JP5516086B2 - 微粉炭バーナ - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭を燃料とする石炭焚きボイラ等の火炉に設けられる微粉炭バーナ、特に間接燃焼システムに用いられる微粉炭バーナに関するものである。

微粉炭を燃料とする石炭焚きボイラに於ける燃焼システムとして、間接燃焼システムがある。この間接燃焼システムは、ミルで粉砕し製造した微粉炭を一旦微粉炭ビン等に貯蔵し、その後、必要量をフィーダで切出して、微粉炭バーナに供給して、燃焼させるものである。

ミルで粉砕して得られた微粉炭を直接、搬送空気により微粉炭バーナに供給するシステム（直燃焼システム）では、ミルでの微粉炭の粉砕、ミルからの微粉炭の搬送制約等から、空気／微粉炭重量比（Ａ／Ｃ）は、１．０以上５．０以下となる。

一方、間接燃焼システムでは、ミル側で決る制約がない為、搬送空気は微粉炭を搬送できる量であればよく、Ａ／Ｃを低く設定できる。Ａ／Ｃを低く設定できることで、微粉炭の搬送動力を節約できるという利点がある。又、間接燃焼システムで発火性の高い燃料、例えば乾燥褐炭では、発火を抑制する為、搬送空気の温度は常温（０〜４０℃）である。搬送空気温度が低い場合、ボイラ効率を低下させるので、搬送空気量は可及的に少ない方がよい。従って、Ａ／Ｃは更に低くなり、例えば、Ａ／Ｃは０．０１以上０．５以下程度となる。

Ａ／Ｃが０．０１以上０．５以下の高濃度となると、従来の微粉炭バーナでは、良好な燃焼、安定燃焼が不可能となる。

これに対し、特許文献１には、安定燃焼の為に、炉内排ガスをチャンバ内に導くことが提案されている。又、特許文献２には、低負荷時にベンチュリ部に旋回羽根を配置して２次空気の旋回を維持することで安定燃焼を得ることが提案されている。

特開２００８−１３８９０１号公報 特開平１０−２７４４０５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭濃度が高濃度である場合でも、安定して燃焼させる微粉炭バーナを提供するものである。

本発明は、火炉に向って開口するノズル本体が、微粉炭混合流を噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ、３次空気を噴出する内筒ノズルとを有し、前記ノズル本体の周囲を囲む様に設けられ、該ノズル本体の周囲から２次空気を噴出するウインドボックスが前記２次空気に旋回力を与える２次空気旋回手段を有する微粉炭バーナに於いて、前記ノズル本体が前記微粉炭混合流を拡大して噴出する拡大手段を具備し、該拡大手段により前記微粉炭混合流を拡大させ、該微粉炭混合流と前記２次空気との混合を促進す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、前記拡大手段は、前記内筒ノズルの内部先端に設けられ該内筒ノズルから噴出される３次空気に旋回を与える旋回力調整手段である微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記拡大手段は、内筒ノズル先端部に形成された拡径部であり、該拡径部は前記外筒ノズルから噴出される微粉炭混合流を拡大させる微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記旋回力調整手段を軸心方向に変位させるアクチュエータを具備した微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記内筒ノズルを軸心方向に変位させるアクチュエータを具備した微粉炭バーナに係るものである。

本発明によれば、火炉に向って開口するノズル本体が、微粉炭混合流を噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ、３次空気を噴出する内筒ノズルとを有し、前記ノズル本体の周囲を囲む様に設けられ、該ノズル本体の周囲から２次空気を噴出するウインドボックスが前記２次空気に旋回力を与える２次空気旋回手段を有する微粉炭バーナに於いて、前記ノズル本体が前記微粉炭混合流を拡大して噴出する拡大手段を具備し、該拡大手段により前記微粉炭混合流を拡大させ、該微粉炭混合流と前記２次空気との混合を促進する様構成されたので、前記微粉炭混合流が高濃度の場合も安定燃焼を可能とするという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図である。 該微粉炭バーナに使用される旋回羽根の斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１、図２は、第１の実施例を示しており、図１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、該微粉炭バーナ５の中心軸心上にノズル本体６を有し、又前記スロート３に連設し、前記ノズル本体６の先端部を囲む様に設けられ、該ノズル本体６と同心の２次空気調整装置７を有している。

