JPS6027889B2

JPS6027889B2 - 複合多段燃焼方法

Info

Publication number: JPS6027889B2
Application number: JP16128580A
Authority: JP
Inventors: 善利関口
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1985-07-02
Also published as: JPS5784905A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は窒素酸化物の発生を効果的に抑制し得る複合
多段燃焼方法に関する。

窒素酸化物（以下、ＮＯｋと託す）は、光化学オキシン
トの起因物質の１つとされるため、その発生を効果的に
抑制できる燃焼方法の開発が要望されている。

燃焼炉において発生するＮＯ対こは、【ａ｝各種燃料中
に含まれている窒素成分が酸化されて生じたもの（以下
フュェル（Ｆ雌１）Ｎ○×と記す）と、（ｂ’特に、重
油、灯油、ＬＰＧなどの炭化水素を燃料として燃焼する
際に、空気比約０．５〜１．４の下で、炭化水素が空気
中の窒素と反応し、さらにいくつかの反応を経て迅速に
生成するもの（以下プロンプト（Ｐｒｏｍｐｔ）Ｎ０×
と記す）と、‘ｃ’燃焼に伴い、空気中の窒素と酸素が
高温で反応して生じたもの（以下、サーマル（伍ｅ皿ａ
ｌ）Ｎ０ｘと託す）とがある。

窒素成分を多く含む燃料の場合、発生Ｎ○×のほとんど
はフュェルＮ○×であるので、まずこれの発生を抑制し
、ついでサーマルＮ○×の発生を抑制しなければならな
い。

フュヱルＮＯ広の抑制に最も効果的なのは、低空気比燃
焼であることから、重質燃料（これは窒素成分を多く含
む）の燃焼に当っては、低空気比燃焼により１段燃焼ゾ
−ンを形成し、このゾーンの後流側に、不足分の空気を
導入して、２段燃焼ゾーンを形成する空気の２段供給燃
焼方法が採用されている。しかしこの方法は、燃焼を極
端に低空気比で行なわせるため、燃焼が不安定なものと
なる上に、媒塵が多量に発生するといった問題があった
。この発明は、上記のような問題を解決すべくなざれた
ものであって、童質燃料の燃焼の場合においてもＮ○ｘ
特にフュェルＮ○×の発生を効果的に抑制し得る燃焼方
法を提供するものである。

なお、以下の説明において、空気比とは、燃焼に要する
理論空気量に対する実際の空気量の割合をいい、前後方
向については、第１図を基準として、その左方を前方、
または右方を後方とする。まず、この発明において使用
する燃焼炉の構造について説明する。第１図において、
１は円筒状周壁２とその両端に設けられた前壁３と後壁
とからなる炉本体、４は耐灰材製の前壁３の中央に前方
突出状に設けられたやはり耐灰村製のバーナ開口、５は
同開口４の前端中心部に前方から配された１次燃料供給
ノズル、６は前壁３の前側に設けられた風箱、７は風箱
６からバーナ開口４内部に通じる１次空気供給口、８は
同供給口７に設けられたレジスタ、９はバーナ閉口４の
外周側において風箱６から炉内に通じるように設けられ
た複数の２次空気供給口、１川ま同供給口９のさらに外
周側に設けられた複数の２次燃料供給ノズル、１１は炉
内軸心部において外周方向に閉口した３次空気供給口、
１２は周壁２の外側に設けられたボィラ水用ジャケット
部である。

上記構造の燃焼炉において、バーナ関口４の内部に１次
燃料供給ノズル５から１次燃料を噴射供給するとともに
、１次空気供給口７から１次空気を供Ｖ給する。

この空気比は１．０以下、好ましくは０．６〜１．０で
ある。こうして、バーナ関口４から炉内にかけて低空気
比の１次燃焼ゾーン１３を形成する。また２次空気供Ｖ
給口９から炉内に２次空気を供総合する。２次空気は、
１次燃料に対して全空気量が（１次空気＋２次空気）が
過剰になるように供給される。

こうして１次燃料の未燃分やＣ０、比分解炭化水素、ア
ルデヒド等の分解生成物の燃焼により、１次燃焼ゾーン
１３の後流側に高空気比の緩慢な１次燃焼ゾーン１４を
形成する。このゾーン１４における酸素濃度は、好まし
くは８〜１蟹容量％である。また２次燃料を供給／ズル
１０から炉内に高速で噴射供孫合する。その結果２次燃
料は、周囲の不活性ガスを吸引して稀釈され、同時に液
体燃料の場合には高温の雰囲気によって気化され、さら
に分解ガス化されて稀薄燃料となる。２次燃料は、全空
気量（１次空気十２次空気）に対して過剰になるように
供給する。

