JPH03211304A

JPH03211304A - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JPH03211304A
Application number: JP626490A
Authority: JP
Inventors: Akira Baba; 彰馬場; Kunio Okiura; 沖浦　邦夫; Shigeki Morita; 茂樹森田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1991-09-17
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2954628B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は微粉炭の燃焼装置に係り、特にミルと微粉炭バ
ーナを直接連結して運転する燃焼システムにおける負荷
変化の運用幅を拡大するのに好適な微粉炭バーナに関す
る。

［従来の技術］近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭専
焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用火力発電ボイ
ラにおいては、石炭専焼の大容量火力発電所が建設され
ている。

一方、最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸び
と共に、負荷の最大、最小差も増加し、火力発電用ボイ
ラをベースロード用から負荷調整用へと移行する傾向に
あり、この火力発電用ボイラを負荷に応じて圧力を変化
させて変圧運転する、いわゆる全負荷運転では超臨界圧
域、部分負荷運転では亜臨界圧域で運転する変圧運転ボ
イラとすることによって、部分負荷運転での発電効率を
数％向上させることができる。

このためにこの石炭専焼火力においては、ボイラ負荷が
常に全負荷で運転されるものは少なく、負荷を昼間は７
５％負荷、５０％負荷、２５％負荷へと負荷を上げ、下
げして運転したり、あるいは夜間は運転を停止するなど
、いわゆる高頻度起動停止（Ｄ　ａｉｌｙ　Ｓ　ｔａｒ
ｔ　Ｓ　ｔｏｐ以下単にＤＳＳという）運転を行なって
中間負荷を担う石炭専焼火力へと移行しつつある。

またＤＳＳ運転を行なう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９重油、ガス等を補助燃
料として用いている。

それは起動時においては石炭専焼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ないので石炭を微
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９重油、ガス等が用いられている。

例えば起動時には軽油９重油を用いる場合は、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、４０％負荷以上になると
補助燃料の重油と主燃料の微粉炭を混焼して順次補助燃
料の重油量を少なくするとともに主燃料の微粉炭量を多
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。

以下、第７図および第８図を用いて微粉炭焚ボイラの起
動時における概要について説明する。

第７図及び第８図は微粉炭焚ボイラの概略系統図および
従来の微粉炭バーナの拡大断面図を示す。

第７図に示す微粉炭焚ボイラ１をコールドスタートする
際は、まず第８図に示す微粉炭バーナ７の軽油点火バー
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
焚き上げる。そして。

ボイラ火炉４の火炉内温度が十分に上った時点で、第７
図のミル５から微粉炭供給管６、微粉炭バーナ７へ微粉
炭燃料を供給して微粉炭ノズル８からボイラ火炉４内へ
送り、微粉炭専焼へと切り換える。

微粉炭の搬送用媒体は、第７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から供給される塊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８図には従来技術の微粉炭バーナ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内に役人される。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
さ九やすい。なお、第７図の符号１５は重油タンク、１
６は軽油タンクである。

第５図は縦軸に濃厚側の微粉炭（Ｃ）と空気（Ａ）の重
量比（以下単にＣ／Ａという）を示し、横軸にバーナ負
荷を示した特性曲線図である。

第５図の実線Ａで示すように、バーナ負荷の低下に伴っ
てＣ／Ａが低くなることが判る。

これは、微粉炭の搬送、分級のために止むを得ない現象
である。

それは最低負荷時においては、ボイラ火炉４から微粉炭
バーナ７への逆火、微粉炭バーナ７の微粉炭ノズル８内
での微粉炭の堆積を防止するために最低負荷時において
も空気量は最大負荷時の７０％以下には低下させること
ができないからである。

従来の微粉炭バーナ７においては、ミル５がら空気輸送
されてきた微粉炭を高効率でかつ、低公害で燃焼するた
めに、燃焼用空気を二次エアレジスタ１２、三次エアレ
ジスタ１３によって分割して複数に供給したり、着火性
保炎性の向上を計るために、微粉炭ノズル８の先端に外
周保炎器１７を設けて最適化が計られるが、微粉炭の濃
度即ちＣ／Ａの調整はできなかった。一方、ボイラ等に
一般的に使用されている石炭の燃料比ＦＲ（固定炭素／
揮発分）は、０．８〜２．５程度であり、２．５以上の
高燃料比炭及び、４以上の無煙炭のようにＦＲが高い石
炭では、Ｃ／Ａを高くするか、もしくは微粉炭の粒度を
細かくする等の手段によらなければならない。しかし前
述の第８図に示す特性を持つ微粉炭バーナを使用すると
、ＦＲの高い石炭及び低負荷域でのＣ／Ａの低い状態で
は、着火が不安定になり、ボイラの安全運転上問題があ
る。

