JP2000257811A - 微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナ - Google Patents
微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナInfo
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2201/00—Staged combustion
- F23C2201/20—Burner staging
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
- F23D2201/10—Nozzle tips
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】火炉高さを増すことなく、ＮＯｘ発生量や微粉
炭の燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭燃焼方法を提
供する。 【解決手段】微粉炭と空気との混合物を噴出する微粉炭
ノズル１０および空気を噴出する空気ノズル１１，１２
を有するバーナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量を供給して燃焼させるようにした
微粉炭燃焼方法において、前記空気ノズル１１から微粉
炭の完全燃焼に必要な空気量を供給するとともに、前記
バーナ出口近傍部に微粉炭を急速に着火して高温の火炎
を形成し、酸素を急速に消費することで高温の還元炎を
形成し、かつ前記高温還元炎の下流では、前記空気ノズ
ルから噴出する空気を混合し、前記バーナの中心軸に対
し径方向に均一なガス組成分布を有する酸化炎を形成す
るようにした。
炭の燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭燃焼方法を提
供する。 【解決手段】微粉炭と空気との混合物を噴出する微粉炭
ノズル１０および空気を噴出する空気ノズル１１，１２
を有するバーナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量を供給して燃焼させるようにした
微粉炭燃焼方法において、前記空気ノズル１１から微粉
炭の完全燃焼に必要な空気量を供給するとともに、前記
バーナ出口近傍部に微粉炭を急速に着火して高温の火炎
を形成し、酸素を急速に消費することで高温の還元炎を
形成し、かつ前記高温還元炎の下流では、前記空気ノズ
ルから噴出する空気を混合し、前記バーナの中心軸に対
し径方向に均一なガス組成分布を有する酸化炎を形成す
るようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は微粉炭を気流搬送し
て燃焼させる微粉炭燃焼方法、微粉炭燃焼装置あるいは
微粉炭燃焼バーナに係わり、特に窒素酸化物（以下ＮＯ
ｘと記す）や灰中未燃分濃度を低減するのに好適な微粉
炭燃焼方法あるいは微粉炭燃焼装置に関する。
て燃焼させる微粉炭燃焼方法、微粉炭燃焼装置あるいは
微粉炭燃焼バーナに係わり、特に窒素酸化物（以下ＮＯ
ｘと記す）や灰中未燃分濃度を低減するのに好適な微粉
炭燃焼方法あるいは微粉炭燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃焼バーナにおいて、燃焼時に
発生するＮＯｘの抑制が課題となる。特に、石炭は窒素
含有量が気体燃料や液体燃料に比べて多い。そのため、
微粉炭燃焼バーナの燃焼時に発生するＮＯｘを減少させ
ることは、気体燃料や液体燃料の場合以上に重要であ
る。石炭（微粉炭）の燃焼時に発生するＮＯｘは、その
大部分が石炭中に含まれる窒素分が酸化されて発生する
ＮＯｘ（フューエルＮＯｘ）である。
発生するＮＯｘの抑制が課題となる。特に、石炭は窒素
含有量が気体燃料や液体燃料に比べて多い。そのため、
微粉炭燃焼バーナの燃焼時に発生するＮＯｘを減少させ
ることは、気体燃料や液体燃料の場合以上に重要であ
る。石炭（微粉炭）の燃焼時に発生するＮＯｘは、その
大部分が石炭中に含まれる窒素分が酸化されて発生する
ＮＯｘ（フューエルＮＯｘ）である。
【０００３】今までにも、このＮＯｘを減らすためにさ
まざまなバーナ構造や燃焼方法が検討されてきた。その
有効な燃焼方法の１つとして、微粉炭バーナからは微粉
炭の完全燃焼に必要な空気量より少ない空気を供給し、
微粉炭バーナの下流で不足分の空気を供給し、完全燃焼
させる方法（２段燃焼方法）がある。
まざまなバーナ構造や燃焼方法が検討されてきた。その
有効な燃焼方法の１つとして、微粉炭バーナからは微粉
炭の完全燃焼に必要な空気量より少ない空気を供給し、
微粉炭バーナの下流で不足分の空気を供給し、完全燃焼
させる方法（２段燃焼方法）がある。
【０００４】また、他の方法の１つとして、火炎内に酸
素濃度の低い領域を形成し、酸素濃度の低いときに活発
となるＮＯｘの還元反応を利用する方法がある。例え
ば、特開平１−３０５２０６号公報、特開平３−２１１
３０４号公報、特開平３−１１０３０８号公報等には、
酸素濃度の低い雰囲気の火炎（還元炎）を形成し、かつ
石炭を完全燃焼させる方法や、さらには、微粉炭を気流
搬送する微粉炭ノズルを中心に、その外側に空気を噴出
する空気ノズルを備える構造のものが開示されている。
素濃度の低い領域を形成し、酸素濃度の低いときに活発
となるＮＯｘの還元反応を利用する方法がある。例え
ば、特開平１−３０５２０６号公報、特開平３−２１１
３０４号公報、特開平３−１１０３０８号公報等には、
酸素濃度の低い雰囲気の火炎（還元炎）を形成し、かつ
石炭を完全燃焼させる方法や、さらには、微粉炭を気流
搬送する微粉炭ノズルを中心に、その外側に空気を噴出
する空気ノズルを備える構造のものが開示されている。
【０００５】これらの低ＮＯｘバーナでは、火炎の内部
に酸素濃度の低い領域を形成するとともに、還元炎領域
では微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアやシアン化
水素などのＮＯｘ還元物質として生成し、ＮＯｘを無害
な窒素分子に還元するようにしている。すなわち、ＮＯ
ｘが窒素分子に還元されることから火炎内で発生するＮ
Ｏｘ量が低減されるというものである。
に酸素濃度の低い領域を形成するとともに、還元炎領域
では微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアやシアン化
水素などのＮＯｘ還元物質として生成し、ＮＯｘを無害
な窒素分子に還元するようにしている。すなわち、ＮＯ
ｘが窒素分子に還元されることから火炎内で発生するＮ
Ｏｘ量が低減されるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】２段燃焼方法を用いる
場合、微粉炭バーナから供給される空気は微粉炭の完全
燃焼に必要な空気量よりも少ない。このため、完全燃焼
には微粉炭バーナの下流においてさらに空気（２段燃焼
用空気）を投入する。このため、２段燃焼方式による燃
焼装置では、２段燃焼用空気と微粉炭との混合のための
空間を設ける必要がある。
場合、微粉炭バーナから供給される空気は微粉炭の完全
燃焼に必要な空気量よりも少ない。このため、完全燃焼
には微粉炭バーナの下流においてさらに空気（２段燃焼
用空気）を投入する。このため、２段燃焼方式による燃
焼装置では、２段燃焼用空気と微粉炭との混合のための
空間を設ける必要がある。
【０００７】例えば、発電量１０００ＭＷクラスのボイ
ラ火炉（燃焼装置）においては、火炉高さ６０ｍに対
し、２段燃焼用空気の混合空間として約５ｍの高さを確
保する必要がある。２段燃焼方法を用いず、微粉炭バー
ナから燃焼用空気をすべて供給する単段燃焼方法では混
合空間を省略することが可能で、火炉高さを低減するこ
とができる。しかし単段燃焼の場合、燃焼用空気が微粉
炭流と微粉炭バーナ近傍で混合しやすいため、前記低Ｎ
Ｏｘバーナを用いても、ＮＯｘ排出量が２段燃焼方法の
場合より大幅に増加する嫌いがある。
ラ火炉（燃焼装置）においては、火炉高さ６０ｍに対
し、２段燃焼用空気の混合空間として約５ｍの高さを確
保する必要がある。２段燃焼方法を用いず、微粉炭バー
ナから燃焼用空気をすべて供給する単段燃焼方法では混
合空間を省略することが可能で、火炉高さを低減するこ
とができる。しかし単段燃焼の場合、燃焼用空気が微粉
炭流と微粉炭バーナ近傍で混合しやすいため、前記低Ｎ
Ｏｘバーナを用いても、ＮＯｘ排出量が２段燃焼方法の
場合より大幅に増加する嫌いがある。
【０００８】また、空気ノズルから供給する燃焼用空気
と微粉炭との混合を抑制しようとして、燃焼用空気に強
い旋回を与えると、下流においても微粉炭と空気が混合
せず、灰中未燃分の増大をもたらす恐れがある。
