JPH09310807A - 微粉炭燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多段燃焼法を用いる大型の微粉炭燃焼炉におい
て、排ガス中のＮＯｘ、及びＣＯ等の有害物質を効果的
に低減するためには、アフタエア供給手段の配置及び動
作を最適化する必要があった。 【解決手段】燃焼炉１内へ微粉炭と空気を噴出するバ−
ナ２と、下流側の燃焼炉内へ１次アフタエアを供給する
１次アフタエアポ−ト５と、さらに下流側へ２次アフタ
エアを供給する２次アフタエアポ−ト６を備えた微粉炭
燃焼装置であり、噴出された微粉炭と空気３を燃料過剰
の条件で不完全燃焼させて還元雰囲気１０の火炎を形成
し、１次アフタエアは還元雰囲気周辺に分布するよどみ
域１２に向けて噴出され、２次アフタエアはさらに下流
側の還元雰囲気１０の領域に向けて供給する燃焼装置に
よって、アフタエアを１次と２次の２段階に分けて組
成、及び性質の異なる燃焼ガスの領域に異なるタイミン
グで供給することにより、排出されるＮＯｘ、及びＣＯ
等の有害物質をより効率よく低減することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭ボイラの燃
焼装置に係り、特にＮＯｘ、ＣＯ等の排出を低減する微
粉炭燃焼装置及び燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭ボイラにおいて、燃焼によって発
生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと記載する）は燃料中に
含まれる窒素の酸化によって生成されるFuel ＮＯｘが
主体である。前記燃焼により発生するＮＯｘの低減方法
としては、低ＮＯｘ燃焼法の一種である多段燃焼法が広
く用いられている。多段燃焼法は、微粉炭をまず燃料過
剰の状態で不完全燃焼させて長炎とし、放熱面積を増大
させて燃焼ガスが局部的に高温度になるのを防止するこ
とによりＮＯｘの生成を抑え、その後過剰の空気（アフ
タエア）を前記燃焼ガスに投入して完全燃焼させる方法
である。特開昭62-134405号公報には、前記多段燃焼法
における燃料噴出口（バ−ナ）とアフタエア放出口（ア
フタエアポ−ト）の位置関係が、排出されるＮＯｘ濃度
に及ぼす影響を実験結果に基いて検討した内容が記載さ
れている。これによると、バ−ナとアフタエアポ−トの
位置を離し、燃料が炉内上流側に投入されて火炎が形成
されてから下流側でアフタエアと混合され完全燃焼に移
るまでの燃焼ガスの滞留時間を長くした方が、ＮＯｘの
生成を抑える効果が得られることが確認されている。

【０００３】一方前記多段燃焼法では、上流側で燃料過
剰の不完全燃焼を行うことによりＣＯ、未燃分等の有害
物質が発生する。従って、前記アフタエア投入以降の下
流側において燃焼ガスにアフタエアが十分に混合されな
いと、燃焼ガス全体を完全燃焼させることが出来なくな
り、不完全燃焼により発生した前記ＣＯ等の有害物質が
酸化されずに放出されることになる。このため多段燃焼
法を用いる微粉炭ボイラでは、燃焼ガス全体にアフタエ
アを混合するために、アフタエアの投入方法とアフタエ
アポ−トの配置に種々の工夫がなされている。例えば、
特開昭59-24106号公報に記載の発明では、燃焼炉前面壁
にバ−ナを設けた前面燃焼方式のボイラにおいて、燃焼
炉内にアフタエアポ−トを二段以上設け、かつ各段を反
ピッチづつずらして配置することで、燃焼ガスとアフタ
エアとの混合を促進する燃焼装置が開示されている。

