JPH0886408A - 硫黄含有燃料の燃焼方法 - Google Patents

硫黄含有燃料の燃焼方法

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JPH0886408A JP22498694A JP22498694A JPH0886408A JP H0886408 A JPH0886408 A JP H0886408A JP 22498694 A JP22498694 A JP 22498694A JP 22498694 A JP22498694 A JP 22498694A JP H0886408 A JPH0886408 A JP H0886408A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫黄を含む燃料を低NOx燃焼させるボイラ
において、排ガス中のNOxを増加させることなく、水
管の腐食を防止することにある。 【構成】 側壁水管の腐食環境を測定する腐食センサ3
及びボイラ排ガス出口のNOx分析計4からの信号に基
づき、バーナ8に供給する燃焼空気量を制御する。 さ
らに、側壁に隣接するバーナ8に供給する燃焼用空気に
硫黄を固定する物質を必要に応じて供給する。 【効果】 硫黄含む燃料を低NOx燃焼した際に問題と
なる水管の硫化腐食を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高濃度の硫黄を含有す
る燃料を燃焼させた場合に、排ガス中のNOxを増加さ
せることなく、水管の腐食を防止する硫黄含有燃料の燃
焼方法に関する。
【0002】
【従来の技術】石炭や重油等の化石燃料を使用するボイ
ラでは、燃焼によって窒素酸化物(以下、NOxとい
う)が発生することは周知である。このNOxを低減す
る方法としては、燃焼の際発生するNOx量、すなわち
NOx発生量そのものを低減する方法と、発生したNO
xを窒素に還元して大気に放出する方法に大別される。
前者は高温かつ酸素濃度の高い状態で発生するサーマル
NOxを低減する方法で、低NOxバーナによる燃焼
法、2段燃焼法が有効とされており、燃料リッチの還元
性ガスを発生させることによりNOx量の低減を図るも
のである。
【0003】一方、化石燃料には硫黄(S)分が含まれ
ており、サーマルNOxを低減するために燃焼リッチの
還元性ガスを生成させて低NOx化を図ろうとすると、
生成した還元性ガス中にH2SやCOS等の腐食性の強
い成分が含まれるようになり、通常の酸化性ガスに比べ
て、腐食性が強くなり、例えばボイラの水管で腐食が発
生するという問題が生じる。
【0004】一般にボイラの水管材料としては炭素鋼、
低合金Cr−Mo鋼が使用されており、水管で腐食が生
じる位置はバーナ近傍である。また、発明者のこれまで
の研究結果によると、腐食部位表面には硫化物スケール
(FeS)が形成されていることが特徴で、その表面に
はカーボンやパーライト(FeS2)を含む未燃粒子が
多数付着している。このことから、腐食機構としては燃
焼火炎の水管への直撃による還元性雰囲気の形成および
未燃分の付着による硫化の促進が挙げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特に硫黄含有量の多い
燃料、例えば高硫黄石炭やオリマルジョン(オリノコタ
ールの水エマルジョン)を空気比の低い条件で燃焼する
場合には、腐食の主原因となる硫化水素(H2S)の濃
度が高くなる。従って、高硫黄を含有する燃料を燃焼す
る場合にはできるだけ空気比を高くする必要がある。し
かし、空気比を高くすると、排ガス中のNOxが高くな
るという問題点がある。
【0006】本発明の目的は、硫黄を含む燃料を低NO
x燃焼させるボイラにおいて、排ガス中のNOxを増加
させることなく水管の腐食を防止することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、水管で炉壁
が構成されたボイラで硫黄を含む燃料を燃焼させる硫黄
含有燃料の燃焼方法において、バーナの高さで前記水管
近傍の酸素分圧と硫黄分圧及びボイラ排ガス中のNOx
濃度に基づき各バーナに供給する燃焼空気流量を制御す
ることにより達成される。
【0008】前記酸素分圧をバーナの高さで前記水管近
傍に設置した酸素分析計の分析値と燃焼空気流量から演
