JP3986182B2

JP3986182B2 - Pulverized coal combustion burner and combustion apparatus provided with the same

Info

Publication number: JP3986182B2
Application number: JP30551498A
Authority: JP
Inventors: 洋文岡▲崎▼; 啓信小林; 俊一津村; 研滋木山; 正神保; 公治倉増; 茂樹森田; 伸一郎野村; 三紀下郡
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JP2000130710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭を気流搬送して燃焼させるバーナに係わり、特に、窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）濃度を低減するのに好適な微粉炭燃焼バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に燃焼バーナにおいて、燃焼時に発生するＮＯｘの抑制が課題となる。特に石炭は窒素含有量が気体燃料や液体燃料に比べて多い。このため、微粉炭燃焼バーナの燃焼時に発生するＮＯｘを減少させることは、気体燃料や液体燃料の場合以上に重要である。
【０００３】
微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘはほとんどが石炭中に含まれる窒素が酸化されて発生するＮＯｘ、いわゆるフューエルＮＯｘである。このＮＯｘを減らすため、従来より種々のバーナ構造や燃焼方法が検討されてきた。
【０００４】
その燃焼方法の１つとして、火炎内に酸素濃度の低い領域を形成して、ＮＯｘを還元する方法がある。例えば、特開平１−３０５３０６号公報（ＵＳＰ４９３０４３０）、特開平３−２１１３０４号公報、特開平３−１１０３０８号公報、ＵＳＰ５２３１９３７、ＵＳＰ５６８０８２３等には、低酸素濃度雰囲気の火炎を形成し、かつ石炭を完全燃焼させる方法、さらには、微粉炭を気流搬送する燃料ノズルを中心とし、その外側に空気を噴出する空気ノズルを備える構造が開示されている。これらの従来技術によれば、火炎の内部に酸素濃度の低い還元炎領域を形成しており、還元炎領域でＮＯｘの還元反応を進行させ、火炎内で発生するＮＯｘ量を少なくしている。また、特開平３−２１１３０４号公報および特開平３−１１０３０８号公報、ＵＳＰ５２３１９３７には、微粉炭ノズルの先端に保炎リングを設けて火炎を安定化させることが記載されている。これらの従来技術によれば、微粉炭ノズルの先端部に保炎リングあるいは障害物を設けることにより、微粉炭ノズルの先端部下流側に循環流が形成され、この循環流内には高温のガスが滞留するため、微粉炭の着火が進み、火炎の安定性を高めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、未だ、ＮＯｘ発生の抑制に対しては未だ十分ではない。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善して、ＮＯｘ発生量をより一層低減できる微粉炭燃焼バーナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【０００８】
微粉炭と一次空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルの外周に二次空気を噴出する二次空気ノズルが同心円状に設けられるとともに、該二次空気ノズルの外周に三次空気を噴出する三次空気ノズルが同心円状に設けられ、前記二次空気ノズルの外周壁の先端に拡管部が設けられている微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記微粉炭ノズルと前記二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に一次空気の流れに対し略垂直な平面を有する障害物と二次空気の流れに対し略垂直な平面を有する案内板を設け、
前記障害物の平面は、前記案内板の平面より前記微粉炭ノズルの軸方向の上流側に位置し、
前記案内板の平面は、前記拡管部の先端よりも前記微粉炭ノズルの軸方向の下流側に突出させて設けたことを特徴とする。
【０００９】
このように、微粉炭ノズルの外周に二次空気ノズルおよび三次空気ノズルを同心円状に配置したので、一次空気によって酸素濃度の低い還元炎領域を形成してＮＯｘ発生を抑制し、二次空気および三次空気を還元炎領域の後流側で混合して酸化炎を形成し、完全燃焼が図られ、二次空気および三次空気の混合を遅くして還元炎領域を大きく形成し、ＮＯｘの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００１０】
また、微粉炭はそれ自体の着火性は悪く、火炎を安定して形成するためには、火炎の下流側の高温の燃焼ガスを微粉炭ノズルの噴出口近くまで引き寄せることが望ましいが、微粉炭ノズルと二次空気ノズルとを隔てる隔壁の先端下流側に低圧部が形成されて循環流が形成されるので、高温の燃焼ガスが引き戻されるようになる。
【００１１】
また、二次空気が二次空気ノズルの外周側先端の拡管部に沿って外周に流れるようになるので、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁の下流側に形成される循環流は大きくなり、このため、二次空気と微粉炭との混合を遅らせることができる。さらに、循環流が大きくなるので、循環流内に高温の燃焼ガスが流入し、微粉炭の着火性が向上する。
【００１２】
また、二次空気の流れを外周側に寄せる案内板を設けたので、二次空気と三次空気と微粉炭との混合を遅らせて、還元炎領域を大きくすることが可能となり、さらに、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁下流の循環流は大きくなるので、微粉炭の着火性が良くなり、酸素の消費が早まることで還元炎領域が大きくすることができる。
【００１３】
また、案内板に二次空気の流れに対し略垂直な平面を設けることにより、二次空気を外側に向ける効果が大きくなり、二次空気と微粉炭との混合を遅らせるのに有効である。
また、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に一次空気の流れに対し略垂直な平面を有する障害物と二次空気の流れに対し略垂直な平面を有する案内板を設け、前記障害物の平面を前記案内板の平面より微粉炭ノズルの軸方向の上流側に配置することにより、障害物と案内板の後にそれぞれ循環流が形成され、この循環流はバーナ軸方向へ伸びる。このため下流側から高温の燃焼ガスが流入するので、循環流の温度は上昇し、微粉炭の着火性は向上する。
【００１７】
また、請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記案内板にスリットが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
このように案内板にスリットを設けることにより、案内板の熱変形を抑制することができる。
【００２１】
また、請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記障害物と案内板の少なくとも一方の先端に周方向に沿って切り欠きを設けたことを特徴とする。
【００２２】
このように障害物、案内板の先端に周方向に沿って切り欠きを設けることにより、障害物、案内板の熱変形を緩和できる。また、障害物、案内板の下流側の乱れが増大し、循環流が発達しやすくなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
【００３６】
図１（ａ）は本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図、図１（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）に示すノズル先端域の空気流を説明するための拡大図である。
【００３７】
これらの図において、１０は、上流側で図示されていない搬送管に接続され、１次空気と共に微粉炭を供給搬送する微粉炭ノズル、１１は二次空気を噴出する二次空気ノズルであり、微粉炭ノズル１０の外周に同心円状に流路が形成されている。１２は三次空気を噴出する三次空気ノズルであり、二次空気ノズル１１の外周に同心円状に流路が形成されている。一次空気と二次空気と三次空気の流量配分比は、例えば、１〜２：１：３〜７である。１３は流入する微粉炭および一次空気、１４は流入する二次空気、１５は流入する三次空気を示している。１６は微粉炭ノズル１０を貫通して設けられたオイルガンであり、バーナ起動時または低負荷燃焼時に助燃のために使用される。１７は微粉炭の逆火を防止するための微粉炭ノズル１０のノズル内径を狭める絞り部、１８は微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁２８先端に設けられ一次空気と二次空気とを分離し循環流３１を拡大するための保炎リング、１９は火炉壁を構成するバーナスロートであり、三次空気ノズルの外周壁を兼ねる。２０は二次空気ノズルと三次空気ノズルを隔てる隔壁２１の先端に設けられたガイドスリーブであり、本発明でいう拡管部である。２２は三次空気を二次空気ノズルの円周に沿って旋回させるための旋回器であり、この実施形態では通常レジスタ羽根と呼ばれる空気旋回羽根が用いられる。２３は二次空気を流入する側板、２４は火炉壁１９に設けられる水管、２５は二次空気が導入されるウインドボックス、２６は二次空気を調節するダンパ、２７は二次空気を微粉炭ノズルの円周に沿って旋回させるための旋回器であり、本実施例では通常ベーンと呼ばれる空気旋回羽根を用いている。２８は微粉炭ノズル１０と二次空気ノズル１１の間の隔壁、３０は二次空気ノズル１１の内周壁先端部に設けられ、二次空気を外周側方向に噴出するための案内板、３１は一次空気ノズル１０と二次空気ノズル１１の噴出域間に形成される循環流、３２は一次空気ノズル１０内に設けられる障害物である。５２は二次空気ノズル１１から噴出される二次空気流、５３は三次空気ノズル１２から噴出される三次空気流である。６５ａは保炎リング１８に付属して、二次空気ノズルの内周部に設けられる障害物である。
【００３８】
図２は、図１（ｂ）に示す微粉炭燃焼バーナと対比するために示した従来の微粉炭燃焼バーナのノズル先端域の空気流を説明するための拡大図である。
【００３９】
なお、図２に示す構成は、図１（ａ）に示すものと、案内板３０が設けられていない点で相違する。
【００４０】
次に本実施形態の燃焼動作を図１（ａ）と図１（ｂ）に基いて説明する。
【００４１】
微粉炭燃焼バーナの燃焼が始まると、微粉炭ノズル１０と二次空気ノズル１１を隔てる隔壁２８の下流の空気はそれぞれのノズルから噴出する空気に巻き込まれるために、隔壁２８の下流は圧力が低下し、下流から上流に向かって流れる循環流が形成される。隔壁２８の先端部には保炎リング１８を設けているので、一次空気と二次空気は分離され、循環流は拡大する。この循環流内には高温のガスが滞留するため、微粉炭の着火は進み、火炎の安定性は高まる。障害物３２の下流では微粉炭は慣性力により、隔壁２８近くに集まる。このため、循環流近くは微粉炭の濃度が高まり、微粉炭ノズルの出口近傍に微粉炭と一次空気による火炎が安定して形成される。さらにこの火炎内で酸素の消費が進むため、火炎内には酸素濃度の低い還元炎領域が広がり、ＮＯｘ発生量を少なくすることがきる。また、着火が早まるため石炭の燃焼は進み、燃焼灰中の未燃焼分（以下、未燃分と記す）も減少する。さらに空気旋回羽根２２、２７を設けているので、二次空気と三次空気が旋回流として噴出し、その遠心力により保炎リング１８下流の負圧は高まり、循環流はさらに拡大する。これによりバーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少するため、還元炎領域は広がる。
【００４２】
本実施形態では、さらに、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流５２を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させる手段として、二次空気ノズル１１の内周壁の先端部に案内板３０を設けるようにした。二次空気は外周側方向に噴出し、二次空気や三次空気と微粉炭流との混合はいっそう遅れ、保炎リング１８下流の循環流３１は拡大する。この循環流域には下流から戻る高温ガス量が増えるので、微粉炭の着火が促進されて還元炎領域が広がる。このため、ＮＯｘや未燃分の発生をさらに減少させることができる。
【００４３】
このときの燃焼状態の様子を、案内板３０が設けられていない図２と対比して説明する。図２において、三次空気５３は、テーパ状の円筒に形成されたガイドスリーブ２０によって流路が曲げられ、外周側に噴出される。一方、二次空気ノズル１１はガイドスリーブ２０によりノズル出口部で流路が外周側に広がっている。空気は慣性により直進するため、二次空気５２はバーナ軸方向に沿って流されやすい。このとき、ガイドスリーブ２０に沿う領域の空気は二次空気５２の流れに巻き込まれるため、二次空気の噴出方向とは逆方向に圧力の低下（以下、逆圧勾配と記す）が生じ、ガイドスリーブ２０の下流には循環流５４が形成される。この循環流５４により三次空気５３に中心に向かう流れが誘起され、三次空気５３と微粉炭との混合が早まるので、還元炎領域が狭まる。
【００４４】
