JPS62276310A - 低ＮＯｘ燃焼用バ−ナ - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と
略称する）を低減できるバーナに係り、特に、微粉炭の
燃料時に大幅な低ＮＯｘ化を達成できる微粉炭用低ＮＯ
ｘバーナに関する。

〔従来の技術〕

化石燃料中には、炭素、水素等の燃料成分の他に窒素（
Ｎ）分が含まれている。特に、石炭は気体燃料や液体燃
料に比較してＮ分合有量が多い。

従って、石炭の燃焼時に発生するＮｏ１は、気体燃料の
燃焼時に発生するＮｏえよりも多く、このＮＯ工を極力
低減することが要望されている。

種々な燃料の燃焼時に発生するＮＯえは、その発生形態
により、サマールＮｏ８とフューエルＮＯ０とに分類さ
れる。サマールＮＯえ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、フューエルＮＯｘ
は燃料中のＮ分の酸化によって生成するものである。こ
れらのＮＯｘの発生を抑制するため、従来燃焼用空気を
多段に分割して供給する多段燃焼法、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などがある
にれらの低ＮＯｘ燃焼法に共通の原理は、燃焼火炎の温
度を低下させることにより、窒素と酸素の反応を抑制す
ることにある。しかし、燃焼温度の低下によって発生を
抑制できるのはサマールＮＯｘであり、フューエルＮｏ
８の発生は燃焼温度に対する依存性が小さい、従って、
火炎温度を低下させる燃焼法は、Ｎ分含有量の少ない燃
料からのＮＯｘ低減には有効である。　Ｄ、Ｗ　Ｐｅｒ
ｓｈｉｎｇおよびＪ　、　Ｏ、Ｌ　Ｖｅｎｄｔの実験に
よって明らかなように、石炭の燃焼の場合には、フュー
エルＮＯｘが約８０％を占めるため、ザ　インフルエン
スオブ　フレーム　テンバレーチャ　アンド　コール　
コンポジ　ジョン　オン　サマール　アンドフユーエル
エヌ　オ　−　チツクス；ザ　シックス　テーンス　シ
ンポジウム　オン　コンパッション　Ｐ２Ｓ５−３９９
ザ　コンパッションインステイテユー１９７６　Ｔｈｅ
　１ｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｆｌａｍｅ　　ｔｅｍｐｅ
ｒａｔｕｒｅ　　ａｎｄ　　ｃｏａｌ　　ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　　ｏｎｔｈｅｒｍａｌ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ
　Ｎ　Ｏ，；　Ｔｈａ　ＳｉｘｔｅｅｎｔｈＳｙｍｏｓ
ｉｕｎ＋　（Ｉｎｔｅｒｒａｔｉｏｎａｌ）　ｏｎ　Ｃ
ｏｒＢｂｕｓｔｉｏｎ、Ｐ２Ｓ５−３０９．Ｔｈｅ　Ｃ
ｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ、１９７６）
従来の低ＮＯｘ燃焼法は効果が小さい。

石炭中の可燃成分は揮発成分と個体成分とに大別できる
。この石炭固有の性質に従い、微粉炭の燃焼構成は揮発
成分が放出される微粉炭の熱分解過程、更に、熱分解後
の可燃性個体成分（以下チャーと称す）の燃焼過程から
なる。揮発成分の燃焼速度は個体成分の燃焼速度よりは
やく、揮発成分は燃焼の初期過程で燃焼する。また、熱
分解過程では１石炭中に含有されるＮ成分も、他の可燃
成分と同様に揮発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Ｔるフュー
エルＮｏえは、揮発性Ｎ分からのＮＯｌとチャー中のＮ
分からのＮ０８とに分かれる。

