JP2013178043A

JP2013178043A - 微粉炭調整装置

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Publication number: JP2013178043A
Application number: JP2012042452A
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
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP5787789B2

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】微粉炭調整装置１０は、微粉炭を含む流体を輸送する微粉炭供給管１１に設けられ、微粉炭の濃度を調整するものであって、微粉炭供給管１１の内周面１２に設けられ、下流側に向かうにしたがって内周側に向かうように傾斜するとともに、周方向に沿って、内周面１４から内方へ突出する大きさが異なるように形成された傾斜面１４を有する。
【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微粉炭を供給する場合に用いるのに好適な微粉炭調整装置に関する。

微粉炭調整装置の一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１の微粉炭調整装置は、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の微粉炭調整装置は、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調整装置は、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の微粉炭調整装置は、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調整装置を提供することにある。

本発明に係る微粉炭調整装置は、微粉炭を含む流体を輸送する微粉炭供給管に設けられ、前記微粉炭の濃度を調整する微粉炭調整装置であって、前記微粉炭供給管の内周面に設けられ、下流側に向かうにしたがって内周側に向かうように傾斜するとともに、周方向に沿って、前記内周面から内方へ突出する大きさが異なるように形成された傾斜面を有する。

このような構成によれば、微粉炭を傾斜面により反射させることにより、微粉炭の流れ方向を強制的に変更制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

本発明に係る微粉炭調整装置は、前記傾斜面は、前記微粉炭供給管の軸方向に断面視して、凹面状に形成されている。

このような構成によれば、微粉炭供給管内の微粉炭の分布状況に応じて微粉炭を凹面状の傾斜面により集束反射させることにより、微粉炭の流れ方向を微粉炭供給管の中心方向に強制的に変更制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

本発明に係る微粉炭調整装置は、前記傾斜面は、前記微粉炭供給管の軸方向に断面視して、凸面状に形成されている。

このような構成によれば、微粉炭を、微粉炭供給管の凸面状の傾斜面により拡散反射させることにより、微粉炭の流れ方向を微粉炭供給管の内部全体に拡散する方向に強制的に変更させるために、微粉炭を全体的に拡散するように制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することになって、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

本発明に係る微粉炭調整装置は、前記微粉炭供給管の前記傾斜面は、前記内周面の複数個所に設けられている。

このような構成によれば、複数の傾斜面で微粉炭を反射させることにより、微粉炭の流れ方向を強制的に変更制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

本発明に係る微粉炭調整装置によれば、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実施形態の微粉炭調整装置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実施形態の微粉炭調整装置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１実施形態の微粉炭調整装置の変形例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２実施形態の微粉炭調整装置の側面から視た縦断面図である。実施例に用いた微粉炭調整装置の一例の微粉炭の分布図である。実施例に用いた微粉炭調整装置の他例の微粉炭の分布図である。本発明に係る微粉炭調整装置における微粉炭の分布図である。

以下、本発明に係る複数の実施形態の微粉炭調整装置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実施形態の微粉炭調整装置１０を有する微粉炭供給管１１を備えた石炭焚ボイラ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１１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不図示の微粉炭バーナと、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。

微粉炭バーナは、１次空気により搬送された微粉炭を投入する不図示のコール１次ポートと、コール１次ポート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、微粉炭供給管１１は、径方向の断面形状が円形の筒形状に形成されており、微粉炭供給管１１の内周面１２の一部に微粉炭調整装置１０の構成要素となるキッカブロック１３を一体的に設けている。
キッカブロック１３は、微粉炭の流れ方向の下流側に向かうにしたがって内周側に向かうように傾斜するとともに、周方向に沿って内周面１２から内方へ突出する大きさが異なるように形成された傾斜面１４を有する。
キッカブロック１３は、微粉炭供給管１１の内周面１２の軸方向に対してあらかじめ定められた傾斜角度θ１を有する。

図３に示すように、キッカブロック１３は、傾斜面１４が、微粉炭供給管１１の軸方向に断面視して、所定の湾曲率を有する凹面状に形成されている。
なお、キッカブロック１３は、微粉炭供給管１１の内周面１２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１１の内周面１２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。

