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JP7498654B2 - Burner, its control method, and combustion furnace - Google Patents

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JP7498654B2 JP2020204513A JP2020204513A JP7498654B2 JP 7498654 B2 JP7498654 B2 JP 7498654B2 JP 2020204513 A JP2020204513 A JP 2020204513A JP 2020204513 A JP2020204513 A JP 2020204513A JP 7498654 B2 JP7498654 B2 JP 7498654B2
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Description

本発明は、固体燃料と窒素分を含むガス燃料とを混焼するバーナ及び当該バーナを備える燃焼炉に関する。 The present invention relates to a burner that burns a mixture of solid fuel and nitrogen-containing gas fuel, and a combustion furnace equipped with said burner.

二酸化炭素(CO)削減の時流から、二酸化炭素を発生させないCOフリー燃料の使用が求められている。このような燃料の一つとして、アンモニア(NH)が挙げられる。アンモニアは、難燃性の物質として知られるものの、メタンと同様に3つの水素原子を有する水素キャリア物質であり、加圧すると常温でも液化することから比較的扱い易く、CO2フリー燃料として注目されている。一方で、アンモニアは多くの窒素分を含むことから、NOxを生成しやすい。そこで、特許文献1では、NOxの上昇を抑えた固体燃料とアンモニアガスとの混焼が可能なバーナが提案されている。 In the current trend of reducing carbon dioxide (CO 2 ), the use of CO 2 -free fuels that do not generate carbon dioxide is required. One such fuel is ammonia (NH 3 ). Although ammonia is known as a flame-retardant substance, it is a hydrogen carrier substance having three hydrogen atoms like methane, and is relatively easy to handle because it liquefies even at room temperature when pressurized, and has been attracting attention as a CO 2 -free fuel. On the other hand, ammonia contains a large amount of nitrogen, so it is prone to generating NOx. Therefore, Patent Document 1 proposes a burner capable of co-firing ammonia gas with a solid fuel that suppresses the increase in NOx.

特許文献1のバーナは、微粉炭などの固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合気を噴き出す燃料供給ノズルと、燃料供給ノズルの外側に配置されて、燃焼用空気を混合気から径方向外側へ分離して噴き出す空気ノズルと、燃料供給ノズルの出口よりも下流側からアンモニアガスを噴き出すアンモニア供給ノズルとを備える。アンモニア供給ノズルは、燃料供給ノズルの出口の直ぐ下流側において燃料の燃焼によって酸素が消費されて低酸素濃度となった還元領域に向けて、アンモニアガスを供給する。 The burner in Patent Document 1 includes a fuel supply nozzle that sprays a mixture of solid fuel such as pulverized coal and a carrier gas for the solid fuel, an air nozzle that is disposed outside the fuel supply nozzle and separates and sprays combustion air radially outward from the mixture, and an ammonia supply nozzle that sprays ammonia gas from downstream of the outlet of the fuel supply nozzle. The ammonia supply nozzle supplies ammonia gas toward a reduction region immediately downstream of the outlet of the fuel supply nozzle, where oxygen has been consumed by the combustion of the fuel and the oxygen concentration has become low.

特開2019-174051号公報JP 2019-174051 A

特許文献1のように、空気と予混合されていないアンモニアガスが酸素リーンな再循環領域(還元領域)に供給されることによって、優先的に窒素(N)への還元反応が進行して炉内脱硝反応が促進される。この結果、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が抑制され得る。 As disclosed in Patent Document 1, ammonia gas that is not premixed with air is supplied to an oxygen-lean recirculation zone (reduction zone), where the reduction reaction to nitrogen (N 2 ) proceeds preferentially, accelerating the denitrification reaction in the furnace. As a result, the concentration of nitrogen oxides contained in the combustion exhaust gas can be suppressed.

しかし、アンモニアガスは比較的に燃焼速度の遅いガスであることから、再循環領域へ直接的に供給されるアンモニアガスの量が過剰となると、再循環領域で燃え切らずに循環するガス燃料の量が増えて、再循環領域のガス温度が局所的に低下するおそれがある。 However, because ammonia gas has a relatively slow combustion rate, if an excessive amount of ammonia gas is supplied directly to the recirculation zone, the amount of gas fuel that circulates without being completely burned in the recirculation zone will increase, which may result in a localized drop in the gas temperature in the recirculation zone.

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、固体燃料とガス燃料とを混焼するバーナ及びそれを備える燃焼炉であって、バーナの出口近傍に形成される再循環領域の局所温度低下を回避することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a burner for burning a mixture of solid fuel and gas fuel, and a combustion furnace equipped with the same, that avoids a local temperature drop in the recirculation zone formed near the burner outlet.

本発明の一態様に係るバーナは、
バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、前記燃料噴出口より上流側に位置するガス燃料供給口を有し、前記燃料供給ノズル内に窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、を備えることを特徴としている。
The burner according to one aspect of the present invention comprises:
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
the gas fuel supply pipe is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port located upstream of the fuel outlet, and supplies gas fuel containing nitrogen into the fuel supply nozzle.

上記構成のバーナによれば、ガス燃料は燃料供給ノズル内で搬送空気と予混合されたうえで燃料噴出口から噴出する。よって、燃料噴出口の下流側に形成される再循環領域において、ガス燃料の燃焼速度の上昇に起因して燃え切れないガス燃料の増加を抑制することができる。その結果、再循環領域の局所温度低下を回避することができる。 With the burner of the above configuration, the gas fuel is premixed with the carrier air in the fuel supply nozzle before being ejected from the fuel nozzle. Therefore, in the recirculation area formed downstream of the fuel nozzle, an increase in the amount of gas fuel that cannot be completely burned due to an increase in the combustion speed of the gas fuel can be suppressed. As a result, a local temperature drop in the recirculation area can be avoided.

また、本発明の別の一態様に係るバーナは、
バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口を有し、当該ガス燃料供給口から前記固体燃料及び前記搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、
前記燃料噴出口に対し前記ガス燃料供給口が前記バーナ軸線方向に変位可能となるように、前記ガス燃料供給管を前記バーナ軸線方向に変位可能に支持するノズル支持装置と、を備えることを特徴している。
Moreover, a burner according to another aspect of the present invention includes:
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
a gas fuel supply pipe that is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port provided at a downstream end, and supplies a gas fuel containing a nitrogen component from the gas fuel supply port to a mixed gas consisting of the solid fuel and the carrier air;
the gas fuel supply pipe is supported so as to be displaceable in the burner axial direction so that the gas fuel supply port is displaceable in the burner axial direction relative to the fuel nozzle.

上記構成のバーナによれば、ガス燃料供給口の燃料噴出口からの燃料供給ノズル内への後退量を調節することが可能である。よって、ガス燃料供給量が増加した場合に、ガス燃料供給口の後退量を増加させることにより、燃料噴出口の直ぐ下流側に形成される再循環領域の燃料ガスの流れの流速の増加が抑制され、再循環領域を保持することができる。これにより、再循環領域の局所温度低下を回避することができる。 With the burner of the above configuration, it is possible to adjust the amount of setback from the fuel outlet of the gas fuel supply port into the fuel supply nozzle. Therefore, when the amount of gas fuel supply increases, by increasing the amount of setback of the gas fuel supply port, the increase in the flow rate of the fuel gas in the recirculation area formed immediately downstream of the fuel outlet is suppressed, and the recirculation area can be maintained. This makes it possible to avoid a local temperature drop in the recirculation area.

また、本発明の一態様に係るバーナの制御方法は、
バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口を有し、当該ガス燃料供給口から前記固体燃料及び前記搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、
前記ガス燃料供給管を前記バーナ軸線方向に変位させるアクチュエータとを備えるバーナの制御方法であって、
前記バーナ軸線方向に沿った前記燃料噴出口に対する前記ガス燃料供給口の位置を検出し、
前記ガス燃料供給管からのガス燃料供給量を検出し、
前記ガス燃料供給量が所定の範囲にあるときに、前記ガス燃料供給量の増加に従って前記ガス燃料供給口の位置が前記燃料噴出口から上流側へ離れるように、前記アクチュエータを動作させることを特徴としている。
Further, a method for controlling a burner according to one aspect of the present invention includes the steps of:
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
a gas fuel supply pipe that is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port provided at a downstream end, and supplies a gas fuel containing a nitrogen component from the gas fuel supply port to a mixed gas consisting of the solid fuel and the carrier air;
and an actuator for displacing the gas fuel supply pipe in the burner axial direction,
Detecting a position of the gas fuel supply port relative to the fuel nozzle along the burner axis direction;
Detecting the amount of gas fuel supplied from the gas fuel supply pipe;
When the gas fuel supply amount is within a predetermined range, the actuator is operated so that the position of the gas fuel supply port moves away from the fuel nozzle upstream as the gas fuel supply amount increases.

上記構成のバーナの制御方法によれば、ガス燃料供給量が増加した場合に、ガス燃料供給口の後退量が増加することにより、燃料噴出口の直ぐ下流側に形成される再循環領域の燃料ガスの流れの流速の増加が抑制され、再循環領域を保持することができる。これにより、再循環領域の局所温度低下を回避することができる。よって、再循環領域において、燃え切れないガス燃料の増加を抑制することができる。 According to the burner control method configured as above, when the amount of gas fuel supply increases, the amount of retreat of the gas fuel supply port increases, suppressing an increase in the flow rate of the fuel gas in the recirculation area formed immediately downstream of the fuel nozzle, and the recirculation area can be maintained. This makes it possible to avoid a local temperature drop in the recirculation area. Therefore, it is possible to suppress an increase in the amount of unburned gas fuel in the recirculation area.

また、本発明の別の一態様に係る燃焼炉は、少なくとも1つの前記バーナが設けられた、還元雰囲気の高温還元ゾーンと、
前記高温還元ゾーンで生じた燃焼ガスが流入する、前記高温還元ゾーンよりも低温且つ酸化雰囲気の低温酸化ゾーンと、を備えることを特徴としている。
Also, a combustion furnace according to another aspect of the present invention includes a high-temperature reduction zone having a reducing atmosphere and including at least one burner;
and a low-temperature oxidation zone into which the combustion gas generated in the high-temperature reduction zone flows and which has a lower temperature than the high-temperature reduction zone and an oxidizing atmosphere.

上記構成のバーナ及び燃焼炉によれば、高温還元ゾーンで固体燃料と窒素分を多く含むガス燃料との混焼が行われることにより、固体燃料及びガス燃料に含まれる窒素分から生成するNOxに対して炉内脱硝が行われ、NOxの排出を抑えることができる。更に、固体燃料及び/又はガス燃料に含まれる水素分から生成された水が活性ガスに変換される水性ガス化反応が生じることから燃焼効率を向上させることができる。 With the burner and combustion furnace of the above configuration, solid fuel and nitrogen-rich gas fuel are mixed and burned in the high-temperature reduction zone, and NOx generated from the nitrogen contained in the solid fuel and gas fuel is denitrified in the furnace, making it possible to suppress NOx emissions. Furthermore, a water-gasification reaction occurs in which water generated from the hydrogen contained in the solid fuel and/or gas fuel is converted into active gas, improving combustion efficiency.

本発明によれば、固体燃料とガス燃料とを混焼するバーナ及びそれを備える燃焼炉において、バーナの出口近傍に形成される再循環領域の局所温度低下を回避することができる。 According to the present invention, in a burner that burns solid fuel and gas fuel together and in a combustion furnace equipped with the burner, it is possible to avoid a local temperature drop in the recirculation area formed near the burner outlet.

