JP3377626B2 - 微粉炭バーナ - Google Patents

微粉炭バーナ

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JP3377626B2 JP27910294A JP27910294A JP3377626B2 JP 3377626 B2 JP3377626 B2 JP 3377626B2 JP 27910294 A JP27910294 A JP 27910294A JP 27910294 A JP27910294 A JP 27910294A JP 3377626 B2 JP3377626 B2 JP 3377626B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は発電事業用その他、産業
用の微粉炭焚きボイラに適用される微粉炭バーナに関す
る。 【0002】 【従来の技術】図6は本発明の前提となる従来の丸型微
粉炭バーナの一例を示す縦断側面図、図7は同じく正面
図、図8は図6のVIII−VIII横断面図である。このバー
ナは、軸心部に助燃用のオイルガン(01)が配置さ
れ、それを囲んで外周をオイル1次空気管(02)で仕
切られたオイル1次空気流路(13),その外側に外周
を1次空気管(03)で仕切られた微粉炭と1次空気の
混合気流路(14),そのまた外側に外周を2次空気管
(04)で仕切られた2次空気流路(15),更にその
外側に外周を外筒で仕切られた3次空気流路(16)が
設けられる。 【0003】オイル1次空気流路(13)の先端部に
は、重油火炎の保炎を維持するために旋回羽根(05)
が設置されている。オイル1次空気は、重油焚き上げ時
あるいは助燃時の補助空気として、全空気量の5%ない
し10%供給される。 【0004】主燃焼用の2次空気と3次空気は、空気風
箱(09)内で2次空気と3次空気に区分される。2次
空気は、2次空気旋回羽根(07)により所定の旋回力
を付与された後、2次空気流路(15)を通り、2次空
気ノズル(18)から炉内に供給される。同様に3次空
気も、3次空気旋回羽根(08)により所定の旋回力を
付与された後、3次空気流路(16)を通り、3次空気
ノズル(19)から炉内に供給される。 【0005】一方、主燃料である微粉炭は、図8に示さ
れるように1次空気管(03)に直交して接続された微
粉炭供給管(11)を介して、搬送用の1次空気と共に
バーナに供給され、混合気流路(14)を通り微粉炭ノ
ズル(17)から炉内に供給される。微粉炭ノズル(1
7)から噴出した微粉炭は、周囲の輻射熱により着火
後、前記2次空気および3次空気と拡散混合しながら燃
焼し、更に火炉後流域に設けられた図示していないアフ
ターエアポートからの空気により完全燃焼する。 【0006】なお、1次空気と微粉炭との混合気流路
(14)の外周部に相当する2次空気ノズル(18)の
先端には、微粉炭火炎の保炎を維持するために、保炎板
(06)が設けられている。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】前記従来例の軸対称丸
型バーナには、次のような解決すべき課題があった。 【0008】1) バーナに供給される微粉炭が1次空
気管(03)の軸心に対し直交して流入するので、微粉
炭と1次空気の混合気流路(14)内で偏流を生じ、微
粉炭ノズル(17)の出口部で微粉炭濃度の周方向分布
が極端に不均一となる。これに伴って、バーナと微粉炭
着火点との距離が周方向に不均一となる。すなわち微粉
炭濃度が高い領域では着火点が近く、低い場合には逆に
着火点は離れる。着火点が不均一となると、着火点が近
い領域ではノズルの焼損が懸念される。また着火点が離
れた領域では、2次空気が既に部分的に拡散するため、
着火点における空気比が高くなって酸化炎が形成され、
NOx の発生量が増大する。 【0009】2) 2次空気ノズル(18)と3次空気
ノズル(19)の炉内側先端位置が微粉炭ノズル(1
