JP2565620B2 - 微粉炭の燃焼方法 - Google Patents
微粉炭の燃焼方法Info
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- JP2565620B2 JP2565620B2 JP4154785A JP15478592A JP2565620B2 JP 2565620 B2 JP2565620 B2 JP 2565620B2 JP 4154785 A JP4154785 A JP 4154785A JP 15478592 A JP15478592 A JP 15478592A JP 2565620 B2 JP2565620 B2 JP 2565620B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微粉炭の燃焼方法に係
り、特に窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を低減するに
好適な燃焼方法に関する。
り、特に窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を低減するに
好適な燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化石燃料の燃焼時に生成するＮＯxは、
フューエルＮＯxとサーマルＮＯxとに分類される。フュ
ーエルＮＯxは燃料中に含まれる窒素分（以下Ｎ分と称
す）が酸化されて発生し、サーマルＮＯxは空気中の窒
素が酸化されて発生する。石炭はＮ分含有量が多く、燃
焼時に発生するＮＯxの８０％近くがフューエルＮＯxで
ある。これに対して従来開発の進められてきた燃焼技術
は、２段燃焼法、排ガス再循環法に代表されるように、
燃焼温度を低下することにより、空気中の窒素の酸化を
抑制するサーマルＮＯx対策に効果のあるものが主流で
ある。
フューエルＮＯxとサーマルＮＯxとに分類される。フュ
ーエルＮＯxは燃料中に含まれる窒素分（以下Ｎ分と称
す）が酸化されて発生し、サーマルＮＯxは空気中の窒
素が酸化されて発生する。石炭はＮ分含有量が多く、燃
焼時に発生するＮＯxの８０％近くがフューエルＮＯxで
ある。これに対して従来開発の進められてきた燃焼技術
は、２段燃焼法、排ガス再循環法に代表されるように、
燃焼温度を低下することにより、空気中の窒素の酸化を
抑制するサーマルＮＯx対策に効果のあるものが主流で
ある。
【０００３】微粉炭燃焼時に発生するフューエルＮＯx
の発生経路は、燃焼機構にともなって次のように説明さ
れる。微粉炭燃焼は着火，熱分解，気体燃焼，固体燃焼
の過程から成る。燃焼の初期領域は着火及び熱分解の進
む領域であり、ここで石炭中に存在するＮ分は気体とし
て揮発するものと、固体中に残留するものとに分かれ
る。熱分解に続く燃焼領域は石炭中の揮発分が燃焼する
気体燃焼と揮発分を放出した固体が燃焼する固体燃焼が
進行し、気体として放出されたＮ分及び固体中のＮ分も
それぞれの燃焼領域で一部ＮＯxに、一部窒素へと変換
する。
の発生経路は、燃焼機構にともなって次のように説明さ
れる。微粉炭燃焼は着火，熱分解，気体燃焼，固体燃焼
の過程から成る。燃焼の初期領域は着火及び熱分解の進
む領域であり、ここで石炭中に存在するＮ分は気体とし
て揮発するものと、固体中に残留するものとに分かれ
る。熱分解に続く燃焼領域は石炭中の揮発分が燃焼する
気体燃焼と揮発分を放出した固体が燃焼する固体燃焼が
進行し、気体として放出されたＮ分及び固体中のＮ分も
それぞれの燃焼領域で一部ＮＯxに、一部窒素へと変換
する。
【０００４】石炭の熱分解時に気体として放出されるＮ
分の中には、シアン化水素（ＨＣＮ）及びアンモニア
（ＮＨ3）となるものがあり、これらの窒素化合物は高
温高酸素濃度雰囲気ではＮＯxに酸化されるが、適当な
反応温度を設定すれば、酸素共存下で選択的にＮＯxを
還元し窒素（Ｎ2）とする性質を有する。この性質を利
用すれば、従来開発されてきた２段燃焼を改良し、微粉
炭燃焼の低ＮＯx化を図ることが可能であり、２段燃焼
を原理とするバーナが開発されている。２段燃焼は１段
目の低空気比の還元性領域で、石炭中のＮ分をできるだ
けＮ2に還元する方式であり、更にＮＯxの低減を図るに
は、燃焼火炎内でのＮＯxの発生領域、ＮＯx還元用還元
剤の生成領域、ＮＯxの還元領域を明確に区別し制御す
る必要がある。
分の中には、シアン化水素（ＨＣＮ）及びアンモニア
（ＮＨ3）となるものがあり、これらの窒素化合物は高
