JPH0325685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、石炭燃焼炉用の燃焼装置と方法、よ
り詳細には主燃料として石炭を用い、石炭と空気
の混合物を燃焼させる装置と方法に関するもので
ある。

発明が解決しようとする問題点 典型的な石炭燃焼装置では、微粉炭機、すなわ
ちミルから微粉炭バーナーへ一次空気中に浮いた
個々の微粒子から成る石炭が供給され、燃焼を維
持する十分な量の空気を供給するため二次空気が
送られる。最初の点火後、燃焼過程で生じた火炎
とガスの局部的再循環により石炭は燃焼を続け、
燃焼は炉内の火炎および炉壁からの幅射と、炉内
の火炎からの伝導によつて助けられる。

上記形式の装置では、かなり長期にわたつて炉
を運転させたあとでは、石炭は容易に燃焼する。
しかしながら、起動のとき、点火用火炎を提供
し、炉壁、接触伝熱面、および空気予熱器を暖め
るためには、通常の主ノズルからの１次空気と石
炭の混合物は、通常希薄過ぎて、比較的寒い環境
のもとでは燃焼するまでに至らない。このため、
炉壁、接触伝熱面、および空気予熱器を暖めるた
めに油またはガス燃焼点火装置と（または）ガン
を設置することが一般に行なわれてきた、それは
これらの燃料が点火が非常に容易という利点を有
しており、この結果、燃焼を始めるための熱量が
少なくてすむからである。点火装置は、通常、電
気火花装置で起動され、ガンは、通常、点火装
置、または高エネルギー、すなわち高電圧装置に
よつて着火される。

石炭燃焼炉に対する補助燃料もう一つの利用
は、低下した負荷条件において、石炭供給が減少
し、したがつて、石炭の火炎の安定性が低下した
ときである。そのような条件下では、炉内の火炎
の安定性を維持し、炉内に未燃焼石炭塵が堆積す
るのを避けるために、油またはガス点火装置が使
われる。

しかし、最近では、それらの燃料の値段が急上
昇したこと、また入手しにくくなつてきたことか
ら、油またはガス燃焼式起動用または低負荷用ガ
ンの上述の利点は、帳消しになつた。この事情
は、石炭燃焼ノズルの動作が、伝統的なベース負
荷モードから、この種の装置を支障するため補助
用油装置やガス装置をさらに強く必要とする循環
（cycling）モードまたは切替（shifting）モード
へ次第に変わつてきたために、いつそうひどくな
つた。

これらの問題点を解決するため、ミルから出た
正常の微粉炭と空気の混合物から空気を分離して
濃い状態の微粉炭を作り、次に、得られた濃い状
態の微粉炭をノズルから噴射するとき濃い状態の
微粉炭の燃焼を維持するようにその空気を導入す
ることが提案された。しかし、この方法は、石炭
を分離して、それを濃い状態でノズルへ送るため
に、ノズルの外部に非常に複雑かつ高価な装置が
必要である。

以上から、本発明の第１の目的は、暖機、起
動、および低負荷時の安定化を行なうための補助
燃料、たとえば油またはガスの必要性を大幅に減
らした、またはその必要性をなくした石炭燃焼炉
用の燃焼装置と方法を提供することである。

本発明の第２の目的は、暖機、起動、および低
負荷状態のとき点火して使われるより濃い状態の
微粉炭が供給されるようになつている上記形式の
燃焼装置と方法を提供することである。

本発明の第３目的は、複雑で高価な外部装置を
必要とすることなく、微粉炭機から出た通常の微
粉炭と空気の混合から空気を分離し、濃い状態の
微粉炭を作り、次に、得られた濃い状態の微粉炭
をノズルから噴射するとき濃い状態の微粉炭の燃
焼を維持するようにその空気を導入する上記形式
の燃焼装置と方法を提供することである。

本発明の第４の目的は、石炭と空気の混合物を
受け入れて空気と石炭とを分離し、燃焼を維持す
るように両者を噴射する分離器ノズル組立を備え
ている上記形式の燃焼装置と方法を提供すること
である。

