JP2013178040A

JP2013178040A - 微粉炭供給管

Info

Publication number: JP2013178040A
Application number: JP2012042368A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yuasa; 厚志湯浅; Keigo Matsumoto; 啓吾松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】均一な微粉炭濃度分布を実現できる微粉炭供給管を提供する。
【解決手段】微粉炭供給管１０は、流体に微粉炭を混合してバーナ５７に供給するものであって、流体と微粉炭とを中央へ案内する案内部１２と、案内部１２から、バーナ５７までを直線状に接続し、案内部１２で中央へと案内された混合媒体を、管断面全体へと拡散させる拡散区間１４を有するバーナ接続部１３と、備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、微粉炭燃焼ボイラの火炉に取付けられたバーナへ空気を含む微粉炭を供給する微粉炭供給管に関する。

微粉炭供給管の一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１の微粉炭供給管は、微粉炭が気送されて流れる下流側の分岐管に接続され、複数段の流路より微粉炭を分岐管に分配して気送する１次分配器を備え、１次分配器の上流側で下部に、分岐管への微粉炭濃度を調整するキッカブロックを設けている。

特開２００１−７４２３６号公報

特許文献１の微粉炭供給管は、キッカブロックを設けることにより、１次分配器の入口における上下方向の濃度分布を改善し、各バーナへの微粉炭配分の均一化を図ることができる。
通常、微粉炭バーナに微粉炭混合気を供給する微粉炭供給管は、バーナに到達するまでに何度も曲げられ、管内の空気流れは、２次流れを伴う非常に複雑な流れになっている。
しかし、特許文献１の微粉炭供給管は、管内にキッカブロックを設置してはいるものの、空気により搬送される微粉炭の濃度はバーナに至るまでに不均一に偏り、濃度分布は微粉炭管毎に異なっている。
微粉炭バーナの低ＮＯｘ化を実現するには、バーナに至るまでに微粉炭濃度を均一化する必要があり、微粉炭濃度をより適切に制御する手段が必要である。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、均一な微粉炭濃度分布を実現できる微粉炭供給管を提供することにある。

本発明に係る微粉炭供給管は、流体に微粉炭を混合してバーナに供給する微粉炭供給管であって、前記流体と微粉炭とを中央へ案内する案内部と、前記案内部から、前記バーナまでを直線状に接続し、前記案内部で中央へと案内された前記混合媒体を、管断面全体へと拡散させる拡散区間を有するバーナ接続部を、を備える。

このような構成によれば、バーナに供給される流体と微粉炭との混合媒体は、案内部において中央へ案内された後に、バーナ接続部の拡散区間において管断面全体へと拡散され、案内部からバーナまで直線状に進行する。
従って、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へ案内される動的なエネルギーと、管断面全体へと拡散される動的なエネルギーと、が与えられることにより、微粉炭濃度分布が均一な流体と微粉炭との混合媒体をバーナに供給することができる。

本発明に係る微粉炭供給管は、前記案内部は、前記バーナに近接する屈曲部に設けられている

このような構成によれば、バーナに供給される流体と微粉炭との混合媒体は、屈曲部の近傍でバーナ接続部の案内部において中央へ案内された後に、バーナ接続部の拡散区間において管断面全体へと拡散され、案内部からバーナまで直線状に進行する。
従って、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へ案内される動的なエネルギーと、管断面全体へと拡散される動的なエネルギーと、が与えられることにより、屈曲部の近傍において滞留を生ずることなく、微粉炭濃度分布が均一な流体と微粉炭との混合媒体をバーナに供給することができる。

本発明に係る微粉炭供給管は、前記案内部は、周方向に沿って、内周面から内方へ突出するように形成されている。

このような構成によれば、案内部の内周面から内周側に突出する部分において流体と微粉炭との混合媒体の流速が他の部分よりも速くなり、それに伴って案内部の下流側に渦流を生じるために、外周側へ偏って流れる流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内することができる。

本発明に係る微粉炭供給管は、前記案内部は、前記内周面の全周のうちの少なくとも一部に形成されている。

このような構成によれば、案内部の内周面から内周側に突出する一部において流体と微粉炭との混合媒体の流速が他の部分より速くなり、案内部の無い部分の流体と微粉炭との混合媒体と混ざり合うために、屈曲部の外周側へ偏って流れる流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内することができる。

