JPS59137708A - 窒素酸化物抑制燃焼方法 - Google Patents

窒素酸化物抑制燃焼方法

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JPS59137708A
JPS59137708A JP941683A JP941683A JPS59137708A JP S59137708 A JPS59137708 A JP S59137708A JP 941683 A JP941683 A JP 941683A JP 941683 A JP941683 A JP 941683A JP S59137708 A JPS59137708 A JP S59137708A
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nitrogen oxide
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Shigeki Morita
茂樹 森田
Tadahisa Masai
政井 忠久
Toshio Uemura
俊雄 植村
Fumio Koda
幸田 文夫
Koichi Maruyama
丸山 幸一
Masaharu Moronaga
諸永 雅晴
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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】 本発明は窒素酸化物抑制燃焼方法に係り、特に窒素酸化
物(以下、No、と称する)の抑制下に効率的な運転を
行うことが可能な燃焼方法に関するものである。
NO,は光化学オキシダントや酸性雨の原因物質の1つ
とされているため、近年、その発生を効果(2) 的に抑制する燃焼法の開発が要望されている。このよう
な目的に沿った燃焼法として、排ガス混合燃焼法と二段
燃焼法が知られている。排ガス混合燃焼法は、排ガスを
混入することにより02分圧を低下させた空気を燃焼用
ガスとして使用し、緩やかな燃焼を行うととによりNO
,を低減させる方法であるが、この方法は熱NOxの発
生抑制には効果があるが、燃料NO,の抑制には適さ々
いという不利がある。
一方、二段燃焼法は、一般に多段、多列状に配設された
バーナ部をNOx低減化にとって有利な低空気比(燃料
過剰)に保ちながら第1次の燃焼を行い、次いで該燃焼
により生じた未燃分を後流側に設けられたアフタエアロ
から供給される空気の存在下で完全燃焼を図る方法であ
るが、バーナ部での燃焼反応は還元雰囲気下で緩やかに
行われるだめ、熱NO,の抑制に加え燃料NOxの低減
化にも有効である。従って、重油や石炭のような燃料中
に有機窒素化合物を含有する燃料を燃焼する場合には、
二段燃焼法が最もすぐれた方法とされてい(3) る。
ところで、二段燃焼法を実際に適用する場合、従来から
各段バーナの空気比は互いにほぼ同一の値に設定されて
いる。このような運転方法においては、No、低減効果
の低い上流側段のバーナについても低空気比の条件に保
たれることとなるので、全体的にみて熱効率上好ましく
ない上、煤じんやCO等を含む未燃分の発生が増加する
ためNOx低減化にも限界があるという欠点がある。
また、環境規制値を保ちなからよシ効率的な運転を志向
する場合には、厳しい規制を要請される期間(例えば、
光化学スモッグ注意報発令時等)は極少NOx濃度下の
運転を行い、規制が比較的緩やかな期間は比較的高いN
O,濃度下で運転を行うことが望ましいが、上記したよ
うな各段バーナの空気比を同一値に保つ運転方法の場合
にはこれが不可能である。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなりシ、排
ガス中の未燃分を増加させることなく、環境規制のレベ
ルに応じてNO,を低減できる効率(4) 的な燃焼方法を提供することにある。
本発明者らは、二段燃焼法におけるNOx低減の原理に
ついて基礎研究を実施し、空気比(lなる燃料過剰な燃
焼領域中では、NO,中の主成分であるNOの分解反応
が進行することを確認した。これは、例えば下記(1)
式の反応によるものと推定される。
