JPH08270931A - Combustion apparatus and method for pulverized coal - Google Patents

Combustion apparatus and method for pulverized coal

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JPH08270931A
JPH08270931A JP7109895A JP7109895A JPH08270931A JP H08270931 A JPH08270931 A JP H08270931A JP 7109895 A JP7109895 A JP 7109895A JP 7109895 A JP7109895 A JP 7109895A JP H08270931 A JPH08270931 A JP H08270931A
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pulverized coal
flame
air
burner
nozzle
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JP7109895A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kono
豪 河野
Yoshinobu Kobayashi
啓信 小林
Masayuki Taniguchi
正行 谷口
Hirofumi Okazaki
洋文 岡崎
Shigeki Morita
茂樹 森田
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Hitachi Ltd
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide a means for suppressing NOx to be evolved in the combustion of pulverized coal by a pulverized coal burner in an in-flame deoxidation system. CONSTITUTION: Light emitted from flames, which is viewed from a nozzle 3 for pulverized coal, is led by a condenser 1 through the interior of the nozzle 3 of a pulverized coal burner 100 in an in-flame deoxidation system, and an emission strength is detected by an emission analyzer 16 to calculate a flame temperature 41b or an air ratio 41a, thereby controlling an amount of pulverized coal, or a volume of air, which is fed to the burner, or a particle size of pulverized coal to be fed to the burner. Thus, by calculating a temperature of a reducing flame or an air ratio and controlling the operation of the burner, an amount of NOx to be discharged can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微粉炭の燃焼装置及び
燃焼方法に係り、特に石炭焚ボイラに適用するのに好適
な燃焼装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulverized coal combustion apparatus and combustion method, and more particularly to a combustion apparatus suitable for application to a coal-fired boiler.

【0002】[0002]

【従来の技術】石炭焚ボイラは、通常、火炉の高さ方向
に複数段にわたってバーナを備え、各段に複数個のバー
ナを備えている。各段のバーナは、通常、火炉の壁面或
いは矩形の火炉のコーナー部に設置されている。そし
て、負荷にしたがい、使用するバーナの段数或いは各段
のバーナの個数が選択される。火炉の最上段のバーナの
上段には、バーナで燃焼せずに燃え残った一酸化炭素を
燃焼させるためのアフタエアポートが設けられることが
多い。
2. Description of the Related Art A coal-fired boiler usually has a plurality of burners in the height direction of a furnace, and each stage has a plurality of burners. The burners at each stage are usually installed on the wall of the furnace or at the corners of a rectangular furnace. Then, the number of burner stages to be used or the number of burners at each stage is selected according to the load. An after-air port is often provided in the upper stage of the burner in the uppermost stage of the furnace to burn carbon monoxide that remains unburned in the burner.

【0003】石炭焚ボイラの如き微粉炭燃焼装置を運転
するにあたって、火炎の状態を詳しく調べ、微粉炭の量
や空気の量を制御する必要があることは云うまでもな
い。そのために、従来、フレームディテクタやビデオカ
メラを用いて火炎を検出し、火炎の位置,輝度,長さ等
の特徴量を画像処理によって抽出して燃焼状態を把握し
たり、或いは分光分析器を用いて火炎を解析したりする
ことが行われている。これらに関する刊行物には、特開
平2−306017 号公報,特開昭60−133217号公報,特開平
5−231642 号公報,特開昭60−129524号公報,特開平4
−184009 号公報,特開平2−208412 号公報,米国特許
第4435149 号明細書,米国特許第4528918 号明細書,米
国特許第4934926 号明細書等がある。火炎の発光強度か
ら空気比を演算する方法としては、C2 ラジカルとCH
ラジカルの発光強度比から空気比を演算する方法が知ら
れている。
Needless to say, when operating a pulverized coal combustion apparatus such as a coal-fired boiler, it is necessary to examine the state of the flame in detail and control the amount of pulverized coal and the amount of air. Therefore, conventionally, a flame is detected using a frame detector or a video camera, and feature quantities such as the position, brightness, and length of the flame are extracted by image processing to grasp the combustion state, or a spectroscopic analyzer is used. The flame is analyzed. Publications relating to these include JP-A-2-306017, JP-A-60-133217, and JP-A-60-133217.
JP-A-5-231642, JP-A-60-129524, JP-A-4
-184009, JP-A-2-208412, US Pat. No. 4435149, US Pat. No. 4528918, US Pat. No. 4934926 and the like. As a method for calculating the air ratio from the emission intensity of flame, C 2 radical and CH
A method of calculating the air ratio from the emission intensity ratio of radicals is known.

【0004】微粉炭の燃焼において要求される一般的な
性質には、NOx発生量が少ないこと、未燃分が少ない
ことがある。これらを改善するために、バーナの構造や
燃焼方式の検討がいろいろとされている。火炉の上段に
アフタエアポートを設けて二段燃焼を行うのはその1つ
であり、火炎内脱硝方式のバーナを使用するのもその1
つである。火炎内脱硝方式とは、火炎を内部の還元炎と
その周囲に形成される酸化炎との2重構造にし、火炎内
側に形成される酸素不足の還元炎を利用してNOxを還
元し、外周に形成される酸素過剰の酸化炎を利用して未
燃分を少なくするものである。火炎内脱硝方式に関する
刊行物には、特開昭62−276310号公報,特公平2−59361
号公報等がある。
General properties required for combustion of pulverized coal are that the amount of NOx produced is small and the amount of unburned matter is small. In order to improve these, various studies have been made on the burner structure and combustion method. One of them is to install an after-air port in the upper stage of the furnace to perform two-stage combustion, and the use of a flame denitration type burner is also one of them.
One. The in-flame denitration system uses a double structure of an internal reducing flame and an oxidizing flame formed around the flame, and NOx is reduced by using the oxygen-deficient reducing flame formed inside the flame, and the outer periphery is reduced. The unburned content is reduced by utilizing the oxidative flame of excess oxygen formed in the. Publications relating to the denitration system in flame include JP-A No. 62-276310 and JP-B 2-59361.
There is a bulletin, etc.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の光学的手段によ
り火炎の状態を調べる方法の多くは、火炎表面の発光強
度に基づいて火炎の温度を算出したり、空気比を演算す
るものである。火炎内脱硝方式のバーナを備えた微粉炭
燃焼装置において、この火炎表面の発光強度に基づいて
温度や空気比を算出してバーナに供給する微粉炭の量や
空気の量を制御しても、NOx発生量を減少させる効果
は非常に乏しいことがわかった。
Many of the conventional methods for examining the state of flame by optical means are to calculate the temperature of the flame or to calculate the air ratio based on the emission intensity of the flame surface. In a pulverized coal combustion device equipped with an internal flame denitration type burner, even if the amount of pulverized coal or the amount of air supplied to the burner is calculated by calculating the temperature or air ratio based on the emission intensity of the flame surface, It was found that the effect of reducing the NOx generation amount was very poor.

【0006】従って、本発明の目的は、火炎内脱硝方式
のバーナを備えた微粉炭燃焼装置において、NOx発生
量を少なくできる効果的な手段を備えた微粉炭燃焼装置
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a pulverized coal combustion apparatus equipped with an effective means capable of reducing the NOx generation amount in the pulverized coal combustion apparatus equipped with a flame denitration type burner.

【0007】本発明の他の目的は、火炎内脱硝方式のバ
ーナによる微粉炭の燃焼方法において、NOx発生量を
少なくできる燃焼方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a combustion method for reducing the amount of NOx produced in a combustion method for pulverized coal by a burner of a flame denitration system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】火炎内脱硝方式のバーナ
による微粉炭の燃焼では、排ガス中のNOx濃度は還元
炎の温度或いは還元炎の空気比に大きく影響され、特に
還元炎の空気比により著しく影響され、NOxの発生を
抑えるようにバーナを制御するには、還元炎の空気比あ
るいは還元炎の温度を計測する必要があることを明らか
にした。本発明は、この知見に基づいている。
In the combustion of pulverized coal by a burner of a flame denitration system, the NOx concentration in the exhaust gas is greatly affected by the temperature of the reducing flame or the air ratio of the reducing flame, and particularly by the air ratio of the reducing flame. It was revealed that it is necessary to measure the air ratio of the reducing flame or the temperature of the reducing flame in order to control the burner so as to be significantly affected and suppress the generation of NOx. The present invention is based on this finding.

【0009】本発明は、酸素不足の還元炎領域と酸素過
剰の酸化炎領域とを有する火炎を形成する微粉炭バーナ
を備えた微粉炭燃焼装置において、前記バーナによって
形成される還元炎領域の火炎温度と空気比の少なくとも
1つが設定された条件になるように該バーナに供給する
微粉炭と空気の量或いは微粉炭の粒径の少なくとも1つ
を制御する手段を備えたことを特徴とする微粉炭燃焼装
置にある。
According to the present invention, in a pulverized coal combustion apparatus equipped with a pulverized coal burner for forming a flame having a reducing flame region with insufficient oxygen and an oxidizing flame region with excessive oxygen, the flame in the reducing flame region formed by the burner is used. Fine powder comprising means for controlling at least one of the amount of pulverized coal and air supplied to the burner or the particle size of the pulverized coal so that at least one of temperature and air ratio is set. It is in a charcoal combustion device.

【0010】微粉炭を燃焼して、酸素不足の還元炎領域
と酸素過剰の酸化炎領域とからなる火炎を形成するため
に、微粉炭バーナとしては、空気で気流搬送して噴出す
る微粉炭ノズルの外周に少なくとも1つの環状の空気ノ
ズルを同心的に備えた微粉炭バーナを具備することが望
ましい。微粉炭ノズル及び空気ノズルに供給する微粉炭
の量或いは空気の量をコントロールすることによって、
該バーナにより形成される火炎内に還元炎領域と酸化炎
領域とを形成することができる。
In order to burn a pulverized coal to form a flame composed of an oxygen-deficient reducing flame region and an oxygen-excessive oxidizing flame region, the pulverized coal burner is a pulverized coal nozzle which is carried by air flow and ejected. It is desirable to provide a pulverized coal burner concentrically provided with at least one annular air nozzle on the outer periphery of the. By controlling the amount of pulverized coal or the amount of air supplied to the pulverized coal nozzle and air nozzle,
A reducing flame region and an oxidizing flame region can be formed in the flame formed by the burner.

【0011】また、本発明は、微粉炭を空気で気流搬送
して噴出する微粉炭ノズルの外周に少なくとも1つの空
気ノズルを備えた微粉炭バーナにより微粉炭を燃焼し、
該バーナ近傍に微粉炭を完全燃焼するには酸素不足の還
元炎を形成し、該還元炎の外周に酸素過剰の酸化炎を形
成するようにした微粉炭燃焼方法において、前記還元炎
の発光から該還元炎の温度と空気比の少なくとを1つを
求め、これらの値が設定された状態になるように微粉炭
及び空気の供給条件を制御することを特徴とする微粉炭
燃焼方法にある。
Further, according to the present invention, pulverized coal is burned by a pulverized coal burner equipped with at least one air nozzle on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for carrying and ejecting pulverized coal by air flow.
In a pulverized coal combustion method in which a reducing flame lacking oxygen is formed to completely burn pulverized coal near the burner, and an oxidizing flame with excess oxygen is formed on the outer periphery of the reducing flame, from the emission of the reducing flame. A pulverized coal combustion method is characterized in that one of the reducing flame temperature and the air ratio is obtained, and the pulverized coal and air supply conditions are controlled so that these values are set. .