【０００４】上記の如く、従来の多段燃焼法を用いる微
粉炭燃焼炉では、排気中のＮＯｘ濃度を低減する目的
で、不完全燃焼の火炎が形成されてから上流側で十分に
滞留してからアフタエアと混合するようにすることと、
前記不完全燃焼により発生したＣＯ等の有害物質を完全
燃焼させる目的で、アフタエア投入以降の下流側で燃焼
ガス全体にアフタエアが混合された状態とすること、に
着目してアフタエアポ−トの配置及び供給法が設計され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上で述べたように多
段燃焼法では、前記燃焼ガスがアフタエアと混合される
までの滞留時間を長くする方が望ましいとされる一方
で、不完全燃焼により発生するＣＯ等の有害物質を十分
に燃焼させるため、下流側で投入されたアフタエアが不
完全燃焼している燃焼ガス全体に混合された状態を実現
する必要がある。しかし、バ−ナとアフタエアポ−トの
位置を離しアフタエアとの混合タイミングを遅らせて、
アフタエアと混合されるまでの滞留時間を長くすると、
アフタエアが混合されてから炉外に排出されるまでの滞
留時間が短くなるので、十分な混合状態が得られなくな
る恐れがある。これを補うため、従来の燃焼装置ではア
フタエアポ−トの配置及び供給法等に工夫が試みられて
きた。しかし、一般にアフタエア投入以前の上流側にお
ける燃焼ガスは全体的に均一ではなく、ガスは組成の分
布を生じている。さらに燃焼炉内には通常複数個のバ−
ナが設けられているので、バ−ナの配置や噴射方法等の
違いによっても形成される火炎の形態は異なり、燃焼ガ
スの組成分布も異なった状態となっている。特に最近で
は、微粉炭ボイラのプラントも大型化の傾向にあり、燃
焼炉の高さや奥行が数十メ−トルに達する燃焼炉もあ
る。このような大型ボイラに多段燃焼法を用いた場合、
燃焼ガスの組成分布が炉で発生する有害物質を低減する
効果に与える影響は大きい。従って、特に大型の微粉炭
ボイラにおいては、燃焼炉内における燃焼ガスの組成分
布を考慮してアフタエアポ−トの配置とアフタエアの投
入方法を最適化する必要がある。しかし従来の多段燃焼
法を採用した微粉炭ボイラの燃焼装置では、前記燃焼ガ
スの組成分布が考慮された設計とはなっておらず、投入
されたアフタエアを燃焼ガスと局所的に混合することは
出来ても、アフタエア投入以降の下流側で燃焼ガス全体
と混合することは困難であった。

【０００６】本発明の目的は、上記の課題を解決し、大
型の燃焼炉であっても上流側の燃焼ガスの滞留でＮＯｘ
を効果的に抑えると同時に、投入されたアフタエアが下
流側で燃焼ガス全体と混合された状態を実現して有害物
質の放出を低減することが可能な微粉炭燃焼装置及び燃
焼方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記本発明の目的は第一
に、燃焼炉内へ微粉炭と空気を噴出するバ−ナと、前記
バ−ナより下流側の燃焼炉内へ１次アフタエアを供給す
る１次アフタエア供給手段と、前記１次アフタエアが供
給される領域より下流側の燃焼炉内へ２次アフタエアを
供給する２次アフタエア供給手段を備えた微粉炭燃焼装
置であって、前記バ−ナは微粉炭と空気を噴出し燃料過
剰の条件で不完全燃焼させて還元雰囲気の領域を形成す
るものであり、前記１次アフタエア供給手段は前記還元
雰囲気の周辺領域に向けて１次アフタエアを供給するも
のであり、前記２次アフタエア供給手段は前記還元雰囲
気の領域であって前記１次アフタエアの供給領域より下
流領域に向けて２次アフタエアを供給するものであるこ
とを特徴とする微粉炭燃焼装置により達成される。前記
装置の発明にあたり、微粉炭火炎内のＮＯｘ及び燃焼生
成物の濃度分布の測定結果をもとに検討したところ、燃
焼炉内の燃焼ガス組成の分布では、不完全燃焼状態での
滞留時間を長くすることでＮＯｘ濃度がより低下する領
域と、滞留時間を長くしてもＮＯｘ濃度の低減が少ない
領域が存在することを見出した。これらの性質の違い
は、ガス組成に基いて算出される気相の空気比によって
解析可能である。気相の空気比とは、実際の空気量と燃
焼に必要な空気量との比である。 上記前者の、滞留時
間が長いとＮＯｘの低減効果が大きい領域を還元雰囲気
という。還元雰囲気は気相の空気比が小さい領域で、一
般には形成される不完全燃焼火炎の中心軸付近に分布し
ており、比較的ＮＯｘ濃度が低い領域である。一方後者
の、滞留時間を長くしてもＮＯｘの低減効果が少ない領
域をよどみ域という。よどみ域は気相の空気比が１．０
以上の弱い還元雰囲気又は酸化雰囲気の領域で、形成さ
れた火炎周辺部から燃焼炉壁面までの空間を循環しなが
ら滞留しており、比較的ＮＯｘ濃度が高い領域である。
また不完全燃焼によって発生するＣＯの濃度は、ＮＯｘ
濃度と同様に、火炎中心軸付近に分布する還元雰囲気で
は低く、火炎周辺部のよどみ域では高くなることが確認
された。上記の微粉炭燃焼装置は、バ−ナで燃焼炉内へ
噴出された微粉炭と空気を、燃料過剰の条件で不完全燃
焼させて還元雰囲気の火炎を形成する。１次アフタエア
供給手段から供給される１次アフタエアは、還元雰囲気
周辺に分布するよどみ域に向けて噴出される。よどみ域
は滞留時間を長くしてもＮＯｘの低減効果が少ない領域
なので、アフタエアの供給タイミングを早めて十分に混
合させ完全燃焼させることで、ＣＯ等を効果的に減少さ
せる。そして、１次アフタエア供給手段よりもさらに下
流側に位置する２次アフタエア供給手段より供給される
２次アフタエアは、還元雰囲気の領域に向けて供給さ
れ、不完全燃焼状態でより長く滞留させてＮＯｘの濃度
が十分低下した後の還元雰囲気の燃焼ガスと混合され
る。またこの領域はＣＯの濃度が低いので、アフタエア
混合状態の滞留時間が短いことの影響は少ない。以上の
ように、アフタエアを１次アフタエアと２次アフタエア
の２段階に分けて組成、及び性質の異なる上記の２つの
領域に異なるタイミングで供給することにより、ＮＯ
ｘ、及びＣＯ等の有害物質をより効率よく低減すること
が出来る。

