JPS6280409A - 固体燃料の低ＮＯｘ燃焼装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称する）を低減す
る燃焼装置に係り、特に微粉炭やオイルコークスのよう
な粉状固体燃事１の燃焼時に犬１陥な（ｉ（Ｎ　Ｏｘ化
を達成できる燃焼装置に関する。

（従来の技術） 最近の燃料事情の変化により、火力発電用大型ボイラを
始めとする事業用大型ボイラにおいても、石炭を燃料と
して使用しているものが増加している。この場合、石炭
は微粉砕され、燃焼し易さの向上、燃焼制御性の向上が
計られている。この微粉炭燃焼技術そのものは、以前か
ら確立され今や重油並みの高効率燃焼が可能となってい
る。

ガス、重油同様微粉炭燃焼器も種々のものが開発され使
用されている。その最も基本的な形式のものとして、微
粉炭供給管を中心軸に有し、その外周に環状空気供給路
を配したバーナが挙げられる。

該バーナにおいては、石炭はミルで微細に粉砕されたの
ち、その燃焼に必要な空気の２０〜３０％程度の搬送用
空気によって気流輸送され、燃料管噴口より火炉に投入
される。残りの燃焼用空気は、−重または二重に環状分
離された状態で、燃料噴口近傍で通常はある程度の旋回
を与えられて、該微粉炭噴流の周囲より噴出されイ）。

微粉炭は、この適度な旋回流Ｃ１１よって／１−ｊ７る
バーナスロー１・近傍の、火炉からバーナに四〇での再
循環流と、場合によっては燃料前哨１１イ・１ｊ）東に
追設した回状のインペラに６１′っで保炎され定；弱燃
焼が維持される。単に微粉炭を燃焼さ−１色ろだ目であ
れば、この種の燃焼装置によ〃）所間の［”１的は１″
分に達成される。

しかしながら、周知の通り、燃料の燃焼によ−って副生
ずるＮＯｘは往々にして高負荷燃焼ハーリーにおいて発
生しやすく、これが人気／Ｉ：ｉ染の一原因であるとこ
ろから、バーナの改良や火ｌ、１１全体にわたる燃焼改
善が行われている。

微粉炭燃焼において特に問題となるのは、微粉炭中に大
量に（通常は１〜２ｗＬ％）含有されている有機形態の
窒素（以下、ｌ？ｕｅｊ！Ｎと称する）に起因するＮＯ
ｘ　（以下、Ｆｕｅ７！　　ＮＯｘと称する）であり、
燃焼排ガス中のＮＯｘの大部分を占めている。

ここで、Ｆｕｅｌ　　ＮからのＮＯｘとＮ２の生成反応
は、各々次式（１）、（２）に承ずとおりであり、かつ
両反応が競合的に行われている。

Ｆｕｅｆｆ　　　　Ｎ＋０２　　　　　　　　ＮＯｘ　
　　　　　　　　（１）Ｆｕ　ｅ　ｌ　　Ｎ−１−Ｎ（
’）ｘ　　→Ｎ２　　　　　　（２）したがって、Ｎ２
の生成を優先し、かつある程度の高負荷燃焼を維持させ
るためには、高温還元炎の確保が重要なポイントとなる
。

一般に、■−二段燃焼呼ばれる燃焼法は、この燃焼反応
の応用であり、火炉におけるバーナゾーンで空気不足状
態を作って高温還元炎を形成させ、不足分の空気を火炉
内のバーナゾーン後流の、いわゆるアフタエヤボートよ
り投入することにより完全燃焼を行わ口、火炉全体で燃
焼改善を行ってＮ（〕ｘ排出量を低減するものである。

ちなみに現在では、一般的な石炭を燃料とする新設ボイ
ラの場合、２００　ｐ　ｐ　ｒｎｎ変度でＮＯｘ排出濃
度を抑制するに到っている。

しかしながら、微粉炭の燃焼にあっては、空気不足なバ
ーナゾーンで発生した還元性気体および残存する燃え残
りの石炭粒子（１４１発分の抜けたチャー）をアフタエ
ヤによって完全燃焼さゼるには相当の燃焼時間が必要で
あるため、大きなホ・イラ火炉空間を必要とする。従っ
て、上記燃焼法し、１原理的には、極めて自効な低Ｎ　
Ｏｘ燃焼法であるにもかかわらず、ある程度の限界があ
る。

