JP2791029B2

JP2791029B2 - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JP2791029B2
Application number: JP63038722A
Authority: JP
Inventors: 彰馬場; 邦夫沖浦
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH01217109A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の未燃分を
低減するのに好適な高燃料比炭用微粉炭バーナに関す
る。

〔従来の技術〕

最近の燃料事情の変化により、火力発電所用大型ボイ
ラを始めとする事業用ボイラにおいては、石炭を主燃料
とする石炭専焼ボイラが増加している。

この石炭専焼ボイラにおいては、石炭を粉砕機（ミ
ル）で、例えば200メツシユ通過量70％程度の微粉炭に
粉砕して、石炭燃焼における燃焼効率の向上を計つてい
る。

しかしながら、化石燃料中には、C,H等の燃料成分の
他にＮ分が含まれ、特に微粉炭には気体燃料や液体燃料
に比較してＮ分含有量が多い。

従つて、微粉炭の燃焼時に発生するNO_xは気体燃料お
よび液体燃料の燃焼時に発生するNO_xよりも多く、この
ためにNO_xを極力低減させることが要望されている。

各種燃料の燃焼時に発生するNO_xは、サーマル（Therm
al）NO_xとフユーエル（Fuel）NO_xとに大別されるが、サ
ーマルNO_xは燃焼用空気中の窒素が酸化されて発生する
ものであり、火炎温度の依存性が大きく、火炎温度が高
温になる程サーマルNO_xの発生量が増加する。一方フユ
ーエルNO_xは燃料中のＮ分が酸化されて発生するもので
あり、火炎内の酸素濃度の依存性が大きく、酸素が過剰
に存在する程燃料中のＮ分はフユーエルNO_xになりやす
い。

これらのNO_x発生を抑制するための燃焼方法として
は、燃焼用空気を多段に分割して注入する多段燃焼法、
低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領域に混入する排ガス再
循環法等があるが、これらの低NO_x燃焼法はいずれも低
酸素燃焼によつて燃焼火炎の温度を下げることにより、
サーマルNO_xの発生を抑制することにある。

ところが、サーマルNO_xとフユーエルNO_xの中で、燃焼
温度の低下によつてそのNO_x発生量を抑制できるのはサ
ーマルNO_xであり、フユーエルNO_xの発生量は燃焼温度に
対する依存性は少ない。

従つて、火炎温度の低下を目的とした従来の燃焼方法
は、Ｎ分の含有量の少ない気体燃料、液体燃料の燃焼に
は有効であるが、通常１〜2wt％の窒素が多量に含まれ
ている微粉炭燃焼の燃焼に対しては効果は小さい。

一方、微粉炭の燃焼機構は、揮発成分が放出される微
粉炭の熱分解過程、放出された揮発成分の燃焼過程、更
に、熱分解後の可燃性固体成分（以下チヤーという）の
燃焼過程からなる。

この揮発成分の燃焼速度は固体成分の燃焼速度よりも
はるかに早く、揮発成分は燃焼の初期で燃焼する。また
熱分解過程では、微粉炭中に含有されたＮ分も、他の可
燃成分と同様に揮発されて放出されるものと、チヤー中
に残るものとに分かれる。

従つて、微粉炭燃焼時に発生するフユーエルNO_xは、
揮発性Ｎ分からのNO_xと、チヤー中のＮ分からのNO_xとに
分かれ、フユーエルNO_xの中で、チヤーからのフユーエ
ルNO_xはチヤーが燃焼することによつて初めて生成する
ため、燃焼の後半までNO_xの生成が続き、この対策が重
要なポイントとなる。

揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程および酸素不足の燃焼
領域でNH₃,HCN等の化合物になることが知られている。
これらの窒素化合物は、酸素と反応してNO_xになる他
に、発生したNO_xを窒素に分解する還元剤にもなり得
る。

この窒素化合物によるNO_x還元反応は、NO_xとの共存系
において進行するものであり、NO_xが共存しない反応系
では、大半の窒素化合物はN0_xに酸化される。また、還
元物質の生成は低酸素濃度雰囲気になる程進行しやす
い。