次に、微粉炭調整装置１０の作用について説明する。
複数の屈曲部を通じて送給されることにより偏りを生じながら微粉炭供給管１１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、キッカブロック１３の傾斜面１４により反射する。
このとき、キッカブロック１３の傾斜面１４が、微粉炭供給管１１の軸方向に断面視して、所定の湾曲率を有する凹面状に形成されているために、微粉炭Ｃは、その流れ方向を微粉炭供給管１１の中心方向に強制的に変更されて流路中央部に集束されることになる。
従って、微粉炭供給管１１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、流路中央部に集束されるように制御されて空気に適度に混合され、空気との濃度を調整されることになって、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態の微粉炭調整装置１０によれば、微粉炭の流れ方向を、微粉炭供給管１１のキッカブロック１３の傾斜面１４により微粉炭供給管１１の中心方向に強制的に変更させる。
従って、微粉炭調整装置１０によれば、微粉炭供給管１１内の微粉炭Ｃの分布状況に応じて、微粉炭Ｃを制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

また、微粉炭調整装置１０によれば、微粉炭Ｃを、微粉炭供給管１１の凹面状の傾斜面１４により集束反射させることにより、微粉炭Ｃの流れ方向を微粉炭供給管１１の中心方向に強制的に変更制御して空気に適度に混合させる。
従って、微粉炭調整装置１０によれば、微粉炭Ｃと空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

次に、微粉炭調整装置の変形例について説明する。
図４に示すように、本変形例の微粉炭調整装置３０は、微粉炭Ｃの流れ方向の下流側に向かうにしたがって内周側に向かうように傾斜するとともに、周方向に沿って内周面１２から内方へ突出する大きさが異なるように形成された傾斜面３２を有するキッカブロック３１を備えている。
キッカブロック３１は、傾斜面３２が、微粉炭供給管１１の内周面１２の軸方向に対してあらかじめ定められた傾斜角度θ２を有する。
この場合、傾斜面３２は、図５に示すように、微粉炭供給管１１の軸方向に断面視して、所定の湾曲率を有する凸面状に形成されている。

次に、微粉炭調整装置３０の作用について説明する。
図５に示すように、微粉炭供給管１１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、送給途中においてキッカブロック３１の傾斜面３２により反射する。
このとき、キッカブロック３１の傾斜面３２が、微粉炭供給管１１の軸方向に断面視して、所定の湾曲率を有する凸面状に形成されているために、微粉炭Ｃは、その流れ方向を微粉炭供給管１１の内部全体に拡散する方向に強制的に変更され、内周面１２からの剥離が促進されながら全体的に拡散されることになる。
従って、微粉炭供給管１１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、微粉炭供給管１１内において全体的に拡散されるように制御されて空気に適度に混合され、空気との濃度を調整されることになって、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

本変形例の微粉炭調整装置３０によれば、微粉炭Ｃを、キッカブロック３１の凸面状の傾斜面３２により拡散反射させることにより、微粉炭Ｃの流れ方向を微粉炭供給管１１の内部全体に拡散する方向に強制的に変更させる。
従って、微粉炭調整装置３０によれば、微粉炭Ｃを微粉炭供給管１１の内部に全体的に拡散するように制御して空気に適度に混合させ、空気との濃度を調整することになって、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の微粉炭調整装置について説明する。
なお、以下の第２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６に示すように、本発明に係る第２実施形態の微粉炭調整装置４０は、微粉炭供給管４１の屈曲部（エルボ）４２における大径側内周面４３の下流側に凹面状の傾斜面１４を有するキッカブロック１３を設けているとともに、屈曲部４２における小径側内周面４４の上流側に凸面状の傾斜面３２を有するキッカブロック３１を設けている。
そのため、屈曲部４２の下流側に配置されたキッカブロック１３と、屈曲部４２の上流側に配置されたキッカブロック３１とは、微粉炭供給管４１の軸方向にずれた位置において互い違いに設けられている。
なお、各キッカブロック１３，３１は、微粉炭供給管４１の軸方向にずれた位置において互い違いに設けられるのに代えて、微粉炭供給管４１の径方向に対向するように配置されてもよい。
また、屈曲部４２における小径側内周面４４の上流側に、凹面状の傾斜面１４を有するキッカブロック１３を設けてもよい。

