JPS6341726A - 窒素酸化物低減装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼装置から排出される窒素酸化物（Ｎｏｘ）
を低減する装置に係り、特に石炭を微粉化して燃焼させ
る燃焼装置においてＮｏｘを低減させるのに好適な装置
に関する。

〔従来の技術〕

火力発電所用の大型ボイラ等、事業所用の大型ボイラに
おいては石油系燃料から他の燃料、特に石炭への転換が
積掻的に推進されている。石炭の埋Ｊｉｉ！ｆｆｉは非
常に多いが、産炭地によってその性状はかなり相違し、
将来の石炭需要を考えると必ずしも所定の性状の石炭が
常に確保されるとはいえない。このため将来に向かって
、各種の性状の石炭を混焼させる技術をより向上させる
必要がある。

また石炭燃焼の場合も当然のことながら燃焼に伴い排出
される大気汚染物質、特にＮｏｘの排出量を低く押さえ
ねばならない。

ここで、燃料比（固定炭素／ｆ’！発分）及び燃料中の
Ｎ分が異なる多種類の石炭を燃焼させる燃焼炉において
は排ガス中のＮｏｘにっては次のことが知られている。

（ａ）燃料比が高い石炭の燃焼ではＮｏｘの発生量は多
くなる（第３図参照、なお第３図は燃料中のＮ分が１．
１〜１．２％の石炭でかつ燃料比の相違するものに付い
てのＮ０Ｘｉを示す）。

（ｂ）燃料中のＮ分が高い程ＮＯｘの発生量は多くなる
（第４図参照、なお第４図は酸素を一定、空気比を１．
３に設定してＮ分含有率とＮｏｘとの関係を示す、また
線図中の数字は燃料比を示す）。

（Ｃ）同一炭種では火炉内燃焼によるＮｏｘ低減制御を
行った場合には、Ｎｏｘ値と灰中未燃分の璽（燃焼率）
とは相反する傾向を有する。つまりＮｏｘ量を低下させ
ることにより未燃分を増加させるという問題がある。第
５図は節炭器出口酸素濃度と灰中未燃分比率〔上段（Ａ
）〕及びＮｏｘ比率の関係〔下段（Ｂ）〕を示す線図で
ある。各線図イ、口、ハは各々微粉炭の粒径の相違を示
し、イ、口、ハの順に粒径が大きくなる。同図において
わかるように、微粉炭の粒径が小さい方が灰中未燃分が
少なくなり、かつＮｏｘ排出量も減少することが分かる
。つまり、微粉炭の粒径はその燃焼に大きな影響を持っ
ており、その粒径を小さくすることが望ましいことが分
かる。

更に第６図は異なる粒径の微粉炭におけるバーナ口空気
比とＮｏｘ比率との関係を示す。図中線図ａは２００メ
ソシュパス約７０％の、ｂは約８２％の、Ｃは約８４％
の、ｄは約８６％の微粉炭について示し、この図から明
らかなとおり、同一粒度の微粉炭では空気比が低い程Ｎ
ｏｘ比率が低く、また同一空気比ならば粒径の小さい微
粉炭の方がＮｏｘ比率が低いことが分かる。

今後、Ｎｏｘの排出量はより減少されることが期待され
ており、また燃料の安定的な確保のため異なる性状の石
炭を混焼させる機会が多くなり、従来の低Ｎｏｘ技術で
はこの要求に対して充分に対応できなくなる虞れが大き
く、Ｎｏｘの低減技術をより高度にする必要がある。

燃焼装置における低Ｎｏｘ化の方法としては従来から次
のような方法が単独若しくは何種か組み合わせて実施さ
れている。

（イ）低Ｎｏｘバーナの採用とＮｏｘレベルの低下。

（ロ）二段燃焼設備の設置と二段燃焼値の変化。

（ハ）排煙脱硝装置の取りつけと脱硝用のＮＨ。

注入比率の調節。

第７図は上記方法を実施するための従来の制御装置の制
御系統を示す。

Ｎｏｘの制御については燃焼用空気量の１０〜３０％に
相当する空気量をバーナ用空気と風箱用空気に分離し、
二段燃焼用空気量制御ダンパ１４を作動させる。これに
より先ず燃焼装置（ボイラ）火炉出口のＮｏｘ発生量を
押さえ、更に排煙脱硝装置へのＮＨ，注入量、排ガス中
のＮｏｘをＮＨ３流量計１６、Ｎｏｘ計１５によって監
視する。これによりＮＨ３注入制御井２１により注入量
を制御し、大気中に排出する排ガス中のＮｏｘＯ量を低
減させる。

