JPS63207894A - 高効率ＮＯｘ制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粉炭燃焼装置において、多種類の石炭を同
一火炉で燃焼させる際の排ガス中の窒素酸化物を低減す
る運転方法に係り、高効率にして低ＮＯｘ化を図るに好
適な火炉の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

燃料として、多種類の石炭を同一ボイラで微粉状で浮遊
燃焼させるボイラ等にあっては、排ガス中のＮＯｘに関
して以下のことが言える。■燃料比（固定炭素／揮発分
）が高い程ＮＯｘ発生が高くなる。すなわち石炭中に含
有するＮ分は、揮発分並びに固定炭素に偏在することな
く分布しており、燃料比が低い程、揮発分放出時のＮ分
放出率が高くなり、燃料比が高い程多くのＮ分がチャー
中に残留する。そして、揮発分中のＮ分は、バーナ中心
域での還元雰囲気下で短時間に放出されることからＮＯ
ｘへの転換率は低くなるのに対し、チャー中に残留する
Ｎ分は、酸化雰囲気下での燃焼を余儀なくされＮＯｘへ
の転換率が高くなる（第７図参照）。■燃料中のＮ分が
高いほどＮＯｘが高くなる（第２図参照）。■火炉出口
０２（以下Ｅ　Ｃｏ○２という）によってＮＯｘ値が影
響を受ける（第４図ＮＯｘ曲線参照）。■同一炭種の場
合は、Ｅ　Ｃｏ　Ｏ，に対しＮＯｘ値と灰中未燃分とが
相反する特性を有し、従ってＮＯｘを低下させる運転法
は灰中未燃分を高める特性となる（第４図未燃分曲線参
照）と云った特徴をもつ。またＥＣ００２一定の場合で
も、微粉炭の粒度によって燃料比に対する灰中未燃分は
変化する（第３図）。

これらの燃料比や燃料中Ｎ分の異なる多種類の石炭を同
一火炉で燃焼させ、且つ環境規制値以内にＮＯｘを抑え
る制御法としては、第５図において説明するように、基
本的には（イ）低ＮＯｘバーナによるＮＯｘレベルの低
下、（ロ）二段燃焼設備の設置と、二段燃焼比の変化、
（ハ）排煙脱硝装置の取付けと、脱硝装置用ＮＨ，注入
比率の変化と云った方法で制御されてきた。

第５図は、従来から存在する微粉炭焚きボイラ構造例を
、第６図はそのＮＯｘ制御例を示す、第５図において５
石炭は石炭バンカ２ｏから給炭機２１を経て微粉炭機２
２に送られて粉砕され微粉炭が製造される。微粉炭機２
２からの微粉炭は、微粉炭管２３を経由して微粉炭バー
ナ２４によって火炉１へ供給され、風箱１４からの燃焼
用空気とともに火炎２を形成する。尚、風箱１４内には
エアレジスタ２５及び二段燃焼用ＮＯｘポート２６が存
在する。

そして、燃焼用空気の調整は、給炭機２１の燃料量に比
例して強圧通風機１１の入口に配置された空気流量制御
ダンパ１２によって行われる。適圧通風機１１からの空
気は、分流して、一方の流れは火炉２からの排熱ガスを
利用した空気予熱器４により予熱された後、二段燃焼用
空気流量制御ダンパ１０あるいはバーナ入口空気ダンパ
１３を経て火炉１内に送られる。尚、前記空気流量制御
ダンパ１２はＥＣｏ○２計３２によってフィードバック
制御されていた。分流した空気の他方の流れは一次通風
機１５を通って、さらに分流して前記空気予熱器４によ
って一部が予熱され熱空気１６となり予熱されなかった
冷空気１７と共に温度制御ダンパ１８を介して混合され
て温度制御された後、微粉炭機−次風量制御ダンバ１９
を経て微粉炭機２２内に送られる。

また、ＮＯｘ制御については、燃焼用空気量の１０〜３
０％に相当する量が二段燃焼用空気として分離されて送
られる二段燃焼用空気流量制御ダンパ１０の開度を制御
することによって微粉炭バーナ２４のバーナ口空気比を
制御し、まず火炉１出口のＮＯｘ発生量を抑える。さら
に、排煙脱硝装置（以下Ｄｅ−ＮＯｘ装置という）３へ
配管３４により注入されるＮＨ，注入率を、排ガス中の
ＮＯｘメータ３１によって監視しつつ、ＮＨ，注入量制
御弁３３によって、制御して煙突７の出口ＮＯｘを制御
していたものである。尚、煙道８の途中には電気集塵機
５及び誘引通風機６が設けられる。

