JPS61173014A - 微粉炭燃焼用バ−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〕 本発明は微粉炭燃焼装置に係シ、特に低公害、高効率燃
焼を実現するため、石炭中の窒素を有害な窒素酸化物（
以下ＮＯｘと略す）の還元に有効に利用するため、強制
的な着火装置を設備した微粉炭バーナに関する。

〔発明の背景〕

石油価格の高騰のため、火力発電所などでは微粉炭石炭
を燃料として利用する需要が高まっている。この場合の
一つとして、石炭中に含有されている有機望素分が燃焼
過程で転換されるＮＯｘ量る（このＮＯｘは通常Ｆｕｅ
ｌＮＯｘと呼ばれてるが、油、又はガス燃料の場合に支
配的である、空気中の窒素が酸化されるために生ずるＮ
Ｏｘ量（このＮＯｘは通常ナーマルＮＯｘと呼ばれてい
る）に重畳され、しかも前者の量が後者の量に比し可成
夛多く、低ＮＯｘ燃焼が困雌なことである。

この重要な誤題に対して種々報告されている。例えば三
菱重工技報Ｖｏｗ、　２１．　Ｎｏ、　１　（１９８４
−１）１微粉炭だき低ＮＯｘ　　ＰＭバーナ実用化“、
特開昭５４−１０２６２９号“固体微粉燃料用バーナ”
などがめる。

前者の場合には、ｐ、３８図５に示すように微粉炭供給
管に分配器を設け、微粉炭濃度の濃いＣｏｎｃコールノ
ズルと濃度のＷＣａｋノズルを設けたものでおるが、低
ＮＯｘ燃焼の技法として次の技術を応用している。

（ａ）　　Ｗｅ　ａ　ｋ炎の場合には、バーナに保炎器
を設けることによシ、火炎内の熱輻射の効果と合せて、
−次燃焼域で一次空気／石炭比を石炭中の揮発分の理論
空気量以下とすることによシ、−次空気を揮発分の燃焼
に主に消費し、揮発分の燃焼が酸素不足であるため、Ｎ
Ｏｘを低減する。又二次燃焼域では、前段での不足空気
状態が原因となって、未然ガスが多いため、この領域で
は、相対的に、二次空気との拡散混合が遅れ、ＮＯＸは
増加しない。

（ｂ）　　Ｃｏｎｃ炎の場合にも、保炎器により着火の
効果を高め、−次燃焼域では一次空気／石炭比を石炭自
体の理論空気量に相当する値と揮発分の理論空気量の間
にして、固定炭素から還元物質の作用によりＮＯｘを低
減し、二次燃焼域では、燃焼割合が減少し、ＮＯｘの発
生も少いものとするものである。

本方式では、ｐ・４０１図５に示すように、ボイラ火炉
内で、ｙ％ｒｅａｋ炎とＣｏｎｃ炎を別々に形成して燃
焼している。すなわちこの場合の低ＮＯｘの原理は次の
ように要約される。

α）ｖＶｅａｋ炎、ＣｏｎＣ炎各々に於て、着火の安定
性を向上するため保炎器を設ける。

（２）Ｗｅａｋ炎では、−火燃焼領域での空気量を極端
に小さくして、揮発分中窒素のＮＯｘへの転換を抑制す
る。二次燃焼領域では相対的な二次空気拡散混合遅れに
よる未然ガス及びチャー中のＮ分のＮＯｘへの転換率の
抑制。

（３）　　ＣＯｎ　ｃ炎では、−火燃焼領域での空気量
を、Ｗｅａｋ炎の場合よシ多くすることによシ、−次燃
焼域での固定炭素から還元物質によりＮＯｘを還元する
。

（４）　　ＣＯｎ　ｃ炎とＷｅａｋ炎との間に両者間の
拡散混合を遅延させるためのｆ３３　Ｒ（５ｅｐａｒｔ
ｅ　Ｇａｓ炎がＷｅａｋ炎の輻射熱を受け、着火が安定
である。

次に、後者の場合の低ＮＯｘ燃焼の技法は下記の通シで
ある。

α）　燃料混合空気ノズル、二次を気ノズルと補助二次
空気ノズルの間に不活性ガス噴射ノズルを設けることＫ
より、バーナの近くで低空気比燃焼によシＮＯｘ発生が
低減され、補助二次空気は遠方のチャー燃焼域に供給さ
れ九二段燃焼的空気拡散によりＮＯｘを低減する。

この場合には同一の火炎に於て、前者の（４）の技法を
適用している訳である。′２．゛ また固体微粉炭燃料と空気との混合体の流速を低くして
、還元剤の滞留時間門長くすること、及び二次空気を旅
回させることによシ、二次空気と固体微粉炭燃料と空気
との混合体との混合時期を遅らせることによりＮＯｘを
低減している例もめる。

