JPH08312917A - 低ＮＯｘ微粉炭燃焼方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バーナノズル出口における微粉炭濃度を均一
化し、着火と火炎輝度の安定性を向上させることができ
る低ＮＯｘ微粉炭燃焼方法を提供する。 【構成】 石炭粉砕ミルで粉砕された微粉炭を１次空気
とともに送炭管１により搬送し、これをベンド通路（バ
ーナ入口曲がり部分）２とこれに続く筒状ノズル部（隔
壁を有するダクト）１２からなる微粉炭ノズル４を介し
て火炉８６内に噴射して燃焼させる低ＮＯｘ微粉炭燃焼
方法において、ベンド通路２とこれに続く筒状ノズル部
１２の内部通路を水平方向に２分割する隔壁１１および
１３を介して微粉炭と１次空気の混合流１４を二つの分
割流路に分流させるとともに旋回流とし、その後、両分
流を合体させて微粉炭ノズル出口端部から火炉８６内に
噴射して燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低ＮＯｘ微粉炭燃焼方
法および装置に係り、特に低ＮＯｘ燃焼が要求される微
粉炭燃焼において超低ＮＯｘ安定燃焼に好適な低ＮＯｘ
微粉炭燃焼方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラ等に用いられる微粉炭燃焼
システムには、分級機を内蔵した微粉炭機（以下、ミル
と称す）で石炭を粉砕し、分級により所定の大きさ以下
の微粉を搬送用空気でバーナ部へ直接供給する燃焼シス
テムが実用化されている。この微粉炭燃焼システムの低
ＮＯｘ化技術としては、２段燃焼法（エアステージン
グ）が代表的である。この２段燃焼法には外部式と内部
式があり、外部式は燃焼炉のバーナゾーンでの空気比
（燃料に対する必要空気の割合で１が量論的当量）を１
以下の燃料リッチな条件に保つことで生成ＮＯｘを還元
し低ＮＯｘ化を図り、未燃焼燃料については、バーナゾ
ーン後流に設置されている空気投入孔から空気を投入
し、完全に燃焼させる方式である。また内部式２段燃焼
法とは、バーナの２次、３次空気に旋回をかけて、１次
空気のみで着火燃焼している微粉炭流との混合を遅らせ
るバーナゾーンでの２段燃焼法であり、例えば微粉炭低
ＮＯｘバーナ（実開昭６０−１７６３１５号公報、特開
昭６２−１７２１０５号公報）で実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の外部および内部
２段燃焼法の併用による低ＮＯｘ技術により、ボイラ出
口でのＮＯｘ排出量が１００〜１５０ｐｐｍ前後（燃料
比＝固定炭素／揮発分の値が２、石炭中Ｎ分１．５％の
基準炭で、灰中未燃分５％以下）まで下げられるように
なった。

【０００４】しかしながら、環境対策としての燃焼排ガ
スに含まれるＮＯｘ排出量の規制は厳しくなる一方で、
ボイラ出口ＮＯｘ排出濃度も１００ｐｐｍ以下の低い値
が要求される。これに加えて石炭の輸入依存度が１００
％に近い我が国では炭種によらず安定した低ＮＯｘ化の
技術の確立は必要不可欠である。ＮＯｘ排出量１００ｐ
ｐｍ以下の低ＮＯｘ対策としては、バーナ部での内部２
段燃焼法のさらなる強化をねらって、微粉炭を搬送して
いる１次空気の流れの中に保炎器を設置し着火保炎を強
化する方法、ボイラ燃焼システムのミルからバーナへ搬
送する途中で、微粉炭を微粒粉と粗粒粉に分級し、さら
に空気と排ガスの混合ガスで微粒粉を搬送する燃焼装置
など未公知の方法が提案されている。これらの方法は、
バーナ出口部分における着火保炎を強化して、高温還元
領域を時間的にも空間的にも拡大しようとする意図があ
り、このレベルでは同一の発想である。

【０００５】しかし、扱っている燃料が微粉炭であるこ
とから、バーナ出口部分における燃焼条件（局所空気比
〔空気／燃料の比率〕）が均一になりにくい。したがっ
て、小型装置による実験では低ＮＯｘが図れるのに対し
て、実機等にスケールアップして予想した性能が出ない
場合には、このようなことが原因であるケースもある。
局所空気比が設定値にならない原因としては、空気流量
のアンバランス等が原因の場合もあるが、主に微粉炭の
偏流が原因である場合が多い。

