JPH05272712A - 微粉炭焚バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気分離器の冷却効果を高め、スラグ付着を
防止し、かつ、負荷変化範囲および使用燃料炭種を広げ
る。 【構成】 微粉炭とこの微粉炭を搬送するための１次空
気との混合噴流を噴出する第１のノズルと、該第１のノ
ズルの周辺に位置する燃焼用空気を噴出する第２のノズ
ルを備えた微粉炭焚バーナにおいて、１次空気の一部を
バーナ部高温域に流出させる機構を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーナ部の焼損および
スラグ付着を防ぎ、高燃料比炭の使用や低負荷運用をす
るのに好適な微粉炭焚バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、石油資源の枯渇のために、火力発
電用燃料として主に石炭が用いられるようになつた。石
炭中には天然ガスや石油に比べて多量に含まれている窒
素化合物（Ｆｕｅｌ Ｎ）が燃焼時にＮＯ（Ｆｕｅｌ
ＮＯ）に転換されるため、一般に石炭焚ボイラからの燃
焼排ガス中には高濃度の窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれ
る。ＮＯｘは酸性雨や光化学オキシダントの原因物質と
され、ＮＯｘの生成は大気汚染問題として切実である。

【０００３】公害防止対策としての低ＮＯｘ化方法は、
大別して燃焼の改善によるＮＯｘ生成抑制と外部脱硝装
置の追設によるＮＯｘ除去の２種類が挙げられ、国内の
石炭火力発電ボイラにはその両者が適用されている。燃
焼の改善によつてＮＯｘを低減させれば、当然のことな
がら外部に追設する脱硝装置に掛かるコストを下げるこ
とができるので、このような目的に沿う燃焼法の開発が
望まれる。

【０００４】具体的には、火炉全体でＮＯｘの低減を図
る方法（２段燃焼法など）と、バーナ部でＮＯｘの低減
を図る方法があるが、前者は燃料過剰燃焼領域と残存可
燃成分燃焼領域を組み合わせた方法であるために両者の
混合時間分だけ火炉を大きくしなければならないため、
ボイラが大型化しコストが増大するという欠点があつ
た。

【０００５】そこで最近開発されたバーナとしては、燃
焼用空気を１次、２次、３次と複数に分割し、火炎中心
部にＮＯｘの還元雰囲気を形成し易いように、完全燃焼
用の３次空気と火炎中心部の燃料過剰火炎との混合を遅
らせるバーナ（特開昭６０−２２６６０９号公報等）が
ある。

【０００６】さらに燃料過剰燃焼法を実現するには、３
次空気が混合する前に、可能な限り少ない空気で微粉炭
を着火させる必要があり、この目的にあつたものとして
は微粉炭ノズル内の分散性を粒子分散調整器等で変化さ
せるバーナ（特開昭６２−１７２１０５６号公報、特開
昭６３−８７５０８号公報等）がある。

【０００７】これらのバーナはＮＯｘの低減効果は大き
いが、さらに性能の高い低ＮＯｘ化と火炉の小型化を達
成するために火炎を短くし、着火性を向上することを目
的として未公知のＮＲ−２バーナが開発された。このバ
ーナは微粉炭とこれを搬送するための１次空気との混合
噴流を噴出する微粉炭ノズル出口において、固体粒子の
噴出速度が気体の噴出速度よりも低くなる機構を設ける
ことを特徴としたものである。

