JP2739748B2 - スラリー燃料用バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，石炭水スラリー（ＣＷ
Ｍ）等のスラリー燃料に用いられるバーナに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】高濃度石炭水スラリー（ＣＷＭ）は流体
化した燃料であり，従来の油と同じようにスラリー燃料
用バーナを用いて噴霧燃焼させることができるが，微粉
炭と比較した場合の問題点として着火性の悪さと未燃分
が増大してしまうことが知られている。着火性の悪さの
原因は，高速で噴霧されるうえに水の蒸発に熱が費やさ
れるためであり，微粉炭と比較してかなり着火距離が長
くなる。未燃分の増加を招く原因としては未解決な部分
が少なくないが，液滴内で微小な石炭粒子が凝集してい
るため微粉炭のように個々の微小粒子のまま燃え切らな
いことと，水分によって燃焼温度が低下するためであ
る。さらに保炎性が悪く火炎がリフトした状態では安定
な還元ゾーンを形成しにくく（しかも高温にならない）
ＮＯｘ排出を抑制するのが難しいともいわれている。し
たがって，高濃度石炭水スラリーの燃焼効率を微粉炭並
みまで上昇させるには噴霧性能に優れ，かつ高濃度石炭
水スラリーの燃焼に適したスラリー燃料用バーナを開発
することが望まれていた。

【０００３】こうした期待を担ったスラリー燃料用バー
ナが開発されている。このスラリー燃料用バーナは，図
３に示すように，バーナプラグ１とバーナプレート４と
バーナチップ７を外周部からチップナット１０で固定す
る構成になっている。前記バーナプラグ１は，中央部に
燃料供給孔２と，前記燃料供給孔２の周辺部の円周上に
配列された複数の噴霧媒体供給孔３を備えている。前記
バーナプレート４は，前記バーナプラグ１の前記燃料供
給孔２と連通し前記燃料供給孔２から供給された燃料を
分配するための流路を有する燃料分配室５と，前記燃料
分配室５から分配された燃料およびバーナプラグ１の噴
霧媒体供給孔３から供給された噴霧媒体を混合するため
の複数の第１混合室６を備えている。前記バーナチップ
７は，前記バーナプレート４の複数の第１混合室６と連
通し，第１混合室６で混合された燃料と噴霧媒体との混
合物を一箇所に集めさらに混合するための第２混合室８
と，第２混合室８で混合された混合物を外部に噴霧する
ためバーナプレート４の反対側の端部に穿設された複数
の噴孔９とを備えている。

【０００４】外部からバーナプラグ１へ流入した高濃度
石炭水スラリー等の燃料と圧縮空気等の噴霧媒体とは，
それぞれ前記バーナプラグ１の燃料供給孔２と噴霧媒体
供給孔３とを通りバーナプレート４に流入する。バーナ
プレート４では，燃料供給孔２から流入した燃料が燃料
分配室５の導孔５ａから第１混合室６に向かって分配さ
れ，分配された燃料は，噴霧媒体供給孔３を通り第１混
合室６に流入した噴霧媒体と混合されバーナチップ７に
流入する。バーナチップ７では，バーナプレート４の第
１混合室６から流出した燃料が，第２混合室８に集めら
れさらに混合された後，噴孔９を通して外部に噴霧され
燃焼する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし，図３に示すス
ラリー燃料用バーナにあっては，スラリー燃料が高速で
ぶつかったり，絞られて流れるところでは，摩耗し易
い。特に，バーナプレート４のスラリー燃料分配室５お
よび導孔５ａはスラリー燃料が高速で流れるところであ
り，複数の第１混合室６は高速の噴霧媒体にスラリー燃
料が複数の導孔５ａを通して吹きつけられて膨張すると
ころである。特に，噴孔９は噴霧媒体に混合したスラリ
ー燃料が高速で当たるところであり，かかる個所の摩耗
が激しく，摩耗とともに高濃度石炭水スラリーの噴霧状
態が悪化し，各噴孔９における噴霧化が不均質になり易
い。この結果，安定した燃焼火炎のゾーンコントロール
が難しくなり，特に燃料比の高い石炭を利用した石炭水
スラリーでは低ＮＯｘ燃焼が不可能になるばかりか未燃
分も激増してしまう。

