JPH0420702A

JPH0420702A - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JPH0420702A
Application number: JP12128990A
Authority: JP
Inventors: Akira Baba; 彰馬場; Kunio Okiura; 沖浦　邦夫; Shigeki Morita; 茂樹森田; Yoshinobu Kobayashi; 啓信小林
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1992-01-24
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2954656B2

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１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１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１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、１５％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　ｔａｒｔ　Ｓ　ｔｏｐ以下単にＤＤＳ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ＤＤＳ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１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２重油、ガス等が用いられている。

例えば起動時に補助燃料として軽油２重油を用いる場合
には、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６図および第７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６第６図及び第７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
ナの拡大断面図である。

第６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７図に示す微粉炭バーナ７の軽油点火バー
ナ２により、ボイラ負荷の１５％まで焚き上げる。その
後に重油起動用バーナ３を点火する。そして、重油起動
用バーナ３のみで、ボイラ負荷の２５〜３５％まで焚き
上げる。その後にボイラ火炉４の火炉内温度が十分に上
った時点で、第６図に示すミル５から第７図に示す微粉
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６図に示すエアヒータ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７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と重油起動用
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内に投入される。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１５が設けられ
、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
極めて左右されやすい。なお、第６図の符号１６は重油
タンク、１７は軽油タンクである。

一方、ミル５（微粉炭バーナ７）の負荷が低い領域でミ
ル５から供給される微粉炭−空気流中の微粉炭濃度（Ｃ
／Ａ）が低くなるため、着火安定性が悪くなる。

第１１図は横軸にバーナ負荷、縦軸にバーナ（ミル）負
荷に対するミル５から微粉炭バーナ７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
示す特性曲線図である。

この第１１回から、バーナ（ミル）負荷の低下に伴って
Ｃ／Ａが低くなることが分かるが、これは、微粉炭の搬
送１分級のために止むを得ないミル特有の現象である。

バーナ負荷１５％時におけるＣ／Ａは第１１図に示すよ
うに０．０８となり、微粉炭は極めて希薄となり、また
、その時の１次空気量が燃焼に及ぼす空気比としては、
第１０図に示すように炭種により異なるが、いずれの場
合でも１を越える。

従って、この負荷においては１次空気のみで空気過剰と
なるために、２，３次空気は不要となるが、実際には、
ファンの特性上また、微粉炭バーナ７の焼損防止対策と
して２次、３次空気をかなり供給するために、微粉炭バ
ーナ近傍における空気比はかなり高い値となり、微粉炭
粒子は、さらに貴希釈されることになる。このため火炎
が不安定となる。

この微粉炭粒子の希釈に対処するために、ミル５からの
低Ｃ／Ａ微粉炭流を、慣性力等を利用して、濃厚微粉炭
流と希薄微粉炭流に分け、濃厚微粉炭流をバーナ部での
安定燃焼に用いるのが有効である。

第８図は従来技術の微粉炭バーナを示す断面図、第９図
は第８図の微粉炭バーナにおける微粉炭濃度を示した模
式図である。

第８図および第９図において、符号４から１３までは第
７図のものと同一のものを示す。

１８はサイクロン式濃縮器、１９は高濃度側微粉炭流路
、２０は低濃度側微粉炭流路、２１は濃厚微粉炭流、２
２は希薄微粉炭流である。

このような構造において、第７図のものと異なる点は、
サイクロン式濃縮器１８によって微粉炭を濃厚微粉炭流
２１と希薄微粉炭流２２に分離し、濃厚微粉炭流２１は
高濃度側微粉炭流路１９より、希薄微粉炭流２２は低濃
度側微粉炭流路２０よりそれぞれ火炉４内に供給される
点である。つまり。