【０００６】図８は、微粉炭燃焼装置（以下、単にバー
ナということがある）が適用される、微粉炭焚きボイラ
の系統図である。図において燃料である石炭は、石炭バ
ンカ８１に一時貯蔵された後にミル８２で粉砕されて微
粉炭に加工される。一方、この微粉炭をバーナまで搬送
する１次空気は、ＰＡＦ（Ｐｒｉｍａｒｙ ＡｉｒＦａ
ｎ）８３によって加圧された後に、ボイラ出口部分に設
けられた熱交換器８４で高温の燃焼排ガスと熱交換され
て、約３００℃まで昇温された後にミルに送られる。こ
の１次空気はミル内部で石炭の付着水分を蒸発した後に
微粉炭とともに送炭管１によりバーナ８５まで送られ
る。バーナ入口部分における１次空気温度は約８０℃ま
で低下する。

【０００７】図９と図１０は、このような微粉炭焚きボ
イラ装置に適用される従来バーナの断面構造を示した。
それぞれバーナ中心軸１０に対して半断面部分を表示し
たので、バーナの下半分の空気供給装置は省略されてい
る。図９は、２次空気２２と３次空気２３の流路出口２
２ａ、２３ａが隣接したバーナ断面である。一方、図１
０は、２次空気２２と３次空気２３の流路出口２２ａ、
２３ａが離れたバーナ断面であり、燃焼用空気がバーナ
中心から離して投入されるので、バーナ近傍における還
元領域が拡大するために低ＮＯｘ化が図れる。すなわち
図１０は、図９のバーナをさらに低ＮＯｘ用に改良した
ものである。

【０００８】図９と図１０に示す従来のバーナでは、微
粉炭ノズル入口部分の曲がり部分２に分散板９１が設置
されている。分散板９１は送炭管内部で偏流した微粉炭
を分散させるための構造物である。分散板９１に衝突し
た微粉炭粒子は分散して、ノズル出口部分に送られる。
しかし、このような従来バーナにおいて、分散板９１に
よる微粉炭の分散は充分でなかったために、ノズル内部
にベンチュリ（絞り部分）９２が設置され、さらなる粒
子分散効果を得るような構造がとられていた。しかし、
これら分散板とベンチュリの構成では充分な分散効果が
得られないことが実験的にわかってきた。なぜなら、こ
の分散板とベンチュリ部分における圧力損失は１００mm
Ａｑ以下であり、一度偏流し、凝集した粒子群を分散さ
せるだけのエネルギーが与えられないからである。近年
ボイラ効率の向上のために補機動力の低減が実施されて
おり、１次空気のバーナ部分における圧力損失の増加は
現状では考えられない。

【０００９】偏流した微粉炭粒子群は、ノズル出口部分
において局所的に（ノズル出口部分の周方向で１個所）
高濃度領域を形成させるために着火が不安定になる。ま
た火炎輝度にむらができることから、火炎検出器の出力
が低下して、失火信号につながる誤信号を出し易くなる
という問題がある。本発明の目的は、上記先行技術の問
題点を解決し、バーナノズル出口における微粉炭濃度を
均一化し、着火と火炎輝度の安定性を向上させることが
できる低ＮＯｘ微粉炭燃焼方法および装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。 （１）石炭粉砕ミルで粉砕された微粉炭を１次空気とと
もに燃料パイプにより搬送し、これをベンド通路とこれ
に続く筒状ノズル部よりなる微粉炭ノズルを介して火炉
内に噴射して燃焼させる微粉炭燃焼方法において、上記
ベンド通路とこれに続く筒状ノズル部に設けられ内部通
路を水平方向に左右に分割する隔壁を介して、上記微粉
炭と１次空気の混合流を各分割通路に分流させるととも
に旋回流となし、その後両分流を合体させ微粉炭ノズル
出口端部から火炉内に噴射して燃焼させることを特徴と
する低ＮＯｘ微粉炭燃焼方法。