前記ノズル本体６は、外筒ノズル８と、該外筒ノズル８と同心多重に設けられた内筒ノズル９と、該内筒ノズル９の中心軸心上に配設されたオイルバーナ１１とを具備し、前記外筒ノズル８と前記内筒ノズル９との間には中空筒状の空間で前記火炉１側端が開口された燃料導通空間１２を形成している。

前記外筒ノズル８の基部（反火炉１側の端部）には微粉炭混合流導入管１３が連通する。該微粉炭混合流導入管１３は、図示しない微粉炭ビン等の貯蔵部に接続されている。該貯蔵部に貯蔵された微粉炭は、フィーダ（図示せず）で切出され、１次空気（搬送空気）に運搬され、前記微粉炭混合流導入管１３を介して微粉炭混合流１４として、前記燃料導通空間１２に流入する。前記微粉炭混合流１４は、前記燃料導通空間１２内部を流れ、前記外筒ノズル８の先端（火炉中心側の端）から噴出される。前記１次空気は、常温（０〜４０℃）であり、空気／微粉炭重量比（Ａ／Ｃ）は、０．０１以上０．５以下である。

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１５が連通し、該３次空気導入管１５には３次空気流量調整弁１６が設けられている。前記３次空気導入管１５は前記ウインドボックス４に送給される２次空気（燃焼用空気）１７の一部を取入れ、前記３次空気流量調整弁１６で流量調整し、３次空気１８として前記内筒ノズル９に導いている。

前記オイルバーナ１１は、軸心方向に移動可能に設けられ、前記内筒ノズル９の基部を貫通して突出し、貫通部には軸シール１９が設けられ、気密にシールされている。

前記オイルバーナ１１の先端部には旋回羽根２０が設けられている。該旋回羽根２０は、例えば図２に示される様に、スクリュー羽根状をしている。前記旋回羽根２０は、後述する様に前記３次空気１８の旋回力調整手段として機能する。

前記オイルバーナ１１の突出端（基端）には、位置制御が可能なアクチュエータ２１、例えばサーボシリンダが連結され、前記アクチュエータ２１の駆動により前記オイルバーナ１１が進退し、該オイルバーナ１１を介して前記旋回羽根２０の位置が変更される様になっている。尚、アクチュエータ２１としてサーボシリンダを例示したが、ラック−ピニオン機構、或はナット−スクリュー機構を用いたアクチュエータとしてもよい。

前記２次空気調整装置７は、先端に向って縮径する空気ガイドダクト２３と該空気ガイドダクト２３に対向して設けられた区画壁板２４とを有し、該区画壁板２４と前記空気ガイドダクト２３との間に円周等間隔で風量調整羽根２５が所定数設けられている。該風量調整羽根２５は回転軸２６を中心に回転自在となっている。該回転軸２６は相互にリンク機構２７によって連結され、前記風量調整羽根２５は同期回転可能であり、前記リンク機構２７は図示しない風量調整羽根駆動部と連結され、該風量調整羽根駆動部によって前記リンク機構２７を介して前記風量調整羽根２５の角度が調整される様になっている。該風量調整羽根２５は、該風量調整羽根２５の角度の調整により、前記２次空気１７の風量が調整されると共に２次空気１７に旋回力を与える旋回力調整手段として機能する。

尚、図１中、２８は制御部であり、該制御部２８は、前記風量調整羽根２５の角度調整、前記３次空気流量調整弁１６の流量調整、前記アクチュエータ２１による前記旋回羽根２０の位置調整の制御を行う。

