JP5908091B2 - 固体燃料バーナと該固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法 - Google Patents
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Description
請求項1記載の発明は、固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる円筒状の固体燃料流路(2)を有し、火炉壁面(18)に開口した固体燃料ノズル(8)と、前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックス(3)から連通し、前記固体燃料ノズル(8)の外周側に形成される2次燃焼用ガス流路(4)を構成する2次燃焼用ガスノズル(10)と、2次燃焼用ガスノズル(10)の外周側に形成される3次燃焼用ガス流路(5)を構成する3次燃焼用ガスノズル(15)を備えた固体燃料バーナにおいて、前記固体燃料ノズル(8)内に、該固体燃料ノズル(8)内の固体燃料流路(2)の横断面を縮小させる絞り部(7a)を有するベンチュリー(7)と該ベンチュリー(7)の後流側に固体燃料ノズル(8)内の混合流体の流れを外向きに変える流路拡大部を有する燃料濃縮器(6)を備え、前記固体燃料ノズル(8)の火炉壁面(18)に設けた開口部(32)における開口形状を扁平形状とし、前記固体燃料ノズル(8)は、該固体燃料ノズル(8)の外周壁のノズル中心軸(C)に垂直な断面形状が、(a)前記固体燃料流路(2)に接続した固体燃料導入部から前記ベンチュリー(7)の絞り部(7a)まで円形であり、(b)前記ベンチュリー(7)の絞り部(7a)から火炉壁面(18)の開口部(32)に至るまでの間は前記中心軸(C)から外側へ水平方向に単調に拡がり、徐々に扁平度合いが増大する部分を有し、(c)火炉壁面(18)の開口部(32)において扁平度合いが最大の扁平形状となるように形成されており、前記2次燃焼用ガスノズル(10)は、該2次燃焼用ガスノズル(10)の外壁の前記中心軸(C)に垂直な断面形状が、2次燃焼用ガスノズル(10)の出口部において扁平形状であり、前記3次燃焼用ガスノズル(15)は、該3次燃焼用ガスノズル(15)の外周壁の前記中心軸(C)に垂直な断面形状が、火炉壁面(18)の開口部(32)で円形であり、平行な複数の流路を形成するように仕切り板(14)で分割され、3次燃焼用ガス流路(5)に対して水平な部位と、火炉(11)内で噴出する3次燃焼用ガスの流れを前記水平部位から火炉(11)側に接続された3次燃焼用ガスノズル(15)の外周壁方向に向かう傾斜部位から構成される3次燃焼用ガス案内板(16)を、前記3次燃焼用ガスノズル(15)内の3次燃焼用ガス流路(5)であって2次燃焼用ガスノズル(10)の外周のうち、上部と下部にそれぞれ備え、前記ウインドボックス(3)は、平行な複数の流路を形成するように仕切り板(14)で上下に2分割され、前記2分割された流路のうち一部の流路は前記3次燃焼用ガスノズル(15)の上側へ、残りの流路は3次燃焼用ガスノズル(15)の下側へ接続され、各々の流路を流れる燃焼用ガスの流量を調節する1以上の燃焼用ガス流量調節手段(30)を設けた固体燃料バーナである。
図1は、本発明の実施例に係る固体燃料バーナの構成図であり、図1(a)に固体燃料バーナの縦断面図を示し、図1(b)に固体燃料バーナの水平断面図を示し、図1(c)に図1(a)のA−A線断面矢視図を示す。
図2には、火炉11側から見た微粉炭バーナの正面図(図1(a)のB−B線矢視図)を示す。保炎器9は、該保炎器9の後流側に循環流を形成して着火性と保炎効果を高めるように微粉炭ノズル8の先端部にリング状に設けられる。微粉炭ノズル8側には、さめ歯状の突起を形成したものを用いても良い。
