JP4998001B2 - 微粉炭バーナ - Google Patents

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３により従来の微粉炭バーナについて説明する。

図３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の外筒基部（反火炉１側の端部）８ａは、断面径が変化しない円筒形状であり、該外筒基部８ａに連続する外筒中間部８ｂは前記火炉１に向って断面径が縮径するテーパ筒形状であり、前記外筒中間部８ｂに連続する外筒先端部８ｃは前記火炉１に向って断面径が縮小するテーパ筒形状であり、前記外筒先端部８ｃのテーパ角度は前記外筒中間部８ｂより大きく、該外筒中間部８ｂより急激に縮径している。

前記内筒ノズル９の前記外筒中間部８ｂの先端近傍迄、断面径が変化しない内筒円筒部９ａであり、該内筒円筒部９ａに連続する先端部の内筒先端部９ｃは、前記外筒先端部８ｃと同等のテーパ角を有するテーパ形状をしている。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。

前記外筒ノズル８の基部（反火炉１側の端部）には１次空気導入管１２が連通し、該１次空気導入管１２を介して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。又、前記内筒ノズル９の基部には前記ウインドボックス４の内部に開口する３次空気導入管１３が連通し、前記ウインドボックス４に送給される燃焼用空気を取入れ、燃焼用補助空気即ち３次燃焼用空気として前記内筒ノズル９に導いている。

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を中心に同期回転可能となっている。

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を中心に同期回転可能となっている。

尚、前記第２空気ガイドダクト２２の先端は、前記スロート３に連続し、前記第１空気ガイドダクト１８の先端は前記炉壁２の内壁面から後退した位置にあり、前記外筒ノズル８、前記内筒ノズル９の先端は前記第１空気ガイドダクト１８の先端より後退した位置となっている。

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１次空気導入管１２より供給され、前記燃料導通空間１０を旋回しながら流動し、又該燃料導通空間１０を通過する過程で縮流され、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。

尚、前記第２空気ガイドダクト２２に取込まれた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３次空気導入管１３を介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いて、前記外筒先端部８ｃ、前記内筒先端部９ｃは、先端に向って急激に縮径しており、前記外筒ノズル８を流れる前記１次空気１４、前記３次空気２７も急激に縮流されて噴出し、又前記２次空気２６も前記第１空気ガイドダクト１８によって縮流されている。この為、前記外筒ノズル８先端、前記第１空気ガイドダクト１８先端から膨張しつつ噴出される。前記１次空気１４は縮流されると共に旋回しており、旋回による遠心力で更に膨張する。従って、前記１次空気１４中の微粉炭は膨張しつつ燃焼する。

この為、微粉炭の燃え滓であるクリンカが飛散り、クリンカが前記炉壁２に付着するスラッギングを生じる。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。

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が発生し易くなる等の問題を生じる。

特開平８−１４５３２０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭バーナに於いてスラッギングの発生を抑制しようとするものである。

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が、外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられた内筒ノズルとを有し、前記外筒ノズル、前記内筒ノズルの先端部は直管形状となっており、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間に形成される燃料導通空間を通って微粉炭を含む燃焼用空気が噴出され、前記内筒ノズルの内部、前記外筒ノズルの周囲からそれぞれ燃焼用補助空気が噴出される様構成された微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記外筒ノズルは前記外筒先端部に連続する外筒中間部、前記内筒ノズルは前記内筒先端部に連続する内筒中間部を有し、前記外筒中間部、前記内筒中間部はそれぞれ先端に向って縮径し、前記外筒ノズルの内面で前記外筒中間部の先端部から前記外筒先端部に掛渡るガイド突条が円周所要間隔で設けられた微粉炭バーナに係り、又前記内筒ノズルに濃度調整リングが設けられ、該濃度調整リングは前記ガイド突条の基端部に対向する様に設けられた微粉炭バーナに係り、更に又前記外筒ノズルの先端に、外方に向って整流板が突設された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が、外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられた内筒ノズルとを有し、前記外筒ノズル、前記内筒ノズルの先端部は直管形状となっており、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間に形成される燃料導通空間を通って微粉炭を含む燃焼用空気が噴出され、前記内筒ノズルの内部、前記外筒ノズルの周囲からそれぞれ燃焼用補助空気が噴出される様構成されたので、噴出される燃焼用空気、燃焼用補助空気が前記外筒ノズル、前記内筒ノズルの先端部を通過する際に直進方向に整流され、噴出された空気、微粉炭の拡大が抑制され、クリンカが飛散り、クリンカが炉壁に付着することが防止される。

