JP4983416B2

JP4983416B2 - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JP4983416B2
Application number: JP2007155079A
Authority: JP
Inventors: 敏彦山田; 雅人田村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP2008309355A

Description

本発明は石炭焚きボイラ等、石炭を燃料とする火炉に設けられる微粉炭バーナに関するものである。

石炭を燃料とする火炉の１つに、微粉炭機により塊状の石炭を粉砕して微粉炭とし、微粉炭を１次空気と混合し、１次空気と共に微粉炭バーナに供給し、該微粉炭バーナより火炉に噴出して微粉炭を浮遊燃焼させるものがある。

図４により従来の微粉炭バーナについて説明する。

図４中、１は火炉、２は該火炉１の炉壁を示している。

該炉壁２にスロート３が設けられ、前記炉壁２の反火炉１側にウインドボックス４が取付けられ、該ウインドボックス４の内部に微粉炭バーナ５が前記スロート３と同心に設けられている。

前記微粉炭バーナ５は、ノズル本体６と該ノズル本体６の先端部を囲む様に設けられた２次空気調整装置７を具備している。

前記ノズル本体６は、外筒ノズル８、該外筒ノズル８と同心に設けられた内筒ノズル９、該内筒ノズル９の中心線上に配設されたオイルバーナ１１を具備している。前記外筒ノズル８と前記内筒ノズル９間には中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放された燃料導通空間１０が形成される。

該燃料導通空間１０の基部には、１次空気１４及び該１次空気１４に運搬された微粉炭が、前記燃料導通空間１０に接線方向から流入し、該燃料導通空間１０内部を旋回しながら先端から噴出される。尚、前記内筒ノズル９からは燃焼調整用の補助空気として３次燃焼用空気が供給される。

前記２次空気調整装置７は、前記ノズル本体６先端部を収納する補助空気調整機構１５と、該補助空気調整機構１５の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構１６から構成されている。

前記補助空気調整機構１５は、先端に向って縮径する第１空気ガイドダクト１８と該第１空気ガイドダクト１８の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根１９を有し、該風量調整羽根１９は回転軸２１を介して回転可能に設けられ、該回転軸２１にレバー２０が固着され、該レバー２０同士はリンク（図示せず）によって連結され、全ての風量調整羽根１９はモータ等のアクチュエータ（図示せず）によって同期回転可能となっている。

前記補助空気調整機構１５による前記風量調整羽根１９の開度調整により、補助空気の風量が調整される。

又、前記主空気調整機構１６は先端に向って縮径する第２空気ガイドダクト２２と、該第２空気ガイドダクト２２の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根２３を有し、該風量調整羽根２３は回転軸２４を介して回転可能に設けられ、該回転軸２４にレバー２５が固着され、該レバー２５同士はリンク（図示せず）によって連結され、全ての風量調整羽根２３はモータ等のアクチュエータ（図示せず）によって同期回転可能となっている。

前記主空気調整機構１６による前記風量調整羽根２３の開度調整により、２次空気の風量が調整される。

上記微粉炭バーナでの燃焼について略述すると、前記１次空気１４と共に微粉炭が前記燃料導通空間１０に供給され、該燃料導通空間１０を旋回しながら流動し、前記外筒ノズル８の先端より噴出される。又、前記ウインドボックス４には燃焼用補助空気である２次空気２６が送給され、該２次空気２６は前記風量調整羽根２３により風量調整され、前記第２空気ガイドダクト２２を介して前記１次空気１４、燃料と共に前記火炉１に噴出される。

又、２次空気の一部は、前記風量調整羽根１９を介して前記第１空気ガイドダクト１８内部に取込まれ、２次補助空気として噴出される。前記風量調整羽根２３の風量調整、前記風量調整羽根１９の風量調整で２次空気の供給量流れの状態が変化し、燃料の燃焼状態が調整される。

又、前記２次空気２６の一部は３次空気２７として前記内筒ノズル９に導かれ、該内筒ノズル９より噴出される。前記３次空気２７が噴出されることで、燃料の燃焼状態が調整される。

従って、２次空気の調整、３次空気の調整等により燃料の燃焼状態が最適、例えばＮＯｘの生成が最少となる様に調整される。

尚、前記オイルバーナ１１は、微粉炭を着火する際に使用される。

上記従来の微粉炭バーナに於ける風量調整では、前記風量調整羽根２３による風量調整と、前記風量調整羽根１９による風量調整とを組合せて行っており、風量調整機構は複雑な構造になっていると共に、制御系も複雑になっている。

特開２００２−１１５８１８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構造、簡単な制御系で風量調整を可能とし、設備費の低減を図るものであり、更にＮＯｘの生成を抑制するものである。

