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技術 高水分炭の燃焼方法

出願人 一般財団法人電力中央研究所
発明者 池田道隆白井裕三牧野尚夫斉藤勝岸吉宏
出願日 2006年7月31日 (13年10ヶ月経過) 出願番号 2006-208996
公開日 2008年2月14日 (12年4ヶ月経過) 公開番号 2008-032362
状態 特許登録済
技術分野 燃焼システム 空気の供給 他に分類されない燃焼
主要キーワード 供給用空気 注入比率 積算質量 石炭ボイラ 電気事業 可採埋蔵量 基準条件 灰分含有率
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年2月14日)のものです。
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図面 (13)

課題

多額の設備投資を必要とせず、既存の設備を用いて、高水分炭微粉炭燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整する高水分炭の燃焼方法を提供する。

解決手段

高水分炭の微粉炭に含まれる水分量に応じて、前記高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

概要

背景

石炭は世界的に広く分布し、可採埋蔵量豊富で安価であることから、長期的に利用可能なエネルギー源としてその重要性が高まっている。現在、我が国の電気事業においては、エネルギー源として発熱量が25MJ/kg(6,000kcal/kg)〜30MJ/kg(7,000kcal/kg)と高く、燃料比(石炭の固定炭素分揮発分で割った値)が1〜2.5程度と燃焼性の良い瀝青炭が用いられている。しかしながら、今後の発展途上国を中心とするエネルギー需要の増大及び石炭輸出国の供給能力を考慮すると、至近年に、現在使用している瀝青炭の供給が逼迫してくると考えられる。

そこで、水分や灰分の含有率が高く、発熱量が低い低品位炭亜瀝青炭褐炭など)の利用が重要となる。このような低品位炭の内、亜瀝青炭は、瀝青炭に次いで埋蔵量が多く、世界に広く分布し、安価であることから、将来有望なエネルギー源として期待されている。

しかしながら、亜瀝青炭は、水分を多く含むために着火性が悪く、燃焼した際に発生するNOXを低減し難いこと、並びに、同一の燃焼効率であっても灰分含有率が低いために灰中未燃分濃度が高くなるといった問題があった。

このような問題に対しては、例えば排ガス出口部の炉幅方向中央部を通る燃焼排ガスを抜き出して燃焼部再循環させることにより、再循環ガス量を増大させることなく燃焼排ガス中のNOXを効率よく燃焼部に再循環させて、NOXの排出量を低減させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

特開2003−56810号公報

概要

多額の設備投資を必要とせず、既存の設備を用いて、高水分炭微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整する高水分炭の燃焼方法を提供する。高水分炭の微粉炭に含まれる水分量に応じて、前記高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

目的

本発明は、上述した事情に鑑み、多額の設備投資を必要とせず、既存の設備を用いても、高水分炭の微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる高水分炭の燃焼方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

高水分炭微粉炭に含まれる水分量に応じて、前記高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法

請求項2

請求項1に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭の微粉炭が燃焼して発生する火炎柱軸回り旋回する前記空気の旋回角度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

請求項3

請求項1又は2に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭の微粉炭の燃焼雰囲気多段空気を導入することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

請求項4

請求項3に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記多段空気を注入する注入位置を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

請求項5

請求項3又は4に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記多段空気の注入比率を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

請求項6

請求項1〜5の何れかに記載の高水分炭の燃焼方法において、前記空気の流速を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

請求項7

請求項1〜6の何れかに記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭は瀝青炭亜瀝青炭とからなる混炭であることを特徴とする高水分炭の燃焼方法。

技術分野

0001

本発明は、水を多く含む石炭燃焼方法、特に、高水分炭微粉炭の燃焼方法に関する。

背景技術

0002

石炭は世界的に広く分布し、可採埋蔵量豊富で安価であることから、長期的に利用可能なエネルギー源としてその重要性が高まっている。現在、我が国の電気事業においては、エネルギー源として発熱量が25MJ/kg(6,000kcal/kg)〜30MJ/kg(7,000kcal/kg)と高く、燃料比(石炭の固定炭素分揮発分で割った値)が1〜2.5程度と燃焼性の良い瀝青炭が用いられている。しかしながら、今後の発展途上国を中心とするエネルギー需要の増大及び石炭輸出国の供給能力を考慮すると、至近年に、現在使用している瀝青炭の供給が逼迫してくると考えられる。

