JPS5997408A - 石炭燃焼ボイラ及び石炭燃焼バーナ - 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、粉砕機において微粉化した石炭を直接バーナ
に輸送して燃焼するのに好適な石炭燃焼方法及び石炭燃
焼バーナに関する。

〔従来技術〕

火力発電所等における石炭の直接燃焼法は、一般に燃料
石炭を粉砕して燃焼させる微粉炭燃焼方式が主流である
ｂこの微粉炭燃焼方式には、粉砕機において微粉化した
石炭をそのままバーナに輸送して燃、焼する直接燃焼方
式と、微粉化した石炭を貯蔵バンカーに一旦貯蔵し、そ
の後バーナに輸送して燃焼させる間燃焼方式とがある。

微粉炭の燃焼は、熱分解、着火、気体燃焼及び固体燃焼
と続き、石炭中に含有されるＮ（窒素）分は、熱分解時
に揮発性成分中Ｎ分と固体性成分（チャー）中Ｎ分とに
分けられ、これらＮ分が酸化されてＮ　Ｏｘを発住する
。こめＮＯｘは、揮発性成分中のＮ分が酸化して発生す
るボラテイル（ｙｏｌａｔｉｌｅ　）　Ｎ　Ｏｘと、固
体性成分中のＮ分が酸化して発生するチャー（Ｑｈａｒ
　）　ＮＯｘとに分けられる。そして、微粉炭の燃焼に
より生ずるＮ　ＯｘはボラテイルＮＯｘがその大部分を
占める。

このボラテイルＮＯｘの発生は、空気比（実際に使用す
る空気量／理論空気量）の依存性が大きい。

前記した直接燃焼方式においては、石炭粉砕後、燃焼用
−次空気を兼ねる空気によって微粉炭を燃焼する予混合
燃焼であるところから、石炭の熱分解領域が高空気比と
なるため、燃焼空気が拡散して燃焼する拡散燃焼に比べ
、ボラテイルＮＯｘの発生量が多く、ＮＯｘ濃度が高く
なる。しかし、輸送用空気量を減少させて空気過剰率を
低くし、Ｎ　Ｏｘの減少を図るときは、一般に未燃分が
多くなる傾向がある。従って、低ＮＯｘ、低未燃分を同
時に達成することは、従来の直接燃焼方式においては不
可能であった。

そこで、微粉炭の燃焼において住する未燃分は、５０メ
ツシュ以上の粗大粒子に大きく左右されるものとし、粉
砕後の石炭を微粉と粗粉とに分離する手段を設け、微粉
と粗粉とを別々のバーナに供給し、微粉は低空気過剰率
において燃焼させ、粗粉は空気過剰率の高い条件におい
て燃焼させることによＪ）、ＮＯｘの生成を抑制し、且
つ、未燃分の発生を少なくする燃焼装置が開示されてい
る（特開昭５１−１０６２４１　）。しかし、この装置
は、微粉を燃焼させるバーナと粗粉を燃焼させるバーナ
とを別々に設ける必要がちシ、通常の微粉炭燃焼装置に
おいてはバーナがマルチに配列しであるため、火炉容積
が従来の微粉、粗粉を混合した燃焼方法に比べ大きくな
る欠点がある。しかも、発明者らの研究の結果、微粉に
おいても未燃分が発生する場合があシ、また、粗粉であ
っても供給量と空気過剰率とを適当に選定することによ
って、比較的空気過剰率の低い榮件においても未燃分の
発生が少なく　、Ｎ　Ｏｘの生成を抑制できることが明
らかになった。そして、一旦生成した未燃分を火炉内に
おいて燃焼させるためには、別途燃焼用補助空気を供給
することが必要であシ、火炉内において未燃分の滞留時
間も長くする必携があるため、ポイ、５構造の大型化を
せざるを得ない。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、ＮＯｘの発生と未燃分の発生を抑制すること
ができる石炭の燃焼方法及び石炭燃焼バーナを提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、理論燃焼空気量以下の空気量をもって輸送さ
れてきた微粉と理論燃焼空気量以下の空気量をもって輸
送されてきた粗粉とを、微粉火炎と粗粉火炎とが混合し
ないように同一の燃焼バーナから噴射し、微粉燃焼ガス
と粗粉燃焼ガスとを微粉火炎と粗粉火炎との後流側にお
いて混合させるようにし、前記目的を達成できるように
構成したものである。