上記微粉炭バーナ５での燃焼について略述すると、高濃度の前記微粉炭混合流１４が前記微粉炭混合流導入管１３より供給され、前記燃料導通空間１２を流れ、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には燃焼用空気である２次空気１７が送給され、該２次空気１７は前記風量調整羽根２５により、旋回力、或は旋回力と風量が調整され、前記空気ガイドダクト２３を介して前記スロート３に送出される。

前記３次空気導入管１５を介して前記ウインドボックス４から燃焼用空気が３次空気１８として取込まれる。該３次空気１８の流量は、総燃焼空気量の５％以上５０％以下程度とされる。前記３次空気１８は、前記内筒ノズル９の内部を流れ、前記旋回羽根２０により、旋回力を与えられ、前記内筒ノズル９の先端より前記スロート３に噴出される。

該スロート３に噴出される前記３次空気１８の旋回力は、前記旋回羽根２０の位置により調整され、図１では前記内筒ノズル９の先端に位置し、旋回力は最大となっている。又、前記アクチュエータ２１により前記旋回羽根２０を後退（前記火炉１から離反）させれば、前記旋回羽根２０からスロート３迄の距離が長くなり、旋回力が減衰し、前記スロート３での旋回力は小さくなる。即ち、前記アクチュエータ２１により前記旋回羽根２０の位置を調整することで、前記３次空気１８の旋回力の調整が可能である。

旋回力を与えられ、噴出した前記３次空気１８は、旋回による遠心力で拡大し、前記微粉炭混合流１４を内側から押広げる。即ち、前記旋回羽根２０は前記３次空気１８を拡大させると共に該３次空気１８の拡大を介して前記微粉炭混合流１４を押広げる手段としても機能する。

而して、前記微粉炭混合流１４は前記３次空気１８の拡大力により広げられ、前記２次空気１７の旋回流と混合する。又、前記３次空気１８は燃焼用空気として充分な流量を有し、該３次空気１８が拡大することで、該３次空気１８自身が前記微粉炭混合流１４と干渉し、該微粉炭混合流１４と混合する。

従って、前記３次空気１８が前記旋回羽根２０で旋回されることで、前記微粉炭混合流１４は前記３次空気１８及び前記２次空気１７と混合が促進され、微粉炭濃度が高濃度である場合でも、安定した燃焼が得られる。

又、前記３次空気１８が拡大することで、中心部が負圧となり炉内ガス２９を呼込み還元雰囲気となり、ＮＯｘが低減する。又、中心部に高温の炉内ガス２９を呼込むことで、着火性が向上し、安定燃焼に寄与する。

尚、安定燃焼が行われる様に、前記制御部２８によって前記３次空気流量調整弁１６による流量調整、前記旋回羽根２０の位置、前記風量調整羽根２５の角度が制御される。

又、前記３次空気流量調整弁１６による設定流量、前記旋回羽根２０の位置を、微粉炭の濃度、負荷状態、石炭の質、着火性等に対応して予め求めておき、微粉炭の濃度、負荷状態、石炭の質、着火性が決定された時に、個別に、又事前に設定する様にしてもよい。

尚、前記３次空気１８の旋回力の強さは、微粉炭の濃度、成分、着火性等が考慮され、決定される。

又、上記説明では、前記旋回羽根２０を前記オイルバーナ１１に設けたが、該オイルバーナ１１に摺動自在にスライド筒を外嵌し、該スライド筒に前記旋回羽根２０を設け、前記アクチュエータ２１により前記スライド筒を移動させる様にしてもよい。

又、前記内筒ノズル９にスライド筒を摺動自在に内嵌し、該スライド筒に中心に向う様な旋回羽根を設け、前記スライド筒を前記アクチュエータ２１により移動させる様にしてもよい。