しかし、Ｄ　、　Ｗ　、　ＰｅｒｓｈｉｎｇおよびＪ、
Ｏ，Ｌ。

Ｗｅｎｄｔの指摘のように１石炭燃焼の場合には、揮発
性Ｎ成分から発生するＮｏ、が大半であり、低ＮＯｘ燃
焼法としては、これを対象とする技術が要求される。

揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程及び酸素不足の燃焼領域
において、ＮＨ３，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ＮＯえになる他に１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る。この窒
素化合物によるＮＯｘ還元反応は、ＮＯｘとの共存系に
おいて進行するものであり、ＮＯえが共存しない反応系
では、大半の窒素化合物はＮＯｘに酸化される。この還
元反応は、燃焼のような高温度条件下では、低酸素濃度
雰囲気になるａ３１ｆａ行し易い６従って、石炭燃焼火
炎から発生するＮｏえを低減するには、如何にして、こ
の低酸素濃度雰囲気を作るかが、技術的な鍵になる。

これ迄に知られている低酸素濃度雰囲気を火炎内に形成
させるためのバーナには、実開昭５７−９４００４、特
開昭５５−　３０１６１号公報、あるいは、文献（Ｄ、
Ｍ、Ｚａｌｌｅｎ、Ｒ，Ｇｅｒｓｈｍａｎ、　　Ｍ、Ｐ
、Ｈｅａｐ　ａｎｄ　Ｌｌｌ。

Ｎｕｒｉｃｋ＋　”Ｔｈｅ　Ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｗ　　Ｅｏ＋１ｓｓｉｏｎＣｏａｌ　
Ｂｕｒｎｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅＴｈｉｒｄ　　５ｔａｔｉｏｎａ
ｒｙ　　５ｏｕｒｃｅ　　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　　Ｓ
ｙｓｔｅｍ。

ｖｏｌｕｍｅ　ＩＩ、　ｐ、７３−１０９．１９７６年
）に示されるように。

燃焼用の二次あるいは、三次空気を、燃料噴出孔より離
すことにより、過剰空気と低空気比燃焼火炎との混合を
遅らせるバーナがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の燃焼法では、燃料噴出口より半径方向に離れ
た空気ノズルから、直進流として二次或いは三次空気が
噴出される。従って、低空気比火炎と過剰空気との混合
が遅れ、低空気比火炎内に、酸素濃度の低い領域の形成
は容易であるが、混合の遅れる分だけ、燃焼時間が長く
なり、燃焼率が低下する、あるいは、燃焼装置が大型化
する等の問題があった。

本発明の目的は、過剰空気と低空気火炎の混合法を改良
した、低ＮＯｘバーナを提供することにある。更に、詳
細には、火炎中心部に効率良く。

低Ｔｆａ素濃度領域を形成させ、この領域でＮＯｘが還
元減少した後に、この領域中に残存する未燃燃料と完全
燃焼用空気との混合を低酸素濃度領域後流で、早急に進
ませることにより、燃焼率の低下、燃焼装置の大型化を
防ぐと同時に、ＮＯえの低減を図る手段を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃焼用空気と燃料との混合法を更に改良す
ることによって達成される。すなわち。

微粉炭と一次空気との混合気流を噴出する微粉炭ノズル
と、ノズルと同心上にその外周に配置される二次空気ノ
ズルと、二次空気ノズルと同様に。

微粉炭ノズルと同心上に、二次空気ノズルの外周に配置
される三次空気ノズルを備える微粉炭バーナにおいて、
二次空気及び三次空気を旋回流として噴出させるための
旋回流発生器をもち、二次空気ノズルと三次空気ノズル
の間に、二次空気と三次空気との混合を遅延させるスペ
ーサを設置し、三次空気ノズル外管を微粉炭ノズル及び
二次空気ノズルよりも長くすることを特徴とする。

〔作用〕

本発明のバーナにおいて、二次空気ノズルと三次空気ノ
ズル間に設置するスペーサは、公知例のバーナと同様、
二次空気と三次空気との半径方向の距離をとることによ
って両者の混合を遅らせ、ＮＯｘの還元を行なうための
還元領域を形成させる。三次空気ノズルに設置する旋回
流発生器は、更に、三次空気を旋回流とすることにより
直進流として噴出する燃料との混合を遅らせ、旋回流内
部に発生する静圧の低い領域を利用して、還元雰囲気中
に残存する未燃燃料と三次空気との混合を。

火炎後流で促進し、火炎の長火炎化及び燃焼性の低下を
防ぐことができる。また、三次空気ノズルは、三次空気
の旋回強度を大きくした時に現われる、三次空気が半径
方向に拡がり過ぎる現象を防止し、また、三次空気旋回
流発生の効率を向上するために、三次空気ノズルの外管
を他のノズルより長くシ、旋回流の助長区間を設ける。