0003

そこで、水分や灰分の含有率が高く、発熱量が低い低品位炭亜瀝青炭褐炭など)の利用が重要となる。このような低品位炭の内、亜瀝青炭は、瀝青炭に次いで埋蔵量が多く、世界に広く分布し、安価であることから、将来有望なエネルギー源として期待されている。

0004

しかしながら、亜瀝青炭は、水分を多く含むために着火性が悪く、燃焼した際に発生するNOXを低減し難いこと、並びに、同一の燃焼効率であっても灰分含有率が低いために灰中未燃分濃度が高くなるといった問題があった。

0005

このような問題に対しては、例えば排ガス出口部の炉幅方向中央部を通る燃焼排ガスを抜き出して燃焼部再循環させることにより、再循環ガス量を増大させることなく燃焼排ガス中のNOXを効率よく燃焼部に再循環させて、NOXの排出量を低減させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0006

特開2003−56810号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上述した方法では、ボイラ等の設備を大幅に改造しなければならず、多額の設備投資が必要となるという問題があった。

0008

本発明は、上述した事情に鑑み、多額の設備投資を必要とせず、既存の設備を用いても、高水分炭の微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる高水分炭の燃焼方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明者は、高水分炭の微粉炭に関する研究を通じて、微粉炭と共に火炉に供給する空気を制御することによって灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整できることを見出し、本発明に至った。ここで、高水分炭とは、瀝青炭や亜瀝青炭などのように内部に多量の水分を含む単一種類の石炭だけでなく、内部に含まれる水分量が異なる複数の高水分炭を混合した混炭であってもよく、特に質量比率が9:1〜6:4の範囲にある瀝青炭と亜瀝青炭とからなる混炭が好ましい。

0010

上記課題を解決する本発明の第1の態様は、高水分炭の微粉炭に含まれる水分量に応じて、前記高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0011

かかる第1の態様では、高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。ここで、微粉炭とは、積算質量50%における短径長径平均値(D50)が約40μmの粒子からなる石炭をいう。

0012

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭の微粉炭が燃焼して発生する火炎柱軸回り旋回する前記空気の旋回角度を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0013

かかる第2の態様では、詳細に高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0014

本発明の第3の態様では、第1又は第2の態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭の微粉炭の燃焼雰囲気多段空気を導入することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0015

かかる第3の態様では、より詳細に高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0016

本発明の第4の態様では、第3の態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記多段空気を注入する注入位置を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0017

かかる第4の態様では、さらに詳細に高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0018

本発明の第5の態様は、第3又は第4の態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記多段空気の注入比率を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0019

かかる第5の態様では、より詳細に高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0020

本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記空気の流速を調整することを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0021

かかる第6の態様では、さらに詳細に高水分炭の微粉炭を燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0022

本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの態様に記載の高水分炭の燃焼方法において、前記高水分炭は瀝青炭と亜瀝青炭とからなる混炭であることを特徴とする高水分炭の燃焼方法にある。

0023

かかる第7の態様では、上述した効果と同様の効果が得られる。

発明の効果

0024

本発明に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

0026

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る高水分炭の燃焼方法を実施するための微粉炭燃焼装置の一例を示す概略系統図である。図1に示すように、微粉炭燃焼装置1は、円柱状の火炉2を有しており、火炉2の一方の端部にバーナ3が設けられている。バーナ3は、ポンプ5と、蒸気発生装置6と、微粉炭が格納された微粉ビン7a、7bとに接続する微粉炭路8に接続されており、詳細は後述するが、搬送用空気(1次空気)、2次空気及び3次空気と共に微粉炭を火炉2に送り出して、微粉炭を燃焼させることができるようになっている。

0027

また、火炉2の側面には、空気管43を介してポンプ5に接続される多段燃焼空気注入ポート4が設けられている。多段燃焼用空気注入ポート4は、火炉2の軸方向に並列して設けられた複数の空気注入ポート4a〜4nを備えている。そして、空気注入ポート4a〜4nは、相対向する2つの空気口41と、空気口41から火炉2に注入される多段空気量を調整する空気弁44とをそれぞれ有しており、各空気弁44を調整して多段空気の注入位置及びその注入位置から火炉2に供給する多段空気量を制御することができるようになっている。ここで、多段燃焼用空気注入ポート4により、微粉炭の燃焼雰囲気に多段空気を導入することを多段燃焼と呼び、火炉2に送り込まれる全空気量に対する全多段空気量の割合を多段燃焼率として表すが、ここでの多段空気とは図1に示す複数の空気注入ポートから火炉2に注入される空気のことであり、各空気注入ポート4から注入される各多段空気量は各空気弁44により調整される。