と微粉炭との混合を抑制しようとして、燃焼用空気に強
い旋回を与えると、下流においても微粉炭と空気が混合
せず、灰中未燃分の増大をもたらす恐れがある。
【０００９】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、火炉高さを増すことなく、ＮＯｘ
発生量や微粉炭の燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭
燃焼装置、微粉炭燃焼方法あるいは微粉炭燃焼バーナを
提供することにある。
目的とするところは、火炉高さを増すことなく、ＮＯｘ
発生量や微粉炭の燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭
燃焼装置、微粉炭燃焼方法あるいは微粉炭燃焼バーナを
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、微粉
炭と空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルおよび空気
を噴出する空気ノズルを有するバーナを備え、前記空気
ノズルより微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給して
燃焼させるようにした微粉炭燃焼方法において、前記空
気ノズルから微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給す
るとともに、前記バーナ出口近傍部に微粉炭を急速に着
火して高温の火炎を形成し、酸素を急速に消費すること
で高温の還元炎（実際の空気量と微粉炭から気体として
放出される成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比
が１未満である火炎）を形成し、かつ前記高温還元炎の
下流では、前記空気ノズルから噴出する空気を混合し、
前記バーナの中心軸に対し径方向に均一なガス組成分布
を有する酸化炎（実際の空気量と微粉炭から気体として
放出される成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比
が１以上の火炎）を形成するようにし所期の目的を達成
するようにしたものである。
炭と空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルおよび空気
を噴出する空気ノズルを有するバーナを備え、前記空気
ノズルより微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給して
燃焼させるようにした微粉炭燃焼方法において、前記空
気ノズルから微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給す
るとともに、前記バーナ出口近傍部に微粉炭を急速に着
火して高温の火炎を形成し、酸素を急速に消費すること
で高温の還元炎（実際の空気量と微粉炭から気体として
放出される成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比
が１未満である火炎）を形成し、かつ前記高温還元炎の
下流では、前記空気ノズルから噴出する空気を混合し、
前記バーナの中心軸に対し径方向に均一なガス組成分布
を有する酸化炎（実際の空気量と微粉炭から気体として
放出される成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比
が１以上の火炎）を形成するようにし所期の目的を達成
するようにしたものである。
【００１１】また本発明は、微粉炭と空気との混合物を
噴出する微粉炭ノズルおよび空気を噴出する空気ノズル
を有するバーナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量を供給して燃焼させるようにした
微粉炭燃焼方法において、前記微粉炭ノズルの出口部分
で微粉炭を急速に着火して１２００℃以上の高温火炎を
形成するとともに、前記バーナ近傍部（微粉炭ノズル出
口から微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以内）
に還元炎（実際の空気量と微粉炭から気体として放出さ
れる成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比が１未
満である火炎）を形成し、かつ前記還元炎の下流では、
前記空気ノズルから噴出する空気を混合し、前記バーナ
の中心軸に対し径方向に均一なガス組成分布を有する酸
化炎（実際の空気量と微粉炭から気体として放出される
成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比が１以上の
火炎）を形成し燃焼させるようにしたものである。
噴出する微粉炭ノズルおよび空気を噴出する空気ノズル
を有するバーナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量を供給して燃焼させるようにした
微粉炭燃焼方法において、前記微粉炭ノズルの出口部分
で微粉炭を急速に着火して１２００℃以上の高温火炎を
形成するとともに、前記バーナ近傍部（微粉炭ノズル出
口から微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以内）
に還元炎（実際の空気量と微粉炭から気体として放出さ
れる成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比が１未
満である火炎）を形成し、かつ前記還元炎の下流では、
前記空気ノズルから噴出する空気を混合し、前記バーナ
の中心軸に対し径方向に均一なガス組成分布を有する酸
化炎（実際の空気量と微粉炭から気体として放出される
成分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比が１以上の
火炎）を形成し燃焼させるようにしたものである。
【００１２】またこの場合、前記バーナ近傍部（微粉炭
ノズル先端から微粉炭の噴出方向にバーナスロート径の
２倍の位置）で前記微粉炭の噴出方向に垂直な方向（径
方向）に火炎をバーナスロート径の１〜１．５倍の大き
さで形成し、前記バーナ近傍部の下流側では径方向に火
炎をバーナスロートの２倍以上の大きさで形成するよう
にしたものである。
ノズル先端から微粉炭の噴出方向にバーナスロート径の
２倍の位置）で前記微粉炭の噴出方向に垂直な方向（径
方向）に火炎をバーナスロート径の１〜１．５倍の大き
さで形成し、前記バーナ近傍部の下流側では径方向に火
炎をバーナスロートの２倍以上の大きさで形成するよう
にしたものである。
【００１３】また、前記バーナから微粉炭の完全燃焼に
必要な空気量を供給し、前記微粉炭ノズルから噴出する
微粉炭流の噴出速度を２０ｍ／ｓ以上とし、前記微粉炭
ノズル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運動
量と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向の
運動量の比率を１対５〜７に設定するようにしたもので
ある。また、前記空気ノズルの先端が拡管に形成され、
かつ最外周に位置する空気ノズルから噴出する空気が、
微粉炭流の噴出方向（軸方向）に対し３５〜５５度の角
度で噴出するようにしたものである。
必要な空気量を供給し、前記微粉炭ノズルから噴出する
微粉炭流の噴出速度を２０ｍ／ｓ以上とし、前記微粉炭
ノズル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運動
量と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向の
運動量の比率を１対５〜７に設定するようにしたもので
ある。また、前記空気ノズルの先端が拡管に形成され、
かつ最外周に位置する空気ノズルから噴出する空気が、
微粉炭流の噴出方向（軸方向）に対し３５〜５５度の角
度で噴出するようにしたものである。
【００１４】また本発明は、微粉炭と一次空気との混合
物を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルの外周に
微粉炭ノズルと同心円状に設けられ、二次空気を噴出す
る二次空気ノズルと、該二次空気ノズルの外周に二次空
気ノズルと同心円状に設けられ、三次空気を噴出する三
次空気ノズルとを備え、前記二次空気ノズルの外周壁の
先端に拡管部が設けられている微粉炭燃焼バーナにおい
て、前記二次空気ノズルから噴出される二次空気が、前
記二次空気ノズルの拡管部に沿って流れるように外周側
に寄せる流れ変更手段を設けるとともに、前記バーナか
