JP3308618B2 - 低ＮＯｘ燃焼方法と装置 - Google Patents
低ＮＯｘ燃焼方法と装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置に係り、特に
排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な燃焼方法と
装置に関するものである。
排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な燃焼方法と
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化石燃料を用いた燃焼設備からの燃焼排
ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称す）は
大気汚染物質のひとつとして大きな社会問題となってお
り、最近では酸性雨の原因物質としても取り上げられて
いる。このため、ＮＯｘ低減法は各種の方法が提案さ
れ、かつ実施されている。このＮＯｘ低減法は大別し
て、燃焼の際発生するＮＯｘを燃焼炉内で低減する方法
と、発生したＮＯｘを燃焼炉外で除去する方法とがあ
る。後者は脱硝装置などによる除去であり、ここでは前
者について説明する。
ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称す）は
大気汚染物質のひとつとして大きな社会問題となってお
り、最近では酸性雨の原因物質としても取り上げられて
いる。このため、ＮＯｘ低減法は各種の方法が提案さ
れ、かつ実施されている。このＮＯｘ低減法は大別し
て、燃焼の際発生するＮＯｘを燃焼炉内で低減する方法
と、発生したＮＯｘを燃焼炉外で除去する方法とがあ
る。後者は脱硝装置などによる除去であり、ここでは前
者について説明する。
【０００３】燃焼方法によりＮＯｘを低減する方法とし
ては、２段燃焼法、排ガス混合法など多くの方法があ
る。このうち、２段燃焼法とはバーナから供給する空気
量を理論燃焼空気量より若干少なめにし、すなわち、バ
ーナ空気比（λB＝バーナ投入空気量／理論燃焼空気
量）を１．０未満にして、バーナ部で発生するＮＯｘ量
を抑え、その下流から不足分の空気を供給する方法であ
る。また、排ガス混合法とは、燃焼用空気に燃焼排ガス
を混合してバーナや２段燃焼用の空気ポート（以下ＡＡ
Ｐと称す）からこの排ガスを混合した空気を供給する方
法であり、燃焼用空気中の酸素（Ｏ2）分圧を下げ、火
炎温度を下げることができるので、ＮＯｘ、特に温度依
存性の高いサーマルＮＯｘの発生を抑制することができ
る。なお、排ガス混合法の場合、排ガス中のＯ2分圧が
燃焼限界以上であれば、排ガスのみを用いることもでき
る。これらは、いずれもＮＯｘを低減する方法としては
良く知られており、その効果も大きい。
ては、２段燃焼法、排ガス混合法など多くの方法があ
る。このうち、２段燃焼法とはバーナから供給する空気
量を理論燃焼空気量より若干少なめにし、すなわち、バ
ーナ空気比（λB＝バーナ投入空気量／理論燃焼空気
量）を１．０未満にして、バーナ部で発生するＮＯｘ量
を抑え、その下流から不足分の空気を供給する方法であ
る。また、排ガス混合法とは、燃焼用空気に燃焼排ガス
を混合してバーナや２段燃焼用の空気ポート（以下ＡＡ
Ｐと称す）からこの排ガスを混合した空気を供給する方
法であり、燃焼用空気中の酸素（Ｏ2）分圧を下げ、火
炎温度を下げることができるので、ＮＯｘ、特に温度依
存性の高いサーマルＮＯｘの発生を抑制することができ
る。なお、排ガス混合法の場合、排ガス中のＯ2分圧が
燃焼限界以上であれば、排ガスのみを用いることもでき
る。これらは、いずれもＮＯｘを低減する方法としては
良く知られており、その効果も大きい。
【０００４】２段燃焼の場合、バーナ空気比（λB）を
下げすぎると、バーナで発生するＮＯｘは低下するもの
の、燃焼中間生成物であるシアノラジカル（・ＣＮ）や
アミノラジカル（・ＮＨｉ）が多量に発生し、この中間
生成物が未燃分の燃焼を目的としたＡＡＰからの空気に
よってＮＯｘになってしまうといった問題があった。な
お、ＮＯｘ抑制に最適なバーナ空気比（λB）が存在す
る。一般に、バーナ部で発生するＮＯｘ、・ＣＮおよび
・ＮＨｉの総和が最も少なくなるバーナ空気比であるλ
B＝０．７〜０．９で炉出口でのＮＯｘが低くなると言
われている。
下げすぎると、バーナで発生するＮＯｘは低下するもの
の、燃焼中間生成物であるシアノラジカル（・ＣＮ）や
アミノラジカル（・ＮＨｉ）が多量に発生し、この中間
生成物が未燃分の燃焼を目的としたＡＡＰからの空気に
よってＮＯｘになってしまうといった問題があった。な
お、ＮＯｘ抑制に最適なバーナ空気比（λB）が存在す
る。一般に、バーナ部で発生するＮＯｘ、・ＣＮおよび
・ＮＨｉの総和が最も少なくなるバーナ空気比であるλ
B＝０．７〜０．９で炉出口でのＮＯｘが低くなると言
われている。
【０００５】また、２段燃焼法と排ガス混合法を組み合
わせた低ＮＯｘ燃焼法は、例えば図１０に示すように、
火炉４１には燃焼ガスの流れに沿って、上流からバーナ
４２、ＡＡＰ４３が順に配置されている。そして、各バ
ーナ４２には，燃料配管４７から燃料が、ＡＡＰ４３に
