JPS6362643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、燃焼用空気を燃焼室の種々の個所で
供給し、灰分を粉末又は顆粒状の固体の凝集状態
で取り出す難着火性の低揮発分燃料を燃焼させる
方法に関する。 難着火性の低揮発分燃料にはいわゆる無煙炭も
しくは貧石炭が属し、これは原石炭に対し揮発分
を２〜８％の非常に僅かな含有量で有する石炭で
ある。貧石炭を燃焼させ、灰分を液状で取出す１
個以上の溶融室を備える発電所用ボイラは公知で
ある。灰分の液状取出しは、これによる高い燃焼
室温度のために、灰分の粉末又は顆粒状の固体の
凝集状態での取出しよりも煙道ガス中に高含有量
の酸化窒素を生成する。灰分を粉末又は顆粒状の
固体の凝集状態で取出す燃焼を使用する場合、着
火はたいていは保炎により安定にされる。 難燃性ダスト状燃料を燃焼する公知方法（西ド
イツ国特許公告公報第1107876号）では、該燃料
を、バーナーに入る前に、多くの工程で炭塵の着
火点まで加熱する。加熱媒体としては燃焼ガス又
は予熱した空気を使用することができ、これが炭
塵を予熱装置中へ吹き込む。それぞれの予熱工程
後に、炭塵を加熱媒体から分離する。この方法
は、炭塵の加熱及び加熱媒体の分離のために大規
模な装置を必要とする。 更に、炭塵燃焼の際、炭塵を２工程で燃焼させ
ることも公知であり（西ドイツ国特許第455571号
及び同第551238号明細書）、この際第一工程で炭
塵を程度の差こそあれガス状に変換する。この場
合には、二次空気の供給は燃焼室の種々の位置で
行なうことができる。 本発明の課題は、難着火性低揮発分燃料、例え
ば、無煙炭ないしは貧石炭を確実に着火し、燃焼
させることができ、その際灰分の取出しが、それ
により達成しうる煙道ガス中の低い酸化窒素含有
量のために、粉末又は顆粒状の固体の凝集状態で
行なわれる方法を提供することである。 この課題は、本発明によれば、先ず第１段階
で、炭塵に、500〜600℃又はそれ以上の温度であ
つて、燃焼用空気量（炉に供給した全空気量）の
約10〜15％に相当する量の第１次空気を吹付け、
炭塵を予備ガス化し、予備ガス化の終りに点火
し、 第２段階で、350〜400℃の温度であつて、燃焼
用空気量の約50％に相当する第２次空気で燃焼さ
せ、 第３段階で、残存する未燃焼部分を、250〜300
℃の温度であつて、燃焼用空気量の約35〜40％に
相当する第３次空気で完全に燃焼させることによ
り解決される。第２段階では、大体において予備
ガス化された炭塵の燃焼が起り、主なエネルギー
変換が行なわれる。この方法で、従来使用した装
置では、難着火性の低揮発分燃料、例えば、無煙
炭ないしは貧石炭を確実に着火し、燃焼させ、灰
分を粉末又は顆粒状の団体の凝集状態で取り出す
ことができる。第１段階で非常に高温に加熱され
た燃焼用空気により、難着火性の低揮発分燃料は
今や確実に着火し、不断の保炎を必要とすること
もない。最終段階では、炭塵・空気混合物の燃焼
の経過は、完全な燃焼温度が得られる程度に十分
に進行し、従つて残分の完全燃焼には比較的低い
三次空気温度で十分である。 本発明は、一煙道ボイラ又は多煙道ボイラにお
いて使用することができる。 次に、本発明を実施例及び図示の無煙炭ないし
は貧石炭を燃焼させる蒸気発生装置につき説明す
る。 蒸気発生器は、第１煙道１を水平の煙道２を介
して第２煙道３と連結してなる。蒸気発生器の壁
は、中間のウエブにより相互に気密に溶接された
冷却される管から形成されている。第１煙道１内
には輻射室として形成された後燃焼室４の上方に
後接続加熱面が配置されている。後接続加熱面
