JPH0244111A - 微粉炭燃焼方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉炭燃焼方法に係り、特に低ＮＯｘ燃焼を実
現するのに好適な微粉炭燃焼方法に関する。

〔発明の背景〕

微粉炭燃焼においては、石炭中Ｎ分含有量が多いことか
ら、大量のフューエルＮｏχが生成される。このため、
環境対策が必要である。たとえば、火力発電所等の汚染
物質の固定排出源では、微粉炭の燃焼不完全により発生
する未燃カーボンやＮＯｘは総量規制の対象となり、ま
た緊急時にはＮＯｘ発生量を制御することが必要となる
。現在では燃焼法を改善してＮＯＸの発生を抑制しよう
とする低ＮＯｘ燃焼技術の開発が推進されている。

具体的には低Ｎ　Ｏｘバーナの開発、多段燃焼法の組合
せ等によって実用化への検討が進められている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、Ｎ　Ｏｘの発生量を低減できしかも微
粉炭の燃焼性を高めることができる微粉炭燃焼方法を提
供することにある。

〔発明の概要〕 本発明の目的は、微粉炭と空気との混合流をバーナより
噴出させて燃焼する方法において、前段で微粉炭中の窒
素化合物からＮＨ，を生成する低空気比の燃焼を行わせ
、後段で空気比１以上の燃焼を行わせることにより達成
される。

本発明で用いるバーナは、１次空気と微粉炭との混合流
を噴出するノズル、２次空気を噴出するノズル及び３次
空気を噴出するノズルを備えることが望ましい。

特に１次空気と微粉炭との混合流噴出ノズルの外周囲に
２次空気噴出ノズルを備え、２次空気噴出ノズルの外周
囲に３次空気噴出ノズルを備えることが望ましい、２次
空気及び３次空気は、旋回流として発生させるようにす
ることが望ましい。

このような構造のバーナを用い、１次空気と微粉炭との
混合流で前段の低空気比の燃焼を行い、後段で二次空気
と３次空気を混入させて空気比１以上の燃焼を行わせる
ことが望ましい。

２次空気と３次空気の分配率を変え、又両者の混合する
位置を調整することによって微粉炭の燃焼性をより高め
ると同時にＮＯｘの発生量を抑制すうろことができる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の方法に使用するバーナの一実施例を示
す。本実施例では同心円筒型の微粉炭燃焼バーナである
が、同心円筒型に限らず他の筒型でもよい。

第１図において、バーナ中心部には、補助燃料（例えば
予熱用の重油、あるいはプロパン）噴出ノズル９が配置
され、これに隣接して同心円上の微粉炭噴出ノズル１が
設けられる。微粉炭噴出ノズル１の先端に沿って保炎器
４が設けである。この保炎器４はノズル１の口径に対し
湾曲状に広がる構造体とし、微粉炭が１次空気Ｇ１によ
って保炎器４を介して火炉内に噴出される際、保炎器４
に沿って拡がった状態で噴出する。保炎器４の内側（微
粉炭と１次空気Ｇ１の混合流と接する側）はこのとき負
圧になり、微粉炭と１水空気Ｇｉ噴出ノズル１の内側に
ノズル２から噴出される２次空気Ｇ２の一部が巻き込ま
れる。これにより微粉炭は保炎器４の部分から安定した
火炎を形成して燃焼が行なわれる。また、２次空気噴出
ノズル２の先端には２次空気Ｇ２の噴出方向（ノズルの
軸方向）に対して所定の角度で傾斜するそらせ板５を配
置している。このそらせ板５によって、２次空気Ｇ２の
大部分は、中心部の微粉炭と１次空気Ｇ１との混合流に
対する混合が遅れるようになる。また３次空気Ｇ、の噴
出ノズル３の先端には３次空気Ｇ３の噴出方向（ノズル
の軸方向）に対して所定の角度で傾斜するそらせ板６を
配置している。

ここで第２図は３次空気噴出ノズル３のそらせ板６の角
度θ３＝１０度と一定の条件で、２次空気噴出ノズル２
のそらせ板５の角度θ２の影響を検討したデータである
。実験条件は次の通りである。

