JPH01217109A - 微粉炭バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の未燃分を低
減するのに好適な高燃料比炭用微粉炭バーナに関する。

〔従来の技術〕

最近の燃料事情の変化により、火力発電所用大型ボイラ
を始めとする事業用ボイラにおいては、石炭を主燃料と
する石炭専焼ボイラが増加している。

、この石炭専焼ボイラにおいては、石炭を粉砕機（ミル
）で、例えば２００メツシュ通過量７０％程度の微粉炭
に粉砕して、石炭燃焼における燃焼効率の向上を計って
いる。

しかしながら、化石燃料中には、Ｃ，Ｈ等の燃料成分の
他にＮ分が含まれ、特に微粉炭には気体燃料や液体燃料
に比較してＮ分合有量が多い。

従って、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯＸは気体燃料お
よび液体燃料の燃焼時に発生するＮ　Ｏｘよりも多く、
このためにＮｏやを極力低減させることが要望されてい
る。

各種燃料の燃焼時に発生するＮＯＸは、サーマル（Ｔｈ
ｅｒｍａｌ）　Ｎｏｗとフューエル（Ｆｕｅｌ）Ｎｏｗ
とに大別されるが、サーマルＮ　Ｏｘは燃焼用空気中の
窒素が酸化されて発生するものであり、火炎温度の依存
性が大きく、火炎温度が高温になる程サーマルＮＯつの
発生量が増加する。一方フニーエルＮＯＸは燃料中のＮ
分が酸化されて発生するものであり、火炎内の酸素濃度
の依存性が大きく、酸素が過剰に存在する程燃料中のＮ
分はフューエルＮ　Ｏｘになりやすい。

これらのＮ　ＯＸ発生を抑制するための燃焼方法として
は、燃焼用空気を多段に分割して注入する多段燃焼法、
低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領域に混入する排ガス再
循環法等があるが、これらの低ＮＯＸ燃焼法はいずれも
低酸素燃焼によって燃焼火炎の温度を下げることにより
、サーマルＮＯＸの発生を抑制することにある。

ところが、サーマルＮＯｘとフューエルＮ　ＯＸの中で
、燃焼温度の低下によってそのＮＯｘ発生量を抑制でき
るのはサーマルＮ　Ｏｘであり、フューエルＮｏ、の発
生量は燃焼温度に対する依存性は少ない。

従って、火炎温度の低下を目的とした従来の燃焼方法は
、Ｎ分の含有量の少ない気体燃料、液体燃料の燃焼には
有効であるが、通常１〜２ｗｔ％の窒素が多量に含まれ
ている微粉炭燃焼の燃焼に対しては効果は小さい。

一方、微粉炭の燃焼機構は、揮発成分が放出される微粉
炭の熱分解過程、放出された揮発成分の燃焼過程、更に
、熱分解後の可燃性固体成分（以下チャーという）の燃
焼過程からなる。

この揮発成分の燃焼速度は固体成分の燃焼速度よりもは
るかに早く、揮発成分は燃焼の初期で燃焼する。また熱
分解過程では、微粉炭中に含有されたＮ分も、他の可燃
成分と同様に揮発されて放出されるものと、チャー中に
残るものとに分かれる。

従って、微粉炭燃焼時に発生するフューエルＮＯＷは、
揮発性Ｎ分からのＮＯｘと、チャー中のＮ分からのＮＯ
ｏとに分かれ、フューエルＮ　Ｏｘの中で、チャーから
のフューエルＮＯｘはチャーが燃焼することによって初
めて生成するため、燃焼の後半までＮ　Ｏｘの生成が続
き、この対策が重要なポイントとなる。

揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程および酸素不足の燃焼領
域でＮＨ，、ＨＣＮ等の化合物になることが知られてい
る。これらの窒素化合物は、酸素と反応してＮ　ＯＸに
なる他に、発生したＮＯＸを窒素に分解する還元剤にも
なり得る。

この窒素化合物によるＮ　０１１還元反応は、ＮＯやと
の共存系において進行するものであり、Ｎ　ＯＸが共存
しない反応系では、大半の窒素化合物はＮＯＸに酸化さ
れる。また、還元物質の生成は低酸素濃度雰囲気になる
程進行しやすい。

