JPH02259308A - 微粉燃料バーナ - 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） 本発明はバーナに関する。更に詳述すると、本発明は微
粉炭や微粉コークス等の微粉燃料を燃料とするバーナに
関する。

（従来の技術） 従来の微粉燃料バーナとしては、第７図に示すように、
微粉燃料を一次空気（全燃焼用空気量の約２０〜３０％
）で搬送して炉内へ吹込み、その周囲から二次空気を供
給して燃焼させるものが一般的である。このバーナ１０
１は、高温の炉内の放射熱や他のバーナの干渉で火炎を
安定させ完全燃焼させるもので、中心に助燃用の油ノズ
ル１０２を備えているものが多い。

（発明が解決しようとする課！！り しかしながら、従来のバーナは、゛石炭粉砕機（ミル）
からの微粉燃料をそのまま直接バーナに供給して燃焼さ
せることから、微粉燃料の搬送と逆火の防止のためには
一次空気にある程度の流速（例えば１５〜３０ｉ／ｓ）
を必要とする。このため、燃焼量を大幅に下げ低負荷と
するときには、搬送に必要な最少限の搬送空気量を維持
したまま燃料の量だけを絞らざるを得す、微粉燃料流の
濃度（一般に搬送用空気量と微粉燃料量の比Ａ／Ｃで表
される）が薄くなって燃焼を不安定なものとしている（
第６図参照）、シたがって、微粉燃料だけを使用する場
合には大幅なターンダウンの実施が不可能であり、それ
を実現するには助燃油を必要としている０例えば、火力
発電所等においては、微粉燃料だけを使用する場合、現
状では１２０〜５０％の範囲で負荷変化が可能であるが
、深夜における電力量の需要が少ないことから２０〜３
０％程度の負荷に変更することが求められ、助燃油を必
要としている。したがうて、燃焼量を絞る場合、燃料コ
ストが上がるという不利がある。

このような微粉燃料バーナの現状から、石油火力なみの
最低負荷運用並びに低負荷時における助燃油の低減を目
的として低負荷対応微粉燃料専用バーナの開発が要望さ
れている。

本発明は、石油火力なみに最低負荷を低減しても安定燃
焼が確保できかつ助燃油の節減ができる微粉燃料バーナ
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の微粉燃料バーナは
、微粉燃料の流れと直交する分配円板を内周面に形成し
た第１円筒体と、軸方向に移動可能な円錐体を同心上に
内蔵した第２円筒体とを平行に配置する一方、これらを
接線方向に開口する連通管で連結し、前記第２円筒体の
出口に同心状に２本以上の分配管を配置すると共にこの
分配管の中央の管の入口に対し接近離反移動し中央の管
に流入する空気の量を調整する流量可変弁を設けるよう
にしている。

また、この微粉燃料バーナは、分配管の上流側に流路断
面縮小部を設け、この流路断面縮小部の出口側に第２の
管の入口を径方向に開口し、流路断面縮小部の入口側に
第３の管の入口を径方向に開口するようにしている。

更に、この微粉燃料バーナは、分配管と平行に同数の管
を同心状に配置した反転管を設置し、前記分配管の外側
の管と反転管の中央の管とを、分配管の中央の管と反転
管の外側の管とを、またそれらの間の対応する管同士を
各管に対し接線方向に開口する連通管で連結し、中央か
ら濃縮微粉燃料流を噴射するようにしている。

（作用） したがって、第１円ｆｌ＃の気流分配円板に衝突した微
粉燃料流は、各円板において分流され直交方向に方向を
転換して第２円筒体に接線方向に吹き出され、第２円筒
体内において旋回流を形成する。この微粉燃料の旋回流
は、幾つもの旋回流を次々に合成するため次第に力を増
して減速することなく噴射口側へ移動し、その間に遠心
力によって気流中の微粉燃料を周辺に集める。このため
、ノズルから噴射される微粉燃料流は、全体とじてはＡ
／Ｃ比が変わらないが微粉燃料を濃縮した領域即ちＡ／
Ｃ比が低い領域と全体としてのＡ／Ｃ比よりも高いＡ／
Ｃ比の領域とを形成する。この微粉燃料が濃縮された領
域と、空気を主体とする領域とは分配管において分離さ
れ別々に噴射される。

