JPS6053702A - 微粉炭燃焼装置 - 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】 本発明は微粉炭の燃焼装置に係り、特に灰中未燃分の低
減、低ＮＯｘ化および高燃料比炭の燃焼に最適な微粉炭
燃焼装置に関するものである。

近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭専
焼へとその主燃料が変換しつつあり、特に発電用ボイラ
においては、石炭専焼の大容量（１，ＯＯＯＭＷ　）火
力発電所が建設されつつある。

この石炭中には灰分と可燃分が含まれており、可燃分は
一般的に揮発分と固定炭素に分けられ、この固定炭素と
揮発分の比を燃料比と呼び、燃料比が２以下の揮発分の
多い低燃料比炭はど燃焼性がよく、一方燃料比が２以上
の揮発分の少ない高燃料比炭はど燃焼性が悪いとされて
いる。

一方、エネルギー源の枯渇等から燃料比が２以上の高燃
料比炭、例えば大同炭、リートスプールート炭、ウィツ
トバンク炭、プレアソール炭、バーゴ炭、スクンカ炭、
ジャーマンクリーク炭、南ヤクー）８８炭、スモーキリ
バー炭などの海炭炭をボイラ用燃料として利用せざるを
得なくなった。

ところが、この高燃料比炭を従来のボイラで焚くと、石
炭中の固定炭素の一部が燃え残り、石炭の燃焼率が低下
し、ボイラ効率も低下することになる。

そこで、石炭の燃焼率を向上させるために、ボイラの高
さを高くして石炭粒子の滞留時間を長くすれば石炭中の
固定炭素を十分に燃焼させることはできるが、ボイラの
高さを高くすると設備費が嵩み好ましくない。

一方、ボイラ火炉内での燃焼温度を高くし、固定炭素の
燃焼を促進することも考えられているが、火炉内の燃焼
温度を高くすると、電率酸化物（ＮＯｘ）の発生が増大
し好ましくない。

化石燃料中には、Ｃ，Ｈ等の燃料成分の他にＮ分が含ま
れ、特に、微粉炭中にはガスなどの気体燃料や油などの
液体燃料に比較してＮ分含有量が多い。

従って、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは気体および
液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘよりも多く、このた
めに微粉炭を専焼させるボイラ等においてはＮＯｘを極
力低減させることが要望されている。

各種燃料の燃焼時に発生するＮＯｘは、サーマル（Ｔｈ
ｅｒｍａｌ　）　ＮＯｘと７　＆−ｘル（ｌｉ’ｕｅｌ
　）ＮＯｘとに大別されるが、サーマルＮＯｘは燃焼用
空気中の窒素が酸素によって酸化されて生成するもので
あり、−万、フューエルＮＯｘは燃料中のＮ分ｔｖ酸化
ｖｃより生成するものである。

これらのＮＯｘの発生を抑制するための燃焼方法として
は、燃焼用空気を多段に分割して供給する多段燃焼法や
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燃焼法は、低酸素燃焼によって燃焼火
炎の温度を下げることにより、窒素と酸素の反応を抑制
することにある。ところが、サーマ＃　ＮＯｘと７ユー
エルＮＯｘの中で、燃焼温度の低下によってその発生を
抑制できるのは、サーマルＮＯｘであり、フューエルＮ
Ｏｘの発生は燃焼温度に対する依存度は少ない。

従って火炎温度の低下を目的とした従来の燃焼方法は、
Ｎ分の含有量の少ない気体および液体燃料の燃焼には有
効であるが、発生するＮＯｘの８０％近くがフューエル
ＮＯｘである微粉炭燃料の燃焼に対しては効果が小さい
。

一方、微粉炭の燃焼機構は、揮発成分が放出される微粉
炭の熱分解過程、放出された揮発成分の燃焼過程、更に
、熱分解後の可燃性固体成分（以下チャーという）の燃
焼過程からなる。揮発成分の燃焼速度は固体成分の燃焼
速度よりはるかに早く、揮発成分は燃焼の初期で燃焼す
る。また熱分解過程では、微粉炭中に含有されたＮ分も
、他の可燃成分と同様に揮発されて放出されるものと、
チャー中に残るものとに分かれる。

従って、微粉炭燃焼時に発生するコユーエ／Ｌ／ＮＯｘ
は、揮発性Ｎ分からのＮＯｘと、チャー中のＮ分からの
ＮＯｘとに分れる。この二種類のフューエルＮＯｘの中
で、チャーからのフューエルＮＯｘは、チャーが燃焼す
ることによって初めて生成するため、燃焼の後半までＮ
Ｏｘの生成が続きこの対策が重要なポイントとなる。

揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程および酸素不足の燃焼領
域でＮ［（８、ＨＣＮ等の化合物になることが知られて
いる。これらの窒素化合物は、酸素と反応してＮＯｘに
なる他に、発生したＮＯｘと反応してＮＯｘを窒素に分
解する還元剤にもなり得る。この窒素化合物によるＮＯ
ｘ還元反応は、ＮＯｘとの共存系において進行するもの
であり、ＮＯｘが共存しない反応系では、大半の窒素化
合物はＮＯｘ　Ｋ　１９化される。また、この還元物質
の生成は低酸素雰囲気になる程進行し易い。

このように、微粉炭燃焼時のＮＯｘ低減方法としては、
還元性をもつ揮発性窒素化合物とＮＯｘとを共存させ、
窒素化合物によりＮＯｘを窒素に還元する燃焼方法が有
効である。

すなわち、ＮＯｘの前駆物質であるＮＨ３等の還元性窒
素化合物をＮＯｘの還元に利用することにより、発生し
たＮＯｘの消滅とＮＯｘ前駆物質の消滅を行なわせる燃
焼法がＮＯｘ低減には有効である。

ところが、従来技術によって微粉炭を燃焼させる場合、
微粉炭粒子の大きさを２００メツシュバス７０〜８０％
程度の微粉炭に粉砕して燃焼していたが、２００メツシ
ユの篩い目の寸法は約７４μｍ程度であり、微粉炭粒子
としてはかなり微粒子となっているが、７４μｍ程度の
微粒子は比較的完全燃焼に近い状態で燃焼するが、１０
０メツシユ（篩い目寸法約１５４μｍ）の篩に残った比
較的粗い粗粒子（約１５４μｍ）が３〜５％程度残存し
ていることに起因する。

それは粒子径１５４μｍ以上の粗粒子が火炎からの輻射
熱を受けても、粗粒子自身が昇温するまでに時間がかか
り、このために粗粒子は揮発分の放出も緩やかで、結果
的には揮発分が先に放出された後にチャーの比表面積が
小さくなり、チャーの燃焼時間が長くなるからである。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、排ガス中のＮＯｘの低減およ
び未燃分が少なくなる微粉炭燃焼装置を得ようとするも
のである。

本発明は前述の目的を達成するために、ミル内で微粉炭
を１５０μｎ〕以上の粗粒子が１％以下含有する超微粉
炭に粉砕して燃焼させるようにしたのである。

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は微粉炭焚ボイラの概略系統図、第２図は石炭粒
子の燃焼状態を説明する図、第３図は縦軸に加熱時間、
横軸に粒子径を示した特性図、第４図は微粉炭の粒子径
と分布度の関係を示す特性図、第５図、第６図は実験デ
ータを示すもので、第５図は縦軸に灰中未燃分、横軸に
炉出口０２濃度を示した特性図、第６図は縦軸に燃え切
り時間、横軸に微粉炭粒径を示した特性図である。

第１図において、ボイラ火炉１の前側壁２、後側壁３に
は下段バーナ４．５、中段バーナ６．７、上段バーナ８
．９がボイラ火炉１の底部から頂部へと順に配置されて
いる。

そして、上段バーナ８．９の上方には低ＮＯｘ化のため
のアフタエアポート１０．１１が設けられ、各バーナ４
．５．６．７．８．９へは午前風箱１２、午後風箱１３
より、アフタエアポート１０，１１へは缶前アフタエア
風箱１４、缶径アフタエア風箱１５よりそれぞれ空気が
供給される。

一方、下段バーナ４．５、中段バーナ６．７、上段バー
ナ８．９への給炭はコールバンカ１６の石炭が石炭供給
機１７よりミル１Ｂへ送られて、ミ、／Ｉ／１８内で粉
砕される。

そして、ミル１８内で微粉炭中の粗粒子は図示していな
い分級装置で分離され、再びミル１８内の粉砕部に戻さ
れ再粉砕されて微粉炭になる。

この粉砕された微粉炭はミル１８より微粉炭管乙より各
バーナ４．５．６．７．８．９へ供給される。

他方、午前風箱１２、午後風箱１３、缶前アフタエア風
箱１４および缶径アフタエア風箱】５への燃焼用空気は
、押込通風機１９によって昇圧された後、空気予熱器２
０で加熱され、風道２１、風量調整ダンパ冴、風道５よ
り各風箱１２．１３．１４．１５へ供給される。

