炉内ブレンド法によるNOx･灰中未燃分低減技術の開発

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(1)主要な研究成果. 炉内ブレンド法による NOx･灰中未燃分低減技術の開発背景微粉炭火力発電所では、環境負荷および発電コスト低減の観点から、NOx 排出量および灰中未燃分濃度の低減、ならびに燃料種の拡大が重要な課題となっている。これらの課題を解決する方法として、燃料比＊ 1 が高く、燃焼し難い石炭に対して、燃料比が低く、燃焼し易い石炭を混合する混炭燃焼法が利用されている。この方法には、ラインブレンド法と炉内ブレンド法がある（図 1）。通常用いられるラインブレンド法よりも、炉内ブレンド法は、NOx ・灰中未燃分の低減が期待されているが、その効果に関する体系的な研究は未だ実施されていない。. 目的当所の三段バーナを有する竪型の石炭燃焼特性実証試験装置（MARINE 炉）を用いて、混炭燃焼時の火炉出口 NOx濃度および灰中未燃分濃度に対する、炉内ブレンド法による低減効果を実験的に明らかにする。. 主な成果 1．瀝青炭どうしの混炭の場合微粉炭燃焼時に、燃料比の低い瀝青炭を上段バーナから供給し、燃料比の高い瀝青炭を中･下段バーナから供給する炉内ブレンド法を用いると、火炉出口の NOx および灰中未燃分の濃度は、ラインブレンド時に比べて低減できた（図 2）。NOx 濃度の低減は、中･下段バーナ近傍で生成する NOx が、上段バーナ近傍で燃料比の低い石炭から多く放出される揮発分中の還元物質によって分解されるためと考えられる。一方、灰中未燃分濃度の低減は、燃料比が高く、未燃分を多く排出する石炭を、中･下段バーナから多く投入することにより、この石炭の火炉内滞留時間を長くできるためと考えられる。また、混炭燃焼する 2 炭種の組み合わせにおいて、燃料比が高い、すなわち、NOx および未燃分を多く排出する石炭に対しては、混炭する石炭の燃料比が低くなるほど、炉内ブレンド法による NOx および灰中未燃分の低減効果が顕著になることがわかった。 2．高水分含有亜瀝青炭との混炭の場合瀝青炭と亜瀝青炭の炉内ブレンド時においても、NOx は、瀝青炭どうしの混炭燃焼時と同様に、ラインブレンド時に比べて低減できた（図 3）。また、灰中未燃分濃度は、ラインブレンド時において亜瀝青炭中の水分が瀝青炭の燃焼を悪化させるため、水分濃度の増加に応じて高くなるが、炉内ブレンド法を用いると瀝青炭と亜瀝青炭の燃焼火炎が分離できるため、ラインブレンド時に比べて、未燃分の増加を大きく抑制できることが明らかとなった（図 4）。主担当者関連報告書. エネルギー技術研究所プラント工学領域主任研究員池田道隆「炉内ブレンド法による NOx･灰中未燃分低減技術の開発」電力中央研究所報告： M07007 （2008 年 4 月）. ＊ 1 ：固定炭素と揮発分の比。燃料比の増加に応じて、NOx および未燃分の排出量が増大する傾向がある。（牧野ら、日本エネルギー学会誌、73, 10, 906-913（1994））. 106.

(2) ボイラ二段燃焼用空気. 二段燃焼用空気. 混炭. 石炭Ａ. 混炭. 石炭Ｂ. 混炭. 石炭Ｂ. 250. 空気比 1.24 二段燃焼率 30 % 瀝青炭1（混炭率67％）炉内 :ニューランズ炭（燃料比1.9）ブレンド瀝青炭2（混炭率33％）ライン :タニトハルム炭（燃料比1.0）ブレンド. 200. NOx. 灰中未燃分. ▲. ■. ▲. ■. 150. 10 9 8 7 6 5. 100. 4 3. 50. 灰中未燃分濃度 [%]. 火炉出口NOx濃度(O26%換算) [ppm]. 6．化石燃料発電. 2 1. 0. （a）ラインブレンド（b）炉内ブレンド. 炉内ブレンド炉内ブレンド炉内ブレンドラインブレンド（低燃料比炭（低燃料比炭（低燃料比炭（低燃料比炭下段バーナ）中段バーナ）上段バーナ）各段バーナ）. 0. 低燃料比炭混炭条件. 図2 混炭条件がNOx･灰中未燃分濃度に及ぼす影響. 図1 ラインブレンドと炉内ブレンド. 200 190 180 170. 燃料比の低い瀝青炭を上段バーナから供給し、燃料比の高い瀝青炭を中･下段バーナから供給する炉内ブレンド法を用いると、火炉出口の NOx および灰中未燃分の濃度は、ラインブレンド時に比べて低減できる。. 15 空気比：1.24 二段燃焼率：30% 瀝青炭（混炭率67％）：ニューランズ炭（燃料比1.9）亜瀝青炭（混炭率33％）：アダロ炭. 灰中未燃分濃度 [%]. 火炉出口NOx濃度(O26%換算) [ppm]. ラインブレンドは、各段バーナともに２種類の石炭を同じ混合率で、火炉内に石炭を投入する。一方、炉内ブレンドは、各段バーナごとに、異なる石炭を、火炉内に投入する。. 160 150 140 130. 10. 空気比：1.24 二段燃焼率：30% 瀝青炭（混炭率67％）：ニューランズ炭（燃料比1.9）亜瀝青炭（混炭率33％）：アダロ炭. 5. 120 110 100. 0 ライン炉内ブレンドブレンド. ライン炉内ブレンドブレンド. ライン炉内ブレンドブレンド. ライン炉内ブレンドブレンド. 亜瀝青炭水分含有率 5％. 亜瀝青炭水分含有率 24％. 亜瀝青炭水分含有率 5％. 亜瀝青炭水分含有率 24％. 図4 亜瀝青炭混炭燃焼時の灰中未燃分濃度. 図3 亜瀝青炭混炭燃焼時の火炉出口NOx濃度. 亜瀝青炭混炭燃焼時の灰中未燃分濃度は、水分濃度の増加に応じて高くなるが、炉内ブレンド法を用いると、ラインブレンド時に比べて、未燃分の増加を大きく抑制できる。. 瀝青炭と亜瀝青炭の炉内ブレンド時においても、 NOx は、瀝青炭どうしの混炭燃焼時と同様に、ラインブレンド時に比べて低減できる。. 107. 6.

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