JPS58110907A - 微粉炭の窒素酸化物抑制燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、蒸気発生機などの燃焼炉において、微粉炭
を窒素酸化物の発生を抑制して燃焼させる燃焼方法に関
する。

窒素酸化物（以下ＮＯｘという）の抑制燃焼方法として
、従来から種々な方法が知られている。その１つに、特
公昭５５−２１９２２号公報に開示されたものがある。

この方法は、燃焼炉の炉壁を貫通して、１次燃料供給ノ
ズルならびに１次空気供給室とを備えたバーナーを設け
て、所定量の燃料とこの燃料を燃焼するに必゛要な理論
量よりも過剰の空気とをそれぞれこれら１次燃料供給ノ
ズルと１次空気供給室とがら、混合された状態で、噴出
させ、前記バーナーによって燃焼を行って、１次燃焼領
域を形成せしめ１同じく前記炉壁を貫通して前記バーナ
ーの近傍に２次燃料供給ノズルを設け、この２次ノズル
から前記１次燃焼領域の燃焼の余剰酸素を消費するに必
要な理論ｆｉｔよりも過剰の素料を噴出させ、緩慢な燃
焼を行って、前記１次燃焼領域の周辺部または後部に２
次燃焼領域≧形成せしめ、炉内面に吸熱管を配して、こ
れら１次ならびに２次燃焼領域で生じた燃焼熱を吸収せ
しめ、さらに、前記２次燃焼領域の周辺部または後部に
空気を供給するように前記炉壁と同一または別の炉壁を
貫通して２次空気供給］コを設けて、前記２次燃焼領域
の燃焼で残存した未燃焼成分を酸化するに必要な量の空
気を供給して３次燃焼領域を形成せしゆることを要旨と
している。　　〜 この方法は、上記操作によってＮＯｘの発生を抑えなが
ら完全燃焼を達成するものであるが、主燃料としての１
次燃料に微粉炭を使用した場合には、他の、燃料、たと
えば重油、プロパンなどを使用した場合に比べてＮＯｘ
抑制効果が低下し、かつ燃焼が不安定になるという問題
点があるＯ この発明は、上記問題点を解消し、微粉炭をＮＯｘの発
生を抑制するとともに、安定して燃焼させることができ
る窒素酸化物抑制燃焼方法を提供することを目的とする
０ この目的を達成するために、この発明による微粉炭の窒
素酸化物抑制燃焼方法は、微粉炭バとを特徴としている
。

以下、この発明を図面を参照して詳しく説明する。第１
図は、蒸気発生機などにおける燃焼炉の焚口の部分を示
したものである。この炉（１）内には、燃焼熱を吸収し
て蒸発作用を行なわせる蒸発木管（図示略）が多数殺青
されている。

炉壁（２）には、中央に微粉炭バーナー（３）が、その
周囲にバーナー（３）から所定の距離Ｃ１１）　Ｃｌ２
）を隔てて複数の２次燃料ノズル（４）および３次空気
ノズル（５）がそれぞれ配置′６．されている。微粉炭
バーナー（３）は、炉壁（２）を貫通して燃焼炉（１）
に臨ませられた２次空気供給ボート（６）と、このボー
ト（６）内に挿入された主バーナ−（７）とから構成さ
れる。

また、燃焼炉（１）の外には、供給管（８ａ）’Ｅ有す
る２次空気室（８）と、さらにこの空気室（８）内に３
次空気室（９）とが形成されている。主バーナ（７）は
、点火用兼補助バーナー（７１）と、このバーナー（７
１）の周囲に層τ成した微粉炭内筒（７２）および外筒
（７３）とからなり、２次空気室（８）を貫通して３次
空気室（９）中央の貫通孔（９Ａ）に挿入され、さらに
その先端がボート６）の炉（１）側聞口端までのびてい
る。微粉炭内筒（７２）には、バーナーＩ−（７１）の
空気供給管（７２ａ）が、同外筒（７３）には、微粉れ
ている。ボート（６）の一端は、貫通孔（９Ａ）を介し
て２次空気室（８）に開口されており１主バーナー（７
）の周囲から２次空気が炉（１）内に送り込まれる。ま
た、３次空気室（９）には、２次空気室（８）内を貫通
する供給管（９Ｂ）によって３次空気が供給される。

