JPH0268405A - 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、微粉炭焚炉に用いられる微粉炭燃焼装置に係
り、特に難燃性燃料を用いたものや、負荷変化の著しい
運用をする微粉炭バーナの安定燃焼に好適な微粉炭バー
ナに関するものである。

［従来の技術］ 近年、油燃料の価格の不安定性から、微粉炭焚ボイラの
需要が急速に増加している。微粉炭焚ボイラの低負荷時
に使用される補助燃料は、着火性の良い軽油、重油が主
流であり、これらの油燃料も、主燃料に油を使用した場
合と比較すると、その使用比率は低いものの、近年、発
電用ボイラは、中間負荷運用が多発しており、点火、起
動の頻度も以前と比較すると高く、そのために補助燃料
費用の主燃料に対する比率も増加している。微粉炭焚ボ
イラにおいては、主燃料の微粉炭に加えて、起動用に、
補助燃料として重油、点火用に軽油という具合に、３種
類の燃料が一般的に使われている。

第３図に微粉炭焚ボイラの概略系統図を示す。

石炭バンカ１からの石炭は石炭供給管２、石炭フィーダ
３、石炭供給管４を経てミル５へ供給され、ミル５で微
粉炭に粉砕される。この微粉炭は、微粉炭供給管６、微
粉炭濃縮器７、微粉炭希薄側配管８．微粉炭濃縮側配管
９より微粉炭バーナ１０を経てボイラ１１に供給される
。

一方、ボイラ１１の排ガスは熱交換器１２で空気と熱交
換し、系外へ排出される。他方、燃焼用空気は燃焼用空
気ファン１３より燃焼用空気配管１４より流量制御弁１
５を経てボイラ１１へ供給される。

また、燃焼用空気の一部は燃焼用空気ファン１３から１
次空気ファン１６、流量制御弁１７を経てミル５へ供給
され、微粉炭搬送用空気としてボイラ１１に供給される
。

以上の説明は石炭、排ガス、燃焼用空気の一般的な流れ
の説明であるが、従来、ボイラ１１に用いられている微
粉炭燃焼システムは、分級機が内蔵されている微粉砕機
５（以下ミルと称す）を用いて粉砕された石炭を微粉炭
バーナ１０に直接供給する燃焼システムが採用されてい
る。この燃焼システムでは、ミル５に供給される原炭の
乾燥、ミル５の内部における分級及び、微粉炭バーナ１
０への微粉炭の搬送用として加熱空気を導入する。

したがって、原炭の水分、粉砕性、燃焼性に応じて、そ
の空気量及び、空気温度が決定される。第４図にミル負
荷に対するミルから微粉炭バーナに供給される微粉炭（
Ｃ）と空気（Ａ）の重量比（以下Ｃ／Ａと称す）を示す
。

この第４図から、ミル負荷の低下に伴ってＣ／Ａが低く
なることが分かる。これは、微粉炭の搬送、分級のため
にミル特有の止むを得ない現象である。

第５図には、石炭の着火安定性に関するデータを示す。

第５図の横軸は、石炭中の固定炭素と揮発分との重量比
である燃料比（以下ＦＲと称す）を示している。微粉炭
焚ボイラ等に一般的に使用されている石炭のＦＲは、０
．８〜２．５程度であり、ＦＲが２．５以上の高燃料比
炭及び、ＦＲが４以上の無煙炭のようにＦＲが高い石炭
では、Ｃ／Ａを高くしないと安定に着火できない。この
ため、第４図に示す特性を持つミルを使用すると、ＦＲ
が高い微粉炭及び低負荷域でのＣ／Ａの低い状態（希薄
）では、着火が不安定になり、ボイラの安全運転上問題
がある。

これに対処するには、ミルからの低Ｃ／Ａを、慣性力等
を利用して高Ｃ／Ａ流体（微粉濃厚）と低Ｃ／Ａ流体（
希薄）に分岐し、高Ｃ／Ａ流体を微粉炭バーナでの安定
燃焼に用いる方法が有効である。

