JP2654386B2

JP2654386B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2654386B2
Application number: JP1367488A
Authority: JP
Inventors: 彰馬場; 邦夫沖浦
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-01-26
Filing date: 1988-01-26
Publication date: 1997-09-17
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JPH01189407A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の未燃分を
低減するのに好適な燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

微粉炭焚ボイラは、第３図に示す構成になつている。

図中の31は重油タンク、32は軽油タンク、33はミル、
34はコールバンカ、35はエアヒータ、36はボイラ火炉、
39は微粉炭供給管、40は風箱、45はバーナである。

ボイラのコールドスタートの際には、まず、軽油点火
バーナにより、重油起動バーナ37（第４図参照）に点火
する。そして、重油バーナのみによつて、ボイラ負荷の
25〜35％まで焚きあげる。そして、火炉内温度が十分に
上つた時点で、ミル33から微粉炭燃料を送り、微粉炭専
焼に徐々に切り換える。

微粉炭の搬送に用いられる空気は、エアヒータ35によ
つて、ボイラ排ガスと熱交換された後、ミル33に送ら
れ、コールバンカ34から供給される塊炭に付着した水分
の除去と、ミル33に付設した分級器の作動エアとして、
さらには、ミル33で粉砕された微粉炭をバーナ45まで搬
送するための空気として使用される。

第４図には、従来型の微粉炭用バーナを示した。この
バーナは、点火バーナ38と起動バーナ37が付属して微粉
炭バーナを構成している。燃焼用空気は、42の２次エア
レジスタと、41の３次エアレジスタにより、旋回が加え
られた後、炉内に投入される。一方、微粉炭は、39の供
給管を通り、バーナノズル43へ送られるが、その間に44
のベンチユリー部を通過するのみで、ほぼ自由噴流に近
い状態で炉内に吹き込まれることになる。

このバーナの特長は保炎器がなく、燃焼用空気の旋回
によつて逆流域が生じ、火炎の伝播速度以下の低流速域
で、火炎が保持されるのみであつた。したがつて粒子の
分散は、良好なものの、火炎が不安定であり、バーナの
空気側の操作条件に極めて左右されやすいという欠点が
あつた。

そこで、バーナ近傍の火炎安定化とともに、低NO_X化
を計るために、第５図に示す外周保炎器付バーナと、第
６図に示す火炎分割用Ｖ型保炎器付バーナ等が考案され
た。

第５図に示すのは外周保炎器付バーナで、図中の21は
起動用油バーナ、22は２次空気、23は３次空気、24は微
粉炭供給管、25は外周保炎器、26は空気旋回器である。

保炎器内部25に、常に低流速で微粉炭が循環するため
に火炎が存在し、この領域における発熱が着火源となつ
て火炎伝播する。一方、燃焼用空気は強旋回によつて少
し遅れて微粉炭火炎に混合するために、バーナ近傍の火
炎は強還元状態となる。したがつて、このようなバーナ
構造で瀝青炭のように揮発分の多い燃料を燃す場合につ
いては低NO_X化が容易であつたが、微粉炭流の中心部に
酸化剤である空気が入り難く未燃分の増加を抑制できな
いという欠点があつた。

第６図に示したバーナは、Ｖ型保炎器27を燃料管出口
に設けることによつて、微粉炭粒子の噴出速度の低下を
計り、さらに燃料が２方向に分岐されるために、火炎の
表面積が増加して、粒子の拡散性に優れる。しかし、火
炎の安定性に欠ける難点があつた。

なお、図中の28は、高濃度火炎、29は低濃度火炎であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、高燃料比炭のように、難燃性の固体
燃料燃焼の際、未燃分対策について配慮されておらず、
バーナ近傍における着火保炎性に問題があり、バーナの
負荷変化等の燃焼条件変化時において、火炎の安定が十
分計れなかつた。