ら微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給し、前記微粉
炭ノズル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運
動量と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向
の運動量の比率を１対５〜７に設定するようにしたもの
である。
物を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルの外周に
微粉炭ノズルと同心円状に設けられ、二次空気を噴出す
る二次空気ノズルと、該二次空気ノズルの外周に二次空
気ノズルと同心円状に設けられ、三次空気を噴出する三
次空気ノズルとを備え、前記二次空気ノズルの外周壁の
先端に拡管部が設けられている微粉炭燃焼バーナにおい
て、前記二次空気ノズルから噴出される二次空気が、前
記二次空気ノズルの拡管部に沿って流れるように外周側
に寄せる流れ変更手段を設けるとともに、前記バーナか
ら微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給し、前記微粉
炭ノズル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運
動量と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向
の運動量の比率を１対５〜７に設定するようにしたもの
である。
【００１５】またこの場合、前記流れ変更手段を、前記
二次空気ノズルの内周壁先端に設けられ、かつ前記二次
空気ノズルの外周壁先端に設けられた拡管部よりも鋭角
的に設置された案内板により形成するようにしたもので
ある。また本発明は、微粉炭燃焼装置に前記微粉炭燃焼
バーナを用いるようにしたものである。
二次空気ノズルの内周壁先端に設けられ、かつ前記二次
空気ノズルの外周壁先端に設けられた拡管部よりも鋭角
的に設置された案内板により形成するようにしたもので
ある。また本発明は、微粉炭燃焼装置に前記微粉炭燃焼
バーナを用いるようにしたものである。
【００１６】すなわちこのように形成された微粉炭燃焼
装置、また微粉炭燃焼方法であると、空気ノズルから噴
出する空気流を微粉炭ノズルの中心軸に対し外周方向へ
噴出し、火炎の前段部では中心から離れて流れ、火炎の
後段部（バーナノズル出口からバーナスロート径の３倍
以上の距離）においては火炎の中心へ向かって流れ、そ
して着火域の下流において微粉炭火炎の中心部は燃焼反
応により酸素が消費され、酸素濃度の低い還元炎が形成
される。さらに火炎後段部において、空気ノズルから噴
出する空気と火炎の中心部を流れる微粉炭と混合し、酸
化炎が半径方向に広がる。微粉炭の大部分が還元炎を通
るので、排出されるＮＯｘ濃度は低くなり、また空気の
分布は一様となり、極端に気相の空気比の低い領域は形
成されなくなる。このことにより燃焼反応は進み、燃焼
効率の向上が図られ、また灰中未燃分の減少が図られる
のである。
装置、また微粉炭燃焼方法であると、空気ノズルから噴
出する空気流を微粉炭ノズルの中心軸に対し外周方向へ
噴出し、火炎の前段部では中心から離れて流れ、火炎の
後段部（バーナノズル出口からバーナスロート径の３倍
以上の距離）においては火炎の中心へ向かって流れ、そ
して着火域の下流において微粉炭火炎の中心部は燃焼反
応により酸素が消費され、酸素濃度の低い還元炎が形成
される。さらに火炎後段部において、空気ノズルから噴
出する空気と火炎の中心部を流れる微粉炭と混合し、酸
化炎が半径方向に広がる。微粉炭の大部分が還元炎を通
るので、排出されるＮＯｘ濃度は低くなり、また空気の
分布は一様となり、極端に気相の空気比の低い領域は形
成されなくなる。このことにより燃焼反応は進み、燃焼
効率の向上が図られ、また灰中未燃分の減少が図られる
のである。
【００１７】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕以下本発明の第１の
実施例を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明
の微粉炭燃焼バーナの概略図であり、図２から図４は図
１に示す微粉炭燃焼バーナと対比するために示した従来
のバーナの概略図である。また表１は、図１から図４に
示す微粉炭バーナにおける燃焼装置出口でのＮＯｘと灰
中未燃分の濃度を示したものである。
実施例を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明
の微粉炭燃焼バーナの概略図であり、図２から図４は図
１に示す微粉炭燃焼バーナと対比するために示した従来
のバーナの概略図である。また表１は、図１から図４に
示す微粉炭バーナにおける燃焼装置出口でのＮＯｘと灰
中未燃分の濃度を示したものである。
【００１８】図１から図４に示す微粉炭バーナにおい
て、１０は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示し、
その上流側には図示されていないが搬送管が接続されて
いる。燃焼用空気を噴出する空気ノズルは同心円状に２
つ配置されている。１１，１２はそれぞれ２次空気ノズ
ル、３次空気ノズルを示している。なお、１３はバーナ
から噴出する微粉炭と空気が燃焼するための火炉空間を
示し、１４は微粉炭ノズルから噴出する微粉炭の流れを
示している。また、１５，１６は２次，３次空気ノズル
から噴出される空気の流れを示している。
て、１０は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示し、
その上流側には図示されていないが搬送管が接続されて
いる。燃焼用空気を噴出する空気ノズルは同心円状に２
つ配置されている。１１，１２はそれぞれ２次空気ノズ
ル、３次空気ノズルを示している。なお、１３はバーナ
から噴出する微粉炭と空気が燃焼するための火炉空間を
示し、１４は微粉炭ノズルから噴出する微粉炭の流れを
示している。また、１５，１６は２次，３次空気ノズル
から噴出される空気の流れを示している。
【００１９】本実施例は、微粉炭の完全燃焼に必要な空
気量をすべて微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を
用いる。このとき、微粉炭バーナから供給する空気は微
粉炭の完全燃焼に必要な空気量の約１．１〜１．２５倍
とする。また１次空気量は微粉炭の完全燃焼に必要な空
気量の０．２〜０．３倍、２次空気量は約０．１倍と
し、残りの空気を３次空気として供給する。
気量をすべて微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を
用いる。このとき、微粉炭バーナから供給する空気は微
粉炭の完全燃焼に必要な空気量の約１．１〜１．２５倍
とする。また１次空気量は微粉炭の完全燃焼に必要な空
気量の０．２〜０．３倍、２次空気量は約０．１倍と
し、残りの空気を３次空気として供給する。
【００２０】本実施例においては、微粉炭ノズルの先端
に保炎リング２１が設けられている。そしてこの保炎リ
ング２１により、保炎リング２１の下流に、下流から上
流に向かって流れる循環流２２が形成され、この部分に
滞留する高温の気体により微粉炭は着火される。
に保炎リング２１が設けられている。そしてこの保炎リ
ング２１により、保炎リング２１の下流に、下流から上
流に向かって流れる循環流２２が形成され、この部分に
滞留する高温の気体により微粉炭は着火される。
【００２１】本発明の実施例では案内板２３により前記
３次空気１６が微粉炭ノズルの中心軸とのなす角度で３
５度から５５度の角度で噴出されるように形成されてい
る。また、前記３次空気１６が噴出口出口で持つ軸方向
の運動量を、前記微粉炭ノズル噴出口での微粉炭流１４
の持つ軸方向の運動量との比で５〜７に設定することを
特徴とする。
３次空気１６が微粉炭ノズルの中心軸とのなす角度で３
５度から５５度の角度で噴出されるように形成されてい
る。また、前記３次空気１６が噴出口出口で持つ軸方向
の運動量を、前記微粉炭ノズル噴出口での微粉炭流１４
の持つ軸方向の運動量との比で５〜７に設定することを
特徴とする。
【００２２】このように３次空気１６の噴出方向を外周
に向けることで、微粉炭バーナ近傍で中心を流れる微粉
炭流１４と離して流すことができる。また、３次空気１
６は速度の減衰後、微粉炭流１４の運動量に引き込まれ
中心軸に向かって流れる。このため、微粉炭バーナから
離れた下流では中心を流れる微粉炭流と混合する。
に向けることで、微粉炭バーナ近傍で中心を流れる微粉
炭流１４と離して流すことができる。また、３次空気１
６は速度の減衰後、微粉炭流１４の運動量に引き込まれ
中心軸に向かって流れる。このため、微粉炭バーナから