温高酸素濃度雰囲気ではＮＯxに酸化されるが、適当な
反応温度を設定すれば、酸素共存下で選択的にＮＯxを
還元し窒素（Ｎ2）とする性質を有する。この性質を利
用すれば、従来開発されてきた２段燃焼を改良し、微粉
炭燃焼の低ＮＯx化を図ることが可能であり、２段燃焼
を原理とするバーナが開発されている。２段燃焼は１段
目の低空気比の還元性領域で、石炭中のＮ分をできるだ
けＮ2に還元する方式であり、更にＮＯxの低減を図るに
は、燃焼火炎内でのＮＯxの発生領域、ＮＯx還元用還元
剤の生成領域、ＮＯxの還元領域を明確に区別し制御す
る必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＮＯ
x発生抑止効果が大であるとともに未燃分の排出が低減
される微粉炭の燃焼方法及び燃焼用バーナを提供するこ
とにある。
x発生抑止効果が大であるとともに未燃分の排出が低減
される微粉炭の燃焼方法及び燃焼用バーナを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、微粉炭と１次
空気からなる燃料混合気を噴出する微粉炭ノズルの外周
に２次空気を噴出する２次空気ノズルを設け、その外周
に３次空気を噴出する３次空気ノズルを設け、前記微粉
炭ノズルの先端を外方に拡管し、前記２次空気ノズルと
３次空気ノズルにそれぞれ旋回器を設けて前記２次空気
及び３次空気を旋回させて噴出するようにした微粉炭バ
ーナにより前記微粉炭の燃焼を行い、前記微粉炭と１次
空気からなる燃料混合気と前記２次空気により該微粉炭
バーナ先端近傍に理論空気量以下の空気量で燃焼して前
記微粉炭中の窒素分からＮＯｘとアンモニア及びシアン
系化合物を生成させる前段燃焼領域を形成し、その後流
に該前段燃焼領域からの燃焼排出物と前記３次空気とに
よりＮＯｘを還元する燃焼を行う後段燃焼領域を形成す
ることを特徴とする微粉炭の燃焼方法である。
空気からなる燃料混合気を噴出する微粉炭ノズルの外周
に２次空気を噴出する２次空気ノズルを設け、その外周
に３次空気を噴出する３次空気ノズルを設け、前記微粉
炭ノズルの先端を外方に拡管し、前記２次空気ノズルと
３次空気ノズルにそれぞれ旋回器を設けて前記２次空気
及び３次空気を旋回させて噴出するようにした微粉炭バ
ーナにより前記微粉炭の燃焼を行い、前記微粉炭と１次
空気からなる燃料混合気と前記２次空気により該微粉炭
バーナ先端近傍に理論空気量以下の空気量で燃焼して前
記微粉炭中の窒素分からＮＯｘとアンモニア及びシアン
系化合物を生成させる前段燃焼領域を形成し、その後流
に該前段燃焼領域からの燃焼排出物と前記３次空気とに
よりＮＯｘを還元する燃焼を行う後段燃焼領域を形成す
ることを特徴とする微粉炭の燃焼方法である。
【０００７】さらに本発明は、第１の微粉炭と１次空気
からなる燃料混合気を噴出する第１の微粉炭ノズルの外
周に２次空気を噴出する２次空気ノズルを設け、その外
周に３次空気を噴出する３次空気ノズルを設け、更にそ
の外周に第２の微粉炭と空気と酸素濃度が３〜５体積％
に調整された燃焼排ガスとからなる燃料混合気を噴出す
る第２の微粉炭ノズルを設け、前記第１の微粉炭ノズル
の先端を外方に拡管し、前記２次空気ノズルと３次空気
ノズルにそれぞれ旋回器を設けて前記２次空気及び３次
空気を旋回させて噴出するようにした微粉炭バーナによ
り微粉炭の燃焼を行い、前記第１の微粉炭ノズルから噴
出する燃料混合気と前記２次空気により前記微粉炭バー
ナ先端近傍に理論空気量以下の空気量で燃焼する前段燃
焼領域を形成し、該前段燃焼領域からの燃焼排出物と前
記３次空気とにより該前段燃焼領域の後流に後段燃焼領
域を形成し、前記前段燃焼領域と該後段燃焼領域とによ
って空気比１以上で燃焼する第１次燃焼領域を構成し、
該第１次燃焼領域の外周上に前記第２の微粉炭ノズルか
ら噴出される燃料混合気により空気比１未満の燃焼を行
って還元性の熱分解生成物を発生させる第２次燃焼領域
を形成し、前記１次燃焼領域の火炎と該２次燃焼領域の
火炎とをその後流側で合体させて第３次燃焼領域を形成
させることを特徴とする微粉炭の燃焼方法である。
からなる燃料混合気を噴出する第１の微粉炭ノズルの外
周に２次空気を噴出する２次空気ノズルを設け、その外
周に３次空気を噴出する３次空気ノズルを設け、更にそ
の外周に第２の微粉炭と空気と酸素濃度が３〜５体積％
に調整された燃焼排ガスとからなる燃料混合気を噴出す
る第２の微粉炭ノズルを設け、前記第１の微粉炭ノズル
の先端を外方に拡管し、前記２次空気ノズルと３次空気
