JPS59195018A - 微粉炭の噴出方法およびその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉状の石炭の燃焼時に発生する窒素酸化物（
以下ＮＯｘと称する）を低減する微粉炭の噴出方法およ
びその装置に関する。

〔発明の背景〕

燃焼時に発生するＮ　Ｏｘは、大気汚染物質であり４力
低減することが望壕れている。微粉炭の燃焼過程で発生
するＮ　Ｏｘは、その発生形態によシサーマルＮＯＸと
フューエルＮ　Ｏｘに分類される。

サーマルＮＯｘは空気中の窒素が酸化されて発生するも
のでアシ、火炎温度依存性が大きく、高温になる７鵠発
午量が１着力口する。フューエルＮ　Ｏｘは燃判中Ｌｖ
璧素分が酸化されて発生するものであシ、火炎内の１叙
素濃度依存性が大きく、温度依存性は小さい。即ち酸素
が過剰に存在する火炎では燃料中の窒素分はＮＯｘに酸
化され易い。これらのＮ　Ｏｘ発生を抑制するための燃
焼法として、燃焼用空気を多段に分割して注入する多段
燃焼法、低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領域に混入する
排ガス再循環法等がある。これらの低ＮＯｘ燃焼法の原
理は、火炎温度を低下させることによシ、サーマルＮＯ
ｘの発生を抑制することである。従って、発生するＮ　
Ｏｘの８０係以上がフューエルＮＯｘである微粉炭燃焼
火炎に対しては、従来の低ＮＯｘ燃焼法は効果が小さい
。このため、微粉炭の低Ｎ　Ｏｘ燃焼用バーナとしては
、微粉炭の濃い領域と薄い領域、即ち空気比が１以下の
低空気比領域と空気比が１以上の高空気比領域とを火炎
内に同時に形成し、高空気比領域で発生するＮ　Ｏｘを
、低空気比領域で発生する還元性物質によって還元する
燃焼法、所謂濃淡燃焼法を具現化するためのバーナ開発
が盛んである。− この濃淡燃焼を行・なわせるノ・−すとして、燃料を分
割して２本のノズルで噴出させ、低空気比火炎と高空気
比火炎とをそれぞれのノズルからの燃料によって形成す
るものが提案されている。この槌のバーナは外炎を高空
気比とし、内炎を低空気比とするものである。この燃料
を分割して複数のノズルで供給するバーナは、それぞれ
のノズルからの燃料の噴出速度がＮ　Ｏｘ低減の性能に
与える影響が大きい。この／・−すを水蒸気発生用のボ
イラ等に使用する」騙合、ボイラの負荷変動に応じて燃
料の供給量が変動し、燃料の噴出速度が変化する。従っ
て、Ｎ　Ｏｘ低減のための最適噴出速度を常に維持して
運転することは困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、−Ｆ記技術課鏡を解決しようとしたもので、
その目的とするところは、ボイラの負荷変動時にも、発
生するＮ　Ｏｘを低減できるようにすることにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、噴
出口が同心上に設けられたノズルよシ微粉炭が分割して
噴出される微粉炭の噴出方法において、前記ノズルのう
ち外周のノズルは起動後宮に微粉炭を旋回させて噴出し
、壕だ、内周のノズルは起動後所定の負荷まで空気を噴
出すると共に所定の負荷を越えたら微粉炭を噴出し、上
記外周のノズルのさらに外周からは空気を噴出するよう
にした微粉炭の噴出方法にある。

また、纂２の特徴は、噴出口が同心上に設けられ、かつ
微粉炭が分割して噴出されるノズルを備えた微粉炭の噴
出装置において、前記ノズルのうち外周のノズルには微
粉炭全旋回でせて噴出する旋回手段を設け、ｌだ内周の
ノズルには空気及び微粉炭を供給する管を夫々接続し、
夫々の管には開閉弁を設け、上記外周のノズルのさらに
外周に空気を噴出する空気ノズルを同心上に設けた微粉
炭の噴出装置にある。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説
明する。第１図にはノ・−すの側面図を示し、バーナ１
０は燃焼室１１を構成する炉壁１２に開孔部１５を通し
て取付けられている。炉壁１２は断熱材で作られておシ
、燃焼室１１内の熱が外部へ放散されるのを防止してい
る。ノく−ナが蒸気を発生するためのボイラに使用され
る場合には、炉壁１２には熱交換のだめの水管群が設置
される。バーナ１０は燃料と燃焼用空気とを噴出させる
ためのノズル、風箱１４及び燃料と空気との供給管から
構成される。第２図は、第１図に示すバーナ１”０のＡ
−Ａ矢視図であり、バーナ１０のノズル構成が容易に分
るように示しである。この第２図と第１図とを併用して
バーナのノズル構成を説明する。