第６図は、この考え方の例を示したもので、石炭供給管
４からの石炭と１次空気配管１８からの１次空気をミル
５からの微粉炭供給管６に、例えば、サイクロン分離器
７を設置し、慣性力で高Ｃ／Ａになった側の高濃度側配
管９を図示していない濃厚バーナに接続し、一方、低Ｃ
／Ａ側の低濃度側配管８は、図示していない希薄側バー
ナに接続する。

第７図（ａ）、（ｂ）は、第６図のサイクロン分離器７
における出口管径と限界粒子径及び、捕集効率の関係を
標準型サイクロンの寸法及び操作条件を基に算出したも
のである。すなわち、実機の微粉炭バーナとして例えば
５ｔ／ｈの微粉炭量を考えると、サイクロン分離器７の
出口管径は、第７図（ａ）より６７０ｍｍ程度となり、
分離限界粒子径が約２５μｍとなる。微粉炭の粒径分布
を２００メツシュパス９０ｗｔ％で分布指数ｎ＝２とす
ると全捕集効率は第７図（ｂ）より５５％にも低下する
。

したがって、このサイクロン分離器によっては単に気流
が２分割されるだけとなり、濃縮することはできない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術のうち、サイクロン方式の場合、サイクロン分
離器７の効率が高いとき成り立つものであり、難燃性の
高燃料比炭及び、Ｃ／Ａが低下する低負荷時の対策とし
て、装置の大型化等による効率の低下について配慮され
ておらず、実用に際してはＣ／Ａが低下して、火炎の安
定化が保てず、火炎の吹き飛びにより未燃分損失が増加
する等のトラブルを生じやすい欠点があった。

また、以上のような問題点に対して、微粉炭濃縮器を据
え付けたとしても、かなりおおかかすな設備となり、ま
た、この装置を取り付ける場所の確保が問題である。特
に新設の微粉炭焚ボイラであれば予め以上のような項目
に対して配慮されるが、改造工事によって既設の微粉炭
焚ボイラを高燃料化炭を主燃料とする微粉炭焚ボイラに
改造する場合は困難なことが多い。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、低負荷時から高負荷時まで燃
焼させることができる微粉炭バーナを提供するにある。

［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、微粉炭供給管と
起動用バーナの間に微粉炭濃度を変えるルーバとルーバ
の内側と外側の少なくとも一方にルーバ間の間隔を開、
閉する可動シリンダを設け、可動シリンダの移動によっ
て微粉炭流の流量比率を可変できるようにしたものであ
る。

［作用］ このようにルーバの間隔を可動シリンダによって開、閉
することにより微粉炭流の比率が変えられるので、低負
荷時から高負荷時に至るまで燃焼させることができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を用いて説明するが、それ以
前に発明者等の実験データから紹介する。

サイクロンを用いても装置の大型化にともない捕集効率
が低下することが予測されると述へたが。

これらの予測は、微粉炭の濃度が低い場合にのみ適合さ
れることを実験的に確認した。微粉炭の搬送においては
、一般にサイクロンが使用される環境と比較して微粉炭
の濃度が高く、粒子の凝集が起こるために、みかけの粒
径は、粉砕時の１次粒度と比較して、かなり大きくなる
。このために、前述サイクロンの全捕集効率を」二回る
効率が期待できる。

第８図には、サイクロンを使用した場合のサイクロン入
口のＣ／Ａと捕集効率（η）との関係について示した。

Ｃ／Ａが大きくなる（微粉炭濃度が高くなる）と捕集効
率も増加することがこの第８図から分かる。微粉炭バー
ナにおけるＣ／Ａは、安定燃焼からは０．８以上が望ま
しい。１次空気を５０％ずつ濃厚側と希薄側に分岐する
とすれば、サイクロンでの捕集効率は、９０％以上あれ
ばよい。

したがって、サイクロン入口でのＣ／Ａは０．１５以上
あればこの条件を満足できる。しかし、実際のミルから
のＣ／Ａは０．３以下になることはなく、サイクロンを
濃縮器として選定するのは過剰仕様となる。

