JPH0518510A - エアポート構造 - Google Patents

エアポート構造

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JPH0518510A
JPH0518510A JP19268591A JP19268591A JPH0518510A JP H0518510 A JPH0518510 A JP H0518510A JP 19268591 A JP19268591 A JP 19268591A JP 19268591 A JP19268591 A JP 19268591A JP H0518510 A JPH0518510 A JP H0518510A
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彰 馬場
Toshio Uemura
俊雄 植村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 排ガス中の未燃分を火炉を高くすることなく
低減させることができるエアポート構造を提供する。 【構成】 主エアポート3間に設けた副エアポート4の
空気流量を、バーナ2の噴流の流量及びバーナ2の旋回
力に基づいて設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低NOx燃焼ボイラ火
炉に係わり、特に未燃分の発生が少なく高効率燃焼が可
能なエアポート構造に関する。
【0002】
【従来の技術】今日の事業用ボイラは、排ガス中に含ま
れる有害なNOxを低減するために、燃焼炉の後に脱硝
装置を設けているが、加えて低NOx燃焼法を用いて、
火炉内で発生するNOx量を抑えているのが一般的であ
る。低NOx燃焼法には、排ガス再循環、または2段燃
焼を火炉で行う方法と、バーナに低NOxバーナと呼ば
れるものを用いる方法との2つがあるが、最近ではこれ
らを併用している。
【0003】図14、図15に代表的な、出力300M
Wの微粉炭燃焼火炉を示す。水壁で構成された火炉1に
は2段の低NOxバーナ2と、1段のエアポート3とが
それぞれ4列対向に取り付けられている。低NOxバー
ナでは、空気比(空気量/理論空気量)を0.8程度の
燃焼を行い、エアポートでその不足分の空気を吹き込
み、完全燃焼を行わせる。NOxは空気比が低い程発生
量が少なくなる性質があるので、このような2段燃焼火
炉で発生するNOx濃度は、低NOxバーナだけを使用
する場合より20%以上低い値となる。
【0004】以上のように、2段燃焼法はNOxの発生
量を低減するのに有効な方法である。しかし、反面、排
ガス中の未燃分が増加し燃焼効率が低下するという欠点
がある。
【0005】この理由を図15で説明する。この図は、
図14のA−A′断面におけるエアポート噴流の流れの
様子を示した平面図であり、実物を1/30に縮小した
水流モデルで観察した結果である。
【0006】図において、各エアポート噴流23はそれ
ぞれ放射状に噴出しており、中央部でバーナゾーンのガ
スと激しく混合している。つまり、実機火炉内ではこの
領域でバーナゾーンの未燃分が酸化され、完全燃焼して
いることになる。ところが、バーナ噴流の根元部では、
エアポートとエアポートの間をバーナゾーンのガスがエ
アポート噴流と混合せず、そのまますり抜け、火炉出口
にいたる様子が観察ささた。つまり、バーナゾーンの未
燃分の一部はエアポート噴流間をすり抜け、不完全燃焼
のまま火炉を出てしまう。
【0007】実機で2段燃焼比率(エアポート空気量/
エアポート+バーナ空気量)を増加させると、次第に未
燃分の量が増加してくるので、モデル実験の結果はまさ
にこの現象を表している。
【0008】この対策として、図16に示すように、エ
アポートとエアポートの間にさらに副エアポート4を設
けたものが考案されている(実公平2−49444
号)。
【0009】この時の炉内流動の様子を水流モデル実験
で観察した結果を図17に示す。図15と比較すると、
副エアポート噴流により、バーナゾーンからの未燃分の
すり抜けが相当抑制されているのが分かる。実際に、実
機でも図14、図15の場合に比べて排ガス中の未燃分
の量が20%以上低減している。従つて、副エアポート
は2段燃焼における未燃分の発生に対する有効な手段で
ある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】最近、事業用ボイラの
燃料は、石油から石炭・ガスへと変わりつつあり、特に
石炭は、埋蔵量が豊富なことから転換が進んでいる。と
ころが、固体燃料であることと燃焼性が悪いことから、
開発課題も多い。未燃分抑制もその1つである。
【0011】石炭燃焼では、石炭を微粉砕して燃焼させ
る微粉炭燃焼方式が効率が良いことから主流を占めてい
る。そして、低NOx燃焼の要求から低NOx微粉炭バ
ーナがほとんど用いられている。低NOx微粉炭バーナ
は燃料と空気を分離させて炉内に投入し、初期段階では
石炭から放出される揮発分を燃やし、その後で残りのチ
