JP5078658B2

JP5078658B2 - バーナ構造

Info

Publication number: JP5078658B2
Application number: JP2008036524A
Authority: JP
Inventors: 竜平高島; 啓吾松本; 章泰岡元; 皓太郎藤村; 智史下之門
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009192204A

Description

本発明は、微粉炭等の固体燃料を使用するボイラに適用されるバーナ構造に関する。

従来、微粉炭焚きボイラ用のバーナにおいては、濃炎を形成するために、下記のような構造が採用されている。
図５に示す第１従来例のバーナ１は、１次空気及び微粉燃料を流す燃料配管２の出口側外周に２次空気を供給する風箱３が設けられている。燃料配管２及び風箱３の出口側先端部には、ノズル本体４が取り付けられている。
ノズル本体４は、中央部に燃料配管２から１次空気及び微粉燃料を導入する燃料流路５が形成され、さらに、燃料流路５の周囲に風箱３から２次空気を導入する空気流路６が設けられている。このノズル本体４は、ノズル先端の向き（角度）を調整可能にしたチルト機構を備えている。なお、図中の符号７はチルト機構の回転軸、８は保炎器である。

このように構成されたバーナ１には、濃炎を形成するため、衝突分離型の燃料濃淡分離セパレータ９が燃料配管２の内部に設置されている。この燃料濃淡分離セパレータ９は、燃料配管２の流路断面中心位置に設置された中子である。このような燃料濃淡分離セパレータ９については、燃料配管２の内部以外にも設置可能であり、たとえばノズル本体４において、燃料流路５の先端部近傍（ノズル本体４の開口出口近傍）に想像線で示すような燃料濃淡分離セパレータ９′を設けてもよい。

また、図６に示す第２従来例のバーナ１Ａは、風箱３の外部（上流側）となる燃料配管２にサイクロンセパレータ１０を設けたものである。このサイクロンセパレータ１０は、９０度の曲がり部において燃料配管２に対し供給管１１を偏心させて接続している。この結果、燃料配管２を流れる１次空気及び微粉燃料の流れを旋回流とし、遠心力の作用により燃料配管２の外周部に燃料濃度の濃い領域を形成するものである。
なお、上述した第１従来例と同じ構成要素については同様の符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。

固体燃料燃焼用バーナにおいては、広範囲なボイラ負荷に対して安定した固体燃料の燃焼を可能にするため、燃料濃淡偏差形成器を設置して風箱の直前で微粉炭流に濃淡を形成する技術が開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００２−３４０３０６号公報

しかしながら、上述した従来技術には、下記のような問題点が指摘されている。
第１従来例の場合、衝突分離型の燃料濃淡分離セパレータ９は、風箱３内となる燃料配管２の内部に設置されるため、分解等のメンテナンスが困難になる。このような構成では、微粉燃料が燃料濃淡分離セパレータ９に衝突するため、セパレータ本体及び周辺部の摩耗が問題となる。
また、ノズル本体４の開口内部に保炎機構の燃料濃淡分離セパレータ９′等を設置した場合には、保炎機構付近以外の微粉燃料は、２次空気との混合が遅れるという問題を有している。

第２従来例の場合、サイクロンセパレータ１０が装置を大型化するという問題を有している。また、旋回力の影響により、セパレータ１０の下流側では配管内部の摩耗が激しいため、摩耗防止や旋回止めのような対策が必要となる。なお、微粉燃料を旋回させることから、ノズル本体４にチルト機構を採用することはできない。
このように、従来のバーナ構造においては、濃炎を形成するために必要となる微粉燃料の濃淡分離を行う機構の分解等のメンテナンスが困難となり、場合によっては微粉燃料の衝突による摩耗に対する対策が必要となる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摩耗の問題を解消または抑制でき、簡単な構成で燃料の濃淡分離を可能にするバーナ構造を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るバーナ構造は、１次空気及び微粉燃料を流す燃料配管と、該燃料配管の外側に配設されて２次空気を供給する風箱と、前記燃料配管及び前記風箱の先端出口部に設けられて炉内に微粉燃料及び空気を投入するノズル本体とを具備してなるバーナ構造において、前記風箱の上流側近傍で前記燃料配管を９０度以上に湾曲させた粒子濃縮部を設けるとともに、前記粒子濃縮部の下流で前記風箱内に位置する燃料配管直管部に、濃縮された粒子の周方向分散を阻止する複数の整流羽根を設け、前記整流羽根が鉛直方向上端位置を中心にして周方向の流路幅を規定することを特徴とするものである。