【０００８】前記の目的はまた、上記第一の装置におい
て、前記バ−ナが燃焼炉の前面壁と後面壁にそれぞれ複
数個ずつ配置されていて前記バ−ナの中心軸を含む垂直
断面に沿って複数の還元雰囲気の領域を形成するもので
あり、前記１次アフタエア供給手段、及び前記２次アフ
タエア供給手段が燃焼炉の前面壁と後面壁にそれぞれ複
数個ずつ設置されており、前記１次アフタエア供給手段
は前記還元雰囲気と還元雰囲気の間、及び還元雰囲気と
燃焼炉壁面の間に向けて１次アフタエアを供給するもの
であることを特徴とする微粉炭燃焼装置により達成され
る。上記の構成を有する燃焼装置では、バ−ナ中心軸を
含む垂直断面方向に平面的な還元雰囲気の火炎が複数形
成される。この火炎と火炎の間、及び火炎と燃焼炉壁面
の間に分布する未燃焼気体のよどみ域に向けて１次アフ
タエアを供給し、前記還元雰囲気に向けて２次アフタエ
アを供給することにより、ＮＯｘ、及びＣＯ等の有害物
質を効率よく低減する。

【０００９】前記の目的はまた、上記第一の装置におい
て、前記バ−ナが燃焼炉の前面壁に配置されていて燃焼
炉の後面壁側に還元雰囲気の領域を形成するものであ
り、前記１次アフタエア供給手段が燃焼炉の前面壁に設
置されているものであり、前記２次アフタエア供給手段
が燃焼炉の後面壁に設置されているものであることを特
徴とする微粉炭燃焼装置により達成される。上記の構成
を有する燃焼装置では、燃焼炉の後面壁側に還元雰囲気
の領域が形成され、燃焼炉前面壁側に未燃焼気体のよど
み域が分布するので、前面壁の１次アフタエア供給手段
から未燃焼気体のよどみ域に向けて１次アフタエアを供
給し、完全燃焼状態での滞留時間を長くする。後面壁の
２次アフタエア供給手段から還元雰囲気に２次アフタエ
アを供給するのでＮＯｘの濃度を十分低下出来る。

【００１０】前記の目的はまた、燃焼排ガスの組成を測
定する燃焼排ガス組成測定手段が、前記燃焼炉出口付近
の煙道断面内の異なる位置に複数設置されていること
と、前記燃焼排ガス組成測定手段により測定されたガス
組成に基いて、前記１次、及び２次アフタエア供給手段
の供給量を独立に制御する制御手段を備えたことを特徴
とする上記の微粉炭燃焼装置により達成される。アフタ
エアと混合された燃焼ガスは排気ガスとして煙道を通し
て大気中に放出される。燃焼炉出口付近の煙道管内にお
いて、炉内から煙道へ排出された燃焼排ガスは均一な状
態ではなく、主に火炎周辺に分布していたよどみ域の燃
焼ガスと１次アフタエアの混合気体が流れる領域と、主
に還元雰囲気の燃焼ガスと２次アフタエアの混合気体が
流れる領域とに分けられる。従って煙道断面の異なる位
置に設置された複数の燃焼排ガス組成測定手段でそれぞ
れの混合領域の排ガスをサンプリングし、（ＣＯの濃度
等）組成の分析結果に基いて１次、及び２次アフタエア
の供給量を制御手段が独立に制御することにより、それ
ぞれのアフタエアの供給量を最適な値に設定することが
出来る。