また、燃焼量の変更に伴ない円錐体を移動させて第２円
筒内の流路断面積を変化させ、微粉燃料流の旋回力を一
定に維持する。一方、搬送用空気を維持しつつ微粉燃料
だけを少なくしてターンダウンする場合、流量可変弁を
移動させて分配管の中央の管に流入する空気量を変える
ことによって、濃度を一定に保つ、このとき、一番外側
の管から最も濃度の濃い（Ａ／Ｃ比の低い）微粉燃料が
一番内側から、最も濃度の薄い（Ａ／Ｃ比の高い）微粉
燃料流が噴射される。更に、分配管の上流側に流路断面
縮小部を配置する場合、旋回流が更に増速され遠心力を
増すため、微細粒子と粗粒子との分級効果が増す。

更に、多重管によって分配された微粉燃料流を反転管を
介して噴射する場合、一番内側から最も濃度の濃い微粉
燃料流が、外側になる程濃度の薄い微粉燃料流が噴射さ
れる。

（実施例） 以下、本考案の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明の微粉燃料バーナの基本構造を概略図で
示す、このバーナは、微粉燃料の流れと直交する分配円
板４を内周面に形成した第１円筒体１と、軸方向に移動
可能な円錐体５を同心上に内蔵した第２円筒体２とを平
行に配置する一方、これらを接線方向に開口する連通管
３で連結し、前記第２円筒体２の出口に分配管８を配置
し、かつこの分配管８の中央の管９の入口１３に対し接
近離反移動可能な流量可変弁７を設け、第１円筒体１に
微粉燃料流を供給し分流すると共に第２円問体２に接線
方向から噴射させて旋回させ、周辺側に微粉燃料が濃縮
された流れを中央側に搬送用空気を主体とする流れを形
成して分けて噴射するようにしたものである。

前記気流分配円板４は、管軸方向に流れる微粉燃料流を
それと直交する径方向に向きを変えさせかつ分流するた
めのものである。この円板４は上流側の他の円板との面
積の差（投影面積の差）Ｓが等しくなるように、下流側
に向うほど面積が大きな円板が所望数例えば本実施例の
場合５枚、第１円筒体１の内周面に設けられている。し
たがって、微粉燃料流は各分配円板４の衝突面積に応じ
て流れを変え、はぼ同じ流量の５つの流れに分配される
。尚、第１円筒体１は燃料供給系２３に接続され、破砕
機等から微粉燃料を一次空気によって搬送するように設
けられている。

前記第２円筒体２は同軸上に円錐体５を内蔵し、この円
錐体５との間に環状の流路６を形成している。前記円＃
１体５は軸方向に移動可能に設けられており、適宜アク
チュエータ２４あるいは手動によって、第２円筒体２内
に出入れ可能に設けられている。この円錐体５の第２円
筒体２への挿入量をコントロールすることによって、第
２円筒体２との間に形成される流路断面積を変更可能と
じている。この円錐体５の挿入量は搬送空気量と微粉燃
料の変化に対応させて制御される。

また、第２円筒体２内には分配管８の中央の管９に流入
する空気量を制御する流量可変弁７が設けられている。

この流量可変弁７は、円錐体５の内部を貫通して軸方向
移動可能に設けられ、分配管８の中央の管９の入口１３
に接近しあるいは入口１３から離れることによって中央
の管９の入口１３近傍の流路抵抗を変化させ、中央の管
９に流入する空気の量を調整するものである。この流量
可変弁７は第２円問体２の外部に設けられているアクチ
ュエータ２５あるいは手動によって移動可能に設けられ
ている。この流量可変弁７はその位置が供給微粉燃料流
の濃度に応じて制御される。

