JPH01150707A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体燃料や固体燃料を燃焼させる燃焼装置に係
り、特に排ガス中の窒素酸化物（以下ＮＯＸという）を
低減する燃焼装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年急増する電力需要に応えるために大容量の火力発電
所が建設されているが、これらのボイラは部分負荷にお
いても高い発電効率を得るために超臨界圧から亜臨界圧
へ変圧運転を行なうことが要求されている。

これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸び
と共に、負荷の最大、最小差も増大し、火力発電はベー
スロードから負荷調整用へと移行する傾向にあるからで
ある。

そしてこの火力発電用ボイラにおいては、ボイラ負荷が
常に全負荷で運転されるものは少なく、負荷を７５％負
荷、５０％負荷、２５％負荷へと負荷を上げ、下げして
運転したり、運転を停止するなど、いわゆる毎日起動停
止（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ以下単にＤＳＳ
という）運転を行なって中間負荷を担う火力発電プラン
トへ移行しつつある。

このように火力発電は部分負荷での運転が増え゛　た場
合、負荷に応じて圧力を変化させて運転する。

いわゆる全負荷では超臨界圧域、部分負荷では亜臨界圧
力域で運転する変圧運転ボイラとすることによって、部
分負荷での発電効率を数％向上させることができる。

一方、ボイラから発生するＮＯＸは燃料中に含まれる窒
素骨が燃焼時に酸化されて生成するフューエル（Ｆｕｅ
ｌ）　Ｎ　Ｏ，と、炭化水素系燃料を燃焼する際に炭化
水素が空気中の窒素と反応し、更にいくつかの反応を経
て生じたブロンブトン（Ｐｒｏｍｐｔ）Ｎｏ、と、空気
中の窒素分子が高温において酸素と結合して生成するサ
ーマル（Ｔｈｅｒｍａｌ）　Ｎ　ＯＸとがあり、特にこ
のサーマルＮ　Ｏｘが問題視されている。

サーマルＮＯＸの生成は燃焼温度が高く、燃焼域での０
□濃度が高く、また高温域での燃焼ガスの滞溜時間が長
くなるほど多量に発生するとされている。

このことから、根本的にＮＯＸを抑制するためには、燃
焼温度、０□濃度、滞溜時間を抑制することが重要であ
り、特に燃焼温度が１，６００℃以上になるとＮＯＸが
急激に増加することから、極力燃焼温度を下げることが
重要視されている。

このように、部分負荷での発電効率を向上させ、燃焼段
階でのＮＯｘの発生量を抑制するために排ガス再循環燃
焼法が採用されている。

第５図は従来の排ガス再循環燃焼法を採用したボイラの
概略系統図である。

第５図において空気ダクト１内の燃焼用空気は押込通風
機２にて昇圧され空気予熱器３で排ガスダクト４の排ガ
スによって加熱した後、燃焼用空気ダクト５よりウィン
ドボックス６を経て主バーナ７ａ、脱硝バーナ７ｂ、上
段、下段アフターエアポート７ｃ、７ｄへ供給されてボ
イラ火炉８内で燃焼する。

一方、ボイラ火炉８内で燃焼した排ガスは排ガスダクト
４の空気予熱器３でその排熱が回収され誘引通風機９か
ら大気へ放出される。

他方、排ガスダクト４の排ガスの一部は排ガス再循環フ
ァン１０で昇圧され排ガスダクト１１より燃焼用空気ダ
クト５の燃焼用空気へ混入されウィンドボックス６へ供
給されるとともに、他の一部は排ガス再循環ダクト１２
からボイラ火炉８へ供給される。

なお、１３．１４．１５は燃焼用空気量、排ガス混入量
および排ガス量を制御するダンパである。

以上は燃焼用空気、排ガスの一般的な流動状態を説明し
たものであるが、燃焼用空気および燃焼用空気に混入さ
れた排ガスはウィンドボックス６内で各バーナ７ａ、７
ｂ、上段、下段アフターエアポート７ｃ、７ｄに分配さ
れる。

ところが、このウィンドボックス６へ供給される燃焼用
空気、排ガスは第５図に示す如く同一の燃焼用空気ダク
ト５．排ガスダクト１１から供給されるために、ウィン
ドボックス６内の空気量、排ガス量共にダンパ１３．１
４によって流量調整されたもので、ウィンドボックス６
内の酸素分圧は同一である。

一方、前述した様にウィンドボックス６内の酸素分圧を
下げることによってＮＯＸは減少するが、他方では、燃
焼効率が低下し未燃分が増加する傾向にある。

以下、本発明者等が行なった実験データを紹介する。

第６図は縦軸にＮＯＸ、横軸の上段に上段アフターエア
ポート７ｃからの上段アフターエアと下段に下段アフタ
ーエアポート７ｄからの下段アフターエアとの比率を示
し、曲線ＡはＮｏＸ特性曲線で燃料はＬＰＧを使用した
。

