JP2664996B2 - 石炭だき二段燃焼器 - Google Patents
石炭だき二段燃焼器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、石炭だきMHD発電に使用される二段燃焼器
に関する。しかしながら、本発明はこれに限らず、石炭
だきディフュザーボイラや石炭だきガスタービンにも適
用できるものである。
に関する。しかしながら、本発明はこれに限らず、石炭
だきディフュザーボイラや石炭だきガスタービンにも適
用できるものである。
従来の技術 微粉炭、CWM（石炭・水混合物）又はCOM（石炭・重油
混合物）等の石炭を燃料として高温ガスを発生させて高
温熱エネルギーを動力源とする各種プラント、例えば石
炭だきMHD（Magnet Hydro Dynamics）発電プラント等の
燃焼器の従来例として、次のような二段形の燃焼器があ
る。
混合物）等の石炭を燃料として高温ガスを発生させて高
温熱エネルギーを動力源とする各種プラント、例えば石
炭だきMHD（Magnet Hydro Dynamics）発電プラント等の
燃焼器の従来例として、次のような二段形の燃焼器があ
る。
第３及び４図に示すように、燃焼器１は夫々、横形二
段（第３図）又は縦形二段（第４図）のMHD発電プラン
ト用燃焼器として構成されている。これらの燃焼器１は
石炭燃料の燃焼ガス中に混在する溶融した燃焼残渣（ス
ラグ）成分Ｓをその燃焼室内の炉壁面で遠心力作用によ
って分離・抽出する機能をもつ第１段燃焼室2aと、MHD
発電においては燃焼ガスを作動ガスとして用いるので、
その作動ガスの導電性を高めるために、酸化剤及び例え
ばカリウム化合物（具体的にはKOH水溶液又はK2CO3）
等、即ち、シード剤を燃焼ガス中に噴霧蒸発させ高温ガ
スをイオン化した、燃焼ガスプラズマを製造するための
第２段燃焼室2bとに区画されている。
段（第３図）又は縦形二段（第４図）のMHD発電プラン
ト用燃焼器として構成されている。これらの燃焼器１は
石炭燃料の燃焼ガス中に混在する溶融した燃焼残渣（ス
ラグ）成分Ｓをその燃焼室内の炉壁面で遠心力作用によ
って分離・抽出する機能をもつ第１段燃焼室2aと、MHD
発電においては燃焼ガスを作動ガスとして用いるので、
その作動ガスの導電性を高めるために、酸化剤及び例え
ばカリウム化合物（具体的にはKOH水溶液又はK2CO3）
等、即ち、シード剤を燃焼ガス中に噴霧蒸発させ高温ガ
スをイオン化した、燃焼ガスプラズマを製造するための
第２段燃焼室2bとに区画されている。
前者の横形二段燃焼器１においては、第１段燃焼室2a
後流側に平板オリフィス型の絞り隔壁（板）３を配置
し、更にその後流側に高温ガス通路４を介在させて第２
段燃焼室2bと別置にしている。
後流側に平板オリフィス型の絞り隔壁（板）３を配置
し、更にその後流側に高温ガス通路４を介在させて第２
段燃焼室2bと別置にしている。
また、後者の縦形二段燃焼器１においては、垂直方向
同一軸上にて前記隔壁３を介して各燃焼室2a,2bを直結
し、そのうち、第２段燃焼室2bの後流（側壁）側に高温
ガス通路４を取付けている。
同一軸上にて前記隔壁３を介して各燃焼室2a,2bを直結
し、そのうち、第２段燃焼室2bの後流（側壁）側に高温
ガス通路４を取付けている。
なお、後者の縦型二段燃焼器１の場合には、その第１
段燃焼室2aに縦形サイクロン形式が採用されており、こ
の燃焼室2a内下方に前記燃焼残渣Ｓ排出用の隔壁板３′
が付設されている。
段燃焼室2aに縦形サイクロン形式が採用されており、こ
の燃焼室2a内下方に前記燃焼残渣Ｓ排出用の隔壁板３′
が付設されている。
そして、第１段燃焼室2a内には微粉炭等の燃料供給系
統５に接続して第１段燃焼室2a内にその燃料を噴射する
ためのバーナ６と、酸化剤（高温空気）供給系統７に接
続してその１次酸化剤G1が室2a内に投入されることによ
り、燃焼ガスに旋回を与えるための１次酸化剤供給用サ
イクロンノズル８とが適当な位置に配置されている。更
に燃焼室2aの底部にはスラグ排出系統９に接続して燃焼
ガスから分離される溶融スラグを捕集するためのスラグ
ポット（又は縦形サイクロン底部）10が設けられてい
る。
統５に接続して第１段燃焼室2a内にその燃料を噴射する
ためのバーナ６と、酸化剤（高温空気）供給系統７に接
続してその１次酸化剤G1が室2a内に投入されることによ
り、燃焼ガスに旋回を与えるための１次酸化剤供給用サ
イクロンノズル８とが適当な位置に配置されている。更
に燃焼室2aの底部にはスラグ排出系統９に接続して燃焼
