JPH06294503A

JPH06294503A - 燃焼方法

Info

Publication number: JPH06294503A
Application number: JP6018326A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Sakai; 正康坂井; Kimiyo Tokuda; 君代徳田; Masaharu Oguri; 正治大栗
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1994-10-21
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JP3217575B2

Abstract

(57)【要約】【目的】火炉本体と予燃焼室を備えたパッケージボイ
ラ等において、高い脱硝率，煤塵除去率を得るととも
に、予燃焼室の寿命を延長すること。【構成】予燃焼室（２４）と火炉本体（０２）との連
結部にニッケル（Ｎｉ）系の触媒（３０）を設けるとと
もに、その触媒（３０）内のガス温度を1000℃〜1300℃
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ火炉本体に予燃焼
室が連結された燃焼装置による燃焼方法に関するもの
で、特に発生するＮＯ_xおよび煤塵の量を抑制できる燃
焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の予燃焼室付きパッケージボ
イラの一例を示す横断平面図（図５のIV−IV断面図）、
図５は図４のＶ−Ｖ線による縦断正面図である。これら
の図において、（０１）は輻射伝熱面（水冷壁）、（０
２）はボイラ火炉本体、（０３）は１次空気風箱、（０
４）はエアレジスタ、（０５）はバーナガン、（０６）
は対流伝熱面、（０７）は蒸気ドラム、（０８）は水ド
ラム、（０９）は燃焼用空気、（１０）は燃料、（１
１）は噴霧媒体、（１２）は燃焼ガス、（１３）は燃焼
ガス出口、（１４）は１次空気供給ライン、（１５）は
２次空気供給ライン、（１６）は３次空気供給ライン、
（１７）は２次空気風箱、（１８）は３次空気風箱、
（１９）は２次空気噴出孔、（２０）は３次空気噴出
孔、（２１）は１次空気、（２２）は２次空気、（２
３）は３次空気、（２４）は予燃焼室、（２５）は保炎
器、（２６）は予燃焼室排出口をそれぞれ示す。

【０００３】パッケージボイラは、水冷壁から成る輻射
伝熱面（０１）で構成されたボイラ火炉本体（０２）
と、これに隣接し水冷壁から成る対流伝熱面（０６）
と、蒸気ドラム（０７）および水ドラム（０８）とによ
って形成されている。

【０００４】ボイラ火炉本体（０２）前壁に設けられた
予燃焼室（２４）は、耐火材で構成されていて、その前
壁には１次空気風箱（０３）が設けられている。１次空
気風箱（０３）内にはエアレジスタ（０４）が内蔵さ
れ、その中心部にはバーナガン（０５）が装着されてい
て、図示されていない燃料供給設備から送り込まれて来
る燃料（１０）を、別途図示されてない噴霧媒体供給設
備から送り込まれて来る噴霧媒体（１１）と共に、予燃
焼室（２４）内へ吹き込む。燃焼用空気（０９）は、図
示されていない通風装置から送り込まれて来て１次空
気、２次空気および３次空気の各供給ライン（１４），
（１５），（１６）に分岐され、ボイラに供給される。

【０００５】予燃焼室（２４）内へ吹き込まれた燃料
（１０）は、１次空気供給ライン（１４）を経由して１
次空気風箱（０３）へ送り込まれバーナガン（０５）の
周囲から保炎器（２５）を通して吹き込まれる１次空気
（２１）と、２次空気供給ライン（１５）を経由して２
次空気風箱（１７）へ送り込まれ予燃焼室（２４）の側
壁に穿孔された複数個の２次空気噴出孔（１９）から吹
き込まれる２次空気（２２）とによって、燃焼する。

【０００６】予燃焼室（２４）内へ吹き込まれる１次空
気（２１）と２次空気（２２）とによって供給される酸
素量は、別途予燃焼室（２４）内へ吹き込まれた燃料
（１０）の燃焼に必要な理論酸素量未満であり、予燃焼
室（２４）内は還元雰囲気の状態に保持されている。し
たがって、予燃焼室（２４）で発生した燃焼ガス（１
２）は、酸素不足燃焼のため未燃燃料を含有した状態
で、予燃焼室（２４）末端の予燃焼室排出口（２６）か
らボイラ火炉本体（０２）内へ吹き込まれる。