【００１１】（２）微粉炭を空気とともに搬送する燃料
パイプと、この燃料パイプの出口端部に接続されるベン
ド通路部およびこのベンド通路部に接続され該通路から
の微粉炭と空気の混合流を受入れ、これを火炉内に噴射
する筒状ノズル部とからなる微粉炭ノズルと、この微粉
炭ノズル出口端に設けた保炎器と、該保炎器外側に設け
た燃焼用空気供給口とを備えた微粉炭用燃焼装置におい
て、前記ベンド通路部に該通路を水平方向に左右に分割
する分割隔壁を設けたことを特徴とする低ＮＯｘ微粉炭
燃焼装置。

【００１２】（３）石炭粉砕ミルから微粉炭を１次空気
とともに搬送する燃料パイプと、この燃料パイプの出口
端部に接続されるベンド通路部およびこのベンド通路部
に接続され該通路部からの微粉炭と１次空気の混合物を
受入れ、これを火炉内に噴射する筒状ノズル部とからな
る微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズル出口端に設けた保炎
器と、該保炎器外側に設けた燃焼用空気供給口とを備え
た微粉炭用燃焼装置において、前記ベンド通路部、およ
びこれに続く筒状ノズル部の上流部に、それら通路内を
水平方向に左右ほぼ対称に分割する分割隔壁を設け、か
つ該分割隔壁と微粉炭ノズル内壁との接合部になめらか
な曲率構造部を設けたことを特徴とする低ＮＯｘ微粉炭
燃焼装置。

【００１３】（４）前記分割隔壁で分離された、筒状ノ
ズル部の２つの流路の出口部を入口部に対して前記筒状
ノズル部の同一周方向にそれぞれ９０度変位さたことを
ことを特徴とする（３）記載の低ＮＯｘ微粉炭燃焼装
置。

【００１４】

【作用】本発明では、微粉炭ノズルの入口ベンド部や、
それに続く筒状ノズル部に分割隔壁手段を設けたので、
微粉炭ノズルに流入した微粉炭と１次空気の混合流は分
割されて２つの渦流となって分流し、筒状ノズル部の分
割隔壁のない後流域で合体し、微粉炭濃度が均一化され
て火炉に噴射されるので、着火の安定と輝度むらのない
低ＮＯｘ微粉炭燃焼が達成される。

【００１５】

【実施例】図４に、微粉炭バーナ部と燃焼用空気として
２次空気と３次空気に旋回をかけて供給するエアレジス
タ部とを組合わせた本発明になるバーナ構造を示した。
図１は、図４に示した微粉炭バーナ８５の微粉炭ノズル
４の入口部分、送炭管１の軸方向断面図、図２は、図１
における曲がり部分２のII−II線断面構造を示した図で
ある。

【００１６】図２において、ベンド部、すなわちバーナ
入口の曲がり部分２に流入する１次空気流速は分布を持
っており、当然管の中心部分の流速が高い。この曲がり
部分において管の中心に流路を左右に２分割するための
バーナノズル入口部隔壁１１が垂直に設けられている。
この壁の効果で流れは左右に２分割され、２つの渦が形
成される。渦の方向は時計回りと反時計回りで各々が逆
回転となる。さらにこの渦が破壊されにくいように、こ
の後流に各々の流路を左右に分割する隔壁を有するダク
ト１２が設けられている（図１）。図３は、隔壁を有す
るダクト１２のIII −III 線断面構造である。このダク
トの構造は微粉炭がたまりにくいように、円形または楕
円の流路断面形状であり、２つの流路を持つ構造となっ
ている。このようなバーナにおいて微粉炭は送炭管１を
介し１次空気によってバーナ８５まで搬送され、バーナ
入口の曲がり部分２に設けた垂直２等分隔壁１１で２等
分されるとともにそれぞれに旋回がかけられた後に、垂
直２等分隔壁１３を有する微粉炭送給用ダクト１２内を
２つの渦流となって送給され、微粉炭ノズル４の先端に
設けた保炎器３で着火されて炉内に噴出される。

【００１７】本発明では、２つの渦形成によって、バー
ナ入口で局所濃縮した微粉炭噴流を２つの噴流に分割し
て渦を発生させ、こられの渦の干渉によって分散効果を
得る。この分散効果が充分でない場合でもバーナのノズ
ル出口部分において２つの高濃度噴流が形成されること
から、高濃度噴流が１つしか生成されない従来バーナと
比較すると着火の安定化と輝度むらの低減が図れる。