図３は、第２の実施例を示している。尚、図３中、図１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。

内筒ノズル９を外筒ノズル８に対して軸心方向に移動可能に設け、前記内筒ノズル９の貫通部には軸シール３１を設け、気密にシールする。３次空気導入管１５と前記内筒ノズル９とは、ベローズ３２を介して接続し、前記内筒ノズル９を前記３次空気導入管１５に対して変位可能とする。尚、前記内筒ノズル９とオイルバーナ１１とは一体に移動する様にしてもよいし、前記内筒ノズル９のみが単独で移動する様にしてもよい。

又、該内筒ノズル９には位置制御が可能なアクチュエータ３３、例えばサーボシリンダが連結される。該アクチュエータ３３は、例えば前記内筒ノズル９と前記外筒ノズル８との間に設けられ、前記アクチュエータ３３の伸縮により前記内筒ノズル９が進退する様になっている。尚、アクチュエータ３３としてサーボシリンダを例示したが、ラック−ピニオン機構、或はナット−スクリュー機構を用いたアクチュエータとしてもよい。

前記外筒ノズル８の外筒ノズル先端部８ａは、火炉中心に向って拡径しており、又前記内筒ノズル９の内筒ノズル先端部９ａも同様に火炉中心に向って拡径している。前記外筒ノズル先端部８ａと前記内筒ノズル先端部９ａとがなすリング状の間隙ｇは、火炉中心に向って広がる円錐曲面状又は略円錐曲面状となる。

又、前記内筒ノズル９の前記外筒ノズル８に対する軸心方向の相対変位で、前記間隙ｇは変化し、例えば前記内筒ノズル９が後退すると、前記内筒ノズル先端部９ａは前記外筒ノズル先端部８ａに接近し（図３中破線で示す）、前記間隙ｇは狭くなる。

尚、図３中、２８は制御部であり、該制御部２８は、風量調整羽根２５の角度調整、３次空気流量調整弁１６の流量調整、前記アクチュエータ３３による前記内筒ノズル９の位置調整の制御を行う。特に、前記内筒ノズル９の前記外筒ノズル８に対する移動量を制御することで、前記間隙ｇの大きさ、即ち後述する様に、燃料導通空間１２から噴出される微粉炭混合流１４の広がり状態が制御される。

以下、第２の実施例の作用について説明する。

ウインドボックス４に流入した２次空気１７は前記風量調整羽根２５により、旋回力、或は旋回力と風量が調整され、空気ガイドダクト２３を介して前記スロート３に送出される。

高濃度の微粉炭混合流１４が前記微粉炭混合流導入管１３より前記外筒ノズル８へ供給され、前記燃料導通空間１２を流れ、前記外筒ノズル先端部８ａと前記内筒ノズル先端部９ａで形成されるリング状の間隙ｇを経てノズル本体６の先端より噴出される。前記リング状の間隙ｇは、上記した様に拡径しているので、前記微粉炭混合流１４が前記リング状の間隙ｇを通過する過程で、拡大する流れとなる。従って、高濃度の微粉炭混合流１４は、拡大した流れにより密度が低下して希釈され、更に前記２次空気１７と接触し、混合される。而して、微粉炭の均一燃焼が促進される。

又、前記３次空気導入管１５を介して前記ウインドボックス４から燃焼用空気が３次空気１８として取込まれ、前記３次空気流量調整弁１６で流量調整される。前記３次空気１８は、前記内筒ノズル９の内部を流れ、前記内筒ノズル先端部９ａを経て前記火炉１に噴出される。又、該内筒ノズル先端部９ａが拡径しているので、該内筒ノズル先端部９ａを通過する過程で前記３次空気１８は拡散して噴出される。又、前記微粉炭混合流１４の拡大する流れに誘引され、前記３次空気１８の拡散は更に増長される。

