JPH0225083B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、バーナ組立体に関し、特に、燃料の
燃焼の結果として生じる窒素酸化物および二酸化
硫黄の生成を減少させるような態様で作動する改
良されたバーナ組立体に関する。

蒸気発生装置において燃料として石炭を燃焼さ
せるための典型的の形成においては、数基のバー
ナが炉の内部に突入するようにして配設され、空
気と粉砕石炭との混合物を燃焼させる。この構成
に用いられるバーナは、一般に、単一の比較的大
きい火炎を形成するように燃料−空気混合物をノ
ズルを通して連続的に噴射するようにした型式の
ものである。

このような態様で石炭を燃焼させると、許容し
えないレベルの二酸化硫黄が発生するので、政府
大気汚染防止規定に適合するように二酸化硫黄を
減少させなければならない。また、バーナの火炎
温度が2800〓（1538℃）を越えると、燃焼支持空
気から取出される固定窒素の量が温度の上昇とと
もに指数関数的に増大する。その結果、最終燃焼
生成物として多量の窒素酸化物を発生することに
なり、やはり重大の大気汚染問題を惹起する。

二酸化硫黄の放出制御は、通常、湿式または乾
式排ガス脱硫手段のような外部手段によつて達成
される。二酸化硫黄の現場制御、即ち炉内での制
御は、多年に亘つて研究されてきており、その目
的のために石炭に石灰石またはその他の硫黄吸収
材（以下、単に「吸収材」と称する）を予め混合
するか、あるいは、粉末状吸収材を別途のポート
または小さい噴射ノズルを通してバーナの喉部の
外部から噴射する方法が用いられている。しかし
ながら、それらの技法は、いずれも明らかな欠点
を有している。即ち、吸収材を石炭に混合して噴
射する方法では、吸収材の無用の燃焼により二酸
化硫黄の捕捉率が低くなり、スラグの発生を増大
させることになる。一方、吸収材をバーナの外部
から炉内へ噴射する方法は、そのためのノズルま
たは管を通すために炉壁に多数の貫通孔を穿設し
なければならず、管ベンドの使用、費用のかかる
配管を必要とし、あるいは、吸収材噴射ポートの
ためにバーナの段階的制御を必要とする。

また、バーナとバーナの間あるいはバーナの上
方で吸収材を噴射する操作では、下記の幾つかの
作用により硫黄の捕捉率が制限される。

(イ) 燃焼生成物と吸収材粒子との混合が不十分で
あること、 (ロ) 炉の熱放射帯域内での吸収材の滞留時間が不
十分であること、および、 (ハ) 吸収材が多段炉の下方の段のバーナに向けて
噴射される場合、炉の側壁に付着するスラグお
よび吸収材が増大すること。炉内の下方に向け
ての吸収材の噴射は、また、吸収材粒子が火炎
の高温部分内に再度捕えられることがあるの
で、吸収材の硫黄捕捉率を低下されることにも
なる。

これらの欠点は、内部多段型低NO_Xバーナ
（NO_Xの発生を低減するようになされたバーナ）
と組み合せて硫黄吸収材を噴射することによつて
解消することができる。この種のバーナは、例え
ばオーバーフアイア空気ポート即ち三次空気ポー
トのような外部燃焼用空気供給装置を併用しない
場合でも、乱流型バーナに比べて少なくとも50％
NO_Xを減少させる。オーバーフアイア空気ポー
トを併用すれば、75％ものNO_Xの減少を達成す
ることができる。内部多段型低NO_Xバーナは、
乱流型バーナの火炎輪郭と同様な火炎輪郭内に燃
料濃厚帯域と燃料希薄帯域を形成するバーナであ
ると定義することができる。これは、燃料を相当
に長い距離に亘つて燃焼させる非常に細長い火炎
を発生する遅延混合型バーナとは対照的である。

２段階燃焼や、排ガス再循環や、酸素不足状態
で燃料−空気混合物を導入することなどを含むそ
の他の試みは、火炎の温度を抑制し、燃焼過程に
おいて利用可能な酸素の量を少なくし、それによ
つて窒素の酸化物の発生を減少させようとするも
のである。しかしながら、これらの試みは、ある
程度の効果をあげることができるが、窒素酸化物
を最小限レベルにまで減少させるものではなかつ
た。また、これらの試みは、装置の製造コストを
増大させるという点で費用がかさみ、すすの発生
などの問題もあり、吸収材の注入による硫黄制御
を行なうのにも適さない。