【００１１】前記の目的はまた、微粉炭と空気をバ−ナ
から噴出し、燃料過剰の条件で不完全燃焼させて還元雰
囲気の領域を形成し、下流側でアフタエアを供給して完
全燃焼させる微粉炭の燃焼方法において、前記還元雰囲
気の周辺領域に向けて１次アフタエアを供給し、その下
流側で前記還元雰囲気の領域に向けて２次アフタエアを
供給することを特徴とする微粉炭の燃焼方法により達成
される。

【００１２】〔燃焼ガスの組成分布に基づく検討事項〕
本発明の微粉炭燃焼装置の発明にあたり、微粉炭火炎内
のＮＯｘ及び燃焼生成物の濃度分布を実験装置を用いて
詳細に検討した。図９から図１４は、火炎内の燃焼ガス
の組成分布とＮＯｘ濃度の関係を検討した際に用いた燃
焼装置と、燃焼生成物及びＮＯｘ濃度を測定した結果、
及びＣＯ濃度の変化を計算した結果である。実験用燃焼
装置の構成を図９に示す。装置の上部に微粉炭バ−ナ２
が設置されている。装置内部のバ−ナ寄り、及び排気口
寄りの異なる位置に、アフタ−エアを供給するアフタ−
エアポ−ト３２を備えている。装置側面には、火炎中の
ガス組成分布を測定するためのサンプル管挿入孔が設け
られている。

【００１３】微粉炭は１次空気に搬送され、２、３次空
気４と共に燃焼装置中心部に噴出され、燃料過剰の状態
で不完全燃焼させる。装置下流側で燃焼後の排気３３を
排出する。火炎の上流側と下流側で測定した燃焼生成物
の濃度から計算した気相の空気比の分布を図１０に示
す。気相の空気比は、実際の空気量と石炭から気相中に
放出された可燃分が燃焼するに必要な空気量の比を表
す。半径方向距離は、装置の中心軸の位置を０としてお
りアフタエアと混合する前に測定した。気相の空気比が
１．０以下の場合には、気相中に残留するＣＯ、Ｈ₂等
の可燃物質の濃度が、これらの可燃物質を完全燃焼させ
るために必要な酸素濃度を上回っている。この時には強
い還元雰囲気が形成される。一方、気相の空気比が１．
０以上の場合には、残留する可燃物質量に対して残留す
る酸素が過剰であり、酸化雰囲気または弱い還元雰囲気
である。図１０のように、燃焼装置の中心軸付近の気相
の空気比は小さく、外周の壁面へ近づくに従い気相の空
気比は大きくなる。また気相の空気比の分布は、上流側
と下流側であまり変わらないことが分かる。ＮＯｘ濃度
の分布を図１１に示す。ＮＯｘ濃度も燃焼装置の中心軸
付近は低く、外周部は高くなる。ただし、上流側と下流
側の分布を比べると、気相の空気比が小さい中軸付近で
は上流と下流側のＮＯｘ濃度の差が大きく、外周側では
上流と下流側のＮＯｘ濃度の差が小さい。以上の測定値
を基に、ＮＯｘ濃度と気相の空気比の関係を図１２に示
す。気相の空気比が小さい領域では、上流と下流側のＮ
Ｏｘ濃度の差が大きくなっている。従って、燃焼気体の
滞留時間を長くすることでＮＯｘ濃度がより低減される
ことがわかる。一方、気相の空気比が大きい領域では、
上流側と下流側のＮＯｘ濃度の差が小さくなる。すなわ
ち、燃焼気体の滞留時間を長くしてもＮＯｘの低減は期
待出来ないことになる。

【００１４】以上の結果により、気相の空気比が低く強
い還元雰囲気が形成される領域では、アフタエアと混合
されるまでの燃焼気体の滞留時間を長くすることがＮＯ
ｘの低減につながり、気相の空気比が高い領域ではアフ
タエア混合以前の滞留時間がＮＯｘ濃度にあまり影響し
ないことが確認された。

【００１５】気相の空気比とＣＯ濃度、及びＯ₂濃度と
の関係を図１３に示す。使用した装置のＣＯ検出限界は
約２０００ｐｐｍである。Ｏ₂及びＣＯ濃度は、気相の
空気比と相関し、ＣＯ濃度を下げるためには、燃焼気体
にアフタエアを混合し気相の空気比を高くする必要があ
る。