このことから、ボイラ全体の燃焼を制御する代わりに、
各バーナが各々前記原理に基づいて低Ｎ０ｘｆＡ焼を行
なうよう構成した、いわゆる、デュアルレジスタタイプ
のバーナが開発された。

第７図は、このデュアルレジスタタイプのバーナを示す
。図中、微粉炭はその輸送用−次空気とともに、微粉炭
流１０となって微粉炭管４１から炉内に噴射される。こ
の微粉炭流は火炉内に噴射して低空気比で燃焼し、還元
性中間生成分（気体）を生成し、ＮＯｘの一部を気相還
元してＮ２とする。一方、この火炎１０５の外周部に対
しては、二次エアレジスタ６１を経て、かつ空気ヘーン
７１で旋回力を与えられた二次空気２０が、またさらに
、その外周に対しては三次エアレジスタ６２を経て供給
される三次空気３０が噴射される。

これにより、バーナ単独で二段燃焼が行われ、ＮＯｘは
４００ｐｐｍ程度（低減率４０％）に低減されることが
実証されている。この形式のバーナにおいては、低ＮＯ
ｘ化を達成するためには、バーナスロー１−８０近傍の
火炉内ではバーナ火炎と、二次、三次の空気が分離され
良好な還元雰囲気が形成されること、およびこの火炎の
下流側においては、逆にこれら各空気と火炎（またはガ
ス）が混合して未燃分を良好に燃焼させることが要求さ
れる。

しかしながら、この種のタイプのバーナでは、通常、二
次空気２０と三次空気３０は、微粉炭管４１、二次空気
管４３により燃料流とまたは互いが分離されてはいるも
のの、実際にはバーナスロート出口近傍では微粉炭流、
二次空気噴流および三次空気噴流は容易に混合し、燃焼
初期において高温還元炎を十分に分離維持することが不
可能であり、この種の燃焼装置でこれ以−ＬのＮＯｘ低
減を達成することは極めて困難であることが判明した。

以上の点に鑑み、本発明五らは第１（図に示す構造の燃
焼装置を発明Ｌ　ＩＩＩ　Ｉｆｆ！Ｉ　Ｌ、たく特願昭
５８−１７２１４７号）。この装置において、まず微粉
炭管４１の火炉に面した開り目９Ｉ、その口径を開…ｄ
１に向かって拡大する。１、う構成した夕（向きフレー
トキャップ（以下、フレームキャンプと称する）１００
を有し、火炎１０５が安′）ｉ′に形成するよ゛）６．
ニなっている。次に、微粉炭管４１の夕（周部の″次空
気管４２および１次空気管４３の先端部シ、１、Ｍ示の
ごとく、フレームキャップ＋００と間しく開口端に向か
って口ｉ￥をｔＪｊ、人さυる漏−９［状部１０１．１
０２を形成するようにし、前述した燃ネ１と空気との分
離を効果的に行なうよ・）になゲ（いる。

第８図の構成の装置において、−・次空気と（’ｈ　Ｎ
）炭からなる微粉炭流ば微粉炭層４１を経て炉内に噴射
され燃焼するが、この場合、微粉炭管先端部には保炎用
のインペ月３１設置されておらず、フし・−ムキャソブ
１００において形成される小さな渦流部１０３が形成さ
れ、これに、微粉炭管４１がら噴出する微粉炭流の外周
部３１、り少量の微ゎ）炭が誘引されるとともに、フレ
ームキャップ外周部からの空気の（Ｊ（給も１゛分おこ
なわれている。かくしてごこには小さな安定した小火炎
が保持され、微粉炭管４１から火炉内に噴射される微粉
炭流に確実な着火を保障する。従って、火炎１０５はフ
レームキャップ１００近傍から着火し、あたかも、火炎
がバーナに近接したようになる。なお、着火が遅わると
火炎１０５は、微粉炭管４１の噴口から削れた後流で着
火し７、火炎形成が後流に移行する。第８図のものにお
いては、二次空気２０、三次空気３０の流♀は約１：４
稈度にし、かつ三次空気３０の圧力Ｇ、１そのエアレジ
スタ６２の−Ｌ流側で１２０ｍｍＡｑ以上とするととも
に、強力な旋回力を与えることにより、空気管４２およ
び４３の先端部の漏斗状部１０１．１０２の働きと相埃
って、火炎１０５は一次、三次空気から一時的に分別さ
れる。

