JPS60149808A - 低ΝＯｘ燃焼制御方法 - 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】 この発明は望素鹸化物の排出量を低Ｉ尻する燃焼方法に
係り、特に各個において窒素酸化物を低減した燃焼を？
テえるバーナを用いて行う燃焼方法に関する。

近年、燃料需給情勢の変化により電力業界を中心として
再び微粉炭焚ボイラが新設されつつある。微粉炭燃焼技
術そのものは、古くより確立され今や重油並みの高効率
燃焼が可能となっている。ガス、油量様微粉炭燃焼器も
種々の形式が世に紹介されているが、その最も基本的か
つ最も高負荷高効率燃焼に適した形式として、微粉炭供
給管を中心軸に有する環状空気旋回型バーナが挙げられ
る。このバーナにおいては、石炭はミルで′０？！粉に
粉１卆された後、燃焼用空気の２０％程度の搬送用空気
によって気流輸送されバーナ口より火炉に投入される。

残りの燃焼用空気は、−重もしくは二重に環状分離され
た状態でバーナ口近傍で通常はある程度の旋回をかけて
この微粉炭１貧流の周囲より噴出される。

微粉炭（オ、この適度な旋回流によって生ずるバーナス
ロート近傍の再循環流と、場合によってはインペラの追
設によって保炎され定常燃焼が維持される。単に微粉炭
を燃焼させるにあたっては、この柚の燃焼器により所期
の目的は十分に達成される。

しかしながら、周知の通り燃焼によってＭＩＪ成するガ
ス状の窒素鹸化物（以Ｆ［ＮＯｘ　Ｊと称す）は往々に
して高負荷燃焼バ〜すにおいて発生しやすく、これが大
気汚染の元凶の一成分であるところから、幾つかの基本
的バーナ改良もしくは火炉全体の燃焼改善が行なわれて
きている。

微粉炭燃焼において特に問題となるのは、微粉炭中に大
量に（通常は１〜２　ｗｔ％）含イｆされる有機形態の
窒素（以下［Ｆｕｅｌ　Ｎ　Ｊと称す）に起因するＮＯ
Ｘ　（以下「Ｆｕｅｌ　ＮＯｘ　Ｊと称す）であり、排
ガス中ＮＯｘの大部分を占めている。ここで燃焼中には
以下に示す式（１）及び（２）が競合して行われる。

Ｆｕｅｌ　Ｎ　十〇□−→ＮＯＸ　・山−（１）Ｆｕｅ
ｌ　Ｎ　十Ｎｏ−−−十Ｎ２・・印−（２）従って、（
１）を押えかつ（２）を優先してＴｊわせ１１ば全体と
してのＮＣ１ｘの発生量は低減できる。すなわち、燃焼
装置の熱負荷を尚く保持し、しかも低ＮＯｘ化を達成す
るためには高温還元火炎の確保が重要な技術的ポイント
となる。一般に二段燃焼と呼ばれる燃焼法はこの考よの
応用であり、バーナゾーンで空気不足状態を作って高温
還元炎を形成させ、不足分空気をバーナゾーン後流の俗
称アフタエアポートより投入することにより未燃分を燃
焼させ火炉全体で燃焼改善を行なってＮＯｘ排出量を低
減するものであり、現在においては一般的な石炭におい
て新設ボイラの場合２００ｐｐｍ程ＩＩまでＮＯｘ排ｕ
４濃度は抑制されるに至っている。

しかしながら、微粉炭の燃焼にあっては、空気不足なバ
ーナゾーンで還元気と共に残存する燃え残りの石炭粒子
（チャー）をアフタエアによって完全燃焼せしめるには
相当のボイラ（火炉）空間を必要とし、従って上記燃す
Ｌ法は原理的には極めて有効な低ＮＯｘ燃焼法であるに
もがかわらすボイラ構造等の点から制約を受け、ある程
度の限界を而している。

このことがら幾分なりとも以上の原理を有効に利用すべ
く、各バーナが各々低ＮＯｘ燃焼を行えるよう構成した
バーナ構造が提案されている。

つまりこの形式のバーナとして第１図で示す如く微粉炭
管４１の周囲をスリーブ４３によって分層し、微粉炭流
１ｏの周囲から二次空気２０．三次空気３０を旋回供給
するいわゆるデュアルエアレジスタタイプのバーナが紹
介されるに至り、バーナ単体で、すなわちボイラ全体と
しては二段燃焼なしでＮＯｘは４００ｐｐｍ程度まで（
低減率（は約４０％）低減されることが実ｊｌｌ：され
ている。