次に第６図を説明する。

まず、空気流量制御ダンパ１２の制御について説明する
。

ボイラ入力信号Ｂ　Ｉ　Ｄ　（１０１）により空気流量
要求信号が作成されるが、この空気流量要求信号は燃焼
に必要な空気流量要求信号となるように過剰空気率を加
算して作成される。過剰空気率は先ず負荷に応じたＥ　
Ｃｏ　Ｏ，設定を演算器（１０４）により作成し、Ｅ　
Ｃｏ　Ｏｘ測定信号（１０２）と減算器（ｉｏｓ）によ
り減算しその偏差が積分器（１０６）により積分されて
過剰空気率信号となる。ボイラ入力信号（１０１）と過
剰空気率信号（積分器（１０６）出力）は加算＠　（１
０７）で加算され空気流量要求信号となる。この空気流
量要求信号と空気流量測定信号Ａ　Ｆ　（１０３）を減
算器（１０ｇ）で減算し、その偏差が零となるように調
節計（比例積分器）（１０９）により空気流量制御ダン
パ（１２）を調節する。尚、Ｈ／Ａ（空気予熱器１１０
，１１３，１２０）は自動手動切替器で通常は自動状態
で使用し、運転員が手動調整するときはＨ／Ａを手動に
切替えて調整する。

次に、二段燃焼空気流量制御ダンパ１ｏの制御について
説明する。これは、ボイラ燃焼空気流量に応じて制御ダ
ンパ開度を決定する制御で、空気流量測定信号Ａ　／　
Ｆ　（１０３）によりダンパ開度設定を演算器（１１２
）で作成し演算器（１１２）の出力信号で２段燃焼用空
気流量制御ダンパ（１０）を調整する。

さらに、ＮＨ３注入流量制御弁（３３）の制御について
説明する。

ＮＨ，注入流量制御は排ガス中のＮＯｘ量に応じてＮＨ
，注入量を調整することによりおこなう。

Ｎ　Ｈｓ注入量要求信号は燃焼空気量（排ガス量に相当
）ＡＦ（１０３）と排ガス中のＮＯｘ測定信号（１１５
）を掛算器（１１７）で掛算して作成する。ＮＨ。

注入量要求信号（（１１７）出力信号）とＮＨ，測定信
号（１１６）を減算器（１１８）で減算しその偏差が零
になるように調節計（比例積分器）（１１９）によりＮ
Ｈ，注入流量制御弁３３を調節する。

ところで、要求されるＮＯｘレベルが年々低くなってい
る為、二段燃焼用空気流量制御ダンパ１０は最適化した
結果の最大の開度で使用し、ＮＨ１注入率で調整する方
式が一般的となって来た。

この方法によれば、まず基本的には、ＥＣｏｏ□濃度は
、負荷（燃料量）と一対に対応させたプログラム制御（
第６図１０４）を組んでいた。従って多種類の石炭を同
一火炉で燃焼させる場合は、ＮＯｘ、灰中未燃分ともに
多く生ずる高燃料比炭をベースとして高めにＥＣ０ｏ２
設定されていた。

そして、燃料比が低い、つまり燃えやすく且つＮＯｘも
下げやすい低燃料化炭を燃焼させる時も。

効率を上げ所内動力率を下げる為に効果的なＥＣ０ｏ２
を下げて運転することは行われないままであった・ 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記した従来技術は、多種類の石炭を同一火炉で使用し
て高効率運転しようとする観点から考えた時、未燃分が
低く且つＮＯｘも下げやすい低揮発分炭（第４図参照）
について、排ガス損失が低下でき所内率も下げられる手
段として有効なＥＣｏＯ２濃度を下げた運転をおこなう
ことが、出来ない、従って、これらの石炭ではＥ　Ｃｏ
　Ｏ，濃度を下げることによって更にＮＯｘが低下でき
ＮＨ。