【0012】還元炎の温度と空気比の少なくとも1つを
検出するために、微粉炭ノズルの内部を通して該ノズル
から見える視野の火炎の発光を採光することが望まし
い。微粉炭ノズルの内部を通して見える火炎の視野は酸
素不足の火炎であり、この視野の火炎の発光を採光する
ことで還元炎の発光を採光することができる。
In order to detect at least one of the temperature and the air ratio of the reducing flame, it is desirable to illuminate the luminescence of the flame through the inside of the pulverized coal nozzle as seen from the nozzle. The field of view of the flame seen through the interior of the pulverized coal nozzle is a flame lacking oxygen, and the emission of the reducing flame can be captured by collecting the emission of the flame in this field.

【0013】微粉炭ノズルの内部を通して火炎の発光を
採光するために、採光器を微粉炭ノズルの内部に設ける
か或いは微粉炭ノズルの延長方向に設けることが望まし
い。特に、微粉炭ノズルの中心軸方向の該ノズルの曲が
り部外側に採光器を設けることが望ましい。微粉炭ノズ
ルの内部に採光器を設けるよりは外部に設けた方が、微
粉炭流の衝突による摩耗等の影響を受けないのでよい。
また、微粉炭ノズルの中心軸方向の曲がり部外側に採光
器を設けた方が、採光器を設置しやすいし、採光器を冷
却構造にしないで済むので有利である。また微粉炭ノズ
ルの中心軸の延長方向に採光器を設ければ火炎の発光を
採光もしやすい。
In order to collect the light emission of the flame through the inside of the pulverized coal nozzle, it is desirable to provide a lighting device inside the pulverized coal nozzle or in the extension direction of the pulverized coal nozzle. In particular, it is desirable to provide a lighting device outside the bent portion of the pulverized coal nozzle in the direction of the central axis of the nozzle. It is better to provide the light collector outside the pulverized coal nozzle than to provide it inside because it is not affected by abrasion due to collision of the pulverized coal flow.
Further, it is advantageous to provide the daylighting device outside the bent portion of the pulverized coal nozzle in the direction of the central axis, because the daylighting device can be easily installed and the light collecting device does not have to have a cooling structure. Further, if a light collector is provided in the extension direction of the central axis of the pulverized coal nozzle, it is easy to collect the flame emission.

【0014】火炎根元部から火炎先端方向に向かって微
粉炭ノズル径(D)の3倍までの距離に含まれる火炎の
発光を採光すれば、微粉炭ノズルに供給される微粉炭の
量や空気の量が変動し還元炎の大きさが変化しても、そ
れらの影響を受けることなく還元炎の発光を採光するこ
とができる。より完璧に還元炎の発光のみを採光するた
めには、火炎根元部から火炎先端方向に向かって微粉炭
ノズル径(D)の3倍まで距離の範囲内で且つ微粉炭ノ
ズルの延長方向にある領域の火炎の発光を採光すること
である。
If the emission of the flame contained in the distance from the flame root portion toward the flame tip direction up to 3 times the pulverized coal nozzle diameter (D) is taken, the amount of pulverized coal supplied to the pulverized coal nozzle and the amount of air Even if the amount of the reducing flame fluctuates and the size of the reducing flame changes, the emission of the reducing flame can be collected without being affected by them. In order to more completely collect only the emission of the reducing flame, the distance is up to 3 times the pulverized coal nozzle diameter (D) from the flame root toward the flame tip and in the extension direction of the pulverized coal nozzle. It is to collect the light emission of the flame of the area.

【0015】火炎の幅方向のほぼ中央部の発光を採光し
て該中央部の火炎の温度と空気比の少なくとも1つを算
出し、これに基づいて微粉炭バーナへ供給する微粉炭及
び空気の供給条件を制御するようにしても、火炎表面の
発光強度を検出して微粉炭量や空気量を制御するより
は、NOxの発生を抑える効果は大きい。
At least one of the temperature and the air ratio of the flame in the central portion is calculated by collecting the light emission in the substantially central portion in the width direction of the flame, and based on this, the pulverized coal and air supplied to the pulverized coal burner are calculated. Even if the supply conditions are controlled, the effect of suppressing the generation of NOx is greater than that of detecting the light emission intensity on the flame surface and controlling the amount of pulverized coal or the amount of air.

【0016】火炎内脱硝方式のバーナでは、火炎を安定
化するために、微粉炭ノズルの先端部に径が外方に向け
て拡大したラッパ状のリングからなる保炎リングを設け
ているが、本発明の燃焼装置においてもそのような保炎
リングを設けることは好ましい。
In the burner of the denitrification type in the flame, in order to stabilize the flame, a flame holding ring composed of a trumpet ring whose diameter is expanded outward is provided at the tip of the pulverized coal nozzle. It is preferable to provide such a flame holding ring also in the combustion apparatus of the present invention.

【0017】また、本発明は、微粉炭と水との混合流を
空気流と衝突させて微粉炭を霧化して噴出するアトマイ
ザ方式の微粉炭ノズルを備えたものにも適用できる。
The present invention is also applicable to an atomizer type pulverized coal nozzle that atomizes and ejects the pulverized coal by colliding a mixed flow of pulverized coal and water with an air flow.

【0018】また、本発明において、酸化炎の発光を採
光し発光強度から酸化炎の空気比を求めて該酸化炎の空
気比が1或いはほぼ1になるように空気ノズルへ供給す
る空気量を制御する手段を設けることは好ましい。
Further, in the present invention, the emitted light of the oxidizing flame is sampled, the air ratio of the oxidizing flame is obtained from the emission intensity, and the amount of air supplied to the air nozzle is adjusted so that the air ratio of the oxidizing flame becomes 1 or almost 1. Providing means for controlling is preferred.

【0019】石炭焚ボイラでは、火炉内の水平方向に配
置された複数個のバーナをいずれも同様な条件で燃焼さ
せる場合が多い。各バーナには、いずれも微粉炭や空気
を同じように供給しているのに、還元炎の状態は異なる
場合が多い。これは主として微粉炭を供給する配管系統
の形状や配管長さの違いにより、微粉炭の量や粒径に差
が生ずることによる。各段のバーナの還元炎の状態にバ
ラツキがあると、燃焼振動や未燃分の増加などの弊害も
出てくる。本発明は、還元炎の温度或いは還元炎の空気
比から還元炎の燃焼状態を把握してバーナを制御するの
で、このような問題を生じない。
In a coal-fired boiler, a plurality of burners arranged horizontally in a furnace are often burned under similar conditions. Although pulverized coal and air are supplied to each burner in the same manner, the reducing flames often have different states. This is mainly due to the difference in the amount and particle size of the pulverized coal due to the difference in the shape and length of the piping system that supplies the pulverized coal. If there are variations in the state of the reducing flame of the burners at each stage, adverse effects such as combustion oscillation and increase in unburned content will also occur. The present invention does not cause such a problem because the burner is controlled by grasping the combustion state of the reducing flame from the temperature of the reducing flame or the air ratio of the reducing flame.

【0020】火炎内脱硝方式のバーナによる微粉炭の燃
焼では、還元炎の輝度よりも酸化炎の輝度の方が高い。
従って、火炎の外側から火炎の発光を検出すると、酸化
炎と還元炎の発光が重畳された発光か、或いは酸化炎の
みの発光しか検出できない。このため、還元炎の空気比
を知ることができない。
In the combustion of pulverized coal by the burner of the denitration system in the flame, the brightness of the oxidizing flame is higher than that of the reducing flame.
Therefore, when the light emission of the flame is detected from the outside of the flame, only the light emission in which the light emission of the oxidizing flame and the light emission of the reducing flame are superposed or the light emission of only the oxidizing flame can be detected. Therefore, the air ratio of the reducing flame cannot be known.

【0021】また、火炎の発光に含まれるC2 ラジカル
やCHラジカルの発光強度比から火炎の空気比を求めて
燃焼を制御する方法があるが、微粉炭燃焼では、火炎と
固体からの輻射があり、固体輻射は可視域から赤外域に
かけて連続的なスペクトルが含まれていることや、C2
ラジカルやCHラジカルの発光は火炎中に含まれる微粉
炭やすす粒子により散乱,吸収されること等から、正確
な発光強度を計測する手法としては不適当である。
There is also a method of controlling combustion by obtaining the air ratio of the flame from the emission intensity ratio of C 2 radicals and CH radicals contained in the emission of flame, but in pulverized coal combustion, radiation from the flame and solids is generated. Yes, solid-state radiation contains a continuous spectrum from the visible region to the infrared region, and C 2
The emission of radicals and CH radicals is scattered and absorbed by the pulverized coal and soot particles contained in the flame, and is therefore unsuitable as a method for accurately measuring the emission intensity.

【0022】火炉内の上段にアフタエアポートを配置し
てバーナ部で生じた未燃分を燃焼する二段燃焼方式の微
粉炭ボイラでは、アフタエアポート内にも火炎の発光を
採光する採光器を設けて、この部分で形成される火炎の
内部の発光を採光し、火炎内部の空気比を算出して該空
気比が1或いはほぼ1になるように空気の流量或いは旋
回強度を制御することが望ましい。
In a two-stage combustion type pulverized coal boiler in which an after-air port is arranged in the upper stage of the furnace to burn unburned matter generated in the burner part, a dimmer for illuminating flame emission is also provided in the after-air port. Then, it is desirable to collect the light emission inside the flame formed in this portion, calculate the air ratio inside the flame, and control the flow rate or swirl intensity of the air so that the air ratio becomes 1 or almost 1. .

【0023】[0023]

【作用】火炎内脱硝方式のバーナの微粉炭ノズルの内部
から見える視野の火炎の発光を微粉炭ノズル内を通して
採光することにより、還元炎の発光を検出できる。ま
た、採光した火炎の発光には、周辺の他の微粉炭バーナ
からの火炎の発光が含まれないので、そのバーナ自身の
火炎の発光を採光することができる。微粉炭ノズルの先
端に保炎リングを有するバーナでは、保炎リングの内側
に形成される火炎は還元炎しかないので、微粉炭ノズル
内の視点から保炎リングに向かって火炎を見ると、その
視野は還元炎になる。
[Function] The emission of the reducing flame can be detected by collecting the light emission of the flame in the field of view seen from the inside of the pulverized coal nozzle of the burner of the denitration system in the flame through the pulverized coal nozzle. Further, since the emitted light of the flame that is collected does not include the emitted light of the flame from other pulverized coal burners in the vicinity, it is possible to collect the emitted light of the flame of the burner itself. With a burner that has a flame holding ring at the tip of the pulverized coal nozzle, the only flame that can be formed inside the flame holding ring is a reducing flame, so when you look at the flame from the viewpoint inside the pulverized coal nozzle toward the flame holding ring, The field of view becomes a reducing flame.