ヤーを燃やす方式をとる。このとき、2段燃焼を併用す
るのが普通なので、チヤーはバーナゾーンでは理論空気
比以下で燃焼する。そして、エアポートの空気で酸化さ
れ完全燃焼する訳である。
【0012】現在の低NOx微粉炭バーナは、燃料と空
気の分離手段として円形型のバーナの場合には旋回、矩
形型のバーナでは分割配管を用いるのが一般的である。
ところが、そのために燃焼ガスの流動様式は、バーナ内
部は無論のこと、バーナゾーンでは従来の火炉とは大き
く異なり、バーナゾーン出口のガス流速には大きな分布
が生じる。
【0013】その結果、従来のエアポートでは対応し切
れず、バーナゾーンの未燃分が完全燃焼されないまま火
炉を出てしまい、排ガス中の未燃分が低減できないとい
う問題がある。
【0014】これに対し、主エアポート噴流に旋回を与
えて噴流の広がり幅を大きくして混合を促進させたり、
上述した副エアポートを使う方法が提案されているが、
前者は旋回を強くすると炉内中央部まで到達しなくなる
相反作用があり、後者はエアポートの的確な操作条件が
把握できないため、いずれも決定的な手段となつていな
い。
【0015】本発明は、このような背景に基づいてなさ
れたものであり、上記従来装置の欠点を解消し、排ガス
中の未燃分を火炉を高くすることなく低減させることが
できるエアポート構造を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的は、主エアポー
ト間に設けた副エアポートの空気流量を、バーナ噴流の
流量、及びバーナの旋回力に基づいて設定することによ
つて達成される。
【0017】
【作用】バーナゾーンを出ていく未燃分の量は、空気流
量の少ないバーナでは多く、空気量の多いバーナでは少
ない。また、バーナゾーンを出ていくバーナ噴流間のガ
ス量は、バーナの旋回方向が下向きになる側では少な
く、逆に上向きになる側では多い。従つて、バーナの空
気量と旋回方向に基づいて、エアポートの流量を調整す
れば、局部的な未燃分の流出を防止できる。
【0018】
【実施例】本発明を微粉炭消費量100kg/Hのテス
ト炉(幅1M、奥行き2M、高さ3M)に実施した例を
図1ないし図3に示す。バーナ2は2段、主エアポート
3は1段で、それぞれ4列対向に配置してある。副エア
ポート4は側壁側に2個ずつ、バーナ2間に1個ずつ合
計6個が対向に配置してある。スロート直径はバーナ2
が100mm、主エアポート3が50mm、副エアポー
ト4が25mmである。
【0019】エアポートの構造は主、副とも同じで図
2、図3に示した通りである。ここでは副エアポートを
示しているが、図2はその正面図、図3は側断面図であ
る。副エアポート4の中央部には旋回せずに入る流入口
と、接線方向から旋回して入る流入口の2つがある。各
々の流量はベーン12,11で調整する。これらのエア
ポートは耐火材5を介して火炉水壁6に取り付けられて
いる。20は空気流入方向を示している。
【0020】図4と図5は、火炉出口で計測した排ガス
中の未燃分が最低となつたときの、エアポーとの流量配
分と旋回強度を示したものである。図4は各エアポート
の空気流量を、主エアポート3の流量を基準にして示し
たもので、主エアポート3の流量は均一で、副エアポー
ト4の流量がNO.4とNO.8,9で多くしてある。
この場合、主エアポート3と副エアポート4の噴出速度
をすべて同じにした場合に比べて、排ガス中の未燃分は
70%低減できた。
【0021】なお、2段燃焼比率を変える未燃分の絶対
値、エアポートの適正調整値は変わるので、通常使用さ
れる代表的な空気比としてバーナゾーンを0.9、エア
ポートを0.3とした。エアポートの操作条件に適正値
が存在する理由を説明するために、非燃焼時にバーナゾ
ーンの出口部に熱線流速計を挿入して、上昇方向のガス
流速成分を計測した。
【0022】測定値を奥行き方向に平均したものを図5
に示す。バーナ2の燃焼用空気の旋回方向は矢印21で
示した通りであるが、副エアポート4のバーナ間のN
O.4と側壁間のNO.8,9で他の部分より流速が大
きくなつている。これは旋回成分の方向が上昇ガス流の
方向と一致するからである。従つて、本エアポートの調
整が妥当であることを示している。なお、22はガス流
速を示している。
【0023】次に、各エアポートの旋回強度(スワール
数)を図6に示す。主エアポート3と側壁よりのエアポ
ートNO.1,9は旋回強度を他より弱くしてある。旋
回強度は噴流の広がり幅を制御するために使用してお
り、これらの副エアポート噴流は火炉の中央部まで到達
する必要があるので、旋回を弱くして炉内到達距離を確
保している。これに対し、主エアポート間の副エアポー
ト噴流は、火炉の中央部まで到達する必要はなく、広が
りを大きくする方がよいので強旋回としてある。
【0024】なお、副エアポート4は主エアポート3と
同じ高さに設定するのが最も効果的だつたが、試みに主
エアポート3の直径分だけ上方に位置をずらしてみた
が、ほぼ同等の効果が得られた。
【0025】図8、図9は、コーナフアイアリングの火
炉に本発明を適用したものである。通常のコーナフアイ