ノズルにそれぞれ旋回器を設けて前記２次空気及び３次
空気を旋回させて噴出するようにした微粉炭バーナによ
り微粉炭の燃焼を行い、前記第１の微粉炭ノズルから噴
出する燃料混合気と前記２次空気により前記微粉炭バー
ナ先端近傍に理論空気量以下の空気量で燃焼する前段燃
焼領域を形成し、該前段燃焼領域からの燃焼排出物と前
記３次空気とにより該前段燃焼領域の後流に後段燃焼領
域を形成し、前記前段燃焼領域と該後段燃焼領域とによ
って空気比１以上で燃焼する第１次燃焼領域を構成し、
該第１次燃焼領域の外周上に前記第２の微粉炭ノズルか
ら噴出される燃料混合気により空気比１未満の燃焼を行
って還元性の熱分解生成物を発生させる第２次燃焼領域
を形成し、前記１次燃焼領域の火炎と該２次燃焼領域の
火炎とをその後流側で合体させて第３次燃焼領域を形成
させることを特徴とする微粉炭の燃焼方法である。
【０００８】
【作用】前述の如く、石炭中のＮ分は、熱分解過程にお
いて、ＮＯx，窒素（Ｎ2）,アンモニア（ＮＨ3），シア
ン化水素（ＨＣＮ）等の化合物になる。特にこれらの化
合物の中でＮＨ3が酸素共存下でもＮＯxを選択的に還元
する性質を有し、ＮＯxの還元効果の高いことは排煙脱
硝技術の分野で既に公知の事実である。従って、酸素を
含む燃焼ガス中のＮＯxを石炭を利用して効果的に還元
するには、石炭からＮＨ3を多量に発生させ、これをＮ
Ｏxと反応させれば良く、石炭燃焼時のＮＯxの低減は、
ＮＨ3の発生法及びＮＨ3とＮＯxの混合法が主要な技術
課題になる。しかるに、石炭中のＮ分が熱分解時に転換
する窒素化合物の種類は、石炭の熱分解条件に依存し、
目的のＮＨ3を多量に発生させるには、ＮＨ3生成に最適
な熱分解条件を設定する必要がある。発明者らは鋭意検
討の結果、石炭燃焼温度に近い温度領域では石炭熱分解
雰囲気中の酸素濃度が石炭中Ｎ分のＮＨ3転換率に及ぼ
す影響が大きく、ＮＨ3転換率を最大にする最適な酸素
濃度が存在することを微粉炭の熱分解実験により確認し
た。
いて、ＮＯx，窒素（Ｎ2）,アンモニア（ＮＨ3），シア
ン化水素（ＨＣＮ）等の化合物になる。特にこれらの化
合物の中でＮＨ3が酸素共存下でもＮＯxを選択的に還元
する性質を有し、ＮＯxの還元効果の高いことは排煙脱
硝技術の分野で既に公知の事実である。従って、酸素を
含む燃焼ガス中のＮＯxを石炭を利用して効果的に還元
するには、石炭からＮＨ3を多量に発生させ、これをＮ
Ｏxと反応させれば良く、石炭燃焼時のＮＯxの低減は、
ＮＨ3の発生法及びＮＨ3とＮＯxの混合法が主要な技術
課題になる。しかるに、石炭中のＮ分が熱分解時に転換
する窒素化合物の種類は、石炭の熱分解条件に依存し、
目的のＮＨ3を多量に発生させるには、ＮＨ3生成に最適
な熱分解条件を設定する必要がある。発明者らは鋭意検
討の結果、石炭燃焼温度に近い温度領域では石炭熱分解
雰囲気中の酸素濃度が石炭中Ｎ分のＮＨ3転換率に及ぼ
す影響が大きく、ＮＨ3転換率を最大にする最適な酸素
濃度が存在することを微粉炭の熱分解実験により確認し
た。
【０００９】本発明の要点は、石炭からの熱分解生成物
をＮＯxの還元に利用するため、石炭中のＮ分のＮＨ3転
換率が最大になる酸素濃度雰囲気で燃焼用石炭の一部を
熱分解し、これをＮＯx含有燃焼ガスと混合させること
にある。
をＮＯxの還元に利用するため、石炭中のＮ分のＮＨ3転
換率が最大になる酸素濃度雰囲気で燃焼用石炭の一部を
熱分解し、これをＮＯx含有燃焼ガスと混合させること
にある。
【００１０】本発明の燃焼方法においては、微粉炭と１
次空気と２次空気によって形成される前段燃焼領域と該
前段燃焼領域からの燃焼排出物と３次空気によって形成
される後段燃焼領域とから構成される第１次燃焼領域を
有する火炎が形成される。また、本発明の燃焼方法にお
いては、更に、前記第１次燃焼領域と第２次燃焼領域と
第３次燃焼領域とからなる火炎が形成される。そして、
火炎内でＮＯｘ発生領域とＮＯｘ還元用微粉炭熱分解生
成物発生領域、ＮＯｘ還元反応領域が明確にされる。第
１次燃焼領域は、理論空気量以上の空気で第１の微粉炭
を完全に燃焼させる完全燃焼領域であり、ここで燃料の
大部分を燃焼させる。この領域では空気比を１以上で燃
焼させるため、燃焼灰中に残留する未燃燃料は非常に少
なくなると同時に多量のＮＯｘが発生する。２次燃焼領
域は燃焼排ガスと空気との混合ガスで噴出される微粉炭
の燃焼領域であり、ここでは空気比が１未満の燃焼、即
ち第２の微粉炭の熱分解が進行する。この領域は酸素不
