JPH06313509A

JPH06313509A - 微粉炭燃焼装置

Info

Publication number: JPH06313509A
Application number: JP5102916A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kobayashi; 啓信小林; Takeshi Kono; 豪河野; Kiyoshi Narato; 清楢戸; Hirofumi Okazaki; 洋文岡崎; Yoshitomo Aoki; 好友青木; Choshiro Kitazawa; 長四郎北沢; Shigeki Morita; 茂樹森田
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】微粉炭の燃焼排ガスを再循環し、これに酸素
を混合して燃焼させる微粉炭燃焼装置において、微粉炭
の燃焼で生成されるＮＯｘ濃度を大きく低減する。【構成】燃焼用気体には火炉１の下流の煙道からブロ
ア９によって抽気した燃焼排ガスと酸素供給器１１で生
成した酸素をミキサ１０で混合した気体を使用し、ウィ
ンドボックス３へ供給する。燃料供給系の搬送気体には
燃料用気体よりも比熱の小さい気体を用い、これをブロ
ア７で供給し、加熱器８を経て粉砕器６で微粉炭と混合
させた後、微粉炭ノズル５から火炉へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微粉炭燃焼装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化及び酸性雨が地球規模
的な環境問題として取り上げられている。地球温暖化は
大気中の二酸化炭素の増加が主要因の一つであり、酸性
雨はＮＯｘ及びＳＯｘなど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。

【０００３】火力発電用燃料としては石油、天然ガス及
び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、今後需要の伸びることが予想される。しかし、
石炭は天然ガスや石油に比べて炭素含有量が多く、ま
た、石油の１０倍の窒素を含有する。

【０００４】炭酸ガスの排出量削減をエネルギ供給シス
テムの高効率化で処理できれば、これは最も経済的な手
法である。しかし、長期的にみれば、経済成長に伴うエ
ネルギ消費の伸びる状況下において、二酸化炭素の排出
量の増加を抑制し、かつエネルギ供給システムを高効率
化することは不可能であり、この場合は発生した二酸化
炭素を除去する新たな技術が必要になる。

【０００５】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方法、固体
吸着剤に吸着させる吸着法、又は膜分離などが検討され
ているが、いずれも変換効率が低い。したがって、これ
らの装置を稼働させた場合には、システム全体のエネル
ギ変換効率が低下する可能性が高いため、まだ実用化に
は到っていない。

【０００６】一方、石炭の燃焼時に発生する窒素酸化物
には、空気中の窒素が酸化されて生成するサーマルＮＯ
ｘと、燃料中の窒素分が酸化されて生成するフューエル
ＮＯｘとがある。そして、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Ｎ
Ｏｘ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。

【０００７】二酸化炭素の簡便な分離とサーマルＮＯｘ
の抑制の問題と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方法が容易に考えられる。すなわ
ち、石炭を酸素で燃焼すれば、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二
酸化炭素になり、二酸化炭素の分離が容易になる。

【０００８】しかし、燃焼に酸素を用いた場合は火炎温
度が高くなるので、燃焼室を構成する材料の耐熱性及び
寿命向上などの技術課題が生じる。これはエネルギ供給
システムの信頼性向上の観点から大きな課題である。

【０００９】この課題を解決する一方法として、燃焼炉
本体で熱交換を終了した燃焼排ガスを抽気し、この抽気
ガスと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とを混合し、この混合ガスを
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、抽気ガス系統又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が、特開昭５５−３５
２１号公報に開示されている。

【００１０】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、燃焼炉等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させる酸素
燃焼バーナを備えた燃焼装置において、炭化水素系燃料
及び酸素のうちの少なくとも一方に、燃焼炉で発生する
燃焼排ガスの廃熱を与える熱交換器を設けるとともに、
燃焼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、燃焼炉で発生する燃焼排ガスの一部
を酸素燃焼バーナへ返送する燃焼温度調節回路とを備え
てい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、特開昭５９−１６１６０５号公報に開示されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】これらの公知例で示さ
れる手法は、二酸化炭素の分離を容易にする点では効果
があるが、これらの公知例で記載されている方法だけで
は、微粉炭燃焼装置を効果的に運用させるには不十分で
ある。