は燃焼用空気配管４５から燃焼用空気と燃焼排ガスが供
給される。燃料配管４７には流量調整器４８が、燃焼用
空気配管４５には燃焼用空気流量調整器４６がそれぞれ
設けられて各々の流体供給量の調節がなされる。ここで
燃焼用空気は燃焼炉４１のガス出口に設けられた熱交換
器５１で熱交換され、空気配管５２を経て流量調整器５
３に流量調節されて燃焼用空気配管４５に供給される。
また、排ガスは燃焼用空気配管４５に接続される排ガス
配管５４から流量調整器５５に流量調節されながら供給
される。このとき、排ガスの一部は配管５６を経由して
流量調整器５７で流量制御されながら燃焼炉４１の下部
ホッパー４９から燃焼炉４１内に供給される。
わせた低ＮＯｘ燃焼法は、例えば図１０に示すように、
火炉４１には燃焼ガスの流れに沿って、上流からバーナ
４２、ＡＡＰ４３が順に配置されている。そして、各バ
ーナ４２には，燃料配管４７から燃料が、ＡＡＰ４３に
は燃焼用空気配管４５から燃焼用空気と燃焼排ガスが供
給される。燃料配管４７には流量調整器４８が、燃焼用
空気配管４５には燃焼用空気流量調整器４６がそれぞれ
設けられて各々の流体供給量の調節がなされる。ここで
燃焼用空気は燃焼炉４１のガス出口に設けられた熱交換
器５１で熱交換され、空気配管５２を経て流量調整器５
３に流量調節されて燃焼用空気配管４５に供給される。
また、排ガスは燃焼用空気配管４５に接続される排ガス
配管５４から流量調整器５５に流量調節されながら供給
される。このとき、排ガスの一部は配管５６を経由して
流量調整器５７で流量制御されながら燃焼炉４１の下部
ホッパー４９から燃焼炉４１内に供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１０で説明した排ガ
ス混合法と２段燃焼法を組み合わせた燃焼法には次のよ
うな問題点がある。すなわち、バーナ４２から供給され
る混合ガス中の排ガス由来のＮＯｘはλB＜１．０にす
るとほとんど還元されるが、ＡＡＰ４３から供給される
混合ガス中に含まれるＮＯｘはほとんど還元されること
はなく、そのまま排出されてしまう問題があった。上記
排ガス混合法と２段燃焼法を組み合わせた燃焼法は、Ａ
ＡＰ４３を未燃分抑制のために使用しており、ＡＡＰ４
３から入ってくるＮＯｘを低減することについては配慮
されておらず、このＮＯｘはそのまま排出されるという
問題があった。そこで本発明の目的は空気と排ガスを混
合して供給するＡＡＰから燃焼炉内に流入するＮＯｘを
できるだけ燃焼炉内で還元して、炉出口のＮＯｘの排出
量を最大限低減することである。
ス混合法と２段燃焼法を組み合わせた燃焼法には次のよ
うな問題点がある。すなわち、バーナ４２から供給され
る混合ガス中の排ガス由来のＮＯｘはλB＜１．０にす
るとほとんど還元されるが、ＡＡＰ４３から供給される
混合ガス中に含まれるＮＯｘはほとんど還元されること
はなく、そのまま排出されてしまう問題があった。上記
排ガス混合法と２段燃焼法を組み合わせた燃焼法は、Ａ
ＡＰ４３を未燃分抑制のために使用しており、ＡＡＰ４
３から入ってくるＮＯｘを低減することについては配慮
されておらず、このＮＯｘはそのまま排出されるという
問題があった。そこで本発明の目的は空気と排ガスを混
合して供給するＡＡＰから燃焼炉内に流入するＮＯｘを
できるだけ燃焼炉内で還元して、炉出口のＮＯｘの排出
量を最大限低減することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって、達成される。すなわち、燃焼炉内の燃焼
ガスの流れの上流側に１段以上のバーナ及び空気ポート
からなる窒素酸化物の還元を目的とした１次燃焼域と該
１次燃焼域の下流側に１段以上の空気ポートからなる燃
焼ガス中の未燃分を燃焼させることを目的とした２次燃
焼域を有し、前記バーナ及び空気ポートに窒素酸化物を
含む空気を混合する構成を備えた燃焼装置において、前
記１次燃焼域のバーナでの理論燃焼空気量に対する空気
量の比率（空気比λ B ）を０．７＜λ B ＜０．９とし、前
記バーナでの空気量と１次燃焼域に配設された上流側エ
アポート（ＡＡＰ３）からの空気量の理論燃焼空気量に
対する比率（λ B ＋上流ＡＡＰ３）を（λ B ＋上流ＡＡＰ
３）＜１．０とし、２次燃焼域の下流側エアポートＡＡ
Ｐ４での空気量の理論燃焼空気量に対する比率（空気比
（λ T ）をλ T ≧１．０とし、かつ、前記バーナ及び空気
ポートより供給された窒素酸化物の還元率が最大となる
ように配分した低ＮＯｘ燃焼方法である。ここで、前記
１次燃焼域には理論空気量より少ない空気を供給し、２
次燃焼域には１次燃焼域での不足分の空気を供給するこ
とでバーナ及び空気ポートより供給された窒素酸化物の
還元率を最大とすることができる。また、前記本発明の
低ＮＯｘ燃焼装置において、２次燃焼域に配置される空
気ポートを構成する燃焼排ガス流れ方向に略直交する方
向に配置される複数の空気ポートの相互の配列間隔のピ
ッチを、燃焼排ガス流れ方向に列状に配置され、１次燃
焼域に配置される空気ポート及びバーナの列相互の間隔
のピッチとをずらしても良い。
構成によって、達成される。すなわち、燃焼炉内の燃焼
ガスの流れの上流側に１段以上のバーナ及び空気ポート