以上の制御の間、バーナレジスタの開度は固定されて燃
焼装置の運転が行われている。即ち、このバーナレジス
タ開度は、バーナ点火時にあっては試運転調整結果に基
づいて設定した開度に固定して運転され、消火時には閉
作動させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ここで、バーナに対して微粉炭を供給して燃焼させる装
置においては特に次のような問題がある。

先ず同一の運転条件では燃料比やＮ分の少ない石炭を燃
焼させる場合には発生するＮｏｘｆｉも少ないため、微
粉炭の平均粒径を若干大きめに、つまり微粉炭粒度を若
干低下させるにようにして動力比を節約し、かつ部品の
延命化を図る運転を実施しても比較的良好にＮｏｘの低
減が可能である。

しかし、燃料比が高く且つＮ分の多い石炭の場合には粒
度を最大限にまで高め、且つ二段燃焼比を高めて酸素を
低下させる等、あらゆるＮｏｘ低減方法を実施する必要
があり、微粉炭機の動力費も大幅に増加すると共に部品
の寿命も短くなってしまう。

また我が国においても、今後石炭の安定供給を６育保す
る必要上、各国の産炭地から多種類の石炭を導入する必
要があり、燃焼装置に供給される石炭の種類は目まぐる
しく変化する傾向にある。さらには発電所用のボイラに
おいては、前述の如く原子力発電のベースロード化によ
り中間負荷運用が常態化しており、これら炭種の変化や
負荷の変化に対応した燃焼装置の運転が必要となってき
ている。

しかしながら従来の制御装置においては、制御は画一的
であり使用する石炭の性状に対応した制御を行うことが
困難であって、場合によってはＮｏｘ低減が不十分とな
り、また更に場合によっては不必要な制御を行うことに
なり不経済であったすする。

すなわち、燃料比が低く、Ｎ分の少ない石炭では本来Ｎ
ｏｘ値が低いために微粉炭機において製造される微粉炭
の粒度をある程度低下させることが可能であるにも関わ
らず、不必要に粒度の高い微粉炭を製造したり、反対に
燃料比が高く、Ｎ分の多い石炭の微粉化においては粒度
が低すぎるなどの問題がある。

発電プラントにおいては、今後原子力発電がベースロー
ドとして益々定着する傾向にあるため、石炭燃焼用の大
型ボイラは中間負荷運用されるようになって負荷変動も
多くなり、且つ多種類の石炭を使用することを考えると
、高効率かつ経済性の高いＮｏｘ低減装置の開発が強く
要望されている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の問題点に鑑み構成したものであり、従来
固定的に運転していた微粉炭機において微粉炭の粒度の
調節をおこない、Ｎｏｘ排出量の制御因子としてこの微
粉炭粒度を積極的に利用し、かつ多種類の石炭に対応す
るため、制御を二段燃焼用Ｎｏポートダンパ開度、バー
ナエアエジスタの開度等をも調節することにより行うよ
う構成したものである。

〔作用〕

本発明は燃焼用空気をバーナ部とバーナ部上部に設けた
二段燃焼用空気ボートとから供給するよう構成し、かつ
バーナに対して微粉炭機で製造した微粉炭を供給するよ
う構成した装置において窒素酸化物濃度設定器から出力
される窒素酸化物濃度の目標値に対応して、微粉炭機に
おける微粉粒度調節機構を操作する制御系統を設け、こ
れにより石炭の性状が変化してもＮｏｘ値を常に低くす
るように制御を行う。

〔実施列〕

以下本発明の実施例を示すが、その実施例を具体的に説
明する前に、本発明の制御対象の一つである微粉炭機の
構造及びその作動につき説明する。

先ず第９図は通常ボールミルと称される微粉炭機である
。

給炭管５８から供給された石炭は装置下部の粉砕部に落
下する。粉砕部は電動機５１、減速機５２により回転す
る下部粉砕輪５３と、この下部粉砕輪５３の円周方向に
複数個配置した粉砕用ボール６０と、これら粉砕用ボー
ル６０上部に配置した下部粉砕輪（固定式）５５とから
構成してあり、下部粉砕輪５３の回転により上下のリン
グに挟持されたボール６０は転動する。符号６２は下部
粉砕輪を粉砕ボール方向に加圧する加圧装置である。