【００１２】微粉炭は固体であるから、液化天然ガスの
ような気体燃料よりも難燃性の燃料である。また、固体
燃料を搬送するための気体が必要とされる。したがっ
て、このような特性を有する微粉炭へ上述の公知例に示
されるような手法を単純に適用した場合は、微粉炭の昇
温過程に介在する気体は空気よりも比熱の大きな二酸化
炭素になるため、微粉炭粒子の昇温時間が長くなり、微
粉炭の着火する位置がバーナよりも離れた不安定な火炎
になる。

【００１３】このような火炎では、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方法を採用する
ことは非常に困難であり、窒素を二酸化炭素に置き換え
ることによって達成することを目的にしたサーマルＮＯ
ｘの減少量を上回るフューエルＮＯｘが生成され、燃焼
器全体で生成されるＮＯｘ量はむしろ増加することにな
る。

【００１４】また、微粉炭は吸湿し易い微細粒子からな
り、粉塵爆発などの危険性をも有するため、通常、ボイ
ラ本体の近くで塊炭を粉砕して製造した微粉炭を使用す
る。しかし、貯炭場に積まれた塊炭には十数％の水分が
含まれているので、粉砕過程でこの水分を蒸発させる必
要があるが、上述の公知例を微粉炭の製造に単純に適用
した場合、燃焼排ガスには飽和水蒸気に近い水を含んで
いるため、粉砕過程で塊炭の水を蒸発させることは非常
に困難となる。

【００１５】本発明の目的は、微粉炭燃焼装置におい
て、バーナ出口における微粉炭の着火性を向上させ、二
酸化炭素を単純に循環させたときに問題になる微粉炭の
乾燥の不十分さを解決し、微粉炭燃焼によるＮＯｘの発
生量を低減させることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００１７】（１）微粉炭の搬送用気体を供給する燃料
供給系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を
有し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を微粉炭の燃焼用
酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、燃料供
給系の気体の比熱を、前記燃焼用気体供給系の気体の比
熱よりも小さくする手段を設けてあること。

【００１８】（２）微粉炭の搬送用気体を供給する燃料
供給系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を
有し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を微粉炭の燃焼用
酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、燃焼供
給系の気体の水蒸気分圧を、燃焼用気体供給系の気体の
水蒸気分圧よりも低くしてあること。

【００１９】（３）微粉炭の搬送用気体を供給する燃料
供給系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を
有し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を微粉炭の燃焼用
酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、燃料供
給系の気体の酸素分圧を、燃焼用気体供給系の気体の酸
素分圧よりも高くしてあること。

【００２０】（４）微粉炭の搬送用気体を供給する燃料
供給系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を
有し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を微粉炭の燃焼用
酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、燃料供
給系の気体には空気を用い、燃焼用気体供給系の気体に
は燃焼排ガスと酸素との混合気体を用いてあること。（５）微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給系、及び
燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有し、燃焼排
ガスと酸素との混合気体を微粉炭の燃焼用酸化剤として
使用する微粉炭燃焼装置において、燃焼排ガスを冷却す
る手段、及び冷却された燃焼排ガスを加熱して酸素と混
合する手段を設けてあること。

【００２１】

【作用】微粉炭燃焼装置は、一般には、微粉炭の搬送用
気体を供給する燃料供給系、燃焼用気体を供給する燃焼
用気体供給系、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とを燃焼させるバ
ーナ、このバーナを備えた火炉、及び発生した燃焼排ガ
スを火炉の外部に導く煙道を有し、燃焼用気体供給系は
煙道を流れる燃焼排ガスをバーナへ再循環させる手段、
及び微粉炭を燃焼させるに必要とする酸素を燃焼排ガス
に混合させる手段を、それぞれ備えた構成になってい
る。

【００２２】このような微粉炭燃焼装置において、本発
明では、燃料供給系を流れる気体の比熱を燃焼用気体供
給系を流れる気体の比熱よりも小さくする手段、及び石
炭粉砕器で微粉炭を製造する時に必要な乾燥させた石炭
を得るために、石炭の水分蒸発量を満足させるに十分な
水蒸気分圧の雰囲気とする手段を有している。

【００２３】このうち、前者には、燃料供給系を流れる
気体に空気を用いる手段、燃料供給系の酸素分圧を燃焼
用気体供給系のものよりも高くする手段、及び燃料供給
系の水蒸気分圧を燃焼用空気供給系のものよりも低くす
る手段がある。