【0024】火炎の発光から火炎温度或いは空気比を算
出するために、採光した火炎の発光を発光分析器に導
く。そして発光強度を検出し火炎温度を算出する。算出
された火炎温度は、空気比演算器に入力する。空気比演
算器では、予め指定した炭種の組成や反応速度定数を用
いて平衡計算を行い、空気比に対する温度とガス組成の
表すなわち平衡ガス組成表を作成しておく。空気比演算
器は、この平衡ガス組成表を参照し、温度に対する空気
比を求める。得られた温度と空気比は燃焼制御手段へ入
力される。燃焼制御手段には燃料すなわち微粉炭や空気
の流量および燃料の粒径を制御する手段が含まれる。
In order to calculate the flame temperature or the air ratio from the emission of the flame, the emitted emission of the flame is guided to the emission analyzer. Then, the emission intensity is detected and the flame temperature is calculated. The calculated flame temperature is input to the air ratio calculator. In the air ratio calculator, equilibrium calculation is performed using the composition of the coal species and the reaction rate constant designated in advance, and a table of temperature and gas composition with respect to the air ratio, that is, an equilibrium gas composition table is created. The air ratio calculator refers to this equilibrium gas composition table to determine the air ratio with respect to temperature. The obtained temperature and air ratio are input to the combustion control means. The combustion control means includes means for controlling the flow rate of fuel, that is, pulverized coal or air, and the particle size of fuel.

【0025】微粉炭燃焼では還元炎のNOx濃度は還元
炎の空気比によって決まり、空気比が小さいほどNOx
の濃度は低くなる。また微粉炭の粒径が細かいほどNO
xの濃度を低く抑えられる。これらの関係から燃焼制御
手段では、空気比演算器から求めた空気比に対応するN
Ox濃度を求め、この値が設定値より大きいとき燃焼用
空気の流量を減少させるように空気流量調節手段に制御
信号を送る。また、粒径調節手段へ粒径を細かくするよ
うに信号を送る。
In pulverized coal combustion, the NOx concentration of the reducing flame is determined by the air ratio of the reducing flame.
The concentration of is low. Also, the smaller the particle size of pulverized coal, the more NO
The x concentration can be kept low. From these relationships, in the combustion control means, N corresponding to the air ratio obtained from the air ratio calculator
The Ox concentration is obtained, and when this value is larger than the set value, a control signal is sent to the air flow rate adjusting means so as to reduce the flow rate of the combustion air. Also, a signal is sent to the particle size adjusting means so as to make the particle size finer.

【0026】発光分析器では、微粉炭ノズル内から光フ
ァイバで導かれた還元炎の発光を導いて2本のビームに
分け、二波長分析法により特定波長の発光強度比から還
元炎の温度を検出する。空気比演算器では、平衡ガス組
成表を参照し還元炎の温度に対する空気比を演算する。
検出された火炎の温度と空気比は微粉炭量演算器に入力
される。微粉炭量演算器は炭種データベースより現在燃
焼中の石炭の元素と組成,発熱量,石炭反応の頻度因子
や活性化エネルギー等から石炭の反応を計算するのに必
要な値を参照する。また、微粉炭量演算器は炭種情報に
加えて微粉炭流量計測器から微粉炭の流速を得るととも
に、粒径計測器から微粉炭粒径の値を得る。微粉炭量演
算器はこれらの情報を用いて、バーナから噴出した石炭
の燃焼過程をシミュレーションする。この際、気相の反
応速度は無限大で組成は平衡状態にあると仮定する。気
相のガス組成は平衡ガス組成表を参照して求める。微粉
炭量演算器から還元炎での燃料の燃焼量と燃焼率および
燃焼ガスと石炭の組成が計算され、石炭の燃焼量と燃焼
率から微粉炭量が推算される。微粉炭量は燃焼量を燃焼
率で除した値として計算される。
In the emission analyzer, the emission of the reducing flame guided by the optical fiber from the pulverized coal nozzle is guided and divided into two beams, and the temperature of the reducing flame is determined from the emission intensity ratio of a specific wavelength by the two-wavelength analysis method. To detect. The air ratio calculator calculates the air ratio with respect to the temperature of the reducing flame with reference to the equilibrium gas composition table.
The detected flame temperature and air ratio are input to the pulverized coal amount calculator. The pulverized coal amount calculator refers to the values required to calculate the reaction of coal from the coal type database based on the elements and composition of the coal currently burning, the calorific value, the frequency factor of the coal reaction and the activation energy. In addition to the coal type information, the pulverized coal amount calculator obtains the flow rate of the pulverized coal from the pulverized coal flow rate measuring device and the value of the pulverized coal particle size from the particle size measuring device. The pulverized coal amount calculator uses this information to simulate the combustion process of the coal ejected from the burner. At this time, it is assumed that the reaction rate in the gas phase is infinite and the composition is in an equilibrium state. The gas phase gas composition is determined by referring to the equilibrium gas composition table. The combustion amount and burning rate of the fuel in the reducing flame and the composition of combustion gas and coal are calculated from the pulverized coal amount calculator, and the pulverized coal amount is estimated from the combustion amount and burning rate of coal. The amount of pulverized coal is calculated as a value obtained by dividing the combustion amount by the combustion rate.

【0027】以上のように還元炎の温度と空気比と炭種
データベースと平衡ガス組成表を基にして微粉炭量演算
器で計算した結果から微粉炭量が算出される。
As described above, the amount of pulverized coal is calculated from the result calculated by the pulverized coal amount calculator based on the temperature and air ratio of the reducing flame, the coal type database and the equilibrium gas composition table.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図1は、ボイラの火炉内壁8に取り付けら
れた微粉炭バーナ100に火炎の発光を採光する採光器
1を設置し、更に発光分析器16及び燃焼制御手段31
を設けた本発明の微粉炭燃焼装置の一実施例を示してい
る。燃焼制御手段は微粉炭バーナへ微粉炭及び空気を供
給する手段に対して制御信号を送るものである。この実
施例では、微粉炭ノズル3の曲がり部23の外側のノズ
ル壁に採光器1を設けているが、これに限定されるもの
ではない。
FIG. 1 shows a pulverized coal burner 100 mounted on an inner wall 8 of a furnace of a boiler, which is provided with a light collector 1 for collecting the emission of flame, and further an emission analyzer 16 and a combustion control means 31.
1 shows an embodiment of a pulverized coal combustion apparatus of the present invention provided with. The combustion control means sends a control signal to the means for supplying pulverized coal and air to the pulverized coal burner. In this embodiment, the daylight collector 1 is provided on the nozzle wall outside the curved portion 23 of the pulverized coal nozzle 3, but the present invention is not limited to this.

【0030】微粉炭バーナ100の中心にある微粉炭ノ
ズル3から微粉炭と一次空気の混合物10が火炉内に噴
出され、微粉炭ノズルの外側に同心円状に配置された二
次空気ノズル11及び三次空気ノズル12からそれぞれ
二次空気11a,三次空気12aが供給される。二次空
気と三次空気にはいずれも各ノズル内に設けられた旋回
羽根9によって周方向に旋回がかけられる。微粉炭ノズ
ル3の先端には火炎を安定化するために保炎リング5が
取り付けられている。また、微粉炭ノズルの上流側の曲
がり部の壁面を貫通して助燃用油バーナ4が微粉炭ノズ
ル内の中央部に取り付けられている。微粉炭ノズルの曲
がり部の外側壁面には採光器1に火炎の発光を取り込む
ための小さな孔65があいている。採光器は、鎖線で示
す視野の火炎の発光を前記した孔65を通して採光す
る。採光器1には光ファイバー21が接続されており、
採光器1で検出された発光は光ファイバー21を経由し
て発光分析器16へ導かれる。
A pulverized coal nozzle 3 located at the center of the pulverized coal burner 100 ejects a mixture 10 of pulverized coal and primary air into the furnace, and a secondary air nozzle 11 and a tertiary air nozzle arranged concentrically outside the pulverized coal nozzle. Secondary air 11a and tertiary air 12a are supplied from the air nozzle 12, respectively. The secondary air and the tertiary air are both swirled in the circumferential direction by swirl vanes 9 provided in each nozzle. A flame holding ring 5 is attached to the tip of the pulverized coal nozzle 3 to stabilize the flame. Further, an auxiliary combustion oil burner 4 is attached to a central portion inside the pulverized coal nozzle so as to penetrate the wall surface of the curved portion on the upstream side of the pulverized coal nozzle. On the outer wall surface of the bent portion of the pulverized coal nozzle, a small hole 65 for taking in the emission of flame to the daylight collector 1 is formed. The light collector collects the light emission of the flame in the field of view indicated by the chain line through the hole 65 described above. An optical fiber 21 is connected to the light collector 1,
The light emission detected by the light collector 1 is guided to the light emission analyzer 16 via the optical fiber 21.

【0031】微粉炭ノズル3内に供給された微粉炭粒子
の多くは、曲がり部23の部分でノズル壁面に衝突して
下流へ流れていく。微粉炭ノズル内に採光器を設けた場
合には微粉炭粒子の衝突により採光器が損傷を受けやす
く、微粉炭ノズルの曲がり部23の外側壁面に採光器を
設けた場合でも、孔65の部分から微粉炭粒子が侵入し
て採光器が摩耗により破損する恐れがある。しかし、採
光器の近傍にシール用空気64の吹き込み口を設けてシ
ール用空気64を微粉炭ノズル内に吹き込むことで、微
粉炭粒子が採光器側に侵入するのを防止することができ
る。採光器を微粉炭ノズル内の助燃用油バーナ4の内部
に設けることもできる。
Most of the pulverized coal particles supplied into the pulverized coal nozzle 3 collide with the nozzle wall surface at the curved portion 23 and flow downstream. When a daylight collector is provided in the pulverized coal nozzle, the daylight collector is easily damaged by collision of the pulverized coal particles, and even when the daylight collector is provided on the outer wall surface of the bent portion 23 of the pulverized coal nozzle, the portion of the hole 65 is There is a risk that pulverized coal particles will invade and damage the light collector due to wear. However, by providing a blowing port for the sealing air 64 in the vicinity of the lighting device and blowing the sealing air 64 into the pulverized coal nozzle, it is possible to prevent the pulverized coal particles from entering the lighting device side. A daylighter may be provided inside the auxiliary combustion oil burner 4 in the pulverized coal nozzle.

【0032】保炎リング5の内側には、火炉内に噴出さ
れた微粉炭と一次空気の混合物10及び二次空気によっ
て酸素不足の還元炎6が形成される。還元炎6の外側に
は、三次空気ノズルから供給された空気によって酸素過
剰の酸化炎7が形成される。二次空気ノズル及び三次空
気ノズルからは、通常の微粉炭バーナの場合に、約40
0℃に予熱された二次空気或いは三次空気が噴出される
が、微粉炭と予熱空気をバーナに供給しただけでは温度
が低いために着火しない。そこで、助燃用油バーナ4
が、火炉全体の予熱と燃焼開始時の微粉炭の着火のため
に用いられる。一旦、微粉炭の燃焼により火炎が形成さ
れれば、以降はその火炎からの輻射熱で微粉炭が加熱さ
れて燃焼が継続するので、助燃用油バーナは不要にな
る。
Inside the flame holding ring 5, a reducing flame 6 deficient in oxygen is formed by a mixture 10 of pulverized coal and primary air jetted into the furnace and secondary air. On the outside of the reducing flame 6, an oxygen-rich oxidizing flame 7 is formed by the air supplied from the tertiary air nozzle. From the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle, in the case of a normal pulverized coal burner, about 40
Secondary air or tertiary air preheated to 0 ° C. is ejected, but just supplying pulverized coal and preheated air to the burner does not ignite because the temperature is low. Therefore, the auxiliary combustion oil burner 4
Is used for preheating the entire furnace and igniting pulverized coal at the start of combustion. Once the flame is formed by the combustion of the pulverized coal, the pulverized coal is heated by the radiant heat from the flame and the combustion continues, so that the auxiliary combustion oil burner becomes unnecessary.