アリングの火炉ではバーナ、エアポートをコーナ部に多
重に積み上げるのが一般的である。この方法は、フアイ
アボール25と呼ばれる火炉の中心軸の回りに渦状に回
転するガス体を形成するのが特徴である。
【0026】図9に示すようにエアポートゾーンには、
これまで説明した対向燃焼火炉と同じく、バーナ操作条
件に対応したガス噴流24が上昇してくる。唯この場合
は、主にバーナ2の上下方向の操作条件に対応している
のが異なる。この例では、旋回方向から考えて主エアポ
ート3のすぐ下流側は流量を少なくしている。旋回はや
はり掛けた方がよい結果が得られた。なお、23は噴流
である。
【0027】図10は、対向燃焼炉でもバーナ軸がずれ
た配置の火炉に適用した例である。この場合、特にコー
ナ部のすり抜け量が多いので主エアポート3はコーナ部
に2個ずつ配置してある。主エアポート3の調整は流量
を旋回強度とも同じにしてある。副エアポート4は、側
壁側の流量を主エアポート3の50%、旋回を弱旋回と
し、他方の流量を主エアポート3の30%、旋回を強旋
回としている。
【0028】さらに、前壁または後壁の一方の面のみに
バーナ2を装着する燃焼炉でも、同様の効果が得られ
た。特に、バーナ装着面側のエアポートに本発明の操作
方法が有効であつた。
【0029】図11は、副エアポート4を矩形にしたも
のである。事業用火炉の水壁は、水管を連ねた構造とな
つているので、円形よりも矩形の方が加工しやすく、こ
の方が安く製造できる特徴がある。
【0030】図12、図13は、この矩形ポートの中に
噴出方向を調整するベーン13を設けたものである。こ
れらは、火炉の外側から調整てきるようにしてある。副
エアポート4の調整は、流量と噴流の広がり幅を調整す
る機能があれば良いので、複雑な旋回器を使用しなくて
もこのような簡単な構造でも十分目的を達成できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排ガス中の未燃分を従来より、同一2段燃焼比率におい
て30%以上低減できる。しかも、同等の効果を火炉を
高くして達成する場合に比較すると、コスト的に1/1
0以下であり、遥かに安価である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す火炉の正面図である。
【図2】エアポートの正面図である。
【図3】その側面図である。
【図4】エアポートの流量を示す説明図である。
【図5】バーナゾーン出口の速度を示す説明図である。
【図6】エアポートの旋回強度を示す説明図である。
【図7】本発明におけるエアポート噴流の流動様式を示
す説明図である。
【図8】コーナフアイアリング火炉に適用した例を示す
上面図である。
【図9】その側面図である。
【図10】対向燃焼火炉の他の実施例を示す上面図であ
る。
【図11】副エアポートを矩形にした例を示す正面図で
ある。
【図12】矩形型の副エアポートの構造を示す上面図で
ある。
【図13】その正面図である。
【図14】従来の火炉の正面図である。
【図15】図14A−A´線上の平面図である。
【図16】従来の火炉の正面図である。
【図17】図16B−B´線上の平面図である。
【符号の説明】
1 火炉 2 バーナ 3 主エアポート 4 副エアポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植村 俊雄 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 森田 茂樹 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 理論空気以下で燃焼するバーナと、その
    下流側で不足分の燃焼用空気を吹き込むエアポートとか
    らなり、主エアポートより小口径の副エアポートを、主
    エアポート間、または、主エアポート・側壁間、また
    は、それら両方に少なくとも1個以上設けた事業用ボイ
    ラ火炉において、 各副エアポートに流量調整機能、または、噴出方向調整
    機能、または、それら両方の機能を備えたことを特徴と
    するエアポート構造。
  2. 【請求項2】 請求項1記載において、さらに、各副エ
    アポートに旋回発生機能を備えたことを特徴とするエア
    ポート構造。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載において、各エア
    ポートの配置、または、調整を、バーナ噴流の流量配分
    に対応させて行うことを特徴とするエアポート構造。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載において、各エア
    ポートの配置、または調整を、最上段バーナの旋回方
    向、または、旋回方向とバーナ噴流の流量との積に対応
    させて行うことを特徴とするエアポート構造。
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