ガスから分離される溶融スラグを捕集するためのスラグ
ポット（又は縦形サイクロン底部）10が設けられてい
る。
一方、第２段燃焼室2bには前記酸化剤供給系統７から
分岐された配管に接続して、燃焼室2b内に新たな酸化
剤、即ち２次酸化剤G2を噴射するための２次酸化剤供給
用サイクロンノズル11と、シード剤のシード供給系統12
に接続して燃焼室2b内に噴霧するためのシード噴射ノズ
ル13とが夫々適当な位置に配置されている。
分岐された配管に接続して、燃焼室2b内に新たな酸化
剤、即ち２次酸化剤G2を噴射するための２次酸化剤供給
用サイクロンノズル11と、シード剤のシード供給系統12
に接続して燃焼室2b内に噴霧するためのシード噴射ノズ
ル13とが夫々適当な位置に配置されている。
一方、燃焼室2bの後流側となる側壁開口部には、構成
上、主に矩形断面形状とされた発電チャネル14を接続し
ており、このチャネル14に前述の如く燃焼室2b内で蒸発
するシード剤により生成された高温ガスプラズマを、一
様な平行流に整流して供給することとなる。なお、第３
図中、符号15はバイパス管を示す。
上、主に矩形断面形状とされた発電チャネル14を接続し
ており、このチャネル14に前述の如く燃焼室2b内で蒸発
するシード剤により生成された高温ガスプラズマを、一
様な平行流に整流して供給することとなる。なお、第３
図中、符号15はバイパス管を示す。
このように、第１段燃焼室2a内のスラグＳを分離抽出
するために燃焼室内に酸化剤の強力な旋回渦流Ｆを形成
させることによって、燃焼ガス中の微粒子状の燃焼残渣
Ｓに遠心力を作用させ、燃焼室2aの内周壁に向って飛翔
させて壁面にて分離した後、溶融スラグを壁面に沿って
流下させてスラグポット（又は縦型サイクロン底部）10
で捕集する。
するために燃焼室内に酸化剤の強力な旋回渦流Ｆを形成
させることによって、燃焼ガス中の微粒子状の燃焼残渣
Ｓに遠心力を作用させ、燃焼室2aの内周壁に向って飛翔
させて壁面にて分離した後、溶融スラグを壁面に沿って
流下させてスラグポット（又は縦型サイクロン底部）10
で捕集する。
また、通常は石炭中（炭種によって異なるが）には、
燃焼反応生成物として15〜30％のスラグＳ成分が含まれ
ており、このスラグＳの成分は、SiO2,AlO3,Ca,FeOから
なり、このうち主成分はSiO2とAlO3であり、SiO2は全体
の約60％を占めている。
燃焼反応生成物として15〜30％のスラグＳ成分が含まれ
ており、このスラグＳの成分は、SiO2,AlO3,Ca,FeOから
なり、このうち主成分はSiO2とAlO3であり、SiO2は全体
の約60％を占めている。
以上のようなMHD発電においては約2500〜3000゜Kの高
温ガスプラズマを生成して発電チャネル14へ供給する必
要があるが、しかしながら、スラグ主成分であるシリカ
（SiO2）は約2000℃（2270゜K）で1atmの蒸気圧（蒸気
圧相当の温度）を示し、このことは燃焼ガス温度2000℃
以上の雰囲気においてはSiO2は気化し、燃焼ガス中に蒸
発同伴されることを意味する。因に他の成分（AlO3,Ca,
…）は比較的蒸気圧が高く、約2700℃以上で1atmとされ
ている。
温ガスプラズマを生成して発電チャネル14へ供給する必
要があるが、しかしながら、スラグ主成分であるシリカ
（SiO2）は約2000℃（2270゜K）で1atmの蒸気圧（蒸気
圧相当の温度）を示し、このことは燃焼ガス温度2000℃
以上の雰囲気においてはSiO2は気化し、燃焼ガス中に蒸
発同伴されることを意味する。因に他の成分（AlO3,Ca,
…）は比較的蒸気圧が高く、約2700℃以上で1atmとされ
ている。
従って、燃焼室内でスラグを除去するためには燃焼火
炎温度を約1800〜1900℃以下に抑制し、スラグＳ成分を
溶融ミストないしは固体微粒子の状態で燃焼ガス中から
分離抽出する必要がある。このためにMHD発電用燃焼器
では、第３及び４図に示すように、第１段燃焼室2aにお
ける燃料用酸化剤の投入量、即ち１次酸化剤G1の酸素当
量比φ（＝酸素供給量／燃料が完全燃焼に要する理論酸
素量）を0.6〜0.7とし、還元雰囲気下で、つまり燃料過
多な条件で燃焼させることにより燃焼火炎温度を約1900
℃以下に抑制してスラグＳ成分の蒸発同伴を防止し、第
１段燃焼室2a内でスラグＳを除去する。その後、第２段
燃焼室2bで新たに２次酸化剤G2を供給して、第１段燃焼
室2aでの未燃ガスを２次燃焼させて2700℃（約3000゜