更に、本発明では、燃焼用空気を二次空気及び三次空気
に分割して投入できる構造をとるため、着火及び低空気
化火炎用の二次空気と完全燃焼用の三次空気の空気量、
噴出速度等を独立して制御できるため、使用する石炭の
種類が変化してもこれに対処できる。二次空気ノズルと
三次空気ノズル間に設置するスペーサ及び旋回流発生器
は、それぞれの空気の役割を明瞭に区分する作用をする
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は１本発明による微粉炭バーナの実施例のひとつであ
る。バーナは、微粉炭とこれを搬送するための一次空気
との混合気が噴出する微粉炭ノズル１１、その外周に設
置され、二次空気を噴出するための円環状の二次空気ノ
ズル１２、及び二次空気ノズル１２の外周上に設置され
る円環状の三次空気ノズル１３によって構成される。微
粉炭ノズル１１中には、燃焼炉の予熱時に使用する液体
燃料ノズル１４が配置され、予熱時に重油等の液体燃料
が噴出される。燃料ノズル１１の先端の保炎板１５は、
微粉炭と一次空気の混合気噴流と二次空気流との間に渦
流を形成し、ここでの微粉炭の着火性を向上するのに用
いられる。

二次空気及び三次空気ノズル１２．１３には、それぞれ
旋回流発生器１６．１７が設置され、二次及び三次空気
噴流の旋回強度をｗ１４整するのに用いられる。二次空
気ノズル１２に設置される旋回流発生器１６は、第２図
に示すような、半径流式の発生器であり、半径方向から
流入する三次空気の、接線方向の速度成分（旋回成分）
の大きさを、羽根２１の角度αを変化させることによっ
て調整する。二次空気ノズル１２に取り付けられる旋回
流発生器１７は、第三図に示すような軸流式の発生器で
あり、流れ方向に設置した羽根３１の角度βを変化させ
ることにより、二次空気噴流の旋回強度を調整する。

二次空気ノズル１２と三次空気ノズル１３の間には、三
次空気と二次空気との混合を遅くするため、円環状のス
ペーサ１８を設置しである。燃料と空気はスロート２０
を通して、燃焼炉内へ噴出され、スロート２０を形成す
るブロック１９は、各ノズル出口より、拡大部までの間
が直線構造となるような形状としである。

上記構成の微粉炭バーナでは、燃料ノズル１１より噴　
出される微粉炭が、これを搬送するための一次空気と、
二次空気によって着火され、火炎中心部に、低空気比の
火炎が形成される。この低空気比火炎は、保炎板１５及
び二次空気流量及びその旋回強度調整によって、安定化
される０本バーナでは、三次空気と二次空気噴流との間
に配置されるスペーサ１８によって、三次空気と低空気
比火炎との混合が遅れるため、低空気比火炎では、バー
ナスロート２０の近傍で、燃焼空気中の酸素が、着火に
よって消費された後に一＊素濃度の低い還元雰囲気が形
成される。三次空気は、還元雰囲気内でＮＯ，が還元さ
れた後に、残存する未燃燃料分を完全燃焼するのに使用
される。従って、ＮＯｘが還元された後には、三次空気
は急速に中心部の流れと混合し、残存する未燃燃料を酸
化する必要がある。これには、前述の公知例に示される
バーナの様に、三次空気を半径方向に離した位置より直
進流として噴出するバーナは、中心部の噴流と三次空気
噴流の混合が緩慢に進行するため。

還元雰囲気の形成には有効であるが、還元雰囲気中に残
る未燃燃料と急速に混合することもないため、火炎が長
くなる。または、未燃燃料の排出量が多くなる欠点をも
つ。これに対して、第１図に示す微粉炭バーナでは、三
次空気が旋回流とじて噴出する。旋回流として噴出する
三次空気は、直進流として噴出する燃料とは、流れの向
きが異なるため、バーナ出口付近で、直進流として噴出
するよりも混合し戴い、また、旋回強度が大きくなると
、中心部の静圧が低くなるため、火炎後流で、燃料の流
れ方向とは逆に、後流からバーナ面に向う流れを伴う循
環流が形成され、この循環流によって、後流における三
次空気と中心部の流れとの混合が促進される。従って、
第１図に示すバーナによれば、バーナ近傍での燃料と三
次空気との混合が抑制され、後流での混合が促進される
ため、Ｎｏえの還元に必要な還元雰囲気が形成され易く
。

