| 【発明の名称】 |
ボイラのリパワリング装置とリパワリング方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】馬場 彰
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| 【要約】 |
【課題】石炭ガス化システムが持つ高い経済性を備え、さらに燃焼ガス中のＮＯｘの生成量が少ない、老朽化した石炭焚きボイラのリパワリングシステムを確立すること。
【解決手段】既設の石炭焚きボイラ６に石炭ガス化装置９を付加し、石炭ガス化装置９で発生した乾留ガスとチャーをチャー捕集器１１で捕集した後、分離して乾留ガスの一部をガスタービン１２の燃料として使用し、残りの乾留ガスとチャーを既設の石炭焚きボイラ６の燃料として使用して燃焼させる。このようなシステムであれば、起動時にはオイルやガス燃料が必要になるが、通常運転時には石炭のみを燃料とする運転が可能になる。また乾留ガスの一部を既設の石炭焚きボイラの燃料として使用できることから、ボイラ火炉内で強い還元領域を形成できるようになり、通常の石炭焚きボイラで問題になるボイラ火炉内でのＮＯｘ生成の問題も乾留ガスによる炉内脱硝による効果で大幅に低減が可能になる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 石炭などの固体化石燃料を主燃料として燃焼するバーナを有するボイラと、石炭を量論比以下の酸素を含む気体でガス化反応させる石炭ガス化装置と、該石炭ガス化装置で生成される乾留ガスと石炭中の揮発分の一部もしくは全部が熱分解して放出された後に生成されるチャーとを分離する分離装置と、前記乾留ガスと前記チャーとをそれぞれ前記バーナに供給する流路を設けたことを特徴とするボイラのリパワリング装置。
【請求項２】 前記バーナには前記乾留ガスおよびチャーを同時にまたは個別に供給するバーナを用いることを特徴とする請求項１記載のボイラのリパワリング装置。
【請求項３】 前記バーナにはチャーと搬送用空気との混合流体を供給する１次空気流路と、該流路の外周部に設けられる２次空気流路と、該２次空気流路内に設けられた乾留ガス供給ノズルとを備えていることを特徴とする請求項２記載のボイラのリパワリング装置。
【請求項４】 前記バーナにはチャーと搬送用空気との混合流体を供給する１次空気流路と、該１次空気流路内に設けられた乾留ガス供給ノズルと、該１次流路の外周部に設けられる２次空気流路とを備えていることを特徴とする請求項２記載のボイラのリパワリング装置。
【請求項５】 該ガスタービンからの排ガスをボイラのバーナ部に供給する排ガス流路とを備えたことを特徴とする請求項１記載のボイラのリパワリング装置。
【請求項６】 乾留ガスとチャーとを分離する前記分離装置で分離された乾留ガスの供給流路に接続した乾留ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンの上流側の乾留ガスの供給流路に設けた開閉弁を備えた分岐流路と、該分岐流路からの乾留ガスをボイラのバーナ部に供給する乾留ガス流路とを備えたことを特徴とする請求項１記載のボイラのリパワリング装置。
【請求項７】 石炭などの固体化石燃料を主燃料として燃焼するバーナを有するボイラと、石炭を量論比以下の酸素を含む気体でガス化反応させる石炭ガス化装置と、該石炭ガス化装置で生成される乾留ガスと石炭中の揮発分の一部もしくは全部が熱分解して放出された後に生成されるチャーとを分離する分離装置と、該分離装置で分離されたチャーを前記バーナに供給する燃料供給流路と、前記分離装置で分離された乾留ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスを前記バーナに供給する排ガス流路を設けたことを特徴とするボイラのリパワリング装置。
【請求項８】 石炭などの固体化石燃料を主燃料として燃焼するバーナを有するボイラと、石炭を量論比以下の酸素を含む気体でガス化反応させる石炭ガス化装置と、該石炭ガス化装置で生成される乾留ガスと石炭中の揮発分の一部もしくは全部が熱分解して放出された後に生成されるチャーとを分離する分離装置と、該分離装置で分離されたチャーを石炭ガス化装置に戻す流路と、前記分離装置で分離された乾留ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスを前記バーナに供給する排ガス流路を設けたことを特徴とするボイラのリパワリング装置。