K）の高温ガスプラズマを製造するものである。
炎温度を約1800〜1900℃以下に抑制し、スラグＳ成分を
溶融ミストないしは固体微粒子の状態で燃焼ガス中から
分離抽出する必要がある。このためにMHD発電用燃焼器
では、第３及び４図に示すように、第１段燃焼室2aにお
ける燃料用酸化剤の投入量、即ち１次酸化剤G1の酸素当
量比φ（＝酸素供給量／燃料が完全燃焼に要する理論酸
素量）を0.6〜0.7とし、還元雰囲気下で、つまり燃料過
多な条件で燃焼させることにより燃焼火炎温度を約1900
℃以下に抑制してスラグＳ成分の蒸発同伴を防止し、第
１段燃焼室2a内でスラグＳを除去する。その後、第２段
燃焼室2bで新たに２次酸化剤G2を供給して、第１段燃焼
室2aでの未燃ガスを２次燃焼させて2700℃（約3000゜
K）の高温ガスプラズマを製造するものである。
なお、このような二段燃焼の燃焼条件において、前述
の如く第１段燃焼室2aでは酸素当量比をφ＝0.6〜0.7と
し、第２燃焼室2bでは２次酸素を供給して総合した酸素
当量比をφ′≒1.0として燃焼させる必要がある。この
ことにより、第１段燃焼室2aでの１次酸化剤G1の供給量
と第２段燃焼室2bでの２次酸化剤G2の供給量との比は、
〔G2/（G1＋G2）〕⇒0.3〜0.35に設定されている。
の如く第１段燃焼室2aでは酸素当量比をφ＝0.6〜0.7と
し、第２燃焼室2bでは２次酸素を供給して総合した酸素
当量比をφ′≒1.0として燃焼させる必要がある。この
ことにより、第１段燃焼室2aでの１次酸化剤G1の供給量
と第２段燃焼室2bでの２次酸化剤G2の供給量との比は、
〔G2/（G1＋G2）〕⇒0.3〜0.35に設定されている。
発明が解決しようとする課題 以上のように、均質な高導電性のプラズマを製造する
ためには、燃焼器の性能として第１段燃焼室2aにおいて
石炭の燃焼残渣Ｓをできる限り高い効率で分離除去する
ことと、併せて第２段燃焼室2b又は発電チャネル14への
高温ガス通路４における壁面からの熱損失と高温作動ガ
スの圧力損失とを、できる限り減少して熱効率を高める
ことが実用化への重要な課題となっている。
ためには、燃焼器の性能として第１段燃焼室2aにおいて
石炭の燃焼残渣Ｓをできる限り高い効率で分離除去する
ことと、併せて第２段燃焼室2b又は発電チャネル14への
高温ガス通路４における壁面からの熱損失と高温作動ガ
スの圧力損失とを、できる限り減少して熱効率を高める
ことが実用化への重要な課題となっている。
ところが、従来技術による二段燃焼器１の構成は、第
３図の横形二段、第４図は縦形二段のどちらの方式も、
第１段燃焼室2aで燃焼残渣Ｓを分離するために形成させ
た強力な旋回流Ｆを第２段燃焼室2bで一旦消去して発電
チャネル14へ高温ガスを供給するよう、その手段として
燃焼室2a又は2bに直交する高温ガス通路４を設けた構造
となる。
３図の横形二段、第４図は縦形二段のどちらの方式も、
第１段燃焼室2aで燃焼残渣Ｓを分離するために形成させ
た強力な旋回流Ｆを第２段燃焼室2bで一旦消去して発電
チャネル14へ高温ガスを供給するよう、その手段として
燃焼室2a又は2bに直交する高温ガス通路４を設けた構造
となる。
このため、構造が複雑となり、しかも高温ガス通路４
壁面からの熱損失と作動ガスの圧力損失とが増大する不
都合がある。
壁面からの熱損失と作動ガスの圧力損失とが増大する不
都合がある。
課題を解決するための手段 本発明は、従来のこのような課題を解決するために、
燃焼室内に酸化剤により旋回渦流を形成させ、その遠心
力作用によって燃焼残渣を分離除去する機能をもつ第１
段燃焼室と、更に新たな酸化剤及びシード剤を供給して
高温ガスプラズマを製造する第２段燃焼室と、該高温ガ
スプラズマが供給される発電チャネルとを具備してなる
石炭だき燃焼装置において、各第１段燃焼室、第２段燃
焼室、及び発電チャネルを同一軸上に配置すると共に、
第１段燃焼室に設けた１次酸化剤供給用サイクロンノズ
ルと偏心率の異なる２字酸化剤供給用サイクロンノズル
を該１次酸化剤供給用サイクロンノズルと逆の旋回方向
に向けて第２段燃焼室に配設したものである。
燃焼室内に酸化剤により旋回渦流を形成させ、その遠心
力作用によって燃焼残渣を分離除去する機能をもつ第１
段燃焼室と、更に新たな酸化剤及びシード剤を供給して
高温ガスプラズマを製造する第２段燃焼室と、該高温ガ
スプラズマが供給される発電チャネルとを具備してなる
石炭だき燃焼装置において、各第１段燃焼室、第２段燃
焼室、及び発電チャネルを同一軸上に配置すると共に、