【0033】微粉炭ノズル3により火炉内に噴出された
微粉炭は、火炎からの輻射によって急速に昇温する。石
炭の反応には、石炭中の揮発分がH2 やCOの形で放出
される熱分解反応と、石炭粒子表面の炭素が空気中の酸
素によって酸化されてCO又はCO2 の形で放出される
表面反応とがある。熱分解反応で放出される揮発分の速
度は昇温速度と石炭の粒径によって決まり、昇温速度が
速いほどまた粒径が細かいほど揮発分の放出速度は大き
くなる。昇温速度は微粉炭燃焼では104 から105
/s の値である。粒径20μmの粒子の昇温速度が9
00K/sのとき、揮発分の80%が熱分解するのに約
20msを要する。石炭の表面反応は石炭の表面積と表
面の温度ならびに酸素分圧によって決まり、表面積が大
きく、温度が高くかつ酸素分圧が大きいほど表面反応の
速度は大きくなる。
The pulverized coal jetted into the furnace by the pulverized coal nozzle 3 rapidly rises in temperature due to radiation from the flame. The reaction of coal includes a thermal decomposition reaction in which volatile matters in coal are released in the form of H 2 and CO, and carbon on the surface of coal particles is oxidized by oxygen in the air and released in the form of CO or CO 2. Surface reaction. The rate of volatile matter released in the thermal decomposition reaction is determined by the rate of temperature increase and the particle size of coal. The faster the rate of temperature increase and the smaller the particle size, the higher the rate of volatile matter release. Temperature rising rate is 10 4 to 10 5 K in pulverized coal combustion
The value of / s. The temperature rising rate of particles with a particle size of 20 μm is 9
At 00 K / s, it takes about 20 ms for 80% of the volatile matter to undergo thermal decomposition. The surface reaction of coal is determined by the surface area of the coal, the temperature of the surface and the oxygen partial pressure. The larger the surface area, the higher the temperature and the higher the oxygen partial pressure, the faster the surface reaction rate.

【0034】熱分解反応と表面反応の速度を比べると熱
分解速度の方が圧倒的に速い。石炭が昇温されると先ず
熱分解反応が起こり揮発分が放出されつつ、表面反応に
よって石炭表面の炭素が酸化されていく。揮発分は主に
CO,CO2,H2,H2 Oとして放出され、可燃ガスで
あるCOとH2は周囲にO2があれば気相で燃焼し、それ
ぞれCO2とH2Oになる。微粉炭の着火は、揮発分とし
て放出されたガスが気相で燃焼しておこり、その火炎が
微粉炭粒子表面に移って燃焼が継続される。熱分解反応
と表面反応は同時に進行するが、熱分解反応の方が早く
終了し、揮発分が全て放出されたのち表面反応が石炭の
表面から内部に向かって進行していく。上記した石炭の
燃焼過程により、微粉炭ノズル3から噴出された直後の
微粉炭は、火炎の輻射により昇温され、殆どの揮発分が
バーナの近傍で放出される。このとき石炭中に含まれる
窒素はHCNやNH3の形で放出される。HCNとNH3
は周囲が酸化雰囲気ならばO2 と反応してNOxにな
り、還元雰囲気ならばチャーよってN2 に転換される。
微粉炭燃焼で問題となるNOxは、石炭中に含まれる窒
素が酸化されて生じるフューエルNOxが殆どであるの
で、揮発分が放出される場所を還元雰囲気にすればNO
xの発生を抑えられる。より多くの揮発分が還元雰囲気
中で放出されるほど石炭中に残る窒素が少なくなり、N
Oxの発生量が少なくなる。揮発分の放出が不十分で、
多くの窒素を含んだままの石炭が酸化雰囲気で燃焼する
と、石炭中に残った窒素はそのまま酸化されてNOxと
して放出されるため、NOx濃度が高くなる。揮発分の
放出速度は石炭の表面積が大きいほど速くなるので、石
炭の粒径を細かくし揮発分の放出速度を速め、石炭中の
窒素の殆どが還元雰囲気で放出されるようにすればNO
xの発生を抑えることができる。微粉炭バーナでは、還
元領域を大きくするか又は粒径を細かくすればフューエ
ルNOxを抑えられる。
Comparing the rates of the thermal decomposition reaction and the surface reaction, the thermal decomposition rate is overwhelmingly faster. When the temperature of the coal is raised, a thermal decomposition reaction first occurs and volatile matter is released, while the carbon on the surface of the coal is oxidized by the surface reaction. Volatile components are mainly released as CO, CO 2 , H 2 and H 2 O, and flammable gases CO and H 2 are burned in the gas phase if O 2 is present in the surroundings to form CO 2 and H 2 O, respectively. Become. Ignition of pulverized coal occurs when the gas released as volatile components burns in the gas phase, the flame moves to the surface of the pulverized coal particles, and combustion continues. Although the thermal decomposition reaction and the surface reaction proceed at the same time, the thermal decomposition reaction ends earlier and all the volatile matter is released, and then the surface reaction proceeds from the surface of the coal toward the inside. Due to the above-described coal combustion process, the pulverized coal immediately after being ejected from the pulverized coal nozzle 3 is heated by the radiation of the flame, and most of the volatile components are released near the burner. At this time, the nitrogen contained in the coal is released in the form of HCN and NH 3 . HCN and NH 3
If the ambient is an oxidizing atmosphere, it reacts with O 2 to become NOx, and if it is a reducing atmosphere, it is converted to N 2 by char.
Most of NOx which is a problem in the combustion of pulverized coal is fuel NOx generated by oxidizing nitrogen contained in coal. Therefore, if a place where volatile matter is released is reduced atmosphere, NOx is generated.
Generation of x can be suppressed. The more volatiles are released in the reducing atmosphere, the less nitrogen is left in the coal,
Ox generation amount is reduced. Inadequate emission of volatiles,
When coal containing a large amount of nitrogen burns in an oxidizing atmosphere, the nitrogen remaining in the coal is directly oxidized and released as NOx, so the NOx concentration increases. The larger the surface area of coal, the faster the release rate of volatile matter. Therefore, if the particle size of coal is made smaller and the release rate of volatile matter is increased so that most of the nitrogen in the coal is released in the reducing atmosphere, NO
Generation of x can be suppressed. In the pulverized coal burner, the fuel NOx can be suppressed by increasing the reduction area or making the particle size fine.

【0035】酸化雰囲気や還元雰囲気を表す指標は気相
の空気比によって表される。気相の空気比は石炭から放
出された可燃性成分を完全燃焼するのに必要な理論酸素
量の比として定義される。気相の空気比が1よりも大き
いときには、石炭から放出された可燃成分はほぼ全てが
燃焼するが、供給した酸素は全部が消費されずに一部が
余るので酸化雰囲気になる。逆に気相の空気比が1より
も小さいときには、石炭から放出された可燃成分が燃え
残り、酸素は殆どなくなるので還元雰囲気になる。揮発
分が放出される領域の空気比を1より小さくして還元雰
囲気にすれば、フューエルNOxを抑えられる。
An index representing an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere is represented by a gas phase air ratio. The gas-phase air ratio is defined as the ratio of the theoretical amount of oxygen required to completely burn the combustible components released from coal. When the air ratio in the gas phase is greater than 1, almost all the combustible components released from coal burn, but the supplied oxygen is not completely consumed but a part thereof remains, so that an oxidizing atmosphere occurs. On the other hand, when the air ratio in the gas phase is less than 1, the combustible components released from the coal remain unburned and the oxygen is almost lost, resulting in a reducing atmosphere. Fuel NOx can be suppressed by reducing the air ratio in the region where volatile matter is released to be less than 1 to create a reducing atmosphere.

【0036】図2に、火炎内の空気比すなわち気相の空
気比とNOx濃度との関係を示す。A炭,B炭,C炭の
3種類の石炭を用いた場合を例にあげた。NOx濃度は
気相の空気比が小さくなるほど低くなる。気相の空気比
が1以下では炭種による影響は出にくい。特に気相の空
気比が0.9 以下であれば、炭種によらずに気相の空気
比の値のみでNOx濃度が決まる。従って、どのような
炭種であってもNOx濃度を低く抑えられるように、還
元炎の気相の空気比の上限値を0.9 に設定するのがよ
い。
FIG. 2 shows the relationship between the NOx concentration and the air ratio in the flame, that is, the air ratio in the gas phase. An example is given of the case where three types of coal, A coal, B coal, and C coal are used. The NOx concentration becomes lower as the gas-phase air ratio becomes smaller. When the air ratio in the gas phase is 1 or less, the effect of coal type is unlikely to occur. In particular, if the air ratio of the gas phase is 0.9 or less, the NOx concentration is determined only by the value of the air ratio of the gas phase regardless of the coal type. Therefore, it is preferable to set the upper limit of the air ratio in the gas phase of the reducing flame to 0.9 so that the NOx concentration can be suppressed to a low value regardless of the type of coal.

【0037】バーナ近傍で放出された揮発分に含まれる
可燃ガスは、一次空気および二次空気に含まれる酸素に
よりほとんど燃焼するが、石炭を空気不足で燃焼するた
めバーナ近傍には還元炎が形成される。還元炎内では酸
素分圧は0に近いので酸素による表面反応はほとんど起
こらず、CO2やH2Oによる表面反応が生ずる。三次空
気ノズルから三次空気が還元炎の外側に乱流混合により
供給されると、混合された部分の火炎は酸化雰囲気にな
り、燃え残った揮発分との表面反応により燃焼が進行す
る。
Most of the combustible gas contained in the volatile matter released in the vicinity of the burner is burned by oxygen contained in the primary air and the secondary air, but since the coal is burned with insufficient air, a reducing flame is formed near the burner. To be done. In the reducing flame, the oxygen partial pressure is close to 0, so that the surface reaction by oxygen hardly occurs and the surface reaction by CO 2 or H 2 O occurs. When the tertiary air is supplied from the tertiary air nozzle to the outside of the reducing flame by turbulent flow mixing, the flame in the mixed portion becomes an oxidizing atmosphere, and the combustion proceeds due to the surface reaction with the volatile components left unburned.