上記の例は何れも石炭中の有機窒素からＮＯｘを還元で
きる脱硝剤を抽出することを根本原理としているが、上
記の記述法ではその原理説明がやや不充分であるので以
下脱硝剤の生成を含む燃焼プロセスを詳細に説明し、そ
の後に前記などの手法を相違した本特許の考え方を説明
する。

第２図は微粉炭燃焼時のＮＯｘ、窒素（１’ｈ　）など
の生成課程を分解して図示したものである。

微粉炭燃焼のプロセスを大別すると下記の５つのプロセ
スからなる。

（１）熱分解プロセス （２）　　揮発分燃焼プロセス （３）　　還元剤生成プロセス （４）脱硝反応プロセス （５）主燃焼プロセス 次に各プロセス中、ＮＯｘの生成、低減に関係した部分
について、詳細に説明する。

熱分解プロセス 固体微粉炭と搬送用空気との混合体のうち、微粉炭１（
この主要構成物質は炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ
）である）は、後述する保炎構成などの助けを受けて維
持された高温状態２からの熱輻射を受けて熱分解し、揮
発性窒素５、揮発性炭素、水素等６、不揮発性窒素７、
不揮発性炭素４な、どに分解される。

揮発分燃焼プロセス 上記５，６は前記混合体中の搬送用−次空気９により高
温状態２の影響を受けて着火、酸化燃焼プロセス１０を
発生する。このプロセス１０のため、窒素酸化物１１が
生成される。この課程に於て、上記−次空気９中の酸素
量が揮発性物質６゜７の燃焼に必要な理論空気量より低
い場合には、不揮発性物質は化学反応速度が遅いため、
反応せず後述の主燃焼プロセスに持ち越される。しから
ば上記９の酸素量を低ＮＯｘ燃焼の観点からいくらにす
べきかについてはＮＯｘの発生の他にＮＯｘの還元剤生
成、脱硝プロセスと関係するので、後述する。

還元剤生成プロセス 前段の揮発分燃焼プロセスで揮発性窒素５から生成され
るＮＯＸは一次空気９中の酸素量が多い一□程、大量に
発生するが、着火、酸化燃焼１０のプロセスによって、
酸素も消費され、仮に高温に保持されると、高温、低酸
素雰囲気１３の物・が形成される。この雰囲気１３は、
低ＮＯｘ燃焼上、下記の効果がある。

（１）熱分解されて生じた揮発性炭素、水素など６は、
上記雰囲気１３のも・で、ｃＨ”（＊は分子結合構成が
ＣＨで、反応時のエネルギー落差のため発光を伴つ九も
の）、Ｃｚ’などの中間反応物質１４が生成され、前記
窒素酸化物１１が、同じ〈雰囲気１３に於て、中間生成
物ＮＯ”１５に変換され、これが前記中間生成物１４と
の間で還元反応し、ＮＯＸの還元に有効なＮＨ傘、ＣＮ
”１６を生成できる。

■）又、前記雰囲気１３の物では、前記物質５゜６は、
ＮＯｘ還元に有効な物質ＮＨ，ＣＮ１７を生成できる。

脱硝反応プロセス 還元剤１６．１７が揮発性窒素５から揮発分燃焼プロセ
スで発生したＮ０ｘｌｌと反応して、脱硝し、Ｎ２　、
ＯＨ，ＣＯなどに変換するプロセスで〜ある。

その２は、前記不揮発性物質８中、ＮＯｘ還元に有効な
物質ＨＣ，ＮＨ，ＣＮ１８によシ、後段の主燃焼プロセ
スで不揮発性窒素７が酸化燃焼したときに生成されるＮ
０Ｘ１９を脱硝するプロセスである。

主燃焼プロセス このプロセスでは、前記不揮発性物質６，７が比較的大
量の主燃焼空気２０によシ燃焼されるプロセスであり、
不揮発性物質７が酸化されて、ＮＯｘ１９を生成する。