離れた下流では中心を流れる微粉炭流と混合する。
【００２３】すなわち、本発明の実施例では、３次空気
１６はバーナから噴出後、図１に示されているように、
火炎の前段部では中心から離れて流れ、火炎の後段部
（微粉炭ノズル出口から微粉炭噴出方向にバーナスロー
ト径の３倍以上）において火炎の中心へ向かって流れ
る。このため、火炎の前段部（（微粉炭ノズル出口から
微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以内）におい
て、空気ノズルから噴出する空気と火炎の中心を流れる
微粉炭との混合は抑制される。
１６はバーナから噴出後、図１に示されているように、
火炎の前段部では中心から離れて流れ、火炎の後段部
（微粉炭ノズル出口から微粉炭噴出方向にバーナスロー
ト径の３倍以上）において火炎の中心へ向かって流れ
る。このため、火炎の前段部（（微粉炭ノズル出口から
微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以内）におい
て、空気ノズルから噴出する空気と火炎の中心を流れる
微粉炭との混合は抑制される。
【００２４】このため、微粉炭は着火後、搬送用空気に
含まれる酸素を消費し、着火域１７の下流に酸素濃度の
低い還元炎１８を形成する。還元炎１８内では酸素濃度
が低いため、微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアや
シアン化水素のような還元性物質として放出される。こ
の還元性物質は火炎内のような高温場では微粉炭の燃焼
で発生する窒素酸化物（Ｎｏｘ）を窒素に還元する。こ
のため、火炎内に還元炎１８を形成することでＮｏｘの
発生を抑制することができる。
含まれる酸素を消費し、着火域１７の下流に酸素濃度の
低い還元炎１８を形成する。還元炎１８内では酸素濃度
が低いため、微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアや
シアン化水素のような還元性物質として放出される。こ
の還元性物質は火炎内のような高温場では微粉炭の燃焼
で発生する窒素酸化物（Ｎｏｘ）を窒素に還元する。こ
のため、火炎内に還元炎１８を形成することでＮｏｘの
発生を抑制することができる。
【００２５】さらに図１に示す本発明の実施例では、火
炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気と火炎
の中心部を流れる微粉炭が混合するので酸素濃度の高い
酸化炎１９が半径方向に広がる。このため、微粉炭の燃
焼が促進され、燃焼装置出口での未燃分が低減される。
炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気と火炎
の中心部を流れる微粉炭が混合するので酸素濃度の高い
酸化炎１９が半径方向に広がる。このため、微粉炭の燃
焼が促進され、燃焼装置出口での未燃分が低減される。
【００２６】微粉炭は低酸素濃度雰囲気では微粉炭中に
含まれる窒素分のうち、２０〜５０％がＮＯｘとなる。
この窒素分がＮＯｘに変わる率（ＮＯｘ転換率）は酸素
濃度が低いほど小さい。しかし、燃焼が進み、燃焼率が
８０〜９０％を超えるとＮＯｘ転換率は低酸素濃度雰囲
気においても急激に上昇し、窒素分のうち９０％以上が
ＮＯｘとして放出される。このため、燃焼の進んだ火炎
では燃焼初期の燃焼率の低い火炎に比べて酸素濃度のＮ
Ｏｘ濃度に与える影響は小さい。このため、火炎後段部
において、空気ノズルから噴出する空気と微粉炭とを混
合すると、ＮＯｘ濃度を上昇させずに、未燃分を低減で
きる。完全燃焼に必要な距離を短くできるので、燃焼装
置の容積を小さくできる。
含まれる窒素分のうち、２０〜５０％がＮＯｘとなる。
この窒素分がＮＯｘに変わる率（ＮＯｘ転換率）は酸素
濃度が低いほど小さい。しかし、燃焼が進み、燃焼率が
８０〜９０％を超えるとＮＯｘ転換率は低酸素濃度雰囲
気においても急激に上昇し、窒素分のうち９０％以上が
ＮＯｘとして放出される。このため、燃焼の進んだ火炎
では燃焼初期の燃焼率の低い火炎に比べて酸素濃度のＮ
Ｏｘ濃度に与える影響は小さい。このため、火炎後段部
において、空気ノズルから噴出する空気と微粉炭とを混
合すると、ＮＯｘ濃度を上昇させずに、未燃分を低減で
きる。完全燃焼に必要な距離を短くできるので、燃焼装
置の容積を小さくできる。
【００２７】また、本発明の実施例では、微粉炭ノズル
から噴出する微粉炭流１４の速度を２０ｍ／ｓ以上とす
る。噴出速度が速いと、噴出時に与えられる微粉炭の運
動量は大きく、微粉炭バーナ近傍での微粉炭の分散が少
なくなる。このとき火炎中心に形成される還元炎１８を
通過する微粉炭が多くなるので、ＮＯｘの還元反応が進
む。
から噴出する微粉炭流１４の速度を２０ｍ／ｓ以上とす
る。噴出速度が速いと、噴出時に与えられる微粉炭の運
動量は大きく、微粉炭バーナ近傍での微粉炭の分散が少
なくなる。このとき火炎中心に形成される還元炎１８を
通過する微粉炭が多くなるので、ＮＯｘの還元反応が進
む。
【００２８】図１に示す第１の実施例に対し、図２と図
３に示される従来の微粉炭バーナでは、空気ノズルから
噴出する空気の運動量と微粉炭流との運動量の比が本発
明の実施例に比べて小さい場合を示す。また、図４に示
される従来の微粉炭バーナでは、空気ノズルから噴出す
る空気の運動量と微粉炭の比が本発明の実施例に比べて
大きい場合を示す。
３に示される従来の微粉炭バーナでは、空気ノズルから
噴出する空気の運動量と微粉炭流との運動量の比が本発
明の実施例に比べて小さい場合を示す。また、図４に示
される従来の微粉炭バーナでは、空気ノズルから噴出す
る空気の運動量と微粉炭の比が本発明の実施例に比べて
大きい場合を示す。
【００２９】図２に示される従来例では３次空気に強い
旋回流を与える。このとき遠心力により、３次空気は微
粉炭バーナ近傍で空気流は中心軸から離れて流れる。し
かし、強旋回のため、火炎の後段部においても中心部に
混合しない。このため、火炎後段部においても火炎中心
部の還元炎１７とその外側の酸化炎１６に分かれる。こ
のため、表１に示されるように、燃焼装置出口でのＮＯ
ｘ濃度は図１に示す本発明の第１の実施形態と同等とな
るものの、燃焼装置出口での灰中未燃分は図１に比べて
高い。
旋回流を与える。このとき遠心力により、３次空気は微
粉炭バーナ近傍で空気流は中心軸から離れて流れる。し
かし、強旋回のため、火炎の後段部においても中心部に
混合しない。このため、火炎後段部においても火炎中心
部の還元炎１７とその外側の酸化炎１６に分かれる。こ
のため、表１に示されるように、燃焼装置出口でのＮＯ
ｘ濃度は図１に示す本発明の第１の実施形態と同等とな
るものの、燃焼装置出口での灰中未燃分は図１に比べて
高い。
【００３０】
【表１】
【００３１】また、図３に示す従来の微粉炭バーナでは
３次空気に与える旋回流速を弱めた場合を示す。このと
き、３次空気１６は微粉炭バーナ近くで微粉炭流１４と
混合するため、火炎の中心に還元領域が形成されない。
このため燃焼装置出口でのＮＯｘ濃度は図１に示す本発
明のものに比べて約８０ｐｐｍほど増加する。
３次空気に与える旋回流速を弱めた場合を示す。このと
き、３次空気１６は微粉炭バーナ近くで微粉炭流１４と
混合するため、火炎の中心に還元領域が形成されない。
このため燃焼装置出口でのＮＯｘ濃度は図１に示す本発
明のものに比べて約８０ｐｐｍほど増加する。
【００３２】図４に示される従来の微粉炭バーナでは３
次空気の運動量と微粉炭流との運動量の比が本発明の実
施例に比べて大きい。このとき、微粉炭流１４は３次空
気１６に引き寄せられる。そのため、微粉炭バーナ近傍
で微粉炭は３次空気と混合し、火炎はバーナ近傍で径方
向に広がる。このとき微粉炭は酸素過剰の条件下で燃焼
するので表１に示されているように、燃焼装置出口のＮ
Ｏｘ濃度は高くなる。
次空気の運動量と微粉炭流との運動量の比が本発明の実
施例に比べて大きい。このとき、微粉炭流１４は３次空
気１６に引き寄せられる。そのため、微粉炭バーナ近傍
で微粉炭は３次空気と混合し、火炎はバーナ近傍で径方
向に広がる。このとき微粉炭は酸素過剰の条件下で燃焼
するので表１に示されているように、燃焼装置出口のＮ
Ｏｘ濃度は高くなる。
【００３３】図５と図６に、図１と図２に記載の微粉炭
バーナの燃焼試験における炉内の酸素濃度分布が示され
ている。どちらも、微粉炭バーナ近傍と下流の２個所に
おける径方向の分布である。図５と図６を比べると、微
粉炭バーナ近傍では中心軸上に酸素濃度の低い領域が形
成され、この部分が還元炎となることがわかる。しか
し、図５に示す本発明の実施例では、バーナ下流４．７
５ｍの位置で径方向の酸素濃度の差が約２％以内と平坦
になるのに対し、図６に示す従来例では、中心部分に酸
素濃度の低い部分があり、中心と外周の濃度差が約８％