・HC+NO→・NH+CO・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(1)式中・HCはC2、−C
H等のフリーラジカル、・NXは、・CN−NH等の含
窒素ラジカルを示す。上記により生成した・NXけ、0
2分圧やNO濃度分布に従い下記(2)または(3)式
の如く反応する。
従って、燃料過剰領域へのNO含有撚焼ガスの効率的な
混合により、火炉内脱硝が可能となる。
該領域における効果的な反応条件(換言すれば、未燃分
の増加をともなうことな(NO,を極小とする反応条件
)は、 (5) 実際の02モル量 ’  =iiiM−串あ貨化呆−素量に一鉛する0、率
ル当量−0°°〜°°。
であると思われ、実用的には、これに対応するバーナ空
気比は0.5であることが各種実験炉で確認された。さ
らに、実際のボイラ火炉においては最上流側段バーナの
空気比を大略0.5とすればよいことが分った。そして
このようなNO,極小の状態を1つの極とし、NO,濃
度が比較的に高いレベルから上記極小のレベルまで未燃
分の増加をともなうことなく連続的かつ可逆的にNOx
濃度を変化させ得ることも見出された。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、多段
に配設されたバーナを有する燃焼装置を用いて二段燃焼
を行うに当り、各段バーナの空気比を所望NO,レベル
に応じ下記により与えられる制御線上に沿って設定する
ことを特徴とする。たソし、上記空気比の制御線は、関
係する操作条件下で最大のNO!濃度を示す状態をNO
!レベル0、同じく最小のNO,レベルを示す状態をN
O,レベル100とするとき、NO,レベル0から10
0への(6) 変化に際し、イ)相隣合う段バーナ間において後流側段
バーナの空気比は上流側の段バーナの空気比を越えるこ
とはなく、かつ口)各段バーナの空気比は上昇勾配部分
を有しない、という条件下で、最上流側段バーナについ
てはNOxレベルOにおける空気比1±0.1と同レベ
ル]00における空気比1±0.1間を、最後流側段バ
ーナについてはNOxレベル0における空気比1±0.
1と同レベル100における空気比0.4±0.2間を
、中間部の段バーナについてはNO,レベルOにおける
空気比l±0.1と同レベル1. OOにおける空包比
0.75±0.15間をそれぞれ結ぶ線として与えられ
る。
本発明において、No、レベルOから100への変化に
際し、上記イ)の条件を必要とするのは、後流側段バー
ナの還元雰囲気が十流佃段バーナのそれより弱く彦るの
で、前者で発生したNOxを後者で還元することが不可
能となり、これにともないNO,の還元効率が低下する
ためである。まだ、上記口)の条件を必要とするのは、
空気比の上昇勾配部分が存在するとNOx濃度の変化に
不連続領域を(′7) 生じ、運転操作が煩雑化するだめである。
本発明には多段にバーナを有する燃焼装置であれば、横
型あるいは竪型を問わず広く適用される。
竪型ボイラが適用される場合、該ボイラは前面燃焼方式
のものが好ましいが、対向燃焼方式のものでもよい。バ
ーナ段は一般に3段で充分であるが、必要に応じ4段以
上とすることもできる。
3段バーナの場合には、中間部段バーナのNO。
レベル100における空気比は01675±0.075
とすべきである。
空似比調整用の空気は、空気そのものでもよいが、これ
に循環排ガスの]9部を混入することによりNO,の低
減化を一層促進するととができる。また同様に循環排ガ
スの1部をアフタエアに混入したり、あるいは下方のホ
ッパ部から火炉内へ供給することもできる。
以下、図面を参照しんから本発明をさらに詳1〜く説明
する。
第1図は、本発明に適用される燃焼装置の実施例を示す
もので、火炉10の前側壁において下方(8) から上方へ向は順次設けられた、段山にそれぞれ複数個
のバーナを有する下段バーナ61と、中段バーナ62お
よび上段バーナ63と、上段バーナ63の上方に設けら
れた前側アフタエアロ64と、火炉1の後側壁に設けら
れた後側アフタエアロ65とから主に構成される。
上記構成の装置において、各段バーナ61162および
63に対し、燃料配管50内を案内される燃料とFDP