【請求項９】 微粉炭を主燃料として燃焼するバーナを複数有するボイラにおいて、石炭を量論比以下の酸素を含む気体でガス化反応させる石炭ガス化装置と、該石炭ガス化装置で生成される乾留ガスと石炭中の揮発分の一部もしくは全部が熱分解して放出された後に生成されるチャーとを分離する分離装置と、前記バーナの一部を置換して設けた乾留ガスおよびチャーを同時にまたは個別に供給するバーナと、該バーナに前記乾留ガスと前記チャーとをそれぞれ供給する流路を設けたことを特徴とするボイラのリパワリング装置。
【請求項１０】 石炭を量論比以下の酸素を含む気体でガス化反応させる石炭ガス化装置で生成される乾留ガスと石炭中の揮発分の一部もしくは全部が熱分解して放出された後に生成されるチャーをボイラの石炭などの固体化石燃料を主燃料として燃焼するバーナに供給して燃焼させることを特徴とするボイラのリパワリング燃焼方法。
【請求項１１】 チャーをボイラに設けられた多段バーナの中の下段側のバーナから供給して燃焼させ、乾留ガスをボイラに設けられた多段バーナの中の上段側のバーナから供給して燃焼させることを特徴とした請求項１０記載のボイラのリパワリング燃焼方法。
【請求項１２】 ボイラのチャーを燃焼させるバーナの局所空気比を１．０以下にすることを特徴とした請求項１０記載のボイラのリパワリング燃焼方法。
【請求項１３】 チャー及び乾留ガスの一部もしくは全量をボイラの同軸バーナから供給することを特徴とした請求項１０記載のボイラのリパワリング燃焼方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラに係わり、特に石炭を燃料とする老朽化したボイラのリパワリング（出力の向上対策）に好適な部分ガス化装置を付加したボイラの燃焼システムと燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量が少ない石炭燃焼方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】事業用及び産業用ボイラにおいては老朽化したボイラのリパワリング対策としてガスタービンを付加したシステムが多くみられる。通常の事業用及び産業用ボイラのリパワリングシステムはガスタービンを使用することから、ガス焚きボイラに適用されることが多い。すなわち、前記リパワリングシステムはガス燃料をガスタービンに供給して発電して、高温の燃焼排ガスを既設のボイラ用燃焼空気として利用し、さらにガス燃料を既設ボイラで燃焼させるシステムである。
【０００３】このリパワリングシステムの特徴は、ガスタービンと排熱回収ボイラの組み合わせによるシステムと比較すると熱効率は若干劣るが、ガスタービンを付加することで老朽ボイラの出力アップを比較的簡単に図ることができることである。さらに、このリパワリングシステムはガスタービンがボイラと比較してコンパクトであることから設置面積が少なくてすむことや、工事期間が短い等の特徴を有する。
【０００４】通常の化石燃料を主燃料とする火力発電所用のボイラにおいては、複数の燃料を使用しないのが通例である。たとえば、石炭焚きボイラにはバックアップとしてオイルの供給設備はあるがガス供給設備は設けられていない。またオイル焚きボイラにもガス供給設備が無い。さらにガス焚きボイラの場合、石炭やオイルの供給設備は設けられていない。
【０００５】近年、大型の石炭火力発電所の建設が続いており、これに伴って大型の石炭焚きボイラの老朽化対策が急務である。石炭焚きボイラにガスタービンを付加した排気再燃機構を考えると、前述した燃料の供給条件、すなわちガス焚きボイラの場合、石炭の供給設備は設けられていないので、ガスと石炭の組み合わせは実現性に乏しいといえる。
【０００６】石炭焚きボイラは、図８に示すように、まず、石炭を３０ｍｍ程度の塊炭の状態で石炭バンカ１へ貯蔵しておき、必要な量を石炭フィーダ２で切り出してミル３に供給する。ミル３では平均粒子径が５０ミクロン以下になるように石炭を微粉砕することで粒子の比表面積を多くし、着火燃焼しやすい微粉炭にする。
