窒
素NOが分解され含窒素中間化合物NXを経由して窒素
ガスに還元され、結果として窒素酸化物の低減が図られ
る。
【0014】図4は、蒸気燃焼方式を採用したときのボ
イラ火炉高さ方向の窒素酸化物低減の動向を示したもの
であり、横軸にボイラ火炉高さ方向の距離、縦軸に窒素
酸化物濃度を示す。特性aは従来技術として示した一般
の火力ボイラの場合であり、一次,二次,三次,アフタ
ーエアポートからいずれも酸素濃度21%の空気を供給
している。この場合には、窒素濃度はボイラ火炉高さ方
向の距離が大きくなるほど低減するが、アフターエアポ
ートから空気が供給されることにより再度窒素酸化物が
増大して大気に排出されることになり、三段燃焼の効果
を充分に発揮することができない。
【0015】特性bは本発明の場合であり、一次からは
酸素濃度21%の空気を供給しているが、二次,三次,
アフターエアポートからはいずれも酸素濃度14乃至1
6%のガスタービン排ガスを供給している。この為、従
来の火力ボイラが空気(酸素濃度21%)を用いていた
場合と比較すると、酸素濃度が少ない(排ガスの酸素濃
度は14乃至16%)ために高温還元炎35が発散せず
安定して形成される。特にガスタービン排ガス自身が高
圧ガス流であるため、格別の加圧手段を用いずとも、容
易に二次,三次ガスを強旋回流とすることができ、高温
還元炎35を閉じ込めることができるために還元作用を
充分に発揮できることができる。また高温還元炎35の
周囲にはガスタービン排ガスが取り囲んでおり酸素濃度
が低いためにここでの窒素酸化物の生成を抑えることが
できる。また、アフターエアポートにも酸素濃度の低い
ガスタービン排ガスが供給されており、ここでの窒素酸
化物の生成を抑えることができる。
【0016】図5は、本発明のほかの実施例を示す図で
あり三段燃焼方式ではなく、濃淡燃焼方式を採用してい
る。つまり、風箱17を介してボイラ水冷壁32の一部
に2組のバーナ41,44を上下に配置し、バーナ41
と44の間に中間段ガスタービン排ガス投入ノズル46
を設ける。下部バーナ41から密度の低い微粉炭40と
空気11を供給して淡炎42を形成する。上部バーナ4
4から密度の高い微粉炭43と空気11を供給して濃炎
45を形成する。中間段ガスタービン排ガス投入ノズル
46からは空気よりも酸素濃度の低いガスタービン排ガ
ス28がボイラ燃焼用空気として投入される。また、空
気よりも酸素濃度の低いガスタービン排ガス28は、風
箱17の他の空間を通ってボイラ内に供給され、淡炎4
2の下部と濃炎45の上部に供給される。中間段ガスタ
ービン排ガス投入ノズル46から供給される空気よりも
酸素濃度の低いガスタービン排ガス28は、残留酸素濃
度の高い下段の淡炎42から上段の濃炎45への回り込
みを防止して、上段の濃炎45の長炎化を達成する。さ
らに酸素濃度の低い環境下で濃炎45を燃焼させること
になるため濃炎45の緩慢燃焼を行なうことができるた
め、窒素酸化物の発生を低減することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、排気再燃複合発電プラ
ントのボイラの二次,三次空気あるいはアフタ−バーナ
用空気としてガスタービン排ガスを用いることによっ
て、ボイラでの発生窒素酸化物を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の排気再燃複合発電プラントの
全体構成を示す図。
【図2】図2は、本発明のボイラ部分の拡大図。
【図3】図3は、三段燃焼方式の動作原理説明図。
【図4】図4は、窒素酸化物低減効果を説明する図。
【図5】図5は、本発明の他の実施例図。
【符号の説明】
12…ガスタービン、14…ガスタービン排ガスダク
ト、15…ガスタービン排ガスアフターエアポート投入
ダクト、16…ガスタービン排ガス風箱投入ダクト、1
7…風箱、18…アフターエアポート、19…排気再燃
ボイラ、23…石炭ミル。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービン排ガスを、微粉炭を燃料とす
    るボイラに投入し熱回収する排気再燃複合発電プラント
    において、微粉炭を空気により搬送してボイラに投入す
    るとともに、ボイラに投入された微粉炭の周囲にガスタ
    ービン排ガスを旋回流として与えることを特徴とする排
    気再燃複合発電プラント。
  2. 【請求項2】その一部に空間部が設けられたボイラ、燃
    料を圧縮空気により燃焼させるガスタービン、前記ボイ
    ラの空間部に設けられたバーナ,該バーナに、空気によ
    って搬送される微粉炭を供給する微粉炭供給手段、前記
    バーナの周囲から前記ガスタービン排ガスをボイラ内に
    供給する排ガス供給手段から構成されることを特徴とす
    る排気再燃複合発電プラント。
  3. 【請求項3】微粉炭と空気中酸素との燃焼により高温還
    元炎を形成し、高温還元炎の周囲を酸素濃度の低いガス
    で被うことを特徴とする燃焼方法。
  4. 【請求項4】その一部に空間部が設けられたボイラ、燃
    料を圧縮空気により燃焼させるガスタービン、前記ボイ
    ラの空間部の上下に設けられた第1と第2のバーナ、上
    方の第1のバーナに、密度の高い微粉炭を空気によって
    搬送供給する第1の微粉炭供給手段、下方の第2のバー
    ナに、密度の低い微粉炭を空気によって搬送供給する第
    2の微粉炭供給手段、前記ボイラ空間部の第1と第2の
    バーナの間に設けられ前記ガスタービン排ガスをボイラ
    内に供給する排ガス供給手段から構成されることを特徴
    とする排気再燃複合発電プラント。
  5. 【請求項5】風箱と、該風箱よりも上部位置に設けられ
    たアフターエアポートと、風箱に取付けられたバーナと
    を有するボイラ、該ボイラのバーナに微粉炭を燃料とし
    て搬送用空気とともに供給する微粉炭供給手段、燃料を
    圧縮空気により燃焼させるガスタービン,該ガスタービ
    ン排ガスをボイラ内の前記風箱とアフターエアポートか
    ら供給する排ガス供給手段から構成されることを特徴と
    する排気再燃複合発電プラント。
JP6316192A 1992-03-19 1992-03-19 排気再燃複合発電プラント Pending JPH05264040A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298651B1 (en) 1996-12-26 2001-10-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power generation method and power generating apparatus
JP2002310419A (ja) * 2001-04-12 2002-10-23 Meidensha Corp 消化ガスを使用したガス機関発電施設による熱分解処理施設
KR20200076401A (ko) 2018-12-19 2020-06-29 한국생산기술연구원 고효율 저공해의 바이오매스 연소 시스템

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JP2002310419A (ja) * 2001-04-12 2002-10-23 Meidensha Corp 消化ガスを使用したガス機関発電施設による熱分解処理施設
KR20200076401A (ko) 2018-12-19 2020-06-29 한국생산기술연구원 고효율 저공해의 바이오매스 연소 시스템

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