JPH046303A

JPH046303A - 燃焼排ガス循環炉および燃焼方法

Info

Publication number: JPH046303A
Application number: JP2108306A
Authority: JP
Inventors: Ken Hyodo; 兵頭　憲; Sukemasa Fujimune; 藤宗　資正; Hidetoshi Shibuya; 渋谷　英俊
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1992-01-10

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」この発明は、化石燃料なとを用いる各種の燃焼炉に適用
して好適であって、燃焼炉の燃焼効率を高め、燃焼後の
放出ガス量を低減できる酸素混合型の燃焼排ガス循環炉
および排ガスの処理方法に関する。

「従来の技術」近年、化石燃料の燃焼によって大量のｃｏ、が大気中に
放出された結果、温室効果による地球規模の温暖化が問
題となってきており、更には、大気中に放出されたＮ　
Ｏｘ　、　Ｓ　Ｏ２などが原因となって生じる酸性雨の
問題が世界的に注目され、それらの解決策が議論されて
いる。

現在、これらの問題を解決する上で最も現実的な手段は
、排ガス処理装置なとの環境整備設備の導入と省エネル
ギー技術の導入であると言われている。また、燃料の燃
焼から得られる熱を最大限に利用することも使用燃料の
低減化の上で重要なポイントであると言える。

以上のような背景から、燃焼炉の効率化か種々試みられ
ている。

その−例として知られているのは、酸素富化膜を用いて
燃焼用の空気の酸素含有量を増加し、この酸素富化した
空気を燃焼炉に送り、燃焼効率を上げる方法である。

マｆこ、事業用の火力発電施設なとにおいて、過去に実
施または検討された改善方法として以下に記載するもの
か知られている。

■蒸気タービン翼の高効率化。

■蒸気タービン加減弁の作動方式の改善。

■空気予熱器の空気漏洩量の低減化並びにエレメントの
改善。

■押込通風機、循環ポンプの可変方式の採用。

■プラント起動時の損失の低減化。

−発明か解決しようとする課題ところか、前記酸素富化膜を用いる方式では、理論燃焼
温度は」−昇するらのの、燃焼ガスの成分は従来と大差
がないので、放射伝熱の向上は期待できない問題があり
、燃焼後の放出ガスを大幅に低減化することはできない
問題かある。

また、前記■〜■に記載し１こ方法は、いずれもプラン
ト全体としての効率は若干向上するしのの、燃焼後の放
出ガスの大幅な低減化および燃焼炉の放射伝熱の向上と
いう而では効果不足な問題かある。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、燃
焼炉の伝熱効率を高めるとともに、燃焼後の放出ガス量
を低減化できる燃焼排ガス循環炉および排ガス処理方法
を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
燃焼炉において、燃焼炉から出された排ガスの一部を燃
焼炉に戻しなから燃料を酸素ガスて燃焼させ−ろも・）
である。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
燃料の供給部と排ガス。っ排出部と混合ガスの導入部と
を備えｌ二燃焼炉と、前記排出部に接続された排気管と
、この排気管に組み込まれて排ガスの一部を分流する分
配器と、この分配器と前記燃焼炉の導入部とを接続して
設けられ分配器から分流され几排ガスの一部を燃焼炉の
導入部に導くリサイクル管と、このリサイクル管に組み
込まれリサイクル管を通る排ガスに酸素ガスを混合する
混合器とを具備してなり、前記分配器と混合器との間の
リサイクル管に流量調整弁を設けてなるものである。

請求項３に記載した発明は前記課題を解決する１こめに
、燃焼炉から出された排ガスの一部を燃焼炉に戻し、こ
の排ガスの一部を燃焼炉内の燃料とともに再度燃焼させ
る排ガスの処理方法において、燃焼炉に戻す排ガスに、
酸素ガスを混合するとと０１−１燃焼炉に戻す排ガスと
酸素ガスとの混合比を６４〜８２の割合に設定するもの
である。

−作用　。

燃焼炉から出された排ガスの一部を燃焼炉に戻して再度
燃焼させるので、燃焼炉から外部に最終的に排出される
排ガス量が大幅に減少する。このｒ二め、排ガス処理装
置（脱硫、脱硝、脱塵、脱Ｃ０７）の小型化か図れる。