第２円筒体２の出口には同心状に２本以上の管９．１０
．１１を配置した分配管８が設置されている。この分配
管８は第２円筒体２から噴射される旋回流を分配し、そ
のままの濃度を維持して火炉内に噴射させるためのもの
である０例えば本実施例の場合、３重管から成り、第３
の管１１から微粉燃料の量が多い濃縮された微粉燃料流
を噴出させ、中央の管９から燃焼用空気を主体とする即
ち微粉燃料の少ない（Ａ／Ｃの高い）微粉燃料流を噴射
し、第２の管１０から第３の管１１より微粉燃料が少な
いが微細粒子が多いものを噴射するようにしている。

第２図に他の実施例を示す、この実施例は分配管８の上
流側に流路断面縮小部（スロート）１２を設け、微粉燃
料の旋回流を更に増速させて微細粒子と粗粒子との分級
効果を高めるようにしたものである。この流路断面縮小
部１２の出口側には分配管８の第２の管１０の入口１４
が径方向に開口され、入口側には第３の管１１の入口１
５が径方向に開口されている。第２、第３の管１０，１
１の入口部１４．１５には接線方向に流れを案内して旋
回流を付勢するガイド板２６が円周方向に多数設けられ
ている。この実施例の場合、第３の管１１から濃縮され
た微粉燃料流が噴射されるため短炎が形成される。

第３図に池の実施例を示す、この実施例は分配管８と同
数の管１７，１８．１９を同心状に配置した反転管１６
を分配管８と平行に配置し、分配管８で分けられた微粉
燃料流の噴射位置を、内側のものを外側に、外側のもの
を内側に反転して噴射させるようにしたものである０例
えば本実施例の場合、分配管８の第３の管１１と反転管
１６の中央の管１７、分配管８の中央の管９と反転管１
６の第３の管１９、また第２の管１０．１８同士をそれ
ぞれ多管に対し接線方向に開口する連通管２０．２１．
２２で連結し、最も濃縮された燃料流を反転管１６の中
央の管１７から噴射するようにしたものである。この場
合、火炎が安定する濃縮微粉燃料流が中央から噴射され
るため長炎が形成される。また、安定火炎を形成する燃
料流の外に旋回を与えた搬送用空気を主体とする燃料流
を噴射して、火炎を包みながら段階的に燃焼用空気の投
入が行なわれるため低ＮＯｘ化が可能となる。

以上のように構成したので、本発明のバーナは次のよう
に燃焼量を変更し安定燃焼させ得る。

まず、第５図に本発明のバーナを応用した燃焼システム
の一例を示す、この燃焼システムは、燃料である石炭を
燃焼可能な粒径までミルで破砕し、燃焼用空気の３０％
程度の一次空気を搬送用空気としてバーナ側へ搬送し燃
焼させるものである。

この微粉燃料流の供給系２３の途中に設置されている微
粉炭濃度測定装置２７がらの測定結果に基づいてアクチ
ュエータ２５を駆動し流量可変弁７を移動させ、微粉燃
料濃度を一定に維持する。このとき円ａ体５の位置は負
荷と燃焼用空気の量との関係から決定され、旋回力を一
定に保つようにコントロールされる。ここで濃度測定装
置２７としては、例えば流れ方向の２点での粒子による
負荷圧力損失が混合比に比例することから流量を求める
差圧式ニューマライン粉粒体流量計、あるいは相関式粉
粒体流量計やマイクロ波粉粒体流量計を利用したものが
使用可能である。

この燃焼システムにおいて、搬送用空気と燃料との比が
比例的に変更可能な範囲での燃焼量変更（約１２０〜５
０％負荷）には、第２円筒体２への円錐体５の挿入量を
搬送空気の供給量の変動に対応させて変えることにより
流路断面積を変更して微粉燃料流の旋回力を一定に保つ
ことによって対応する６例えば、８０％に燃焼量をター
ンダウンするときは１００％負荷時の流路断面積め８０
％となるように円錐体５を第２円筒体２の中に挿入する
。

