JPH0328624A - 多段燃焼方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多段燃焼方法に係り、特に燃焼ガス中の窒素酸
化物（以下、ＮＯｘと略称する）を低減するのに好適な
多段燃焼方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、火炉７に燃料を３段階に分割して供給する３
段燃焼ボイラを示す。ボイラ前壁には下から上方に向け
てバーナ列を４ａ、４ｂ、４ｃと３段備え、同じくボイ
ラ後壁には４ａ’　　４ｂ’４ｃ′と３段のバーナ列を
設けている。なお、各バーナ段には水平方向に多数のバ
ーナが所定間隔で設けられている。

また、各段ごとにバーナの空燃比（燃料の完全燃焼に必
要な空気量と実際に供給される空気量との比）を変えて
、ＮＯｘの発生を抑える燃焼が行なわれている。例えば
、第４図において燃料１は各バーナ段に所定量供給し、
燃焼用空気２は空気調節ダンバ３ａ、３ｂ、３ｃの開度
を調節して６ａ、５ｂ，５ｃと上段になるつれ空燃比を
減少させているｅ６ａ’　　６ｂ’、６０′についても
同様である。５ａ，５ｂ，５ｃ、６３′、６ｂ’、６Ｃ
１と矢印の長さは空気流量などの操作量の大小を相対的
に表わすものである。第４図の実施例においては、６ａ
、６ｂ，６ａ’　　６ｂｌのバーナ段の燃焼は、燃焼用
空気が多量に供給されているので燃焼ガス中にＮＯｘを
多量に含有する。そこで、６ｃおよび５　ｃ　ｌのバー
ナ段では空気不足状態の燃焼が行なわれ、燃焼ガス中に
還元性ガスを多量に有する。したがって、ＮＯｘを多量
に有する燃焼ガスと、還元性ガスを多量に有する燃焼ガ
スが火炉内で混合し、ＮＯｘは無害なＮ２に還元される
。一方、６ｃ、５　ｃ　ｌのバーナ段における空気不足
状態の燃焼においては、未燃分が発生ガス中に存在する
ので、アフタエヤポート段５、５゛からそれらを完全に
燃焼させるために追加空気６ｄ、６ｄ“が供給される。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示した従来例においては、ボイラ前壁およびボ
イラ後壁に設けたバーナ段４ａ、４ｂ、４ｃ、４　ａ＋
　　４　ｂ＋、４０′の各バーナから炉内に供給される
燃焼ガス量は、相対するバーナ段４ａと４ａ’　　４ｂ
と４ｂ’　　４ｃと４ｃ′において相等しいので、燃焼
ガスは火炉の中央部で衝突合流し、第５図に示すように
中央部で大きな上昇流速を持つ流速分布１０を示す。

したがって、アフタエヤポート５、５′から投入される
空気は、中央部の大きな上昇流に打勝って充分に混合す
るために必要な流速を有する必要がある．すなわち、ア
フタエヤポートの空気圧を大きくずる必要がある。また
、中央部の大きな上昇速度を有する未燃分含有ガスを完
全燃焼させるに充分な火炉七部空間が必要であり、火炉
の高さを大きくとったり、空気過剰率を高くずる必要が
ある。

一方、同一水平面上の各バーナにおいて、燃料や空気な
どの操作量を均一に配分したとしても、火炉出口部形状
または火炉出口燃焼ガス流路の配置によっては、アフタ
エヤポート高さにおいて未燃分を含む燃焼ガス上昇流速
分布に偏りが生しる場合もある。第６図は、火炉７上部
右側に火炉出［］炉焼ガス流路８が設置されており、本
配置に起因して、燃焼ガスが右側に引き寄せられ、炉内
各高さにおＬＪる最高上昇ガス流速の位ｉｆｌｌは火炉
上部ほど右側に移行している。この結果、アフタエヤボ
−１・５の位置では炉内における燃焼ガス上昇流速分布
１０が右側に偏っている。すなわち、火炉中心より左側
に較べて右側の燃焼ガス流量が多い。アフタエヤポート
５より投入される完全燃焼用空気流量が左右で均等な場
合は、左側空気量が過剰で右側空気量が不足の状況が生
じ、火炉出口０２濃度分布１２は左側に高い偏りが、ま
た未燃ＣＯ２１度分布１３は右側に高い偏りが発生する
要因となる。本現象は、未燃ＣＯ濃度を低減するために
結果的に全体のアフタエヤ量、すなわち過剰空気量を増
加する調整を伴うため、省エネルギー運用上問題となる
。