また、還元雰囲気形成後に、残存する未燃燃料を酸化し
易くなる。

三次空気と火炎中心部の流れをこの様に最適な混合状態
とするには、三次空気の旋回強度を最適値に設定し、旋
回流発生効率を大きくする必要がある。これには、三次
空気ノズル外管の長さを他のノズルよりも長くするのが
有効であることが実験を通じて明らかとなった。このよ
うな改良を行なうと、保炎板周囲だけでなく、二次、三
次空気ノズル間に設置したスペーサ１８の周囲にも循環
流が安定に形成されるために、保炎性が向上する。

第１図の実施例では、三次空気ノズル１３の外管はブロ
ック１９によって形成される。このノズル外管の形状は
、第１図の他にも種々考えられる。

この外管の直径はできるだけ大きくするのが有効である
が、ボイラのように、バーナ周囲の燃焼室が木管で形成
される場合には、既存の燃焼室の改造が容易ではないた
め、外管直径を大きくするのが不可能な場合が多い。ノ
ズル外管のブロック１９の形状は、第４図の実施例に示
すように、二次空気ノズル１２の先端の位置から、拡大
管とすることも可能であり、このような形状にすると、
還元領域の形成は更に容易になる。

容易に想像できるように、二次、三次空気ノズル間に設
置するスペーサ１８はできるだけ大きくし、二次空気ノ
ズル１２と三次空気ノズル１３間の間隔を大きくするこ
とにより、三次空気の燃料との混合を遅くするのが低Ｎ
　Ｏ、には有効であるが、スペーサ１８を大きくすると
三次空気ノズル１３を構成する円環の幅が小さくなり、
工作が困難になる。第４図のような、ブロック１９の構
造にすると、三次空気の旋回強度を大きくすることによ
り、ブロック内壁に沿って三次空気を噴出できるため、
スペーサ１８を大きくして、二次空気と三次空気ノズル
間の間隔を大きくするのと同様な効果が得られる。

また、本発明は微粉炭ノズルを二重管にし、微粉炭を分
割して供給するバーナでも有効である。

微粉炭を分割するバーナは１分割する操作が入る分だけ
、運転操作及び制御が複雑になる欠点をもつが、微粉炭
を半径方向にバーナ出口で分散できるため、着火用の二
次空気との混合が促進されるために、着火、保炎性を向
上できる。従って、バーナ近傍での酸素の消費が促進さ
れるために、還元領域の形成が容易になり、低ＮＯｘに
は有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、完全燃焼用空気と、低空気比火炎との
混合をバーナ近傍で遅くすることができ、火炎内に還元
雰囲気を形成できるために、Ｎｏ。

を低減でき、還元雰囲気後流における完全燃焼用空気と
未燃燃料の混合を急速に進行させることができる。ＮＯ
ｘ低減、燃焼率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図は、本発明の一実施例の微粉炭バーナの
断面図、第２図、第３図は旋回流発生器の構造図を示す
。 １１・・・微粉炭ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粉炭と一次空気との混合気流を噴出する微粉炭ノ
   ズルと、前記微粉炭ノズルと同心上にその外周に配置さ
   れる二次空気ノズルと、前記微粉炭ノズルと同心上に、
   前記二次空気ノズルの外周に配置される三次空気ノズル
   を備える微粉炭バーナにおいて、 二次空気及び三次空気を旋回流として噴出させるための
   旋回流発生器を設け、前記二次空気ノズルと三次空気ノ
   ズルの間に、前記二次空気と前記三次空気との混合を遅
   延させるスペーサを設置し、前記三次空気ノズルの外管
   を前記微粉炭ノズル及び、前記二次空気ノズルよりも長
   くすることを特徴とする低ＮＯｘ燃料用バーナ。