 (押込送風機)40により押込まれたのち空気予熱器
70で予熱され、次いで後記制御下に下段空気ダク)4
1.中段空気ダクト42および上段空気ダクト43へ分
岐案内される空気とが供給され、燃焼が行われる。燃焼
後の未燃分を含む高温排ガスは上昇し、アフタエアロ6
4および65から供給される空気の存在下で追加燃焼さ
れる。彦お、上記アフタエアロ6昼および65への空気
の供給は、前記空気予熱器′70で予熱された空気を予
熱空気の主配管から分岐するそれぞれ前側アフタエアダ
クト4番および後側アフタエアダクト番5内へ導くこと
により行われる。追加(9) 燃焼後の排ガスは、火炉lO上方の煙風道20を経て排
出されるが、その1部は排ガス循環ファン30により吸
引されたのち排ガス混合ダクト31へ送られる。そして
その1部は火炉lOT部のホッパ排ガスダクト32を通
り、ホッパ排ガスダンパ33の調整下に火炉内5供給さ
れ、残部は排ガス比率設定器150の信号に基づき作動
する排ガスダンパ34の調整下に、前記空気予熱器′I
Oの後流側に設けられた予熱空気主配管部へ供給され、
空気と混合される。
各段バーナへの空気量供給の調整、換言すれば各段バー
ナの空気比の制御は、ボイラマスタ110と排ガス02
濃度設定器130の各信号に基づき制御される空気比設
定器120からの信号により、前記空気比制御線に沿っ
た各段バーナの空気比、およびこれを与える下段バーナ
61、中段バーナ62、上段バーナ63のそれぞれ空気
量信号81゜82.83、同燃料量信号91.92.9
3、々らびにアフタエア量信号84が演算可能な状態に
保たれている。
(10) このような状況下でNOxレベル設定器140によりN
Oxレベルを所望値に設定すると、これに対応する各段
バーナの空気量信号81.82および83並びに燃料量
信号91.92および93の電気信号が演算され、これ
に基づき各段バーナの空気ダンパを自動的に操作するこ
とにより各段バーナの空気比が所定の値に保たれる。
第2図は、このような制御法をタービン出力175MW
用ボイラ(重油焚)に適用した実施例を示すものである
。九ソし、本実施例では、第1図に示す装置の構成に加
え、火炉10下方のホッパ部領域における燃焼性を改善
(未燃分の低減を目的)するため、該ホッパ部へ理論空
気量の1%に相当する空気を供給可能なダンパを追加し
ている。
この実施例においては、所望NOxレベルに応じて排ガ
スダンパ34の開度およびホッパ排ガスダンパ33の開
度がそれぞれ第2図に)のBおよびCの制御線に沿って
設定され、また下段バーナ61の空気比、中段バーナ6
2の空気比および上段バーナ63の空気比がそれぞれ第
2図((ホ)のり、EおよびFの制御線に沿って設定さ
れている。
このような条件下で燃焼を行ったところ、排ガス中のN
Ox濃度は第2図(ノウに示す変化となった。
すなわち、NO,濃度はNOxレベルが高くなるにつれ
て連続的に減少1.、No、レベルOでは最高のNO,
濃度約95Fを、一方NOxレベ/l/100では最小
のNOx濃度約45Fを示すことが明らかと々つだ。上
記の結果は、NO,レベルの可逆変化に対し再現性よく
得られること、NO,レベル0における最高のNOx濃
度の場合でも充分に環境規制値を満足できること、およ
び未燃分の増加をともなうこと々く達成されること等の
だめ、厳しい規制を要請される期間はNO,レベル10
0またはその近傍の低NO,濃度を与える条件下で運転
し、規制が比較的緩やかな期間はNOxレベルOまたは
その近傍の高NOx濃度を与える条件下で運転すること
により、効率的か運転を行うことができる。
以上の説明は本発明の典型的な実施例について行ったも
のであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば、多段バーナに公知の一次ガス(PG)デュアル
エアレジスタバーナを採用することもできる。この場合
には、−次ガスの制御系統を排ガス混合ダクトから分岐
して追設する必要がある。
以上、本発明によれば、各段バーナの空気比を既述した
特殊条件下の制御線上に沿って設定することにより、未
燃分の増加をとも々うことなくかつNO,に関する環境
規制値を満足しながら、所望NOx濃度に応じた効率的
燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に適用される燃焼装置例を示す側断面
系統図、第2図は、本発明実施例に係る説明図で、(ハ
)は該実施例の結果を示すNO,濃度の変化図、に)は
排ガスダンパおよびホッパ排ガスダンパの開度設定制御
線、((ホ)は各段バーナの空気比設定制御線である。 10・・・・・・火炉、30・・・・・・排ガス循環フ
ァン、31・・・・・・排ガス混合ダクト、32・・・
・・・ホッパ排ガスダクト、33・・・・・ホッパ排ガ
スダンパ、34・・・・・・排ガスダンパ、牛1・・・
・下段空気ダクト、42・・・([3) ・・・中段空気ダクト、43・・・・・・上段空気ダク
ト、44・・・・・・前側アフタエアダクト、4−5・
・・・・・後側アフタエアダクト、61・・・・・・下
段バーナ、62・・・・・・中段バーナ、63・・・・
・・上段バーナ、64・・・・・・前側アフタエアロ、
65・・・・・・後側アフタエアロ、81・・・・・・
下段バーナ空気量信号、82・・・・・・中段バーナ空
気量信号、83・・・・・・上段バーナ空気量信号、8
4・・・・・・アフタエア量信号、91・・・・−・下
段バーナ燃料量信号、92・・・・・・中段バーナ燃料
量信号、93・・・・・・上段バーナ燃料量信号、11
O・・・・・・ボイラマスタ、120・・・・・・空気
比設定器、130・・・・・・排ガス0□濃度設定器、
140・・・・・・NOxレベル設定器、150・・・
・・・排ガス比率設定器。 代理人 弁理士 川 北 武 長 (14) 第1図 特開日U39−137708  (5)第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)多段に配設されたバーナを有する燃焼装置を用い
    て二段燃焼を行うに当り、各段バーナの空気比を所望窒
    素酸化物レベルに応じ、下記により与えられる制御線上
    に沿って設定することを特徴とする窒素酸化物抑制燃焼
    方法(ただし、上記空気比の制御線は、関係する操作条
    件下で最大の窒素酸化物濃度を示す状態を窒素酸化物レ
    ベルo1同じく最小の窒素酸化物濃度を示す状態を窒素
    酸化物レベル100とするとき、窒素酸化物レベル0か
    ら100への変化に際し、イ)相隣合う段バーナ間にお
    いて後流側段バーナの空気比は上流側段バーナの空気比
    を越えることはなく、かつ口)各段バーナの空気比は上
    昇勾配部分を有しない、という条件下で、最上流側段バ
    ーナについては窒素酸化物レベル0における空気比1±
    0.1と同レベル100における空気比1±0.1間を
    、最後流側段バーナ(1) については窒素酸化物レベル0における空気比l±0.
    1と同レベル100における空気比0.4±0゜2間を
    、中間部の段バーナについては窒素酸化物レベルOにお
    ける空気比l±O,lと同レベル100における空気比
    0.’75±0.15間をそれぞれ結ぶ線として与えら
    れる)。 (2、特許請求の範囲第1項において、上記多段バーナ
    は3段から構成されたものであることを特徴とする窒素
    酸化物抑制燃焼方法。 (3)特許請求の範囲第2項において、中間部段バーナ
    の窒素酸化物レベル100における空気比は0゜675
    ±0.0 ’/ 5であることを特徴とする窒素酸化物
    抑制燃焼方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62233617A (ja) * 1986-04-04 1987-10-14 Hitachi Ltd 炉内脱硝制御方法
EP2182283A3 (en) * 2008-10-31 2017-06-14 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Oxyfuel combustion boiler plant and control method for the same

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