【0038】火炎内側の還元炎の大きさを決める要因の
1つとして、三次空気の旋回強度がある。三次空気の旋
回強度は旋回羽根によって調節が可能である。三次空気
の旋回強度を強くすると、遠心力のために中心にある還
元炎への酸素の混合が遅くなり、還元炎が下流方向に伸
びる。旋回強度を更に強くすると三次空気の酸素は還元
炎にほとんど供給されずに多量の未燃焼炭素が生じるよ
うになる。フューエルNOxは三次空気の旋回強度を強
くし還元炎の領域を大きくすれば低く抑えられるが、強
くしすぎると未燃分が多く生じるために最適値がある。
旋回強度を決める指標としてスワール数があり、スワー
ル数は円周方向の流体の運動量と、軸方向の運動量に圧
力差を加えた値の比で定義される。スワール数は約0.
2から0.4の間の値に設定するのがよい。二段燃焼を併
用する場合、三次空気はバーナ全体の空気比が0.7〜
0.9になるように流量を調整して供給される。
One of the factors that determines the size of the reducing flame inside the flame is the swirl strength of the tertiary air. The swirl strength of the tertiary air can be adjusted by swirl vanes. When the swirl strength of the tertiary air is increased, the mixing of oxygen into the central reducing flame is delayed due to the centrifugal force, and the reducing flame extends in the downstream direction. When the swirl strength is further increased, oxygen in the tertiary air is hardly supplied to the reducing flame, and a large amount of unburned carbon is produced. Fuel NOx can be suppressed to a low level by increasing the swirl strength of the tertiary air and increasing the area of the reducing flame.
The swirl number is an index for determining the swirl strength, and the swirl number is defined by the ratio of the momentum of the fluid in the circumferential direction to the value obtained by adding the pressure difference to the momentum in the axial direction. The swirl number is about 0.
It is better to set it to a value between 2 and 0.4. When using two-stage combustion together, the tertiary air has an air ratio of 0.7-
It is supplied by adjusting the flow rate so that it becomes 0.9.

【0039】発光分析器の細部の構成を図3に示す。こ
の図3では、微粉炭バーナの構造を簡略化して示してい
る。発光分析器16では、還元炎からの発光を分光プリ
ズム55で2つに分割する。分割した発光は任意の二波
長すなわち波長λ1 のフィルタ50aと波長λ2 のフィ
ルタ50bを通過させる。任意の二波長の発光強度の比
から(1)式により火炎の温度が計算できる。
The detailed structure of the emission analyzer is shown in FIG. In FIG. 3, the structure of the pulverized coal burner is simplified and shown. In the emission analyzer 16, the emission from the reducing flame is split into two by the spectroscopic prism 55. Divided emission passing any two wavelengths i.e. wavelengths lambda 1 of the filter 50a and the wavelength lambda 2 of the filter 50b. The flame temperature can be calculated from the ratio of the emission intensities of arbitrary two wavelengths by the formula (1).

【0040】 logT=a log(Iλ1/Iλ2)+b …(1) ここでIλ1とIλ2はそれぞれ任意二波長の発光強度、
Tは絶対温度、a,bは定数である。波長λ1とλ2は、
火炎の発光に含まれるOH,C2 ,CHの吸収帯の波長
と異なる値であれば任意の波長を選択できる。温度が既
知の黒体輻射炉についてそれぞれの波長の発光強度Iλ
1とIλ2を計測し、絶対温度Tと発光強度比Iλ1/I
λ2を両対数紙にプロットすれば直線になり、この直線
の傾きからaの値が求まり、切辺からbの値が求まる。以
上のように定数a,bの値を求めておけば、同じ光学系
を用いて任意の火炎の発光から火炎の温度を検出でき
る。上記2本に分けたビームのうち1本を波長λ1 の発
光のみを通すフィルタ50aに、もう1本を波長λ2
みを通すフィルタ50bに通し還元炎6の発光から波長
λ1 とλ2 の発光のみを抽出する。フィルタを通った発
光はそれぞれ光電子素子管51で電気信号に変換され、
増幅器52で昇圧される。昇圧された電圧の比は発光強
度の比Iλ1/Iλ2に相当し、演算器53はこれらの電
圧の値から上記の演算を行い還元炎の温度41bを電気
信号として空気比演算器15に出力する。空気比演算器
15は、還元炎の温度41bから還元炎の空気比41a
を算出する。微粉炭バーナの燃焼では、化学反応の進行
に比べで乱流による混合速度が遅く、拡散が律速にな
る。拡散律速の場合、気相の組成は平衡状態の組成に近
くなる。気相が平衡状態ならば、温度とガス組成は気相
の空気比のみで決まる。このことから空気比演算器15
では、予め使用する炭種について種々の気相の空気比で
平衡計算を行い、気相の空気比と温度ならびにガス組成
の関係を平衡ガス組成表として作成しておく。空気比演
算器15は、発光分析器16から求められた還元炎の温
度41bから前記平衡ガス組成表を参照して、温度41b
に相当する空気比41aを求める。平衡ガス組成表の例
を表1に示す。
LogT = a log (Iλ 1 / Iλ 2 ) + b (1) Here, Iλ 1 and Iλ 2 are light emission intensities of arbitrary two wavelengths, respectively.
T is an absolute temperature, and a and b are constants. The wavelengths λ 1 and λ 2 are
An arbitrary wavelength can be selected as long as it has a value different from the wavelengths of the absorption bands of OH, C 2 , and CH contained in the emission of flame. Emission intensity Iλ of each wavelength for a blackbody radiation furnace of known temperature
1 and Iλ 2 are measured, and absolute temperature T and emission intensity ratio Iλ 1 / I
If λ 2 is plotted on a logarithmic paper, it becomes a straight line. The value of a can be found from the slope of this straight line, and the value of b can be found from the cut edge. If the values of the constants a and b are obtained as described above, the temperature of the flame can be detected from the light emission of an arbitrary flame using the same optical system. One of the two beams divided above is passed through a filter 50a that passes only the emission of wavelength λ 1 , and the other is passed through a filter 50b that passes only the wavelength λ 2, and the emission of the reducing flame 6 is changed to wavelengths λ 1 and λ 2. Only the luminescence of is extracted. The light emitted through the filter is converted into an electric signal by the optoelectronic device tube 51,
The voltage is boosted by the amplifier 52. The ratio of the boosted voltage corresponds to the ratio of emission intensity Iλ 1 / Iλ 2 , and the calculator 53 performs the above calculation from the values of these voltages to the air ratio calculator 15 using the reducing flame temperature 41b as an electric signal. Output. The air ratio calculator 15 changes the reducing flame temperature 41b to the reducing flame air ratio 41a.
To calculate. In the combustion of pulverized coal burner, the mixing speed due to turbulent flow is slower than the progress of chemical reaction, and the diffusion is rate-determining. In the case of diffusion control, the composition of the gas phase is close to the equilibrium composition. If the vapor phase is in equilibrium, temperature and gas composition are determined only by the air ratio of the vapor phase. From this, the air ratio calculator 15
Then, the equilibrium calculation is carried out in advance for various kinds of gas-phase air ratios for the coal species to be used, and the relationship between the gas-phase air ratio, temperature and gas composition is prepared as an equilibrium gas composition table. The air ratio calculator 15 refers to the equilibrium gas composition table based on the temperature 41b of the reducing flame obtained from the emission analyzer 16 to determine the temperature 41b.
The air ratio 41a corresponding to is calculated. Table 1 shows an example of the equilibrium gas composition table.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】算出された気相の空気比41aは還元炎6
の気相の空気比であるので、この値を用いてバーナのN
Ox発生量を制御できる。還元雰囲気では気相の空気比
の値でNOx濃度が決まるので、二次空気の供給量を制
御することで還元炎6の気相の空気比を変え、NOxの
量を制御できる。また、微粉炭粒径を細かくすることで
NOxの濃度を下げられるので、二次空気の流量を減ら
すかわりに微粉炭の粒径を細かくしてもよい。
The calculated gas-phase air ratio 41a corresponds to the reducing flame 6
This is the air ratio of the gas phase of
The amount of Ox generated can be controlled. In the reducing atmosphere, the NOx concentration is determined by the value of the air ratio in the gas phase, so by controlling the supply amount of secondary air, the air ratio in the gas phase of the reducing flame 6 can be changed to control the amount of NOx. Further, since the NOx concentration can be lowered by making the pulverized coal particle size fine, the pulverized coal particle size may be made fine instead of reducing the flow rate of the secondary air.

【0043】検出した還元炎の温度41bと気相の空気
比41aから微粉炭量がわかる。微粉炭量演算器の動作
を図4で説明する。図4中の矢印はデータの入力先と出
力先を示す。微粉炭量演算器は、内部に石炭の反応を評
価するための反応モデルを有する。空気比と温度には発
光分析器を用いて得られた値を使用する。炭種データベ
ースから、使用する石炭の熱分解と表面反応の反応速度
定数,石炭の元素組成,発熱量が定まる。還元炎での燃
料すなわち微粉炭の滞留時間は、還元炎の長さを燃料の
供給流速で除すと求まる。先ず、石炭の反応速度定数が
頻度因子と活性化エネルギーと温度の値から算出され、
これに滞留時間をかければ燃料の燃焼量が求まる。一
方、燃料の組成と発熱量,一次空気の温度と先に求めた
反応速度定数と燃料の滞留時間、ならびに空気比演算器
15から得られた還元炎6の空気比41aとを用いて反
応モデルにより燃焼率が求まる。
The amount of pulverized coal can be known from the detected reducing flame temperature 41b and the gas phase air ratio 41a. The operation of the pulverized coal amount calculator will be described with reference to FIG. Arrows in FIG. 4 indicate data input destinations and output destinations. The pulverized coal amount calculator has a reaction model for evaluating the reaction of coal inside. For the air ratio and temperature, use the values obtained using an emission analyzer. From the coal type database, the reaction rate constants for the thermal decomposition and surface reaction of the coal used, the elemental composition of the coal, and the calorific value are determined. The residence time of the fuel in the reducing flame, that is, the pulverized coal, is obtained by dividing the length of the reducing flame by the fuel supply flow rate. First, the reaction rate constant of coal is calculated from the values of frequency factor, activation energy and temperature,
If the residence time is added to this, the combustion amount of the fuel can be obtained. On the other hand, the reaction model using the composition and heat generation amount of the fuel, the temperature of the primary air, the reaction rate constant previously obtained and the residence time of the fuel, and the air ratio 41a of the reducing flame 6 obtained from the air ratio calculator 15. The burning rate can be obtained by.

【0044】反応モデルの計算手順を図5に示す。この
反応モデルでは、ガス組成は平衡状態にあることと、ガ
スと石炭粒子の温度は等しいという2つの仮定を用い
る。反応モデルは、初期条件として石炭と燃焼用ガスの
組成と温度ならびに空気比を与えたとき、燃焼ガスと石
炭の組成,温度の変化を時間の経過とともに計算するも
ので、任意の時間の燃焼率も計算できる。
The calculation procedure of the reaction model is shown in FIG. This reaction model uses two assumptions: the gas composition is in equilibrium and the gas and coal particle temperatures are equal. The reaction model calculates changes in the composition and temperature of combustion gas and coal over time when the composition and temperature of coal and combustion gas and the air ratio are given as initial conditions. Can also be calculated.