となる。このため、中心を通る微粉炭の燃焼は進まず、
灰中未燃分は表１に示されるように本発明の実施例に比
べて増える。
バーナの燃焼試験における炉内の酸素濃度分布が示され
ている。どちらも、微粉炭バーナ近傍と下流の２個所に
おける径方向の分布である。図５と図６を比べると、微
粉炭バーナ近傍では中心軸上に酸素濃度の低い領域が形
成され、この部分が還元炎となることがわかる。しか
し、図５に示す本発明の実施例では、バーナ下流４．７
５ｍの位置で径方向の酸素濃度の差が約２％以内と平坦
になるのに対し、図６に示す従来例では、中心部分に酸
素濃度の低い部分があり、中心と外周の濃度差が約８％
となる。このため、中心を通る微粉炭の燃焼は進まず、
灰中未燃分は表１に示されるように本発明の実施例に比
べて増える。
【００３４】それに対し、本発明の実施形態において
は、火炎後段部において半径方向に酸素濃度が平坦にな
る。このため、燃焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中
未燃分の減少をもたらす。また、微粉炭バーナ近くでは
微粉炭が分散しないので、還元炎を通過する微粉炭は多
く、ＮＯｘは従来例に比べて少なくなる。
は、火炎後段部において半径方向に酸素濃度が平坦にな
る。このため、燃焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中
未燃分の減少をもたらす。また、微粉炭バーナ近くでは
微粉炭が分散しないので、還元炎を通過する微粉炭は多
く、ＮＯｘは従来例に比べて少なくなる。
【００３５】図７に本発明の第１の実施例に示す微粉炭
バーナを用いた燃焼装置を示す。また、図８は図７に示
す本発明の実施例と対比するために示した２段燃焼方式
の燃焼装置の概略図である。図７と図８において、６１
は貯炭場を示し、６２は微粉炭機を示している。石炭は
微粉炭機６２により直径約０．１ｍｍ以下に微粉砕され
る。微粉砕された石炭（微粉炭）はブロア６３により搬
送空気とともに微粉炭バーナ６４に搬送される。また、
燃焼用空気はブロア６５により供給される。
バーナを用いた燃焼装置を示す。また、図８は図７に示
す本発明の実施例と対比するために示した２段燃焼方式
の燃焼装置の概略図である。図７と図８において、６１
は貯炭場を示し、６２は微粉炭機を示している。石炭は
微粉炭機６２により直径約０．１ｍｍ以下に微粉砕され
る。微粉砕された石炭（微粉炭）はブロア６３により搬
送空気とともに微粉炭バーナ６４に搬送される。また、
燃焼用空気はブロア６５により供給される。
【００３６】図８に示される２段燃焼方式においては、
燃焼用空気の一部を微粉炭バーナ６４の下流側から投入
する投入口６６を有する。このため、２段燃焼方式を用
いる燃焼装置では、投入口６６から投入した空気と微粉
炭との混合のための空間６７を必要とする。例えば、発
電量１０００ＭＷクラスのボイラ火炉（燃焼装置）にお
いては、火炉高さ６０ｍに対し、２段燃焼用空気の混合
空間として約５ｍの高さを確保する必要がある。
燃焼用空気の一部を微粉炭バーナ６４の下流側から投入
する投入口６６を有する。このため、２段燃焼方式を用
いる燃焼装置では、投入口６６から投入した空気と微粉
炭との混合のための空間６７を必要とする。例えば、発
電量１０００ＭＷクラスのボイラ火炉（燃焼装置）にお
いては、火炉高さ６０ｍに対し、２段燃焼用空気の混合
空間として約５ｍの高さを確保する必要がある。
【００３７】しかし、本発明の実施例のように、微粉炭
バーナ６４から燃焼用空気の全量を投入する場合、図１
に示されているように、バーナスロート径の約３倍の位
置で微粉炭と燃焼用空気が混合するので、燃焼装置の高
さを２段燃焼方式の場合に比べて低減できる。この燃焼
装置の大きさを低減できることで、装置全体の重量が減
り、支持構造の簡素化により製作コストは低減される。
バーナ６４から燃焼用空気の全量を投入する場合、図１
に示されているように、バーナスロート径の約３倍の位
置で微粉炭と燃焼用空気が混合するので、燃焼装置の高
さを２段燃焼方式の場合に比べて低減できる。この燃焼
装置の大きさを低減できることで、装置全体の重量が減
り、支持構造の簡素化により製作コストは低減される。
【００３８】〔実施例２〕図９は、本発明の第２の実施
形態を示す微粉炭バーナの概略図である。この図におい
て、空気ノズルは２次空気ノズルと３次空気ノズルの２
つに分かれている。また、微粉炭ノズルの先端には保炎
リング２１が設けられる。さらに、図７に示す本実施例
では図１の実施例と異なり、微粉炭ノズル内に紡錘体３
１を有する。
形態を示す微粉炭バーナの概略図である。この図におい
て、空気ノズルは２次空気ノズルと３次空気ノズルの２
つに分かれている。また、微粉炭ノズルの先端には保炎
リング２１が設けられる。さらに、図７に示す本実施例
では図１の実施例と異なり、微粉炭ノズル内に紡錘体３
１を有する。
【００３９】このように微粉炭ノズル内に紡錘体３１を
有することにより、紡錘体３１を流れる微粉炭流の流速
は高まる。空気は紡錘体３１を通過後、断面積の拡大に
より流速が低下する。しかし、微粉炭粒子は質量が空気
に比べ重いため、空気よりも早い流速で噴出する。この
ため、微粉炭粒子は微粉炭ノズルから噴出後、搬送空気
よりも径方向への拡散が遅れ、微粉炭の濃度は高まる。
このとき、微粉炭バーナ近傍で微粉炭は空気不足化で燃
焼するため、酸素の消費後に形成される還元炎は広が
る。また、還元炎を通過する微粉炭が多くなるので、Ｎ
Ｏｘの還元反応が進み、火炎から発生するＮＯｘは低減
される。
有することにより、紡錘体３１を流れる微粉炭流の流速
は高まる。空気は紡錘体３１を通過後、断面積の拡大に
より流速が低下する。しかし、微粉炭粒子は質量が空気
に比べ重いため、空気よりも早い流速で噴出する。この
ため、微粉炭粒子は微粉炭ノズルから噴出後、搬送空気
よりも径方向への拡散が遅れ、微粉炭の濃度は高まる。
このとき、微粉炭バーナ近傍で微粉炭は空気不足化で燃
焼するため、酸素の消費後に形成される還元炎は広が
る。また、還元炎を通過する微粉炭が多くなるので、Ｎ
Ｏｘの還元反応が進み、火炎から発生するＮＯｘは低減
される。
【００４０】〔実施例３〕図１０は、本発明の第３の実
施例を示す微粉炭バーナの概略図である。本実施例にお
いて、１０は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示
し、上流側には図示されていないが搬送管が接続されて
いる。燃焼用空気を噴出する空気ノズルは同心円状に２
つ有する。１１，１２はそれぞれ２次空気ノズル、３次
空気ノズルを示す。１３はバーナから噴出する微粉炭と
空気が燃焼するための火炉空間を示す。１４は微粉炭ノ
ズルから噴出する微粉炭の流れを示し、１５，１６は２
次，３次空気ノズルから噴出する空気の流れを示す。
施例を示す微粉炭バーナの概略図である。本実施例にお
いて、１０は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示
し、上流側には図示されていないが搬送管が接続されて
いる。燃焼用空気を噴出する空気ノズルは同心円状に２
つ有する。１１，１２はそれぞれ２次空気ノズル、３次
空気ノズルを示す。１３はバーナから噴出する微粉炭と
空気が燃焼するための火炉空間を示す。１４は微粉炭ノ
ズルから噴出する微粉炭の流れを示し、１５，１６は２
次，３次空気ノズルから噴出する空気の流れを示す。
【００４１】本実施例は、３次空気ノズル１２の出口内
周がテーパ状のスリーブとなり、３次空気は微粉炭流の
噴出方向（軸方向）に対し３５〜５５度の角度で、微粉
炭流から離れる方向へ噴出される。また、微粉炭ノズル
の先端には保炎リング２１が設けられており、この保炎
リング２１により２次空気流路が狭まるため、２次空気
の噴出速度は高まる。
周がテーパ状のスリーブとなり、３次空気は微粉炭流の
噴出方向（軸方向）に対し３５〜５５度の角度で、微粉
炭流から離れる方向へ噴出される。また、微粉炭ノズル
の先端には保炎リング２１が設けられており、この保炎
リング２１により２次空気流路が狭まるため、２次空気
の噴出速度は高まる。
【００４２】さらに、保炎リング先端の２次空気流路側
には、微粉炭噴出方向に垂直な案内板５１が設けられて
いる。この案内板５１により２次空気は外周方向（微粉
炭の噴出方向に対し７０〜８５度）に噴出される。な
お、１３はバーナから噴出する微粉炭と空気が燃焼する
ための火炉空間を示し、１４は微粉炭ノズルから噴出す
る微粉炭の流れを示している。
には、微粉炭噴出方向に垂直な案内板５１が設けられて
いる。この案内板５１により２次空気は外周方向（微粉
炭の噴出方向に対し７０〜８５度）に噴出される。な
お、１３はバーナから噴出する微粉炭と空気が燃焼する
ための火炉空間を示し、１４は微粉炭ノズルから噴出す
る微粉炭の流れを示している。