第９図によって分岐管を使用した場合の微粉炭の濃縮に
ついて説明する。微粉炭供給管６に対して角度θをもつ
丁字配管を配置すると微粉炭は慣性力によりまっすぐに
進むので、高濃度側配管９の微粉炭濃度は濃厚になり、
角度を持つ低濃度側配管８の微粉炭濃度は希薄になる。

ところが微粉炭粒子は、慣性力を持っているために、直
進する性質があり、単純なＴ字の分岐構造においても微
粉炭の分離が可能であるが好ましくない。

第１０図には、分岐管のなす角度θと捕集効率の関係に
ついて示した。この実験条件では、分岐管内の流量を分
岐部入口を１００％とした場合、５０％に設定した。捕
集効率が５０％というのは、全く粒子の分離がなされて
いないことを示す。この第１０図から、捕集効率は角度
θが４５度から増加しているのが分かる。

第１１図にはルーバを用いた粒子の濃縮実験装置の基本
的流れを示す。第１１図において、微粉炭と１次空気の
混合流１９は微粉炭バーナ１０の軸方向に流れ、ルーバ
２０に衝突する。１次空気流はルーバ２０に衝突した後
にルーバ２ｏの半径方向に広がり、実線の矢印で示すよ
うに微粉炭バーナ１０の側壁に沿って流れる。しかし、
抵抗板２２によって、流れは妨げられるために、ルーバ
２０．２１の間にも破線で示す流れが生ずる。微粉炭バ
ーナ１０の側壁に沿って流れる粒子群には慣性があるの
で高濃度側流れ２３、ルーバ２１に沿って中心部に流れ
る粒子群は、希薄側流れ２４となる。

さて、ルーバ２０，２１の最適角度について第１２図に
０と捕集効率の関係で示した。この実験条件もＴ字管の
場合と同様、ルーバ内部を流れる空気量は入口の５０％
に設定した。この第１２図から角度θが大きくなるにつ
れて、捕集効率が増加していることが分かる。特に、９
０度を超えると急速に捕集効率が増加していることが分
かる。

この特性は、第１０図に示した、Ｔ字管における特性と
類似しているが、捕集効率は、ルーバ２０゜２１による
方がより高い値を示している。したがって、本発明の実
施例においては、ルーバ２０．２１を用いて微粉炭の濃
縮を計るようにしたのである。

第１図は本発明の実施例に係る微粉炭バーナの側断面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ線側面図である。本発明の微
粉炭バーナは、この微粉炭濃縮器を微粉炭バーナに組み
込んだことを特長としている。

第」−図、第２図において、１次空気で搬送される微粉
炭との混合流１９は、ルーバ２０によって、高濃度粒子
側流れ２３と低濃度側流れ２４に分割される。微粉炭燃
焼において、保炎を安定化するためには、微粉炭粒子の
高濃度化と粒子の低速化が必要である。通常ミル５を用
いた微粉炭燃焼バーナ１０においては、負荷が低下する
と、微粉炭バーナ」−〇の入口において微粉炭濃度が低
下する。

このために微粉炭バーナ１０の負荷に応じて、濃度と流
速の調整が必要であるが、本発明の微粉炭バーナ１０で
は微粉炭バーナ１０の中心部に設置した可動シリンダ２
５の出し入れで、ルーバ２０に流入する微粉炭量を調整
できるようにした。

微粉炭バーナ１０の内部に第１図に示すようにルーバ２
０を備えることによって、高濃度側流れ２３は微粉炭バ
ーナ１０の内側壁に沿って流れ、第１図における外周保
炎器２６で保炎する。一方、希薄側流れ２４は、ルーバ
２０の間を通って微粉炭バーナ］Ｏの中心部を流れ、内
周保炎器２７で保炎する。ここで内周保炎器２７は、単
に火炎の安定化用ではなく、高濃度側流れ２３と低濃度
側流れ２４の混合拡散を遅延させるための分離器として
も働く。

