JP2014153014A - 微粉炭バーナ - Google Patents

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【課題】起動時の着火の安定性及び通常時の火炉に形成される火炎の安定性の向上を図る微粉炭バーナを提供する。
【解決手段】火炉2に向って開口し、微粉炭と搬送用空気とが混合された微粉炭混合流15を旋回させながら噴出する外筒ノズル8と、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ補助燃焼用空気23を噴出する内筒ノズル9とを有するノズル本体6と、該ノズル本体の周囲から燃焼用空気19を噴出する2次空気調整装置7と、プラズマを噴出するプラズマトーチ17とを具備し、前記外筒ノズルの内面に微粉炭濃度を上昇させる滞留部を形成し、該滞留部より噴出される前記微粉炭混合流にプラズマが噴出する様前記プラズマトーチが配設された。
【選択図】図1

Description

本発明は、ボイラ火炉の壁面に設けられ、微粉炭を燃焼させる微粉炭バーナ、特に微粉炭着火用としてプラズマトーチを具備する微粉炭バーナに関するものである。
微粉炭バーナに於いて、微粉炭の着火用としてプラズマトーチを用いるものがある。プラズマトーチは高温のプラズマを発生するので、揮発分の低い微粉炭に対しても着化性がよく、又プラズマトーチを用いることで燃料供給系が油供給系を必要とせず、微粉炭の供給系の1系統でよくなり、設備の簡略化が図れる。又、プラズマが高温であることから、火炉内が冷えた状態での起動、即ち冷缶起動が可能となる。
然し乍ら、着火手段としてプラズマトーチを用いる場合、プラズマにより形成される高温領域が狭い為、着火の安定性、又形成される火炎の安定性に問題があった。
尚、特許文献1には、バーナータイルを有する微粉炭燃焼バーナーの中心にプラズマトーチを組込み、プラズマジェットの高温部に微粉炭と一次空気を吹込み、二次空気をプラズマジェットを囲む様に旋回させて供給することで、微粉炭を完全燃焼させるプラズマ助燃燃焼炉用バーナーが開示されている。
特開平6−265109号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、起動時の着火の安定性及び通常時の火炉に形成される火炎の安定性の向上を図る微粉炭バーナを提供するものである。
本発明は、火炉に向って開口し、微粉炭と搬送用空気とが混合された微粉炭混合流を旋回させながら噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ補助燃焼用空気を噴出する内筒ノズルとを有するノズル本体と、該ノズル本体の周囲から燃焼用空気を噴出する2次空気調整装置と、プラズマを噴出するプラズマトーチとを具備し、前記外筒ノズルの内面に微粉炭濃度を上昇させる滞留部を形成し、該滞留部より噴出される前記微粉炭混合流にプラズマが噴出する様前記プラズマトーチが配設された微粉炭バーナに係るものである。
又本発明は、前記外筒ノズルの内面に設けられた軸心方向に沿って延在する複数のディフレクタアングルを更に具備し、他のディフレクタアングルよりも軸心方向に向って突出したディフレクタアングルにより滞留部形成部材が形成され、前記滞留部は前記滞留部形成部材により形成された微粉炭バーナに係るものである。
又本発明は、前記滞留部形成部材に隣接して前記外筒ノズルの内面に形成された凹溝を更に具備し、前記滞留部は前記滞留部形成部材と前記凹溝とにより形成された微粉炭バーナに係るものである。
又本発明は、前記外筒ノズルの内面に形成された凹溝を更に具備し、前記滞留部は前記凹溝により形成された微粉炭バーナに係るものである。
更に又本発明は、前記滞留部は円周等間隔に複数形成された微粉炭バーナに係るものである。
