JP2006162185A - Coal burning boiler and combustion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二段燃焼式の石炭焚きボイラに係り、特に主アフタエアノズルと副アフタエアノズルを備えた石炭焚きボイラに関する。 The present invention relates to a two-stage combustion type coal fired boiler, and more particularly to a coal fired boiler provided with a main after air nozzle and a sub after air nozzle.
ボイラでは、窒素酸化物(NOx)の濃度低減が求められており、この要求に応えるために二段燃焼法が適用されている。この燃焼方法は、燃料を空気不足の状態で燃焼させた後、完全燃焼用の空気をアフタエアノズルから供給する方法である。 Boilers are required to reduce the concentration of nitrogen oxides (NOx), and a two-stage combustion method is applied to meet this requirement. This combustion method is a method of supplying air for complete combustion from an after air nozzle after burning fuel in a state where air is insufficient.
アフタエアノズルには、空気の混合と燃焼状態の改善のために、いくつかの構造が提案されている。たとえば、アフタエアノズルに、空気流路の外径が空気噴出口に向かってしだいに縮小する縮流部を持つ構造が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。また、燃焼ガスの主流れ方向にアフタエアノズルを二段に分けて配置する構成が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 Several structures have been proposed for after-air nozzles to improve air mixing and combustion conditions. For example, a structure has been proposed in which an after air nozzle has a contracted portion in which the outer diameter of the air flow path gradually decreases toward the air outlet (see, for example, Patent Document 1). Further, a configuration has been proposed in which the after air nozzles are arranged in two stages in the main flow direction of the combustion gas (see, for example, Patent Document 2).
最近のボイラでは、NOxのみでなく、NOxと一酸化炭素(CO)の同時低減が求められている。従来の二段燃焼式ボイラは、NOxおよびCOの一方を低減することはできても、NOxとCOの両方を同時に低減することは難しい。 In recent boilers, simultaneous reduction of not only NOx but also NOx and carbon monoxide (CO) is required. Although the conventional two-stage combustion boiler can reduce one of NOx and CO, it is difficult to reduce both NOx and CO at the same time.
本発明の目的は、NOxとCOを同時に低減できるようにした石炭焚きボイラとその燃焼方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a coal fired boiler capable of simultaneously reducing NOx and CO, and a combustion method thereof.
本発明は、微粉炭等の石炭燃料と空気を空気不足の状態で燃焼させるバーナの下流側に、燃焼ガスを完全燃焼させるアフタエアノズルを有する石炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアノズルを、燃焼ガス流れ方向に複数段に分けて配置し、空気供給量の多い主アフタエアノズル中に、出口の空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部を設け、前記主アフタエアノズルの流れ方向下流側に、空気供給量の少ない副アフタエアノズルを設けた石炭焚きボイラである。 The present invention provides a coal-fired boiler having an after-air nozzle that completely burns combustion gas on the downstream side of a burner that burns coal fuel such as pulverized coal and air in an air-deficient state. In the main after air nozzle with a large amount of air supply, provided in the main after air nozzle with a large amount of air supply, a constricted portion whose flow path outer diameter decreases toward the air outlet of the outlet is provided, and the downstream side in the flow direction of the main after air nozzle In addition, it is a coal fired boiler provided with a sub-after air nozzle with a small air supply amount.
本発明は、前記の構成のボイラによって石炭燃料の二段燃焼を行い、その際に主アフタエアノズルへ供給する空気量を調整して主アフタエアノズルによる噴出流速を調整できるようにした燃焼方法である。 The present invention is a combustion method in which two-stage combustion of coal fuel is performed by the boiler having the above-described configuration, and the amount of air supplied to the main after-air nozzle is adjusted at that time so that the jet flow velocity by the main after-air nozzle can be adjusted. .
本発明はまた、前記の構成のボイラによって石炭燃料の二段燃焼を行い、その際にバーナへ供給する空気量をNOx発生量が少なくなる所定の範囲に保ち、主アフタエアノズルとその他の副アフタエアノズルへ供給する空気量の配分を調整して主アフタエアノズルの噴出流速を調整するようにした燃焼方法である。 The present invention also performs two-stage combustion of coal fuel with the boiler having the above-described configuration, and maintains the amount of air supplied to the burner within a predetermined range in which the amount of NOx generated is reduced, and the main after-air nozzle and other sub-afters In this combustion method, the distribution of the amount of air supplied to the air nozzle is adjusted to adjust the jet flow velocity of the main after-air nozzle.