足の還元性領域であるため、微粉炭中のＮ分がＮＯｘに
酸化される割合は非常に少なく、燃焼過程でのＮ分の中
間生成物である、アンモニア（ＮＨ３），シアン化水素
（ＨＣＮ）等が発生する。第３次燃焼領域は２次燃焼領
域で発生する微粉炭の熱分解生成物と１次燃焼領域で発
生するＮＯｘ及び１次燃焼領域での余剰酸素とが反応す
る領域であり、ここでＮＯｘの還元反応と炭化水素，一
酸化炭素，水素，固体中未燃分等の酸化反応が進行す
る。
次空気と２次空気によって形成される前段燃焼領域と該
前段燃焼領域からの燃焼排出物と３次空気によって形成
される後段燃焼領域とから構成される第１次燃焼領域を
有する火炎が形成される。また、本発明の燃焼方法にお
いては、更に、前記第１次燃焼領域と第２次燃焼領域と
第３次燃焼領域とからなる火炎が形成される。そして、
火炎内でＮＯｘ発生領域とＮＯｘ還元用微粉炭熱分解生
成物発生領域、ＮＯｘ還元反応領域が明確にされる。第
１次燃焼領域は、理論空気量以上の空気で第１の微粉炭
を完全に燃焼させる完全燃焼領域であり、ここで燃料の
大部分を燃焼させる。この領域では空気比を１以上で燃
焼させるため、燃焼灰中に残留する未燃燃料は非常に少
なくなると同時に多量のＮＯｘが発生する。２次燃焼領
域は燃焼排ガスと空気との混合ガスで噴出される微粉炭
の燃焼領域であり、ここでは空気比が１未満の燃焼、即
ち第２の微粉炭の熱分解が進行する。この領域は酸素不
足の還元性領域であるため、微粉炭中のＮ分がＮＯｘに
酸化される割合は非常に少なく、燃焼過程でのＮ分の中
間生成物である、アンモニア（ＮＨ３），シアン化水素
（ＨＣＮ）等が発生する。第３次燃焼領域は２次燃焼領
域で発生する微粉炭の熱分解生成物と１次燃焼領域で発
生するＮＯｘ及び１次燃焼領域での余剰酸素とが反応す
る領域であり、ここでＮＯｘの還元反応と炭化水素，一
酸化炭素，水素，固体中未燃分等の酸化反応が進行す
る。
【００１１】第１次燃焼領域で完全燃焼させる微粉炭を
第２次燃焼領域で熱分解させる微粉炭よりも多くするこ
とにより、未燃燃料の排出を低減でき、更に第１次燃焼
領域で高温に加熱された余剰酸素で第２次燃焼領域で発
生する熱分解生成物を酸化するため、第３次燃焼領域で
の化学反応を効率良く促進できる。
第２次燃焼領域で熱分解させる微粉炭よりも多くするこ
とにより、未燃燃料の排出を低減でき、更に第１次燃焼
領域で高温に加熱された余剰酸素で第２次燃焼領域で発
生する熱分解生成物を酸化するため、第３次燃焼領域で
の化学反応を効率良く促進できる。
【００１２】本発明の一実施態様においては、この酸素
濃度調整のために微粉炭燃焼排ガスを利用し、燃焼排ガ
スと燃焼用空気との混合比を制御することにより、熱分
解雰囲気中の酸素濃度が調整される。
濃度調整のために微粉炭燃焼排ガスを利用し、燃焼排ガ
スと燃焼用空気との混合比を制御することにより、熱分
解雰囲気中の酸素濃度が調整される。
【００１３】また本発明の一実施態様においては、熱分
解領域の酸素濃度調整を容易にするため、上記混合気体
は、微粉炭搬送に用いられ、燃焼火炉内の微粉炭の熱分
解領域に噴出させるために用いられる。
解領域の酸素濃度調整を容易にするため、上記混合気体
は、微粉炭搬送に用いられ、燃焼火炉内の微粉炭の熱分
解領域に噴出させるために用いられる。
【００１４】更に本発明の効果をより有効に発揮するに
は、第２次燃焼領域で熱分解させる微粉炭の噴出気体、
即ち燃焼排ガスと空気との混合気の酸素濃度を好ましく
は３〜５体積％とする。すなわち、酸素共存下でもＮＯ
xを選択的に還元できるＮＨ3を、微粉炭の熱分解反応で
効率良く発生させるには、熱分解条件を選定する必要が
あり、発明者らは鋭意検討の結果、熱分解雰囲気の酸素
濃度が３〜５％の時に、ＮＨ3が最も多く微粉炭から発
生することを発見した。従って、第２次燃焼領域での酸
素濃度を３〜５体積％とする、即ち混合気の酸素濃度を
３〜５体積％に空気と燃焼排ガスの混合比を調整するこ
とにより、第３次燃焼領域で進ませるＮＯxの還元反応
を効果的に促進できる。
は、第２次燃焼領域で熱分解させる微粉炭の噴出気体、
即ち燃焼排ガスと空気との混合気の酸素濃度を好ましく
は３〜５体積％とする。すなわち、酸素共存下でもＮＯ
xを選択的に還元できるＮＨ3を、微粉炭の熱分解反応で
効率良く発生させるには、熱分解条件を選定する必要が
あり、発明者らは鋭意検討の結果、熱分解雰囲気の酸素
濃度が３〜５％の時に、ＮＨ3が最も多く微粉炭から発
生することを発見した。従って、第２次燃焼領域での酸
素濃度を３〜５体積％とする、即ち混合気の酸素濃度を
