JPS5942202B2 - 微粉炭燃焼炉 - Google Patents

微粉炭燃焼炉

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JPS5942202B2
JPS5942202B2 JP55092799A JP9279980A JPS5942202B2 JP S5942202 B2 JPS5942202 B2 JP S5942202B2 JP 55092799 A JP55092799 A JP 55092799A JP 9279980 A JP9279980 A JP 9279980A JP S5942202 B2 JPS5942202 B2 JP S5942202B2
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furnace
pulverized coal
fuel
nox
nozzle
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JP55092799A
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Combustion Engineering Inc
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微粉炭燃焼炉に関する。
微粉炭燃焼ボイラの設計および作用は、他の単一の燃料
を使用する場合よりも微粉炭中に含まれる鉱物質の影響
を一層強く受ける。
このようなボイラの寸法およびその設計は、微粉炭中に
含まれる鉱物質の影響を考慮して大部分が決定される。
なぜなら、これら微粉炭中に含まれる鉱物質が炉の低区
域の伝熱面にデポジットを生成するからである。
ボイラの作用は、このようなデポジットの熱、物理的お
よび化学的作用により悪影響を受ける。
伝熱面に形成された灰デポジットは熱吸収率を抑制し、
また同時に多少の微粉炭が伝熱面の腐食を生じせしめる
。
蒸気発生器における微粉炭燃焼において、考慮しなけれ
ばならない他の非常に重要な問題は、窒素酸化物（ＮＯ
Ｘ）の生成にある。
蒸気発生器からのＮＯｘ生成の度合を制限する統制的な
標準が存在するが、かかる標準はボイラ業者等の立場を
保護する観点からはますますきびしいものとなっている
。
燃焼方法を変えてＮＯｘ生成を制御する種種の技術が世
界中において多くの研究者により研究されているが、蒸
気発生器のためのこれからの燃料燃焼システムの設計は
恐らく、統制的な標準のきびしさと今後開発される有用
な制御技術とにより大きく影響されるであろう。
微粉炭の燃焼中における鉱物質の変化およびＮＯｘの生
成は、空気力学、物理的、化学的および熱的問題を含む
非常に複雑な現象により生じる。
微粉炭中に含まれる鉱物質は、石炭の種類およびその産
出地の相違により成分および性質が異なる。
これまでの実験調査によれば、鉄化合物がスラグ生成の
現象を助長するものとして微粉炭中に含まれる鉱物質の
幾つかの基礎成分のひとつを構成することが知られてい
る。
炉壁へのスラグ生成は、低融点の灰成分が堆積すること
により生じられる。
これら低融点の灰は炉内で融解して球状の小滴となり、
これら小滴はその抗力係数が低いためガス流れに追従し
なく、それ故灰が炉壁に堆積される。
通常のぐう角燃焼システムにおいては、その固有の空気
力学のために、還元性又は低酸素雰囲気が氷壁管面に隣
接する局部区域に生じる。
更に、族デポジット中に含まれていることが見出されて
いる鉄化合物は、還元性雰囲気において低融点を有する
ことが確証されている。
通常の燃焼システムにおいては、炉の低壁付近の局部的
な還元性雰囲気と低融点の灰成分であるデポジットとの
反応によりスラッギングが生じる。
これは、これらデポジットがガス流れに追従することが
できないためである。
微粉炭熱焼炉におけるＮＯｘ生成の現象も、同様に、非
常に複雑である。
ＮＯｘ生成の度合は、石炭の種類、炉燃焼率、混合条件
、熱伝達率および化学反応速度に依存する。
ＮＯｘは主としてふたつの形態すなわち熱性ＮＯｘと燃