微粉炭ノズル8の中央部の燃料濃度/平均燃料濃度は0.8倍以下と希薄で、外周部に近づくほど燃料濃度は濃くなる。そして最外周部の燃料濃度は平均濃度の1.4倍以上となり、平均濃度の1.5倍程度に濃縮される。また、微粉炭ノズル8の周方向の濃度分布は均一であり、たとえば着火に重要な役割を果たす保炎器9に最も近い微粉炭ノズル8の最外周部の燃料濃度偏差は、燃料濃度/平均燃料濃度で±0.1倍程度に抑えられている。
また、微粉炭ノズル8の外周に備えられた2次空気ノズル10及び3次空気ノズル15は、火炉壁面18の出口部において、それぞれ扁平形状及び円形である。また、2次空気ノズル10の外周部の出口先端には、ノズル10の全周にわたって、微粉炭バーナの中心軸Cに対して外周側に燃焼用空気を導く3次空気案内部材24が設けられている。なお、前記案内部材24は、バーナ中心軸Cからバーナ外周側へ角度45度で傾斜させることが望ましい。
微粉炭ノズル8は微粉炭を搬送ガスと共に火炉11内へ噴出する機能を持つ。微粉炭ノズル8の火炉壁面18に位置する開口部32の形状を扁平形状とすることで、微粉炭ノズル8から火炉11内へ噴出する微粉炭を図2中で図示したX方向及びX’方向に分散して噴出することができる。これにより、複数の微粉炭バーナ31を設置した火炉11において、隣接した微粉炭バーナ31の間の空間に微粉炭を供給して燃焼させることが可能となり、火炉11内の空間を有効利用することができる。
まず、3次空気案内部材24は、バーナ中心軸からバーナ外周側へ向けて拡大する傾斜面を有しており、3次空気ノズル15から噴出される燃焼用ガス(空気)の流れをノズル外周方向へ導く作用を持つ。該案内部材24により最も影響を受けるのは3次空気ノズル15の内周壁近傍を流れる流体であり、該流体が火炉11に噴出される際に3次空気ノズル15の外周方向への速度成分を得ることが可能となる。3次空気案内板16も3次空気案内部材24と同様に、3次空気流路5を微粉炭バーナ31の外周側に導く作用がある。
(1)燃焼用ガス(空気)を図2中のY方向又はY’方向から火炉11へ集中して噴出させる。
(2)3次空気案内板16により前記Y方向又はY’方向への速度成分を強制的に持たせる。
本発明者らが独自に組み上げた流動試験装置を用いて、前記断面積比率と2次空気流路4の出口部での流速分布との関係を実験から評価した。装置は図1に示す出口形状を有する微粉炭バーナ31と同形状のものを製作し、流入部17の断面積と出口部近傍の断面積の比を変えて、2次空気流路4の出口部を周方向で16等分して各部の流速を熱線風速計で測定した。なお、流体は常温の空気を用いた。流速の均等化を示す指標としては、16等分した各部の流速のうち最大流速と最小流速の比をとって評価した。最大流速と最小流速の比が1になれば、流速が均等化していることを示す。
この結果、縮小率40%までは最大流速と最小流速の比が大きく減少し、それ以降は次第に減少して1に近づく。縮小率を30%以上にすると、最大流速と最小流速の比が2以下であった。しかし、断面積縮小率をあまり大きくすると、後述する開口比率と同様に流入するガス量が減少してしまうため、2次空気流路4の断面積縮小率は、30〜80%に設定するのが望ましい。
3 ウインドボックス 4 2次空気流路
5 3次空気流路 6 燃料濃縮器
7 ベンチュリー 7a 流路絞り部
8 微粉炭ノズル 9 保炎器
10 2次空気ノズル 11 火炉
12 3次空気流入部 13 3次用開口部材
14 仕切り板 15 3次空気ノズル
16 3次空気案内板 17 2次空気流入部
17a,17b,17c,17d 平板
17aa,17ba,17ca,17da 開口部
18 火炉壁面 19 燃焼用空気流路
24 3次空気案内部材 28 バーナ火炎
29 二段燃焼用空気供給口
30a,30b,30c,30d ダンパ
31 固体燃料(微粉炭)バーナ
32 火炉開口部(バーナスロート部)
34 燃料濃縮器サポート管
Claims (7)