【００２４】また、後者には、燃料供給系に流れる気体
に空気を用いる手段、及び煙道に燃焼排ガスを冷却させ
る手段を設けて燃焼排ガスを冷却させた後、この冷却さ
せた燃焼排ガスを取り出して加熱した後に燃料供給系の
気体として用いることの手段がある。

【００２５】すなわち、燃料供給系を流れる気体の比熱
を燃焼用気体供給系を流れる気体の比熱よりも小さくし
た場合には、石炭粒子の周囲に介在する搬送気体を加熱
するに必要な熱量が少なくて済むので、燃料供給系の気
体で搬送され、バーナを介して火炉へ供給された石炭粒
子は搬送気体に二酸化炭素を用いた場合よりも迅速に火
炉内の輻射及び対流によって加熱されることになる。こ
のため、微粉炭粒子の着火に要する時間が短縮されるの
で、微粉炭供給管から火炎までの距離も短縮され、良好
な着火特性を示すことになる。

【００２６】すなわち、このような良好な着火特性は、
燃料供給系を流れる気体として空気を用いた場合でも得
られるが、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素の割合をよ
り高めるには、燃料供給系の酸素分圧を燃焼用気体供給
系のものよりも高くする手段、又は燃料供給系の水蒸気
分圧を燃焼用空気供給系のものよりも低くする手段が効
果的である。

【００２７】すなわち、燃料供給系の酸素分圧を高めた
場合は、搬送気体の比熱は低くなるので、搬送用気体の
加熱に要する時間が短かくなるとともに、石炭粒子の熱
分解が速くなるので、着火が迅速化される。

【００２８】一方、燃焼排ガス中の二酸化炭素を燃焼用
気体供給系の酸素の希釈気体として用いた場合、燃焼用
気体供給系の気体が炭化水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は二酸化炭素と水蒸気にな
る。

【００２９】したがって、燃焼用気体供給系の気体とし
て燃焼排ガスの中から一部分離して供給される燃焼排ガ
スと空気から分離した酸素との混合気体において、この
混合気体に含まれる酸素を燃料を燃焼するに必要とする
量に選定すれば、二酸化炭素は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。

【００３０】すなわち、燃焼排ガスの総量から循環に必
要とする流量を差し引いた余剰の燃焼排ガスを、脱塵、
脱硝及び脱硫などの処理後に乾燥すれば、ほとんど純粋
な二酸化炭素を得ることができ、特別な分離装置を用い
ることなく、かつ、微粉炭燃焼装置全体のエネルギ効率
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。

【００３１】また、燃料供給系の水蒸気分圧を燃焼用気
体気供給系のものよりも低くした場合は、水蒸気の加熱
に要する熱量を少なくすることが可能であるため、石炭
粒子の周囲に介在する搬送空気の加熱が速くなる。

【００３２】また、それと同時に、火炎の中心部に存在
するＮＯｘを還元する雰囲気における水蒸気の分圧が低
くなるので、高温の水蒸気が解離して生成されるＯＨラ
ジカルの濃度が低くなる。これによって、ＯＨラジカル
による還元性のガスの酸化が抑制され、火炎内部での脱
硝反応が促進するので、低ＮＯｘの燃焼特性を実現でき
る。

【００３３】なお、石炭粉砕器で微粉炭を製造する時に
必要な乾燥した石炭を得るために、石炭の水分蒸発量を
満足させるに十分な水蒸気分圧となる手段を用いた場合
は、乾燥された状態で粉砕された微粉炭をバーナへ供給
する。

【００３４】搬送気体の温度は石炭粉砕後に低下する
が、これによって飽和水蒸気分圧が低下しても、燃料供
給系の配管内表面に水蒸気が凝集することもないので、
凝集した水滴と微粉炭とによって粘着状の塊が生ずるこ
ともなく、安定に微粉炭を供給することができる。

【００３５】すなわち、本発明では、上述の作用によ
り、バーナ出口における微粉炭の着火性を向上させ、微
粉炭の乾燥の不十分さを解決し、微粉炭の燃焼によるＮ
Ｏｘの発生量を低減することができる。