〔課題を解決するための手段〕

前述した従来技術の問題点は、火炉軸に直角八平面内の
火炉壁周囲に多数のバーナを設けたバーナ段を、火炉軸
に沿って上流側から下流側に所定間隔をもって複数段設
け、上記バーナから炉内に燃料を供給して燃焼する多段
燃焼方法において、同一バーナ段内の多数のバーナを複
数グループに分割し、バーナから炉内に供給される空気
量、燃料量、燃焼排ガス混合量および炉内に直接投入さ
れる再循環ガス量の１つ以上について、各グループごと
に偏差２０％以上のバイアスを与えることを特徴とする
多段燃焼方法により解決される。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。第１図においては、
火炉７の火炉軸７に直角な水平面内に多数のバーナを備
えたバーナ段４ａ，４ｂ、４Ｃおよび４ａ’　　４ｂ’
　　４ｃ’から供給される燃焼用空気量６ａ、６ｂ、６
Ｃ、６ａ′、６ｂ’、６Ｃ゛を［桑作量としている。炉
内燃焼ガス流動に影響を与えるものとしては、この他に
、燃料流量、燃焼用空気もしくはガス燃料、微粉炭燃料
に混合する燃焼排ガス量、あるいはバーナを介して火炉
に直接投入される再循環ガス（燃焼排ガス）量も操作量
として均等に採用し得る。

前述したように、第１図においても、各バーナ段ごとの
矢印の長さは操作量の相対的な大小を表わしている。本
実施例では、空気流量を前壁と後壁（図では左および右
）の２つのグループに分け、各バーナ段ごとに同一水平
面内でグループ間に偏差約２０％以上のバイアスを与え
ることにより、各段ごとの（パーナからの）噴流衝突位
置に差異を生じさせ、その結果炉内各高さにおける最大
上昇ガス速度の位置は１１０点線で示すようになり、同
一水平面内に多数のアフタエヤポートを有するアフタエ
ヤポート段５の水平面内の炉内ガス上昇速度分布１０が
得られる．この速度分布は、第５図に示した従来例に比
し、炉内中央部の突出した最高速度が著しく小さくなり
、ほぼ平均した速度分布となっている。

この結果、アフタエヤポート段５、５′から供給される
アフタエヤは、容易に上昇未燃ガス流と混合できる。し
たがって、アフタエヤの空気圧を過大にする必要がなく
、未燃ガスの燃焼のための燃焼空間を過大にとったり、
アフタエヤ日を増やして空気過剰率を増加させる必要が
ない。

第１図の実施例では、ボイラ前壁と後壁の同−・水平面
内バーナ段の相対向するバーナグループごとに平均流量
の８０％以下、１２０％以上のバイアスを交互に行なっ
てさらに好ましい結果を得ている。前記２０％以上の偏
差は、バイアス操作によって炉内ガス流動状態を改善す
るために好ましい偏差量であり、従来技術においても、
バーナ等の製作精度や、装置の設定精度に原因する偏差
、つまりアンバランス（通常１０％辺下）とは量的に明
らかな差異を有している。すなわち、本来存在するアン
バランスに対し、さらにアンバランスを強凋して、任意
のバイアス操作を行なうことにより、火炉全体のガス流
動のバランスを確保するのが本発明のポイントである。

本実施例においては、バーナの各段の同一水平面上にお
いて、グループ間に空気流量偏差２０％以」二のバイア
スをリえることにより、アフタエヤポート段５、５“の
火炉内拉置において、比較的均一な炉内燃焼ガス上昇流
速分布１０が｛ｑられており、アフタエヤポート段より
投入されるアフタエヤと均一に混合され易い状況が達威
されている。

次に、本発明の他の実施例を第２図に示す。第２図は、
各バーナ段４ａ、４　ａ　！および４ｂ、４ｂ′さらに
４Ｃ、４　ＣＩにおいて、互いに均−な１桑作量（本実
施例では空気量）を与えて運転し、ボイラ火炉出口轡焼
ガス通路８がボイラ後壁側に取付けられているため、ア
フタエヤポート段５、５“部では分布曲線１０で示すよ
うに、通路８側の炉内ガス上昇流の流速が、その反対側
に比し著しく高い分布を示している。このような場合は
、アフタエヤポート段５からの投入空気ｉ６ｄに比し、
５゜からの投入空気量６ｄ“を図のように著しく大きく
とる（６ｄと６ｄ’間の偏差量２０％以上）。かくする
ことにより、火炉出口燃焼ガス中の０２濃度は曲線１２
で示すように、ほぼ均−な分布とすることができる。本
実施例においても、第１図の実施例において述べたと同
じく、操作量としては燃焼用空気量の伯に、バーナにお
いては燃料量、空気もしくは燃料に混合する燃焼排ガス
量、あるいは火炉に直接投入される再循環ガス量も採用
し得る。また、アフタエヤボー１・においては、空気に
混合する排ガス量、火炉に直接投入する再循環ガス量、
あるいは燃料量（バーナを設けた場合）も操作量として
使用される。