算し、前記硫黄分圧をバーナの高さで前記水管近傍に設
置した硫化水素分析計の分析値と燃焼空気流量から演算
することも出来る。
【0009】前記酸素分圧をバーナの高さで前記水管近
傍に設置した酸素分析計の分析値と燃焼空気流量から演
算し、前記硫黄分圧を予め分析した燃料中の硫黄含有率
と燃料使用量及び燃焼空気流量から演算することも出来
る。
【0010】前記各バーナに供給する燃焼空気に硫黄を
固定する物質のZnOまたはCaOを添加することが望
ましい。
【0011】
【作用】ボイラ炉壁の水管において腐食が問題となる部
位は還元炎が接触する部位、例えば、火炎と平行な方向
の側壁のバーナの高さ中央部なので、その位置の水管表
面近傍の腐食環境、例えば硫化水素濃度、酸素濃度を測
定し、硫黄分圧と酸素分圧を求めて必要最小の空気量
を、またボイラ排ガス出口のNOx値に基づいて、必要
最大の空気量を決定し、各バーナへ供給する燃焼空気量
を制御することにより、水管の硫化腐食を防ぐととも
に、排ガス中のNOxが増加しないように燃焼させるこ
とが可能となる。
【0012】また、燃焼空気量の制御のみで腐食が抑制
できない場合は、排ガス中の硫黄分を固定することがで
きる物質を側壁に隣接するバーナへ供給することによ
り、側壁近傍のガス中の硫黄ポテンシャルを許容できる
値以下に低下させ、腐食を防止することが可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0014】図1は本発明の一実施例の構成を示す線図
である。
【0015】図2は図1のA−A′断面の構成を示す線
図である。
【0016】先ず、本発明の実施例の装置構成を説明す
る。
【0017】図1及び図2において、側壁11の中央部
のバーナレベルに腐食センサ3が設けられている。本腐
食センサ3は例えば、酸素センサ、硫化水素センサから
構成されるもので、酸素センサは酸素濃度を分析して酸
素分圧を演算し、側壁水管近傍の雰囲気が還元雰囲気か
酸化雰囲気かを検出する。また、硫化水素センサは硫化
水素濃度を分析して硫黄分圧を演算する。本腐食センサ
3はコントローラ5の入力部に接続し、ボイラ排ガス出
口に設置されたNOx分析計4も接続している。一方、
コントローラ5の出力部は各バーナの2次空気の流量を
調節するダンパ6に接続されている。さらに、側壁に隣
接するバーナ8−1と8−4には、燃料中に含まれる硫
黄を固定して、側壁の硫黄ポテンシャルを低下させるた
めの物質を供給する配管7が接続されている。
【0018】次に、本発明の実施例の燃焼方法を説明す
る。
【0019】通常の低NOx燃焼においては、バーナに
より空気比0.8程度の不完全燃焼を行い、未燃分を火
炉1の上部で空気配管10により供給されアフターエア
ーポート9から吹き込まれる空気により燃焼させる。こ
のため、バーナの高さで燃焼火炎は酸素不足状態、すな
わち還元炎となる。
【0020】図3は一般的な温度500℃におけるFe
−S−化学ポテンシャル図である。
【0021】本図の横軸は酸素分圧(O2)を表し、縦
軸は硫黄分圧(S2)を表わす。
【0022】低NOx燃焼により還元炎が側壁11に接
触した場合、水管表面は還元雰囲気となる。この状態は
図3のA点で、水管の材料である鉄は硫化し、急激に減
肉する。これを防止するためには、側壁近傍の雰囲気を
酸化雰囲気に保持する必要がある。このため、本実施例
においては側壁13に設置した腐食センサ3により側壁
の雰囲気を測定し、雰囲気が硫化物が安定して存在する
領域にある場合には、側壁に隣接したバーナ8−1と8
−4に供給する2次空気量を増加させ、酸化物が安定と
なる領域、即ち図3のB点となるように雰囲気を変え
る。ただし、2次空気量を過度に増加させると、排ガス
中のNOx濃度が増加するため、本実施例においてはボ
イラ排ガス出口のNOx分析計4からの信号により、N
Oxが許容値以上となる場合には、中央部のバーナ8−
2及び8−3に供給する2次空気量を低下させるように
コントローラ5がダンパ6を制御する。。
【0023】腐食センサ3としては、燃焼ガス中の酸素
分圧及び硫黄分圧を出力し、図3に示したどの領域に側
壁水管の雰囲気が位置するかを認識することのできる装
置が必要である。そのためには、ジルコニア式の酸素セ
ンサに代表される酸素分析計と硫化水素分析計を併用ま
