JP2752107B2 - 粉粒体燃料の燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粉粒体燃料の燃焼装置に係り、特に揮発分含
有量の少ない微粉炭や石油コークスなどの粉粒体燃料の
燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ボイラ等に用いられている微粉炭燃焼装置は、
分級機が内蔵されている微粉砕機（以下、ミルと称す）
を用いて粉砕された石炭を、微粉炭バーナに直接供給す
る燃焼装置が採用されている。この装置では、ミルに供
給される原炭の乾燥用、ミル内部で粉砕された石炭を粗
粒と微粒に分ける分級用およびバーナへの微粉炭の搬送
用として加熱空気を使用する。したがって、原炭の水
分、粉砕性、燃焼性に応じてその空気量および空気温度
が決定される。

第８図には、ミル負荷に対するミルからバーナに供給
される微粉炭（Ｃ）と空気（Ａ）の重量比（以下、C/A
と称す）を示す。この図から、ミル負荷の低下に伴って
C/Aが低くなることがわかる。これは微粉炭の搬送およ
び分級のために空気量をある程度以上に保つ必要があ
り、やむを得ない現象である。

第９図には、石炭の着火安定性に関するデータを示
す。図の横軸は、石炭中の固定炭素と揮発分との重量比
である燃料比（以下、FRと称す）を示している。ボイラ
等に一般的に使用されている石炭のFRは、0.8〜2.5程度
である。2.5以上の高燃料比炭および４以上の無煙炭や
石油コークスのようにFRが高い石炭では、C/Aを高くし
ないと安定に着火できない。このため第８図に示す特性
を持つミルを使用すると、FRの高い石炭および低負荷域
でのC/Aの低い状態では着火が不安定になり、ボイラの
安全運転上問題がある。

これに対処するには、ミルからの低C/A微粉流を、慣
性力等を利用して高C/A流体（微粉濃厚）と低C/A流体
（希薄）に分岐し、前者をバーナ部での安定燃焼に用い
る方法が有効である。

第10図は、従来技術によるサイクロン分離器を用いた
微粉炭燃焼装置の系統図である。図において、石炭は石
炭バンカ１に貯蔵され、燃焼装置の負荷に応じて石炭供
給管２を経て石炭フィーダ３からミル４に送られる。ミ
ル４で粉砕された石炭は、微粉炭として１次空気ととも
に微粉炭供給管５を経てサイクロン方式の微粉炭濃縮器
６に送られ、ここで微粉炭濃縮流８と微粉炭希薄流７に
分割される。微粉炭濃縮流８はバーナ16に搬送され、火
炉15に吹込まれ、一方微粉炭希薄流７はバーナ16のすぐ
横に設置された希薄流投入口17から火炉15に吹込まれ
る。このような装置は、例えば特開昭61−192113号公報
に示されているが、火炉15においてバーナ16は火炉15の
前壁18と後壁18aの上部に位置する水平または上方に傾
斜した上部壁18bに設けられている。これは微粉炭を火
炉15の上部から下方に向けて噴射し、Ｕ字型の軌跡をと
って燃焼させ、炉内滞留時間を長くとらせることを目的
とするものである。

しかしながら上記従来技術は、濃縮流を投入するバー
ナの投入口近くに設けられた希薄流投入口より火炉内に
投入される希薄流が、バーナ火炎のフローパターンに及
ぼす影響について配慮されておらず、火炎の安定化に効
果的なバーナ投入口付近の火炉内に生じる高温燃焼ガス
の大きな逆流域を形成しにくいという問題があった。ま
た、サイクロンを用いた微粉炭濃縮器によって得られる
微粉炭濃縮流にバーナ内で強旋回が与えられることに対
する配慮がなされておらず、微粉炭の炉内滞留時間減少
に起因する、未燃分損失が大きいという問題があった。