３〜５体積％に空気と燃焼排ガスの混合比を調整するこ
とにより、第３次燃焼領域で進ませるＮＯxの還元反応
を効果的に促進できる。
【００１５】また、酸素共存下でＮＨ3とＮＯxとを効果
的に反応させるには９００℃以上の反応温度が好適であ
り、このため前記微粉炭熱分解生成物とＮＯx含有燃焼
ガスとは燃焼火炉内で混合し、ＮＯxの還元反応を進ま
せることが好ましい。
的に反応させるには９００℃以上の反応温度が好適であ
り、このため前記微粉炭熱分解生成物とＮＯx含有燃焼
ガスとは燃焼火炉内で混合し、ＮＯxの還元反応を進ま
せることが好ましい。
【００１６】
【実施例】以下図面を参照して本発明による微粉炭の燃
焼方法と燃焼用のバーナの実施態様を説明する。
焼方法と燃焼用のバーナの実施態様を説明する。
【００１７】図１において、微粉炭燃焼用バーナは、微
粉炭と１次空気から成る燃料混合気を供給する微粉炭ノ
ズル０１と、２次空気ノズル０２と、３次空気ノズル０
３とから構成される。燃料混合気と２次空気によりバー
ナ先端近傍に理論空気量以下の燃焼空気量で燃焼する前
段燃焼領域が形成され、その後流に３次空気と前段燃焼
領域からの燃焼排出物による後段燃焼領域が形成され
る。前段燃焼領域では石炭中のＮ分からＮＯｘの他にア
ンモニア及びシアン系化合物が生成され、後段燃焼領域
でこれらの窒素化合物が反応してＮＯｘが還元される。
粉炭と１次空気から成る燃料混合気を供給する微粉炭ノ
ズル０１と、２次空気ノズル０２と、３次空気ノズル０
３とから構成される。燃料混合気と２次空気によりバー
ナ先端近傍に理論空気量以下の燃焼空気量で燃焼する前
段燃焼領域が形成され、その後流に３次空気と前段燃焼
領域からの燃焼排出物による後段燃焼領域が形成され
る。前段燃焼領域では石炭中のＮ分からＮＯｘの他にア
ンモニア及びシアン系化合物が生成され、後段燃焼領域
でこれらの窒素化合物が反応してＮＯｘが還元される。
【００１８】図２において、微粉炭燃焼バーナは２つの
微粉炭ノズル１２，１３、２次空気ノズル１７、３次空
気ノズル１８、イグナイタ１６から構成される。微粉炭
ノズル１２の先端は外方に拡管されている。微粉炭及び
これを搬送、噴出させるための１次空気から成る燃料混
合気を噴出させる微粉炭ノズル１２から、燃料微粉炭の
大半が噴出し、２次空気ノズル１７、３次空気ノズル１
８から噴出する２次空気、３次空気とにより、空気比が
１以上の第１次燃焼領域２１が、バーナ先端に形成され
る。この第１次燃焼領域２１は、微粉炭ノズル１２の燃
料混合気と２次空気とにより形成される前段燃焼領域
と、前段燃焼領域からの燃焼排出物と３次空気とにより
形成される後段燃焼領域とから構成される。前段燃焼領
域では、微粉炭ノズル先端の拡管と２次空気の旋回流の
作用により、拡管部の下流に微粉炭と１次空気からなる
燃料混合気と２次空気の循環流により理論空気量以下の
高温の火炎が形成され、これによりＮＨ 3 の発生が促進
される。更に本実施例では、第１次燃焼領域２１での火
炎を短炎化するとともに、他の燃焼領域から独立させる
ために、２次空気ノズル１７及び３次空気ノズル１８を
微粉炭ノズル１２の外周に設置し、燃焼空気に旋回流を
与えるための、２次空気旋回羽根１４及び３次空気旋回
羽根１５がそれぞれのノズル内に設置されている。微粉
炭ノズル１３は３次空気ノズル１８の外周に設置され、
ノズル１３より、酸素濃度が３〜５体積％に調整された
燃焼排ガスと空気との混合気と、微粉炭とから成る燃料
混合気が噴出する。ノズル１３から噴出される燃料混合
気により、第１次燃焼領域２１の外周上に第２次燃焼領
域２２が形成され、この領域で第１次燃焼領域２１から
伝わる熱と混合気中に含まれる酸素とにより微粉炭の熱
分解反応が進み、還元性の熱分解生成物が発生する。
微粉炭ノズル１２，１３、２次空気ノズル１７、３次空
気ノズル１８、イグナイタ１６から構成される。微粉炭
ノズル１２の先端は外方に拡管されている。微粉炭及び
これを搬送、噴出させるための１次空気から成る燃料混
合気を噴出させる微粉炭ノズル１２から、燃料微粉炭の
大半が噴出し、２次空気ノズル１７、３次空気ノズル１
８から噴出する２次空気、３次空気とにより、空気比が
１以上の第１次燃焼領域２１が、バーナ先端に形成され
る。この第１次燃焼領域２１は、微粉炭ノズル１２の燃
料混合気と２次空気とにより形成される前段燃焼領域
と、前段燃焼領域からの燃焼排出物と３次空気とにより
形成される後段燃焼領域とから構成される。前段燃焼領
