JPS61272509A

JPS61272509A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPS61272509A
Application number: JP60112781A
Authority: JP
Inventors: Yukio Hosono; 幸男細野; Masaaki Yasugi; 矢杉　正明; Takeo Notani; 武生野谷
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1986-12-02
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0739843B2

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、触媒燃焼装置に係り、特にボイラや加熱器な
どに好適な触媒燃焼装置に関する。

〔発明の背景〕

触媒燃焼装置は低空気過剰率で燃焼させることができる
ことから、省エネルギ運転などの点で優れており、種々
の分野に適用されている。以下、ボイ″うに適用して触
媒燃焼装置を例にとって説明する。

第３図は、ボイラに適用した従来の触媒燃焼装置の系統
図であり、触媒燃焼炉１は燃焼ガス流に沿って垂直に切
つた模式断面として表わされてい第３図に示すように、
触媒燃焼炉１は横長に形成された炉殻２と、この炉殻２
の長手方向に沿って間隔を有して垂直に配列された複数
段（図示例では３段）の燃焼触媒層３（３ａ〜３ｃ）と
を備えている。各燃焼触媒層３ａ〜３Ｃに対応させてそ
の上流側に燃料供給用の燃料ノズル４（４ａ〜４ｃ）が
配置され、燃焼用空気を供給する送気ノズル５は初段の
燃焼触媒層３ａの上流側にのみ配置され、各燃焼触媒層
３ａ〜３Ｃにて必要な空気量が一括して送気されるよう
になっている。そして、熱負荷としてのボイラの伝熱管
群６は各燃焼触媒１ｉ　３　ａ〜３ｃの下流側に分割し
て配置され、これらの伝熱管群６は炉頂に設けられた蒸
気ドラム７に連通されている。

燃料は、蒸気ドラム７に設けられた圧力検出端を有する
蒸気圧力指示調節計（以下ＰＩＣと称する）１０と演算
器１１によって、熱負荷量の変化に応じた燃料制御量が
求められ、これに基づいて燃料制御弁１２を調節して、
触媒燃焼炉１の燃料ノズル４に供給する総燃料量が制御
され、さらに絞り弁１３　（１３２〜１３Ｃ）によって
予め定められた配分率に応じて、各燃料ノズル４ａ〜４
Ｃに分配されるようになっている。

燃焼用空気は、比例演算器１４において上記総燃料量に
設定過剰空気率を乗じて空気要求量が求められ、さらに
触媒燃焼炉ｌの排ガス流出口に位置された０、濃度検出
端を有している０！濃度指示調節計１５から出力される
補正信号によって、排ガスの０．濃度を目標値に保持さ
せるべく上記空気要求率が補正され、この補正された空
気要求量に基づいて空気制御弁１６を調節して送気ノズ
ル５に供給する空気量が制御されている。

しかしながら、上記従来のものによれば、最終段以外の
触媒層における触媒燃焼の過剰空気率が大きなものとな
ることから、窒素酸化物ＮＯｘの発生量が多くなるとい
う問題がある。

また、排ガス中のＯｔ濃度に基づいて空気量を補正制御
しているが、０．濃度検出位置と送気位置とが離れてい
るので制御遅れが生じる。したがって、負荷変動した場
合、制御遅れに起因して空気量制御がハンチングして、
極端な場合には未燃ガスや未燃カーボンが排出される恐
れがあるため、排ガス中の０．濃度目標値を低く設定す
ることができず、余り小さな過剰空気率で運転すること
が困難であるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、窒素酸化
物ＮＯｘを低減するとともに、広い範囲にわたる負荷変
動に対して、過剰空気率を小さい値に安定に保持できる
触媒燃焼装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、間隔をおいて多段に配列された燃焼触媒層に
対応させて送気ノズルを配置し、熱負荷量に応じて供給
される総燃料量と設定された゛過剰空気率とに基づいて
定まる空気量を予め設定された配分率に従って前記各送
気ノズルに配分して供給するとともに、燃焼排ガスのＯ
ｆ濃度を所定の目標値に保持すべく最終段の前記燃焼触
媒層に対応する送気ノズルに供給される空気量と補正制
御することを特徴とする。

即ち、各燃焼触媒層に配分して供給される空気量に見合
った燃料量を、各燃焼触媒層において還元雰囲気下で効
率よく燃焼させてＮＯｘの発生を低減し、最終段の燃焼
触媒層の空気量を排ガスの０□濃度に応じて調節して制
ｉ１１遅れを捲掛化することにより最終的に過剰空気率
を小さな値に安定した保持するとともに、完全燃焼させ
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明をボイラに適用してなる一実施例の系統
構成図を示す。なお、第１図において第３図に示す従来
例と同一機能構成を有するものには同一符号を付して説
明を省略する。

第１図に示すように、触媒燃焼炉１回りで第３図例と異
なる点は、燃料ノズル４と送気ノズル５の配置が入れ代
わり、各燃焼触媒層（以下、常に触媒層と略す）３ａ〜
３ｃに対応させてその上流側に送気ノズル５　（５ａ〜
５）が配置され、初段の触媒層３ａの上流側にのみ燃料
ノズル４が配置されている形式、言い換えれば、空気分
散形多段触媒燃焼装置となっていることにある。そして
、これに応じて燃料供給系と空気供給系の構成が異なっ
ている。

