JPS60185005A - 脱硝バ−ナおよびそれを用いた低ΝＯｘ燃焼法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉炭燃焼用バーナーζ係り、特に排ガス中の
窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を低減せしめるに好適
な微粉炭燃焼用バーナおよびそれを用いた低ＮＯｘ燃焼
方法に関する。

〔発明の背景〕

火力発電所などで使用されているボイラ等の大型燃焼装
置から排出される燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘは、自
動車排ガス中のそれに比べて、たとえ低濃度と錐も、そ
の排出量が極めて大きいために環境汚染防止上からは極
力ＮＯｘを低濃度におさえることが緊急かつ重要な課題
となっている。

周知のとおり、近年燃料需給問題から石炭焚きボイラの
新設または改造が進められているが、石炭中には重油に
比べて約１０倍の有機窒素化合物を含有しており、当然
のことながらこれは燃焼によってＮＯｘに転換しやす（
、上記の環境問題からは従来にも増して高度の処理技術
が要求されている最も簡便で確実にＮＯｘを除去する技
術の一つとして燃焼炉より後流に排ガス脱硝装置のごと
き付帯設備があげられるが、高濃度のＮＯｘ含有ガスの
処理にはかなり大容量の設備が必要となり設備費が非常
に高くなるという欠点かある。従って最も理想的なＮＯ
ｘ低減方法は、石炭中窒素の脱窒のととき原炭処理もし
くは燃焼技術による低ＮＯｘ化である。これらについて
最近の内外の諸研究はかなりの成果をあげるに至り、と
りわけ燃焼技術においてはＮＯｘの生成および消滅の反
応メカニズムが除徐に解明されるに及んで、従来は単に
ＮＯｘの生成のみを抑制せんがために燃焼効率をある程
度犠牲・にせざるを得なかったが、最近では燃焼反応の
進行に伴ないＮＯｘの生成反応と消滅反応とが競合する
点に注目し、この消滅反応を利用して低ＮＯｘ燃焼させ
る方向へと進展しつつある。

〔発明の目的〕

この発明は、前記したＮＯｘの消滅反応をバーナ火炎内
で有効に行なわせることにより、微粉炭の高効率燃焼を
維持しつつ、かつ所望のＮＯｘ低減効果を有する脱硝バ
ーナおよびこれを用いた低ＮＯｘ燃焼方法を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

要するに本発明は、微粉炭燃焼用バーナにおいて、該バ
ーナに設けた微粉炭供給管の先端部に、該微粉炭供給管
の軸心に沿って、高圧の流体を噴出する流体導入管を設
け、かつ該流体導入管の先端近傍に縮流部材を設置して
エゼクタ機構を構成し、前記流体導入管から高圧の流体
を噴出させることによって、微粉炭供給管から微粉炭の
一部をバーナ火炎内へ高速で４大し、これによってバー
ナ火炎内で発生ずるＮＯｘを還元し消滅させて脱硝する
バーナ。および、この脱硝バーナを燃焼炉に１個以上設
置して、該脱硝バーナの後流にアフタエアーボートを設
けて、段階燃焼を行なわしめて燃焼を完了させることに
よって、微粉炭の高効率燃焼を維持しつつ、かつ所望の
低ＮＯｘ燃焼を行なう燃焼方法である。

〔発明の実施例〕

本発明を実施するに最も好適な具体例を述べる前に従来
のバーナについて説明する。第１図は従来の典型的な微
粉炭燃焼用低ＮＯｘバーナの構造を示す側断面図である
。図に示すごとく微粉炭流１１はバーナスロート５０の
中心部に位置する微粉炭供給管１０から燃焼炉内へ導入
される。ウィンドボックス４０の内部に構成される二次
空気流２１は二次空気旋回器２０によって旋回させなが
ら二次空気旋回ベーン２５を経て微粉炭流１１の周囲に
送られる。さらに、三次空気流３１は三次空気旋回器３
０によって旋回させながら二次空気流２１の外側から燃
焼炉内へ送入される。以上の構成かられかるように、こ
の従来型バーナの基本的原理は微粉炭流とその周囲空気
との段階混合によって微粉炭を燃焼しこれによって急激
なＮＯｘ生成反応が抑制されることになる。すなわち、
このバーナにおいては周囲空気。