からなる窒素酸化物の還元を目的とした１次燃焼域と該
１次燃焼域の下流側に１段以上の空気ポートからなる燃
焼ガス中の未燃分を燃焼させることを目的とした２次燃
焼域を有し、前記バーナ及び空気ポートに窒素酸化物を
含む空気を混合する構成を備えた燃焼装置において、前
記１次燃焼域のバーナでの理論燃焼空気量に対する空気
量の比率（空気比λ B ）を０．７＜λ B ＜０．９とし、前
記バーナでの空気量と１次燃焼域に配設された上流側エ
アポート（ＡＡＰ３）からの空気量の理論燃焼空気量に
対する比率（λ B ＋上流ＡＡＰ３）を（λ B ＋上流ＡＡＰ
３）＜１．０とし、２次燃焼域の下流側エアポートＡＡ
Ｐ４での空気量の理論燃焼空気量に対する比率（空気比
（λ T ）をλ T ≧１．０とし、かつ、前記バーナ及び空気
ポートより供給された窒素酸化物の還元率が最大となる
ように配分した低ＮＯｘ燃焼方法である。ここで、前記
１次燃焼域には理論空気量より少ない空気を供給し、２
次燃焼域には１次燃焼域での不足分の空気を供給するこ
とでバーナ及び空気ポートより供給された窒素酸化物の
還元率を最大とすることができる。また、前記本発明の
低ＮＯｘ燃焼装置において、２次燃焼域に配置される空
気ポートを構成する燃焼排ガス流れ方向に略直交する方
向に配置される複数の空気ポートの相互の配列間隔のピ
ッチを、燃焼排ガス流れ方向に列状に配置され、１次燃
焼域に配置される空気ポート及びバーナの列相互の間隔
のピッチとをずらしても良い。
【０００８】本発明の上記目的は次の構成によって、達
成される。すなわち、燃焼炉内の燃焼ガスの流れの上流
側に１段以上のバーナ及び空気ポートからなる窒素酸化
物の還元を目的とした１次燃焼域と該１次燃焼域の下流
側に１段以上の空気ポートからなる燃焼ガス中の未燃分
を燃焼させることを目的とした２次燃焼域を有し、前記
バーナ及び空気ポートに窒素酸化物を含む空気を混合す
る構成を備えた燃焼装置において、２次燃焼域に配設さ
れた最上流段の空気ポートと１次燃焼域の最下流段の空
気ポートとの燃焼排ガス流れ方向の間隔を他の各段相互
の空気ポート間隔より大きくした低ＮＯｘ燃焼装置であ
る。ここで、２次燃焼域に配設された空気ポートは燃焼
排ガスに対して直進流と旋回流の組み合わせからなるら
旋回状態のガスを噴出させるデュアル型ポートとするこ
と、または、２次燃焼域に配設された空気ポートは燃焼
炉内の燃焼排ガス流れに直交する方向または燃焼排ガス
流れに沿う方向にガス噴出方向を持ち、１次燃焼域に配
設された空気ポートは燃焼ガスの流れに対向する方向に
ガス噴出方向を持つようにする構成を採用することがで
きる。なお、本発明においては、１次燃焼域とは空気比
が１．０未満である燃焼領域をいい、２次燃焼域とは空
気比が１．０以上である燃焼領域を言うものとし、ま
た、空気ポートには空気と燃焼排ガスの少なくともいず
れかが供給できるものとする。
成される。すなわち、燃焼炉内の燃焼ガスの流れの上流
側に１段以上のバーナ及び空気ポートからなる窒素酸化
物の還元を目的とした１次燃焼域と該１次燃焼域の下流
側に１段以上の空気ポートからなる燃焼ガス中の未燃分
を燃焼させることを目的とした２次燃焼域を有し、前記
バーナ及び空気ポートに窒素酸化物を含む空気を混合す
る構成を備えた燃焼装置において、２次燃焼域に配設さ
れた最上流段の空気ポートと１次燃焼域の最下流段の空
気ポートとの燃焼排ガス流れ方向の間隔を他の各段相互
の空気ポート間隔より大きくした低ＮＯｘ燃焼装置であ
る。ここで、２次燃焼域に配設された空気ポートは燃焼
排ガスに対して直進流と旋回流の組み合わせからなるら
旋回状態のガスを噴出させるデュアル型ポートとするこ
と、または、２次燃焼域に配設された空気ポートは燃焼
炉内の燃焼排ガス流れに直交する方向または燃焼排ガス
流れに沿う方向にガス噴出方向を持ち、１次燃焼域に配
設された空気ポートは燃焼ガスの流れに対向する方向に
ガス噴出方向を持つようにする構成を採用することがで
きる。なお、本発明においては、１次燃焼域とは空気比
が１．０未満である燃焼領域をいい、２次燃焼域とは空
気比が１．０以上である燃焼領域を言うものとし、ま
た、空気ポートには空気と燃焼排ガスの少なくともいず
れかが供給できるものとする。
【０００９】
【作用】１次燃焼域では燃料バーナや空気と排ガスを混
合して供給する空気ポートから供給された排ガス由来の
ＮＯｘの還元率が最大となるように、１次燃焼域用の空
気ポートから供給する空気量と２次燃焼域用の空気ポー
トから供給する空気量とを配分する。こうして、１次燃
焼域に供給された排ガス由来のＮＯｘ、さらには燃焼に
よって生じたＮＯｘは１次燃焼域の空気比が１．０未満
であるため、還元雰囲気での反応となり、無害な窒素
（Ｎ2）ガスに還元される。さらに、燃焼炉内の１次燃
焼域の燃焼排ガスがその下流にある２次燃焼域の燃焼排
ガスにできるだけ混合しないように、１次燃焼域および
２次燃焼域の各空気ポートの噴出方向をガス混合を抑制
するようにそれぞれ設定して還元域を確保すると１次燃
焼域のバーナからの噴出流により１次燃焼域の空気ポー
トから炉内に供給されるＮＯｘ含有排ガスの還元が促進
される。それによって、バーナのみならず、ほとんど還
元することが不可能であった下段ＡＡＰから供給された