【０００７】予燃焼室排出口（２６）の外周部には、複
数個の３次空気噴出孔（２０）が穿孔されており、３次
空気供給ライン（１６）を経由して送り込まれて来た３
次空気（２３）が燃焼ガス（１２）中へ吹き込まれる。
燃焼ガス（１２）中へ吹き込まれる３次空気（２３）
は、燃焼ガス（１２）中の未燃燃料の完全燃焼に必要な
酸素量を供給できる充分な量が送り込まれる。この結
果、未燃燃料を含有した燃焼ガス（１２）は、ボイラ火
炉本体（０２）内で燃焼を完結する。

【０００８】上記の燃焼過程において、予燃焼室（２
４）内での燃焼を１次燃焼、ボイラ火炉本体（０２）内
での燃焼を２次燃焼と呼ぶことにする。窒素酸化物( Ｎ
Ｏ_x）の発生には、空気中の窒素の酸化による場合(
Thermal ＮＯ_x）、燃料中の窒素が燃焼によって酸化
する場合（ Fuel ＮＯ_x）、上記１次燃焼のような還
元雰囲気下の燃焼で発生したアンモニア( ＮＨ₃）、シ
アン( ＨＣＮ )等の中間生成物が２次燃焼で酸化される
場合がある。

【０００９】予燃焼室（２４）を有しない従来の燃焼装
置において、ＮＯ_x発生を抑制する燃焼法として、２段
燃焼法がある。この方法によれば、１次燃焼域の酸素濃
度を低くする程（限界はあるが）ＮＯ_xの発生を抑制す
る効果があるが、この領域の燃焼温度が低下するので、
燃焼が悪化して未燃分が増加し煤塵が激増するという、
燃焼面からの制約があり、そのためＮＯ_x抑制効果に限
界があった。また２段燃焼法では、上述の燃焼面からの
制約上、２次燃焼域の空気吹き込み位置を１次燃焼（火
炎）域から充分に遠ざけることができないために、２次
燃焼域で吹き込まれる空気の干渉によって、１次燃焼域
の還元雰囲気が不充分となり、前述のＮＯ_x（ Fuel
ＮＯ_x) を充分に抑制する効果があまり期待できなかっ
た。また、たとえその抑制効果が充分であっても、前述
のアンモニア、シアン等の中間生成物に対する考慮がな
されてないため、２次燃焼域で発生するＮＯ_xの抑制が
充分でなく、極低ＮＯ_x化には不充分であった。

【００１０】前記図４および図５に示した燃焼装置は、
上記欠点に対処するため、高負荷燃焼が可能な耐火材類
で構成された予燃焼室（２４）を設け、予燃焼室（２
４）内の１次燃焼域を、燃料（１０）と同燃料（１０）
の理論空気量以下の１次空気（２１）および２次空気
（２２）によって形成し、高負荷燃焼を行なうものであ
る。この結果、１次燃焼域は充分な還元雰囲気に保持さ
れ、また耐火材で構成された予燃焼室（２４）の内壁面
からの放射熱によって、燃焼温度が上るため、１次燃焼
域における燃焼面の制約がなくなって、予燃焼室（２
４）内の空気比を自由に設定でき、１次燃焼域で生じた
前記、のＮＯ_x( Thermal ＮＯ_x, FuelＮＯ_x）と
アンモニア、シアン等の中間生成物を窒素分子Ｎ₂へ効
率よく還元することができる。このため２次燃焼域にお
けるＮＯ_x抑制が可能となるのである。

【００１１】還元雰囲気の予燃焼室（２４）内において
ＮＯ_xとアンモニア，シアン等中間生成物とを還元する
場合の効率が、燃焼温度が高い程高くなることは、図６
からも明らかである。この図６は、先に発明者らが実施
した実験の結果として、予燃焼室（２４）内の空気比を
一定にした場合の、ボイラ火炉本体（０２）出口におけ
るＮＯ_x量と予燃焼室（２４）内燃焼温度との関係を示
したものである。図６から明らかなとおり、予燃焼室
（２４）におけるＮＯ_x発生抑制効果を顕著にするため
には、予燃焼室（２４）内の燃焼温度を約１600 ℃以上
とすることが必要である。したがって従来の燃焼装置で
はこのような高温にしていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記のように従来の燃
焼装置では、予燃焼室（２４）におけるＮＯ_x抑制効果
を顕著なものとするために、予燃焼室（２４）の内壁面
が約１600 ℃以上の高温になっていた。しかも還元雰囲
気の燃焼ガス（１２）にさらされるため、予燃焼室（２
４）内壁面を形成する耐火材の選定が困難であり、寿命
が短いという問題点があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、火炉本体に連結され耐火材で構
成された予燃焼室に気体燃料または液体燃料と上記燃料
に対する理論空気量に満たない空気とを供給して燃焼さ
せるとともに、上記燃料の燃焼を完結させ得る量の空気
を上記火炉本体に供給し、かつ上記予燃焼室と上記火炉
本体との連結部にニッケル系の触媒を設け、同ニッケル
系の触媒内のガス温度を１000 ℃ないし１300 ℃とする
ことを特徴とする燃焼方法を提案するものである。