【０００７】さらに、得られた微粉炭は１次空気で気流搬送され、風箱５から供給される主燃焼用空気１００とともに石炭焚きボイラ６のバーナ２１（一部のみ図示）へ噴出供給され、ボイラ内で燃焼する。
【０００８】石炭が固体燃料であることから、その取扱いのための貯蔵設備及び粉砕設備等に大がかりな設備を必要としており、ボイラのリパワリングの際にも、できるだけこれらの設備の有効利用を図ることが望ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術に述べたように、ボイラにおけるリパワリングはガス焚きボイラの適用例があるだけで、石炭焚きボイラ６のリパワリングは無く、石炭焚きボイラ６のリパワリング用にガス燃料を用いることは不向きである。なぜならば、石炭焚きボイラ６とガス焚きボイラの立地条件は異なり、少なくとも、現在までは、ガス燃料の供給基地が石炭焚きボイラ６の近くに存在しない等の理由から石炭焚きボイラにガス燃料を供給することができなかったからである。
【００１０】今後立地条件等の改良から、これら石炭焚きボイラ６にガス燃料が供給可能になった場合においても、石炭焚きボイラ６のリパワリングとしてガス燃料を用いることは効率が悪い。その理由は、石炭焚きボイラ６が難燃性の固体燃料の燃焼に適するように設計されており、ガス燃料の燃焼には火炉容積が大きすぎるからである。そのため、石炭焚ボイラ６には石炭を利用したリパワリングが望ましい。
【００１１】石炭を主燃料としたコンバインドサイクルとしては石炭ガス化システム（ＩＧＣＣ）が考えられる。図９には石炭ガス化システムの基本構成を示した。主燃料である微粉炭はミル（図示せず）で粉砕して粒度調整した後に微粉炭ビン７に貯蔵しておく。そしてフィーダ８で定量切り出して石炭ガス化装置９に供給する。この石炭ガス化装置９の内部において、石炭は燃焼し、その反応熱で石炭は乾留されてガス化する。得られた可燃性ガスはＣＯとＨ２を多く含み、また可燃性ガスの燃焼で発生したＣＯ２は高温の酸素不足の雰囲気においてＣＯに還元される。
【００１２】これらの可燃性の乾留ガスは揮発分の放出したチャーと共に石炭ガス化装置９の外に放出される。そして、チャーは固体であり、ガスタービン用燃料としては不適であるので、チャー捕集器１１で捕集分離された後、再度石炭ガス化装置９へ戻される。一方、チャー捕集器１１で分離された乾留ガスはガスタービン１２へ供給される。
【００１３】乾留ガスはガスタービン１２の内部で空気圧縮機１３から供給される加圧空気と共に燃焼され、発電器１５を回転させる発電に利用される。ガスタービン１２で得られた燃焼ガスは５００〜６００℃の高温であることから、排熱回収ボイラ１６に送られ、蒸気生成に利用される。そして排熱回収ボイラ１６で得られた蒸気は図示しない蒸気タービンを回して発電に利用される。
【００１４】このような図９に示す石炭ガス化システムは、従来の石炭焚きボイラに比較して、高効率運転が可能となり、新設の火力発電設備で用いられる設備であり、既設の石炭焚きボイラのリパワリングという概念から外れてしまう。
【００１５】老朽石炭焚きボイラのリパワリングを考えた場合、石炭を主燃料として考える必要があることから、石炭ガス化システムが持つ高い経済的優位性を付加させることが望まれる。さらに、その燃焼方式は低ＮＯｘ燃焼であることが必須である。
【００１６】本発明の課題は、石炭ガス化システムが持つ高い経済性を備え、さらに燃焼ガス中のＮＯｘの生成量が少ない老朽化した石炭焚きボイラのリパワリングシステムを確立することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】石炭焚きボイラのリパワリングに関する上記本発明の課題は既設の石炭焚きボイラに石炭ガス化装置を付加し、石炭ガス化装置で発生した乾留ガスとチャーを既設石炭焚きボイラとガスタービンで燃焼することで解決することができる。
【００１８】すなわち石炭燃料をガス化して乾留ガスとチャーを生成させ、乾留ガスの全部または一部をガスタービン用燃料として使用し、チャーまたはチャーと一部の乾留ガスを既設の石炭焚きボイラの燃料として供給するシステムが適している。