第１段燃焼室に設けた１次酸化剤供給用サイクロンノズ
ルと偏心率の異なる２字酸化剤供給用サイクロンノズル
を該１次酸化剤供給用サイクロンノズルと逆の旋回方向
に向けて第２段燃焼室に配設したものである。
作用 このような手段によれば、第１段燃焼室において、１
次酸化剤供給用サイクロンノズルより、燃焼残査を分離
除去可能に強力な旋回渦流が発生し、その渦流は前記ノ
ズルに一軸上に配置した第２段燃焼室内に直接導入でき
るので、器壁の熱損失及び圧力損失を低減することがで
きる。
次酸化剤供給用サイクロンノズルより、燃焼残査を分離
除去可能に強力な旋回渦流が発生し、その渦流は前記ノ
ズルに一軸上に配置した第２段燃焼室内に直接導入でき
るので、器壁の熱損失及び圧力損失を低減することがで
きる。
また、第２段燃焼室において、第１段燃焼室に設けた
１次酸化剤供給用サイクロンノズルと偏心率の異なる２
次酸化剤供給用サイクロンノズルが該１次酸化剤供給用
サイクロンノズルと逆の旋回方向に向けて配設されてい
るので、このノズルより逆旋回流が発生して前記旋回渦
流のモーメンタム（運動エネルギ）を消去し、未燃ガス
への２次酸化剤の混合を効果的に行うと共に、第２段燃
焼室内に流れの淀み域を形成し、未燃ガスを第２段燃焼
室内に閉じ込めて燃焼を促進させ、かつ第２段燃焼室後
流部における高温ガスの流れを主流ガスの後流への流動
によってほぼ均一な軸方向速度分布に整流し、これより
均質な高温ガスプラズマを発生することが可能である。
１次酸化剤供給用サイクロンノズルと偏心率の異なる２
次酸化剤供給用サイクロンノズルが該１次酸化剤供給用
サイクロンノズルと逆の旋回方向に向けて配設されてい
るので、このノズルより逆旋回流が発生して前記旋回渦
流のモーメンタム（運動エネルギ）を消去し、未燃ガス
への２次酸化剤の混合を効果的に行うと共に、第２段燃
焼室内に流れの淀み域を形成し、未燃ガスを第２段燃焼
室内に閉じ込めて燃焼を促進させ、かつ第２段燃焼室後
流部における高温ガスの流れを主流ガスの後流への流動
によってほぼ均一な軸方向速度分布に整流し、これより
均質な高温ガスプラズマを発生することが可能である。
実施例 以下第１及び２図を参照して、本発明の一実施例につ
いて詳述する。なお、これらの図において第３及び４図
に示したものと同一の部分には同一の符号を付して、そ
の詳細な説明は省略する。
いて詳述する。なお、これらの図において第３及び４図
に示したものと同一の部分には同一の符号を付して、そ
の詳細な説明は省略する。
しかして本発明によれば、第１図（ａ），（ｂ）に示
すように第１段燃焼室2a、第２段燃焼室2b、及び発電チ
ャネル14は同一軸上に配置されている。
すように第１段燃焼室2a、第２段燃焼室2b、及び発電チ
ャネル14は同一軸上に配置されている。
即ち、横形の第１段燃焼室2a後流側の水平方向同一軸
上に、やはり横形の第２段燃焼室2bを隔壁板３を介して
配置し、その燃焼室2b後流側にも連続して発電チャネル
14を配置させたものである。
上に、やはり横形の第２段燃焼室2bを隔壁板３を介して
配置し、その燃焼室2b後流側にも連続して発電チャネル
14を配置させたものである。
従って、従来の如き高温ガス通路４は廃止されてい
る。
る。
そして、第２段燃焼室2b内には、第１段燃焼室2aに設
けた１次（酸化剤供給用）サイクロンノズル８と偏心率
の異なる２次（酸化剤供給用）サイクロンノズル11が該
１次サイクロンノズル８の逆と旋回方向に向けて配設さ
れており、これらのサイクロンノズル8,11の噴射方向
は、各第１及び２段燃焼室2a,2bの軸線方向に対して直
交させて設けられる。
けた１次（酸化剤供給用）サイクロンノズル８と偏心率
の異なる２次（酸化剤供給用）サイクロンノズル11が該
１次サイクロンノズル８の逆と旋回方向に向けて配設さ
れており、これらのサイクロンノズル8,11の噴射方向
は、各第１及び２段燃焼室2a,2bの軸線方向に対して直
交させて設けられる。
また、各燃焼室2a,2b及び隔壁３は基本的には例えば
耐熱鋼等を用いた水冷二重壁構造（図示せず）とされて
いる。
耐熱鋼等を用いた水冷二重壁構造（図示せず）とされて
いる。
なお、好適には第１段燃焼室2aの微粉炭供給用のバー
ナ６の周囲には、酸化剤供給系統７の途中から新たに分
岐された補助酸化剤供給系統16が接続され、かつ前記バ
ーナ６からの燃料及び補助酸化剤供給系統16からの補助
空気の混合体に予旋回を与え、かつ燃焼を良好にするよ
う、スワラ17が取付けられることが望ましい。
ナ６の周囲には、酸化剤供給系統７の途中から新たに分