図1は、本発明の一実施形態に係るバーナを備えるボイラの概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a boiler equipped with a burner according to one embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1実施形態に係るバーナの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a burner according to a first embodiment of the present invention. 図3は、燃料噴出口を基準とするガス燃料供給位置の演算方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of calculating the gas fuel supply position with the fuel nozzle as a reference. 図4は、ガス燃料供給量の変化に対するガス燃料供給位置の変化の第1例を表す図表である。FIG. 4 is a graph showing a first example of a change in the gas fuel supply position relative to a change in the gas fuel supply amount. 図5は、ガス燃料供給量の変化に対するガス燃料供給位置の変化の第2例を表す図表である。FIG. 5 is a graph showing a second example of a change in the gas fuel supply position relative to a change in the gas fuel supply amount. 図6は、本発明の第2実施形態に係るバーナの概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a burner according to a second embodiment of the present invention. 図7は、制御装置による制御の流れを示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the flow of control by the control device. 図8は、本発明の第3実施形態に係るバーナの概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a burner according to a third embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第4実施形態に係るバーナの概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a burner according to a fourth embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず、本発明の一実施形態に係るバーナを備えるボイラ10の概略構成から説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the schematic configuration of a boiler 10 equipped with a burner according to one embodiment of the present invention will be described.

〔ボイラ10の概略構成〕
図1は、本発明の一実施形態に係るバーナ5(5A~5D)を備えるボイラ10の概略構成を示す図である。図1に示すボイラ10は、燃料を燃焼する燃焼炉2と、その燃焼熱を利用して蒸気を生成するボイラ本体40及び過熱器42とを備える。ボイラ10は、火力ボイラであって、粉体又は粒体状の化石燃料(固体燃料)を主燃料とする。
[General configuration of boiler 10]
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a boiler 10 equipped with a burner 5 (5A to 5D) according to an embodiment of the present invention. The boiler 10 shown in Fig. 1 includes a combustion furnace 2 that burns fuel, and a boiler body 40 and a superheater 42 that generate steam using the combustion heat. The boiler 10 is a thermal boiler that uses powdered or granular fossil fuel (solid fuel) as its main fuel.

燃焼炉2の内部には竪型の燃焼室20が形成されている。本実施形態に係る燃焼炉2では、燃焼室20の下部には高温還元ゾーン21が形成され、燃焼室20の上部には低温酸化ゾーン22が形成され、高温還元ゾーン21と低温酸化ゾーン22との間には絞り部23が形成されている。但し、燃焼炉2は、燃焼室20の上部に高温還元ゾーン21が形成され、燃焼室20の下部に低温酸化ゾーン22が形成された態様であってもよい。 A vertical combustion chamber 20 is formed inside the combustion furnace 2. In the combustion furnace 2 according to this embodiment, a high-temperature reduction zone 21 is formed in the lower part of the combustion chamber 20, a low-temperature oxidation zone 22 is formed in the upper part of the combustion chamber 20, and a constriction section 23 is formed between the high-temperature reduction zone 21 and the low-temperature oxidation zone 22. However, the combustion furnace 2 may be configured such that the high-temperature reduction zone 21 is formed in the upper part of the combustion chamber 20, and the low-temperature oxidation zone 22 is formed in the lower part of the combustion chamber 20.

燃焼炉2の内壁のうち高温還元ゾーン21を形成している部分は耐火材25で覆われている。耐火材25は、約2000℃の高温に耐え得る。燃焼炉2の下部の炉壁には、高温還元ゾーン21へ燃料及び一段目燃焼用の空気を吹き出す複数のバーナ5が設けられている。各バーナ5から燃焼室20内へ燃料及び空気の混合気が吹き出して、火炎が生じる。 The portion of the inner wall of the combustion furnace 2 that forms the high-temperature reduction zone 21 is covered with a refractory material 25. The refractory material 25 can withstand high temperatures of approximately 2000°C. The lower furnace wall of the combustion furnace 2 is provided with multiple burners 5 that blow fuel and air for the first stage combustion into the high-temperature reduction zone 21. A mixture of fuel and air is blown from each burner 5 into the combustion chamber 20, generating a flame.

複数のバーナ5は、対向する一対の炉壁の各々に設けられている。各炉壁には上下方向に少なくとも1段のバーナ段が設けられており、各バーナ段は水平方向に並ぶ複数のバーナ5で形成されている。このように対向配置された複数のバーナ5は、各バーナ5のバーナ軸線が交差しないように対向千鳥配置されている。 The burners 5 are provided on each of a pair of opposing furnace walls. Each furnace wall is provided with at least one burner stage in the vertical direction, and each burner stage is formed by a plurality of burners 5 arranged in the horizontal direction. The burners 5 thus arranged opposite each other are staggered so that the burner axes of the burners 5 do not intersect.

高温還元ゾーン21の出口(即ち、高温還元ゾーン21の上部)は、絞り部23を介して低温酸化ゾーン22の入口(即ち、低温酸化ゾーン22の下部)と接続されている。絞り部23の最も小さい水平断面積は、高温還元ゾーン21の水平断面積の20~50%程度である。 The outlet of the high-temperature reduction zone 21 (i.e., the upper part of the high-temperature reduction zone 21) is connected to the inlet of the low-temperature oxidation zone 22 (i.e., the lower part of the low-temperature oxidation zone 22) via the constriction section 23. The smallest horizontal cross-sectional area of the constriction section 23 is approximately 20 to 50% of the horizontal cross-sectional area of the high-temperature reduction zone 21.

燃焼炉2の上部の炉壁には、複数の空気ノズル26が設けられている。各空気ノズル26から低温酸化ゾーン22へ二段目燃焼用の空気が吹き出す。本実施形態では、上下方向に複数段の空気ノズル段が設けられており、各空気ノズル段は水平方向に並ぶ複数の空気ノズル26で形成されている。 Multiple air nozzles 26 are provided on the upper furnace wall of the combustion furnace 2. Air for second-stage combustion is blown from each air nozzle 26 into the low-temperature oxidation zone 22. In this embodiment, multiple air nozzle stages are provided in the vertical direction, and each air nozzle stage is formed by multiple air nozzles 26 lined up in the horizontal direction.

低温酸化ゾーン22のうち絞り部23と複数の空気ノズル26との上下間は冷却部24となっている。冷却部24の炉壁は、ボイラ本体40の水管(図示略)が張り巡らされた水冷壁となっている。 The area between the constriction section 23 and the multiple air nozzles 26 in the low-temperature oxidation zone 22 above and below forms the cooling section 24. The furnace wall of the cooling section 24 is a water-cooled wall in which the water pipes (not shown) of the boiler body 40 are laid out.

低温酸化ゾーン22の出口(即ち、低温酸化ゾーン22の上部)は煙道28の入口と接続されている。煙道28の上流部分には、過熱器42の過熱器管43が設けられている。また、煙道28の過熱器管43より下流部分の壁に、ボイラ本体40の水管(図示略)が張り巡らされていてもよい。煙道28の過熱器管43より下流側には、排煙脱硝装置41が設けられている。排煙脱硝装置41は、例えば、排ガスと接触する固体触媒を収納した容器と、触媒の上流側に薬剤を適量注入する装置とで構成される。煙道28において排煙脱硝装置41の上流側には第1NOxセンサ32が設けられており、排煙脱硝装置41の下流側には第2NOxセンサ33が設けられている。煙道28の出口には排ガス処理系統30が接続されている。排ガス処理系統30は、燃焼排ガスの余熱を利用してバーナ5へ送る空気を予熱する節炭器31が設けられている。 The outlet of the low-temperature oxidation zone 22 (i.e., the upper part of the low-temperature oxidation zone 22) is connected to the inlet of the flue 28. The superheater tube 43 of the superheater 42 is provided in the upstream part of the flue 28. In addition, a water pipe (not shown) of the boiler body 40 may be laid on the wall of the flue 28 downstream of the superheater tube 43. The flue 28 is provided with an exhaust gas denitration device 41 downstream of the superheater tube 43. The exhaust gas denitration device 41 is composed of, for example, a container containing a solid catalyst that comes into contact with the exhaust gas and a device that injects an appropriate amount of chemicals upstream of the catalyst. In the flue 28, a first NOx sensor 32 is provided upstream of the exhaust gas denitration device 41, and a second NOx sensor 33 is provided downstream of the exhaust gas denitration device 41. The flue 28 is connected to the outlet of the flue 28 with an exhaust gas treatment system 30. The exhaust gas treatment system 30 is equipped with a fuel economizer 31 that uses the residual heat of the combustion exhaust gas to preheat the air sent to the burner 5.

上記構成のボイラ10において、高温還元ゾーン21に供給される燃料と一段目燃焼用の空気との空気比は、1未満(例えば0.7程度)に維持される。その上、耐火材25で覆われた高温還元ゾーン21は、炉の他の部分と比較して炉内温度が下がりにくい。これにより、高温還元ゾーン21は平均約1500℃の高温の還元雰囲気(空気量が理論空気量よりも低い空気不足の雰囲気)となっており、高温還元ゾーン21では燃料のガス化が促進される。 In the boiler 10 configured as described above, the air ratio between the fuel supplied to the high-temperature reduction zone 21 and the air for the first stage combustion is maintained at less than 1 (for example, about 0.7). Furthermore, the high-temperature reduction zone 21, which is covered with refractory material 25, is less susceptible to temperature drops inside the furnace than other parts of the furnace. As a result, the high-temperature reduction zone 21 is in a high-temperature reducing atmosphere (an atmosphere with an air shortage in which the amount of air is less than the theoretical amount of air) with an average temperature of about 1500°C, and fuel gasification is promoted in the high-temperature reduction zone 21.

高温還元ゾーン21では、燃料がガス化して燃焼ガスが生じる。生じた燃焼ガスは、絞り部23を通じて低温酸化ゾーン22に流入する。空気ノズル26から低温酸化ゾーン22へ供給される二段目燃焼用の空気によって、低温酸化ゾーン22の空気比は1以上(例えば、1.1程度)に維持される。これにより、低温酸化ゾーン22は酸化雰囲気となっており、低温酸化ゾーン22では燃焼ガスの燃焼が促進される。 In the high-temperature reduction zone 21, the fuel is gasified to generate combustion gas. The generated combustion gas flows into the low-temperature oxidation zone 22 through the constriction 23. The air ratio of the low-temperature oxidation zone 22 is maintained at 1 or more (for example, about 1.1) by the air for second-stage combustion supplied to the low-temperature oxidation zone 22 from the air nozzle 26. This creates an oxidizing atmosphere in the low-temperature oxidation zone 22, which promotes the combustion of the combustion gas in the low-temperature oxidation zone 22.

低温酸化ゾーン22では、燃焼ガス中の未燃分の燃焼が完結する(即ち、完全燃焼する)。低温酸化ゾーン22からの燃焼排ガスは、煙道28を通じて排ガス処理系統30へ流出する。煙道28や炉壁に設けられた水管で燃焼排ガスの熱が回収され、ボイラ本体40で蒸気が生成される。また、煙道28に設けられた過熱器管43で燃焼排ガスの熱が回収され、過熱器42で過熱蒸気が生成される。生成された過熱蒸気は、例えば、発電設備の蒸気タービン(図示略)で利用される。 In the low-temperature oxidation zone 22, the combustion of the unburned fuel in the combustion gas is completed (i.e., complete combustion occurs). The combustion exhaust gas from the low-temperature oxidation zone 22 flows out to the exhaust gas treatment system 30 through the flue 28. The heat of the combustion exhaust gas is recovered by the water pipes installed in the flue 28 and the furnace wall, and steam is generated in the boiler body 40. In addition, the heat of the combustion exhaust gas is recovered by the superheater tube 43 installed in the flue 28, and superheated steam is generated in the superheater 42. The generated superheated steam is used, for example, in a steam turbine (not shown) of a power generation facility.

