JPH05157213A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ボイラ負荷や燃焼条件に対応して燃焼のバラン
スを好適に維持し、排ガス中の煤塵、ＣＯ、ＮＯｘ等の
低減を図ることができる燃焼装置を提供する。 【構成】複数の液体燃料噴出孔を投影噴射方向が同一線
上で対向し、かつ円周上に偏在して有する燃焼油バーナ
１を、多段、多列に配置した燃焼装置において、該燃焼
装置の出口煙道にガス流れ方向と直行してトラバース可
能で、かつＯ₂ 、ＣＯおよびＮＯｘの少なくとも１つを
検出する排ガス分析装置２４を設けるとともに、上記燃
焼油バーナ１を回転する手段１７を設け、上記排ガス分
析装置で測定した煙道中の排ガス性状分布に基づき、液
体燃料噴出孔の噴出方向を調節するようにした燃焼装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に係り、特に排
ガス中の煤塵、ＣＯ等を低減するのに好適な燃焼装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液体燃料を燃焼する装置では、一般的に
炉内の燃焼状態が悪くなる原因として、 （１）バーナチップの詰まりによる燃焼不良 （２）エアレジスタからの空気量配分の不適切 （３）隣接火炎の干渉（バーナチップ噴射方向のランダ
ム配置） （４）燃料の炉内投入分布の不均等 などの要因が挙げられる。

【０００３】従来は、重油バーナの清掃やエアレジスタ
の調整を行うことにより上記（１）、（２）の原因排除
のみを行っていたが、近年、炉内の燃焼アンバランスを
回避して上記（３）、（４）の原因を排除する方法が提
案されている。図９は油バーナガンの説明図、図１０は
従来の燃焼装置の燃焼油バーナの説明図である。図９に
おいて、バーナガン１は、ガンカップリング５により油
管路と連絡される。油管路を経て油入口９から供給され
た油はバーナガン１先端のバーナチップ２から炉内へ噴
出される。図１０において、バーナガン１は風箱１１に
設けられたスリーブ８に挿入され、自在継手６を介して
油配管４と連結され、該油配管４から供給された油はバ
ーナガン１先端から炉内に噴出される。一方、燃焼用空
気は、風箱１１よりエアレジスタ３の羽根を通ってバー
ナスロート１０から炉内へ供給され、バーナガン１先端
から噴射された油と混合されて炉内で燃焼が行われる。
バーナガン１は、風箱１１に固定されたエアシリンダ７
と連結し、バーナ休止時にはバーナガン１を炉外側（図
左方向）に引き抜ぬかれ、炉内の他バーナの火炎による
輻射熱でバーナチップ２が焼損するのが防止される。

【０００４】バーナの噴出孔は、図９（ｂ）に示すよう
に炉内正面から見ると多数の穴が円周均等配分でなく、
上下に偏って配置されている。このような構成とするこ
とにより噴霧時に燃料とそれによる火炎の濃淡が形成さ
れるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。しかし、従
来技術の各バーナの燃料噴出方向は、図１１に示すよう
に各バーナの噴出方向が全て横方向であるため、各ボイ
ラ負荷や燃焼条件（Ｏ ₂ 、排ガス循環量等）の変化に対
して隣接バーナ火炎が干渉して空気不足になり易く、ま
た燃料の炉内投入分布の不均一等が生じてＣＯや未燃分
が高くなり易く、（１）ＣＯ、煤塵の発生、（２）過剰
空気の増加、（３）Ｒ／Ｈ、Ｓ／Ｈメタル温度のアンバ
ランス等のトラブル発生の原因となっていた。