即ち、燃料ノズル４は燃料制御弁１２を介して、図示し
ていない燃料供給手段に連通されている。

そして、ＰｒＣ１０から出力される目標蒸気圧と検出蒸
気圧の偏差は、演算器１１により燃料制御信号に変換さ
れ、これに応じて燃料制御弁１２が制御され、燃料ノズ
ル４からは触媒燃焼炉１の熱負荷量に対応した値の総燃
料量が注入されるようになっている。

そして、燃料ノズル４から注入される総燃料量は燃料流
量指示調節計（以下、ＦＩＣと称する）２０により検出
され、燃料制御弁１２のフィードバック制御がなされて
いる。

また、各送気ノズル５ａ〜５Ｃはそれぞれ空気制御弁１
６ａ〜１６ｃを介して、図示していない燃焼用空気供給
手段に連通されている。各送気ノズル５ａ〜５ｃに供給
する空気量は、ＰｒＣ２０により検出された総燃料量に
、比例演算器２１（２１ａ〜２１Ｃ）にて予め設定され
ている配分率を乗じて求められ、これに基づいて空気制
御弁１６ａ〜１６ｃが制御されるようになっている。

さらに、排ガスの０部１度の目標値と検出値の偏差を零
にすべく、０□ＩＣｌ３から補正信号が比例演算器１６
Ｃに入力されており、この補正信号によって送気ノズル
５Ｃに供給される空気量が増減補正されるようになって
いる。そして、各送気ノズル５ａ〜５Ｃから送気される
空気量は、それぞれ空気流量指示調節計（以下、ＦＩＣ
と称する）２２（２２ａ〜２２Ｃ）により検出され、空
気制御弁１６　ａ〜１６ｃのフィードバック制御がなさ
れている。

なお、初段の触媒［３ａの上流側には、触媒層３ａの温
度を燃焼開始温度に保持すべく、燃料と空気を予め昇温
させるための昇温バーナ２４が設けられており、それぞ
れ制御弁２５．２６を介して、総燃料量の１部とその燃
焼に必要な空気が供給されるようになっている。

このように構成されることから、送気ノズル５ａ〜５ｃ
から各段の触媒層３ａ〜３ｃに送気する各々の空気量を
、各段の熱負荷量（例えば、ボイラ伝熱管群６の配置）
、燃料の種類、触媒の材質などに基づいて設定配分する
と、最終段を除く触媒層３ａ、３ｂにおける燃焼は、通
過される燃料に対して燃焼用空気が常に不足した還元雰
囲気でなされるため、広い負荷範囲にわたる負荷変動に
対しても、ＮＯｘの発生が抑制されるとともに、燃焼温
度が低くおさえられるのでサーマルＮＯｘの発生も抑制
されることになる。そして、総燃料量に対する最終的な
空気ｉｔ調節は、最終段の触媒層３Ｃの空気量を、Ｏ，
ｒＣ１５により検出された排ガスの０２濃度に基づいて
調整していることから、小さい過剰空気率で完全燃焼さ
せることができる。

また、０．濃度検出位置と最終空気制御位置との距離が
短くなることから、制御遅れが極小化され、ハンチング
が生じにくくなるので、排ガスのＯｔ　ｔ７１度目標値
を低く設定しても、広い負荷範囲に互る負荷変動に対し
て低過剰空気率による運転を安定に保持できる。例えば
、負荷変動幅が１０〜１００％で、負荷変動率が４０％
／ｍｉｎであっても、排ガスの０部濃度を０〜１％の範
囲内で安定に保持することができる。

因に、第３図の従来例によれば、負荷変動時の未燃ガス
等の排出防止を考慮すると、過剰空気率を排ガスＯ１濃
度にして１〜２％までしか低減することができなかった
。また、従来例によると、過剰空気率が高いことから、
触媒層の燃焼ガス温度が１６００℃以上の高温となって
しまい、サーマルＮＯｘの発生があったのである。

なお、第１図の実施例装置を用いて行った実験例による
と、燃料をプロパンガスとし、燃焼触媒に白金（Ｐｔ）
を用い、燃料量１００％に対して第１段の空気量は７５
〜８５％、第２段は５〜１５％とし、最終段の空気量は
排ガス０：濃度の目標値を０．５〜１％として調整する
ようにしたところ、排ガスｏｚ？ｆｆｉ度は０．５〜１
％に安定に維持され、徘ガスＮＯｘ濃度は２０ｐｐｍ以
下であった。

因に、一般のバーナ火炉における２段燃焼法や排ガス再
循環法、火炉容積を大きくとって燃焼温度を低下させる
方法、あるいは水注入法などのＮＯｘ低減方法によると
、排ガスＯｔ濃度２〜３％においてＮＯｘ濃度を５０〜
６０ｐｐｍ程度までしか低減することができなかったの
であるが、本実施例によれば上述したようにＮＨ３注入
による接触還元式脱硝技術に匹敵するＮＯｘ低減効果が
得られる。