この実験データによれば、上段アフターエアポート７ｃ
からの上段アフターエアと、下段アフターエアポート７
ｄからの下段アフターエアとの比率を約７０対３０にす
るとＮ　Ｏｘ特性曲線Ａで示すようにＮｏＸが最小値を
示した。

なお、ＮＯＸ特性特性曲線台けるＢ点と０点の差は第５
図における還元領域滞溜時間ＲＴによるものである。

第７図（ａ）、　［ｂｌは石炭燃焼時における上段アフ
ターエアポート７ｃからの上段アフターエアと下段アフ
ターエアポート７ｄからの下段アフターエアの比率を変
化させた場合の灰中未燃分、ＮｏＸの実験データを示す
。

第７図（ａｌ、　（ｂ）は縦軸に灰分未燃分、ＮｏＸを
示し、横軸に上段（下段）アフターエア比率を示し、曲
線り、Ｅ、Ｆは炭種の違いによる灰中未燃分の特性、曲
線Ｇ、Ｈ，Ｉは炭種の違いによるＮＯＸの特性を示し、
曲線り、　ＧはＡ炭、曲線Ｅ、　Ｈは石炭、曲線Ｆ、　
　ＩはＣ炭を示す。

第５図のバーナ７ａ、７ｂで発生したＮｏｖは、二段燃
焼時、量論空気以下の条件下（バーナ領域ルアフタ−エ
ア領域間）で還元される。第５図の上段アフターエアポ
ート７ｃから投入される上段アフターエア比率を多くし
て第５図の還元領域滞溜時間ＲＴを長くした場合（第７
図（ｂ）右へ行く程）ＮＯｘは第７図（ｂ）の曲線Ｇ、
Ｈ，Ｉで示すように低下し、逆に下段アフターエアポー
ト７ｄから投入される下段アフターエア比率を多くして
還元領域滞溜時間ＲＴを短くした場合（第７図山）の左
へ行く程）ＮＯｘは増加する。一方、灰中未燃分は、第
７図ｆａ）に示すように還元領域滞溜時間ＲＴが長い程
（第７図（ａｌの右へ行く程）上段アフターエアポー）
？ｃ後流の完全燃焼領域滞溜時間ＲＴ’が短（なるため
に、第７図（ａｌの曲線り、Ｅ、Ｆで示すように増加し
、逆に還元領域滞溜時間ＲＴが短い程完全燃焼領域滞溜
時間ＲＴ’が長くなるために低下する。この様にＮＯｘ
、灰中未燃分レベルは炭種により大きく異なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の燃焼装置においては、Ｎ　ＯＸ量を低下させると
未燃分が増加し、未燃分を低下させるとＮＯＸ量が増加
する欠点があった。

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部分負荷時においてもＮ　Ｏｘ
量と未燃分を低下させ、高効率な燃焼が行なえる燃焼装
置を得ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、燃料の性状によ
って上段アフターエアポートと下段アフターエアポート
からのアフターエア量を変更、するようにしたものであ
る。

〔作　用〕

燃料の性状によって上段アフターエアポートと下段アフ
ターエアポートからのアフターエア量を変更することに
よってＮｏ、量と相反する未燃分を調整することができ
、高効率燃焼が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る概略系統図、第２図は第
１図のアフターエア量の制御系統図、第３図（ａ）、　
（ｂ）は縦軸に灰中未燃分、ＮＯ，、横゛軸に上段（下
段）アフターエア比率を示す炭種別特性曲線図、第４図
（ａ）、　（ｂ）は縦軸に灰中未燃分、ＮＯＸ、横軸に
上段（下段）アフターエア比率を示した部分負荷時の特
性曲線図である。

第１図において、符号１から１５は従来のものと同一の
ものを示し、１６はアフターエア空気配管、１７ａ、　
１７ｂは上段アフターエアポート７ｃ、下段アフターエ
アポート７ｄのアフターエア入口空気ダンパ、１８ａ、
　１８ｂは上段、下段アフターエア量検出器、１９はＮ
ＯＸ検出器である。

この様な構造において、上段、下段のアフターエア量の
制御系統を説明する前に燃料の性状について説明する。

第１表は石炭の性状を示す。

第２表は原油の性状を示す。

この様に石炭、原油においては産地、銘柄によって、燃
料中の窒素骨は種々異なるので、石炭。

原油の産地、銘柄によって上段アフターエアポート７ｃ
、下段アフターエアポート７ｄからのアフターエア量を
変える必要がある。

この様な構造において、上段、下段アフターエアボー）
７ｃ、７ｄのアフターエアはアフターエア空気配管１６
のアフターエア入口空気ダンパ１７ａ、１７ｂによって
制御される。