7)と同じ位置にあり、かつ各ノズル間の距離が近接し
ているため、2次空気と3次空気がバーナ直後で燃焼火
炎に急激に混合し、NOx の発生量が増大する。また、
微粉炭着火前に2次空気の一部が微粉炭混合気に干渉す
るため、ノズル出口の微粉炭濃度が低くなり、着火が不
安定となる。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、軸心部に配置された助燃用のオ
イルガンと、同オイルガンを囲む環状断面のオイル1次
空気流路と、同オイル1次空気流路を囲む環状断面の微
粉炭と1次空気の混合気流路と、同混合気流路を囲む環
状断面の2次空気流路と、同2次空気流路を囲む環状断
面の3次空気流路とを備え、次の要件(1)ないし
(7)の全てを満たすことを特徴とする微粉炭バーナを
提案するものである。 (1) 上記混合気流路に対して微粉炭供給管が接線方
向に接続されていること。 (2) 上記微粉炭供給管の先端部に上記混合気の進入
角度を制御する手段が設けられていること。 (3) 上記混合気流路内を外周部と内周部に区画する
仕切管が設けられていること。 (4) 上記外周部には15〜30%の面積を占めて
数のブロックが円周方向に配置されていること。 (5) 上記内周部には長さを旋回ピッチ以上とし流れ
を軸線に平行に向ける3枚以上の整流板が設けられてい
ること。 (6) 上記2次空気流路の先端と上記3次空気流路の
先端とは、上記混合気流路の先端よりも前方に突出して
いること。 (7) 上記3次空気流路の先端部は外に開く方向に向
けられていること。 【0011】 【作用】本発明は前記のとおり構成され、微粉炭混合気
流路に対して微粉炭供給管が接線方向に接続されている
ので、微粉炭混合気に旋回力が付与され、微粉炭濃度は
混合気流路の外周部で高く、内周部では低くなる。そし
て上記混合気流路内を外周部と内周部に区画する仕切管
が設けられ、更に上記外周部には15〜30%の面積を
占めて複数のブロックが円周方向に配置され、上記内周
部には長さを旋回ピッチ以上とし流れを軸線に平行に向
ける3枚以上の整流板が設けられているので、上記のよ
うに旋回によって濃淡に分離された微粉炭混合気は、そ
れぞれそのまま上記仕切管により区画された内外の流路
に流入し、15〜30%の面積を占める複数のブロック
、旋回ピッチ以上の長さとした3枚以上の整流板によ
って旋回を適度に弱められ、またはバーナ軸に平行な直
進流となり、火炎の拡大が防止される。また上記ブロッ
クの下流ではカルマン渦により保炎が強化される。 【0012】本発明ではまた、上記微粉炭供給管の先端
部に上記混合気の進入角度を制御する手段が設けられて
いるので、微粉炭混合気の旋回力を制御することができ
る。したがって、燃焼負荷が減少して混合気中の微粉炭
濃度が低くなった場合でも、仕切管の外側の流路に微粉
炭を集中させて、その流路の微粉炭濃度を一定に保ち、
着火を安定させることができる。 【0013】更に本発明では2次空気流路の先端と3次
空気流路の先端とが混合気流路の先端よりも前方に突出
しており、また上記3次空気流路の先端部は外に開く方
向に向けられているので、2次空気と火炎の接点を遅ら
せて混合気着火前の2次空気の干渉を防ぐことができ、
また3次空気には火炎を包み込むような大きな循環流を
形成させて、NOx 還元領域を広くすることができる。 【0014】 【実施例】図1は本発明の一実施例を示す縦断側面図,
図2は同じく正面図,図3は図1の III−III 横断面
図,図4は図1のIV−IV矢視断面図,図5は図1のV−
V矢視断面図である。これらの図において、前記図6な
いし図8により説明した従来のものと同様の部分につい
ては、冗長になるのを避けるため、同一の符号を付け詳
しい説明を省く。 【0015】本実施例においては、微粉炭供給管(1
1)が混合気流路(14)に対して一定の進入角α(4
5°〜90°)で接線方向に接続されている。そして微
粉炭供給管(11)の先端部には、上記混合気の進入角