給炭管５８から排出された石炭はこの粉砕部における粉
砕ボールと各リングとの相対的な運動により粉砕され、
かつ下部粉砕輪の回転による遠心力によりボール６０の
外側へと移動する。この部分に対しては空気ダクト５９
から供給された熱空気が流入しており、粉砕された石炭
を装置上部へと吹き上げる。装置上部に吹き上がった粉
砕炭は分級機ホッパ５７の接線方向に配置したガイドベ
ーン５６により旋回力が与えられてこの分級機ホッパ５
７に流入する。この旋回力により小径の粒子は空気流と
共に内筒６４に流入し、微粉炭管６１を経て所定の燃焼
装置のバーナへと気流輸送される。一方大径の粒子は自
重により分級機ホッパ５７を下降し、粉砕部において再
粉砕される。この場合、ガイドベーン５６の取り付は角
度を調節することにより旋回力を調節することができる
。

つまり、このガイドベーン５６を調節することにより分
級器の分級の程度を調節することができる。

以上分級器の構成を、ガイドベーンを取り付けた固定式
のものについて説明したが、もとよりこの構成に限定す
る趣旨ではなく、回転式の分級器を有する装置において
も本発明は好適に実施することができる。

第１０図はこの回転式の分級器を有する粉砕装置を示す
。

同図において、シ、−ト８５から供給された石炭はアー
ム７６で支持された粉砕ローラ７３と、回転テーブル７
２との相対的な回転により粉砕され、粉砕された石炭は
熱風により装置上部に舞い上がり、回転式分級器７７に
至る。この分級器７７は軸８７を介してモータ８８によ
り回転するベーン８６により分級される。この回転式分
級器の場合にはベンーン８６の回転数を制御することに
より分級の程度を調節することができる。

次に、発明者等は各種の燃焼実験を行うことにより次の
点を確認している。

即ち石炭燃焼におけるＮｏｘ発生量はその殆どが燃料中
のＮ分によって発生するＮｏｘによるもの（所謂フュー
エルＮｏｘ）であることが知られているが、更に次の点
を確認した。

（１）石炭中に含有するＮ分は揮発分並びに固定炭素に
偏在することなく分布しており、揮発分放出時のＮ分散
出量は揮発分の割合が高い程高くなり、また燃料比が高
い程多くのＮ分がチャー中に残留する。

（２）微粉炭粒子が微細化すればバーナ部の直ぐ下流で
の保炎性や着火性が良好になり、高温となる外、チャー
自体が小径の粒子であるため、微粉炭粒子を微細化する
ほどチャー中のＮ分放出率が高くなる。

（３）微粉炭粒子が微細である時はこの微粉炭を燃焼す
るバーナの中心域に形成される還元域においてＮ分が短
時間で放出されるため、Ｎ分のＮ。

Ｘへの転換率は低くなり結果的にＮｏｘは低減する。

（４）反対に、粗大粒子でしかも高燃料上しの石炭の場
合には、チャー中に残留するＮ分は酸化雰囲気下での燃
焼を余儀無くされるのでＮｏｘが高くなる。

以下本発明の実施例を具体的に説明する。なおこの実施
例における微粉炭機は第９図に示すボールミルとする。

第１図は本発明の第１の実施例を示すが、図示する装置
には第７図に示す従来型装置と同様な制御部がある。最
初にこの部分にって具体的に説明すると、先ず節炭器出
口Ｎｏｘ計１５により測定されたＮＯＸ？Ｍ度は演算器
１７に信号出力される。

後続する演算器１８に対してはＮ１（３流量計１６で測
定された注入ＮＨ，量が補正値として入力され、調節計
１９、手動／自動設定器２０を経てＮＨ３注入量調節弁
２１を制御する。また燃焼用空気流量計３は燃焼用空気
の流量を測定し、開度設定器１２、手動／自動設定器１
３を経て二段燃焼空気流量制御ダンパ１４の開度を調節
する。なおこの場合、後述するＮｏｘ設定器の信号によ
り二段燃焼空気流量制御ダンパ１４の開度調節は補正さ
れる。

次に、ボイラ入力信号１は０２設定器４を経て減算器５
において節炭器出口０２計２から出力された０２濃度信
号を減算し、更にＯｔ積分器６を経て０２加算器７に到
り、前記した生のボイラ入力信号１と加算され、減算器
８に至る。この信号は更に調節計９、自動／手動設定器
１０を経て空気流量調節ダンパ１１を作動させる。