【００１６】アフタエアを燃焼ガスに混合した後のＣＯ
濃度の時間変化の計算結果を図１４に示す。横軸の時間
はアフタエアを混合してからの時間を表す。バ−ナが噴
出するガスの初期組成は、それぞれＣＯ₂：１５％、Ｈ₂
Ｏ：１０％、Ｏ₂：４％、及びＣＯ：１％とし、反応温
度は１５００Ｋとした。また計算には、以上の化学種が
関与する素反応を考慮した。素反応とその反応速度定数
は、ガ−ディナ−著『コンバステョン ケミストリ−』
に記載のデ−タを用いた。ＣＯ濃度は、反応の初期には
速やかに減少し、数ミリ秒の間に約１０００ｐｐｍまで
減少する。燃焼気体をアフタエアと混合すれば１０００
ｐｐｍまでは瞬間に減少するといえる。しかしＣＯ濃度
が１０００ｐｐｍ以下になると、減少速度が遅くなり、
１００ｐｐｍ以下にするためには、約１秒の反応時間が
必要となる。一般に、ボイラから排出される燃焼排ガス
中のＣＯ濃度は少くとも１０００ｐｐｍ以下にする必要
があるとされている。このためにはアフタエアを早く混
合し、燃焼排ガスが炉外へ排出されるまでの滞留時間を
長くし、十分に完全燃焼させる必要がある。

【００１７】以上の結果から、燃焼炉内の燃焼ガス組成
の分布では、不完全燃焼状態での滞留時間を長くするこ
とでＮＯｘ濃度がより低下する領域と、滞留時間を長く
してもＮＯｘ濃度の低減が少ない領域が存在するので、
アフタエアを１次アフタエアと２次アフタエアの２段階
に分けて組成、及び性質の異なる上記の２つの領域に異
なるタイミングで供給することにより、ＮＯｘ、及びＣ
Ｏ等の有害物質をより効率よく低減出来ることが分か
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態例１〕本発明の燃焼装置を、燃焼炉前面壁
と後面壁にバ−ナを設けた対向燃焼式ボイラに適用した
例を図１〜図７に示す。図１は燃焼炉側面から見た断面
図であり、バ−ナとアフタエア供給手段の配置、及び火
炎の形成状態を示す。微粉炭バ−ナ２は燃焼炉前面壁
７、及び燃焼炉後面壁８に上下二列に配置されている。
微粉炭バ−ナ２の下流側には１次アフタエア供給手段で
ある１次アフタエアポ−ト５が、１次アフタエアポ−ト
５の下流側には２次アフタエア供給手段である２次アフ
タエアポ−ト６が前面壁と後面壁に設置されている。図
２は燃焼炉前面よりバ−ナとアフタエアポ−トの配置、
及び火炎の形成状態を示す。バ−ナとアフタエアポ−ト
は燃焼炉１の水平方向にも複数個設置されている。１次
アフタエアポ−ト５は微粉炭バ−ナ２に対して半ピッチ
ずらせて配置し、２次アフタエアポ−ト６はバ−ナ２に
対して等ピッチに配置される。微粉炭バ−ナ２の中心軸
付近からは微粉炭と１次空気３が噴出され、その周囲か
ら２次、３次空気４が噴出される。１次アフタエアポ−
ト５から１次アフタエアが、２次アフタエアポ−ト６か
ら２次アフタエアが噴出される。

【００１９】図１のように、微粉炭バ−ナ２から噴出さ
れた微粉炭は空気不足の状態で燃焼し、燃焼ガスは還元
雰囲気１０の火炎を形成する。還元雰囲気１０は、微粉
炭バ−ナ２から噴出される微粉炭の流れに沿って形成さ
れる。この領域では気相の空気比は低く、通常０．７か
ら０．９である。また、還元雰囲気１０の周囲にはＣ
Ｏ、未燃チャ−等を含む未燃焼ガスのよどみ域１２が形
成される。この未燃焼ガスのよどみ域１２での気相の空
気比は通常１．０前後と高く、弱い還元雰囲気又は酸化
雰囲気が形成されている。燃焼炉前面壁側、及び後面壁
側から噴出された燃料の火炎は燃焼炉中央付近で衝突
し、上向きの流れを形成する。アフタエアを混合する
際、燃焼炉前面と後面壁からほぼ均等にアフタエアを噴
出する。