岐された補助酸化剤供給系統16が接続され、かつ前記バ
ーナ６からの燃料及び補助酸化剤供給系統16からの補助
空気の混合体に予旋回を与え、かつ燃焼を良好にするよ
う、スワラ17が取付けられることが望ましい。
しかしながら、本実施例によれば、前記補助酸化剤供
給系統16及びスワラ17の設定は本旨ではなく、後述する
旋回渦流のモーメンタムMj1が、１次ノズル８にて所定
の大きさに保持できる場合には必ずしも設ける必要はな
く、単なる設計事項にとどまるものである。
給系統16及びスワラ17の設定は本旨ではなく、後述する
旋回渦流のモーメンタムMj1が、１次ノズル８にて所定
の大きさに保持できる場合には必ずしも設ける必要はな
く、単なる設計事項にとどまるものである。
更に、好適には第２段燃焼室2bの前記２次サイクロン
ノズル11の内部に、シード剤がノズル11からの２次酸化
剤により効果的に随伴されるよう、シード噴射ノズル13
が取付けられることが望ましい。
ノズル11の内部に、シード剤がノズル11からの２次酸化
剤により効果的に随伴されるよう、シード噴射ノズル13
が取付けられることが望ましい。
次にその作用について述べる。
第２図（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１及び２燃焼
室2a,2b、発電チャネル14を同一軸上に配置させること
でコンパクトに一体化するため、しかも第１段燃焼室2a
の１次サイクロンノズル８に対して、第２段燃焼室2bの
２次サイクロンノズル11を逆旋回方向に配設するため、
第１段燃焼室2aで発生させた主流ガスとなる旋回渦流Ｆ
を第２段燃焼室2b内にて熱損失や圧力損失をほとんど生
じず打消すことが可能となる。
室2a,2b、発電チャネル14を同一軸上に配置させること
でコンパクトに一体化するため、しかも第１段燃焼室2a
の１次サイクロンノズル８に対して、第２段燃焼室2bの
２次サイクロンノズル11を逆旋回方向に配設するため、
第１段燃焼室2aで発生させた主流ガスとなる旋回渦流Ｆ
を第２段燃焼室2b内にて熱損失や圧力損失をほとんど生
じず打消すことが可能となる。
即ち、まず、燃焼残渣（スラグ）Ｓの分離・除去につ
いて説明すると、第１段燃焼室2a内に補助酸化剤供給系
統16からの１次酸化剤の一部をスワラ17で旋回を与えつ
つ、バーナ６から噴霧する燃料と混合させるので、この
段階で予旋回が行なわれる。その後、１次サイクロンノ
ズル８からは、１次酸化剤G1である高温空気が約60〜80
m/sの高速で吹き出し第１段燃焼室2a内に強力な旋回渦
流Ｆを形成させ、燃料（微粉炭）と酸化剤を混合し燃焼
反応を促進すると同時に、燃焼火炎中の残渣Ｓを旋回流
Ｆの遠心力作用によって燃焼室壁面に衝突させる。
いて説明すると、第１段燃焼室2a内に補助酸化剤供給系
統16からの１次酸化剤の一部をスワラ17で旋回を与えつ
つ、バーナ６から噴霧する燃料と混合させるので、この
段階で予旋回が行なわれる。その後、１次サイクロンノ
ズル８からは、１次酸化剤G1である高温空気が約60〜80
m/sの高速で吹き出し第１段燃焼室2a内に強力な旋回渦
流Ｆを形成させ、燃料（微粉炭）と酸化剤を混合し燃焼
反応を促進すると同時に、燃焼火炎中の残渣Ｓを旋回流
Ｆの遠心力作用によって燃焼室壁面に衝突させる。
この場合、前述の如く第１段燃焼室2a及び隔壁３夫々
が耐熱鋼使用の水冷二重構造であることからその冷却効
果によって燃焼残渣Ｓは、室2aの後流側にて周壁に付着
してその熱抵抗により自己バランスし、薄膜状のセルフ
コーティングを形成する。
が耐熱鋼使用の水冷二重構造であることからその冷却効
果によって燃焼残渣Ｓは、室2aの後流側にて周壁に付着
してその熱抵抗により自己バランスし、薄膜状のセルフ
コーティングを形成する。
この結果、器壁表面がスラグＳの融点（約1300〜1500
℃）となっており、従ってスラグＳを溶融状態にしてス
ラグポット10へ流動させることができる。
℃）となっており、従ってスラグＳを溶融状態にしてス
ラグポット10へ流動させることができる。
次に、第１段燃焼室2aの旋回渦流Ｆの第２段燃焼室2b
におけるフローパターンについて説明すると、残渣Ｓの
分離・除去された旋回渦流Ｆは、隔壁３の中央スリット
部から直接、第１段燃焼室2aと同一軸上の第２段燃焼室
2b内へ導入される。
におけるフローパターンについて説明すると、残渣Ｓの
分離・除去された旋回渦流Ｆは、隔壁３の中央スリット
部から直接、第１段燃焼室2aと同一軸上の第２段燃焼室