このように微粉炭燃焼時のＮ　ＯＸ低減法としては、還
元性をもつ揮発性窒素化合物とＮＯＸとを共存させ、窒
素化合物によりＮＯＸを窒素に還元する燃焼方法が有効
である。

すなわち、ＮＯｘの前駆物質であるＮＨ３等の還元性窒
素化合物をＮＯ工の還元に利用することにより、発生し
たＮ　ＯＸの消滅とＮＯＸ前駆物質の消滅を行なわせる
燃焼方法がＮＯＸ低減には有効である。

一方、石炭専焼ボイラにおいては、起動時から全負荷に
至るまで微粉炭燃焼のみで全負荷帯を運転するものは少
なく、石炭専焼ボイラといえども起動時、低負荷時には
微粉炭以外の軽油、重油、ガス等を補助燃料として用い
る。

それは起動時においてはボイラからミルウオーミング用
の排ガス、加熱空気が得られず、このためにミルを運転
することができず、石炭を微粉炭に粉砕することができ
ないからである。

また、低負荷時にはミルのターンダウン比がとれないこ
と、微粉炭自体の着火性が悪いことなどの理由によって
軽油、重油、ガスなどの補助燃料が用いられている。

例えばボイラの起動時に軽油、重油などの補助燃料を用
いる場合は、起動時から１５％負荷までは軽油を補助燃
料としてボイラを焚き上げ、１５％負荷から４０％負荷
までは軽油から重油へ補助燃料を変更して焚き上げ、４
０％負荷以上になると重油と微粉炭を混焼して順次補助
燃料としての重油燃料を少なくするとともに主燃料であ
る微粉炭燃料を多くして微粉炭の混焼比率を上げて実質
的な石炭専焼へと移行する。

第１３図及び第１４図は従来の微粉炭焚ボイラの概略系
統図および微粉炭バーナの構造を示す。

第１３図に示す微粉炭焚ボイラｌをコールドスタートす
る際は、まず第１４図に示す軽油点火バーナ２により、
重油起動バーナ３を点火する。そして、重油起動バーナ
３のみで、ボイラ負荷の２５〜３５％まで焚きあげる。

そして、ボイラ火炉４の火炉的温度が十分に上った時点
で、ミル５から微粉炭供給管６、微粉炭バーナ７へ微粉
炭燃料を微粉炭ノズル８からボイラ火炉４内へ送り、微
粉炭専焼に切り換える。

微粉炭の搬送用媒体は、第１３図のエアヒータ９によっ
て、ボイラ排ガスと熱交換された後ミル５に送られ、コ
ールバンカ１０から供給される魂炭に付着した水分の除
去と、ミル５に内蔵した図示していない分級器の分級エ
アとして、さらには、ミル５で粉砕された微粉炭を微粉
炭バーナ７まで搬送するための搬送用空気として使用さ
れる。

第１４図には従来技術の微粉炭用バーナ７を示している
がこの微粉炭バーナ７には、軽油点火バーナ２と重油起
動バーナ３が取り付けられており、微粉炭バーナ７を構
成している。風箱１１内の燃焼用空気は、二次エアレジ
スタ１２と三次エアレジスタ１３により、旋回が加えら
れた後、ボイラ火炉４内に投入される。一方、微粉炭は
微粉炭供給管６を通り微粉炭バーナ７の微粉炭ノズル８
へ送られるが、その間にベンチュリー１４を通過するの
みで、はぼ自由噴流に近い状態でボイラ火炉４内に吹き
込まれる。この微粉炭バーナ７には保炎器がなく、燃焼
用空気の旋回によって、逆流域が生じ、火炎の伝播速度
以下の流速域で、火炎が保持されるのみであった。した
がって微粉炭粒子の拡散は良いが、一方では火炎が不安
定になり、微粉炭バーナ７の空気側の操作条件に極めて
左右されやすい欠点があった。なお、第１３図の符号１
５は重油タンク、１６は軽油タンクである。

そこで、微粉炭バーナ７の近傍における火炎安定化と共
に低ＮＯｙ化を計る目的で第１５図に示す外周保炎器１
７を取り付けた微粉炭バーナ７と、第１６図、第１７図
に示す火炎分割用の■型保炎器２０を取り付けた微粉炭
バーナ７が提案されている。