【００１８】本実施例において、ベンド部２のみに分割
隔壁を設けても微粉炭の均一分散効果が向上する。図５
は、本発明の他の実施例を示す図であり、このバーナ
は、図４とほぼ同じ構造であるが、燃焼用空気のうち２
次空気２２と３次空気２３の流路を半径方向に拡大した
構造を有するものである。このバーナでは、燃料と空気
の混合時間が遅れることから、バーナ中心部分の還元領
域の拡大が図られることになり、低ＮＯｘにはさらなる
効果が期待できる。

【００１９】図４および図５に示すように、本発明にお
いてはダクト１２内に設ける隔壁はダクト上流域のみに
設け、ダクト１２の後流域では左右に分割された２つの
渦流を合流させ濃度分布を均一化させたのち、出口端か
ら炉内に噴射するようにしている。図１１および図１２
は、それぞれ図４の微粉炭バーナおよび本発明の別の実
施例バーナの隔壁を有するダクト構造において分割流路
構造をわかり易く表示するために２枚の板（フランジ）
に円筒形状の管が２本つながった構造として示した図で
ある。

【００２０】図１２のバーナは、図１１と異なり、ダク
ト入口部分において水平に並んでいる２つの流路が、ダ
クト出口部分において９０度だけダクトの周方向に変位
している。図１２のように、ダクト入口部分において水
平に並んでいる２つの流路が、ダクト出口部分において
９０度だけダクトの周方向に変位している場合にはダク
ト内の２つの流路において局所的に微粉炭濃度の高い噴
流が生じても、これがその出口部分で合体するのを防止
する効果がある。

【００２１】以下、この理由について詳述する。送炭管
内部の微粉炭の流れは、局所的には高濃度な流れが形成
されている場合が多い。これはミル出口部分から種々の
流路を経由してバーナまで送られてくるが、配管の曲が
り部分において粒子に加速度が加わることから、偏流が
避けられないからである。

【００２２】したがって、バーナ入口部分において局所
的に高濃度な微粉炭噴流が形成されている。このような
状態で隔壁によって２つの旋回噴流（渦）を発生させて
も、やはり２つの筋状の高濃度旋回流が生成されると考
えられる。この際問題になるのは、バーナ出口部分にお
ける濃度むらである。高濃度領域が１個所に集約される
現象を避けなければならないが、渦の状態は一定ではな
いことから、バーナ出口部分において２つの筋状の噴流
が形成される可能性もあるが、高濃度領域が合体するこ
とも考えられる。これは、１次空気流量がバーナ負荷と
ともに変わることが原因である。

【００２３】すなわち図１１においてバーナ出口部分の
高濃度噴流は、図中において同じ番号の個所に集まる場
合が考えられる。例えば１ｖｓ１、２ｖｓ２、３ｖｓ
３、４ｖｓ４になり、２ｖｓ２の位置に高濃度噴流が来
た場合、高濃度噴流が合体する。しかしながら、図１２
に示したように２本の管の出口部の位置を入口部に対し
てノズルの周方向に９０度回転した構成とすることによ
り１ｖｓ１、２ｖｓ２、３ｖｓ３、４ｖｓ４でも噴流が
隣接せずに衝突や合体する現象を避けることができる。
従って、微粉炭の分散効果がより向上し、着火の安定化
と輝度むらを低減する効果がより促進される。

【００２４】図６と図７にバーナ入口部分のベンド部構
造を通常の管状ダクトの曲がり構造、すなわちエルボ構
造６にしたさらに別の実施例構造を示した。図６および
図７のベンド部構造は、単純なエルボに加えて流路を分
割する隔壁１１が形成されている。図６は、従来バーナ
にエルボ構造の渦発生装置を取付けた例であり、図７
は、図６をさらに低ＮＯｘ化対策したもので、燃焼用空
気をバーナ中心から離して投入するバーナに、図６と同
様エルボ構造の渦発生装置を取付けた例を示す。これら
のバーナは、図１、図２で示した分散板を使用したベン
ド部構造のバーナの効果に加え、構造が単純であること
から製作費用が安価であることに加えて摩耗時の交換も
容易である。

【００２５】

【発明の効果】本発明になる低ＮＯｘ微粉炭燃焼装置に
よれば、通常の微粉炭バーナでなし得なかった火炎の安
定化が図られる。バーナ出口部分において、微粉炭濃度
偏差が縮小されることから、微粉炭バーナで着火不良か
ら生じ易い火炎検出器の出力低下現象を抑制することが
できる。