本発明は、火炉に向って開口し、微粉炭を燃焼用空気と共に噴出するノズル本体と、２次空気調整装置とを具備し、該２次空気調整装置は、前記ノズル本体先端部を収納する補助空気調整機構と、該補助空気調整機構の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構から構成され、前記補助空気調整機構の補助空気取込み口には補助空気用風量調整羽根が設けられ、前記主空気調整機構の２次空気取込み口には２次空気用風量調整羽根が設けられ、前記補助空気用風量調整羽根は開角度０〜３０°の範囲のいずれかの角度に固定され、前記２次空気用風量調整羽根は回転可能となっている微粉炭バーナに係るものである。

本発明によれば、火炉に向って開口し、微粉炭を燃焼用空気と共に噴出するノズル本体と、２次空気調整装置とを具備し、該２次空気調整装置は、前記ノズル本体先端部を収納する補助空気調整機構と、該補助空気調整機構の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構から構成され、前記補助空気調整機構の補助空気取込み口には補助空気用風量調整羽根が設けられ、前記主空気調整機構の２次空気取込み口には２次空気用風量調整羽根が設けられ、前記補助空気用風量調整羽根は開角度０〜３０°の範囲のいずれかの角度に固定され、前記２次空気用風量調整羽根は回転可能となっているので、前記補助空気調整機構の補助空気用風量調整羽根の開角度を調整する機構、制御系が省略でき、コストの低減が図れ、又ＮＯｘの発生が抑制できるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、風量調整に於いて、２次空気と補助空気の供給割合とＮＯｘの発生との関係を確認した。

補助空気の供給割合とＮＯｘの発生（燃焼ガス中のＮＯｘ量）との関係を図３で示す。

図３に示される様に、補助空気の流量調整が０〜５０％の範囲で、ＮＯｘの発生率は殆ど変らない。又、図３では示されていないが、補助空気の流量が多くなるとＮＯｘが上昇傾向となることが分っている。

本発明では、上記した補助空気の供給量特性から、ＮＯｘの発生率の変化のない、而も補助空気の供給量を必要最小限とし、更に補助空気調整機構による補助空気供給量を固定するものである。

以下、本発明に係る微粉炭バーナについて、図１、図２を参照して説明する。

図１、図２中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

炉壁２にスロート３が開口され、該スロート３と同心にノズル本体６が設けられ、該ノズル本体６の周囲を囲む様にウインドボックス４が前記炉壁２の炉外側に設けられ、前記ウインドボックス４には燃焼用補助空気である２次空気２６を導く２次空気導管２９が連通されている。

前記ノズル本体６は、外筒ノズル３１、該外筒ノズル３１と同心に設けられた内筒ノズル３２を有し、前記ノズル本体６の先端部の周囲を覆う様に２次空気調整装置３３が設けられている。

前記外筒ノズル３１は断面径が変化しない円筒形状の外筒基部３１ａ、前端に向って漸次縮径するテーパ管状の外筒中間部３１ｂ、断面径が変化しない直管円筒形状の外筒先端部３１ｃから構成されている。

前記外筒ノズル３１の内面に円周方向所要等間隔で、ガイド突条３４が設けられ、該ガイド突条３４は前記外筒ノズル３１の軸心方向に延び、前記外筒中間部３１ｂの中間位置から前記外筒先端部３１ｃの先端に至る長さを有している。前記外筒ノズル３１の先端には円弧形状の整流板３５が所要間隔に設けられ、該整流板３５は前記外筒ノズル３１の軸心に直交する平面内に配設されている。

前記外筒基部３１ａは、前記ウインドボックス４から突出し、前記外筒基部３１ａに１次空気導入管１２が連通され、該１次空気導入管１２より微粉炭を含む１次空気１４が導入される様になっている。

前記内筒ノズル３２は断面径が変化しない円筒形状の内筒基部３２ａ、前端に向って漸次縮径するテーパ管状の内筒中間部３２ｂ、断面径が変化しない直管円筒形状の内筒先端部３２ｃから構成されている。

前記内筒ノズル３２の先端位置は、前記外筒ノズル３１の先端と同一又は略同一であり、前記内筒先端部３２ｃの長さは前記外筒先端部３１ｃの長さより長く、更に前記内筒中間部３２ｂの基端位置は前記外筒基部３１ａの基端位置と同一又は略同一となっている。

前記外筒ノズル３１と前記内筒ノズル３２との間には燃料導通空間１０が形成され、該燃料導通空間１０は前記外筒中間部３１ｂと前記内筒中間部３２ｂとの間に形成されるテーパリング筒状の空間と前記外筒先端部３１ｃと前記内筒先端部３２ｃとの間に形成される直管リング筒状の空間とで構成され、前記テーパリング筒状の空間では徐々に流路断面積が減少し、前記直管リング筒状では流路断面積が変化しない様になっている。