本発明に係る微粉炭供給管は、前記案内部は、前記内周面よりも小さい内径を有する環状に形成されている。

このような構成によれば、流体と微粉炭との混合媒体は、案内部により中央へと案内され、同時に、速度が一定に制御される。そのため、流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内するのに加えて、流体と微粉炭との混合媒体の速度を均一化できる。

本発明に係る微粉炭供給管によれば、均一な微粉炭濃度分布を実現できるという効果を奏する。

本発明に係る第１実施形態の微粉炭供給管を適用した石炭焚ボイラの縦断面図である。本発明に係る第１実施形態の微粉炭供給管の側面から視た縦断面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。本発明に係る第２実施形態の微粉炭供給管の側面から視た縦断面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る第３実施形態の微粉炭供給管の側面から視た縦断面図である。図６のＣ−Ｃ線断面図である。実施例に用いた微粉炭供給管における微粉炭の分布を調べた図３相当の断面図である。本発明に係る微粉炭供給管における微粉炭の分布を調べた図３相当の断面図である。

以下、本発明に係る複数の実施形態の微粉炭供給管について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の微粉炭供給管１０を装備する石炭焚ボイラ５０は、火炉５１内へ空気を多段で投入することにより、微粉炭焚きのバーナ部５２から追加空気投入部５３までの領域を還元雰囲気にして燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図っている。
還元雰囲気となるバーナ部５２から追加空気投入部５３までの距離は、還元燃焼ゾーンの距離（高さ）については長くなるほど燃焼ガスの滞留時間が長くなってＮＯｘ発生量は小さくなる。

バーナ部５２には、微粉炭を１次空気で搬送する微粉炭供給管１０および２次空気を供給する送気ダクト５４が接続されており、追加空気投入ノズル５５にも、２次空気を供給する送気ダクト５４が接続されている。
石炭焚ボイラ５０は、微粉炭（粉体燃料）および空気を火炉５１内へ投入するバーナ５６が各段の各コーナ部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部５２とされ、各段にはそれぞれ１または複数（図示の例では１個）の旋回火炎が形成される旋回燃焼方式を採用している。

石炭焚ボイラ５０は、微粉炭および空気を火炉５１の内部（炉内）へ投入するバーナ５６が、火炉５１内で各段の各コーナ部に配置されることにより、１個の旋回火炎を形成するものである。
石炭焚ボイラ５０は、バーナ部５２の各バーナ５６が、微粉炭および空気を投入する微粉炭バーナ（燃料バーナ）（図２参照）５７と、微粉炭バーナ５７の上下に各々配置されて２次空気を投入する不図示の２次空気投入ポートとを備えている。

微粉炭バーナ５７は、１次空気により搬送された微粉炭を投入するコール１次ポート（図２参照）５８と、コール１次ポート５８の周囲を取り囲むように設けられて２次空気の一部を投入する不図示のコール２次ポートとを備えている。微粉炭バーナ５７から投入される微粉炭は、火炉５１内へ向けて略真っ直ぐに流れる。

図２に示すように、微粉炭バーナ５７は、コール１次ポート５８の最下流端部に微粉炭供給管１０が連通接続されている。
微粉炭供給管１０は、多数の屈曲部を経由して最終の直線部分がコール１次ポート５８に連通接続されており、直線部分の手前に配置されている最終の屈曲部１１の下流側に、案内部１２と、拡散区間１４を有するバーナ接続部１３とが連通接続されている。

案内部１２は、周方向に沿って、内周面１５から内周側へ向けて断面視で三角形状に突出するオリフィス形状にして一体的に形成されている。
なお、案内部１２は、微粉炭供給管１０の内周面１５に一体的に形成されるのに代えて、石炭焚ボイラ５０を製造する際に、不図示の取付部材を介して微粉炭供給管１０の内周面１５に取付部材が内周側に突出しないように固定してもよい。
バーナ接続部１３は、案内部１２の下流側の微粉炭バーナ５７までを直線状に接続している。