微粉炭バーナ７の中心部に濃厚微粉炭流２１を、その周
囲に希薄微粉炭流２２を供給し、その周囲に燃焼用の２
次、３次空気が旋回して供給される。

従って、希薄微粉炭流２２の微粉炭は、濃厚微粉炭流２
１の微粉炭により形成される火炎からの輻射熱を効率良
く受けるために、安定燃焼が可能となる。

しかしながら、このサイクロン式濃縮器１８による微粉
炭流の分離では、せっかく微粉炭ノバーナ７の入口で分
離濃縮した濃厚微粉炭流２１が微粉炭バーナ７の出口部
分で低濃度側微粉炭流路２０の希薄微粉炭流２２と再度
混合してしまう。この状態を第９図に模式化して示す。

第９図の微粉炭バーナ７の中心部からは微粉炭バーナ７
の入口においてサイクロン式濃縮器１８で分離濃縮され
た微粉炭流のうち実線の矢印で示すように濃厚微粉炭流
２１が供給される。一方、破線の矢印で示す希薄微粉炭
流２２はその周囲から供給されることになる。バーナ出
口ノズル部における軸方向距離を変えて各々の位置にお
ける半径方向の微粉炭濃度を曲線で示しているが、双方
の噴流はその境界面で、混合するため、微粉炭バーナ７
からの距離が離れるにつれて、せっかく高濃度化した濃
厚微粉炭流２１が希薄微粉炭流２２によって希釈される
ことになる。なお、双方のバーナ出口部における噴出流
速に差が有る場合は流速の差に応じて、強い剪断応力が
かかり、乱流拡散が促進され、−層希釈化が進行する。

このような現象がつきまとうために、微粉炭濃縮部にお
いてはこの希釈現象を考慮して予め着火に必要な微粉炭
濃度以上に濃縮する必要があり、このことによって微粉
炭濃縮に要する動力費用が増加し、微粉炭搬送用の空気
の圧力損失や、その空気量の増加を伴い好ましくない。

［発明が解決しようとする課題］このように補助燃料を用いる微粉炭バーナでは、頻繁な
起動停止運転毎に補助燃料の使用量が増加し、直接ミル
から微粉炭バーナへ微粉炭−空気流を供給する燃焼シス
テムではミル（バーナ）負荷が低い場合、微粉炭バーナ
の着火性が悪くなるために未燃分が増加し、サイクロン
式濃縮器で高濃度化すると動力費用が増加する等の欠点
があった。

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、補助燃料を削減し、しかも微
粉炭バーナの着火安定性を向上させることにより、ＤＳ
Ｓ運転での低負荷運転を行なうことができる微粉炭バー
ナを提供することにある。

［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、微粉炭ノズル内
に微粉炭濃度を変える濃縮器と、この濃縮器の上流に微
粉炭の流れを変えるプラグを設け。

濃縮器とプラグを可動自在に取付けたのである。

［作用］バーナ負荷が４０％以上の高負荷運用時には濃縮器とプ
ラグを離して火炎を安定化し、バーナ負荷が２５％〜４
０％の低負荷運用時にはプラグを前進させて保炎器の内
側に濃厚微粉炭流を形成させ、バーナ負荷が１５％〜２
５％の極低負荷運用時にはプラグと濃縮器を前進させて
濃厚微粉炭流と希薄微粉炭流の混合を遅らせることによ
って達成される。

［実施例コ以下、本発明の実施例を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先端部の
上半分を示した拡大断面図、第２図は微粉炭バーナの全
体構成図、第３図は高負荷運用時における微粉炭バーナ
の拡大断面図、第４図は低負荷運用時における微粉炭バ
ーナの拡大断面図、第５図は極低負荷運用時における微
粉炭バーナの拡大断面図である。

第１図から第５図において、符号３から符号２２は従来
のものと同一のものを示す。

２３は微粉炭ノズル８内に設けられた濃縮器、２４は濃
縮器２３の上流側に設けたプラグ、２５は濃縮器２３と
プラグ２４を前進、後退させる駆動装置、２６は低流速
領域である。