【００２０】図２のように、還元雰囲気１０はバ−ナの
中心軸を含む垂直方向の断面に沿って形成される。還元
雰囲気１０と還元雰囲気１０の間、及び燃焼炉壁面近く
には、未燃焼ガスのよどみ域１２が形成される。１次ア
フタエアポ−ト５は、微粉炭バ−ナ２に対して半ピッチ
ずらせて配置され、１次アフタエアを燃焼炉壁面に対し
て垂直方向に噴出する。これにより、１次アフタエアを
よどみ域１２のみに供給し、１次アフタエアの混合領域
１６となり、ＣＯを効果的に低減することが出来る。２
次アフタエアポ−ト６は、バ−ナ２に対して等ピッチに
配置され、２次アフタエアを１次より下流側の火炎中心
領域の還元雰囲気１０へ向けて噴出し、不完全燃焼状態
でより長く滞留させてＮＯｘの濃度が十分低下した後の
還元雰囲気と混合され、２次アフタエアの混合領域１７
となる。

【００２１】図３は図２のＡＡ’断面の、図４はＢＢ’
断面の、図５はＣＣ’断面の、図６はＤＤ’断面の、図
７はＥＥ’断面のそれぞれの火炎の形成状態を表す。１
次アフタエアポ−ト５から噴出される１次アフタエア
は、図４の如く、未燃焼ガスのよどみ域１２と混合され
１次アフタエアの混合領域となり完全燃焼する。未燃焼
ガスのよどみ域１２は、前面側と後面側でほぼ同じよう
に燃焼炉壁面付近に形成されやすいので、１次アフタエ
アも、燃焼炉前面と後面壁からほぼ均等に供給する。２
次アフタエアポ−ト６から噴出される２次アフタエア
は、図３の如く、還元雰囲気１０、及び前記よどみ域１
２以外の１次ポ−トの隙間に位置していた未燃焼ガスの
よどみ域１２中の燃焼ガスに混合され、２次アフタエア
の混合領域となり完全燃焼する。アフタエアと混合され
完全燃焼した後の燃焼ガスは、排ガス９となって燃焼炉
から放出される。

【００２２】炉内に形成される複数の火炎は、図５〜７
に示されるようにバ−ナの配置に対応しており、燃焼炉
前面壁側、及び後面壁側の１対のバ−ナから噴出された
燃料の火炎は、バ−ナ中心軸を含む垂直方向の断面の中
央付近で衝突して合流し、上向きの流れを形成しながら
燃焼炉を上昇し、平面的な還元雰囲気の火炎を形成す
る。このため還元雰囲気１０は燃焼炉中央付近に形成さ
れやすい。その後、下流側では還元雰囲気１０の領域が
次第に広がる。還元雰囲気の火炎同士の隙間、又は火炎
と炉壁面の間には前記未燃焼ガスのよどみ域１２がやは
り垂直断面方向に分布しており燃焼炉を上昇する。

【００２３】１次アフタエア１３は図６のように、還元
雰囲気１０と還元雰囲気１０の間、及び還元雰囲気１０
と燃焼炉壁面の間に向って噴出され、未燃焼ガスのよど
み域１２中の燃焼ガスと混合する。１次アフタエア１３
の一部は、壁面近くに形成される渦流３４中に巻き込ま
れ、燃焼炉壁面近くの未燃焼ガスのよどみ域１２中の燃
焼ガスと混合する。２次アフタエア１１は還元雰囲気１
０に向って噴出される。この時還元雰囲気１０と還元雰
囲気１０の間、及び還元雰囲気１０と燃焼炉壁面の間に
は１次アフタエアの混合領域１６が形成される。１次ア
フタエアポ−ト５がバ−ナの中心軸を含む断面上に設け
られている場合には１次アフタエアの噴出方向を燃焼炉
壁面に対して垂直ではなく、斜めにするとよい。

【００２４】〔実施の形態例２〕本発明の燃焼装置を、
燃焼炉前面壁にバ−ナを設けた前面燃焼方式のボイラに
適用した例を図８に示した。微粉炭バ−ナ２は燃焼炉前
面壁７に上下二列に配置されている。微粉炭バ−ナ２の
下流側の前面壁には１次アフタエア供給手段である１次
アフタエアポ−ト５が、１次アフタエアポ−ト５の下流
側の燃焼炉後面壁８には２次アフタエア供給手段である
２次アフタエアポ−ト６が設置されている。一方、燃焼
排ガスが通過する煙道の内側には燃焼排ガス組成測定手
段であるサンプルプロ−ブＡ１８、及びサンプルプロ−
ブＢ１９が設置されている。サンプルプロ−ブＡ１８は
排ガス分析装置２２ａと接続され、これに続いて制御手
段である燃焼制御装置２５、続いて１次アフタエア流量
制御装置２０が接続されている。またサンプルプロ−ブ
Ｂ１９は排ガス分析装置２２ｂと接続され、これに続い
て制御手段である燃焼制御装置２５、続いて２次アフタ
エア流量制御装置２１が接続されている。