Δ微粉炭燃焼炉寸法；φ６００ｍ、長さ５０００ｍｍΔ
供試石炭；太平洋炭、２００メツシュ篩い下８０％に粉
砕した微粉を使用した。

Δ石炭供給量；２０ｋｇ／ｈ ΔＪ′ｅＸ空％　ｍｌ　（Ｊ　１　；　３０　Ｎ　ｍ　
／　ｈΔ３次空気ノズルロ径Ｉ）、；φ３００側１−次
空気と微粉炭との混合流で空気Ｊｔｌ末謂の低空気比の
燃焼を行わ−Ｕ−１Ｊ二の混合流に２次空気と３次空気
を混入するごどＬ４−よっで空気比１以上の燃焼を行Ａ
′）ぜるようにしている。

第２図において、縦軸Ｘ／Ｄ３中のＸはバーナ面ｆ）ｙ
　ｒ、の噴出方向距離Ｃあり、Ｄ、ｌ：ｉ：３法空気噴
出ノズル３σ月−１径であり、したがってＸ、　／　Ｄ
　、１３３次空気中心部分（燃焼火炎）１，１−拡散し
−Ｃくるときの値を示す、ずなわぢ、　　（＋２”　１
０−＝６５度の条件でｒ−ｔ、　ａ次空勺、の中心部分
への拡散ＩＪ：　Ｘ　／　Ｄ　、ξ３．２の位置で起こ
っ１．いることを示す、。

第３図は、２次空気噴出ノズル２のそらぜ板５の角度０
２を１０度と一定どし、３次空気噴出ノズル３の（′ｌ
らゼ・耘ｊ６の角度０．の影響を桧割したデ・−・夕で
ある。第：３図から３次空気の燃焼大炎・中心部への拡
散位置Ｘ　／　Ｄ　’ｉが；う以【−１となイｙ　０３
１ｔ＝ｙ〕０度以上であるこ二とがオ）かる。

吹に１吹空気Ｇ、と微粉炭の混合流噴出ノズル１、先端
にぞら片板を有する２次空気噴出ノズル２及び先端にそ
らせ板３紮有する３次空気噴出ノズル３から構成され、
Ｊ′１つ、２次空気噴出ノズル２と３次空気噴出ノズル
３にはｆ泡回器７．Ｌ３を設けた微粉炭燃焼バーナでの
微粉炭の燃焼試験結果を第４図ｊＥよび第５図し１示ず
、 実験条件は、０．＝２０度、θつを３０度とした他は、
第２図および第３図１こおＵる実験条件と同じである、
２ 第４図は微粉炭燃焼バーナでの燃ツ９′！火炎中心軸方
向の酸素濃度の変化も・示し、第５図Ｌｊ、同様１．１
″火炎中心輔上流れ方向のＮｏｘｉ度の変化を示す。

第４図、第５図ともに横軸は流わ、方向）拒１ｘと３次
空気ノズル［１径りの比とＬ５で整理し）−ｏ第４図。

第５図中に示すＡ−Ｃまでの特性は、同条件での燃焼試
験時の結果を示し対応している。図中Ａは：３次空気量
Ｇ、と２次空気景（ｊ２の配分比がＣ；□／Ｇ、？２、
ＢはＧａ／Ｇ、：３、にＩＪ、（ハ／Ｇ、　＝　４にな
ろよう１５．−設定し７−条件での結果を示す。この燃
焼試験゛Ｃは１次空気成Ｇｉと微粉炭供給量は一定にし
１変動させず、Ｇ　、）：　Ｇ　、のみを変化さゼ”た
。

まゾ！−１１−ａ次窄気狐の総量ＧＴ（−二〇　ｘ　４
−　Ｇ　Ｚ　十Ｇ］　）　ｌｊ；微粉ｔ；２を燃焼させ
るの１１、−必要な理論窄気敗Ｇ　（１１対し、（］−
１７（）ｏ＝１．２になる条件と１１１、Ｃ−旨は一定
としゾセ。この結果、Ａ（ａ　ｓ　／　ａ　２７：２　
）の条１，４ｅはバー＝−す面から燃焼が進み、バーナ
面からに１１．るに従い、０．が消費され、低０８領域
が形成、−′５．４’Ｌる。この傾向１’、ｉ　ｎ　、
　（：、の条件ｅも同様となる。