度を制御するために、微粉炭供給管(11)の内側端面
を軸にしてバーナ横断面内で左右に移動可能なブロック
(28)が設けられている。 【0016】本実施例ではまた、混合気流路(14)内
を外周部(26)と内周部(27)に区画する仕切管
(25)が設けられている。そして上記外周部、すなわ
ち上記仕切管(25)と一次空気管(03)との間の流
路(26)には、図4に示されるような複数のブロック
状のスプリッタ(23)が円周方向に配置されている。
また上記内周部、すなわち上記仕切管(25)とオイル
1次空気管(02)との間の流路(27)には、図5に
示されるように、流れを軸線に平行に向ける複数の整流
板(24)が設けられている。 【0017】更に本実施例では、2次空気流路(15)
と3次空気流路(16)の先端を形成する2次空気ノズ
ル(18)と3次空気ノズル(19)が、いずれも混合
気流路(14)の先端を形成する微粉炭ノズル(17)
よりも前方に突出している。そして、3次空気ノズル
(19)の先端部外面にダミー耐火材(21)が設けら
れ、3次空気流路(16)の先端部が外に開く方向に向
いている。 【0018】上記のように本実施例では、微粉炭供給管
(11)が接線方向に接続されているので、微粉炭と1
次空気の混合気に旋回力が付与され、混合気流路(1
4)の外周部には微粉炭濃度が高い混合気、内周部には
微粉炭濃度が低い混合気を形成し、仕切管(25)によ
って区画された外周部流路(26)と内周部流路(2
7)にそれぞれ流入する。また、旋回により周方向の濃
度分布は均一になる。 【0019】上記混合気が旋回流のまま炉内に噴出する
と、微粉炭火炎が広角に拡がり、3次空気の急激な混合
によりNOx が増大するばかりでなく、バーナ配置によ
っては燃焼火炎が炉壁に衝突し、スラッギングあるいは
CO増大等の問題が発生するから、微粉炭混合気は弱旋
回またはバーナ軸に平行な直進流であることが望まし
い。本実施例では、バーナ先端部の仕切り管(25)の
外側の流路(26)に配設されたブロック状のスプリッ
タ(23)が、濃混合気の旋回流を弱めるとともに、ス
プリッタ(23)下流面に形成されるカルマン渦により
保炎を強化する役割を果たす。一方、仕切管(25)の
内側の流路(27)に設けられた整流板(24)は、淡
混合気を直進流に変更するもので、淡混合気は濃混合気
火炎からの輻射熱により着火・燃焼する。 【0020】微粉炭供給(11)に設置された可動ブロ
ック(28)は、1次空気と微粉炭の混合気の進入角度
を燃焼負荷に応じて操作することにより、混合気の旋回
力を制御するものである。燃焼負荷が低くなるに伴な
い、ミル風量の制限から微粉炭混合気中の微粉炭濃度は
相対的に低くなり、着火が不安定となる。これに追従し
て可動ブロック(28)を旋回半径が大きくなる方向に
移動すれば、微粉炭は遠心力により仕切り管(25)の
外側の流路(26)に集中し、燃焼負荷が低下しても仕
切管(25)外側の流路(26)の微粉炭濃度は一定に
保たれ、安定着火が確保される。 【0021】本実施例ではまた、2次空気ノズル(1
8)と3次空気ノズル(19)を微粉炭ノズル(17)
よりも前方に配置したので、微粉炭混合気と並行に噴出
する2次空気と火炎の接触が遅くなり、その結果、微粉
炭混合気に着火する前に2次空気が干渉するのを防止す
ることができる。更に本実施例では、3次空気ノズル
(19)の先端部外面のダミー耐火材(21)により3
次空気流路(16)の先端部が外に開く方向に向いてい
るので、3次空気は火炎を包み込むような大きな循環流
を形成し、広範囲にNOx 還元領域が形成されて、NO
x が低減される。 【0022】仕切管(25)の外側の流路(濃混合気流
路)(26)の先端部で円周上に配設されるスプリッタ
(23)の数は3個以上が望ましい。また、濃混合気流
路(26)の断面積に対するスプリッタ(23)の面積
割合は、15ないし30%の範囲が望ましい。仕切管
(25)の内側の流路(淡混合気流路)(27)に配設
される整流板(24)は、実施例において平板であり、