この様にミル１８、微粉炭管ｎから各バーナ４．５．６
．７．８．９へ供給された微粉炭は、各風箱１２．１３
．１４．１５へ供給された燃焼用空気によってボイラ火
炉１内で燃焼すると、各バーナ４．５．６．７．８．９
の位置するボイラ火炉１内には主燃焼領域が、アフタエ
アポート１０，１１の位置するボイラ火炉１内にはアフ
タ燃焼領域２７が形成される。

またボイラは部分負荷時の蒸気温度制御用としてホッパ
路へ排ガスが排ガス再循環ファン２９、排ガス再循環通
路３０より供給され、低ＮＯｘ対策のために排ガス再循
環ファン２９の出口から風道邪の燃焼用空気へ排ガスを
混合する排ガスダクト３１が設けられている。

ボイラ火炉１内での二段燃焼は、各バーナ４．５．６，
７．８．９へ供給される微粉炭を燃焼させるに必要な理
論空気量よりも少ない空気量を風箱１２．１３から供給
して燃焼させた後、不足分の空気量を缶前、後アフタエ
ア風箱１４．１５のアフタエアボー）１０．１１から供
給して完全燃焼を図るのである。

従って、主燃焼領域２６では還元火炎を形成するために
、微粉炭中の窒素外は酸化が防止され化学的に安定なＮ
、となる。

一方、アフタ燃焼領域がでは空気不足のために主燃焼領
域２６で残った可燃分（主としてチャー）にアフタエア
ボー）１０．１１からアフタエアを供給して完全燃焼を
図るので、ここでの火炎は酸化炎となる。

第２図は第１図のボイラ火炉１の主燃焼領域あでの石炭
粒子３２の燃焼状態を示したものであり、以下石炭粒子
３２の燃焼について説明する。

第１図の各バーナ４．５．６．７．８．９よりボイラ火
炉１内へ放出された石炭粒子３２は、火炎からの熱（主
として輻射熱）を受けて粒子温度が急激に上昇する。

このために、石炭粒子３２中に含まれる揮発成分３３が
気化し、石炭粒子３２の外へ放出される。揮発成分３３
が石炭粒子３２より流出される速度は、石炭粒子３２の
昇温速度に関係する。つまり石炭粒子３２中の粒子内圧
３４は、昇温速度によって決定される。

石炭粒子３２へ供給する熱流速は殆んど一定と考えて差
支えないので、石炭粒子３２の粒子径によってとの昇温
速度が決定されることになる。

非定常熱伝導より明らかなように、石炭粒子３２の粒子
径の加熱時間への影響は、第３図に示すように指数関数
であることが知られている。

従って粒子径の大きい粗粒子では加熱時間が急激に長く
なり、粒子径の小さい微粉炭では短くなる。

つまり、粗粒子の加熱は緩やかな加熱となるので、粒子
内圧３４は余り大きくならない。この加熱時間が極めて
短い場合には、粒子内圧３４が極度に高くなり、このた
めに石炭粒子３２は分裂することも起り得る。

従って、膨張が太き（なるにつれて、石炭粒子３２の比
表面積は急激に増大し、揮発成分３３を放出後のチャー
の燃焼性に重要な影響をもたらすものである。

すなわち、比表面積の大きいチャーは火炎中において、
Ｏ７との拡散反応が速やかに行なわれるために、チャー
燃え切り時間が少なくてすむことになる。

チャー自体は殆んど炭素分であり、石炭粒子３２中の窒
素分は殆んどが揮発成分３３中に含まれている。従って
主燃焼領域部で完全に揮発成分３３を放出させることが
二段燃焼による低ＮＯｘ化のポイントとなる。

第４図は縦軸に微粉炭の分布度、横軸に粒子径を示し、
微粉炭の粒度分布を曲線Ａで示したものである。

前述までの考えによれば、単純に約１５０μｍ（約１０
０メッシｓ、）以上の粗粒子領域３５が最も問題となる
。

従って、本発明においてはとの粗粒子領域３５０重量割
合を少なくとも１％以下にして超微粉炭に粉砕するもの
である。

第５図および第６図は本発明者等の行なった実験データ
で、第５図は縦軸に灰中未燃分、横軸に炉出口０．濃度
を示し、曲線１３は粒径１５０〜２５０μｍ、曲線Ｃは
粒径７０〜１５０μｍ１曲線りは粒径７０μｍ以下の灰
中未燃分を示す。