前記微粉炭混合流１４の中心部に、大量の前記３次空気１８が供給され、又該３次空気１８が拡散することで、前記微粉炭混合流１４に充分な燃焼用空気が供給される。更に該３次空気１８が拡散することで、該３次空気１８の中心部が負圧となり、炉内ガス２９を呼込み還元雰囲気となり、ＮＯｘが低減する。又、中心部に高温の炉内ガス２９を呼込むことで、着火性が向上し、安定燃焼に寄与する。

次に、前記微粉炭混合流１４の拡散と、該微粉炭混合流１４と前記２次空気１７との混合を更に増長させる場合は、前記アクチュエータ３３により前記内筒ノズル９を後退させる。前記内筒ノズル先端部９ａが後退し（図３の破線の位置）、前記外筒ノズル先端部８ａと前記内筒ノズル先端部９ａ間の間隙ｇが減少し、流路断面積が減少する。この為、前記間隙ｇを通過する、前記微粉炭混合流１４の流速が増大し、該微粉炭混合流１４の拡大する勢いが増大し、前記２次空気１７との混合が促進し、又３次空気１８を誘引する作用も増大する。

従って、より濃度の高い微粉炭混合流１４の安定燃焼を図ることができる。

尚、安定燃焼が行われる様に、前記制御部２８によって前記３次空気流量調整弁１６による流量調整、前記風量調整羽根２５の角度の制御、前記アクチュエータ３３の駆動による前記内筒ノズル先端部９ａの位置制御が実行される。

而して、第２の実施例に於いても、高濃度の微粉炭混合流１４の燃焼が可能となる。更に前記３次空気流量調整弁１６による設定流量、前記旋回羽根２０の位置を、微粉炭の濃度、負荷状態、石炭の質、着火性等に対応して予め求めておき、微粉炭の濃度、負荷状態、石炭の質、着火性が決定された時に、個別に、又事前に設定する等は、上記第１の実施例と同様である。

尚、第２の実施例に於いて、第１の実施例に用いた旋回羽根２０を組合わせてもよい。該旋回羽根２０を組合わせることで、前記３次空気１８の拡大作用が増大し、前記微粉炭混合流１４と前記３次空気１８、前記２次空気１７との混合が一層促進される。

１ 火炉
２ 炉壁
３ スロート
６ ノズル本体
７ ２次空気調整装置
８ 外筒ノズル
９ 内筒ノズル
１１ オイルバーナ
１２ 燃料導通空間
１３ 微粉炭混合流導入管
１４ 微粉炭混合流
１５ ３次空気導入管
１６ ３次空気流量調整弁
１７ ２次空気
１８ ３次空気
２０ 旋回羽根
２１ アクチュエータ
２５ 風量調整羽根
２８ 制御部
３３ アクチュエータ

Claims (3)

1. 火炉に向って開口するノズル本体が、微粉炭混合流を噴出する外筒ノズルと、該外筒ノズルの内部に該外筒ノズルと同心に設けられ、３次空気を噴出する内筒ノズルとを有し、前記ノズル本体の周囲を囲む様に設けられ、該ノズル本体の周囲から２次空気を噴出するウインドボックスが前記２次空気に旋回力を与える２次空気旋回手段を有する微粉炭バーナに於いて、前記内筒ノズルと前記外筒ノズルの先端部にそれぞれ形成された拡径部と、前記内筒ノズルを軸心方向に変位させて前記拡径部間の間隙を変化させるアクチュエータとを具備し、前記拡径部により前記微粉炭混合流が拡大されると共に、前記アクチュエータによる前記間隙の変化により前記微粉炭混合流の広がり状態が制御され、該微粉炭混合流と前記２次空気との混合を促進する様構成されたことを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記内筒ノズルの内部先端に設けられ該内筒ノズルから噴出される３次空気に旋回を与える旋回力調整手段を具備した請求項１の微粉炭バーナ。
3. 前記旋回力調整手段を軸心方向に変位させるアクチュエータを具備した請求項２の微粉炭バーナ。

Images