発明の概要 本発明の目的は、コスト高やその他の問題を惹
起することなく、燃料の燃焼において二酸化硫黄
および窒素酸化物の発生を相当に減少させるよう
な態様で作動するバーナ組立体を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、吸収材の注入と組合せた
場合、効果的に硫黄の放出を減少されることがで
きる内部多段型の流量制御および火炎分割式低
NO_Xバーナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、単位容積当りの火炎
の表面積を増大させ、それによつて火炎の熱放射
の増大、火炎温度の低下およびガス成分が最高限
の温度で火炎内に滞留する時間の短縮を達成し、
それによつて空中窒素の固定による窒素酸化物の
生成を減少させるようにしたバーナ組立体を提供
することである。

本発明の更に他の目的は、燃料の理論空気量燃
焼を調整して、燃焼過程において利用可能な酸素
の量を減少させ、それによつて燃料内窒素からの
窒素酸化物の生成の減少を達成するようにした上
記型式のバーナ組立体を提供することである。

本発明の更に他の目的は、二次空気が２つの平
行経路を通してバーナの出口に向けて導かれるよ
うになされ、該各経路を通る空気の量をそれぞれ
個別に制御するためのレジスター手段が各経路内
に設けられた上記型式のバーナ組立体を提供する
ことである。

本発明の更に他の目的は、従来技術に関連して
先に述べた諸問題を随伴することなく、二酸化硫
黄の生成を減少させるために上記二次空気量の外
側の平行経路を通して粉砕吸収材を噴射するよう
にした上記型式のバーナ組立体を提供することで
ある。

略述すれば、本発明は、上述した目的を達成す
るために、燃料通路、燃料を受入れるために該燃
料通路の一端に位置する入口および該燃料を排出
するために該燃料通路の他端に位置する出口を形
成する燃料通路形成手段と、空気を受入れるため
に該燃料通路を囲繞して配設された囲い体と、該
囲い体からの前記空気を、前記燃料通路を取巻く
２つの半径方向に離隔された平行な内側および外
側流路に沿つて前記出口の方へ差向けるための手
段と、該燃料の燃焼の結果として生じる硫黄を捕
捉するために前記出口において前記外側流路内へ
吸収材を噴射するための吸収材噴射手段とを有
し、該燃料通路は、内側管状部材と、該内側管状
部材の回りにこれと同軸関係に延長して環状通路
を形成する外側管状部材とを含み、該環状通路中
には、該環状通路を通る流れを径方向に隔だてら
れた２つの平行流に分流させて石炭の大部分が径
方向に外側の流れにおいて流れるようにするため
の分流手段が配され、該内側管状部材には、該流
れのうち少なくとも一方の流れの流速を調節する
ための流速調節手段が配され、該外側管状部材に
は、該外側の流れが前記出口から排出される際に
該外側の流れに空気を取入れるための空気取入れ
手段が配されたバーナ組立体を提供する。

実施例の説明 第１図を参照すると、慣用の炉の前壁１４に穿
設された貫通開口１２に軸方向に整列するように
配列された本発明のバーナ組立体１０が示されて
いる。この炉は、図示されていない後壁および両
側壁を有し、開口１２に隣接して炉内に燃焼室１
６を画定する。炉の前壁１４には、バーナ組立体
１０と同じ追加のバーナ組立体を受容するための
複数の同様な開口が穿設されている。炉の前壁１
４および他の壁には、適当な断熱材１８が施され
ており、図には示されていないが、燃焼室１６を
画定する炉の前壁１４およびその他の壁は、慣用
の態様でボイラー管によつて形成することができ
る。これらのボイラー管を通して水などの熱交換
流体が通流されて蒸気を発生する。

