JPS60204A - 微粉炭の燃焼方法及び装置 - 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に係シ、多種多様の石炭を同一バー
ナで、ＮＯｘ発生量及び燃焼効率を制御できるようにし
た微粉炭燃焼方法とこれを具体化するための装置に関す
る。

〔発明の背景〕

微粉炭の直接燃焼ではガス、石油系燃料に比べて窒素含
有率が高いために、多量の窒素酸化物が発生し、燃焼性
が悪いなど多くの問題点を抱えている。また、燃料石炭
は海外依任度が高く、多種多様の石炭が輸入され燃料と
して使用されている。

特に、燃焼性に大きく影響する石炭中の固定炭素および
揮発分の含有率はその幅が大きく、全ての石炭を同一燃
焼バーナで同条件で燃焼させても燃焼効率は大きく異な
る。一般に、固定炭素分と揮発分の比を燃料比と称し燃
焼性を表わすものとして経験的に使用されている。しか
し、燃料比は、単に、燃焼性を表わす指標でアシ、これ
に加えて燃料中Ｎ分も大幅に異なシ、燃焼時に発生する
ＮＯ！　も大きく変動する。ＮＯ工は排出規制対象物質
であシ、特に、火力発電所のような排出量が規制される
排出源ではその対策が必要となる。通常、火力発酸所等
では使用する石戻極を選定し、燃料として使用するが、
ＮＯ！発生量を抑制し厳しい規制値を満足するために、
低ＮＯ８燃焼バーナの採用、あるいは、ボイラ改造を余
儀なくされている。

一方、従来は揮発分の多い燃焼性のよい低燃料比炭を使
用してきたが、最近、燃料比が２．０〜２．５程度の比
較的燃料比の高い石炭を燃料として使用する傾向にメジ
、先に述べた燃料比だけではＮＯ。

発生量を把握評価することは困難でおるから、燃料比と
Ｎ分含有率の両者を指標として燃焼状態を評価する必要
がある。特に重要な点は、ボイラ構造、バーナ構造等を
変更することなく、多種多様の石炭を燃焼させ、且つ、
ＮＯ，発生量の抑制、高い燃焼効率が維持できる微粉炭
の燃焼方式が強く望まれている。

第１図に従来の低ＮＯ８燃焼バーナとして提案されてい
る二段燃焼型バーナの構造を示す。本バーナは微粉炭を
一次空気によシ搬送し、微粉炭は理論空気量以下の酸素
不足の条件でノズルｌを介して大炉内に噴出され、燃焼
する。ここでは石炭中のＮ分からＮＨｓなとのＮ化合物
、その他から、ＣＯ，ＣＨ，、Ｈ，などの可燃性物質が
生成する。