本発明のボイラは、空気供給量の多い主アフタエアノズルに噴出流速を速める縮流部が備えられ、その下流に空気供給量の少ない副アフタエアノズルが備えられているので、両ノズルの空気流量配分を調整することでNOxとCOを同時に低減することが可能である。 In the boiler according to the present invention, the main after-air nozzle with a large air supply amount is provided with a contraction portion for increasing the jet flow velocity, and the sub-after air nozzle with a small air supply amount is provided downstream thereof, so that the air flow distribution of both nozzles is provided. By adjusting this, NOx and CO can be reduced simultaneously.
本発明において、主アフタエアノズルの内部には、縮流部の最小流路面積を規定する部材を設けることが望ましい。また、主アフタエアノズルは、空気を直進流または旋回流で供給する1次及び2次ノズルと、前記1次及び2次ノズルの外側に設けられた3次空気を供給する3次ノズルとで構成し、前記3次ノズルをアフタエア噴流の中心軸方向に向けて中心方向の速度成分を持たせることが望ましい。また、主アフタエアノズル及び副アフタエアノズルへ供給する空気の全量を調節する機構と、主及び副アフタエアノズルへ供給する空気量の比を調節する機構を備えることが望ましい。 In the present invention, it is desirable to provide a member for defining the minimum flow path area of the contracted portion inside the main after air nozzle. The main after-air nozzle is composed of primary and secondary nozzles that supply air in a straight flow or swirl flow, and a tertiary nozzle that supplies tertiary air provided outside the primary and secondary nozzles. It is preferable that the tertiary nozzle has a velocity component in the center direction toward the center axis of the after-air jet. It is desirable to provide a mechanism for adjusting the total amount of air supplied to the main after-air nozzle and the sub-after air nozzle and a mechanism for adjusting the ratio of the amount of air supplied to the main and sub-after air nozzles.
主アフタエアノズル及び副アフタエアノズルは、ボイラの火炉前壁と火炉後壁にそれぞれ複数個づつ配置されることが望ましい。また、副アフタエアノズルは、主アフタエアノズルの直上、或いは複数個の主アフタエアノズルの間で下流側、或いは火炉側壁の近くに配置されることが望ましい。本発明の他の特徴は、以下の実施例により明らかにされるであろう。 It is preferable that a plurality of main after-air nozzles and sub-after-air nozzles are arranged on the front wall and the rear wall of the boiler. Further, it is desirable that the sub-after air nozzle is disposed immediately above the main after-air nozzle, or between the plurality of main after-air nozzles, on the downstream side or near the furnace side wall. Other features of the present invention will become apparent from the following examples.
図1は、本発明の実施例による微粉炭焚きボイラの火炉部の構成図である。火炉の壁面は、上部の火炉天井44、下部のホッパ47、側方の火炉前壁45、火炉後壁46、及び図3,6,7に示す火炉側壁48で囲われ、それぞれの壁面には、図示しない水管が設置される。この水管により、火炉内燃焼空間23で発生した燃焼熱の一部が吸収される。火炉内燃焼空間23で生成した燃焼ガスは下方から上方へ流れ、燃焼後のガス43となって排出される。燃焼後のガス43は、図示しない後部伝熱部を通り、ここでガス中に含まれる熱が、さらに回収される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a furnace portion of a pulverized coal burning boiler according to an embodiment of the present invention. The wall of the furnace is surrounded by an
