JP2703946B2 - Ｕ字型燃焼火炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＵ字型燃焼火炉に係り、特に難燃性燃料の炉
内滞留時間を延ばして、該燃料を燃焼させるのに好適な
Ｕ字型燃焼火炉に関する。

〔従来の技術〕

従来、ボイラ等の燃料としては、ガス、油、石炭等が
用いられてきたが、オイルショック後はコスト面から様
々な燃料が用いられている。これらの燃料のうち、ガ
ス、油等は比較的燃焼性がよいが、石炭類、特に半無煙
炭、無煙炭と呼ばれる燃料比（石炭中の固形炭素分／揮
発分の比をいう）６以上の石炭または石油コークス等
は、燃焼させるのにかなりの工夫を要する。これらの難
燃性燃料を燃焼させるための火炉として、火炉空間の火
炎または燃焼ガスの流れがＵ字型となるＵ字型燃焼火炉
（またはウィングファーネスと称する）がある。

第16図は、従来技術のＵ字型燃焼火炉断面図、第17図
は、第16図のＣ−Ｃ線矢視断面図、第18図は、第16図の
噴射流の流れ図である。図において、火炉１は、四方の
前壁２、後壁３、左側壁４および右側壁５と、上下の天
井壁６および炉底壁7a、7bからなっている。炉底壁7a、
7bはスラグ、灰等の排出のために傾けて設置され、ホッ
パ部（イ）を形成する。前壁２および後壁３は、腹部
（ロ）、肩部（ハ）および首部（ニ）で構成され、腹部
（ロ）および首部（ニ）は垂直、肩部（ハ）は水平また
は幾分傾斜している。バーナ13は、前壁２および後壁３
の肩部（ハ）に取付けられる。前壁２、後壁３にはウィ
ンドボックス12が配置され、バーナ13および前後壁２、
３に設けられたエアポート14に空気を供給する。無煙炭
微粉等の燃料17は、空気18とともに燃料空気混合物19と
して、バーナ13からほぼ下向き、すなわち炉底壁7a、7b
の方向へ噴射される。火炎または燃焼ガス20は、炉底空
間48付近で反転上昇し、首部（ニ）を経て火炉出口21か
ら排出される。前述したごとくホッパ部（イ）の最下部
にはスラグ、灰等の排出口15が配置される。このような
火炉では燃料の滞留時間を長くとることができるため、
難燃性の燃料を用いても燃焼効率が上がり、排出される
未燃分を減ずることができる。

しかしながら、バーナ13から噴射された噴流がＵ字型
の軌跡をとらず、前壁２または後壁３のバーナ13からの
噴流のどちらか一方がショートパス流50になる場合があ
る。第18図では、後壁３側の流れが渦49となってホッパ
部の炉底空間48まで沈み込み、前壁２側の流れはバーナ
13から噴射された前後に反転して上昇するショートパス
流50となっている。炉内の流れに偏流を生じると、ショ
ートパス流50側では炉内滞留時間が短くなり、未燃分の
排出量が著しく増大する。このような炉内の偏流現象
は、発明者らが実施したプラスチックモデル内にトレー
サ粒子を混入した水を流して観察する、いわゆる可視化
実験により確認されており、原因は、前壁２側、後壁３
側に配置されたバーナ13の流量、操作条件のわずかな相
違、またはそれぞれ複数配置された前壁バーナ13a間お
よび後壁バーナ13b相での流量、操作条件のわずかな相
違が噴流間、または噴流と壁との間の相互干渉により助
長されるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、炉内
の偏流、ショートパスをなくして良好な燃焼状態を維持
し、排出未燃分を低減することができるＵ字型燃焼火炉
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、火炉底部のホッパ空間を前壁側と後壁側
に仕切る分割壁を設けることにより達成される。