第１図の石炭焚きボイラにおける多段投入方式による上
段（下段）アフターエア比率とＮＯｘ。

未燃分の特性について第３図（ａ）、　ｆｂ）を用いて
、説明する。第３図（ｂ）のＮｏ、をＮＯＸ設定レヘし
Ｎ。

に維持することによって、炭種によって灰中未燃分（未
燃損失）の低減を図ることができる。

例えば最もＮｏウレベルの高い炭種（Ａ炭）使用時にＮ
ＯｘをＮＯＸ設定設定レベル板下にするためには上段（
下段）アフターエア比率を比率ＲＡに調整する必要があ
る。一方、ＮｏＸレベルが比較的低い炭種（Ｂ炭）に対
しては、曲線Ｈで示すようにＮＯＸ設定レヘしＮ、を満
足するためには下段アフターエアポート７ｄからのアフ
ターエア量を増やしたアフターエア比率ＲＢで十分であ
る。

アフターエア比率を第３図のＲＡよりＲ，に調整するこ
とにより、同じＮＯＸ設定設定レベル板対してＢ炭では
第３図（ａｌの曲線Ｅで示すように未燃分がΔＵＢＣＢ
だけ低減できる。

更にＮＯＸ設定レベルが低い炭種（Ｃ炭）においては第
３図（ｂｌの曲線■で示すように、下段アフターエア１
００％（アフターエア比率ＲＣ）としてもＮ　Ｏｘ量は
ＮＯＸ設定レヘしＮ、以下となる場合もある。この場合
も、アフターエア比率ＲＡをアフターエア比率Ｒｅに調
整することにより、第３図（ａｌの曲線Ｆで示す如く灰
中未燃分（未燃損失）をΔＵＢＣｃだけ低減することが
できる。

以下第２図を用いて、上段アフターエアポート７ｃ、下
段アフターエアポート７ｄからのアフターエアの制御に
ついて説明する。

二段燃焼比率で決められた全アフターエアデマンド設定
器２０からの全アフターエア設定信号２１は、炭種毎又
は炭種グループ毎に設けられた炭種切替スイッチ２２に
よって、Ａ炭、Ｂ炭、Ｃ炭関数発信器２３ａ、　２３ｂ
、　２３ｃへ導かれ、炭種別アフターデマンド信号２４
が演算される。この炭種別アフターデマンド信号２４は
乗算器２５で比率設定器２６からの比率信号２７と乗算
されて上段アフターエアポート７Ｃの上段アフターエア
設定信号２８が演算される。

一方、上段アフターエア検出器１８ａ、開閉演算器２９
を経て検出された上段アフターエア検出信号３０は比較
器３１で比較され、上段偏差信号３２は比例積分演算器
３３で上段偏差信号３４として演算され加算器３５に入
力される。

他方、ＮＯ，ｌ検出器１９からのＮｏＸ検出信号３６と
Ｎ　Ｏｘレベル設定信号３７（第３図（ｂｌのＮＯＸ設
定レベしＮ、に相当する）は比較器３８で比較され、偏
差信号３９が比例積分演算器４０で上段アフターエア補
正信号４１が演算される。

そして、この上段アフターエア補正信号４１はＮＯｘ検
出信号３６がＮＯＸレベル設定信号３７より大きい場合
は、演算器３５で上段偏差信号３４と上段アフターエア
補正信号４１は加算され、手動／自動切替器４２を経て
上段アフターエア制御信号４３によって上段アフターエ
アポート人ロダンパ１７ａは開かれて上段アフターエア
ボー）７ｃからの上段アフターエア量は増加される。

一方、演算器４４では全アフターエアデマンド設定信号
１６と、上段アフターエア設定信号２８から下′　段ア
フターエア設定信号４５が演算され、下段アフターエア
設定信号４５は比較器４６に入力される。

下段アフターエア検出器１８ｂ　、開閉演算器４７を経
て検出された下段アフターエア検出信号４８は比較器４
６に人力され、比較器４６では下段アフターエア設定信
号４５と下段アフターエア検出信号４８が比較され、下
段偏差信号４９は比例積分演算器５０で下段偏差信号５
１として演算器５２に入力される。