前記内筒中間部３２ｂには濃度調整リング３６が設けられている。該濃度調整リング３６は、好ましくは前記内筒中間部３２ｂの先端部で前記外筒中間部３１ｂのテーパ面に対向した位置に設けられる。前記濃度調整リング３６の基側は先端に向って広がるテーパ形状となっており、前記内筒ノズル３２の外面に沿って流れる空気を前記内筒ノズル３２から剥離させ、前記外筒中間部３１ｂの内面、特に前記ガイド突条３４の基端部に向わせる様になっている。

前記内筒基部３２ａは前記外筒ノズル３１から反火炉１側に突出しており、前記内筒基部３２ａには３次空気導入管１３が連通している。該３次空気導入管１３の途中には、３次空気の風量を調整する３次空気調整用ダンパ３７が設けられている。

前記２次空気調整装置３３は、前記外筒先端部３１ｃを略収納する様に設けられており、第１空気ガイドダクト１８は縮径部１８ａと直管部１８ｂを有し、前記第１空気ガイドダクト１８の先端は、前記外筒ノズル３１の先端と同一又は略同一となっている。

又第２空気ガイドダクト２２は、前記スロート３に連続する縮径部２２ａを有している。

前記２次空気調整装置３３は、補助空気調整機構１５、主空気調整機構１６から構成され、前記補助空気調整機構１５は前記内筒先端部３２ｃと前記縮径部１８ａとの間に形成される補助空気流路４１を有し、該補助空気流路４１の上流端部は全周に亘って開放され、補助空気取込み口４２を形成している。

該補助空気取組み口４２に全周、等間隔で風量調整羽根１９が固定軸４３を介して設けられている。該固定軸４３は前記第１空気ガイドダクト１８等の構造部材に固着され、前記風量調整羽根１９は前記固定軸４３に固着され、回転せず固定された状態となっている。

尚、前記風量調整羽根１９は全閉の状態（角度０）から、開角度３０°の範囲で固定される。図２中では、開度１０°で固定した場合を示している。

前記風量調整羽根１９の開角度０〜３０°での補助空気流量は、図３で示される補助空気０〜５０％の範囲であり、而も前記開角度は、補助空気割合が少ない部分に設定されることが好ましい。

又、前記主空気調整機構１６は、前記第１空気ガイドダクト１８と前記１次空気導入管１２との間に形成される２次空気流路４４を有し、該２次空気流路４４の上流端部は全周に亘って開放され、２次空気取込み口４５を形成している。

前記２次空気取込み口４５には、円周等間隔で設けられた風量調整羽根２３が配設され、該風量調整羽根２３は回転軸２４を介して回転可能に設けられ、該回転軸２４にレバー２５が固着され、該レバー２５同士はリンク（図示せず）によって連結され、全ての風量調整羽根２３はモータ等のアクチュエータ（図示せず）によって同期回転可能となっている。

以下、上記した微粉炭バーナの作用について説明する。

微粉炭及び前記１次空気１４（以下１次空気１４と略称する）は、前記外筒ノズル３１と前記内筒ノズル３２との間の前記燃料導通空間１０に導入され、前記内筒ノズル３２の周りを旋回しながら前記スロート３に向って流れる。前記１次空気１４が前記燃料導通空間１０を流動する過程で、該燃料導通空間１０のテーパリング筒状の空間では徐々に縮流され、前記直管リング筒状では縮流されることなく前記スロート３に噴出される。

又、前記燃料導通空間１０を前記１次空気１４が流動する際に、前記ガイド突条３４により、前記１次空気１４中の微粉炭がガイドされ、筋状となって噴出される。

上記した様に、前記外筒先端部３１ｃと前記内筒先端部３２ｃとで形成される空間は、直管リング筒状であり、流路断面積の変化はない。従って、前記１次空気１４は縮流を伴わず、流れ方向は直進に整流され、該１次空気１４が前記内筒ノズル３２先端より噴出される場合は、直進方向が強調され、拡大が抑制される。

前記燃料導通空間１０を流動する微粉炭は、前記濃度調整リング３６により前記燃料導通空間１０の外周部に偏流される。前記１次空気１４中の微粉炭濃度が低い場合に、外周部に微粉炭が偏流されることで、濃度が高くなり、微粉炭量が少ない場合（低負荷）での、燃焼を安定させる。又、外周部に偏流された微粉炭は、前記ガイド突条３４により旋回が抑制され、直進方向が強調される。この為、噴出された前記１次空気１４の拡大が抑制されることと相俟って、燃焼する微粉炭の拡散、及びクリンカの拡散が抑制される。