【００３６】

【実施例】本発明の第１実施例を図１を用いて説明す
る。

【００３７】図１は第１実施例の微粉炭燃焼装置の略解
図である。第１実施例は、二段燃焼法を採用しないバー
ナ配列で、片面燃焼型ボイラを用いた場合である。

【００３８】ボイラ２内の火炉１の炉長方向に、バーナ
４(４ａ、４ｂ、４ｃ)を三段配列し、バーナは火炉１の
横方向にも６列配列した構成である(横方向の配列は図
示せず)。このバーナの本数及び配列は、バーナ単体の
容量（最大微粉炭燃焼量）、ボイラの容量、及びボイラ
の構造によって決定される。

【００３９】本実施例では、各バーナ４をウインドボッ
クス３内に収納し、バーナ４の中心部には微粉炭を気流
搬送によって供給する微粉炭供給ノズル５（５ａ、５
ｂ、５ｃ）を配置してある。

【００４０】燃料供給系は、搬送用気体として空気を昇
圧させるブロア７、この搬送用気体の温度が塊炭に含ま
れる水分を蒸発させるに十分な熱量を有する温度にする
熱交換器８、昇温された搬送用気体を用いて塊炭を乾燥
させながら粉砕する粉砕器６、及び粉砕器６で供給され
た微粉炭を搬送用気体と共に火炉１の内部へ供給する微
粉炭供給ノズル５から構成される。

【００４１】燃焼用気体供給系は、ボイラ２の出口から
の燃焼排ガスを循環させるブロア９、空気中の酸素を分
離して供給する酸素供給器１１、及びブロア９で供給さ
れる燃焼排ガスと酸素供給器１１で供給される酸素を混
合させ所定酸素濃度になるように制御する特徴を有する
ミキサ１０から構成される。

【００４２】また、燃焼排ガスを火炉１へ再循環させる
配管、この配管を流れる燃焼排ガスの供給圧力を高める
ブロア１３、及びボイラ２の下流側には排ガス処理器１
２を、それぞれ有する。

【００４３】更に、ボイラ２で行われる熱交換が燃焼負
荷の影響を受けにくいように、熱交換器８の下流から燃
焼排ガスを循環させ、これをブロア１３で昇圧し、火炉
１の炉底から噴出させている。

【００４４】微粉炭火炎がバーナ４の近傍に形成される
ためには、微粉炭粒子をできるだけ速く着火温度まで高
めることが必要になる。微粉炭搬送気体が空気で、燃焼
用気体が主として二酸化炭素と酸素の混合気体にするの
は、バーナ４の近傍で発生する火炎によって微粉炭粒子
が加熱される際に、微粉炭粒子の周囲に介在する気体の
ほとんどが二酸化炭素よりも比熱の小さな空気の状態を
達成できるからである。このため、微粉炭搬送気体に二
酸化炭素と酸素の混合気体を用いたときに比べて、微粉
炭粒子の昇温時間を短くすることができる。

【００４５】バーナ４の近傍の燃焼率が、空気吹き微粉
炭の燃焼条件にほぼ近付くので、燃焼用気体が微粉炭噴
流に完全に混合する前に、微粉炭はバーナ近傍の火炎の
輻射熱によって熱分解の反応が迅速に達成される。この
結果、微粉炭火炎の中心部には低酸素濃度でＮＯｘを還
元する燃焼雰囲気が形成されるので、フューエルＮＯｘ
の還元反応が促進される。

【００４６】一方、燃焼用気体供給系の気体には二酸化
炭素と酸素との混合気体を用いることから、サーマルＮ
Ｏｘの発生の抑制が可能であるので、火炉１の出口にお
けるＮＯｘ濃度は、空気吹き微粉炭燃焼の条件よりも低
くすることができる。

【００４７】本発明の第２実施例を図２を用いて説明す
る。図２は第２実施例の要部の略解図である。すなわ
ち、第１実施例と比べて構造の異なる部分とその周辺の
みを記載し、共通の部分は省略してある。

【００４８】第２実施例の特徴は、燃焼排ガスを冷却し
た後のものを循環させて加熱し、これと適量の酸素とを
混合する構造としたことである。

【００４９】火炉１（図１参照）からの燃焼排ガスは、
二つの気体用の熱交換器１５と熱交換器８とを通過した
後、燃焼排ガスの温度を下げることを特徴とする冷却手
段１４を経て排ガス処理器１２へ供給される。