比較的少量の−１次空気２ｏを三次空気とは異なる旋回
強度と方向をもって噴出させることにより、図中１０６
で示されるごとき安定した渦が形成される。この渦１０
６およびフレームギヤツブ１００によって形成される小
さな渦１０３により、微粉炭管４１から噴射された微粉
炭流は、火炉への投入初期においては外力へ拡１１にす
ること力月ｒ１＋制され、火炎１０５はその初期におい
−で強力な高〆ｌ！Ａ還元炎となる。この１ｌｌｉ温還
元炎中のｌ１１２、ｒｌＮ等のラジカル物質および００
等の還元性中間生成物によって、ＮＯｘをＮ２に還元す
る。また、この高温還元炎の下流側におい−（ば二次空
気、三次空気の噴射エネルギーが低下してバーノー軸心
側に流れ込み、未燃分の燃焼が行なわれる。

（発明が解決しようとする問題点） 第８図の燃焼装置において、フし／−ムキャンプ１００
の面上およびその後方渦流部１０３に誘引された微粉炭
が着火するのは、石炭中に含ｆｒされている揮発分がほ
とんどで、残りの固定炭素分は燃焼するまでに到らず、
フレートキャップイ・１近の着火には寄与できない。

微粉炭中の揮発分の割合は燃ＨＪに（ＩＡ料比−固定炭
素／揮発分）の高い石炭はど少なくなるので、燃料比の
高い石炭ではフレームキャップ１００の面−ｌ−および
その後方渦流部での火炎の安定的維持が困ゲＶとなる。

−・方、ミルで微粉砕された微粉炭を一次空気で微粉炭
管４１に１般送するが、ボイラ負荷が減少した（Ｉ（負
荷時においては、ミルおよびミルがらバーナへの給炭管
の保安と、バーナにおける逆火防止のため、−次空気量
は負荷の減少にもがかわらず、ある値１９２下には下げ
られない。従って、低負荷時においては微粉炭管４１を
流れる微粉炭と一次空気の混合流の、微粉炭濃度が低下
することになる。

このことより、フレームキャップ１００の面一１−およ
び渦流部１０３への微粉炭供給量が不足し、火炎の安定
的維持に支障を来たすことになる。なお、バーす火炎が
バーナ噴口から離れた後流域で着火形成される場合は、
バーナ噴口付近に視野をもつ火炎検知器は、バーナが失
火していると誤判断するごとになる。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、高燃料
比炭または低負荷時においても、バーナ晴口付前に高温
還元炎を形成し２、かつ火炎ｉ（〆Ａｔ　ｌ＃威におい
て充分な空気の供給することかで八る固体燃料の低ＮＯ
ｘ燃焼装置を（にイ１（するごとである。

（問題点を解決するだめの・１段） 本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもの
で、第８図に示すようなソＬ−−、／、−１−ヤノプを
有する燃焼装置において、微粉炭管４１を流れる微粉炭
の一部を積極的にフレ−ムキャップ而および渦流部１０
３に導くために、フレームキャップ−Ｌ流部の燃料管内
の断面積を拡大した構成としたものである。すなわら、
本発明は、固体燃＊］と一次空気の２１１合が１体を噴
射する燃料管噴射１１の外側に、ほぼ同心的に二次空気
噴ｑｔ　ｌ：Ｊを配し２、さらにその外側に三次空気噴
射［−１をほぼ同心約６こ配した固体燃料燃焼装置にｔ
几１で、燃料管先端部に先開きのｌ１字状）Ｉ／−ム：
１−ヤ、プを設４Ｊ、−次空気噴射口外周而を構成する
゛次空気管先端部を、開口端に向ってｎｉｙを拡大する
＾ｔｌ状とするとともに、前記燃料管先端部のフ１／−
ムキャノブト流部の燃料管内通路断面積を拡大Ｕ７た構
成としノコことを特徴とする。