クリンカが前記炉壁２に付着するとスラッギングを生じ、スラッギングは、前記炉壁２の伝熱を損い、又該炉壁２に熱が貯まり、該炉壁２の温度の上昇、即ち前記火炉１の温度上昇の原因となる。更に前記炉壁２の温度上昇、前記火炉１の温度上昇は、クリンカが溶け、よりスラッギングを起し易くなり、又ＮＯｘが発生し易くなる。

従って、クリンカの拡散を抑制することで、ＮＯｘの発生が抑制される。

前記２次空気導管２９を介して前記ウインドボックス４に前記２次空気２６が流入し、流入した該２次空気２６は、前記風量調整羽根２３により流量調整され、前記２次空気取込み口４５より前記第２空気ガイドダクト２２に取込まれ、前記スロート３より噴出される。更に、前記第２空気ガイドダクト２２に取込まれた前記２次空気２６の一部は、補助空気として前記補助空気調整機構１５により前記補助空気取込み口４２を介して取込まれる。取込まれた補助空気は、前記風量調整羽根１９で割合が０〜５０％に流量調整される。

尚、前記風量調整羽根１９の開度は、固定となっており、補助空気量は略一定となるが、送給される２次空気２６の流量によって、取込む補助空気量も変動する。然し、変動した場合も、前記風量調整羽根１９の開角度は補助空気量の割合が０〜５０％の範囲に収る様に設定される。取込まれた補助空気は、前記外筒先端部３１ｃの外周面に沿って流れ、噴出する。

又、前記外筒先端部３１ｃは直管であり、前記第１空気ガイドダクト１８の先端部も直管となっているので、該第１空気ガイドダクト１８先端部分と前記外筒先端部３１ｃ間で形成される流路の断面積は変化がなく、従って２次空気分流３８は縮流を伴わず直進方向に整流され、前記第１空気ガイドダクト１８先端より噴出される場合は、直進方向が強調され、拡大が抑制される。

尚、前記整流板３５は前記２次空気分流３８が過剰にならない様に、直進量を調整する。

前記３次空気導入管１３を介して燃焼用補助空気である３次空気２７が取込まれ、該３次空気２７は前記内筒ノズル３２内部を流動して該内筒ノズル３２の先端から噴出される。前記３次空気導入管１３を流れる過程で、前記内筒中間部３２ｂ部分では縮流されるが、前記内筒先端部３２ｃは直管形状であるので、断面積に変化はなく、前記３次空気２７も前記内筒先端部３２ｃで縮流を伴わず直進方向に整流されて噴出される。

前記１次空気１４、前記２次空気分流３８、前記３次空気２７のいずれも、噴出前に整流されるので、噴出された後の拡大作用が少なく、微粉炭の燃え滓であるクリンカが飛散することが防止され、クリンカが前記炉壁２に付着することを抑制する。

本発明に係る２次空気調整装置３３では、前記補助空気調整機構１５の風量調整羽根１９は固定となっているので、風量調整羽根２３の開度調整のみでよく、前記補助空気調整機構１５に関する駆動機構部が省略でき、又流量調整の制御は主空気調整機構１６のみでよくなり、簡単となる。

本発明の実施の形態に係る微粉炭バーナの断面図である。該微粉炭バーナの補助空気調整機構部分の側面図である。２次空気と補助空気の供給割合とＮＯｘの発生との関係を示すグラフである。従来の微粉炭バーナの断面図である。

符号の説明

１火炉
２炉壁
３スロート
４ウインドボックス
６ノズル本体
１４１次空気
１５補助空気調整機構
１６主空気調整機構
１８第１空気ガイドダクト
１９風量調整羽根
２２第２空気ガイドダクト
２３風量調整羽根
２４回転軸
３１外筒ノズル
３１ｃ外筒先端部
３２内筒ノズル
３２ｃ内筒先端部
３３２次空気調整装置
４１補助空気流路
４２補助空気取込み口
４３固定軸

Claims

火炉に向って開口し、微粉炭を燃焼用空気と共に噴出するノズル本体と、２次空気調整装置とを具備し、該２次空気調整装置は、前記ノズル本体先端部を収納する補助空気調整機構と、該補助空気調整機構の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構から構成され、前記補助空気調整機構の補助空気取込み口には補助空気用風量調整羽根が設けられ、前記主空気調整機構の２次空気取込み口には２次空気用風量調整羽根が設けられ、前記補助空気用風量調整羽根は開角度０〜３０°の範囲のいずれかの角度に固定され、前記２次空気用風量調整羽根は回転可能となっていることを特徴とする微粉炭バーナ。