【０００８】図６にこのバーナの一実施例の断面図を示
す。このバーナは微粉炭とこれを搬送するための１次空
気を噴出する１次空気流路９、その外周に設置され２次
空気を噴出するための円管状の２次空気流路１０および
２次空気流路１０の外周上に設置される円管状の３次空
気流路１１によつて構成される。またこのバーナは液体
燃料ノズル２と１次空気流路９の間に、円管状で１次空
気流路９の内周壁の径を大きくするための粒子分散調節
器６を設置していることを特徴とし、この上流にはベン
チユリー部５がある。粒子分散調節器６は火炉側の急拡
大部で微粉炭および搬送用空気噴流を半径方向に広げ、
慣性力により微粉炭粒子を１次空気流路９の外周壁にと
どめることにより微粉炭濃度に濃淡をつけバーナ近傍に
高温還元域を形成させる。次に保炎器８は前記粒子分散
調節器６によつて形成された粒子濃度の高い噴流を衝突
させ、流速を低下させると同時に混合器の噴出方向と直
角方向の流速を発生させ、保炎器８の火炉側に形成され
る循環流に微粉炭粒子を供給する。このようにこのバー
ナでは短炎化とＮＯｘの低減をそれなりに図つている。

【０００９】なお、１は微粉炭と１次空気の混合噴流、
４は火炉内壁、７は２次ベーン、１３は３次レジスタ、
１５は空気分離器、１６は冷却隙である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は短炎化
によるバーナ近傍の高温還元域形成のため、バーナの焼
損あるいはスラグ付着（燃焼灰の火炉内溶着）が問題と
なつている。焼損部分について材質の改善をすればコス
トの増大は避けられない。またスラグが付着するとバー
ナが閉塞し燃焼不可能になつたり、閉塞しないまでもＮ
Ｏｘ低減燃焼という従来法の特徴が損なわれる。

【００１１】特に２次空気と３次空気を分離させるため
の空気分離器の冷却については、従来の装置（未公知の
ＮＲ−２バーナ）では、この空気分離器を燃焼時の高温
雰囲気から保護するために２次空気を空気分離器内に循
環させて冷却していた（図参照）。しかし２次空気は燃
焼用空気であるために比較的温度が高く（約３５０
℃）、冷却効果があまり期待できず、焼損という問題点
は解決できていない。スラグ付着についても同様で、短
炎化が基で上記空気分離器、スロート部などにスラグが
付着し易い状況となつている。

【００１２】また、従来法では主に低ＮＯｘ化について
考慮されており、負荷変化運転（特に低負荷運転）や揮
発分が少ないために燃焼しにくい高燃料比炭の燃焼につ
いては考慮されていない。

【００１３】また、原子力発電における負荷変動の困難
さに伴つて、火力発電での負荷変動対応が要求され、ガ
ス焚ボイラのみならず石炭専焼の火力発電ボイラにおい
ても低負荷運転の必要性が高まつているが、負荷を低く
するために給炭量を減少させても搬送用空気量は給炭量
に見合うだけ減少させることができず、微粉炭および搬
送用空気中の微粉炭濃度（Ｃ／Ａ）が低くなるために、
着火安定性が悪くなる。

【００１４】本発明の目的は空気分離器の冷却効果を高
め、スラグ付着を防止し、かつ負荷変化範囲および使用
燃料炭種を広げることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、微粉炭搬送
用空気である１次空気の一部を、焼損あるいはスラグ付
着しやすい部分へ噴出させる第１の手段によつて達成さ
れる。微粉炭搬送用の１次空気は温度が低いので（約８
０℃）、冷却効率もよい。

【００１６】また、１次空気の一部を他に逃すことによ
り微粉炭濃度を濃くすることができるので、火炎が吹き
飛ぶことなく安定した低負荷運転が可能となる。燃料の
濃縮効果のために、同時に従来技術に比べて燃料比（＝
固定炭素／揮発分）の高い石炭を使用することができる
ようになる。

【００１７】また上記目的は、微粉炭搬送用空気である
１次空気の一部を空気分離器内に導入する第１の手段に
よつて達成される。空気分離器内は１次空気流路に比べ
て差圧が低いために、１次空気は空気分離器側へ抜け易
くなる。また１次空気は微粉炭搬送用であるために、燃
焼用の２次空気（約３５０℃）に比べて温度が低く（約
８０℃）、冷却効果を上げることができる。