域では、微粉炭ノズル先端の拡管と２次空気の旋回流の
作用により、拡管部の下流に微粉炭と１次空気からなる
燃料混合気と２次空気の循環流により理論空気量以下の
高温の火炎が形成され、これによりＮＨ 3 の発生が促進
される。更に本実施例では、第１次燃焼領域２１での火
炎を短炎化するとともに、他の燃焼領域から独立させる
ために、２次空気ノズル１７及び３次空気ノズル１８を
微粉炭ノズル１２の外周に設置し、燃焼空気に旋回流を
与えるための、２次空気旋回羽根１４及び３次空気旋回
羽根１５がそれぞれのノズル内に設置されている。微粉
炭ノズル１３は３次空気ノズル１８の外周に設置され、
ノズル１３より、酸素濃度が３〜５体積％に調整された
燃焼排ガスと空気との混合気と、微粉炭とから成る燃料
混合気が噴出する。ノズル１３から噴出される燃料混合
気により、第１次燃焼領域２１の外周上に第２次燃焼領
域２２が形成され、この領域で第１次燃焼領域２１から
伝わる熱と混合気中に含まれる酸素とにより微粉炭の熱
分解反応が進み、還元性の熱分解生成物が発生する。
【００１９】第２次燃焼領域２２で発生する還元性熱分
解生成物の酸化及び第１次燃焼領域２１で発生するＮＯ
xの還元反応が起きる第３次燃焼領域２３が、第１次及
び第２次燃焼領域の後流に形成される。
解生成物の酸化及び第１次燃焼領域２１で発生するＮＯ
xの還元反応が起きる第３次燃焼領域２３が、第１次及
び第２次燃焼領域の後流に形成される。
【００２０】実験例１ 日本国内炭及び日本国内炭を１０００℃の不活性雰囲気
内で加熱して製造したチャー（石炭熱分解時に残留する
可燃性固体）を白金製ホルダーに詰め、１０００℃に加
熱した時に発生するＮＨ３を定量することにより、石炭
中のＮ分及びチャー中のＮ分のＮＨ３転換率を測定し
た。第３図は熱分解雰囲気中の酸素濃度を１〜７体積％
の範囲で変化させ、雰囲気酸素濃度のＮＨ３転換率への
影響を検討した結果である。横軸に熱分解時の酸素濃
度、縦軸に石炭及びチャー中のＮ分のＮＨ３転換率を示
す。第３図より明らかなように、ＮＨ３転換率は酸素濃
度の影響を大きく受け、更にＮＨ３の転換率を最大にす
る最適な酸素濃度が存在する。石炭中Ｎ分のＮＨ３転換
率は酸素濃度約３体積％で最大になり、チャー中のＮ分
は酸素濃度約５体積％でＮＨ３転換率が最大になる。
内で加熱して製造したチャー（石炭熱分解時に残留する
可燃性固体）を白金製ホルダーに詰め、１０００℃に加
熱した時に発生するＮＨ３を定量することにより、石炭
中のＮ分及びチャー中のＮ分のＮＨ３転換率を測定し
た。第３図は熱分解雰囲気中の酸素濃度を１〜７体積％
の範囲で変化させ、雰囲気酸素濃度のＮＨ３転換率への
影響を検討した結果である。横軸に熱分解時の酸素濃
度、縦軸に石炭及びチャー中のＮ分のＮＨ３転換率を示
す。第３図より明らかなように、ＮＨ３転換率は酸素濃
度の影響を大きく受け、更にＮＨ３の転換率を最大にす
る最適な酸素濃度が存在する。石炭中Ｎ分のＮＨ３転換
率は酸素濃度約３体積％で最大になり、チャー中のＮ分
は酸素濃度約５体積％でＮＨ３転換率が最大になる。
【００２１】実験例２ 第４図は、実施例１の実験結果を得た実験装置と同一装
置を用い、実施例１と同様に熱分解雰囲気中の酸素濃度
の石炭中Ｎ分のＮＨ３転換率に及ぼす影響をみたもので
ある。本実施例では、炭種の影響を検討するために、オ
ーストラリア炭，中国炭の熱分解反応実験を試みた。熱
分解温度は実施例１同様１０００℃である。第４図より
明らかなように、炭種によって多少の最適酸素濃度範囲
に違いはあるが、実施例１の日本国内炭同様、オースト
ラリア炭，中国炭とも、熱分解雰囲気の酸素濃度が約３
体積％付近で石炭中Ｎ分のＮＨ３転換率が最大になる。
置を用い、実施例１と同様に熱分解雰囲気中の酸素濃度
の石炭中Ｎ分のＮＨ３転換率に及ぼす影響をみたもので
ある。本実施例では、炭種の影響を検討するために、オ
ーストラリア炭，中国炭の熱分解反応実験を試みた。熱
分解温度は実施例１同様１０００℃である。第４図より
明らかなように、炭種によって多少の最適酸素濃度範囲
に違いはあるが、実施例１の日本国内炭同様、オースト
ラリア炭，中国炭とも、熱分解雰囲気の酸素濃度が約３
体積％付近で石炭中Ｎ分のＮＨ３転換率が最大になる。
【００２２】上記実施例で明らかなように、石炭の熱分
解生成物をＮＯxの還元剤として効果的に利用するに
は、石炭の熱分解雰囲気中の酸素濃度を最適値に制御す
る必要がある。
解生成物をＮＯxの還元剤として効果的に利用するに
は、石炭の熱分解雰囲気中の酸素濃度を最適値に制御す
