JP2638040B2 - 微粉炭燃焼装置 - Google Patents

微粉炭燃焼装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微粉炭燃焼装置に係り、特に高燃料比炭(低
揮発分炭)の着火を促進するのに好適な微粉炭燃焼装置
に関する。
〔従来の技術〕
第4図は、従来技術による断面L字状外周保炎器を有
した低NOx微粉炭バーナの上半分断面図である。この装
置は、火炉側壁のバーナスロート部10に開口する微粉炭
管20と、該微粉炭管20の噴出口に設けられた断面L字状
をなす保炎リング50と、該保炎リング50の微粉炭管中心
方向の一辺に設けられた保炎エッジ51と、前記微粉炭管
20の外周に設けられた二次空気スリーブ30と、該二次空
気スリーブ30の先端に設けられた外向きのガイドスリー
ブ31と、前記微粉炭管20と二次空気スリーブ30間の二次
空気通路に設けられた二次空気レジスタ33および二次ベ
ーン32と、前記二次空気スリーブ30とバーナスロート10
間の三次空気通路に設けられた三次空気レジスタ43と、
前記微粉炭管20の中心に設けられたディスタンスピース
61およびその先端に取りつけられた起動用のスタートア
ップバーナ60とから構成されている。
上記バーナ構成において、微粉炭は、搬送用空気(一
次空気)によって輸送され、微粉炭流となって微粉炭管
20から噴出口を通って炉内に噴射される。この際、断面
L字状保炎リング50および保炎エッジ51によって保炎リ
ング50のL字状部の内側に渦流を生じ、この渦流によっ
て微粉炭流は該L字状部の外側に拡散するのを抑制さ
れ、ここで着火して保炎作用を生じる。一方、二次空気
は二次空気レジスタ33を経て、二次ベーン32で旋回力を
与えられた後、前記微粉炭流の燃焼による火炎の外周部
を通って炉内に供給され、またさらに三次空気は三次空
気レジスタ43を経て前記二次空気の外周部から炉内に供
給される。なお石炭ボイラの起動時にはディスタンスピ
ース61の先端に設けられたスタートアップバーナ60から
油が霧され、着火される。
このような装置では、微粉炭の拡散を防止して高温還
元域をバーナ先端に著しく近づけることができるため、
微粉炭管噴出口の着火性を高めて良好な気相還元を行う
ことができる。しかし、この機能を保持するためには、
微粉炭管先端の保炎リング内周に沿って微粉炭のよどみ
域を形成させ、微粉炭を必要以上に半径方向へ散布させ
ずに噴出口で急速着火させることが必要である。従っ
て、使用する石炭の揮発分含有量が多い低燃料比炭ほど
その機能が発揮されるが、逆に揮発分含量が少ない高燃
料比炭を使用する場合は、急速着火を得るためにさらに
別の機能を追加しなければならない。
また同一の揮発分を有する炭種でも、石炭の粉砕機
(ミル)の性能によって得られる微粉炭の粒度、および
微粉炭/搬送空気の重量比(C/A)が異なるため、これ
らによって前記バーナでの急速着火および保炎が大きく
影響される。経験的に、急速着火には、40μm以下の微
細粒子の含有率が多い程よく、またC/Aの値が大きい程
よいことがわかった。しかしながら、ミル制御機能をボ
イラの各負荷に追従した要求条件と一致させることは困
難である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、別の
装置を追加することなく、また炭種およびミル性能に左
右されずに急速着火を促進することができる微粉炭燃焼
装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
(1) 火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火炉内
に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記微粉
炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭管と
その外周側に設けられた二次空気の供給管との間に形成
された二次空気の通路と、該二次空気の供給管の外側に
形成された三次空気の通路と、前記二次空気と三次空気
の通路にそれぞれ空気または酸素含有気体を供給する手
段と、前記微粉炭管の先端または先端付近に設けられた
保炎器とを備えた微粉炭燃焼装置において、前記保炎器
の上流側に微粉炭管中心軸上に整流ブロックと、ルーバ
形粗粒分離器とを設けたことを特徴とする微粉炭燃焼装
置。
(2) 火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火炉内
に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記微粉
炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭管と
その外周側に設けられた二次空気の供給管との間に形成
された二次空気の通路と、該二次空気の通路に空気また
は酸素含有気体を供給する手段と、前記微粉炭管の先端
または先端付近に設けられた保炎器とを備えた微粉炭燃
焼装置において、前記保炎器の上流側に微粉炭管中心軸