〔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なくし、バー
ナ近傍に大きな逆流域を形成するのに好適な希薄流投入
手段を提供し、またバーナから火炉に投入される微粉炭
濃縮流中の微粉炭を分散させ、さらに１次空気および微
粉炭の旋回を防止するための燃焼装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した本発明の目的は、粉粒状燃料と１次空気の混
合流体をバーナに供給する燃料供給管と、この混合流体
を燃焼炉に噴射して燃焼させるバーナと、このバーナの
燃料噴射口を炉壁に設けた燃焼炉とを備えた粉粒体燃料
の燃焼装置において、前記燃料供給管またはバーナ内に
粉粒状燃料の濃縮器、該濃縮器で濃縮された粉粒状燃料
を分散させる分散板および該燃料の旋回防止板を設ける
とともに、前記濃縮器で分割した希薄流の前記燃焼炉内
への投入口を、前記バーナの火炎フローパターンに影響
しない場所に設けたことを特徴とする粉粒体燃料の燃焼
装置により達成される。

〔作用〕

第11図および第12図に円筒炉の左端中央の開口部に二
重円筒形のバーナを設け、中央の円筒口より１次空気と
微粉炭の混合流、外側の環状口より２次空気を投入する
燃焼炉において、バーナ付近に希薄流投入口を設けた場
合と設けない場合の炉内のガスの流れを比較した図を示
す。２次空気の投入口にはベーンを設けているので、２
次空気には回転力を与えながら炉内に吹込むことにな
る。両図は、円筒炉内のガス速度場（図上半分の速度ベ
クトル）および微粉炭粒子の飛行軌跡（図下半分）を数
値計算によって求めた結果を示す図である。２次空気に
は旋回を与えているため、微粉炭粒子は旋回しながら飛
行していくが、炉内心軸から粒子までの距離を平面にプ
ロットして軌跡を表示したものである。第13図は、第11
図の炉出口から見た微粉炭粒子の軌跡である。

第11図は、希薄流投入口をバーナから充分遠さげた場
合の計算結果を示しており、炉内に大きな逆流域、すな
わちバーナに向かうガス流れ領域が形成されている。第
12図は、希薄流投入口をバーナのすぐ外側に設置した場
合のフローパターンを示しており、第11図に較べて小さ
な逆流域しか形成されていないことがわかる。第11図、
第12図いずれも微粉炭と２次空気は炉の中心軸に平行に
真っ直ぐに投入されているが、炉内にて外向きに流れが
拡大しているのは、２次空気に旋回をかけているためで
ある。

バーナから噴出される噴流は周囲の空気を巻き込みな
がら流れていくが、充分巻き込むだけの空気がない場合
は、再循環渦がバーナ噴流の周りに形成されて圧力低下
を招く。その結果、バーナ噴流は外側に広がるプローパ
ターンとなり、大きな逆流域が形成される。ところが、
バーナ噴流が巻き込むのに充分な空気がバーナのすぐ外
側に設置されている希薄流投入口より補われれば、バー
ナ噴流の周りに再循環渦が形成されないため、形成され
る逆流域は小さくなる。

以上のように希薄流投入口をバーナから遠ざけること
によって、火炎の安定化に重要な大きな逆流域を形成す
ることができる。

微粉炭濃縮流の旋回を防止するためには、後述するよ
うに微粉炭噴射筒内に微粉炭分散板および旋回流防止板
を設置するが、前者は遠心力のためフーエルパイプ（微
粉炭管）内の壁面上をすじ状に流れている微粉炭を壁面
からはがしてフーエルパイプ内に分散させる働きをし、
後者はフーエルパイプ内１次空気の旋回速度成分をなく
する働きをする。第14図および第15図は、それぞれ微粉
炭管に微粉炭分散板と旋回流防止板を設置した場合とし
ない場合のバーナ近傍のフローパターン、および微粉炭
粒子軌跡の計算結果を示す図である。なお、第14A図、
第15A図は、それぞれ第14図、第15図のバーナ近傍の拡
大図である。分散板および旋回流防止板を設置した第14
図の場合、バーナから炉に入った微粉炭は、一旦逆流域
の中に突入した後、反転して逆流域の中をバーナに向か
って飛行するが、高速の２次空気の流れに出合うと急速
にバーナから遠ざかる。１次空気にも旋回速度成分のあ
る第15図の場合は、炉内に微粉炭が入る前から遠心力が
働いているため、第14図に較べて微粉炭は急速に外側に
散らされる。したがって、高速の２次空気流に早く出合
ってバーナから遠ざかる。このような微粉炭粒子挙動の
相異によって、バーナ近傍における滞留時間が変化す
る。