0028

さらに、火炉2の他端には、ガスクーラ10、マルチサイクロン11、バグフィルタ12、ポンプ13及び煙突14に接続する排出管9に接続されており、火炉2から排出された燃焼ガスは、ガスクーラ10に導入されて温度調整された後、マルチサイクロン11及びバグフィルタ12により、含まれていた燃焼灰が取り除かれて最終的に煙突14から外気に排出されるようになっている。

0029

このようにして微粉ビン7a、7bから出た微粉炭は、搬送用空気と共に微粉炭路8を通り、バーナ3から火炉2の中へと送り込まれる。また、同時に所定の位置(空気注入ポート)から所定の量の多段空気が火炉2に注入される。これによって微粉炭が火炉2の中で完全燃焼する。やがて火炉2の中で燃焼した微粉炭は燃焼灰となって排出管9から排出される。

0030

次に、バーナ3について説明する。バーナ3としては石炭燃焼用バーナであれば特に限定されないが、一例としてCI−α・WRバーナについて説明する。図2はバーナ3の断面概略図であり、図3図2に示すA方向から見た際のバーナ3の旋回羽根のみを示した概略正面図である。図2に示すように、バーナ3は、微粉炭路8に接続された1次空気管30と2次空気導入口31と3次空気導入口32とを備えている。なお、バーナ3にはバーナ点火用のオイルバーナ37がさらに設けられている。

0031

1次空気管30は、外側管34とその内部に設けられた内側管33とからなる2重管構造をしており、内側管33と外側管34とで挟まれた空間内を通って微粉炭を含んだ1次空気を火炉2に供給することができるようになっている。また、2次空気導入口31及び3次空気導入口32には、図2及び図3に示すように、2次空気旋回羽根311及び3次空気旋回羽根321が2次空気導入口31及び3次空気導入口32に沿って複数取付けられている。そして、これらの2次空気旋回羽根311や3次空気旋回羽根321を調整することにより、2次空気や3次空気の流量と共にそれらの旋回角度を幅広い範囲で制御することができるようになっている。ここで、旋回角度とは、図4に示すように、火炉2の中心軸21に対する旋回羽根311の傾斜角θをいい、旋回角度311は旋回羽根により旋回させられる空気(旋回流)の火炉2の軸に対する傾斜角度と等しくなる。したがって、旋回角度が0度(deg)では旋回流は生じないことになる。そして、このように構成されたバーナ3を用いて、以下に示すように微粉炭を火炉2内で燃焼させている。

0032

まず、微粉炭路8を通ってきた微粉炭は、搬送用空気(1次空気)と共に1次空気管30内を通って火炉2へと送り込まれる。火炉2に送り込まれた微粉炭は、1次空気と、2次空気導入口31及び3次空気導入口32から旋回流として送り込まれた2次空気及び3次空気と共に燃焼することになる。なお、火炉2に旋回流として送り込まれた2次空気及び3次空気の旋回方向は時計回りであっても、反時計回りであってもよく、互いに同じ方向に旋回してもよいし、互いに異なる方向に旋回してもよい。なお、以下の実験では、2次空気及び3次空気は共に反時計回り方向に旋回させている。

0033

次に、以上説明した微粉炭燃焼装置1を用いて、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法を説明する。

0034

<バーナ供給用空気量を調整する高水分炭の燃焼方法>
本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。そして、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、具体的には、高水分炭の微粉炭に含まれる水分量に応じて、上述したバーナ3から火炉2に供給される1次空気量を調整して、高水分炭の微粉炭が燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。

0035

図5に、高水分炭の微粉炭として、インドシア産のアダロ炭(亜瀝青炭)と豪州産のマウントアーサ炭(瀝青炭)とを3:7で混合した混炭を用いた場合における、搬送用空気量(1次空気量)と、火炉2出口でのNOX濃度(O2 6%換算)及びバグフィルタ12で得られた灰中未燃分濃度との関係(石炭の投入熱量:760kW[低位発熱量27.4MJ/kgの設計炭を100kg/hで投入した際の熱量に相当])を示す。ここで、図5中の(Air+H2O)/Coalとは、微粉炭中に含まれる水分(H2O)が気化することを考慮した微粉炭に対する気体質量比を示す。