このように微粉炭燃焼時のNO_x低減法としては、還元
性をもつ揮発性窒素化合物とNO_xとを共存させ、窒素化
合物によりNO_xを窒素に還元する燃焼方法が有効であ
る。

すなわち、NO_xの前駆物質であるNH₃等の還元性窒素化
合物をNO_xの還元に利用することにより、発生したNO_xの
消滅とNO_x前駆物質の消滅を行なわせる燃焼方法がNO_x低
減には有効である。

一方、石炭専燃ボイラにおいては、起動時から全負荷
に至るまで微粉炭燃焼のみで全負荷帯を運転するものは
少なく、石炭専燃ボイラといえども起動時、低負荷時に
は微粉炭以外の軽油、重油、ガス等を補助燃料として用
いる。

それは起動時においてはボイラからミルウオーミング
用の排ガス、加熱空気が得られず、このためにミルを運
転することができず、石炭を微粉炭に粉砕することがで
きないからである。

また、低負荷時にはミルのターンダウン比がとれない
こと、微粉炭自体の着火性が悪いことなどの理由によつ
て軽油、重油、ガスなどの補助燃料が用いられている。

例えばボイラの起動時に軽油、重油などの補助燃料を
用いる場合は、起動時から15％負荷までは軽油を補助燃
料としてボイラを焚き上げ、15％負荷から40％負荷まで
は軽油から重油へ補助燃料を変更して焚き上げ、40％負
荷以上になると重油と微粉炭を混焼して順次補助燃料と
しての重油燃料を少なくするとともに主燃料である微粉
炭燃料を多くして微粉炭の混焼比率を上げて実質的な石
炭専焼へと移行する。

第13図及び第14図は従来の微粉炭焚ボイラの概略系統
図および微粉炭バーナの構造を示す。

第13図に示す微粉炭焚ボイラ１をコールドスタートす
る際は、まず第14図に示す軽油点火バーナ２により、重
油起動バーナ３を点火する。そして、重油起動バーナ３
のみで、ボイラ負荷の25〜35％まで焚きあげる。そし
て、ボイラ火炉４の火炉内温度が十分に上つた時点で、
ミル５から微粉炭供給管６、微粉炭バーナ７へ微粉炭燃
料を微粉炭ノズル８からボイラ火炉４内へ送り、微粉炭
専焼に切り換える。

微粉炭の搬送用媒体は、第13図のエアヒータ９によつ
て、ボイラ排ガスと熱交換された後ミル５に送られ、コ
ールバンカ10から供給される魂炭に付着した水分の除去
と、ミル５に内蔵した図示していない分級器の分級エア
として、さらには、ミル５で粉砕された微粉炭を微粉炭
用バーナ７まで搬送するための搬送用空気として使用さ
れる。

第14図には従来技術の微粉炭用バーナ７を示している
がこの微粉炭バーナ７には、軽油点火バーナ２と重油起
動バーナ３が取り付けられており、微粉炭バーナ７を構
成している。風箱11内の燃焼用空気は、二次エアレジス
タ12と三次エアレジスタ13により、旋回が加えられた
後、ボイラ火炉４内に投入される。一方、微粉炭は微粉
炭供給管６を通り微粉炭バーナ７の微粉炭ノズル８へ送
られるが、その間にベンチユリー14を通過するのみで、
ほぼ自由噴流に近い状態でボイラ火炉４内に吹き込まれ
る。この微粉炭バーナ７には保炎器がなく、燃焼用空気
の旋回によつて、逆流域が生じ、火炎の伝播速度以下の
流速域で、火炎が保持されるのみであつた。したがつて
微粉炭粒子の拡散は良いが、一方では火炎が不安定にな
り、微粉炭バーナ７の空気側の操作条件に極めて左右さ
れやすい欠点があつた。なお、第13図の符号15は重油タ
ンク、16は軽油タンクである。

そこで、微粉炭バーナ７の近傍における火炎安定化と
共に低NO_x化を計る目的で第15図に示す外周保炎器17を
取り付けた微粉炭バーナ７と、第16図、第17図に示す火
炎分割用のＶ型保炎器20を取り付けた微粉炭バーナ７が
提案されている。