【００１９】このようなシステムであれば、起動時にはオイルなどの補助燃料が必要になるが、通常運転時には石炭のみを燃料とする運転が可能になる。また乾留ガスの一部を既設の石炭焚きボイラの燃料として使用できることから、そのようにしたときにはボイラ火炉内で強い還元領域を形成できるようになり、通常の石炭焚きボイラで問題になるボイラ火炉内でのＮＯｘ生成の問題も乾留ガスによる炉内脱硝による効果で大幅に低減が可能になる。
【００２０】
【作用】本発明を用いると石炭焚きボイラにガスタービンが追加設置できるようになることから既設の老朽化した石炭焚きボイラにおけるリパワリングが可能となる。また石炭ガス化装置からの乾留ガスの一部を既設の石炭焚きボイラの燃焼用に使用できることから、そのようにした場合にはチャーの燃焼で発生したボイラ火炉内のＮＯｘを乾留ガスと直接接触させて窒素ガスに還元できるようになり、ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる石炭焚きボイラのリパワリングシステムの系統図を示す。本システムの燃料となる石炭は３０ｍｍ程度に粒度調整された後、図示していないミルに供給されて、所定の粒度（たとえば２００メッシュ通過重量が８０〜９０ｗｔ％）にまで粉砕され、粒度調整された後に微粉炭貯蔵ビン７に一時貯蔵される。
【００２２】微粉炭は石炭フィーダ８で所定量を切り出され、酸素や空気、窒素等の搬送ガスによって気流搬送され、石炭ガス化炉９の内部に供給される。そして石炭ガス化炉９内で微粉炭を燃焼させて熱を発生させ、さらには還元雰囲気でガス化させる。
【００２３】石炭ガス化炉９の内部へ酸素又は空気などの酸化剤を投入するが、その投入量は微粉炭がガス化反応するために必要な量論空気流量に満たない量とすることになる。さらに炉内圧力と温度は例えば、３ＭＰａ、１８００℃程度であるが、１０００℃以上の条件であれば、微粉炭のガス化は進行する。圧力は後述するガスタービン１２を起動するために３ＭＰａ以上であることが必須である。
【００２４】乾留ガスとチャーが石炭ガス化炉９で生成された後に、チャー捕集器１１で捕集された後、チャーと乾留ガスに分離される。チャーはチャー搬送ガス、例えば圧縮空気、酸素または窒素のいずれかとともに石炭焚きボイラ６のバーナ２１に供給される。
【００２５】一方、乾留ガスは定常運転時、すなわち乾留ガスに十分な発熱量が確保できる場合には、そのほとんどをガスタービン１２のコンバスタ（燃焼器）に供給して燃焼させる。ここで、乾留ガスはガスタービン１２の内部で空気圧縮機１３から供給される加圧空気と共に燃焼され、発電器１５を回転させる発電に利用される。ガスタービン１２の排ガスは、酸素濃度が約１５％と十分に高く、約５００〜６００℃ と高温であることから、石炭焚きボイラ６のバーナ２１での燃焼用空気として利用でき、通常運転時には流路４１からボイラ６の風箱５へ供給する。また、図１に示すように、流路２２から分岐させて流路４３から乾留ガスの一部を石炭焚きボイラ６の補助燃料としてバーナ２１へ供給し、ボイラ６内で燃焼することもできる。流路２２の流路４３への分岐点にはダンパ等の流量調整装置４２を設ける。また、図１には（後述の図４、図５も同様）燃焼用空気１００を供給するようにしているが、ガスバーナ２１からの排ガスとの間で必要流量、温度、酸素濃度となるように適宜調整する。
【００２６】通常の石炭ガス化炉９は雰囲気温度が低い場合や、炭種によっては部分ガス化になり、ガス化効率が低下して、具体的には発生ガスの発熱量が低下したり（冷ガス効率低）、炭素の有効利用率が低下したり（炭素転換率低）する。その対策として、図１に示すシステムの場合、乾留ガスをガスタービン１２へ供給する流路２２に切替装置２４を設け、ガスタービン１２へ供給する乾留ガス流路をボイラ側への瞬時切り替えることがができるようになっており、ガスタービン１２の失火の事前回避が可能であり、安全面と発電の信頼性が高くなる。
【００２７】なお、図１においては、ボイラ６のバーナ２１への乾留ガス流路を通常用と非常時用とで別々に設けているが、切替装置を両方に対応するようにすることで１つのもので兼用しても良い。