【０００６】こうした噴霧悪化を防止しつつ連続した安
定運転が行なわれるように種々提案がなされている。例
えば，スラリー燃料用バーナのバーナチップ７の噴孔９
からの噴出速度を低下させる（火炎の吹き飛びを低減す
るため）べく噴霧媒体としての蒸気量を減少させること
も考えられるが，これによって第１混合室６内での石炭
水スラリーとの混合が良好に行なわれなくなるととも
に，噴孔９においても噴霧の速度が小さくなるため噴霧
化が不良となる。このため，ターンダウン比を大きくと
ることが極めて困難である。事業用大型ボイラの場合
は，バーナ本数を減少させることで負荷変動に対応する
ことができるが，バーナ本数の少ない産業用ボイラの場
合になるとターンダウン比を大きくとれないことが致命
的になる。また，石炭水スラリーの噴霧化の悪化に伴い
未燃分が増加し低ＮＯｘ化が困難となる。

【０００７】また，摩耗の激しい個所の耐摩耗性を向上
させるために耐摩耗性の高いセラミックスのスリーブを
バーナプレート４やバーナチップ７内に貼着させてスラ
リー燃料用バーナの寿命を大幅に延長させることも行な
われているが，スリーブの摩耗の進行に伴い噴霧用蒸気
により接着剤が溶出するか，あるいは，熱変形の違い等
により大きな応力が生じてスリーブが割れたり，ガタつ
きや抜け等の不具合が生じるために噴霧状態が悪化し，
保炎を一定に保てずＮＯｘを低減できないといった問題
が依然として残る。

【０００８】本発明は，上記従来の問題点に着目し，安
定した燃焼火炎のゾーンコントロールを容易にしつつ，
低ＮＯｘ燃焼を可能にすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るスラリー燃料用バーナは、燃料と蒸気
等の噴霧媒体を分配供給するバーナプラグの先端部に前
記燃料と噴霧媒体の混合通路を形成したバーナプレート
を設け、このバーナプレートには前記混合通路から導入
された混合燃料を受入れる混合室を形成するとともに混
合燃料の噴孔を形成してなるバーナチップを設けたスラ
リー燃料用バーナにおいて、前記混合室に混合燃料を導
入する混合通路の通路軸線を当該混合室内部にて交差さ
せると共に、前記交差点の位置が該交差点とバーナチッ
プの先端面との距離がバーナチップの内部の軸線方向長
さに対して０．５〜０．８の間にあるように設定し、か
つ前記バーナチップに形成された混合燃料噴孔の他に少
なくとも１つ以上の副噴孔を設けた構成にする。

【００１０】

【作用】本発明のスラリー燃料用バーナでは，バーナプ
ラグの燃料供給孔からバーナプレートの混合室に送給さ
れたスラリー状の燃料は噴霧媒体と混合されてバーナチ
ップ内へ送給され，バーナチップ内でさらに混合されて
噴孔より噴霧され，燃焼される。複数の混合室から噴出
される混合燃料はバーナチップ内において交叉する。こ
のため，前記混合燃料はバーナチップ内において激しく
衝突して均等に分散し，十分に混合された後，噴孔およ
び副噴孔から噴出される。この場合，混合室から噴出さ
れた混合燃料同志がバーナチップ内において相互に衝突
し，均等に分散されるので混合室から噴出されたときの
速度よりも小さい速度にてバーナチップ内面に衝突する
ので，バーナチップの摩耗が著しく減少する。また，バ
ーナチップ内における混合が十分に行なわれるようにな
るので，噴霧濃度が均一になる。さらに，バーナチップ
において激しい撹拌作用が発生するので，バーナチップ
の内壁を伝わって流れるスラリーが十分に剪断されて薄
膜になるので，噴霧中の粗大粒子の発生が防止される。

【００１１】また，副噴孔の噴霧作用により全体的に均
等に噴霧でき，かつ前記したような良好な霧化性が得ら
れることにより霧化性を悪化することなく噴霧速度を低
減できるため，噴霧外周部の着火位置が近づき安定な火
炎が形成されやすくなるとともに，噴霧中心部は安定し
た還元炎が形成されやすくなる。これにより，ＮＯｘ低
減が可能となると同時に燃焼効率の向上も図れる。