又本発明によれば、前記外筒ノズルは前記外筒先端部に連続する外筒中間部、前記内筒ノズルは前記内筒先端部に連続する内筒中間部を有し、前記外筒中間部、前記内筒中間部はそれぞれ先端に向って縮径し、前記外筒ノズルの内面で前記外筒中間部の先端部から前記外筒先端部に掛渡るガイド突条が円周所要間隔で設けられたので、燃焼用空気に含まれる微粉炭が前記ガイド突条により直進方向にガイドされ、微粉炭の飛散が抑制される。

又本発明によれば、前記内筒ノズルに濃度調整リングが設けられ、該濃度調整リングは前記ガイド突条の基端部に対向する様に設けられたので、前記濃度調整リングにより偏流された微粉炭は前記ガイド突条に衝突し、ガイドされる。

更に又本発明によれば、前記外筒ノズルの先端に、外方に向って整流板が突設されたので、燃料用補助空気の流量が調整される等の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。

図１、図２は、本発明に係る微粉炭バーナを示しており、図１、図２中、図３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。

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、前記燃料導通空間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中の微粉炭が前記ガイド突条３４によりガイドされ、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と該外筒先端部３１ｃ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。

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、風量調整羽根２３により流量調整され、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、風量調整羽根１９で流量調整され、前記第１空気ガイドダクト１８内部に２次空気分流３８として流入し、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、従って前記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、噴出量を調整する。

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。

尚、前記第１空気ガイドダクト１８の先端部は直管形状となっているが、テーパ管形状であってもよい。少なくとも、前記外筒ノズル３１の先端部、前記内筒ノズル３２の先端部が直管形状となっていればよい。

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。 該微粉炭バーナの側面図である。 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
１４ １次空気
１８ 第１空気ガイドダクト
２２ 第２空気ガイドダクト
２６ ２次空気
２７ ３次空気
３１ 外筒ノズル
３１ｃ 外筒先端部
３２ 内筒ノズル
３２ｃ 内筒先端部
３３ ２次空気調整装置
３４ ガイド突条
３５ 整流板
３６ 濃度調整リング

Claims (3)

1. 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が、外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられた内筒ノズルとを有し、前記外筒ノズルは外筒先端部、該外筒先端部に連続する外筒中間部、前記内筒ノズルは内筒先端部、該内筒先端部に連続する内筒中間部を有し、前記外筒ノズルの内面で前記外筒中間部の先端部から前記外筒先端部に掛渡るガイド突条が円周所要間隔で設けられ、
   前記外筒中間部、前記内筒中間部はそれぞれ先端に向って縮径し、前記外筒ノズルの先端部及び前記内筒ノズルの先端部は直管形状となっており、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間に形成される燃料導通空間を通って微粉炭を含む燃焼用空気が噴出され、前記内筒ノズルの内部、前記外筒ノズルの周囲からそれぞれ燃焼用補助空気が噴出される様構成されたことを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記内筒ノズルに濃度調整リングが設けられ、該濃度調整リングは前記ガイド突条の基端部に対向する様に設けられた請求項１の微粉炭バーナ。
3. 前記外筒ノズルの先端に、外方に向って整流板が突設された請求項１の微粉炭バーナ。
   

Images