さて、微粉炭バーナ１０の負荷が低い場合には、微粉炭
濃度が低下するので、微粉炭粒子濃度を向上させる必要
があり、このために、低負荷時には可動シリンダ２５を
第１図の破線で示す位置まで引き抜いた状態とする。こ
のように可動シリンダ２５を破線の位置へ後退させるこ
とによって、ル−バ２０間の間隔が開き、混合流１９の
内、１次空気の一部が低濃度側流れ２４が分離されるた
めに高濃度側流れ２３はそれだけＣ／Ａは濃厚になる。

一方、微粉炭バーナ１０の負荷が高い場合、微粉炭バー
ナ１０の入口の微粉炭濃度は最も高くなるために、可動
シリンダ２５を第１図の実線で示す位置まで差し込んだ
状態とし、１次空気と微粉炭のすべてが、図中の高濃度
側流れ２３として流れるようにする。この可動シリンダ
２５の操作によって、微粉炭バーナ１０の負荷によらず
常に高濃度微粉炭流を外周保炎器２６に送り込むことが
できるため、高燃料比炭はもちろん幅広い負荷帯でも常
に安定した燃焼が可能となる。なお、第１図、第２図の
２８は起動バーナである。

第１３図に他の実施例を示す。第１図のものと異なる点
は、ルーバ２０の傾斜角度を平行でなく微粉炭バーナ１
０の中心に向かって、広げる構造とした。この構造によ
って、希薄側流れ２４の流路の断面積の均一化が計れ、
ルーバ２０の内側における粒子速度を均一化でき、特に
分岐部において流速の向上が計れるとともに、粒子流れ
を急速に反転するために分離効率が向上する。

第１４図には可動シリンダ２５をルーバ２０の外周に設
置したものを示す。この方式でも全く同様の濃縮効果を
得ることができる。

［発明の効果］ 本発明になる微粉炭バーナによれば、燃料比が４を超え
る高燃料比炭の専焼が可能になる。さらに、瀝青炭の燃
焼においても、ミル出口のＣ／Ａが低下する部分負荷運
用においても、安定した燃焼が可能となり、油、ガス等
の補助燃料の使用頻度が低下することから、経費の大幅
な節減ができる。

さらに、サイクロン等の補機を使用しないため省スペー
スであり、特に微粉炭バーナの改造に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る微粉炭バーナの断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ線側面図、第３図は従来型高燃
料比炭燃焼用のボイラ及び燃焼系統の概略構成図、第４
図は微粉炭濃縮器を用いない場合のミル負荷とバーナ入
口における微粉炭濃度（Ｃ：／Ａ）の関係を示す特性曲
線図、第５図は、Ｃ／Ａと燃料比（ＦＲ）の関係におけ
る安定着火域、着火不安定域を示す特性曲線図、第６図
はミルと微粉炭濃縮器（サイクロン）における流路系統
図、第７図（ａ）、（ｂ）は従来のサイクロンによる捕
集特性を示す特性曲線図、第８図はサイクロン入口のＣ
／Ａと全捕集効率の比較の関係を示した特性曲線図、第
９図は分岐管における微粉炭の濃縮を説明する図、第１
０図は第９図の分岐角度と捕集効率との関係を示す特性
曲線図、第１１図はルーバを用いた実験装置の断面図、
第１２図は第１１図のルーバを用いた場合のルーバ角度
と捕集効率との関係を示す特性曲線図、第１３図及び第
１４図は、他の実施例を示す断面図である。 ６・・微粉炭供給管、２０，２］　　　ルーバ、２５　
　・可動シリンダ、２６・・・・・外周保炎器。 煩 Ｙ Ｖｌつ− と−ノ Ｖ／クー にう；ノ２／　　＊ｗ−＜≦宵叫− ｒ％ノ２シ フ封に哲叫−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微粉炭供給管の先端に外周保炎器を、微粉炭供給管のほ
   ぼ中心に起動用バーナを配置して微粉炭を燃焼させるも
   のにおいて、前記微粉炭供給管と起動用バーナの間に微
   粉炭濃度を変えるルーバと、ルーバの内側と外側の少な
   くとも一方にルーバ間の間隔を開、閉する可動シリンダ
   を設け、可動シリンダの移動によつて微粉炭流の流量比
   率を可変できるようにしたことを特徴とする微粉炭バー
   ナ。