それに対して、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、案内板３０により二次空気５２は外周方向へ噴出する。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流での循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、特に、二次空気５２は三次空気５３より外周側に向けて噴出するように構成したので、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の還元炎領域が広がり、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。また、案内板３０の先端はガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に対し下流側に位置しているため、二次空気の流れは外周に流れやすくなり、ガイドスリーブ２０の下流に循環流５４ができにくい。
【００４５】
なお、本実施形態では保炎リング１８に付属する障害物６５ａによって二次空気ノズルの噴出口近傍の流路が狭められている。二次空気の噴出速度は高められるため、三次空気５３と微粉炭との混合は遅らせることができる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、二次空気ノズルに設けた案内板３０によりに二次空気５２は外周方向へ噴出する。また、二次空気ノズルと三次空気ノズルの間の隔壁下流での逆圧勾配が小さくなるため、二次空気ノズルの外周側にある三次空気ノズルから噴出する三次空気５３も外周方向へ噴出する。このため、バーナ近傍での微粉炭と燃焼用空気との混合が抑制され、微粉炭はバーナ近傍では低酸素濃度雰囲気の状態で燃焼し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。一例として、図１に示すバーナ（ガイドスリーブ２０と案内板３０の先端とのバーナ軸方向の間隔１０ｍｍ）と図２に示すバーナにおいて石炭供給量５００ｋｇ／ｈで燃焼試験した結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
このとき、図１に示すバーナの燃焼炉出口でのＮＯｘ濃度は１０３ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）であったのに対し、図２に示すバーナのＮＯｘ濃度は未燃分同一ベースで１１１ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）となり、本発明によるＮＯｘ発生量の低減効果が認められた。
【００４９】
また、図１（ｃ）は、図１（ｃ）の案内板３０を図１（ｂ）のものより上流側に移動した場合の空気流を説明するノズル先端域の拡大図である。図１（ｃ）に示すバーナのように、案内板３０をガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向の上流側に移動した場合、二次空気５２は図１（ｃ）に示すように流れる。すなわち、二次空気５２は案内板３０により流れの向きを外周方向に変えられるが、外周方向への流れはガイドスリーブ２０により妨げられる。このため、バーナから噴出する二次空気は図１（ｂ）に示すように案内板３０をガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に下流側に設置した場合よりも軸方向に向かって流れる。このため、図１（ｃ）に示すように、ガイドスリーブ２０の下流には循環流５４が形成されやすい。そのため、この循環流５４により、三次空気５３には中心軸方向への流れが誘起されるため、三次空気５３と微粉炭との混合が早まり、還元炎領域が狭まる。一例として、図１（ｃ）に示すバーナ（案内板３０の先端がガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に１０ｍｍ上流に位置する）において石炭供給量５００ｋｇ／ｈで燃焼試験した結果を表１に示す。このとき、図１（ｂ）に示すバーナの燃焼炉出口でのＮＯｘ濃度は１０３ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）であったのに対し、図１（ｃ）に示すバーナのＮＯｘ濃度は未燃分同一ベースで１０７ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）となり、案内板３０をガイドスリーブ先端よりもバーナ軸方向に下流側に位置させた場合よりもＮＯｘ発生量が高まる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。
【００５１】
図３は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００５２】
本実施形態は、図１（ａ）と図１（ｂ）に示す第１の実施形態と比べて、案内板３０の角度５５とガイドスリーブ２０の角度５６とを調整可能とした点が相違し、その他の構成は同一である。
【００５３】
本実施形態によれば、案内板３０の角度５５とガイドスリーブ２０の角度５６とを調整することにより、供給される微粉炭、一次空気量や燃焼用空気量に応じて、第１の実施形態に比べてさらに最適な循環流域を形成し、効果的にＮＯｘや未燃分を減少させることができる。
【００５４】
このとき、案内板３０の角度５５は６０度〜９０度、より好ましくは８０度〜９０度にすることが望ましい。案内板３０により二次空気５２を外周方向へ噴出する。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流での循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、特に、二次空気５２は三次空気５３より外周側に向けて噴出するように構成したので、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施形態を図４を用いて説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００５７】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる誘導部材として、二次空気ノズル１１の出口域にテーパ状のリング６１を設けたことを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００５８】
本実施形態によれば、リング６１はバーナ軸方向へ流れる二次空気５２に対して障害物となる。リング６１のテーパ部に沿って二次空気５２が流れることにより、二次空気５２に外周方向への流れが誘起され、一部はガイドスリーブ２０に沿って流れる。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流には二次空気５２が流れる。ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなるので、先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態を図５を用いて説明する。
【００６０】
図５は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００６１】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる誘導部材として、二次空気ノズル１１内またはノズル出口域に気体を外周に向かって噴出する気体噴出ノズル６３を設けたことを特徴とする。気体には空気、燃焼排ガス、窒素などの不活性ガス、および水蒸気などを用いることができる。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００６２】
本実施形態によれば、気体噴出ノズル６３から噴出する気体の持つ運動量により、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流に外周方向への流れが誘起され、一部はガイドスリーブ２０に沿って流れる。運動量を高めるために、気体噴出ノズル６３から噴出する気体の流速は二次空気ノズルから噴出する空気の流速よりも速いことが望ましい。この構成のバーナにおいて、二次空気５２がガイドスリーブ２０に沿って流れることにより、ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなる。このため、ガイドスリーブ２０の下流での先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００６３】
次に、本発明の第５の実施形態を図６を用いて説明する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００６５】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる手段として、二次空気ノズルの噴出口に二次空気旋回器としての旋回羽根６４を設けたことを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００６６】
本実施形態によれば、二次空気５２は旋回羽根６４により旋回流となり、遠心力により外周側に偏って流れる。このため、二次空気５２はガイドスリーブ２０に沿って流れることにより、ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなる。このため、ガイドスリーブ２０の下流での先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００６７】
以上のごとく、上記の各実施形態の微粉炭燃焼バーナによれば、二次空気ノズルから噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側へ偏向させる手段を設けたので、二次空気ノズルとその外周側に位置する三次空気ノズルとの隔壁の下流側には循環流が形成されにくくなる。循環流の領域では流れの噴出方向とは逆方向の圧力降下（逆圧勾配）があり、循環流に沿って流れる空気は逆圧勾配により流れの方向が変わる。微粉炭燃焼バーナの流れでは、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成されると、三次空気の流れは循環流により微粉炭流側へと流れやすくなる。ところが、上記各実施形態のものでは、二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。
【００６８】
また、二次空気を外周に噴出することにより、一次空気と二次空気がバーナ近くで離れて流れる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流に二次空気ノズルから噴出する二次空気が流入しにくくなるので逆圧勾配が強まり、循環流は広がる。この一次空気と二次空気流との間に形成される循環流内には高温の気体が滞留し、微粉炭の着火や火炎の安定化に寄与する。循環流が広がることにより、二次空気による循環流内の冷却が弱まり、温度は上昇する。このため、微粉炭の着火は促進される。着火により酸素の消費が進むため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００６９】
さらにまた、微粉炭の着火や火炎の安定性が向上することで、燃焼に必要な距離は短くなり、燃焼装置本体を小型化できる効果も得られる。さらに、低負荷での燃焼時のように微粉炭の濃度が減少する場合でも火炎が安定なため、微粉炭燃焼バーナでの微粉炭専焼の可能範囲は広がる。
【００７０】
次に、本発明の第６の実施形態を図７を用いて説明する。
【００７１】
図７は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００７２】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の先端部に、一次空気と二次空気の流れに対し垂直な平面を有するリング３０を設けることを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００７３】
同図において、リング３０は、微粉炭ノズル１０側に形成される内部リング３０１と二次空気ノズル１１側に形成される外部リング３０２から形成される。リング３０により一次空気と二次空気には乱れが生じ、リング３０の下流に形成される循環流は発達する。本実施形態では、内部リング３０１と外部リング３０２の位置をバーナ軸方向に離して設ける。その結果、リング３０の下流に形成される循環流は微粉炭流側と二次空気流側でバーナ軸方向にずれて形成される。軸方向に同位置に循環流が２つ形成される場合に比べ、循環流は軸方向へ長くなる。このため、循環流３１には下流側から気体が環流する。
【００７４】
また、外部リング３０２により二次空気を外周に噴出する。このため、一次空気と二次空気がバーナ近くで離れて流れる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流に二次空気ノズルから噴出する二次空気が流入しにくくなるので逆圧勾配が強まり、循環流は広がる。この一次空気と二次空気流との間に形成される循環流内には高温の気体が滞留し、微粉炭の着火や火炎の安定化に寄与する。循環流が広がることで、二次空気による循環流内の冷却が弱まり、温度は上昇する。このため、微粉炭の着火は促進される。着火により酸素の消費が進むため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。また、微粉炭の着火や火炎の安定性が向上することで、燃焼に必要な距離は短くなり、燃焼装置本体を小型化できる効果も得られる。さらに、低負荷での燃焼時のように微粉炭の濃度が減少する場合でも火炎が安定なため、微粉炭燃焼バーナでの微粉炭専焼の可能範囲は広がる。
【００７５】
さらに、外部リング３０２により二次空気を外周に噴出することで、二次空気ノズルとその外周側に位置する三次空気ノズルとの隔壁の下流側には循環流が形成されにくくなる。循環流の領域では流れの噴出方向とは逆方向の圧力降下（逆圧勾配）があり、循環流に沿って流れる空気は逆圧勾配により流れの方向が変わる。微粉炭燃焼バーナの流れでは、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成されると、三次空気の流れは循環流により微粉炭流側へと流れやすくなる。ところが、本発明では二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施形態を図８を用いて説明する。