2b内へ導入される。
このとき、第２段燃焼室2b内には、１次サイクロンノ
ズル８と逆旋回方向の２次サイクロンノズル11から２次
酸化剤G2が吹き出し、速度約120〜150m/sの高速で吹き
込まれ第１段燃焼室2aの旋回流Ｆと衝突する。
ズル８と逆旋回方向の２次サイクロンノズル11から２次
酸化剤G2が吹き出し、速度約120〜150m/sの高速で吹き
込まれ第１段燃焼室2aの旋回流Ｆと衝突する。
この衝突により、第１段燃焼室2aで形成させた強力な
旋回渦流Ｆを第２段燃焼室2bで消去することができる。
旋回渦流Ｆを第２段燃焼室2bで消去することができる。
ここで、第２図（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２段
燃焼室2b内にて旋回渦流Ｆを更に軸方向への一様な流れ
に整流するための条件として、流体力学的に考察してみ
ると、第１段燃焼室2aの１次サイクロンノズル８の流体
の吹き出す運動エネルギーと第２段燃焼室2bの２次サイ
クロンノズル11の流体の吹き出す運動エネルギー、即ち
両者のモーメンタム比のバランスで決められる。第１サ
イクロンノズル８の噴出モーメンタムMj1はMj1＝V1 2・
ρ１・F1・R1,同様に２次サイクロンノズル11の噴出モ
ーメンタムMj2＝V2 2・ρ２・F2・R2で表わされる。
燃焼室2b内にて旋回渦流Ｆを更に軸方向への一様な流れ
に整流するための条件として、流体力学的に考察してみ
ると、第１段燃焼室2aの１次サイクロンノズル８の流体
の吹き出す運動エネルギーと第２段燃焼室2bの２次サイ
クロンノズル11の流体の吹き出す運動エネルギー、即ち
両者のモーメンタム比のバランスで決められる。第１サ
イクロンノズル８の噴出モーメンタムMj1はMj1＝V1 2・
ρ１・F1・R1,同様に２次サイクロンノズル11の噴出モ
ーメンタムMj2＝V2 2・ρ２・F2・R2で表わされる。
ただし、符号、V1,V2:各ノズル部の吹出し速度、ρ1,
ρ2:各ノズルでの流体の密度、F1,F2:各ノズル面積、
R1,R2:各ノズル中心と各燃焼空胴中心（同一軸を基準に
する）の距離、換言すれば偏心量、D1,D2:各燃焼室の胴
の直径、d:隔壁のスリット部直径を夫々示す。
ρ2:各ノズルでの流体の密度、F1,F2:各ノズル面積、
R1,R2:各ノズル中心と各燃焼空胴中心（同一軸を基準に
する）の距離、換言すれば偏心量、D1,D2:各燃焼室の胴
の直径、d:隔壁のスリット部直径を夫々示す。
しかして、第１燃焼室2a内の旋回渦流Ｆを消去するに
は、Mj2/Mj1≒１であるが、実際には夫々旋回渦流の摩
擦損失を生じるため、Mj2/Mj1⇒0.7〜1.2程度となる。
は、Mj2/Mj1≒１であるが、実際には夫々旋回渦流の摩
擦損失を生じるため、Mj2/Mj1⇒0.7〜1.2程度となる。
このため、第２段燃焼室2b内での流れは、旋回流を消
去する作用と同時に、室2aからの未燃ガスと２次酸化剤
G2及びシード剤の混合を効果的に行ない、燃焼反応及び
シード剤の完全蒸発を促進する高温ガスの理想的フロー
パターンを形成させることが必要である。
去する作用と同時に、室2aからの未燃ガスと２次酸化剤
G2及びシード剤の混合を効果的に行ない、燃焼反応及び
シード剤の完全蒸発を促進する高温ガスの理想的フロー
パターンを形成させることが必要である。
そこで、本発明者は本実施例にあって燃焼器モデルに
よる一連の流動試験と解析を行ない、第２図に示すよう
な理想的フローパターンを形成させる、燃焼器主要寸法
の構成組合せとの相関関係を明らかにし、前述の燃焼条
件を充足する二段燃焼器１を形成することを可能ならし
めた。
よる一連の流動試験と解析を行ない、第２図に示すよう
な理想的フローパターンを形成させる、燃焼器主要寸法
の構成組合せとの相関関係を明らかにし、前述の燃焼条
件を充足する二段燃焼器１を形成することを可能ならし
めた。
つまり、第２図（ａ）に良く示すように、第２段燃焼
室2b内の中間部に流れの淀み域（図中、符号Ｘ）を形成
させて、未燃ガスを室2b内中央付近に閉じ込めて（囲繞
してあ燃焼を促進することができる。
室2b内の中間部に流れの淀み域（図中、符号Ｘ）を形成
させて、未燃ガスを室2b内中央付近に閉じ込めて（囲繞
してあ燃焼を促進することができる。
更に、第２段燃焼室2b後流部における高温ガスの流れ
（図中、符号Ｙ）は、主流ガスの後流への流動によっ
て、ほぼ均一な軸方向速度分布に整流することができ
る。
（図中、符号Ｙ）は、主流ガスの後流への流動によっ