は、燃焼ガスの流れ方向に第２中間過熱器５、管
状装置として形成された一次空気予熱器６、第１
中間過熱器７及び第２給水予熱器８から成る。 第２煙道３は煙道ガスの流動方向にある分離壁
により２個の平行な部分にわけられる。この部分
の一方には二次空気予熱器９が配置され、他方に
は三次空気予熱器１０が配置されている。両者と
も煙道ガスで加熱される回転型再生成蓄熱交換器
として構成されている。煙道ガスの側で三次空気
予熱器１０の前には第１給水予熱器１１がある。 第１煙道１中の後燃焼室４には、鉛直に配置さ
れた予燃焼室１２が前接されている。予燃焼室１
２は天井バーナー１３又は水平バーナーが備えら
れており、その出口に場合により、ノズル様の縮
流部１４を有する。冷却される管からなる予燃焼
室１２の壁は一部又は全体がスタツド溶接されて
いてもよいし、耐火性ライニングでつき固められ
ていてもよい。 石炭は給炭バンカー１５からチユーブミル１６
に供給され、この中で粉砕され、煙道ガス導管１
７により吸込まれた煙道ガスにより同時に乾燥さ
れる。チユーブミル１６のかわりに、石炭の粉砕
乾燥に適当な他のミル、例えば圧砕機を使用する
こともできる。 チユーブミル１６を出る、蒸気と炭塵からなる
混合物を空気分級器１８を経て集塵器１９に送
る。そこで分離した炭塵は炭塵バンカー２０中に
達し、蒸気はミルのフアン２１により吸込まれ、
チユーブミル１６の前又は後で石炭流に混合され
る。蒸気流は炭塵を更に除去するために、バグフ
イルタ又は電気収塵器２２に供給することもでき
る。過器のフアン２３は蒸気を過器２２か
ら、後燃焼室４内に配置されている蒸気バーナー
２４に送る。 必要な燃焼用空気は外気フアン２５により吸込
まれ、平行に存在する二次空気予熱器９及び三次
空気予熱器１０に供給される。二次空気予熱器９
中で、燃焼用空気は350〜400℃に加熱される。二
次空気予熱器９を出た燃焼用空気の部分流は二次
空気として予燃焼室１２に供給される。圧力上昇
送風機２６はすでに350〜400℃に加熱された燃焼
用空気の部分を中間過熱器５と７の間にある一次
空気予熱器６に送る。ここで、燃焼用空気は500
〜600℃又はそれ以上に加熱される。この燃焼用
空気は一次空気として炭塵と一緒に予燃焼室１２
のバーナー１３に達する。三次空気予熱器１０中
で、燃焼用空気は250〜300℃に加熱され、三次空
気として縮流部１４の範囲内で予燃焼室１２中に
吹き込まれる。 図によれば、もつぱら一次空気は炭塵のキヤリ
ヤー空気もしくは搬送空気として使用される。し
かし、搬送空気として二次空気又は三次空気を使
用することも可能である。燃焼用空気導管中の絞
り機構により、燃焼用空気を、第二次空気が燃焼
用空気量の50％で三次空気が35〜40％であるよう
に分割することができる。例えば次の分割が可能
である。 １ 一次空気：15％、550℃ 二次空気：50％、400℃ 三次空気：35％、275℃ ２ 一次空気：20％、550℃ キヤリヤー空気：15％、400℃ 二次空気：30％、400℃ 三次空気：25％、275℃ ３ 一次空気：20％、550℃ キヤリヤー空気：15％、275℃ 二次空気：40％、400℃ 三次空気：25％、275℃ 次に、本発明方法による作用効果を、本発明に
よらない方法で得られた作用効果と比較する。こ
の結果は第２図並びに第３図にグラフ図として明
らかにした。 この際縦軸は予燃焼室の高さであり、０点（す
なわち上方）はバーナー口である。予燃焼室は高
さ約18ｍである。横軸は予燃焼室の軸に沿つた温
度分布を示す。このグラフ中には高さ２ｍのとこ
ろに水平線が記載されている。この線までに温度