燃料が燃焼すると、燃料中に含まれる窒素分が酸化されてフューエルNOxが生成し、空気中の窒素が高温酸化されてサーマルNOxが生成する。還元雰囲気下では高温燃焼になるほどNOx発生量が少なく、酸化雰囲気下では低温燃焼になるほどNOx発生量が少ない。本実施の形態に係るボイラ10では、高温還元ゾーン21の高温還元雰囲気下で燃料を燃焼させることによりフューエルNOxの発生が抑制され、低温酸化ゾーン22の低温酸化雰囲気下で燃焼ガス中の未燃分を完全に燃焼させることによりサーマルNOxの発生が抑制される。本実施の形態に係るボイラ10では、上記のような二段燃焼方式を採用することにより、効果的にNOx発生量が低減されている。更に、高温還元ゾーン21では燃料の燃焼により水(HO)が生成され、この水が水素(H)や一酸化炭素(CO)といった活性ガスに変換される水性ガス化反応が生じ、燃焼効率が高められる。 When fuel is burned, the nitrogen contained in the fuel is oxidized to generate fuel NOx, and nitrogen in the air is oxidized at high temperature to generate thermal NOx. In a reducing atmosphere, the higher the combustion temperature, the lower the amount of NOx generated, and in an oxidizing atmosphere, the lower the combustion temperature, the lower the amount of NOx generated. In the boiler 10 according to this embodiment, the generation of fuel NOx is suppressed by burning the fuel in the high-temperature reducing atmosphere of the high-temperature reduction zone 21, and the generation of thermal NOx is suppressed by completely burning the unburned fuel in the combustion gas in the low-temperature oxidation atmosphere of the low-temperature oxidation zone 22. In the boiler 10 according to this embodiment, the amount of NOx generated is effectively reduced by adopting the above-mentioned two-stage combustion method. Furthermore, in the high-temperature reduction zone 21, water (H 2 O) is generated by the combustion of the fuel, and a water-gasification reaction occurs in which this water is converted into active gases such as hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), thereby improving the combustion efficiency.

〔バーナ5〕
上記構成のボイラ10に備わるバーナ5は、固体燃料を主燃料とし、窒素分を含むガス燃料を補助燃料として利用する混焼バーナである。固体燃料は、例えば微粉炭などの、粉体又は粒体状の化石燃料である。上記構成のボイラ10においては、水性ガス化反応の作用により燃焼効率を向上させる観点から、ガス燃料は、水素分を多く含むことが望ましい。このようなガス燃料として、アンモニアガスが挙げられる。
[Burner 5]
The burner 5 provided in the boiler 10 having the above configuration is a multi-fuel burner that uses a solid fuel as a main fuel and a nitrogen-containing gas fuel as an auxiliary fuel. The solid fuel is a powdered or granular fossil fuel such as pulverized coal. In the boiler 10 having the above configuration, it is desirable for the gas fuel to contain a large amount of hydrogen in order to improve the combustion efficiency by the action of the water-gasification reaction. An example of such a gas fuel is ammonia gas.

バーナ5によって生じる火炎は、還元条件の再循環領域を有する。この再循環領域の還元条件下で燃焼が行われることにより、NOxの発生が抑制される。バーナ5の定常火炎は、燃焼速度と混合気の流速の釣り合いのうえに形成されている。しかし、再循環領域に流れ込むガス燃料が過剰であったり、燃焼速度の遅いガス燃料であったりする場合には、再循環領域で燃え切れないガス燃料が増加して、再循環領域の温度が局所的に低下する。これは、水性ガス化反応が弱まることにもつながる。この事象は、再循環領域に流れ込むガス燃料の過剰分が多いほど、ガス燃料の燃焼速度が遅いほど、顕著に表れる。そこで、本実施形態に係るバーナ5では、ガス燃料の供給量やガス燃料の種類に応じて、ガス燃料の供給方法を最適化できる構造を有する。以下では、バーナ5の第1~4実施形態について説明する。 The flame generated by the burner 5 has a recirculation region under reducing conditions. Combustion is performed under the reducing conditions of this recirculation region, thereby suppressing the generation of NOx. The steady flame of the burner 5 is formed based on a balance between the combustion speed and the flow speed of the mixture. However, if there is an excess of gas fuel flowing into the recirculation region or if the gas fuel has a slow combustion speed, the amount of gas fuel that does not burn in the recirculation region increases, and the temperature of the recirculation region drops locally. This also leads to a weakening of the water-gasification reaction. This phenomenon is more pronounced the more excess gas fuel flows into the recirculation region and the slower the combustion speed of the gas fuel. Therefore, the burner 5 according to this embodiment has a structure that can optimize the gas fuel supply method according to the amount of gas fuel supplied and the type of gas fuel. Below, the first to fourth embodiments of the burner 5 are described.

〔第1実施形態〕
図2は、本発明の第1実施形態に係るバーナ5Aの概略断面図である。図2に示すバーナ5Aは、燃料供給ノズル71を備える。燃料供給ノズル71は、所定のバーナ軸線70を軸心とする円筒状を呈する。このバーナ軸線70の延伸方向を「バーナ軸線方向X」と称する。燃料供給ノズル71には、粉末状の固体燃料と当該固体燃料を搬送する搬送空気とが導入される。搬送空気は、一次空気(一次燃焼用空気)となる。
First Embodiment
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a burner 5A according to a first embodiment of the present invention. The burner 5A shown in Fig. 2 is equipped with a fuel supply nozzle 71. The fuel supply nozzle 71 has a cylindrical shape with a predetermined burner axis 70 as its axis. The extension direction of this burner axis 70 is referred to as the "burner axis direction X". Powdered solid fuel and carrier air for carrying the solid fuel are introduced into the fuel supply nozzle 71. The carrier air becomes primary air (primary combustion air).

燃料供給ノズル71の下流端には、周方向に連続する第1保炎板77が設けられている。第1保炎板77は、燃料供給ノズル71の下流端へ進むに従ってラッパ状に拡径する。第1保炎板77によって燃料噴出口71aが形成されている。燃料供給ノズル71の下流端内部であって、第1保炎板77の上流側には、旋回度調整羽根711が設けられている。燃料供給ノズル71内であって、旋回度調整羽根711よりも上流側には分散羽根713が設けられている。 A first flame stabilizing plate 77 is provided at the downstream end of the fuel supply nozzle 71, and is continuous in the circumferential direction. The first flame stabilizing plate 77 expands in diameter like a trumpet as it progresses toward the downstream end of the fuel supply nozzle 71. A fuel outlet 71a is formed by the first flame stabilizing plate 77. A swirl adjustment vane 711 is provided inside the downstream end of the fuel supply nozzle 71, upstream of the first flame stabilizing plate 77. A dispersion vane 713 is provided inside the fuel supply nozzle 71, upstream of the swirl adjustment vane 711.

燃料供給ノズル71の軸心部には、バーナ軸線70が通る重油バーナ79が挿入されている。重油バーナ79の下流側端部は燃料供給ノズル71の下流側端部の近傍に位置する。そのため、燃料供給ノズル71の下流端の流路断面は、バーナ軸線70を中心とする円環状(ドーナツ状)となっている。 A heavy oil burner 79, through which the burner axis 70 passes, is inserted into the axial center of the fuel supply nozzle 71. The downstream end of the heavy oil burner 79 is located near the downstream end of the fuel supply nozzle 71. Therefore, the flow passage cross section at the downstream end of the fuel supply nozzle 71 is annular (donut-shaped) with the burner axis 70 at its center.

燃料供給ノズル71内には、少なくとも1本のガス燃料供給管91が挿入されている。ガス燃料供給管91の下流端は、バーナ軸線方向Xを向いたガス燃料供給口91aとなっている。ガス燃料供給管91には、高圧のガス燃料が導入され、ガス燃料供給口91aから燃料供給ノズル71内へ高圧のガス燃料が供給される。 At least one gas fuel supply pipe 91 is inserted into the fuel supply nozzle 71. The downstream end of the gas fuel supply pipe 91 is a gas fuel supply port 91a facing the burner axial direction X. High-pressure gas fuel is introduced into the gas fuel supply pipe 91, and the high-pressure gas fuel is supplied into the fuel supply nozzle 71 from the gas fuel supply port 91a.

ガス燃料供給口91aは、燃料噴出口71aよりも気体の流れの上流側に位置する。つまり、ガス燃料供給口91aは、燃料噴出口71aからバーナ軸線方向Xに沿って燃料供給ノズル71内へ後退した位置にある。燃料噴出口71aに対するガス燃料供給口91aのバーナ軸線方向Xの位置を「ガス燃料供給位置xg」と称する。バーナ5Aは、ガス燃料供給管91をバーナ軸線方向Xに変位可能に支持する支持装置81を有する。或る例では、支持装置81は、ガス燃料供給管91を保持する治具と、当該治具に取り付けられたスライダと、スライダが走行するレールとから構成される。また別の例では、支持装置81は、ガス燃料供給管91を保持する治具と、当該治具に取り付けられたピニオンと、ピニオンが噛合するラックとから構成される。但し、支持装置81の態様は上記に限定されない。 The gas fuel supply port 91a is located upstream of the gas flow from the fuel ejection port 71a. That is, the gas fuel supply port 91a is located at a position retreated from the fuel ejection port 71a along the burner axial direction X into the fuel supply nozzle 71. The position of the gas fuel supply port 91a in the burner axial direction X relative to the fuel ejection port 71a is referred to as the "gas fuel supply position x g ". The burner 5A has a support device 81 that supports the gas fuel supply pipe 91 so as to be displaceable in the burner axial direction X. In one example, the support device 81 is composed of a jig that holds the gas fuel supply pipe 91, a slider attached to the jig, and a rail on which the slider runs. In another example, the support device 81 is composed of a jig that holds the gas fuel supply pipe 91, a pinion attached to the jig, and a rack with which the pinion meshes. However, the mode of the support device 81 is not limited to the above.

上記のようにガス燃料供給位置xgが燃料噴出口71aから後退しているため、ガス燃料供給口91aから供給されたガス燃料は、燃料供給ノズル71内で固体燃料及び搬送空気と混合する。燃料噴出口71aからは、固体燃料、ガス燃料、及び搬送気体から成る混合気51が噴出する。 Since the gas fuel supply position xg is set back from the fuel outlet 71a as described above, the gas fuel supplied from the gas fuel supply port 91a is mixed with the solid fuel and the carrier air inside the fuel supply nozzle 71. A mixture 51 consisting of the solid fuel, the gas fuel, and the carrier gas is ejected from the fuel outlet 71a.

燃料供給ノズル71の外周には、内側スロート72が設けられている。内側スロート72と燃料供給ノズル71との間に形成された流路72fには、図示されない風箱から二次空気(二次燃焼用空気)が供給される。内側スロート72の下流端である二次空気出口72aは、燃料供給ノズル71の燃料噴出口71aの外周側に位置し、燃料供給ノズル71から噴出する混合気51の外周側において二次空気出口72aから二次空気52が噴き出す。 An inner throat 72 is provided on the outer periphery of the fuel supply nozzle 71. Secondary air (secondary combustion air) is supplied from a wind box (not shown) to a flow path 72f formed between the inner throat 72 and the fuel supply nozzle 71. The secondary air outlet 72a, which is the downstream end of the inner throat 72, is located on the outer periphery of the fuel outlet 71a of the fuel supply nozzle 71, and secondary air 52 is ejected from the secondary air outlet 72a on the outer periphery of the mixture 51 ejected from the fuel supply nozzle 71.

内側スロート72の外周には外側スロート73が設けられている。外側スロート73と内側スロート72との間に形成された流路73fには、図示されない風箱から三次空気(三次燃焼用空気)が供給される。外側スロート73の出口73aは燃料供給ノズル71の燃料噴出口71aの外周側に位置し、内側スロート72から噴出する二次空気52の外周側において外側スロート73の出口73aから三次空気53が噴き出す。 An outer throat 73 is provided on the outer periphery of the inner throat 72. Tertiary air (air for tertiary combustion) is supplied from a wind box (not shown) to a flow path 73f formed between the outer throat 73 and the inner throat 72. The outlet 73a of the outer throat 73 is located on the outer periphery side of the fuel outlet 71a of the fuel supply nozzle 71, and the tertiary air 53 is ejected from the outlet 73a of the outer throat 73 on the outer periphery side of the secondary air 52 ejected from the inner throat 72.