また、第１図および第２図の実施例において、同一水平
面上に位置する各バーナ間において、空気流量、燃料流
量の一方もしくは両方にバイアス操作を加えることによ
り、各バーナ間での濃淡燃焼を行ない、ＮＯｘの低減効
果を高めることができる。第１図の実施例における６ａ
、６ａ１間のバイアスはもちろん、６ａ、６ｂ，６ｃ間
、６ａ、６ｂ′、６Ｃ“間のバイアス操作は濃淡燃焼を
行なうことにもなっているので、第１図の実施例におい
て、例えば６ａ、６ｂ、６ｃ、６ａ′６ｂ１　６ｃ′の
いずれかのバーナ段において、前記したように水平面内
各バーナ間で操作量をバイアスさせることより、濃淡燃
焼がさらに効果的になる。

第３図は、本発明のバイアス操作を具体化する燃焼装置
の実施例を示す。本実施例では空気流量のバイアス操作
を行なうものとする。

送風機２ａより送られた燃焼用空気２は、ダンバ３ａ、
３ｂ、３Ｃ、３ｄおよび３ａｔ、３ｂ’３　ｃ　ｌ、３
ｄ’により空気量が調節される。すなわち、バーナ段４
．ａ，４ｃ，４ｂ”およびアフタエヤポート段５゜は空
気流量が少なく、その他のバーナ段およびアフタエヤポ
ート段の空気量は多くなるようにバイアス操作されてい
る。また、空気量の少ないバーナ段およびアフタエヤポ
ート段においては、火炉への空気投入口断面積は小さく
し、空気量の多いバーナ段およびアフタエヤポート段に
おいては、火炉への空気投入口断面積は大きくしてある
。これは火炉への投入空気流速を通正値に保つためであ
る。

なお、火炉の水平方向の断面積が約２５ｉ以上の火炉に
おいては、同一水平面上に位置しないバーナ段あるいは
アフタエヤポート段であっても、火炉高さ方向に約１ｍ
以内の水平位置差であれば、本発明のバイアス操作を行
なうことにより同等の効果が得られるので、本発明の範
囲に含まれる。

以上述べた本発明の実施例において、バーナ段もしくは
アフタエヤポート段での燃焼用空気、混入排ガス、再循
環排ガスの投入時に、旋回装置による強あるいは弱の旋
回力を与え、その旋回力を調節可能とすることにより、
本発明の効果をさらに増進することができる。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、火炉内の多段燃焼におい
て、燃焼排ガス中の未燃分を少なくすることができると
ともに、燃焼排ガス中の窒素酸化物を従来技術に比して
、さらに低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は同一水平面内のバーナ段において、２つのグル
ープに属するバーナグループごとに燃焼用空気量などの
操作量に偏差を与えた実施例図、第２図は、アフタエヤ
ポート段における空気投入量に偏差を与えた実施例図、
第３図は、第１〜２図の実施例を行なうための燃焼装置
図、第４図は、従来技術になる多段燃焼方法説明図、第
５図は、従来技術になる多段燃焼方法における燃焼ガス
の上昇速度分布図、第６図は、火炉上部に水平方向の燃
焼ガス出口流路を設けた際の燃焼ガス流速分布、０２ａ
度分布、ＣＯ濃度分布説明図である．１・・・燃料、２
・・・燃焼用空気、３ａ〜３ｄ、３ａ〜３ｄ’・・・空
気量調節ダンバ、４ａ〜４ｃ、４ａ′〜４０′・・・バ
ーナ段、５、５′・・・アフタエヤポート段、６ａ〜６
ｄ、５　ａＴ　〜５　ｄ　ｌ　，，・空気量、７・・・
火炉、７ａ・・・火炉軸、１０・・・燃焼ガス上昇速度
分布、１１・・・最大上昇ガス速度位置曲線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）火炉軸に直角な平面内の火炉壁周囲に多数のバー
   ナを設けたバーナ段を、火炉軸に沿って上流側から下流
   側に所定間隔をもって複数段設け、上記バーナから炉内
   に燃料を供給して燃焼する多段燃焼方法において、同一
   バーナ段内の多数のバーナを複数グループに分割し、バ
   ーナから炉内に供給される空気量、燃料量、燃焼排ガス
   混合量および炉内に直接投入される再循環ガス量の１つ
   以上について、各グループごとに偏差２０％以上のバイ
   アスを与えることを特徴とする多段燃焼方法。
2. （２）火炉軸に直角な平面内の火炉壁周囲に多数のバー
   ナを設けたバーナ段を、火炉軸に沿って上流側から下流
   側に所定間隔をもって複数段設け、上記バーナから炉内
   に燃料を供給して燃焼するとともに、最下流バーナ段よ
   り下流側であって火炉軸に直角な平面内の火炉壁周囲に
   多数の開口を設けたアフタエヤポート段を１つ以上設け
   、この開口から火炉内の未燃分を燃焼させるための空気
   を供給するごとくなした多段燃焼方法において、同一ア
   フタエヤポート段内の多数の開口を複数グループに分割
   し、開口から供給される空気量、排ガス混合量の１つ以
   上について、各グループごとに偏差２０％以上のバイア
   スを与えることを特徴とする多段燃焼方法。