たは単独で用いる方法がある。酸素分圧は酸素濃度とバ
ーナに供給される燃焼空気量から求め、硫黄分圧は硫化
水素濃度とバーナに供給される燃焼空気量から求める。
硫黄分圧は燃料中の硫黄含有量及び燃焼空気量から推定
することが可能であり、酸素分析計による酸素濃度のみ
の測定でも制御可能である。その他には、硫化腐食でメ
タル材料の減肉した際に生じる電気抵抗値の変化量を信
号として使用してもよい。また、本実施例では腐食セン
サを側壁中央部に1つ設置しているが、特に設置位置や
個数を限定するものではなく、ボイラの大きさや使用燃
料によって、適宜決めれば良い。
【0024】次に、硫黄固定用の物質供給方法について
説明する。
【0025】硫黄分の比較的少ない燃料の場合には上記
した燃焼方法で、硫化腐食を効果的に防止することが出
来る。しかし、硫黄の含有量の多い燃料の場合には、雰
囲気中の硫黄ポテンシャルが高くなる。このため、側壁
に隣接したバーナ8−1と8−4に供給する2次空気の
量をかなり増加させる必要があり、排ガス中のNOx濃
度が急増する恐れがある。そこで、本実施例において
は、側壁に隣接するバーナ8−1と8−4に供給する2
次空気配管に燃焼ガス中の硫化水素と反応し、硫化水素
を固定する物質を供給することにより、水管表面の硫黄
ポテンシャル低下させるようにしている。硫化水素を固
定するに好適な物質としては、水管材料(主として鉄
鋼)よりも硫化反応が進展しやすい材料、例えば、Zn
O,CaO等が有効である。添加量は燃料中の硫黄含有
量によって異なり、モル比で1:1程度にすると良い。
本実施例では、2次空気配管に硫黄を固定する物質を供
給する構成としているが、燃料供給配管に供給すること
も出来る。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、硫黄を含有する燃料を
燃焼させても、還元炎が接触する炉壁の水管近傍の硫黄
分圧、酸素分圧及びボイラ排ガス出口のNOx値に基づ
いてバーナへ供給する燃焼空気量を制御することによ
り、排ガス中のNOx濃度を増加させることなく、水管
の硫化腐食を効果的に防止することができる。
【0027】また、排ガス中の硫黄分を固定する物質を
バーナへ供給することにより、側壁近傍の燃焼ガス中の
硫黄ポテンシャルを低下させ、水管の腐食を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す線図である。
【図2】図1のA−A′断面の構成を示す線図である。
【図3】一般的な温度500℃におけるFe−S−化学
ポテンシャル図である。
【符号の説明】
1 火炉 2 ボイラ排ガス出口 3 腐食センサ 4 NOx分析計 5 コントローラ 6 ダンパ 7 硫黄固定物質供給配管 8 バーナ 9 アフターエアーポート 10 空気配管 11 側壁 12 前壁 13 後壁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水管で炉壁が構成されたボイラで硫黄を
    含む燃料を燃焼させる硫黄含有燃料の燃焼方法におい
    て、バーナの高さで前記水管近傍の酸素分圧と硫黄分圧
    及びボイラ排ガス中のNOx濃度に基づき各バーナに供
    給する燃焼空気流量を制御することを特徴とする硫黄含
    有燃料の燃焼方法。
  2. 【請求項2】 前記酸素分圧をバーナの高さで前記水管
    近傍に設置した酸素分析計の分析値と燃焼空気流量から
    演算し、前記硫黄分圧をバーナの高さで前記水管近傍に
    設置した硫化水素分析計の分析値と燃焼空気流量から演
    算することを特徴とする請求項1に記載の硫黄含有燃料
    の燃焼方法。
  3. 【請求項3】 前記酸素分圧をバーナの高さで前記水管
    近傍に設置した酸素分析計の分析値と燃焼空気流量から
    演算し、前記硫黄分圧を予め分析した燃料中の硫黄含有
    率と燃料使用量及び燃焼空気流量から演算することを特
    徴とする請求項1に記載の硫黄含有燃料の燃焼方法。
  4. 【請求項4】 前記各バーナに供給する燃焼空気に硫黄
    を固定する物質のZnOまたはCaOを添加することを
    特徴とする請求項1に記載の硫黄含有燃料の燃焼方法。
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