【００１８】同時に、１次空気の一部を他に逃すことに
より燃料（微粉炭）の濃縮を図ることができるので、従
来よりも低負荷運転が可能となる。一方、定格運転を行
う際にも、燃料の濃縮効果のために従来技術に比べてよ
り燃料比の高い石炭を使用することができるようにな
る。

【００１９】また、必要があれば空気分離器に流入した
１次空気を３次空気流路に逃がすことによつてより幅広
い負荷変化に対応できる。

【００２０】

【作用】第１の手段では、燃料である微粉炭は粉砕機で
粉砕され、微粉炭搬送用１次空気との混合噴流としてバ
ーナ部に供給されて燃焼する。その際、微粉炭と１次空
気の一部を慣性力や差圧等の作用によつて分離し、１次
空気の一部を他所へ流出させることにより、該空気を焼
損の激しい部分の冷却用、およびスラグが付着しやすい
部分のスラグ付着防止用として用いることができる。

【００２１】また、搬送用１次空気の一部が流出するこ
とで、微粉炭濃度Ｃ／Ａ（石炭量／搬送用空気量）はバ
ーナ出口で高くなる。Ｃ／Ａ値はバーナの燃焼安定性に
関係しており、Ｃ／Ａの値がそのバーナの最低負荷を決
定する因子となる。Ｃ／Ａの最低値はバーナによつて決
まつており、その値よりも低くなると搬送用空気の過剰
によつて火炎は吹き飛ぶ。負荷を下げるために微粉炭量
を減少させると、最低Ｃ／Ａ値を保つために搬送用空気
量もまた減少させなければならないが、あまり少ないと
搬送能力を失い給炭できなくなる。ここで搬送用１次空
気の一部が流出すればＣ／Ａ値は高くなり、微粉炭量を
さらに減少させることができるので、本来のバーナ機能
を生かしたまま低負荷運転が可能になる。

【００２２】さらに、燃料比（＝固定炭素／揮発分）の
高い石炭を使用する場合、石炭中の揮発分が少ないため
に燃焼し難く、着火安定性などの問題により油等の助燃
剤が必要であつたが、本発明によれば着火ゾーンにおけ
る微粉炭濃度を高くすることができるので、助燃剤を使
用せずにより高い燃料比の石炭を使用することができ
る。

【００２３】第２の手段では、微粉炭および１次空気の
噴流１はベンチユリー部５で混合されて、１次空気流路
９へと流れる。この時、微粉炭は慣性力によつて粒子分
散調節器６の外周に沿つて火炉３へ噴出するが、搬送用
１次空気の一部は微粉炭濃縮弁１４から差圧の小さい空
気分離器１５の方へ送られる。空気分離器１５の火炉側
先端には冷却用空気の噴出する冷却隙１６があり、この
冷却隙１６から低温の１次空気を噴出させて空気分離器
火炉側のスラツギングを防ぐと共に空気分離器１５を冷
却し、燃焼時の高温雰囲気から空気分離器１５を保護す
る。

【００２４】搬送用１次空気の一部が空気分離器１５に
流出することで、燃料（微粉炭）が濃縮されることによ
り、ＮＲ−２バーナの特徴を生かしたまま低負荷運転時
にもＣ／Ａを低下させることなく運用することができ
る。同様に高負荷運転時には、より高い燃料比の石炭を
用いることができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２６】図１および図２に本発明の第１、第２の実
施例に係わる微粉炭焚バーナの断面図の一例を示す。

【００２７】構成は微粉炭焚バーナの１次空気噴出ノズ
ルに微粉炭濃縮弁１４と１次空気バイパス流路２０を設
けてあり、バーナ部の冷却およびスラグ付着防止を必要
とする個所（ここでは一例として、ガイドスリーブ２１
およびスロート部２２を図示した）に１次空気の一部を
送り込み、そこでの冷却を図る。