しかしながら、この様なタイプのバーナでは通常二次空
気２ｏと三次空気３ｏはスリーブで分離されてはいるも
のの実際にはバーナスロート８゜の出口近傍では微粉炭
流１ｏの二次空気噴流２ｏ及び三次空気噴流３ｏは容易
に混合し、燃焼初期において高温還元炎を十分に分離維
持することが不可能であり、この種の燃焼装置でこれ以
上のＮＯｘ低減は極めて困難であることがわかった。

この発明の目的は上記した従来技術の問題点を除去し、
低ＮＯｘバーナのより効率の高い使用による低Ｎ９ｘ燃
規方法を提供することにある。

要するにこの発明はバーナ部において高温還元火炎を形
成してバーナ単体でのＮＯｘ低減を図ると共に、燃焼装
置全体としてはこの様に構成したバーナな用いて、さら
に二段燃焼等の（Ｊ＃　ＯＸ燃焼を行わせる方法である
。

次に本発明の具体的実施例を示す前に、本発明に至った
幾つかの技術的ポイントについて述べることにする。先
に述べたように）く−ナ単体で二段燃焼的効果を生しさ
せ、且つこれによって高効率燃焼を維持して灰中未燃分
の十分な抑制を行なうには次の各々の技術的ポイントに
応した改良が必要である。

（１）微粉炭流を出来る限り広角散布しない。

（２）　（１）によって生ずる微粉炭流の高温還元炎を
保炎維持する。

（３）最外周空気と（１）　（２）で形成される初期燃
焼域とを出来る限り分離する。（高温還元炎によるＮＯ
ｘ抑制） （４）　（３）の操作の後、ある程度の滞留時間を経た
後今度は該高温還元炎と最外周空気を良好に混合させる
。（未燃分の低減） このうち特に（３）と（４）は相矛盾するものであるが
発明者等は先にこれら（１）ないしく４）の技術的ポイ
ントを達成するものとして第２図に示すノく−ナを提案
し、かつ実機運転においても大きなＮＯＸ低減率を達成
している。

先ず、上記（１）（２）については微粉炭供給管４１の
先端に設置した外向きフレームキャップ１００により十
分なる技術的解決がなされた。すなわち微粉炭管出口に
おいてこのフレームキャップにより、微粉炭１屓流は外
周保炎され、且つインペラ等の広角散布機構を有さぬ為
、外周の二次空気２０．三次附気３０へ混入する以前に
高温還元炎が形成される。

次に上記項目（３）　（４）については二次空気ダンノ
く３２１、三次空気ダンパ３３１．及びもしくは二次三
次個別空気ファンの設置による二次空気、三次空気の末
端旋回器上流の圧力及び風量の独立制御方式により、具
体的には三次空気通路のエアレジスタ６２の上流側圧力
を１２０ｍｍＡｑ以上とすることにより技術的解決が成
された。

これにより、三次空気３０は強力な旋回と適切な風足が
維持され、バーナスロート８０出口において一旦広角噴
流が形成される。この場合スリーブ４２．４３に対して
は外向きスリーブ１０１　。

１０２を形成するのが効果的であることはもちろんであ
る。

又、少量の二次空気２０を、三次空気３０とは異なる旋
回強度をもって噴出させることにより、図中Ａで示され
る如き固定された循環渦を形成させることが出来ること
も実験により確認された。この循環渦Ａの存在により最
外周空気Ｂはこの循環渦Ａのまオつりで一且、微粉炭流
とは極めて効果的に分離されしかも、この渦の存在のた
めに、その後流では微粉炭流により形成した高温還元炎
後流との混合改善が成される。

史に、排ガス通路５０は、微粉炭流１０と二次空気２０
の空間的分離のために有効であり、必らずしも多量の排
ガスを必要とするものでは無く、実用的な見地からも従
来バーナに比して問題とはならない。

第３図及び第４図は上述したバーナ装置を用いた燃焼装
置の制御方法を示す。先ず、第３図は第２図に示すバー
ナの燃料及び空気供給系統を示し、これにより各単体バ
ーナを所定の状態で運転させる。すなわち、二次空気２
０及び三次空気３０の供給量は前述のダンパ３２１．３
３１を用いる外、これに代えてまたはこれに加えて、各
ファン３０２，３０３の運転速度を変化させて苅応して
もよい。さらにこの場合、特に三次空気３０の噴射速度
の調節が問題となるわりであるが、この三次空気３０に
対してダンパ３１２を用いて排ガス５０を混入し、混合
気体中の酸素供給量を所定の値に保持したまま三次空気
（混合ガス）の噴射速度を自由に調節できる。なお図中
３０１１１排ガスフアン、３１１は排ガスダンパ、２０
０はミル、。