また、Ａ／Ｃ比が急激に高まる負荷範囲まで変更する場
合には、微粉燃料の濃度及び粒径を濃度センサ２７で測
定しこの値に基づいて流量可変弁７が分配管８の中央の
管９の入口１３を塞ぐ藍を制御することによって、濃度
を一定に維持するようにしている。即ち、燃料濃度が薄
くなると（Ａ／Ｃ比が高くなる）、これを濃度センサ２
７で検出して流量可変弁７のアクチュエータ２５を駆動
させて分配管８から離し、中央の管９に流入する搬送用
空気量を増やす、これによって分配管９の第３の管１１
あるいは反転管１６の中央の管１７から噴射される微粉
燃料流の濃度を高め安定燃焼域の値に維持する。

（発明の効果） 以上の説明より明らがなように、本発明のバーナは、第
１円筒体に供給される微粉燃料流を第２円筒体に移し変
える際に旋回させてその旋回力によって微粉燃料が濃縮
された領域と搬送用空気を主体とする領域とに分けかつ
分配管の中央に流入する空気量を調整することによって
濃度を一定にコントロールして分配噴射するようにしな
ので、微粉燃料流全体のＡ／Ｃ比が高くとも、安定燃焼
させるに十分な低いＡ／Ｃ比まで微粉燃料を濃縮した噴
流を形成し、燃焼を安定させる。即ち、石油火力並の２
０〜３０％のターンダウンが可能となり、広い負荷範囲
で燃焼量を変更できる。しがも助燃油を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の微粉燃料バーナの基本構造の概
略を示す中央縦断面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の
Ｉ−Ｉ線断面図、第２図は他の基本構造の概略を示すも
ので、（Ａ）は中央縦断面図、（Ｂ）は■−■線断面図
である。第３図は更に他の基本構造の例を示す中央縦断
面図、第４図は第３図のバーナの外観を示す斜視図、第
５図は本発明の微粉燃料バーナを応用した燃焼システム
の一例を示す概略図である。第６図はバーナ入口の空気
と微粉燃料量の比と安定燃焼範囲の関係を示すグラフで
ある。第７図は従来の、微粉燃料バーナの概略図である
。 １・・・第１円筒体、２・・・第２円筒体、３・・・連
通管、４・・・分配円板、５・・・円錐体、６・・・環
状流路、７・・・流量可変弁、８・・・分配管、９・・
・中央の管、１０・・・第２の管、１１・・・第３の管
、１２・・・流路断面縮小部、１６・・・反転管。 特許出願人　　財団法人　電力中央研究断金　　　井　
　　　寿 代 理 人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粉燃料の流れと直交する分配円板を内周面に形
   成した第１円筒体と、軸方向に移動可能な円錐体を同心
   上に内蔵した第２円筒体とを平行に配置する一方、これ
   らを接線方向に開口する連通管で連結し、前記第２円筒
   体の出口に同心状に２本以上の分配管を配置すると共に
   、この分配管の中央の管の入口に対し接近離反移動し、
   中央の管に流入する空気の量を調整する流量可変弁を設
   けたことを特徴とする微粉燃料バーナ。
2. （２）前記分配管の上流側に流路断面縮小部を設け、こ
   の流路断面縮小部の出口側に第２の管の入口を径方向に
   開口し、流路断面縮小部の入口側に第３の管の入口を径
   方向に開口したことを特徴とする請求項１記載の微粉燃
   料のバーナ。
3. （３）前記分配管と平行に同数の管を同心状に配置した
   反転管を設置し、前記分配管の外側の管と反転管の中央
   の管とを、分配管の中央の管と反転管の外側の管とを、
   またそれらの間の対応する管同士を各管に対し接線方向
   に開口する連通管で連結し、中央から濃縮微粉燃料流を
   噴射することを特徴とする請求項１記載の微粉燃料のバ
   ーナ。