これらに対処するために第９図に示すようにミル５から
の低濃度微粉炭流を、濃縮器１８の慣性力等を利用して
、高Ｃ／Ａ流体（微粉濃厚）と低Ｃ／Ａ流体（低濃度）
に分岐し、高Ｃ／Ａ流体を微粉炭バーナ７での安定燃焼
に用いる方法が有効である。

第９図は、この考え方の例を示したもので、ミル５から
の微粉炭供給管６に例えば、濃縮器１８を設置し、濃縮
器１８の慣性力で高Ｃ／Ａになった微粉炭流を外側流路
１９の外周保炎器１７の内側に供給し、一方、低Ｃ／Ａ
になった微粉炭流を内側流路２ｏに供給するものが提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］従来技術のうち第９図に示す濃縮器（サイクロン方式）
１８の場合、外側流路１９の微粉炭流を高濃度にできる
反面、内側流路２ｏの低濃度側の空気の処理が問題とな
る。濃縮器１８の入口流速は負荷に応じて変化するため
に、濃縮器１８における微粉炭の分離効率も変動する。

このために、内側流路２０の低濃度側にも、かなりの微
粉炭が流入することになり、ボイラ火炉４内に放出する
場合、未燃分の増加、もしくは、ボイラ火炉４内での異
常燃焼にもつながる。したがって微粉炭の高濃度もさる
ことながら、低濃度側の微粉炭粒子を、安定に燃焼する
工夫が必要となる。また、せっかく分離して高濃度化し
た微粉炭を微粉炭バーナ７からボイラ火炉４に投入する
場合、高濃度側の微粉炭と低濃度側の微粉炭が干渉する
ために、安定燃焼が困難であった。

さらに所定の微粉炭濃度にまで濃縮しようとすると、か
なり大きな濃縮器（サイクロン）１８が必要になり、数
十台もの微粉炭バーナ７を用いる事業用ボイラには、バ
ーナ周りの制約から適応が難しい。

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、高燃料比炭、低負荷燃焼時で
あっても微粉炭を安定に燃焼させることができ、しかも
補助燃料量を節約できる微粉炭バーナを得ようとするも
のである。

［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
先端に濃厚側微粉炭ノズルを設け、濃厚側微粉炭ノズル
を外周保炎器の内側に配置したものである。

［作用］微粉炭高濃度化は、微粉炭粒子の慣性力によるものであ
るが、濃縮した微粉炭流を複数の濃厚側微粉炭ノズルに
よって微粉炭バーナの外周保炎器の内側へ供給するので
、高燃料比炭や時間的なＣ／Ａの変化が発生しても、流
速変動に対して優れた保炎効果を維持できる。

また、濃縮器の持つ欠点である低濃度側微粉炭の処理が
容易となる。すなわち、高濃度微粉炭は、低濃度微粉炭
の周囲に供給されるために中心部の低濃度微粉炭粒子は
、周囲からの輻射熱によって、安定に着火することがで
きる。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る微粉炭バーナの縦断面図
、第２図は第１図のｎ−ｎ線拡大側面図、第３図および
第４図は第１図の先端部を示す拡大図、第５図は縦軸に
濃厚側Ｃ／Ａ、横軸にバーナ負荷を示した特性曲線図で
ある。

第１図から第４図において２符号３から符号２０は従来
のものと同一のものを示す。

２１は切り替えダンパ、２２は微粉炭流、２３は低負荷
時流路、２４は高負荷時流路、２５は濃厚側微粉炭ノズ
ル、２６は希薄側微粉炭ノズル、２７は内壁、２８は外
壁である。

第１図において、図示していないミルから空気輸送され
てきた微粉炭流２２は、バーナ負荷に応じて流踏切り替
えダンパ２１によって、高負荷時流路２４もしくは低負
荷時流路２３に流れる。

低負荷時には、切り替えダンパ２１は第１図の実線で示
すように下向きに、高負荷時には、第１図中の破線で示
すように斜めに位置する。低負荷時流路２３から流入し
た微粉炭と１次空気は、濃縮器１８に接線方向に流入し
、旋回噴流となるが、濃縮［１８のベンチュリー１４の
後方に設けた濃厚側微粉炭ノズル２５で旋回成分が消さ
れるために自由噴流となり、個々の濃厚側微粉炭ノズル
２５よりボイラ火炉４内に噴出される。