料性ＮＯｘ とがあることが判っている。
熱性ＮＯｘは空気中の窒素が酸素に反応することにより
生成され、この熱性ＮＯｘは熱依存性が高い。
微粉炭を使用する典型的なぐう角燃焼炉においては、総
ＮＯｘに対する熱性ＮＯｘの割合は約２０％以下である
。
これは、炉全体を通して温度が比較的低いためである。
本発明は、したがって、熱性ＮＯｘに関するこのような
利点を損なうことなくなされている。
総ＮＯｘの割合を大きく占めるのは燃料性ＮＯｘであり
、この燃料性ＮＯｘは燃料中に含まれる窒素源が酸素に
反応することにより生成される。
燃料性ＮＯｘの生成は、熱依存性が非常に高くはないが
、燃料と空気との化学量論および燃料の炉内滞留時間に
強（左右される。
このような燃料性ＮＯｘを制御するための多くの技術が
今日まで開発されてきており、それは燃焼プロセスを変
えることに向けられている。
幾つかの重要な技術は、小過剰空気による燃焼と空気の
段階的供給（エアーステージング）とに向けられている
。
プロンプトＮＯｘとして知られている第３の形態のＮＯ
ｘが、また、研究者によって認められている。
このプロンプトＮＯｘは、分子状窒素が燃料が多く含ま
れている炎（燃料音有炎）の反応区域中の水素ラジカル
と反応することにより生成される。
燃料性およびプロンプトの両ＮＯｘの生成は、ＣＮ、Ｎ
Ｈなとの中間物を生じせしめる。
微粉炭燃焼において、燃料中の窒素は揮発段階と灰燃焼
段階とにおいて放出される。
揮発段階における燃料中の窒素発生の度合は、微粉炭粒
子の温度と加熱との割合に左右される。
更に、発生した燃料中の窒素がＮＯｘに変化する度合は
、化学量論および燃料の炉内滞留時間に強く依存する。
燃料を豊富に富む状態の下において、十分な燃料の炉内
滞留時間をとれば、燃料中の窒素がＮＯｘよりもむしろ
無害な分子状窒素へ変化することを最大にすることがで
きる。
今日のぐう角燃焼システムにおいて、炉内に噴射した微
粉炭噴流は燃料を豊富に含んでいるけれども、揮発性窒
素を分子状窒素に変化させるために役立つ炉内滞留時間
は極端に短かく、この時間は微粉炭噴流が旋回渦に接触
する直前である。
更に、補助空気が、燃料を豊富に含む微粉炭噴流に隣接
して噴射され、窒素中間物と反応してＮＯｘを生成する
。
本発明によれば、蒸気発生器の炉は、氷壁のスラッギン
グおよび腐食の発生と窒素酸化物の発生とがいずれも最
小となるように燃焼される。
これは、燃料および１次空気流れを炉の４隅から炉中央
部の第１の実質的に水平な仮想円に対して接線方向に向
け、また再循環ガスを第１の仮想円を同心的に間隔を置
いて囲む大きな第２の仮想円に対して接線方向に向け、
更に２次空気を第２の仮想円を同心的に間隔を置いて囲
む更に大きな第３の仮想円に対して接線方向に向けるよ
うにして、炉をぐう角燃焼させることにより、成し遂げ
られる。
以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述す
る。
第１図において、参照番号１０は炉１２を有する蒸気発
生装置を総括的に示す。
燃料は、タンゼンシャルバーナ１４により炉内に導入さ
れ燃焼される。
熱い燃焼ガスは、煙突（図示せず）に接続されているダ
クト２０を通して大気中に排出される前に、炉内を上昇
し水平ガス通路１６および背面ガス通路１８を通して炉
から出る。
蒸気は、蒸気発生装置内に配設した種々の熱交換器を通
して流れることにより発生され加熱される。
水は、節炭器２２で加熱されて、それから炉壁を裏打ち
する水管２４を通して流れ、この水管において蒸気が発
生される。
蒸気は、水管から過熱器区域２６を通過し、その後ター
ビン（図示せず）に入る。
ここに例示した蒸気発生装置において、ガスは再循環さ
れダクト２８を通して炉に戻される。
ファン３０がダクト２８に設けられ所望時ガスの流れを
生じさせる。
再循環ガスダクト２８の出口端はバーナ１４に隣接して
配置され、これらバーナは第２−５図を参照して詳細に
説明する如く炉の４つのコーナ部にそれぞれ配設されて
いる。
第２図および３図において、微粉炭（燃料）がノズル４
０を通して１次空気と一緒に炉１２に導入される。
