JP2693211B2 - 微粉燃料バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はバーナに関する。更に詳述すると、本発明は
微粉炭や微粉コークス等の微粉燃料を燃料とするバーナ
に関する。

（従来の技術） 従来の微粉燃料バーナとしては、第７図に示すよう
に、微粉燃料を一次空気（全燃焼用空気量の約20〜30
％）で搬送して炉内へ吹込み、その周囲から二次空気を
供給して燃焼させるものが一般的である。このバーナ10
1は、高温の炉内の放射熱や他のバーナの干渉で火炎を
安定させ完全燃焼させるもので、中心に助燃用の油ノズ
ル102を備えているものが多い。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のバーナは、石炭粉砕機（ミル）
からの微粉燃料をそのまま直接バーナに供給して燃焼さ
せることから、微粉燃料の搬送と逆火の防止のためには
一次空気にある程度の流速（例えば15〜30m/s）を必要
とする。このため、燃焼量を大幅に下げ低負荷とすると
きには、搬送に必要な最小限の搬送空気量を維持したま
ま燃料の量だけを絞らざるを得ず、微粉燃料流の濃度
（一般に搬送用空気量と微粉燃料量の比A/Cで表され
る）が薄くなって燃焼を不安定なものとしている（第６
図参照）。したがって、微粉燃料だけを使用する場合に
は大幅なターンダウンの実施が不可能であり、それを実
現するのには助燃油を必要としている。例えば、火力発
電所等においては、微粉燃料だけを使用する場合、現状
では120〜50％の範囲変化が可能であるが、深夜におけ
る電力量の需要が少ないことから20〜30％程度の負荷に
変更することが求められ、助燃油を必要としている。し
たがって、燃焼量を絞る場合、燃料コストが上がるとい
う不利がある。このような微粉燃料バーナの現状から、
石油火力なみの最低負荷運用並びに低負荷時における助
燃油の低減を目的として低負荷対応微粉燃料専用バーナ
の開発が要望されている。

本発明は、石油火力なみに最低負荷を低減しても安定
燃焼が確実できかつ助燃油の節減ができる微粉燃料バー
ナを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の微粉燃料バーナ
は、微粉燃料の流れと直交する分配円板を内周面に形成
しかつ各分配円板の上流側の周面を接線方向に開口した
内管とその周囲を囲繞する外管とから成るボルテックス
管と、同心状に２本以上の管を配置し、少なくとも最も
外側の管の入口を径方向に開口すると共に中央の管の入
口を軸方向に開口して成る分配管と、この分配管の中央
の管の入口に対し接近離反移動し中央の管に流入する空
気の量を調整する流量可変弁とを有し、前記ボルテック
ス管の出口を分配管に接続すると共に該ボルテックス管
を分配管内に出入り可能にして外側の管の流入口の開口
面積を可変にするようにしている。

また、本発明は、前記ボルテックス管の外管と内管と
を分離し、管軸方向に移動可能に嵌合すると共に前記内
管を微粉燃料供給管側に固定し、前記外管の管軸方向移
動によって分配管の外側の管の流入口の開口面積と前記
内管の周面の開口の面積を可変としている。

（作用） したがって、燃料供給管からボルテックス管内に導入
された微粉燃料流は、各分配円板に衝突して直交方向に
方向を転換して周面の開口から外管内に接線方向に吹き
出され、旋回流を形成する。この微粉燃料の旋回流は、
その中に含まれる微粉燃料を遠心力によって周辺に集め
る。このため、ボルテックス管から噴射される微粉燃料
流は、全体としてはA/C比が変わらないが、微粉燃料を
濃縮した領域即ちA/C比が低い領域と全体としてのA/C比
よりも高いA/C比の領域とを形成する。この微粉燃料が
濃縮された領域と、空気を主体とする領域とは分配管に
おいて分離され別々に噴射される。

そこで、最低限の搬送用空気を維持しつつ微粉燃料だ
けを少なくしてターンダウンする場合、流量可変弁を移
動させて分配管の中央の管に流入する空気量を増大させ
ることによって、第２の管から噴射される微粉燃料流の
濃度を一定に保つ。このとき、微粉燃料流全体が少なく
なっているのでボルテックス管を分配管内に挿入して一
番外側の管の流入口の面積を小さくし、第２の管に流入
する微粉燃料流の噴射力が低下するのを防ぐ。

（実施例） 以下、本考案の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図に本発明の微粉燃料バーナの基本構造を概略図
で示す。このバーナは、微粉燃料の流れと直交する分配
円板4,4を内周面に形成しかつ各分配円板4,4の上流側の
周面に接線方向の開口5,5を設けた内管２とその周囲を
囲繞する外管３とから成るボルテックス管１と、同心状
に２本以上の管9,10,11を配置して成る分配管８と、こ
の分配管８の中央の管９の入口9aに対し接近離反移動す
る流量可変弁７とから構成され、ボルテックス管１の出
口1bを分配管８内に出入り可能に接続すると共に入口1a
側を微粉燃料供給管６に接続し、固定的な微粉燃料供給
管６と分配管８との間でボルテックス管１を移動可能に
している。