第15図に示すように微粉炭ノズル８の先端に外周保炎
器17を取り付けた微粉炭バーナ７は外周保炎器17の内側
に常に微粉炭燃料が、低流速で循環するために、火炎が
存在して保炎性がよくこの領域における発熱が、着火源
となつて火炎伝播する。一方燃焼用空気18は三次エアレ
ジスタ13によつて強旋回になり微粉炭バーナ７の先端か
ら少し遅れて、微粉炭流と混合するために、微粉炭バー
ナ７の近傍における火災19は、強還元状態となる。した
がつて、低NO_x化に対しては、第15図に示す微粉炭バー
ナ７は有効であるが、微粉炭流の中心部に、酸化剤であ
る燃焼用空気18が入り難くこのために未燃分が増加する
欠点があつた。

第16図、第17図に示す微粉炭バーナ７は、Ｖ型保炎器
20を微粉炭ノズル８内に設けることで、微粉炭の粒子速
度の低下を計り、さらに、微粉炭燃料がＶ型保炎器20に
よつて二方向に分割されるために、火炎21,22の表面積
が増加して、微粉炭粒子の拡散性が向上される。この様
に第16図、第17図の微粉炭バーナ７においては、高濃度
火炎21と低濃度火炎22とに、火炎が分割されるために、
低NO_x化には有利であるが、Ｖ型保炎器20の内側は、か
なりの負圧となるために、高濃度火炎21、低濃度火炎22
は微粉炭バーナ７の中心部に押し戻されるために分割火
炎としての効果は小さく未燃分が増加する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術の微粉炭バーナにおいては、高燃料比炭の様
に、難燃性の固体燃料を燃焼させる際、未燃分対策につ
いて配慮されておらず、微粉炭バーナ近傍における着火
保炎性に問題があつた。

本発明の目的は、火炎の中心部に向けて酸化剤として
の燃焼用空気を確実に供給し、揮発分の極めて少ない高
燃料比炭であっても、微粉炭バーナでの火炎の安定化を
計り、火炉出口部における未燃分を低下させることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭バーナ
の外側を流れる燃焼用空気の一部を火炎の中心部に向け
て導入する、例えば側面形状がＶ型もしくはＵ型で端部
が微粉炭バーナの外側に向けて開放した保炎器などの空
気導入部材を、微粉炭バーナの開口部近傍に設けたこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は前述のように、微粉炭バーナの開口部近傍に
空気導入部材を設けることにより、その空気導入部材を
通して燃焼用空気を火炎の中心部に向けて供給できるの
で、高燃料比炭であっても、微粉炭バーナでの火炎の安
定化を計り、火炉出口部における未燃分を低下させるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図は本発明の実施例に係る高燃料比炭用微粉炭バーナの
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線から見た正面図であ
る。

第１図、第２図において、３は重油起動バーナ、４は
ボイラ火炉、７は微粉炭バーナ、８は微粉炭ノズル、11
は風箱、12は二次エアレジスタ、13は三次エアレジス
タ、14はベンチユリ、18は燃焼用空気で従来のものと同
一のものを示す。

23は微粉炭ノズル８の先端に設けた分割手段で、この
分割手段23はデイフユーザ23aと保炎器23bによつて構成
されている。

24a,24bは分割手段23の両端に設けた切欠部で、この
切欠部24a,24bから保炎器23bの内側にそつて燃焼用空気
が導入される。25は抵抗板である。

この様な構造において、微粉炭ノズル８と、ボイラ火
炉４との間に、デイフユーザ（拡大）部23aを設ける。
このデイフユーザ23aの構造は最もボイラ火炉４に近い
端部と、微粉炭ノズル８とを直線で結んだ場合、半径方
向（外側）に、容積を形成する構造とする。すなわち、
微粉炭と搬送用媒体の混合流体は微粉炭ノズル８を通過
後、デイフユーザ23aの内側に剥離しデイフユーザ23a内
に循環流を作る。この循環流は、ボイラ火炉４からの高
温ガスを吸い込むために、高発熱域となり、微粉炭流の
着火に寄与する。