【００２６】したがって、火炎検出器の誤検出で生じる
失火遮断のプロセスを最小限に抑えることができること
から、バーナの信頼性の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例になる微粉炭焚き低ＮＯｘバー
ナの入口部分送炭管の軸方向断面図。

【図２】図１で示す実施例のII−II部分の流路断面図。

【図３】図１で示す実施例のIII −III 部分の流路断面
図。

【図４】本発明の微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの実施例断
面図。

【図５】本発明の微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの他の実施
例断面図。

【図６】その他の実施例図。

【図７】その他の実施例図。

【図８】微粉炭焚きボイラの燃焼系統図。

【図９】従来バーナの断面図。

【図１０】他の従来バーナの断面図。

【図１１】本発明の実施例になる微粉炭焚き低ＮＯｘバ
ーナの分割流路図。

【図１２】本発明の他の実施例になる微粉炭焚き低ＮＯ
ｘバーナの分割流路図。

【符号の説明】

１…送炭管、２…バーナ入口曲がり部分、３…保炎器、
４…微粉炭ノズル、５…油起動バーナ、６…エルボ、１
１…バーナ入口部隔壁、１２…隔壁を有するダクト、１
３…バーナ出口部隔壁、１４…微粉炭＋１次空気流、１
５…時計方向回り渦、１６…反時計方向回り渦、１７…
２次空気エアレジスタ、１８…３次空気エアレジスタ、
１９…空気流量調整ダンパ、８１…石炭バンカ、８２…
ミル、８３…１次空気送風機、８４…空気加熱用熱交換
器、８５…バーナ、８６…火炉、８７…風箱、９１…分
散板、９２…ベンチュリー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷津 紀之 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 木山 研滋 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭粉砕ミルで粉砕された微粉炭を１次
   空気とともに燃料パイプにより搬送し、これをベンド通
   路とこれに続く筒状ノズル部よりなる微粉炭ノズルを介
   して火炉内に噴射して燃焼させる微粉炭燃焼方法におい
   て、上記ベンド通路とこれに続く筒状ノズル部に設けら
   れ内部通路を水平方向に左右に分割する隔壁を介して、
   上記微粉炭と１次空気の混合流を各分割通路に分流させ
   るとともに旋回流となし、その後両分流を合体させ微粉
   炭ノズル出口端部から火炉内に噴射して燃焼させること
   を特徴とする低ＮＯｘ微粉炭燃焼方法。
2. 【請求項２】 微粉炭を空気とともに搬送する燃料パイ
   プと、この燃料パイプの出口端部に接続されるベンド通
   路部およびこのベンド通路部に接続され該通路からの微
   粉炭と空気の混合流を受入れ、これを火炉内に噴射する
   筒状ノズル部とからなる微粉炭ノズルと、この微粉炭ノ
   ズル出口端に設けた保炎器と、該保炎器外側に設けた燃
   焼用空気供給口とを備えた微粉炭用燃焼装置において、
   前記ベンド通路部に該通路を水平方向に左右に分割する
   分割隔壁を設けたことを特徴とする低ＮＯｘ微粉炭燃焼
   装置。
3. 【請求項３】 石炭粉砕ミルから微粉炭を１次空気とと
   もに搬送する燃料パイプと、この燃料パイプの出口端部
   に接続されるベンド通路部およびこのベンド通路部に接
   続され該通路部からの微粉炭と１次空気の混合物を受入
   れ、これを火炉内に噴射する筒状ノズル部とからなる微
   粉炭ノズルと、該微粉炭ノズル出口端に設けた保炎器
   と、該保炎器外側に設けた燃焼用空気供給口とを備えた
   微粉炭用燃焼装置において、前記ベンド通路部、および
   これに続く筒状ノズル部の上流部に、それら通路内を水
   平方向に左右ほぼ対称に分割する分割隔壁を設け、かつ
   該分割隔壁と微粉炭ノズル内壁との接合部になめらかな
   曲率構造部を設けたことを特徴とする低ＮＯｘ微粉炭燃
   焼装置。
4. 【請求項４】 前記分割隔壁で分離された、筒状ノズル
   部の２つの流路の出口部を入口部に対して前記筒状ノズ
   ル部の同一周方向にそれぞれ９０度変位させたことをこ
   とを特徴とする請求項３記載の低ＮＯｘ微粉炭燃焼装
   置。