またＮｏｘ設定器２５において設定したＮｏｘ濃度（目
標値）信号は二段燃焼用バイアス器３１を経て前記二段
燃焼用空気ダンパ開度設定回路の二段燃焼用加算器３２
に対して出力され、二段燃焼用空気流ｆｆｉ調節ダンパ
１４の開度調節を補正する。

またこのＮ　ＯＸ　？Ｍ度倍信号バイアス器２７を経て
加算器２８に至り、分級器ベーン開度設定器２６を経由
して出力されたボイラ入力信号ｌと加算され、自動／手
動設定器２９を経て複数のボールミルの分級器ベーン３
０を制御する。

上記構成の制御装置による制御例を以下具体的に説明す
る。

燃焼装置の負荷が４０〜６０％程度までの起動状態にお
いては、二段燃焼用空気流量ダンパ１４は閉、微粉炭機
の分級器のガイドベーン開度は「小程度」若しくは「中
程度」とする。第８図はこのベーン開度を具体的に示す
。なお線図イはベーン開度「小」、口はベーン開度「中
」、ハはベーン開度「大」を各々示す。燃焼装置の負荷
が上昇するのに伴って二段燃焼用空気流量ダンパ１４は
Ｎ　ＯＸ設定器２５に基づいて自動的に開とされる。

また負荷上昇時、若しくは使用石炭の燃料比、Ｎ分共に
高い場合には、ＮＯＸ／未燃分が高くなるため二段燃焼
用空気流量ダンパ１４をバイアスとして、分級器のベー
ン開度が微粉炭機の振動制限内で絞り制御され、微粉炭
の粒径を小さくするよう制御される。ちなみに微粉炭機
の分級器ベーンの開度を絞り制御したり、回転分級器の
場合にはその回転数を高めると微粉炭機何での粉砕炭の
循環量が増加し、微粉炭機の粉砕部を中心に堆積してい
る炭層の厚さが増加し、このためボールや粉砕ローラを
転勤させるのに大きな力を必要とし、装置の動力費が増
加する。また粉砕用ボールやローラがこの炭層を乗り越
えるように運動し、しかもこの炭層の厚さは必ずしも均
一ではないため、装置の振動が増加する。

なお特に燃料比、Ｎ分ともに低い炭種の場合にはＮｏｘ
、未燃分共に低下するので、これに対応してＮｏｘｆ１
度が増加しない範囲でガイドベーン３０の開度は大きく
してガイドベーンに於けるドラフトを低下させ送風機の
動力費を低減する。またこの際二段燃焼用空気流量ダン
パ１４の開度は小さくして運転する。反対に負荷上昇し
た場合には、火炉温度の上昇などによりＮｏｘが発生し
易い状態となるため、バーナ部では低酸素燃焼を行い低
Ｎｏｘ化を図ると共に、二段燃焼用空気流量ダンパの開
度を大として不足分の空気を補充して未燃分増加を防止
しながら負荷上昇に対応するよう制御を行う（第９図参
照）。

第２図は別の実施例を示す。

この実施例は前記実施例よりも更に正確に制御を行うよ
う構成したものである。

即ち、先ず分級器ベーン３０の制御系統から示すと、自
動／手動設定器２８と分級器ベーン３０との間には信号
切り換え器２９が配置してあり、更にこの信号切り換え
器２９に対してはバーナ消火信号演算器３１が接続して
いる。また二段燃焼用空気流量ダンパ制御系統に対して
はゲイン調節器３３が配置してあり、二段燃焼用空気流
量ダンパ開度調節器３２を介してＮｏｘ設定器２５から
のＮ　ｏ　ｘ　’１７４度信号が補正値として入力する
よう構成しである。また自動／手動設定器１３と二段燃
焼用空気流量ダンパ１４との間には信号切り換え器３４
が配置してあり、この切り換え器３４に対しては微粉炭
機停止信号設定器３５が接続している。

以上の構成において、Ｎｏｘ設定器２５から出力された
目標値信号は二段燃焼用空気流量ダンパ１４と分級器ベ
ーン３０の両方に対して開度信号を発する。この信号圧
力において、例えばその信号が４〜２０１１１Ａｑのう
ち、４〜１６璽ｍＡｑの圧力を示す場合では二段燃焼用
空気流量ダンパ１４の開度が調節され、また１５〜２０
ｕ＋Ａｑの場合にはこれに加えて分級器ベーン３０の開
度も制御するようにし、シリーズで制御する。ここにお
いて、二段燃焼用空気流量ダンパ１４のＮｏｘ制御信号
が高くなれば二段燃焼用空気流量ダンパ開度は開方向へ
、且つ分級器のベーンは絞り方向に制御する。