【００７７】
図８は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００７８】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の下流に循環流を形成する手段として、隔壁２８の先端部に設けられ、リング３０の二次空気ノズル１１内周壁側にリング３０の肉厚部（例えば１０ｍｍ厚）３０３を設けることを特徴とする。また、一次空気ノズル１０内に障害物３２を有さない。微粉炭の着火性が良好な場合は、図８に示すように障害物３２を有さなくても良い。その他の構成は第６の実施形態と略同一構成である。
【００７９】
本実施形態によれば、肉厚部３０３によって二次空気ノズルの流路が狭められ、二次空気はこの肉厚部３０３を通過するときに流速を速められる。流速が高まった状態で二次空気は外部リング３０２に衝突するため、衝突により二次空気に誘起される外周方向への流速は高い。その結果、第６の実施形態のときよりも二次空気の外周方向の流速は強まる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流の循環流は広がり、この循環流内の温度上昇により微粉炭の着火は促進される。また、二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。このため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００８０】
なお、第６および第７の各実施形態において、リング３０の外部リング３０２をバーナの周方向に一様なリングとしたが、必要に応じて、外部リング３０２の先端を周方向に沿って凹凸状に切り欠きを形成してもよい。切り欠きをつけることにより、リングの熱変形を緩和できる。また、外部リング３０２の下流側の乱れが増大し、循環流が発達しやすくなる。また、この凹凸状の切り欠きは外部リング３０２だけでなく、内部リング３０１に設けてもよい。
【００８１】
次に本発明の第８の実施形態を図９を用いて説明する。
【００８２】
図９は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００８３】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の下流に循環流を形成する手段としてリング３０を設ける。また、二次空気ノズル１１の出口近傍の流路を狭める手段として、障害物６５ｂを二次空気ノズルの外周壁の周方向に設けることを特徴とする。また、一次空気ノズル１０内の障害物３２は絞り部１７近くに設けられる。図１に対し図９に示すように、障害物３２を上流側に設けても隔壁２８近くに集められる。その他の構成は第６の実施形態と略同一構成である。
【００８４】
本実施形態によれば、二次空気は障害物６５ｂで流速が速められると共に障害物６５ｂの下流側の流路拡大部で空気流が乱され、一定の乱れを発生させることができる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流の循環流は広がり、この循環流内の温度上昇により微粉炭の着火は促進される。また、障害物６５ｂで流速の増した二次空気は外部リング３０２に衝突し、外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくなる。このため、三次空気は循環流により流れの方向が変えられることがなくなり、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。このため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００８５】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、二次空気ノズルから噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に偏向させる手段を設けたので、二次空気は外周方向へ流れる。二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくなる。このため、三次空気は循環流により流れの方向が変えられることがなくなり、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。また、二次空気が外周方向へ流れることで、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁の下流側に形成される循環流に二次空気ノズルから直接二次空気が流入しにくくなるので、逆圧勾配は強まり、この循環流は広がる。その結果、バーナ近傍では微粉炭と三次空気との混合が抑制され、また、微粉炭の着火が促進される。このため、微粉炭はバーナ近傍で低い酸素濃度の状態で燃焼し、ＮＯｘの発生量を低減できる。また、微粉炭の着火が促進されるので、燃焼灰中の未燃分が低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図２】第１の実施形態と対比するために示した従来技術に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図８】本発明の第７の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図９】本発明の第８の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【符号の説明】
１０微粉炭ノズル
１１二次空気ノズル
１２三次空気ノズル
３０案内板
３０１内部リング
３０２外部リング
３０３肉厚部
３１循環流
６１リング
６３気体放出ノズル
６４旋回羽根
６５ａ，６５ｂ障害物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a burner that burns pulverized coal by airflow conveyance, and particularly relates to a pulverized coal combustion burner suitable for reducing the concentration of nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx).
[0002]
[Prior art]
In general, in a combustion burner, suppression of NOx generated during combustion becomes a problem. In particular, coal has a higher nitrogen content than gaseous and liquid fuels. For this reason, it is more important to reduce NOx generated during combustion of the pulverized coal combustion burner than in the case of gaseous fuel or liquid fuel.
[0003]
Most of the NOx generated during combustion of pulverized coal is NOx generated by oxidation of nitrogen contained in coal, so-called fuel NOx. In order to reduce this NOx, various burner structures and combustion methods have been studied conventionally.
[0004]
As one of the combustion methods, there is a method of reducing NOx by forming a low oxygen concentration region in the flame. For example, in JP-A-1-305306 (USP 4930430), JP-A-3-211304, JP-A-3-110308, USP 5231937, USP 5680823, etc., a flame in a low oxygen concentration atmosphere is formed and coal is completely used. A combustion method and a structure including an air nozzle that ejects air to the outside centered on a fuel nozzle that conveys pulverized coal in an airflow are disclosed. According to these prior arts, a reducing flame region having a low oxygen concentration is formed inside the flame, and the NOx reduction reaction proceeds in the reducing flame region to reduce the amount of NOx generated in the flame. JP-A-3-211304, JP-A-3-110308, and USP 5231937 describe that a flame holding ring is provided at the tip of a pulverized coal nozzle to stabilize the flame. According to these conventional techniques, by providing a flame holding ring or an obstacle at the tip of the pulverized coal nozzle, a circulation flow is formed on the downstream side of the tip of the pulverized coal nozzle. Since stagnation occurs, the pulverized coal is ignited and the stability of the flame can be improved.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art is still not sufficient for suppressing NOx generation.
[0006]
An object of the present invention is to provide a pulverized coal combustion burner that can improve the above-mentioned problems of the prior art and further reduce the amount of NOx generated.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0008]
      A secondary air nozzle for ejecting secondary air is provided concentrically on the outer periphery of the pulverized coal nozzle for ejecting a mixture of pulverized coal and primary air, and tertiary air for ejecting tertiary air to the outer periphery of the secondary air nozzle. In the pulverized coal combustion burner in which the nozzles are provided concentrically, and the expanded portion is provided at the tip of the outer peripheral wall of the secondary air nozzle,
      An obstacle having a plane substantially perpendicular to the flow of primary air and a guide plate having a plane substantially perpendicular to the flow of secondary air are provided at the tip of the partition wall separating the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle,
  The plane of the obstacle is located on the upstream side in the axial direction of the pulverized coal nozzle from the plane of the guide plate,