て、ほぼ均一な軸方向速度分布に整流することができ
る。
ただしこの場合、第２図（ｂ）に良く示すように、設
計上、特に２次サイクロンノズル11の偏心率＝R2/D2が
大きいと、その円周方向周壁部に流れの衝突乱れを生
じ、この現象により高温燃焼に供するシード剤供給系統
12（第１図（ｂ）参照）からの噴霧シードが壁面に付着
し蒸発が阻害されることが判明している。
計上、特に２次サイクロンノズル11の偏心率＝R2/D2が
大きいと、その円周方向周壁部に流れの衝突乱れを生
じ、この現象により高温燃焼に供するシード剤供給系統
12（第１図（ｂ）参照）からの噴霧シードが壁面に付着
し蒸発が阻害されることが判明している。
従って、この対策として第２図（ｃ）に示すように、
試験等の解析結果からR2を適正に設定・配置することに
より、壁面との衝突がなくなり、即ち乱れがなくなるた
め効果的な整流が可能である。
試験等の解析結果からR2を適正に設定・配置することに
より、壁面との衝突がなくなり、即ち乱れがなくなるた
め効果的な整流が可能である。
最終的に、第２段燃焼室2bの逆旋回モーメンタムMj2
により主流のガス流れを消去すると共に、未燃ガスとシ
ード剤を燃焼室2b内に閉じ込めつつ、燃焼蒸発の促進を
行い均質な高温ガスプラズマを製造して、これをやはり
同一軸上に配置させた発電チャネル14に供給することが
できる。
により主流のガス流れを消去すると共に、未燃ガスとシ
ード剤を燃焼室2b内に閉じ込めつつ、燃焼蒸発の促進を
行い均質な高温ガスプラズマを製造して、これをやはり
同一軸上に配置させた発電チャネル14に供給することが
できる。
以上の如き一連の過程でのフローパターンにおいて、
従来の如き高温ガス通路４がないために、その壁面部分
による熱損失及び圧力損失の発生を解消することができ
る。
従来の如き高温ガス通路４がないために、その壁面部分
による熱損失及び圧力損失の発生を解消することができ
る。
発明の効果 以上詳述したように本発明によれば、高温ガスプラズ
マを製造する第１段燃焼室と第２段燃焼室、後流に接続
される主コンコポーネントの発電チャネルを同一軸線上
に配置して構成することにより、構造組成が非常にコン
パクトになり、製作費、建設費が従来方式に比べ約15％
程度も削減できる。
マを製造する第１段燃焼室と第２段燃焼室、後流に接続
される主コンコポーネントの発電チャネルを同一軸線上
に配置して構成することにより、構造組成が非常にコン
パクトになり、製作費、建設費が従来方式に比べ約15％
程度も削減できる。
しかも、殊に高負荷の第２段燃焼室において効果的な
逆旋回流による整流方式が簡単かつ容易に得られ、ま
た、同一軸線上に構成することにより、器壁からの熱損
失及び作動ガス（高温ガスプラズマ）の圧力損失を数％
低く抑えることができるため、よってプラント全体の熱
効率が向上する。
逆旋回流による整流方式が簡単かつ容易に得られ、ま
た、同一軸線上に構成することにより、器壁からの熱損
失及び作動ガス（高温ガスプラズマ）の圧力損失を数％
低く抑えることができるため、よってプラント全体の熱
効率が向上する。
第１図は本発明による石炭だき二段燃焼器の一例を示
し、（ａ）はその概略構造断面図、（ｂ）は（ａ）図の
Ｂ−Ｂ線断面図、第２図はその高温ガスプラズマが製造
される過程の燃焼ガス（旋回渦流）のフローパターンを
示し、（ａ）はその水平方向同一軸における流動状態
図、（ｂ）は第２段燃焼室の２次酸化剤供給用サイクロ
ンノズルが適正に配置されない場合の円周方向における
流動状態図、（ｃ）は（ｂ）図の状態に対し２次サイク
ロンノズルが適正に配置される場合の流動状態図、第３
図は従来の石炭だき二段燃焼器の形式のうち横形二段燃
焼器を示す概略構造断面図、第４図はその縦形二段燃焼
器を示す概略構造断面図である。 １……石炭だき燃焼器、2a……第１段燃焼室、2b……第
２段燃焼室、８……１次酸化剤供給用サイクロンノズ
ル、11……２次酸化剤供給用サイクロンノズル、14……
発電チャネル、Ｆ……旋回渦流、G1,G2……各１次、２
次酸化剤、Ｓ……燃焼残渣（スラグ）。
し、（ａ）はその概略構造断面図、（ｂ）は（ａ）図の
Ｂ−Ｂ線断面図、第２図はその高温ガスプラズマが製造
される過程の燃焼ガス（旋回渦流）のフローパターンを
示し、（ａ）はその水平方向同一軸における流動状態
図、（ｂ）は第２段燃焼室の２次酸化剤供給用サイクロ
ンノズルが適正に配置されない場合の円周方向における
流動状態図、（ｃ）は（ｂ）図の状態に対し２次サイク
ロンノズルが適正に配置される場合の流動状態図、第３