【００２８】図１０（図１０（ａ）はバーナ断面図、図１０（ｂ）は火炉側からみたバーナ正面図）には、従来型の石炭焚きボイラの微粉炭バーナ２１１の構造を示す。通常、微粉炭ボイラ６では石炭だけを用いて当該バーナ２１１で燃焼させることは不可能であり、火炉２３内部が十分に予熱できるまではバーナ中心軸に設けられる油バーナ２５で負荷を上げる。石炭はミルで粉砕された後に、搬送用空気と微粉炭との混合流体となる１次空気で微粉炭バーナ２１１の一次流路２６まで供給されて、火炉２３内に約２０ｍ／ｓの流速で噴出する。
【００２９】１次空気の流量は、燃焼用空気全流量の約２０％であり、この空気のみでは微粉炭を完全に燃焼させることができないので、さらに２次空気、３次空気を一次流路２６の周囲の２次空気流路２７と３次空気流路２８から旋回させて火炉２３内に投入する。通常、２次空気流量は全体の空気の１０〜１５％程度、３次空気流量は６０％程度になるように流量配分する。バーナ２１１から投入される空気量の全量は、理論空気量の約９０％であり、残りの２５％程度（空気過剰率を考慮して決定される）は、微粉炭バーナ２１１の後流側に設けられるアフターエアポート（図示せず）から投入される。なお、火炉２３の全体に供給される燃焼用空気量は炭種等に応じて、空気過剰率を考慮して決定されるが、理論空気量の１１５％が基準である。
【００３０】３次空気は、通常鎧戸構造の空気旋回器３０で強い旋回がかけられ、火炉内に投入される。これは微粉炭の燃焼によって得られる火炎が安定に燃焼するために最も重要な空気といえる。３次空気は火炉２３内でのバーナ２１１近傍における高温ガスの内部再循環領域の形成に寄与することから、その旋回強度と質量流量がバーナ近傍の高温ガスの還元領域の形状を決定し、従ってＮＯｘの生成とその還元に係わる重要な要素となっている。
【００３１】ＮＯｘは、石炭中に含まれるベンゼン環にピリジンやピロールなどが結合したものが加熱され、その熱分解過程においてシアンが得られ、該シアンがアンモニアを経て生成されると言われている。しかし、酸素が存在しない高温の領域では、一度生成したＮＯｘはＮ２に還元されるため、微粉炭バーナ２１１の後領域（バーナ２１１からの燃料噴出直後の燃料燃焼領域）に高温で酸素の少ない還元領域を大きく形成させることが重要になる。
【００３２】石炭中の燃焼成分が熱分解するには高温の温度場が必要であり、もしも高温の温度場が形成されないと還元領域が形成されないばかりでなく、チャーの内部の窒素が離脱されにくくなり、このチャーが火炉２３内の後流側の燃焼ガスの酸化領域において酸化して窒素成分がＮＯｘになりやすくなってしまう。
【００３３】このような現象を阻止するためにも、微粉炭バーナ２１１からの燃料噴出直後に燃料を急速着火させ、さらに着火した燃料の保炎が安定に行えるようにする必要がある。
【００３４】微粉炭噴流は、高濃度な固体と気体の２相流であるが、バーナ出口部分における微粉炭粒子の加熱は主に火炎からのRadiation（放射）に支配されるので、微粉炭噴流をいかに薄く、また強い乱れを発生させるかが微粉炭の着火にとって重要である。
【００３５】図１０の従来の微粉炭バーナ２１１は微粉炭と空気の混合流体流路である１次流路２６の出口部分に保炎器３３と乱流促進器３４を取り付けている。保炎器３３は、その後流で燃焼ガスの循環域を形成させて、粒子の滞留時間を増加させることで着火を図る。また、乱流促進器３４は微粉炭噴流の外部表面を切り込むことで乱れの促進と、噴流が火炎からの放射（Radiation）を受けやすい構成としている。
【００３６】２次空気流路２７の外周部の出口部分には半径方向に拡がる折り曲げられたガイドスリーブ３５を設けているので、このガイドスリーブ３５により、さらに着火した燃焼ガスの流れの循環領域の拡大が図れる。
【００３７】本発明では、石炭焚きボイラ６のリパワリングを意図しており、全く新しいバーナと入れ替えるよりも、図１０に示す既設の微粉炭バーナ２１１をできるだけ使用することが、建設コストの低減にもつながり、システムの実現性の向上にも寄与すると考えて完成させたものである。