内側スロート72の下流端の開口縁には、下流側に進むに従ってラッパ状に拡径する第2保炎板72bが設けられている。更に、外側スロート73の下流端の開口縁には、下流側に進むに従ってラッパ状に拡径する外側ガイド73bが設けられている。第1保炎板77及び第2保炎板72bによって、二次空気出口72aから噴出する二次空気52は、燃料供給ノズル71から噴き出す混合気51から径方向外側へ離れるように誘導される。また、第2保炎板72b及び外側ガイド73bによって、外側スロート73から噴出する三次空気53は、内側スロート72から噴き出す二次空気52から径方向外側へ離れるように誘導される。このように、二次空気52と三次空気53とは、バーナ軸線70から径方向へ広がるように噴出する。 The inner throat 72 has a second flame plate 72b at the opening edge at the downstream end, which expands in a trumpet shape as it moves downstream. Furthermore, the outer throat 73 has an outer guide 73b at the opening edge at the downstream end, which expands in a trumpet shape as it moves downstream. The first flame plate 77 and the second flame plate 72b guide the secondary air 52 ejected from the secondary air outlet 72a so as to move radially outward from the mixture 51 ejected from the fuel supply nozzle 71. The second flame plate 72b and the outer guide 73b guide the tertiary air 53 ejected from the outer throat 73 so as to move radially outward from the secondary air 52 ejected from the inner throat 72. In this way, the secondary air 52 and the tertiary air 53 are ejected so as to expand radially from the burner axis 70.

上記構成のバーナ5Aでは、分散羽根713及び旋回度調整羽根711の作用によって、混合気51は燃料供給ノズル71の燃料噴出口71aから旋回流れとして噴出する。この混合気51の旋回流れ及び第1保炎板77の作用によって、燃料噴出口71aの直ぐ下流に再循環領域50が形成される。この再循環領域50では、燃料噴出口71aからの混合気51の噴出流を燃料噴出口71aへ向けて戻す循環流が生じ、高温の燃焼ガスと未燃の循環ガスとの交換が絶えず行われる。これにより、混合気51中の固体燃料の揮発成分が速やかに燃焼して、燃料供給ノズル71の燃料噴出口71aの直ぐ下流側且つ再循環領域50の径方向外側で外周着火炎55が生じる。このように、酸素との混合が比較的少ない早期の着火によって初期発生NOxが抑制される。更に、二次空気52、三次空気53の順に段階的に燃焼用空気と混合気51とが混合されることによって脱硝燃焼が生じ、NOxの発生が抑制される。 In the burner 5A having the above configuration, the mixture 51 is ejected as a swirling flow from the fuel outlet 71a of the fuel supply nozzle 71 by the action of the dispersion vane 713 and the swirl adjustment vane 711. The swirling flow of the mixture 51 and the action of the first flame holding plate 77 form a recirculation area 50 immediately downstream of the fuel outlet 71a. In this recirculation area 50, a circulating flow is generated that returns the ejection flow of the mixture 51 from the fuel outlet 71a toward the fuel outlet 71a, and high-temperature combustion gas is constantly exchanged with unburned circulating gas. As a result, the volatile components of the solid fuel in the mixture 51 are quickly burned, and an outer peripheral ignition flame 55 is generated immediately downstream of the fuel outlet 71a of the fuel supply nozzle 71 and radially outside the recirculation area 50. In this way, the initial generation of NOx is suppressed by early ignition with relatively little mixing with oxygen. Furthermore, the combustion air and the mixture 51 are mixed in stages, in the order of secondary air 52 and tertiary air 53, to generate denitration combustion and suppress the generation of NOx.

再循環領域50は燃料の燃焼によって酸素が消費されて低酸素濃度となった高温の還元条件となっている。そのため、再循環領域50では、固体燃料中の窒素分から生成された窒素酸化物(NO)が窒素(N)へと還元される。アンモニアは窒素酸化物に含まれる酸素と結合する性質がある。そのため、ガス燃料がアンモニアガス(NH)である場合に、還元条件の再循環領域50へアンモニアガスが供給されると、優先的に窒素と水(HO)への還元反応が進行する。このようにして、固体燃料とアンモニアガスとの混焼において、窒素酸化物の生成が抑制され、水素ガスシフト反応する水が生成される。 The recirculation region 50 is under high-temperature reducing conditions where oxygen is consumed by the combustion of fuel and the oxygen concentration is low. Therefore, in the recirculation region 50, nitrogen oxides (NO) generated from the nitrogen content in the solid fuel are reduced to nitrogen (N 2 ). Ammonia has the property of combining with oxygen contained in nitrogen oxides. Therefore, when the gas fuel is ammonia gas (NH 3 ), if ammonia gas is supplied to the recirculation region 50 under reducing conditions, the reduction reaction to nitrogen and water (H 2 O) proceeds preferentially. In this way, in the mixed combustion of solid fuel and ammonia gas, the generation of nitrogen oxides is suppressed, and water that undergoes a hydrogen gas shift reaction is generated.

〔ガス燃料供給位置xgの演算方法〕
図3は、燃料噴出口71aを基準とするガス燃料供給位置xgの演算方法を説明する図である。図3に示すように、燃料噴出口71aのバーナ軸線方向Xの位置をx=0とする。燃料噴出口71aのバーナ軸線方向Xの位置は、保炎板77の下流端のバーナ軸線方向Xの位置である。燃料供給ノズル71内へ後退するに従ってxの数値は大きくなる。つまり、燃料供給ノズル71内へ後退した位置は正の値であり、燃料供給ノズル71外へ進出した位置は負の値である。ガス燃料供給口91aのバーナ軸線方向Xの位置(即ち、ガス燃料供給位置xg)をx=xgとする。燃料噴出口71aに対する再循環領域50の中心50cの位置は一定であると仮定し、ガス燃料供給口91aと再循環領域50の中心50cとのバーナ軸線方向Xの距離をLとする。ガス燃料供給口91aからのガス燃料供給量をQ、ガス燃料供給管91の管半径をr0、ガス燃料供給管91の管断面積をAとする。
[Method of calculating gas fuel supply position xg ]
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of calculating the gas fuel supply position x g based on the fuel nozzle 71 a. As shown in FIG. 3, the position of the fuel nozzle 71 a in the burner axial direction X is x = 0. The position of the fuel nozzle 71 a in the burner axial direction X is the position of the downstream end of the flame stabilizing plate 77 in the burner axial direction X. The value of x increases as the fuel nozzle 71 retreats into the fuel supply nozzle 71. In other words, the position retreated into the fuel supply nozzle 71 is a positive value, and the position advanced outside the fuel supply nozzle 71 is a negative value. The position of the gas fuel supply port 91 a in the burner axial direction X (i.e., the gas fuel supply position x g ) is x = x g . It is assumed that the position of the center 50 c of the recirculation region 50 relative to the fuel nozzle 71 a is constant, and the distance in the burner axial direction X between the gas fuel supply port 91 a and the center 50 c of the recirculation region 50 is L. The amount of gas fuel supplied from the gas fuel supply port 91 a is assumed to be Q, the pipe radius of the gas fuel supply pipe 91 is assumed to be r 0 , and the pipe cross-sectional area of the gas fuel supply pipe 91 is assumed to be A.

ガス燃料の噴流は再循環領域50の逆流領域に逆らって流れるので、ガス燃料の噴流速度が大きすぎると再循環領域50が損なわれるおそれがある。再循環領域50のはたらきは燃焼状態に直結することから、再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vには最適値が存在すると考えることができる。再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vを最適値に保持することにより、安定した再循環領域50が維持される。再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vは、次式(1)で表すことができる。 Since the gas fuel jet flows against the backflow region of the recirculation region 50, if the gas fuel jet velocity is too high, the recirculation region 50 may be damaged. Since the function of the recirculation region 50 is directly linked to the combustion state, it can be considered that there is an optimal value for the flow velocity V of the gas fuel at the center 50c of the recirculation region 50. By maintaining the flow velocity V of the gas fuel at the center 50c of the recirculation region 50 at an optimal value, a stable recirculation region 50 is maintained. The flow velocity V of the gas fuel at the center 50c of the recirculation region 50 can be expressed by the following equation (1).

Figure 0007498654000001
Figure 0007498654000001

式(1)において変数は、ガス燃料供給量Q、及び、ガス燃料供給口91aと再循環領域50の中心50cとのバーナ軸線方向Xの距離Lである。再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vを所定の値に維持するために、例えば、ガス燃料供給量Qが2倍となれば、距離Lも2倍となる。つまり、ガス燃料供給量Qの変化に応じて距離Lを調整することにより、再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vを一定に保持することができる。 In equation (1), the variables are the gas fuel supply amount Q and the distance L in the burner axial direction X between the gas fuel supply port 91a and the center 50c of the recirculation area 50. In order to maintain the flow velocity V of the gas fuel at the center 50c of the recirculation area 50 at a predetermined value, for example, if the gas fuel supply amount Q is doubled, the distance L also doubles. In other words, by adjusting the distance L in response to changes in the gas fuel supply amount Q, the flow velocity V of the gas fuel at the center 50c of the recirculation area 50 can be kept constant.

再循環領域50の中心50cにおける最適なガス燃料の流速Vは、ガス燃料及び固体燃料の種類などに応じたバーナ5Aに固有の値であって、シミュレーションや実験等の結果に基づいて設定されてよい。ガス燃料供給量Qに基づいて再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速Vが一定となるような距離Lが求められ、この距離Lに基づいてガス燃料供給口91aのバーナ軸線方向Xの位置xgが求められる。 The optimal gas fuel flow velocity V at the center 50c of the recirculation region 50 is a value specific to the burner 5A depending on the types of gas fuel and solid fuel, etc., and may be set based on the results of simulations, experiments, etc. A distance L at which the gas fuel flow velocity V at the center 50c of the recirculation region 50 is constant is obtained based on the gas fuel supply amount Q, and a position xg of the gas fuel supply port 91a in the burner axial direction X is obtained based on this distance L.

なお、ガス燃料供給位置xgの調整は、ガス燃料供給量Qが所定の範囲にある場合にのみ行われてもよい。つまり、図4に示すように、ガス燃料供給量Qが所定の閾値QAを超えるまでは、ガス燃料供給位置xgを所定の基準位置x0とし、ガス燃料供給量Qが所定の閾値QAを超えてから、ガス燃料供給量Qの増加に伴って燃料噴出口71aからの距離が大きくなるようにガス燃料供給位置xgが変化してよい。 The adjustment of the gas fuel supply position xg may be performed only when the gas fuel supply amount Q is within a predetermined range. That is, as shown in Fig. 4, the gas fuel supply position xg may be set as a predetermined reference position x0 until the gas fuel supply amount Q exceeds a predetermined threshold value QA , and after the gas fuel supply amount Q exceeds the predetermined threshold value QA , the gas fuel supply position xg may be changed so that the distance from the fuel ejection port 71a increases with an increase in the gas fuel supply amount Q.

また、ガス燃料供給位置xgの調整において、検出されたガス燃料供給量に基づくガス燃料供給量Qが所定の最小供給量Q0を大幅に下回る場合に、図5に示すように、ガス燃料供給位置xgはマイナスの値をとってもよい。この場合、ガス燃料供給口91aが燃料噴出口71aより進出した状態となる。但し、ガス燃料供給管91の溶損が想定されることから、ガス燃料供給位置xgに下限値が設けられる。なお、最小供給量Q0は、燃焼を維持するために必要なガス燃料の最小の供給量であって、予め設定されている。 In addition, in adjusting the gas fuel supply position xg , if the gas fuel supply amount Q based on the detected gas fuel supply amount is significantly lower than a predetermined minimum supply amount Q0 , the gas fuel supply position xg may take a negative value as shown in Fig. 5. In this case, the gas fuel supply port 91a is in a state of advancing beyond the fuel ejection port 71a. However, since melting damage of the gas fuel supply pipe 91 is expected, a lower limit is set for the gas fuel supply position xg . The minimum supply amount Q0 is the minimum supply amount of gas fuel necessary to maintain combustion, and is set in advance.

〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態を説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係るバーナ5Bの概略断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態に係るバーナ5Aと同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of a burner 5B according to a second embodiment of the present invention. In the description of this embodiment, the same or similar members as those of the burner 5A according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.