流と微粉炭流との分離がＮＯｘ生成抑制のポイントとな
るのであるが、一方この周囲空気流と微粉炭流との分離
を強化すれば、バーナの後流において空気との混合悪化
を起こし燃焼灰中に石炭の未燃焼分が急増するという問
題を引き起こすことになる。なお、従来型の低ＮＯｘ燃
焼方法の原理図を第５図に示、す。

次に、本発明の一実施例を図面によって説明する。第２
図は本発明による脱硝バーナの構造を示す側断面図であ
る。図から明らかなように、燃焼用空気旋回型微粉炭バ
ーナにおいて、微粉炭供給管１０の軸心部に沿って、高
圧の流体を噴出せしめる流体導入管１００を設置し、そ
の流体導入管１００の先端近傍に縮流部材１１０を設け
てエゼクタ機構を措成し、微粉炭供給管１０内の微粉炭
の一部を流体導入管１００から噴出する高圧の気体によ
って吸引し高温のバーナ火炎の内部へ高速で導入してＮ
Ｏｘの還元反応を起こさせて脱硝するバーナである。

次に、第２図で示される□本発明による脱硝バーナを用
いて低ＮＯｘ燃焼させる場合のＮＯｘ低減効果を第６図
によって詳細に説明する。すなわち、（１）微粉炭と一
次空気とからなる微粉炭流の大部分は、例えばコーン状
の微粉炭供給管先端部より広角に散布され、これにより
周囲の燃焼用空気と急速混合して高効率主燃焼が行なわ
れる。（第２図Ａ部） （２）微粉炭の一部は、微粉炭バーナの先端部に配置さ
れたエゼクタ機構に＼よって、高圧の流体と共にバーナ
の火炎内へ噴出される。噴出される微粉炭が高速である
ために、さらには高圧流体に燃焼排ガス等の低酸素流体
を用いれば酸素分圧が小さいために、燃焼遅れが生じて
（１）のステップのｌｒＳ効率主燃焼ゾーンに比して燃
焼は時間的に遅延する。

（３）　’　（２＋のステップで生じた微粉炭過濃混合
気（第２図Ｂ部）は、そのやや後流において、先の高効
率主燃焼ガスと混合しつつ燃焼初期の反応性の高い中間
体（以下ラジカルという）である・ＣＨ・０２等を大量
に発生する。（第２図Ｃ部）すなわち、微粉炭から揮発
した炭化水素が酸素分圧の低い雰囲気中で、高効率主燃
焼域からの高熱によって分解されラジカルが発生するの
である。

（４）　ステップ（３）で生じたラジカルは低酸素分圧
下で下記ＮＯｘの還元反応が進行する。

・ＣＨ十ＮＯｘ、Ｎ２＋不完全燃焼物（Ｃｏなど）この
上記反応はボイラ燃焼炉のごとき高温下では数〜数１０
０　ｍ　−ｓｅｃ、の高速反応であり実用」二十分に脱
硝効果がある。なお、ＮＯｘのラジカルによる還元反応
によって生じたＣＯ等の不完全燃焼物は、もしバーナ全
体で見て十分に空気過剰な場合には、後流の燃焼炉内滞
空において最終的には完全燃焼が達成される。しかしな
がら、本発明の着目点はバーナ火炎内゛でのＮＯｘ還元
反応の強化であり、上記反応を十分に利用するには、微
粉炭過濃混合気と主燃焼ガスとの混合後、いったんやや
酸素不足の状態にすることが最も望ましいことを本発明
者等は基礎研究において確認している。その理由は、お
そらくいったん生成したラジカルが過剰な酸素存在下で
は、直ちに酸化されて化学的に安定なＣＯ２，Ｈ２Ｏな
どの分子に変化してしまうためであろう。したかって、
本発明の脱硝バーナを使用する場合には、後流にアフタ
エアポートを設けて段階燃焼を行なわしめ微粉炭の燃焼
を完了させれば、。

高効率燃焼を維持しつつ所望の低ＮＯｘ燃焼を行なうこ
とができる。

第３図および第４図に本発明の他の実施例を示す。第３
図は、主燃焼域を広角に形成せしめるために、バーナス
ロート５０の開口部を円滑にしたもの７−あ乙−Ｎて４
１ヅ１は　ｎＩ貧皆の・欧・Ｆ以［■古ケー重Ｊｉ叡槓
１型バーナを改造した場合の側断面図を示す。