燃焼炉に戻す排ガスに酸素ガスを混合するので、燃焼炉
における燃焼効率が上昇する。更に、排ガスと酸素ガス
との混合比を６４〜８．２の範囲にすることで燃焼炉内
における燃焼状態が良好な状態に維持される。そして、
伝熱効率が向上するため、燃焼炉放射部及び熱回収部の
小型化を図ることかできる。また、燃焼炉の排気管に設
けた分配器からリサイクル管に排ガスの一部を戻し、こ
れを燃焼炉に戻し、酸素ガスで燃焼させるので、燃焼ガ
ス中に窒素か混入することがなく、サーマルＮＯｘが発
生しない。

「実施例Ｊ第１図は、本発明の一実施例の燃焼排ガス循環炉を示す
もので、第１図において符号１は燃焼炉を示している。

燃焼炉１は、燃料の供給部２と排ガスの排出部３と混合
ガスの導入部４とを備えている。

前記燃料の供給部２はＬＮＧ（液化天然ガス）なとの燃
料を燃焼炉ｌに供給するために設けられるしので、この
実施例では燃焼炉ｌの左側部に設けられている。前記排
出部３は、燃焼炉１で燃焼された後の排ガスを排出する
ために設けられるもので、この実施例では燃焼炉１の右
側部に設（づられでいる。前記導入部４は後述する混合
ガスを燃焼炉ｌ内に導くためのもので、この実施例では
燃焼炉ｌの天井部に設けられている。更に、この例の燃
焼炉Ｉでは熱交換器５を備え、図示略のタービンに蒸気
を送るための配管６を備えている。ところで、前記燃焼
炉ｌは、ボイラ、加熱炉、燃焼炉、焼却炉など、各種の
化石燃料を燃焼させる構成の炉ならばどのような構成の
ものを用いても良い。

前記排出部３には排ガスを排出するための排気管７が接
続され、この排気管７には燃焼炉ｌに近い側から順に、
熱交換器８と分配器９と排ガス処理装置１０が相互に離
間して組み込まれている。

また、分配器９はリサイクル管１１を介して燃焼炉］の
導入部４に接続され、リサイクル管１．１にはガスの混
合器１２か組み込まれ、この混合器；２には、バイパス
管１３によって前記熱交換器８が接続されている。また
、分配器９と混合器１２との間のリサイクル管１１には
、流量調整弁１４か組み込まれている。

前記熱交換器８には、給入管１５を介して酸素ガス供給
源１６が接続され、この酸素ガス供給源Ｉ６から供給さ
れた純酸素ガスを排ガスの熱を利用して加熱し、バイパ
ス管１３を介して混合器１２に送ることができるように
なっている。なお、給入管１５には流量調整弁１７か組
み込まれ、吸入管１５を通過する酸素ガス量を調節でき
るようになっている。

前記分配器９は、排気管７を通過する排ガスの一部を分
流してリサイクル管ＩＩに送るものである。また、排ガ
ス処理装置１０は、脱硫、脱硝、脱塵、脱ＣＯ２などの
目的で設けられる周知の構成のものである。

前記混合器Ｉ２は、リサイクル管ＩＩを通過する排ガス
にバイパス管１３を介して送られてくる酸素ガスを混合
して燃焼炉ｌの導入部４に送るものである。

次に前記のように構成された排ガス循環炉を運転する場
合について説明する。

排ガス循環炉を運転するには、まず、供給部２から燃焼
炉１に化石燃料を投入して燃焼炉Ｉ内で燃焼させる。こ
の燃焼により熱交換器５で蒸気を発生させてその蒸気を
配管６を通じて図示略のタービンに送ることでタービン
を回転駆動することができ、発電などの目的に供するこ
とかできる。

燃焼炉１で燃焼された後の排ガスは排気管７と熱交換器
８と分配器９と排ガス処理装置１０を通過して大気中に
排出される。

ここで、分配器９を通過した排気ガスはその一部がリサ
イクル管１１を介して混合器１２に送られる。また、混
合器１２には、ガス供給源１６から出されて熱交換器８
で加熱された酸素ガスが供給されて排ガスと混合され、
この混合ガスが燃焼炉Ｉの導入部４を介して燃焼炉ｊ内
に導入されて燃料とと乙に燃焼される。