第１５図に示すように微粉炭ノズル８の先端に外周保炎
器１７を取り付けた微粉炭バーナ７は外周保炎器１７の
内側に常に微粉炭燃料が、低流速で循環するために、火
炎が存在して保炎性がよくこの領域における発熱が、着
火源となって火炎伝播する。一方燃焼用空気１８は三次
エアレジスタ１３によって強旋回になり微粉炭バーナ７
の先端から少し遅れて、微粉炭流と混合するために、微
粉炭バーナ７の近傍における火炎１９は、強運元状態と
なる。したがって、低Ｎ　ＯＸ化に対しては、第１５図
に示す微粉炭バーす７は有効であるが、微粉炭流の中心
部に、酸化剤である燃焼用空気１８が入り難くこのため
に未燃分が増加する欠点があった。

第１６図第１７図に示す微粉炭バーナ７は、Ｖ型保炎器
２０を微粉炭ノズル８内に設けることで、微粉炭の粒子
速度の低下を計り、さらに、微粉炭燃料がＶ型保炎器２
０によって二方向に分割されるために、火炎２１．２２
の表面積が増加して、微粉炭粒子の拡散性が向上される
。この様に第１６図、第１７図の微粉炭バーナ７におい
ては、高濃度火炎２１と低濃度火炎２２とに、火炎が分
割されるために、低ＮＯ８化には有利であるが、Ｖ型保
炎器２０の内側は、かなりの負圧となるために、高濃度
火炎２１、低濃度火炎２２は微粉炭バーナ７の中心部に
押し戻されるために分割火炎としての効果は小さく未燃
分が増加する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術の微粉炭バーナにおいては、高燃料比炭の様に
、難燃性の固体燃料を燃焼させる際、未燃分対策につい
て配慮されておらず、微粉炭バーナ近傍における着火保
炎性に問題があった。

本発明の目的は、微粉炭バーナの微粉炭ノズルにおける
微粉炭粒子速度を抑制して、着火・保炎性を向上させる
とともに火炎形成後の微粉炭粒子に対して酸化剤として
の燃焼用空気を急速に供給し、揮発分の極めて少い、高
燃料比炭であっても、微粉炭バーナでの火炎の安定化を
計り、火炉出口部における灰中未燃分を低下させること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭ノズルの
出口部に混合流体を分割する導入手段を設け、かつ導入
手段の端部に燃焼用空気を４人する切欠部を設けたもの
である。

〔作用〕

導入手段の後流に切欠部から燃焼用空気が導入されるの
で、微粉炭ノズルの中心が負圧になることもなくなり、
火炎は強運元状態になることはない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る高燃料比炭用微粉炭バー
ナの断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線から見た正面図
である。

第１図、第２図において、３は重油起動バーナ、４はボ
イラ火炉、７は微粉炭バーナ、８は微粉炭ノズル、１１
は風箱、１２は二次エアレジスタ、１３は三次エアレジ
スタ、１４はベンチュリ、１８は燃焼用空気で従来のも
のと同一のものを示す。

２３は微粉炭ノズル８の先端に設けた導入手段で、この
導入手段２３はデイフユーザ２３ａと保炎器２３ｂによ
って構成されている。

２４ａ、２４ｂは導入手段２３の両端に設けた切欠部で
、この切欠部２４ａ、２４ｂから保炎器２３ｂの内側に
そって燃焼用空気が導入される。

２５は抵抗板である。

この様な構造において、微粉炭ノズル８と、ボイラ火炉
４との間に、デイフユーザ（拡大）部２３ａを設ける。

このデイフユーザ２３ａの構造は最もボイラ火炉４に近
い端部と、微粉炭ノズル８とを直線で結んだ場合、半径
方向（外側）に、容積を形成する構造とする。すなわち
、微粉炭と搬送様媒体の混合流体は微粉炭ノズル８を通
過後、デイフユーザ２３ａの内側に剥離しデイフユーザ
２３ａ内に循環流を作る。この循環流は、ボイラ火炉４
からの高温ガスを吸い込むために、高発熱域となり、微
粉炭流の着火に寄与する。