【００５０】燃焼用気体供給系に用いられる燃焼排ガス
は、冷却手段１４の下流から抽気され、これがブロア９
で昇圧され、更に、熱交換器１５で所定温度に加熱さ
れ、酸素供給器１１から供給される酸素とミキサ１０で
混合された後、ウィンドボックス３（図１参照）へ供給
される。

【００５１】燃料供給系に用いられる燃焼排ガスは、冷
却手段１４の下流から抽気され、これがブロア７で昇圧
された後、熱交換器８で所定温度に加熱され、酸素供給
器１１から供給される酸素とミキサ１６で混合された後
に、粉砕器６（図１参照）へ供給される。

【００５２】冷却手段１４は、燃焼排ガスに含まれる水
蒸気の一部を水に凝縮するように作用するので、再加熱
された燃料供給系の気体の水蒸気分圧は低くなり、粉砕
機器６で塊炭に含まれる水分を十分吸収することがで
き、乾燥した微粉炭を燃料供給ノズル４（図１参照）か
ら供給することができる。

【００５３】また、燃料供給系の気体温度は粉砕器６で
塊炭の水分を蒸発させた分だけ低くなるが、この温度で
も燃料供給系の気体の水蒸気分圧は飽和状態に達しない
ので、配管の内周面に付着した水滴によって微粉炭の固
形物を生ずることもなく、安定に微粉炭を供給すること
ができる。

【００５４】更に、冷却手段１４は、燃焼用気体供給系
の気体の水蒸気分圧を低くするため、火炉１へ供給され
る水蒸気量を少なくする。これによって、微粉炭火炎の
温度は高くなるので、火炉１の壁面を構成する水管と火
炎間の放射熱伝達は良好になり、ボイラの熱効率を高め
ることができる。

【００５５】また、ＯＨラジカルが水蒸気の熱解離によ
って生ずるが、火炉へ供給される水蒸気量を減らすこと
によって、酸化剤として働くＯＨラジカルも減少させる
ことができる。これは微粉炭火炎内に形成される酸素濃
度の低いＮＯｘを還元する雰囲気を形成し易くするよう
に働くので、フューエルＮＯｘが増大することはない。

【００５６】冷却手段１４は、燃焼排ガスを冷却する作
用があれば良いが、微粉炭燃焼システムで熱源を要する
他の構成要素へ熱を供給しながら燃焼排ガスの温度を下
げると、微粉炭燃焼システムの効率を高めることができ
る。例えば、排ガス処理器１２や酸素供給器１１で要求
される熱源と冷却手段１４とを兼ね備えることもでき
る。

【００５７】熱交換器１５は、熱交換器８の前方に設け
てある。これによって、燃焼用気体供給系の気体温度は
粉砕器６の設計条件で定まる燃料供給系の気体温度の上
限よりも高くできるので、微粉炭の燃焼性を改善できる
とともに、微粉炭燃焼システムの熱効率を高めることが
できる。

【００５８】本発明の第３実施例を図３及び図４を用い
て説明する。

【００５９】図３は第３実施例のバーナの縦断面図、図
４は図３のバーナの火炉側からみた側面図である。

【００６０】すなわち、バーナはその中心部に微粉炭供
給ノズル２２を有し、その外周に同心円状に内側から２
次ノズル２４、３次ノズル２６(２６ａ、２６ｂ)を有す
る。微粉炭供給ノズル２２は搬送気体により搬送される
微粉炭１７を供給する。２次気体１８を供給する２次ノ
ズル２４は、微粉炭供給ノズル２２を内周壁とする円環
状の流路であり、旋回流を発生させる手段を具備した２
次スワラ２３を介して円筒状のウィンドボックス２０に
接続される。

【００６１】３次ウィンドボックス２１内を通して３次
気体１９が供給される３次ノズル２６は、Ｌ型をした複
数個（本実施例では８個）のノズルから構成され、この
Ｌ型のノズルはその噴出方向が一つの円の接線となるよ
うに配置される。

【００６２】３次気体１９は、これにより一つの旋回流
となって供給される。また、本実施例の３次ノズル２６
と２次ノズル２４とは２次スロート２５を介して離れて
位置しており、本実施例では３次ノズル２６の外周径と
２次ノズル２４の外周径との比を６:１に設定してあ
る。