前記混合ガスの主成分は、水蒸気、二酸化炭素および酸
素である。そして、混合ガスにおいて、酸素ガスと排ガ
スとの混合割合は、燃焼炉ｌの耐用温度、燃焼温度及び
燃焼ガスエンタルピーを考慮し、排ガス　・酸素ガス＝
６４〜８２の範囲に設定する。この割合において、排ガ
ス　　酸素ガスの比か６・４より少ないと、言い替えれ
ば、排ガスの割合が少なければ酸素ガス量が多すぎて燃
焼炉１の温度が上昇しすぎるので好ましくなく、逆に、
排ガスの割合が多すぎると、効率の良い燃焼状態が得ら
れずに不完全燃焼か起こるので好ましくない。

前記混合ガスの割合を調整するには、熱交換器８からバ
イパス管１３を介して混合器１２に送られる酸素ガス量
を一定に設定し、リサイクル管Ｉｌに組み込まれた流量
調整弁１４を操作し、排ガスの流量を調整することて容
易に行うことができる。また、逆に、リサイクル管１１
から混合器ｌ２に送られる排ガス量を一定として、流量
調整弁１７を操作し、混合器１２に送る酸素ガス量を増
減することて混合ガスの割合を調整することしてきる。

以上のように流量調整弁１４．１７を調節することて燃
焼炉ｌに所定の割合の混合ガスを送ることかでき、良好
な燃焼状態を維持することができる。

なおここで、混合ガス中に含ませる酸素ガス量を燃焼炉
ｌで理論的に必要とされる酸素ガス量の１．０５〜１．
５倍程度含ませて燃焼炉】に送ることが好ましい。この
範囲で酸素ガスを送ることにより燃焼炉ｌでの燃焼状態
を良好な状態とすることができる。

以上説明したように燃焼炉１を運転するならば、分配器
９を通過した後に排気管７を介して大気中に放出される
排ガス量を従来の炉よりも約２０〜３０％減少させるこ
とができる。そして、排ガス処理装置１０を通過する排
ガス量を従来よりも少なくすることができるので、排ガ
ス処理装置１０を従来よりも小型化することができる。

また、燃焼炉１に送る混合ガスとしてガス黒度か高いＣ
Ｏ２，Ｈ２０を主成分としたガスを用いる二とて、燃焼
炉ｌ内の放射伝熱量を増加させることができる。なお、
燃焼炉１の熱効率は、燃焼効率、火炎温度、伝熱効率等
の因子により左右されるが、前記伝熱効率の中でも最も
影響が高い因子が放射伝熱量である。従って前記の如く
放射伝熱量を増加できるので、極めて効率良く燃焼炉１
の熱効率を向上させることができる。

また、以上のことから、燃焼ガス中に窒素ガスが入らな
いので、高温で発生するサーマルＮＯｘが発生しない。

よってＮ　Ｏｘ発生量の低減化を図ることができる。

ところで、第１図に示す構造の循環炉を始動（スタート
アップ）する場合、以下に説明する２つの方法で始動さ
せることができる。

第１の方法は、燃焼に必要な量の酸素ガスを燃焼炉１に
供給し、燃料を燃料させる。次に、分配器９と排ガス処
理装置１０との間の排気管７を閉しておき、燃焼した後
の排ガスをリサイクル管１１を介し酸素ガスを混合して
順次燃焼炉１に戻す。

そして、リサイクル管１１を通過する排ガス中の酸素濃
度か一定となったところで、分配器９と排ガス処理装置
ＩＯとの間の排気管７を解放し、全体をバランスさせた
後に前述のように排ガスを循環させて定常運転する。

第２の方法は、始動時の供給ガスとｌて予ぬ、燃焼ガス
を貯蔵タンクなどに貯蔵しておき、始動の際に、この貯
蔵した燃焼ガスを予備加熱し、酸素濃度か一定量となる
ように酸素ガスを混合して燃焼炉１に供給することで燃
焼炉１を始動させることかできる。