（発明の実施例） １ブ下、本発明の内容に就いて図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る粉状固体燃料燃焼装置の全体的側
断面図、第２図は、そのＡ親図、第３図は、第１図のフ
レームキャップ近傍の詳細断面図である。風箱壁８とボ
イラ壁５０によって構成された風箱７内には燃焼装置（
バーす）が１個または複数個設けられている。バーす中
心を通る微粉炭管４１の先端には、第８図で述べたよう
に先開きのＩ、字状フレームキャップ１００が設けられ
、二次空気管４３の先端には、先端拡大形状のガイドス
リーブ１０２が設けられている。前者は低Ｎ（〕ｘ燃焼
の一つの条件であるとこイ〕の、燃料噴射【１より燃料
に着火させ火炎を安定に維持するために必要な構成であ
り、後者は燃料噴射直後に高温還元炎を形成させ、二次
空気、三次空気と一時的に分離させ、還元燃焼の終了時
点で両者を混合させて完全燃焼を行なわせるために必要
な構成である。二次空気管４３の先端にはガイ１−スリ
ーブＩ０２が設＋）られ、一次お６１、び三次空気のｌ
Ａｔ出方向が燃焼装置軸心に対して夕Ｉ向きとなる。ｌ
　２＋規制される。第２図は、第１図のＡ親図を示すも
のであり、油ノズル３が軸芯上に設けられ、順次燃料噴
射口６、フレームキャンプ１００、二次空気噴射口１２
、ガイドスリーブ１０２、三次空気噴射１１１３および
バーす１１１４がすられる。フレームキャップ１００の
内周ｌｕｌ＋はいくつかの凹凸が設け、微粉炭流４の乱
れを増加させ、火炎の安定化を図っている。

第８図の従来装置と異なる点は、フ１／−ムキャンプ１
００上流側に燃料供給管４１の断面積拡大部１９を設Ｏ
たことである。なお、燃料（１（給管４１の芯心部には
油ノズル３を設けられている。この油ノズル３は燃料着
火用のもので、他の部分に設けてもよい。

このような構成において、起動時、低負荷時または微粉
炭ミル停止り時などにおいては、油１／Ａｌｌ＋が油燃
料管２を通り、油ノズル３より噴霧され燃焼が行なわれ
る。一方、燃焼用空気は送風機で昇用され、空気加熱器
で３００℃程度に加熱されダク１−により、風箱７へ供
給される。風箱７に供給された燃焼用空気の一部は、二
次エアレジスタ６１を通り、微粉炭管４１と二次空気管
４３で構成される環状の空気通路を通り、二次空気噴射
口１２より火炉内へ供給される。風箱７内の残りの燃焼
空気は、三次エアレジスタ６２を通り三次空気噴射口１
３より火炉に供給される。

石炭は給炭計量機により計量したのち、石炭ミルへ供給
され、ここで乾燥と粉砕が行なわれる（図示せず）。ミ
ル内で粉砕され微粉炭となった燃料は一次空気により搬
送され微粉炭流４となり、ヘンチュリ５で絞られたあと
微粉炭管４１内を流れ、燃料噴射口６から炉内に噴射さ
れる。その際微粉炭流２２は第３図に示すように微粉炭
管テーパ部１８および微粉炭管４１内１９を通ることに
より減速流２１を生じ、フレームキャンプ１００の保炎
面１２０上へ巻込み渦２４を生じる。一方、微粉炭管４
１の外側は二次空気２０が流れ、図示のような二次空気
渦２５が発／ｌ　ｌ、、両渦が保炎面１２０）、で混合
り燃焼する。このようにフし・−ムキャソブ１００の［
−流部の徹わ）産性４１の内面に減速流を生しさせるご
とに４１、って、フレ　Ｊ・キャンプ１００後流渦部の
領域が拡がり、火炎の安定化を計られる。

第４図は、本発明における他の実施例を示すものであり
、微粉炭管の内部に管壁からある距離を隔てて分流板１
５を設置、か一つ、この分流板の火炉側先端は外向きの
曲り部１５ａを設けるご点により、微粉炭管４１と分流
板１５の間の通１？音に流入した微粉炭を確実にフレー
ムキャップ＋００の保炎面１２０に供給するよ’＞　Ｌ
、たものである。拡大部１９により減速され、分流板１
５によりガ、イドされた微粉炭流は、減速流２４と（−
２でフレームキャップ１００１−の保炎面に１１（給さ
れる。この装置は、特に揮発分が少なく、燃料比の高い
（燃料比−燃料中の固定炭素分／燃＊］中の揮発分）微
粉炭に対して有効である。