図6に示すように、第2実施形態に係るバーナ5Bは、前述の第1実施形態に係るバーナ5Aにおいて支持装置81に加えて、ガス燃料供給位置xgをガス燃料供給量Qの検出値に応じて自動的に調整する位置調整装置8Bを備えたものである。よって、以下では位置調整装置8Bについて詳細に説明し余の説明を省略する。 6, the burner 5B according to the second embodiment is provided with, in addition to the support device 81 in the burner 5A according to the first embodiment, a position adjustment device 8B that automatically adjusts the gas fuel supply position xg in accordance with the detection value of the gas fuel supply amount Q. Therefore, the position adjustment device 8B will be described in detail below, and the rest of the description will be omitted.

位置調整装置8Bは、アクチュエータ85と、位置検出器86と、流量検出器87と、制御装置88とからなる。 The position adjustment device 8B consists of an actuator 85, a position detector 86, a flow rate detector 87, and a control device 88.

アクチュエータ85は、ガス燃料供給管91をバーナ軸線方向Xに変位させる。アクチュエータ85は、例えば、空気圧シリンダ、電動シリンダ、電動モータとラックアンドピニオン、などのうち少なくとも1つが用いられてよい。なお、アクチュエータ85は、ガス燃料供給管91の全体を変位させるものに限らず、ガス燃料供給管91の下流側部分のみを変位させるものであってよい。アクチュエータ85の動作により、ガス燃料供給口91aのバーナ軸線方向Xの位置、即ち、ガス燃料供給位置xgが変位する。 The actuator 85 displaces the gas fuel supply pipe 91 in the burner axial direction X. For example, at least one of a pneumatic cylinder, an electric cylinder, an electric motor and a rack and pinion, etc. may be used as the actuator 85. Note that the actuator 85 is not limited to one that displaces the entire gas fuel supply pipe 91, and may be one that displaces only a downstream portion of the gas fuel supply pipe 91. Operation of the actuator 85 displaces the position of the gas fuel supply port 91a in the burner axial direction X, i.e., the gas fuel supply position xg .

位置検出器86は、燃料噴出口71aを基準とするガス燃料供給位置xgを直接的又は間接的に検出する。位置検出器86は、アクチュエータ85のピストンのストロークやモータの回転位置などの動作量を検出するセンサであって、その検出値に基づいてガス燃料供給位置xgが間接的に検出されてよい。また、位置検出器86は、ガス燃料供給管91の変位量を直接的に検出する接触式又は非接触式の変位センサであってよい。 The position detector 86 directly or indirectly detects the gas fuel supply position xg based on the fuel outlet 71a. The position detector 86 is a sensor that detects an operating amount such as a piston stroke of the actuator 85 or a rotational position of the motor, and the gas fuel supply position xg may be indirectly detected based on the detected value. The position detector 86 may also be a contact or non-contact displacement sensor that directly detects the displacement amount of the gas fuel supply pipe 91.

流量検出器87は、ガス燃料供給管91から固体燃料と搬送空気の混合気へのガス燃料供給量Qを直接的又は間接的に検出する。流量検出器87は、ガス燃料供給管91又はガス燃料供給管91へのガス燃料供給系統に設けられて、ガス燃料供給管91へ導入されるガス燃料の流量を検出する流量センサであってよい。或いは、流量検出器87は、ガス燃料供給系統に設けられたバルブの開度や、圧縮ポンプの送出量を検出するセンサであって、その検出値に基づいてガス燃料供給量Qが間接的に検出されてよい。 The flow rate detector 87 directly or indirectly detects the amount Q of gas fuel supplied from the gas fuel supply pipe 91 to the mixture of solid fuel and conveying air. The flow rate detector 87 may be a flow rate sensor provided in the gas fuel supply pipe 91 or in a gas fuel supply system to the gas fuel supply pipe 91, and detects the flow rate of gas fuel introduced into the gas fuel supply pipe 91. Alternatively, the flow rate detector 87 may be a sensor that detects the opening of a valve provided in the gas fuel supply system or the output of a compression pump, and the amount Q of gas fuel supplied may be indirectly detected based on the detection value.

制御装置88は、流量検出器87で検出されたガス燃料供給量Qに基づいて、位置検出器86で検出されるガス燃料供給位置xgを調整するようにアクチュエータ85を動作させることにより、再循環領域50の中心50cにおける流速を一定に制御する。 The control device 88 controls the flow rate at the center 50c of the recirculation region 50 to be constant by operating the actuator 85 to adjust the gas fuel supply position xg detected by the position detector 86 based on the gas fuel supply amount Q detected by the flow rate detector 87.

図7は、制御装置88による制御の流れを示すブロック図である。制御装置88は、流量検出器87で検出されたガス燃料供給量Qを取得する。続いて、制御装置88の目標位置演算器は、取得したガス燃料供給量Qに基づいて、ガス燃料供給口91aと再循環領域50の中心50cとの距離Lを求め、距離Lに基づいてガス燃料供給位置xgの目標位置xpを求める。そして、制御装置88は、位置検出器86で検出されるガス燃料供給位置xgが目標位置xpと等しくなるようにアクチュエータ85を動作させる。詳細には、制御装置88は、目標位置xpと位置検出器86で検出されたガス燃料供給位置xgとの偏差を求め、この偏差に基づいて制御量を求め、制御量に基づいてアクチュエータ85の操作量を求め、操作量をアクチュエータ85へ出力する。 7 is a block diagram showing the flow of control by the control device 88. The control device 88 acquires the gas fuel supply amount Q detected by the flow rate detector 87. Next, the target position calculator of the control device 88 calculates the distance L between the gas fuel supply port 91a and the center 50c of the recirculation area 50 based on the acquired gas fuel supply amount Q, and calculates the target position xp of the gas fuel supply position xg based on the distance L. Then, the control device 88 operates the actuator 85 so that the gas fuel supply position xg detected by the position detector 86 becomes equal to the target position xp . In detail, the control device 88 calculates the deviation between the target position xp and the gas fuel supply position xg detected by the position detector 86, calculates the control amount based on this deviation, calculates the operation amount of the actuator 85 based on the control amount, and outputs the operation amount to the actuator 85.

このように、本実施形態に係るバーナ5Bでは、位置調整装置8Bの動作により、再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速が所定の値に維持されるように、ガス燃料供給位置xgが自動調整される。よって、ガス燃料供給量Qに短期的または長期的な変動が生じた場合であっても、再循環領域50の適切な温度が維持され、再循環領域50の還元条件下でNOxの発生を抑制した燃焼を生じさせることができる。 In this manner, in the burner 5B according to the present embodiment, the gas fuel supply position xg is automatically adjusted by the operation of the position adjustment device 8B so that the flow velocity of the gas fuel at the center 50c of the recirculation region 50 is maintained at a predetermined value. Therefore, even if short-term or long-term fluctuations occur in the gas fuel supply amount Q, an appropriate temperature of the recirculation region 50 is maintained, and combustion can be performed under reducing conditions in the recirculation region 50 while suppressing the generation of NOx.

〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態を説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係るバーナ5Cの概略断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態及び第2実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described. Fig. 8 is a schematic cross-sectional view of a burner 5C according to a third embodiment of the present invention. In the description of this embodiment, the same or similar members as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.

ガス燃料の流量の変化によって再循環領域50で燃え切れない燃料が増加すると、再循環領域50において局所的な温度の低下が生じる。そこで、図8に示すように、第3実施形態に係るバーナ5Cは、前述の第1実施形態に係るバーナ5Aにおいて、支持装置81に加えて、ガス燃料供給位置xgを再循環領域50の火炎強度の変化に応じて自動的に調整する位置調整装置8Cを備えたものである。よって、以下では位置調整装置8Cについて詳細に説明し余の説明を省略する。 When the amount of fuel that does not burn completely in the recirculation zone 50 increases due to a change in the flow rate of the gas fuel, a local temperature drop occurs in the recirculation zone 50. Therefore, as shown in Fig. 8, the burner 5C according to the third embodiment is provided with a position adjustment device 8C that automatically adjusts the gas fuel supply position xg according to a change in the flame intensity in the recirculation zone 50, in addition to the support device 81 in the burner 5A according to the first embodiment described above. Therefore, the position adjustment device 8C will be described in detail below, and the rest of the description will be omitted.

位置調整装置8Cは、アクチュエータ85と、位置検出器86と、火炎強度検出装置90と、制御装置89とを備える。アクチュエータ85及び位置検出器86についての詳細な説明は、前述の第2実施形態の説明を引用して省略する。 The position adjustment device 8C includes an actuator 85, a position detector 86, a flame intensity detection device 90, and a control device 89. A detailed description of the actuator 85 and the position detector 86 will be omitted, and the description of the second embodiment will be cited.

火炎強度検出装置90は、火炎から発せられる光(例えば、赤外線や紫外線)を検出する火炎センサと、火炎センサの検出値に基づいて火炎強度(発光強度)を計測する演算器とを有する(いずれも図示略)。例えば、火炎センサとして、火炎の色や波長などを検出する光学式火炎センサが用いられる。この場合には、火炎の色や波長などに基づいて火炎の火炎強度を演算で求めることができる。火炎強度検出装置90は、従来のバーナに使用されている公知の構成のものを採用することができる。 The flame intensity detection device 90 has a flame sensor that detects light (e.g., infrared or ultraviolet light) emitted from the flame, and a calculator that measures the flame intensity (light emission intensity) based on the detection value of the flame sensor (both not shown). For example, an optical flame sensor that detects the color and wavelength of the flame is used as the flame sensor. In this case, the flame intensity of the flame can be calculated based on the color and wavelength of the flame. The flame intensity detection device 90 can be one with a known configuration used in conventional burners.

制御装置89は、火炎強度検出装置90で検出された火炎強度に基づいて、ガス燃料供給位置xgを調整するようにアクチュエータ85を動作させることにより、再循環領域50の火炎強度を一定に制御する。より詳細には、制御装置89は、火炎強度検出装置90で検出される火炎強度が所定の基準強度となるように、ガス燃料供給位置xgの目標位置xpを求める。例えば、検出された火炎強度が基準強度より低くなる場合には、現在検出されたガス燃料供給位置xgよりも目標位置xpが燃料噴出口71aから離れるように、目標位置xpの値を演算する。ここで、制御装置89は、検出された火炎強度と目標位置xpとの関係を予め記憶しておき、これを利用して目標位置xpを求めてもよい。そして、制御装置89は、位置検出器86で検出されるガス燃料供給位置xgが目標位置xpと等しくなるようにアクチュエータ85を動作させる。 The control device 89 controls the flame intensity in the recirculation region 50 to be constant by operating the actuator 85 to adjust the gas fuel supply position xg based on the flame intensity detected by the flame intensity detection device 90. More specifically, the control device 89 determines a target position xp of the gas fuel supply position xg so that the flame intensity detected by the flame intensity detection device 90 becomes a predetermined reference intensity. For example, when the detected flame intensity becomes lower than the reference intensity, the control device 89 calculates a value of the target position xp so that the target position xp is farther away from the fuel ejection port 71a than the currently detected gas fuel supply position xg . Here, the control device 89 may store in advance a relationship between the detected flame intensity and the target position xp and use this to determine the target position xp . Then, the control device 89 operates the actuator 85 so that the gas fuel supply position xg detected by the position detector 86 becomes equal to the target position xp .

このように、本実施形態に係るバーナ5Cでは、位置調整装置8Cの動作により、再循環領域50の適切な火炎強度が維持されるように、ガス燃料供給口91aの位置が自動調整される。よって、ガス燃料供給量に短期的または長期的な変動が生じた場合であっても、再循環領域50の適切な温度が維持され、再循環領域50の還元条件下でNOxの発生を抑制した燃焼を生じさせることができる。 In this way, in the burner 5C according to this embodiment, the position of the gas fuel supply port 91a is automatically adjusted by the operation of the position adjustment device 8C so that the appropriate flame intensity in the recirculation area 50 is maintained. Therefore, even if there are short-term or long-term fluctuations in the amount of gas fuel supply, the appropriate temperature in the recirculation area 50 is maintained, and combustion can be generated that suppresses the generation of NOx under reducing conditions in the recirculation area 50.

〔第4実施形態〕
次に、第4実施形態を説明する。図9は本発明の第4実施形態に係るバーナ5Dの概略断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment will be described. Fig. 9 is a schematic cross-sectional view of a burner 5D according to a fourth embodiment of the present invention. In the description of this embodiment, the same or similar members as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.

