JP5072650B2

JP5072650B2 - 微粉炭バーナ

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Publication number: JP5072650B2
Application number: JP2008048789A
Authority: JP
Inventors: 啓吾松本; 竜平高島; 章泰岡元; 皓太郎藤村; 潤葛西; 智史下之門
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009204256A

Description

本発明は、主に微粉炭を燃料として蒸気を発生させる微粉炭焚きボイラに用いられる微粉炭バーナに関するものである。

微粉炭焚きボイラの大容量化を図る場合には、燃焼量を増大させるために、ボイラへ装着するバーナ本数の増加またはバーナ１本当たりの大容量化が必要となる。ここで、バーナ本数の増加を行う場合には、ボイラ火炉本体の水平断面上のバーナ本数が決まっているため、バーナの設置段数が増加することになる。これに伴い、ボイラの高さが大きくなり、ボイラの建設コストが増大してしまう。

一方、バーナ１本当たりの大容量化を行うと、ノズルから噴出する微粉炭燃料と空気とを混合させた混合流体の流量が大きくなり、火炉内側壁への微粉炭火炎が衝突してスラッギングが発生し、また、微粉炭燃料の安定した着火が困難となるといった問題がある。

上記問題に対して、混合流体供給路を左右に複数分割して、混合流体を火炉内の水平断面における仮想円中心側と火炉壁側とへ分流して吹き込むようにすると共に、火炉壁側へ吹き込む混合流体中の微粉炭燃料を低濃度とする濃淡分離装置を配設する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３６７９９９８号公報

しかしながら、上記技術によれば、各バーナに濃淡分離装置を配設する必要があり、装置の複雑化及びコストの増大を招くこととなる。また、燃焼用空気を混合流体噴出口の外側に向けて噴射するため、バーナ付近の燃焼が遅れてしまい、ＮＯｘの還元時間を長く確保することができないという不都合があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、複雑な装置構成を有することなく微粉炭燃料を安定して着火させ、燃焼により発生したＮＯｘの還元時間を長く確保することができる微粉炭バーナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、微粉炭燃料と空気との混合流体を供給する混合流体供給路と、該混合流体供給路を取り囲むように形成され、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給路と、前記混合流体供給路から供給された混合流体と前記燃焼用空気供給路から供給された燃焼用空気とを噴射して、前記微粉炭燃料を燃焼させる燃焼ノズルと、前記混合流体供給路の中心軸に対して略対称に配置され、前記混合流体の流路を分岐する２つのスプリットと、該スプリットに設けられ、前記燃焼用空気供給路から分岐した前記燃焼用空気を、２つの前記スプリットに挟まれた領域に向けて噴射する燃焼用空気噴射部とを備え、前記スプリットに挟まれた領域の流路面積が、前記混合流体の下流方向に従って縮小するように構成され、前記燃焼ノズルから噴射する前記燃焼用空気の流量を局所的に調節する燃焼用空気調節部を備え、前記燃焼用空気調節部は、炉壁側に供給する前記燃焼用空気の流量を大きくするように構成された微粉炭バーナを採用する。

本発明によれば、混合流体供給路から供給された混合流体の流路がスプリットにより分岐され、スプリットに挟まれた領域の流路面積が混合流体の下流方向に従って縮小するように構成されていることにより、この領域の微粉炭燃料の濃度が高められ、この領域に向けて燃焼用空気噴射部により燃焼用空気が噴射される。これにより、微粉炭燃料の高濃度領域が混合流体供給路の中心付近に形成され、該高濃度領域に燃焼用空気が噴射されるので、燃焼ノズルの中心付近においても微粉炭燃料の着火を良好に行うことができる。その結果、燃焼ノズルにおいて燃焼用空気を内側に向けて噴射することができるので、微粉炭燃料の燃焼速度が大きくなり、燃焼により発生したＮＯｘの還元時間を長く確保することができる。さらに、燃焼用空気調節部により燃焼ノズルから噴射する燃焼用空気の流量を調節することで、微粉炭の燃焼炎の大きさを調節することができる。また、燃焼ノズルから噴射する燃焼用空気の流量を局所的に調節することで、微粉炭の燃焼炎の向きを調節することができる。例えば、４つのバーナがコーナーに配置されたコーナーファイアリング型ボイラにおいて、炉壁側に供給する燃焼用空気の流量を大きくすることで、炉壁側の酸素濃度を高め、炉壁の硫化腐食を防止することができる。