以上の制御を行うことにより、火炉に対して高燃料比、
高Ｎ骨炭が供給された場合には二段燃焼用空気流量ダン
パは全開近くに調節し、かつ分級器ベーン開度は絞り、
分級器内での旋回力を増加させることにより微粉炭の粒
度を増加させ、Ｎ。

Ｘ排出量および天分の発生量の増加を防止する。

また反対に低燃料比、低Ｎ骨炭が供給された場合には二
段燃焼用空気流量ダンパは絞り１、かつ分級器ベーン開
度は増加させてＮ　ＯＸ　’４度が上昇しない範囲で微
粉炭粒度を低下させ、粉砕装置の動力費の低減を図る。

〔効果〕

本発明は以上の構成となっているので、性状の異なる多
種類の石炭を燃焼させる際、Ｎｏｘ濃度の高くなる炭種
を使用する場合にのみ微粉炭機のベーンを絞る（回転式
分級器の場合には回転数を増加させる）か、粉砕部の回
転数を上昇させるようにし、他の場合はＮｏｘの発生量
が増加しない範囲でベーン開度を大としかつ粉砕部の回
転数も低くするので動力を節減することができる。

また、性状の異なる石炭の燃焼に対して幅広く対応でき
るため、従来は環境規制上使用が不可能であった炭種も
使用可能となり、将来の燃料事情に充分対応することが
できる。

更に、炭種によっては二段燃焼用空気ダンパを廃止して
も未燃分を増加させることなく充分に低Ｎ　ｏ　ｘ化が
可能となり、燃焼装置の建設費を低減することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す窒素酸化物低減装
置の制御系統図、第２図は別の実施例を示す窒素酸化物
低減装置の制御系統図、第３図は燃料比とＮｏｘ値との
関係を示す線図、第４図はＮ分含有率とＮｏｘ値との関
係を示す線図、第５図は節炭器出口酸素濃度と灰中未燃
分比率及びＮｏｘ比率との関係を示す線図、第６図は異
なる微粉炭粒径におけるバーナ口空気比とＮｏｘ比率と
の関係を示す線図、第７図は従来の窒素酸化物低減装置
の制御系統図、第８図は給炭量と微粉炭粒度及びミル負
荷率との関係を示す線図、第９図はボールミルの構造を
示すボールミルの縦断面図、第１０図は回転式分級器を
有する石炭粉砕機の縦断面図である。 １１・・・空気流量制御ダンパ １４・・・二段燃焼用空気流量制御ダンパ２５・・・Ｎ
ｏｘ設定器 ２６・・・分級器ベーン開度設定器 ３０．５６・・・分級器ベーン ３５・・・微粉炭機停止信号設定器 ５６・・・分級器ベーン ５７・・・分級器ホッパ ７７・・・回転式分級器 ８６・・・回転式ベーン 第１図 第２図 第３図 湛料ｒ巳 第４図 Ｎ分書４４中　（ｄａｆ％） 第５図 Ｅｃｏｔ口　　（）４４　　（％、Ｄｒｙ）第６図 バー１０空俵ｔこ　　　　ＩＢＮＲｔ−ノ第７図 第８図 譜肩雫ｒ％ノ 第９図 り２　　　　　　　　５／ 第１０図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粉炭の粒度を調節する手段を有する微粉炭機か
   ら供給された微粉炭を燃焼させる装置において、微粉炭
   燃焼を制御する系統に対して、窒素酸化物濃度設定器か
   ら出力される窒素酸化物濃度の目標値に対応して、微粉
   炭機の微粉炭粒度調節手段を制御する制御系統を設けた
   ことを特徴とする窒素酸化物低減装置。
2. （２）二段燃焼用空気流量ダンパの開度を調節する系統
   を前記窒素酸化物濃度設定器に接続し、微粉炭粒度調節
   手段の制御と、二段燃焼用空気流量ダンパ開度の制御と
   を各々行うことにより窒素酸化物の排出量を低減するよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の窒素酸化物低減装置。
3. （３）前記微粉炭粒度調節手段を分級器及びこの分級器
   に設けたガイドベーンとし、このガイドベーンの開度を
   調節することにより微粉炭粒度を調節するよう構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の窒素
   酸化物低減装置。
4. （４）前記微粉炭粒度調節手段を回転式分級器とし、こ
   の分級器の回転数を調節することにより微粉炭粒度を調
   節するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の窒素酸化物低減装置。