以上のように構成された燃焼炉（１）での燃焼はつぎの
ように行なわれる。まず、主バーナ−（７）にあらかじ
め混合された微粉炭と１次空気の混合体を供給し、これ
を微粉炭内外筒（７２）　（７３）の間から炉（１）内
に噴出させるとともに、ボート（６）から２次空気を供
給して燃焼を行なわせる。このとき、供給される所定量
の微粉炭に対して、これを燃焼させるのに必要な理論空
気ｉ１ｔよりも過剰な空気を供給し、低温度下で燃焼さ
せてＮＯｘの発生を抑制する。つづいて、２次燃料ノー
ズル（４）から、２次燃料として重油、ブ１コパンなど
の液体または気体燃料を噴射させる。このときの噴射量
は、微粉炭バーナー（３）による燃焼での余剰空気を消
費するのに必要な理論量よりも過剰とする。このときの
燃焼は、空気不足な還元的雰囲下で行なわ第１るので、
燃料は緩慢に燃焼してＮＯｘの発生が抑制され、かつ微
粉炭バーナー（３）による燃焼で発生したＮＯｘが窒素
と酸素等に分解される。さらに、３次空気ノズル（５）
から、空気を噴射させる。この空気は２次燃料ノズル（
４）の空気不足下での燃焼で残存した未燃成分を完全燃
焼させるのに充分な量とする。

こうして、ＮＯｘの発生を抑制しながら、供給された燃
料の完全燃焼を行うことができる。

第２図および第３帥は、この燃焼方法によるＮＯｘの抑
制効果を示したもので１微粉炭を主燃料とし、各種燃料
を２次燃料として使用し、燃焼を行なった場合の比較を
示す０なお１主燃料および２次燃料ともにＣ重油を使用
した場合を参考のために同図中鎖線で示す。図中カーブ
（Ａ）は微粉炭を、（Ｂ）はＣ重油を、（Ｃ）はプロノ
ぐンを２次燃料として使用した各場合に発生するＮ。

Ｘ濃度をそれぞれ示す。ただし、これは全燃料供給量を
５０　（［１／ｈ、２次燃料比（２次燃料ノズルからの
供給量／全燃料供給量）を熱量基準で３０％とし、空気
比を１．２５に保持したうえでの比較である。また、両
図は、上記各場合におけるＮＯｘ濃度を、２次燃料ノズ
ル（４）および３次空気ノズル（３）の微粉炭バーナー
（３）からの取付距離（Ｊｌ）　（／２）との関連につ
いてみたもので、横軸に微粉炭バーナー（３）のボート
（６）の径をり。

としたときに、この径（ＤＯ）に対する上記距離（ｌ！
１）　Ｃｌ２）の比がとられている。第２図では、３次
空気ノズル（５）の取付位置を一定（Ｊ２＝３Ｄｏ　）
にしたときの２次燃料ノズル（４）の各取付位置に対す
るＮＯｘ濃度が示され、第３図では、これとは逆に２次
燃料ノズル（４）の取付位置を一定（Ｊｌ＝３Ｄｏ　）
にしたときの３次空気ノズル（５）の各取付位置に対す
るＮＯｘ濃度が示されている。

両図からあきらかなように、微粉炭専焼すなわち２次燃
料も微粉炭とした場合（Ａ）に比べて、２次燃料として
Ｃ重油またはプロパンを用いた場合（ＢまたはＣ）には
、上記ノズルの取付位置の全範囲でＮＯｘ濃度が低下し
、とくに同取付位置が小さい範囲におけるＮＯｘ低減効
果が顕著である。これは、２次燃料を微粉炭とした場合
に、微粉炭は、その燃焼過程がまず加熱され熱分解によ
り発生した揮発分が燃焼し、この揮発分の燃焼が終った
後から残った残留炭素の燃焼が開始される段階燃焼であ
り、その燃焼速度がＣ重油またはプロパンに比べて非常
に遅いことによるものである。すなわち、２次燃料とし
てＣ重油、プロパンなどを使用すると、実装置において
前述の取付距離（ｒｌ）　（／２）が小さくてよく、同
装置を小型化することができるとともに、２次燃料に対
する大移りがよくなって火炎が安定し、したがってター
ンダウン比を大きくとれるなど非常に製作上および運転
上有利である。

また、上記において２次燃料としてＣ重油およびプロバ
ンカ檜使用されているが、これは、他の炭化水素燃料た
とえばブタン、メタン、天然ガス、灯油、ナフサなどを
使用しても同様の効果が得られる。

つぎに、この発明による燃焼方法を第４図で示された大
型ボイラの火炉に採用した場合について説明する。この
ボイラ（１０）は、その中央に水冷壁０１）で囲まれた
火炉＋１２）を有している。この火炉α２の上部は中間
水冷壁（１３１によって２つに仕切られ、第１煙道（１
４１および第２煙道（内が形成されている。°これらの
煙道（１４１＋１５］は、中間水冷壁αＪに設けられた
反転口（１３Ａ）により通じている。また、第２煙道Ｑ
３１の下端に、ボイラ出口ＯＦＡがある。