また、炉の前壁１４に対して平行に炉の外方に
隔離させて垂直壁（図示せず）が慣用の態様で配
設されており、該垂直壁と、それに対応して設け
られた頂壁と、底壁と、両側壁とで「二次空気」
と称される燃焼支持空気を受容するための充気室
即ち風箱が形成される。

バーナ組立体１０は、内側管状部材２２と外側
管状部材２４を有するバーナ即ちノズル２０を具
備する。外側管状部材２４は、内側管状部材２２
をそれに対応して同心関係に囲繞して内側管状部
材との間に炉壁開口１２の方に向つて延長する環
状通路２６を画定している。

後に詳述するように、環状通路即ち燃料通路２
６内へ燃料流（例えば予め粉砕された石炭と一次
空気の混合流）を導入するための入口２８が外側
管状部材２４に対し接線方向に接続されている。

バーナ即ちノズル２０を囲繞するようにして１
対の互いに軸線方向に離隔した環状プレート３
０，３２が配設され、プレート３０の内周縁が外
側管状部材２４に当接するようになされている。
一方、プレート３２の内周縁からバーナ２０に対
してほぼ長手方向にライナー部材３４が延設さ
れ、前壁１４内に突入したところで終端してい
る。更に、バーナ即ちノズル２０を囲繞し、プレ
ート３０に平行にそれから離隔して追加の環状プ
レート３８が配設されている。プレート３８の内
周縁からライナー部材３４とバーナ２０との間に
該バーナにほぼ平行に空気流分割スリーブ４０が
延設され、２つの環状空気流通路４２，４４を画
定するようになされている。

風箱から空気流通路４２，４４への二次空気の
渦流を制御するためにプレート３０と３２の間に
複数の円周方向に間隔をおいて配置された外側レ
ジスター羽根４６が枢動自在に取付けられてい
る。同様にして、環状空気流通路４４を通る二次
空気の渦流を更に調整するためにプレート３０と
３８の間に複数の円周方向に間隔をおいて配置さ
れたレジスター羽根４８が枢動自在に取付けられ
ている。レジスター羽根４６，４８の枢着は、例
えば、それらの羽根を第１図に一点鎖線で示され
た軸に取付け、その軸をプレート３０，３２，３
８に設けられた軸受に支承させるなどの任意の慣
用手段によつて行なうことができる。また、羽根
４６，４８の角度位置は、クランクなどによつて
調節自在とすることができる。これらの部品は慣
用のものであるから、ここには図示せず、また、
これ以上詳しく説明しない。プレート３０，３２
は風箱から空気を受容するための囲い体を構成す
る。

各々、隣接する２つの羽根４８，４８の間でプ
レート３０，３８を貫通して空気流通路４２内へ
突入する複数の吸収材噴射器４９が設けられてい
る。各噴射器４９の内端部分（図示せず）は、石
灰石Ca（OH）₂などの吸収材の供給源に接続され
ており、噴射器の噴出口は前壁１４の開口１２の
ところに位置づけされている。図には明示されて
いないが、２つ以上な噴射器４９をバーナ２０の
周りに等角度に離隔させて設けることができる。
各噴射器４９の吸収材噴射速度および噴射角は、
慣用の態様で制御することができる。吸収材は、
予め粉砕されたものとし、空気または蒸気と共
に、あるいはスラリーとして搬送することができ
る。

風箱からレジスター羽根４６への空気流の量
は、プレート３２の外周縁に摺動自在に取付けら
れ、バーナ２０の長手軸線に平行に移動自在のス
リーブ５０を移動させることによつて制御され
る。スリーブ５０を移動させるための手段として
細長いウオームギア５２が設けられている（第２
図）。ウオームギア５２は、一端部分を適当な駆
動機（図示せず）に接続されており、他端部分に
はねじ５２ａが刻設されている。ウオームギア５
２は、それを回転自在に支持するようにプレート
３０に付設されたブツシユ５４（第１図）を貫通
して延長している。ウオームギア５２のねじ５２
ａは、スリーブ５０の側壁に穿設された複数の孔
５５に噛合し、ウオームギア５２を回転すること
によつてスリーブ５０がバーナ組立体２０の長手
軸線に体して長手方向にプレート３０と３２によ
つて画定される空気入口を横切つて移動されるよ
うになされているが、かくして、風箱から空気流
通路４２，４４を通つて流れる燃焼支持空気の量
は、スリーブ５０を軸方向に変位させることによ
つて制御することができる。バーナ２０への空気
流を独立して調量することができるようにするた
めに、スリーブ５０の直ぐ下流でプレート３０と
３２との間に孔あき空気フード５６が配設されて
いる。