第５図は、本発明のさらに他の実施例を示すもので、第
３図で示した微粉炭管先端部１９が省略さ４１、敞杓炭
テ　バ部１８のみが微粉炭管先端部に備λられ、その先
端にフレームキャンプ１００を設（Ｊたものである。こ
の場合も減速流２１ａが発）Ｐ　（、，１ｖ炎面１２０
上での火炎安定化が増進される。

第６図し」、本発明のさらに他の実施例を示すもので、
微粉炭管４１の拡大部１９と分流板１５との間の１ｔＴ
ｆ路に、旅回羽根２６を設け、ここを通る微粉炭流に旅
回をかけたのら、減速流２４としてフレームキャップＩ
−に微粉炭を供給するようにしたものである。この装置
では、前述の燃料管の拡大による減速の効果に加えて、
旅回を付加することによシ）、火炎の安定化をさらに促
進することができる。

以１−１燃料と１７で微粉炭を使用する場合について説
明したが、本発明はこれに固定されるものではなく、石
油コークスなどの固体燃料をミルで微粉砕し７て使う場
合にも適用できることはいうまでもない。

（発明の効果） 本発明による第一の効果は、微粉燃料火炎の安定性が充
分となり、結果的に未燃分を低減少１〜、高効率燃焼を
実現できることである。本発明の第二の効果ｉ、ｔ：　
、燃料管噴射口直１多での着火が確ｆ呆され、高温還元
炎が実現できるので、ここで燃料中のＦｕｅ７！　Ｎが
Ｎ２に還元されるので、（ＩＩＩ；　Ｎ　ＯＸ燃焼が実
現できることである。本発明の第３の効果は、起動時お
よび低負（ＷＪ時においての着火ｆ’１がよいので、高
価な曲す〃＊］による補助燃硯時間を短縮することがで
き、経済的メリソ１がきわめて人となることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の・実施例を示す燃焼装置の全体的側
断面図、第２図は、第１図のＡ親図、第３図は第１図の
１３部の詳細図、第４図〜第６図は、本発明の他の実施
例を示すフレ　ムキ中ノブ近（分の詳細断面図、第７ｒ
Ｍおよび第８図は、それぞ才１従来の固体燃ネｌ燃焼装
置のＩｌｉ面図である。 ６・・・微わ〕炎管噴射口、７・・・風箱、ｊ２・・・
−欠字気噴射口．１３・・・三次空気噴射口、Ｉ４・・
・バーナコーン、１８・・・微粉炭管テーバ部、１９・
・・微粉炭管先端部、４１・・・微粉炭管、４３・・・
二次空気管、１００・・・フＬ−−−ムキャンプ、１０
２・・・二次空気管先端拡大部。 代理人　弁理士　川　北　武　長 Ｂ 第１図　　　　第２図 ６：燃料（微粉炭）管漬躬口　１９：微粉炭管拡大部７
：風鳴　　　　　　　　　４］°値粉炭管１２：二次空
気潰射口　　　　４３：二次空気管１３：三次空気真数
口　　　　１００　ニア　Ｌ／−ムキャップ１４：バー
ナコーン　　　　　１０２：二欠字気管先瑞拡大部１８
：微粉炭管テーパ部 第３図　　　築４図 第５図　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体燃料と一次空気の混合流体を噴射する燃料管
   噴射口の外側に、ほぼ同心的に二次空気噴射口を配し、
   さらにその外側に三次空気噴射口をほぼ同心的に配した
   固体燃料燃焼装置において、燃料管先端部に先開きのＬ
   字状フレームキャップを設け、二次空気噴射口外周面を
   構成する二次空気管先端部を、開口端に向って口径を拡
   大する漏斗状とするとともに、前記燃料管先端部のフレ
   ームキャップ上流部の燃料管内通路断面積を拡大した構
   成としたことを特徴とする固体燃料の低ＮＯ＿ｘ燃焼装
   置。