また、これらの煙道（１４１ｆ１５１内には、過熱器、
蒸発ボないし予熱器からなる伝熱管群ｎμ５）Ｑ９）＠
）が配置されている。そして、火炉（２）には、ぞの出
口（１２’Ａ）に配置された過熱器αηから所定の距離
（Ｉ！２＋Ｊ３）を隔てた下方に、前述の微粉炭バーナ
ー　１：３１が設けられている。さらに、このバーナー
（３）の上方に、距１ｌｌ（Ｉ！１）を隔てて２次燃料
ノズル（４）が、距離（Ｉ！２）を隔てて３次空気ノズ
ル（５）がそれぞれ配置されている。このように構成さ
れたボイラの火炉α２で、この発明による前述した燃焼
を行なうことにより、ＮＯｘの発生を効果的に抑制する
ことができる。なお、燃焼ガスは、図中矢印で示すよう
に、火炉出口（１２Ａ）から第１煙道（１４１，反転Ｄ
　（１３Ａ）を経て第２煙道ｔｔｓ　ニハいり、ボイラ
出［コαｅから出ていく。このボイラでは、２次燃料と
して重油、プロパンなどを使用することにより、距離（
Ｊｌ）　（ｌ！２）を小さくできることは上述のとおり
であり、さらに２次燃料自体の燃焼性がよく、この燃焼
によって微粉炭バーナー（３）の燃焼で残存した未燃分
の減少に寄与するので、距離（Ｉ！３）も小さくするこ
とができる。したがって火炉（１２）が小さくなり、こ
れによって火炉出口（１２Ａ）　（Ｊ近の温度が高くな
ることと相まって１コンパクトで熱効率のよいボイラと
なる。さらに、２次燃料が助燃料を兼ねることにより揮
発分の少ない石炭の使用も可能である。また、硫黄分の
少ない石炭を使用する場合には、電気集塵機の効率を低
下させないように集塵機入口ガスに無水硫酸等を調質剤
として混合するなどの手段が必要であるが、低：ｆスト
の重油は硫黄分が多く、これを２次燃料として使用する
ことによって調質剤の混入が不安になる。