  The flat surface of the guide plate is provided so as to protrude further downstream in the axial direction of the pulverized coal nozzle than the tip of the expanded pipe portion.It is characterized by that.
[0009]
Thus, since the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle are arranged concentrically on the outer periphery of the pulverized coal nozzle, a reduction flame region having a low oxygen concentration is formed by the primary air to suppress the generation of NOx, Tertiary air is mixed on the downstream side of the reducing flame region to form an oxidizing flame, complete combustion is achieved, the mixing of secondary air and tertiary air is slowed down to form a reducing flame region, and NOx is generated. The suppression effect can be enhanced.
[0010]
In addition, pulverized coal itself has poor ignitability, and in order to form a stable flame, it is desirable to draw the high-temperature combustion gas downstream of the flame close to the outlet of the pulverized coal nozzle. Since a low-pressure part is formed on the downstream side of the front end of the partition wall separating the nozzle and the secondary air nozzle to form a circulating flow, the high-temperature combustion gas is drawn back.
[0011]
Further, since the secondary air flows to the outer periphery along the expanded pipe portion at the outer peripheral end of the secondary air nozzle, the circulation flow formed on the downstream side of the partition wall separating the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle is large. Therefore, mixing of secondary air and pulverized coal can be delayed. Furthermore, since the circulation flow becomes large, high-temperature combustion gas flows into the circulation flow, and the ignitability of pulverized coal is improved.
[0012]
      Also, move the secondary air flow toward the outer periphery.Guide plateTherefore, it is possible to delay the mixing of the secondary air, tertiary air and pulverized coal to enlarge the reduction flame region, and the circulation flow downstream of the partition wall separating the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle is Since it becomes large, the ignitability of pulverized coal is improved, and oxygen consumption is accelerated, so that the reducing flame region can be enlarged.
[0013]
  Also,By providing a plane that is substantially perpendicular to the flow of secondary air on the guide plateThe effect of directing the secondary air to the outside increases, and is effective in delaying the mixing of the secondary air and pulverized coal.
  Further, an obstacle having a plane substantially perpendicular to the flow of primary air and a guide plate having a plane substantially perpendicular to the flow of secondary air are provided at the tip of the partition wall separating the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle, By arranging the obstacle plane on the upstream side in the axial direction of the pulverized coal nozzle from the plane of the guide plate, a circulation flow is formed after the obstacle and the guide plate, respectively, and this circulation flow extends in the burner axial direction. For this reason, since high-temperature combustion gas flows in from the downstream side, the temperature of the circulating flow rises and the ignitability of pulverized coal is improved.
[0017]
  Moreover, in the pulverized coal combustion burner according to claim 1,The guide plateIs provided with a slit.
[0018]
  Thus, by providing a slit in the guide plate, thermal deformation of the guide plate can be suppressed.
[0021]
  Claims1In the pulverized coal combustion burner according to claim 1,Obstacles and information boardAt least one ofTip ofA notch is provided along the circumferential direction.
[0022]
  Obstacles like thisOf the signboardObstacles by providing notches along the circumferential direction at the tip,Guide plateCan alleviate thermal deformation. Also obstacles,Guide plateThe turbulence on the downstream side increases, and the circulation flow easily develops.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0036]
FIG. 1A is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to the present embodiment, and FIGS. 1B and 1C are enlarged views for explaining the air flow in the nozzle tip region shown in FIG. It is.
[0037]
In these drawings, 10 is a pulverized coal nozzle connected to a conveyance pipe (not shown) on the upstream side and supplying and conveying pulverized coal together with primary air, 11 is a secondary air nozzle for ejecting secondary air, A flow path is formed concentrically on the outer periphery of the pulverized coal nozzle 10. A tertiary air nozzle 12 ejects tertiary air, and a flow path is formed concentrically on the outer periphery of the secondary air nozzle 11. The flow rate distribution ratio of primary air, secondary air, and tertiary air is, for example, 1-2: 1: 3-7. 13 indicates inflowing pulverized coal and primary air, 14 indicates inflowing secondary air, and 15 indicates inflowing tertiary air. Reference numeral 16 denotes an oil gun provided through the pulverized coal nozzle 10 and is used for auxiliary combustion when the burner is started or when low-load combustion is performed. Reference numeral 17 denotes a throttle portion that narrows the nozzle inner diameter of the pulverized coal nozzle 10 for preventing backfire of the pulverized coal, and 18 is provided at the tip of the partition wall 28 that separates the pulverized coal nozzle from the secondary air nozzle. A flame retaining ring 19 for separating and enlarging the circulating flow 31 is a burner throat constituting a furnace wall, which also serves as an outer peripheral wall of the tertiary air nozzle. Reference numeral 20 denotes a guide sleeve provided at the tip of the partition wall 21 that separates the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle, and is a pipe expanding portion in the present invention. Reference numeral 22 denotes a swirler for swirling the tertiary air along the circumference of the secondary air nozzle. In this embodiment, air swirling blades called normal register blades are used. 23 is a side plate into which secondary air flows, 24 is a water pipe provided on the