このような構造において、ミルから空気輸送されてきた
第２図に示す微粉炭供給管６内の微粉炭は、微粉炭バー
ナ７の負荷に応じてプラグ２４を駆動装置２５によって
前進させることによって、内側の低濃度側微粉炭流路２
０には希薄微粉炭流２２を、外側の高濃度側微粉炭流路
１９には濃厚微粉炭流２１を分配して流れるようにする
。

つまり、微粉炭バーナ７が高負荷状態で運転される場合
には、プラグ２４は第１図の実線で示した位置に位置し
、微粉炭濃縮器２３に対しては離れた状態となり、微粉
炭は高濃度側微粉炭流路１９と低濃度側微粉炭流路２０
の両方に濃厚微粉炭流２１が流れる。

微粉炭バーナ７が低負荷状態で運転される場合には、プ
ラグ２４を前進させてプラグ２４と微粉炭濃縮器２３が
接融して第２図の一点ａｍで示す位置に位置し、濃縮器
２３による分流で高濃度側微粉炭流路１９には濃厚微粉
炭流２１が、低濃度側微粉炭流路２０には希薄微粉炭流
２２が流れる。

微粉炭バーナ７が極低負荷状態で運転される場合には、
濃縮器２３とプラグ２４を第１図の破線で示す位置へ前
進させて、高濃度側微粉炭流路１９には濃厚微粉炭流２
１を、低濃度側微粉炭流路２゜には希薄微粉炭流２２を
それぞれ流す。

そして、濃縮器２３の先端がボイラ火炉４内へ挿入され
ることによって、高濃度側微粉炭流路１９における濃厚
微粉炭流２１の噴出速度が減衰して、保炎１１５の内側
で着火の安定性が計れるとともに高濃度側微粉炭流路１
９の濃厚微粉炭流２１と低濃度側微粉炭流路２ｏの希薄
微粉炭流２２の混合が遅延されるため、より一層微粉炭
の火炎安定性が向上する。

以下、第３図がら第５図を用いて、高負荷運用時、低負
荷運用時、極低負荷運用時の様子について説明する。

第３図はバーナ負荷が４０％以上の高負荷運用時での濃
縮器２３、プラグ２４の位置を示している。

バーナ負荷が高い場合には、第１１図において既に説明
したように、ミル５は高Ｃ／Ａ　（Ｃ／Ａ）０．２５）
で運転が可能である。このために微粉炭バーナ７の保炎
性は十分であり、しかも、微粉炭の流量が増加するため
に微粉炭バーナ７においては、圧力損失を抑制するため
、できるだけ微粉炭が低濃度側微粉炭流路２０へ流れて
、濃縮器２３をバイパスする運転となる。

このため、プラグ２４に沿って流れる高負荷運用時での
低濃度側微粉炭流路２０の微粉炭は、濃縮されないこと
になり、従来の濃縮器の無い微粉炭バーナ７と機能的に
変らない運転状態となる。

第４図は、バーナ負荷が２５％から４０％の中間負荷運
用時における濃縮器２３とプラグ２４の位置を示してい
る。

つまり、第３図に示す微粉炭バーナの高負荷運用時と第
４図に示す微粉炭バーナの低負荷運用時の異なる点は、
プラグ２４がボイラ火炉４側へ移動したのみである。

つまり、プラグ２４は、第４図に示すように濃縮器２３
に挿入された状態となり、微粉炭流は第４図の矢印で示
すように微粉炭ノズル８の外側を流れるようになる。そ
して、濃縮１１２３で反転流ができるために、低濃度側
微粉炭流路２０には希薄微粉炭流２２が微粉炭バーナ７
の中心部に流れ、一方、高濃度側微粉炭流路１９には濃
厚微粉炭流２１が流れ、濃厚微粉炭流２１が保炎器１５
の内側を通過す−る。従って、濃厚微粉炭流２１が保炎
器１５の内側で滞留して、保炎が確実となる。この状態
での微粉炭の分配率は高濃度側微粉炭流路１９側に７０
〜９０％、１次空気の分配率は高濃度側微粉炭流路工９
に５〜３０％、入口側に対する高濃度側微粉炭流路１９
の濃縮率は２〜４．５倍程度となり、保炎に必要なＣ／
Ａを確保できる。