【００１２】

【実施例】以下，本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２は本発明の一実施例を示す説明図
であり，図３と同一部分に同一符号を付してある。

【００１３】本実施例において，バーナプレート４には
合計６個の第１混合室６が周方向等分位置に設けられて
いる。これら第１混合室６は，第２混合室８に向かって
内向きに斜め方向に延在しており，第１混合室６の延長
線方向は第２混合室８内において交叉している。本実施
例では，十分な分散，混合，撹拌領域を確保するため
に，この交叉点Ｃの位置は，Ｃとバーナチップ７の先端
面との距離１がバーナチップ７の内部の長さＬに対し１
／Ｌが０．５〜０．８の間にあるようにするのが好適で
ある。

【００１４】バーナチップ７には，合計８個の噴孔９が
周方向等分位置に設けられている。なお，本実施例で
は，バーナプラグ１は中心管部材１Ａと外管部材１Ｂと
の同軸的な組合せ体よりなる。中心管部材１Ａの先端側
にはフランジ部１ａが設けられており，このフランジ部
１ａがバーナプレート４に重ね合わされている。中心管
部材１Ａ内の燃料供給孔２には導管１２からＣＷＭが供
給され，中心管部材１Ａと外管部材１Ｂとの間の噴霧媒
体供給孔３に蒸気が供給される。図１の実施例では，第
１混合室６のうち導孔５ａよりも上流側の部分を小径と
し，それよりも第２混合室８側を大径としている。

【００１５】本発明では，さらに前記したバーナチップ
７の周方向等分位置に設けられた８個の噴孔９の他に，
バーナチップ７の中心軸部に副噴孔１３を周方向等分位
置に４つ設けた構成となっている。副噴孔１３の孔径は
噴孔９の１／２程度とするのが好ましい。すなわち，噴
孔径を４ｍｍとすれば副噴孔径が２ｍｍ程度になるわけ
である。これ以上に副噴孔径を小さくすると石炭粒子も
しくは異物による目詰まり等が生じ，運転操作上問題に
なる可能性もある。

【００１６】また，本発明では，バーナプレート４およ
びバーナチップ７の材質を耐熱衝撃性に優れている四窒
化三硅素系セラミックスとするか，耐摩耗性に優れてい
るシリコンカーバイト系セラミックスにしてもよい。あ
るいは，バーナプレート４に四窒化三硅素系セラミック
スを用い，バーナチップ７にシリコンカーバイト系セラ
ミックスを用いてもよいし，その逆にしてもよい。

【００１７】このように構成されたスラリー燃料用バー
ナでは，バーナプラグ１の燃料供給孔２からバーナプレ
ート４の燃料分配室５を介して第１混合室６に送給され
たスラリー状の燃料は，バーナプラグ１の噴霧媒体供給
孔３からバーナプレート４の第１混合室６に送給された
噴霧媒体と混合されてバーナチップの第２混合室８へ送
給され，第２混合室８でさらに混合されて噴孔９より噴
霧され，燃焼される。しかして，複数の第１混合室６か
ら噴出される混合物は，この第２混合室８内において交
叉する。このため，該混合物は第２混合室８内において
激しく衝突して均等に分散し，十分に混合された後，噴
孔９と副噴孔１３から炉内へそれぞれ噴出され燃焼す
る。

【００１８】この場合，第１混合室６から噴出された混
合物同志が第２混合室８内において相互に衝突し，均等
に分散されるので，第１混合室６から噴出されたときの
速度よりも小さい速度にてバーナチップ７の内面に衝突
するので，バーナチップ７の摩耗が著しく減少する。ま
た，第２混合室８内における混合が十分に行なわれるよ
うになるので，噴霧濃度が均一になる。

【００１９】さらに，第２混合室８内においては，図２
に示した如く，第１混合室６からの噴出物同志の衝突に
伴って激しい撹拌作用が発生するので，第２混合室６の
内壁を伝わって流れるスラリーが十分に剪断されて薄膜
になるので，噴霧中の粗大粒子の発生が防止される。