前記気流分配円板4,4は、管軸方向に流れる微粉燃料
流をそれと直交する径方向に向きを変えさせかつ分流す
るためのものである。本実施例では、１枚のリング状円
板と１枚の円板とを組合せており、その面積の差（投影
面積の差）Ｓが等しくなるように設けている。したがっ
て、微粉燃料流は各分配円板4,4の衝突面積に応じて流
れを変え、ほぼ同じ量の流れに分配される。尚、このボ
ルテックス管１の入口1aは微粉燃料供給管６に軸方向移
動自在に嵌合され、破砕機等から微粉燃料を一次空気に
よって搬送するように設けられている。

ボルテックス管１は適宜アクチュエータ22あるいは手
動によって軸方向に移動可能に設けられており、分配管
８内に出入り可能に設けられている。このボルテックス
管１の分配管８への挿入量をコントロールすることによ
って、出口1bに嵌合されている分配管８の最も外側の管
11の入口11aの面積を可変とし、即ち流入する微粉燃料
流の量を変更可能としている。このボルテックス管１の
挿入量は搬送空気量の変化に対応させてアクチュエータ
22あるいは手動によって制御される。

また、ボルテックス管１内には分配管８の中央の管９
に流入する空気量を制御する流量可変弁７が設けられて
いる。この流量可変弁７は、ボルテックス管１の分配円
板4,4を貫通して軸方向移動可能に設けられ、分配管８
の中央の管９の入口9aに接近しあるいは入口9aから離れ
ることによって中央の管９の入口9a近傍の流路抵抗を変
化させ、中央の管９に流入する空気の量を調整するもの
である。この流量可変弁７は外部に設けられているアク
チュエータ21あるいは手動によって移動可能に設けられ
ている。この流量可変弁７は供給微粉燃料流の濃度に応
じてその位置が制御される。

分配管８は、同心状に２本以上の管9,10,11を配置し
て成り、ボルテックス管１の出口1bから噴射される旋回
流を分配してそのままの濃度を維持しつつ火炉内に噴射
させるためのもので、本実施例の場合３重管から成る。
この分配管８はバーナノズルを構成することもあるが、
その先端に別個にバーナノズルを設けても良い。

分配管８の第２の管10の上流側には流路断面縮小部
（スロート）12が設けられ、微粉燃料の旋回流を更に増
速させて微細粒子と粗粒子との分級効果を高めるように
したものである。この流路断面縮小部12の出口側には分
配管８の第２の管10の入口10aが径方向に開口され、入
口側には第３の管11の入口11aが径方向に開口されてい
る。第２、第３の管10、11の入口部10a,11aには接線方
向に流れを案内して旋回流を付勢するガイド板10b,11b
が円周方向に多数設けられている。この実施例の場合、
ターンダウン時には第２の管10から濃縮された微粉燃料
流が噴射される。

第３図に他の実施例を示す。この実施例は分配管８と
同数の管13,14,15を同心状に配置して成る反転管16を分
配管８と平行に配置し、分配管８で分けられた微粉燃料
流の噴射位置を、内側のものを外側に、外側のものを内
側に反転して噴射させるようにしたものである。例えば
本実施例の場合、分配管８の第３の管11と反転管16の中
央の管13、分配管８の中央の管９と反転管16の第３の管
15、また第２の管10,14同士をそれぞれ各管に対し接線
方向に開口する連通管17,18,19で連結している。この場
合、中央の管にパイロットバーナとしてオイルガン20を
設置することが可能となる。また、火災の外側から一次
燃焼用空気が噴射されるため濃淡燃焼を起こしてNOxを
低減させ得る。

第４図に他の実施例を示す。この実施例は、ボルテッ
クス管１を内側の管２と外側の管３とに分離し、内管２
を微粉燃料供給管６側に固定する一方、外管３を軸方向
に移動可能にすることによって、分配管８の第３の管11
と内管２の開口5,5を同時に塞いでターンダウン時でも
燃料流の旋回力と噴射力とを落とさないように設けたも
のである。

以上のように構成したので、本発明のバーナは次のよ
うに燃焼量を変更し安定燃焼させ得る。

まず、第５図に本発明のバーナを応用した燃焼システ
ムの一例を示す。この燃焼システムは、燃料である石炭
を燃焼可能な粒径までミルで破砕し、燃焼用空気の30％
程度の一次空気を搬送用空気としてバーナ側へ搬送し燃
焼させるものである。この微粉燃料流の供給系６の途中
に設置されている微粉炭濃度測定装置23からの測定結果
に基づいてアクチュエータ21を駆動し流量可変弁７を移
動させ、微粉燃料濃度を一定に維持する。このときボル
テックス管１の分配管８内への挿入量、即ち第３の管11
の流入口11aの開口面積は燃焼用空気の量との関係から
決定され、分配管８からの噴射力を一定に保つようにコ
ントロールされる。ここで濃度測定装置23としては、例
えば流れ方向の２点での粒子による負荷圧力損失が混合
比に比例することから流量を求める差圧式ニューマライ
ン粉粒体流量計、あるいは相関式粉粒体流量計やマイク
ロ波粉粒体流量計を利用したものが使用可能である。