問題点を解決するための手段 上記およびその他の目的を達成するために、本
発明の装置と方法は、ミルからの石炭と空気の混
合物を二つの独立した流れに分割する分割装置を
備えている。分割装置には、一方の流れを受け入
れて、石炭を十分に含む第１混合物と空気を十分
に含む第２混合物を作る分離器ノズル組立が接続
されている。また、分割装置には、石炭と空気の
他方の流れを受け入れて、それを第１および第２
混合物が燃焼を維持するように噴射するノズルが
接続されている。起動および低負荷状態のときに
は分離器ノズル組立に比較的大量の混合物が導入
され、他方高負荷状態のときにはノズルに比較的
大量の混合物が導入されるように、分割装置は分
離器ノズル組立およびノズルに対する混合物の量
を変更するようになつている。

上述の簡単な説明のほか、本発明の他の目的、
特徴、および利点については、添付図面ととも
に、本発明による現在好ましい、しかし説明のた
めの実施例の以下の詳細な説明を参照すれば、よ
り完全に理解されよう。

実施例 第１図を参照すると、ミルすなわち微粉炭機２
には、一次空気ダクト６から空気を受け入れる入
口４が設けられている。ダクト６は外部空気源に
接続されており、空気を予熱するために加熱器ま
たは類似品をダクト内に配置することができるこ
とがわかる。ミル２は外部供給源から原料炭を受
け入れるため２個の入口８，１０が設けられてお
り、空気と石炭はともに負荷制御装置（図示せ
ず）の制御を受けてミルに導入されると理解され
たい。

ミル２は、通常の仕方で動作し、石炭を乾燥さ
せ、比較的微細な粒子に粉砕する。ミル２の上部
に位置する出口は、微粉炭と空気の混合物を受け
入れるための導管１２の一端に接続されている。
導管１２内に設けられた遮断弁１４は、導管の他
端に接続されたエルボ１６およびエルボ１６に接
続された分割装置１８に向う石炭／空気の混合物
の流れを制御する。エルボ１６は長方形断面を有
し、石炭は遠心力によりエルボの曲りの外側部分
１６ａ（すなわち、第１図を見たとき右側）のほ
うへ移動してくる。この結果、流れが分割装置１
８に入るとき、石炭は必然的に濃縮され、以下述
べる理由により分割装置の外側表面１８ａ上に広
がる。なお、以上の状態を第２図及び第３図につ
いて示すと次のようになる。第２図は第１図を90
度回転させた状態を示し、第３図はその第２図を
同一方向にさらに90度回転させた状態を示す。こ
のため、第１図と第３図とでは左右方向が逆にな
る。第１図において分割装置の外側表面１８ａ上
に、すなわち右側方向に集中した石炭は、第３図
においては左側方向、すなわち、すきま３９があ
る側とは反対側に集中する。また、第２図におい
ては、石炭は紙面と垂直な方向において看者に近
い方の側に集中する。明確にするため、１本の導
管１２のみが図示されているが、ミル２は、数個
のエルボ１６および分割装置１８に接続された、
数個の導管１２と同じ導管に接続された数個の出
口を有しており、その出口、導管、エルボ、およ
び分割装置の数は、個々の炉に使用されたバー
ナ、すなわちノズルの数に対応していることがわ
かる。

分割装置１８は、第２図および第３図に詳細に
示してあるように、エルボ１６の端部に接続され
た連結フランジ２０を有する。分割装置１８の内
部に設けられたダンパー２２は、主分割室２３
を、エルボ１６の端部に対し一直線をなして延び
ている室２４と、室２４のすぐ隣りに延びている
室２６とに分割する。分割装置１８の２個の出口
２８，３０は、室２４，２６に一致し、出口２
８，３０をそれぞれ２個の導管３６，３８に接続
する連結フランジ３２，３４を有している。ダン
パー２２は、制御装置（図示せず）の制御を受け
て軸２２ａのまわりに旋回し、室２４，２６間の
比例する流量、したがつて導管３６，３８に対す
る出力を変更する。