デイフユーザ23aの出口部には、Ｖ型もしくは、Ｕ型
の保炎器23bを設け、その保炎器23bはデイフユーザ23a
の開口部に架設された構造となつている。したがつて、
デイフユーザ23aには、第２図に示すように保炎器23bの
両端に切欠部24a,24bを設け燃焼用空気18の一部を第１
図の矢印で示すようにこの切欠部24a,24bから、微粉炭
バーナ７の軸方向へ燃焼用空気18が流入し、火炎の内側
におけるO₂分圧を上昇させる。

微粉炭ノズル８内の微粉炭流はターゲツトであるＶ型
もしくはＵ型の保炎器23bに衝突するため、低流速化す
るとともに微粉炭流はこの保炎器23bで左右に分割され
て分割火炎を生じる。

一方、保炎器23bの切欠部24a,24bから保炎器23bの内
側に供給された燃焼用空気18が半径方向に拡がらないよ
うにするためにデイフユーザ23aの外側には抵抗板25を
設けてもよい。

この高燃料比炭の様に揮発分が極めて少ない石炭を燃
焼するには（１）微粉炭粒度を小さくして、燃料の比表面積を、増
加させて反応速度を上げる。

（２）揮発分の多い石炭と比較して、化学反応律速であ
るために、微粉炭ノズル８の先端に高温、高O₂雰囲気を
作る。

（３）微粉炭粒子の滞留時間を長くする。

（４）着火保炎部における微粉炭の粒子速度を抑える。

（５）微粉炭バーナ７の保炎器内での発熱量を増加させ
る。

必要があるが、従来の微粉炭バーナ７では、特に、上記
（２）項の高温、高O₂雰囲気に欠けていた。本発明にな
る高燃料比炭用微粉炭バーナ７によれば微粉炭バーナ７
の中心部に高温、高O₂濃度域を作り特にバーナ近傍での
高粒子濃度化、主燃焼域における低粒子速度、高温、高
O₂濃度化が実現できるために高燃料比炭等の難燃性燃料
であつても安定して燃焼させることができ、さらには、
火炉出口部における灰中未燃分も低下する。

第３図および第４図のものは他の実施例を示すもの
で、第１図および第２図のものと異なる点は、保炎器23
bがデイフユーザ23a内の横位置に配置されている点であ
る。

第３図および第４図において微粉炭と搬送媒体の混合
流体は微粉炭ノズル８の出口部におけるデイフユーザ23
aで、低流速化すると共にデイフユーザ23aの内側におい
て第３図の破線矢印で示すように逆流し、事実的に流速
は零となる。

従つて、保炎は常にこの領域に存在することになる
が、微粉炭ノズル８での流速はデイフユーザ23aに比べ
て速いために逆火は防止できる。微粉炭粒子はさらに、
保炎器23bに衝突し、低流速化した後、保炎器23bで上、
下に２分割の火炎19,19が形成される。従来型のＶ型保
炎器20を用いた微粉炭バーナ７であると保炎器20の後流
は強い負圧が生じ火炎は一度分割された後、バーナ軸に
引き戻されるが本発明の場合Ｖ型保炎器23bがデイフユ
ーザ23aを貫通しているため、保炎器23bの切欠部24a,24
bから燃焼用空気18が微粉炭バーナ７の中心に向つて流
入するためにバーナ中心軸上が強い負圧になることはな
い。さらに、バーナ中心部へ保炎器23bにそつて酸化剤
としての燃焼用空気18が流入し、その後に、第３図、第
４図に示すようにバーナの半径方向へ燃焼用空気18が拡
散するため、従来の微粉炭バーナ７と比べてバーナ後流
での火炎が強還元状態になることはない。