ガス燃料の流量の変化によって再循環領域50で燃え切れない燃料が増加すると、高温還元燃焼が弱まり、燃焼排ガスに含まれるNOxが増加する。そこで、図9に示すように、第4実施形態に係るバーナ5Dは、前述の第1実施形態に係るバーナ5Aにおいて支持装置81に加えて、ガス燃料供給位置xgをボイラ10からの排ガスのNOx値に応じて自動的に調整する位置調整装置8Dを備えたものである。よって、以下では位置調整装置8Dについて詳細に説明し余の説明を省略する。 When the amount of fuel that does not burn completely in the recirculation area 50 increases due to a change in the flow rate of the gas fuel, the high-temperature reducing combustion weakens, and the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas increases. Therefore, as shown in Fig. 9, the burner 5D according to the fourth embodiment is provided with a position adjustment device 8D that automatically adjusts the gas fuel supply position xg in accordance with the NOx value of the exhaust gas from the boiler 10, in addition to the support device 81 in the burner 5A according to the first embodiment described above. Therefore, the position adjustment device 8D will be described in detail below, and the rest of the description will be omitted.

位置調整装置8Dは、アクチュエータ85と、位置検出器86と、NOxセンサ(第2NOxセンサ33又は第1NOxセンサ32)と、制御装置92とを備える。アクチュエータ85及び位置検出器86についての詳細な説明は、前述の第2実施形態の説明を引用して省略する。 The position adjustment device 8D includes an actuator 85, a position detector 86, a NOx sensor (the second NOx sensor 33 or the first NOx sensor 32), and a control device 92. A detailed description of the actuator 85 and the position detector 86 will be omitted, and the description of the second embodiment will be cited.

図1に示すように、第2NOxセンサ33は、ボイラ10の出口に設けられて、ボイラ10からの排気のNOx値を検出する。但し、NOxセンサは、ボイラ10の煙道28において排煙脱硝装置41の上流側に設けられた第1NOxセンサ32であってもよい。 As shown in FIG. 1, the second NOx sensor 33 is provided at the outlet of the boiler 10 and detects the NOx value of the exhaust gas from the boiler 10. However, the NOx sensor may be the first NOx sensor 32 provided upstream of the flue gas denitrification device 41 in the flue 28 of the boiler 10.

制御装置92は、第2NOxセンサ33(又は第1NOxセンサ32)で検出されたNOx値に基づいて、位置検出器86で検出されるガス燃料供給口91aの位置xgを調整するようにアクチュエータ85を動作させることにより、排ガスに含まれるNOxの量(NOx値)を所定の基準NOx値の範囲に制御する。より詳細には、制御装置89は、第2NOxセンサ33(又は第1NOxセンサ32)で検出されるNOx値が所定の基準NOx値の範囲となるように、ガス燃料供給口91aの目標位置xpを求める。例えば、検出されたNOx値が基準NOx値より大きい場合には、検出されたガス燃料供給位置xgよりも目標位置xpの値が大きくなるように、目標位置xpを求める。ここで、制御装置92は、検出されたNOx値と目標位置xpとの関係を予め記憶しておき、これを利用して目標位置xpを求めてもよい。そして、制御装置92は、位置検出器86で検出されるガス燃料供給位置xgが目標位置xpとなるようにアクチュエータ85を動作させる。 The control device 92 controls the amount of NOx contained in the exhaust gas (NOx value) to a range of a predetermined reference NOx value by operating the actuator 85 to adjust the position x g of the gas fuel supply port 91a detected by the position detector 86 based on the NOx value detected by the second NOx sensor 33 (or the first NOx sensor 32). More specifically, the control device 89 determines the target position x p of the gas fuel supply port 91a so that the NOx value detected by the second NOx sensor 33 (or the first NOx sensor 32) falls within the range of a predetermined reference NOx value. For example, when the detected NOx value is larger than the reference NOx value, the control device 92 determines the target position x p so that the value of the target position x p is larger than the detected gas fuel supply position x g . Here, the control device 92 may store in advance the relationship between the detected NOx value and the target position x p and use this to determine the target position x p . Then, the control device 92 operates the actuator 85 so that the gas fuel supply position x g detected by the position detector 86 becomes the target position x p .

このように、本実施形態に係るバーナ5Dでは、位置調整装置8Dの動作により、NOx値が基準NOx値の範囲に収まるように、即ち、再循環領域50の適切な燃焼が維持されるように、ガス燃料供給口91aの位置が自動調整される。よって、ガス燃料供給量に短期的または長期的な変動が生じた場合であっても、ボイラ10の排ガスのNOx値が抑えられる。 In this way, in the burner 5D according to this embodiment, the position of the gas fuel supply port 91a is automatically adjusted by the operation of the position adjustment device 8D so that the NOx value falls within the range of the reference NOx value, i.e., so that proper combustion in the recirculation area 50 is maintained. Therefore, even if short-term or long-term fluctuations occur in the amount of gas fuel supply, the NOx value of the exhaust gas from the boiler 10 is suppressed.

〔総括〕
以上に説明した通り、本実施形態に係る燃焼炉2は、少なくとも1つのバーナ5,5A~5Dが設けられた、還元雰囲気の高温還元ゾーン21と、高温還元ゾーン21で生じた燃焼ガスが流入する、高温還元ゾーン21よりも低温且つ酸化雰囲気の低温酸化ゾーン22と、を備える。
[Summary]
As described above, the combustion furnace 2 according to this embodiment includes the high-temperature reduction zone 21 of a reducing atmosphere in which at least one burner 5, 5A to 5D is provided, and the low-temperature oxidation zone 22 of an oxidizing atmosphere at a lower temperature than the high-temperature reduction zone 21, into which the combustion gas generated in the high-temperature reduction zone 21 flows.

そして、上記第1実施形態に係るバーナ5Aは、バーナ軸線方向Xに延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板77により形成された燃料噴出口71aを有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズル71と、燃料供給ノズル71の外周側に配置され、燃焼用空気52,53を燃料供給ノズル71から噴出する混合気51から分離して供給する少なくとも1つの流路72f,73fと、燃料供給ノズル71内に挿入され、燃料噴出口71aより上流側に位置するガス燃料供給口91aを有し、燃料供給ノズル71内に窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管91と、を備える。 The burner 5A according to the first embodiment is cylindrical and extends in the burner axial direction X. It has a fuel outlet 71a formed by a flame stabilizing plate 77 at the downstream end, and includes a fuel supply nozzle 71 into which solid fuel and carrier air are introduced, at least one flow path 72f, 73f that is disposed on the outer periphery of the fuel supply nozzle 71 and supplies the combustion air 52, 53 separately from the air-fuel mixture 51 ejected from the fuel supply nozzle 71, and a gas fuel supply pipe 91 that is inserted into the fuel supply nozzle 71 and has a gas fuel supply port 91a located upstream of the fuel outlet 71a, and supplies gas fuel containing nitrogen into the fuel supply nozzle 71.

上記構成のバーナ5Aによれば、ガス燃料は燃料供給ノズル71内で搬送空気と予混合されたうえで燃料噴出口71aから噴出する。例えば、ガス燃料がアンモニアのように燃焼速度の遅い燃料である場合や、大量のガス燃料が一度に供給される場合に、ガス燃料供給位置xgを燃料噴出口71aよりも燃料供給ノズル71内へ後退させることにより、ガス燃料と搬送空気(一次空気)との混合時間を確保することができる。これにより、ガス燃料が部分的に予混合された状態となって、当量比(理論空燃比/実際の空燃比)が1に近づき、ガス燃料の燃焼速度を底上げすることができる。よって、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50において、ガス燃料の燃焼速度が上昇して、燃え切れないガス燃料の増加を抑制することができる。その結果、再循環領域50の局所温度低下を回避することができる。 According to the burner 5A having the above configuration, the gas fuel is premixed with the carrier air in the fuel supply nozzle 71 and then ejected from the fuel ejection port 71a. For example, when the gas fuel is a fuel with a slow burning speed such as ammonia, or when a large amount of gas fuel is supplied at one time, the gas fuel supply position xg is retracted further into the fuel supply nozzle 71 than the fuel ejection port 71a, thereby ensuring the mixing time between the gas fuel and the carrier air (primary air). As a result, the gas fuel is partially premixed, the equivalence ratio (theoretical air-fuel ratio/actual air-fuel ratio) approaches 1, and the combustion speed of the gas fuel can be raised. Therefore, in the recirculation region 50 formed downstream of the fuel ejection port 71a, the combustion speed of the gas fuel increases, and the increase in the unburned gas fuel can be suppressed. As a result, the local temperature drop in the recirculation region 50 can be avoided.

また、別の観点から、第1実施形態に係るバーナ5Aは、バーナ軸線方向Xに延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板77により形成された燃料噴出口71aを有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズル71と、燃料供給ノズル71の外周側に配置され、燃焼用空気52,53を燃料供給ノズル71から噴出する混合気51から分離して供給する少なくとも1つの流路72f,73fと、燃料供給ノズル71内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口91aを有し、当該ガス燃料供給口91aから固体燃料及び搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管91と、燃料噴出口71aに対しガス燃料供給口91aがバーナ軸線方向Xに変位可能となるように、ガス燃料供給管91をバーナ軸線方向Xに変位可能に支持するノズル支持装置81と、を備える。上記構成のバーナ5Aは、ガス燃料供給管91をバーナ軸線方向Xに変位させるアクチュエータ85を更に備えてよい。 From another perspective, the burner 5A according to the first embodiment is provided with a fuel supply nozzle 71 having a cylindrical shape extending in the burner axial direction X and a fuel outlet 71a formed by a flame stabilizing plate 77 provided at the downstream end, into which solid fuel and transport air are introduced, at least one flow path 72f, 73f arranged on the outer periphery of the fuel supply nozzle 71 for supplying combustion air 52, 53 separately from the mixture gas 51 ejected from the fuel supply nozzle 71, a gas fuel supply pipe 91 inserted into the fuel supply nozzle 71 and having a gas fuel supply port 91a provided at the downstream end, which supplies gas fuel containing nitrogen from the gas fuel supply port 91a to the mixture gas consisting of the solid fuel and the transport air, and a nozzle support device 81 for supporting the gas fuel supply pipe 91 so as to be displaceable in the burner axial direction X so that the gas fuel supply port 91a is displaceable in the burner axial direction X relative to the fuel outlet 71a. The burner 5A having the above configuration may further include an actuator 85 that displaces the gas fuel supply pipe 91 in the burner axial direction X.

上記構成のバーナ5Aによれば、ガス燃料供給口91aの燃料噴出口71aからの燃料供給ノズル71内への後退量(即ち、ガス燃料供給位置xg)を調節することが可能である。よって、ガス燃料供給量が増加した場合に、ガス燃料供給口91aの後退量を増加させることにより、再循環領域50の中心50cにおけるガス燃料の流速の増大を抑えることができ、再循環領域50を維持することができる。また、ガス燃料供給口91aが燃料噴出口71aよりも後退していることで、燃料供給ノズル71内でのガス燃料と搬送空気との予混合の度合いを高めることができる。よって、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50において、ガス燃料の燃焼速度が上昇して、燃え切れないガス燃料の増加を抑制することができる。その結果、再循環領域50の局所温度低下を回避することができる。 According to the burner 5A having the above configuration, it is possible to adjust the retreat amount of the gas fuel supply port 91a from the fuel ejection port 71a into the fuel supply nozzle 71 (i.e., the gas fuel supply position x g ). Therefore, when the gas fuel supply amount increases, the retreat amount of the gas fuel supply port 91a can be increased to suppress an increase in the flow rate of the gas fuel at the center 50c of the recirculation area 50, and the recirculation area 50 can be maintained. In addition, since the gas fuel supply port 91a is retreated from the fuel ejection port 71a, the degree of premixing of the gas fuel and the carrier air in the fuel supply nozzle 71 can be increased. Therefore, in the recirculation area 50 formed downstream of the fuel ejection port 71a, the combustion speed of the gas fuel increases, and the increase in the gas fuel that cannot be burned can be suppressed. As a result, a local temperature drop in the recirculation area 50 can be avoided.