ＮＯｘの一部を還元することができる。
合して供給する空気ポートから供給された排ガス由来の
ＮＯｘの還元率が最大となるように、１次燃焼域用の空
気ポートから供給する空気量と２次燃焼域用の空気ポー
トから供給する空気量とを配分する。こうして、１次燃
焼域に供給された排ガス由来のＮＯｘ、さらには燃焼に
よって生じたＮＯｘは１次燃焼域の空気比が１．０未満
であるため、還元雰囲気での反応となり、無害な窒素
（Ｎ2）ガスに還元される。さらに、燃焼炉内の１次燃
焼域の燃焼排ガスがその下流にある２次燃焼域の燃焼排
ガスにできるだけ混合しないように、１次燃焼域および
２次燃焼域の各空気ポートの噴出方向をガス混合を抑制
するようにそれぞれ設定して還元域を確保すると１次燃
焼域のバーナからの噴出流により１次燃焼域の空気ポー
トから炉内に供給されるＮＯｘ含有排ガスの還元が促進
される。それによって、バーナのみならず、ほとんど還
元することが不可能であった下段ＡＡＰから供給された
ＮＯｘの一部を還元することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明の実施例に係るボイラ火炉の構成を
示す。なお、この図では、空気ポート（ＡＡＰ）を２段
にした場合を示す。燃焼排ガスの流れに沿って、上流側
から順に火炉１にはバーナ２、１次燃焼域に配置した上
流ＡＡＰ３、そして２次燃焼域に配置した下流ＡＡＰ４
と配置されている。そして、各バーナ２、ＡＡＰ３およ
びＡＡＰ４には予め混合された空気とＮＯｘを含む燃焼
排ガスとの混合ガスが燃焼用空気として配管５から供給
される。配管５には流量調整器６が設けられている。ま
た、バーナ２には流量調整器８を持つ燃料配管７を通し
て燃料も供給される。また、この図には示していない
が、バーナ２上流側の火炉１のホッパー部９から排ガス
を供給することもできる。さらに、空気に混合する燃料
排ガスやホッパー部９に供給する燃焼排ガスは火炉１か
ら排出される排ガスでも、他の燃焼設備からの排ガスで
も良く、燃焼排ガス中のＯ2分圧が燃焼限界以上であれ
ば、空気と混合する必要はなく、燃焼排ガスのみを燃焼
用空気として用いることもできる。
する。図１は本発明の実施例に係るボイラ火炉の構成を
示す。なお、この図では、空気ポート（ＡＡＰ）を２段
にした場合を示す。燃焼排ガスの流れに沿って、上流側
から順に火炉１にはバーナ２、１次燃焼域に配置した上
流ＡＡＰ３、そして２次燃焼域に配置した下流ＡＡＰ４
と配置されている。そして、各バーナ２、ＡＡＰ３およ
びＡＡＰ４には予め混合された空気とＮＯｘを含む燃焼
排ガスとの混合ガスが燃焼用空気として配管５から供給
される。配管５には流量調整器６が設けられている。ま
た、バーナ２には流量調整器８を持つ燃料配管７を通し
て燃料も供給される。また、この図には示していない
が、バーナ２上流側の火炉１のホッパー部９から排ガス
を供給することもできる。さらに、空気に混合する燃料
排ガスやホッパー部９に供給する燃焼排ガスは火炉１か
ら排出される排ガスでも、他の燃焼設備からの排ガスで
も良く、燃焼排ガス中のＯ2分圧が燃焼限界以上であれ
ば、空気と混合する必要はなく、燃焼排ガスのみを燃焼
用空気として用いることもできる。
【００１１】次に、図１に示した本実施例の火炉１のバ
ーナ２、上流ＡＡＰ３および下流ＡＡＰ４の空気比（空
気量）の関係を説明する。まず、バーナ空気比（λB）
については、λB＜１．０となると共にＮＯｘは急激に
減少する。しかし、先にも述べたようにさらに、λBを
下げてλB＜０．７にすると、・ＣＮや・ＮＨｉが発生
し、これが下流のＡＡＰ３、４からの空気により酸化さ
れ、ＮＯｘとなってしまう。このため、ＮＯｘ低減に効
果的なλBの範囲は１．０未満でかつ０．７以上である
ことが分かった。さらに、λB＜１．０の領域でも、わ
ずかであるがＮＯｘはλBを下げるにしたがって減少し
ており、望ましくは０．７＜λB＜０．９であるといえ
る。
ーナ２、上流ＡＡＰ３および下流ＡＡＰ４の空気比（空
気量）の関係を説明する。まず、バーナ空気比（λB）
については、λB＜１．０となると共にＮＯｘは急激に
減少する。しかし、先にも述べたようにさらに、λBを
下げてλB＜０．７にすると、・ＣＮや・ＮＨｉが発生
し、これが下流のＡＡＰ３、４からの空気により酸化さ
れ、ＮＯｘとなってしまう。このため、ＮＯｘ低減に効
果的なλBの範囲は１．０未満でかつ０．７以上である
ことが分かった。さらに、λB＜１．０の領域でも、わ
ずかであるがＮＯｘはλBを下げるにしたがって減少し
ており、望ましくは０．７＜λB＜０．９であるといえ
る。
【００１２】次に、１次燃焼域に配設された上流ＡＡＰ
３からの空気量は、この空気（ＮＯｘを含む排ガスと空
気との混合ガス）中に含まれるＮＯｘを還元する必要が
あるため、バーナ２からの空気量とこの上流ＡＡＰ３か
らの空気量の合計が理論燃焼空気量より若干少なめにな
るように設定し、１次燃焼域を還元雰囲気（空気比λB
＋上流ＡＡＰ＜１．０）にすることが必要である。
３からの空気量は、この空気（ＮＯｘを含む排ガスと空
気との混合ガス）中に含まれるＮＯｘを還元する必要が
あるため、バーナ２からの空気量とこの上流ＡＡＰ３か