【００２５】微粉炭バ−ナ２から微粉炭と１次空気３、
及び２次、３次空気４が噴出され還元雰囲気１０の上向
きの火炎が形成される。図８に示されるように、燃焼炉
後面壁８側に還元雰囲気１０の火炎が、燃焼炉前面壁７
側に未燃焼気体のよどみ域１２が形成される傾向がある
ため、１次アフタエアは燃焼炉前面壁７側から噴出し、
２次アフタエアは燃焼炉後面壁８側から噴出する。これ
により、１次アフタエアはよどみ域１２と混合され、１
次アフタエアの混合領域１６でＣＯを効果的に低減する
ことが出来る。また、２次アフタエアを１次より下流側
の還元雰囲気１０と混合し、２次アフタエアの混合領域
１７で完全燃焼するので、不完全燃焼状態でより長く滞
留させてＮＯｘを十分低下する。

【００２６】アフタエアと混合された燃焼ガスは排気ガ
スとして煙道を通って大気中に放出される。燃焼ガスは
炉内から煙道へ排出されても燃焼炉出口付近において均
一な状態ではなく、主に１次アフタエアの混合領域１６
の燃焼排ガスが流れる領域と、主に２次アフタエアの混
合領域１７の燃焼排ガスが流れる領域とに分かれる。図
８に示されるように、燃焼炉前面壁にバ−ナを設けた前
面燃焼方式のボイラにおいては、１次アフタエアの混合
領域１６の気体は主に燃焼炉上側を、２次アフタエアの
混合領域１７の気体は主に燃焼炉下側を流れる。燃焼炉
上側にサンプルロ−プＡ１８を設けて１次アフタエアの
混合領域１６の気体を、燃焼炉下側にサンプルロ−プＢ
１９設けて２次アフタエアの混合領域１７の気体を、そ
れぞれ採取する。採取した１次アフタエアの混合領域１
６の気体中のＮＯｘ及びＣＯ濃度は排ガス分析装置２２
ａで分析され、２次アフタエアの混合領域１７の気体中
のＮＯｘ及びＣＯ濃度は排ガス分析装置２２ｂで分析さ
れ、分析結果に従って排ガス組成信号２３ａ、２３ｂが
燃焼制御装置２５へ出力される。燃焼制御装置２５で
は、１次アフタエアの混合領域１６中の排ガス組成に対
応して１次アフタエアの流量が、２次アフタエアの混合
領域１７中の排ガス組成に対応して２次アフタエアの流
量が決定され、１次アフタエア流量制御信号２７、２次
アフタエア流量制御信号２６が出力され、１次アフタエ
ア流量制御装置２０、２次アフタエア流量制御装置２１
が作動する。

【００２７】これにより、煙道断面内の異なる位置に設
置された複数の燃焼排ガス組成測定手段により、それぞ
れの混合領域の気体をサンプリングし、検出したＮＯｘ
及びＣＯ濃度に基いて、１次及び２次アフタエアの供給
量を制御することが出来る。このとき、１次アフタエア
の供給量は主に１次アフタエアの混合領域１６のガス組
成を、２次アフタエアの供給量は主に２次アフタエアの
混合領域１７のガス組成を変化させるのでそれぞれの混
合領域のガス組成を測定することで、１次及び２次アフ
タエアの供給量を最適化することが出来る。なお、１次
アフタエアの混合領域１６と２次アフタエアの混合領域
１７が形成される位置はバ−ナの配置により異なるの
で、バ−ナの配置に対応して、排ガス組成の測定位置も
変える必要がある。例えば、実施の形態例１で示した対
向燃焼方式ボイラ、あるいは後述する実施の形態例３で
示すタンゼンシャルファイアリング方式のボイラでは、
２次アフタエアの混合領域１７は燃焼炉中央付近に、１
次アフタエアの混合領域１６は燃焼炉壁面付近に形成さ
れやすいので、燃焼炉中央付近と壁面付近の排ガス組成
を測定するとよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の微粉炭燃焼装置は、燃料が投入
されてから完全燃焼して排出されるまでの炉内の燃焼ガ
スの組成分布、及びその性質の検討に基づき、大型の焼
却炉であっても組成分布を考慮してアフタエアポ−トの
配置とアフタエアの投入方法を最適化することにより、
上流側の燃焼ガスの滞留でＮＯｘの生成を効果的に抑え
ると同時に、投入されたアフタエアが下流側で燃焼ガス
と十分に混合された状態を実現してＣＯ等の有害物質の
放出を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対向燃焼方式の燃焼炉内の燃焼装置の
配置、及び火炎の形成状態を示す側面の断面図である。