【0045】反応モデルは、パラメータとして石炭の熱
分解反応と表面反応の速度定数,石炭の発熱量,石炭の
平均粒径等を必要とする。反応モデルに前記初期条件と
パラメータを入力し、還元炎の大きさと燃料の流速から
求めた滞留時間が経過したものとして石炭の燃焼率を計
算する。石炭の組成は近似的に揮発分,固定炭素,灰分
の3つに分け、それぞれの放出速度は熱分解の速度定数
と表面反応の速度定数から計算される。まず、初期温度
(一次空気の温度)における熱分解と表面反応速度の速度
定数を算出し、これに時間刻みをかけて、時間刻み内に
気相に放出された各化学種の量を求める。固体側の質量
は気相に放出された化学種と同じ質量だけ減少させる。
反応モデルは気相の空気比とそれに対するガス組成を平
衡ガス組成表として持っている。熱分解と表面反応によ
り気相中に放出された可燃ガスの組成から気相の空気比
を計算し、前記平衡ガス組成表からその空気比に対する
ガス組成を求める。一方、反応前のガス組成のエンタル
ピーと平衡組成でのエンタルピーの差を算出し、このエ
ンタルピー差に相当する熱量だけガスの温度を上げる。
初期のガスと石炭の組成,温度を新しい値に置き換え、
時間に時間刻みΔtを加え、時間tが滞留時間と等しく
なるまで反応速度定数のところから計算を繰り返す。以
上の計算により任意時間におけるガスと石炭の組成,温
度が計算できる。また石炭組成の変化より任意時間の石
炭の燃焼率も計算できる。
The reaction model requires, as parameters, the rate constant of the thermal decomposition reaction and surface reaction of coal, the calorific value of coal, the average particle size of coal, and the like. The initial conditions and parameters are input to the reaction model, and the combustion rate of coal is calculated assuming that the residence time obtained from the size of the reducing flame and the flow velocity of the fuel has elapsed. The composition of coal is roughly divided into volatile matter, fixed carbon and ash, and the release rate of each is calculated from the rate constant of thermal decomposition and the rate constant of surface reaction. First, the initial temperature
The rate constants of thermal decomposition and surface reaction rate at the (primary air temperature) are calculated, and this is multiplied by a time step to obtain the amount of each chemical species released into the gas phase within the time step. The mass on the solid side is reduced by the same mass as the species released into the gas phase.
The reaction model has an air ratio in the gas phase and a gas composition corresponding thereto as an equilibrium gas composition table. The gas-phase air ratio is calculated from the composition of the combustible gas released into the gas phase by thermal decomposition and surface reaction, and the gas composition corresponding to the air ratio is determined from the equilibrium gas composition table. On the other hand, the difference between the enthalpy of the gas composition before the reaction and the enthalpy of the equilibrium composition is calculated, and the temperature of the gas is raised by the amount of heat corresponding to this enthalpy difference.
Replace the initial gas and coal composition and temperature with new values,
The time step Δt is added to the time, and the calculation is repeated from the reaction rate constant until the time t becomes equal to the residence time. By the above calculation, the composition and temperature of gas and coal at any time can be calculated. Moreover, the burning rate of coal at an arbitrary time can be calculated from the change in coal composition.

【0046】反応モデルの計算により還元炎内での燃料
の燃焼量と燃焼率が分かり、燃焼量を燃焼率で除すると
燃料の供給量がわかる。燃料の量は、燃えている火炎の
発光から推定した値であり、計測器による測定誤差や時
間遅れを含まない。
The amount of fuel burned in the reducing flame and the burning rate can be found by the calculation of the reaction model, and the amount of fuel supplied can be found by dividing the burning amount by the burning rate. The amount of fuel is a value estimated from the light emission of a burning flame, and does not include measurement error by a measuring instrument or time delay.

【0047】原料の石炭20は、粉砕機19で粉砕され
た後、流量調節弁29aと流量計測器38a,粒径計測
器34を経由してバーナへ供給される。粉砕機19を出
る粉砕炭の粒径は、粉砕機内に備えられた図示されてい
ない回転分級機により調節が可能であり、回転分級器の
回転数が大きいほど粒径は細かくなる。バーナには、送
風機39と空気予熱器40と流量調節弁29bと流量計
測器38bを介して燃焼用空気30が供給される。
The raw material coal 20, after being crushed by the crusher 19, is supplied to the burner via the flow rate control valve 29a, the flow rate measuring device 38a, and the particle size measuring device 34. The particle size of the crushed coal leaving the crusher 19 can be adjusted by a rotary classifier (not shown) provided in the crusher, and the larger the rotational speed of the rotary classifier, the finer the particle size. Combustion air 30 is supplied to the burner through a blower 39, an air preheater 40, a flow rate adjusting valve 29b, and a flow rate measuring device 38b.

【0048】発光分析器16と空気比演算器15により
算出された温度41bと気相の空気比41aは、電気信
号に変換され燃焼制御手段31と微粉炭量演算器33に
入力される。微粉炭量演算器33では、気相の空気比4
1aと温度41bならびに炭種情報42から微粉炭量を
推定し、電気信号36に変換して燃焼制御手段31へ送
る。なお、図1の破線は信号の流れを示している。炭種
情報42には熱分解と表面反応の頻度因子と活性化エネ
ルギー,石炭の元素組成,発熱量等が含まれ、炭種デー
タベース35から指定炭種43に対応する値が読み込ま
れる。燃焼制御手段31では、燃料と空気の供給量をそ
れぞれ流量計測器38a,38bから入力する。微粉炭
の粒径は粒径計測器34から入力する。さらに燃焼制御
手段31には、還元炎の気相の空気比41aと温度41
bならびに微粉炭量の電気信号36が入力される。燃焼
制御手段31では、これらの情報をもとに適切な燃料と
空気の供給量および微粉炭粒径を算出し、微粉炭量制御
手段48と空気量制御手段49と粒径制御手段28に制
御信号を送り、それらを制御する。
The temperature 41b and the gas-phase air ratio 41a calculated by the emission analyzer 16 and the air ratio calculator 15 are converted into electric signals and input to the combustion control means 31 and the pulverized coal amount calculator 33. In the pulverized coal amount calculator 33, the gas phase air ratio is 4
The amount of pulverized coal is estimated from 1a, temperature 41b, and coal type information 42, converted into an electric signal 36, and sent to the combustion control means 31. The broken line in FIG. 1 indicates the flow of signals. The coal type information 42 includes frequency factors of thermal decomposition and surface reaction, activation energy, elemental composition of coal, calorific value, etc., and a value corresponding to the designated coal type 43 is read from the coal type database 35. In the combustion control means 31, the supply amounts of fuel and air are input from the flow rate measuring devices 38a and 38b, respectively. The particle size of the pulverized coal is input from the particle size measuring device 34. Furthermore, the combustion control means 31 includes a gas phase air ratio 41a and a temperature 41 of the reducing flame.
The electric signal 36 of b and the amount of pulverized coal is input. The combustion control means 31 calculates an appropriate fuel and air supply amount and pulverized coal particle size based on these information, and controls the pulverized coal amount control means 48, the air amount control means 49, and the particle size control means 28. Send signals and control them.

【0049】還元炎の気相の空気比が設定値より大きい
場合、燃焼制御手段31は粒径制御手段28に粒径を細
かくするように信号を送り、粒径制御手段28は粉砕機
19の回転分級器の回転数を上げるように制御信号17
を出す。算出された気相の空気比41aと設定値との差
が大きく、粒径の変更では気相の空気比の値を設定値に
戻せない場合には、空気流量の変更による空気比の制御
が有効である。
When the air ratio of the gas phase of the reducing flame is larger than the set value, the combustion control means 31 sends a signal to the particle size control means 28 so as to make the particle size fine, and the particle size control means 28 causes the crusher 19 to move. Control signal 17 to increase the rotation speed of the rotation classifier
Give out. When the difference between the calculated gas-phase air ratio 41a and the set value is large and the value of the gas-phase air ratio cannot be returned to the set value by changing the particle size, the air ratio can be controlled by changing the air flow rate. It is valid.

【0050】微粉炭量演算器33によって得た微粉炭量
は流量計測器38aで検出した値よりも精度が高く、流
量系の取り付け位置による遅れを含まない。従ってより
正確な燃料供給量の指標としてこの微粉炭量を用いるこ
とができる。負荷指令値に対する微粉炭量指示値44と
微粉炭量演算器33により推定した微粉炭量とを比較
し、2つの値が異なる場合には微粉炭量演算器33で求
めた微粉炭量が微粉炭量指示値44に近づくように微粉
炭量制御手段48に信号を送り、流量調節弁29aを調節
する。
The pulverized coal amount obtained by the pulverized coal amount calculator 33 is more accurate than the value detected by the flow rate measuring device 38a and does not include a delay due to the mounting position of the flow rate system. Therefore, this pulverized coal amount can be used as a more accurate indicator of the fuel supply amount. The pulverized coal amount instruction value 44 for the load command value is compared with the pulverized coal amount estimated by the pulverized coal amount calculator 33. If the two values are different, the pulverized coal amount calculated by the pulverized coal amount calculator 33 is the fine powder. A signal is sent to the pulverized coal amount control means 48 so as to approach the coal amount instruction value 44, and the flow rate adjusting valve 29a is adjusted.

【0051】本実施例によれば、バーナから排出される
NOxが最小となるように、燃料と空気の供給量ならび
に微粉炭の粒径を制御できる。また微粉炭量を高い精度
で推定でき、ボイラの熱管理や制御をより正確に行え
る。
According to this embodiment, the amount of fuel and air supplied and the particle size of pulverized coal can be controlled so that the NOx discharged from the burner is minimized. In addition, the amount of pulverized coal can be estimated with high accuracy, and heat management and control of the boiler can be performed more accurately.

【0052】図6は、アフタエアポートを有する微粉炭
ボイラにおいて、アフタエアポートにより生ずる火炎の
発光を採光して空気比を算出する例を示している。図6
では、微粉炭バーナにより生ずる火炎14の制御系に関
しては省略している。アフタエアポートの拡大図を図7
に示す。アフタエアポート70は、水平方向に複数本並
べて火炉の片側または対向壁面に設置される。アフタエ
アポート70の中心部から一次空気71が噴出し、その
外側から二次空気72が同心円状に旋回を伴って噴出す
る。二次空気72の旋回強度は旋回羽根75によって調
節可能である。アフタエアポートから供給された空気
は、バーナの燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素と混合
し、COの燃焼による火炎77を形成する。アフタエア
ポートの風箱74の外側から一次空気管76内に採光器
60を設け、COの燃焼による火炎77の発光を光ファ
イバー22で発光分析器16に導く。発光分析器16で
は、火炎77の温度61bが算出される。温度61bは
空気比演算器15に入力され空気比61aが算出され
る。以上のようにして算出された火炎77の空気比61a
が1よりも小さいときには、アフタエアポートの空気流
量を上げるようにし、空気比が1よりも大きいときには
逆に下げるようにアフタエアポートの燃焼制御手段73
を操作すれば、アフタエアポートでの空気比を常に1に
近い状態に保つことができる。
FIG. 6 shows an example of calculating the air ratio in a pulverized coal boiler having an after-air port by collecting the light emission of the flame generated by the after-air port. Figure 6
Then, the control system of the flame 14 generated by the pulverized coal burner is omitted. Figure 7 shows an enlarged view of the after-airport.
Shown in A plurality of after-air ports 70 are horizontally arranged and installed on one side of the furnace or on the opposite wall surface. The primary air 71 is ejected from the center of the after-air port 70, and the secondary air 72 is ejected from the outside of the after-air port 70 in a concentric manner with swirling. The swirl strength of the secondary air 72 can be adjusted by the swirl vanes 75. The air supplied from the after-air port mixes with carbon monoxide contained in the combustion exhaust gas of the burner to form a flame 77 due to the combustion of CO. A light collector 60 is provided from the outside of the wind box 74 of the after-air port in the primary air pipe 76, and the emission of the flame 77 due to the combustion of CO is guided to the emission analyzer 16 by the optical fiber 22. The emission analyzer 16 calculates the temperature 61b of the flame 77. The temperature 61b is input to the air ratio calculator 15 to calculate the air ratio 61a. Air ratio 61a of flame 77 calculated as above
Is less than 1, the air flow rate in the after-air port is increased, and when the air ratio is greater than 1, it is decreased in reverse.
By operating, the air ratio at the after-air port can always be kept close to 1.