バーナ２０の詳細を示す第３〜５図を参照して
説明すると、外側管状部材２４の端部およびそれ
に対応する内側管状部材２２の端部分は、炉の開
口１２の方に向かつて僅かに半径方向内方へテー
パされている。内側管状部材２２と外側管状部材
２４の間には分流円錐体５８が配設されている。
分流円錐体５８は、管状部材２２と２４の真直ぐ
な部分の間を延長する真直部分５８ａと、管状部
材２２と２４のテーパ部分の間をその全長に亘つ
て延長するテーパ部分５８ｂを有している。分流
円錐体５８の機能については後で説明する。

バーナ２０の出口端部分において外側管状部材
２４と分流円錐体５８との間の環状空間内に複数
のＶ字状の流れ分岐部材６０が円周方向ち間隔を
おいて配設されている。第３，４図に示される例
では、４つの分岐部材６０が90°の間隔で配置さ
れ、出口から管状部材２２，２４のテーパ部分の
ほぼ中間点まで延長している。各分岐部材６０
は、Ｖ字状を形成するように端部を溶接された２
つの板部材から成つている。これらの板部材は、
また、それぞれの長手側縁を外側管状部材２４お
よび分流円錐体５８に溶接され、それによつて分
岐部材６０自体ならびに分流円錐体５８をバーナ
２０内に支持する。各分岐部材６０の頂点は、バ
ーナの出口より上流に配置され、分流円錐体５８
と外側管状部材２４との間の環状空間内を流れる
燃料−空気流が、各分岐部材の間の空間内へ差向
けられ、４つの個別の流れに分岐されるようにな
されている。

外側管状部材２４の壁には、それぞれ対応する
分岐部材の真上に延長するように４つの扇形開口
６２が穿設されている。これらの開口は、内側空
気流通路４４（第１図）から分流円錐体５８と外
側管状部材２４との間に画定される環状空間内へ
二次空気を導入するためのものである。この理由
については後述する。

第５図に示されるように、内側管状部材２２の
端部に先端部材即ち先端口金６４が設けられてお
り、該口金は、その内壁に取付けられて管状部材
２２内に延設された複数のロツド６６によつて管
状部材２２に対し軸方向に移動自在とされてい
る。ロツド６６の他端は、該ロツド、従つて口金
６４を進退させるための液圧シリンダ等の適当な
作動器（図示せず）に連結することができる。

第５図から分かるように、口金６４を長手方向
に進退させると、該口金と分流円錐体５８との間
の有効出口開口の大きさが変更され、この開口を
通る燃料−空気の量を調整することができる。分
流円錐体５８は環状通路２６内を通る燃料−空気
混合物を該円錐体の内外両側で延びる２つの半径
方向に分離された平行流に分割するから、口金４
６の進退は、それら２つの流れの相対的流量を調
整するとともに、それらの流れの速度を変更させ
る役割を果す。

バーナ２０から噴射される粒状石炭に着火する
ための適当な点火器をバーナ組立体の出口に近接
して配置することができる。それらの点火器は、
慣用のものであるから、ここには図示されていな
い。

本発明のバーナ２０の作動においては、最初の
始動時に各バーナ２０への空気量を正確にバラン
スさせるために各バーナに組合わされた可動スリ
ーブ５０を調節する。一旦このバランス調節が行
われたならば、各バーナへの二次空気流の平常の
制御は外側レジスター羽根４６によつて行われる
ので、スリーブ５０を移動させる必要はないが、
所望ならば、スリーブ５０による空気流量の制御
も行つてもよい。