ダンパー２２が第２図の実線で示した位置にあ
るときは、室２３からの大部分の流れが室２６の
ほうに転向され、ダンパー２２が点線で示した位
置にあるときは、室２３からの大部分の流れが室
２４のほうに向けられる。分割装置１８の側壁に
対するダンパー２２の自由端の距離により、軸２
２ａを動作させる制御装置が要求通りに、各々の
室２４，２６に対する流量を制御することができ
る。

また、ダンパー２２は、第３図に示すように、
ダンパーの縁部と分割装置の対応する壁との間に
すきま３９が形成されるように、設計され、寸法
が決められている。このすきまは、ダンパーが実
線位置にあるときは室２３から室２４へ若干の流
れを許し、同様に、ダンパーが点線位置にあると
きは室２３から室２６へ若干の流れを許す。ダン
パー２２の回転とすきま３９の存在との組合せ効
果により、あらゆる負荷において、空気と石炭の
流れ全体があとで詳述する所定の動作特性が生じ
させる比率で、各々の室２４，２６に分割され
る。

再び、第１図を参照すると、導管３８は分離器
ノズル組立４０に連結されており、導管３６は、
組立４０の周囲に間隔をおいて同心軸上に延びて
いる円錐形のノズル４１に連結されている。分離
器ノズル組立４０は、第４図にわかり易く図示さ
れているように、導管３８を受け入れるための入
口４２ａをもつ細長いハウジング４２を有する。
ハウジング４２の入口端部に配置されたプラグ部
材４４は、開口４２ａつまり導管３８に通じてい
る中細ボア４４ａを有する。ハウジング４２の
ほゞ全長にわたつて延びているよろい張りの（ル
ーバー付きの）円錐体４６の一端はボア４４ａの
中に延びている。円錐体４６の他端から延びてい
る比較的短かい噴射管４８は、ハウジング４２の
他端と同じ平面内にある。円錐体４６とハウジン
グ４２の間には環状室５０が形成されており、室
５０の噴射端には、あとで述べる理由のため、複
数のうず巻形羽根５１が配置されている。

再び、第１図を参照すると、分離器ノズル組立
４０とノズル４１は、たとえばボイラの一部を構
成する通常の炉の前壁５４に作られた貫通開口５
２に対し軸方向に一直線上に配置されている。図
示してないけれども、炉は開口５２のすぐ隣りに
燃焼室５６を形作るよう適当な形状の後壁と側壁
を有しているものと理解されたい。炉の他の壁と
同様、前壁５４は、適当な断熱材料を含んでお
り、特に図示してないが、燃焼室５６は、蒸気を
発生させるため通常の仕方で熱交換流体、たとえ
ば水が循環するボイラ管と一直線をなすようにで
きることも理解されたい。

炉壁５４に平行に配置された垂直壁６０には、
分離器ノズル組立４０とノズル４１とを受け入れ
る開口が設けられている。さらに、一般に“二次
空気”と呼ばれる燃焼維持用空気を通常の仕方で
受け入れる高圧室、すなわち風箱を、壁６０とと
もに形成する天井壁、底壁、および側壁が設けら
れているものと理解されたい。

ノズル４１の周囲、前壁５４と壁６０との間に
は、環状板６２が延びており、前壁５４と環状板
６２との間には、風箱から開口５２へ通過する二
次空気のうず巻きを制御するため、複数のレジス
タ・ベーン６４が旋回できるように取り付けられ
ている。第１図には２個のレジスタ・ベーン６４
のみが図示されているが、図示ベーンに対し円周
方向に間隔をおいて数個の多くのベーンが延びて
いるものと理解されたい。また、ベーン６４の旋
回取付けは、通常の仕方で、たとえばベーンを軸
（略図で示す）上に取り付け、軸を前壁５４と環
状板６２に設けられた適当な軸受で支持すること
によりなすことができる。また、ベーン６４の位
置は、クランク等により調整可能にすることがで
きる。上述の構成部品はありふれたものであるか
ら、図面には記載せず、さらに詳しい説明は省略
する。