すなわち、本発明は、内側へ傾斜してホッパ部を形成
する前部および後部炉底壁と、両炉底壁の上方に続く垂
直方向の腹部壁と、腹部壁の上部に接続され水平または
斜上方に延びる肩部壁と、肩部壁の上方に接続された火
炉首部壁と、火炉首部壁に接続された天井壁とより構成
される火炉前壁および火炉後壁と、この火炉前後壁を接
続して火炉空間を包囲する左右両側壁と、前後肩部壁に
設けられ燃料をホッパ部に向けて噴射するバーナとを設
けてなるＵ字型燃焼火炉において、火炉下方のホッパ部
を前後に仕切る分割壁を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

火炉底部のホッパ空間に向けて噴射された前壁および
後壁バーナの噴流は、分割壁に阻まれて相互に干渉しな
くなり、しかも分割壁に沿って速やかに反転上昇するた
め、炉内偏流、ショートパス等の燃焼に悪影響を及ぼす
現象を防止することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示すＵ字型燃焼火炉断
面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ線矢視断面図、第３図
は、第１図の噴射流の流れ図、第４図は、第１図の平板
状固体壁の詳細図である。図において、火炉空間１は、
前壁２、後壁３、左側壁４および右側壁５を有する腹部
（ロ）および肩部（ハ）と、傾斜した前部炉底壁7aおよ
び後部炉底壁7bを有するホッパ部（イ）と、天井壁６と
に囲まれている。前壁２および後壁３の肩部10、11には
それぞれバーナ13が対向位置に配置されている。火炉空
間１の底部、すなわちホッパ部（イ）には平板状固体壁
22が設置され、ホッパ部（イ）は前部炉底空間23aと後
部炉底空間23bとの分割されている。ホッパ部（イ）の
最下部には、灰、スラグ、未燃物等の排出口15が設けら
れている。燃料17は、肩部（ハ）に設けられたバーナ13
に供給される。空気は、腹部（ロ）、肩部（ハ）に設け
られたウィンドウボックス12に供給された後、前記バー
ナ13、前壁腹部８および後壁腹部９に設けられるエアポ
ート14から炉内に吹込まれる。火炉の上部、すなわち天
井壁６の近傍には火炉出口21があり、対流伝熱を主体と
する熱交換器16が置かれて、熱回収が行なわれる。

火炉ホッパ部（イ）に平板状固体壁22を設ける方法と
しては、第４図に示すように前部炉底壁7aおよび後部炉
底壁7b間に支持部材28を設け、その上に耐火レンガ29を
積む方法がある。このとき、排出口30は第１図の排出口
15に連通することが必要である。

火炉の前壁肩部10および後壁肩部11のバーナ13から供
給される燃料17と空気18は、燃料・空気混合物19となっ
て、前部炉底壁7aおよび後部炉底壁7bの方向、すなわち
下向きに噴出される。したがって、噴流は第３図に示す
ように初めは下降流24a、24bであり、それぞれ前部炉底
空間23aおよび後部炉底空間23b付近で反転し、上昇流25
a、25bとなって、火炉首部（ニ）を経て火炉出口21から
排出される。前述したごとく、前壁２および後壁３のバ
ーナ13からの噴流は、炉底空間23a、23b付近で反転する
が、このとき平板状固体壁22が存在するために両噴流は
互いに干渉することがない。したがって、前記両噴流の
流量、その他のアンバランスが存在したとしても、それ
が助長されて第18図のような偏った流れ、ショートパス
流50を生むことはない。第１図に示した構造の火炉が、
第３図のごとく偏流のないＵ字型流動状態を示すこと
は、前述した可視野化実験で確認された。

前記平板状固体壁22は、従来の火炉形状を変更するこ
となく設置することができるため、簡単な改造工事で偏
流を防止できる。特に第４図の平面状固体壁22は、支持
部材28と耐火レンガ29で構成されているため、その取付
け作業が比較的簡便である。

第５図は、本発明の他の実施例によるＵ字型燃焼火炉
のホッパ部の断面図である。この実施例は、平板状固体
壁22をダクト31およびスリット43から吹込まれる空気、
または燃焼排ガス等の冷却ガス32によって冷却するもの
である。冷却ガス32の流れ33は、平板状固体壁22の表面
を上昇しながら冷却するため、バーナ噴流の反転、上昇
を助けるとともに、該平板状固体壁22の表面が高温にな
って、スラグ等が付着するのを防止し、排出口15または
30を健全に保つ。さらに燃焼改善および蒸気温度制御に
用いられる排ガス再循環法にても、平板状固体壁22が適
用され、排ガスを火炉の中心部に導く等の効果を生むこ
とができる。