注入率が低下できるにもかかわらず、ＥＣｏ○２濃度を
下げる運転がなされにくい為に、ＮＨ，も努力して下げ
る事がなく従って高効率運転されてなかった。

このような運転の方法は、我国のように資源のない国で
は危険分散の点から数多くの産炭地からの石炭を輸入し
同一火炉へ燃焼させていると同時に、火炉が大容量炉と
なっており、さらに鉱物船の大きさとの関連で炭種が変
わる度合いは増しているほか、効率向上の要求は日増し
に強くなっている等から、問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した問題点を解決する為に、まず、入荷
したバンカに入って来た石炭性状のうち燃料比と燃料中
Ｎ分を、制御上のインプット項目として電算機へ入力す
る。一方、電算機には、当該火炉または、類似炉で得ら
れたデータから、（ａ）Ｎ分に対するＮ０Ｘ（第２図参
照）補正率、（ｂ）ＥＣｏＯ□濃度に対するＮＯｘと未
燃分（第４図参照）　、　（ｃ）燃料比に対するＮ０ｘ
（第７図参照）、および未燃分（第３図参照）　（ｄ）
ＮＨａ注入率と脱硝率の関連（従来から既知）、を記憶
させておく。煙突出口ＮＯｘ値（地元の規制値）は制御
目標値として事前に把握されているので、該ＮＯｘ値の
範囲内において、Ｅ　Ｃｏ　Ｏを濃度に対する排ガス損
失及び所内率のコスト計算、Ｅ　Ｃｏ　Ｏ，濃度に対し
未燃分増加による損失コスト（未燃分コスト）計算、及
び前記ＮＯｘ値によって決まるＮＨ。

注入率に対するコスト計算を計算させる。そして計算結
果にもとづいて効率が最大（損失が最小）となるＥＣｏ
ｏ□濃度を見出し、従来のＥＣｏｏ□濃度プログラムに
、バイアス率を打出すと共に自動時に制御信号としてア
ウトプットする。以上のよう゛な制御は、たとえば、イ
ンテリジェント型Ｎ。

Ｘ制御装置によっておこなう。

〔作用〕

微粉炭燃焼炉においてＥ　Ｃｏ　Ｏｘ濃度を変化させた
時のＮＯｘ、灰中未燃分の挙動は第４図に示されている
。まず、ＮＯｘについて取り上げると。

二段燃焼率を一定とするとＥＣｏＯ□濃度が低くなった
場合、バーナ下流において発生したＮＯｘは空気不足の
雰囲気下で還元作用を受け、その一部が安定なＮ２に還
元され、ＮＯｘ値は低下する。

ＮＯｘ低下はＤ　ａ−ＮＯｘにおけるＮＨ，注入牢を下
げる効果をもつぼか空気予熱器の酸性硫安の発生を軽減
しＡ／Ｈ詰りを軽減させる。次に、未燃分はＥＣｏＯ□
濃度が低くなった場合、酸欠によって燃焼率が低下し、
この為、灰中未燃分中の未燃カーボンにはたとえば尚８
，０ＯＯＫｃａＱ／−の発熱量を有しており、未燃損失
は燃料損失で増加する。

一方、空気予熱器出ロガス温度は一般的に低負荷時でも
１３０℃、高負荷時は１４５℃程度をバランスする様設
計される為、ＥＣｏＯ□濃度が高いほど、排ガス量が増
加し、乾き排ガス損失の他、空気中湿分損失が増加する
と共に、空気や排ガスを移送する為の強圧通風機および
誘引通風機６の動力は、大きくなる。

これらは、極めて複雑に多変数で関与しており、最適化
を図るには、多変数の因子を総合的に判断して行う必要
があり、多種類の石炭で且つ大容量燃焼炉で炭種が頻繁
に変化する為、たとえばインテリジェント型ＮＯｘ制御
装置を使った制御をおこなえば、コスト面の最適化が図
れる。

〔実施例〕

具体的な実施例を第１図にもとづいて説明する。

図において右側の制御回路は、従来技術と同一機能同一
作用をもつ（第６図左側参考）。図中の左側に示される
様に、ＥＣｏ○２制御回路に、事前にインテリジェント
型ＮＯｘ制御装置を付加させ、次に予知出来る石炭中の
燃料比及びＮ分をインプットする（２０１）。この燃料
比及びＮ分は、連続分析装置による結果として信号で入
力してもよいし、人手によって入力してもよい。ＮＯｘ
制御装置内では、例えば、燃料比に対するＮＯｘ及び未
燃分が、データファイルまたは計算式（負荷静定特性）
で予測される（２０２）、その後、ＮＯｘは燃料中Ｎ分
によってＮ分補正が、かけられる（２０３）、このＮＯ
ｘ値によって、Ｄ　ｅ　−Ｎ　Ｏｘ特性をもとにＮＨ３
注入率が決定出来る（２０４）。該注入率におけるＮ　
Ｏｘ値が地元の規制値の制限内か否かが判断される（２
０５）、制限内であれば、次いで、ＮＨ３注入率コスト
、排ガス損失及び所内率（２０６）さらに未燃分コスト
（２０７）がＮＯｘ制限制限Ｃｏ　Ｏ，内で繰返し計算
されて、損失ミニマム値が選定される（２０８）。これ
をもとにして、従来技術で採用している０２プロ゛グラ
ム制御設定値にバイアス率を加算して（２０９）、０２
濃度を求めるものである。勿論ＥＣ００２濃度には火炉
安全上に必要なミニマム値は下限として与えられている
。