このようなバーナ構造によれば、風箱の上流側近傍で燃料配管を９０度以上に湾曲させた粒子濃縮部を設けるとともに、該粒子濃縮部の下流で風箱内に位置する燃料配管直管部に、濃縮された粒子の周方向分散を阻止する複数の整流羽根を設け、整流羽根が鉛直方向上端位置を中心にして周方向の流路幅を規定するので、上流側の粒子濃縮部を通過する際には、微粉燃料の粒子が遠心力により外側に集まって濃縮される。こうして濃縮された微粉燃料は、下流側の燃料配管直管部に設けた整流羽根により鉛直方向上端位置を中心にして周方向の流路幅が規定され、周方向へ分散することなく、濃淡分離の状態を維持してノズル本体まで導かれる。
このようなバーナ構造は、ノズル本体の先端部に予め保炎器を備えている場合に適している。

上記の発明においては、前記ノズル本体の先端部に、前記燃料配管直管部に前記整流羽根を設けた周方向の領域をカバーするようにして、くさび形状または櫛歯形状の保炎器を設けることが好ましく、これにより、２次空気との混合が促進される。
このようなバーナ構造は、ノズル本体の先端部に保炎器が設けられていない場合に有効となる。

上述した本発明によれば、濃炎を形成するために必要となる微粉燃料の濃淡分離を簡単な構造で実現できるようになり、しかも、従来のサイクロンセパレータのように装置が大型化するようなこともない。また、微粉燃料の衝突による激しい摩耗の問題も抑制または解消されるので、構造の簡素化とともにメンテナンスが容易になる。なお、ノズル本体の先端部に保炎器がない構造では、整流羽根を設けた周方向の領域をカバーするようにしてくさび形状または櫛歯形状の保炎器を設けることにより、２次空気との混合促進が可能になる。
このように、上述した本発明によれば、摩耗の問題を解消または抑制するとともに、簡単な構成で燃料の濃淡分離が可能なバーナ構造を提供できる。

以下、本発明に係るバーナ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すバーナ構造において、バーナ１Ａは、１次空気及び微粉燃料を流す燃料配管２の出口側外周に２次空気を供給する風箱３が設けられている。この風箱３は、ノズル本体４に２次空気を供給する空間である。
燃料配管２及び風箱３の出口側先端部には、ノズル本体４が取り付けられている。このノズル本体４は、燃料流路５及び空気流路６よりなる二重管構造とされる。このうち、燃料流路５はノズル本体４の中央部に形成され、燃料配管２から１次空気及び微粉燃料を導入して炉内へ投入するための流路である。また、空気流路６は、燃料流路５の外周に周囲を取り囲むようにして形成され、風箱３から２次空気を導入して炉内へ投入するための流路である。

上述したノズル本体４は、回転軸７を中心に矢印１１の方向へ揺動可能に支持され、ノズル先端の向き（角度）を変化させて燃料投入方向を調整可能にしたチルト機構を備えている。
なお、図中の符号８は、ノズル本体４の先端部に取り付けられた保炎器である。

さて、本発明のバーナ１Ａは、１次空気及び微粉燃料を流す燃料配管２と、燃料配管２の外側に配設されて２次空気を供給する風箱３と、燃料配管２及び風箱３の先端出口部に設けられて炉内に微粉燃料及び空気を投入するノズル本体４とを具備し、風箱３の上流側近傍には、燃料配管２を９０度以上に湾曲させたベンド管２１を設けて粒子濃縮部としている。
このベンド管２１は、微粉燃料及び１次空気の流れが大きな遠心力を受けて流れ方向を転換するように、図中に示す湾曲角度θが９０度以上の鈍角になっている。すなわち、図示の構成例では、上下方向の燃料配管２がベンド管２１を介して湾曲する粒子濃縮部において、いったんノズル本体４とは逆方向へ湾曲し、最終的には水平方向の燃料配管直管部２２に接続されることにより、鈍角の湾曲角度θを実現している。

ベンド管２１の下流側には、燃料配管直管部２２が設けられている。この燃料配管直管部２２は、風箱３の内部を水平方向に真っ直ぐ貫通し、出口側の先端がノズル本体４の燃料流路５に連通している。そして、燃料配管直管部２２の内部には、すなわち、粒子濃縮部となる弁と管２２の下流で風箱３内に位置する燃料配管直管部２２には、ベンド管２１を通過して濃縮された粒子が周方向へ分散するのを阻止する整流羽根３０が複数設けられている。図示の構成例では、ベント弁２１を通過する際に遠心力を受け、微粉燃料がベント管２１の外周側に濃縮した状態を維持するため、燃料配管直管部２２の上部内壁から突出する２枚の整流羽根３０が設けられている。なお、整流羽根３０の数については、２枚に限定されることはない。