前記脱硝プロセスで除去されなかったＮＯｘ２０は系外
に放出される。

さて上記プロセスを低ＮＯｘ燃焼の観点から重要な事項
を要約すると下記の通シである。

（１）５つのプロセスの第１ステツプ、熱分解プロセス
に於て、逸早く熱分解を完了すべきである。

そのためには、物質ｉｆ：極力高温状態２にさらすか、
熱分解のための物質１の滞留時間を長くすべきである。

先に文献（例１）で述べられている保憂機構は高温化に
対し有効である。

（２）　　揮発分燃焼で重要なことは、前記揮発性物質
６から、ＮＯｘ還元に有効な還元剤１６．１７を最大限
に抽出することである。この課題を実現するには、前記
プロセスの説明中、還元剤生成プロセスの項で説明した
ように、このプロセスを高温、低酸素雰囲気に保つこと
が必要である。今、−次空気９のうちの酸素量が、揮発
性物質５，６を燃焼するに必要な空気量の値で燃焼する
と、保炎機構の助けなども受けて酸化燃焼１０が盛んに
なりＮ０ＸＩＩは発生するが、必要条件の１つである１
高温”は実現されるが、酸素が過剰なため、′１低酸素
”の雰囲気を形成できず、従って還元剤１６．１７を充
分に生成できない。この酸素量を再に低下すると、揮発
分からのＮＯｘ生成量は低）減できるがご高温化”が実
現できず、石炭中薄発性物質５は還元剤１７とはな）得
ず、この物質は後段の主燃焼プロセスに持越され、酸素
が比較的多いため、かえってＮＯｘとなってしまい、い
わば宝の持ちぐされである。

高温、かつ低酸素雰囲気は、相反する命視であシ、熱分
解、揮発分燃焼、趙元剤生成などを各々独立なバッチプ
ロセスで行うのならば免も角、一つの火炎の中で有効に
行わねばならない点に、微粉炭石炭の低公害燃焼の難し
さがある。

尚、高温、低酸素雰囲気を還元剤生成プロセス内で、構
成できれば、不揮発性物質８のうちの還元に有効な物質
１８も形成でき、主燃焼プロセスで生成するＮ０Ｘ１９
を脱硝するにも有効である。

〔発明の目的〕

揮発分燃焼状態をより高温、低酸素雰囲気に保つことが
可成な微粉炭バーナを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の概要は、外部より強制的な連続着火エネルギー
を加え、微粉炭石炭の熱分解を高速化し、〔発明の実施
例〕 −本発明の実施例をｌＸ１図に示す。本発明を適用する
バーナは従来、微粉炭石炭燃焼に用いられている内、外
各社のバーナに対しても、発明の背景の項で説明した揮
発分燃焼時の揮発分の還元効果を考慮し之バーナであれ
ば何れに対しても有効である。第１図Ｅの例では、微粉
炭１と、搬送用空気９と主燃焼用空気２０は当然、分離
してゲイ２火炉２６に放出されるが、主燃焼用空気２ｏ
は２０Ａ、２０Ｂとして示されるよう、分離している。

これをメーカによっては、二次空気、三次空気、或いは
二次空気、補助二次空気と呼んでいるが、２０Ｂを節回
流れ特性を与えて揮発分燃焼プロセスと主燃焼プロセス
が混シ合わないよう工夫されている。

本実施例では物質１．９の噴出される前面に物質１．９
の流れに大きな障害とならないよう網状の放熱体２５を
設け、これをレーザ光源２６から興射している。放熱体
２５には物’Ｊｔｌ、９が衝突するので熱伝導、強度の
高いＳＯ３剤に摩耗耐力の大きなセ乏ミンク剤でコーテ
ィングするのが、実際的で良い。

レーザ光の場合には、貫通力があるので、大型ボイラで
大きな火炉の場合でも、光源を遠くに設置できる利点が
あるし、焦点を鋭く合わせることができるので、前記の
ように網状の放熱体２５で充分目的を達しよう。

尚、レーザの照射角度を変化させて網状の放熱体２５に
一様に照射することが可能であるが、放熱体２５１Ｃ高
熱伝導特性の材料を使用すれば、照射角度が固定されて
いても有効であろう。

又、レーザ光源の代シに、最近助燃油を使用しないで直
接、石炭を点火することを目的としているプラズマアー
クによる点火方式を採用してもよいが、本発明では低Ｎ
Ｏｘ燃焼を目的として常時アルゴン気体を必要とするこ
とになシ、燃焼用コストが増大する欠点があろう。

尚本発明では、既に１保炎機構などの助けをうけて石炭
は既に燃焼している状態で無分解を早め着火を促進、高
温、低酸素雰囲気の揮発分燃焼を実現しようとするもの
であるから、レーザ光源など、外部から供給すべきエネ
ルギーは、上記石炭直接点火に要するエネルギと比較す
ると極〈僅かである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微粉炭石炭の熱分解速度を高め高温、
低酸素雰囲気下で揮発分燃焼を可能し、石炭中のＮＯｘ
還元剤を有効に抽出でき、低ＮＯｘ燃焼に顕著な効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバーナ構造を、第２図は燃焼のプロセ
ス説明図をそれぞれ示す。 ２０Ａ、２０Ｂ・・・主燃焼用空気、２５・・・放熱体
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、微粉炭石炭燃焼用バーナにおいて固体微粉炭燃料と
   空気との混合体の噴出口前面に、高温、低空気雰囲気部
   分を形成して微粉炭の着火を助長する手段を設けたこと
   を特徴とする微粉炭燃焼用バーナ。