このようにインテリジェント型ＮＯｘ制御装置を用いて
ＮＯｘ制御した場合には、（ＮＯｘ特性、未燃分特性に
若干余裕がないと不可能であるが）負荷に対するＥＣｏ
Ｏ□濃度設定値は、燃料が異ることにより変化して、運
転員にはまぎられしい面はあるが、Ｅ　Ｃｏ　Ｏ，濃度
のベースとなっている高燃料比炭以外の石炭が入荷した
時は、低Ｅｃ００２濃度化が可能となり、従って排ガス
損失、ＮＨ３注入率が低下して、高効率運転が可能とな
るホカ、ＳＯ２→ＳＯ１への転化率やり−クＮＨ，が減
るので、Ｄｅ−ＮＯｘ装置を設置した時の問題として残
るＮＨ，（Ｈ）ＳＯ，（酸性硫安）にょるＡ／Ｈの詰り
、すなわちドラフトロス上昇が軽減出来る。

また、ＥＣｏ○２濃度低下に伴って懸念される排ガス量
低下での対流伝熱部の特性すなわち１例えば再熱蒸気温
度特性、未達の問題は、排ガスのパラレルダンパ制御、
または／および排ガス再循環ガス量制御によっても対応
が可能となるので問題はない。

煙突出口にてのＮＯｘ濃度は６０ｐｐｍとされて。

ＮＯｘダンパはほぼ全開または一定開度で運転されＤ　
ｅ　−Ｎ　ＯｘへＮＨ，注入率が主制御因子と考えられ
ている現在において今後、ＥＣ０ｏ２でＮＯｘ制御する
ことを提案できるのは、ＮＲバーナと云った高効率低Ｎ
Ｏｘバーナが開発され、このバーナを生かし、更に高効
率化するにはどうすればよいかという間にある程度答え
られたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、 （１）多種類の石炭のうち、ＥＣｏ０２濃度（ＮＯｘ、
未燃分）設定のベースとなった高燃料比炭以外の燃料が
入荷した時、低ＥＣｏＯ□濃度運転が可能であるので、
最も効率の高い運用が可能となる。

（２）　　Ｅ　Ｃｏ　Ｏ，濃度低下に伴ない、酸性硫安
によるＡ／Ｈ詰りか軽減出来、ランニングコストの他、
メインテナンスフィの軽減が可能となる。

（３）　　多種炭に対し、ワンマンコントロールを行う
に当り最適Ｅ　Ｃｏ　Ｏ２濃度を、制御装置内で算出出
来るので、省力化したプラントに最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるインテリジェント制御装置をあら
れす図、第２図はバーナ空気比、燃料比がほぼ一定で、
Ｎ分が変化した時のＮＯｘ特性図、第３図は０□一定、
燃料比変化時の未燃分特性図、第４図は０２変化時の未
燃分及びＮＯｘの特性図、第５図は従来技術になるボイ
ラシステム例をあられす図、第６図は従来技術になる燃
焼空気量制御システムをあられす図、第７図は燃料中Ｎ
分が、はぼ同一で、燃料比が変化した時のＮＯｘ特性図
である。 雇、Ｐｒ冗 Ｎ今含有宇（ｄＱｆ％） 第４図 ＥＣＯ０２％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料比（固定炭素／揮発分）および燃料中のＮ分
   が異なる多種類の石炭を同一火炉において燃焼させる燃
   焼炉において、煙道排ガス中のＮＯｘを規制値以内に制
   御する制御回路に、事前に今から使用する石炭の燃料比
   および燃料中Ｎ分をインプットすることにより、負荷静
   定特性にもとづいた効率計算を排ガス中のＯ＿２（ＥＣ
   ｏＯ＿２）濃度、灰中の未燃分、ＮＨ＿３注入量の因子
   から計算させ、効率が最大となるＥＣｏＯ＿２濃度を見
   い出してアウトプットし、該濃度にもとづいて自動的に
   燃焼用空気量を制御し、よってＮＯｘを制御する制御回
   路を設定することを特徴とした高効率ＮＯｘ制御方法。