本発明によれば、火炉に向って開口し、微粉炭と搬送用空気とが混合された微粉炭混合流を旋回させながら噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ補助燃焼用空気を噴出する内筒ノズルとを有するノズル本体と、該ノズル本体の周囲から燃焼用空気を噴出する2次空気調整装置と、プラズマを噴出するプラズマトーチとを具備し、前記外筒ノズルの内面に微粉炭濃度を上昇させる滞留部を形成し、該滞留部より噴出される前記微粉炭混合流にプラズマが噴出する様前記プラズマトーチが配設されたので、プラズマにより形成される高温領域を高濃度の微粉炭混合流が通過することで着火安定性が向上し、前記火炉の温度が低い起動時であっても微粉炭の安定した着火性を得ることができると共に、前記火炉の温度が上昇した通常時に於いても該火炉に形成される火炎の安定性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の第1の実施例に係る微粉炭バーナを示す概略立断面図である。 (A)は本発明の第1の実施例に係る外筒ノズル及びその周辺部の構成を示す説明図であり、(B)は本発明の第1の実施例の変形例を示す外筒ノズル及びその周辺部の構成の説明図である。 本発明の第2の実施例に係る微粉炭バーナを示す概略立断面図である。 (A)は本発明の第2の実施例に係る外筒ノズル及びその周辺部の構成を示す説明図であり、(B)は本発明の第2の実施例の変形例を示す外筒ノズル及びその周辺部の構成の説明図である。 (A)は本発明の第3の実施例に係る外筒ノズル及びその周辺部の構成を示す説明図であり、(B)は本発明の第3の実施例の変形例を示す外筒ノズル及びその周辺部の構成の説明図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず図1、図2(A)に於いて、本発明の第1の実施例に於ける微粉炭バーナ1について説明する。
図1中、2はボイラ(図示せず)の火炉、3は該火炉2の炉壁を示している。該炉壁3にスロート4が設けられ、前記炉壁3の反火炉2側にウインドボックス5が取付けられ、該ウインドボックス5の内部に前記微粉炭バーナ1が前記スロート4と同心に設けられている。
前記微粉炭バーナ1は、該微粉炭バーナ1の中心軸心上にノズル本体6を有し、又前記スロート4に連設し、前記ノズル本体6の先端部を囲む様に設けられ、該ノズル本体6と同心の2次空気調整装置7を有している。
前記ノズル本体6は、外筒ノズル8と、該外筒ノズル8と同心多重に設けられた内筒ノズル9とを具備し、前記外筒ノズル8と前記内筒ノズル9との間には、中空筒状の空間で、前記火炉2側端が開口された燃料導通空間11を形成している。
前記外筒ノズル8の内周面には、母線に沿って延在し、且つ周方向に所定の角度ピッチで所要数、例えば45°間隔で断面が三角形状のディフレクタアングル12が配設されている。又、該ディフレクタアングル12のうちの1つは、他のディフレクタアングル12よりも前記外筒ノズル8の軸心に向って突出する高さが高い滞留部形成部材13となっている。尚、該滞留部形成部材13は、全長に亘って高くなっている必要はなく、先端部のみ高くなっていればよい。先端部の軸方向の長さは、先端から所定の長さ、例えば後述する滞留部16が形成されるのに充分な長さとなっている。
前記外筒ノズル8の基部(前記反火炉2側の端部)には、微粉炭混合流導入管14が接線方向から連通されている。該微粉炭混合流導入管14は、微粉炭ミル(図示せず)に接続され、前記微粉炭混合流導入管14を介して搬送用空気である1次空気と微粉炭とが混合された微粉炭混合流15が前記燃料導通空間11に接線方向から流入する。
前記微粉炭混合流15は、前記燃料導通空間11内部を旋回しながら先端側に向って流動する。前記微粉炭混合流15は、流動の過程で前記滞留部形成部材13により微粉炭濃度が上昇した前記滞留部16を形成しつつ、前記外筒ノズル8の先端(前記火炉2側端)から噴出される様になっている。
又、前記外筒ノズル8の外側には、前記ウインドボックス5を貫通してプラズマトーチ17が設けられている。該プラズマトーチ17は、先端に向って漸次前記外筒ノズル8に接近する様傾斜しており、前記プラズマトーチ17の先端は前記滞留部16の先端の近傍に位置している。
前記ウインドボックス5には2次空気送風ダクト18が連通しており、該2次空気送風ダクト18を介して燃焼用空気である2次空気19が前記ウインドボックス5内に流入する。
又、前記内筒ノズル9の基部には、3次空気導入管21の一端が連通し、他端は前記ウインドボックス5の内部に開口する。前記3次空気導入管21には3次空気流量調整弁22が設けられている。前記3次空気導入管21は、前記ウインドボックス5から前記2次空気19の一部を取入れ、前記3次空気流量調整弁22で流量調整し、補助燃焼用空気である3次空気23として前記内筒ノズル9内に導いている。