火炉の下部には、バーナ36が設置され、ここで空気不足の火炎37が形成される。バーナ36は、バーナ用1次空気と微粉炭の混合流42を噴出する微粉炭ノズルとバーナ用2次空気を噴出する2次ノズルおよび3次空気を噴出する3次ノズルにより構成されている。石炭は図示しない粉砕器において、およそ150μm以下に粉砕された後、バーナ用1次空気で搬送され、バーナ用1次空気と微粉炭の混合流42が、バーナ36から火炉内に噴出される。バーナ用2次,三次空気41も同時に、バーナ用ウインドボックス38を経て、バーナ36から噴出される。
A
バーナ36の上方には、主アフタエアノズル34が設置される。主アフタエアノズルの下流側には、副アフタエアノズル35が設置される。主アフタエアノズル34の構造は、噴出口付近で、空気の流れが主アフタエアノズル中心軸方向を向くように構成された、縮流型の構造である。構造の詳細は、図2,4,5で後述する。バーナ部で形成された空気不足の火炎37から発生したCOなどの未燃焼成分の大部分は、主アフタエアノズルからの空気と混合することで完全燃焼(酸化)する。ただし、未燃焼成分と主アフタエア空気の混合時にNOxが発生する。このNOxは主にサーマルNOxである。NOxの発生量は主アフタエアノズルから噴出する空気の流速(縮流部の最大流速)と関連があり、主アフタエア空気の流速の調整が重要である。さらに、主アフタエア空気の噴出条件をNOxが低くなるように設定すると、酸化が不充分になりCOが発生しやすくなる傾向があるので、NOxとCOの性能バランスに留意して主アフタエア空気の噴出条件を設定する必要がある。
A main after
燃焼用空気49は、空気流量配分調整機構a51で、バーナ用2次,3次空気41とアフタエア空気40に配分される。アフタエア空気40は空気流量配分調整機構c53で、前壁側のアフタエアに流れる空気と後壁側のアフタエアに流れる空気に配分される。火炉後壁46の上部には、ノーズ39が設けられることが多い。このノーズ39の影響により、副アフタエアノズル35廻りの燃焼ガスの流れは非対称になる。前壁側と後壁側に流れるアフタエア空気の配分を調整することで、非対称な流れ場でもNOxとCOを低減できる。
The
アフタエア空気40はさらに、主/副アフタエア空気流量配分調整機構50により、主/副アフタエアから供給する空気量を調整する。これにより、主アフタエア空気の噴出流速(縮流部の最大流速)が調整できる。噴出流速が高すぎるときには副アフタエア空気量を増やし、噴出流速が低すぎるときには逆にする。このとき副アフタエアの噴出流速も変化する。ただし、副アフタエアノズルから噴出される副アフタエアは主アフタエアに比べるとガス温度が低く、また、流量も少ないので、NOx(サーマルNOx)発生に与える影響は小さい。また、副アフタエアの流量調整により主アフタエア空気量を調整できるので、バーナへ供給される2次、3次空気流量は常に一定にできる。これは、バーナ部で形成される空気不足の火炎37の燃焼条件を、ここでのNOx発生量が最も少なくなる最適条件で常に運用できることを意味する。
The after-
この結果、バーナ部で発生するNOxを常に最少に保つと同時に、主アフタエアノズルの空気噴出条件をNOxとCOの総合性能が最適になるように保つこともできる。 As a result, it is possible to always keep the NOx generated in the burner portion to a minimum and at the same time keep the air blowing conditions of the main after-air nozzle so that the overall performance of NOx and CO is optimized.
なお、バーナへ供給される2次,3次空気41もアフタエア空気40と同様に、空気流量配分調整機構b52で、前壁側のバーナに流れる空気と後壁側のバーナに流れる空気に配分される。
The secondary and tertiary air 41 supplied to the burner is distributed to the air flowing to the burner on the front wall side and the air flowing to the burner on the rear wall side by the air flow rate distribution adjusting mechanism b52, similarly to the after-
図2は、主アフタエアノズルの詳細構造の一例を示す断面図である。図2の主アフタエアノズルの基本構造は、噴流中心軸8を対称軸とした円筒形である。ノズルはウインドボックス外筒1とウインドボックス外壁13で囲われており、ウインドボックス開口部5から矢印6で示すように燃焼用の空気が流入する。空気は矢印6の方向に沿って流れ、噴出口4から火炉内燃焼空間23へ噴出される。噴出された空気は、火炉内燃焼空間23で可燃ガスと混合して可燃ガスを燃焼させる。噴出口4の周囲には、水管14が設けられている。アフタエアノズルの噴出口4側には、縮流部材2が設けられている。縮流部材2は、噴出口4側に向かって次第に口径が小さくなる構造である。この縮流部材2により、矢印6で示す空気の流れには、ノズル中心軸へ向かう速度成分が与えられ、縮流部3が形成される。縮流部3の入口近くに、縮流部の最小流路面積を規定する部材7を設ける。縮流部での空気の流速は、縮流部で最も開口面積が小さくなる部分の面積で規定される。図2の構成では、縮流部の最小流路面積を規定する部材7の先端部で縮流部の流速が最大になる。図2の縮流部の最小流路面積を規定する部材7は、噴出口4に向かって外径が次第に小さくなる構成とした。縮流部3内での流れの乱れを少なくするためである。乱れを少なくすることで、NOxの急激な増加を抑制しやすい。縮流部の最小流路面積を規定する部材7は支持材9に固定する。支持材9はガイド12を介してウインドボックス外筒1に固定する。縮流部の最小流路面積を規定する部材7の内側には、過熱防止材10を設けた。火炉内燃焼空間23に形成された火炎からの放射熱で支持材9が焼損するのを防ぐためである。火炉内燃焼空間23に形成された火炎放射熱が弱い場合や、他の方法で支持材9を冷却できる場合には、過熱防止材10は必ずしも必要ない。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a detailed structure of the main after-air nozzle. The basic structure of the main after air nozzle of FIG. 2 is a cylindrical shape with the jet
図3の(a)(b)は、主アフタエアノズルと副アフタエアノズルの配置の一例を示している。図3の(a)は図1のA−A断面図であり、主アフタエアノズル34の配置を示している。図3の(b)は図1のB−B断面図であり、副アフタエアノズル35の配置を示している。主アフタエアノズル34は通常、バーナ燃焼ガスの流れと直角或いはほぼ直角に複数配置され、火炉前壁45側と火炉後壁46側に同数配置される。副アフタエアノズル35の最も単純な配置方法は、主アフタエア34の直上に配置することである。
FIGS. 3A and 3B show an example of the arrangement of the main after air nozzle and the sub after air nozzle. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and shows the arrangement of the main after-
次に主アフタエアノズル構造の変型例およびアフタエアノズル配置の変型例について述べるが、これらの変型例に限定されるものではない。
[主アフタエアノズル構造の変型例1]
図4は、主アフタエアノズルの詳細構造の変型例であり、縮流部の最小流路面積を規定する部材の支持材9を冷却するための冷却空気用の流路と、縮流部材2を冷却するための冷却空気用の流路を持つことが、図2と異なる。
Next, modifications of the main after-air nozzle structure and modifications of the arrangement of the after-air nozzle will be described, but the present invention is not limited to these modifications.
[
FIG. 4 is a modified example of the detailed structure of the main after-air nozzle. The cooling air flow path for cooling the
縮流部の最小流路面積を規定する部材の支持材9に、冷却空気孔20を設ける。ウインドボックス開口部5から導入された空気の一部は、矢印25で示すように冷却空気の流れとなり、冷却空気孔20から放出される。その過程で、縮流部の最小流路面積を規定する部材の支持材9に衝突し、この支持材9を冷却できる。また、冷却空気孔20から放出された空気の一部は、縮流部の最小流路面積を規定する部材7に衝突し、この部材を冷却することもできる。
A cooling
さらに、図4では縮流部3の近傍に冷却空気案内板21を設けている。これにより冷却空気導入口58を通して冷却空気案内板21と縮流部材2の間に冷却空気が流れ、縮流部材2を冷却できる。また、この冷却空気は噴出口4の最外周側を流れるため、噴出口4の周囲に付着した石炭灰を除去するためにも使用できる。噴出口4の周囲に付着した石炭灰の量が多くなったとき、縮流部材2と冷却空気案内板21の間を流れる空気量を一時的に増やして付着灰を除去しやすくするためにも用いることができる。
Further, in FIG. 4, a cooling
なお、縮流部材2の角度は、縮流部の途中で変化してもよい。図4の構成では、縮流部の入口付近の角度が大きい。また、縮流部の出口付近の角度が小さい。ガイド12の形状は、外周部分の一部を切り欠いた構造となっている。なお、ガイド12の形状を図4のようにすると、縮流部3に流入する空気流の乱れを小さくすることができ、NOxを低減する上で有効である。
[主アフタエアノズル構造の変型例2]
図5は、主アフタエアノズルの別の変型例を示した断面図である。主アフタエアノズルの中心に1次ノズル30、1次ノズル30の外側に2次ノズル31、2次ノズル2の外側に縮流3次ノズル29が設置されている。この構造の主アフタエアノズルは、1次空気が矢印16で示す方向に流れ、1次ノズルの外側を2次空気が矢印17で示す方向に流れる。縮流3次ノズル29から噴出する3次空気は矢印15に示す方向に流れ、2次ノズル31の出口にて矢印17で示す2次空気の流れと合流して火炉内燃焼空間23に流入する。ここで、2次ノズル31の噴出方向は、噴流中心軸8に平行である。さらに、矢印17で示す2次空気の流れには、2次空気レジスタ32により旋回力が与えられるようになっている。縮流3次ノズル29は噴流中心軸8の方向に向けて設置されているので、縮流を形成させることができる。
The angle of the
[
FIG. 5 is a sectional view showing another modified example of the main after-air nozzle. A
微粉炭は、燃料中に灰を含む。この場合、主アフタエアノズルの出口で縮流を形成すると、高温の燃焼ガス中で溶融した灰が空気ポート出口の水管14付近に付着することがある。灰の付着が成長してクリンカを形成すると、流動を妨げたり、落下による水管の損傷を生じたりする可能性がある。このような場合は、クリンカが小さいときに3次空気の流量を低減し、2次空気の流量を増加してクリンカの温度を低下させることで、熱応力を発生させ、剥離すると良い。
[アフタエアノズル配置の変型例1]
図6は、主アフタエアノズルと副アフタエアノズルの配置の変型例である。図6の(a)は図1のA−A断面図であり、主アフタエアノズルの配置を示す。図6の(b)は図1のB−B断面図であり、副アフタエアノズルの配置を示す。図6では、副アフタエアノズル35が主アフタエアノズル34の間の下流側に配置されている。主アフタエアノズル34の間を通過する未燃焼成分は、主アフタエアノズル34から噴出される空気と混合せずに火炉から排出されやすく、CO排出量を増加させる原因となりやすい。図6のように副アフタエアノズル35を主アフタエアノズル34の間の下流側に配置すると、この副アフタエアノズル35から噴出された空気は、主アフタエアノズル34の間を通過する未燃焼成分と混合しやすくなるので、COの低減が容易になる。
[アフタエアノズル配置の変型例2]
図7も、主アフタエアノズルと副アフタエアノズルの配置の変型例である。図7の(a)は図1のA−A断面図であり、主アフタエアノズルの配置を示す。図7の(b)は図1のB−B断面図であり、副アフタエアノズルの配置を示す。この例では、副アフタエアノズル35は火炉側壁48の近傍に配置されている。未燃焼成分が主アフタアノズル35と火炉側壁48の間を通過するときに最もCOが発生しやすい。それは、火炉側壁48付近のガス温度は低く、ここではCOや未燃焼成分の酸化速度が最も遅いためである。図7の構成では、主アフタアノズル34と火炉側壁48の間を通過する未燃焼成分を効率良く酸化させるため、副アフタエアノズル35を火炉側壁48側に配置した。主アフタアノズル34よりも火炉側壁側に副アフタエアノズル35を配置することで、主アフタアノズル35と火炉側壁48の間を通過した未燃焼成分の酸化が容易になり、COが低減できる。
[本発明の効果の検証]
図8は、火炎温度とNOx発生量の関係を検討した結果である。火炎温度は、空気不足の火炎から発生した未燃焼成分と主アフタエアから噴出した空気が混合し、燃焼する領域での最高温度である。図8中に丸印で示してあるのは実験結果であり、曲線は計算結果である。NOxは火炎温度と強く相関する。火炎温度が高くなるとNOxは指数関数的に増加する。特に、火炎温度が1500℃を超えると、NOxの増加が著しい。
Pulverized coal contains ash in the fuel. In this case, if a contracted flow is formed at the outlet of the main after-air nozzle, ash melted in the high-temperature combustion gas may adhere to the vicinity of the
[
FIG. 6 shows a modified example of the arrangement of the main after air nozzle and the sub after air nozzle. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and shows the arrangement of the main after air nozzle. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. In FIG. 6, the
[Modified example 2 of after-air nozzle arrangement]
FIG. 7 is also a modified example of the arrangement of the main after air nozzle and the sub after air nozzle. (A) of FIG. 7 is AA sectional drawing of FIG. 1, and shows arrangement | positioning of the main after air nozzle. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. In this example, the
[Verification of the effect of the present invention]
FIG. 8 shows the results of examining the relationship between the flame temperature and the amount of NOx generated. The flame temperature is the highest temperature in a region where unburned components generated from a flame with insufficient air and air ejected from the main after air are mixed and burned. In FIG. 8, circles indicate experimental results, and curves indicate calculation results. NOx correlates strongly with flame temperature. As the flame temperature increases, NOx increases exponentially. In particular, when the flame temperature exceeds 1500 ° C., the increase in NOx is remarkable.
図9は、図2の構成の主アフタエアノズルを用いて、縮流部の最大流速と火炎温度の関係を実験により検討した結果である。バーナ空気比は基準条件の±2%の範囲でほぼ一定とし、火炉空気比を変化させた。縮流部の最大流速が速くなると、火炎温度が徐々に増加する。縮流部の流速がある一定値を超えると、火炎温度が急激に増加する。これは、縮流部の最大流速がある一定値までの間は、NOxは緩やかに増加するが、ある一定値を超えると、NOxの増加が急激になることを意味する。なおCOは縮流部の最大流速が速くなると逆に減少した。 FIG. 9 shows the results of an experiment on the relationship between the maximum flow velocity of the contracted flow portion and the flame temperature using the main after-air nozzle having the configuration shown in FIG. The burner air ratio was substantially constant in the range of ± 2% of the reference condition, and the furnace air ratio was changed. As the maximum flow velocity of the contracted portion increases, the flame temperature gradually increases. When the flow velocity of the contracted portion exceeds a certain value, the flame temperature increases rapidly. This means that the NOx increases slowly until the maximum flow velocity of the contracted flow part reaches a certain value, but if the value exceeds a certain value, the increase in NOx becomes abrupt. Note that CO decreased conversely as the maximum flow velocity in the contracted portion increased.
縮流部の最大流速が遅い時には、NOxは低いがCOは高い。一方、縮流部の最大流速が速すぎるときには、COは低いが、NOxが急激に高くなる。流速がある一定値に達するまでの間は、COは流速の増加にともない減少するが、NOxの増加は緩やかなため、NOxとCOの総合性能は、縮流部の最大流速にともない向上する。 When the maximum flow velocity of the constricted part is low, NOx is low but CO is high. On the other hand, when the maximum flow velocity of the contracted flow portion is too high, CO is low, but NOx increases rapidly. Until the flow velocity reaches a certain value, CO decreases as the flow velocity increases. However, since the increase in NOx is gradual, the overall performance of NOx and CO improves with the maximum flow velocity of the contracted portion.
縮流部の流速が遅い時(低速)、最適なとき(最適速度)、及び、速い時(高速)の3条件について、NOxとCOの関係を測定した結果を図10に示す。ある一定値に達する直前に最適条件があり、このとき、NOxとCOの総合性能が最も良くなる。流速が最適値より速くても、遅くてもNOxとCOの総合性能は低下する。 FIG. 10 shows the results of measuring the relationship between NOx and CO under three conditions: when the flow velocity of the contracted portion is slow (low speed), when optimal (optimum speed), and when fast (high speed). There is an optimum condition just before reaching a certain value, and at this time, the overall performance of NOx and CO is the best. The overall performance of NOx and CO is reduced whether the flow rate is faster or slower than the optimum value.
図11は、図2の構成の主アフタエアノズルと従来技術の主アフタエアノズルを用いた場合について、NOxとCOの性能を比較した結果である。バーナ空気比および火炉空気比は基準条件の±2%の範囲内とした。従来技術の構成は、図5の構成から、縮流3次ノズル29を除いたものである。符号106は、従来の構成で2次ノズルに旋回を与えない時の結果、符号105は、従来の構成で2次ノズルに旋回を与えた時の結果、符号104は、ノズルの口径を変えたときの結果である。符号101は、本発明の構成(図2)での結果であり、縮流部の最高流速を最適化したときの結果である。本発明の構成では、従来技術に比べて、NOxとCOが共に低減されることがわかる。図2,4及び5に示したような縮流型の主アフタエアノズルにすると同時に、縮流部の流速を最適化することが望ましい。
FIG. 11 shows the results of comparing the performances of NOx and CO in the case of using the main after-air nozzle configured as shown in FIG. 2 and the main after-air nozzle of the prior art. The burner air ratio and furnace air ratio were within the range of ± 2% of the reference conditions. The configuration of the prior art is obtained by removing the contracted-flow
図12に、主アフタエア空気の流速とNOx及びCOの関係を、従来技術と比較して示した。ここでの流速は、従来技術ではアフタエア噴出口での流速である。従来技術における流速とNOx及び未燃焼成分の関係は、特開2003-254510号公報の図8に示されている。本発明での流速は、縮流部での最高流速である。符号121は従来技術のNOxを示し、符号123は従来技術のCOを示す。また、符号122は本発明におけるNOxを示し、符号124は本発明におけるCOを示す。
FIG. 12 shows the relationship between the flow rate of the main after-air air and NOx and CO in comparison with the prior art. The flow velocity here is the flow velocity at the after-air jet outlet in the prior art. The relationship between the flow velocity, NOx and unburned components in the prior art is shown in FIG. 8 of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-254510. The flow velocity in the present invention is the maximum flow velocity at the contracted portion.
流速が速くなるとNOxが増加する一方、COが減少する。これは、本発明と従来技術の両方に見られる。本発明が従来技術と相違する点は、流速がある一定値に達するまではNOxの増加が緩やかなことである。このため、ある流速条件において、NOxとCOの総合性能に最適値を持つことである。従来技術では、流速が比較的低い条件でも、流速を増加したときのNOx増加率が大きい。このため、流速を変化させてもNOxとCOの総合性能はあまり変化しない。 As the flow rate increases, NOx increases while CO decreases. This is seen in both the present invention and the prior art. The difference between the present invention and the prior art is that the increase in NOx is slow until the flow velocity reaches a certain value. For this reason, it has an optimum value for the total performance of NOx and CO under a certain flow rate condition. In the prior art, even when the flow rate is relatively low, the NOx increase rate when the flow rate is increased is large. For this reason, the total performance of NOx and CO does not change much even if the flow rate is changed.
図13は本発明に係るものであり、縮流部の流速とNOxとCOの総合性能の関係を示した図である。流速を最適値に設定するとNOxとCOを同時に低減できる。ただし、流速が最適値より速くなるとNOxが急激に増加することにより、NOxとCOの総合性能が急激に低下する。流速を常に最適値付近に保つことが、性能向上の鍵となる。このためには、副アフタエアノズルを設け、副アフタエアノズルへ逃がす空気量を調整することで、主アフタエアノズル内の縮流部流速を常に最適値に保つことが有効である。また、この方法では、バーナへ供給する空気量を変えることなく、主アフタエアノズル内の縮流部流速を制御できるので、バーナ部での燃焼条件も、NOx発生量の少ない最適状態に常に保つことができる。ただし、この方法を用いた場合には、主アフタエアノズル内の縮流部流速を変化させると、同時に副アフタエアアフタノズルから供給される空気の噴出速度も変化する。この変化がNOxに与える影響を少なくするように、副アフタエアアフタノズルの配置を工夫することが望ましい。 FIG. 13 relates to the present invention, and is a diagram showing the relationship between the flow velocity of the contracted portion and the overall performance of NOx and CO. If the flow rate is set to an optimum value, NOx and CO can be reduced simultaneously. However, when the flow velocity becomes faster than the optimum value, NOx increases rapidly, and the overall performance of NOx and CO rapidly decreases. Keeping the flow velocity near the optimum value is the key to improving performance. For this purpose, it is effective to always keep the flow velocity of the contracted portion in the main after air nozzle at an optimum value by providing a sub after air nozzle and adjusting the amount of air released to the sub after air nozzle. Also, with this method, the flow velocity of the contracted part in the main after-air nozzle can be controlled without changing the amount of air supplied to the burner, so that the combustion conditions in the burner part are always kept in an optimum state with a small amount of NOx generation. Can do. However, when this method is used, when the flow velocity of the contracted portion in the main after air nozzle is changed, the ejection speed of the air supplied from the sub after air after nozzle also changes. It is desirable to devise the arrangement of the sub-after-air after-nozzles so as to reduce the influence of this change on NOx.
火炉内の温度分布を計算することで、副アフタエアアフタノズルの配置方法の影響を検討した。図14は火炉高さ方向の温度変化の例である。温度は、断面平均値である。破線132は、主アフタエアノズルの縮流部最大流速が大きいときの温度である。このケースでは主アフタエア付近での温度の極大値が1500℃を超えており、NOxが高くなる。NOxを低減するには、主アフタエアノズルへ供給する空気量を減らし、主アフタエア付近での温度の極大値を低くする必要がある。実線131は、主アフタエアノズルへ供給する空気量を減らし、縮流部の最大流速を最適化したときの温度変化である。温度の極大値が低くなり、主アフタエア付近から発生するNOxを低減できる。ただし、この場合、主アフタエアノズルへ供給する空気量を減少させると、副アフタエアノズルへ供給する空気量が増加するので、副アフタエア付近でNOxが発生する可能性がある。 By calculating the temperature distribution in the furnace, the influence of the arrangement method of the sub-after-air after-nozzle was examined. FIG. 14 shows an example of temperature change in the furnace height direction. The temperature is a cross-sectional average value. A broken line 132 indicates a temperature when the maximum flow velocity of the contracted portion of the main after air nozzle is large. In this case, the maximum value of the temperature in the vicinity of the main after-air exceeds 1500 ° C., and NOx increases. In order to reduce NOx, it is necessary to reduce the amount of air supplied to the main after-air nozzle and to lower the maximum value of the temperature in the vicinity of the main after-air. A solid line 131 represents a temperature change when the amount of air supplied to the main after-air nozzle is reduced and the maximum flow velocity of the contracted portion is optimized. The maximum value of temperature becomes low, and NOx generated from the vicinity of the main after-air can be reduced. However, in this case, if the amount of air supplied to the main after-air nozzle is decreased, the amount of air supplied to the sub-after-air nozzle increases, so that NOx may be generated near the sub-after air.
実線133は、本発明の構成での、副アフタエア付近の温度である。副アフタエアノズルは主アフタエアノズルよりも下流側に設けられているので、火炉壁への放熱により、副アフタエアノズル付近の雰囲気温度は1500℃より低い。このため、副アフタエアノズルから噴出する空気流速の変化により雰囲気温度が変化しても、NOx発生量へ与える影響は小さい。主アフタエア付近で発生するNOxを低減することで、火炉全体から発生するNOxを低減できる。 A solid line 133 is a temperature near the sub-after air in the configuration of the present invention. Since the sub-after air nozzle is provided on the downstream side of the main after-air nozzle, the ambient temperature near the sub-after air nozzle is lower than 1500 ° C. due to heat radiation to the furnace wall. For this reason, even if the atmospheric temperature changes due to a change in the flow velocity of air ejected from the sub-after air nozzle, the influence on the NOx generation amount is small. By reducing NOx generated near the main after-air, NOx generated from the entire furnace can be reduced.
実線134は本発明の構成と異なり、主アフタエアノズルの上流側に副アフタエアノズルを設置したときの、副アフタエア付近の温度である。このときは、温度が1500℃付近の雰囲気ガス中へ副アフタエアノズルからの空気が噴出される。この条件では空気流速の増加により温度が上昇すると、NOxが急激に増加しやすい。このため、主アフタエアノズルへの空気量を減少させて、ここで発生するNOxを低減すると、副アフタエアノズルの空気流速が増加し、副アフタエア付近から発生するNOxが逆に増加しやすくなる。このため、火炉全体から発生するNOxを低減するのは難しい。 Unlike the configuration of the present invention, the solid line 134 is the temperature near the sub-after air when the sub-after air nozzle is installed upstream of the main after-air nozzle. At this time, air from the sub-after air nozzle is ejected into the atmospheric gas having a temperature of around 1500 ° C. Under this condition, if the temperature rises due to an increase in the air flow rate, NOx tends to increase rapidly. For this reason, if the amount of air to the main after-air nozzle is reduced to reduce the NOx generated here, the air flow rate of the sub-after-air nozzle increases, and the NOx generated from the vicinity of the sub-after-air tends to increase. For this reason, it is difficult to reduce NOx generated from the entire furnace.
本発明により、二段燃焼式の石炭焚きボイラにおいて、NOxとCOの同時低減が可能になった。これによる実用上の効果は極めて大きい。 According to the present invention, NOx and CO can be simultaneously reduced in a two-stage combustion type coal fired boiler. This has a very large practical effect.
2…縮流部材、3…縮流部、4…噴出口、7…縮流部の最小流路面積を規定する部材、8…噴流中心軸、23…火炉内燃焼空間、29…縮流3次ノズル、30…1次ノズル、31…2次ノズル、33…2次空気レジスタ、34…主アフタエアノズル、35…副アフタエアノズル、36…バーナ、37…空気不足の火炎、40…アフタエア空気、41…バーナ用2次,3次空気、42…バーナ用1次空気と微粉炭との混合流、43…燃焼後のガス、45…火炉前壁、46…火炉後壁、48…火炉側壁、49…燃焼用空気、50…主/副アフタエア空気流量配分調整機構、51…空気流量配分調整機構a。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
The two-stage combustion of coal fuel is performed by the boiler according to claim 1, and the amount of air supplied to the burner is maintained within a predetermined range in which the amount of NOx generated is reduced, and the main after-air nozzle and other sub-after-air nozzles A combustion method for a coal-fired boiler, wherein the distribution of the amount of air to be supplied is adjusted to adjust the jet flow velocity of the main after-air nozzle.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008032362A (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | High moisture coal combustion method |
| JP2009236388A (en) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Hitachi Zosen Corp | Blowing method for secondary air in secondary combustion chamber |
| JP2015117862A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | boiler |
| JP2019007701A (en) * | 2017-06-27 | 2019-01-17 | 川崎重工業株式会社 | Secondary combustion gas supply method, secondary combustion gas supply structure, and waste incinerator |
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