上記発明において、前記スプリットは、前記混合流体供給路の縦断面において、前記混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有することとしてもよい。

スプリットが混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有することで、２つのスプリットに挟まれた領域だけでなく、スプリットと混合流体供給路とに挟まれた領域においても、混合流体の下流方向に従って流路面積が縮小することとなる。これにより、２つのスプリットに挟まれた領域およびスプリットと混合流体供給路とに挟まれた領域において、微粉炭燃料を高濃度とすることができ、これら領域に燃焼用空気噴射部および燃焼ノズルから燃焼用空気を供給することで、微粉炭燃料の着火を促進することができる。

上記発明において、前記スプリットには、表面に突起物が設けられていることとしてもよい。
スプリットの表面に突起物を設けることで、混合流体の流れに乱流を生じさせ、微粉炭燃料を分散させることにより着火を促進することができる。

上記発明において、２つの前記スプリットを連結する連結部材を備え、前記連結部材が、前記混合流体供給路の縦断面において、前記混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有することとしてもよい。
２つのスプリットを連結する連結部材が、混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有することで、連結部材と混合流体供給路とに挟まれた領域において、混合流体の下流方向に従って流路面積が縮小することとなる。これにより、スプリットだけではなく、連結部材によっても微粉炭燃料の高濃度領域を形成することができるので、微粉炭燃料の着火を促進することができる。

本発明によれば、複雑な装置構成を有することなく微粉炭燃料を安定して着火させ、燃焼により発生したＮＯｘの還元時間を長く確保することができるという効果を奏する。

以下、本発明の微粉炭バーナの一実施態様について図面を参照して説明する。
図１から図３は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の概略構成を示しており、図１は縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視図である。
図１に示すように、微粉炭バーナ１は、微粉炭燃料と空気との混合流体１０１を供給する混合流体供給路１１と、混合流体供給路１１を取り囲むように形成され、燃焼用空気１０２を供給する燃焼用空気供給路１２と、混合流体供給路１１から供給された混合流体１０１と燃焼用空気供給路１２から供給された燃焼用空気１０２とを噴射する燃焼ノズル１３と、混合流体供給路１１内に設けられ、混合流体１０１の流路を分岐する２つのスプリット２１ａ，２１ｂと、スプリット２１ａ，２１ｂに設けられた燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂとを備えている。

混合流体供給路１１は、流路を略直角に曲げる湾曲部１５を有しており、湾曲部１５の外周側には、混合流体１０１中を流れてきた微粉炭燃料を略直角に反射する反射部２５が設けられている。これにより、混合流体１０１中の微粉炭燃料が偏分布してしまうことを防止するようになっている。また、混合流体供給路１１には絞り部分を設けないことにより、混合流体１０１中の微粉炭燃料による磨耗の影響を低減するようになっている。

燃焼ノズル１３は、混合流体供給路１１により供給された混合流体を噴射するとともに、燃焼用空気供給路１２から供給された燃焼用空気１０２を混合流体供給路１１の中心軸に向かって噴射するように形成されており、ノズル出口部において微粉炭燃料を燃焼させるようになっている。

スプリット２１ａ，２１ｂは、混合流体供給路１１の中心軸に対して略対称に配置されており、混合流体供給路１１の縦断面において、混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有している。このような形状を有することで、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１の流路面積が、混合流体１０１の下流方向に従って縮小するようになっている。
また、スプリット２１ａ，２１ｂは、図２に示すように、混合流体供給路１１の流路方向と略直交する方向に延在しており、混合流体供給路１１壁面との接触部には燃焼用空気供給路１２と連通する孔２７ａ，２７ｂが設けられている。そして、この孔２７ａ，２７ｂからスプリット２１ａ，２１ｂの内部に燃焼用空気供給路１２内の燃焼用空気１０２が供給されるようになっている。

燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂは、図３に示すように、燃焼用空気供給路１２から分岐した燃焼用空気１０２を、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１に向けて噴射するようになっている。