前記2次空気調整装置7は、前記ノズル本体6の先端部を収納する補助空気調整機構24と、該補助空気調整機構24の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構25から構成されている。
前記補助空気調整機構24は、先端に向って縮径する第1空気ガイドダクト26と、円周等間隔で回転可能に多数設けられたインナ空気ベーン27とを有し、全てのインナ空気ベーン27はリンク機構(図示せず)を介して同期回動可能であり、空気流れに対する傾斜角を変更可能となっている。又、前記主空気調整機構25は、先端に向って縮径する第2空気ガイドダクト28と、円周等間隔で回転可能に多数設けられたアウタ空気ベーン29とを有し、全てのアウタ空気ベーン29は、前記インナ空気ベーン27と同様にリンク機構(図示せず)を介して同期回動可能であり、空気流れに対する傾斜角を変更可能となっている。
尚、前記第2空気ガイドダクト28の先端は、前記スロート4に連続し、前記第1空気ガイドダクト26の先端は前記炉壁3の内壁面から後退した位置にあり、前記外筒ノズル8、前記内筒ノズル9の先端も前記炉壁3の内壁面から後退した位置となっている。
次に、前記微粉炭バーナ1での燃焼について説明する。
微粉炭ミル(図示せず)により粉砕された微粉炭が1次空気により搬送され、微粉炭混合流15として前記微粉炭混合流導入管14より前記燃料導通空間11の基部に供給され、前記微粉炭混合流15は前記燃料導通空間11内を旋回しながら前記火炉2に向って流動する。
前記微粉炭混合流15は、前記燃料導通空間11を流動する過程で、前記ディフレクタアングル12により前記微粉炭混合流15中の微粉炭濃度が均一化され、旋回が抑制されて軸心方向への速度が与えられると共に、前記滞留部形成部材13により旋回する前記微粉炭混合流15が堰き止められることで該微粉炭混合流15の一部が滞留し、前記滞留部形成部材13に隣接して微粉炭濃度が上昇した前記滞留部16が形成される。
前記微粉炭混合流15が前記外筒ノズル8の先端より噴出される際には、前記プラズマトーチ17より噴出されたプラズマが前記滞留部16の先端より噴出された高濃度の前記微粉炭混合流15と交差し、微粉炭が着火される。
又、前記ウインドボックス5には燃焼用空気である前記2次空気19が送給され、該2次空気19は前記アウタ空気ベーン29により旋回力、或は旋回力と風量が調整され、前記第2空気ガイドダクト28を介して前記スロート4に送出される。
尚、前記第2空気ガイドダクト28に取込まれた前記2次空気19の一部は前記インナ空気ベーン27を介して前記第1空気ガイドダクト26の内部に取込まれ、2次補助燃焼用空気として噴出される。又、前記インナ空気ベーン27は空気流れに対して傾斜しており、取込んだ一部の前記2次空気19の旋回力、或は旋回力と風量を調整する様になっている。
前記アウタ空気ベーン29による旋回力と風量の調整、前記インナ空気ベーン27による旋回力と風量の調整で前記2次空気19の供給量及び流れの状態が変化し、微粉炭の燃焼状態が調整される。
又、前記2次空気19の一部が、前記3次空気導入管21を介して3次空気23として取込まれる。該3次空気23は、前記内筒ノズル9の内部を流れ、該内筒ノズル9の先端より前記スロート4に噴出される。
前記3次空気23が噴出されることで、微粉炭の燃焼状態が調整される。従って、前記2次空気19の調整、前記3次空気23の調整等により微粉炭の燃焼状態が最適となる様に調整される。
上述の様に、第1の実施例では、前記ディフレクタアングル12の1つを前記外筒ノズル8の軸心に向って突出させて前記滞留部形成部材13を形成し、該滞留部形成部材13により前記微粉炭混合流15を滞留させて微粉炭濃度を上昇させた前記滞留部16を形成し、該滞留部16から噴出される高濃度の前記微粉炭混合流15と交差させる様に前記プラズマトーチ17よりプラズマを噴出し、着火している。
従って、プラズマにより形成される高温領域を多量の微粉炭(高濃度微粉炭混合流)が通過することとなり、微粉炭の着火安定性が向上し、前記火炉2の温度が低いボイラの起動時(冷缶起動時)であっても、プラズマが高温であることから微粉炭の安定した着火性を得ることができると共に、前記火炉2の温度が上昇した通常時に於いても、該火炉2内に形成される火炎の安定性を向上させることができる。