第16図に、微粉炭粒子の平均旋回速度（＝１次空気の
旋回速度）に対して、微粉炭粒子のバーナ出口における
位置をパラメータにし、粒子のバーナ近傍における滞留
時間を示す。本図から、旋回方向には無関係に１次空気
の旋回が弱いほど、また微粉炭の流入位置がフーエルパ
イプ壁から遠いほど滞留時間が長くなり、未燃分損失が
低減することがわかる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す高燃料比炭燃焼用
ボイラの燃焼系統図である。図において、石炭は石炭バ
ンカ１に貯蔵され、燃焼装置の負荷に応じて石炭フィー
ダ３からミル４に送られる。ミル４で粉砕された石炭
は、微粉炭として１次空気でバーナ16まで搬送される。
その配管の途中で、微粉炭濃縮器６によって微粉炭濃縮
流８と微粉炭希薄流７に分割されて、微粉炭濃縮流８は
バーナ16に搬送され火炉15に吹込まれる。一方、微粉炭
希薄流７は、火炉15の前壁18に設けている希薄流投入口
17から火炉15に吹込まれる。なお、希薄流投入口17は火
炉後壁18aに設けてもよい。

第２図は、本発明の一実施例を示す高燃料比炭燃焼用
バーナおよびその上部に設置しているサイクロン方式微
粉炭濃縮器の側断面図、第３図は、第２図のＡ方向視図
である。ここで６はサイクロン方式微粉炭濃縮器、７は
微粉炭希薄流、８は微粉炭濃縮流、20は微粉炭流、21は
フーエルパイプ、22は微粉炭分散板、23は旋回流防止板
である。

第４図は、２次空気の旋回強度の指標となるスワール
数に対するバーナ近傍に形成される逆流域の大きさの関
係を示す図である。第11図および第12図を用いてその原
理を説明したように、本発明によれば比較的小さいスワ
ール数で大きな逆流域が形成できることがわかる。従来
の装置では、スワール数を大きくすれば、同様の効果が
得られることが推定できるが、スワール数を大きくする
にはファン動力を増す必要があり、経済性の面からでき
るだけ小さいスワール数で大きな逆流域を形成するほう
が望ましい。したがって、本発明によれば、従来法に較
べて少ないファン動力で大きな逆流域を形成することが
可能で、安定な火炎が作れると考えられる。

第２図において、１次空気で搬送される微粉炭流20
は、微粉炭濃縮器６によって微粉炭希薄流７と微粉炭濃
縮流８に分けられる。微粉炭濃縮流８は、フーエルパイ
プ21内を旋回しながらバーナ出口に向かって流れる。従
来装置のバーナでは、微粉炭濃縮流は旋回しながらフー
エルパイプ壁面上を流れバーナより出ていくのに対し
て、本発明では微粉炭濃縮器６とバーナ出口の間に多孔
の微粉炭分散板22が設置されているため、壁面上から微
粉炭がはがされてフーエルパイプ21内に分散される。さ
らに旋回流防止板23によって旋回速度成分がなくなる。

第５図は、微粉炭分散板および旋回流防止板を設置し
た場合（本発明）と、しない場合（従来装置）のバーナ
出口のフーエルパイプ内における微粉炭濃度、すなわち
C/Aの分布を示す図である。本図から、従来法ではフー
エルパイプの壁近傍でC/Aが大きくなっているのに対し
て、本発明によればほぼ一様な分布となることがわか
る。