【０００５】このような問題を解決する方法として、図
１２に示すようにバーナからの噴射方向を交互に配置し
て火炎の干渉を回避する方法が提案されている（特開昭
５９−２４１０３号公報）。しかしながら、例えば、図
１２において両端のバーナが炉の側壁との距離を充分と
れない場合では、噴出方向が横のバーナの油噴流が炉側
壁に当たり、炉壁が焼けたり、燃焼状態が悪く未燃分を
多く生成するという問題が生じる。またボイラの入熱負
荷変化時には各バーナへの燃料流量が変化したり、運転
するバーナ本数を変化させたりする必要があるため、全
バーナが同一の噴射方向のパターンのままでは最適の燃
焼状態を維持することができなかった。

【０００６】またチルチングバーナと称するバーナガン
を上下方向に傾けて燃料の噴射方向を変える方法が知ら
れているが、この方法では燃焼炉の上下方向に沿った燃
料供給量の変化、すなわちバーナ個々の火炎の中心位置
が炉内の上下方向に１次元的に移動する変化だけである
ため、炉幅方向や炉内全体の３次元的な燃料濃淡を調節
することはできない。

【０００７】このように従来技術においては、ボイラの
各負荷に応じた最適噴出方向が全く配慮されていないた
め、燃焼のアンバランスを完全に解消することができな
かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題を解決し、ボイラ負荷や燃焼条件に対応
して燃焼のバランスを好適に維持し、排ガス中の煤塵、
ＣＯ、ＮＯｘ等の低減を図ることができる燃焼装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の液体燃
料噴出孔を投影噴射方向が同一線上で対向し、かつ円周
上に偏在して有する燃焼油バーナを、多段、多列に配置
した燃焼装置において、該燃焼装置の出口煙道にガス流
れ方向と直行してトラバース可能で、かつＯ₂ 、ＣＯお
よびＮＯｘの少なくとも１つを検出する排ガス分析装置
を設けるとともに、上記燃焼油バーナを回転する手段を
設け、上記排ガス分析装置で測定した煙道中の排ガス性
状分布に基づき、液体燃料噴出孔の噴出方向を調節する
ようにしたことを特徴とする燃焼装置に関する。

【００１０】本発明の燃焼装置においては、炉の各入熱
負荷に対応してあらかじめ学習した、各バーナ噴出方向
の組合わせパターンと煙道排ガス性状分布との相関関係
より、炉の各入熱負荷に応じて適正な各バーナの噴出方
向の組合わせパターンを自動選定する手段、排ガス性状
をフィードバックして個々のバーナまたは２個以上のバ
ーナ群の回転角を、排ガス組成中の特定物質の少なくと
も１つの含有量が最小かつ均一分布となるように制御す
る手段、または各バーナに供給する燃焼用空気量、空気
旋回力、空気量のバーナ周囲環状配分および燃料投入量
の２以上を調節可能とする調節手段を設けることが好ま
しい。

【００１１】

【作用】炉出口排ガス中のＣＯ、Ｏ₂ 等の分布を測定す
ることにより、ガス流とバーナ配列の相関関係から個々
のバーナ付近の燃焼状態を知ることができる。例えば、
図３に示す火炉横断面において、火炉２０内に３段のバ
ーナガン１が水平方向に配置されているとすると、燃焼
に伴う排ガスは炉内を矢印方向に流れる。ここで炉のガ
ス流がほぼ層流であれば、煙道２１では上段バーナ付近
の燃焼排ガスはａ点に、また下段バーナ付近のガス流は
ｂ点に対応するため、煙道排ガスの性状を調べることに
より炉の燃焼状態を把握することが可能である。また炉
幅方向にも多数列にバーナが配置されていれば、炉の左
右方向の燃焼状態と煙道の左右方向の排ガス性状との対
応についても同様である。従って、この煙道２１に排ガ
スのサンプリング点を設けて排ガス分析装置２４を配置
し、煙道ガス流路断面の排ガス性状をトラバースして分
析することにより、多段・多列に配置した各バーナの燃
焼状態を相対的に判断することができる。また各バーナ
ガンを任意に回転できる構造とし、あらかじめ各バーナ
チップの噴射方向を種々変化させて運転中のバーナ本数
およびバーナ位置（運転バーナパターン）におけるＣ
Ｏ、Ｏ₂ 等分布を把握することにより、負荷条件や燃焼
状態が変化した場合に、各バーナの噴射方向の適切なパ
ターンを設定することが可能となる。