- 固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる円筒状の固体燃料流路を有し、火炉壁面に開口した固体燃料ノズルと、前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックスから連通し、前記固体燃料ノズルの外周側に形成される2次燃焼用ガス流路を構成する2次燃焼用ガスノズルと、2次燃焼用ガスノズルの外周側に形成される3次燃焼用ガス流路を構成する3次燃焼用ガスノズルを備えた固体燃料バーナにおいて、
前記固体燃料ノズル内に、該固体燃料ノズル内の固体燃料流路の横断面を縮小させる絞り部を有するベンチュリーと該ベンチュリーの後流側に固体燃料ノズル内の混合流体の流れを外向きに変える流路拡大部を有する燃料濃縮器を備え、
前記固体燃料ノズルの火炉壁面に設けた開口部における開口形状を扁平形状とし、
前記固体燃料ノズルは、該固体燃料ノズルの外周壁のノズル中心軸に垂直な断面形状が、
(a)前記固体燃料流路に接続した固体燃料導入部から前記ベンチュリーの絞り部まで円形であり、
(b)前記ベンチュリーの絞り部から火炉壁面の開口部に至るまでの間は前記中心軸から外側へ水平方向に単調に拡がり、徐々に扁平度合いが増大する部分を有し、
(c)火炉壁面の開口部において扁平度合いが最大の扁平形状となるように形成されており、
前記2次燃焼用ガスノズルは、該2次燃焼用ガスノズルの外壁の前記中心軸に垂直な断面形状が、2次燃焼用ガスノズルの出口部において扁平形状であり、
前記3次燃焼用ガスノズルは、該3次燃焼用ガスノズルの外周壁の前記中心軸に垂直な断面形状が、火炉壁面の開口部で円形であり、平行な複数の流路を形成するように仕切り板で分割され、
3次燃焼用ガス流路に対して水平な部位と、火炉内で噴出する3次燃焼用ガスの流れを前記水平部位から火炉側に接続された3次燃焼用ガスノズルの外周壁方向に向かう傾斜部位から構成される3次燃焼用ガス案内板を、前記3次燃焼用ガスノズル内の3次燃焼用ガス流路であって2次燃焼用ガスノズルの外周のうち、上部と下部にそれぞれ備え、
前記ウインドボックスは、平行な複数の流路を形成するように仕切り板で上下に2分割され、前記2分割された流路のうち一部の流路は前記3次燃焼用ガスノズルの上側へ、残りの流路は3次燃焼用ガスノズルの下側へ接続され、各々の流路を流れる燃焼用ガスの流量を調節する1以上の燃焼用ガス流量調節手段を設けたことを特徴とする固体燃料バーナ。 - 固体燃料ノズルの先端外周部に、固体燃料ノズルを取り囲んで形成される保炎器を配置し、
2次燃焼用ガスノズル内の2次燃焼用ガス流路の燃焼用ガス流入部から火炉壁面の開口部に向かって該2次燃焼用ガス流路の流路断面積を順次縮小する構造としたことを特徴とする請求項1記載の固体燃料バーナ。 - 燃焼用ガス流入部から出口部に向かって2次燃焼用ガス流路の流路断面積の縮小率を30%〜80%としたことを特徴とする請求項2記載の固体燃料バーナ。
- 2次燃焼用ガス流路の燃焼用ガス流入部のガス流入方向を火炉壁面に垂直な向きに設け、複数の開口部を有する平板を配置したことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
- 2次燃焼用ガス流路の燃焼用ガス流入部に配置される平板の開口部を2次燃焼用ガス流路内での2次燃焼用ガスの流速が該流路の周方向で均等になるように配置したことを特徴とする請求項4記載の固体燃料バーナ。
- 2次燃焼用ガス流路の燃焼用ガス流入部の断面積に対する平板の開口部の開口比率を0.05〜0.30としたことを特徴とする請求項5に記載の固体燃料バーナ。
- 請求項1から6のいずれかに記載の固体燃料バーナを火炉壁面の少なくとも一面に配置した燃焼装置の運転方法であって、
燃焼装置の負荷に応じて前記固体燃料バーナの仕切り板で上下に2分割され、前記2分割された各々の3次燃焼用ガス流路を流れる燃焼用ガスの流量を燃焼用ガス流量調節手段で調節することを特徴とする燃焼装置の運転方法。
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