らの空気量の合計が理論燃焼空気量より若干少なめにな
るように設定し、１次燃焼域を還元雰囲気（空気比λB
＋上流ＡＡＰ＜１．０）にすることが必要である。
【００１３】さらに、下流ＡＡＰ４から２次燃焼域に供
給される空気量は、ボイラ出口排ガス中の未燃分（一酸
化炭素（ＣＯ）など）が規制値を超えない程度まで極力
少なくすることが必要である。なぜなら、先にも述べた
ように、この下流ＡＡＰ４から火炉１内へ供給される排
ガスを含んだ空気中のＮＯｘは、２次燃焼域の空気比
（λT）が１．０以上であるため、酸化雰囲気となり、
ほとんど還元されないからである。以上から、ＮＯｘ低
減のためのボイラ火炉１内の各燃焼域での空気比は図２
のようになる。
給される空気量は、ボイラ出口排ガス中の未燃分（一酸
化炭素（ＣＯ）など）が規制値を超えない程度まで極力
少なくすることが必要である。なぜなら、先にも述べた
ように、この下流ＡＡＰ４から火炉１内へ供給される排
ガスを含んだ空気中のＮＯｘは、２次燃焼域の空気比
（λT）が１．０以上であるため、酸化雰囲気となり、
ほとんど還元されないからである。以上から、ＮＯｘ低
減のためのボイラ火炉１内の各燃焼域での空気比は図２
のようになる。
【００１４】なお、実験炉を用いて、上記効果を検討し
たところ図３のようになった。この実験では燃料として
プロパン（Ｃ3Ｈ8）を用い、空気中のＮＯｘ濃度を約１
００ｐｐｍに調整した。また、バーナ空気比（λB）＝
０．８、炉出口での空気比（λT）＝１．１、供給した
燃焼用空気のＯ2分圧は１６％でそれぞれ一定とし、上
流ＡＡＰ３と下流ＡＡＰ４からの空気量の比率を変化さ
せて実験した。この結果、図３からも明らかなように、
ＮＯｘ濃度の最も低くなるのは、上流ＡＡＰ３からの空
気量とバーナ２からの空気量との合計が理論燃焼空気量
より若干少なくなる点であることが分かった。このこと
は上流ＡＡＰ３と下流ＡＡＰ４との空気量をほぼ均等に
配分すれば良いこと及び全ＡＡＰ空気量に対する上流Ａ
ＡＰ３の空気量はほぼ半分にすれば良いことを示してい
る。この傾向はプロパンに限らずすべての化石燃料（ガ
ス、油、石炭）で認められた。要するに、低ＮＯｘ化の
ためには、バーナ２と上流ＡＡＰ３とからなる１次燃焼
域に供給する空気量と下流ＡＡＰ４からなる２次燃焼域
に供給する空気量との比率には最適値があり、この試験
では１次燃焼域からの空気量を理論燃焼空気量より若干
少なくした時、最もＮＯｘ濃度が低くなることが分かっ
た。
たところ図３のようになった。この実験では燃料として
プロパン（Ｃ3Ｈ8）を用い、空気中のＮＯｘ濃度を約１
００ｐｐｍに調整した。また、バーナ空気比（λB）＝
０．８、炉出口での空気比（λT）＝１．１、供給した
燃焼用空気のＯ2分圧は１６％でそれぞれ一定とし、上
流ＡＡＰ３と下流ＡＡＰ４からの空気量の比率を変化さ
せて実験した。この結果、図３からも明らかなように、
ＮＯｘ濃度の最も低くなるのは、上流ＡＡＰ３からの空
気量とバーナ２からの空気量との合計が理論燃焼空気量
より若干少なくなる点であることが分かった。このこと
は上流ＡＡＰ３と下流ＡＡＰ４との空気量をほぼ均等に
配分すれば良いこと及び全ＡＡＰ空気量に対する上流Ａ
ＡＰ３の空気量はほぼ半分にすれば良いことを示してい
る。この傾向はプロパンに限らずすべての化石燃料（ガ
ス、油、石炭）で認められた。要するに、低ＮＯｘ化の
ためには、バーナ２と上流ＡＡＰ３とからなる１次燃焼
域に供給する空気量と下流ＡＡＰ４からなる２次燃焼域
に供給する空気量との比率には最適値があり、この試験
では１次燃焼域からの空気量を理論燃焼空気量より若干
少なくした時、最もＮＯｘ濃度が低くなることが分かっ
た。
【００１５】以上の実施例ではＡＡＰ３、４を１次燃焼
域と２次燃焼域にそれぞれ１段づつ配設して、合計２段
にした場合について記述しているが、各々の燃焼域のＡ
ＡＰ３、４をそれぞれ複数段とした場合にも、１次燃焼
域に供給されるガス中の空気比を１．０未満にすること
により同様の効果が得られる。ＡＡＰ３、４の火炉１内
での配設は図１に示すように１次燃焼域と２次燃焼域と
にそれぞれ少なくとも１段以上設ける構造だけでなく、
図４に示すように、ＡＡＰ３、４を１段のみ設け、この
ＡＡＰ３、４の各ポートを１次燃焼域と２次燃焼域にガ
スを噴出できる構造（図４（ａ））、ひとつおきにポー
トのガス噴出方向を１次燃焼域と２次燃焼域に交互に振
り分ける構造（図４（ｂ））を採用することもできる。
図４に示すＡＡＰ３、４は、例えば既存のボイラ火炉１
を改造してＡＡＰ３、４を追設する場合等に適してい
る。
域と２次燃焼域にそれぞれ１段づつ配設して、合計２段
にした場合について記述しているが、各々の燃焼域のＡ
ＡＰ３、４をそれぞれ複数段とした場合にも、１次燃焼
域に供給されるガス中の空気比を１．０未満にすること
により同様の効果が得られる。ＡＡＰ３、４の火炉１内
での配設は図１に示すように１次燃焼域と２次燃焼域と
にそれぞれ少なくとも１段以上設ける構造だけでなく、
図４に示すように、ＡＡＰ３、４を１段のみ設け、この
ＡＡＰ３、４の各ポートを１次燃焼域と２次燃焼域にガ
スを噴出できる構造（図４（ａ））、ひとつおきにポー
トのガス噴出方向を１次燃焼域と２次燃焼域に交互に振
り分ける構造（図４（ｂ））を採用することもできる。