furnace wall

19, 25 is a wind box into which secondary air is introduced, 26 is a damper for adjusting the secondary air, and 27 is pulverized coal. This is a swirler for swirling along the circumference of the nozzle, and in this embodiment, air swirling blades that are generally called vanes are used. 28 is a partition wall between the pulverized coal nozzle 10 and the

secondary air nozzle

11, 30 is a guide plate provided at the tip of the inner peripheral wall of the secondary air nozzle 11, and jets secondary air toward the outer peripheral side, 31 A circulation flow 32 formed between the ejection areas of the primary air nozzle 10 and the secondary air nozzle 11 is an obstacle provided in the primary air nozzle 10. 52 is a secondary air stream ejected from the

secondary air nozzle

11, and 53 is a tertiary air stream ejected from the tertiary air nozzle 12. Reference numeral 65a denotes an obstacle attached to the flame holding ring 18 and provided on the inner peripheral portion of the secondary air nozzle.
[0038]
FIG. 2 is an enlarged view for explaining the air flow in the nozzle tip region of the conventional pulverized coal combustion burner shown for comparison with the pulverized coal combustion burner shown in FIG.
[0039]
2 differs from that shown in FIG. 1A in that the guide plate 30 is not provided.
[0040]
Next, the combustion operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
[0041]
When the combustion of the pulverized coal combustion burner starts, the air downstream of the partition walls 28 separating the pulverized coal nozzle 10 and the secondary air nozzle 11 is entrained in the air ejected from the respective nozzles. Thus, a circulation flow is formed that flows from the downstream toward the upstream. Since the flame holding ring 18 is provided at the tip of the partition wall 28, the primary air and the secondary air are separated, and the circulation flow is expanded. Since high-temperature gas stays in this circulating flow, the ignition of pulverized coal proceeds and the stability of the flame is increased. Downstream of the obstacle 32, the pulverized coal gathers near the partition wall 28 due to inertial force. For this reason, the concentration of pulverized coal increases near the circulation flow, and a flame of pulverized coal and primary air is stably formed in the vicinity of the outlet of the pulverized coal nozzle. Further, since the consumption of oxygen proceeds in the flame, a reducing flame region having a low oxygen concentration spreads in the flame, and the amount of NOx generated can be reduced. In addition, since the ignition is accelerated, the combustion of coal proceeds and the unburned portion in the combustion ash (hereinafter referred to as unburned portion) also decreases. Further, since the