図３に示すように、案内部１２は、内周面１５の内径寸法Ｌ１よりも十分に小さい内径寸法Ｌ２を有し、バーナ接続部１３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有する。
そのため、案内部１２は、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へと案内する動的なエネルギーを与えることができる。
そして、バーナ接続部１３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有して案内部１２の下流側に配置されている。
そのため、バーナ接続部１３は、案内部１２において中央へと案内する動的なエネルギーを与えられた流体と微粉炭との混合媒体に対して、微粉炭バーナ５７までの直線状の区間における拡散区間１４において管断面全体へと拡散する動的なエネルギーを与えることができる。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態の微粉炭供給管１０によれば、微粉炭バーナ５７に供給される流体と微粉炭との混合媒体は、案内部１２において中央へ案内された後に、バーナ接続部１３の拡散区間１４において管断面全体へと拡散され、案内部１２から微粉炭バーナ５７まで直線状に進行する。
従って、微粉炭供給管１０によれば、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へ案内される動的なエネルギーと、管断面全体へと拡散される動的なエネルギーと、が与えられることにより、微粉炭濃度分布が均一な流体と微粉炭との混合媒体を微粉炭バーナ５７に供給することができる。

また、微粉炭供給管１０によれば、微粉炭バーナ５７に供給される流体と微粉炭との混合媒体は、屈曲部１１の近傍で案内部１２において中央へ案内された後に、バーナ接続部１３の拡散区間１４において管断面全体へと拡散され、案内部１２から微粉炭バーナ５７まで直線状に進行する。
従って、微粉炭供給管１０によれば、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へ案内される動的なエネルギーと、管断面全体へと拡散される動的なエネルギーと、が与えられることにより、屈曲部１１の近傍において滞留を生ずることなく、微粉炭濃度分布が均一な流体と微粉炭との混合媒体を微粉炭バーナ５７に供給することができる。

そして、微粉炭供給管１０によれば、案内部１２の内周面１５から内周側に突出する部分において流体と微粉炭との混合媒体の流速が他の部分より速くなり、それに伴って案内部１２の下流側に渦流を生じるために、外周側へ偏って流れる流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の微粉炭供給管について説明する。
なお、以下の各実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図４に示すように、本発明に係る第２実施形態の微粉炭供給管２０を装備する石炭焚ボイラ６０は、微粉炭バーナ５７におけるコール１次ポート５８の最下流端部に微粉炭供給管２０を連通接続している。
微粉炭供給管２０は、多数の屈曲部を経由して最終の直線部分がコール１次ポート５８に連通接続されており、直線部分の手前に配置されている最終の屈曲部２１の下流側に、案内部２２と、拡散区間２４を有するバーナ接続部２３とが連通接続されている。

案内部２２は、周方向に沿って、内周面１５から内周側へ向けて断面視で三角形状に突出するオリフィス形状にして、内周面１５の全周のうちの少なくとも一部に形成されている。
バーナ接続部２３は、案内部２２の下流側に、微粉炭バーナ５７までを直線状に接続している。

図５に示すように、案内部２２は、内周面１５の円周上の１２０度の範囲θ１に形成されており、内周面１５の内径寸法Ｌ１よりも十分に小さい内径寸法Ｌ２を有し、バーナ接続部２３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有する。
なお、案内部２２は、内周面１５の円周上の１２０度の範囲θ１に形成されるのに代えて、内周面１５の円周上の１２０度〜２４０度の範囲に形成されてもよい。
そのため、屈曲部２１の下流側において、内周面１５に案内部２２がある部分と、内周面１５に案内部２２のない連通部２５を有する部分とがあることになる。

そして、バーナ接続部２３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有して案内部２２の下流側に配置されている。
そのため、バーナ接続部２３は、案内部２２において中央へと案内する動的なエネルギーを与えられた流体と微粉炭との混合媒体に対して、拡散区間２４において微粉炭バーナ５７までの直線状の区間で管断面全体へと拡散する動的なエネルギーを与えることができる。

第２実施形態の微粉炭供給管２０によれば、案内部２２において流体と微粉炭との混合媒体の流速が連通部２５よりも速くなり、流速が速くなった流体と微粉炭との混合媒体と連通部２５の流速の遅い流体と微粉炭との混合媒体とが混ざり合う。
従って、微粉炭供給管２０によれば、屈曲部２１の外周側へ偏って流れる流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の微粉炭供給管について説明する。
図６に示すように、本発明に係る第３実施形態の微粉炭供給管３０を装備する石炭焚ボイラ７０は、微粉炭バーナ５７におけるコール１次ポート５８の最下流端部に微粉炭供給管３０を連通接続している。
微粉炭供給管３０は、多数の屈曲部を経由して最終の直線部分がコール１次ポート５８に連通接続されており、直線部分の手前に配置されている最終の屈曲部３１の下流側に、案内部３２と、拡散区間３４を有するバーナ接続部３３とが連通接続されている。