この燃焼システムにおいて、搬送用空気と燃料との比
が比例的に変更可能な範囲での燃焼量変更（約120〜50
％負荷）には、ボルテックス管１の分配管８内への挿入
量を搬送空気の供給量の変動に対応させて変えることに
より、第３の管11の流入口11aの開口断面積を変更して
微粉燃料流の噴射力を一定に保つことによってのみ対応
する。例えば、80％に燃焼量をターンダウンするときは
100％負荷時の第３の管11の開口面積の80％となるよう
にボルテックス管１を分配管８の中に挿入する。

また、A/C比が急激に高まる負荷範囲まで変更する場
合には、上述の第３の管11の流入口の開口面積の調整と
同時に微粉燃料の濃度及び粒径を濃度センサ23で測定し
この値に基づいて流量可変弁７が分配管８の中央の管９
の入口9aを塞ぐ量を制御することによって、濃度を一定
に維持するようにしている。即ち、燃料濃度が薄くなる
と（A/C比が高くなる）、これを濃度センサ23で検出し
て流量可変弁７のアクチュエータ21を駆動させて分配管
８から離し、中央の管９に流入する搬送用空気量を増や
す。これによって分配管８の第２の管10から噴射される
微粉燃料流の濃度を高め安定燃焼域の値に維持する。
尚、第４図の実施例の場合、分配管８内へボルテックス
管１の外管３を挿入することによって分配管８の第３の
管11の流入口11aを絞るのと同時にボルテックス管１の
内管２の開口面積も絞り、ターンダウンによって微粉燃
料流が減少するために弱まるボルテックス管１内の旋回
流の旋回力を維持させる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明のバーナは、
ボルテックス管内に微粉燃料流を導入して旋回させ、そ
の旋回力によって微粉燃料が濃縮された領域と搬送用空
気を主体とする領域とに分ける一方、分配管の中央に流
入する空気量を調整することによって濃度を一定にコン
トロールして分配噴射するようにしたので、微粉燃料流
全体のA/C比が高くとも、安定燃焼させるに十分な低いA
/C比まで微分燃料を濃縮した噴流を形成し、燃焼を安定
させる。即ち、石油火力並の20〜30％のターンダウンが
可能となり、広い負荷範囲で燃焼量を変更できる。しか
も助燃油を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微粉燃料バーナの基本構造の概略を示
す中央縦断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第
３図は他の実施例を示す中央縦断面図、第４図（Ａ）及
び（Ｂ）は更に他の実施例を示す図で、（Ａ）は中央縦
断面図、（Ｂ）はIV−IV線断面図、第５図は本発明の微
粉燃料バーナを応用した燃焼システムの一例を示す概略
図である。第６図はバーナ入口の空気と微粉燃料量の比
と安定燃焼範囲の関係を示すグラフである。第７図は従
来の微粉燃料バーナの概略構造を示す説明図である。 １……ボルテックス管、 1a……入口、 1b……出口、 ２……内管、 ３……外管、 ４……分配円板、 ５……開口、 ６……微粉燃料供給管、７……可変弁、 ８……分配管、 ９……中央の管、9a……入口、 10……第２の管、10a……入口、 11……第３の管、11a……入口。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粉燃料の流れと直交する分配円板を内周
   面に形成しかつ各分配円板の上流側の周面を接線方向に
   開口した内管とその周囲を囲繞する外管とから成るボル
   テックス管と、同心状に２本以上の管を配置し、少なく
   とも最も外側の管の入口を径方向に開口すると共に中央
   の管の入口を軸方向に開口して成る分配管と、この分配
   管の中央の管の入口に対し接近離反移動し中央の管に流
   入する空気の量を調整する流量可変弁とを有し、前記ボ
   ルテックス管の出口を分配管に接続すると共に該ボルテ
   ックス管を分配管内に出入り可能として外側の管の流入
   口の開口面積を可変にしたことを特徴とする微粉燃料バ
   ーナ。
2. 【請求項２】前記ボルテックス管の外管と内管とを分離
   し、管軸方向に移動可能に嵌合すると共に前記内管を微
   粉燃料供給管側に固定し、前記外管の管軸方向移動によ
   って分配管の外側の管の流入口の開口面積と前記内管の
   周面の開口面積を可変としたことを特徴とする請求項１
   記載の微粉燃料バーナ。