air swirl vanes

22 and 27 are provided, the secondary air and the tertiary air are ejected as a swirl flow, and the negative pressure on the downstream side of the flame holding ring 18 is increased by the centrifugal force, and the circulation flow is further expanded. As a result, the mixing of the secondary air or tertiary air in the vicinity of the burner and the pulverized coal is delayed, and the oxygen concentration in the flame is reduced, so that the reducing flame region is expanded.
[0042]
In the present embodiment, as a means for deflecting the secondary air flow 52 ejected from the secondary air nozzle 11 toward the outer peripheral side of the secondary air nozzle 11, the guide plate 30 is provided at the tip of the inner peripheral wall of the secondary air nozzle 11. It was made to provide. The secondary air is ejected toward the outer peripheral side, mixing of the secondary air or tertiary air with the pulverized coal flow is further delayed, and the circulating flow 31 downstream of the flame holding ring 18 is expanded. Since the amount of high-temperature gas returning from the downstream increases in this circulation basin, the ignition of pulverized coal is promoted and the reduction flame region is expanded. For this reason, generation | occurrence | production of NOx and an unburned part can further be reduced.
[0043]
The state of the combustion state at this time will be described in comparison with FIG. 2 in which the guide plate 30 is not provided. In FIG. 2, the flow path of the tertiary air 53 is bent by the guide sleeve 20 formed in a tapered cylinder, and is ejected to the outer peripheral side. On the other hand, the flow path of the secondary air nozzle 11 is widened to the outer peripheral side at the nozzle outlet portion by the guide sleeve 20. Since the air travels straight due to inertia, the secondary air 52 is likely to flow along the burner axial direction. At this time, since the air in the region along the guide sleeve 20 is entrained in the flow of the secondary air 52, a pressure drop (hereinafter referred to as a reverse pressure gradient) occurs in the direction opposite to the secondary air ejection direction, and the guide A circulation flow 54 is formed downstream of the sleeve 20. The circulation flow 54 induces a flow toward the center in the tertiary air 53, and the mixing of the tertiary air 53 and the pulverized coal is accelerated, so that the reducing flame region is narrowed.
[0044]
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG.1 (b), the secondary air 52 is ejected by the guide plate 30 to an outer peripheral direction. For this reason, the formation of the circulation flow 54 downstream of the guide sleeve 20 that separates the secondary air nozzle 11 and the tertiary air nozzle 12 is prevented or suppressed. Further, since the secondary air 52 is configured to be ejected toward the outer peripheral side from the tertiary air 53 in particular due to the momentum of the secondary air 52 ejected in the outer peripheral direction, the tertiary air 53 flows further toward the outer periphery. . For this reason, mixing of secondary air or tertiary air and pulverized coal in the vicinity of the burner is delayed, the reducing flame region in the flame is expanded, and NOx generated in the flame can be reduced. Further, since the front end of the guide plate 30 is located downstream of the front end of the guide sleeve 20 with respect to the burner axial direction, the flow of secondary air is likely to flow to the outer periphery, and the circulating flow 54 is provided downstream of the guide sleeve 20. It is difficult to do.
[0045]
In the present embodiment, the flow path near the outlet of the secondary air nozzle is narrowed by the obstacle 65a attached to the flame holding ring 18. Since the ejection speed of the secondary air is increased, the mixing of the tertiary air 53 and the pulverized coal can be delayed.
[0046]
Thus, according to the present embodiment, the secondary air 52 is ejected in the outer circumferential direction by the guide plate 30 provided in the secondary air nozzle. Further, since the reverse pressure gradient downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle is reduced, the tertiary air 53 ejected from the tertiary air nozzle on the outer peripheral side of the secondary air nozzle is also ejected in the outer peripheral direction. For this reason, mixing of pulverized coal and combustion air in the vicinity of the burner is suppressed, and the pulverized coal is burned in the state of a low oxygen concentration atmosphere in the vicinity of the burner, and the amount of NOx generated can be reduced. As an example, Table 1 shows the results of a combustion test with the burner shown in FIG. 1 (interval 10 mm between the guide sleeve 20 and the tip of the guide plate 30 in the burner axial direction) and a coal supply rate of 500 kg / h in the burner shown in FIG. .
[0047]
[Table 1]