また、第2実施形態に係るバーナ5Bは、第1実施形態に係るバーナ5Aに加えて、バーナ軸線方向Xに沿った燃料噴出口71aに対するガス燃料供給口91aの位置xgを検出する位置検出器86と、ガス燃料供給管91からのガス燃料供給量を検出する流量検出器87と、検出されたガス燃料供給量に基づいて、ガス燃料供給量が所定の範囲にあるときに、ガス燃料供給量の増加に従ってガス燃料供給口91aの位置が燃料噴出口71aから上流側へ離れるように、アクチュエータ85を動作させる制御装置88とを、備える。 Furthermore, the burner 5B according to the second embodiment is equipped with, in addition to the components of the burner 5A according to the first embodiment, a position detector 86 which detects a position xg of the gas fuel supply port 91a relative to the fuel nozzle 71a along the burner axial direction X, a flow rate detector 87 which detects the amount of gas fuel supply from the gas fuel supply pipe 91, and a control device 88 which operates the actuator 85 based on the detected amount of gas fuel supply so that the position of the gas fuel supply port 91a moves away upstream from the fuel nozzle 71a as the amount of gas fuel supply increases when the amount of gas fuel supply is within a predetermined range.

第2実施形態に係るバーナ5Bの制御方法は、バーナ軸線方向Xに延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板77により形成された燃料噴出口71aを有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズル71と、燃料供給ノズル71の外周側に配置され、燃焼用空気を燃料供給ノズル71から噴出する混合気51から分離して供給する少なくとも1つの流路72f,73fと、燃料供給ノズル71内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口91aを有し、当該ガス燃料供給口91aから固体燃料及び搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管91と、ガス燃料供給管91をバーナ軸線方向Xに変位させるアクチュエータ85とを備えるバーナ5Bの制御方法であって、
バーナ軸線方向Xに沿った燃料噴出口71aに対するガス燃料供給口91aの位置を検出し、
ガス燃料供給管91からのガス燃料供給量を検出し、
ガス燃料供給量が所定の範囲にあるときに、ガス燃料供給量の増加に従ってガス燃料供給口91aの位置が燃料噴出口71aから上流側へ離れるように、アクチュエータ85を動作させるものである。
A control method for a burner 5B according to a second embodiment is a control method for a burner 5B comprising: a fuel supply nozzle 71 having a cylindrical shape extending in a burner axial direction X and a fuel outlet 71a formed by a flame stabilizing plate 77 provided at a downstream end, into which a solid fuel and a carrier air are introduced; at least one flow path 72f, 73f arranged on the outer periphery of the fuel supply nozzle 71 and supplying combustion air separately from a gas-fuel mixture 51 ejected from the fuel supply nozzle 71; a gas fuel supply pipe 91 inserted into the fuel supply nozzle 71, having a gas fuel supply port 91a provided at a downstream end, and supplying a gas fuel containing a nitrogen component from the gas fuel supply port 91a to a gas mixture consisting of the solid fuel and the carrier air; and an actuator 85 for displacing the gas fuel supply pipe 91 in the burner axial direction X,
Detecting the position of the gas fuel supply port 91a relative to the fuel nozzle 71a along the burner axial direction X;
Detecting the amount of gas fuel supplied from the gas fuel supply pipe 91;
When the gas fuel supply amount is within a predetermined range, the actuator 85 is operated so that the position of the gas fuel supply port 91a moves upstream away from the fuel ejection port 71a as the gas fuel supply amount increases.

上記構成のバーナ5B及びその制御方法によれば、第1実施形態に係るバーナ5Aの作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏する。即ち、ガス燃料供給量が増加した場合に、再循環領域50におけるガス燃料の流速の増大が抑えられるように、ガス燃料供給口91aの位置が自動的に調整される。 The burner 5B and its control method configured as described above provide the following effects in addition to the effects of the burner 5A according to the first embodiment. That is, when the amount of gas fuel supply increases, the position of the gas fuel supply port 91a is automatically adjusted so that the increase in the flow rate of the gas fuel in the recirculation area 50 is suppressed.

上記のバーナ5Bにおいて、制御装置88は、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50のバーナ軸線方向Xの中心50cにおけるガス燃料の流速が一定となるようにガス燃料供給口91aの目標位置xpを求め、ガス燃料供給口91aの位置xgが目標位置xpとなるようにアクチュエータ85を動作させてよい。 In the above-described burner 5B, the control device 88 may determine a target position xp of the gas fuel supply port 91a so that the flow velocity of the gas fuel at the center 50c in the burner axial direction X of the recirculation area 50 formed downstream of the fuel nozzle 71a is constant, and may operate the actuator 85 so that the position xg of the gas fuel supply port 91a becomes the target position xp .

同様に、上記のバーナ5Bの制御方法において、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50のバーナ軸線方向Xの中心50cにおけるガス燃料の流速が一定となるようにガス燃料供給口91aの目標位置xpを求め、ガス燃料供給口91aの位置xgが目標位置xpとなるようにアクチュエータ85を動作させてよい。 Similarly, in the above-described control method for the burner 5B, a target position xp of the gas fuel supply port 91a may be obtained so that the flow velocity of the gas fuel at the center 50c in the burner axial direction X of the recirculation region 50 formed downstream of the fuel nozzle 71a is constant, and the actuator 85 may be operated so that the position xg of the gas fuel supply port 91a becomes the target position xp .

これにより、再循環領域50のバーナ軸線方向Xの中心50cにおけるガス燃料の流速を一定とすることができ、安定した再循環領域50が維持される。 This allows the flow rate of the gas fuel at the center 50c of the recirculation area 50 in the burner axial direction X to be constant, and a stable recirculation area 50 is maintained.

また、上記第3実施形態に係るバーナ5Cは、第1実施形態に係るバーナ5Aに加えて、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50の火炎強度を検出する火炎強度検出装置90と、バーナ軸線方向Xに沿った燃料噴出口71aに対するガス燃料供給口91aの位置xgを検出する位置検出器86と、検出された火炎強度に基づいてアクチュエータ85を動作させてガス燃料供給口91aの位置xgを調整することにより、再循環領域50の火炎強度が所定の値となるように制御する制御装置89と、を備える。 Moreover, the burner 5C according to the third embodiment is equipped with, in addition to the burner 5A according to the first embodiment, a flame intensity detection device 90 for detecting the flame intensity in the recirculation region 50 formed downstream of the fuel outlet 71a, a position detector 86 for detecting the position xg of the gas fuel supply port 91a relative to the fuel outlet 71a along the burner axial direction X, and a control device 89 for controlling the flame intensity in the recirculation region 50 to a predetermined value by operating the actuator 85 based on the detected flame intensity to adjust the position xg of the gas fuel supply port 91a.

同様に、第3実施形態に係るバーナ5Cの制御方法は、燃料噴出口71aの下流側に形成される再循環領域50の火炎強度を検出し、再循環領域50の火炎強度が所定の基準温度となるように、検出された火炎強度に基づいてガス燃料供給口91aの位置xgを調整するようにアクチュエータ85を動作させるものである。 Similarly, the control method for the burner 5C according to the third embodiment detects the flame intensity in the recirculation zone 50 formed downstream of the fuel injection port 71a, and operates the actuator 85 to adjust the position xg of the gas fuel supply port 91a based on the detected flame intensity so that the flame intensity in the recirculation zone 50 becomes a predetermined reference temperature.

上記構成のバーナ5C及びその制御方法によれば、ガス燃料供給量の変動などによって、再循環領域50に局所的な低温箇所が生じた場合に、再循環領域50の火炎強度が適切に保たれるようにガス燃料供給口91aの位置xgが自動的に調整される。 According to the burner 5C and the control method thereof having the above-described configuration, when a localized low temperature spot occurs in the recirculation zone 50 due to a fluctuation in the amount of gas fuel supply or the like, the position xg of the gas fuel supply port 91a is automatically adjusted so that the flame intensity in the recirculation zone 50 is appropriately maintained.

また、第4実施形態に係るバーナ5Dは、第1実施形態に係るバーナ5Aに加えて、燃焼排ガスのNOx値を検出するNOxセンサ33と、バーナ軸線方向Xに沿った燃料噴出口71aに対するガス燃料供給口91aの位置xgを検出する位置検出器86と、NOx値に基づいてアクチュエータ85を動作させてガス燃料供給口91aの位置xgを調整することにより、NOx値を所定の基準NOx値の範囲となるように制御する制御装置92と、を備える。 Moreover, the burner 5D according to the fourth embodiment is equipped with, in addition to the burner 5A according to the first embodiment, a NOx sensor 33 for detecting the NOx value of the combustion exhaust gas, a position detector 86 for detecting a position xg of the gas fuel supply port 91a relative to the fuel nozzle 71a along the burner axial direction X, and a control device 92 for controlling the NOx value so that it falls within a predetermined reference NOx value range by operating an actuator 85 based on the NOx value to adjust the position xg of the gas fuel supply port 91a.

同様に、第4実施形態に係るバーナ5Dの制御方法は、燃焼排ガスのNOx値を検出し、NOx値が所定の基準NOx値の範囲となるように、NOx値に基づいてガス燃料供給口91aの位置xgを調整するようにアクチュエータ85を動作させるものである。 Similarly, the control method for the burner 5D according to the fourth embodiment detects the NOx value of the combustion exhaust gas, and operates the actuator 85 to adjust the position xg of the gas fuel supply port 91a based on the NOx value so that the NOx value falls within a predetermined reference NOx value range.

上記構成のバーナ5D及びその制御方法によれば、ガス燃料供給量の変動に起因する再循環領域50に局所温度低下が回避され、排ガスのNOx値の増加を抑制することができる。 The burner 5D and its control method configured as described above can avoid local temperature drops in the recirculation area 50 caused by fluctuations in the amount of gas fuel supplied, and can suppress increases in the NOx value of the exhaust gas.

そして、上記構成のバーナ5A~5Dを備える燃焼炉2によれば、高温還元ゾーン21で固体燃料と窒素分を多く含むガス燃料との混焼が行われることにより、固体燃料及びガス燃料に含まれる窒素分から生成するNOxの炉内脱硝が行われ、NOxの排出を抑えることができる。更に、固体燃料及び/又はガス燃料に含まれる水素分から生成された水が活性ガスに変換される水性ガス化反応が生じることから燃焼効率を向上させることができる。ここで、ガス燃料がアンモニアガスである場合に、アンモニアは燃焼性に乏しいため単純に混焼すると燃焼効率が低下するが、本発明が適用されることにより燃焼効率の低下を抑えることができる。 The combustion furnace 2 equipped with the burners 5A-5D of the above configuration burns solid fuel and nitrogen-rich gas fuel in the high-temperature reduction zone 21, denitrifying NOx generated from the nitrogen contained in the solid fuel and gas fuel in the furnace, thereby suppressing NOx emissions. Furthermore, a water-gasification reaction occurs in which water generated from the hydrogen contained in the solid fuel and/or gas fuel is converted into active gas, improving combustion efficiency. Here, when the gas fuel is ammonia gas, ammonia has poor combustibility, so simply burning the two fuels together reduces combustion efficiency, but the application of the present invention makes it possible to suppress the reduction in combustion efficiency.

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び/又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。 The above describes a preferred embodiment of the present invention, but the present invention also includes modifications of the specific structure and/or details of the function of the above embodiment without departing from the spirit of the present invention. The above configuration can be modified, for example, as follows:

例えば、上記実施形態において、ボイラ10の燃焼炉2は高温還元ゾーン21と低温酸化ゾーン22とが形成されて二段燃焼が行われるものであるが、バーナ5(バーナ5A~D)が適用される燃焼炉は上記構成に限定されない。上記本実施形態に係るバーナ5(バーナ5A~D)は、低NOxを実現する固体燃料とガス燃料との混焼バーナとして広く適用することができる。 For example, in the above embodiment, the combustion furnace 2 of the boiler 10 is configured to perform two-stage combustion by forming a high-temperature reduction zone 21 and a low-temperature oxidation zone 22, but the combustion furnace to which the burner 5 (burners 5A to 5D) is applied is not limited to the above configuration. The burner 5 (burners 5A to 5D) according to the above embodiment can be widely used as a mixed combustion burner for solid fuel and gas fuel that achieves low NOx.