案内部３２は、周方向に沿って、内周面１５から内周側へ向けて断面視で四角形の円環形状にして一体的に形成されている。
バーナ接続部３３は、案内部３２の下流側に、微粉炭バーナ５７までを直線状に接続している。

図７に示すように、案内部３２は、内周面１５の内径寸法Ｌ１よりも十分に小さい内径寸法Ｌ２を有し、バーナ接続部３３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有する。
そのため、案内部３２は、流体と微粉炭との混合媒体に対して、中央へと案内する動的なエネルギーを与えることができる。
そして、バーナ接続部３３は、内周面１５の内径寸法Ｌ１と同等の内径寸法Ｌ３を有して案内部３２の下流側に配置されている。
そのため、バーナ接続部３３は、案内部３２において中央へと案内する動的なエネルギーを与えられた流体と微粉炭との混合媒体に対して、拡散区間３４において微粉炭バーナ５７までの直線状の区間で管断面全体へと拡散する動的なエネルギーを与えることができる。

第３実施形態の微粉炭供給管３０によれば、流体と微粉炭との混合媒体は、案内部３２により中央へと案内され、同時に、速度が一定に制御される。そのため、微粉炭供給管３０によれば、流体と微粉炭との混合媒体を中央へと案内するのに加えて、流体と微粉炭との混合媒体の速度を均一化できる。

次に、本発明の微粉炭供給管の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例には、案内部および拡散区間を有さない図８に示す微粉炭供給管８０を適用した。そして、微粉炭の流れについて、微粉炭供給管８０を、各実施形態の微粉炭供給管１０，２０，３０と比べた。
なお、管内の微粉炭の流れは、例えば管内検査カメラ等の検査機器を用いて画像として取得した。

比較の結果、図８に示すように、案内部および拡散区間を有さない微粉炭供給管８０では、屈曲部８１において生じている遠心力に伴い、微粉炭Ｍが屈曲部８１の外周側に断面視三日月形状に偏ることがわかった。
そのため、案内部および拡散区間を有さない微粉炭供給管８０は、微粉炭と空気との混合が均一にならずに、微粉炭Ｍの均一な微粉炭濃度分布を得ることができないことが判明した。

図９に示すように、これらに対して、各実施形態の微粉炭供給管１０，２０，３０は、流体と微粉炭Ｍとの混合媒体に対して、中央へ案内される動的なエネルギーと、管断面全体へと拡散される動的なエネルギーとが与えられることにより微粉炭供給管１０，２０，３０の中央部において、微粉炭濃度分布が均一な流体と微粉炭Ｍとの混合媒体を取得できることがわかった。
これは、各実施形態の微粉炭供給管１０，２０，３０が、微粉炭Ｍと空気との濃度を制御できたからであることが判明した。

なお、本発明の微粉炭供給管は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

１０，２０，３０微粉炭供給管
１１，２１，３１屈曲部
１２，２２，３２案内部
１３，２３，３３バーナ接続部
１４，２４，３４拡散区間
１５内周面
５０，６０，７０石炭焚ボイラ
５７微粉炭バーナ（バーナ）

Claims

流体に微粉炭を混合してバーナに供給する微粉炭供給管であって、
前記流体と微粉炭とを中央へ案内する案内部と、
前記案内部から、前記バーナまでを直線状に接続し、前記案内部で中央へと案内された前記混合媒体を、管断面全体へと拡散させる拡散区間を有するバーナ接続部と、を備える微粉炭供給管。
請求項１に記載の微粉炭供給管において、
前記案内部は、前記バーナに近接する屈曲部に設けられている微粉炭供給管。
請求項１または請求項２に記載の微粉炭供給管において、
前記案内部は、周方向に沿って、内周面から内方へ突出するように形成されている微粉炭供給管。
請求項３に記載の微粉炭供給管において、
前記案内部は、前記内周面の全周のうちの少なくとも一部に形成されている微粉炭供給管。
請求項１または請求項２に記載の微粉炭供給管において、
前記案内部は、前記内周面よりも小さい内径を有する環状に形成されている微粉炭供給管。