[0048]
At this time, the NOx concentration at the burner outlet of the burner shown in FIG. 1 was 103 ppm (6% oxygen concentration conversion), whereas the NOx concentration of the burner shown in FIG. % Oxygen concentration conversion), and the NOx generation amount reducing effect according to the present invention was recognized.
[0049]
FIG. 1 (c) is an enlarged view of the nozzle tip region for explaining the air flow when the guide plate 30 of FIG. 1 (c) is moved upstream from that of FIG. 1 (b). When the guide plate 30 is moved upstream of the tip of the guide sleeve 20 in the burner axial direction as in the burner shown in FIG. 1C, the secondary air 52 flows as shown in FIG. That is, the flow direction of the secondary air 52 is changed to the outer peripheral direction by the guide plate 30, but the flow in the outer peripheral direction is blocked by the guide sleeve 20. For this reason, the secondary air ejected from the burner flows more in the axial direction than in the case where the guide plate 30 is installed downstream of the guide sleeve 20 in the burner axial direction as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 1C, a circulation flow 54 is easily formed downstream of the guide sleeve 20. Therefore, the circulation flow 54 induces a flow in the direction of the central axis of the tertiary air 53, so that the mixing of the tertiary air 53 and the pulverized coal is accelerated and the reducing flame region is narrowed. As an example, Table 1 shows the results of a combustion test at a coal supply rate of 500 kg / h in the burner shown in FIG. 1C (the tip of the guide plate 30 is located 10 mm upstream of the tip of the guide sleeve 20 in the burner axial direction). Shown in At this time, the NOx concentration at the burner outlet of the burner shown in FIG. 1B was 103 ppm (converted to 6% oxygen concentration), whereas the NOx concentration of the burner shown in FIG. It becomes 107 ppm (converted to 6% oxygen concentration) on the same base, and the amount of NOx generated is higher than when the guide plate 30 is positioned downstream of the guide sleeve tip in the burner axial direction.
[0050]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0051]
FIG. 3 is a schematic view of the nozzle tip of the pulverized coal combustion burner according to the present embodiment.
[0052]
This embodiment is different from the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B in that the angle 55 of the guide plate 30 and the angle 56 of the guide sleeve 20 can be adjusted. Other configurations are the same.
[0053]
According to the present embodiment, by adjusting the angle 55 of the guide plate 30 and the angle 56 of the guide sleeve 20, the first embodiment is made according to the supplied pulverized coal, the primary air amount and the combustion air amount. Compared to the above, an optimal circulation basin can be formed, and NOx and unburned components can be effectively reduced.
[0054]
At this time, the angle 55 of the guide plate 30 is desirably 60 degrees to 90 degrees, more preferably 80 degrees to 90 degrees. The secondary air 52 is ejected by the guide plate 30 in the outer circumferential direction. For this reason, the formation of the circulation flow 54 downstream of the guide sleeve 20 that separates the secondary air nozzle 11 and the tertiary air nozzle 12 is prevented or suppressed. Further, since the secondary air 52 is configured to be ejected toward the outer peripheral side from the tertiary air 53 in particular due to the momentum of the secondary air 52 ejected in the outer peripheral direction, the tertiary air 53 flows further toward the outer periphery. . For this reason, the mixing of secondary air or tertiary air and pulverized coal in the vicinity of the burner is delayed, and the reducing flame region in the flame is expanded, so that NOx generated in the flame can be reduced.
[0055]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0056]
FIG. 4 is a schematic view of the nozzle tip of the pulverized coal combustion burner according to this embodiment.
[0057]
In the present embodiment, as shown in the figure, the outlet region of the secondary air nozzle 11 is tapered as a guide member for guiding the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 to the outer peripheral side of the secondary air nozzle. The ring 61 is provided. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0058]
According to the present embodiment, the ring 61 becomes an obstacle to the secondary air 52 flowing in the burner axial direction. When the secondary air 52 flows along the taper portion of the ring 61, a flow in the outer peripheral direction is induced in the secondary air 52, and a part flows along the guide sleeve 20. For this reason, the secondary air 52 flows downstream of the guide sleeve 20 that separates the secondary air nozzle 11 and the tertiary air nozzle 12. Since the back pressure gradient downstream of the guide sleeve 20 is less likely to occur, the formation of the circulating flow 54 described above is prevented or suppressed. Further, due to the momentum of the secondary air 52 ejected in the outer peripheral direction, the tertiary air 53 further flows toward the outer periphery. For this reason, mixing of secondary air or tertiary air and pulverized coal in the vicinity of the burner is delayed, and the oxygen concentration in the flame is reduced. By expanding the reducing flame region, NOx generated in the flame can be reduced.
[0059]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0060]
FIG. 5 is a schematic view of the nozzle tip of the pulverized coal combustion burner according to this embodiment.
[0061]
In this embodiment, as shown in the figure, as a guide member for guiding the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 to the outer peripheral side of the secondary air nozzle, in the secondary air nozzle 11 or in the nozzle outlet area. A gas ejection nozzle 63 for ejecting gas toward the outer periphery is provided. As the gas, air, combustion exhaust gas, inert gas such as nitrogen, water vapor, or the like can be used. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0062]
According to the present embodiment, due to the momentum of the gas ejected from the gas ejection nozzle 63, a flow in the outer peripheral direction is induced in the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11, and a part thereof is along the guide sleeve 20. Flowing. In order to increase the momentum, it is desirable that the flow velocity of the gas ejected from the gas ejection nozzle 63 is faster than the flow velocity of the air ejected from the secondary air nozzle. In the burner having this configuration, the secondary air 52 flows along the guide sleeve 20, so that a reverse pressure gradient downstream of the guide sleeve 20 is less likely to occur. For this reason, the formation of the circulating flow 54 described above downstream of the guide sleeve 20 is prevented or suppressed. Further, due to the momentum of the secondary air 52 ejected in the outer peripheral direction, the tertiary air 53 further flows toward the outer periphery. For this reason, mixing of secondary air or tertiary air and pulverized coal in the vicinity of the burner is delayed, and the oxygen concentration in the flame is reduced. By expanding the reducing flame region, NOx generated in the flame can be reduced.
[0063]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0064]
FIG. 6 is a schematic view of the nozzle tip of the pulverized coal combustion burner according to this embodiment.
[0065]
In the present embodiment, as shown in the figure, as a means for guiding the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 to the outer peripheral side of the secondary air nozzle, the secondary air swirl is provided at the outlet of the secondary air nozzle. A swirl vane 64 as a container is provided. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0066]
According to the present embodiment, the secondary air 52 becomes a swirl flow by the swirl vanes 64 and flows biased to the outer peripheral side by the centrifugal force. For this reason, the secondary air 52 flows along the guide sleeve 20, so that a reverse pressure gradient downstream of the guide sleeve 20 is less likely to occur. For this reason, the formation of the circulating flow 54 described above downstream of the guide sleeve 20 is prevented or suppressed. Further, due to the momentum of the secondary air 52 ejected in the outer peripheral direction, the tertiary air 53 further flows toward the outer periphery. For this reason, mixing of secondary air or tertiary air and pulverized coal in the vicinity of the burner is delayed, and the oxygen concentration in the flame is reduced. By expanding the reducing flame region, NOx generated in the flame can be reduced.
[0067]
As described above, according to the pulverized coal combustion burner of each of the above embodiments, since the means for deflecting the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle to the outer peripheral side of the secondary air nozzle is provided, the secondary air nozzle In addition, a circulating flow is less likely to be formed on the downstream side of the partition wall with the tertiary air nozzle located on the outer peripheral side thereof. In the region of the circulation flow, there is a pressure drop (counterpressure gradient) opposite to the flow ejection direction, and the flow direction of the air flowing along the circulation flow is changed by the counter pressure gradient. In the flow of the pulverized coal combustion burner, when a circulation flow is formed downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle, the flow of the tertiary air is likely to flow to the pulverized coal flow side by the circulation flow. However, in the above embodiments, the secondary air is ejected in the outer circumferential direction, so that it is difficult to form a circulation flow downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle. Air flows away from the pulverized coal stream.
[0068]
Further, by ejecting the secondary air to the outer periphery, the primary air and the secondary air flow away from each other near the burner. For this reason, since the secondary air ejected from the secondary air nozzle is less likely to flow downstream from the partition wall between the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle, the reverse pressure gradient is increased and the circulation flow is expanded. High-temperature gas stays in the circulating flow formed between the primary air and the secondary air flow, and contributes to the ignition of pulverized coal and the stabilization of the flame. By spreading the circulation flow, the cooling in the circulation flow by the secondary air is weakened, and the temperature rises. For this reason, the ignition of pulverized coal is promoted. Since the consumption of oxygen proceeds due to ignition, the region of low oxygen concentration formed in the flame expands, the amount of NOx generated decreases, and the unburned content in the combustion ash decreases.
[0069]
Furthermore, since the ignition of the pulverized coal and the stability of the flame are improved, the distance required for the combustion is shortened, and the effect of reducing the size of the combustion apparatus main body can be obtained. Furthermore, since the flame is stable even when the concentration of pulverized coal is reduced as in the case of combustion at a low load, the possible range of pulverized coal combustion in the pulverized coal combustion burner is expanded.
[0070]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0071]
FIG. 7 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to this embodiment.
[0072]
In this embodiment, as shown in the figure, the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 is deflected to the outer peripheral side of the secondary air nozzle 11, and the primary air and the secondary air are A ring 30 having a plane perpendicular to the air flow is provided. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0073]
In the figure, the ring 30 is formed of an inner ring 301 formed on the pulverized coal nozzle 10 side and an outer ring 302 formed on the secondary air nozzle 11 side. The primary air and the secondary air are disturbed by the ring 30, and a circulation flow formed downstream of the ring 30 develops. In the present embodiment, the positions of the inner ring 301 and the outer ring 302 are provided apart in the burner axis direction. As a result, the circulation flow formed downstream of the ring 30 is formed so as to be shifted in the burner axial direction between the pulverized coal flow side and the secondary air flow side. Compared with the case where two circulating flows are formed at the same position in the axial direction, the circulating flow becomes longer in the axial direction. For this reason, the gas circulates in the circulating flow 31 from the downstream side.
[0074]
Further, secondary air is ejected to the outer periphery by the outer ring 302. For this reason, primary air and secondary air flow away near the burner. For this reason, since the secondary air ejected from the secondary air nozzle is less likely to flow downstream from the partition wall between the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle, the reverse pressure gradient is increased and the circulation flow is expanded. High-temperature gas stays in the circulating flow formed between the primary air and the secondary air flow, and contributes to the ignition of pulverized coal and the stabilization of the flame. By spreading the circulation flow, the cooling in the circulation flow by the secondary air is weakened, and the temperature rises. For this reason, the ignition of pulverized coal is promoted. Since the consumption of oxygen proceeds due to ignition, the region of low oxygen concentration formed in the flame expands, the amount of NOx generated decreases, and the unburned content in the combustion ash decreases. Further, since the ignition of pulverized coal and the stability of the flame are improved, the distance required for combustion is shortened, and the effect of reducing the size of the combustion apparatus main body can be obtained. Furthermore, since the flame is stable even when the concentration of pulverized coal is reduced as in the case of combustion at a low load, the possible range of pulverized coal combustion in the pulverized coal combustion burner is expanded.
[0075]
Further, by ejecting the secondary air to the outer periphery by the outer ring 302, it is difficult to form a circulation flow on the downstream side of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle located on the outer peripheral side thereof. In the region of the circulation flow, there is a pressure drop (counterpressure gradient) opposite to the flow ejection direction, and the flow direction of the air flowing along the circulation flow is changed by the counter pressure gradient. In the flow of the pulverized coal combustion burner, when a circulation flow is formed downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle, the flow of the tertiary air is likely to flow to the pulverized coal flow side by the circulation flow. However, in the present invention, secondary air is ejected in the outer circumferential direction, so that it is difficult to form a circulation flow downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle. And flow away.
[0076]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0077]
FIG. 8 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to the present embodiment.
[0078]
In this embodiment, as shown in the figure, as a means for deflecting the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 to the outer peripheral side of the secondary air nozzle 11 and forming a circulating flow downstream of the partition wall 28. A thick part (for example, 10 mm thick) 303 of the ring 30 is provided on the inner peripheral wall side of the secondary air nozzle 11 of the ring 30. Further, the obstacle 32 is not provided in the primary air nozzle 10. When the ignitability of pulverized coal is good, it is not necessary to have the obstacle 32 as shown in FIG. Other configurations are substantially the same as those of the sixth embodiment.
[0079]
According to this embodiment, the flow path of the secondary air nozzle is narrowed by the thick portion 303, and the flow rate of the secondary air is increased when passing through the thick portion 303. Since the secondary air collides with the outer ring 302 in a state where the flow velocity is increased, the flow velocity in the outer circumferential direction induced by the secondary air due to the collision is high. As a result, the flow rate of the secondary air in the outer circumferential direction is stronger than in the sixth embodiment. For this reason, the circulation flow downstream of the partition walls of the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle spreads, and the ignition of the pulverized coal is promoted by the temperature rise in the circulation flow. In addition, by blowing out secondary air in the outer circumferential direction, it is difficult to form a circulation flow downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle. Flowing. For this reason, the area | region where the oxygen concentration formed in a flame is low expands, the generation amount of NOx decreases, and the unburned part in combustion ash decreases.
[0080]
In each of the sixth and seventh embodiments, the outer ring 302 of the ring 30 is a ring that is uniform in the circumferential direction of the burner. However, if necessary, the tip of the outer ring 302 is uneven along the circumferential direction. You may form a notch in a shape. By making a notch, thermal deformation of the ring can be mitigated. Further, the disturbance on the downstream side of the outer ring 302 increases, and the circulation flow is easily developed. Further, the uneven cutout may be provided not only in the outer ring 302 but also in the inner ring 301.
[0081]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0082]
FIG. 9 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to this embodiment.
[0083]
In this embodiment, as shown in the figure, as a means for deflecting the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle 11 to the outer peripheral side of the secondary air nozzle 11 and forming a circulating flow downstream of the partition wall 28. A ring 30 is provided. Further, as a means for narrowing the flow path near the outlet of the secondary air nozzle 11, an obstacle 65b is provided in the circumferential direction of the outer peripheral wall of the secondary air nozzle. Further, the obstacle 32 in the primary air nozzle 10 is provided near the throttle portion 17. As shown in FIG. 9 with respect to FIG. 1, even if the obstacle 32 is provided on the upstream side, it is collected near the partition wall. Other configurations are substantially the same as those of the sixth embodiment.
[0084]
According to the present embodiment, the flow rate of the secondary air is increased by the obstacle 65b, and the air flow is disturbed at the flow path enlargement portion on the downstream side of the obstacle 65b, so that a certain turbulence can be generated. For this reason, the circulation flow downstream of the partition walls of the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle spreads, and the ignition of the pulverized coal is promoted by the temperature rise in the circulation flow. Further, the secondary air whose flow velocity is increased by the obstacle 65b collides with the outer ring 302 and is ejected in the outer peripheral direction, so that it is difficult to form a circulation flow downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle. For this reason, the flow direction of the tertiary air is not changed by the circulation flow, and the tertiary air flows away from the pulverized coal flow near the burner. For this reason, the area | region where the oxygen concentration formed in a flame is low expands, the generation amount of NOx reduces, and the unburned part in combustion ash reduces.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the means for deflecting the secondary air flow ejected from the secondary air nozzle toward the outer peripheral side of the secondary air nozzle is provided, the secondary air flows in the outer peripheral direction. It becomes difficult to form a circulation flow downstream of the partition wall between the secondary air nozzle and the tertiary air nozzle. For this reason, the flow direction of the tertiary air is not changed by the circulation flow, and the tertiary air flows away from the pulverized coal flow near the burner. Also, since the secondary air flows in the outer circumferential direction, the secondary air is less likely to flow directly from the secondary air nozzle into the circulation flow formed on the downstream side of the partition wall between the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle. The pressure gradient becomes stronger, and this circulation flow spreads. As a result, mixing of pulverized coal and tertiary air is suppressed in the vicinity of the burner, and ignition of the pulverized coal is promoted. For this reason, pulverized coal burns in the state of a low oxygen concentration near the burner, and the amount of NOx generated can be reduced. Moreover, since the ignition of pulverized coal is promoted, the unburned content in the combustion ash can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of the nozzle tip of a pulverized coal combustion burner according to the prior art shown for comparison with the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a nozzle tip portion of a pulverized coal combustion burner according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a nozzle tip of a pulverized coal combustion burner according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a nozzle tip portion of a pulverized coal combustion burner according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of a pulverized coal combustion burner according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Pulverized coal nozzle
11 Secondary air nozzle
12 Tertiary air nozzle
30 Information board
301 inner ring
302 outer ring
303 Thick part
31 Circulating flow
61 ring
63 Gas discharge nozzle
64 Swivel blade
65a, 65b Obstacle