この（−）、濃Ｉ￥ｒ４′一対応したＮｏに濃度の変化
を第４図に示す。第４図中のＡの結果力口）、バーナ面
で燃焼が起こるとＥｉ炭中Ｎ分がＮ　Ｏｘとして放出ｔ
Ｃれ、Ｎ　Ｏｘ謡度（３、増加−５る傾向を示ｔが、０
．濃度が低下し／″：領嗟目プ１、Ｎ　Ｏｘは減少する
１、′れは、低０２領域では石炭中Ｎ化合物からＮ　Ｈ
わが生成さＪ’ｉ、ｌ、ＮＯｘど共存”づることによっ
てＮ　ＯｘをＮ、に還元する脱硝反応が起、−っている
ためである１、シかし、第４図のＡの特性″（では低０
．領域が短い。、′−：、わ、１ｊ１．２次空気Ｇ、及
び３吹空気Ｇ、が混合し下くるためで、　Ｇ　ｓ　／　
Ｇ　２−２の本条件℃は；＝４−ｔら空気の混合が早く
なる。−と口、で表わしている。、二の結果、第５図に
示すとどく、ＮＯｘ濃度はＯ７増加と共ξ、Ｊ二高くな
る傾向を示す。これは低０．領域で存在し八ＮＨ３のＮ
ＯＸ／＼の酸化反応が進む１−ど、また、チャー中に含
まれるＮ化合物がＮＯＸに転換ブに、１１、イ）ためで
ある。従って、Ｊ″′、のＧ、！Ｇ、＝２の条件では、
炉出Ｄ　Ｎ　Ｏｘ　””　２００　ｐｐ　ｍとＩｃす、
Ｎ　Ｏｘ　’ｆｒ低減する効ｙ、は少ない。、二九に対
し、第４−・第５図中のＢの特性はＧ　ｉ　／　Ｇ　Ｚ
　”　３どＩ・へ条件での試験結果を示し、３次空気”
スＧ、を増加さぜることによって、第４図に示すごとく
５低０１．領域を長く保つ２二とができる。これｂ；よ
っｒ、第５図に示すとと＜、ＮＯｘのＮＨ，による）気
元反応もイたみ、Ｎ　Ｏｘ？！ＩＡ　度は八〇Ｇ　１７
　Ｇ　２　”　２の条件番：対し、大幅に低下する８ま
た、第４、図１．：′、示ずようｊ：二、２次。

３次空気の混合によってＯ２濃度が増加する位置でも、
ＮＯｘの増加を少なくづる７”′とが７？きる。

これは、低０２領域で共存するｌ’ｔＴ　Ｉ（、がＮ０
ｘＯ′）芹元に消費されるため、空気の混合する位１−
ｐはＮＨ３の量が少ないので酸化されてＮＯｘになる量
も減少すること、また低ｏ８領域が長くなったことでチ
ャーの燃焼時間も長くなり、チャー中のＮ分もガス中に
放出される割合が高くなり、チャー９８分からのＮ　Ｏ
ｘ発生量も減少することに起因している。

このＧ、／Ｇ、＝３の条件での炉出口Ｎ　Ｏｘ値は１１
００ｐｐとなりＧ３／Ｇ、＝２の条件に対し、１／２に
ＮＯｘ低減が可能となった。さらにＧ、／Ｇ、＝４の条
件で測定した結果を第４〜第５図中のＣの曲線で０□濃
度、ＮＯｘ濃度の変化を示したが、Ｇ３を増加させるほ
どＧ、の噴出速度が高くなり、Ｇ、は運動量が増えるの
で、中心部の燃料に対し、ａれ、混合はより遅くなり、
中心軸上の低ｏ２領域はさらに長く保つことができるか
ら、ＮＯｘ還元反応を促進でき、炉出口ＮＯｘは７０ｐ
ｐｍとなった。

すなわち、Ｇ　３／　Ｇ　＊　＞　２の領域になる範囲
でＧ、とＧ２を制御すれば低Ｎ　Ｏｘ化を図ることがで
き、これらの操作は、２次空気及び３次空気レジスタの
角度を変えるだけで容易に達成することができる。