微粉炭および１次空気の流れは、第２図に示されるよう
に、仮想円４２に対して接線方向に導入される。
再循環燃料ガスは仮想円４６に対して接線方向に流れる
ようにノズル４４を通して導入される。
この仮想円４６は、微粉炭および１次空気が向げられる
仮想円４２を同心的に囲む。
２次又は補助空気は、仮想円４６を同心的に囲む仮想円
５０に対して接線方向に流れるようにノズル４８を通し
て導入される。
第３図に示されるノズル４１は、通常のプラテイクスに
したがって装備されるオイルウオーミングガンである。
第３図は、各ノズル出口の配列を示す。
これらノズル出口のすべては、枢動自在であって上向き
又は下向きに傾斜させることができる。
本発明は、スラッギングおよびＮＯｘの両観点から多く
の利益を有する。
前述した説明から判るように、１次空気および微粉炭の
流れは再循環燃料ガスにより取り囲まれ、その結果燃料
の初期反応は１次空気の供給量により制限される。
これにより、微粉炭と空気との完全な反応は炉のより下
流の地点まで遅らされる。
したがって、本発明によれば、炉の下方壁にスラグが生
成されるのを最小にするという格別の利益を有すること
ができる。
また、再循環燃料ガスおよび２次又は補助空気を微粉炭
および１次空気の流れの外側へ導入することにより、微
粒子が炉の外へ運ばれるのを増進させる。
更に、炉壁に隣接して強い酸化雰囲気が存在することに
より、デポジットに含まれている灰中の鉄含有化合物の
融点は高くなる。
炉壁に隣接して酸化空気包囲域が存在することにより、
また、微粉炭がピロ硫酸塩により侵されて腐食されるの
を最小にすることができる。
更に、本発明のノズル口配列によれば、ＮＯｘを減少す
るのに非常に有利な環境が提供される。
微粉炭噴流は燃料導入高さにおいて内側の旋回渦中に噴
射され、したがって補助又は２次空気包囲域から分離さ
れた燃料富有混合物の長い内側円錐層が形成される。
微粉炭粒子は非常に短い時間で揮発され、燃料中の窒素
を放出し、燃料富有域において発生するＮＯｘを減少さ
せるのに十分な炉内滞留時間をつくる。
揮発した炭粒子は炉に沿って上昇し、これら炭粒子は外
側の空気包囲域に向って遠心力作用で動く傾向があるの
で、バーナ区域の下流で燃料および空気の混合を一層増
進させる。
したがって、炭粒子の燃焼が最適な酸素富有環境におい
て生じ、その結果炭粒子の燃焼作用が改良される。
初期に分離した燃料富有域と酸素富有域との混合は、も
し必要ならば、オーパフイア−空気（図示せず）を噴入
することにより、増進することができる。
第４図は、第３図に示したノズル口配列を基本として同
様にＮＯｘおよび炉壁スラグの生成を減少するようにし
たノズル口配列の他の例を示す。
この配列において、１次空気および微粉炭ノズル６０は
再循環ガスノズル６２の内側に配列され、このノズル６
２はまた補助又は２次空気ノズル６４の内側に配列され
、更にこれらノズル６２および６４は同一レベルで配列
され、このレベルはノズル６００レベルよりも高い。
これらノズル６０．６２および６４は、それぞれ、燃料
および１次空気、再循環ガスおよび補助又は２次空気を
３つの同心的な仮想円に対して接線方向に導入する。
これらノズルは、水平および垂直に傾（ことができる。
ノズル６１は、オイルウオーミングガンである。
−したがって、この第４図に示したノズル口配列によっ
ても、第３図に示したものとほとんど同様な作用をおこ
なわせることができる。
しかし、第４図に示したものによれば、壁スラグおよび
ＮＯｘの生成を防止するうえで次のような利点が得られ
る。
すなわち、２次空気は、１次空気および燃料が向けられ
る仮想円と同心的に多少間隔を置いた仮想円に対して再
循環ガスの中間層なしに直接導入される。
したがって、炉壁は保護され、また前述したふたつの仮
想円間のデッドスペースは少なくとも短時間の間燃料と
空気との混合を防止する。
第５図は、第３図に示したノズル口配列を基本として同
様にＮＯｘおよび炉壁スラグの生成を減少するようにし
たノズル口配列の更に他の例を示す。
この配列において、１次空気および燃料ノズル８０、再
循環ガスノズル８２および補助又は２次空気ノズル８４