【００１４】

【作用】本発明においては、予燃焼室と火炉本体との連
結部に設けられたニッケル（Ｎｉ）系の触媒によって、
ＮＯ_x還元反応が助長されるとともに、未燃分（タール
等）が除去される。すなわち、予燃焼室内の還元性雰囲
気でＮＯ_xが還元されて生じたＮＨ₃，ＨＣＮは触媒に
よってＮ₂，Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂に分解される。この場合、
本発明では触媒内のガス温度を１000 ℃以上の高温にす
るので、この分解反応が充分に促進され、また３次空気
中のＯ₂によるＮＯの再生成がないので、最終ＮＯ_xが
5０〜 8０ppm にまで低減する。

【００１５】更に本発明では、上記のように予燃焼室出
口部の触媒でＮＯ_xの要因ガスであるＮＨ₃，ＨＣＮを
分解するので、予燃焼室内の燃焼温度を従来の燃焼方法
のように高く保持する必要はなく、燃焼ガス温度を１30
0 ℃以下に保持できる。したがって予燃焼室を比較的低
温用の耐火壁で構成することができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明方法を実施する予燃焼室付きパ
ッケージボイラの一例を示す横断平面図（図２のＩ−Ｉ
断面図）、図２は図１のII−II線による縦断正面図であ
る。これらの図において、前記図４および図５により説
明した従来のものと同様の部分については、冗長になる
のを避けるため、同一の符号を付けて詳しい説明を省略
する。図１および図２中、（２７）は再循環ガス送風機
（ＧＲＦ），（２８）は再循環ガス（ＧＲ）供給ライ
ン，（２９）は再循環ガス（ＧＲ），（３０）はニッケ
ル（Ｎｉ）系触媒，（３１）はボイラ出口煙道をそれぞ
れ示す。

【００１７】本実施例では、予燃焼室（２４）出口部に
ニッケル（Ｎｉ）系触媒（３０）が設けられ、予燃焼室
（２４）の還元雰囲気における１次燃焼で発生した燃焼
ガス（１２）が送り込まれる。このニッケル系触媒（３
０）は、ニッケル金属、ニッケル合金またはセラミック
ス板にニッケル粉末を溶射した材料等を使用し、燃焼ガ
ス（１２）の接触面積を大きくするため、格子状に組込
んだものである。

【００１８】燃焼ガス（１２）は、ニッケル系触媒（３
０）を通った後、ボイラ火炉本体（０２）内に吹き込ま
れて、３次空気（２３）の供給によって完全燃焼し、対
流伝熱面（０６）で熱交換した後、ボイラ出口煙道（３
１）を通って図示されてない煙突から大気放出される。
その際、燃焼ガス（１２）の一部を再循環ガス（ＧＲ）
（２９）として、ボイラ出口煙道（３１）から分岐した
再循環ガス（ＧＲ）供給ライン（２８）を通して、再循
環ガス送風機（ＧＲＦ）（２７）により誘引し、１次空
気（２１）および２次空気（２２）に合流させて、予燃
焼室（２４）内へ吹き込む。

【００１９】ニッケル系触媒（３０）が未燃分（ター
ル）除去および脱硝に効果のあることは公知の事項であ
るが、本実施例ではニッケル系触媒（３０）内での燃焼
ガス（１２）の温度を１000 ℃〜１300 ℃とする。

【００２０】図３は、先に発明者らが実施した実験の結
果として、ニッケル系触媒（３０）内における燃焼ガス
（１２）の温度と未燃分（タール）除去率および脱硝率
との関係を示したものである。この図から、ニッケル系
触媒（３０）が未燃分除去および脱硝に効果があるの
は、燃焼ガス（１２）の温度が１000 ℃以上の場合であ
ることが判る。一方燃焼ガス（１２）の温度の上限を１
300 ℃としたのは、ニッケル系触媒（３０）の寿命を考
慮してのことである。