0036

なお、この実験では、注入位置1、注入位置2(表1参照)から多段空気を注入する2段階の多段燃焼を行った。また、この実験では、瀝青炭として豪州産のマウントアーサ炭を用いた際に、NOX濃度及び灰中未燃分濃度の低減に最も適した表1に示す条件を基準条件として設定し、この基準条件から搬送用空気量である1次空気量を変化させた。

0037

さらに、表2に、この実験に用いたアダロ炭及びマウントアーサ炭の性状を示す。ここで、表2中の空気比とは、実際にバーナに供給した空気量を、石炭(微粉炭)を完全に燃焼させる際に要する空気量(理論空気量)で割った値である。また、注入位置1への多段燃焼用空気の注入割合及び注入位置2への多段燃焼用空気の注入割合とは、火炉2に送り込まれる全空気量に対する各多段空気量の割合であり、それらを合計すると多段燃焼率となるものである。

0038

0039

0040

図5に示すように、(Air+H2O)/Coalの値が小さくなるにつれて、NOX濃度は増加し、灰中未燃分濃度は減少することが分かった。これは、搬送用空気量を減少させることにより、バーナ3の火炎近辺に微粉炭が滞在する時間が増加するために、微粉炭が燃焼して灰中未燃分濃度が減少する一方、微粉炭がより燃焼してNOXが多く発生するためであると考えられる。

0041

一方、(Air+H2O)/Coalの値が大きくなるにつれて、NOX濃度は減少し、灰中未燃分濃度は増加することが分かった。これについても、上述した理由によると考えられる。

0042

なお、(Air+H2O)/Coalの値が1.9より小さい領域では微粉炭が微粉炭路8に堆積してしまうこと及び(Air+H2O)/Coalの値が2.2より大きい領域ではバーナ3の火炎が吹き消えてしまうことから、(Air+H2O)/Coalの値は1.9〜2.2の範囲で設定することができ、1.9〜1.97の範囲が好ましい。

0043

このように、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の供給量を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0044

<バーナ供給用空気の旋回角度を調整する高水分炭の燃焼方法>
本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、高水分炭の微粉炭が燃焼して発生する火炎柱の軸回りに旋回する空気(旋回流)の旋回角度を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。そして、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、具体的には、2次空気の旋回角度を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。なお、2次空気の旋回方向は時計回りであっても、反時計回りであってもよい。

0045

図6に、2次空気旋回角度と、火炉2出口でのNOX濃度(O2 6%換算)及びバグフィルタ12で得られた灰中未燃分濃度との関係を示す。なお、この実験では、図5において(Air+H2O)/Coalの値が1.9である燃焼状態において、2次空気の旋回角度を変化させた。

0046

図6に示すように、2次空気の旋回角度が大きくなるにつれて、灰中未燃分濃度及びNOX濃度は共に一旦減少するが、2次空気の旋回角度が63度(deg)を超えると灰中未燃分濃度及びNOX濃度は共に増加することが分かった。これは、2次空気の旋回角度が63度近辺では、微粉炭が適度に分散し、微粉炭を燃焼するのに好適な火炎柱が形成されるためであると考えられる。そして、2次空気の旋回角度が63度近傍よりも小さくなると、バーナ3から火炉2の他端側方向への微粉炭の直進性が強くなるので、微粉炭が十分に燃焼しないまま火炎柱から遠ざかると共に、微粉炭の燃焼により発生したNOXが火炎柱の近傍で十分に還元されずに火炎柱から遠ざかるためであると考えられる。一方、2次空気の旋回角度が63度近傍よりも大きくなると、2次空気の旋回流が大きすぎて火炎柱の半径方向へ微粉炭が拡散してしまい、微粉炭が十分に燃焼しないまま火炎柱から遠ざかると共に、微粉炭の燃焼により発生したNOXが火炎柱の近傍で十分に還元されずに火炎柱から遠ざかるためであると考えられる。

0047

このように、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭が燃焼して発生する火炎柱の軸回りに旋回する空気の旋回角度を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0048