【0053】本実施例によればアフタエアポートでのC
O燃焼時の空気比を1に保ち、未燃石炭と燃焼排ガス中
の酸素濃度を最小に抑えた効率の高い運転が可能であ
る。また、算出された空気比はガス分析等による遅れを
含まないため、急速な負荷変動にも容易に対応できる。
According to this embodiment, C at the after-airport
It is possible to keep the air ratio at the time of O combustion at 1 and operate with high efficiency while keeping the oxygen concentration in unburned coal and combustion exhaust gas to a minimum. Moreover, since the calculated air ratio does not include a delay due to gas analysis or the like, it is possible to easily cope with a rapid load change.

【0054】以上の実施例では、いずれも微粉炭ノズル
の周りに二次空気ノズル及び三次空気ノズルがあり、微
粉炭ノズルの先端には保炎リングがあり、微粉炭と一次
空気の混合物が直進流で噴出し、二次空気及び三次空気
が旋回流で噴出する構造の微粉炭バーナを有する燃焼装
置について説明したが、これに限定されるものではな
い。還元炎の周囲に酸化炎が形成されるものであれば、
いずれの構造のバーナであってもよい。例えば、微粉炭
ノズルを挟んで1つ或いは2つの空気ノズルを積み重ね
た構造のものでも良いし、二次空気或いは三次空気を旋
回羽根を用いずにサイクロンで旋回させたものでも良
い。
In each of the above examples, the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle are provided around the pulverized coal nozzle, the flame holding ring is provided at the tip of the pulverized coal nozzle, and the mixture of pulverized coal and primary air goes straight. A combustion device having a pulverized coal burner having a structure in which a secondary flow and a tertiary air are ejected in a swirl flow has been described, but the present invention is not limited to this. If an oxidizing flame is formed around the reducing flame,
The burner may have any structure. For example, it may have a structure in which one or two air nozzles are stacked with a pulverized coal nozzle interposed therebetween, or may be one in which secondary air or tertiary air is swirled by a cyclone without using swirling blades.

【0055】また、還元炎の空気比を算出してNOx発
生を抑制する例について説明したが、空気比と温度とは
相関があるので、還元炎の温度に基づいて微粉炭量或い
は空気量を制御することも可能である。
Further, an example in which the air ratio of the reducing flame is calculated to suppress NOx generation has been described. However, since the air ratio and the temperature have a correlation, the amount of pulverized coal or the amount of air is determined based on the temperature of the reducing flame. It is also possible to control.

【0056】微粉炭の燃焼において、未燃分を少なくす
るために酸化炎の空気比を検出して、その空気比が1に
なるように空気ノズルから噴出する空気の量を調節する
こともまた重要である。微粉炭ボイラでは、休止してい
るバーナがあるので、そのバーナに設置された採光器を
利用して酸化炎の火炎の発光を採光し、空気比を算出し
て、空気ノズルの空気量を制御することは極めて有効で
ある。酸化炎の空気比は1以上にすることが望ましい。
In the combustion of pulverized coal, it is also possible to detect the air ratio of the oxidizing flame in order to reduce the unburned content and adjust the amount of air ejected from the air nozzle so that the air ratio becomes 1. is important. In a pulverized coal boiler, there is a dormant burner.Therefore, a lighting device installed in the burner is used to collect the flame emission of the oxidizing flame, calculate the air ratio, and control the air volume of the air nozzle. To do is extremely effective. It is desirable that the air ratio of the oxidizing flame be 1 or more.

【0057】[0057]

【発明の効果】火炎内脱酸方式の微粉炭バーナによる微
粉炭の燃焼において、火炎内側に形成される還元炎の温
度或いは空気比を算出して微粉炭或いは空気の供給量或
いは微粉炭の粒径を制御することにより、NOxの発生
を最小に抑えられる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the combustion of pulverized coal by the pulverized coal burner of the in-flame deoxidizing method, the temperature or the air ratio of the reducing flame formed inside the flame is calculated to supply the amount of pulverized coal or air or the grains of pulverized coal. By controlling the diameter, the generation of NOx can be minimized.

【0058】またアフタエアポートによる火炎の発光強
度から空気比を求めて、その空気量を制御することによ
り、未燃分低減の効果をより一層高めることが可能とな
る。
Further, by obtaining the air ratio from the emission intensity of the flame from the after air port and controlling the air amount, the effect of reducing the unburned content can be further enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す微粉炭燃焼装置の概略
構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pulverized coal combustion apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図2】気相の空気比とNOx濃度との相関図。FIG. 2 is a correlation diagram between a gas-phase air ratio and NOx concentration.

【図3】発光分析器の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an emission analyzer.

【図4】微粉炭量演算器による微粉炭量の計算方法を示
す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method of calculating the amount of pulverized coal by a pulverized coal amount calculator.

【図5】反応モデルの計算手順を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a calculation procedure of a reaction model.

【図6】アフタエアポートを有する微粉炭ボイラとアフ
タエアポート部分で形成される火炎の空気比を算出する
手段を具備する燃焼装置の概略図。
FIG. 6 is a schematic view of a combustion device including a pulverized coal boiler having an after-air port and a unit for calculating an air ratio of a flame formed at the after-air port portion.

【図7】アフタエアポート部分の拡大図。FIG. 7 is an enlarged view of an after-airport portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…採光器、3…微粉炭ノズル、5…保炎リング、6…
還元炎、7…酸化炎、9…旋回羽根、10…微粉炭と一
次空気の混合物、11…二次空気ノズル、12…三次空
気ノズル、15…空気比演算器、16…発光分析器、2
1…光ファイバー、31…燃焼制御手段、41a…還元
炎の空気比、41b…還元炎の温度、70…アフタエア
ポート、100…微粉炭バーナ。
1 ... Dimmer, 3 ... Pulverized coal nozzle, 5 ... Flame retaining ring, 6 ...
Reduction flame, 7 ... Oxidizing flame, 9 ... Swirl blade, 10 ... Mixture of pulverized coal and primary air, 11 ... Secondary air nozzle, 12 ... Tertiary air nozzle, 15 ... Air ratio calculator, 16 ... Emission analyzer, 2
1 ... Optical fiber, 31 ... Combustion control means, 41a ... Air ratio of reducing flame, 41b ... Temperature of reducing flame, 70 ... After air port, 100 ... Pulverized coal burner.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 正行 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 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masayuki Taniguchi 7-1, 1-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Hiroshi Okazaki 1-chome, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Company Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Shigeki Morita 6-9 Takaracho, Kure City, Hiroshima Prefecture Babcock Hitachi Kure Factory