以上説明したように、この発明によれば、微粉炭をＮＯ
ｘの発生を抑制して燃焼させることができるとともに、
微粉炭バーナー、２次燃料ノズルおよび３次空気ノズル
を接近させて配置することができるので、上記バーナー
等を含む装置を小型化することができ、かつ２次燃料に
対する火移りが良くなり、安定した燃焼を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す燃焼炉の焚口の部分を
示す断面図、第２図および第３図は、２次燃料ノズルま
たは３次空気ノズル位置と２次燃料の種類によって発生
するＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ、第４図は、この
発明が適用された大型ボイラの構成図である。 （１）・・・燃焼炉、（３）・・・微粉炭バーナー、（
４）・・・・２次燃料ノズル、（５）・・・３次空気ノ
ズル。 以　　上 特許出願人　　日立造船株式会社 外４名 ３ａ’ｆ％／　ス１％ａｌ（Ｌ２／Ｃ）Ｏ）手続補正書 昭和５７年２月３”＋ｊ 特許＋ｊ′長官　島田春樹　殿 １、”ＬＬＩ″１　の　大小　　　　昭和５６年持重、
Ｊ［願　第２１０　ａ　７．３　＋＞２、　５ｅ　Ｉ′
Ｉ　Ｏ′）２．１ｓ　　　　、粉炭の窒素酸化物抑制燃
焼方法３　補１；−をする者 ・１１１士との関係　　　　特許出願人ＩＩＩＦＩ　　
　大阪市西区江戸堀１丁目６番１４号１！’”””　　
　　（５１１）日豆造船株式会社１　　代　　　理　　
　人 １！　　　　所　犬阪市南１λ鰻谷西之町５７番地の６
　イプバピル６階外４名 ５　補１１１余令の日付　　昭和　　片　　月　　口６
　補１１：上り増加する究明の数 補　　正　　の　　内、、　　容 山　特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。 （２）明細書第２頁第１６行の「蒸気発生機」を「蒸気
発生器」に訂正する。 （３１同書第３頁第７行ならびに第１１行の「１次燃料
供給ノズル」を「１次燃料および１次空気供給ノズル」
に訂正する。 同頁第８行ならひに第１１行の「１次空気供給室」を「
２次空気供給ボート」に訂正する。 （４）　　同書第４頁８行の「２次空気供給口」を「３
次空気供給ノズル」に訂正する。 同頁第１０行の「必要な量の」を「必要な量以上の」に
訂正する。 同頁第１５行の「主燃料としての１次燃料に」を「２休
燃料として」に訂正する。 （５）　　同書第５百第１４行の「蒸気発生機」を「蒸
気発生器」に訂１１：、する。 １６１　　ｌｌ’ｌ　Ｊ第８員第１２行の「酸素等に分
解される」を「水等に還元さオ］る」に訂正する。 同頁第１４〜１５ｒｒの「未燃成分」を「未燃焼成分」
に訂正する。 （７）　　同書第９百第１６行の「３次空気ノズル（３
）」を「３次空気ノズル（５）」に訂正する。 （８）　　同書第１１頁第７行の「すなわち」を「さら
に」に訂正する。 （９）　　同書第１２頁第ｘ１ｒｆのｒ第２煙道ｔ１３
１Ｊ　ヲｒ第２煙道口５）」に訂正する。 （１０）　　同書第１３頁第１５行の「未燃分」を「未
燃焼分」に訂正する。 （１１）　　同書第１４頁第４行の「助燃料」を「助燃
燃料」に訂正する。 同（ｆ第６行の「硫黄分の少ない・・・」の前に「石炭
専焼ボイラて」を加入する。 同頁第９〜１０行の「低コストの・・・・、これを」を
「硫黄分が多い低質Ｃ重油（コストが低い）を」に訂正
する。 同頁第１１行の「不安になる」を「不要になる」に訂正
する。 α２　図面第４図を別紙のとおり訂正する。 以　　上 特許請求の範囲 燃焼炉の炉壁を貫通して、１次燃料および１次空気供給
ノズルならびに２次空気供給ポートとを備えたバーナー
を設けて、所定量の燃料とこの燃料を燃焼するに必要な
理論量よりも過剰の空気とをそわぞれこれら１次燃料お
よび１次空気供給ノズルと２次空気供給ポートとから、
混合された状態で、噴出させ、前記バーナーによって燃
焼を行なって、１次燃焼領域を形成せしめ、同じく前記
り」壁を貫通して前記バーナーの近傍に２次燃料供給ノ
ズルを設け、この２次ノズルから前−記１次燃焼領域の
燃焼の余剰酸素を消費するに必要な理論ｉＪｋよりも過
剰の燃料を噴出させ、緩慢な燃焼を行って、尚記１次燃
焼領域の周辺部または後部に２次燃焼領域を形成せしめ
、炉内面に吸熱管を配して、これら１次ならびに２次燃
焼領域で生じた燃焼熱を吸収せしめ、さらに、前記２次
燃焼領域の周辺部または後部に空気を供給するように前
記炉壁と同一または別の炉壁を貫通して３次空気供給ノ
ズルを設けて、前記２次燃焼領域の燃焼で残存した未燃
焼成分を酸化するに必要な組以上の空気を供給して３次
燃焼領域を形成せしめる窒・素酸化物の発生を抑制した
３段燃焼方法において、上記バーナーとして微粉炭バー
ナーを用いて微粉炭を燃焼させるとともに、気体または
液体燃料を２次燃料として使用することを特徴とする、
微粉炭の窒素酸化物抑制燃焼方法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼炉の炉壁を貫通して、１次燃料供給ノズルならびに
   １次空気供給室とを備えたバーナーを設けて、所定遣の
   燃料とこの燃料を燃焼するに必要な理論量よりも過剰の
   空気とをそれぞれこれら１次燃料供給ノズルと１次空気
   供給室とから、混合された状態で、噴出させ、前記バー
   ナーによって燃焼を行って、１次燃焼領域を形成せしめ
   、同じく前記炉壁を貫通して前記バーナーの近傍に２次
   燃料供給ノズルを設け、この２次ノズルから前記１次燃
   焼領域の燃焼の余剰酸素を消費するに必要な理論量より
   も過剰の燃料を噴出させ、緩慢な燃焼を行って、前記１
   次燃焼領域の周辺部または後部に２次燃焼領域を形成せ
   しめ、炉内面に吸熱管を配して、これら１次ならびに２
   次燃焼領域で生じた燃焼熱を吸収せしめ、さらに、前記
   ２次燃焼領域の周辺部または後部に空気を供給するよう
   に前記炉壁と同一または、１別の炉壁を貫通して２次空
   気供給口を設けて、前記２次燃焼領域の燃焼で残存した
   未燃焼成分を酸化するに必要な量の空気を供給して３次
   燃焼領域を形成せしめる窒素醸化物の発生を抑制した３
   段燃焼方法において、上記バーナーとして微粉炭バーナ
   ーを用いてｉ′ａ粉炭を燃焼させるとともに、気体また
   は液体燃料を２次燃料として使用することを特徴とする
   ｗＤｔ５１粉炭の窒素酸化物抑制燃焼方法。