こうして稀薄な２次燃料の燃焼によって、２次燃焼ゾー
ン１４の外周にやはり緩慢な低空気比の３次燃焼ゾーン
１５を形成する。さらに３次空気供給口１１から炉内に
３次空気を供給して、２次燃料の未燃分や分解生成物の
燃焼を行う。３次空気は、生成排ガス中の酸素濃度が０
．５〜数容量％となるように供Ｖ給する。

燃料および空気の供給位置は、第１図のものに限定され
ない。

たとえば、第７図に示すように、第１図の燃料炉におけ
る２次空気口１１を、前壁３における２次燃料供給ノズ
ル１０の外周側に配設してもよく、さらに周壁２に配設
してもよい。また炉の前壁３において１次燃料および１
次空気を供給し、２次空気を周壁の前端部において供給
し、２次燃料を２次空気供給位置より後流側周壁にて供
給し、３次空気を２次燃料供聯合位置より後流側周壁に
て供給してもよい。なお、第７図における各符号は、第
１図において説明した同符号の都材と同じ部材を意味す
る。つぎに、第１図に示す燃焼炉において、３次空気の
供給位置すなわちバーナ関口４の直径Ｄに対する同関口
４から３次空気供Ｖ給口１１までの距離その比（Ｚ／
Ｄ）を変化させて、Ｎ○×の発生量（酸素４％換算値）
を測定した。

燃料条件：燃料＝Ｃ重油、燃料の全流量＝１００ｋ９ノ
ｈ、炉内温度＝１１５０ｏｏ、総合空気比＝１．１ふ結
果を第４図に示す。同図からわかるように、比そ／Ｄ＝
約５以上においてＮ０×の発生が効果的に抑制される。
またそ／Ｄ＝１５Ｃ重油中の窒素分＝０．２５％、１次
燃料５の重量％、２次燃料５の重量％、１次空気４庇容
量％、２次空気３彼容量％、３次空気３舷容量％の場合
、Ｎ０×（４％酸素換算）の発生量は１０の磯こ過ぎな
かった。つぎに第７図に示す燃焼炉において、（１次空
気＋２次空気）比および２次燃料比を変化させて、Ｎ○
×の発生量（酸素３％換算値）および煤塵の発生量をそ
れぞれ測定した。

燃焼条件は前記と同じとした（ただし後者の場合、炉内
温度を１０００３０とした）。結果を第５図および第６
図にそれぞれ示す。第２図、第３はこの発明の変形例を
示すものである。

第２図においては、炉本体２１の周壁２２に設けられた
２次燃料供給ノズル２３から２次燃料を噴射供給し、ま
たやはり周壁２２において同ノズル２３の後流側に設け
られた３次空気供給口２４から３次空気を供給する。な
お、同図において２５は前壁２６に設けられた１次燃料
供給ノズル、２７は１次空気供給口、２８は２次空気供
給口、２９は周壁２２の内面に螺線状に配された吸熱管
である。第３図においては、燃焼炉は箱状の堅型のもの
である。そしてその前壁３１において、最下部に設けら
れた複数の１次燃料供給ノズル３２とその周囲の１次空
気供給口３３からそれぞれ１次燃料と１次空気を供給す
る。同ノズル３２の上方に設けられた２次空気供給口３
４から２次空気を供給する。同供給口３４の上方に設け
られた複数の２次燃料供給ノズル３５から２次燃料を噴
射供給する。そして同ノズル３５の上方に設けられた複
数の３次空気供給口３６から３次空気を供給する。この
発明の複合多段燃焼方法によれば、つぎの効果が奏され
る。

ィ炉内に１次燃料と１次空気とを空気比１．０以下で
供給して低空気比の１次燃焼を行なわせるので、形成さ
れた１次燃焼ゾーンではフュェルＮ○×の多くはＮ２に
還元され、Ｎ○ｋ特にフュェルＮＯ戊の発生を抑制する
ことができる。

ロ１次燃料供給位置から所定距離離れた位置にて２次
空気を１次燃料に対して全空気量が過剰になるように供
Ｖ給して高空気比の２次燃焼を行なわせるので、１次燃
焼で生じた燃料分解生成物（Ｃ０，日２、炭化水素、ア
ルデヒド類等）を過剰の２次空気で燃焼させることによ
り、フュェルＮ○×のみならずプロンプトＮ○×および
サーマルＮＯＫの発生も抑制することができる。