は750℃に達していなければならない。温度がこ
の線で750℃より下にある場合、着火が全く行な
われないか、又は着火が不安定となる。 さらにグラフ中に1400℃で垂直の線を記載し
た。この温度で灰分は融解する：このことは焼付
きに導き、従つて本発明方法においては回避され
るべきである。 第２図のグラフの曲線１，２，３及び４はそれ
ぞれ次の条件により得られたものである：

【表】 曲線１は本発明による数値限定範囲内のもので
ある。この際、550℃の第１次空気を全燃焼用空
気量の15％で供給し、350℃の第２次空気を全燃
焼用空気量の50％で供給した。550℃という第１
次空気の高い入口温度のために燃焼室はバーナー
から短距離で800℃を越えた温度に上昇する。こ
うして揮発性成分及びコークスの安全な着火が行
なわれる、その後の予燃焼室中の経過は、装入し
た燃料の約50％が350℃に予加熱された第２次空
気により最高温度1300℃で燃焼する。着火はバー
ナーの近隣範囲の火炎の反射により安定する。予
燃焼室からの出口（18ｍ）で全燃料は完全に着火
する。更に完全燃焼のために予加熱した第３次空
気を供給する。予燃焼室の熱負荷は約150kw／m³
である；これは灰分を乾燥状態で取り出す常用の
石炭炉におけると同程度である。冷却面での熱流
は約100kw／m²である。中心軸の火炎温度は1300
℃を越えない。この際、壁の近くの温度は50〜
100℃低いので、灰分の軟化点1250℃を越えない。 曲線２は第１次空気が350℃である場合を示す。
温度はバーナーから離れる程低下する、すなわち
着火は起こらない。 曲線３は第１次空気を５％に減少させた方法で
ある。このために第２次空気を60％に上昇させた
ので第１次空気と第２次空気との総量は一定であ
る。このパラメーターで着火と燃焼は達せられ
る。しかし、バーナーから２ｍ離れても温度は
750℃に達せず、バーナーから５ｍはなれてはじ
めて達せられるので、着火は安定ではない。第２
次空気の量が多くなつたために第２次空気供給と
第３次空気供給との間に灰分融解点を越える（垂
直線の右側）温度が達せられる。 曲線４は第１次空気量を30％にあげた場合を示
す。この第１次空気量はもちろん着火及び燃焼に
導く。しかしながら、着火はバーナーの近接範囲
で非常にはげしくおこるので、２ｍの距離ですで
に1150℃に達する。これにより火炎がバーナー中
に後退する危険がある。この変法は第１次空気の
２倍量に相応する２倍の大きさの第１次空気用予
熱器を必要とするので、装置に費用がかかる。 第２図は、第１次空気を高温すぎる温度にする
場合を全く示していない。第１次空気を550℃よ
り著しく高い温度にすることは、すでに次の理由
から考慮に入れることはできない： １ このために、より大きな空気予熱器が必要で
ある。 ２ 温度を高めることによりNOx発生がおこり
やすく、かつ灰分融解点を越える危険性が大と
なる。 第３図のグラフ曲線１，５，６及び７はそれぞ
れ次の条件により得られたものである：

【表】 第３図中の曲線５は第２次空気の温度を250℃
に下げた場合の作用を示し、曲線６は第２次空気
の量を30％に下げた場合の作用を示す。いずれの
場合においても第１次空気の高い温度により着火
と燃焼が可能となる。しかしなら図中の曲線５及
び６は高さ２ｍまで斜線範囲からでず、いずれの
場合においても安全な着火は達成することができ
ない。 曲線７は第２次空気量を60％にあげた場合を示
し、この際第２次空気供給の時に融解点を越え
る、この際、生じる約1550℃という高い火炎温度
は酸化窒素の強い形成に導く。 第３次空気のパラメーターを独立して変化させ