【００４３】本実施例は、微粉炭の完全燃焼に必要な空
気量を微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を用い
る。このとき、微粉炭バーナから供給する空気は微粉炭
の完全燃焼に必要な空気量の約１．１〜１．２５倍とす
る。また１次空気量は微粉炭の完全燃焼に必要な空気量
の０．２〜０．３倍、２次空気量は約０．１倍とし、残
りの空気を３次空気として供給する。
気量を微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を用い
る。このとき、微粉炭バーナから供給する空気は微粉炭
の完全燃焼に必要な空気量の約１．１〜１．２５倍とす
る。また１次空気量は微粉炭の完全燃焼に必要な空気量
の０．２〜０．３倍、２次空気量は約０．１倍とし、残
りの空気を３次空気として供給する。
【００４４】また、本実施例においては、微粉炭ノズル
の先端には保炎リング２１が設けられている。保炎リン
グ２１の下流は下流から上流に向かって流れる循環流２
２が形成され、この部分に滞留する高温の気体により微
粉炭は着火する。本発明の実施例では前記３次空気１６
が噴出口出口で持つ軸方向の運動量を、前記微粉炭ノズ
ル噴出口での微粉炭流１４の持つ軸方向の運動量との比
で５〜７に設定することを特徴とする。
の先端には保炎リング２１が設けられている。保炎リン
グ２１の下流は下流から上流に向かって流れる循環流２
２が形成され、この部分に滞留する高温の気体により微
粉炭は着火する。本発明の実施例では前記３次空気１６
が噴出口出口で持つ軸方向の運動量を、前記微粉炭ノズ
ル噴出口での微粉炭流１４の持つ軸方向の運動量との比
で５〜７に設定することを特徴とする。
【００４５】案内板５１を設けることで、２次空気１５
が外周方向へ噴出するため、保炎リング２１下流の循環
流は大きくなる。このため、下流から循環流内に高温の
燃焼ガスが流れ込むため、循環流の温度が高まり、微粉
炭の着火が促進される。また、３次空気１６は２次空気
１５と混合するため、外周方向への運動量が強まり、微
粉炭バーナ近傍で中心を流れる微粉炭流１４と離して流
すことができる。
が外周方向へ噴出するため、保炎リング２１下流の循環
流は大きくなる。このため、下流から循環流内に高温の
燃焼ガスが流れ込むため、循環流の温度が高まり、微粉
炭の着火が促進される。また、３次空気１６は２次空気
１５と混合するため、外周方向への運動量が強まり、微
粉炭バーナ近傍で中心を流れる微粉炭流１４と離して流
すことができる。
【００４６】また、３次空気１６は速度の減衰後、微粉
炭流１４の運動量に引き込まれ中心軸に向かって流れ
る。このため、微粉炭バーナから離れた下流では中心を
流れる微粉炭流と混合する。
炭流１４の運動量に引き込まれ中心軸に向かって流れ
る。このため、微粉炭バーナから離れた下流では中心を
流れる微粉炭流と混合する。
【００４７】本発明の実施例では、３次空気１６はバー
ナから噴出後、図１０に示されるように、火炎の前段部
では中心から離れて流れ、火炎の後段部（微粉炭ノズル
出口から微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以
上）において火炎の中心へ向かって流れる。このため、
火炎の前段部（（微粉炭ノズル出口から微粉炭噴出方向
にバーナスロート径の３倍以内）において、空気ノズル
から噴出する空気を火炎の中心を流れる微粉炭との混合
は抑制される。
ナから噴出後、図１０に示されるように、火炎の前段部
では中心から離れて流れ、火炎の後段部（微粉炭ノズル
出口から微粉炭噴出方向にバーナスロート径の３倍以
上）において火炎の中心へ向かって流れる。このため、
火炎の前段部（（微粉炭ノズル出口から微粉炭噴出方向
にバーナスロート径の３倍以内）において、空気ノズル
から噴出する空気を火炎の中心を流れる微粉炭との混合
は抑制される。
【００４８】このため、微粉炭は着火後、搬送用空気に
含まれる酸素を消費し、着火域１７の下流に酸素濃度の
低い還元炎１８を形成する。還元炎１８内では酸素濃度
が低いため、微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアや
シアン化水素のような還元性物質として放出、窒素酸化
物（Ｎｏｘ）を窒素に還元する。このため、火炎内に還
元炎１８を形成することでＮｏｘの発生を抑制すること
ができる。
含まれる酸素を消費し、着火域１７の下流に酸素濃度の
低い還元炎１８を形成する。還元炎１８内では酸素濃度
が低いため、微粉炭中に含まれる窒素分はアンモニアや
シアン化水素のような還元性物質として放出、窒素酸化
物（Ｎｏｘ）を窒素に還元する。このため、火炎内に還
元炎１８を形成することでＮｏｘの発生を抑制すること
ができる。
【００４９】さらに図１０に示す本発明の実施例では、
火炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気と火
炎の中心部を流れる微粉炭が混合するので酸素濃度の高
い酸化炎１９が半径方向に広がる。このため、微粉炭の
燃焼が促進され、燃焼装置出口での未燃分が低減でき
る。
火炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気と火
炎の中心部を流れる微粉炭が混合するので酸素濃度の高
い酸化炎１９が半径方向に広がる。このため、微粉炭の
燃焼が促進され、燃焼装置出口での未燃分が低減でき
る。
【００５０】〔実施例４〕図１１は本発明の第４の実施
例を示す微粉炭バーナの概略図である。また、図１２は
図１１のＡ−Ａ矢視図である。本実施例において、１０
は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示し、上流側は
図示されない搬送管が接続されている。４０は微粉炭ノ
ズルを挟んで設けられる空気ノズルを示す。本実施例の
ように、空気ノズル４０や微粉炭ノズル１０は複数に分
割されていても良い。また、同心円状に配置されてなく
ても良い。１３はバーナから噴出する微粉炭と空気が燃
焼するための火炉空間を示す。１４は微粉炭ノズルから
噴出する微粉炭の流れを、４１は空気ノズルから噴出す
る燃焼用空気の流れを示す。
例を示す微粉炭バーナの概略図である。また、図１２は
図１１のＡ−Ａ矢視図である。本実施例において、１０
は微粉炭を気流搬送する微粉炭ノズルを示し、上流側は
図示されない搬送管が接続されている。４０は微粉炭ノ
ズルを挟んで設けられる空気ノズルを示す。本実施例の
ように、空気ノズル４０や微粉炭ノズル１０は複数に分
割されていても良い。また、同心円状に配置されてなく
ても良い。１３はバーナから噴出する微粉炭と空気が燃
焼するための火炉空間を示す。１４は微粉炭ノズルから
噴出する微粉炭の流れを、４１は空気ノズルから噴出す
る燃焼用空気の流れを示す。
【００５１】本実施例は、微粉炭の完全燃焼に必要な空
気量を微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を用い
る。通常、微粉炭バーナから供給する空気は微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量の約１．２倍とする。また微粉炭
ノズル１０からは微粉炭の完全燃焼に必要な空気量の
０．２〜０．３倍、残りの空気を空気ノズル４０から供
給する。
気量を微粉炭バーナから供給する単段燃焼方式を用い
る。通常、微粉炭バーナから供給する空気は微粉炭の完
全燃焼に必要な空気量の約１．２倍とする。また微粉炭
ノズル１０からは微粉炭の完全燃焼に必要な空気量の
０．２〜０．３倍、残りの空気を空気ノズル４０から供
給する。
【００５２】本発明の実施例では、燃焼用空気４１はノ
ズルから噴出後、火炎の前段部では中心から離れて流
れ、火炎の後段部（微粉炭ノズル出口からバーナスロー
ト径の３倍以上の距離）において火炎の中心へ向かって
流れる。このため、火炎の前段部において、空気ノズル
から噴出する空気を火炎の中心を流れる微粉炭との混合
は抑制される。着火域１７の下流には酸素濃度の低い還
元炎１８が形成される。
ズルから噴出後、火炎の前段部では中心から離れて流
れ、火炎の後段部（微粉炭ノズル出口からバーナスロー
ト径の３倍以上の距離）において火炎の中心へ向かって
流れる。このため、火炎の前段部において、空気ノズル
から噴出する空気を火炎の中心を流れる微粉炭との混合
は抑制される。着火域１７の下流には酸素濃度の低い還
元炎１８が形成される。
【００５３】還元炎１８の周囲の着火域１７は、酸素の
消費が進んでいないので、酸素濃度の高い酸化炎１７で
ある。さらに火炎後段部において、空気ノズルから噴出
する空気と火炎の中心部を流れる微粉炭が混合するので
酸素濃度の高い酸化炎１９が半径方向に広がる。