【００２８】図１に示した本発明の実施例において、粉
砕機から供給される微粉炭および１次空気の噴流１はベ
ンチユリー部５で混合されて、１次空気流路９に沿つて
火炉３へ噴出する。この時、搬送用１次空気の一部は微
粉炭濃縮弁１４から１次空気バイパス流路を通つて、差
圧の小さい２次空気流路１０の方へ送られるが、微粉炭
は慣性力によつてバイパス流路２０内に流れることな
く、火炉３へ噴出する。２次空気流路側へ導入した１次
空気の一部は、焼損およびスラグ付着のし易いガイドス
リーブ２１へ噴出し、冷却すると共にスラグ付着を防止
する。燃料過剰で送られてきた燃料空気混合流は、２次
空気および３次空気を燃焼用空気として火炉３にて燃焼
する。

【００２９】図１は本発明の一例であり、微粉炭濃縮弁
１４はベンチユリー部５の上流に位置しても、空気を選
択的に流出できるような構造であれば何ら問題はない。
また、１次空気バイパス流路２０も、２次空気側のみで
はなく３次空気側に設けることも可能である。焼損ある
いはスラグ付着の可能性はガイドスリーブ２１だけには
限定されない。例えば図２のように、スロート部などの
部分へ１次空気を流出させて、焼損およびスラグ付着を
防止することができる。

【００３０】図３に本発明の第３の実施例に係わる微粉
炭バーナの濃縮部の断面図を示す。図３において、本発
明になる部分は微粉炭濃縮弁１４と、１次空気流路９と
空気分離器１５間に設けた１次空気バイパス流路２０で
ある。その他の部分について、従来のＮＲ−２バーナと
同一である。

【００３１】図３に示した実施例において、粉砕機から
供給される微粉炭および１次空気の噴流１は、ベンチユ
リー部５で混合されて粒子分散調節器６の外壁に沿つて
流れ、火炉３へ噴出する。この時、搬送用１次空気の一
部は、微粉炭濃縮弁１４から差圧の小さい空気分離器１
５の方へ送られるが、微粉炭は慣性力によつて空気分離
器１５内に流れることなく、粒子分散調節器６の外周に
沿つて火炉３へ噴出する。空気分離器１５内には３次空
気流路１１へつながる可動ダンパ１９を設けておき、空
気分離器１５内の空気量の調節をする。また、空気分離
器１５の火炉側先端には冷却用空気の噴出する冷却隙１
６があり、この隙間から１次空気が噴出して空気分離器
火炉側のスラツギングを防ぐとともに冷却し、燃焼時の
高温雰囲気から空気分離器１５を保護する。

【００３２】１次空気から空気分離器１５に導入する空
気量は総空気量の５％〜２０％とし、７．５％〜１５％
の範囲が望ましい。この範囲が最大値でありこの範囲よ
りも少なければ図５に示すフイルムクーリングエア１８
の量が減少し、スラツギング除去の効果がない。このフ
イルムクーリングエア量は可動ダンパ１９の開閉によつ
て調節する。

【００３３】微粉炭は空気分離器１５に流れなかつた残
りの搬送用１次空気と共に火炉へと噴出するが、搬送用
空気は初期の流量よりも減り、微粉炭は初期濃度よりも
濃縮された状態で噴出する。例えば空気分離器１５に流
す空気量を１次空気の５０％にしたとすれば、同じ燃料
（微粉炭）を供給するにも１次空気は現状の半分になる
ため、Ｃ／Ａは２倍となる。Ｃ／Ａはバーナの燃焼安定
性に関係しており、Ｃ／Ａの値がそのバーナの最低負荷
を決定する因子となる。最低Ｃ／Ａはバーナによつて決
まつているので、搬送用空気量を減らせば同一燃料量で
のＣ／Ａが高くできるので、最低負荷を低減することが
できる。従つて搬送用空気量を空気分離器１５によつて
５０％にした場合、Ｃ／Ａを２倍にできることから最低
負荷を５０％に低減できる。

【００３４】また高燃料比炭を用いる場合、火炎を安定
して燃焼させるためには、より高いＣ／Ａが要求され
る。前述と同様に搬送用空気量を低減すればＣ／Ａを上
げることになり、より高燃料比炭の燃焼が可能となる。