る必要がある。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したとおり、第１の発明によれ
ば、微粉炭と１次空気と２次空気からなる混合気によっ
て理論空気量以下の空気量で燃焼する前段燃焼領域が形
成され、その後流に前段燃焼領域からの燃焼排出物と３
次空気とによる後段燃焼領域が形成される。前段燃焼領
域に２次空気を混入することによって火炎の温度が高ま
り、微粉炭中の可燃成分を放出しやすくして未燃分を低
減することができる。この結果、未燃分の低減効果及び
ＮＯｘ低減効果が大きい微粉炭燃焼を達成することがで
きる。 第２の発明によれば、前記第１の発明によって形
成される燃焼領域の外周に微粉炭と空気と燃焼排ガスと
の混合気によって酸素濃度が調整された微粉炭熱分解領
域が形成され、これによってアンモニアへの転換率が更
に向上する。この結果、ＮＯｘ低減効果が更に大きく且
つ未燃分の少ない微粉炭燃焼を達成することができる。
ば、微粉炭と１次空気と２次空気からなる混合気によっ
て理論空気量以下の空気量で燃焼する前段燃焼領域が形
成され、その後流に前段燃焼領域からの燃焼排出物と３
次空気とによる後段燃焼領域が形成される。前段燃焼領
域に２次空気を混入することによって火炎の温度が高ま
り、微粉炭中の可燃成分を放出しやすくして未燃分を低
減することができる。この結果、未燃分の低減効果及び
ＮＯｘ低減効果が大きい微粉炭燃焼を達成することがで
きる。 第２の発明によれば、前記第１の発明によって形
成される燃焼領域の外周に微粉炭と空気と燃焼排ガスと
の混合気によって酸素濃度が調整された微粉炭熱分解領
域が形成され、これによってアンモニアへの転換率が更
に向上する。この結果、ＮＯｘ低減効果が更に大きく且
つ未燃分の少ない微粉炭燃焼を達成することができる。
【図１】本発明に係るバーナの側断面図である。
【図２】本発明の別の実施例によるバーナの側断面図で
ある。
ある。
【図３】ＮＨ3転換率と酸素濃度との関係を示すグラフ
である。
である。
【図４】ＮＨ3転換率と酸素濃度との関係を示すグラフ
である。
である。
０１ 微粉炭ノズル ０２ ２次空気ノズル ０３ ３次空気ノズル ０４ 点火用バーナ ０５ 旋回羽根 ０６ 旋回羽根 ０７ 着火用補助燃料供給孔 ０８ 微粉炭供給孔 ０９ ２次空気供給孔 １０ ３次空気供給孔 １１ 微粉炭供給孔 １２ 微粉炭ノズル １３ 微粉炭ノズル １４ ２次空気旋回羽根 １５ ３次空気旋回羽根 １６ イグナイタ １７ ２次空気ノズル １８ ３次空気ノズル ２１ 第１次燃焼領域 ２２ 第２次燃焼領域 ２３ 第３次燃焼領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嵐 紀夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 稲田 徹 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 相馬 憲一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 大塚 馨象 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 菱沼 孝夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 微粉炭と１次空気からなる燃料混合気を
噴出する微粉炭ノズルの外周に２次空気を噴出する２次
空気ノズルを設け、その外周に３次空気を噴出する３次
空気ノズルを設け、前記微粉炭ノズルの先端を外方に拡
管し、前記２次空気ノズルと３次空気ノズルにそれぞれ
旋回器を設けて前記２次空気及び３次空気を旋回させて
噴出するようにした微粉炭バーナにより前記微粉炭の燃
焼を行い、前記微粉炭と１次空気からなる燃料混合気と
前記２次空気により該微粉炭バーナ先端近傍に理論空気
量以下の空気量で燃焼して前記微粉炭中の窒素分からＮ
Ｏｘとアンモニア及びシアン系化合物を生成させる前段
燃焼領域を形成し、その後流に該前段燃焼領域からの燃
焼排出物と前記３次空気とによりＮＯｘを還元する燃焼
を行う後段燃焼領域を形成することを特徴とする微粉炭
の燃焼方法。 - 【請求項２】 第１の微粉炭と１次空気からなる燃料混
合気を噴出する第１の微粉炭ノズルの外周に２次空気を
噴出する２次空気ノズルを設け、その外周に３次空気を
噴出する３次空気ノズルを設け、更にその外周に第２の