第６図は、さらに他の実施例による平板状固体壁の構
造図である。平板状固体壁22を下部ヘッダ34、上部ヘッ
ダ35および複数の管36により構成し、下部ヘッダ34に冷
却媒体37を供給し、上部ヘッダ35から冷却媒体38を抜出
す、内部冷却構造を採用したものである。複数の管36
は、管と管をフィンで結合したメンブレン構造としても
よいし、単に管36同士が接するように並べたものでもよ
い。また第７図は、さらに他の実施例による平板状固体
壁の構造図、第８図は、第７図のＢ−Ｂ線矢視断面図で
あり、炉底側をメンブレン部（ホ）およびその上部をス
クリーン部（ヘ）としてもよい。この構造を採用した場
合は平板状固体壁22は、火炉の上部（肩部（ハ）、首部
（ニ）または天井壁６）からつり下げて支持することが
できるため、その強度設計が容易となる。

第６図、第７図の例では冷却に用いた冷却媒体37から
熱回収を図ることができ、そのための系統を別途付加し
てもよい。

第９図は、本発明における平板状固体壁の寸法説明図
であり、少なくとも火炉最下部からバーナ噴流中心軸41
a、41bの交点51までの距離H₀とするか、望ましくはそれ
より長いH₁とするのがよい。

第10図は、さらに他の実施例によるＵ字型燃焼火炉の
断面図であり、炉底ホッパ空間（イ）に平板状固体壁22
に代えて三角柱状構造体42を配置したものである。すな
わち、三角柱状構造体42の三角形をした底面は、左右の
ボイラ側壁４、５に接するか、支持されるか、その近傍
に位置することになる。また、通常、三角底面の頂点の
１つが他の２つの頂点よりも上に来るようにして、横置
きしてある。このような位置関係で、三角柱状構造体42
を炉底に置くことにより、炉底ホッパ部（イ）の空間は
側壁４、５の方向から見てＷ字型に形成されることにな
り、前部炉底空間23aと後部炉底空間23bとに分割され
る。スラグ、灰、未燃分等の排出口は、15a、15bの２個
所となる。その火炉内の流れは第11図に示すように、前
述平板状固体壁22を設置した場合と同様であり、ガス流
の偏流を防止できる。本実施例では、排出口を１個所と
するホッパ構造に対して、火炉の高さ寸法を減ずること
ができ、建設コストを低減できる。

前記三角柱状構造体42は、前述した平板状固体壁22の
場合と同じく、耐火物または冷却壁で構成することがで
きる。第12図に示すごとく、前部炉底壁7a、後部炉底壁
7bに設けたダクト31、スリット43から冷却ガス32を噴出
させ、冷却ガス流33によって三角柱状構造体42の表面を
冷却し、スラグ等の付着および排出口15a,15bの閉塞を
防ぐことも可能である。

第13図は、三角柱状構造体42を内部冷却壁で形成した
例であり、下部ヘッダ34a、34bに冷却媒体37を供給し、
メンブレン壁44に沿って上昇し、上部ヘッダ35から冷却
媒体38として抜出す。抜出した冷却媒体38からは熱回収
を図ることが可能なことは言うまでもない。下部ヘッダ
34a、34bと上部ヘッダ35とをつなぐのはメンブレン壁33
であるが、メンブレン壁44に固執する必要はなく、冷却
媒体37が流れる流路が形成されていればよい。上部ヘッ
ダ35や必要ならばメンブレン壁44にも、第14図に示すよ
うにその表面に耐火材53を張るのが好ましい。これによ
りヘッダ類が高温にさらされて、劣化するのを防ぐこと
ができる。