また、石炭燃焼バーナを、中心部に微粉を噴射するノズ
ルを形成し、この微粉を噴射するノズルの周囲に排ガス
を噴射するノズルを介して粗粉に旋回流を与えて噴射す
るノズルを設け、微粉火炎の周囲に粗粉火炎の旋回流を
形成し、上記目的が達成できるように構成したものであ
る。

〔発明の実施例〕

発明者らは、微粉炭の燃焼実験を行い第１図ないし第４
図に示す実験結果を得た。なお、第１図ないし第４図に
おいて、曲線Ａは粒径が７４μｍ以下の微粉炭の燃焼結
果であシ、曲ｆｆ５Ｂは粒径が１０５μｍ以上の粗粉炭
の燃焼結果である。

実験は、燃料石炭を粉砕し粒径が７４μｍ以下の微粉と
、粒径が１０５μｍ以上の粗粉とに分離した後、これら
粉炭を燃焼用空気と予め混合し、この混合気流を１６０
０１ｒに加熱した炉内に供給して燃焼する。所謂予混合
燃焼時のＮＯｘ生成、燃焼灰中の未燃分及び石炭中Ｎ分
から転化して生成するフューエル（Ｆｕ”　）ＮＯｘと
燃焼用空気中のＮ分が転化して生成するサーマル（’ｌ
’ｈｅｒｔｎａｌ　）ＮＯｘの量を測定した。第１図は
空気過剰率と全ＮＯｘ生成量との関係を示した図である
。全ＮＯｘは、フューエルＮＯｘとサーマルＮＯｘとの
積算値であって、空気過剰率が大きくなる程、また微粉
に粉砕された石炭はど全ＮＯｘの発生量が多いことが解
る。

第２図は、空気過剰率と燃焼灰中未燃分との関係を示し
たものであシ、粗粉の石炭燃焼はど燃焼灰中未燃分が多
くなる傾向にある。また、空気過剰率が１．０以下にお
いては、燃焼灰中未燃分が急激に増加することが明らか
になシ、未燃分の発生が空気過剰率に極めて高い依存性
を有していることが解る。

第３図は空気過剰率とフューエルＮＯｘの生成量との関
係を示したものであシ、第４図は空気過剰率とサーマル
ＮＯｘの生成量との関係を示したものである。これら第
３図及び第４図から明らかなように、石炭中Ｎ分から生
成されるＮＯｘの量と、燃焼用空気中のＮ分から生成さ
れるＮＯｘ量とは、燃焼条件が同一であれば微粉はど多
いことが解った。

更に、発明者らの燃焼実験によると、空気過剰率が小さ
な状態において燃焼した燃焼ガスと、空気過剰率が大き
い状態において燃焼した燃焼ガスとを反応させることに
よシ、空気過剰率が小さい状態において燃焼したことに
より生じた未燃分が、空気過剰率の大きい状態において
燃焼した燃焼ガス中の余剰酸素と反応し、未燃分が燃焼
することが明らかになった。更に、空気過剰率の小さな
状態において燃焼した燃焼ガス中のＮＨｓ　、ＨＣＮは
、空気過剰率が大きな状態において燃焼した燃焼ガス中
のＮＯＸと反応し、ＮＯｘがＮ２に還元され、ＮＯｘの
低減が図れることが明らかになった。