なかつた理由は、第３次空気の量は第１次及び第
２次空気の量から自動的に決まり、独立していな
いからである。 第３次空気の温度の変化の効果は特別な例を述
べるまでもなく、明らかである。第３次空気の温
度を250℃より低く選択すると、火炎を冷却し、
煙道灰中になお含有されるコークスは完全に燃焼
しない。第３次空気の温度を高くしすぎると、火
炎は熱くなりすぎ、NOxの形成を強める。 前記の比較実験データーから、本発明の優れた
点は明らかである。 全燃焼空気の約15％という比較的僅かな第１次
空気量により着火範囲に燃料粉塵が比較的長く滞
留する。更に、僅かな第１次空気量によりバーナ
ーに高い炭塵飽和が達せられ、これにより高い加
熱率が達せられる。550℃という高い１次空気流
の温度は燃料と共に入つてくる水の迅速な蒸発に
作用し、石炭の迅速な加熱及び安定な着火に作用
する。 第２次空気の温度及び量は予燃焼室の中央部で
温度が約1300℃に上昇するように選択されてい
る。この温度において熱線が生じ、この熱線はバ
ーナーの下の着火域を直接加熱するために寄与す
る；こ輻射は着火の安定性に非常に重要である。
しかし、この温度は灰分融解点に達したり、
NOxの生成を生ぜしめる程高くてはいけない。
第２次空気の量は、第１次空気と第２次空気との
合計量が化学量論量を下まわつているように決め
られている。これにより全予燃焼室中は還元性大
気、すなわち酸素欠乏である。これにより燃焼反
応は限定され、NOx生成は十分に押さえられる。 第３次空気により、残留石炭を完全燃焼するた
めの酸化性大気は達せられる。 石炭の加熱値、水、灰分及び揮発性成分の含量
によりもちろんパラメーターを変化させなければ
ならないが、これらの変化はすべて前記限定範囲
内で達せられる。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図は本発明方法を実施するため
の無煙炭ないしは１実施例による半無煙炭燃焼蒸
気発生装置のフローシートである。第２図は第１
表に記載の条件で第１次空気流を変化させた場合
の予燃焼室１２内部の温度経過を示す図であり、
燃焼室中の位置（高さ）とガスの温度との関係を
示す。第３図は第２表に記載の条件で第２次空気
流を変化させた場合の予燃焼室１２の内部の温度
経過を示す図であり、燃焼室中の位置（高さ）と
ガスの温度との関係を示す。 ４……後燃焼室、５，７……中間過熱器、６…
…一次空気予熱器、９……二次空気予熱器、１０
……三次空気予熱器、１２……予燃焼室、１３…
…天井バーナー、２４……蒸気バーナー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼用空気を燃焼室の種々の個所で供給し灰
   分を粉末又は顆粒状の固体の凝集状態で取り出す
   難着火性の低揮発分燃料を燃焼させる方法におい
   て、 先ず第１段階で、炭塵に、500〜600℃又はそれ
   以上の温度であつて、燃焼用空気量（炉に供給し
   た全空気量）の約10〜15％に相当する量の第１次
   空気を吹付け、炭塵を予備ガス化し、予備ガス化
   の終りに点火し、 第２段階で、350〜400℃の温度であつて、燃焼
   用空気量の約50％に相当する第２次空気で燃焼さ
   せ、 第３段階で、残存する未燃焼部分を、250〜300
   ℃の温度であつて、燃焼用空気量の約35〜40％に
   相当する第３次空気で完全に燃焼させることを特
   徴とする難着火性低揮発分燃料を燃焼させる方
   法。 ２ 第３次空気を予燃焼室１２の出口に供給する
   特許請求の範囲第１項記載の方法。