【００３５】本発明の第４の実施例を図４に示す。本実
施例は図３に示した微粉炭濃縮弁をベンチユリー部より
も上流に設け、直接１次空気を空気分離器１５内に送風
する構造になつている。この実施例の効果は空気分離器
冷却用空気の流路を予め確保することにより、バーナ構
造が簡単になるということが挙げられる。この例では微
粉炭濃縮弁をベンチユリー部よりも上流側に設けてある
が、この部分では微粉炭＋１次空気の混合がよくなされ
ていない状態であるから、慣性力のために空気分離器１
５内には殆ど微粉炭は入つて来ず、前述の本発明になる
バーナと同様の効果が得られる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、バーナの
特徴を損なうことなく１次空気を流出させることによつ
てバーナ部で焼損の激しい個所を効率よく冷却し、高温
から保護すると共に、スラグ付着を防止する効果があ
る。また、１次空気の一部を流出させることにより燃料
（微粉炭）を濃縮できるので、Ｃ／Ａの低下を防ぎ低負
荷運転を可能にする。さらに、高燃料比炭の使用を可能
にする効果がある。

【００３７】請求項２および３記載の発明によれば、微
粉炭および１次空気流路に粒子分散調節器を設け、微粉
炭の着火性を向上させ、バーナ近傍に高温還元域を形成
し易くした高効率低ＮＯｘバーナ（ＮＲ−２バーナ）に
おいて、該バーナの特徴を損なうことなく１次空気を空
気分離器内に逃がすことができるので、効率よく空気分
離器を冷却し、高温から保護する効果がある。また、１
次空気の一部を空気分離器内に流出させることにより燃
料（微粉炭）を濃縮できるので、Ｃ／Ａの低下を防ぎ低
負荷運転を可能にする。さらに、高負荷運転時には高燃
料比炭の使用を可能する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る微粉炭焚バーナの
濃縮部の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る微粉炭焚バーナの
濃縮部の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る微粉炭焚バーナの
濃縮部の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る微粉炭焚バーナの
濃縮部の断面図である。

【図５】空気分離器冷却隙部分の拡大断面図である。

【図６】従来のバーナの断面図である。

【符号の説明】

１ 混合噴流 ２ 液体燃料ノズル ３ 火炉 ４ 火炉内壁 ５ ベンチユリー ９ １次空気流路 １０ ２次空気流路 １１ ３次空気流路 １２ ２次レジスタ １３ ３次レジスタ １４ 微粉炭濃縮弁 １５ 空気分離器 １６ 冷却隙 １９ 可動ダンパ ２０ １次空気バイパス流路 ２１ ガイドスリーブ ２２ スロート部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 彰 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 野村 伸一郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (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 (72)発明者 小林 啓信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭とこの微粉炭を搬送するための１
   次空気との混合噴流を噴出する第１のノズルと、該第１
   のノズルの周辺に位置する燃焼用空気を噴出する第２の
   ノズルを備えた微粉炭焚バーナにおいて、 １次空気の一部をバーナ部高温域に流出させる機構を設
   けたことを特徴とする微粉炭焚バーナ。
2. 【請求項２】 微粉炭とこの微粉炭を搬送するための１
   次空気との混合噴流を噴出する第１のノズルと、燃焼用
   ２次空気を送る第２のノズルと、燃焼用３次空気を送る
   第３のノズルと、２次空気と３次空気を分ける空気分離
   器と、保炎リング等からなる微粉炭焚バーナにおいて、 微粉炭搬送用１次空気を前記空気分離器内に噴出させる
   弁を前記第１のノズル内に設けたことを特徴とする微粉
   炭焚バーナ。
3. 【請求項３】 請求項２記載において、前記空気分離器
   から３次空気流路へ、余剰の１次空気を流す流路を設け
   たことを特徴とする微粉炭焚バーナ。