燃料（好ましくは一次空気流内に懸濁させた粒
状石炭）を接線方向の入口２８へ導入すると、燃
料は渦流となつて環状通路２６内を通る。入口２
８内へ導入された粒状石炭は、空気より重いか
ら、遠心力により外側管状部材２４の内壁の方に
向つて半径方向外方へ移動する。その結果、石炭
の大部分は、空気の比較的小部分と共に外側管状
部材２４と分流円錐体５８との間の外側環状通路
（第５図）に流入し、そこで各分岐部材６０の頂
角に遭遇し、４つの等間隔に分離された流れに分
岐されてバーナ組立体の出口から噴出し、点火さ
れて４つの個別火炎パターンを形成する。内側空
気流通路４４（第１図）からの二次空気は、外側
管状部材２４の壁に穿設された入口開口６２を通
つて管状部材２４の分流円錐体５８との間で分岐
部材６０の内側に流入し、バーナ２０の出口から
噴出する石炭と空気の流れに二次空気を供給す
る。

環状通路２６を通る空気−石炭混合物の残りの
部分は、分流円錐体５８と内側管状部材２２との
間に画定された環状通路に流入する。この混合物
は、先に述べたように石炭は遠心力により半径方
向外方へ移動してしまつているから大部分は空気
である。外側管状部材２４と円錐体５８との間の
環状通路から噴出する空気および石炭と、円錐体
５８と内側管状部材２２の間の環状通路から噴出
する空気および石炭との相対量、従つて流速を正
確に制御するために可動口金６４の位置を調節す
ることができる。

風箱からの二次空気は、孔あきフード５６を通
つてプレート３０と３２の間の入口へ導入され
る。空気の軸方向および半径方向の速度は、レジ
スター羽根４６，４８によつて制御され、空気流
通路４２，４４を通つて炉の開口１２へ流入し、
バーナ２０から噴出する石炭と混合する。次い
で、定常燃焼状態に達した後点火器が消勢され
る。

吸収材は、石炭の燃焼の結果として生じる二酸
化硫黄を捕捉するために、噴射器４９によつて空
気流通路４２を通る二次空気流内へ開口１２にお
いて注入される。

本発明のバーナ組立体１０によつていろいろな
利点が得られる。例えば、各バーナ組立体に組合
わされた孔あき空気フード５６を通しての圧力降
下を、最初にスリーブ５０を調節することにより
各バーナ２０への二次空気流をバランス（平衡）
させることによつて均等化することができるので
炉内全体に亘つて実質的に均一な排ガス分布が得
られる。このことは、また、多数のバーナに対し
て共通の風箱を使用することを可能にし、過剰空
気を少なくする態様でバーナを作動させることが
できるので、窒素酸化物および一酸化炭素の発生
を減少させる。また、外側および内側空気流通路
４２，４４に対してそれぞれ別個のレジスター羽
根４６，４８を設けたことにより、二次空気の分
配と火炎の形状を独立して制御することを可能に
し、窒素酸化物の発生を減少させるとともに、一
次空気−石灰流と二次空気流とを平行流路に沿つ
て炉内へ流入させることができるので一次空気−
石炭流と二次空気流とを徐々に混合することを可
能にする。

更に、多数火炎パターンを創正することによ
り、火炎の熱放射を増大し、火炎の平均温度を低
下し、ガス成分が最大限温度の火炎内に滞留する
時間を短くする。これらは、すべて、先に述べた
ように窒素酸化物の発生を減少させるのに貢献す
る。

更に、接線方向の入口２６は、バーナ２０の環
状空間２６の円周に燃料を均一に分配するので、
より完全な燃焼を達成して炭素の損失を少なく
し、個々のバーナの能力を従来のものに比べて相
当に増大させることができる。外側管状部材２４
の壁に設けられた入口開口６２は、二次空気の一
部分を導入し、該二次空気を、外側管状部材２４
と分流円錐体５８との間の環状通路を通る燃料−
空気（一次空気）流と共に連行させることを可能
にする。この燃料−空気流の大部分は、主とし
て、予め粉砕されている石炭であるが、二次空気
の一部を連行させる結果として、空気−石炭流の
断面全体に亘つて空気−石炭比を実質的に均一に
することができる。更に、分流円錐体５８と内側
管状部材２２との間の内側環状通路を通る石炭−
空気混合物の流れを調整するための進退自在の先
端部材６４を設けたことにより、円錐体５８の内
外両側の空気流量を調整することを可能にし、そ
れによつて二次空気流の速度に対して一次空気流
の速度を最適にする。