上に整流ブロックと、ルーバ形粗粒分離器とを設けたこ
とを特徴とする微粉炭燃焼装置。
(3) 火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火炉内
に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記微粉
炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭管と
その外周側に設けられた二次空気の供給管との間に形成
された二次空気の通路と、該二次空気の供給管の外側に
形成された三次空気の通路と、前記二次空気と三次空気
の通路にそれぞれ空気または酸素含有気体を供給する手
段と、前記微粉炭管の先端または先端付近に設けられた
保炎器とを備えた微粉炭燃焼装置において、前記保炎器
の上流側に微粉炭管中心軸上に整流ブロックと、ルーバ
形粗粒分離器とを設け、さらに前記保炎器の炉内側表面
に加熱手段を設けたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
(4) ルーバー形粗粒分離器が微粉炭管中心軸上にス
ライド可能に設けられたことを特徴とする(1)乃至
(3)のいずれかに記載の微粉炭燃焼装置。
(5) 整流ブロックおよびルーバー形粗粒分離器の表
面の一部または全部が耐磨耗材であることを特徴とする
(1)乃至(4)のいずれかに記載の微粉炭燃焼装置。
〔作用〕
微粉炭管中心軸上に設けられる塊状の整流ブロックお
よびルーバ形粗粒分離器によって、急速着火に好適な微
細粒子のみが保炎器に捕捉されるため、微粉炭混合気の
着火が促進される。また前記ルーバ形粗粒分離器は微粉
炭管中心軸上にスライドさせることができるため、適正
な微細粒子を保炎器近傍に集めることができる。さらに
この微粉炭混合気は、保炎器の炉内側表面に加熱手段
(例えばセラミックスヒータ)を設けることにより、よ
り急速に着火させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す微粉炭バーナの上
半分断面図、第2図は、第1図の保炎リングの正面図で
ある。第1図において第4図と同一部分は同一符号を付
し説明を省略する。図において第4図と異なる点は、断
面L字状保炎リング50の上流側の微粉炭管20中心軸上の
ディスタンスピースに支持された整流ブロック101およ
びルーバ100と、保炎リング50および保炎エッジ51上に
複数個の電気式セラミックスヒータ201とを設けたこと
である。
このような構成において、一次空気とともに微粉炭管
20に供給された微粉炭は、ディスタンスピース61上に設
置された整流ブロック101によって一端半径方向に分
散、整流されたあと、その後流に設置されたルーバ100
によって粗粒混合気と微細粒子混合気とに分流される。
すなわち、内周側に粗粒混合気、外周側に微細粒子混合
気が移動する。外周側の微細粒子混合気は、保炎リング
50および保炎エッジ51に捕捉され、保炎リング50によっ
て巻き込まれた二次空気とともに保炎リング50内周に沿
って微小渦のよどみ域を形成する。一方、内周側に分流
された粗大粒径の微粉炭混合気は、バーナ中心軸に沿っ
て流れるうちに“蒸し焼き”状態となり、粗大粒径の微
粉炭はチャーとなり、さらにチャー中の窒素化合物(NO
x)のガス化が促進される。従ってバーナ火炎後流にお
いて、粗大粒径のチャーからのNOx生成を抑制すること
ができる。
前記ルーバ100は、図示していないが、ディスタンス
ピース61からの支持部品に支持されており、この支持部
品、例えば支持棒を介してディスタンスピース61上をバ
ーナ軸方向にスライドさせることが可能であり、これに
より適正な微細粒子混合気を保炎リング50の近傍に集め
ることができる。
適正に捕捉された微細粒子を有する混合気は、保炎リ
ング50および保炎エッジ51上に設置されたセラミックス
ヒータ201によって加温され、着火に至る。セラミック
スヒータ201は、1000℃以上に赤熱されているため、保
炎リング50の表面が火種として作用する。
着火した微粉炭群は、三次空気レジスタ43によって強
旋回流が形成された三次空気により生ずる大きな自己再
循環領域によって保炎が継続される。燃焼継続によって
雰囲気温度が上昇してセラミックスヒータ201による赤
熱を必要としない輻射の条件が満たされた状態になれ
ば、セラミックスヒータ201の電源を切ってもよい。
第3図は、本発明のバーナと従来バーナとを用いてテ
スト炉500(kg/h、石炭換算)で試験した際の着火保炎
限界線図である。図において、Aは従来バーナを使用し
た場合、Bは本発明のバーナを使用した場合である。本
発明のバーナを使用することにより、揮発分の少ない高
燃料比炭の自己着火、保炎が可能となり、また予熱空気
温度の低下が可能となる。従って、ボイラにおける水平
燃焼の限界を緩和し、ボイラ冷缶起動時の石炭投入時期
を早めることができる。
なお、本発明におけるルーバ100および整流ブロック1
01は、その表面が微粉炭の衝突によって摩耗し易いた
め、これらの一部または全部にセラミックスのような耐