第15図は、下部をメンブレン壁46a、46bで、上部をス
クリーン管47a、47bとした水冷壁を交差させて中央部路
底壁45となし、Ｗ字型空間を作ったものである。中央部
炉底壁45の上部は、前壁腹部８および後壁腹部９と一体
化してある。この構造は、管内の冷却水の流れがスムー
ズであり、熱負荷アンバランス等による管焼損の必要が
ない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｕ字型燃焼火炉の炉底ホッパ部空間
を前壁側と後壁側とに仕切る構造体を設けたため、前壁
および後壁のバーナから炉底ホッパ部へ向けてそれぞれ
噴射された噴流が相互に干渉することなく、反転、上昇
して、それぞれＵ字型流動を呈する。それゆえ、前壁
側、後壁側いずれのバーナ噴流もショートパスすること
なく、必要な炉内滞留時間を確保することができるの
で、難燃性燃料を用いた場合でも未燃分の排出が少な
く、良好な燃焼状態を得ることができる等々の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すＵ字型燃焼火炉断面
図、第２図は、第１図のＡ−Ａ線矢視断面図、第３図
は、第１図における流動図、第４図は、第１図の平板状
固体壁詳細図、第５図は、本発明の他の実施例を示すＵ
字型燃焼火炉のホッパ部断面図、第６図および第７図
は、本発明のさらに他の実施例によるＵ字型燃焼火炉の
平板状固体壁構造図、第８図は、第７図のＢ−Ｂ線矢視
断面図、第９図は、本発明における平板状固体壁寸法説
明図、第10図は、本発明のさらに他の実施例を示すＵ字
型燃焼火炉断面図、第11図は、第10図における流動図、
第12図は、本発明のさらに他の実施例を示すＵ字型燃焼
火炉のホッパ部断面図、第13図は、本発明のさらに他の
実施例を示すＵ字型燃焼火炉の平板状固体壁構造図、第
14図は、第13図の上部ヘッダの拡大断面図、第15図は、
本発明のさらに他の実施例を示すＵ字型燃焼火炉の平板
状固体壁断面図、第16図は、従来技術のＵ字型燃焼火炉
断面図、第17図は、第16図のＣ−Ｃ線矢視断面図、第18
図は、第16図における流動図である。 １……火炉空間、２……前壁、３……後壁、４……左側
壁、５……右側壁、６……天井壁、7a……前部炉底壁、
7b……後部炉底壁、８……前壁腹部壁、９……後壁腹部
壁、10……前壁肩部壁、11……後壁肩部壁、12……ウィ
ンドボックス、13、13a、13b……バーナ、14……エアポ
ート、15、15a、15b……排出口、16……熱交換器、17…
…燃料、18……空気、19……燃料空気混合物、20……燃
焼ガス、21……火炉出口、22……平板状固体壁（分割
壁）、23a……前部炉底空間、23b……後部炉底空間、24
a、24b……下降流、25a、25b……上昇流、26a、26b、27
a、27b……渦、28……支持部材、29……耐火レンガ、30
……排出口、31……ダクト、32……冷却ガス、33……冷
却ガス流、34、34a、34b……下部ヘッダ、35……上部ヘ
ッダ、37、38……冷却媒体、39……フィン、40……隙
間、41a、41b……バーナ噴流中心軸、42……三角柱状構
造体、43……スリット、44……メンブレン壁、45……中
央部炉底壁、46a、46b……メンブレン部、47a、47b……
スクリーン部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 彰 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 三垣 仁志 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 (56)参考文献 特開 平１−200106（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127807（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側へ傾斜してホッパ部を形成する前部お
   よび後部炉底壁と、両炉底壁の上方に続く垂直方向の腹
   部壁と、腹部壁の上部に接続され水平または斜上方に延
   びる肩部壁と、肩部壁の上方に接続された火炉首部壁
   と、火炉首部壁に接続された天井壁とより構成される火
   炉前壁および火炉後壁と、この火炉前後壁を接続して火
   炉空間を包囲する左右両側壁と、前後肩部壁に設けられ
   燃料をホッパ部に向けて噴射するバーナとを設けてなる
   Ｕ字型燃焼火炉において、火炉下方のホッパ部を前後に
   仕切る分割壁を設けたことを特徴とするＵ字型燃焼火
   炉。