次いで、ノズル２からの二次空気、ノズル４からの三次
空気の導入により、これらの空気の拡散によって未燃分
が燃焼するように構成される。第１図に示す微粉炭バー
ナでＮＯ，の生成を抑制できるのは、低０２燃焼領域を
形成することによって、燃焼温度の低下、０２分圧の低
下などの効果によシ揮発性Ｎ化合物のＮＯ，転換率を抑
えるからである。発明者らは、上記バーナを用いて石炭
中Ｎ分がはソ一定となる０、９９〜１．　ｌ　ｗ　ｔ％
の含有率で、且つ燃料比だけをパラメータにできる０、
９〜４．３０の範囲の三炭種を選別し、これらの微粉炭
を１００〜２００メツシユに調整した燃料を用いて燃料
比の異なる石炭の旧り発生、燃焼効率に及ばず影響を把
握した。第３図に全空気比１．４．１次空気比０．２の
条件で測定したＮＯ，発生量と燃料比の関係を示す。図
中、Ａの曲線に示すように燃料比が大きくなるにつれ、
ＮＯ，濃度は増加する。従って、同一燃焼法では高燃料
比炭から発生するＮＯ□濃度を抑制できない。次に、第
４図中入の曲線は第３図Ａの曲線と同条件で、第１図の
バーナで燃焼した際の燃焼効率を示す。これよシ燃料比
の高い石炭は燃焼性が悪く、一定の燃焼条件では実用化
はできないことが判る。そこで、第２図に示す本発明の
一つである微粉炭バーナを用いた結果を次に示す。本バ
ーナは微粉炭を一次ｆｆｉ料ノズル１と二次燃料ノズル
７に二分割して燃焼させる燃焼形式のバーナで、第１図
のバーナと対応して燃焼性捕音把握した。第２図に示す
本発明のバーナはノズル１よシー次燃料を理論空気量以
下の一次窒気で噴出させて燃焼し、二次燃料を理論空気
量以上の二次空気で噴出させ、燃焼させる。特に、二次
燃料と二次空気の混合流は旋回器３を用いて旋回させな
がら火炉に噴出させた。本バーナは一次燃料の０．不足
の条件でＮＨ８等を発生させる火炎と、高０□条件でＮ
Ｏ，を積極的に発生させる火炎を同時に形成させ、後流
側で両者の火炎の混合を促進してＮＯ，を還元しようと
する低ＮＯ□バーナである。このバーナを用いた結果を
第３図、第４図の８曲線で第１図の２段燃焼屋バーナで
のＡ曲線と比較した。その結果、燃料比に対するＮＯ□
特性、燃焼特性は相対的には同様の傾向を示すがＮＯ，
発生量、燃焼効率共１コ大幅に改善されることが明らか
である。しかし、同一燃焼条件で同一の性能を得ること
は本発明のバーナでも困難である。そこで発明者らは燃
料比の違いによってＮＯ８を還元するだめの還元剤とな
る揮発性Ｎ化合物の生成量が揮発分の少ない高燃料比炭
では少ないこと、また還元剤の一つになる低０２雰囲気
での生成したチャーが燃料比の違いによって比表面積が
異なることなど、石炭種によって最適な燃焼条件が存在
することが考えられる。そこで第２図に示す低ＮＯ！化
に有効な本発明の一つである微粉炭バーナを用いて、Ｎ
分含有率が０．９〜１．ｌ　ｗ　ｔ　３１６の燃料比の
異なる３炭橿を選定し、−次空気比（実際に使用した一
次空気量／理論空気量）の影響を把握した。第５図に全
空気比１．４．１次及び２次燃料を等分して供給したと
きの燃焼特性を示す。図中ｈｏ％性が燃料比１１Ｂの特
性が燃料２、Ｃの特性が燃料比３０石炭の場合である。

発明者らの検討結果、燃料比に応じた最適−次空気比が
存在することが明らかである。

さらに、第５図と同様の三炭種について、−次燃料と二
次燃料の供給割合を変化させたときのＮＯ□発生量を第
６図に整理した。この実験結果から、石炭種に応じて最
適燃料配分比が存在することが明らかである。発明者ら
はこれらの知見をもとに、第２図の本発明の一つである
燃料分割型微粉炭バーナを用いることによって、−次燃
料及び−次空気の混合割合を一次空気比０．２〜０．５
の範囲で、二次燃料比０．３〜０．６の範囲で制御する
ことによって燃料比の異なる石炭を単一バーナで燃焼し
、且つ、ＮＯｘ生成量を抑制することが可能とした。

次に、燃料比がさ１．５でＮ分が０．８，１．３゜１．
９ｄａｆ％（ドライ・アッシュフリー）の３炭種につい
て石炭中Ｎ分含有率とＮＯ，生成量の関係、燃焼効率に
及ぼす影響について第２図に示すバーナを用いて把握し
た。この結果を第７図に示す。

燃焼効率（カーボン反応率）は燃料比によって支配的で
あり、Ｎ分含有率は燃焼性にほとんど影響を及はさない
ことが明らかとなった。これに対し、ＮＯ！発生量はＮ
分含有率の影響を受け、Ｎ分含有率が高くなるとＮＯ８
濃度も増加することが判った。これは燃焼条件を一定に
して比較したものでアシ、この結果を踏えて、さらに検
討を進め、Ｎ分含有率によって最適燃焼条件が存在する
ことを把握した。第８図にこの結果を示す。Ａの曲線が
Ｎ分＝０．Ｂｃｔａｆ％、Ｂの曲線が１．３　ｄ　ａ　
ｆ％、のＣの曲線が１．９ｄａｆ％の石炭の燃焼特性で
ｌ）、Ｎ９含有率の高い石炭はど一次空気比を低空気領
域にすることがＮＯ，低減に有効であシ、これは揮発性
Ｎ化合物であるＮＨ，等全多量に発生してＮ分が多い分
ＮＯ８発生量も増えるので還元剤の発生量を増加させる
ことができるためである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は燃料比の異なる石炭、及びＮ分含有率の
異なる石炭を燃焼条件を選定するだけで、ＮＯ，発生量
、燃焼効率を制御できる微粉炭燃焼方式を提供するにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の要点は燃料分割バーナを用い、−次空気と一次
燃料の混合割合と、二次燃料と二次燃料の配分割合を制
御するにある。