石炭／空気の混合物が開口５２に向つて噴射す
る前に、ノズル４１の内壁と分離器ノズル組立４
０のハウジング４２との間の環状通路を通過する
とき、混合物に対しうずが付与されるように、導
管３６とノズル４１間の接続は接線方向になつて
いることに注目されたい。

記載の便宜上、図示してないが、分離器ノズル
組立４０から噴射する濃い状態の微粉炭に対し短
時間点火エネルギーを発生させて微粉炭を点火す
る、各種の装置を設置することができるものと理
解されたい。たとえば、電弧点火装置形式の高エ
ネルギー電気火花装置、または通常の小型の油ま
たはガス式ガン点火装置を分離器ノズル組立４０
で支持することができる。

前に述べた炉がボイラーの一部を構成し、その
ボイラを起動することが要求されたものとする
と、入口４に空気が導入され、ミル２の入口８，
１０に比較的小量の石炭が導入され、所定の微粒
度に粉砕される。所定の割合の比較的薄い空気と
微粉炭の混合物がミル２から吐き出されて導管１
２、弁１４、およびエネルギ１６を通つて分割装
置１８の室２３に入る。混合物がエルボ１６を通
過するとき、前述したように、石炭はエルボ１６
の外側部分、すなわち、エルボ１６の半径方向外
方の外側表面１８ａの部分（第１図では右側部
分、第２図では看者に近い側の部分、第３図では
左側部分）に向かつて集中するので、第３図を参
照すれば、右側部分、すなわち、すきま３９があ
る側の部分に入る混合物の大部分は空気であり、
他方、左側部分に入る混合物の大部分は石炭であ
る。

分割装置のダンパー２２が第２図の実線位置に
あるときは、室２３を通過する石炭と空気の混合
物の大部分は、室２６、そして分離器ノズル組立
４０に通じている導管３８に向けられる。

室２３内の石炭と空気の混合物の残りの部分の
石炭は、第３図を見て、室２３の左部分に濃縮さ
れ、空気は右部分にある。この結果、分離器の下
流の構成部品をある大きさに作ることによつて与
えられた抵抗で生じた静圧により、室２３からの
比較的大量の空気と比較的小量の石炭は、すきま
３９を通つて室２４に流入する。このようにして
室２４に入つた比較的小量の空気と石炭は、導管
３６を通つてノズル４１へ流れる。

導管３８から分離器ノズル組立４０へ流入する
石炭／空気の混合物は、プラグ部材４４の中細ボ
ア４４ａ（第４図）を通過する。この中細ボア４
４ａによつて、混合物の石炭部分は円錐体４６を
通る中心経路を取ろうとし、そして空気は石炭を
取り囲む円錐体のよろい張りの壁部により近い経
路で円錐体を通過しようとする。円錐体４６を通
過しているとき、円錐体のよろい張り部分の近く
を通る石炭の一部分は第５図に実線の流線で示し
た経路を取る、すなわち、よろい張りで転向され
て円錐体の中央部へ向かつて戻ろうとする一方、
空気は、点線の流線で示すように、よろい張りの
すきまを通り抜けて円錐体４６とハウジング４２
間の環状室５０に入ろうとする。その結果、高い
石炭／空気比をもつ濃い状態の微粉炭が円錐体４
６の噴射管４８から噴射し、そして空気が室５０
から出るとき、うず巻き羽根５１によつてうずが
付与される。うず巻き羽根５１により空気に付与
されたスピンの結果および形成されたうずの逆流
効果で、石炭と空気は、噴射管４８の前方で混り
合い、ぐるぐる回わる。この結果、既に述べた方
法の１つ、たとえば高エネルギ電気火花から直接
に、または油またはガス式点火装置で容易に点火
することが可能な濃い混合が得られる。ミル２か
らの石炭の出力は少ないけれども、石炭の濃縮に
より点火のとき、望ましい必要な濃い混合物が得
られる。この構造によつて形成されるうずは、燃
えている石炭の燃焼生成物に望ましい再循環を生
じさせ、新しい石炭が点火領域に入つたとき、そ
れを点火するために必要な熱エネルギを提供す
る。ベーン６４は火炎の安定性を助けるため、必
要なとき、燃焼プロセスに二次空気を供給するよ
う調整することができる。