第６図は、炉出口における本発明と従来装置の燃焼実
験による燃焼率に比較した図である。この図から、従来
バーナに対して約10％燃焼率が改善され、本発明が効果
的なことがわかる。これは第14図、第15図、第16図を用
いて説明したように、本発明によって微粉炭粒子の炉内
滞留時間が長くなったためと考えられる。

第７図は、本発明の他の実施例を示すボイラの燃焼系
統図であり、微粉炭希薄流７を燃焼用３次空気19に混合
して火炉15内に投入するものである。この場合、火炉15
の前壁18に微粉炭希薄流７を投入するための特別な投入
口を設置する必要がない。第１図の例では、微粉炭分散
板および旋回流防止板をバーナ内に設置した例を示した
が、微粉炭濃縮器とバーナの間隔を長くして、前記分散
板および防止板をバーナ外のフーエルパイプ内に設置し
ても同様の効果が得られることに変わりはない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、揮発分の少ない難燃性の微粉炭や石
油コークス粉粒体のような燃料を、炉内滞留時間を充分
長くとって燃焼させることができるので、未燃分を少な
くして完全に燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例系統図、第２図は、本発明の
実施例におけるバーナおよび燃料濃縮器の断面図、第３
図は、第２図のＡ方向視図、第４図は、スワール数に対
する逆流域容積の関係図、第５図は、バーナ出口におけ
る微粉炭濃度分布の本発明と従来技術の比較図、第６図
は、本発明と従来技術における微粉炭燃焼率の比較図、
第７図は、本発明の他の実施例系統図、第８図は、従来
技術におけるミル負荷とバーナ入口の微粉炭濃度の関係
図、第９図は、微粉炭濃度と燃料比と着火性の関係図、
第10図は、従来技術になる高燃料比炭燃焼用ボイラの燃
焼系統図、第11図は、本発明を実施した場合のバーナ付
近のガスフローパターンおよび微粉炭粒子の飛行軌跡
図、第12図は、従来技術におけるバーナ付近のガスフロ
ーパターンおよび微粉炭粒子の飛行軌跡図、第13図は、
第11図の微粉炭粒子飛行軌跡の炉出口視図、第14図、第
14A図は、本発明を実施した場合のバーナ付近のガスフ
ローパターンおよび燃料粒子の飛行軌跡図、第15図、第
15A図は、従来技術におけるバーナ付近のガスフローパ
ターンおよび燃料粒子の飛行軌跡図、第16図は、バーナ
出口における微粉炭粒子の平均旋回速度と粒子滞留時間
の関係図である。 １……石炭バンカ、３……石炭フィーダ、４……ミル、
５……微粉炭供給管、６……微粉炭濃縮器、７……微粉
炭希薄流、８……微粉炭濃縮流、９……燃焼用空気ファ
ン、10……１次空気用ファン、11……熱交換器、12……
流量制御弁、13……１次空気配管、14……燃焼用空気配
管、15……火炉、16……バーナ、17……希薄燃料流投入
口、18……前壁、18a……後壁、19……燃焼用３次空
気、20……微粉炭流、21……フーエルパイプ、22……微
粉炭分散板、23……旋回流分散板、24……ウインドボッ
クス、25……２次空気レジスタ、26……保炎リング、27
……油バーナ、28……２次空気噴口。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉粒状燃料と１次空気の混合流体をバーナ
   に供給する燃料供給管と、この混合流体を燃焼炉に噴射
   して燃焼させるバーナと、このバーナの燃料噴射口を炉
   壁に設けた燃焼炉とを備えた粉粒体燃料の燃焼装置にお
   いて、前記燃料供給管またはバーナ内に粉粒状燃料の濃
   縮器、該濃縮器で濃縮された粉粒状燃料を分散させる分
   散板および該燃料の旋回防止板を設けるとともに、前記
   濃縮器で分割した希薄流の前記燃焼炉内への投入口を、
   前記バーナの火炎フローパターンに影響しない場所に設
   けたことを特徴とする粉粒体燃料の燃焼装置。