本発明の目的は、燃焼条件の変化に応じて保炎器内部
の容積を変化させて、保炎器内部における発熱量を変
え、火炎の安定化を計り、揮発分の極めて少ない、高燃
料比炭の燃焼においても、火炉出口部における灰中未燃
分を低下させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、微粉状の固体燃料を火炉内に噴射する内
筒の燃料噴射部に保炎器を設けた燃焼装置において、前
記内筒に対して保炎器の保炎筒を内筒の軸方向に移動可
能にして、保炎器の内部容積を可変にすることで達成さ
れる。

〔作用〕

保炎器の容積を変えることは、保炎器内部への微粉炭
の循環量が変わることであり、微粉炭主流に対して与え
る輻射熱を中心とした熱量を調節できる。したがつて、燃料種の変化への対応粒度変化への対応負荷変化すなわち、微粉炭流量及び搬送用空気流
量，流速の変化への対応が容易であり、常に安定した保炎燃焼状態を保持するこ
とが可能である。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例に係るバーナの断面構造を示
す。なお、第２図は、その正面図である。微粉炭１は、
ミルから空気によつて搬送され、第１図のベンチユリー
６を通過後、保炎器５によつて着火・保炎された後、火
炉４へ投入される。一方、燃焼用空気は、風箱９からエ
アレジスタ７を通つて旋回がかけられた後、炉内へ投入
される。

一方、保炎器の内部容積V₀（第１図の11の部分）を可
変とする手法として、第１図の12の保炎器スライドレバ
ーを設けた構造とした。

なお、図中の２は２次空気、３は３次空気、８はバー
ナスロート、10はレバー、13は内筒（バーナノズル）で
ある。

ここでは、外周保炎器５をスライドさせて保炎器５の
内部容積を変える方法としたが、外周保炎リングの位置
を固定しておいて、内筒13をスライドしても同様の効果
を得ることもできる。

第11図に外周保炎器を使用した場合の微粉炭燃焼の模
式図を示した。ここでは、燃焼用空気の投入系統につい
ては省略した。微粉炭14は内筒13で供給され、ノズル部
15から噴流となつて炉内へ投入されるが、デイフユーザ
16と外周保炎器５の構成によつて、火炎が保持される。
すなわち、ノズル部15で剥離した微粒子は、循環域17に
入り低速で移動循環するため、安定した状態で発熱す
る。ここでの発熱量は、粒径，粒子速度，燃焼用空気等
によつて変わるが、これらのパラメータを一定とする
と、その容積11（第１図参照）にほぼ比例すると考えら
れる。

この保炎器５の個所を拡大して第７図に示した。ここ
では、保炎器の容積V₀とV₁の２つのケースについて示
し、V₀＞V₁の関係にある。保炎器径が大きくなると、内
部容積も大きくなり、ここでの発熱量も増加するため
に、粒子への着火が容易となる。ただし、微粉炭粒子の
加熱は、ほとんど輻射によつて行なわれるために、伝熱
は保炎器内部のコーン状の保炎器内部循環域表面積Ｓ
（S₀,S₁）にほぼ比例する。保炎器の直径が大きくなる
につれて、容積Ｖはｄの３乗で大きくなるが、Ｓの方は
ｄの２乗で増加する。したがつて、あまり径を大きくす
ると、保炎器内部における発熱量が伝熱を上回る傾向と
なるため、バーナのバーンアウトにもつながるため、燃
料側の条件に合わせた適切な保炎器の大きさが存在す
る。

さて、この保炎器５内部での燃焼が着火域Ａとする
と、保炎器５の外部における燃焼、特に揮発分の燃焼域
が１次燃焼域Ｂであり、さらにチヤーの燃焼を２次燃焼
域Ｃと称すことにする。

高燃料比炭の燃焼においては、燃料中の揮発分が極め
て少ないために、この１次燃焼域Ｂは、あまり期待でき
ない。瀝青炭の燃焼においては、揮発分の燃焼速度がチ
ヤーの燃焼と比較して大きいために、微粉炭の粒子速度
が大きくても、着火保炎はこの１次燃焼域Ｂがバーナ近
傍に存在することで、火炎のリフト等をさけることがで
きる。