ハ１次燃料供給位置から２次空気供給位置よりさらに
離れた位置にて２次燃料を供給して、２次燃焼における
残存酸素によって低空気比の３次燃焼を行なわせるので
、上記１次燃焼ゾ−ンの場合と同じくフュェルＮ○×の
発生を抑制することができる上に、１次燃焼および２次
燃焼で発生したＮ○×を燃料の分解生成物（Ｃ０，比、
炭化水素等．によってＮ２に還元することができ、Ｎ○
×を一層低減化することができる。ニ１次燃料供給位
置から２次燃料供給位置よりさらに離れた位置にて３次
空気を供給するので、３次空気によって上記分解生成物
（Ｃ○，比、炭化水素等）が燃焼されても、１次燃焼か
ら３次燃焼までの過程ですでに多量の熱が放散して、３
次燃焼ゾーンの可燃ガス含有ガスは低温になっており、
また可燃ガスは１次燃焼から３次燃焼までの排ガスで希
薄化されているため、３次空気による燃焼ゾーンではサ
ーマルＮ０ｋおよびプロンプトＮ○×（特に後者）の発
生は著しく少ない。

ホ以上のとおり、この発明は、全体として、燃料と空
気とを前壁の中心から外周側に向ってまたは後流側に向
って交互の位置において供給し、燃焼が不安定化しない
程度において低空気比燃焼すなわち還元燃焼を行うもの
であるので、燃焼は全体的に緩慢なものとなり、Ｎ○×
特にフュェルＮ○×および媒塵の発生を効果的に抑制す
ることができる。

また還元燃焼城において、Ｎ○ｘはＣ０，日２等の還元
性ガスによってＮ２に還元され、この点でもＮ○×の発
生を抑制する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃焼方法で使用する燃焼炉の水平縦
断面図、第２図は変形例を示す燃焼炉の水平縦断面図、
第３図はやはり変形例を示す燃焼炉の正面図、第４図は
３次空気供給口の位置とＮ○ｋの発生量との関係を示す
グラフ、第５図は２次燃料比とＮ０×の発生量との関係
を示すグラフ、第６図は２次燃料比と媒塵量との関係を
示すグラフ、第７図は変形例を示す燃焼炉の水平縦断面
図である。１，２１・・・・・・炉本体、２，２２…・・・周壁、
３，２６，３１・・・・・・前壁、４・・・・・・バー
ナ閉口、５，２５，３２・・・・・・１次燃料供給ノズ
ル、６・・…・風箱、７，２７，３３・・・・・・１次
空気供給ロン８・・・・・・レジスタ、９，２８，３４
……２次空気供給口、１０，２３，３５・・・・・・２
次燃料供給ノズル、１１，２４，３６・・・・・・３次
空気供給口、１２・・・・・・ジャケット部、１３・・
・・・・１次燃焼ゾーン、１４・・・…２次燃焼ゾーン
、１５…・・・３次燃焼ゾーン。第１図第３図第２図第７図図寸船第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１炉内に１次燃料と１次空気とを空気比１．０以下で
供給して低空気比の１次燃焼を行なわせ、１次燃料供給
装置から所定距離離れた位置にて２次空気を１次燃料に
対して全空気量が過剰になるように供給して高空気比の
２次燃焼を行なわせ、１次燃料供給位置から２次空気供
給位置よりさらに離れた位置にて２次燃料を供給して、
２次燃焼焼における残存酸素によつて低空気比の３次燃
焼を行なわせ、１次燃料供給位置から１次燃料供給位置
よりさらに離れた位置にて３次空気を供給することを特
徴とする複合多段燃焼方法。２炉の前壁において１次燃料および１次空気を供給し
、１次燃料供給位置を中心としてその周囲にて２次空気
を供給し、２次空気供給位置の外周側にて２次燃料を供
給する特許請求の範囲第１項の記載の方法。３炉内後流部にて３次空気を供給する特許請求の範囲
第２項記載の方法。４前壁において２次燃料供給位置の外周側にて３次空
気を供給する特許請求の範囲第２項記載の方法。５周壁にて３次空気を供給する特許請求の範囲第２項
記載の方法。６炉の前壁において１次燃料および１次空気を供給し
、１次燃料供給位置を中心としてその周囲にて２次空気
を供給し、周壁の前端部において２次燃料を供給し、２
次燃料供給位置より後流側周壁にて３次空気を供給する
特許請求の範囲第１項記載の方法。７炉の前壁において１次燃料および１次空気を供給し
、周壁の前端部において２次空気を供給し、２次空気供
給位置より後流側周壁にて２次燃料を供給し、２次燃料
供給位置よりさらに後流側周壁にて３次空気を供給する
特許請求の範囲第１項記載の方法。８炉の前壁の最下部にて１次燃料および１次空気を供
給し、１次燃料供給位置の上方にて２次空気を供給し、
２次燃料供給位置の上方にて３次空気を供給する特許請
求の範囲第１項記載の方法。