消費が進んでいないので、酸素濃度の高い酸化炎１７で
ある。さらに火炎後段部において、空気ノズルから噴出
する空気と火炎の中心部を流れる微粉炭が混合するので
酸素濃度の高い酸化炎１９が半径方向に広がる。
【００５４】本発明の実施例では前記燃焼用空気４１を
微粉炭ノズル１０の中心軸とのなす角度で３５から５５
度の角度で噴出する。また、前記空気ノズルから供給す
る空気が噴出口出口で持つ軸方向の運動量を、前記微粉
炭ノズル噴出口での微粉炭流の持つ軸方向の運動量との
比で５〜７に設定することを特徴とする。
微粉炭ノズル１０の中心軸とのなす角度で３５から５５
度の角度で噴出する。また、前記空気ノズルから供給す
る空気が噴出口出口で持つ軸方向の運動量を、前記微粉
炭ノズル噴出口での微粉炭流の持つ軸方向の運動量との
比で５〜７に設定することを特徴とする。
【００５５】このように空気ノズルから噴出する空気の
噴出方向を外周に向けることで、微粉炭バーナ近傍で中
心を流れる微粉炭流と離して流すことができる。また、
微粉炭流と空気流との間の空間な循環流となるため、空
気流は速度の減衰後、循環流に沿って中心軸に向かって
流れる。このため、微粉炭バーナから離れた下流では中
心を流れる微粉炭流と混合する。
噴出方向を外周に向けることで、微粉炭バーナ近傍で中
心を流れる微粉炭流と離して流すことができる。また、
微粉炭流と空気流との間の空間な循環流となるため、空
気流は速度の減衰後、循環流に沿って中心軸に向かって
流れる。このため、微粉炭バーナから離れた下流では中
心を流れる微粉炭流と混合する。
【００５６】このため、本発明の実施例においては、火
炎後段部において半径方向に酸素濃度が平坦になる。燃
焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中未燃分の減少をも
たらす。また、微粉炭バーナ近くでは微粉炭が分散しな
いので、還元炎を通過する微粉炭は多く、ＮＯｘは従来
例に比べて少なくなる。
炎後段部において半径方向に酸素濃度が平坦になる。燃
焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中未燃分の減少をも
たらす。また、微粉炭バーナ近くでは微粉炭が分散しな
いので、還元炎を通過する微粉炭は多く、ＮＯｘは従来
例に比べて少なくなる。
【００５７】以上説明してきたようにこのような微粉炭
燃焼方法であると、空気ノズルから噴出される空気流を
微粉炭ノズルの中心軸に対し外周方向へ噴出し、火炎の
前段部では中心から離れて流れ、火炎の後段部（バーナ
ノズル出口からバーナスロート径の３倍以上の距離）に
おいて火炎の中心へ向かって流れる。着火域１７の下流
において、微粉炭火炎の中心部は燃焼反応により酸素が
消費され、酸素濃度の低い還元炎１８が形成される。さ
らに火炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気
と火炎の中心部を流れる微粉炭と混合し、酸化炎１９が
半径方向に広がる。微粉炭の大部分が還元炎１８を通る
ので、排出されるＮＯｘ濃度は低い。また、空気の分布
は一様となり、極端に気相の空気比の低い領域は形成さ
れない。そこで燃焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中
未燃分の減少をもたらすことができる。
燃焼方法であると、空気ノズルから噴出される空気流を
微粉炭ノズルの中心軸に対し外周方向へ噴出し、火炎の
前段部では中心から離れて流れ、火炎の後段部（バーナ
ノズル出口からバーナスロート径の３倍以上の距離）に
おいて火炎の中心へ向かって流れる。着火域１７の下流
において、微粉炭火炎の中心部は燃焼反応により酸素が
消費され、酸素濃度の低い還元炎１８が形成される。さ
らに火炎後段部において、空気ノズルから噴出する空気
と火炎の中心部を流れる微粉炭と混合し、酸化炎１９が
半径方向に広がる。微粉炭の大部分が還元炎１８を通る
ので、排出されるＮＯｘ濃度は低い。また、空気の分布
は一様となり、極端に気相の空気比の低い領域は形成さ
れない。そこで燃焼反応は進み、燃焼効率の向上や灰中
未燃分の減少をもたらすことができる。
【００５８】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、火炉高さを増すことなく、ＮＯｘ発生量や微粉炭の
燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭燃焼装置、微粉炭
燃焼方法、微粉炭燃焼バーナを得ることができる。
ば、火炉高さを増すことなく、ＮＯｘ発生量や微粉炭の
燃焼灰中に残る未燃分の少ない微粉炭燃焼装置、微粉炭
燃焼方法、微粉炭燃焼バーナを得ることができる。
【図１】本発明の微粉炭バーナの一実施例を示す縦断側
面図である。
面図である。
【図２】第１の実施例と対比するために示した従来技術
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
【図３】第１の実施例と対比するために示した従来技術
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
【図４】第１の実施例と対比するために示した従来技術
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
に係わる微粉炭バーナの縦断側面図である。
【図５】第１の実施例に係わる微粉炭バーナの火炎内の
酸素濃度分布図である。
酸素濃度分布図である。
【図６】第１の実施例と対比するために示した、従来技
術に係わる微粉炭バーナの火炎内の酸素濃度分布図であ
る。
術に係わる微粉炭バーナの火炎内の酸素濃度分布図であ
る。
【図７】第１の実施例に係わる微粉炭バーナを用いた燃
焼装置の概略図である。
焼装置の概略図である。
【図８】図８に示す本発明の実施例と対比するために示
した従来技術に係わる燃焼装置の概略図である。
した従来技術に係わる燃焼装置の概略図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係わる微粉炭バーナの
縦断側面図である。
縦断側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係わる微粉炭バーナ
の縦断側面図である。
の縦断側面図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係わる微粉炭バーナ
の縦断側面図である。
の縦断側面図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係わる微粉炭バーナ
の正面図である。
の正面図である。
１０…微粉炭ノズル、１１…２次空気ノズル、１２…３
次空気ノズル、１３…火炉空間、１４…微粉炭流、１５
…２次空気の流れ、１６…３次空気の流れ、１７…着火
域（酸化炎）、１８…還元炎、１９…酸化炎、２１…保
炎リング、２２…循環流、２３…案内板、２４…旋回流
発生器、３１…紡錘体、４０…空気ノズル、４１…燃焼
用空気の流れ、５１…案内板、６１…貯炭場、６２…微
粉炭機、６３，６５…ブロア、６４…微粉炭バーナ、６
６…２段燃焼空気投入口、６７…２段燃焼空気の混合空
間。
次空気ノズル、１３…火炉空間、１４…微粉炭流、１５
…２次空気の流れ、１６…３次空気の流れ、１７…着火
域（酸化炎）、１８…還元炎、１９…酸化炎、２１…保
炎リング、２２…循環流、２３…案内板、２４…旋回流
発生器、３１…紡錘体、４０…空気ノズル、４１…燃焼
用空気の流れ、５１…案内板、６１…貯炭場、６２…微
粉炭機、６３，６５…ブロア、６４…微粉炭バーナ、６
６…２段燃焼空気投入口、６７…２段燃焼空気の混合空
間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 啓信 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 津村 俊一 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内 (72)発明者 木山 研滋 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内 (72)発明者 神保 正 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内 (72)発明者 倉増 公治 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内 (72)発明者 森田 茂樹 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内 (72)発明者 野村 伸一郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 下郡 三紀 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 3K065 QA04 QB04 QB09 QB11 QB18 QB20 QC03 TA01 TA15 TB01 TB09 TB12 TC01 TD06 TE02 TE10 TF03 TH01 TH02 TJ03 TJ06 TN03 TN07