【００１２】最適噴射方向は、煙道中のガス性状の悪い
（すなわち、ＮＯｘ、ＣＯ等のレベルの高い）場所と相
関関係のあるバーナの噴射角を一方向に変え、角度を変
化させる前のガス性状との偏差から回転方向が適正か否
かを見きわめるとともに、ガス性状のフィードバックに
よりガス性状が最も良好となる位置に設定される。隣接
バーナについても同様に調整し、最終的に全バーナの最
適噴出方向のパターンを設定する。各ボイラ負荷におけ
るこれらの最適パターン結果を記憶させることにより、
負荷が変化した場合でも学習結果（データ記憶）に基づ
き最適パターンを自動的に選定することができる。

【００１３】このように本発明によれば、各負荷条件お
よび炉内の燃焼状態に対応してバーナチップの噴射方向
を最適位置に設定できるため、トータル的にボイラ火炉
出口のＣＯ排出量低下、低Ｏ₂ 化、低ＮＯｘ化運転等を
図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面により詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す燃焼装置の燃焼油バー
ナの説明図、図２は、図１のポジッショナ付シリンダの
説明図である。図１において図１０と同一部分は同一符
号を付し説明を省略する。図１が図１０と異なる点は、
燃焼装置出口の煙道にガス流れ方向と直行してトラバー
ス可能で、かつＯ₂ 、ＣＯおよびＮＯｘの少なくとも１
つを検出する排ガス分析装置２４を設け、該排ガス分析
装置２４で測定した排ガス性状分布を、予め運転バーナ
パターンと煙道排ガス性状の相関関係が入力された記憶
制御器１３に入力し、該制御器１３の信号によりポジシ
ョナ付シリンダ（制御圧力信号によりストロークを自由
位置に変えることができる）１７を動作させ、負荷条件
および燃焼状態に応じた最適バーナパターンとなるよう
に個々のバーナガンを回転するようにしたことである。
ポジショナ付シリンダ１７の一端はウィンドボックス１
１の外壁に固定され、他端はバーナガン１に嵌合された
リング２３にロッド１８およびリンク１９を介して連絡
されている。なお、１６は空気配管、１５はコンバー
タ、１４は電気結線、１２はボイラマスタ制御器であ
る。

【００１５】バーナガンが縦４段、横１０列に配置され
ている燃焼装置を用い、バーナチップの燃料噴出方向を
固定して稼働した場合の煙道排ガス中のＣＯ濃度分布を
排ガス分析装置２４で測定し、その結果を図４に示し
た。図中の○の大きさは、平均値に対する偏位量を示す
が、ＣＯ濃度分布にかなりの偏差がみられた。そこで、
偏差値を縮めて燃焼によるアンバランスを最も小さく抑
えるべく、バーナガンの噴出角度を、排ガス性状分布に
基づいて最適となるように個々に設定した。最適バーナ
パターンに設定した後の煙道中の排ガス性状分布を図５
に示した。図５から、煙道全体のＣＯ濃度が図４に比べ
て均一となり、炉の燃焼状態が良好となったことがわか
った。

【００１６】以下にバーナガンの噴出角度の調整法の一
例を具体的に説明する。まず、各バーナの噴出方向の組
合わせパターンを変えて煙道排ガスのＣＯ分布を測定
し、最も排ガス性状の良好なバーナ噴出方向の組合わせ
パターンを確認する。組合わせパターンの例としては、
図１２に示すパターンの他、図６（ａ）、（ｂ）に示す
パターンなどが挙げられる。次に最も良好な組合わせパ
ターンの状態で、各バーナの噴出方向の任意の微調整を
行う。このときの噴出方向の調整は、記憶制御器１３か
らの信号によりポジショナ付シリンダ１７によりバーナ
ガンを自動的に回転して行う。