バーナの中心には補助燃料ノズル１６が設置されている
。補助燃料は燃焼装置の起動時に、燃焼室の予熱及び微
粉炭の着火のために使用されるものであり、通常液体も
しくは気体燃料が利用される。補助燃料は微粉炭の燃焼
火炎が安定した時点で供給が停止される。補助燃料ノズ
ル１６の外周には内筒１７の内壁と補助燃料ノズル１６
の外壁で形成される円環状の２次ノズル２２が設置され
ている。２次ノズル２２内は、燃焼用空気もしくは微粉
炭とこれを搬送するための空気が流れる。

この２次ノズル２２を通して燃焼室１１内へ噴出される
空気を２次空気、微粉炭を２次燃料と称する。２次空気
及び２次燃料は２次空気供給管２５を通して供給される
。２次ノズル２２の断面積は、２次空気の燃焼室１１内
への噴出速度が１０ｍ／秒以上となるよう、通常は３０
ｍ／秒程度になるように設計され、２次燃料を噴出する
時に２次ノズル２２内での微粉炭の逆火防止及びＮＯｘ
低減が効果的に行なわれる大きさになっている。２次ノ
ズル２２の外周には、内筒１７の外壁と外筒１８の内壁
で形成される円環状の１次ノズル２３が設置されている
。この２次ノズル２２と１次ノズルは同心上に設けられ
ている。１次ノズル２３内は、微粉炭とこれを搬送する
だめの空気が流れる。この１次ノズル２３内を流れる空
気及び微粉炭を、それぞれ１次空気及び１次燃料と称す
る。１ｆ空気と１次燃料の混合気は１次空気供給管２４
よシ供給される。この混合気は、１次ノズル２３内に設
置される１次旋回流発生器１９によって、旋回流となっ
て燃焼室１１内へ噴出される。１次ノズル２３の断面積
は、２次ノズル２２と同程度にとられる。

１次ノズル２３の外周上には、燃焼用空気を噴出するた
めの、円環状の３次空気ノズル２１が設置されている。

３次空気ノズル２１は、外筒１８の外αと炉壁１２の開
孔部１５によって形成される。３次空気ノズル２１よシ
燃焼呈１１内へ噴出される燃焼用望見を３次空気と称す
る。３次空気は、３次空気供給管２６を通して風箱１４
内へ供給され、３次旋回流発生器２０によって、旋回流
となって燃焼室１１内へ供給される。

第３図には、バーナ１０の先端の構造を示す。

１次ノズル２３に設置される１次旋回流発生器１９は、
軸流式の旋回流発生器であり、１次空気と１次燃料との
混合気が１次旋回羽根３１によって旋回を与えられ、１
次燃料が遠心力によって燃焼室１１内へ分１牧される。

３次旋回流発生器２０は、半径流式の旋回流発生器であ
シ、半径方向よシ３次空気は旋回流発生器内へ流入し、
数枚の３次旋回羽根３２によって旋回を与えられ、燃焼
室１１内へ噴出される。３次旋回羽根３２はそれぞれ連
結棒３３によって連結され、旋回羽根角度調整棒２７に
よって１枚の羽根の傾きが設定されると、全ての３次旋
回羽根３２の１頃きが一様に同じ角度に調整される。

本発明のバーナは、ひとつのノく−ナによって２種類の
低ＮＯｘ燃焼法を実現できることにらる。

第４図に示すように２次ノズル２２からは２仄褪気４２
だけを噴出させることにより、内炎４０が高空気比で外
炎４１が低空気比の火炎を実現できる。以下、これを第
１の燃焼法と称する。通常、濃淡燃焼は、外炎を高空気
比の火炎とする方法が主流であるが、逆に外炎を低空気
比としでも同様の低Ｎ　Ｏｘ効果を達成することができ
る。第４図の火炎は、１次ノズル２３よシ噴出する１次
燃料４３を旋回流として１摘出し、遠心力によっで燃料
の微粉炭を外周に分散することによシ実現できる。