また、上記実施形態の位置調整装置8B~8Dでは、ガス燃料供給管91が燃料供給ノズル71に抜き差しされることによってガス燃料供給口91aが変位するが、位置調整装置8B~8Dはこれに限定されない。例えば、ガス燃料供給管91が、燃料供給ノズル71に挿入された外筒と、当該外筒に内挿された内筒とからテレスコピックに伸長・短縮可能に構成され、内筒が外筒に対して進退変位することでガス燃料供給口91aが変位してもよい。 In addition, in the position adjustment devices 8B to 8D of the above embodiment, the gas fuel supply port 91a is displaced by inserting and removing the gas fuel supply pipe 91 into the fuel supply nozzle 71, but the position adjustment devices 8B to 8D are not limited to this. For example, the gas fuel supply pipe 91 may be configured to be telescopically extendable and retractable from an outer tube inserted into the fuel supply nozzle 71 and an inner tube inserted into the outer tube, and the gas fuel supply port 91a may be displaced by moving the inner tube back and forth relative to the outer tube.

2 :燃焼炉
5,5A~5D:バーナ
8B~8D:位置調整装置
10 :ボイラ
20 :燃焼室
21 :高温還元ゾーン
22 :低温酸化ゾーン
32,33 :NOxセンサ
50 :再循環領域
50c :中心
51 :混合気
52,53 :燃焼用空気
70 :バーナ軸線
71 :燃料供給ノズル
71a :燃料噴出口
72f,73f:(燃焼用空気の)流路
77 :保炎板
81 :ノズル支持装置
85 :アクチュエータ
86 :位置検出器
87 :流量検出器
88,89,92:制御装置
90 :火炎強度検出装置
91 :ガス燃料供給管
91a :ガス燃料供給口
2: Combustion furnace 5, 5A to 5D: Burners 8B to 8D: Position adjustment device 10: Boiler 20: Combustion chamber 21: High-temperature reduction zone 22: Low-temperature oxidation zone 32, 33: NOx sensor 50: Recirculation area 50c: Center 51: Air-fuel mixture 52, 53: Combustion air 70: Burner axis 71: Fuel supply nozzle 71a: Fuel nozzle 72f, 73f: Flow path (for combustion air) 77: Flame holder 81: Nozzle support device 85: Actuator 86: Position detector 87: Flow rate detector 88, 89, 92: Control device 90: Flame intensity detection device 91: Gas fuel supply pipe 91a: Gas fuel supply port

Claims (14)

バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、前記燃料噴出口より上流側に位置するガス燃料供給口を有し、前記燃料供給ノズル内に窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、を備える、
バーナ。
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
a gas fuel supply pipe that is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port located upstream of the fuel outlet, and supplies a gas fuel containing a nitrogen component into the fuel supply nozzle.
Burner.
前記ガス燃料がアンモニアガスである、
請求項1に記載のバーナ。
The gas fuel is ammonia gas.
2. A burner according to claim 1.
バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口を有し、当該ガス燃料供給口から前記固体燃料及び前記搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、
前記燃料噴出口に対し前記ガス燃料供給口が前記バーナ軸線方向に変位可能となるように、前記ガス燃料供給管を前記バーナ軸線方向に変位可能に支持するノズル支持装置と、を備える、
バーナ。
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
a gas fuel supply pipe that is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port provided at a downstream end, and supplies a gas fuel containing a nitrogen component from the gas fuel supply port to a mixed gas consisting of the solid fuel and the carrier air;
a nozzle support device that supports the gas fuel supply pipe displaceably in the burner axial direction so that the gas fuel supply port is displaceable in the burner axial direction with respect to the fuel ejection port.
Burner.
前記ガス燃料供給管を前記バーナ軸線方向に変位させるアクチュエータを備える、
請求項3に記載のバーナ。
an actuator for displacing the gas fuel supply pipe in the burner axial direction;
4. A burner according to claim 3.
前記バーナ軸線方向に沿った前記燃料噴出口に対する前記ガス燃料供給口の位置を検出する位置検出器と、
前記ガス燃料供給口から供給される前記ガス燃料の流量であるガス燃料供給量を検出する流量検出器と、
前記ガス燃料供給量が所定の範囲にあるときに、前記ガス燃料供給量の増加に従って前記ガス燃料供給口の位置が前記燃料噴出口から上流側へ離れるように、前記アクチュエータを動作させる制御装置と、を備える、
請求項4に記載のバーナ。
a position detector for detecting a position of the gas fuel supply port relative to the fuel nozzle along the burner axis direction;
a flow rate detector for detecting a gas fuel supply amount, which is a flow rate of the gas fuel supplied from the gas fuel supply port;
a control device that operates the actuator so that a position of the gas fuel supply port moves away from the fuel outlet upstream as the gas fuel supply amount increases when the gas fuel supply amount is within a predetermined range.
5. A burner according to claim 4.
前記制御装置は、
前記燃料噴出口の下流側に形成される再循環領域の前記バーナ軸線方向の中心における前記ガス燃料の流速が一定となるように前記ガス燃料供給口の目標位置を求め、前記ガス燃料供給口の位置が前記目標位置となるように前記アクチュエータを動作させる、
請求項5に記載のバーナ。
The control device includes:
determining a target position of the gas fuel supply port so that a flow velocity of the gas fuel at a center in the burner axial direction of a recirculation region formed downstream of the fuel injection port becomes constant, and operating the actuator so that the position of the gas fuel supply port becomes the target position;
6. A burner according to claim 5.
前記燃料噴出口の下流側に形成される再循環領域の火炎強度を検出する火炎強度検出装置と、
前記バーナ軸線方向に沿った前記燃料噴出口に対する前記ガス燃料供給口の位置を検出する位置検出器と、
検出された前記火炎強度に基づいて前記アクチュエータを動作させて前記ガス燃料供給口の位置を調整することにより、前記再循環領域の前記火炎強度が所定の値となるように制御する制御装置と、を備える、
請求項4に記載のバーナ。
a flame intensity detection device for detecting a flame intensity in a recirculation region formed downstream of the fuel injection port;
a position detector for detecting a position of the gas fuel supply port relative to the fuel nozzle along the burner axis direction;
and a control device that operates the actuator to adjust a position of the gas fuel supply port based on the detected flame intensity, thereby controlling the flame intensity in the recirculation zone to a predetermined value.
5. A burner according to claim 4.
燃焼排ガスのNOx値を検出するNOxセンサと、
前記バーナ軸線方向に沿った前記燃料噴出口に対する前記ガス燃料供給口の位置を検出する位置検出器と、
前記NOx値に基づいて前記アクチュエータを動作させて前記ガス燃料供給口の位置を調整することにより、前記NOx値を所定の基準NOx値の範囲となるように制御する制御装置と、を備える、
請求項4に記載のバーナ。
A NOx sensor for detecting a NOx value in the combustion exhaust gas;
a position detector for detecting a position of the gas fuel supply port relative to the fuel nozzle along the burner axis direction;
and a control device that controls the NOx value to be within a range of a predetermined reference NOx value by operating the actuator to adjust the position of the gas fuel supply port based on the NOx value.
5. A burner according to claim 4.
前記ガス燃料がアンモニアガスである、
請求項3~8のいずれか一項に記載のバーナ。
The gas fuel is ammonia gas.
A burner according to any one of claims 3 to 8.
請求項1~9のいずれか一項に記載のバーナが設けられた、還元雰囲気の高温還元ゾーンと、
前記高温還元ゾーンで生じた燃焼ガスが流入する、前記高温還元ゾーンよりも低温且つ酸化雰囲気の低温酸化ゾーンと、を備える、
燃焼炉。
A high-temperature reduction zone in a reducing atmosphere provided with a burner according to any one of claims 1 to 9;
A low-temperature oxidation zone, into which the combustion gas generated in the high-temperature reduction zone flows and which has a lower temperature than the high-temperature reduction zone and an oxidizing atmosphere,
Combustion furnace.
バーナ軸線方向に延びる円筒状を呈し、下流端に設けられた保炎板により形成された燃料噴出口を有し、固体燃料及び搬送空気が導入される燃料供給ノズルと、
前記燃料供給ノズルの外周側に配置され、燃焼用空気を前記燃料供給ノズルから噴出する混合気から分離して供給する少なくとも1つの流路と、
前記燃料供給ノズル内に挿入され、下流端に設けられたガス燃料供給口を有し、当該ガス燃料供給口から前記固体燃料及び前記搬送空気からなる混合気体へ窒素分を含むガス燃料を供給するガス燃料供給管と、
前記ガス燃料供給管を前記バーナ軸線方向に変位させるアクチュエータとを備えるバーナの制御方法であって、
前記バーナ軸線方向に沿った前記燃料噴出口に対する前記ガス燃料供給口の位置を検出し、
前記ガス燃料供給口から供給される前記ガス燃料の流量であるガス燃料供給量を検出し、
前記ガス燃料供給量が所定の範囲にあるときに、前記ガス燃料供給量の増加に従って前記ガス燃料供給口の位置が前記燃料噴出口から上流側へ離れるように、前記アクチュエータを動作させる、
バーナの制御方法。
a fuel supply nozzle having a cylindrical shape extending in a burner axial direction, having a fuel outlet formed by a flame stabilizing plate provided at a downstream end, and into which solid fuel and carrier air are introduced;
at least one flow passage disposed on an outer circumferential side of the fuel supply nozzle and configured to supply combustion air separately from the air-fuel mixture ejected from the fuel supply nozzle;
a gas fuel supply pipe that is inserted into the fuel supply nozzle, has a gas fuel supply port provided at a downstream end, and supplies a gas fuel containing a nitrogen component from the gas fuel supply port to a mixed gas consisting of the solid fuel and the carrier air;
and an actuator for displacing the gas fuel supply pipe in the burner axial direction,
Detecting a position of the gas fuel supply port relative to the fuel nozzle along the burner axis direction;
Detecting a gas fuel supply amount, which is a flow rate of the gas fuel supplied from the gas fuel supply port;
operating the actuator such that, when the gas fuel supply amount is within a predetermined range, a position of the gas fuel supply port moves away from the fuel ejection port upstream as the gas fuel supply amount increases;
How to control the burner.
前記燃料噴出口の下流側に形成される再循環領域の前記バーナ軸線方向の中心における前記ガス燃料の流速が一定となるように前記ガス燃料供給口の目標位置を求め、前記ガス燃料供給口の位置が前記目標位置となるように前記アクチュエータを動作させる、
請求項11に記載のバーナの制御方法。
determining a target position of the gas fuel supply port so that a flow velocity of the gas fuel at a center in the burner axial direction of a recirculation region formed downstream of the fuel injection port becomes constant, and operating the actuator so that the position of the gas fuel supply port becomes the target position;
A method for controlling a burner according to claim 11.
前記燃料噴出口の下流側に形成される再循環領域の火炎強度を検出し、
前記再循環領域の火炎強度が所定の基準温度となるように、検出された前記火炎強度に基づいて前記ガス燃料供給口の位置を調整するように前記アクチュエータを動作させる、
請求項11に記載のバーナの制御方法。
Detecting a flame intensity in a recirculation zone formed downstream of the fuel injection port;
Operate the actuator to adjust a position of the gas fuel supply port based on the detected flame intensity so that the flame intensity in the recirculation zone becomes a predetermined reference temperature.
A method for controlling a burner according to claim 11.
燃焼排ガスのNOx値を検出し、
前記NOx値が所定の基準NOx値の範囲となるように、前記NOx値に基づいて前記ガス燃料供給口の位置を調整するように前記アクチュエータを動作させる、
請求項11に記載のバーナの制御方法。
Detects NOx levels in combustion exhaust gas,
operating the actuator to adjust a position of the gas fuel supply port based on the NOx value so that the NOx value falls within a range of a predetermined reference NOx value;
A method for controlling a burner according to claim 11.
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