第５図はバーナ負荷が１５％から２５％の極低負荷時に
おける濃縮器２３とプラグ２４の位置を示している。

つまり、第４図に示す微粉炭バーナの低負荷運用時と第
５図に示す微粉炭バーナの極低負荷運用時の異なる点は
、濃縮器２３とプラグ２４がボイラ火炉４側へ移動し、
濃縮器２３の先端を保炎器１５よりもボイラ火炉４側へ
突出させた点である。

すなわち、濃縮器２３での反転流によって第５図の矢印
で示すように低濃度側微粉炭流路２０には希薄微粉炭流
２２が、他方、高濃度側微粉炭流路１９には濃厚微粉炭
流２１が流れるが、濃縮量２３の先端が保炎器１５より
もボイラ火炉４側へ突出しているので、希薄微粉炭流２
２による濃厚微粉炭流２１の希釈をそれだけ遅らせるこ
とができる。

従って、極低負荷時においても安定燃焼ができる。

また、保炎器１５の内側に濃厚微粉炭流２１による低流
速領域２６が形成されるので、極低負荷時であっても保
炎は安定する。

なお、極低負荷運用時から、高負荷運用時へ移行する場
合には、今まで説明した逆の操作を行なう必要がある。

それは、先にも述べたが、濃縮器２３の先端をボイラ火
炉４内に挿入したまま負荷を増加させると、火炎からの
輻射熱を受けやすくなり、焼損する可能性があるからで
ある。また、同様の理由により微粉炭バーナ７の停止時
及び油起動用バーナでの燃焼時には濃縮器２３やプラグ
２４を引戻しておくことが必要である。

［発明の効果］本発明によれば、低負荷時や極低負荷時においても火炎
の安定性が向上し、油、ガス等の補助燃料の使用量が低
下することから、経費の大幅な節減ができる。

さらに、外部微粉炭高濃度器等の補機を使用しないため
省スペース化が計られ、特に既設の微粉炭バーナへの改
造に適用できる。

【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先端部の
上半分を示した拡大断面図、第２図は微粉炭バーナの全
体構成図、第３図は高負荷運用時における微粉炭バーナ
の拡大断面図、第４図は低負荷運用時における微粉炭バ
ーナの拡大断面図、第５図は極低負荷運用時における微
粉炭バーナの拡大断面図、第６図は微粉炭焚ボイラの概
略系統図、第７図および第８図は従来技術の微粉炭バー
ナを示す断面図、第９図は微粉炭ノズル近傍における微
粉炭濃度を模式的に示した説明図、第１０図は縦軸に１
次空気の空気比を示し、横軸にバーナ負荷を示した特性
曲線図、第１１図は縦軸にＣ／Ａ、横軸にバーナ負荷を
示した特性曲線図である。３・・・・・・起動用バーナ、８・・・・・微粉炭ノズ
ル、１５・・・・保炎器、２３・・・・・濃縮器、２４
・・・・プラグ。Ｏ第図１Ｒ２図第６図第７図第８図第１０図一−−◆バーナ９．ｆｖ（％）第１１図 □バ′−アＩｉＩ梢１がＪ

Claims

【特許請求の範囲】微粉炭ノズルの先端に保炎器を、微粉炭ノズルのほぼ中
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、前記微粉炭ノズル内に微粉炭濃度を変える濃縮器と、この濃縮器の上流に微粉炭の流れを変えるプラグを設け
、濃縮器とプラグを可動自在に取付けたことを特徴とする
微粉炭バーナ。