上記構成を有する微粉炭バーナ１の作用について以下に説明する。
混合流体供給路１１から燃焼ノズル１３に混合流体１０１が供給されると、スプリット２１ａ，２１ｂにより混合流体１０１の流路が分岐される。ここで、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１の流路面積は、混合流体１０１の下流方向に従って縮小するように構成されているため、領域３１における混合流体１０１中の微粉炭燃料の濃度が高められる。そして、領域３１には燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂにより燃焼用空気１０２が噴射され、領域３１における微粉炭燃料の燃焼が促進される。

また、スプリット２１ａ，２１ｂは、混合流体供給路１１の縦断面において混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有しているため、スプリット２１ａ，２１ｂと混合流体供給路１１とに挟まれた領域３３ａ，３３ｂにおいても、領域３１と同様に、混合流体１０１の下流方向に従って流路面積が縮小する。そして、領域３３ａ，３３ｂに対しても、燃焼ノズル１３から燃焼用空気１０２が噴射され、微粉炭燃料の燃焼が促進される。

以上のように、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、混合流体供給路１１から供給された混合流体１０１の流路がスプリット２１ａ，２１ｂにより分岐され、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１の流路面積が混合流体１０１の下流方向に従って縮小するように構成されていることにより、領域３１の微粉炭燃料の濃度が高められ、この領域３１に向けて燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂにより燃焼用空気１０２が噴射される。これにより、微粉炭燃料の高濃度領域が混合流体供給路１１の中心付近に形成され、該高濃度領域に燃焼用空気１０２が噴射されるので、燃焼ノズル１３の中心付近においても微粉炭燃料の着火を良好に行うことができる。その結果、燃焼ノズル１３において燃焼用空気１０２を内側に向けて噴射することができるので、微粉炭燃料の燃焼速度が大きくなり、燃焼により発生したＮＯｘの還元時間を長く確保することができる。

また、スプリット２１ａ，２１ｂが、混合流体供給路１１の縦断面において混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有することで、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１だけでなく、スプリット２１ａ，２１ｂと混合流体供給路１１とに挟まれた領域３３ａ，３３ｂにおいても、混合流体１０１の下流方向に従って流路面積が縮小することとなる。これにより、領域３１，３３ａ，３３ｂにおいて、微粉炭燃料を高濃度とすることができ、これら領域３１，３３ａ，３３ｂに燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂおよび燃焼ノズル１３から燃焼用空気１０２を供給することで、微粉炭燃料の着火を促進することができる。

また、上述した微粉炭バーナ１において、図４に示すように、スプリット２１ａ，２１ｂの表面に突起物４１ａ，４１ｂを設けることとしてもよい。
スプリット２１ａ，２１ｂの表面に突起物４１ａ，４１ｂを設けることで、混合流体１０１の流れに乱流を生じさせ、微粉炭燃料を分散させることにより着火を促進することができる。

また、上述した微粉炭バーナ１において、図５に示すように、スプリット２１ａ，２１ｂの下流側端部に突起物４３ａ，４３ｂを設けることとしてもよい。
スプリット２１ａ，２１ｂの下流側端部に突起物４３ａ，４３ｂを設けることで、混合流体１０１の流れに乱流を生じさせ、微粉炭燃料を分散させることにより着火を促進することができる。

また、上述した微粉炭バーナ１において、図６および図７に示すように、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとを連結する連結部材５１を備え、連結部材５１が、混合流体供給路１１の縦断面において、混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有することとしてもよい。ここで、図７は図６のＣ−Ｃ矢視図である。
連結部材５１が、混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有することで、連結部材５１と混合流体供給路１１とに挟まれた領域５３および連結部材５１の間に挟まれた領域３１において、混合流体１０１の下流方向に従って流路面積が縮小することとなる。これにより、スプリット２１ａ，２１ｂだけではなく、連結部材５１によっても微粉炭燃料の高濃度領域を形成することができるので、微粉炭燃料の着火を促進することができる。