図2(B)は第1の実施例に於ける前記微粉炭バーナ1の変形例を示している。第1の実施例に於ける変形例では、前記滞留部形成部材13を円周等間隔で複数、例えば4箇所に形成している。
上記変形例では、前記滞留部16が4箇所に形成されるが、該滞留部16も前記滞留部形成部材13と同様に円周等間隔で形成されることとなるので、旋回する前記微粉炭混合流15の流れを偏流させることなく安定した旋回流とすることができる。
次に、図3、図4(A)に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。尚、図3、図4(A)中、図1、図2(A)中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第2の実施例では、外筒ノズル8の内面に設けられたディフレクタアングル12のうちの1つを取除き、取除かれた該ディフレクタアングル12が設けられていた箇所に先端から軸方向に所定の長さ、例えば滞留部16が形成されるのに充分な長さを有する凹溝31が形成されている。
又、ウインドボックス5を貫通し、先端に向って漸次前記外筒ノズル8に接近するプラズマトーチ17の先端が、前記凹溝31の先端の近傍に位置している。
第2の実施例に於いては、微粉炭混合流15が燃料導通空間11を流動する過程で、前記ディフレクタアングル12により前記微粉炭混合流15中の微粉炭濃度が均一化され、旋回が抑制されて軸心方向への速度が与えられると共に、旋回する前記微粉炭混合流15が前記凹溝31内に流入することで前記微粉炭混合流15の一部が前記凹溝31内に滞留し、該凹溝31内に微粉炭濃度が上昇した前記滞留部16が形成される。
前記微粉炭混合流15が前記外筒ノズル8の先端より噴出される際には、前記プラズマトーチ17より噴出されたプラズマが、前記凹溝31の先端より噴出された高濃度の前記微粉炭混合流15と交差し、微粉炭が着火される。
上述の様に、第2の実施例に於いては、前記ディフレクタアングル12の1つを取除き、該ディフレクタアングル12が設けられていた箇所に前記凹溝31を形成し、該凹溝31内に前記滞留部16を形成して該滞留部16から噴出される高濃度の前記微粉炭混合流15と交差する様に前記プラズマトーチ17よりプラズマを噴出し、着火している。
従って、プラズマにより形成される高温領域を多量の微粉炭(高濃度微粉炭混合流)が通過することとなり、微粉炭の着火安定性が向上し、火炉2(図1参照)の温度が低いボイラの起動時(冷缶起動時)であっても、プラズマが高温であることから、微粉炭の安定した着火性を得ることができると共に、前記火炉2の温度が上昇した通常時に於いても、該火炉2内に形成される火炎の安定性を向上させることができる。
図4(B)は第2の実施例に於ける前記微粉炭バーナ1の変形例を示している。第2の実施例に於ける変形例では、前記凹溝31を円周等間隔で複数、例えば4箇所に形成している。
上記変形例では、前記滞留部16も前記凹溝31と同様に円周等間隔で形成されることとなるので、旋回する前記微粉炭混合流15の流れを偏流させることなく安定した旋回流とすることができる。
次に、図5(A)に於いて、本発明の第3の実施例について説明する。尚、図5(A)中、図1、図2(A)中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第3の実施例は、第1の実施例と第2の実施例とを組合わせたものであり、ディフレクタアングル12のうちの1つを、他のディフレクタアングル12よりも外筒ノズル8の軸心に向って突出する高さが高い滞留部形成部材32とすると共に、該滞留部形成部材32の微粉炭混合流15の反旋回側に隣接して、前記外筒ノズル8の内面に凹溝33が形成されている。尚、前記滞留部形成部材32と前記凹溝33は、共に滞留部16が形成されるのに充分な長さを有しているものとする。
又、ウインドボックス5を貫通し、先端に向って漸次前記外筒ノズル8に接近するプラズマトーチ17の先端が、前記凹溝33の先端の近傍に位置している。
第3の実施例に於いても、前記微粉炭混合流15が燃料導通空間11を流動する過程で、前記ディフレクタアングル12により前記微粉炭混合流15中の微粉炭濃度が均一化され、旋回が抑制されて軸心方向への速度が与えられる。又、旋回する前記微粉炭混合流15が前記凹溝33内に流入すると共に、前記滞留部形成部材32に堰き止められることで、前記微粉炭混合流15の一部が滞留し、前記凹溝33内及び前記滞留部形成部材32に隣接した箇所に微粉炭濃度が上昇した前記滞留部16が形成される。