「実施例」第１図に示す構成の循環炉の燃焼炉としてＬＮＧを燃料
とするボイラを適用し、このボイラを用いて本発明を実
施する例を示す。

Ｌ　Ｎ　Ｇをボイラで燃焼させた後に、このボイラから
放出される排ガスは、Ｌ　Ｎ　Ｇ単位立方メートルあた
り、９．９７５Ｎｍ３てあり、その成分は、Ｃ０２か３
．３２１Ｎｍ３、Ｈ２Ｏか６．２０９Ｎｍ’、Ｏ７がＯ
０４４５Ｎｍ３である。。二の排ガスを熱交換器に送っ
た後、その約６０％を分配器で分流してリサイクル管に
送る。このリサイクル管７こ送る排ガス量は、単位燃料
あｆこり６．２３Ｎｍ３てあって、残りの排ガスは排ガ
ス処理装置で処理した後に大気中に放出させる。

ここでの排ガス成分は、Ｃ０２か２．１７１Ｎｍ３Ｈ，
Ｏか４．０５９Ｎｍ３である。

また、ボイラの燃料かＬ　Ｎ　Ｇの場合、理論酸素量は
、単位燃料あたり、２．２２５Ｎｍ’であるか、実際に
必要な酸素量として、この１．２倍程度、単位燃料あた
り２．６７Ｎｍ３程度ボイラに供給できるように流量調
整弁を調整する。この量の酸素ガスを熱交換器を通過さ
せて排ガスにより予熱させた後、バイパス管を介して混
合器に送り、リサイクル管を通過してきた排ガスと混合
器で均一に混合し、導入部からボイラに供給する。また
、ボイラの火炎温度は１７７０°Ｃに設定する。

また、比較のために、空気を供給して燃焼させる形式の
一般的なボイラであって、前記ボイラと同一規模のボイ
ラて前記と同等の燃料供給条件で燃焼運転する。

第１図に示す構造を採用したボイラの放射伝熱量はＩ　
、　ｌ　Ｘ　１０７ｋｃａｌ／ｈであるのに比較し、空
気供給型のボイラは、８．６　Ｘ　Ｉ　０８ｋｃａｌ／
ｈである。

以上のことから、本発明をボイラに採用することで放射
伝熱量を約１３倍に向上できることが判明した。

「発明の効果」以上説明したように本発明によれば、従来の空気供給型
の燃焼炉に比較し、大気中に排出する排ガス量を約２０
〜３０％減少させることかできる。

このため、外部に排出されるエネルギー量を低減するこ
とができ、省エネルキー化を図ることができる。

また、排ガス量を少なくできるので、排ガス処理装置に
対する負担を少なくすることができ、排ガス処理装置を
小型化することが可能になる。

更に、排ガスの一部を燃焼炉に戻Ｃｆコめに、ガス黒度
の高い排ガスを用いることで燃焼炉の内部の放射伝熱量
を増加さ什ることかてきる。

前述のように排ガスを少なくし、燃焼炉の放射伝熱量を
増加させることで、燃焼炉の効率を高めることかできる
ととしに、燃焼炉放射部の小型化を図ることができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の排ガス循環炉を示す構成図
である。１・・・燃焼炉、２・・供給部、３　排出部、４・導入
部、７・・・排気管、８・・熱交換器、９・分配器、１
１　・・リサイクル管、１２・混合器、１３　バイパス
管、１４．１７・・・流量調整弁、１６・・酸素ガス供
給源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼炉において、燃焼炉から出された排ガスの一
部を燃焼炉に戻しながら燃料を酸素ガスで燃焼させるこ
とを特徴とする燃焼方法。
（２）燃料の供給部と排ガスの排出部と混合ガスの導入
部とを備えた燃焼炉と、前記排出部に接続された排気管
と、この排気管に組み込まれて排ガスの一部を分流する
分配器と、この分配器と前記燃焼炉の導入部とを接続し
て設けられ分配器から分流された排ガスの一部を燃焼炉
の導入部に導くリサイクル管と、このリサイクル管に組
み込まれリサイクル管を通る排ガスに酸素ガスを混合す
る混合器とを具備してなることを特徴とする燃焼排ガス
循環炉。
（３）燃焼炉から出された排ガスの一部を燃焼炉に戻し
、この排ガスの一部を燃焼炉内の燃料とともに燃焼させ
る排ガスの処理方法において、燃焼炉に戻す排ガスに、
酸素ガスを混合するとともに、燃焼炉に戻す排ガスと酸
素ガスとの混合比を６：４〜８：２の割合に設定するこ
とを特徴とする燃焼方法。