図４に示すＡＡＰ３、４は、例えば既存のボイラ火炉１
を改造してＡＡＰ３、４を追設する場合等に適してい
る。
【００１６】さらに、以下のように火炉１内のバーナ２
とＡＡＰ３、４を配置することによりＮＯｘ濃度の低減
が図れる。図５は、ボイラを缶前側から見た時のバーナ
２およびＡＡＰ３、４の配置である。２次燃焼域のＡＡ
Ｐ４（図５ではＡＡＰ４は１段のみの場合である。）以
外のＡＡＰ３は各段のバーナ２で構成される上下方向の
列上、すなわち、バーナ２と同じ列上に配置されてお
り、当該ＡＡＰ３から火炉１内に供給されるガス（空気
と排ガスとの混合ガス）流れとバーナ２から供給される
燃料流れとの混合が促進されるようになっている。一
方、２次燃焼域のＡＡＰ４の横方向のポートの配列間隔
のピッチは、できるだけ火炉１内で還元領域が大きく形
成されるように、バーナ２や他のＡＡＰ３段の各段の横
方向のポートの配列間隔ピッチとは半ピッチづつずれる
ように配置する。このように配列をずらすことにより、
２次燃焼域のＡＡＰ４からのガス流れは、これより上流
からの火炉１内のガス流れとの混合が抑制され、火炉１
内により大きな還元領域を形成することができる。
とＡＡＰ３、４を配置することによりＮＯｘ濃度の低減
が図れる。図５は、ボイラを缶前側から見た時のバーナ
２およびＡＡＰ３、４の配置である。２次燃焼域のＡＡ
Ｐ４（図５ではＡＡＰ４は１段のみの場合である。）以
外のＡＡＰ３は各段のバーナ２で構成される上下方向の
列上、すなわち、バーナ２と同じ列上に配置されてお
り、当該ＡＡＰ３から火炉１内に供給されるガス（空気
と排ガスとの混合ガス）流れとバーナ２から供給される
燃料流れとの混合が促進されるようになっている。一
方、２次燃焼域のＡＡＰ４の横方向のポートの配列間隔
のピッチは、できるだけ火炉１内で還元領域が大きく形
成されるように、バーナ２や他のＡＡＰ３段の各段の横
方向のポートの配列間隔ピッチとは半ピッチづつずれる
ように配置する。このように配列をずらすことにより、
２次燃焼域のＡＡＰ４からのガス流れは、これより上流
からの火炉１内のガス流れとの混合が抑制され、火炉１
内により大きな還元領域を形成することができる。
【００１７】図６はボイラ缶側面部から見た場合の火炉
１内のガスの流れに沿ったＡＡＰ３、４の各段の上下方
向のポート間隔および最下流（最上段）バーナ段２と最
上流下段（最下段）ＡＡＰ段３との間隔を示す。前記各
間隔を図６のように定義すると、すなわち、最下流段バ
ーナ２と最上流段ＡＡＰ３との間隔をＬ1，最上流段Ａ
ＡＰ３とその上流のＡＡＰ段３、４との間隔をＬi（ｉ
＝２，３，４・・・）とすると、Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，・・
・Ｌi-1＜Ｌiとなるように配置する。すなわち、１次燃
焼域と２次燃焼域との間隔をその他の間隔より大きくす
る。２次燃焼域のＡＡＰ４以外のＡＡＰ３からの流れは
上流からの流れとの混合が促進されるとともに、２次燃
焼域のＡＡＰ４から供給されるガス流れは混合が抑制さ
れる。さらに、このような配置にすることにより、ＡＡ
Ｐ多段化による火炉高さ増大などの欠点をある程度、緩
和することができる。
１内のガスの流れに沿ったＡＡＰ３、４の各段の上下方
向のポート間隔および最下流（最上段）バーナ段２と最
上流下段（最下段）ＡＡＰ段３との間隔を示す。前記各
間隔を図６のように定義すると、すなわち、最下流段バ
ーナ２と最上流段ＡＡＰ３との間隔をＬ1，最上流段Ａ
ＡＰ３とその上流のＡＡＰ段３、４との間隔をＬi（ｉ
＝２，３，４・・・）とすると、Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，・・
・Ｌi-1＜Ｌiとなるように配置する。すなわち、１次燃
焼域と２次燃焼域との間隔をその他の間隔より大きくす
る。２次燃焼域のＡＡＰ４以外のＡＡＰ３からの流れは
上流からの流れとの混合が促進されるとともに、２次燃
焼域のＡＡＰ４から供給されるガス流れは混合が抑制さ
れる。さらに、このような配置にすることにより、ＡＡ
Ｐ多段化による火炉高さ増大などの欠点をある程度、緩
和することができる。
【００１８】同様に、２次燃焼域のＡＡＰ４の混合を抑
制し、それ以外のＡＡＰ３からの流れの混合を促進する
方法としては、図７に示すように２次燃焼域のＡＡＰ４
を直進流と旋回流を組み合せたいわゆるデュアル型のＡ
ＡＰ構造とし、それ以外のＡＡＰ３を直進流のみの構造
とすることができる。さらに、別の構造として図８（図
８ではＡＡＰ４は１段のみ）と図９に示すように、ＡＡ
Ｐ３、４からの混合ガスの噴出方向を、２次燃焼域のＡ
ＡＰ４とそれ以外のＡＡＰ３とで分け、２次燃焼域のＡ
ＡＰ４は火炉１内の燃焼ガスに対して直交する方向ある
いは若干ガス流れの下流方向（図中では上向き）に噴出
し、それ以外のＡＡＰ３は若干ガス流れの上流方向（図
中では下向き）に噴出するようにすることもできる。
制し、それ以外のＡＡＰ３からの流れの混合を促進する
方法としては、図７に示すように２次燃焼域のＡＡＰ４
を直進流と旋回流を組み合せたいわゆるデュアル型のＡ
ＡＰ構造とし、それ以外のＡＡＰ３を直進流のみの構造
とすることができる。さらに、別の構造として図８（図