【図２】本発明の対向燃焼方式の燃焼炉内の燃焼装置の
配置、及び火炎の形成状態を示す前面の断面図である。

【図３】図２のＡＡ’における燃焼炉断面図である。

【図４】図２のＢＢ’における燃焼炉断面図である。

【図５】図２のＣＣ’における燃焼炉断面図である。

【図６】図２のＤＤ’における燃焼炉断面図である。

【図７】図２のＥＥ’における燃焼炉断面図である。

【図８】本発明の前面燃焼方式の燃焼炉内の燃焼装置の
配置、及び火炎の形成状態を示す断面図である。

【図９】実験用燃焼装置の構成を示す断面図である。

【図１０】気相の空気比の分布を示す図である。

【図１１】ＮＯｘ濃度の分布を示す図である。

【図１２】気相の空気比とＮＯｘ濃度との関係を示す図
である。

【図１３】気相の空気比とＣＯ、Ｏ２濃度との関係を示
す図である。

【図１４】アフタエア混合後のＣＯ濃度の時間変化を示
す図である。

【符号の説明】

１ 燃焼炉 ２ 微粉炭バ−ナ ５ １次アフタエアポ−ト ６ ２次アフタエアポ−ト ９ 排ガス １０ 還元雰囲気 １１ ２次アフタエア １２ 未燃焼ガスのよどみ域 １３ １次アフタエア １６ １次アフタエアの混合領域 １７ ２次アフタエアの混合領域 １８ サンプルプロ−ブＡ １９ サンプルプロ−ブＢ ２０ １次アフタエア流量制御装置 ２１ ２次アフタエア流量制御装置 ２２ａ 排ガス分析装置Ａ ２２ｂ 排ガス分析装置Ｂ ２５ 燃焼制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼炉内へ微粉炭と空気を噴出するバ−
   ナと、前記バ−ナより下流側の燃焼炉内へ１次アフタエ
   アを供給する１次アフタエア供給手段と、前記１次アフ
   タエアが供給される領域より下流側の燃焼炉内へ２次ア
   フタエアを供給する２次アフタエア供給手段を備えた微
   粉炭燃焼装置であって、 前記バ−ナは微粉炭と空気を噴出し燃料過剰の条件で不
   完全燃焼させて還元雰囲気の領域を形成するものであ
   り、前記１次アフタエア供給手段は前記還元雰囲気の周
   辺領域に向けて１次アフタエアを供給するものであり、
   前記２次アフタエア供給手段は前記還元雰囲気の領域で
   あって前記１次アフタエアの供給領域より下流領域に向
   けて２次アフタエアを供給するものであることを特徴と
   する微粉炭燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記バ−ナが燃焼炉
   の前面壁と後面壁にそれぞれ複数個ずつ配置されていて
   前記バ−ナの中心軸を含む垂直断面に沿って複数の還元
   雰囲気の領域を形成するものであり、前記１次アフタエ
   ア供給手段、及び前記２次アフタエア供給手段が燃焼炉
   の前面壁と後面壁にそれぞれ複数個ずつ設置されてお
   り、前記１次アフタエア供給手段は前記還元雰囲気と還
   元雰囲気の間、及び還元雰囲気と燃焼炉壁面の間に向け
   て１次アフタエアを供給するものであることを特徴とす
   る微粉炭燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記バ−ナが燃焼炉
   の前面壁に配置されていて燃焼炉の後面壁側に還元雰囲
   気の領域を形成するものであり、前記１次アフタエア供
   給手段が燃焼炉の前面壁に設置されているものであり、
   前記２次アフタエア供給手段が燃焼炉の後面壁に設置さ
   れているものであることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
4. 【請求項４】 燃焼排ガスの組成を測定する燃焼排ガス
   組成測定手段が、前記燃焼炉出口付近の煙道断面内の異
   なる位置に複数設置されていることと、前記燃焼排ガス
   組成測定手段により測定されたガス組成に基いて、前記
   １次、及び２次アフタエア供給手段の供給量を独立に制
   御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から
   ３のいずれかに記載の微粉炭燃焼装置。
5. 【請求項５】 微粉炭と空気をバ−ナから噴出し、燃料
   過剰の条件で不完全燃焼させて還元雰囲気の領域を形成
   し、下流側でアフタエアを供給して完全燃焼させる微粉
   炭の燃焼方法において、 前記還元雰囲気の周辺領域に向けて１次アフタエアを供
   給し、その下流側で前記還元雰囲気の領域に向けて２次
   アフタエアを供給することを特徴とする微粉炭の燃焼方
   法。