他方、Ｎｏ、レベル設定信号３７がＮＯｘ検出信号３６
よりも大きい場合は、演算器５２に下段アフターエア補
正信号５３が入力され、下段偏差信号５１と下段アフタ
ーエア補正信号５３が演算器５２で加算され、手動／自
動切替器５４を経て下段アフターエア制御信号５５によ
って下段アフターエアポート人ロダンパ１７ｂが開かれ
、下段アフターエアポート７ｄからの下段アフターエア
量が増加される。

以上述べたように、ＮＯｘ検出信号３６がＮＯＸレベル
設定信号３７が大きい場合には、上段アフターエア補正
信号４１は上段偏差信号３４に加算されて上段アフダー
エアポート人ロダンパ１７ａは開かれるが、この場合、
下段アフターエア補正信号５３は演算器５２で下段偏差
信号５１から減算され、下段アフターエア制御信号５５
は小さくなって、下段アフターエアポート人ロダンパ１
８ｂは閉じられ、下段アフターエアポート７ｄからのア
フターエア量を少くする。

これとは逆にＮＯＸレベル設定信号３７がＮＯｘ検出信
号３６よりも大きい場合には下段アフターエア補正信号
５３と下段偏差信号５１が加算されて下段アフターエア
制御信号５５が大きくなり、下段アフターエアポー）７
ｄからの下段アフターエアを増加させる。

一方、上段偏差信号３４から上段アフターエア補正信号
４１が減算され、それだけ上段アフターエア制御信号４
３が小さくなるために、上段アフターエアポート人ロダ
ンパ１７ａは閉じられて上段アフターエアポート７ｃか
らの上段アフターエアを減少させる。

また、第４図（ａ）、　（ｂ）は縦軸に灰中未璃分、Ｎ
Ｏｘを示し、横軸に上段（下段）アフターエア比率を示
した特性曲線図で、５曲線は定格負荷時の灰中未燃分、
Ｋ曲線は部分負荷時での灰中未燃分、曲線りは定格負荷
時のＮＯＸ、曲線Ｍは部分負荷時のＮ　Ｏｘを示す。

例えばボイラのＤＳＳ運転によってボイラ部分負荷にお
いては、第２図中に示す還元領域滞溜時間ＲＴ及び完全
燃焼領域滞溜時間ＲＴ’が共に長くなる為、一般にＮＯ
ｘ、灰中未燃分共に定格負荷時よりも低下する。第４図
（ｂ）の曲線して示すようにボイラ定格負荷時の上段（
下段）アフターエア比率をＲＮとし、上段（下段）アフ
ターエア比率Ｒ８でのＮＯＸを設定レベルＮｓ゛で維持
することができるボイラの部分負荷時には第４図（ｂｌ
の曲ｉＭで示すように上段（下段）アフターエア比率Ｒ
４に変えることにより、上段（下段）アフターエア比率
Ｒ８一定とした場合に比べて、第４図（ａｌの曲線にで
示すように灰中未燃分をΔＵＢＣｐだけ低下させること
ができる。

この様に第３図（ａｔ、　（ｂ）で示すように灰種によ
って上段（下段）アフターエア比率を変えてもよく、第
４図（ａｌ、　（ｂ）で示すように定格負荷時と部分負
荷時で上段（下段）アフターエア比率を変えてもよい。

以上、本発明の実施例においては石炭の性状による上段
（下段）アフターエア比率についてのみ説明したが、Ｎ
分の異なる原油においても実施することができる。

〔発明の効果〕

炭種、油種あるいは運転条件の変化に対応してＮｏＸｔ
：未燃分を低下させることができ、高効率燃焼を行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る概略系統図、第２図は第
１図のアフターエア量制御系統図、第３図（ａ）、　（
ｂｌおよび第４図（ａ）、　（ｂｌは本発明の特性曲線
図、第５図は従来のボイラにおける概略系統図、第６図
、第７図（ａｌ、　＋ｂ）はＮＯＸ値、灰中未燃分。 ＮＯＸと上段（下段）アフターエア比率との関係を示す
特性曲線図である。 ７ａ、７ｂ・・・バーナ、７ｃ・・・上段アフターエア
ポート、７ｄ−・・下段アフターエアポート、１７ａ、
　１７ｂ・・・アフターエア入口空気ダンパ。 第３面 一よＪｋ（下段）アフダーエア毘卵１％）第４図 一上段（下段）？ツク−エア比車（％）第６＝ 一工１之Ｃ″Ｆ段）アワクー１フ１０竿（％）第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーナの上方に下段アフターエアポートと上段アフター
   エアポートを備え、バーナからの燃料を燃焼させるもの
   において、前記燃料の性状によつて上段アフターエアポ
   ートと下段アフターエアポートからのアフターエア量を
   変更するようにしたことを特徴とする燃焼装置。