同じミルの多くのノズルを稼動させるか、多く
のミルを同じように稼動させることによつて負荷
を増すことが可能である。要求された数のミルと
ノズルを稼動させ、さらに負荷を増すよう要求さ
れた場合には、各ミルに対する石炭の流量が増や
される。同時に、第３図を見て、分割装置１８の
左側に濃縮した若干量の微粉炭を一次空気量とい
つしよに室２４へ向かわせ、導管３６を介して直
接ノズル４１へ通すために、各ミル２０に組み込
まれたダンパー２２が室２６のほうに回転され
る。

石炭の割合が能力一杯まで増大するとき、分割
装置のダンパー２２は、第２図の点線でおおまか
に示した位置に達するまで室２６のほうに続けて
回転される。この位置では、室２４、したがつて
ノズル４１に入る石炭／空気の混合物の流量が最
大になる一方、若干量の混合物がすきま３９を通
つて、ダンパー２２、室２６を通過し、分離器ノ
ズル組立４０に流入する。分割装置のダンパー２
２の動作をミルの出力負荷で特徴づけることによ
り、分離器ノズル組立４０に向う石炭と燃焼維持
用空気の量を、低い熱入力値（全負荷の約５−20
％）に保つことができ、同時にノズル４１は必要
なとき、負荷を増大（または、減少）させる。分
離器ノズル組立４０によつて十分なじよう乱が維
持され、負荷が増したときは、主レジスタ・ベー
ンの効果と二次空気の流れパターンとが、バーナ
全体の安定性をさらに助ける。

発明の効果 以上から、いくつかの利点が得られる。たとえ
ば、起動のとき、点火装置によるエネルギー消費
は、分離器ノズル組立４０からの濃い状態の微粉
炭を直接点火するのに必要な非常に短かい時間の
間だけであり、そのあとの起動と暖機は、もつぱ
ら、室５０とノズル４１とからうずを巻いた空気
により維持される濃い状態の微粉炭の燃焼によつ
てなされる。さらに、濃い状態の微粉炭は、広い
負荷範囲において石炭の主火炎を安定化するの
で、より柔軟性のある動作が得られるとともに補
助燃料の操作が少なくてすむ。また、低負荷状態
において、すきま３９は、導管３８による燃焼に
は必要でないが、ミルおよびその導管には必要で
ある余分の一次空気流を導管３６へ解放する手段
になり、他方、高負荷状態において、すきま３９
はバーナの火炎を維持するため低負荷用装置に若
干量の空気と石炭が流入することを許す。その
上、分離器、フアン、構造支持物、および導管を
含む、複雑かつ高価な外部装置を必要としない。

以上説明した装置と方法は、流れが種々の平行
通路に分割され、付加的圧力損失が最小限に保た
れるから、大部分の既存装置およびあらゆる新し
い設備に適応することができる。