【００２１】上記のとおり本実施例では、予燃焼室（２
４）出口部にニッケル系触媒（３０）を設けることによ
り、予燃焼室（２４）内における燃焼ガス（１２）の温
度を従来の装置に比べ低く抑えても（最高温度≦１400
℃）、従来以上の低煤塵・低ＮＯ_x運転を行なうことが
できる。その上、予燃焼室（２４）内壁も水冷壁で構成
でき、従来の耐火材で生じていた破損等のトラブルをな
くすことができる。

【００２２】前記図４および図５に示される従来の燃焼
装置においては、ＮＯ_x抑制効果は予燃焼室（２４）内
の空気比によって大きく左右されるが、本実施例ではニ
ッケル系触媒（３０）による脱硝でＮＯ_xを抑制するた
め、予燃焼室（２４）内の空気比にそれほど影響され
ず、還元雰囲気さえ保持できればよいという利点もあ
る。

【００２３】なお、予燃焼室（２４）内の燃焼ガス（１
２）の温度調整は、本実施例では前述のとおり、１次空
気（２１）および２次空気（２２）へ再循環ガス（Ｇ
Ｒ）（２９）を混入して行なうものであるが、もとより
予燃焼室（２４）内空気比の調整によっても可能であ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明においては、予燃焼室と火炉本体
との連結部にニッケル系の触媒を設けることにより、予
燃焼室内燃焼ガス温度（触媒内ガス温度）は、従来の装
置が１600 ℃以上を必要としていたのに対し、１300 ℃
以下でよく、このため予燃焼室内壁面を水冷壁等で構成
でき、従来の耐火材で起きていた破損等のトラブルを完
全に解消できるばかりでなく、ニッケル系触媒の寿命も
延長される。

【００２５】また、この触媒内ガス温度の下限を１000
℃以上と高温にするので、ガス中のアンモニア、シアン
の分解反応が充分に促進され、３次空気中のＯ₂による
ＮＯの再生成もなく、最終ＮＯ_xが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明方法を実施する予燃焼室付きパッ
ケージボイラの一例を示す横断平面図（図２のＩ−Ｉ断
面図）である。

【図２】図２は図１のII−II線による縦断正面図であ
る。

【図３】図３はニッケル系触媒における燃焼ガス温度と
未燃分除去率および脱硝率との関係を示す図である。

【図４】図４は従来の予燃焼室付きパッケージボイラの
一例を示す横断平面図（図５のIV−IV断面図）である。

【図５】図５は図４のＶ−Ｖ線による縦断正面図であ
る。

【図６】図６は予燃焼室内燃焼温度とボイラ火炉本体出
口のＮＯ_x量との関係を示す図である。

【符号の説明】

（０１）輻射伝熱面（水冷壁）（０２）ボイラ火炉本体（０３）１次空気風箱（０４）エアレジスタ（０５）バーナガン（０６）対流伝熱面（０７）蒸気ドラム（０８）水ドラム（０９）燃焼用空気（１０）燃料（１１）噴霧媒体（１２）燃焼ガス（１３）燃焼ガス出口（１４）１次空気供給ライン（１５）２次空気供給ライン（１６）３次空気供給ライン（１７）２次空気風箱（１８）３次空気風箱（１９）２次空気噴出孔（２０）３次空気噴出孔（２１）１次空気（２２）２次空気（２３）３次空気（２４）予燃焼室（２５）保炎器（２６）予燃焼室排出口（２７）再循環ガス送風機（ＧＲＦ）（２８）再循環ガス（ＧＲ）供給ライン（２９）再循環ガス（ＧＲ）（３０）ニッケル（Ｎｉ）系触媒（３１）ボイラ出口煙道

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炉本体に連結され耐火材で構成された
予燃焼室に気体燃料または液体燃料と上記燃料に対する
理論空気量に満たない空気とを供給して燃焼させるとと
もに、上記燃料の燃焼を完結させ得る量の空気を上記火
炉本体に供給し、かつ上記予燃焼室と上記火炉本体との
連結部にニッケル系の触媒を設け、同ニッケル系の触媒
内のガス温度を１000 ℃ないし１300 ℃とすることを特
徴とする燃焼方法。