微粉炭と空気と酸素濃度が３〜５体積％に調整された燃
焼排ガスとからなる燃料混合気を噴出する第２の微粉炭
ノズルを設け、前記第１の微粉炭ノズルの先端を外方に
拡管し、前記２次空気ノズルと３次空気ノズルにそれぞ
れ旋回器を設けて前記２次空気及び３次空気を旋回させ
て噴出するようにした微粉炭バーナにより微粉炭の燃焼
を行い、前記第１の微粉炭ノズルから噴出する燃料混合
気と前記２次空気により前記微粉炭バーナ先端近傍に理
論空気量以下の空気量で燃焼する前段燃焼領域を形成
し、該前段燃焼領域からの燃焼排出物と前記３次空気と
により該前段燃焼領域の後流に後段燃焼領域を形成し、
前記前段燃焼領域と該後段燃焼領域とによって空気比１
以上で燃焼する第１次燃焼領域を構成し、該第１次燃焼
領域の外周上に前記第２の微粉炭ノズルから噴出される
燃料混合気により空気比１未満の燃焼を行って還元性の
熱分解生成物を発生させる第２次燃焼領域を形成し、前
記１次燃焼領域の火炎と該２次燃焼領域の火炎とをその
後流側で合体させて第３次燃焼領域を形成させることを
特徴とする微粉炭の燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4154785A JP2565620B2 (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 微粉炭の燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4154785A JP2565620B2 (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 微粉炭の燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05240410A JPH05240410A (ja) | 1993-09-17 |
| JP2565620B2 true JP2565620B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=15591851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4154785A Expired - Lifetime JP2565620B2 (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 微粉炭の燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2565620B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5962162B2 (ja) * | 2012-04-13 | 2016-08-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶銑の精錬方法 |
| CN110887037B (zh) * | 2019-12-19 | 2024-05-24 | 沈阳环境科学研究院 | 一种加强煤粉气化的低氮燃烧装置 |
| CN115164199B (zh) * | 2022-07-08 | 2024-06-18 | 天津大学 | 氨煤混燃低氮燃烧器、氨煤混燃低氮燃烧炉及其使用方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56119406A (en) * | 1980-02-25 | 1981-09-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Pulverized coal burner |
-
1992
- 1992-06-15 JP JP4154785A patent/JP2565620B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56119406A (en) * | 1980-02-25 | 1981-09-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Pulverized coal burner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05240410A (ja) | 1993-09-17 |
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