一方、高負荷時流路２４から流入した微粉炭と１次空気
は、濃縮器１８の内部に旋回がかけられずに投入される
ために、切り替えダンパ２１が破線の位置で最も旋回強
度が低くなる６濃縮器１８に流入した微粉炭は、第１図に示すように濃
縮器１８内を帯状に内壁を沿うように流れ、ベンチュリ
ー１４を通過した後に拡大部で減速されて、微粉炭の濃
厚側微粉炭ノズル２５と希薄側微粉炭ノズル２６に分か
れる。

一方、燃焼用空気は微粉炭を搬送する１次空気に加えて
二次エアレジスタ１２からの２次空気と三次エアレジス
タ１３からの３次空気に分割されて供給され、バーナ部
で空気比（バーナに供給される微粉炭量の理論空気流量
に対する比率）０．７から１．２の範囲になるように微
粉炭バーナ負荷もしくは炉出口のＮＯｘの濃度に応じて
調整する。

高濃度の微粉炭流は、従来の微粉炭バーナによく見られ
るように同軸で供給することなく、複数の濃厚側微粉炭
ノズル２５によって供給するために、希薄側微粉炭ノズ
ル２６との距離を離すことが出来、濃厚な微粉炭粒子の
分散を極力抑えることができる。

以下、第２図と第１０図を用いてその差異について説明
するが、第２図は第１図の■−■縁側面側面拡大図発明
の実施例に係る微粉炭バーナを示し、第１０図は第９図
のＸ−Ｘ線側面拡大図で従来の微粉炭バーナを示す。な
お１重油起動バーナ３は図面では省略しである。

第２図および第１０図において、８は微粉炭ノズル、１
７は外周保炎器、１９は外側通路、２０は内側通路、２
５は濃厚側微粉炭ノズル、２６は希薄側微粉炭ノズル、
２７は内壁、２８は外壁である。

第１０図における微粉炭バーナにおいては、希薄側微粉
炭流はバーナ中心部の内側流路２０へ、一方濃厚側微粉
炭流は第１０図の斜線で示す外側流路１９へ流れる０通
常、希薄、濃厚側に流れる搬送用の１次空気流量配分比
は固定されるために、それぞれの流路断面積比率は一定
である。また、微粉炭を図示していない濃縮器１８で濃
縮するために、外側流路１９の１次空気流量は内側流路
２０の１次空気流量と比較すると、かなり低く設定する
ために、微粉炭噴流を同軸で供給する場合、外側流路１
９は非常に薄いドーナツ状の断面となる。

これでは、微粉炭を、濃縮しても、バーナ後流において
、内側流路２０の微粉炭噴流と混合し、分散してしまう
ために、微粉炭の濃縮による著大保炎効果が低下してし
まう。

一方、第２図に示す微粉炭バーナによれば、濃厚側微粉
炭ノズル２５と希薄側微粉炭ノズル２６の距離を内壁２
７．外壁２８によって離すことができるため濃縮された
微粉炭流は、分散することなく確実に外周保炎器１７へ
供給されるために着火することができる。ちなみにバー
ナ中心から濃厚側噴流の中心までの距離Ｒ工、ｒ工と希
薄側噴流半径Ｒ，，ｒ２の比率で比較してみると、第１
０図に示すｒ工／Ｒユと比較して第２図に示すＲ，／Ｒ
２の方が大きいことからも明らかである。

また、濃厚側微粉炭ノズル２５からの微粉炭流を分割す
ることによって、外周保炎器１７の半径方向短ＩＩ（外
周保炎器１７の厚み）を増すことができるために保炎効
果の向上を計ることができ、低負荷において、濃厚側の
Ｃ／Ａが低下するようなことがあっても、安定な燃焼が
可能となる。

他方、第３図は微粉炭ノズル８先端における濃厚、希薄
に分離する際の微粉炭流れを示すが、この微粉炭ノズル
８の先端部においても、従来の微粉炭バーナとは異なる
。

つまり、第９図、第１０図に示す従来の微粉炭バーナに
おいては、外側流路１９の濃厚側微粉炭流と、内側流路
２ｏの希薄側微粉炭流が同軸状に形成されるが、第３図
のものにおいては濃厚側微粉炭ノズル２５からの濃厚側
微粉炭流と希薄側微粉炭ノズル２６からの希薄側微粉炭
流は別々に形成される。