８ではＡＡＰ４は１段のみ）と図９に示すように、ＡＡ
Ｐ３、４からの混合ガスの噴出方向を、２次燃焼域のＡ
ＡＰ４とそれ以外のＡＡＰ３とで分け、２次燃焼域のＡ
ＡＰ４は火炉１内の燃焼ガスに対して直交する方向ある
いは若干ガス流れの下流方向（図中では上向き）に噴出
し、それ以外のＡＡＰ３は若干ガス流れの上流方向（図
中では下向き）に噴出するようにすることもできる。
【００１９】以上は、いずれも、理論空気量よりも少な
い還元雰囲気に供給するＡＡＰ３からの混合ガスの火炉
１内での混合を促進し、一方、酸化雰囲気となる２次燃
焼域のＡＡＰ４からの混合ガスの混合を抑制し、火炉１
内に供給されるＮＯｘや燃焼によって生ずるＮＯｘを効
果的に還元し、ＮＯｘを低減しようとするものである。
い還元雰囲気に供給するＡＡＰ３からの混合ガスの火炉
１内での混合を促進し、一方、酸化雰囲気となる２次燃
焼域のＡＡＰ４からの混合ガスの混合を抑制し、火炉１
内に供給されるＮＯｘや燃焼によって生ずるＮＯｘを効
果的に還元し、ＮＯｘを低減しようとするものである。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、２段燃焼と排ガス混合
によってＮＯｘ低減を図ったボイラにおいて、さらに、
混合する排ガス中に含まれるＮＯｘ、とりわけ、還元す
ることが不可能とされてきたＡＡＰから供給されるガス
中のＮＯｘの一部を無害やＮ2ガスに効果的に還元する
ことができるので、大幅なＮＯｘ低減の効果がある。特
に、ＮＯｘを多量に含む排ガスを空気に混合して燃焼用
空気として用いる場合に、本発明の効果は大きくなる。
によってＮＯｘ低減を図ったボイラにおいて、さらに、
混合する排ガス中に含まれるＮＯｘ、とりわけ、還元す
ることが不可能とされてきたＡＡＰから供給されるガス
中のＮＯｘの一部を無害やＮ2ガスに効果的に還元する
ことができるので、大幅なＮＯｘ低減の効果がある。特
に、ＮＯｘを多量に含む排ガスを空気に混合して燃焼用
空気として用いる場合に、本発明の効果は大きくなる。
【図１】 本発明のボイラ装置の一実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】 図１のボイラ火炉内における各領域での空気
比を示す図である。
比を示す図である。
【図３】 本発明の一実施例の実験炉による１次燃料域
での空気比と火炉から排出されるガス中のＮＯｘ濃度と
の関係を示すグラフの図である。
での空気比と火炉から排出されるガス中のＮＯｘ濃度と
の関係を示すグラフの図である。
【図４】 本発明の一実施例のＡＡＰの配設例を示す図
である。
である。
【図５】 本発明の一実施例のバーナとＡＡＰの配列を
示す図である。
示す図である。
【図６】 本発明の一実施例のバーナとＡＡＰの配列を
示す図である。
示す図である。
【図７】 本発明の一実施例のバーナとＡＡＰからの混
合ガスの噴出方向を示す図である。
合ガスの噴出方向を示す図である。
【図８】 本発明の一実施例のＡＡＰからのガスの噴出
方向を示す図である。
方向を示す図である。
【図９】 図８のバーナとＡＡＰからの混合ガスの噴出
方向を示す図である。
方向を示す図である。
【図１０】 従来のボイラ装置を示す図である。
１…火炉、２…バーナ、３…１次燃焼域空気ポート（Ａ
ＡＰ）、４…２次燃焼域空気ポート、５…空気配管、
６、８…流量調整器 ７…燃料配管、９…ホッパー部
ＡＰ）、４…２次燃焼域空気ポート、５…空気配管、
６、８…流量調整器 ７…燃料配管、９…ホッパー部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−134405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−285304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−24106（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−32809（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 11/00
Claims (6)
- 【請求項１】 燃焼炉内の燃焼ガスの流れの上流側に１
段以上のバーナ及び空気ポートからなる窒素酸化物の還
元を目的とした１次燃焼域と該１次燃焼域の下流側に１
段以上の空気ポートからなる燃焼ガス中の未燃分を燃焼
させることを目的とした２次燃焼域を有し、前記バーナ
及び空気ポートに窒素酸化物を含む空気を混合する構成
を備えた燃焼装置において、前記１次燃焼域のバーナでの理論燃焼空気量に対する空
気量の比率（空気比λ B ）を０．７＜λ B ＜０．９とし、
前記バーナでの空気量と１次燃焼域に配設された上流側
エアポート（ＡＡＰ３）からの空気量の理論燃焼空気量
に対する比率（λ B ＋上流ＡＡＰ３）を（λ B ＋上流ＡＡ
Ｐ３）＜１．０とし、２次燃焼域の下流側エアポートＡ
ＡＰ４での空気量の理論燃焼空気量に対する比率（空気
比（λ T ）をλ T ≧１．０とし、 かつ、前記バーナ及び空気ポートより供給された窒素酸
化物の還元率が最大となるように配分したことを特徴と