また、上述した微粉炭バーナ１において、図８および図９に示すように、手段として、混合流体供給路１１と燃焼用空気供給路１２とを連通する孔２７ａ，２７ｂのみを設け、一方向からスプリット２１ａ，２１ｂ内部に燃焼用空気１０２を供給することとしてもよい。
一方向から供給される燃焼用空気１０２を燃焼用空気噴射部２３ａ，２３ｂから噴射することで、燃焼ノズル１３から噴射する燃焼用空気１０２の流量を局所的に調節することができ、微粉炭の燃焼炎８の向きを調節することが可能となる。例えば、図１０に示すように、４つの微粉炭バーナ１がコーナーに配置されたコーナーファイアリング型ボイラ５において、炉壁６側に供給する燃焼用空気１０２の流量を大きくすることで、矢印７に示すような空気の流れを作ることができる。これにより、炉壁６側の酸素濃度を高め、炉壁６の硫化腐食を防止することができる。

また、上述した微粉炭バーナ１において、図１１に示すように、燃焼ノズル１３から噴射する燃焼用空気１０２の流量を調節する燃焼用空気調節部６１を備えることとしてもよい。具体的な燃焼用空気１０２の流量調節方法として、燃焼用空気調節部６１を揺動可能な構成として、混合流体供給路１１壁体との間になす角度θを変更してもよいし、燃焼用空気調節部６１を抜き差し可能な構成としてもよい。
燃焼用空気調節部６１により燃焼ノズル１３から噴射する燃焼用空気１０２の流量を調節することで、微粉炭の燃焼炎の大きさを調節することができ、細かな燃焼制御が可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態においては、スプリット２１ａ，２１ｂは、混合流体供給路１１の縦断面において混合流体１０１の上流側を頂点とした三角形断面を有するとして説明したが、スプリット２１ａとスプリット２１ｂとに挟まれた領域３１の流路面積が混合流体１０１の下流方向に従って縮小するように構成されていればよく、例えば、台形断面や凸型断面であってもよい。

本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの全体構成を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図１のＢ−Ｂ矢視図である。図３の変形例を示す概略構成図である。図１のスプリットの変形例を示す概略構成図である。図３の変形例を示す概略構成図である。図６のＣ−Ｃ矢視図である。図３の変形例を示す概略構成図である。図２の変形例を示す概略構成図である。図１の微粉炭バーナを備えるボイラの全体構成を示す横断面図である。図２の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１微粉炭バーナ
５ボイラ
６炉壁
１１混合流体供給路
１２燃焼用空気供給路
１３燃焼ノズル
２１ａ，２１ｂスプリット
２３ａ，２３ｂ燃焼用空気噴射部
２７ａ，２７ｂ孔
２８ａ，２８ｂ孔
３１領域
３３ａ，３３ｂ領域
４１ａ，４１ｂ突起物
４３ａ，４３ｂ突起物
５１連結部材
５３領域
６１燃焼用空気調節部
１０１混合流体
１０２燃焼用空気

Claims

微粉炭燃料と空気との混合流体を供給する混合流体供給路と、
該混合流体供給路を取り囲むように形成され、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給路と、
前記混合流体供給路から供給された混合流体と前記燃焼用空気供給路から供給された燃焼用空気とを噴射して、前記微粉炭燃料を燃焼させる燃焼ノズルと、
前記混合流体供給路の中心軸に対して略対称に配置され、前記混合流体の流路を分岐する２つのスプリットと、
該スプリットに設けられ、前記燃焼用空気供給路から分岐した前記燃焼用空気を、２つの前記スプリットに挟まれた領域に向けて噴射する燃焼用空気噴射部とを備え、
前記スプリットに挟まれた領域の流路面積が、前記混合流体の下流方向に従って縮小するように構成され、
前記燃焼ノズルから噴射する前記燃焼用空気の流量を局所的に調節する燃焼用空気調節部を備え、
前記燃焼用空気調節部は、炉壁側に供給する前記燃焼用空気の流量を大きくするように構成された微粉炭バーナ。
前記スプリットは、前記混合流体供給路の縦断面において、前記混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有する請求項１に記載の微粉炭バーナ。
前記スプリットには、表面に突起物が設けられている請求項１または請求項２に記載の微粉炭バーナ。
２つの前記スプリットを連結する連結部材を備え、
前記連結部材が、前記混合流体供給路の縦断面において、前記混合流体の上流側を頂点とした三角形断面を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の微粉炭バーナ。