Claims (8)
- 【請求項１】 微粉炭と空気との混合物を噴出する微粉
炭ノズルおよび空気を噴出する空気ノズルを有するバー
ナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完全燃焼に必要
な空気量を供給して燃焼させるようにした微粉炭燃焼方
法において、 前記空気ノズルから微粉炭の完全燃焼に必要な空気量を
供給するとともに、前記バーナの出口近傍部に微粉炭を
急速に着火して高温の火炎を形成し、酸素を急速に消費
することで高温の還元炎（実際の空気量と微粉炭から気
体として放出される成分を完全燃焼させるのに必要な空
気量の比が１未満である火炎）を形成し、かつ前記高温
の還元炎の下流では、前記空気ノズルから噴出する空気
を混合し、前記バーナの中心軸に対し径方向に均一なガ
ス組成分布を有する酸化炎（実際の空気量と微粉炭から
気体として放出される成分を完全燃焼させるのに必要な
空気量の比が１以上の火炎）を形成するようにしたこと
を特徴とする微粉炭燃焼方法。 - 【請求項２】 微粉炭と空気との混合物を噴出する微粉
炭ノズルおよび空気を噴出する空気ノズルを有するバー
ナを備え、前記空気ノズルより微粉炭の完全燃焼に必要
な空気量を供給して燃焼させるようにした微粉炭燃焼方
法において、 前記微粉炭ノズルの出口部分で微粉炭を急速に着火して
１２００℃以上の高温火炎を形成するとともに、前記バ
ーナ近傍部（微粉炭ノズル出口から微粉炭噴出方向にバ
ーナスロート径の３倍以内）に還元炎（実際の空気量と
微粉炭から気体として放出される成分を完全燃焼させる
のに必要な空気量の比が１未満である火炎）を形成し、
かつ前記還元炎の下流では、前記空気ノズルから噴出す
る空気を混合し、前記バーナの中心軸に対し径方向に均
一なガス組成分布を有する酸化炎（実際の空気量と微粉
炭から気体として放出される成分を完全燃焼させるのに
必要な空気量の比が１以上の火炎）を形成し燃焼させる
ようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼方法。 - 【請求項３】 前記バーナ近傍部（微粉炭ノズル先端か
ら微粉炭の噴出方向にバーナスロート径の２倍の位置）
で前記微粉炭の噴出方向に垂直な方向（径方向）に火炎
をバーナスロート径の１〜１．５倍の大きさで形成し、
前記バーナ近傍部の下流側では径方向に火炎をバーナス
ロートの２倍以上の大きさで形成してなる請求項１また
は２記載の微粉炭燃焼方法。 - 【請求項４】 前記バーナから微粉炭の完全燃焼に必要
な空気量を供給し、前記微粉炭ノズルから噴出する微粉
炭流の噴出速度を２０ｍ／ｓ以上とし、前記微粉炭ノズ
ル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運動量
と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向の運
動量の比率を１対５〜７に設定してなる請求項１，２ま
たは３記載の微粉炭燃焼方法。 - 【請求項５】 前記空気ノズルの先端が拡管に形成さ
れ、かつ最外周に位置する空気ノズルから噴出する空気
が、微粉炭流の噴出方向（軸方向）に対し３５〜５５度
の角度で噴出するようにした請求項１，２，３または４
記載の微粉炭燃焼方法。 - 【請求項６】 微粉炭と一次空気との混合物を噴出する
微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルの外周に微粉炭ノズル
と同心円状に設けられ、二次空気を噴出する二次空気ノ
ズルと、該二次空気ノズルの外周に二次空気ノズルと同
心円状に設けられ、三次空気を噴出する三次空気ノズル
とを備え、前記二次空気ノズルの外周壁の先端に拡管部
が設けられている微粉炭燃焼バーナにおいて、 前記二次空気ノズルから噴出される二次空気が、前記二
次空気ノズルの拡管部に沿って流れるように外周側に寄
せる流れ変更手段を設けるとともに、前記バーナから微
粉炭の完全燃焼に必要な空気量を供給し、前記微粉炭ノ
ズル噴出口での微粉炭流の噴出方向（軸方向）の運動量
と、前記空気ノズル出口において空気が持つ軸方向の運
動量の比率を１対５〜７に設定するようにしたことを特
徴とする微粉炭燃焼バーナ。 - 【請求項７】 前記流れ変更手段が、前記二次空気ノズ
ルの内周壁先端に設けられ、かつ前記二次空気ノズルの
外周壁先端に設けられた拡管部よりも鋭角的に設置され
た案内板により形成されてなる請求項６記載の微粉炭燃
焼バーナ。 - 【請求項８】 請求項６または７記載の微粉炭燃焼バー
ナを用いたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055319A JP2000257811A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナ |
| EP00103823A EP1033532A1 (en) | 1999-03-03 | 2000-02-23 | A combustion burner of fine coal powder, and a combustion apparatus of fine coal powder |
| AU19482/00A AU739252B2 (en) | 1999-03-03 | 2000-02-28 | A combustion burner of fine coal powder, and a combustion apparatus of fine coal powder |
| US09/515,713 US6298796B1 (en) | 1999-03-03 | 2000-03-01 | Fine coal powder combustion method for a fine coal powder combustion burner |
| TW089103718A TW457353B (en) | 1999-03-03 | 2000-03-02 | A combustion burner of fine coal powder, and a combustion apparatus of fine coal powder |
| KR1020000010315A KR20000062699A (ko) | 1999-03-03 | 2000-03-02 | 미분탄 연소 버너 및 미분탄 연소 장치 |
| PL00338765A PL338765A1 (en) | 1999-03-03 | 2000-03-02 | Method of combusting coal dust as well as burner and system therefor |
| CNB001038273A CN1162644C (zh) | 1999-03-03 | 2000-03-03 | 粉煤燃烧器和粉煤燃烧设备及粉煤燃烧方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055319A JP2000257811A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000257811A true JP2000257811A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=12995242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11055319A Pending JP2000257811A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6298796B1 (ja) |
| EP (1) | EP1033532A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000257811A (ja) |
| KR (1) | KR20000062699A (ja) |
| CN (1) | CN1162644C (ja) |
| AU (1) | AU739252B2 (ja) |
| PL (1) | PL338765A1 (ja) |
| TW (1) | TW457353B (ja) |
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