は、垂直に配列されて℃・る。
各科の１次空気および燃料（微粉炭）ノズル８０は、再
循環ガスノズル８２により補助空気ノズル８４から分離
されている。
これらノズル８０．８２および８４は、垂直に傾くこと
ができるに加えて、水平に傾くこともでき、これにより
燃料および１次空気は内側の仮想円に対して接線方向に
向けられ、また再循環ガスは内側仮想円と同心的な外側
の仮想円に対して接線方向に向けられ、更に補助空気は
これらふたつの仮想円と同心的な最も外側の仮想円に対
して接線方向に向けられる。
ノズル８１は、オイルウオーミングノズルである。
この第５図に示したノズル口配列は、現在のぐう角燃焼
炉の設計プラテイクスに最も近いものとなる。
以上述べた説明から、本発明によれば、炉壁をスラグデ
ポジットから保護しまた微粉炭燃焼炉におけるＮＯｘの
生成を大幅に減少させることができる蒸気発生装置が提
供されることが判るであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施した微粉炭燃焼炉の概略垂直断面
図、第２図は第１図の２−２線矢視図、第３図はバーナ
コーナ部のひとつを示す、第２図の３−３１矢視図、第
４図はひとつのバーナコーナ部における種々のノズル口
配列の他の例を示す図、および第５図は同様にひとつの
バーナコーナ部における種々のノズル口配列の更に他の
例を示す図である。 １０・・・・・・蒸気発生装置、１２・・・・・・炉、
１４・・・・・・バーナ、１６，１８・・・・・・ガス
通路、２０・・・・・・ダクト、２２・・・・・・節炭
器、２４・・・・・・水管、２６・・・・・・過熱器区
域、２８・・・・・・ダクト、３０・・・・・・ファン
、４０．６０，８０・・・・・・燃料および１次空気ノ
ズル、４Ｌ６Ｌ８１・・・・・・オイルウオーミングガ
ン、４２．４６，５０・・・・・・仮想円、４４，６２
，８２・・・・・・再循環ガスノズル、４８，６４，８
４・・・・・・補助又は２次空気ノズル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １４つの壁を有する微粉炭燃焼炉において、前記炉の４
    つのコーナ部にそれぞれ配置されたノズルを有し、これ
    らノズルを通して微粉炭および１次空気をこれら微粉炭
    および１次空気の流れが前記炉の中央部の第１の実質的
    に水平な仮想円に対して接線方向に向けられるように炉
    内に導入する第１組のノズル装置と、前記炉の４つのコ
    ーナ部にそれぞれ配置されたノズルを有し、これらノズ
    ルを通して再循環ガスをこの再循環ガスの流れが前記第
    １の仮想円を同心的に間隔を置いて囲む第２の仮想円に
    対して接線方向に向けられるように炉内に導入する第２
    組のノズル装置と、前記炉の４つのコーナ部にそれぞれ
    配置されたノズルを有し、これらノズルを通して２次空
    気をこの２次空気の流れが前記第２の仮想円を同心的に
    間隔を置いて囲む第３の仮想円に対して接線方向に向け
    られるように炉内に導入する第３組のノズル装置とを包
    含することを特徴とする微粉炭燃焼炉。
JP55092799A 1979-07-12 1980-07-09 微粉炭燃焼炉 Expired JPS5942202B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US57049 1979-07-12
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JPS5616008A JPS5616008A (en) 1981-02-16
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EP (1) EP0022454B1 (ja)
JP (1) JPS5942202B2 (ja)
DE (1) DE3065588D1 (ja)

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