４００は第２図に示す構造のバーナである。

第４図は以上の構成のバーナをボイラ全体として統一的
にて制御する場合の方法を示す。

第４図（ａ）は上述のバーナを全て同じ条件で運転し、
各バーナ４００毎に熱負荷の負担と低ＮＯｘ燃焼を？テ
うようにしたものである。

同（ｂ）は各段のバ〜すの空気比を（ａ）に示すバーナ
よりもやや低下させてよりＮＯｘ低減率を高めたバーナ
４００として運転し、不足分の空気はこれらバーナの上
段に配置したアフタエアポート４１０から供給するよう
にしている。

同（ｃ）　Ｌｔさらに、これらのバーナを二部に分は下
段側のバーナを（ａ）の場合と同様の条件で運転するこ
とによりホ゛イラの熱負荷に対Ｉ心し、かつこれらバー
ナ４００の］二部のバーナは空気比を大幅に低下（例え
ば０．５以下）させて脱硝バーナ４２０とし、還元性ラ
ンカル等の中１８１生成物を生成し、バーナ４００で除
去し切れなかったＮＯｘを気相還元し、さらにアフタエ
アポート４１０から供給される空気により未燃分を燃か
εさせ、炉内脱硝燃焼を行う。

第５図は各燃焼方法におけるＮＯｘの低減効果の比較を
示す。図中Ｉは第１図に示すデュアルエアレジスタバー
ナによる最少ＮＯｘ排出濃度、■は第２図に示すバーナ
を全て同じ条件で・、つまり第４図（ａ）で示すように
運転した場合のＮＯｘ排出濃度、１１１はやはり第２図
に示すバーナを用い、かつ各バーナの運転条件を相違さ
せた場合の最低値を示す。以上から明らかなとおり、高
温還元域を形成し得るバーナを用いればＮＯｘの低減に
効果があり、さらにこの形式のバーナの運転条件を変え
て燃焼装置全体で、炉内脱硝法。

二段燃焼法等を実施ずればＮＯｘの低減率はより高いも
のとなる。

この発明を実施することにより発明者等が先に提案した
低ＮＯｘバーナをより効果的に利用でき、燃焼装置全体
として高い熱効率の下にＮＯｘの大幅な低減が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はデュアルエアレジスタバーナの断面図、第２図
はこの発明に係る方法に用いるバーナ装置の断面図、第
３図は第２図のバーナに対する燃料及び空気供給の系統
図、第４図は第２図に示すバーナの使用状態を示す図、
第５図は各燃焼方法におけるＮＯｘの排出量を示す線図
である。 １ｏ　・・・・・・微粉炭流 ２０　・・・・・・二次空気 ３０　・・・・・・三次空気 ４００・・・・・・王バーナ ４１０・・・・・・アフタエアポート ４２０・・・・・・７１５１ｉ硝バーナニ） 塚 −ｒθノ 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　バーナ口近傍に高温還元域を形成し各々が独自に
   低ＮＯｘ燃焼を行うバーナを用いて燃焼を行う方法にお
   いて、各バーナ段の運転条件を相違させ、各バーナにお
   いて各々低ＮＯｘ燃焼を行うと共に燃焼装置全体として
   も低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とする低ＮＯｘ燃
   焼制御方法。 ２、ｉｉ＋記低ＮＯｘ燃焼を行うバーナを敞粉炭バーナ
   とし、炉内に噴射し燃焼する微粉炭流と、この微粉炭流
   周囲から１賓射する空気との間に１ｊ’、ｊ流を形成し
   、火炎上流側では高温還元域を形成し、下流側ではこの
   空気流との混合により未燃分燃焼を行わせるよう構成し
   たことを特徴とする特ｔ１晶求の範囲第１項記載の低Ｎ
   Ｏｘ燃焼制御方法。 ３、前記バーナ段の少くとも下段側のバーナ段の空気比
   を小とし、上段側のバーナ段の空気比を大とするか、ま
   たはこの上段側のバーナ段の空気比も下段側のバーナ段
   と同じ低空気比としかつ上段側のバーナ段上部から燃焼
   用空気を供給することにより、燃；晃装置全体としては
   二段燃焼を行うようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の低ＮＯｘ燃焼制御方法。 ４・　前記バーナ段の下段側のバーナの附気比を大とし
   て生バーナとし、その上部のバーナの空気比を小として
   脱硝バーナとし、脱硝バーナ上部から未燃分燃焼用空気
   を供給することにより燃焼装置全体としては炉内脱硝燃
   焼をｆｊうことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の低ＮＯＸ　＃Ｙ規規制力方法