この火炎の空気化分イ［Ｊは、外周の３次空気流４５相
、と中心の２次空気流４２量を調整することによ！ｌｌ
最適分布に調整できる。

もうひとつの燃焼法は、第５図のように、外炎４１を１
次燃料４３を１次空気と３次空気４５で燃焼する篩空気
比火炎とし、内炎４０を２次燃料４４を２次空気で燃焼
する低空気比火炎とする燃焼法である。以下これを第２
の燃焼法と称する。

この燃焼法の技術課題は、燃焼の初期過程で形成する低
空気比火炎と高空気比火炎を如何にして独立分離させる
かにある。これには、高空気比火炎を旋回流、低空気比
火炎を直進流とし、初期過程での両者の混合を防止し、
旋回流の減衰する領域で発生ずる火炎後流から・・−す
面に向う再循環流によって、火炎後流で両者の混合を促
進するのが有効である。

以上、２丘類の燃焼法が、第１図に示すバーナによって
実現可能である。両者の燃焼法は、Ｎ　Ｏｘ低減に大き
な効果を有するが、実際、ボイラに適用する場合、ボイ
ラの負荷変動に対応して、常に低Ｎ　Ｏｘを実現するに
は問題がある。

先ず、第１の燃焼法だけでボイラの負荷変動に対応する
場合、負荷を増加するに従って、供給する石炭量が増加
する。従って旋回羽根の摩耗が滅しくなる。また、多量
の微粉炭を旋回させるには、旋回流発生器で生ずる通風
損失が太きくなシ、搬送用空気を供給するための送風機
の吐出圧力を増加する必要があり、送風機の大型化、即
ち、ボイラ効率の低下になるう これに対して第２の燃焼法は、旋回をさせる外炎用の微
粉炭量が第１の燃焼法に比較して少なくなるため、通風
損失及び旋回羽根の肇耗の点では優れている。しかしな
がら、この燃焼法は、直進流と旋回流との噴出速度及び
内炎の空気比が性能に及ぼす影響が大きく、あらゆる負
荷変動に対応ゞして、同一ノズルによシ空気比及び噴出
速度を最適値に設定するのが置部である。

以上の問題を解決するには、負荷に応じた燃焼法の選択
が重要であシ、これには本発明の方法が有効である。第
２の燃焼法の性能は、１次燃料と２次燃料の流量が同一
流量、即ち全燃料を均等に１／２にした時がＮ　Ｏｘ・
低減の性能が最も優れている。従って、１次燃料の最大
流量を、ボイラの最大負荷時の１／２に設計し、１／２
負荷から最大負荷までを第２の燃焼法、１／２負荷以下
を第１の燃焼法を採用すれば、傭負荷時にもＮ　Ｏｘ低
減が有効に行なわれる。

第６図は、本発明を微粉炭燃焼用ボイラ５１に適用した
場合の列でりる。微粉炭は、燃焼室１１内で燃焼し、燃
焼ガス５３は水然気を発生するための熱交侯器群５２内
を通過後、窮気予熱器５４内で燃成用空気５５と熱交換
し、燃焼用空気５５を加熱した後大気中へ放出される。

燃焼用空気５５は、送ＩＭＬ機５６によって、空気予熱
器５４内で加熱された俊、燃焼用空気供給管２６内を通
過し、その大半に３次空気として風箱１４内へ供給され
る。燃焼用空気５５の一部は、送に桧５７によって微粉
炭搬送用空気として、原料炭粉砕装置５９へ導かれる。

壕だ、燃焼用空気５５の一部は、送風依５８によって、
２次空気として抽気され、燃焼用・・−す１０へ供給さ
れる。燃料石炭は、原料炭貯蔵庫６０内に貯蔵され、原
料炭供給装置６１により、原料炭供給管６２を通過し原
料炭粉砕装置５９へと導かれる。燃料石炭は、原料炭粉
砕装置５９によシ、燃焼に適正な粒径に粉砕された後、
送風機５７によって送られる搬送用空気によシ、微粉炭
供給管６３を通してバーナ１０へ供給される。原料炭粉
砕装置５９から供給される微粉炭は、バーナ１０へ供給
される前に、１次燃料及び２次燃料とに分割され、それ
ぞれ１次燃料供給管２４及び２次燃料供給管６４及び２
５によってバーナ１０へ供給される。