【００１７】噴出方向の最適微調整は例えば次のように
して行われる。図７（ａ）に示すように炉２０にバーナ
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２が配置されている場合、煙道にお
ける各バーナに対応する排ガスの位置は図７（ｂ）のＮ
ｏ．１′〜Ｎｏ．１２′となる。煙道２１中のＮｏ．
１′の排ガス性状が悪い（ｅｘ．ＣＯが高い）場合に
は、バーナＮｏ．１を図８（ａ）に示すＡまたはＢ方向
に回転する。このとき、煙道中Ｎｏ．１′のＣＯレベル
が図８（ｂ）に示すイの方向、つまりさらに高くなる場
合には逆方向へ回転させる。逆にロの方向、つまり低く
なる場合には同方向へさらに回転させる。このときの回
転角αとＣＯレベルの関係を図８（ｃ）に示した。図８
（ｃ）において、初期点をＸとしてロの方向に回転さ
せ、さらに回転を続けると再びＣＯレベルが高くなる。
このときの極小点Ｙを煙道排ガス中のＣＯ量に対するバ
ーナ回転角としてフィードバックさせて回転角を制御す
る。次に同様の操作を隣接バーナＮｏ．２、Ｎｏ．５に
ついて順次行い、最終的にバーナ全体として最適な燃焼
状態となるよう回転角を設定する。

【００１８】上記バーナパターンの組合わせは、ボイラ
によってバーナの本数・配列が異なるため、またボイラ
の入熱負荷によってもその運転本数や燃料の流量が変化
するため、ボイラや負荷が変わるごとに最適な組合わせ
パターンを選定する必要がある。ボイラの各入熱負荷に
おける噴出方向の最適組合わせパターンは、記憶制御器
１３に各負荷ごとのパターン（各バーナ噴出角）として
をインプットされる。これにより実際のボイラの負荷変
化に際しては、ボイラマスタ制御器１２からボイラ負荷
信号が記憶制御器１３へ発信され、記憶制御器１３であ
らかじめ記憶した各負荷条件に対応した最適なバーナパ
ターンが選定され、該信号が電気結線１４、コンバータ
１５および空気配管１６を介してポジショナ付シリンダ
に入力される。

【００１９】このように、本発明の燃焼装置によれば、
バーナチップ２の噴出方向を運転中に自由に変えること
ができるため、隣接火炎の干渉、燃料の炉内投入分布の
不均等を回避して（１）ＣＯや煤塵の発生量の突発的な
変化、（２）過剰空気の増加、（３）Ｒ／Ｈ、Ｓ／Ｈメ
タル温度のアンバランスの発生等の従来の問題に対して
自動的に迅速に対処して良好な燃焼状態を維持すること
ができるため、排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ濃度等を最小と
することができる。

【００２０】本発明においては、バーナアトマイザの種
類は、圧力噴霧式としているが、蒸気を媒体として用い
た２流体噴霧式にても同様の効果が得られる。また、燃
料の種類も重油、軽油等の液体燃料だけでなく、スラリ
ーやエマルジョン等の流体燃料を多数の噴出孔から噴霧
する方式のバーナに広く適用できる。さらに、バーナガ
ンを回転する方法としては、ポジショナ付シリンダに限
られず、その他の方法でも同様の目的および効果を達成
できることはいうまでもない。さらにまたバーナ噴出方
向の調整は、多数のバーナ設置の場合では調整操作が煩
雑となるので、２個以上のバーナをグルーピングしてグ
ループ単位で行うことでもできる。