次に、これらＡ−Ｃの各条件での結果から、中心軸上流
れ方向距離Ｘに対し、２次、３次空気の混合する位置（
第４図中Ｊｌ　−Ｗ　Ｑの位置）を３次空気ノズル３の
スロードロ径Ｄ３との関係で整理すると次のように表わ
せる。先ずＡの条件ではＸ／Ｄ。

弁２、Ｂの条件ではＸ／Ｄ３４３及びＣの条件ではＸ／
Ｄ、幻４であった。従ってＧ、／Ｇ、を大きくすること
はＸ／Ｄ、を大きくすることであり、本発明者らの検討
結果ではＧ、／Ｇ、＞３以上にし、Ｘ／Ｄ、〉３の条件
にすることが低Ｎ　Ｏｘ燃焼を実現するのに有効である
。

また第２図および第３図からＸ／Ｄｆｆとする条件は、
２次空気噴出ノズル２のそらせ板５の角度が１０〜６５
度であり、３次空気噴出ノズル３のそらせ板６の角度が
１０度以上であり、したがってこれらの角度を有するそ
らせ板のときに低ＮＯｘ燃焼を効率よく実現できる。

更に、前記した２次空気ノズル２と３次空気ノズル３に
旋回器７，８を設ける理由としては、１次空気によって
微粉炭を低空気比条件で燃焼させ、その火炎と２次、３
次空気の混合を適度に進めるために有効であり、旋回器
７，８がなく、旋回流として噴出させないときには、２
次空気、３次空気の混合が早くなる。従って旋回器も、
そらせ板間様に２次、３次空気と微粉炭燃焼の火炎との
混合を遅くする効果を有する６ 〔発明の効果〕 本発明によれば、微粉炭の着火性を良くし、保炎効果を
高くすると共に、１ｏｏｐｐ　ｍ以下のＮＯｘ発生量と
なる低Ｎ　Ｏｘ効果がある。２次空気、３次空気を制御
するだけで、ＮＯｘ発生量を制御できるから、信頼性向
上にも大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼方法を説明するための微粉炭バー
ナ略図、第２図および第３図はそらせ板の角度と３次空
気の燃焼火炎中心部への拡散位置との関係を示す特性図
、第４図および第５図は３次空気量と２次空気量の配分
による燃焼特性を示す特性図である。 １・・・１次空気と微粉炭混合流体の噴出ノズル。 ２・・・２次空気噴出ノズル、 ３・・・３次空気噴出ノズル、４・・・保炎器、５．６
・・・そらせ板、７，８・・・旋回器、９・・・補助燃
料ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粉炭と空気との混合流をバーナより噴出させて燃
   焼する方法において、前段で微粉炭中の窒素化合物から
   ＮＨ＿３を生成する低空気比の燃焼を行い、後段で空気
   比１以上の燃焼を行うようにしたことを特徴とする微粉
   炭燃焼方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記バーナが１次
   空気と微粉炭との混合流を噴出する混合流噴出ノズルと
   、該混合流噴出ノズルより噴出した混合流に２次空気を
   混入させる２次空気噴出ノズルと、前記混合流に３次空
   気を混入させる３次空気噴出ノズルとを備え、前記混合
   流噴出ノズルから噴出する混合流によって前記低空気比
   の燃焼を行い、該混合流に前記２次空気と前記３次空気
   を混入することによって後段で空気比１以上の燃焼を行
   うようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記バーナが１次
   空気と微粉炭との混合流を噴出する混合流噴出ノズルと
   、この混合流噴出ノズルの外周囲に設けられ２次空気の
   旋回流を噴出する２次空気噴出ノズルと、この２次空気
   用噴出ノズルの外周囲に設けられ３次空気の旋回流を噴
   出する３次空気噴出ノズルとを備えたことを特徴とする
   微粉炭燃焼方法。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記３次空気量Ｇ
   ＿３と２次空気量Ｇ＿２の配分（Ｇ＿３／Ｇ＿２）を３
   以上の条件に制御したことを特徴とする微粉燃焼方法。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記３次空気用噴
   出ノズルの口径Ｄ＿３とバーナ面からの噴出方向距離Ｘ
   との関係で示されるＸ／Ｄ＿３が３以上となる領域で３
   次空気を他のノズルから噴出される燃焼火炎と混合させ
   ることを特徴とする微粉炭燃焼方法。