なお、この実験では、2次空気の旋回角度を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整したが、3次空気の旋回角度を調整してもよい。3次空気の旋回角度を調整しても同様に灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0049

<多段燃焼用空気の注入位置を調整する高水分炭の燃焼方法>
本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、高水分炭の微粉炭を多段燃焼で燃焼する際に、多段空気の注入位置を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。そして、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、具体的には、多段燃焼用空気注入ポート4から注入される2段目の多段空気の注入位置を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。

0050

図7に、バーナ3から2段目の多段空気の注入位置との距離と、火炉2出口でのNOX濃度(O2 6%換算)及びバグフィルタ12で得られた灰中未燃分濃度との関係を示す。なお、この実験では、図6において2次空気の旋回角度が63度である燃焼状態で、2段目の多段空気の注入位置を変化させた。また、この実験における1番目の多段空気量と2番目の多段空気量との注入比率は50:50とした。

0051

図7に示すように、バーナ3から多段空気の2段目の注入位置との距離を小さくするにつれてNOX濃度は増加し、灰中未燃分濃度は減少することが分かった。これは、2段目の多段空気に含まれる酸素が主に微粉炭の燃焼に消費されているためであると考えられる。

0052

一方、バーナ3から2段目に注入する多段空気の注入位置との距離を大きくするにつれてNOX濃度は減少し、灰中未燃分濃度は増加することが分かった。これは、2段目の多段空気に含まれる酸素が微粉炭の燃焼だけでなく、NOXの還元反応に消費されているためであると考えられる。

0053

このように、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭を多段燃焼で燃焼する際に、多段空気の注入位置を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0054

なお、この実験では、2段目に注入する多段空気の注入位置を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整したが、調整する多段空気の入射位置は2段目に限られない。調整する多段空気の入射位置は、例えば1段目に注入する多段空気の注入位置であってもよいし、n(n≧3)段目に注入する多段空気の注入位置であってもよく、さらには複数の多段空気の注入位置であってもよい。このように多段空気の注入位置を調整しても同様に灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0055

<多段燃焼用空気の注入比率を調整する高水分炭の燃焼方法>
本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、高水分炭の微粉炭を多段燃焼で燃焼する際に、多段燃焼用空気の注入比率を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。そして、本実施形態に係る本高水分炭の燃焼方法は、具体的には、多段燃焼用空気注入ポート4から注入される各多段空気の注入比率を調整して、灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。

0056

図8に、2段階燃焼を行なった際の1段目に注入する多段空気の注入比率と、火炉2出口でのNOX濃度(O2 6%換算)及びバグフィルタ12で得られた灰中未燃分濃度との関係を示す。なお、この実験では、図7において2段目に注入する多段空気の注入位置を5.39mとした燃焼状態で、各多段空気の注入比率を変化させた。

0057

図8に示すように、1段目に注入する多段空気の注入比率を小さくするにつれてNOX濃度は減少し、灰中未燃分濃度は増加することが分かった。これは、1段目に注入する多段空気の注入比率が小さくなると、その多段空気に含まれる酸素が少ないために微粉炭が十分に燃焼しないためであると考えられる。

0058

一方、1段目に注入する多段空気の注入比率を大きくするにつれてNOX濃度は増加し、灰中未燃分濃度は減少することが分かった。これは、1段目に注入する多段空気の注入比率が大きくなると、その多段空気に含まれる酸素の量が多くなり、微粉炭が十分に燃焼することになるが、相対的に2段目に注入する多段空気に含まれる酸素の量が少なくなり、NOXの還元反応に必要となる酸素が足りなくなるためであると考えられる。

0059

このように、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭を多段燃焼で燃焼する際に、多段燃焼用空気の注入比率を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0060

なお、この実験では、2段燃焼の場合における各多段空気の注入比率を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整したが、本発明はこれに限られず、例えば、n(n≧3)燃焼における各多段空気の注入比率を調整してもよい。このようにしても、同様に灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0061

以上説明したような各高水分炭の燃焼方法は、既存の石炭ボイラに対してそのまま適用することができる。すなわち、本発明に係る高水分炭の燃焼方法を用いれば、既存の石炭ボイラをそのまま用いて灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

0062

<バーナ供給用空気の流速を調整する高水分炭の燃焼方法>
本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法は、高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の流速を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。そして、本実施形態に係る本高水分炭の燃焼方法は、具体的には、上述したバーナ3から火炉2に供給される1次空気の流速を調整して、高水分炭の微粉炭が燃焼した際に発生する灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整するというものである。

0063

図12に、図9図11に示す1次空気管を上述したバーナ3にそれぞれ取り付けて微粉炭を燃焼させた際の灰中未燃分濃度及びNOX濃度を示す。なお、この実験では、微粉炭として亜瀝青炭である上述したインドネシア産のアダロ炭を用い、表3に示す条件で微粉炭を燃焼させた。

0064

0065

ここで、図9に示す1次空気管30Aは、内側管33Aと外側管34Aとからなる2重管構造をしており、内側管33Aと外側管34Aとで挟まれた空間内を微粉炭及び1次空気が流れるようになっている(燃焼条件A)。

0066

図10に示す1次空気管30Bは、図9の1次空気管30Aと同様に2重管構造をしているが、1次空気管30Aと比較して内側管33Bの直径が小さくなっている。したがって、1次空気管30Aと同量の1次空気量を1次空気管30Bに流すと、1次空気管30Aを用いた場合と比較して火炉2に流れ込む流速が遅くなるようになっている(燃焼条件B)。

0067

図11に示す1次空気管30Cについても、図9の1次空気管30Aと同様に2重管構造をしているが、1次空気管30Aと比較して内側管33Cの直径が小さくなっており、さらに内側管33Cと外側管34Cとの間に旋回器であるスワラ35と整流器である整流板36とが設けられている。したがって、この1次空気管30Cに微粉炭を含む空気を流すと、スワラ35により旋回流が発生して、外側管34Cの内壁面側に微粉炭が濃縮することになる。そして、微粉炭が濃縮された状態の旋回流は整流板36により整流され、火炉2へと送り込まれることになる(燃焼条件C)。

0068

図12に示すように、1次空気管30Aを用いた場合よりも1次空気管30Bを用いた方がよりNOX濃度が減少することが分かった。すなわち、この実験では、1次空気の流速を遅くすることにより、NOX濃度を減少させ得ることが分かった。

0069

なお、1次空気管30Cを用いた場合には、1次空気管30A及び1次空気管30Bよりも灰中未燃分濃度及びNOX濃度が低くなることが分かった。すなわち、この実験では、微粉炭を濃縮させ、かつ整流することにより、灰中未燃分濃度及びNOX濃度を共に減少させ得ることが分かった。

0070

このように、本実施形態に係る高水分炭の燃焼方法によれば、高水分炭の微粉炭を燃焼させる際に混合する空気の流速を調整して灰中未燃分濃度及びNOX濃度を調整することができる。

図面の簡単な説明

0071

実施形態1に係る高水分炭燃焼装置の概略系統図である。
実施形態1に係るバーナの概略断面図である。
図2に示すA方向から見た際のバーナの旋回羽根のみを示した概略正面図である。
実施形態1における旋回角度を示す概略図である。
実施形態1における搬送用空気量と、NOX濃度及び灰中未燃分濃度との関係を示すグラフである。
実施形態1における2次空気旋回角度と、NOX濃度及び灰中未燃分濃度との関係を示すグラフである。
実施形態1におけるバーナから多段空気の2段目の注入位置との距離と、NOX濃度及び灰中未燃分濃度との関係を示すグラフである。
実施形態1における1段目に注入する多段空気の注入比率と、NOX濃度及び灰中未燃分濃度との関係を示すグラフである。
1次空気管30Aを示す概略断面図である。
1次空気管30Bを示す概略断面図である。
1次空気管30Cを示す概略断面図である。
実施形態1における燃焼条件とNOX濃度及び灰中未燃分濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

0072

1微粉炭燃焼装置
2火炉
3バーナ
4多段燃焼用空気注入ポート
5ポンプ
6蒸気発生装置
7a、7b微粉ビン
8微粉炭路
9排出管
10ガスクーラ
11マルチサイクロン
12バグフィルタ
13 ポンプ
14煙突
21 火炉の中心軸
30、30A、30B、30C 1次空気管
31 2次空気導入口
32 3次空気導入口
33、33A、33B、33C内側管
34、34A、34B、34C外側管
35スワラ
36整流板
37オイルバーナ
41空気口
43空気管
44 空気弁

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