すなわち、空気に対して質量の大きい微粉燃料は、ベント管２２を通過する際の遠心力を受けて外側へ膨らむように集まって濃縮され、そのまま流れ方向を９０度変化させて燃料配管直管部２２の上部内壁面に沿って流れる。そこで、この濃縮状態を維持するため、燃料配管直管部２２の上壁面には、鉛直方向上端位置を中心にして周方向の流路幅を規定する整流羽根３０が設けられている。このため、燃料配管直管部２２の上部を流れる微粉燃料の濃縮部は、周方向の左右を規定する整流羽根３０に導かれ、左右に分散することを阻止されながら略真っ直ぐにノズル本体４の燃料流路５へ流れるので、ノズル本体４から炉内へ投入される微粉燃料の濃淡分離状態を維持することができる。
このようなバーナ１Ａの構造は、ノズル本体４の先端部に最初から保炎器８を備えている場合に適している。

ところで、ノズル本体４の先端部に最初から保炎器８が設けられていない場合には、図３及び図４に変形例として示すバーナ１Ｂのように、ノズル本体４の先端部に、燃料配管直管部２２に整流羽根３０を設けた周方向の領域をカバーするようにして、先端出口側を厚くしたくさび形保炎器４０を設けることが好ましい。このくさび形保炎器４０は、燃料配管直管部２２に整流羽根３０を設けた周方向幅の延長上をカバーするように設ければよく、この結果、くさび形保炎器４０の下流には負圧領域が形成される。従って、この負圧領域には、空気流路６を流れてきた２次空気が流入し易くなるので、燃料流路５を流れてきた微粉燃料の濃縮部と２次空気との混合が効率よく促進される。
なお、上述したくさび形保炎器４０に代えて、櫛歯形状の保炎器を設けてもよい。

このように、上述した本発明のバーナ構造によれば、濃炎を形成するために必要となる微粉燃料の濃淡分離が、ベント管２１を設けるという簡単でコンパクトな構造により実現でき、整流羽根３０が濃淡分離の状態を維持したままノズル本体４から炉内へ投入することができる。このベント管２１は、微粉燃料の衝突による摩耗の問題を抑制または解消できるので、構造の簡素化とともにメンテナンスが容易になる。なお、ベント管２１の内面（特に外周側の内面）については、必要に応じて摩耗対策の表面処理を施すことでより一層メンテナンスを容易にすることもできる。

また、ノズル本体４の先端部に保炎器８がない構造では、整流羽根３０を設けた周方向の領域をカバーするようにして、くさび形保炎器４０または櫛歯形状の保炎器を設けることにより、２次空気との混合促進が可能になる。
従って、上述した本発明のバーナ構造は、微粉粒子の濃淡分離による摩耗の問題を解消または抑制し、簡単な構成で燃料の濃淡分離を可能にすることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るバーナ構造の一実施形態を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本発明に係るバーナ構造の変形例を示す縦断面図である。図３のくさび形保炎器の構成例を示す斜視図である。バーナ構造の第１従来例を示す縦断面図である。バーナ構造の第２従来例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂバーナ
２燃料配管
３風箱
４ノズル本体
８保炎器
２１ベント管（粒子濃縮部）
２２燃料配管直管部
３０整流羽根
４０くさび形保炎器

Claims

１次空気及び微粉燃料を流す燃料配管と、該燃料配管の外側に配設されて２次空気を供給する風箱と、前記燃料配管及び前記風箱の先端出口部に設けられて炉内に微粉燃料及び空気を投入するノズル本体とを具備してなるバーナ構造において、
前記風箱の上流側近傍で前記燃料配管を９０度以上に湾曲させた粒子濃縮部を設けるとともに、前記粒子濃縮部の下流で前記風箱内に位置する燃料配管直管部に、濃縮された粒子の周方向分散を阻止する複数の整流羽根を設け、
前記整流羽根が鉛直方向上端位置を中心にして周方向の流路幅を規定することを特徴とするバーナ構造。
前記ノズル本体の先端部に、前記燃料配管直管部に前記整流羽根を設けた周方向の領域をカバーするようにして、くさび形状または櫛歯形状の保炎器を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバーナ構造。