本発明は、上記の事実に鑑みてなされたもので、本発明
に係る好ましい実施例を第５図及び第６図詳説する。

第５図は、本発明に係る石炭燃焼方法の実施例の流れ図
で６夛、第６図は本発明に係る石炭燃焼バーナの実施例
の断面図である。

第５図において燃料石炭１０は、粉砕機１２に供給され
て粉砕される。この粉砕の程度は、粉砕機１２の能力に
よって決定されるが、７４２ｍ以下８０％パス程度に粉
砕できるように粉砕機の構造を決定するのが一般的であ
る。粉砕機１２において粉砕された燃料石炭１０は、粉
砕機１２に供給された一次燃焼空気を兼ねる搬送用空気
１４によって粉炭１６として分離器１８に導かれる。こ
の分離器１８は、前記した特開昭５１−１０６２４１に
記載されているサイクロン分離器であってもよく、ま′
たルーバ型分離器等であってもよい。

分離器１８の下部には、ブローダウン用の吸引力を持つ
エジェクタ２０が配置されており、エジェクタ２０に供
給される粗粉２４の一次燃焼空気を兼ねる粗粉輸送用空
気２２によって粗粉２４がボイラ２６にボイラ２６の容
量に応じて設けである複数のバーナ２８，３０．３２に
供給される。

また、分離器１８において分離された微粉３４は、搬送
用空気１４とともに前記バーナ２８，３０゜３２に供給
される。更に、バーナ２８，３０゜３２には、ボイラ２
６の図示しない火炉において燃焼した燃焼排ガス３６が
供給できるようになっている。

各燃焼バーナ２Ｂ、３０．３２は、第６図接足すように
中心部に微粉３４を噴射する微粉噴出ノズル３８が形成
してあシ、この微粉噴出ノズル３８の周囲に排ガス噴出
ノズル４０が設けである。

そして、排ガス噴出ノズル４０の周囲には、粗粉噴出ノ
ズル４２が形成しである。粗粉噴出ノズル４２の内部に
は、粗粉２４を旋回して噴射できるように旋回羽根４４
が設けられている。

上記の如く構成した実施例の作用は次のｍＤである。

微粉３４は、空気比λがλ〈１．０となるように調整し
た空気量によシ、バーナ２８，３０．３２に供給され、
微粉噴出ノズル３８から火炉内に噴射される。そして、
バーナ２８，３０，３°２に供給された燃焼排ガス３６
は、排ガス噴出ノズル４０から微粉と同一速度をもって
、微粉火炎を乱さないように火炉内に噴射される。また
、粗粉２４は、λ〉１．０となるように調整された空気
量によシ、バーナ２８，３０，３２に供給され、粗粉噴
出ノズル４２から火炉内に噴射される。この際、粗粉２
４唸、旋回羽根４４によシ回転力を与えられ、排ガス噴
出ノズル４０から噴射された燃焼排ガス３６の周囲に旋
回流を形成する。

上記の如くして微粉３４、粗粉２４及び燃焼排ガス３Ｇ
を同一のバーナから噴射することによシ、微粉の燃焼に
よる燃焼火炎と粗粉の燃焼による燃焼火炎とを独立させ
ることができる。即ち、バーナの中心部の微粉噴出ノズ
ル３８から噴射された微粉３４が燃焼して形成する微粉
燃焼火炎は、排ガス噴出ノズル４０から噴射された燃焼
排ガス３６に包まれる。そして、粗粉噴出ノズル４２か
ら噴射された粗粉２４が燃焼して形成する粗粉燃焼火炎
は、旋回羽根４４の効果によｐ旋回流となって燃焼排ガ
ス３６の周囲を流れるばかりでなく、燃焼排ガス３６の
存在によシ微粉燃焼火炎との混合が妨げられる。このた
め、微粉火炎中においては空気量が少ないため酸素不足
が生じ、ＮＨａ及びＨＣＮが発生する。反対に、粗粉燃
焼火炎においては、空気量が多いために余剰酸素が存在
するとともに、ＮＯＸが生成する。