以上、おもに燃焼用空気旋回型の微粉炭バーナについて
説明したが、他の形式の微粉炭バーナにも本発明が適用
できることはいうまでもない。

なお、微粉炭の一部をエゼクション作用によって噴出さ
せる高圧の流体は、空気、燃焼排カス、水蒸気または他
の不活性ガス等でもよく、ＮＯｘの還元あるいは分解を
促進せしめる性質のものであれば液体でもよい。

また、エゼクタ機構を構成する縮流部材の形状、は、円
筒状、オリフィス状、ヘンチュリイ状であってもよく、
要するにエゼクノヨン機能を果す形であればよい。また
、縮流部利の祠質についても。

適度の耐熱性、耐摩耗性のある金属またはセラミックス
でもよく、特に４Ａ質を限定するものではない。

〔発明の効果〕

以」二詳細に説明したごとく、本発明によればバーナの
微粉炭出口近傍に、高圧流体によるエゼクタ機構を設は
微粉炭の一部をバーナ火炎内へ高速噴射せしめるだけで
ＮＯｘの還元反応が進み、高効率燃焼を維持しつつ効果
的な脱硝が行なえるバーナであって実用」二の効果は大
きい。また、脱硝効果は旋回型バーナで十分に発揮でき
、したがってバーナ構造は簡略化され、燃焼空気の圧力
損失も低減され、既設のバーナの改造も可能であって、
経済的なメリットは大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低ＮＯｘバーナの構造を示す側断面図、
第２図は本発明による脱硝バーナの構造を示す側断面図
、第３図および第４図は本発明の他の実施例である脱硝
バーナの側断面図、第５図は従来型の低ＮＯｘ燃焼方法
の原理図、第６図は本発明による脱硝バーナを用いて低
ＮＯｘ燃焼させる場合のＮＯｘ低減効果を示す説明図。 符号の説明 １０・・・微粉炭供給管 １１・・・微粉炭流 ２０・・・二次空気旋回器 ２１・・・二次空気流 ２５・・・二次空気旋回ベーン ３０・・・三次空気旋回器 ３１・・・三次空気流 ４０・・・ウィンドボックス ５０・・・バーナスロート １００・・・流体導入管 １１０・・・縮流部利 代理人弁理士　中村純之助 牙ＩＱｌ　ヨ ナ２図 や３図　や４図 力、 忙 ？５１１ ′！Ｐ６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粉炭燃焼用バーナにおいて、該微粉炭燃焼用バー
   ナに設けた微粉炭供給管の先端部に、該微粉炭供給管の
   軸心に沿って高圧の流体を噴出させる流体導入管を設け
   、かつ該流体導入管の先端近傍ｉこ縮流部材を配置して
   エゼクタ機構を構成し。 上記流体導入管から高圧の流体を噴出させることによっ
   て、微粉炭供給管から微粉炭の一部をバーナ火炎内へ高
   速で導入し、これによってバーナゾーンで発生したＮＯ
   ｘを還元し消滅させることを特徴とする脱硝バーナ。 ２、流体導入管から噴出させる高圧の流体が、空気、燃
   焼排ガス、゛水蒸気または不活性ガスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項の脱硝バーナ。 ３、流体導入管の先端近傍に配置する縮流部材の形状が
   、筒状、オリフィス状、ベンチュリ状であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項の脱＼、 硝バーナ。 ４、微粉炭燃焼用バーナにおいて、該微粉炭燃焼用バー
   ナに設けた微粉炭供給管の先端部に、該微粉炭供給管の
   軸心に沿って高圧の流体を噴出させる流体導入管を設け
   、かつ該流体導入管の先端近傍に縮流部材を配置してエ
   ゼクタ機構を構成し、上記流体導入管から高圧の流体を
   噴出させることによって、微粉炭供給管から微粉炭の一
   部をバー１す火炎内へ高速で導入し、これによってバー
   ナゾーンで発生したＮＯｘを還元し消滅させる脱硝バー
   ナを、１個以上燃焼炉に設置し、該脱硝バーナの。 後流に段階燃焼せしめるアフタエアーボートを設。 けて、燃焼を完了させるようにしたことを特徴とする高
   効率低ＮＯｘ燃焼方法。