次に、微粉炭調整装置４０の作用について説明する。
複数の屈曲部を通じて送給されることにより偏りを生じながら微粉炭供給管４１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、屈曲部４２の上流側においてキッカブロック３１の凸面状の傾斜面３２により反射する。
そのため、微粉炭Ｃは、その流れ方向を微粉炭供給管４１の内部全体に拡散する方向に強制的に変更されて全体的に拡散される。
次に、キッカブロック３１において微粉炭供給管４１の内部全体に拡散する方向に強制的に変更されて全体的に拡散された微粉炭Ｃは、屈曲部４２の下流側においてキッカブロック１３の凹面状の傾斜面１４により反射する。
そのため、微粉炭Ｃは、その流れ方向を微粉炭供給管４１の中心方向に強制的に変更されて流路中央部に集束される。
従って、微粉炭供給管４１内を送給されてきた微粉炭Ｃは、屈曲部４２の上流側におけるキッカブロック３１の傾斜面３２および屈曲部４２の下流側におけるキッカブロック１３の傾斜面１４により流れ方向を中央部に向けて制御されて空気に適度に混合され、空気との濃度を調整されることになって、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

第２実施形態の微粉炭調整装置４０によれば、微粉炭供給管４１の屈曲部４２の上流側におけるキッカブロック３１の傾斜面３２および微粉炭供給管４１の屈曲部４２の下流側におけるキッカブロック１３の傾斜面１４により、微粉炭Ｃの流れ方向を中央部に向けて制御して空気に適度に混合する。
従って、微粉炭調整装置４０によれば、微粉炭Ｃと空気との濃度を調整することにより、均一な微粉炭濃度分布を得ることができる。

次に、本発明の微粉炭調整装置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、図７に示すように、キッカブロックを有さない微粉炭調整装置７０を有する微粉炭供給管７１および図８に示すように管内の径方向に平行な傾斜面８２を有する微粉炭調整装置８０を有する微粉炭供給管８１を適用した。
すなわち、図８に示す微粉炭調整装置８０は、傾斜面８２が、凹面状でも凸面状でもなく、単純な平坦面を有するものである。
そして、管内の微粉炭Ｃの分布状況について、各微粉炭調整装置７０，８０を、第１実施形態の微粉炭調整装置１０、変形例の微粉炭調整装置３０および第２実施形態の微粉炭調整装置４０と比べた。
なお、管内の微粉炭Ｃ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、キッカブロックを有さない微粉炭調整装置７０では、微粉炭Ｃが外周側に断面視で三日月形状に偏ることがわかった。
そのため、キッカブロックを有さない微粉炭調整装置７０は、微粉炭Ｃと空気との混合が均一にならずに、微粉炭Ｃ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。

また、管内の径方向に平行な傾斜面８２を有する微粉炭調整装置８０では、微粉炭Ｃが傾斜面８２に対して、ほぼ直角の方向に反射することがわかった。
そのため、管内の径方向に平行な傾斜面８２を有する微粉炭調整装置８０は、微粉炭Ｃと空気との混合が均一にならずに、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示すように、これらに対して、第１実施形態の微粉炭調整装置１０、変形例の微粉炭調整装置３０および第２実施形態の微粉炭調整装置４０は、微粉炭Ｃを管内の中央部に制御して空気に適度に混合させて、均一な微粉炭濃度分布を得ることができたことがわかった。
これは、第１実施形態の微粉炭調整装置１０、変形例の微粉炭調整装置３０および第２実施形態の微粉炭調整装置４０が、各傾斜面１４，３２により、微粉炭Ｃと空気との濃度を調整できたからであることが判明した。

なお、本発明の微粉炭調整装置は、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。

１０，３０，４０微粉炭調整装置
１１，４１微粉炭供給管
１２内周面
１４，３２傾斜面
４３大径側内周面（内周面）
４４小径側内周面（内周面）
５０石炭焚ボイラ

Claims

微粉炭を含む流体を輸送する微粉炭供給管に設けられ、前記微粉炭の濃度を調整する微粉炭調整装置であって、
前記微粉炭供給管の内周面に設けられ、下流側に向かうにしたがって内周側に向かうように傾斜するとともに、周方向に沿って、前記内周面から内方へ突出する大きさが異なるように形成された傾斜面を有する微粉炭調整装置。
請求項１に記載の微粉炭調整装置において、
前記傾斜面は、前記微粉炭供給管の軸方向に断面視して、凹面状に形成されている微粉炭調整装置。
請求項１に記載の微粉炭調整装置において、
前記傾斜面は、前記微粉炭供給管の軸方向に断面視して、凸面状に形成されている微粉炭調整装置。
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の微粉炭調整装置において、
前記微粉炭供給管の前記傾斜面は、前記内周面の複数個所に設けられている微粉炭調整装置。