図は従来の石炭だき二段燃焼器の形式のうち横形二段燃
焼器を示す概略構造断面図、第４図はその縦形二段燃焼
器を示す概略構造断面図である。 １……石炭だき燃焼器、2a……第１段燃焼室、2b……第
２段燃焼室、８……１次酸化剤供給用サイクロンノズ
ル、11……２次酸化剤供給用サイクロンノズル、14……
発電チャネル、Ｆ……旋回渦流、G1,G2……各１次、２
次酸化剤、Ｓ……燃焼残渣（スラグ）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 槙原 進 (56)参考文献 特開 昭63−58006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−44821（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】燃焼室内に酸化剤により旋回渦流を形成さ
せ、その遠心力作用によって燃焼残渣を分離除去する機
能をもつ第１段燃焼室と、更に新たな酸化剤及びシード
剤を供給して高温ガスプラズマを製造する第２段燃焼室
と、該高温ガスプラズマが供給される発電チャネルとを
具備してなる石炭だき燃焼装置において、各第１段燃焼
室、第２段燃焼室、及び発電チャネルを同一軸上に配置
すると共に、第１段燃焼室に設けた１次酸化剤供給用サ
イクロンノズルと偏心率の異なる２次酸化剤供給用サイ
クロンノズルを該１次酸化剤供給用サイクロンノズルと
逆の旋回方向に向けて第２段燃焼室に配設したことを特
徴とする石炭だき二段燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167032A JP2664996B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 石炭だき二段燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167032A JP2664996B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 石炭だき二段燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0336408A JPH0336408A (ja) | 1991-02-18 |
| JP2664996B2 true JP2664996B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=15842127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167032A Expired - Lifetime JP2664996B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 石炭だき二段燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664996B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2443839A (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-21 | Siemens Ag | Interconnected Combustion Chambers |
| CN102878550B (zh) * | 2012-10-12 | 2015-04-15 | 浙江大学 | 燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4844821A (ja) * | 1971-10-07 | 1973-06-27 | ||
| JPH0615925B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1994-03-02 | 三菱重工業株式会社 | 石炭焚ｍｈｄ発電用燃焼装置 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP1167032A patent/JP2664996B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0336408A (ja) | 1991-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |