JP5399750B2 - Pulverized coal combustion apparatus and pulverized coal combustion method using pulverized coal combustion apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、微粉炭燃焼装置および微粉炭燃焼装置を用いた微粉炭燃焼方法に関するものである。   The present invention relates to a pulverized coal combustion apparatus and a pulverized coal combustion method using the pulverized coal combustion apparatus.

燃料中の窒素分や空気中の窒素分が燃焼時に酸化されて生じる窒素酸化物すなわちＮＯｘは、大気汚染物質であり、規制値以下に低減させなければならない。特に、石炭の燃焼においては、他の気体燃料や液体燃料に比べて、燃料中の窒素含有量が多い。したがって、石炭の燃焼時に生じるＮＯｘ量は、気体燃料などの燃焼時に生じるＮＯｘ量より多い。そのため、石炭の燃焼においてＮＯｘ量の抑制は、特に重要である。   Nitrogen oxides, that is, NOx generated by oxidation of nitrogen in fuel and nitrogen in air during combustion, is an air pollutant and must be reduced below the regulation value. In particular, in the combustion of coal, the nitrogen content in the fuel is higher than in other gaseous fuels and liquid fuels. Therefore, the amount of NOx generated during combustion of coal is larger than the amount of NOx generated during combustion of gaseous fuel or the like. Therefore, suppression of NOx amount is particularly important in coal combustion.

ＮＯｘを抑制する方法として、２段階燃焼法がある。この方法は、バーナの燃焼空気通路に旋回べーンを設け、燃焼用空気を旋回流として供給する。燃焼用空気を旋回流で供給すると、空気はノズルから噴射後、旋回に伴う遠心力によりバーナの外側に向かって流れる。バーナ出口近傍では、微粉炭と燃焼用空気とは混合せず、微粉炭は低い空気比条件で燃焼する。つまり、火炎内のバーナ出口近傍では空気不足の燃料過剰燃焼を行って還元雰囲気を拡大し、火炎の後段では酸素濃度の高い燃焼を行うようにしたものである。バーナ近傍の還元雰囲気では、石炭中の窒素分は、主にシアン化水素（ＨＣＮ）やアンモニア（ＮＨ３）などの還元性窒素化合物として放出される。これらの還元性窒素化合物は、還元雰囲気でＮＯｘを還元する効果を有するので、ＮＯｘの生成量を抑制することができる。このように、石炭の燃焼において、還元雰囲気が形成される領域を拡大することは、ＮＯｘの抑制の観点から広く合理的である。このような方法は、例えば、特許文献１などに開示されている。   As a method for suppressing NOx, there is a two-stage combustion method. In this method, a swirl vane is provided in the combustion air passage of the burner, and combustion air is supplied as a swirl flow. When combustion air is supplied in a swirling flow, the air flows from the nozzle and then flows toward the outside of the burner due to the centrifugal force associated with the swirling. In the vicinity of the burner outlet, the pulverized coal and the combustion air are not mixed, and the pulverized coal burns under a low air ratio condition. That is, in the vicinity of the burner outlet in the flame, excess fuel combustion with insufficient air is performed to expand the reducing atmosphere, and combustion with a high oxygen concentration is performed after the flame. In the reducing atmosphere near the burner, the nitrogen content in the coal is released mainly as reducing nitrogen compounds such as hydrogen cyanide (HCN) and ammonia (NH3). Since these reducing nitrogen compounds have an effect of reducing NOx in a reducing atmosphere, the amount of NOx produced can be suppressed. Thus, in the combustion of coal, expanding the region where the reducing atmosphere is formed is widely rational from the viewpoint of NOx suppression. Such a method is disclosed in Patent Document 1, for example.

また、特許文献２には、燃料ノズルの中に旋回発生器を設置し、搬送用空気と微粉炭を含む一次空気に旋回を与え、微粉炭を遠心力により外周側に集め高濃度の領域が形成されるようにし、その後、燃料ノズルから噴出されたときに微粉炭の飛散を防ぐため、整流板を設け、これにより一次空気の旋回が止められてから噴出されるようにした技術が開示されている。   In Patent Document 2, a swirl generator is installed in a fuel nozzle, swirling is performed on primary air including carrier air and pulverized coal, and pulverized coal is collected on the outer peripheral side by centrifugal force to provide a high concentration region. In order to prevent the pulverized coal from being scattered when ejected from the fuel nozzle, a technology is provided to rectify the primary air so that the primary air is stopped from swirling. ing.

また、特許文献３には、微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に同心円状に配置された空気ノズルを備えた微粉炭バーナにおいて、微粉炭ノズルから噴出される微粉炭を含む一次空気の噴流が、バーナの中心線に対して周方向に微粉炭の濃度分布を持ち、微粉炭の高濃度部分が前記中心線から放射状に形成されるように構成した微粉炭バーナが開示されている。この特許文献３に記載の技術は、噴射口付近で逆流域を作り出し、噴射口付近に高温の還元雰囲気を形成することおよび着火を促進することを目的とする技術である。   Moreover, in patent document 3, in the pulverized coal burner provided with the pulverized coal nozzle and the air nozzle arrange | positioned concentrically on the outer periphery of this pulverized coal nozzle, the primary air containing the pulverized coal ejected from the pulverized coal nozzle There is disclosed a pulverized coal burner configured such that the jet has a pulverized coal concentration distribution in the circumferential direction with respect to the center line of the burner, and a high concentration portion of the pulverized coal is formed radially from the center line. The technique described in Patent Document 3 is a technique for creating a reverse flow region in the vicinity of the injection port, forming a high-temperature reducing atmosphere in the vicinity of the injection port, and promoting ignition.

特開昭５７−７３３０５号公報JP-A-57-73305 特開平９−１５９１０９号公報JP-A-9-159109 特開２０００−３１４５０８号公報JP 2000-314508 A

しかしながら、上記説明したような従来方式のバーナでは、バーナ近傍での還元雰囲気の形成は可能であるが、バーナから離れた領域での還元雰囲気の形成ができない。   However, the conventional burner as described above can form a reducing atmosphere in the vicinity of the burner, but cannot form a reducing atmosphere in a region away from the burner.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、バーナから離れた領域においても還元雰囲気を形成することで、還元雰囲気を広範囲に形成することができる技術を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique capable of forming a reducing atmosphere in a wide range by forming a reducing atmosphere even in a region away from a burner. It is.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明に係る微粉炭燃焼装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の微粉炭ボイラにおける低ＮＯｘ燃焼装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。   The pulverized coal combustion apparatus according to the present invention has the following features to achieve the above object. That is, the low NOx combustion apparatus in the pulverized coal boiler of the present invention includes the following features alone or in combination as appropriate.

上記課題を解決するための本発明に係る微粉炭燃焼装置の第１の特徴は、微粉炭および微粉炭搬送用空気を有する燃料を供給する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側に配置され、燃焼用空気を供給する空気ノズルと、前記燃料ノズル内に配置され、当該燃料ノズルから火炉側に向けて前記燃料に旋回流を形成させる燃料流旋回羽根と、前記空気ノズル内に配置され、当該空気ノズルから火炉側に向けて前記燃焼用空気に旋回流を形成させる空気流旋回羽根と、を備え、前記空気流旋回羽根により形成された前記燃焼用空気の旋回流に対して、前記燃料流旋回羽根により形成された前記燃料の旋回流は逆向きであり、前記空気流旋回羽根の角度は、前記燃料流旋回羽根の角度よりも大きくされており、前記微粉炭の燃料比が１．０以下であることである。
A first feature of a pulverized coal combustion apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a fuel nozzle for supplying fuel having pulverized coal and air for conveying pulverized coal, a fuel nozzle disposed outside the fuel nozzle, and combustion An air nozzle that supplies the working air; a fuel flow swirl that is disposed in the fuel nozzle and forms a swirl flow in the fuel from the fuel nozzle toward the furnace side; and the air nozzle disposed in the air nozzle. and an air flow swirl vanes to form a swirl flow in the combustion air toward the furnace side of the nozzle, with respect to the swirling flow of the combustion air formed by the air flow swirl vanes, the fuel swirl The swirl flow of the fuel formed by the blades is in the opposite direction, the angle of the air flow swirl blade is larger than the angle of the fuel flow swirl blade , and the fuel ratio of the pulverized coal is 1.0 or less. Is It is when.

この構成によると、空気ノズルから火炉に向けて供給する燃焼用空気の旋回流に対して、燃料の旋回流を逆向きにすることで、当該燃焼用空気と当該燃料との界面近傍において、燃焼用空気と燃料に急激な混合が生じ、燃焼用空気と燃料との燃焼反応が促進される。そのため、バーナから離れた領域においても還元雰囲気を形成することができる。その結果、還元雰囲気を広範囲に形成することができる。   According to this configuration, the combustion swirl flow that is supplied from the air nozzle toward the furnace is reversed in the fuel swirl flow so that the combustion is performed in the vicinity of the interface between the combustion air and the fuel. Rapid mixing occurs in the working air and the fuel, and the combustion reaction between the burning air and the fuel is promoted. Therefore, a reducing atmosphere can be formed even in a region away from the burner. As a result, a reducing atmosphere can be formed over a wide range.

また、燃料比が１．０以下の微粉炭は、着火が早いので、バーナ近傍での空気と燃料の混合を促進させることで、還元度の高い還元雰囲気を広範囲に形成することができる。そのため、燃料比が１．０以下の微粉炭を燃焼させる場合、ＮＯｘの生成量を従来の技術に比して抑制することができる。 Moreover , since pulverized coal with a fuel ratio of 1.0 or less is ignited quickly, a reducing atmosphere with a high reduction degree can be formed over a wide range by promoting the mixing of air and fuel in the vicinity of the burner. Therefore, when burning pulverized coal with a fuel ratio of 1.0 or less, the amount of NOx produced can be suppressed as compared with the conventional technology.

また、本発明に係る微粉炭燃焼装置の第２の特徴は、微粉炭が、亜瀝青炭、褐炭、または、亜瀝青炭と褐炭とを配合した混合炭である。 Moreover, the 2nd characteristic of the pulverized coal combustion apparatus which concerns on this invention is a mixed coal which pulverized coal mix | blended subbituminous coal, lignite, or subbituminous coal and lignite.

この構成によると、亜瀝青炭、褐炭、または、亜瀝青炭と褐炭とを配合した混合炭は、着火が早いので、バーナ近傍での空気と燃料の混合を促進させることで、還元度の高い還元雰囲気を広範囲に形成することができる。そのため、亜瀝青炭、褐炭、または、亜瀝青炭と褐炭とを配合した混合炭を燃焼させる場合、ＮＯｘの生成量を従来の技術に比して抑制することができる。   According to this configuration, sub-bituminous coal, lignite, or mixed coal blended with sub-bituminous coal and lignite coal ignites quickly, so by promoting the mixing of air and fuel near the burner, a reducing atmosphere with a high degree of reduction Can be formed in a wide range. Therefore, when burning sub-bituminous coal, lignite, or mixed coal in which sub-bituminous coal and lignite are blended, the amount of NOx produced can be suppressed as compared with conventional techniques.

また、本発明に係る微粉炭燃焼装置の第３の特徴は、燃料がバイオマス燃料をさらに有することである。 Moreover, the 3rd characteristic of the pulverized coal combustion apparatus which concerns on this invention is that a fuel further has biomass fuel.

この構成によると、バイオマス燃料は、着火が早いので、バーナ近傍での空気と燃料の混合を促進させることで、還元度の高い還元雰囲気を広範囲に形成することができる。そのため、バイオマス燃料を有する燃料を燃焼させる場合、ＮＯｘの生成量を従来の技術に比して抑制することができる。   According to this configuration, since the biomass fuel is ignited quickly, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed in a wide range by promoting the mixing of air and fuel in the vicinity of the burner. Therefore, when burning fuel having biomass fuel, the amount of NOx produced can be suppressed as compared with the conventional technology.

次に、本発明に係る微粉炭ボイラの低ＮＯｘ燃焼方法は、上記課題を解決するために以下のような特徴を有している。   Next, the low-NOx combustion method for a pulverized coal boiler according to the present invention has the following characteristics in order to solve the above problems.

上記課題を解決するための本発明に係る微粉炭燃焼装置を用いた微粉炭燃焼方法の特徴は、微粉炭および微粉炭搬送用空気を有する燃料を燃料流旋回羽根にて形成された旋回流で供給する燃料ノズルと、当該燃料ノズルの外側に配置され燃焼用空気を空気流旋回羽根にて形成された旋回流で供給する空気ノズルとを備える微粉炭燃焼装置による微粉炭燃焼方法であって、燃料比が１．０以下である前記微粉炭を有する前記燃料を使用し、前記燃料の旋回に対して前記燃焼用空気の旋回を逆向きにするとともに、前記空気流旋回羽根の角度を、前記燃料流旋回羽根の角度よりも大きくすることである。

The feature of the pulverized coal combustion method using the pulverized coal combustion apparatus according to the present invention for solving the above problems is that the fuel having pulverized coal and pulverized coal transport air is formed by a swirl flow formed by fuel flow swirl vanes. A pulverized coal combustion method by a pulverized coal combustion apparatus comprising: a fuel nozzle to be supplied; and an air nozzle that is disposed outside the fuel nozzle and supplies combustion air in a swirl flow formed by air flow swirl vanes , Using the fuel having the pulverized coal having a fuel ratio of 1.0 or less, reversing the swirling of the combustion air with respect to the swirling of the fuel, and setting the angle of the airflow swirling blade to It is to make it larger than the angle of the fuel flow swirl vane .

この構成によると、空気ノズルから火炉に向けて供給する燃焼用空気の旋回流に対して、燃料の旋回流を逆向きにすることで、当該燃焼用空気と当該燃料との界面近傍において、燃焼用空気と燃料に急激な混合が生る。そのため、バーナから離れた領域においても還元雰囲気を形成することができる。その結果、還元雰囲気を広範囲に形成することができる。   According to this configuration, the combustion swirl flow that is supplied from the air nozzle toward the furnace is reversed in the fuel swirl flow so that the combustion is performed in the vicinity of the interface between the combustion air and the fuel. Abrupt mixing occurs in the working air and fuel. Therefore, a reducing atmosphere can be formed even in a region away from the burner. As a result, a reducing atmosphere can be formed over a wide range.

微粉炭燃焼装置の概略図である。It is the schematic of a pulverized coal combustion apparatus. 本実施形態に係る微粉炭バーナの側断面図である。It is a sectional side view of the pulverized coal burner concerning this embodiment. 燃料の旋回ありの条件で、石炭を燃焼させた場合における排ガス中のＮＯｘ濃度を示した図である。It is the figure which showed the NOx density | concentration in waste gas in the case of burning coal on the conditions with the turning of a fuel. 燃料の旋回なしの条件で、石炭を燃焼させた場合における排ガス中のＮＯｘ濃度を示した図である。It is the figure which showed the NOx density | concentration in exhaust gas at the time of burning coal on the conditions without the turning of a fuel. 燃料の旋回ありの条件で、炉内中心軸上のＣＯ濃度と微粉炭バーナからの距離との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between CO density | concentration on the center axis | shaft in a furnace, and the distance from a pulverized coal burner on the conditions with the turning of a fuel. 燃料の旋回なしの条件で、炉内中心軸上のＣＯ濃度と微粉炭バーナからの距離との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between CO density | concentration on the center axis | shaft in a furnace, and the distance from a pulverized coal burner on the conditions without the turning of a fuel.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

（微粉炭燃焼装置の構成）
図１に示すように、微粉炭燃焼装置１００は、ボイラ用の火炉２と、当該火炉２内で微粉炭を燃焼させる微粉炭バーナ１と、火炉２内に微粉炭を供給するために、貯炭場３から運ばれた石炭を粉砕する粉砕機４と、微粉炭搬送用空気を発生させるブロワ６と、燃焼用空気を発生させるブロワ７などを備える。 (Configuration of pulverized coal combustion device)
As shown in FIG. 1, a pulverized coal combustion apparatus 100 includes a furnace 2 for a boiler, a pulverized coal burner 1 for burning pulverized coal in the furnace 2, and a coal storage for supplying pulverized coal into the furnace 2. A pulverizer 4 for pulverizing coal carried from the field 3, a blower 6 for generating air for conveying pulverized coal, a blower 7 for generating combustion air, and the like are provided.

火炉２の炉壁８にはスロート５が開口され、当該スロート５と同心に微粉炭バーナ１が設けられる。粉砕機４により粉砕された石炭（微粉炭）は、ブロワ６から供給される微粉炭搬送用空気とともに、配管９ａを通して微粉炭バーナ１に導かれ、火炉２に噴出される。   A throat 5 is opened in the furnace wall 8 of the furnace 2, and a pulverized coal burner 1 is provided concentrically with the throat 5. The coal (pulverized coal) pulverized by the pulverizer 4 is guided to the pulverized coal burner 1 through the pipe 9 a together with the air for conveying the pulverized coal supplied from the blower 6, and is ejected to the furnace 2.

一方、燃焼用空気は、別のブロワ７により配管９ｂを通して微粉炭バーナ１に導かれ、火炉２に噴出される。   On the other hand, the combustion air is guided to the pulverized coal burner 1 through the pipe 9 b by another blower 7 and is ejected to the furnace 2.

（微粉炭バーナ１の構成）
図２に示すように、微粉炭バーナ１中心部には燃料ノズル１１が設けられ、当該燃料ノズル１１の外側には一次空気ノズル１２および二次空気ノズル１３がそれぞれ配置されている。 (Configuration of pulverized coal burner 1)
As shown in FIG. 2, a fuel nozzle 11 is provided at the center of the pulverized coal burner 1, and a primary air nozzle 12 and a secondary air nozzle 13 are disposed outside the fuel nozzle 11.

具体的には、微粉炭バーナ１は、中心部に設けられた燃料供給管１４と、風箱壁１５、１６、１７と、風箱壁１６に接続されたバーナ筒１８と、風箱壁１７に接続されたバーナ筒１９を有して構成されている。当該燃料供給管１４の入口側は配管９ａに接続されている。燃料供給管１４およびバーナ筒１８、１９は円形断面を有し、バーナ筒１８、１９は、燃料供給管１４の外側に同心円状に順次配置される。風箱壁１５および風箱壁１６により風箱３１が形成され、風箱壁１６および風箱壁１７により風箱３２が形成される。この風箱３１、３２は、配管９ｂに接続されている。   Specifically, the pulverized coal burner 1 includes a fuel supply pipe 14 provided in the center, wind box walls 15, 16, and 17, a burner cylinder 18 connected to the wind box wall 16, and a wind box wall 17. And a burner cylinder 19 connected to the. The inlet side of the fuel supply pipe 14 is connected to the pipe 9a. The fuel supply pipe 14 and the burner cylinders 18 and 19 have a circular cross section, and the burner cylinders 18 and 19 are sequentially arranged concentrically outside the fuel supply pipe 14. A wind box 31 is formed by the wind box wall 15 and the wind box wall 16, and a wind box 32 is formed by the wind box wall 16 and the wind box wall 17. The wind boxes 31 and 32 are connected to the pipe 9b.

これにより、燃料ノズル１１は、燃料供給管１４の内周面を外周壁とする管状の流路として形成される。また、一次空気ノズル１２は、燃料供給管１４の外周面を内周壁とし、バーナ筒１８の内周面を外周壁とする円環状の流路と、風箱３１による流路で形成され、二次空気ノズル１３は、バーナ筒１８の外周面を内周壁とし、バーナ筒１９の内周面を外周壁とする円環状の流路と、風箱３２による流路で形成される。ここで、ブロワ７から供給される燃焼用空気は、まず風箱３１、３２、に入り、その後、それぞれ一次空気ノズル１２、二次空気ノズル１３に供給される。   Thereby, the fuel nozzle 11 is formed as a tubular flow channel having the inner peripheral surface of the fuel supply pipe 14 as an outer peripheral wall. The primary air nozzle 12 is formed by an annular flow path having the outer peripheral surface of the fuel supply pipe 14 as an inner peripheral wall and the inner peripheral surface of the burner cylinder 18 as an outer peripheral wall, and a flow path by a wind box 31. The next air nozzle 13 is formed by an annular flow path having an outer peripheral surface of the burner cylinder 18 as an inner peripheral wall and an inner peripheral surface of the burner cylinder 19 as an outer peripheral wall, and a flow path by an air box 32. Here, the combustion air supplied from the blower 7 first enters the wind boxes 31 and 32 and then supplied to the primary air nozzle 12 and the secondary air nozzle 13, respectively.

燃料ノズル１１は、微粉炭および微粉炭搬送用空気からなる燃料２１を噴出させる働きをし、一次空気ノズル１２、二次空気ノズル１３は、それぞれ一次空気２２、二次空気２３を噴出させる働きをするものである。なお、一次空気２２および二次空気２３は、微粉炭を燃焼させるための燃焼用空気であり、微粉炭の完全燃焼に必要な量が供給される。図２に示すように、燃料ノズル１１から噴出された燃料２１は、燃料噴流２４を形成し、一次空気ノズル１２、二次空気ノズル１３から噴出された一次空気２２、二次空気２３は、それぞれ一次空気噴流２５、二次空気噴流２６を形成する。   The fuel nozzle 11 serves to eject fuel 21 composed of pulverized coal and air for conveying pulverized coal, and the primary air nozzle 12 and the secondary air nozzle 13 serve to eject primary air 22 and secondary air 23, respectively. To do. The primary air 22 and the secondary air 23 are combustion air for burning pulverized coal, and are supplied in quantities necessary for complete combustion of the pulverized coal. As shown in FIG. 2, the fuel 21 ejected from the fuel nozzle 11 forms a fuel jet 24, and the primary air 22 and the secondary air 23 ejected from the primary air nozzle 12 and the secondary air nozzle 13, respectively, A primary air jet 25 and a secondary air jet 26 are formed.

燃料ノズル１１の入口側の内部には、燃料流旋回羽根２７が設置されており、微粉炭および微粉炭搬送用空気からなる燃料２１は旋回をともなって火炉２内に噴出される。このとき、燃料２１の旋回により、燃料噴流２４の外周側の微粉炭濃度が高くなる。一方、一次空気ノズル１２の入口側の内部、二次空気ノズル１３の入口側の内部には、それぞれ一次空気流旋回羽根２８、二次空気流旋回羽根２９が設置されており、一次空気２２および二次空気２３は旋回をともなって火炉２内に噴出される。尚、燃料２１、一次空気２２および二次空気２３に旋回を形成させる方法としては、旋回羽根に限定されるものではなく、例えば、管の形状を変化させることで旋回流を形成させる方法であってもよい。   A fuel flow swirl vane 27 is installed inside the inlet side of the fuel nozzle 11, and the fuel 21 composed of pulverized coal and pulverized coal transport air is jetted into the furnace 2 with swirling. At this time, the swirling of the fuel 21 increases the pulverized coal concentration on the outer peripheral side of the fuel jet 24. On the other hand, a primary air flow swirl vane 28 and a secondary air flow swirl vane 29 are installed inside the inlet side of the primary air nozzle 12 and inside the inlet side of the secondary air nozzle 13, respectively. The secondary air 23 is ejected into the furnace 2 with swirling. In addition, the method for forming the swirl in the fuel 21, the primary air 22 and the secondary air 23 is not limited to the swirl blades. For example, the swirl flow is formed by changing the shape of the pipe. May be.

このとき、一次空気２２および二次空気２３の旋回方向に対して、燃料２１の旋回方向が逆向きになるように燃料流旋回羽根２７を配置する。これにより、微粉炭バーナ１から噴出した燃料噴流２４と一次空気噴流２５との界面近傍においてせん断力が生じ、微粉炭バーナ１近傍での燃料噴流２４と一次空気噴流２５の混合が促進される。急速に混合した燃料噴流２４と一次空気噴流２５の混合気は、微粉炭バーナ１からある程度離れた下流に向けて流れる。この混合気内では、微粉炭と燃焼空気の燃焼反応が急速に進行するので、還元雰囲気となる。そのため、図２に示すように、微粉炭バーナ１から離れた領域においても還元雰囲気１０を形成することができる。その結果、還元雰囲気１０を広範囲に形成することができる。   At this time, the fuel flow swirl vanes 27 are arranged so that the swirl direction of the fuel 21 is opposite to the swirl directions of the primary air 22 and the secondary air 23. Thereby, a shearing force is generated in the vicinity of the interface between the fuel jet 24 ejected from the pulverized coal burner 1 and the primary air jet 25, and the mixing of the fuel jet 24 and the primary air jet 25 in the vicinity of the pulverized coal burner 1 is promoted. The air-fuel mixture of the rapidly mixed fuel jet 24 and primary air jet 25 flows downstream from the pulverized coal burner 1 to some extent. In this air-fuel mixture, the combustion reaction of pulverized coal and combustion air proceeds rapidly, so that a reducing atmosphere is created. Therefore, as shown in FIG. 2, a reducing atmosphere 10 can be formed even in a region away from the pulverized coal burner 1. As a result, the reducing atmosphere 10 can be formed over a wide range.

ここで、還元雰囲気１０内では、微粉炭中の窒素分は、主にシアン化水素（ＨＣＮ）やアンモニア（ＮＨ３）などの還元性窒素化合物として放出される。これらの還元性窒素化合物は、還元雰囲気１０内において、燃焼により生じたＮＯｘを還元する。そのため、ＮＯｘの生成量を抑制することができる。なお、還元雰囲気１０内では、燃料噴流２４と一次空気噴流２５との界面近傍におけるせん断力により、還元性窒素化合物およびＣＯなどの還元性ガスとＮＯｘとの混合が迅速に行われ、ＮＯｘの還元反応が促進される。   Here, in the reducing atmosphere 10, the nitrogen content in the pulverized coal is mainly released as a reducing nitrogen compound such as hydrogen cyanide (HCN) or ammonia (NH3). These reducing nitrogen compounds reduce NOx generated by combustion in the reducing atmosphere 10. Therefore, the amount of NOx generated can be suppressed. In the reducing atmosphere 10, NOx is rapidly mixed with a reducing nitrogen compound and a reducing gas such as CO and NOx due to the shearing force in the vicinity of the interface between the fuel jet 24 and the primary air jet 25. The reaction is promoted.

なお、燃料２１の旋回による遠心力により、微粉炭は燃料ノズル１１の外周部に集められる。そのため、燃料ノズル１１から噴出した燃料噴流２４の外周側の微粉炭濃度が高くなっており、この微粉炭濃度が高い燃料噴流２４の外周側と一次空気噴流２５の混合により、混合気内では、高い微粉炭濃度となる。そのため、混合気内の着火が促進され、高い還元雰囲気１０を形成することができる。また、燃料ノズル１１から噴出した微粉炭は、微粉炭バーナ１近傍で一次空気噴流２５と混合するので、遠心力により径方向に飛散することがない。   Note that the pulverized coal is collected on the outer peripheral portion of the fuel nozzle 11 by the centrifugal force generated by the swirling of the fuel 21. Therefore, the pulverized coal concentration on the outer peripheral side of the fuel jet 24 ejected from the fuel nozzle 11 is high. By mixing the outer peripheral side of the fuel jet 24 having a high pulverized coal concentration and the primary air jet 25, in the mixture, High pulverized coal concentration. Therefore, ignition in the air-fuel mixture is promoted, and a high reducing atmosphere 10 can be formed. Further, since the pulverized coal ejected from the fuel nozzle 11 is mixed with the primary air jet 25 in the vicinity of the pulverized coal burner 1, it is not scattered in the radial direction by centrifugal force.

[実施例]
次に、上記説明した微粉炭燃焼装置１００を用いて、燃料２１の旋回の有無をパラメータとした燃焼試験を実施し、火炉２出口において採取した排ガスのＮＯｘ濃度の変化を調査した。以下、その燃焼実験について説明する。 [Example]
Next, using the pulverized coal combustion apparatus 100 described above, a combustion test was performed using whether or not the fuel 21 swirled as a parameter, and changes in the NOx concentration of the exhaust gas collected at the furnace 2 outlet were investigated. Hereinafter, the combustion experiment will be described.

（使用条件）
火炉２は、炉内径４００ｍｍ、炉内有効高さ３６５０ｍｍのものを用い、石炭の投入熱量は６００ｋＷ一定とした。また、旋回をともなった一次空気２２と、３００℃に予熱した二次空気２３とを火炉２内に噴出させた。また、石炭は、燃料比の異なる石炭Ａ、石炭Ｂ、石炭Ｃの３種類を用い、下記表１に各石炭の燃料比と石炭中の窒素分を示す。なお、各石炭は、全て２００メッシュで粉砕されており、粒径を７５ミクロン以下が８０％以上となるように調整している。 (terms of use)
As the furnace 2, a furnace having an inner diameter of 400 mm and an effective height of 3650 mm in the furnace was used, and the input heat amount of coal was fixed at 600 kW. Moreover, the primary air 22 with swirling and the secondary air 23 preheated to 300 ° C. were jetted into the furnace 2. Moreover, coal uses three types of coal A, coal B, and coal C from which fuel ratios differ, and Table 1 below shows the fuel ratio of each coal and the nitrogen content in the coal. Each coal is pulverized with 200 mesh, and the particle size is adjusted so that 75% or less is 80% or more.

Figure 0005399750
Figure 0005399750

燃料２１の旋回ありの条件では、燃料流旋回羽根２７の角度を４５度、一次空気流旋回羽根２８の角度を６０度とし、燃料２１の旋回方向は、一次空気２２の旋回に対して逆向きになるように燃料流旋回羽根２７を配置し燃焼試験を行った。一方、燃料２１の旋回なしの条件では、燃料流旋回羽根２７を除去して燃焼試験を行った。   Under the condition with the swirl of the fuel 21, the angle of the fuel flow swirl vane 27 is 45 degrees, the angle of the primary air flow swirl vane 28 is 60 degrees, and the swirl direction of the fuel 21 is opposite to the swirl of the primary air 22. The fuel flow swirl vanes 27 were arranged so that the combustion test was performed. On the other hand, under the condition that the fuel 21 does not swirl, the fuel flow swirl vane 27 was removed and a combustion test was performed.

排ガス中のＮＯｘ濃度（Ｏ２：６容量％換算）［ｐｐｍ］は、排ガス中の実測のＮＯｘ濃度およびＯ２濃度により下記計算式を用いて換算される。 The NOx concentration in the exhaust gas (O 2 : 6 vol% conversion) [ppm] is converted using the following calculation formula by the actually measured NOx concentration and O 2 concentration in the exhaust gas.

[数１]
［ＮＯｘ濃度］＝［実測ＮＯｘ濃度］×（２１−６）／［２１−（実測Ｏ２濃度）］ [Equation 1]
[NOx concentration] = [actual NOx concentration] × (21−6) / [21− (actual O 2 concentration)]

（調査結果）
燃焼試験の結果を図３〜６に示す。図３、図４は、それぞれ燃料２１の旋回ありの条件、燃料２１の旋回なしの条件で燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を調査した結果である。図３と図４を比較すると、燃料２１の旋回ありの条件の方が、燃料比１．０以下の石炭Ｃの排ガス中のＮＯｘ生成量は低減した。 (Investigation result)
The results of the combustion test are shown in FIGS. FIG. 3 and FIG. 4 show the results of examining the NOx concentration in the exhaust gas by performing a combustion test under the condition where the fuel 21 is swirling and under the condition where the fuel 21 is not swirling, respectively. Comparing FIG. 3 and FIG. 4, the amount of NOx produced in the exhaust gas of coal C with a fuel ratio of 1.0 or less was reduced under the condition of the fuel 21 being swirled.

また、図５、図６は、それぞれ燃料２１の旋回ありの条件、燃料２１の旋回なしの条件で燃焼試験を行い、微粉炭燃焼炉内中心軸上のＣＯ濃度を測定した結果である。図５に示すように、燃料２１の旋回ありの条件で、燃料比が１．０以下の石炭Ｃを燃焼させた場合には、他の石炭Ａ、石炭Ｂに比べて微粉炭燃焼炉内中心軸上のＣＯ濃度が高くなっており、微粉炭バーナ１近傍での還元雰囲気の還元度が高くなっている。   5 and 6 show the results of measurement of the CO concentration on the central axis in the pulverized coal combustion furnace by performing a combustion test under the condition of the fuel 21 with and without the fuel 21, respectively. As shown in FIG. 5, when coal C having a fuel ratio of 1.0 or less is burned under the condition with the swirling of the fuel 21, the center in the pulverized coal combustion furnace compared to the other coals A and B The CO concentration on the shaft is high, and the reduction degree of the reducing atmosphere in the vicinity of the pulverized coal burner 1 is high.

（考察）
燃料比が、１．０以下の石炭Ｃを燃焼させる場合には、一次空気２２の旋回方向に対して、燃料２１の旋回方向を逆向きにし、微粉炭バーナ１近傍での燃料２１と空気の混合を促進させることで、還元度の高い還元雰囲気を広範囲に形成することができる。つまり、燃料比が１．０以下の石炭は、着火が早いので、微粉炭バーナ１近傍で燃焼しやすい。さらに、微粉炭バーナ１近傍において、燃料２１と燃焼空気との界面近傍にせん断力が生じることにより燃料２１と燃焼空気との混合が促進させるので、燃料２１と燃焼空気との燃焼反応が促進される。そのため、還元度の高い還元雰囲気を形成することができる。また、急速に混合した燃料噴流２４と一次空気噴流２５の混合気は、微粉炭バーナ１からある程度離れた下流に向けて流れるので、還元雰囲気を広範囲に形成することができる。尚、実施例では、微粉炭バーナ１から２ｍ離れた領域でも還元雰囲気を形成することができた。ここで、石炭中の窒素分が加熱されて放出される還元性窒素化合物や、石炭中の炭素分が加熱されて放出されるＣＯなどの還元性ガスは、還元雰囲気内でＮＯｘを還元する。そのため、ＮＯｘ生成量を抑制することができる。 (Discussion)
When coal C having a fuel ratio of 1.0 or less is burned, the swirl direction of the fuel 21 is reversed with respect to the swirl direction of the primary air 22, and the fuel 21 and the air in the vicinity of the pulverized coal burner 1 are By promoting the mixing, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed over a wide range. That is, coal with a fuel ratio of 1.0 or less is ignited quickly, so that it is easy to burn near the pulverized coal burner 1. Further, in the vicinity of the pulverized coal burner 1, the shearing force is generated near the interface between the fuel 21 and the combustion air to promote the mixing of the fuel 21 and the combustion air, so that the combustion reaction between the fuel 21 and the combustion air is promoted. The Therefore, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed. Moreover, since the air-fuel mixture of the rapidly mixed fuel jet 24 and primary air jet 25 flows toward the downstream a certain distance from the pulverized coal burner 1, a reducing atmosphere can be formed over a wide range. In the example, a reducing atmosphere could be formed even in a region 2 m away from the pulverized coal burner 1. Here, the reducing nitrogen compound released when the nitrogen content in the coal is heated and the reducing gas such as CO released when the carbon content in the coal is heated reduce NOx in the reducing atmosphere. Therefore, the amount of NOx generation can be suppressed.

燃料２１がバイオマス燃料を有している場合においても、微粉炭バーナ１近傍での燃料２１と空気の混合を促進させることで、還元度の高い還元雰囲気を形成することができる。つまり、バイオマス燃料として、例えば、木質系バイオマス燃料を用いた場合、木質系バイオマス燃料の燃料比は、１．０以下であるため、着火しやすい。そのため、当該木質系バイオマス燃焼は、微粉炭バーナ１近傍で燃焼しやすい。さらに、微粉炭バーナ１近傍では、燃料２１と燃焼空気との界面近傍にせん断力が生じることにより燃料２１と燃焼空気との混合が促進させるので、燃料２１と燃焼空気との燃焼反応が促進される。その結果、還元度の高い還元雰囲気を形成することができる。ここで、当該木質系バイオマス燃料が加熱されて放出される可燃性ガスは、主に、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）であり、水素、一酸化炭素、メタンは、還元雰囲気内でＮＯｘを還元する。そのため、ＮＯｘ生成量を抑制することができる。以上のことから、燃料２１が燃料比１．０以下の石炭とバイオマス燃料とを共に火炉２内に供給したとしても還元度の高い還元雰囲気を形成することができる。   Even when the fuel 21 includes biomass fuel, a reducing atmosphere with a high reduction degree can be formed by promoting the mixing of the fuel 21 and air in the vicinity of the pulverized coal burner 1. That is, for example, when woody biomass fuel is used as the biomass fuel, the fuel ratio of the woody biomass fuel is 1.0 or less, so that ignition is easy. Therefore, the woody biomass combustion is easy to burn near the pulverized coal burner 1. Further, in the vicinity of the pulverized coal burner 1, the shearing force is generated in the vicinity of the interface between the fuel 21 and the combustion air to promote the mixing of the fuel 21 and the combustion air, so that the combustion reaction between the fuel 21 and the combustion air is promoted. The As a result, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed. Here, the combustible gas released when the woody biomass fuel is heated is mainly hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), and methane (CH4), and hydrogen, carbon monoxide, and methane are NOx is reduced in a reducing atmosphere. Therefore, the amount of NOx generation can be suppressed. From the above, even if the fuel 21 supplies both coal and biomass fuel having a fuel ratio of 1.0 or less into the furnace 2, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed.

以上説明したように、本実施形態に係る微粉炭燃焼装置１００は、微粉炭および微粉炭搬送用空気を有する燃料２１を供給する燃料ノズル１１と、燃料ノズル１１の外側に配置され、一次空気２２を供給する一次空気ノズル１２と、燃料ノズル１１および一次空気ノズル１２の外側に配置され、二次空気２３を供給する二次空気ノズル１３を備える。また、燃料ノズル１１内に配置され、当該燃料ノズル１１から火炉２側に向けて燃料２１に旋回流を形成させる燃料流旋回羽根２７と、一次空気ノズル１２の入口側の内部に配置され、一次空気ノズル１２から火炉２側に向けて一次空気２２に旋回流を形成させる一次空気流旋回羽根２８と、二次空気ノズル１３の入口側の内部に配置され、二次空気ノズル１３から火炉２側に向けて二次空気２３に旋回流を形成させる二次空気流旋回羽根２９とを備える。そして、一次空気２２および二次空気２３の旋回方向に対して、燃料２１の旋回方向が逆向きになるように燃料流旋回羽根２７を配置する。   As described above, the pulverized coal combustion apparatus 100 according to the present embodiment is arranged on the outside of the fuel nozzle 11 that supplies the fuel 21 having the pulverized coal and the air for conveying the pulverized coal, and the primary air 22. And a secondary air nozzle 13 that is disposed outside the fuel nozzle 11 and the primary air nozzle 12 and supplies the secondary air 23. Also, a fuel flow swirl vane 27 that is disposed in the fuel nozzle 11 and forms a swirl flow in the fuel 21 from the fuel nozzle 11 toward the furnace 2, and a primary air nozzle 12 is disposed inside the primary air nozzle 12. A primary air flow swirl vane 28 that forms a swirl flow in the primary air 22 from the air nozzle 12 toward the furnace 2 side, and an inside of the inlet side of the secondary air nozzle 13, and is disposed from the secondary air nozzle 13 to the furnace 2 side. And a secondary air flow swirl vane 29 for forming a swirl flow in the secondary air 23. The fuel flow swirl vanes 27 are arranged so that the swirl direction of the fuel 21 is opposite to the swirl directions of the primary air 22 and the secondary air 23.

この構成によると、一次空気ノズル１２および二次空気ノズル１３から火炉２に向けて供給する一次空気２２および二次空気２３の旋回流に対して、燃料２１の旋回流を逆向きにすることで、一次空気噴流２５と燃料噴流２４との界面近傍において、一次空気噴流２５と燃料噴流２４に急激な混合が生じる。そのため、微粉炭バーナ１から離れた領域においても還元雰囲気を形成することができる。その結果、還元雰囲気を広範囲に形成することができる。   According to this configuration, the swirl flow of the fuel 21 is reversed with respect to the swirl flow of the primary air 22 and the secondary air 23 supplied from the primary air nozzle 12 and the secondary air nozzle 13 toward the furnace 2. In the vicinity of the interface between the primary air jet 25 and the fuel jet 24, the primary air jet 25 and the fuel jet 24 are rapidly mixed. Therefore, a reducing atmosphere can be formed even in a region away from the pulverized coal burner 1. As a result, a reducing atmosphere can be formed over a wide range.

また、燃料２１に含まれる微粉炭は、燃料比が１．０以下のもの、例えば、亜瀝青炭、褐炭、または、亜瀝青炭と褐炭とを配合した混合炭を使用する。   The pulverized coal contained in the fuel 21 is one having a fuel ratio of 1.0 or less, for example, subbituminous coal, lignite, or mixed coal in which subbituminous coal and lignite are blended.

この構成によると、燃料比が１．０以下の微粉炭は、着火が早いので、微粉炭バーナ１近傍での一次空気噴流２５と燃料噴流２４の混合を促進させることで、酸素の消費を促進し、還元度の高い還元雰囲気を広範囲に形成することができる。そのため、燃料比が１．０以下の微粉炭を燃焼させる場合、ＮＯｘの生成量を従来の技術に比して抑制することができる。   According to this configuration, since the pulverized coal having a fuel ratio of 1.0 or less is ignited quickly, the consumption of oxygen is promoted by promoting the mixing of the primary air jet 25 and the fuel jet 24 in the vicinity of the pulverized coal burner 1. In addition, a reducing atmosphere with a high degree of reduction can be formed over a wide range. Therefore, when burning pulverized coal with a fuel ratio of 1.0 or less, the amount of NOx produced can be suppressed as compared with the conventional technology.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. .

１ 微粉炭バーナ
２ 火炉
１１ 燃料ノズル
１２ 一次空気ノズル
１３ 二次空気ノズル
２１ 燃料
２２ 一次空気
２３ 二次空気
２４ 燃料噴流
２５ 一次空気噴流
２６ 二次空気噴流
２７ 燃料流旋回羽根
２８ 一次空気流旋回羽根
２９ 二次空気流旋回羽根
１００ 微粉炭燃焼装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulverized coal burner 2 Furnace 11 Fuel nozzle 12 Primary air nozzle 13 Secondary air nozzle 21 Fuel 22 Primary air 23 Secondary air 24 Fuel jet 25 Primary air jet 26 Secondary air jet 27 Fuel flow swirl vane 28 Primary air flow swirl vane 29 Secondary Air Flow Swivel Blade 100 Pulverized Coal Combustor

Claims (4)

微粉炭および微粉炭搬送用空気を有する燃料を供給する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルの外側に配置され、燃焼用空気を供給する空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、当該燃料ノズルから火炉側に向けて前記燃料に旋回流を形成させる燃料流旋回羽根と、
前記空気ノズル内に配置され、当該空気ノズルから火炉側に向けて前記燃焼用空気に旋回流を形成させる空気流旋回羽根と、
を備え、
前記空気流旋回羽根により形成された前記燃焼用空気の旋回流に対して、前記燃料流旋回羽根により形成された前記燃料の旋回流は、逆向きであり、
前記空気流旋回羽根の角度は、前記燃料流旋回羽根の角度よりも大きくされており、
前記微粉炭の燃料比が１．０以下であることを特徴とする微粉炭燃焼装置。 A fuel nozzle for supplying fuel having pulverized coal and air for conveying pulverized coal;
An air nozzle disposed outside the fuel nozzle and supplying combustion air;
A fuel flow swirl blade disposed in the fuel nozzle and forming a swirl flow in the fuel from the fuel nozzle toward the furnace;
An air flow swirl blade disposed in the air nozzle and forming a swirl flow in the combustion air from the air nozzle toward the furnace side;
With
The swirl flow of the fuel formed by the fuel flow swirl blade is opposite to the swirl flow of the combustion air formed by the air flow swirl blade ,
The angle of the air flow swirl vane is larger than the angle of the fuel flow swirl vane ,
A pulverized coal combustion apparatus, wherein a fuel ratio of the pulverized coal is 1.0 or less. 請求項１に記載の微粉炭燃焼装置において、
前記微粉炭は、亜瀝青炭、褐炭、または、亜瀝青炭と褐炭とを配合した混合炭であることを特徴とする微粉炭燃焼装置。 In the pulverized coal combustion apparatus according to claim 1,
The pulverized coal combustion apparatus characterized in that the pulverized coal is sub-bituminous coal, lignite, or a mixed coal in which sub-bituminous coal and lignite are blended. 請求項１に記載の微粉炭燃焼装置において、
前記燃料は、バイオマス燃料をさらに有することを特徴とする微粉炭燃焼装置。 In the pulverized coal combustion apparatus according to claim 1,
The pulverized coal combustion apparatus, wherein the fuel further includes biomass fuel. 微粉炭および微粉炭搬送用空気を有する燃料を燃料流旋回羽根にて形成された旋回流で供給する燃料ノズルと、当該燃料ノズルの外側に配置され燃焼用空気を空気流旋回羽根にて形成された旋回流で供給する空気ノズルとを備える微粉炭燃焼装置による微粉炭燃焼方法であって、
燃料比が１．０以下である前記微粉炭を有する前記燃料を使用し、前記燃料の旋回に対して前記燃焼用空気の旋回を逆向きにするとともに、前記空気流旋回羽根の角度を、前記燃料流旋回羽根の角度よりも大きくすることを特徴とする微粉炭燃焼方法。
A fuel nozzle for supplying fuel having pulverized coal and air for conveying pulverized coal in a swirl flow formed by fuel flow swirl vanes, and a combustion air disposed outside the fuel nozzle is formed by air flow swirl vanes. A pulverized coal combustion method using a pulverized coal combustion apparatus comprising an air nozzle supplied in a swirl flow,
Using the fuel having the pulverized coal having a fuel ratio of 1.0 or less, reversing the swirling of the combustion air with respect to the swirling of the fuel, and setting the angle of the airflow swirling blade to A pulverized coal combustion method characterized in that the angle is larger than the angle of the fuel flow swirl vane .
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