する低ＮＯｘ燃焼方法。 - 【請求項２】 １次燃焼域には理論空気量より少ない空
気を供給し、２次燃焼域には１次燃焼域での不足分の空
気を供給することを特徴とする請求項１記載の低ＮＯｘ
燃焼方法。 - 【請求項３】 ２次燃焼域に配置される空気ポートを構
成する燃焼排ガスの流れ方向に略直交する方向に配置さ
れる複数の空気ポートの相互の配列間隔のピッチを、燃
焼排ガス流れ方向に列状に配置され、１次燃焼域に配置
される空気ポート及びバーナの列相互の間隔のピッチと
は、ずらしたことを特徴とする請求項１記載の低ＮＯｘ
燃焼装置。 - 【請求項４】 燃焼炉内の燃焼ガスの流れの上流側に１
段以上のバーナ及び空気ポートからなる窒素酸化物の還
元を目的とした１次燃焼域と該１次燃焼域の下流側に１
段以上の空気ポートからなる燃焼ガス中の未燃分を燃焼
させることを目的とした２次燃焼域を有し、前記バーナ
及び空気ポートに窒素酸化物を含む空気を混合する構成
を備えた燃焼装置において、 ２次燃焼域に配設された最上流段の空気ポートと１次燃
焼域の最下流段の空気ポートとの燃焼排ガス流れ方向の
間隔を他の各段相互の空気ポート間隔より大きくしたこ
とを特徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。 - 【請求項５】 ２次燃焼域に配設された空気ポートは燃
焼排ガスに対して直進流と旋回流の組み合わせからなる
ら旋回状態のガスを噴出させるデュアル型ポートとした
ことを特徴とする請求項４記載の低ＮＯｘ燃焼装置。 - 【請求項６】 ２次燃焼域に配設された空気ポートは燃
焼炉内の燃焼排ガス流れに直交する方向または燃焼排ガ
ス流れに沿う方向にガス噴出方向を持ち、１次燃焼域に
配設された空気ポートは燃焼ガスの流れに対向する方向
にガス噴出方向を持つことを特徴とする請求項４記載の
低ＮＯｘ燃焼装置。」
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00142893A JP3308618B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 低ＮＯｘ燃焼方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00142893A JP3308618B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 低ＮＯｘ燃焼方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201105A JPH06201105A (ja) | 1994-07-19 |
| JP3308618B2 true JP3308618B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=11501190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00142893A Expired - Fee Related JP3308618B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 低ＮＯｘ燃焼方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308618B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2005229668B2 (en) | 2004-11-04 | 2008-03-06 | Babcock-Hitachi K.K. | Overfiring air port, method for manufacturing air port, boiler, boiler facility, method for operating boiler facility and method for improving boiler facility |
| US20100031858A1 (en) | 2006-11-08 | 2010-02-11 | Akihito Orii | Pulverized Coal Boiler |
| KR101435371B1 (ko) | 2012-10-16 | 2014-08-29 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | CO, NOx 개별 제어 방식을 이용한 저공해 연소방법 |
| WO2017126240A1 (ja) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | アフタエアポート及びこれを備えた燃焼装置 |
-
1993
- 1993-01-07 JP JP00142893A patent/JP3308618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06201105A (ja) | 1994-07-19 |
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