Ｎ　Ｈｓ及びＨＣＮを含む微粉燃焼ガスは、次第に拡散
するとともに、前記した旋回流に巻き込まれ、微粉燃焼
火炎と粗粉燃焼火炎の後流側においてＮ　Ｏｘと余剰酸
素を含む粗粉燃焼ガスと次第に混合する。そして微粉燃
焼ガスと粗粉燃焼ガスとが十分に混合すると微粉燃焼ガ
ス中に含まれていたＮ　Ｈｓ及びＨＣＮは、粗粉燃焼ガ
ス中のＮ　Ｏｘと反応しＮＯｘをＮ２に還元する。また
、微粉燃焼ガス中の未燃分は、粗粉燃焼ガス中の余剰酸
素と反応し燃焼する。このため、ＮＯｘの減少が図れる
ばかシでなく、未燃分の発生をも減少することができる
。

第７図は、実施例に示したバーナを使用して石炭を燃焼
した場合におけるＮ　Ｏｘの発生量を従来の予混合燃焼
におけるＮＯｘの発生量と比較したものである。図から
明らかなように、本実施例に１　　　。

よるときは従来に比べＮ　Ｏｘの発生量を約−に低滅す
ることができる。

このように、単一のバーナによって粗粉と微粉とを噴射
し、ＮＯＸと未燃分との減少を図ることができることに
よシ、ボイラの小型化が図れ、経済的となる。更に、実
施例に示したバー゛ブーは、ボイラの構造に関係なく適
用することができ、特に、石炭火力においては中間負荷
運転であるところから、負荷変化時の対応における運転
制御が容易となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、同一のバーナから
別々に噴射した微粉と粗粉との燃焼ガスを、微粉燃焼火
炎と粗粉燃焼火炎との後流側において混合するようにし
たことにより、火炉の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気過剰率とＮＯｘ発生量との関係を示す図、
第２図は空気過剰率と未燃分発生量との関係を示す図、
第３図は空気過剰率とフューエルＮＯｘ発生量との関係
を示す図、第４図は空気過剰率とサーマルＮＯｘ発生量
との関係を示す図、第５図は本発明に係る石炭燃焼方法
の実施例の流れ図、第６図は本発明に係る石炭燃焼バー
ナの実施例の断面図、第７図は本発明の実施例と従来と
のＮ　Ｏｘ発生量の比較を示す図である。 １０・・・燃料石炭、１２・・・粉砕機、１８・・・分
離器、２４・・・粗粉、２８，３０．３２・・・バーナ
、３４・・・微粉、３６・・・燃焼排ガス、３８・・・
微粉噴出ノズル、４０・・・排ガス噴出ノズル、４２・
・・粗粉噴出ノズル、４４・・・旋回羽根。 ２２ ４乞　　　乙　　Ｖコ ＪｌＹ目 第１頁の続き ■出　願　人　バブコック日立株式会社東京都千代田区
大手町２丁目６ 番２号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉砕した石炭を微粉と粗粉とに分離後、この微粉と
   粗粉とを同−火炉内に空気を用いて輸送し燃焼する石炭
   燃焼方法において、前記微粉を理論燃焼空気量以下の空
   気量をもって輸送し、前記粗粉を、理論燃焼空気量以上
   の空気量をもって輸送すると共に、前記微粉と前記粗粉
   とを同一燃焼バーナから微粉火炎と粗粉火炎とが混合し
   ないように噴射し、微粉燃焼ガスと粗粉燃焼ガスとを前
   記微粉大巻と前記粗粉火炎との後流側において混合させ
   ることを特徴とする戸炭燃焼方法。 ２、空′気と共に輸送されてきた石炭粉を火炉内に噴射
   する石炭燃焼バーナにおいて、前記石炭燃焼バーナは、
   微粉を噴射する微粉噴出ノズルと、この微粉噴出ノズル
   の同罪に設けた粗粉噴出ノズルと、この粗粉噴出ノズル
   内に配設した旋回羽根と、前記微粉噴出ノズルと前記粗
   粉噴出ノズルとの間に設けた前記火炉からの排ガスを噴
   出する排ガス噴出ノズルとを有することを特徴とする石
   炭燃焼バーナ。