研究者は、石炭の排出に対する 2 つの燃焼技術の複合的な影響を調査しています

Jan 14, 2024

2023 年 3 月 16 日

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釜山大学による

石炭火力発電所は、世界的な発電需要を満たすために長い間設置されてきました。 言うまでもなく、この面では環境と人間の健康への懸念に対処する必要があります。 再生可能エネルギー資源への移行に向けた取り組みが継続的に行われていますが、石炭火力発電所はまだ時代遅れになるわけではありません。

このような背景から、温室効果ガスの排出、酸性雨、光化学スモッグの発生などの環境と人間の健康に対する有害な影響を軽減しながら、石炭火力ボイラーの効率をどのように改善できるかを検討することが重要です。

この目的のために、空気ステージングや旋回流などのさまざまな燃焼方法が提案されています。 しかし、バーンアウト性能を最大化しながら汚染物質の排出を軽減するこれらの技術の有効性は依然として不明である。 さて、ジャーナル「エネルギー」に掲載された最近の研究では、韓国の釜山国立大学のギョンミン・チェ教授率いる国際研究チームが、燃焼性能の向上と汚染の軽減における旋回流とエアステージングの組み合わせの有効性を分析しました。

「旋回流を伴う排気管渦（ETV）構造は、火炎の安定性と燃焼性能を向上させますが、大量のNOx排出量が発生するという欠点があります。これに対し、エアステージング技術は、一次燃焼ゾーンに燃料が豊富な環境を作り出します」これは NOx 削減にはプラスの効果をもたらしますが、燃焼性能にはマイナスの影響を及ぼします」と Choi 教授は説明します。 「したがって、これら 2 つの技術を適切に組み合わせて現実に適用すれば、大気汚染物質の排出を削減し、燃焼性能を向上させる相乗効果が期待できます。」

したがって、チームはシミュレーションと実験の両方を使用して、16 kW の改造された下方焚き微粉炭ボイラー内でのさまざまな渦巻き構成と空気ステージングの複合効果を研究しました。 石炭ボイラーはスワールバーナー、ボイラー、排気管の 3 つの部分で構成されていました。

段階的燃焼の場合、段階的空気が 2 つの側に分割され、ボイラーに接線方向に注入されました。 予熱と火炎安定化には液化石油 (LPG) ガスが使用されました。 段階的な空気と LPG の流量が調整され、各設定について、熱電対を使用して温度が測定されました。 さらに、マルチガス分析装置を使用して気相種の量を測定しました。

2 つの渦巻き構成、つまり共旋回火炎と逆旋回火炎を備えたエアステージングが評価され、汚染物質の排出削減の観点からどちらがより有益かを理解しました。 空気と燃料が同じ方向に循環する共旋回バーナーの場合、石炭火力の設計を最適化するための 2 つの重要な機能である内部循環ゾーンの形成と ETV により、石炭粒子は均一に分散されました。ボイラー。

さらに、チームは共旋回構成の均一なバーンアウトゾーンを観察し、燃料の完全燃焼を保証し、ガス種の排出を削減しました。 また、化学エネルギーから熱エネルギーへの変換が促進され、燃焼効率が向上しました。 対照的に、対向旋回バーナーでは、石炭粒子の分布が不均一で、燃焼が不均一で、NOx 排出量が増加することが示され、共旋回構成がより良い選択肢であることが示唆されました。

さらにチームは、エアステージング技術により環境コストが 1 日あたり 0.003 ドルから 0.015 ドルに削減されたことを示しました。

全体として、この研究からの洞察は、石炭火力発電所に関連する環境問題と健康被害を解決する上で非常に価値があることが証明される可能性があります。 「私たちは初めてETVの構造と炎を特定し、研究しました。今後も研究を続け、燃焼ベースの産業でETVを利用できるよう努力していきます」とChoi教授は締めくくった。

詳しくは： Minsung Choi 他、石炭火力ボイラーの燃焼および排出特性に対する渦巻き構成と燃料豊富な環境の影響の数値評価、エネルギー (2022)。 DOI: 10.1016/j.energy.2022.126591