デイフユーザ２３ａの出口部には、Ｖ型もしくは、Ｕ型
の保炎器２３ｂを設け、その保炎器２３ｂはデイフユー
ザ２３ａを貫通する構造となっている。したがって、デ
イフユーザ２３ａには、第２図に示すように保炎器２３
ｂの両端に切欠部２４ａ、２４ｂを設は燃焼用空気１８
の一部を第１図の矢印で示すようにこの切欠部２４ａ、
２４ｂから、微粉炭バーナ７の軸方向へ燃焼用空気１８
が流入し、火炎の内側における０２分圧を上昇させる。

微粉炭ノズル８内の微粉炭流はターゲットであるＶ型も
しくはＵ型の保炎器２３ｂに衝突するため、低流速化す
るとともに微粉炭流はこの保炎器２３ｂで左右に分割さ
れて分割火炎を生じる。

一方、保炎器２３ｂの切欠部２４ａ、２４ｂから保炎器
２３ｂの内側に供給された燃焼用空気１８が半径方向に
拡がらないようにするためにデイフユーザ２３ａの外側
には抵抗板２５を設けてもよい。

この高燃料比炭の様に揮発分が極めて少ない石炭を燃焼
するには ＋１）　　ｉ粉炭粒度を小さくして、燃料の比表面積を
、増加させて反応速度を上げる。

（２）揮発分の多い石炭と比較して、化学反応律速であ
るために、微粉炭ノズル８の先端に高温、高０□雰囲気
を作る。

（３）微粉炭粒子の滞留時間を長くする。

（４）　　着火保炎部における微粉炭の粒子速度を抑え
る。

（５）微粉炭バーナ７の保炎器内での発熱量を増加させ
る。

必要があるが、従来の微粉炭バーナ７では、特に、上記
（２）項の高温、高０□雰囲気に欠けていた。本発明に
なる高燃料比炭用微粉炭バーナ７によれば微粉炭バーナ
７の中心部に高温、高０２濃度域を作り特にバーナ近傍
での高粒子濃度化、主燃焼域における低粒子速度、高温
、高０□濃度化が実現できるために高燃料比炭等の難燃
性燃料であっても安定して燃焼させることができ、さら
には、火炉出口部における灰中未燃分も低下する。

第３図および第４図のものは他の実施例を示すもので、
第１図および第２図のものと異なる点は、保炎器２３ｂ
がデイフユーザ２３ａ内の横位置に配置されている点で
ある。

第３図および第４図において微粉炭と搬送媒体の混合流
体は微粉炭ノズル８の出口部におけるデイフユーザ２３
ａで、低流速化すると共にデイフユーザ２３ａの内側に
おいて第３図の破線矢印で示すように逆流し、事実的に
流速は零となる。

従って、保炎は常にこの領域に存在することになるが、
微粉炭ノズル８での流速はデイフユーザ２３ａに比べて
速いために逆火は防止できる。微粉炭粒子はさらに、保
炎器２３ｂに衝突し、低流速化した後、保炎器２３ｂで
上、下に２分割の火炎１９．１９が形成される。従来型
の■型保炎器２０を用いた微粉炭バーナ７であると保炎
器２０の後流は強い負圧が生じ火炎は一度分割された後
、バーナ軸に引き戻されるが本発明の場合■型保炎器２
３ｂがデイフユーザ２３ａを貫通しているため、保炎器
２３ｂの切欠部２４ａ、２４ｂから燃焼用空気１８が微
粉炭バーナ７の中心に向って流入するためにバーナ中心
軸上が強い負圧になることはない。さらに、バーナ中心
部へ保炎器２３ｂにそって酸化剤としての燃焼用空気１
８が流入し、その後に、第３図、第４図に示すようにバ
ーナの半径方向へ燃焼用空気１８が拡散するため、従来
の微粉炭バーナ７と比べてバーナ後流での火炎が強運元
状態になることはない。