その長さは旋回ピッチ以上、また枚数は3枚以上が望ま
しい。 【0023】 【発明の効果】本発明によれば、軸対称の丸型微粉炭バ
ーナにおいて、旋回力によって微粉炭を濃淡に分離し、
負荷に応じて旋回力を制御する手段と微粉炭ノズル先端
に設けたスプリッタや整流板により、バーナ全周にわた
って均一な着火面と安定着火を得られる。 【0024】また2次空気ノズルおよび3次空気ノズル
の噴出位置と噴出方向を最適化することにより、広範囲
のNOx 還元領域を形成させNOx を低減できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は本発明の一実施例を示す縦断側面図であ
る。 【図2】図2は図1の正面図である。 【図3】図3は図1の III−III 横断面図である。 【図4】図4は図1のIV−IV矢視断面図である。 【図5】図5は図1のV−V矢視断面図である。 【図6】図6は従来の微粉炭バーナの一例を示す縦断側
面図である。 【図7】図7は図6の正面図である。 【図8】図8は図6のVIII−VIII横断面図である。 【符号の説明】 (01) オイルガン (02) オイル1次空気管 (03) 1次空気管 (04) 2次空気管 (05) 旋回羽根 (06) 保炎板 (07) 2次空気旋回羽根 (08) 3次空気旋回羽根 (09) 空気風箱側板 (10) バーナタイル (11) 微粉炭供給管 (12) バーナ外筒 (13) オイル1次空気流路 (14) 微粉炭混合気流路 (15) 2次空気流路 (16) 3次空気流路 (17) 微粉炭ノズル (18) 2次空気ノズル (19) 3次空気ノズル (21) ダミー耐火材 (23) スプリッタ(中子) (24) 整流板 (25) 仕切管 (26) 濃混合気流路 (27) 淡混合気流路 (28) 可動ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−241208(JP,A) 特開 平1−305206(JP,A) 特開 昭63−187011(JP,A) 特開 昭62−37606(JP,A) 特開 平4−214102(JP,A) 特開 平3−75403(JP,A) 実開 昭61−115812(JP,U) 実開 平2−115618(JP,U) 実開 平1−117414(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 1/00 F23C 11/00 F23D 17/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 軸心部に配置された助燃用のオイルガン
    と、同オイルガンを囲む環状断面のオイル1次空気流路
    と、同オイル1次空気流路を囲む環状断面の微粉炭と1
    次空気の混合気流路と、同混合気流路を囲む環状断面の
    2次空気流路と、同2次空気流路を囲む環状断面の3次
    空気流路とを備え、次の要件(1)ないし(7)の全て
    を満たすことを特徴とする微粉炭バーナ。 (1) 上記混合気流路に対して微粉炭供給管が接線方
    向に接続されていること。 (2) 上記微粉炭供給管の先端部に上記混合気の進入
    角度を制御する手段が設けられていること。 (3) 上記混合気流路内を外周部と内周部に区画する
    仕切管が設けられていること。 (4) 上記外周部には15〜30%の面積を占めて
    数のブロックが円周方向に配置されていること。 (5) 上記内周部には長さを旋回ピッチ以上とし流れ
    を軸線に平行に向ける3枚以上の整流板が設けられてい
    ること。 (6) 上記2次空気流路の先端と上記3次空気流路の
    先端とは、上記混合気流路の先端よりも前方に突出して
    いること。 (7) 上記3次空気流路の先端部は外に開く方向に向
    けられていること。
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