つまり、第３図の実線で示すように濃厚側微粉炭流を複
数の濃厚側微粉炭ノズル２５より供給し、希薄側微粉炭
流を破線で示すように希薄側微粉炭ノズル２６より供給
し、しかも、濃厚側微粉炭流と希薄側微粉炭流の間に内
壁２７．外壁２８で距離をもつことができるので保炎効
果が向上する。

第４図は他の実施例を示すもので、第３図のものと異な
る点は、第３図のものにおいては濃厚側微粉炭ノズル２
５を内壁２７に面一に設けたが、第４図のものにおいて
は、濃厚側微粉炭ノズル２５の上流側を内壁２７から突
出させて分散ノズル２９を設けたものである。

第４図に示すように分散ノズル２９を内壁２７から突出
させることによって分散ノズル２９と内壁２７の間には
、微粉炭の循環領域３ｏが形成されるので、偏流した微
粉炭流が直接濃厚側微粉炭ノズル２５に飛込む確率が少
なくなり安定した火炎が形成される。

第６図（ａ）　、　（ｂ）に燃焼特性のうち火炉出口部
における灰中未燃分と排ガス中のＮＯｘ濃度について従
来の微粉炭バーナのものは曲線Ｃ，Ｄ、本発明の実施例
に係る微粉炭バーナのものは曲線Ｅ。

Ｆで比較して示した。これは微粉炭５０Ｋｇ／ｈのテス
ト炉で得た実験データであるが、排ガス中のＮＯｘ濃度
に関しては第６図（ｂ）の曲線り、　Ｆで示すように負
荷５０％以上ではほとんど差がないのに対し、負荷５０
％以下では差があり、灰中未燃分では第６図（ａ）の曲
線Ｃ，Ｅで示すようにバーナ負荷５０％以下で本発明の
実施例に係る微粉炭バーナの灰中未燃分が大きく減少し
ている。

これは第５図の直線Ａから曲線Ｂへの低負荷燃焼時にお
いても安定燃焼が可能になったことを示している。

このように本発明の実施例に係る微粉炭バーナを実機に
適用すると油、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、外部に微粉炭の濃縮器等の補機を設置しないた
め省スペース化が計られ、特に既設の微粉炭焚ボイラ等
の微粉炭バーナの改造に適している。

［発明の効果］本発明によれば、濃厚側微粉炭ノズルによって微粉炭バ
ーナの負荷が３０％以下であっても微粉炭専焼ができ、
補助燃料を大幅に節減できる。

また、微粉炭バーナ単独でこのような低負荷燃焼が可能
になることによって、ミルのカット（バーナカット）が
不要となるために、補助燃料費用とは別に急速な負荷変
化運用（ＤＳＳ運転）が可能になる。

【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縦断面図
、第２図は第１図の■−■線拡線側大側面図３図は第１
図の先端部を示す拡大図、第４図は第３図の他の実施例
を示す拡大図、第５図は縦軸に濃厚側Ｃ／Ａ、横軸にバ
ーナ負荷を示した特性曲線図、第６図（ａ）、（ｂ）は
縦軸に灰中未燃分、排ガス中のＮＯｘ濃度、横軸に負荷
を示した特性曲線図、第７図は微粉炭焚ボイラの概略系
統図、第８図および第９図は従来の微粉炭バーナの縦断
面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線側面拡大図である。６・・・・・・微粉炭供給管、８・・・・・・微粉炭ノ
ズル、１７・・・・・・外周保炎器、１８・・・・・・
濃縮器、１９・・・・・・外側流路、２０・・・・・・
内側流路、２１・・・・・・切り替えダンパ、２５・・
・・・・濃厚側微粉炭ノズル。第３図第４図ツマ−”づ−１雫伺　（％）第６図負荷（％）第９図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

　微粉炭ノズルの先端に外周保炎器を設け、かつ微粉炭
供給管の途中に微粉炭濃度を変える濃縮器と、この濃縮
器の上流に開、閉する切り替えダンパを設けて低負荷時
流路と高負荷時流路に分割し、切り替えダンパの開、閉
によつて微粉炭ノズル内の微粉炭濃度を可変にするもの
において、前記微粉炭ノズルの先端に濃厚側微粉炭ノズ
ルを設け、濃厚側微粉炭ノズルを外周保炎器の内側に配
置したことを特徴とする微粉炭バーナ。