【００６３】図５は、本実施例のバーナ使用時の火炉出
口における空気比とＮＯｘ減少率との関係線図である。
ＮＯｘ減少率とはバーナへ供給する気体を全て空気にし
たときの火炉出口ＮＯｘ濃度を基準にしたＮＯｘの減少
割合を示しており、例えば、１０％のＮＯｘ減少率と
は、火炉出口のＮＯｘ濃度が空気で燃焼したときのＮＯ
ｘ濃度よりも１０％低いことを示す。

【００６４】上記のバーナを取り付けた燃焼炉は内径６
００ｍｍの円筒炉であり、内壁は断熱材で打ち張りして
ある。火炉出口の空気比が１.１の条件で、各ノズルの
空気比配分は、微粉炭供給ノズル２２が０.１７９、２
次ノズル２４が０.１１、３次ノズル２６が０.８１１で
あり、３次ノズル２６の流量を調整して火炉出口の空気
比を変えている。

【００６５】また、各ノズルの噴出速度と温度は、微粉
炭供給ノズル２２が１４ｍ/ｓで５０℃、２次ノズル２
４が１０ｍ/ｓで１５０℃、３次ノズル２６が４０ｍ/ｓ
で３００℃である。

【００６６】石炭に含まれる揮発分と固定炭素の比率で
ある燃料比は２.４６で、窒素分の含有割合が２ｗｔ％
の特性を有する石炭を、７５μｍ以下の粒子の占める重
量割合が８５％になるように粉砕した。

【００６７】気体には、空気と、２１％の酸素濃度にな
るように酸素と二酸化炭素との混合気体（以下、酸素−
二酸化炭素の混合気体と称する）の二種類を用いた。全
てのノズルから空気を供給した条件に対して、その供給
する空気を、条件２７は３次ノズル２６では酸素−二酸
化炭素の混合気体に置換した場合、条件２８は２次ノズ
ル２４と３次ノズル２６とでは酸素−二酸化炭素の混合
気体に置換した場合、条件２９は２次ノズル２４では酸
素−二酸化炭素の混合気体に置換した場合、条件３０は
微粉炭供給ノズル２２では酸素−二酸化炭素の混合気体
に置換した場合、条件３１は微粉炭供給ノズル２２と２
次ノズル２４と３次ノズル２６とでは酸素−二酸化炭素
の混合気体に置換した場合である。

【００６８】ＮＯｘ減少率の特性は、条件３０と条件２
９の各場合、条件３１の場合、及び条件２７と条件２８
の各場合の三つに分類される。条件２９と条件３０の各
場合に、ＮＯｘ減少率が低いのは、酸素−二酸化炭素の
混合気体へ置換したガス流量の比率が小さいために、サ
ーマルＮＯｘがほとんど減少しなかったためである。

【００６９】一方、全ての気体を酸素−二酸化炭素に置
換した条件３１の場合に、ＮＯｘ減少率が条件２７と条
件２８の各場合よりも低いのは、微粉炭粒子の周囲に存
在する気体に比熱の大きな二酸化炭素が存在するため、
粒子の昇温時間が二酸化炭素の加温に要するだけ長くな
り、微粉炭が着火しにくくなったためである。

【００７０】条件２７と条件２８の各場合に最も良いＮ
Ｏｘの減少率を示した。これは、微粉炭の搬送気体に空
気を用い、微粉炭の周囲に介在する気体の比率を酸素−
二酸化炭素の混合気ほど高くしなかったので、微粉炭の
着火特性が空気で燃焼したときとほとんど変らなかった
ためである。

【００７１】また、図示していないが、条件３１の場合
は、バーナ中心軸方向の酸素の減少は空気燃焼の場合よ
りも遅く、同じ酸素濃度になるバーナからの距離が長く
なり、火炉内の酸素濃度が最も低くなっても約２〜３％
であった。これに対し、条件２８の場合は、火炉内で最
も低い酸素濃度は約０.４％であり、これは空気で燃焼
した場合とほぼ同じ状態であった。

【００７２】これら一連の燃焼特性から、サーマルＮＯ
ｘを減少させるには、酸素−二酸化炭素の混合気体を燃
焼用空気ノズルか供給する方法が優れていることが明ら
かである。