この実験には燃料比２゜１３の中国産の大同炭を用いた
。

この第５図からも明らかなように、粒径が１５０μｍを
越える粗粒子においては曲線Ｂで示す如く灰中未燃分が
急激に増加する傾向にあり、この傾向は高燃料比炭はど
益々著しくなることが判明した。

第６図は縦軸に燃え切り時間、横軸に微粉炭粒径を示し
、これらの関係を゛６温度毎に示した特性図で、図中曲
線Ｅは温度ｉ、ｉｏｏ℃、曲線Ｆハ１，２００℃、曲線
Ｇは１，３００℃、曲線Ｈは１，４００℃、曲線■は１
，５００℃の場合を示す。

そして、この図で微粉炭の粒径と燃え切り時間とは、ボ
イラ火炉１内の雰囲気温度によって第６図に示すような
関係をもち、この雰囲気温度によって微粉炭の燃え切る
時間を云う。

例えば平均粒径間μｍに粉砕した超微粉炭の燃え切り時
間は雰囲気温度が１，１００℃（曲線Ｅ）では３．１秒
、１，２００℃（曲線Ｆ）では１．９秒、１，３００℃
（曲線Ｇ）では１．４秒であるのに対し、平均粒径７４
μｍに粉砕した微粉炭の燃え切り時間は、１，２００℃
（曲線Ｆ）では４秒、１，３００℃（曲線Ｇ）では３，
７秒、１，４００℃（曲線Ｈ）では１．７秒、１，５０
０℃（曲線■）では１秒であり、また、平均粒径１５０
μｍ以上の粗粒子に粉砕した微粉炭では１，５００℃（
曲線工）でも５．６秒である。

このように、第５図および第６図の実験データは微粉炭
の粒径が小さければ小さいほど第６図に示すように燃え
切り時間も短かく、しかも第５図のように灰中未燃分も
少なくなることを示してい１５ 一方、燃料比の大きい高燃料比炭にあっては、第２図に
示す粒子内圧３４を決める揮発成分３３が少なくなるの
で、一層の急速加熱が必要になり、このためには超微粉
炭化が最も有効で、この超微粉化によって灰中未燃分は
第５図の曲線Ｂから曲線りへと近すき、燃え切り時間も
第６図の曲線工から曲線Ｅへと近ずくことになり、高燃
料比炭は低燃料比炭に比べて粉砕性がよいことからも超
微粉炭の燃焼には有効である。

この様に微粉炭を超微粉炭に粉砕することによって微粉
炭の粒子径は益々小さくなるとともに、比表面積は大き
くなり、これによって燃焼速度が速く激しく燃焼するた
めに灰中未燃分も少なくなり、微粉炭の燃え切り時間は
粒子径のほぼ２乗に比例するので、燃え切り時間は約−
に短縮され、Ｏ それだけボイラ火炉の高さも低くできるのである。

本発明はミル内で微粉炭を１５０μｍ以上の粗粒子が１
％以下含有する超微粉炭に粉砕して燃焼させるようにし
たので、排ガス中のＮＯｘは低減でき、灰中未燃分、燃
え切り時間の短かい微粉炭燃焼装置にすることができ、
しかも高燃料比炭には特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は微粉炭焚ボイラの概略系統図、第２図は石炭粒
子の燃焼状態を説明する図、第３図は縦軸に加熱時間、
横軸に粒子径を示した特性図、第４図は微粉炭の粒子径
と分布度の関係を示した特性図、第５図および第６図は
本発明の実験データを示すもので、第５図は縦軸に灰中
未燃分、横軸に火炉出口０２濃度を示した特性図、第６
図は縦軸に燃え切り時間、横軸に微粉炭粒子径を示した
特性図である。 １・・・・・・ボイラ火炉、４．５．６．７．８．９・
・・・・・で（−す、１８・・曲ミル、２３・・・・・
・微粉炭管。 ブ　３　閾 ７４　広 才　５　圀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石炭をミルで粉砕して微粉炭にし、この微粉炭をミルよ
   りバーナへ搬送して燃焼させるも、のにおいて、前記ミ
   ル内で微粉炭を１５０μｍ以上の粗粒子が１％以下含有
   する超微粉炭に粉砕して燃焼させるようにしたことを特
   徴とする微粉炭燃焼装置。