【００３８】図２（ａ）に示すバーナ２１はチャーと乾留ガスを個別にまたは同時に燃焼可能な本発明の実施の形態のバーナ２１の断面図であり、図２（ｂ）は火炉側からみた当該バーナ２１の正面図（火炉からの視図）であり、バーナ２１の基本構成は図１０に示した微粉炭焚きバーナ２１１と変わらない。なぜならば、チャーは固体であり、微粉炭と同様に燃焼速度が低いことから着火性が悪いからである。また、このバーナ２１はチャー燃焼用のみに限らず従来通り微粉炭燃焼用にも用いることもできる。
【００３９】図２（ａ）、図２（ｂ）に示すバーナ２１を構成する各部材で図１０に示す部材と同一機能を奏する部材は同一番号を付してその説明は省略する。
【００４０】図２（ａ）、図２（ｂ）に示すバーナ２１の特徴は２次空気流路２７に石炭ガス化炉９（図１）から供給される乾留ガス用の乾留ガスノズル３７（図２（ｃ）参照）を設けている。
【００４１】この乾留ガスノズル３７は、保炎器３３を貫通してバーナ２１の火炉２３側の出口に伸びており、ノズル３７先端部に乾留ガスを噴射する噴射口３７ａを備えている。乾留ガスノズル３７から高温ガス循環領域に向けて可燃性ガスを噴射することで、さらに燃焼ガスの高温化が図れ、燃焼ガスの低ＮＯｘ濃度化に効果的な結果をもたらす。
【００４２】乾留ガスノズル３７先端部の詳細斜視図を図２（ｃ）に示す。乾留ガスはバーナ軸に対して（９０−θ）の角度で噴射口３７ａから噴射することになる。バーナ主軸に沿って噴射しないのは、燃焼用空気との混合が必要であるからである。
【００４３】また、このバーナ２１では運用面で、チャーのみまたは乾留ガスのみを供給して燃焼させることもできる。
【００４４】図３（ａ）（（図３（ａ）はバーナ断面図、図３（ｂ）は火炉側からみたバーナ正面図））には、本発明の他の実施の形態のバーナ２１を示した。このバーナ２１も基本的には、図１０に示す微粉炭バーナ２１１と同じである。しかし通常の１次流路２６に乾留ガスノズル３７を挿入した構造とした。この例では、乾留ガスノズル３７が４本設けられているが、８本まで用いることができる。乾留ガスノズル３７の噴射口３７ａからのガスの噴射方向は、図２（ｃ）に示したものと同じく、バーナ主軸に対して角度をもたせた構成とした。
【００４５】すなわち、乾留ガスを１次流路２６の内部で噴射して、チャーと予混合とした後、ボイラ６の火炉２３内に噴出する。予混合の対象ガスは、空気や酸素、窒素ガスとの希釈ガスであり、乾留ガスの発熱量により前記予混合ガスを使い分ける。このような構成によって乾留ガスは、バーナ２１の出口部分の初速度を抑制できることから、安定着火が可能となる。
【００４６】また、このバーナ２１もチャーにかえて微粉炭での運用も可能であり、さらにチャーまたは乾留ガスのみでの運用も可能である。
【００４７】これら図２、図３に示すバーナの組み合わせで、石炭焚きボイラ６の火炉２３内で発生するＮＯｘ量の低減ができる理由について説明する。
【００４８】図６にはチャーのみを供給するようにしたチャー燃焼用バーナと、乾留ガスのみを供給するようにした乾留ガス燃焼バーナを組み合わせてボイラ６の火炉２３内の脱硝システムを構築した場合のバーナレイアウトと火炉２３内部での反応の概要を示している。
【００４９】チャー燃焼用バーナ２１ａを乾留ガス燃焼バーナ２１ｂよりボイラ火炉２３の下部に配置し、燃焼用バーナ２１ａから噴出したチャーを火炉２３内で燃焼させるが、通常固体燃料の方がガス燃料に比べて燃焼速度が遅いことから、火炉２３内を上昇するチャー未燃分を燃焼性の良い乾留ガス、アフタエアーなどと共に燃焼させて、火炉２３内での完全燃焼領域を大きくすることで燃焼効率を増加させる手段として好適である。したがって、図６に示すシステムではバーナ２１を２段、アフターエアポート４０を１段設け、合計３段からなる燃焼装置である。通常の石炭焚きボイラ６では、バーナ２１は２段から４段の構成が通常であるが、ここでは簡略な構成で説明する。
【００５０】最下段バーナはチャー燃焼バーナ２１ａ、その上には乾留ガスバーナ２１ｂ、さらに、その上段にはアフターエアポート４０を配置する構成とした。チャー燃焼バーナ２１ａの空気比は０．７〜１．０、乾留ガスバーナ２１ｂのそれは０．５〜０．８、アフターエアポート４０は空気のみで０．２５〜０．５５である。全体で１．１５になるようにする。