第６図には、説明を簡略にするために、１本のバーナと
１台の原料炭粉砕装置５９を示しているが、現実のボイ
ラの場合には、その蒸気発生量に応じて、複数個のバー
ナ及び複数個の原料炭粉砕装置５９が設置される。従っ
て、この場合には、第６図のように微粉炭を１次及び２
次燃料とに分割する手段を講する必要がなく、１次燃料
及び２次燃料専用に原料炭粉砕装置、及び燃料供給管を
設置することが可能である。

２次燃料供給管２５には、燃焼用空気供給管２６の中途
から、送風機５８によって空気を一部抽気し、２次空気
供給管６５を通して、空気を供給する手段が設置されて
いる。２次空気供給管６５及び２次燃料供給管６４には
、バルブ６６及び６７が設置され、２次空気供給管２５
を燃料供給管として使用する場合には、バルブ６６を閉
じることによって、送風機５８を通して供給される２次
空気の流入を停止する。また、２次空気供給官′２５を
空気供給管として使用する場合には、ハルブロアを閑じ
ることによシ、燃料である微粉炭の流入を停止できる。

即ち、微粉炭燃焼用ボイラ５１の負荷が最大負荷から１
７２負荷の時には、バルブ６６を閉じ、バルブ６６を開
けることによシ、バーナ１０を第２の燃焼法用のバーナ
として使用することができ、１／２以下の負荷の時には
、バルブ６６を開け、バルブ６７を閉じることによシ、
バーナ１０を第１の燃焼法用バ〜すとして使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼時に発生するＮ　Ｏｘを、燃焼装
置の負荷が変化した時にも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による微粉炭の噴出装置の断面図、第
２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第１図に示す燃
焼装置の先端部の破断斜視図、第４図及び第５図は本発
明によるバーナによって得られる火炎の略図、第６図は
本発明の微粉炭噴出装置許をボイラに適用した略図であ
る。 １７・・・内筒、１８・・・外筒、１９・・・１次旋回
流発生器、２０・・・３次旋回流発生器、２１・・・３
次空気ノズル、２２・・・２次ノズル、２３・・・１次
ノズル、２４・・・１次空気供給管、２５・・・２次空
気供給管、２６・・・３次空気供給管、５１・・・ボイ
ラ、６３・・・微粉炭供給管、６４・・・２次燃料供給
管、６５・・・２次空気供給管、６６．６７・・・バル
ブ。 代理人　弁理士　高橋明夫 蕃ｔｌｌ Ｉ２　図 π 築　３　回 ２θ ！ 第４朋 右 １ｚ図 ｌ 第１頁の続き ０発　明　者　犬塚馨象 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％ 日立市幸町３丁目１番１号株式 会社日立製作所日立研究所内 ０発　明　者　政井忠久 呉市宝町６番９号バブコック日 立株式会社呉工場内 ■出　願　人　バブコック日立株式会社東京都千代田区
大手町２丁目６ 番２号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、噴出口が同心上に設けられたノズルよシ微粉炭が分
   割して噴出される微粉炭の噴出方法において、前記ノズ
   ルのうち外周のノズルは起動後宮に微粉炭を旋回させて
   噴出し、また、内周のノズルは起動後所定の負荷まで空
   気を噴出すると共に所定負荷を越えたら微粉炭を噴出し
   、上記外周のノズルのさらに外周からは空気を噴出する
   ようにしたことを特徴とする微粉炭の噴出方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載において、内周のノズル
   は起動後５０襲負荷まで空気を噴出し、５０チ以上の負
   荷時は微粉炭を噴出するようにしたことを特徴とする微
   粉炭の噴出方法。 ３、噴出口が同心上に設けられ、かつ微粉炭が分割して
   噴出されるノズルを備えた微粉炭の噴出装置において、
   前°記ノズルのうち外周のノズルには微粉炭を旋回゛さ
   せて噴出する旋回手段を設け、また内周のノズルには空
   気及び微粉炭を供給する管を夫々接続し、夫々の管には
   開閉弁を設け、上記外周のノズルのさらに外周に空気を
   噴出する空気ノズルを同心上に設けたことを特徴とする
   微粉炭の叩Ｔ出装置。