【００２１】また、本発明においては、バーナ噴出方向
の調整に加え、バーナへの空気量、レジスタでの旋回力
等の燃焼調整機能を組み合わせて操作することにより一
層の効果を上げることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、バーナの燃料噴出方向
を任意に設定することができ、また角ボイラの入熱負荷
に応じた最適噴出方向の組合わせパターンを煙道排ガス
性状分布に基づいて自動的に選定することができるた
め、燃焼状態のバランスを好適に維持して排ガス中のＮ
Ｏｘ、ＣＯ、煤塵、未燃分等の生成を最小限に抑えるこ
とができ、また低Ｏ₂ 運転やボイラ全体の効率的な運転
が可能である。さらにあらかじめ学習した最適バーナパ
ターンを制御器に記憶させることにより、各ボイラ負荷
に応じて最適バーナパターンを自動的に選定することが
できるため、各ボイラ負荷ごとの経済的で高効率な運用
が可能であり、プラントの信頼性および経済性を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す燃焼装置の燃焼
油バーナの説明図である。

【図２】図２は図１のポジショナ付シリンダの説明図で
ある。

【図３】図３は火炉内のガス流を示す図である。

【図４】図４はバーナの燃料噴出方向を固定して運転し
た場合の煙道排ガス中のＣＯ濃度分布を示す図である。

【図５】図５はバーナの燃料噴出方向を排ガス性状分布
が最適となるように設定して運転した場合の煙道排ガス
中のＣＯ濃度分布を示す図である。

【図６】図６はバーナの燃料噴出方向の組合わせパター
ンの一例を示す図である。

【図７】図７は炉内のバーナ位置（ａ）およびこれに対
応した排ガスの位置（ｂ）を示す図である。

【図８】図８は燃料噴出方向の微調整の説明図である。

【図９】図９は油バーナガンの説明図である。

【図１０】図１０は従来の燃焼装置における燃焼油バー
ナの説明図である。

【図１１】および

【図１２】図１１および図１２は従来のバーナの燃料噴
出方向パターンを示す図である。

【符号の説明】

１…油バーナガン、２…バーナチップ、３…エアレジス
タ、４…油配管、５…ガンカップリング、６…自在継
手、７…エアシリンダ、８…スリーブ、９…油入口、１
０…バーナスロート、１１…風箱、１２…ボイラマスタ
制御器、１３…記憶制御器、１４…電気結線、１５…コ
ンバータ、１６…空気配管、１７…ポジショナ付シリン
ダ、１８…ロッド、１９…リンク、２０…火炉、２１…
煙道、２２…グランド、２３…リング、２４…排ガス分
析装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の液体燃料噴出孔を投影噴射方向が
   同一線上で対向し、かつ円周上に偏在して有する燃焼油
   バーナを、多段、多列に配置した燃焼装置において、該
   燃焼装置の出口煙道にガス流れ方向と直行してトラバー
   ス可能で、かつＯ₂ 、ＣＯおよびＮＯｘの少なくとも１
   つを検出する排ガス分析装置を設けるとともに、上記燃
   焼油バーナを回転する手段を設け、上記排ガス分析装置
   で測定した煙道中の排ガス性状分布に基づき、液体燃料
   噴出孔の噴出方向を調節するようにしたことを特徴とす
   る燃焼装置。
2. 【請求項２】 炉の各入熱負荷に対応してあらかじめ学
   習した、各バーナ噴出方向の組合わせパターンと煙道排
   ガス性状分布との相関関係より、炉の各入熱負荷に応じ
   て適正な各バーナの噴出方向の組合わせパターンを自動
   的に選定する手段を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 排ガス性状をフィードバックして個々の
   バーナまたは２個以上のバーナ群の回転角を、排ガス組
   成中の特定物質の少なくとも１つの含有量が最小かつ均
   一分布となるように制御する手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 各バーナに供給する燃焼用空気量、空気
   旋回力、空気量のバーナ周囲環状配分および燃料投入量
   の２以上を調節可能とする調節手段を設けたことを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。