摩耗材を使用することが好ましい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、急速着火に必要な微細粒子混合気を
捕捉することができ、経済性が向上する。また該混合気
を保炎リングにヒーターを埋め込むことにより、微粉炭
混合気のより急速着火が可能となり、さらに経済性が向
上する。従って使用可能な炭種を拡大することができ、
また、ミル性能にも左右されない高燃料比炭を使用する
際にも別の装置を追加する必要がない。また低負荷帯に
おいても燃焼が維持できるとともに石炭ボイラのスター
トアップ時の油使用量が低減でき、経済性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す微粉炭バーナの上半
分断面図、第2図は、第1図の保炎リングの正面図、第
3図は、本発明のバーナと従来バーナの着火保炎限界線
図、第4図は、従来技術による微粉炭バーナの上半分断
面図である。 10……バーナスロート、20……微粉炭管、30……二次空
気スリーブ、31……ガイドスリーブ、32……二次ベー
ン、33……二次空気レジスタ、43……三次空気レジス
タ、50……保炎リング、51……保炎エッジ、60……スタ
ートアップバーナ、61……ディスタンスピース、100…
…ルーバ、101……整流ブロック、201……セラミックス
ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中下 成人 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 倉増 公治 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 藤本 浩之 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社呉工場内

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火
    炉内に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記
    微粉炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭
    管とその外周側に設けられた二次空気の供給管との間に
    形成された二次空気の通路と、該二次空気の供給管の外
    側に形成された三次空気の通路と、前記二次空気と三次
    空気の通路にそれぞれ空気または酸素含有気体を供給す
    る手段と、前記微粉炭管の先端または先端付近に設けら
    れた保炎器とを備えた微粉炭燃焼装置において、前記保
    炎器の上流側の微粉炭管中心軸上に整流ブロックと、ル
    ーバ形粗粒分離器とを設けたことを特徴とする微粉炭燃
    焼装置。
  2. 【請求項2】火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火
    炉内に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記
    微粉炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭
    管とその外周側に設けられた二次空気の供給管との間に
    形成された二次空気の通路と、該二次空気の通路に空気
    または酸素含有気体を供給する手段と、前記微粉炭管の
    先端または先端付近に設けられた保炎器とを備えた微粉
    炭燃焼装置において、前記保炎器の上流側の微粉炭管中
    心軸上に整流ブロックと、ルーバ形粗粒分離器とを設け
    たことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
  3. 【請求項3】火炉側壁のバーナスロートに挿入され、火
    炉内に微粉炭を空気とともに供給する微粉炭管と、前記
    微粉炭管に微粉炭と空気を供給する手段と、前記微粉炭
    管とその外周側に設けられた二次空気の供給管との間に
    形成された二次空気の通路と、該二次空気の供給管の外
    側に形成された三次空気の通路と、前記二次空気と三次
    空気の通路にそれぞれ空気または酸素含有気体を供給す
    る手段と、前記微粉炭管の先端または先端付近に設けら
    れた保炎器とを備えた微粉炭燃焼装置において、前記保
    炎器の上流側の微粉炭管中心軸上に整流ブロックと、ル
    ーバ形粗粒分離器とを設け、さらに前記保炎器の炉内側
    表面に加熱手段を設けたことを特徴とする微粉炭燃焼装
    置。
  4. 【請求項4】ルーバー形粗粒分離器が微粉炭管中心軸上
    にスライド可能に設けられたことを特徴とする請求項1
    乃至3のいずれかに記載の微粉炭燃焼装置。
  5. 【請求項5】整流ブロックおよびルーバー形粗粒分離器
    の表面の一部または全部が耐磨耗材であることを特徴と
    する請求項1乃至4のいずれかに記載の微粉炭燃焼装
    置。
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