【００２０】本発明のスラリー燃料用バーナでは，合計
８個の噴孔９の他に前記噴孔９から噴霧されたスラリー
状の燃料の着火アシストとして合計４個の副噴孔１３か
ら炉内へ噴出されたスラリー状の燃料は，噴霧流の外周
囲で速やかに着火させて，噴孔９の近傍に完全燃焼領域
を形成するとともに，副噴孔１３の近傍に安定な還元領
域を形成する。さらに，前記還元領域に隣接して還元領
域で発生した還元物質のＮＨ_３と反応する脱硝領域を形
成する。

【００２１】また，バーナチップ７に噴孔９の他に副噴
孔１３を設けたことにより，石炭水スラリーと噴霧用蒸
気の混合物の炉内への噴出速度を低くすることが可能と
なり，火炎の吹き飛びを低減できる。このため，保炎性
が良く，副噴孔１３の近傍に安定した還元領域を形成で
き，還元物質のＮＨ_３等を発生し易くなりＮＯｘを低滅
することができる。さらに，保炎性の向上により未燃分
の低減すなわち燃焼効率のアップにもつながる。

【００２２】本発明では，スラリー燃料用バーナの燃焼
停止後に燃料供給孔２に水や蒸気あるいは空気を送って
残留物をバージするのが好適である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明では、スラリー燃料用バーナでは、燃料と蒸気等
の噴霧媒体を分配供給するバーナプラグの先端部に前記
燃料と噴霧媒体の混合通路を形成したバーナプレートを
設け、このバーナプレートには前記混合通路から導入さ
れた混合燃料を受入れる混合室を形成するとともに混合
燃料の噴孔を形成してなるバーナチップを設けたスラリ
ー燃料用バーナにおいて、前記混合室に混合燃料を導入
する混合通路の通路軸線を当該混合室内部にて交差させ
ると共に、前記交差点の位置が該交差点とバーナチップ
の先端面との距離がバーナチップの内部の軸線方向長さ
に対して０．５〜０．８の間にあるように設定したこと
により、複数の混合通路からの噴出混合燃料が混合室内
で衝突して均等に分散し、さらに十分な混合が行われ
る。また、混合室からの噴出混合燃料のバーナチップの
内面への衝突速度が小さくなるとともに、バーナチップ
内で十分に混合される用になるため、バーナチップの内
面の磨耗が著しく減少され、しかも噴霧濃度の偏りが減
少する。さらに、本発明によるとバーナチップの内壁を
伝わって流れるスラリーが十分に剪断されて薄膜になる
ので、噴霧中の粗大粒子の発生が防止される。また、副
噴孔を設けたことにより、着火安定性および保炎性の向
上が図れるために、未燃分が低減し燃焼効率がアップす
る。さらに、バーナ近傍に安定な高温還元領域が形成で
きるため、ＮＯｘの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るスラリー燃料用バーナの縦断面図
である。

【図２】同バーナのバーナチップ内での混合燃料の混合
状態を示す説明図である。

【図３】従来のスラリー燃料用バーナの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ バーナプラグ ２ 燃料供給孔 ３ 噴霧媒体供給孔 ４ バーナプレート ５ 燃料分配室 ５ａ 導孔 ６ 第１混合室 ７ バーナチップ ８ 第２混合室 ９ 噴孔 １０ チップナット １３ 副噴孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と蒸気等の噴霧媒体を分配供給する
   バーナプラグの先端部に前記燃料と噴霧媒体の混合通路
   を形成したバーナプレートを設け、このバーナプレート
   には前記混合通路から導入された混合燃料を受入れる混
   合室を形成するとともに混合燃料の噴孔を形成してなる
   バーナチップを設けたスラリー燃料用バーナにおいて、
   前記混合室に混合燃料を導入する混合通路の通路軸線を
   当該混合室内部にて交差させると共に、前記交差点の位
   置が該交差点とバーナチップの先端面との距離がバーナ
   チップの内部の軸線方向長さに対して０．５〜０．８の
   間にあるように設定し、かつ前記バーナチップに形成さ
   れた混合燃料噴孔の他に少なくとも１つ以上の副噴孔を
   設けたことを特徴とするスラリー燃料用バーナ。」