【００５１】ここで、火炉２３内の燃焼状態であるが、チャー燃焼域の後流側に乾留ガスを空気不足状態で投入することから、燃焼ガスの強い脱硝効果がある。
【００５２】一般に通常の石炭焚きボイラ６であると、活性が低い微粉炭で空気比にバイアスをかけて、すなわち脱硝用のバーナの空気比を下げて運転するが、十分な脱硝効果が期待できないのが現状である。
【００５３】これと比較すると、図６に示すシステムにおいては、乾留ガスによってチャー燃焼で発生したＮＯｘをＮ２に還元できる。媒体としては、ＨＣＮ、ＮＨ３もしくはそのラジカルである。
【００５４】また、図７には乾留ガスとチャーとを同時に供給するようにしたバーナ２１をボイラシステムに適用した例を示している。この図７で示した例は、２段バーナの場合であり、いずれも同じ仕様のバーナ２１を適用した。同軸バーナ２１であることから乾留ガスとチャーが混合して火炉２３内に投入されることになる。しかし、図７で示すバーナ２１は図６に示すバーナ２１と比較して、燃料の着火性に優れるガス燃料を同伴することで、バーナ２１の近傍に強還元領域が形成可能であり、バーナ２１単体でＮＯｘの低減が図れる。この図７ではアフターエアポートを設けない例を示したが、通常の２段燃焼と同じく、図６に示すように、アフターエアポートを投入しても、更なる燃焼ガスの低ＮＯｘ濃度化が図れる。図７に示すバーナ２１には、２段のバーナ２１間で空気比のバイアスをかけないで、チャー及び乾留ガスを燃焼する同軸燃焼バーナ２１の局所空気比は微粉炭燃焼における実績から０．９５以下にする。
【００５５】また、図４と図５には本発明のその他の実施の形態のシステムの系統図を示して説明する。図４と図５のシステムでは図１に示した装置と同一の装置は同一番号を付してその説明は省略する。
【００５６】図４と図５のシステムでは石炭ガス化装置９で得られた乾留ガスをチャー捕集器１１でチャーから分離して、その全量をガスタービン１２に送る構成からなる場合であり、図５に示すシステムでは、さらにチャー捕集器１１で分離されたチャーを全量を石炭ガス化装置９へ戻す構成からなる場合である。
【００５７】図４、図５に示すシステムでは共に可燃性ガスを石炭焚きボイラ６へ送り込まないシステムとなることが特徴である。図５は、完全な石炭ガス化装置９を付加したことになるために、石炭焚きボイラ６はそもそも微粉炭を燃焼させることができるバーナを有しているが、石炭焚きボイラ６のリパワリング時には微粉炭燃料を用いるが、その他に油燃料を用いることができる。
【００５８】また図４に示すシステムでは、石炭焚きボイラ６では燃料としてはチャーのみの使用になるので、チャーの着火性が悪いことから自燃はできない。したがって、少量の油燃料が常時必要になる。しかしいずれも系統は簡素化できるメリットはある。
【００５９】また、図示していないが、バーナ２１が多段の場合などにおいて部分的に石炭ガス化と組み合わせたリパワリングを実施する場合に、従来の微粉炭バーナ２１１を一部残した運用も行える。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、高い経済性を備えた石炭ガス化システムを付加することで、燃焼ガス中のＮＯｘの生成量が少ない、老朽化した石炭焚きボイラのリパワリングシステムが達成できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４４１
【氏名又は名称】バブコック日立株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２４日（１９９９．８．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６５４１
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 孝義
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５８０４（Ｐ２００１−６５８０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３７１９２ |
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