〔発明の実施例〕

本発明の微粉炭燃焼装置の一実施例を第９図を用いて詳
細に説明する。

微粉炭燃焼装置１２には複数個の微粉炭バーナが火炉壁
に配置される。ここでは一つの微粉炭バーナ１１に着目
して説明する。微粉炭バーナ１１に微粉炭が供給される
前処理系を先ず説明する。

通常、石炭が塊炭であることから、ミルｌに石炭１５が
導入きれ、通常２００メツシユの篩下８０ｗｔ％８贋に
粉砕される。ミルｌには微粉化された石炭の燃焼用空気
管２から分岐された空気管３が直結され、この空気管３
には開度調整可能な弁と空気量を計測する流量器６が配
置される。ミルｌで粉砕した石炭（微粉炭）は空気によ
って搬送され、分割装置９に導入される。分割装置９で
微粉炭と空気の混合流は２分割され、各々の混合流搬送
管が微粉炭バーナ１１と連結され、２分割された状態で
微粉炭バーナ１１から微粉炭燃焼装置１２内で燃焼され
る。一方、ミル１０入口側で空気管２はミルｌに直結し
た空気管３の外にミルｌをバイパスし、分割装置９の後
流側で２分割された混合流搬送管の一方に設置された混
合装置ｌＯと連結した空気管４が配置される。この空気
管４にも空気管３と同様に、開度調整可能な弁とを気流
量器８が配置される。さらに、空気管３及び４に配置さ
れた弁５．７と、流量器６，８と、分割装置９が制御装
置１３に接続され、制御装置１３からの入力信号によっ
て弁５と７の開糺が調整され、また、分割装置９の機能
が決定される。制御装置１３には、さらに、石炭種に応
じたバーニングプロファイルを記憶させ、石炭の性状を
入力すると、石炭の性状に見合ったバーニングプロファ
イルを選定し、これによって、燃焼条件の指令信号を制
御装置１３に送る記憶装置１４が接続される。

これらの装置構成によシ、具体的な操作条件を石炭の性
状と対応させながら説明する。表１は、表１　国内Ａ炭
の分析値 発熱量（Ｋｃａｌ／Ｋｙ）　６３７０ Ｃ（九）　６３．３１ Ｈ（Ｘ）　５．０４ ０　（％）　１８．６２ Ｓ　（九）　０．４０ 固定炭素　（九）　３８．８０ 揮発分（九）　３９．１０ 灰　分　（九）　１３．９０ 国内Ａ炭の分析値である。仮に、この国内Ａ炭を燃料と
して使用する場合、この分析値が記憶装置１４に入力さ
れる。記憶装置１４では、この分析値を読み取シ、発熱
量は、微粉炭燃焼装置１２の熱入力を決定する指標とし
て使用され、間接的には、微粉炭の燃焼装置１２への全
供給量が決定される因子として活用される。本発明で特
に活用る値は、窒素含有率Ｎと燃料比の２つで、これら
は燃焼条件を決定する指標にできる。従って、記憶装置
１４では、Ｎ分と燃料比が抽出比較され、各々の値に見
合ったバーニングプロファイルが表示装置１６に描き出
される。また、発熱量の分析値を考慮して微粉炭の全供
給量が決定されるからミル１の性能（機能）も決定され
る。表２に国内Ａ炭を燃料として使用したときの表示例
を示す。

表２ −のように、予め記憶させた、Ｎ分含有率と燃料比によ
って、各単一バーナでの一次空気比λ□と２次燃料比ｆ
、が決定され、ＮＯ，予測値、燃焼効率の予測値が打ち
出される。これはオペレータに知らせる意図と、確認の
ために活用され、この設定条件は制御装置１３に入力さ
れ、既座に、ミル１及び分割装置９の性能と、弁５及び
７の開度が、流量器６及び８の信号から、フィードバッ
ク制御される。このようにして、分割装置９に導入され
る微粉炭量は制御されるが、分割装置９への入力信号に
よって分割量とバイパス空気量が混合器１０から流入し
、１次空気比λ１が調整される構成になっている。以上
は国内Ａ炭についての操作を説明したが、国内Ａ炭の他
に燃料比が３．４までの石炭種でＮ炭含有率の異なる種
々の石炭を用い、燃焼条件を石炭種に応じて制御させ、
燃焼時のＮＯ，発生量及び燃焼効率を測定した結果、第
１０図に示すように燃料比、Ｎ分が異なった石炭でも、
Ｎｏ８発生量を抑制し、低ＮＯ工化が達成でき、高い燃
焼効率を維持できる。