本発明は、開示した特定装置に限定されない
が、前述の成果が得られる限りにおいて他の形態
のものにも適応することができる。

以上の開示内容は、修正、変更、および代替を
自由にすることができ、ある場合には、発明のい
くつかの特色が採用され、他の特色は使用されな
いであろう。したがつて、特許請求の範囲は広
く、そして、発明の要旨と範囲に合致するよう
に、解釈すべきものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼装置を示す略図、第２
図と第３図は、それぞれ第１図と第２図の線２−
２，３−３に沿つた拡大断面図、第４図は、第１
図の装置に使われた分離器ノズル組立の拡大断面
図、および第５図は、第４図の線５で囲んだよろ
い張り壁部の拡大断面図である。 ２……ミル（微粉炭機）、４……入口、６……
一次空気ダクト、８，１０……原料炭入口、１２
……導管、１４……遮断弁、１６……エルボ、１
８……分割装置、１８ａ……外側表面、２０……
連結フランジ、２２……ダンパー、２２ａ……
軸、２３……主分割室、２４，２６……室、２
８，３０……出口、３２，３４……連結フラン
ジ、３６，３８……導管、３９……すきま、４０
……分離器ノズル組立、４１……ノズル、４２…
…ハウジング、４２ａ……入口、４４……プラグ
部材、４４ａ……中細ボア、４６……よろい張り
の円錐体、４８……噴射管、５０……環状室、５
１……うず巻き羽根、５２……貫通開口、５４…
…前壁、５６……燃焼室、６０……垂直壁、６２
……環状板、６４……レジスタ・ベーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも壁の一部分が複数のよろい張りで
   作られており、石炭と空気の第一混合物を受け入
   れ、該第一混合物を主に石炭を含む第一分流と主
   に空気を含む第二分流とに分ける円錐体４６と、
   前記円錐体の入口の端部に接続し、前記円錐体内
   部に前記第一混合物を送り込む導管３８と、前記
   第一分流および前記第二分流を放出する放出開口
   とからなる第一ノズル組立体４０と、 前記円錐体の周囲に形成され、石炭と空気の第
   二混合物を受け入れ、前記第一分流および前記第
   二分流の周囲に前記第二混合物を噴射する第二ノ
   ズル組立体４１と、 からなる石炭と空気の混合物の燃焼装置。 ２ 外部から石炭と空気との混合物を受け入れ、
   その混合物を前記第一混合物と前記第二混合物と
   に分ける手段１８を備えていることを特徴とする
   請求項１記載の燃焼装置。 ３ 前記第一ノズル組立体４０は、前記第一混合
   物における石炭と空気との比率を変える手段を備
   えていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装
   置。 ４ 前記放出開口は前記第一分流と前記第二分流
   とをそれぞれ噴射する二つの出口を有することを
   特徴とする請求項１記載の燃焼装置。 ５ 前記石炭と空気との第一混合物が前記円錐体
   を通る場合、石炭は前記円錐体の中心方向に集中
   し前記第一分流を形成し、空気は前記よろい張り
   を通過して前記第二分流を形成することを特徴と
   する請求項１記載の燃焼装置。 ６ 前記第一ノズル組立体４０は、前記円錐体の
   周囲に沿つて延び、前記円錐体とともに環状通路
   ５０を形成するハウジング４２を有しており、前
   記第二分流は前記よろい張りを通つて該環状通路
   ５０に流入することを特徴とする請求項１記載の
   燃焼装置。 ７ 前記環状通路５０の出口端に配置され、前記
   第二分流に渦を与える渦付与手段を備えているこ
   とを特徴とする請求項６記載の燃焼装置。 ８ 前記第一分流は前記円錐体の端部からベンチ
   ユリ部分４８を通つて噴射され、前記第二分流は
   前記第一分流の周囲に噴射されることを特徴とす
   る請求項７記載の燃焼装置。 ９ 石炭と空気との第一の混合物をよろい張り内
   部に通すことにより、前記混合物の石炭を前記よ
   ろい張り内部の領域に集中させ、前記混合物の空
   気は前記よろい張り内部から外部に通過させる過
   程と、 前記空気を環状通路に噴射する過程と、 前記空気が前記環状通路から外部に噴射される
   ときに前記空気に渦を与える過程と、 前記第一の混合物の石炭を前記よろい張りの外
   部に噴射させる過程と、 燃焼を維持する関係を保ちつつ、前記空気を前
   記石炭の周囲に噴射する過程と、 燃焼を維持する関係を保ちつつ、石炭と空気と
   の第二の混合物を前記石炭に対して前記空気の周
   囲に噴射する過程と、 からなる石炭および空気の混合物の燃焼方法。 １０ 外部から石炭と空気との混合物を受け入
   れ、その混合物を前記第一の混合物と前記第二の
   混合物とに分ける過程をさらに含むことを特徴と
   する請求項９記載の燃焼方法。 １１ 前記混合物における石炭と空気との比率を
   変える過程を含むことを特徴とする請求項１０記
   載の燃焼方法。 １２ 前記石炭と前記空気とは別個の出口から噴
   射されることを特徴とする請求項９記載の燃焼方
   法。