また、吸収材を外側二次空気環体内へ注入する
ことにより、吸収材粒子が火炎の最も高温の部分
に包まれることが回避されるので吸収材の無駄な
燃焼を最小限にする。また、吸収材粒子は、この
外側二次空気環体からの渦巻二次空気流に迅速に
連行されるので、火炎の最高温度帯域を通り過ぎ
て間もなくの燃焼生成物の緊密に混合される。そ
れによつて、吸収材の硫黄捕捉効率を増大し、バ
ーナの喉部の外部で硫黄を捕捉する方法と同等ま
たはそれ以上の捕捉率を達成する。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、本発明の精神お
よび範囲から逸脱することなく、いろいろな変
型、部品の追加または置換が可能であることは当
業者には明らかであろう。例えば、本発明の構成
においては、NO_Xの放出を更に減少させるため
に完全燃焼に必要な理論空気量より少ない量の空
気を導入することができるから、燃焼を完成させ
るための空気を補給するために必要に応じてオー
バーフアイア空気ポート（２段階燃焼のために第
１段階の火炎の上方に空気を補給するための空気
導入口）を設けることができる。また、硫黄の捕
捉を最大限にするためにバーナの周りの吸収材噴
射器の分配配置態様を変更することもできる。ど
の高さの段のバーナに吸収材噴射器を付設するか
は、バーナの段の数、石炭灰のスラグ化特性、お
よび炉の熱放射帯域へ移行する燃焼生成ガスの温
度に応じて、定められる。例えば、３段以上のバ
ーナを備えた炉の場合、上方の２段のバーナにだ
け吸収材噴射器を装備すればよい。それで、カル
シウムベースの吸収材のための有効な燃焼帯域を
提供するとともに、燃焼生成ガスが炉の出口に至
る前に硫酸化反応を起させるのに足る滞留時間を
吸収材に与えるのに十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバーナ組立体の断面図、第２
図は第１図のバーナ組立体の一構成要素の部分透
視図、第３図は第１図のバーナ組立体のバーナ部
分の一部切除した拡大透視図、第４図は第３図の
バーナ部分の端面図、第５図は第３図の線５−５
に沿つてみた断面図である。 １０……バーナ組立体、２０……バーナ、２２
……内側管状部材、２４……外側管状部材、２６
……環状通路（燃料通路）、３０，３２……環状
プレート（囲い体）、４０……空気流分割スリー
ブ、４２，４４……空気流通路、４６，４８……
レジスター羽根、４９……吸収材噴射器、５０…
…スリーブ（空気流調整手段）、５６……孔あき
空気フード、５８……分流円錐体、６０……分岐
部材、６２……入口開口、６４……先端部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料通路、燃料を受入れるために該燃料通路
   の一端に位置する入口および該燃料を排出するた
   めに該燃料通路の他端に位置する出口を形成する
   燃料通路形成手段と、空気を受入れるために該燃
   料通路を囲繞して配設された囲い体と、該囲い体
   からの前記空気を、前記燃料通路を取巻く２つの
   半径方向に離隔された平行な内側および外側流路
   に沿つて前記出口の方へ差向けるための手段と、
   該燃料の燃焼の結果として生じる硫黄を捕捉する
   ために前記出口において前記外側流路内へ吸収材
   を噴射するための吸収材噴射手段とを有し、該燃
   料通路は、内側管状部材と、該内側管状部材の回
   りにこれと同軸関係に延長して環状通路を形成す
   る外側管状部材とを含み、該環状通路中には、該
   環状通路を通る流れを径方向に隔だてられた２つ
   の平行流に分流させて石炭の大部分が径方向に外
   側の流れにおいて流れるようにするための分流手
   段が配され、該内側管状部材には、該流れのうち
   少なくとも一方の流れの流速を調節するための流
   速調節手段が配され、該外側管状部材には、該外
   側の流れが前記出口から排出される際に該外側の
   流れに空気を取入れるための空気取入れ手段が配
   されたバーナ組立体。