第５図、第６図、第７図および第８図は他の実施例を
示すもので、第５図および第７図は縦断面図、第６図お
よび第８図は第５図、第７図の正面図である。

第５図および第６図のものはデイフユーザ23aと保炎
器23bで構成される分割手段23の内部に保炎器23bを配置
し微粉炭燃料の循環領域をデイフユーザ23a内に形成し
たものである。このように保炎器23bをデイフユーザ23a
の内部に配置すればデイフユーザ23a内部での微粉炭粒
子の循環量を減少するものの、微粉炭粒子の分散効果
と、切欠部24a,24bの面積を大きくすることができるた
めにバーナ中心部への空気流入量を一層増加させること
ができる。

第７図および第８図のものは保炎器23b,23bを縦、横
に配置したものである。保炎器23b,23bを縦、横に配置
すると、火炎の分割よりも、微粉炭粒子の分散効果がよ
くなる。ただし、デイフユーザ23a内部の微粉炭の高濃
度化は、保たれたままであるので、着火、保炎性は他の
実施例のものと変わらない。

この様に保炎器23bの数は、石炭の燃料比と、微粉炭
の粒度によつて使い分ける。比較的低燃料比炭の場合保
炎器23bの数を少なくして分割火炎型にすると低NO_x化も
一段と計れる。

第９図および第10図のものは燃焼用空気と微粉炭燃料
の混合流体が通過する微粉炭ノズル８が角ダクトに形成
されボイラ火炉４に混合流体が供給される微粉炭バーナ
の実施例を示したものである。微粉炭ノズル８の先端が
角ダクトの場合も同様に、第10図に示すように分割手段
である保炎器23b,23bを縦、横に配置し、保炎器23b,23b
の両端に切欠部24a,24bを設けたものである。

第10図の矢印で示すように燃焼用空気18は切欠部24a,
24bから保炎器23b,23bにそつて実線の矢印で示すように
微粉炭バーナ７の中心へ供給され、その後に破線の矢印
で示すように燃焼用空気18は供給される。

第11図および第12図のものは、微粉炭ノズル８の出口
がリング状に形成されたもので微粉炭燃料がリング状配
管からボイラ火炉４内へ投入される場合の保炎器23bの
構造を示す。

第11図および第12図に示す様に、微粉炭燃料が、リン
グ状の微粉炭ノズル８を通過する場合や、燃焼用空気の
一部が、先細ノズルから噴出する場合においても、微粉
炭ノズル８の先端部が拡大構造を有する場合、保炎器23
bを設け、この保炎器23bが、拡大部を貫通する様な構造
であれば、燃焼用空気の一部が保炎器23bの切欠部24a,2
4bからバーナ中心部へ供給され矢印で示すように急速に
拡散するために未燃分を減少させる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば燃焼用空気を微粉炭バーナの中心部ま
で供給できるので未燃分は少なくなり、高燃料比炭であ
つても着火、保炎性が向上する。

【図面の簡単な説明】第１図から第12図は本発明の実施例に係るもので、第１
図、第３図、第５図、第７図、第９図および第11図は縦
断面図、第２図、第４図、第６図、第８図、第10図およ
び第12図は第１図、第３図、第５図、第７図、第９図、
第11図の正面図、第13図は微粉炭焚ボイラの概略系統
図、第14図、第15図および第16図は従来の微粉炭バーナ
を示す側面図、第17図は第16図の正面図である。３……重油起動バーナ、８……微粉炭ノズル、23……分
割手段、23a……デイフユーザ、23b……保炎器、24a,24
b……切欠部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23D 1/00 F23C 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭ノズルの外側を流れる二次空気の一
部を火炎に向けて導入する空気導入部材を微粉炭ノズル
の開口部近傍に掛け渡して、その空気導入部材の両端部
を二次空気流路と連通し、その空気導入部材により微粉
炭ノズル開口部の微粉炭流のほぼ中央部まで二次空気を
導くことを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項２】前記空気導入部材が前記微粉炭流を遮るよ
うに配置され、その空気導入部材の微粉炭流流れ方向下
流側に負圧が生じるように構成されていることを特徴と
する請求項（１）記載の微粉炭バーナ。
【請求項３】前記空気導入部材の断面形状がＶ型もしく
はＵ型をしていることを特徴とする請求項（１）記載の
微粉炭バーナ。