し発明の効果〕 本発明によれば石炭種が異なっても同一微粉炭バーナ及
び同一前処理装置によってＮＯ，発生量及び燃焼効率が
制御でき、高い性能を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低ＮＯ，バーナ断面図、第２図は本発明
の微粉炭バーナ構成図、第３図ないし第８図は従来バー
ナと本発明バーナの燃焼特性についての実験結果を示す
崗、第９図は本発明の微粉炭燃焼装置の系統図、第１θ
図は本発明の燃焼特性図である。 １・・・ミル、２，３．４・・・空気管、５，７・・・
弁、６゜８・・・流量器、９・・・分割装置、１０・・
・混合器、ｌｌ・・・微粉炭バーナ、１３・・・制御装
置、１４・・・記憶製筒　１　后 蓼　２　固 第３　因 犬久利ルしく・廚た麦茶カン１斡斃分つ革　４　図 第　５　固 第　Ｃ巳 ２ン大火然１呼ｔヒ　（＝ｆｘ／ｆ、＋ｆユ）８７　因 一吹努先比 草　？　図 第　１０　目 第１頁の続き ０発　明　者　犬塚馨象 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％ 日立市幸町３丁目１番１号株式 会社日立製作所日立研究所内 ０出　願　人　バブコック日立株式会社東京都千代田区
大手町二丁目６ 番２号 ２１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、塊炭を粉砕する工程と、この粉砕工程で得られた微
   粉炭の空気による搬送工程と、前記微粉炭と前記搬送空
   気の混合流体を分割する工程と、分割後の前記混合流体
   の搬送工程の一方に空気のみを導入する工程とからなシ
   、分割後の前記混合流体の微粉炭量と空気量の割合は、
   一方が理論空気量以下になる範囲に調姫され、他方を理
   論空気量以上になる範囲に副整され、前記微粉炭供給量
   の制御は前記分割工程によって、搬送用空気量は前記分
   割工程と、分割工程後流側の分割搬送工程の一方側に導
   入される前記空気の供給量を変化させることでそれぞれ
   制御できるようにしたことを特徴とする微粉炭の燃焼方
   法。 ２、特許請求の範四第１項において、前記微粉炭と前記
   空気の混合割合は、゛燃料として使用される石炭の窒素
   含有量と、固定炭素分及び揮発分の比で定義される燃料
   比とを指標としで決定され、理論空気量以下の領域で噴
   出する前記微粉炭と前記空気の前記混合流は空気比が０
   ．２〜０．５の範囲になるように調整され、且つ、２分
   割された前記微粉炭と前記空気の混合流搬送工程での両
   者の微粉炭割合は、理論空気量以上で搬送する側の微粉
   炭量が全微粉炭供給量に対し、０．３〜０．６の範囲に
   なるように石炭様に応じて条件が設定されることを特徴
   とする微粉炭の燃焼方法。 ＆　塊炭を粉砕するミルと、このミルに直接導入する第
   １のを気管と、前記ミルをバイパスするようにした第２
   の空気管と、前記２系列に設置した開度調整可能な弁と
   、前記ミルの後流側に位置する微粉炭及び空気の混合流
   分割装置と、火炉壁に配置した微粉炭バーナと、燃料石
   炭種に応じたバーニングプロフィールを記憶する記憶装
   置及びこの記憶装置からの信号で作動する様にした制御
   装置で構成され、前記分割装置後流側の前記微粉炭と前
   記空気の混合流の搬送管の一方に前記ミルをバイパスし
   た第３の空気管を直結した後、前記２系列の前記微粉炭
   と前記空気の混合流搬送管が微粉炭バーナに連結される
   構成とし、さらに、前記制御装置は、前記ミルに直結す
   る前記第１の空気管とバイパスする前記第２の空気管に
   設けた弁及び分割装置に信号を入力できるように連結し
   、各各の弁の開度調整によって空気量を、前記分割装置
   によって微粉炭供給量をそれぞれ制御して前記微粉炭ベ
   ーナよシ２系列の火炉内に噴出燃焼できるように構成し
   たことを特徴とする微粉炭の燃焼装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記微粉炭バーナ
   は、同心円筒型であってその中心部に前記微粉炭の理論
   空気量以下の空気で搬送された前記混合流を噴出する第
   １のノズルと、その外側に理論空気量以上に調整された
   前記微粉炭と前記空気の混合流噴出ノズルを配置したこ
   とを特徴とする微粉炭の燃焼装置。