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸素不足の還元炎領域と酸素過剰の酸化炎
領域とを有する火炎を形成する微粉炭バーナを備えた微
粉炭燃焼装置において、 前記バーナによって形成される還元炎領域の火炎温度と
空気比の少なくとも1つが設定された条件になるように
該バーナに供給する微粉炭と空気の量或いは微粉炭の粒
径の少なくとも1つを制御する手段を備えたことを特徴
とする微粉炭燃焼装置。
1. A pulverized coal combustion apparatus equipped with a pulverized coal burner that forms a flame having a reducing flame region having an oxygen deficiency and an oxidizing flame region having an oxygen excess, and a flame temperature of a reducing flame region formed by the burner, Combustion of pulverized coal provided with means for controlling at least one of the amount of pulverized coal and air supplied to the burner or the particle size of the pulverized coal so that at least one of the air ratios becomes a set condition. apparatus.
【請求項2】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微粉
炭ノズルの外周に少なくとも1つの環状の空気ノズルを
同心的に備えた微粉炭バーナを具備する燃焼装置におい
て、 前記微粉炭ノズルの内部を通して該ノズルから見える視
野の火炎の発光を採光し、該発光から演算して求めた火
炎温度と空気比の少なくとも1つが設定された条件にな
るように前記微粉炭バーナへ供給する微粉炭と空気の供
給条件を制御する手段を備えたことを特徴とする微粉炭
燃焼装置。
2. A combustion apparatus comprising a pulverized coal burner concentrically provided with at least one annular air nozzle on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for conveying and ejecting pulverized coal by air flow. Pulverized coal supplied to the pulverized coal burner such that the emission of flame in the field of view seen from the nozzle is sampled through the interior and at least one of the flame temperature and the air ratio calculated from the emission is in a set condition. A pulverized coal combustion apparatus comprising means for controlling air supply conditions.
【請求項3】請求項2において、前記酸素不足の火炎の
発光を採光する採光器を前記微粉炭ノズルの中心軸方向
の該ノズルの曲がり部外側に設けたことを特徴とする微
粉炭燃焼装置。
3. The pulverized coal combustion apparatus according to claim 2, wherein a light collector for collecting the light emission of the oxygen-deficient flame is provided outside the curved portion of the pulverized coal nozzle in the direction of the central axis of the pulverized coal nozzle. .
【請求項4】請求項2又は3において、前記採光した火
炎の発光強度から算出された火炎温度に基づいて空気比
を算出する手段を備えたことを特徴とする微粉炭燃焼装
置。
4. The pulverized coal combustion apparatus according to claim 2 or 3, further comprising means for calculating an air ratio based on the flame temperature calculated from the emission intensity of the collected flame.
【請求項5】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微粉
炭ノズルの外周に同心的に少なくとも1つの環状の空気
ノズルを有する微粉炭バーナを具備し、該バーナにより
微粉炭を完全燃焼させるには酸素不足の還元炎領域と酸
素過剰の酸化炎領域とを有する火炎を形成するようにし
た燃焼装置において、 前記微粉炭バーナにより形成される火炎内の火炎根元部
から火炎先端方向に向かって微粉炭ノズル径(D)の3
倍までの距離に含まれる火炎の発光を採光して求めた火
炎温度と空気比の少なくとも1つが設定された条件にな
るように前記微粉炭バーナへ供給する微粉炭及び空気の
供給条件を制御する手段を備えたことを特徴とする微粉
炭燃焼装置。
5. A pulverized coal burner having at least one annular air nozzle which is concentrically provided on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for conveying and ejecting pulverized coal by air, and the pulverized coal is completely burned by the burner. In the combustion device configured to form a flame having an oxygen-deficient reducing flame region and an oxygen-excessive oxidizing flame region, from the flame root portion in the flame formed by the pulverized coal burner toward the flame tip direction. Pulverized coal nozzle diameter (D) 3
The supply conditions of pulverized coal and air to be supplied to the pulverized coal burner are controlled so that at least one of the flame temperature and the air ratio obtained by collecting the light emission of the flame included in the distance up to twice becomes the set condition. A pulverized coal combustion apparatus characterized by comprising means.
【請求項6】請求項5において、前記火炎根元部から火
炎先端方向に向かって微粉炭ノズル径(D)の3倍まで
の距離にあり且つ微粉炭ノズル延長方向の領域に含まれ
る火炎内部の発光から火炎温度と空気比の少なくとも1
つを算出して、これらが設定された条件になるように前
記微粉炭バーナへ供給する微粉炭及び空気の供給条件を
制御する手段を備えたことを特徴とする微粉炭燃焼装
置。
6. The inside of the flame included in a region extending in the pulverized coal nozzle extension direction at a distance of up to 3 times the pulverized coal nozzle diameter (D) from the flame root portion toward the flame tip direction. From light emission to flame temperature and air ratio of at least 1
The pulverized coal combustion apparatus is provided with a means for calculating the two and controlling the supply conditions of the pulverized coal and air to be supplied to the pulverized coal burner so that these become the set conditions.
【請求項7】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微粉
炭ノズルの外周に少なくとも1つの環状の空気ノズルを
同心的に有する微粉炭バーナを具備し、微粉炭を完全燃
焼させるには酸素不足の還元炎と酸素過剰の酸化炎とを
有する火炎を形成するようにした燃焼装置において、 前記微粉炭バーナにより形成される火炎の幅方向のほぼ
中心の火炎内部の発光を採光して火炎温度と空気比の少
なくとも1つを算出し、これらが設定された条件になる
ように前記微粉炭バーナへ供給する微粉炭及び空気の供
給条件を制御する手段を備えたことを特徴とする微粉炭
燃焼装置。
7. A pulverized coal burner having at least one annular air nozzle concentrically on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for carrying and ejecting the pulverized coal by air flow, and oxygen is provided for complete combustion of the pulverized coal. In a combustion device configured to form a flame having an insufficient reducing flame and an oxygen-excessive oxidizing flame, the temperature of the flame formed by the pulverized coal burner is measured by collecting light emission inside the flame in substantially the center of the flame. And at least one of the air ratios, and means for controlling the supply conditions of the pulverized coal and the air to be supplied to the pulverized coal burner so that these are set conditions. apparatus.
【請求項8】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微粉
炭ノズルの外周に少なくとも1つの環状の空気ノズルを
同心的に備えた微粉炭バーナを火炉の高さ方向に少なく
とも一段配置し、各段に複数個の該微粉炭バーナを配置
して、各バーナによりそれぞれ微粉炭を完全燃焼させる
には酸素不足の還元炎と酸素過剰の酸化炎とを有する火
炎を形成するようにした燃焼装置において、 前記微粉炭バーナの全てに前記微粉炭ノズル内から見え
る視野の火炎の発光を採光する採光器を設け、該採光器
により採光した火炎の発光から火炎温度と空気比の少な
くとも1つを算出する手段と、算出された値が前記各段
の微粉炭バーナのいずれも同様になり且つ設定された条
件になるように各バーナへ供給する微粉炭及び空気の供
給条件を制御する手段を備えたことを特徴とする微粉炭
燃焼装置。
8. A pulverized coal burner concentrically provided with at least one annular air nozzle on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for conveying and ejecting pulverized coal by air is arranged in at least one stage in the height direction of the furnace. A combustion device in which a plurality of pulverized coal burners are arranged in each stage, and a flame having an oxygen-deficient reducing flame and an oxygen-excessive oxidizing flame is formed in order to completely burn the pulverized coal by each burner. In, all of the pulverized coal burner is provided with a dimmer that illuminates the light emission of the flame in the field of view seen from the inside of the pulverized coal nozzle, and at least one of the flame temperature and the air ratio is calculated from the emission of the flame lit by the dimmer. And a means for controlling the supply conditions of the pulverized coal and air to be supplied to each burner so that the calculated value is the same for all of the pulverized coal burners of the respective stages and the set conditions are satisfied. A pulverized coal combustion device characterized in that
【請求項9】請求項2ないし8のいずれか1つにおい
て、前記微粉炭ノズルが微粉炭と水との混合流に空気流
を衝突させて微粉炭を霧化して噴出するアトマイザ方式
のノズルよりなることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
9. The atomizer type nozzle according to claim 2, wherein said pulverized coal nozzle atomizes and ejects pulverized coal by colliding an air flow with a mixed flow of pulverized coal and water. A pulverized coal combustion device characterized by:
【請求項10】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微
粉炭ノズルの外周に少なくとも1つの環状の空気ノズル
を同心的に備えた微粉炭バーナを火炉の高さ方向に少な
くとも一段配置し、各段に複数個の該微粉炭バーナを配
置して、各バーナによりそれぞれ微粉炭を完全燃焼させ
るには酸素不足の還元炎と酸素過剰の酸化炎とを有する
火炎を形成するようにし、最上段の該微粉炭バーナの上
段にアフタエアポートを設けた燃焼装置において、 前記微粉炭バーナの全てに微粉炭ノズル内から見える視
野の火炎の発光を採光する採光器を設け、該採光器で採
光した火炎の発光から火炎温度と空気比の少なくとも1
つを算出する手段と、得られた値が前記各段の微粉炭バ
ーナのいずれも同様になり且つ設定された条件になるよ
うに各バーナへ供給する微粉炭及び空気の供給条件を制
御する手段と、前記アフタエアポートから噴出された空
気と火炉内の未燃分とによって形成される火炎の内部の
発光を採光して空気比を算出し該空気比がほぼ1になる
ように該アフタエアポートへ供給する空気量と空気旋回
量の少なくとも一方を制御する手段とを備えたことを特
徴とする微粉炭燃焼装置。
10. A pulverized coal burner concentrically provided with at least one annular air nozzle on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for conveying and ejecting pulverized coal by air is arranged in at least one stage in the height direction of the furnace. A plurality of pulverized coal burners are arranged in each stage, and in order to completely burn the pulverized coal by each burner, a flame having an oxygen-deficient reducing flame and an oxygen-excessive oxidizing flame is formed. In the combustion device having an after-air port in the upper stage of the pulverized coal burner, the pulverized coal burner is provided with a dimmer that illuminates the emission of the flame in the field of view seen from inside the pulverized coal nozzle, and the flame lit by the dimmer At least 1 of flame temperature and air ratio
And a means for controlling the supply conditions of the pulverized coal and air to be supplied to each burner so that the obtained value is the same as that of the pulverized coal burner of each stage and has the set condition. Then, the air ratio is calculated by collecting the light emission inside the flame formed by the air ejected from the after-air port and the unburned components in the furnace, and the air ratio is set to approximately 1 to the after-air port. A pulverized coal combustion apparatus comprising: means for controlling at least one of an amount of supplied air and an amount of swirling air.
【請求項11】請求項2ないし10のいずれか1つにお
いて、前記採光器によって採光した火炎の発光を分析す
る発光分析手段と、火炎の発光から算出された火炎温度
と空気比と炭種データベースと平衡ガス組成表とから微
粉炭供給量を演算する手段とを備えたことを特徴とする
微粉炭燃焼装置。
11. The emission analysis means for analyzing the luminescence of the flame lit by the illuminator, the flame temperature, the air ratio, and the coal species database calculated from the luminescence of the flame according to any one of claims 2 to 10. And a means for calculating the amount of pulverized coal supplied from the equilibrium gas composition table.
【請求項12】請求項2ないし8と10及び11のいず
れか1つにおいて、前記微粉炭ノズル先端部に外方に向
けて径が拡大する保炎リングを有する微粉炭バーナを備
えたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
12. The pulverized coal burner according to claim 2, further comprising a pulverized coal burner having a flame-holding ring whose diameter increases outward at the tip of the pulverized coal nozzle. Characterized pulverized coal combustion device.
【請求項13】請求項2ないし12のいずれか1つにお
いて、前記微粉炭バーナによって形成される酸素過剰の
火炎の発光強度から空気比を検出し、該空気比がほぼ1
になるように前記空気ノズルへ供給する空気量を制御す
る手段を備えたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
13. The air ratio according to claim 2, wherein the air ratio is detected from the emission intensity of an oxygen-excessive flame formed by the pulverized coal burner, and the air ratio is approximately 1.
The pulverized coal combustion apparatus is provided with a means for controlling the amount of air supplied to the air nozzle.
【請求項14】微粉炭を空気で気流搬送して噴出する微
粉炭ノズルの外周に少なくとも1つの空気ノズルを同心
的に備えた微粉炭バーナにより微粉炭を燃焼して、該バ
ーナ近傍に微粉炭を完全燃焼するには酸素不足の還元炎
を形成し、該還元炎の外周に酸素過剰の酸化炎を形成す
るようにした微粉炭燃焼方法において、 前記還元炎の発光から該還元炎の温度と空気比の少なく
とを1つを求め、これらの値が設定された条件になるよ
うに前記バーナに供給する微粉炭と空気の供給条件を制
御するようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼方法。
14. A pulverized coal burner is burned by a pulverized coal burner concentrically provided with at least one air nozzle on the outer periphery of a pulverized coal nozzle for conveying and ejecting the pulverized coal by air, and the pulverized coal is provided in the vicinity of the burner. In a pulverized coal combustion method in which an oxygen-deficient reducing flame is formed for complete combustion of the reducing flame, and an oxygen-excessive oxidizing flame is formed on the outer periphery of the reducing flame. A method for combusting pulverized coal, characterized in that at least one of the air ratios is obtained, and the conditions for supplying pulverized coal and air supplied to the burner are controlled so that these values become set conditions. .
【請求項15】請求項14において、前記微粉炭ノズル
の内部から見える視野の火炎の発光を該ノズル内を通し
て採光して得た発光強度から火炎温度と空気比の少なく
とも1つを算出し、これらが設定された条件になるよう
に微粉炭及び空気の供給条件を制御するようにしたこと
を特徴とする微粉炭燃焼方法。
15. The method according to claim 14, wherein at least one of the flame temperature and the air ratio is calculated from the emission intensity obtained by collecting the emission of the flame in the field of view seen from the inside of the pulverized coal nozzle through the inside of the nozzle. The pulverized coal combustion method is characterized in that the conditions for supplying pulverized coal and air are controlled so that the above condition is set.
【請求項16】請求項14又は15において、前記酸素
不足の火炎の空気比の上限値が0.9を超えないように
微粉炭及び空気の供給条件を制御することを特徴とする
微粉炭燃焼方法。
16. The pulverized coal combustion according to claim 14 or 15, wherein the conditions for supplying pulverized coal and air are controlled so that the upper limit of the air ratio of the oxygen-deficient flame does not exceed 0.9. Method.
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