一方、高燃料比炭の場合は、ほとんどチヤーの燃焼に
近く、保炎器で着火火炎の安定を計らなければならず必
然的に保炎器構造は大きくなる。

第８図は、保炎器の容積を増大した場合の炉出口部の
未燃分の傾向を示したものであり、小型燃焼炉における
実験データである。第８図から保炎器容積を増大する
と、特に燃料比（FR）が４以上の高燃料比炭の燃焼に関
して未燃分低減に有効なことがわかる。

第９図には、多数バーナを使用した場合のバーナ負荷
すなわち、微粉炭流量を変えた場合の炉出口部における
灰中未燃分の動向を示した。第９図のV₀,V₁は第７図で
示した保炎器内部容積であり、V₀＞V₁の関係にある。こ
の図からも保炎器内容積を増やした方が未燃分低減に有
効なことがわかる。

第10図には、バーナ負荷と火炎の不安定化が起因する
炉内圧力変動との関係について、それぞれの保炎器を使
用した場合で比較した。第10図のＶ^＊は、バーナ負荷に
応じて保炎器容積を変えた場合を示す。保炎器が小さい
場合、負荷が低い場合、火炎が不安定であり、また保炎
器が大きいと、負荷が大きくなるにつれ保炎器内に灰が
付着し、火炎が不安定化するとともに、焼損の可能性が
でてくる。

本発明の他の実施例を、第12図，第13図，第15図に示
す。第14図は第13図の正面図である。

第12図は保炎器内部の容積を変える方法として、内筒
13をスライドさせる構造とする。この構造は、構造が単
純で同様の効果が期待できる。

さらに第13図には、可動する保炎板5aを有する保炎器
５の構造を示す。この保炎器５の特長は、内部容積が可
変なことの他に２次空気２を微粉炭流14に混合できる構
造のために、微粉炭粒子の分散効果が優れる点が挙げら
れる。第14図はその正面図で、図中の18は開口部を示
す。第15図は第14図に示した保炎器５において、保炎板
5aを通過する２次空気量を変えるために、保炎板を２枚
有し、それぞれ回転することによつて２次空気２の通過
断面積を変えることができる。この構造によつて、保炎
器内部容積と共に、粒子濃度も調整することができる効
果が挙げられ、火炎の安定化向上による未燃分の低減が
期待できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、保炎器内部容積を可変できるので、
以下の項目につき効果がある。

（１）燃料比が１未満から10以上の石炭につき、連続
燃焼が可能。

（２）連続燃焼のまま、バーナ負荷を25％から100％
の間で可変。

（４）火炎の安定化が向上するために、（ａ）火炉内静圧変動が低下（ｂ）火炉出口部未燃分低下すなわち、燃焼効率の向
上等が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る燃焼装置の側断面図、
第２図はその正面図、第３図はボイラ燃焼系統図、第４
図は従来型微粉炭バーナの側断面図、第５図は従来型外
周保炎器付微粉炭バーナの側断面図、第６図（ａ），
（ｂ）は従来型Ｖ型インペラ付微粉炭バーナの断面図な
らびに火炎説明図、第７図（ａ），（ｂ）は前記一実施
例に係るバーナの外周保炎部の断面図、第８図は保炎器
の容積と炉出口部における未燃分との関係を示す特性
図、第９図はバーナ負荷と炉出口部灰中未燃分との関係
を示す特性図、第10図はバーナ負荷と炉内圧力変動との
関係を示す特性図、第11図はバーナ近傍における燃焼模
式図、第12図は本発明の他の実施例を示すバーナの側断
面図、第13図は同じく他の実施例を示す側断面図、第14
図はその正面図、第15図（ａ），（ｂ）はその他の実施
例を示すバーナの側断面図ならびに正面図である。１……微粉炭、４……火炉、５……保炎器、11……保炎
器内容積、12……レバー、13……内筒。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉状の固体燃料を火炉内に噴射する内筒
の燃料噴射部に保炎器を設けた燃焼装置において、前記
内筒に対して保炎器の保炎筒を内筒の軸方向に移動可能
にすることにより、保炎器の内部容積を可変にしたこと
を特徴とする燃焼装置。