また、上記した実施例によれば、排ガス０２ｍ度を低く
すること、即ち低過剰空気率で運転できることから、排
ガス量が低減されるため、排ガスによる持ち去り顕熱が
低減されるので、省エネルギの効果がある０例えば従来
の排ガス（ｈ’ｔＭ度３％に比較すると、本実施例で０
．５％の場合、燃料使用量を１０％節約できる。

第２図に本発明をボイラに適用してなる他の実施例を示
す、第２図に示すように本実施例は、第１図に示す実施
例と同様の空気分散形多段触媒燃焼装置であり、第１図
に示す実施例と異なる点は、第１図の実施例の昇温バー
ナ２４に代えて、触媒燃焼炉１の排ガスが保有する熱に
より初段触媒層３ａに供給される燃料と空気を昇温させ
るようにした点にあり、図を簡単にするため、同一部分
は一部省略して示されている。即ち、触媒燃焼炉ｌの排
ガスを制御ダンパ２７を介して排ガス再循環ファン２８
により吸引し、触媒層３ａの上流側に吹込むようにし、
その排ガス再循環量はＦＩＣ２０により検出された総燃
料量に、予め定められた比率を比例演算器２９にて乗算
して求め、これに基づいて制御ダンパ２７を調整するよ
うにしている。なお、起動時には高温の排ガスが得られ
ないことから、昇温バーナ２４と同一機能構成を有する
起動バーナ３０が設けられている。

このように構成されることから、本実施例によれば、第
１図の実施例の効果の他に、触媒層３を通過するガス量
が増加するが、昇温バーナ２４を使用していないため、
ＮＯｘ発生量を低減することができ、例えば、プロパン
ガスを燃料とし、排ガスＯ！濃度を０．５〜１％にした
場合には、排ガスＮＯＸ濃度をｘｏｐｐｍ以下にするこ
とができる。

また、触媒層３の温度を低く維持できるため、触媒の寿
命が延びるという効果がある。

なお、第１図、第２図の実施例において、燃料を初段の
触媒層上流に一括して注入するようにした例を挙げたが
、燃料ノズルを送気ノズルと同様に各段の触媒層に対応
させて分散配置し、燃料配分率を前述した空気配分の考
え方に従って、かつ最終段を除く触媒層が還元雰囲気に
なるように定め、絞り弁などにより設定するようにして
もよく、この場合にも上記した実施例と同一の効果が得
られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、多段に設けられた触媒層
に対応させて送気ノズルを設け、最終段の触媒層を除く
各触媒層が還元雰囲気となるように、各触媒層に供給さ
れる燃料量に対する空気量を配分していることから、Ｎ
Ｏｘの発生が抑制され、排ガスのＮｏｘｔｌ度を低減さ
せることができるという効果がある。

また、排ガスの０□４度を目標値に保持すべく最終段の
触媒層の空気量を調節するようにしていることから、制
御遅れが極小化されるため、０２濃度の目標値を小さな
値に設定することができ、広い範囲にわたる負荷変動に
対して、低い過剰空気率を安定に保持できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統構成図、第２図は本発
明の他の実施例の系統構成図、第３図は従来例の系統構
成図である。１・・・・・・触媒燃焼炉、３・・・・・・燃焼触媒層
、４・・・・・・燃料ノズル、５．５ａ、５ｂ、５ｃ・
・・・・・送気ノズ゛ル、６・・・・・・伝熱管群、１
０・・・・・・蒸気圧力指示調節計（Ｐ［Ｃ）、１１・
・・・・・演算器、１２・・・・・・燃料制御弁、１４
・・・・・・比例演算器、１５・・・・・・０□濃度指
示調節計（（ｈｌｃ）　、１６．１６ａ、１６ｂ、１６
Ｃ・・・・・・空気制御弁、２０・・・・・・燃料流量
指示調節計（Ｆ　Ｉ　Ｃ）　、２．１・・・・・・比例
演算器、２２・・・・・・空気流量指示調節計（ＦＩＣ
）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）間隔をおいて多段に配列された燃焼触媒層に対応
させて送気ノズルをそれぞれ配置し、熱負荷量に応じて
供給される総燃料量と設定された過剰空気率とに基づい
て定まる空気量を、予め定められた配分率に従って前記
送気ノズルに配分して供給するとともに、燃焼排ガスの
Ｏ＿２濃度を所定の目標値に一致させるべく、最終段の
送気ノズルに供給される空気量を補正するようにしたこ
とを特徴とする触媒燃焼装置。
（２）前記総燃料量は一括して初段の燃焼触媒層の上流
側に供給されるようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の触媒燃焼装置。
（３）前記各段の送気ノズルに供給される空気量の配分
率は、少なくとも最終段を除く燃焼触媒層における燃焼
が還元雰囲気となるように定められるようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装置。
（４）前記初段の燃焼触媒層の上流側に、当該燃焼触媒
層に供給される燃料と空気とを所定温度上昇させるに必
要な量の燃焼排ガスを再循環させるラインを設けたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載乃至第３項いず
れかに記載の触媒燃焼装置。