前記微粉炭混合流15が前記外筒ノズル8の先端より噴出される際には、前記プラズマトーチ17より噴出されたプラズマが、前記滞留部16から噴出された高濃度の前記微粉炭混合流15と交差し、微粉炭が着火される。
第3の実施例に於いても、第1の実施例、第2の実施例と同様、プラズマにより形成される高温領域を多量の微粉炭(高濃度微粉炭混合流)が通過することとなるので、微粉炭の着火安定性が向上し、火炉2(図1参照)の温度が低いボイラの起動時(冷缶起動時)であっても、プラズマが高温であることから微粉炭の安定した着火性を得ることができると共に、前記火炉2の温度が上昇した通常時に於いても、該火炉2内に形成される火炎の安定性を向上させることができる。
図5(B)は第3の実施例に於ける前記微粉炭バーナ1の変形例を示している。第3の実施例に於ける変形例では、前記滞留部形成部材32及び前記凹溝33を円周等間隔で複数、例えば4箇所に形成している。
上記変形例では、前記滞留部16も前記滞留部形成部材32及び前記凹溝33同様に円周等間隔で形成されることとなるので、旋回する前記微粉炭混合流15の流れを偏流させることなく安定した旋回流とすることができる。
又、第1の実施例〜第3の実施例に於いては、前記火炉2の温度が低いボイラ起動時(冷缶起動時)であっても、安定して微粉炭を着火させることができるので、ボイラ起動時に前記火炉2の温度を上昇させる為の油バーナ等が不要となり、製作コスト、燃料コストの低減を図ることができる。
又、第1の実施例〜第3の実施例に於いては、微粉炭の着火手段として前記プラズマトーチ17を用いる場合について説明したが、着火手段としてプラズマ以外の手段を用いる場合、或は褐炭等の低品位炭を燃焼させる場合に於いても、前記滞留部16を形成し、微粉炭濃度の上昇した領域を作ることで、着火安定性の向上や前記火炉2内に形成される火炎の安定性の向上を図ることができる。
尚、第1の実施例〜第3の実施例に於いては、前記プラズマトーチ17を前記外筒ノズル8の周囲に前記ウインドボックス5を貫通させて設けているが、前記プラズマトーチ17はプラズマにより形成される高温領域を前記滞留部16にて濃度が上昇した前記微粉炭混合流15が通過する様に設ければよく、例えば前記プラズマトーチ17を傾斜させた状態で前記内筒ノズル9内に挿通しても良い。
1 微粉炭バーナ
2 火炉
6 ノズル本体
7 2次空気調整装置
8 外筒ノズル
9 内筒ノズル
11 燃料導通空間
12 ディフレクタアングル
13 滞留部形成部材
15 微粉炭混合流
16 滞留部
17 プラズマトーチ
19 2次空気
23 3次空気
31 凹溝
32 滞留部形成部材
33 凹溝

Claims (5)

  1. 火炉に向って開口し、微粉炭と搬送用空気とが混合された微粉炭混合流を旋回させながら噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ補助燃焼用空気を噴出する内筒ノズルとを有するノズル本体と、該ノズル本体の周囲から燃焼用空気を噴出する2次空気調整装置と、プラズマを噴出するプラズマトーチとを具備し、前記外筒ノズルの内面に微粉炭濃度を上昇させる滞留部を形成し、該滞留部より噴出される前記微粉炭混合流にプラズマが噴出する様前記プラズマトーチが配設されたことを特徴とする微粉炭バーナ。
  2. 前記外筒ノズルの内面に設けられた軸心方向に沿って延在する複数のディフレクタアングルを更に具備し、他のディフレクタアングルよりも軸心方向に向って突出したディフレクタアングルにより滞留部形成部材が形成され、前記滞留部は前記滞留部形成部材により形成された請求項1の微粉炭バーナ。
  3. 前記滞留部形成部材に隣接して前記外筒ノズルの内面に形成された凹溝を更に具備し、前記滞留部は前記滞留部形成部材と前記凹溝とにより形成された請求項2の微粉炭バーナ。
  4. 前記外筒ノズルの内面に形成された凹溝を更に具備し、前記滞留部は前記凹溝により形成された請求項1の微粉炭バーナ。
  5. 前記滞留部は円周等間隔に複数形成された請求項2〜請求項4のうちいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
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