Claims

A secondary air nozzle for ejecting secondary air is provided concentrically on the outer periphery of the pulverized coal nozzle for ejecting a mixture of pulverized coal and primary air, and tertiary air for ejecting tertiary air to the outer periphery of the secondary air nozzle. In the pulverized coal combustion burner in which the nozzles are provided concentrically, and the expanded portion is provided at the tip of the outer peripheral wall of the secondary air nozzle,
An obstacle having a plane substantially perpendicular to the flow of primary air and a guide plate having a plane substantially perpendicular to the flow of secondary air are provided at the tip of the partition wall separating the pulverized coal nozzle and the secondary air nozzle,
The plane of the obstacle is located on the upstream side in the axial direction of the pulverized coal nozzle from the plane of the guide plate,
The pulverized coal combustion burner is characterized in that a flat surface of the guide plate is provided so as to protrude downstream in the axial direction of the pulverized coal nozzle from the tip of the expanded pipe portion .

The pulverized coal combustion burner according to claim 1, wherein a slit is provided in the guide plate .

The pulverized coal combustion burner according to claim 1, wherein a notch is provided along a circumferential direction at a tip of at least one of the obstacle and the guide plate .

A combustion apparatus provided with a pulverized coal combustion burner, wherein the pulverized coal combustion burner is the pulverized coal combustion burner according to any one of claims 1 to 3 .