第５図、第６図、第７図および第８図は他の実施例を示
すもので、第５図および第７図は縦断面図、第６図およ
び第８図は第５図、第７図の正面図である。

第５図および第６図のものはデイフユーザ２３ａと保炎
器２３ｂで構成される導入手段２３の内部に保炎器２３
ｂを配置し微粉炭燃料の循環領域をデイフユーザ２３ａ
内に形成したものである。このように保炎器２３ｂをデ
イフユーザ２３ａの内部に配置すればデイフユーザ２３
ａ内部での微粉炭粒子の循環量は減少するものの、微粉
炭粒子の分散効果と、切欠部２４ａ、２４ｂの面積を大
きくすることができるためにバーナ中心部への空気流入
量を一層増加さザることができる。

第７図および第８図のものは保炎器２３ｂ。

２３ｂを縦、横に配置したものである。保炎器２３ｂ、
２３ｂを縦、横に配置すると、火炎の分割よりも、微粉
炭粒子の分散効果がよくなる。ただし、デイフユーザ２
３ａ内部の微粉炭の高濃度化は、保たれたままであるの
で、着火、保炎性は他の実施例のものと変わらない。

この様に保炎器２３ｂの数は、石炭の燃料比と、微粉炭
の粒度によって使い分ける。比較的低燃料化炭の場合保
炎器２３ｂの数を少なくして分割火炎型にすると低ＮＯ
Ｘ化も一段と計れる。

第９図および第１０図のものは燃焼用空気と微粉炭燃料
の混合流体が通過する微粉炭ノズル８が角ダクトに形成
されボイラ火炉４に混合流体が供給される微粉炭バーナ
の実施例を示したものである。微粉炭ノズル８の先端が
角ダクトの場合も同様に、第１０図に示すように導入手
段である保炎器２３ｂ、２３ｂを縦、横に配置し、保炎
器２３ｂ。

２３ｂの両端に切欠部２４ａ、２４ｂを設けたものであ
る。

第１０図の矢印で示すように燃焼用空気１８は切欠部２
４ａ、２４ｂから保炎器２３ｂ、２３ｂにそって実線の
矢印で示すように微粉炭バーナ７の中心へ供給され、そ
の後に破線の矢印で示すように燃焼用空気１８は供給さ
れる。

第１１図および第１２図のものは、微粉炭ノズル８の出
口がリング状に形成されたもので微粉炭燃料がリング状
配管からボイラ火炉４内へ投入される場合の保炎器２３
ｂの構造を示す。

第１１図および第１２図に示す様に、微粉炭燃料が、リ
ング状の微粉炭ノズル８を通過する場合や、燃焼用空気
の一部が、先細ノズルから噴出する場合においても、微
粉炭ノズル８の先端部が拡大構造を有する場合、保炎器
２３ｂを設け、この保炎器２３ｂが、拡大部を貫通する
様な構造であれば、燃焼用空気の一部が保炎器２３ｂの
切欠部２４ａ、２４ｂからバーナ中心部へ供給され矢印
で示すように急速に拡散す゛るために未燃分を減少させ
る効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば燃焼用空気を微粉炭バーナの中６部まで
供給できるので未燃分は少なくなり、高燃料比炭であっ
ても着火、保炎性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図は本発明の実施例に係るもので、第
１図、第３図、第５図、第７図、第９図および第１１図
は縦断面図、第２図、第４図、第６図、第８図、第１Ｏ
図および第１２図は第１図、第３図、第５図、第７図、
第９図、第１１図の正面図、第１３図は微粉炭焚ボイラ
の概略系統図、第１４図、第１５図および第１６図は従
来の微粉炭バーナを示す側面図、第１７図は第１６図の
正面図である。 ３・・・・・・重油起動バーナ、８・・・・・・微粉炭
ノズル、２３・・・・・・導入手段、２３ａ・・・・・
・デイフユーザ、２３ｂ・・・・・・保炎器、２４ａ、
２４ｂ・・・・・・切欠部。 第１図 第２図 第３図 第５図 第１１図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高燃料比炭の微粉炭と搬送用媒体の混合流体を搬送する
   微粉炭ノズル内に、油を供給する重油起動バーナを設け
   、微粉炭ノズルからの高燃料比炭の微粉炭を燃焼させる
   ものにおいて、前記微粉炭ノズルの出口部に混合流体を
   分割する導入手段を設け、かつ、導入手段の端部に燃焼
   用空気を導入する切欠部を設けたことを特徴とする高燃
   料比炭用微粉炭バーナ。