【００７３】また、燃焼供給系の搬送気体には、サーマ
ルＮＯｘ発生要因となる窒素を含んだ気体を供給しても
火炉出口のＮＯｘ濃度が高くなることが少ないので、微
粉炭粒子の着火特性を良くするためには、微粉炭の搬送
気体の比熱を小さくすることが重要になる。

【００７４】更に、サーマルＮＯｘの発生を効果的に抑
制するには、微粉炭の搬送気体にも窒素を含まず、か
つ、比熱の増大をもたらさないようにすることが望まし
い。これには、酸素供給器の酸素の製造過程で生成され
るアルゴンを窒素の替わりに用いる方法、二酸化炭素と
アルゴンと酸素との混合気体を用いて搬送気体の比熱を
低くする方法、及び酸素濃度のモル分圧を保ちつつ二酸
化炭素の濃度を低くする方法などがある。すなわち、こ
れらの方法の中から選択し、それに対処することができ
る。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、空気中の酸素と窒素と
を分離し、この酸素と燃焼ガス中の二酸化炭素を混合し
て燃焼用の酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置燃焼方
法において、バーナ出口における微粉炭の着火性を向上
させ、微粉炭の乾燥の不十分さを解決し、微粉炭の燃焼
によるＮＯｘの発生量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の微粉炭燃焼装置の略解図
である。

【図２】本発明の第２実施例の微粉炭燃焼装置要部の略
解図である。

【図３】本発明の第３実施例のバーナの縦断面図であ
る。

【図４】図３のバーナを火炉側からみた側面図である。

【図５】図３のバーナ使用時の空気比とＮＯｘ減少量と
の関係線図である。

【符号の説明】

１…火炉、２…ボイラ、３…ウィンドボックス、４…バ
ーナ、５…微粉炭供給ノズル、６…粉砕器、７…ブロ
ア、８…熱交換器、９…ブロア、１０…ミキサ、１１…
酸素供給器、１２…排ガス処理器、１３…ブロア、１４
…冷却手段、１５…熱交換器、１６…ミキサ、１７…微
粉炭、１８…２次気体、１９…３次気体、２０…２次ウ
ィンドボックス、２１…３次ウィンドボックス、２２…
微粉炭供給ノズル、２３…２次スワラ、２４…２次ノズ
ル、２５…２次スロート、２６…３次ノズル。２７〜３
１は酸素と二酸化炭素との混合気体を供給する図３に示
す供給ノズルの種類を示す（２７…３次ノズル、２８…
２次ノズルと３次ノズル、２９…２次ノズル、３０…微
粉炭供給ノズル、３１…微粉炭供給ノズルと２次ノズル
と３次ノズル）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者楢戸清茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岡崎洋文茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者青木好友茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者北沢長四郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者森田茂樹広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給
系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有
し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を前記微粉炭の燃焼
用酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、前記
燃料供給系の気体の比熱を、前記燃焼用気体供給系の気
体の比熱よりも小さくする手段を設けてあることを特徴
とする微粉炭燃焼装置。
【請求項２】微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給
系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有
し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を前記微粉炭の燃焼
用酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、前記
燃焼供給系の気体の水蒸気分圧を、前記燃焼用気体供給
系の気体の水蒸気分圧よりも低くしてあることを特徴と
する微粉炭燃焼装置。
【請求項３】微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給
系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有
し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を前記微粉炭の燃焼
用酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、前記
燃料供給系の気体の酸素分圧を、前記燃焼用気体供給系
の気体の酸素分圧よりも高くしてあることを特徴とする
微粉炭燃焼装置。
【請求項４】微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給
系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有
し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を前記微粉炭の燃焼
用酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、前記
燃料供給系の気体には空気を用い、前記燃焼用気体供給
系の気体には前記燃焼排ガスと前記酸素との混合気体を
用いてあることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
【請求項５】微粉炭の搬送用気体を供給する燃料供給
系、及び燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系を有
し、燃焼排ガスと酸素との混合気体を前記微粉炭の燃焼
用酸化剤として使用する微粉炭燃焼装置において、前記
燃焼排ガスを冷却する手段、及び冷却された前記燃焼排
ガスを加熱して前記酸素と混合する手段を設けてあるこ
とを特徴とする微粉炭燃焼装置。